RU121909U1

RU121909U1 - THERMOELECTRIC REFRIGERATOR

Info

Publication number: RU121909U1
Application number: RU2012119394/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Сальников; Александр Владимирович Сальников; Сергей Борисович Погребняков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Системы связи и технического контроля" (ООО "Системы СТК")
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-11-10

Abstract

Термоэлектрический холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с внутренней холодильной камерой, холодильный агрегат, состоящий из одной или нескольких однотипных сборок, содержащих термоэлектрические модули, холодные пластины которых термически соединены с холодильной камерой, а горячие - с внешними теплоотводящими радиаторами, снабженными вентиляторами, и систему защиты термоэлектрических модулей от перегрева внешних радиаторов, отличающийся тем, что внешние радиаторы снабжены нормально замкнутыми термоконтакторами, а термоэлектрические сборки соединены последовательно и непосредственно подключены к бортовой сети подвижного состава через цепь последовательно соединенных термоконтакторов, терморегулятор и развязывающий диод, причем число сборок определено соотношением n=(1,5÷2,5)Uo/Umax, где Uo - напряжение бортовой сети, Umax - максимально допустимое напряжение питания модуля одной сборки. A thermoelectric refrigerator containing a thermally insulated casing with an internal refrigerating chamber, a refrigerating unit consisting of one or several assemblies of the same type containing thermoelectric modules, the cold plates of which are thermally connected to the refrigerating chamber, and the hot plates are thermally connected to the external heat sinks equipped with fans, and a thermoelectric protection system. modules from overheating of external radiators, characterized in that the external radiators are equipped with normally closed thermal contactors, and the thermoelectric assemblies are connected in series and directly connected to the on-board network of the rolling stock through a chain of series-connected thermal contactors, a thermostat and a decoupling diode, and the number of assemblies is determined by the ratio n = (1 , 5 ÷ 2.5) Uo / Umax, where Uo is the voltage of the on-board network, Umax is the maximum allowable supply voltage of the module of one assembly.

Description

Полезная модель относится к области транспортных термоэлектрических холодильных устройств и предназначена для использования преимущественно на железнодорожном транспорте.The utility model relates to the field of transport thermoelectric refrigeration devices and is intended for use mainly in railway transport.

Термоэлектрические транспортные холодильники общеизвестны и их описание содержится, например, в патентах РФ №2140365, В60Н 3/00, F25B 29/00, 1999 г.; №2098725, F25B 21/02, Н01М 10/50, 1997 г.; №2110021, F25B 21/02, 1998 г.Thermoelectric transport refrigerators are well known and their description is contained, for example, in RF patents No. 2140365, B60H 3/00, F25B 29/00, 1999; No. 2098725, F25B 21/02, H01M 10/50, 1997; No. 21110021, F25B 21/02, 1998

Подобные холодильники содержат теплоизолированный корпус с внутренней холодильной камерой, холодильный агрегат, состоящий из одной или нескольких однотипных сборок, содержащих термоэлектрические модули, холодные пластины которых термически соединены с холодильной камерой, а горячие - с внешними теплоотводящими радиаторами с вентиляторами воздушного охлаждения или с жидкостными охладителями, и систему защиты термоэлектрических модулей от перегрева внешних радиаторов.Such refrigerators contain a thermally insulated case with an internal refrigerating chamber, a refrigerating unit consisting of one or several similar assemblies containing thermoelectric modules, cold plates of which are thermally connected to the refrigerating chamber, and hot ones - with external heat sinks with air cooling fans or with liquid coolers, and a system for protecting thermoelectric modules from overheating of external radiators.

Наибольшее распространение на железнодорожном транспорте получили холодильники ХТЭ-30-110, ХТЭ-80-110, ХТЭ-80-50, выпускаемые корпорацией РИФ г.Воронеж, и мини-холодильники РХ-30/30, РХ-30/55, выпускаемые НПО «Русский холод» г.Москва.The most widely used in rail transport were the KhTE-30-110, KhTE-80-110, KhTE-80-50 refrigerators manufactured by the RIF Corporation in Voronezh, and the mini refrigerators РХ-30/30, РХ-30/55, produced by NPO "Russian cold", Moscow.

Техническое решение питания низковольтных термоэлектрических модулей указанных холодильников от бортовой сети подвижного состава стандартными напряжениями 50, 75 или 110 В одинаково: термоэлектрические сборки соединены параллельно и подключены к бортовой сети через DC/DC преобразователь относительно высокого постоянного напряжения бортовой сети в низковольтное постоянное напряжение питания термоэлектрических модулей (12 или 24 В).The technical solution for supplying low-voltage thermoelectric modules of the indicated refrigerators from the on-board network of rolling stock with standard voltages of 50, 75 or 110 V is the same: thermoelectric assemblies are connected in parallel and connected to the on-board network via a DC / DC converter of relatively high DC voltage of the on-board network to the low-voltage constant voltage supply of thermoelectric modules (12 or 24 V).

Например, выбранный в качестве прототипа холодильник РХ-30/55 (описание приведено в «Инструкции по эксплуатации РСКГ. 701511.002» г.Москва, 2006 г.), имеет две параллельно соединенные термоэлектрические сборки напряжением 12 В, подключенные к бортовой сети 50 В через импульсный DC/DC преобразователь, а для защиты термоэлектрических модулей от перегрева в случае выхода из строя вентиляторов использована относительно сложная схема защиты путем снабжения наружных радиаторов термодатчиками, подключенными к отдельному электронному блоку терморегулятора, обеспечивающего отключение питания в модулей аварийной ситуации.For example, the RX-30/55 refrigerator selected as a prototype (the description is given in the “Operating instructions for the RSKG. 701511.002”, Moscow, 2006), has two 12 V thermoelectric assemblies connected in parallel, connected to the 50 V on-board network through pulsed DC / DC converter, and to protect thermoelectric modules from overheating in case of failure of the fans, a relatively complex protection scheme was used by supplying external radiators with temperature sensors connected to a separate electronic unit, thermostat Providing power down in an emergency modules.

Недостатком прототипа и ему подобных термоэлектрических холодильников является несоответствие надежности их работы п.4.4 ГОСТ Р 52307-2005 «Холодильники пищи термоэлектрические для подвижного составам, согласно которому «установленная безотказная наработка должна быть не менее 35000 ч».The disadvantage of the prototype and similar thermoelectric refrigerators is the mismatch of the reliability of their work, clause 4.4 GOST R 52307-2005 "Thermoelectric food refrigerators for rolling stock, according to which" the established uptime should be at least 35,000 hours.

Опыт эксплуатации и ремонта упомянутых холодильников показывает, что вопреки распространенному мнению, наиболее часто встречающейся причиной их отказа в работе является не износ подвижных деталей электромеханических элементов холодильника, каковыми являются вентиляторы обдува наружных радиаторов, а выход из строя импульсных DC/DC преобразователей вследствие воздействия импульсных перенапряжений бортовой сети, достигающих, согласно табл.1 вышеуказанного ГОСТа амплитуды 500-800 В при длительности от 0,1 до 0,15 мс.The experience of operating and repairing the mentioned refrigerators shows that, contrary to popular belief, the most common reason for their refusal to work is not the wear of moving parts of the electromechanical elements of the refrigerator, which are fans for blowing external radiators, but the failure of pulsed DC / DC converters due to the effects of surge voltages the on-board network, reaching, according to Table 1 of the above GOST, amplitudes of 500-800 V with a duration of 0.1 to 0.15 ms.

Задача полезной модели - повышение надежности работы холодильника при воздействии импульсных перенапряжений бортовой сети и упрощение схемы защиты термоэлектрических модулей от перегрева в случае выхода из строя вентиляторов обдува наружных радиаторов.The objective of the utility model is to increase the reliability of the refrigerator when exposed to surge voltage on-board network and simplify the protection scheme for thermoelectric modules from overheating in the event of failure of fans for blowing external radiators.

Технический результат достигается тем, что внешние радиаторы термоэлектрических сборок снабжены нормально замкнутыми термоконтакторами, а сами сборки соединены последовательно и непосредственно подключены к бортовой сети подвижного состава через цепь последовательно соединенных термоконтакторов, терморегулятор и развязывающий диод, причем число сборок определено соотношением n=(1,5÷2,5)U_o/U_max, где U_o - напряжение бортовой сети, U_max - максимально допустимое напряжение питания модуля одной сборки.The technical result is achieved by the fact that the external radiators of the thermoelectric assemblies are equipped with normally closed thermal contactors, and the assemblies themselves are connected in series and directly connected to the on-board network of the rolling stock through a chain of series-connected thermal contactors, a thermostat and a decoupling diode, and the number of assemblies is determined by the ratio n = (1,5 ÷ 2.5) U _o / U _max , where U _o is the voltage of the on-board network, U _max is the maximum allowable supply voltage of a module of one assembly.

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемой полезной модели. Холодильный агрегат содержит терморегулятор 1, одну или несколько однотипных термоэлектрических сборок 2, внешние радиаторы которых снабжены термоконтакторами 3, и развязывающий диод 4. Термоэлектрические сборки 2 соединены последовательно и подключены к бортовой сети постоянного тока через последовательно соединенные термоконтакторы 3, терморегулятор 1 и развязывающий диод 4.Figure 1 presents a block diagram of the inventive utility model. The refrigeration unit contains a temperature regulator 1, one or more of the same type of thermoelectric assemblies 2, the external radiators of which are equipped with thermocontactors 3, and an isolation diode 4. Thermoelectric assemblies 2 are connected in series and connected to the on-board DC network through series-connected thermocontactors 3, thermostat 1 and isolation decoupling diode 4 .

На фиг.2 показана фотография опытного образца полезной модели, выпускаемой ООО «Системы СТК» г.Пермь.Figure 2 shows a photograph of a prototype utility model produced by LLC "System STK" Perm.

Полезная модель работает следующим образом. При подключении холодильника к бортовой сети напряжение питания через диод 4, терморегулятор 1 и нормально замкнутые контакты термоконтакторов 3 поступает на термоэлектрические модули и соединенные с ними вентиляторы сборок 2. Холодные пластины термоэлектрических модулей, термически соединенные с холодильной камерой, начинают интенсивно охлаждаться, вызывая понижение температуры внутри холодильной камеры, а тепловая мощность, выделяемая на горячих пластинах термоэлектрических модулей, отводится в окружающий воздух внешними радиаторами сборок, обдуваемых установленными на них вентиляторами. При достижении температуры внутри холодильной камеры заданного терморегулятором 1 значения, этот терморегулятор в зависимости от установленного в нем закона регулирования либо разрывает цепь питания термоэлектрических сборок с их последующим включением при подъеме температуры внутри камеры (позиционное регулирование), либо ограничивает потребляемую агрегатом электрическую мощность до величины компенсации теплового натекания в холодильную камеру (ПИД - регулирование).The utility model works as follows. When the refrigerator is connected to the on-board network, the supply voltage through the diode 4, thermostat 1 and the normally closed contacts of the thermal contacts 3 is supplied to the thermoelectric modules and the fans of the assemblies 2 connected to them. The cold plates of the thermoelectric modules thermally connected to the cooling chamber begin to intensively cool, causing a decrease in temperature inside the refrigerator, and the thermal power released on the hot plates of thermoelectric modules is transferred to the ambient air by external radiators the assemblies blown by the fans installed on them. When the temperature inside the refrigerator compartment reaches the value set by temperature controller 1, this temperature controller, depending on the regulation law established in it, either breaks the power supply circuit of thermoelectric assemblies and then turns them on when the temperature inside the chamber rises (positional regulation), or limits the electrical power consumed by the unit to the compensation value thermal leakage into the refrigerating chamber (PID regulation).

Надежность работы полезной модели, в составе которой отсутствует используемый в прототипе импульсный DC/DC преобразователь, обеспечивается непосредственным питанием от бортовой сети последовательно соединенными термоэлектрическими сборками, число которых определено соотношением n=(1,5÷2,5)U_o/U_max, где U_o - напряжение ботовой сети, U_max - максимально допустимое напряжение питания модуля одной сборки. Основанием заявленного соотношения являются результаты исследования электропитания модулей, проведенных в СКТБ НОРД и опубликованных на сайте данной компании. Согласно этим исследованиям, импульсы тока длительностью менее 1 мс, даже при пятикратном превышении максимально допустимого тока модуля (что соответствует пятикратному превышению максимально допустимого напряжения питания модуля) «не оказывают влияния на ресурс работы ТЭ модуля». Таким образом, благодаря вышеуказанному соотношению в полезной модели амплитуда импульсов перенапряжения бортовой сети, отмеченных в табл.1 ГОСТ Р 52307 - 2005 и воздействующих на один термоэлектрический модуль сборки, существенно ниже пятикратного превышения его минимально допустимого напряжения питания, а последовательное соединение термоэлектрических модулей, каждый из которых по данным производителя имеет наработку на отказ более 200000 часов, практически не влияет на уменьшение ресурса работы полезной модели.The reliability of the utility model, which does not include the pulsed DC / DC converter used in the prototype, is ensured by direct power supply from the on-board network to series-connected thermoelectric assemblies, the number of which is determined by the ratio n = (1.5 ÷ 2.5) U _o / U _max , where U _o is the voltage of the botnet, U _max is the maximum allowable supply voltage of the module of one assembly. The basis of the stated ratio is the results of a study of the power supply of modules conducted in SKTB NORD and published on the website of this company. According to these studies, current pulses with a duration of less than 1 ms, even with a five-fold excess of the maximum allowable current of the module (which corresponds to a five-fold excess of the maximum allowable supply voltage of the module) "do not affect the life of the TE module." Thus, due to the above ratio in the utility model, the amplitude of the on-line network overvoltage pulses noted in Table 1 of GOST R 52307-2005 and acting on one thermoelectric assembly module is significantly lower than five times its minimum allowable supply voltage, and the series connection of thermoelectric modules, each of which, according to the manufacturer, it has an MTBF of more than 200,000 hours, practically does not affect the reduction of the service life of the utility model.

Благодаря установке между ребер внешних радиаторов термоконтакторов 3 и их последовательному соединению в полезной модели существенно упрощена схема защиты термоэлектрических модулей от перегрева, т.к. при этом не требуется как у прототипа соединительных цепей термодатчиков с терморегулятором 1 и отдельного электронного блока защиты в этом терморегуляторе. В случае выхода из строя вентилятора любой сборки 2, последующее нагревание внешнего радиатора этой сборки приведет к срабатыванию его нормально замкнутого термоконтактора 3 и отключению холодильного агрегата до момента, восстановления нормального состояния термоконтактора по мере остывания внешнего радиатора. Аварийный режим работы при периодическом включении и отключении холодильника позволит некоторое время поддерживать санитарный холод внутри холодильной камеры, при этом за время обнаружения неисправности холодильника число срабатываний термоконтактора (например, KSD9700M-80) будет, как правило, на несколько порядков ниже его паспортного значения, а время замены вентилятора в стационарных условиях (не более 1,2 ч) вполне будет соответствовать п.4.4.3 вышеуказанного ГОСТа.Thanks to the installation between the fins of the external radiators of the thermal contactors 3 and their series connection in a utility model, the protection scheme of thermoelectric modules from overheating is significantly simplified, because it is not required, as with the prototype of the connecting circuits of temperature sensors with temperature controller 1 and a separate electronic protection unit in this temperature controller. In the event of failure of a fan of any assembly 2, subsequent heating of the external radiator of this assembly will cause its normally closed thermal contactor 3 to turn off and the refrigeration unit to turn off until the thermal contactor returns to normal as the external radiator cools. The emergency operation mode when the refrigerator is turned on and off periodically will allow maintaining sanitary cold inside the refrigerator compartment for some time, while during the detection of a refrigerator malfunction the number of thermal contactor operations (for example, KSD9700M-80) will usually be several orders of magnitude lower than its rated value, and the time for replacing the fan in stationary conditions (not more than 1.2 hours) will fully comply with clause 4.4.3 of the above GOST.

Развязывающий диод 4 обеспечивает защиту холодильника при изменении полярности его подключения. Максимально допустимое обратное напряжение этого диода должно быть выше амплитуды импульсов возможных перенапряжений бортовой сети.The decoupling diode 4 protects the refrigerator when the polarity of its connection is changed. The maximum permissible reverse voltage of this diode must be higher than the amplitude of the pulses of possible overvoltages of the on-board network.

Таким образом, преимуществами полезной модели по сравнению с прототипом являются более высокая надежность работы в условиях возможных перенапряжений в бортовой сети подвижного состава, а также более простая схема защиты термоэлектрических модулей от перегрева в случае выхода из строя вентиляторов обдува наружных радиаторов термоэлектрических сборок. Повышенное число термоэлектрических сборок полезной модели позволяет существенно улучшить параметры термоэлектрических транспортных холодильников. Сравнение с прототипом опытного образца полезной модели, показанного на фиг.2 и выпускаемого ООО «Системы СТК» под названием «Арктика-80/110», который имеет рабочий объем холодильной камеры 80 л. при тех же габаритах корпуса, что и холодильник РХ 30/55 с рабочим объемом 30 л., показывает, что полезная модель при включении обеспечивает достижение установившейся температуры внутри холодильной камеры в 2 раза быстрее прототипа, а коммерческая стоимость опытных образцов полезной модели даже несколько ниже стоимости прототипа.Thus, the advantages of the utility model in comparison with the prototype are higher reliability under conditions of possible overvoltages in the on-board network of the rolling stock, as well as a simpler scheme for protecting thermoelectric modules from overheating in case of failure of fans for blowing external radiators of thermoelectric assemblies. The increased number of thermoelectric assemblies of the utility model can significantly improve the parameters of thermoelectric transport refrigerators. Comparison with the prototype of the prototype utility model shown in figure 2 and produced by LLC "System STK" under the name "Arctic-80/110", which has a working volume of 80 l of the refrigerator. with the same dimensions of the case as the PX 30/55 refrigerator with a working volume of 30 liters, it shows that when turned on, the utility model achieves a steady-state temperature inside the refrigerator 2 times faster than the prototype, and the commercial cost of the prototypes of the utility model is even slightly lower prototype cost.

Claims

A thermoelectric refrigerator containing a thermally insulated case with an internal refrigerating chamber, a refrigerating unit consisting of one or several similar assemblies containing thermoelectric modules, cold plates of which are thermally connected to the refrigerating chamber, and hot ones - with external heat sink radiators equipped with fans, and a thermoelectric protection system modules from overheating of external radiators, characterized in that the external radiators are equipped with normally closed thermal contactors, and those moelektricheskie assembly connected in series and is directly connected to an onboard network of the rolling stock through a chain of series-connected thermal contactors, thermoregulator and decoupling diode, the number of assemblies is determined by the relation n = (1,5 ÷ 2,5) U o / U max, where U _o - Voltage on-board network, U _max - the maximum allowable supply voltage of a module of one assembly.