RU172326U1 - Thermoelectric air conditioner for vehicle - Google Patents
Thermoelectric air conditioner for vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU172326U1 RU172326U1 RU2016141362U RU2016141362U RU172326U1 RU 172326 U1 RU172326 U1 RU 172326U1 RU 2016141362 U RU2016141362 U RU 2016141362U RU 2016141362 U RU2016141362 U RU 2016141362U RU 172326 U1 RU172326 U1 RU 172326U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- pipes
- thermoelectric
- cold
- channels
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H3/00—Other air-treating devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к транспортному машиностроению, в частности к термоэлектрическим кондиционерам для транспортного средства, эксплуатируемым в жестких экстремальных условиях. Термоэлектрический кондиционер для транспортного средства содержит соединенные трубопроводами блок охлаждения с теплообменником и вентилятором сдува охлажденного воздуха в кабину транспортного средства, насос для подачи охлаждающей жидкости в теплообменник, блок сброса тепла и блок управления. Упомянутый теплообменник включает термоэлектрические модули, плотно прижатые горячими сторонами к внешним поверхностям плоских профильных труб с множеством призмообразных каналов в виде призм многогранного сечения, например, трехгранного, для прокачки охлаждающей жидкости. Также кондиционер содержит холодные радиаторы, контактирующие с холодными сторонами упомянутых термоэлектрических модулей, а также содержит элементы монтажных соединений теплообменника со стороны входного и выходного патрубков и с противоположной стороны. Термоэлектрический кондиционер снабжен держателями торцов профильных плоских труб, при этом держатели установлены на обеих торцах каждой профильной плоской трубы и размещены вертикальным пакетом с каждой стороны теплообменника. Элемент монтажных соединений теплообменника со стороны входного и выходного патрубков выполнен в виде Е-образной стенки, с внешней стороны которой установлены упомянутые патрубки, а ее средняя горизонтальная часть скреплена с центральной частью пакета держателей с возможностью образования входного и выходного фитинговых коллекторов. Элемент монтажных соединений теплообменника с его противоположной стороны выполнен в виде П-образной стенки, соединенной с пакетом держателей на упомянутой стороне теплообменника с возможностью образования поворотного фитингового коллектора. Число плоских профильных труб, сообщающихся с входным фитинговым коллектором, равно числу упомянутых труб, сообщающихся с выходным фитинговым коллектором. Внутренний объем каждой плоской профильной трубы выполнен в виде структуры подпружных арок, составленной из наклонных ребер боковых граней призмообразных каналов, например, призм треугольного сечения, размещенных в один ряд вдоль горизонтальной геометрической оси каждой упомянутой трубы. В каждом из внутренних призмообразных каналов одна боковая грань выполнена с волнистой поверхностью. Холодные радиаторы выполнены в виде набора множества прямых параллелепипедов, каждый из которых составлен из изогнутых элементов Z-образной формы в сечении, причем горизонтальные части этих элементов образуют две противоположные плоские боковые грани каждого из упомянутых параллелепипедов, размещенных с возможностью обеспечения плотного плоскостного контакта с холодными сторонами термоэлектрических модулей, а наклонные части Z-образных элементов образуют сквозные каналы для продува охлажденного воздуха. Данная конструкция термоэлектрического кондиционера для транспортного средства позволяет повысить ее прочность, надежность, компактность, выносливость, обеспечить стабильность получения расчетных выходных параметров и высокий ресурс безаварийной работы при эксплуатации в жестких экстремальных условиях (термоциклирование, интенсивные механические воздействия и пр.) и обеспечить персонифицированную подачу прохладного воздуха в зону дыхания человека.The utility model relates to transport engineering, in particular to thermoelectric air conditioners for a vehicle operating in harsh extreme conditions. A thermoelectric air conditioner for a vehicle comprises piped cooling unit with a heat exchanger and a fan for blowing cooled air into the vehicle cabin, a pump for supplying coolant to the heat exchanger, a heat discharge unit, and a control unit. Said heat exchanger includes thermoelectric modules pressed tightly by hot sides to the outer surfaces of flat profile tubes with a plurality of prism-like channels in the form of multifaceted prisms, for example trihedral, for pumping coolant. The air conditioner also contains cold radiators in contact with the cold sides of the said thermoelectric modules, and also contains elements of the heat exchanger mounting connections from the input and output pipes and from the opposite side. The thermoelectric air conditioner is equipped with holders of the ends of the profile flat pipes, while the holders are installed on both ends of each profile flat pipe and are placed in a vertical package on each side of the heat exchanger. The element of the heat exchanger mounting joints on the inlet and outlet side of the pipe is made in the form of an E-shaped wall, on the outside of which the pipes are installed, and its middle horizontal part is bonded to the central part of the holder package with the possibility of forming the input and output fitting manifolds. The mounting element of the heat exchanger from its opposite side is made in the form of a U-shaped wall connected to a package of holders on the said side of the heat exchanger with the possibility of forming a rotary fitting manifold. The number of flat profile pipes communicating with the input fitting manifold is equal to the number of said pipes communicating with the output fitting manifold. The internal volume of each flat profile pipe is made in the form of a structure of supporting arches composed of inclined edges of the side faces of prism-like channels, for example, triangular section prisms arranged in a row along the horizontal geometric axis of each mentioned pipe. In each of the internal prism-like channels, one side face is made with a wavy surface. Cold radiators are made in the form of a set of many straight parallelepipeds, each of which is composed of curved Z-shaped elements in cross-section, and the horizontal parts of these elements form two opposite flat side faces of each of these parallelepipeds, placed with the possibility of tight tight plane contact with the cold sides thermoelectric modules, and the inclined parts of the Z-shaped elements form through channels for blowing cooled air. This design of a thermoelectric air conditioner for a vehicle makes it possible to increase its strength, reliability, compactness, endurance, ensure the stability of obtaining calculated output parameters and a high resource of trouble-free operation when operating in harsh extreme conditions (thermal cycling, intense mechanical stress, etc.) and provide a personalized supply of cool air into the human breathing zone.
Description
Полезная модель относится к транспортному машиностроению, а именно к термоэлектрическим устройствам для кондиционирования воздуха в кабинах транспортных средств, преимущественно, к термоэлектрическим кондиционерам для транспортного средства, предназначенным для локального охлаждения (или обогрева) определенных зон (например, зоны дыхания) на рабочих местах в небольшом пространстве салона транспортного средства, эксплуатируемого в жестких экстремальных условиях.The utility model relates to transport engineering, namely, thermoelectric devices for air conditioning in the cabs of vehicles, mainly thermoelectric air conditioners for vehicles designed for local cooling (or heating) of certain areas (for example, breathing zones) in small workplaces the interior space of a vehicle operating in harsh extreme conditions.
Полезная модель - термоэлектрический кондиционер для транспортного средства - может быть использована в различных областях техники, в частности, в специальных транспортных средствах, эксплуатируемых в сложных климатических условиях (например, в зонах аномально жаркой погоды, в зонах землетрясений, извержений вулканов, бурь и смерчей в пустынях, обширных пожаров), для которых характерны резкие перепады температур (многократное термоциклирование), резкие и долговременные вибрации (сильная тряска и значительные крены в разных направлениях), существенные перепады атмосферного давления, интенсивные (ударные) механические воздействия.A useful model - thermoelectric air conditioning for a vehicle - can be used in various fields of technology, in particular, in special vehicles operating in difficult climatic conditions (for example, in areas of abnormally hot weather, in areas of earthquakes, volcanic eruptions, storms and tornadoes in deserts, extensive fires), which are characterized by sharp changes in temperature (multiple thermal cycling), sharp and long-term vibrations (strong shaking and significant banks in different directions ), Significant fluctuations of atmospheric pressure, intense (drums) mechanical effects.
На сегодняшний день, когда созданы широко используемые в устройствах охлаждения высоконадежные и экологически чистые по принципу работы термоэлектрические охлаждающие модули (ТЭМО), открыты достаточно большие перспективы при создании термоэлектрических кондиционеров для транспортных средств небольшой мощности (до 3,5 кВт) и холодопроизводительности до 1,5 кВт, при которых применение традиционных фреоновых кондиционеров экологически не выгодно.Today, when highly reliable and environmentally friendly thermoelectric cooling modules (TEMOs) are widely used in cooling devices, the prospects for creating thermoelectric air conditioners for vehicles of low power (up to 3.5 kW) and cooling capacity up to 1 are quite promising. 5 kW, in which the use of traditional freon air conditioners is environmentally unprofitable.
Известны различные термоэлектрические кондиционеры для транспортных средств. Однако в данной области техники ряд конструктивных и технологических проблем остаются нерешенными.Various thermoelectric air conditioners for vehicles are known. However, in the art, a number of design and technological problems remain unresolved.
В настоящее время продолжают совершенствовать конструкции термоэлектрических кондиционеров для транспортных средств, решая при этом проблемы, связанные с повышением прочности конструкции и улучшением стабильности получения расчетных выходных параметров устройства, при обеспечении небольших габаритов и веса, а также безаварийности работы в течение длительного времени, решаемых путем создания новых конструкций основных элементов устройства и соединяющих их средств, обладающих повышенными прочностными качествами и большой точностью сборки.Currently, they continue to improve the design of thermoelectric air conditioners for vehicles, while solving problems associated with increasing the strength of the structure and improving the stability of obtaining the calculated output parameters of the device, while ensuring small dimensions and weight, as well as trouble-free operation for a long time, solved by creating new designs of the main elements of the device and the means connecting them, with increased strength properties and great accuracy th assembly.
Особое внимание в области разработки конструкций термоэлектрических кондиционеров для транспортных средств уделяют проблеме повышения надежности устройства при эксплуатации в условиях многократного термоциклирования, резких вибраций и интенсивных механических воздействий.Particular attention in the field of developing designs of thermoelectric air conditioners for vehicles is given to the problem of increasing the reliability of the device during operation in conditions of repeated thermal cycling, sharp vibrations and intense mechanical stresses.
При этом большое значение в конструкции кондиционеров - возможность стабильно обеспечивать персонифицированную подачу прохладного воздуха в зону дыхания человека.Moreover, of great importance in the design of air conditioners is the ability to stably provide a personalized supply of cool air to the human breathing zone.
Это особенно важно при работе в экстремальных условиях, например, в условиях с повышенной температурой воздуха до плюс 55°С в обитаемом отсеке военной бронетехники (например, в танке), движущейся с высокой скоростью. Известно, что при перегреве снижается скорость реакции человека, это критично для работоспособности каждого члена экипажа (командира, наводчика бронетехники, или пилота боевого самолета).This is especially important when working in extreme conditions, for example, in conditions with an increased air temperature of up to plus 55 ° C in the inhabited compartment of military armored vehicles (for example, in a tank) moving at high speed. It is known that when a person overheats, the reaction speed decreases, this is critical for the performance of each crew member (commander, gunner, or pilot of a combat aircraft).
Термоэлектрические кондиционеры, работающие на охлаждение и обеспечивающие подачу прохладного воздуха в зону дыхания каждого члена экипажа, помогут обеспечить высокую боеспособность.Thermoelectric air conditioners that work on cooling and provide cool air to the breathing zone of each crew member will help ensure high combat efficiency.
Широко известны различные конструкции термоэлектрических кондиционеров для транспортных средств.Various designs of thermoelectric air conditioners for vehicles are widely known.
Представляют интерес малогабаритные кондиционеры с низким весом. Например, из патента РФ №2529045, (МПК В60Н 1/00, опубликован 27.09.2014), известен малогабаритный термоэлектрический кондиционер, предназначенный для создания оптимальных климатических условий в кабинах лифтов, трамваев и троллейбусов. Этот известный кондиционер содержит термоэлектрические модули, холодные и горячие радиаторы кондиционирующего и технологического контуров, обдуваемые воздушными потоками и контактирующие с тепловыделяемыми и теплопоглощаемыми площадками модулей. Холодные радиаторы кондиционирующего контура с помощью теплоизолирующих стенок разделены на два сегмента, соединенных последовательно. Две пары сегментов размещены параллельно и соединены с одной стороны дугообразным отражателем, обеспечивающим разворот воздушного потока на 180°. За счет такой конструкции достигнуто уменьшение габаритов устройства.Small-sized air conditioners with low weight are of interest. For example, from RF patent No. 2529045, (IPC
Однако данная известная конструкция кондиционера имеет ряд следующих существенных недостатков.However, this known design of an air conditioner has a number of significant disadvantages.
Недостатком этой конструкции является ее низкая энергетическая эффективность, обусловленная следующими причинами. В данной конструкции уменьшено количество воздуха в кондиционирующем контуре, что приводит к уменьшению отбора холода с холодных сторон термомодулей. В результате значительно снижена холодопроизводительность. В этой конструкции также ухудшены условия работы термоэлектрических модулей (не обеспечен набор необходимой разности температур), что приводит к их быстрому разрушению. Это указывает на низкую надежность эксплуатации и непрочность данного кондиционера. Эти недостатки препятствуют применению данной известной конструкции кондиционера в условиях резких перепадов температур и интенсивных механических воздействий.The disadvantage of this design is its low energy efficiency, due to the following reasons. In this design, the amount of air in the conditioning circuit is reduced, which leads to a decrease in the selection of cold from the cold sides of the thermal modules. As a result, cooling capacity is significantly reduced. In this design, the operating conditions of thermoelectric modules are also worsened (a set of the required temperature difference is not provided), which leads to their rapid destruction. This indicates a low reliability and fragility of this air conditioner. These disadvantages impede the use of this known design of an air conditioner in the face of sudden temperature changes and intense mechanical stress.
Известны устройства для кондиционирования воздуха транспортного средства, в которых решают задачу повышения холодопроизводительности. Например, известна установка для кондиционирования воздуха (Авт. св. СССР №688351, МПК В60Н 3/00, опубл. 30.09.1979), предназначенная для создания микроклимата в кабинах транспортных средств, используемых, в частности, в карьерах. Эта известная установка размещена в люке крыши кабины и содержит термоэлектрические батареи, присоединенные к источнику постоянного тока, фильтровентиляционную систему, устройство отвода тепла и пульт управления. Для снижения потерь охлажденного воздуха установка снабжена радиационно-конвективными панелями, размещенными на потолке и направленными радиационными, излучающими холод или тепло, поверхностями в зону расположения оператора, а с противоположной стороны имеющими тепловой контакт с упомянутыми термоэлектрическими батареями, причем эти панели выполнены с внутренними воздушными каналами с выпускными кранами. Такая конструкция установки не обеспечивает равномерности температурного поля радиационных поверхностей панелей и приводит к возникновению переохлажденных и перегретых участков, ухудшающих работу термоэлектрических батарей, снижающих их холодильный коэффициент и приводящих к выходу батарей из строя. Эти факторы указывают на низкие прочностные качества и ненадежность работы при эксплуатации известного устройства, препятствующие применению данной конструкции в условиях резких перепадов температур и интенсивных механических воздействий.Known devices for air conditioning a vehicle in which they solve the problem of increasing refrigeration capacity. For example, there is a known installation for air conditioning (Aut. St. USSR No. 688351, MPK
Известна установка для кондиционирования воздуха для транспортного средства (Авт. св. СССР №1382675, МПК В60Н 3/00, опубл. 23.03.1988 г.), содержащая радиационно-конвективную панель, воздушные каналы которой связаны посредством воздуховода с термоэлектрическим охладительным блоком. Термоэлектрические батареи панели имеют тепловой контакт с радиационной поверхностью панели, выполненной из отдельных пластин. Воздушные каналы панели имеют воздухораспределительные насадки, обеспечивающие регулирование и распределение потока воздуха, подаваемого вентилятором через фильтр. Система отвода тепла от горячих спаев термобатарей состоит из воздушно-жидкостного радиатора, водяного насоса, связанных посредством теплопроводов с жидкостными теплообменниками панели и охладительного блока. Питание на термоэлектрические батареи панели и охладительного блока подается от генератора постоянного тока через пульт управления.A known installation for air conditioning for a vehicle (Aut. St. USSR No. 1382675, MPK B60N 3/00, published March 23, 1988) contains a radiation-convective panel, the air channels of which are connected via an air duct to a thermoelectric cooling unit. The thermoelectric panel batteries have thermal contact with the radiation surface of the panel made of individual plates. The air channels of the panel have air distribution nozzles, which provide regulation and distribution of the air flow supplied by the fan through the filter. The system for removing heat from hot junctions of thermopiles consists of an air-liquid radiator, a water pump connected via heat pipes to the liquid heat exchangers of the panel and a cooling unit. Power to the thermoelectric batteries of the panel and the cooling unit is supplied from the DC generator through the control panel.
Недостатками этой известной установки являются следующие. В этой установке неэффективно решена проблема снятия и отвода тепла с горячих сторон термоэлектрических батарей, а также конструктивно не обеспечен качественный съем тепловых потоков с холодных сторон термоэлектрических батарей. Поэтому в этой установке отсутствует возможность обеспечения равномерного распределения температурного поля по радиационной поверхности панелей, на которых возникают перегретые и переохлажденные участки. При этом ухудшаются температурные условия работы термоэлектрических батарей, что значительно снижает их холодильный коэффициент. При этом возможен выход из строя термоэлектрических батарей из-за перегрева горячих спаев батарей в условиях эксплуатации в жарком климате. Таким образом, существенными недостатками этой известной установки являются чрезмерно низкая холопроизводительность, невысокие прочностные качества, ненадежность при длительной эксплуатации.The disadvantages of this known installation are as follows. In this installation, the problem of removing and removing heat from the hot sides of thermoelectric batteries is not efficiently solved, and the quality removal of heat flows from the cold sides of thermoelectric batteries is not structurally ensured. Therefore, in this installation it is not possible to ensure uniform distribution of the temperature field over the radiation surface of the panels, on which superheated and supercooled areas occur. At the same time, the temperature conditions of thermoelectric batteries deteriorate, which significantly reduces their refrigeration coefficient. In this case, failure of thermoelectric batteries is possible due to overheating of hot battery junctions in operating conditions in a hot climate. Thus, the significant disadvantages of this known installation are excessively low refrigerating capacity, low strength properties, unreliability during long-term operation.
Эти недостатки препятствуют применению данной известной конструкции радиационно-конвективного типа в качестве кондиционера транспортного средства, эксплуатируемого в условиях резких перепадов температур и интенсивных механических воздействий.These disadvantages impede the use of this known design of the radiation-convective type as a vehicle air conditioner, operating in conditions of sharp temperature changes and intense mechanical stress.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является устройство для кондиционирования воздуха транспортного средства (Патент РФ №2114010, МПК В60Н 3/00, опубликовано: 27.06.1998. ПРОТОТИП).The closest in technical essence to the claimed object is a device for air conditioning of a vehicle (RF Patent No. 2114010, IPC
Это известное устройство для кондиционирования воздуха в автомобиле содержит пульт управления, теплообменник, радиатор сброса тепла, сообщенный шлангами с насосом для подачи охлаждающей жидкости (например, тосол). Для сдува тепла с упомянутого радиатора использован вентилятор, установленный в автомобиле.This known device for air conditioning in an automobile contains a control panel, a heat exchanger, a heat sink, connected by hoses to a pump for supplying coolant (for example, antifreeze). A fan installed in the car was used to blow heat from the said radiator.
Теплообменник состоит из алюминиевых плоскоовальных труб, расположенных одна над другой, торцы которых с обеих концов соединены металлическим каркасом в единый охладительный блок. На трубах установлены термоэлектрические модули с холодными и горячими спаями (сторонами). Горячими спаями модули приклеены клеем (клей на основе низкомолекулярного каучука с повышенной теплопроводностью) к плоским поверхностям труб. Холодные спаи модулей, размещенных на соседних трубах, образуют каналы, внутри которых расположены мелкогофрированные медные ленты, уложенные в этих каналах по форме зубчатой рейки, вершины зубцов которой контактируют с холодными спаями модулей.The heat exchanger consists of aluminum flat oval pipes located one above the other, the ends of which are connected at both ends by a metal frame into a single cooling unit. Thermoelectric modules with cold and hot junctions (sides) are installed on the pipes. By hot junctions, the modules are glued with glue (glue based on low molecular weight rubber with high thermal conductivity) to the flat surfaces of the pipes. Cold junctions of the modules placed on adjacent pipes form channels, inside of which are finely-corrugated copper strips laid in these channels in the shape of a gear rack, the tips of the teeth of which are in contact with the cold junctions of the modules.
Алюминиевые трубы внутри имеют несколько каналов, по которым движется охлаждающая жидкость. Холод, который выделяется холодными спаями термоэлектрических модулей, сдувается непосредственно в салон автомобиля.Aluminum pipes inside have several channels through which coolant flows. Cold, which is released by cold junctions of thermoelectric modules, is blown directly into the car interior.
Недостатками этой известной конструкции термоэлектрического кондиционера для транспортного средства являются низкая надежность эксплуатации, нестабильность получения расчетных выходных параметров, низкая холодопроизводительность, отсутствие прочности и выносливости, низкий ресурс безаварийной работы при эксплуатации в режиме многократных термоциклирований и интенсивных механических воздействий, то есть в жестких экстремальных условиях. Причины для этого следующие. Клей на каучуковой основе, с помощью которого приклеивают термоэлектрический модуль (ТЭМ) его горячей стороной к внешней поверхности алюминиевой трубы, имеет низкую теплопроводность. Поэтому он не может обеспечить качественный съем тепла с горячих сторон ТЭМов. А в жестких экстремальных условиях (при резком повышении температуры до 150°С и резких механических воздействиях) этот слой клея разрушается, в результате нарушается тепловой контакт ТЭМов с алюминиевой трубой, поскольку разрушено крепление ТЭМов к упомянутой трубе. Это ведет к выходу из строя ТЭМов, а, следовательно, и кондиционера. Также неэффективным в данном известном устройстве является съем охлажденных потоков воздуха с холодных сторон ТЭМов с помощью размещенных (и ничем не закрепленных) внутри каналов мелкогофрированных медных лент, уложенных по форме зубчатой рейки, вершины зубцов которой контактируют с холодными сторонами ТЭМов. Очевидно, что упомянутый точечный рисунок контактирования зубцами упомянутой ленты холодных сторон ТЭМов очень мал по площади и не обеспечивает качественный съем холода. Это значительно снижает холодопроизводительность кондиционера.The disadvantages of this known design of a thermoelectric air conditioner for a vehicle are low reliability of operation, instability of obtaining calculated output parameters, low cooling capacity, lack of strength and endurance, low trouble-free operation when operating in the mode of multiple thermal cycling and intense mechanical stress, that is, in harsh extreme conditions. The reasons for this are as follows. The rubber-based adhesive used to glue the thermoelectric module (TEM) with its hot side to the outer surface of the aluminum pipe has low thermal conductivity. Therefore, it cannot provide high-quality heat removal from the hot sides of TEMs. And in severe extreme conditions (with a sharp increase in temperature to 150 ° C and sharp mechanical stresses), this layer of glue is destroyed, as a result, the thermal contact of the TEMs with the aluminum pipe is broken, since the fastening of the TEMs to the mentioned pipe is broken. This leads to failure of the TEMs, and, consequently, the air conditioner. Also ineffective in this known device is the removal of cooled air flows from the cold sides of the TEMs using fine-grained copper strips placed (and not fixed) inside the channels, laid in the shape of a gear rack, the tips of the teeth of which are in contact with the cold sides of the TEMs. It is obvious that the aforementioned bitmap pattern of the contacting by the teeth of the said tape the cold sides of the TEMs is very small in area and does not provide high-quality cold removal. This significantly reduces the cooling capacity of the air conditioner.
Еще одним конструктивным недостатком известного устройства является недостаточная интенсификация движения охлаждающей жидкости при ее движении в алюминиевой трубе. Это ухудшает скорость переноса теплового потока с горячих сторон ТЭМов. Этот недостаток обусловлен следующими причинами.Another structural drawback of the known device is the lack of intensification of the movement of the coolant during its movement in an aluminum pipe. This worsens the heat transfer rate from the hot sides of the TEMs. This disadvantage is due to the following reasons.
Для получения оптимальной холодопроизводительности в термоэлектрическом кондиционере, теплоотвод с горячих сторон ТЭМов должен быть конструктивно обеспечен значительно эффективнее, чем на холодных сторонах, поскольку тепла на горячих сторонах выделяется в 1.5-2 раза больше, чем на холодных.To obtain optimal cooling capacity in a thermoelectric air conditioner, the heat removal from the hot sides of the TEMs should be structurally provided much more efficiently than on the cold sides, since heat is generated on the hot sides 1.5-2 times more than on the cold ones.
Выполнить эти условия в известной конструкции не предоставляется возможным из-за непрочного и ненадежного крепления ТЭМов к трубам, а также непрочной и ненадежной конструкции холодных радиаторов, малоэффективной конструкции отвода тепла и холода. При этом ухудшаются температурные условия работы ТЭМов (не обеспечен набор необходимой разности температур), что значительно снижает их холодильный коэффициент. Возможны частые выходы из строя ТЭМов. Эти факты указывают на то, что конструкция известного по патенту РФ №2114010 является непрочной и ненадежной в эксплуатации, нестабильной в плане получения расчетных выходных параметров, имеет низкий ресурс безаварийной работы. Эти недостатки препятствуют применению данной известной конструкции в жестких экстремальных условиях с присутствием интенсивных механических воздействий и резких перепадов высоких и низких температур.To fulfill these conditions in a known design is not possible because of the fragile and unreliable fastening of TEMs to pipes, as well as the fragile and unreliable design of cold radiators, and the ineffective design of heat and cold. In this case, the temperature conditions of the TEMs deteriorate (a set of the necessary temperature difference is not provided), which significantly reduces their refrigeration coefficient. Frequent failures of TEMs are possible. These facts indicate that the design of the patent of the Russian Federation No. 2114010 is fragile and unreliable in operation, unstable in terms of obtaining calculated output parameters, and has a low trouble-free operation resource. These disadvantages impede the use of this known design in harsh extreme conditions with the presence of intense mechanical stress and sudden changes in high and low temperatures.
Таким образом, технический уровень на данный момент времени показывает, что известные термоэлектрические кондиционеры для транспортных средств не обладают достаточной надежностью, выносливостью при длительной эксплуатации в жестких экстремальных условиях окружающей среды, не обеспечивают достаточно высокую стабильность рабочих характеристик, поскольку известные конструкции являются неэффективными для передачи холода и тепла с поверхностей термоэлементов вследствие нерешенности следующих проблем:Thus, the technical level at this point in time shows that the known thermoelectric air conditioners for vehicles do not have sufficient reliability, endurance during prolonged use in harsh extreme environmental conditions, do not provide a sufficiently high stability of performance, since the known designs are ineffective for transmitting cold and heat from the surfaces of thermocouples due to the unresolved following problems:
- отсутствие конструктивной возможности надежного съема тепла с горячих сторон термомодулей и неэффективность конструктивных решений по переносу тепла;- lack of constructive possibility of reliable heat removal from the hot sides of thermal modules and the inefficiency of constructive solutions for heat transfer;
- отсутствие достаточно эффективных технических решений по качественному съему холода с холодных сторон термомодулей;- lack of sufficiently effective technical solutions for high-quality removal of cold from the cold sides of thermal modules;
- отсутствие конструктивных возможностей для обеспечения стабильно работоспособных условий работы термоэлектрических модулей в составе конструкции кондиционера.- lack of design capabilities to ensure stable working conditions for thermoelectric modules in the structure of the air conditioner.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое решение, состоит в создании высоконадежного оригинального термоэлектрического кондиционера для транспортного средства, конструкция которого отличается от известных решений высокой надежностью эксплуатации, оптимальной холодопроизводительностью, компактностью и небольшими размерами, выносливостью и повышенной прочностью, длительным ресурсом безаварийной работы и стабильными выходными параметрами при эксплуатации в жестких экстремальных условиях.The problem to which the claimed solution is directed is to create a highly reliable original thermoelectric air conditioner for a vehicle, the design of which differs from the known solutions in high operational reliability, optimal cooling capacity, compactness and small size, endurance and increased strength, long life without failures and a stable weekend parameters during operation in harsh extreme conditions.
Эти качества должны быть обеспечены за счет того, что в заявляемом устройстве решена задача по качественному съему и передаче тепла и холода с поверхностей термоэлектрических модулей за счет усовершенствования конструкции кондиционера, создания новой конструкции теплообменника и его элементов. Благодаря новым конструкциям удалось решить проблему по обеспечению качественного съема тепла и его отвода с горячих сторон ТЭМов с достаточной интенсивностью (в 1.5-2 раза больше, чем с холодных сторон). Благодаря созданию новых конструкций холодных радиаторов обеспечен качественный съем холода с холодных сторон ТЭМов. Решена проблема получения оптимальной холодопроизводительности устройства и обеспечения персонифицированной подачи прохладного воздуха в область дыхания человека, являющегося, например, членом экипажа подвижного транспортного средства военной техники и находящегося на рабочем месте в небольшом пространстве обитаемого отсека, например танка.These qualities should be ensured due to the fact that the claimed device solves the problem of high-quality removal and transfer of heat and cold from the surfaces of thermoelectric modules by improving the design of the air conditioner, creating a new design of the heat exchanger and its elements. Thanks to new designs, it was possible to solve the problem of ensuring high-quality heat removal and its removal from the hot sides of TEMs with sufficient intensity (1.5-2 times more than from the cold sides). Thanks to the creation of new designs of cold radiators, high-quality cold removal from the cold sides of TEMs is ensured. The problem of obtaining the optimal cooling capacity of the device and providing a personified supply of cool air to the breathing area of a person who is, for example, a member of the crew of a mobile vehicle of military equipment and located in the workplace in a small space of an inhabited compartment, such as a tank, is solved.
При создании конструкции заявляемого устройства для решения поставленных задач разработанное техническое решение при эксплуатации в жестких экстремальных условиях должно обладать:When creating the design of the claimed device for solving the tasks, the developed technical solution for operation in harsh extreme conditions should have:
- оптимальной компактностью, технологичностью и простотой конструкции с жесткими ограничениями по массе, габаритам и техническим параметрам;- optimal compactness, manufacturability and simplicity of design with stringent restrictions on weight, dimensions and technical parameters;
- стабильностью заданных выходных параметров;- stability of the given output parameters;
- повышенной прочностью и выносливостью как основных элементов конструкции, так и соединяющих их средств;- increased strength and endurance of both the main structural elements and the means connecting them;
- устойчивостью к вибрациям и ударным нагрузкам (механические удары одиночного и многократного действия: 500/20g, синусоидальные вибрации с диапазоном частот 5÷500 Гц с амплитудой виброускорения 3g);- resistance to vibrations and shock loads (mechanical shocks of single and multiple actions: 500 / 20g, sinusoidal vibrations with a frequency range of 5 ÷ 500 Hz with an amplitude of vibration acceleration of 3g);
- высокой надежностью эксплуатации;- high reliability of operation;
- устойчивостью при кренах и качках;- resistance to roll and roll;
- минимальными эксплуатационными расходами и простотой в обслуживании;- minimum operating costs and ease of maintenance;
- автономным включением и выключением каждого блока;- Autonomous turning on and off of each unit;
- обеспечением работоспособности и сохранения необходимых параметров при высоких и низких температурах окружающей среды (в диапазоне температур окружающего воздуха от -50°С до +50°С и абсолютных высотах до 5000 м);- ensuring operability and preservation of the necessary parameters at high and low ambient temperatures (in the range of ambient temperatures from -50 ° C to + 50 ° C and absolute heights of up to 5000 m);
- обеспечением персонифицированной подачи струи прохладного воздуха в область дыхания каждому члену экипажа, находящихся в жилом отсеке транспортного средства;- providing a personalized supply of a stream of cool air into the breathing area for each crew member located in the living compartment of the vehicle;
- обеспечением высокой пожароустойчивости при жестких экстремальных условиях эксплуатации;- ensuring high fire resistance under severe extreme operating conditions;
- обеспечением требований к долговечности и сохраняемости: назначенный полный срок службы - не менее 15 лет, назначенный ресурс - не менее 6000 часов;- ensuring the requirements for durability and shelf life: the assigned full service life is at least 15 years, the assigned resource is at least 6,000 hours;
- обеспечение сохранения работоспособности после воздействия пониженной температуры до минус 65°С и повышенной температурой до плюс 70°С.- ensuring the preservation of operability after exposure to low temperature to minus 65 ° C and high temperature to plus 70 ° C.
Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.The claimed technical solution can be recognized as meeting the requirements of novelty, since no analogue has been found, characterized by features identical to all the essential features of the proposed object of protection.
Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.The technical solution can be recognized as having an inventive step, since it does not explicitly follow from the prior art for a specialist.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготавливается и используется (см. прилагаемую рекламу на трех листах).The claimed technical solution meets the requirement of industrial applicability, since it is manufactured and used (see the attached advertisement on three sheets).
Предлагается термоэлектрический кондиционер для транспортного средства, содержащий соединенные трубопроводами блок охлаждения с теплообменником и вентилятором сдува охлажденного воздуха в кабину транспортного средства, блок сброса тепла и блок управления, при этом упомянутый теплообменник включает термоэлектрические модули, плотно прижатые горячими сторонами к внешним поверхностям плоских профильных труб с множеством внутренних призмообразных каналов в виде призм многогранного сечения, например, трехгранного, для прокачки охлаждающей жидкости, и холодные радиаторы, контактирующие с холодными сторонами упомянутых термоэлектрических модулей, а также элементы монтажных соединений теплообменника со стороны входного и выходного патрубков и с противоположной его стороны.A thermoelectric air conditioner for a vehicle is proposed comprising a cooling unit connected by piping to a heat exchanger and a fan for blowing cooled air into a vehicle cabin, a heat rejection unit and a control unit, said heat exchanger comprising thermoelectric modules tightly pressed by hot sides to the outer surfaces of flat profile pipes with many internal prism-like channels in the form of prisms of a multifaceted section, for example, a trihedral, for cooling fluid supply, and cold radiators in contact with the cold sides of the said thermoelectric modules, as well as elements of the heat exchanger mounting connections from the input and output pipes and from its opposite side.
Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что термоэлектрический кондиционер для транспортного средства снабжен держателем торцов профильных плоских труб, каждый из которых выполнен в виде Π-образной скобы, имеющей прорезь в средней части для соединения с торцом упомянутой трубы, при этом держатели установлены на обеих торцах каждой профильной плоской трубы и размещены вертикальным пакетом с каждой стороны теплообменника, а элемент монтажных соединений теплообменника со стороны входного и выходного патрубков выполнен в виде Ε-образной стенки, с внешней стороны которой установлены входной и выходной патрубки, а ее средняя горизонтальная часть скреплена с центральной частью пакета держателей с возможностью образования входного и выходного фитинговых коллекторов, а элемент монтажных соединений теплообменника с его противоположной стороны выполнен в виде П-образной стенки, соединенной с пакетом держателей на упомянутой стороне теплообменника с возможностью образования поворотного фитингового коллектора, причем число плоских профильных труб, сообщающихся с входным фитинговым коллектором, равно числу труб, сообщающихся с выходным фитинговым коллектором, при этом внутренний объем в каждой плоской профильной трубе выполнен в виде структуры подпружных арок, составленной из наклонных ребер боковых граней призмообразных каналов, например, треугольного сечения, размещенных в один ряд вдоль горизонтальной поверхности каждой упомянутой плоской профильной трубы, а в каждом из внутренних призмообразных каналов одна боковая грань выполнена с волнистой поверхностью, при этом холодные радиаторы выполнены в виде набора множества прямых параллелепипедов, каждый из которых составлен из множества изогнутых элементов Z-образной формы в сечении, причем горизонтальные части этих элементов образуют две противолежащие плоские боковые грани каждого из упомянутых параллелепипедов, размещенных с возможностью обеспечения плотного плоскостного контакта упомянутых боковых граней с холодными сторонами термоэлектрических модулей, а наклонные части Z-образных элементов образуют сквозные каналы для продува охлажденного воздуха.The achievement of these technical results is achieved due to the fact that the thermoelectric air conditioner for the vehicle is equipped with a holder for the ends of profile flat pipes, each of which is made in the form of a Π-shaped bracket having a slot in the middle part for connection with the end of the pipe, and the holders are mounted on both ends of each profile flat pipe and are placed in a vertical package on each side of the heat exchanger, and the element of the heat exchanger mounting connections from the input and output sides the nozzles are made in the form of a Ε-shaped wall, on the outside of which there are inlet and outlet nozzles, and its middle horizontal part is fastened to the central part of the holder package with the possibility of forming inlet and outlet fitting manifolds, and the heat exchanger mounting connections element from its opposite side is made in in the form of a U-shaped wall connected to a package of holders on the mentioned side of the heat exchanger with the possibility of forming a rotatable fitting manifold, the number of flat profiles of pipes connected to the input fitting manifold is equal to the number of pipes communicating with the output fitting manifold, while the internal volume in each flat profile pipe is made in the form of a structure of supporting arches composed of inclined ribs of the side faces of prism-like channels, for example, a triangular section, placed in a row along the horizontal surface of each of the aforementioned flat profile pipes, and in each of the internal prism-like channels one side face is made with a wavy surface, when The volume of cold radiators is made in the form of a set of many straight parallelepipeds, each of which is composed of many curved Z-shaped elements in cross-section, the horizontal parts of these elements forming two opposite flat side faces of each of the above parallelepipeds, which are placed with the possibility of ensuring tight planar contact of the aforementioned side faces with cold sides of thermoelectric modules, and the inclined parts of Z-shaped elements form through channels for blowing cooled wow air.
Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:The essence of the claimed device is illustrated by the following drawings:
- фиг. 1- термоэлектрический кондиционер для транспортного средства 1 (полная комплектация, аксонометрия),- FIG. 1- thermoelectric air conditioner for a vehicle 1 (fully equipped, axonometric),
- фиг. 2 - термоэлектрический кондиционер для транспортного средства 1 (гидравлическая схема, трехблочная модификация),- FIG. 2 - thermoelectric air conditioning for vehicle 1 (hydraulic circuit, three-unit modification),
- фиг. 3 - блок охлаждения 3 (аксонометрия, вид спереди),- FIG. 3 - cooling unit 3 (axonometry, front view),
- фиг. 4 - блок охлаждения 3 (аксонометрия, вид сзади со снятой стенкой,- FIG. 4 - cooling unit 3 (axonometry, rear view with the wall removed,
- фиг. 5 - теплообменник 4 (аксонометрия),- FIG. 5 - heat exchanger 4 (axonometry),
- фиг. 6 - теплообменник 4 (продольное сечение),- FIG. 6 - heat exchanger 4 (longitudinal section),
- фиг. 7 - держатель 18 (аксонометрия),- FIG. 7 - holder 18 (axonometry),
- фиг. 8 - профильная труба 12 с держателями 18 (аксонометрия),- FIG. 8 -
- фиг. 9 - Е- образная стенка 22 (аксонометрия),- FIG. 9 - E-shaped wall 22 (axonometry),
- фиг. 10 - холодный радиатор 28 (аксонометрия),- FIG. 10 - cold radiator 28 (axonometry),
- фиг. 11 - профильная труба 12 с каналами 17 (вид А),- FIG. 11 -
- фиг. 12 - Π-образная стенка 26 (аксонометрия),- FIG. 12 - Π-shaped wall 26 (axonometry),
- фиг. 13 - Ζ-образный элемент 29 радиатора 28 (аксонометрия, вид спереди),- FIG. 13 - Ζ-shaped
- фиг. 14 - персонифицированная подача прохладного воздуха в область дыхания каждому члену экипажа.- FIG. 14 - personified supply of cool air to the breathing area for each crew member.
Заявляемое устройство - термоэлектрический кондиционер для транспортного средства - 1 (см. фиг. 1, 2) содержит соединенные трубопроводами 2 (или гибкими шлангами) блок охлаждения 3 с теплообменником 4 (фиг. 5, 6) и вентилятором 10 сдува охлажденного воздуха в кабину транспортного средства, насос 5 для подачи охлаждающей жидкости (например, охлаждающей жидкости марки «Тосол А - 40М»), блок сброса тепла 33 с радиатором 7 сброса тепла и вентиляторами 8 сброса тепла и блок управления 6 (фиг. 1).The inventive device is a thermoelectric air conditioner for a vehicle - 1 (see Fig. 1, 2) comprises a
Блок охлаждения 3 (фиг. 3, 5) состоит из металлического корпуса 11, в котором размещен теплообменник 4 (фиг. 5, 6) с термоэлектрическими модулями охлаждения (ТЭМО) 15 (фиг. 6), воздушными холодными радиаторами 9, вентиляторами 10 сдува охлажденного воздуха и жидкостной системой отвода тепла, включающей плоские профильные трубы 12 (фиг. 9) и элементы монтажных соединений теплообменника 4 со стороны входного 13 и выходного 14 патрубков и элементы монтажных соединений с его противоположной стороны (фиг. 3, 4).The cooling unit 3 (Fig. 3, 5) consists of a
Теплообменник 4 (фиг. 5, 6, 9) содержит термоэлектрические модули 15, плотно прижатые горячими 16 сторонами к внешним поверхностям плоских профильных труб 12 с множеством внутренних призмообразных каналов 17 в виде призм многогранного сечения, например, трехгранного (см. фиг. 8, 11).The heat exchanger 4 (Fig. 5, 6, 9) contains
Прижим термоэлектрических модулей 15 к внешним поверхностям плоских профильных труб 12 осуществляют посредством крепежных элементов, например, шпилек 37 и плоских пружин 38, равномерно размещенных по плоской теплопередающей поверхности профильных труб 12 теплообменника 4 (фиг. 5) Стягивание термоэлектрических модулей 15 и упомянутых труб 12 крепежными элементами 37 и 38 осуществляют с оптимизированной величиной крутящего момента, например, 1.1-1.4 нм. Внутри каждой плоской профильной трубы 12 призмообразные каналы 17, в данном случае, каналы 17 в виде трехгранных призм, выполненных в один ряд вдоль геометрической продольной оси трубы 12 (см. фиг. 8, 11).The
Причем в каждом из внутренних каналов 17 одна грань имеет волнистую поверхность 39 (см. фиг. 11). Упомянутая волнистая поверхность 39 обеспечивает появление новых (турболизирующих) свойств у каждой плоской профильной трубы 12. Благодаря волнистым поверхностям 39 увеличивается поверхность соприкосновения движущейся охлаждающей жидкости с горячими поверхностями труб 12 и увеличивается скорость движения жидкости с переносимым теплом. Это происходит следующим образом. Наличие волнистых поверхностей 39 внутри каналов 17 плоских профильных труб 12 обеспечивает турбулентный характер прокачиваемому по трубам 12 потоку охлаждающей жидкости. Отличительной особенностью турбулентного движения жидкости является хаотичное движение частиц в потоке. Однако при этом есть некоторые закономерности, проявляющиеся в следующем. Перемещение потока осуществляется в результате пульсации жидкости. Для турбулентного потока жидкости характерно: в периферийных слоях - режим движения ламинарный, в центре - турбулентный.Moreover, in each of the
Таким образом, поток жидкости состоит из ламинарной зоны (у стенки канала) и турбулентного центрального ядра течения (в центре) и, поскольку скорость к центру турбулентного потока нарастает интенсивно, то толщина периферийного ламинарного слоя незначительна, этот слой называется ламинарной пленкой, толщина которой зависит от скорости движения жидкости. Турбулентное движение характеризуется перемешиванием жидкости, пульсацией скоростей и давлений. При турбулентном движении распределение скорости более равномерное, а нарастание скорости у стенки более крутое, чем при ламинарном течении.Thus, the fluid flow consists of a laminar zone (near the channel wall) and a turbulent central flow core (in the center) and, since the velocity towards the center of the turbulent flow increases rapidly, the thickness of the peripheral laminar layer is insignificant, this layer is called a laminar film, the thickness of which depends from the speed of the fluid. Turbulent motion is characterized by fluid mixing, pulsation of speeds and pressures. In turbulent motion, the velocity distribution is more uniform, and the increase in velocity at the wall is steeper than in laminar flow.
Таким образом, тонкая ламинарная пленка турбулентного потока жидкости более интенсивно и эффективно осуществляет снятие и перенос тепла с горячих поверхностей турбулентным потоком охлаждающей жидкости. То есть такая конструкция плоских профильных труб повышает эффективность снятия и переноса тепла с горячих сторон ТЭМов. Этот эффект обеспечен благодаря появлению у упомянутых труб 12 новых для них свойств - турбулизирующих. Новое свойство проявляется в заявляемом устройстве 1 за счет выполнения с волнистой поверхностью по меньшей мере одной из граней внутренних каналов профильных труб 12.Thus, a thin laminar film of a turbulent fluid flow more intensively and efficiently removes and transfers heat from hot surfaces to a turbulent coolant flow. That is, such a design of flat profile pipes increases the efficiency of heat removal and transfer from the hot sides of TEMs. This effect is ensured by the appearance of the above-mentioned
Пояснение терминовExplanation of Terms
1. Коллектор - [от лат. Collector - собиратель] - широкий канал или труба для отвода газов или жидкостей, поступающих из других каналов или труб. Большой толковый словарь русского языка под ред. С.А. Кузнецова, Санкт-Петербург, «Норинт», 2000 г., с.440.1. The collector - [from lat. Collector] - a wide channel or pipe for the removal of gases or liquids coming from other channels or pipes. The Big Explanatory Dictionary of the Russian Language, ed. S.A. Kuznetsova, St. Petersburg, Norint, 2000, p. 404.
2. Фитинг - [англ. Fitting - прилаживать, собирать] - общее наименование соединительных деталей трубопровода, устанавливаемых в местах его поворотов, разветвлений, переходов с одного диаметра на другой. Большой толковый словарь русского языка под ред. С.А. Кузнецова, Санкт-Петербург, «Норинт», 2000 г., с.1425.2. Fitting - [Eng. Fitting - to fit, assemble] - the general name of the connecting parts of the pipeline installed in the places of its turns, branches, transitions from one diameter to another. The Big Explanatory Dictionary of the Russian Language, ed. S.A. Kuznetsova, St. Petersburg, Norint, 2000, p. 1425.
3. Турбулентный - [от лат. Turbulentus - бурный, беспорядочный]. Спец. Характеризующийся неупорядоченным, хаотическим движением частиц по сложным траекториям, в результате которого происходит сильное перемешивание между слоями движущейся жидкости или газа. Большой толковый словарь русского языка под ред. С.А. Кузнецова, Санкт-Петербург, «Норинт», 2000 г., с.1353.3. Turbulent - [from Lat. Turbulentus - stormy, messy]. Specialist. It is characterized by an disordered, chaotic motion of particles along complex trajectories, as a result of which strong mixing occurs between the layers of a moving liquid or gas. The Big Explanatory Dictionary of the Russian Language, ed. S.A. Kuznetsova, St. Petersburg, Norint, 2000, p. 1353.
Призмообразные каналы 17 плоских профильных труб 12 предназначены для прокачки охлаждающей жидкости в жидкостной системе отвода тепла.
При этом внутренний объем каждой плоской профильной трубы 12 представляет собой структуру из подпружных арок 19, составленную из наклонных ребер 19 боковых граней призмообразных каналов (см. фиг. 8, 11).Moreover, the internal volume of each
Пояснение термина - " подпружная арка ":Explanation of the term - "arch":
Арка подпружная - вспомогательная арка, укрепляющая или поддерживающая свод в различных типах сводчатых конструкций, одной разновидностью которых являются, например, арки, укрепляющий цилиндрический свод в виде утолщений свода, расположенных под его внутренней поверхностью.Suspension arch - an auxiliary arch that strengthens or supports the arch in various types of vaulted structures, one type of which are, for example, arches that strengthen the cylindrical arch in the form of thickenings of the arch located under its inner surface.
1. Сайт Интернет: dic.academic.ru1. Website Internet: dic.academic.ru
2. Архитектурный словарь.2. The architectural dictionary.
3. Энциклопедия терминов.3. Encyclopedia of terms.
Структура подпружных арок 19(фиг. 11) внутри каждой профильной трубы 12 укрепляет каждую из них изнутри, обеспечивая повышенную прочность и выносливость упомянутым трубам 12, а следовательно, значительно повышая надежность эксплуатации всей конструкции при воздействии интенсивных механических ударов и долговременных вибраций.The structure of the supporting arches 19 (Fig. 11) inside each
Термоэлектрический кондиционер 1 снабжен держателями 18 торцов плоских профильных труб 12, каждый из которых выполнен в виде Π-образной скобы, имеющей прорезь 20 в средней части для соединения с торцом упомянутой трубы 12 (фиг. 7, 8).The
Пояснение термина - "скоба":Explanation of the term - "bracket":
Скоба - крепежная деталь, представляющая собой в большинстве случаев изогнутую в виде дуги или буквы Π полоску металла, укрепляемую каким-либо способом в зависимости от своего назначения. Позволяет быстро и надежно зафиксировать элементы конструкции.A bracket is a fastener, which in most cases is a strip of metal bent in the form of an arc or a letter Π, which is strengthened in some way depending on its purpose. Allows you to quickly and reliably fix structural elements.
Она редко ломается от нагрузок и при перепаде температур (ru.wikipedia.ru).It rarely breaks due to stress and temperature changes (ru.wikipedia.ru).
Держатели 18 установлены на обеих торцах каждой профильной трубы 12(фиг. 8). При этом держатели 18 (вместе с неразъемно соединенными с ними плоскими профильными трубами) размещены вертикальным пакетом 21 с каждой стороны теплообменника 4 (фиг. 5, 6).
Наличие держателей 18 торцов труб в виде Π-образной скобы обеспечивает прочную фиксацию каждой трубы 12 в горизонтальном и вертикальном положениях, а последующее размещение держателей 18 вертикальным пакетом с каждой стороны теплообменника 4 позволило значительно повысить стабильность и прочность зафиксированного положения пакета плоских профильных труб 12 (фиг. 5, 6).The presence of the
Такое прочное зафиксированное положение труб 12 позволило обеспечить прочность и надежность крепления к трубам термоэлектрических модулей 15, что значительно повысило качество механического контакта поверхностей термоэлектрических модулей и внешних поверхностей труб. Это позволило обеспечить стабильную, достаточно высокую холодопроизводительность.Such a strong fixed position of the
Таким образом, наличие держателей 18 позволило значительно увеличить прочностные свойства конструкции заявляемого термоэлектрического кондиционера 1, что позволило обеспечить заявляемому устройству устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам, обеспечить безотказную работоспособность при значительных кренах и качках транспортного средства.Thus, the presence of the
Элементы монтажных соединений теплообменника 4 со стороны входного 13 и выходного 14 патрубков выполнены в виде Ε-образной стенки 22 (см. фиг. 5, 6, 9), с внешней стороны которой установлены входной 13 и выходной 14 патрубки, а ее средняя горизонтальная часть скреплена с центральной частью пакета держателей 18 с возможностью образования входного 24 и выходного 25 фитинговых коллекторов (фиг. 6).Elements of the mounting connections of the
Элементы монтажных соединений теплообменника 4 с его противоположной стороны от входного 13 и выходного 14 патрубков выполнен в виде Π-образной стенки 28, соединенной с пакетом держателей 18 на упомянутой стороне теплообменника 4 с возможностью образования поворотного фитингового коллектора 27 (фиг. 5, 6).Elements of the mounting connections of the
Наличие в конструкции заявляемого кондиционера 1 элемента монтажных соединений теплообменника 4 со стороны входного 13 и выходного 14 патрубков, выполненного в виде Ε-образной стенки 22, с внешней стороны которой установлены входной 13 и выходной 14 патрубки, а ее средняя горизонталь неподвижно скреплена (например, пайкой) с центральной частью пакета держателей 18 с возможностью образования входного и выходного фитинговых коллекторов 25 и 26, а также элемента монтажных соединений в виде Π-образной стенки 28, соединенной с пакетом держателей 18 на противоположной стороне теплообменника 4 с возможностью образования поворотного фитингового коллектора 27, позволило обеспечить повышенные прочностные качества теплообменнику 4, а также обеспечить ему высокие герметичные свойства, что повысило надежность и эффективность подачи и удаления охлаждающей жидкости через теплообменник 4. Эти усовершенствованные конструкции значительно увеличили герметичность, прочность и выносливость заявляемого кондиционера 1, что позволило обеспечить заявляемому устройству в целом повышенную устойчивость к вибрационным и механическим нагрузкам, а также получить стабильную безотказную его работоспособность в жестких экстремальных условиях эксплуатации.The presence in the design of the
При этом число плоских профильных труб 12, сообщающихся с входным 24 фитинговым коллектором, установлено равным числу упомянутых труб 12, сообщающихся с выходным 25 фитинговым коллектором.Moreover, the number of
Благодаря такой конструкции значительно повышается скорость и эффективность съема тепла и переноса теплового потока с горячих сторон термоэлектрических модулей 15, обеспечивается интенсивная равномерность этих процессов, а также создаются условия для стабильного и надежного температурного режима для обеспечения безотказной работы термоэлектрических модулей 15 в процессе эксплуатации заявляемого термоэлектрического кондиционера. При этом холодные радиаторы 9 выполнены в виде набора множества прямых параллелепипедов 28 (фиг 5, 6), каждый из который составлен из множества изогнутых элементов Ζ-образной формы в сечении (поз. 29 фиг. 5, 6, 10, 13), причем горизонтальные части этих радиаторов 9 образуют две противоположные плоские боковые грани каждого из упомянутых параллелепипедов 28 (фиг. 10), размещенных с возможностью обеспечения плотного плоскостного контакта с холодными сторонами термоэлектрических модулей 15 (фиг. 5, 6), а наклонные части Ζ-образных элементов 29 образуют сквозные каналы 30 для продува сквозь них охлажденного воздуха(фиг. 5, 6, 10).Thanks to this design, the speed and efficiency of heat removal and heat flux transfer from the hot sides of the
Благодаря такой конструкции, холодные радиаторы 9 (в виде множества прямых параллелепипедов) плотно уложены и зажаты между холодными сторонами термоэлектрических модулей 15 (фиг. 5, 6). При этом плоские поверхности параллелепипедов 28 холодных радиаторов 9 плотно прижаты к такой же по площади плоской поверхности холодных сторон термоэлектрических модулей 15. Этим обеспечен полноценный и надежный съем холода этой конструкцией радиаторов 9. С другой стороны такой зажим радиаторов 9 обеспечивает их надежное стабильно сжатое устойчивое положение, которое не меняется при тряске, кренах и вибрациях. Благодаря такой конструкции холодных радиаторов 9 и их креплению в заявляемом устройстве повышена прочность и надежность кондиционера, а также обеспечен эффективный съем охлажденного воздуха и подача его в зону дыхания человека, сидящего в небольшом пространстве кабины транспортного средства.Due to this design, cold radiators 9 (in the form of many straight parallelepipeds) are tightly stacked and sandwiched between the cold sides of thermoelectric modules 15 (Fig. 5, 6). In this case, the flat surfaces of the
На передней панели корпуса блока охлаждения 3 размещены дефлекторы 32 (фиг. 1, 3) для изменения направления охлажденного воздуха, а также органы управления, индикации и необходимые переключатели с соответствующими символами (на фиг. не показаны).On the front panel of the casing of the
Внутри на задней панели корпуса блока охлаждения 3 установлен электровентилятор 10, предназначенный для подачи воздуха к сквозным каналам 30 радиатора 9.Inside, on the rear panel of the casing of the
На правой боковой стенке блока охлаждения 3 через уплотнение выходит кабель с разъемом для подсоединения к блоку управления 6 и шпилька заземления для подключения минусового провода питания (на фиг. не показаны).On the right side wall of the
Блок управления 6 состоит из металлического корпуса с элементами крепления к изделию.The
На боковой стенке блока управления 6 расположены разъемы для подсоединения блоков охлаждения 3 и питающего напряжения.On the side wall of the
Блок 33 сброса тепла включает радиатор 7 сброса тепла и вентиляторы 8 сброса тепла. Радиатор 7 сброса тепла состоит из алюминиевого жидкостного радиатора 7, двух вентиляторов 8 сброса тепла, металлического корпуса для закрепления в изделии (фиг. 1, 2).The
В верхней части радиатора 7 сброса тепла имеется узел для удаления воздуха из гидравлической системы при ее заполнении теплоносителем (на фиг. не показаны).In the upper part of the
В нижней части радиатора 7 имеется штуцер, резиновый рукав и игольчатый кран для слива жидкого теплоносителя (на фиг. не показаны).In the lower part of the
Насос 5 (электрический жидкостной насос) имеет электродвигатель, закрепленный на общем основании. Насос 5 имеет два патрубка - центральный 34 - для входа охлаждающей жидкости, и боковой патрубок 35 - для выхода охлаждающей жидкости. Кабель питания (на фиг. не показан) с разъемом обеспечивает подключение насоса 5 к блоку управления 6.Pump 5 (electric liquid pump) has an electric motor mounted on a common base. The
Данное устройство - термоэлектрический кондиционер 1 для транспортного средства - создано в качестве базового с возможностью изготовления разных вариантов исполнения. Каждый вариант исполнения отличается количеством блоков охлаждения. Так, для эксплуатации в подвижных транспортных средствах военной техники выпущены два варианта исполнения данного кондиционера: двухблочный и трехблочный, (см. прилагаемую рекламу на 3-х листах).This device -
Размещение блоков указанного кондиционера следующее:The placement of the blocks of the specified air conditioner is as follows:
- блоки охлаждения 3 размещают в обитаемом отсеке транспортного средства (например, танка), при этом каждый блок 3 охлаждения устанавливают напротив каждого члена экипажа;- cooling
- остальные блоки устройства размещают снаружи на транспортном средстве.- the remaining blocks of the device are placed outside on the vehicle.
Заявляемый термоэлектрический кондиционер для транспортного средства работает следующим образом.The inventive thermoelectric air conditioner for a vehicle operates as follows.
Термоэлектрический кондиционер устанавливают на изделие и подключают к гидравлической системе изделия. Осуществляют заправку гидравлической системы охлаждающей жидкостью. Осуществляют подготовку к работе всех систем изделия.Thermoelectric conditioner is installed on the product and connected to the hydraulic system of the product. Hydraulic system is filled with coolant. Carry out the preparation for the operation of all product systems.
Предусмотрена работа кондиционера в следующих режимах:The operation of the air conditioner in the following modes is provided:
- режим кондиционирования - при температуре воздуха внутри обитаемого отделения не ниже 15°С;- conditioning mode - at an air temperature inside the inhabited compartment not lower than 15 ° С;
- режим вентиляции - при температуре окружающего воздуха от минус 50°С до плюс 55°С.- ventilation mode - at an ambient temperature of minus 50 ° С to plus 55 ° С.
Режим кондиционирования осуществляют следующим образом. При включении тумблера «Кондиционер» на панели блока охлаждения 3 включаются вентиляторы 8 радиатора 7 сброса тепла, электродвигатель электрического жидкостного насоса 5, вентилятор 10 блока охлаждения 3 и осуществляется подача питающего напряжения к термоэлектрическим модулям 15 охлаждения (ТЭМО). При протекании постоянного тока через ТЭМО на одной его стороне («горячей») тепло выделяется, а на другой стороне («холодной») тепло поглощается. Выделяющееся на «горячих» сторонах ТЭМО тепло поглощается теплоносителем (охлаждающей жидкостью), проходящим по каналам труб 12 и чрез выходной патрубок 14 по шлангам 2 подается в радиатор 7 сброса тепла, где мощными вентиляторами 8 удаляется во внешнюю среду.The conditioning mode is as follows. When you turn on the toggle switch “Air conditioning” on the panel of the
Холод, выделяемый на холодных сторонах ТЭМО, снимается с этих сторон плоскими поверхностями холодных радиаторов 9 и вентилятором 8, с помощью продуваемого им воздуха через сквозные каналы 30 радиатора 9, подает охлажденный воздух через дефлекторы 32 в зону дыхания человека (например, командира танка), находящегося на рабочем месте с обитаемом отсеке (салоне, кабине) транспортного средства (см. фиг. 14).The cold generated on the cold sides of the TEMO is removed from these sides by the flat surfaces of the
Режим кондиционирования реализуется в каждом блоке охлаждения 3 независимо от состояния остальных блоков охлаждения.The conditioning mode is implemented in each
Режим вентиляции осуществляют следующим образом.The ventilation mode is as follows.
Тумблером «Вентиляция» включают электродвигатель воздушного вентилятора 10 и воздух, забираемый в задней части блока охлаждения 3, выходит через дефлекторы 32, расположенные на его передней панели. Регулятор оборотов упомянутого электродвигателя вентилятора 10 позволяет плавно изменять количество подаваемого воздуха, устанавливая наиболее комфортные условия вентиляции. Поворотные дефлекторы 32 позволяют направить поток воздуха в желаемом направлении. Режим вентиляции реализуется в каждом блоке охлаждения 3 независимо от состояния остальных блоков охлаждения.The “Ventilation” toggle-switch includes the electric motor of the
В заявляемом термоэлектрическом кондиционере для транспортного средства конструктивно решены следующие проблемы:In the inventive thermoelectric air conditioner for a vehicle, the following problems are structurally solved:
- конструктивно обеспечена возможность надежного съема тепла с горячих сторон термомодулей;- the possibility of reliable heat removal from the hot sides of the thermal modules is structurally ensured;
- конструктивно решена проблема по повышению эффективности переноса тепла;- Structurally solved the problem of increasing the efficiency of heat transfer;
- благодаря созданной новой конструкции холодного радиатора обеспечен качественный съем холода и подача охлажденного воздуха в область дыхания человека;- thanks to the new design of the cold radiator created, high-quality removal of cold and the supply of chilled air to the human breathing area are ensured;
- конструктивно созданы температурные условия для стабильной отказоустойчивой работы термоэлектрических модулей.- temperature conditions have been constructively created for stable fail-safe operation of thermoelectric modules.
При этом в заявляемой конструкции термоэлектрического кондиционера для транспортного средства обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:Moreover, in the claimed design of a thermoelectric air conditioner for a vehicle, the following technical and economic results are achieved:
- оптимальная компактность, технологичность и простота конструкции с жесткими ограничениями по массе, габаритам и техническим параметрам;- optimal compactness, manufacturability and simplicity of design with stringent restrictions on weight, dimensions and technical parameters;
- стабильность заданных выходных параметров;- stability of the given output parameters;
- повышенная прочность и выносливость как основных элементов в конструкции, так и соединяющих их средств;- increased strength and endurance of both the main elements in the structure and the means connecting them;
- устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам (механические удары одиночного и многократного действия: 500/20g, синусоидальные вибрации с диапазоном частот 5÷500 Гц с амплитудой виброускорения 3g);- resistance to vibrations and shock loads (mechanical shocks of single and multiple actions: 500 / 20g, sinusoidal vibrations with a frequency range of 5 ÷ 500 Hz with an amplitude of vibration acceleration of 3g);
- высокая надежность эксплуатации;- high reliability of operation;
- устойчивость при кренах и качках;- stability during rolls and rolls;
- минимальные эксплуатационные расходы и простота в обслуживании;- minimum operating costs and ease of maintenance;
- автономное включение и выключение каждого блока;- Autonomous inclusion and switching off of each block;
- обеспечение работоспособности и сохранения необходимых параметров при высоких и низких температурах окружающей среды (в диапазоне температур окружающего воздуха от -50°С до +50°С и абсолютных высотах до 5000 м);- ensuring the operability and preservation of the necessary parameters at high and low ambient temperatures (in the range of ambient temperatures from -50 ° C to + 50 ° C and absolute heights of up to 5000 m);
- обеспечение персонифицированной подачи струи прохладного воздуха в область дыхания каждому члену экипажа, находящемуся в жилом отсеке транспортного средства;- providing a personalized supply of a stream of cool air into the breathing area for each crew member located in the living compartment of the vehicle;
- обеспечение высокой пожароустойчивости при жестких экстремальных условиях эксплуатации;- ensuring high fire resistance under harsh extreme operating conditions;
- обеспечение требований к долговечности и сохраняемости: назначенный полный срок службы - не менее 15 лет, назначенный ресурс - не менее 6000 часов;- ensuring the requirements for durability and shelf life: the assigned full service life is at least 15 years, the assigned resource is at least 6,000 hours;
- обеспечение сохранения работоспособности после воздействия пониженной температуры до минус 65°С и повышенной температурой до плюс 70°С.- ensuring the preservation of operability after exposure to low temperature to minus 65 ° C and high temperature to plus 70 ° C.
Таким образом, заявляемое техническое решение представляет собой оригинальный термоэлектрический кондиционер для транспортного средства, который отличается от известных решений высокой надежностью эксплуатации, оптимальной холодопроизводительностью, компактностью и небольшими размерами и весом, особой выносливостью и повышенной прочностью, длительным ресурсом безаварийной работы и стабильными выходными параметрами при эксплуатации в жестких экстремальных условиях.Thus, the claimed technical solution is an original thermoelectric air conditioner for a vehicle, which differs from the known solutions by its high reliability, optimal cooling capacity, compactness and small size and weight, special endurance and increased strength, long life of trouble-free operation and stable output parameters during operation in harsh extreme conditions.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016141362U RU172326U1 (en) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | Thermoelectric air conditioner for vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016141362U RU172326U1 (en) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | Thermoelectric air conditioner for vehicle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU172326U1 true RU172326U1 (en) | 2017-07-04 |
Family
ID=59310308
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016141362U RU172326U1 (en) | 2016-10-20 | 2016-10-20 | Thermoelectric air conditioner for vehicle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU172326U1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU186006U1 (en) * | 2018-05-28 | 2018-12-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Комбайновый завод "Ростсельмаш" | DEVICE FOR PROTECTION OF HOT SURFACES OF A TURBOCHARGER AND COLLECTORS OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
RU2693273C1 (en) * | 2017-07-12 | 2019-07-02 | Др. Инж. х.к. Ф. Порше Акциенгезелльшафт | Charging cable unit for charging column of a electric charging station and use of such unit |
RU201424U1 (en) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | Акционерное общество "Омский завод транспортного машиностроения" | Transport-loading vehicle on the chassis of a base tank |
RU212464U1 (en) * | 2022-04-26 | 2022-07-22 | Закрытое акционерное общество "БЕЛРОБОТ" | Vehicle heater |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2336184C1 (en) * | 2007-05-08 | 2008-10-20 | РЯЗАНСКИЙ ВОЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. генерала армии В.П. Дубынина | Thermoelectric conditioner |
KR20150006636A (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-19 | 신호동 | Air conditioner and a vehicle using air conditioner |
WO2016060440A1 (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-21 | 주식회사 소망기술 | Interior temperature control device for vehicle using thermoelement |
US9365090B2 (en) * | 2004-05-10 | 2016-06-14 | Gentherm Incorporated | Climate control system for vehicles using thermoelectric devices |
-
2016
- 2016-10-20 RU RU2016141362U patent/RU172326U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9365090B2 (en) * | 2004-05-10 | 2016-06-14 | Gentherm Incorporated | Climate control system for vehicles using thermoelectric devices |
RU2336184C1 (en) * | 2007-05-08 | 2008-10-20 | РЯЗАНСКИЙ ВОЕННЫЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ им. генерала армии В.П. Дубынина | Thermoelectric conditioner |
KR20150006636A (en) * | 2013-07-09 | 2015-01-19 | 신호동 | Air conditioner and a vehicle using air conditioner |
WO2016060440A1 (en) * | 2014-10-13 | 2016-04-21 | 주식회사 소망기술 | Interior temperature control device for vehicle using thermoelement |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2693273C1 (en) * | 2017-07-12 | 2019-07-02 | Др. Инж. х.к. Ф. Порше Акциенгезелльшафт | Charging cable unit for charging column of a electric charging station and use of such unit |
US10611254B2 (en) | 2017-07-12 | 2020-04-07 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Charging cable unit for a charging column of an electric filling station and use of such a unit |
RU186006U1 (en) * | 2018-05-28 | 2018-12-26 | Общество с ограниченной ответственностью "Комбайновый завод "Ростсельмаш" | DEVICE FOR PROTECTION OF HOT SURFACES OF A TURBOCHARGER AND COLLECTORS OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
RU201424U1 (en) * | 2020-09-14 | 2020-12-15 | Акционерное общество "Омский завод транспортного машиностроения" | Transport-loading vehicle on the chassis of a base tank |
RU212464U1 (en) * | 2022-04-26 | 2022-07-22 | Закрытое акционерное общество "БЕЛРОБОТ" | Vehicle heater |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU172326U1 (en) | Thermoelectric air conditioner for vehicle | |
US10305154B2 (en) | Apparatus for controlling temperature of coolant in water-cooled battery system and method thereof | |
US9530994B2 (en) | Heat exchanger for temperature control of vehicle batteries | |
US20120117983A1 (en) | Air-conditioning heat exchanger and air conditioner having the same | |
US6430935B1 (en) | Personal cooling air filtering device | |
ES2784185T3 (en) | Heat absorption or dissipation device with temperature difference fluids transported inversely in multiple pipes | |
WO2016133145A1 (en) | Battery temperature control device and battery temperature control system | |
US10619951B2 (en) | Phase transition suppression heat transfer plate-based heat exchanger | |
US20100089556A1 (en) | Heat absorbing or dissipating device with multi-pipe reversely transported temperature difference fluids | |
JP2010001013A (en) | Heating, ventilating and/or air-conditioning device for automobile | |
CN105882353B (en) | Electricity-saving type car air-conditioner | |
KR101609051B1 (en) | Heat source apparatus | |
CN1195090A (en) | Semiconductor refrigerating air-conditioner | |
CN103427136B (en) | Battery module cooling device | |
WO2022022981A1 (en) | Electric fluid heater | |
US11768036B2 (en) | Heat exchanger and system for cooling a fluid comprising such a heat exchanger | |
JP2018006716A (en) | Substrate assembly, and air conditioning system | |
CN107953740B (en) | Air conditioning unit | |
US20120240598A1 (en) | Heat pump system | |
KR101862241B1 (en) | Air conditioning system of vehicle using thermoelectric element | |
KR102028908B1 (en) | A Heat Exchanger Having a Built-in Electrical Heater | |
US20060113067A1 (en) | Method for heating or cooling fluid medium | |
US20160290691A1 (en) | Piping structure, cooling device including the same, and method for transporting refrigerant vapor | |
US20110315361A1 (en) | Cooling system having fins | |
CN216667841U (en) | Heat radiation structure and air conditioner outdoor unit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20191021 |