RU2397074C2 - Thermoelectrical air conditioner - Google Patents
Thermoelectrical air conditioner Download PDFInfo
- Publication number
- RU2397074C2 RU2397074C2 RU2008135035/11A RU2008135035A RU2397074C2 RU 2397074 C2 RU2397074 C2 RU 2397074C2 RU 2008135035/11 A RU2008135035/11 A RU 2008135035/11A RU 2008135035 A RU2008135035 A RU 2008135035A RU 2397074 C2 RU2397074 C2 RU 2397074C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modules
- air conditioner
- radiator
- hot
- thermoelectric
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Известны термоэлектрические кондиционеры, содержащие полупроводниковые термоэлектрические элементы (модули), размещенные на охлаждаемом основании, воздушные радиаторы, обдуваемые воздушными потоками, сформированными вентиляторами. С целью снижения тепловых потерь при съеме тепла (холода) с теплообменных площадок модулей тепловой контакт может быть осуществлен, например, путем прижима основания радиатора к модулю через слой теплопроводящей пасты с помощью прижимных винтов, с помощью пружин, прижимающих радиаторы к модулям, с помощью пайки к электроизолирующему теплопереходу, содержащему медные пластины с наклеенной кабельной бумагой, или же оксидированных пластин, а также с использованием гофрированных электроизолирущих переходов (Цветков Ю.Н. Термоэлектрическая батарея для кондиционирования воздуха. Холодильная техника, 1966, №12).Known thermoelectric conditioners containing semiconductor thermoelectric elements (modules) located on a cooled base, air radiators, blown by air currents formed by fans. In order to reduce heat loss during heat (cold) removal from the heat exchange pads of the modules, thermal contact can be made, for example, by pressing the radiator base to the module through a layer of heat-conducting paste using pressure screws, using springs that press the radiators to the modules, by soldering to an electrically insulating heat transfer containing copper plates with glued cable paper, or oxidized plates, as well as using corrugated electrically insulating transitions (Tsvetkov Yu.N. Thermoelectric Battery for air conditioning. Refrigeration 1966, №12).
Каждый способ осуществления теплового контакта имеет свои недостатки. Например, использование прижимных винтов неэффективно из-за тепловых потерь по винтам, закорачивающим тепловые потоки между горячими и холодными основаниями радиаторов, что снижает эффективность термоэлектрического устройства в целом, а также из-за невозможности равномерного прижима модуля к основаниям радиаторов, снимающим тепло (холод), что приводит к неравномерному теплосъему или же к выходу модуля из строя.Each method of thermal contact has its drawbacks. For example, the use of clamping screws is ineffective due to heat losses on the screws shorting the heat flux between the hot and cold bases of the radiators, which reduces the efficiency of the thermoelectric device as a whole, and also because of the impossibility of uniformly pressing the module to the bases of the radiators that remove heat (cold) , which leads to uneven heat removal or to the failure of the module.
Использование пружин также подразумевает перетечки по ним тепла, а также затруднительность получения оптимального усилия (100-150 кг на модуль), гарантирующего равномерное распределение тонкого слоя теплопроводящей пасты на всей поверхности теплового контакта и исключение промежутков, зазоров или пузырьков, заполненных воздухом. Кроме того, прижимной контакт имеет неудовлетворительные механические свойства, что недопустимо при использовании такого устройства на подвижном составе.The use of springs also implies a leakage of heat along them, as well as the difficulty of obtaining optimal effort (100-150 kg per module), which guarantees the uniform distribution of a thin layer of heat-conducting paste over the entire surface of the thermal contact and the exclusion of gaps, gaps or bubbles filled with air. In addition, the clamping contact has unsatisfactory mechanical properties, which is unacceptable when using such a device on a rolling stock.
Использование электроизолирующих теплопереходов может привести либо к электрическому пробою, либо, особенно при использовании гофрированных теплопереходов, к ухудшению тепловых и механических характеристик кондиционера. Так, например, гофрированный теплопереход имеет значительные тепловые сопротивления (от 2,0°С до 3,5°С при тепловом потоке I Вт см-2). Кроме того, для улучшения механических характеристик таких переходов используется закрепление сборки с помощью заливки компаундом, что также увеличивает тепловые потери и снижает холодопроизводительность.The use of electrically insulating heat transfer can lead either to electrical breakdown, or, especially when using corrugated heat transfer, to the deterioration of the thermal and mechanical characteristics of the air conditioner. So, for example, corrugated heat transfer has significant thermal resistance (from 2.0 ° C to 3.5 ° C with a heat flux of I W cm -2 ). In addition, to improve the mechanical characteristics of such transitions, the assembly is secured by filling with a compound, which also increases heat loss and reduces cooling capacity.
С целью обеспечения высокой "живучести" кондиционера используются параллельно-последовательные соединения термоэлектрических элементов. Однако выход из строя, например, одного элемента может привести либо к выходу из строя, либо к обесточиванию значительной части сопряженных с ним элементов. Возможность закорачивания нескольких элементов, например, на охлаждаемое основание не рассматривается вовсе.In order to ensure high survivability of the air conditioner, parallel-serial connections of thermoelectric elements are used. However, failure, for example, of one element can lead either to failure or to de-energize a significant part of the elements associated with it. The possibility of shorting several elements, for example, on a cooled base, is not considered at all.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является термоэлектрический кондиционер для транспортного средства (RU 2165363 C1, 7 B60H 3/00), содержащий разъемный корпус, в котором расположен набор термоэлектрических ячеек, каждая из которых состоит из термоэлектрического модуля и радиаторов с ребрами, присоединенных к внешним противолежащим поверхностям его теплообменных пластин, систему термоэлектрических ячеек, состоящих из крепежных пластин с окнами, в которых размещены стяжки, и упругих уплотнений, контактирующих со средними зонами боковых поверхностей термоэлектрических ячеек, канал технологического воздуха, снабженного по крайней мере одним вентилятором, канал кондиционируемого воздуха, снабженного по крайней мере одним вентилятором, а каждый термоэлектрический модуль выполнен по крайней мере из двух параллельно соединенных термоэлектрических батарей; жесткие элементы системы крепления, выполненные из электроизоляционного материала, упругие элементы в виде U-образных пружин, давящих на ребра радиаторов и размещенных между радиаторами термоэлектрических ячеек и стяжками системы их крепления, которые служат для поджима радиаторов к теплообменным площадкам модулей.The closest in technical essence to the claimed object is a thermoelectric air conditioner for a vehicle (RU 2165363 C1, 7 B60H 3/00), containing a detachable housing in which there is a set of thermoelectric cells, each of which consists of a thermoelectric module and radiators with fins connected to the external opposite surfaces of its heat-exchange plates, a system of thermoelectric cells consisting of fixing plates with windows in which screeds are placed, and elastic seals in contact with the media them zones of the lateral surfaces of thermoelectric cells, a channel of technological air equipped with at least one fan, a channel of conditioned air, equipped with at least one fan, and each thermoelectric module is made of at least two parallel-connected thermoelectric batteries; rigid elements of the fastening system made of insulating material, elastic elements in the form of U-shaped springs, pressing on the fins of the radiators and placed between the radiators of the thermoelectric cells and the couplers of their fastening systems, which serve to clamp the radiators to the heat exchange platforms of the modules.
Недостатком данной конструкции кондиционера является ненадежность прижима (давящего на модуль с усилием 10 кг), что недостаточно с точки зрения виброустойчивости, а также с точки зрения качества теплового контакта радиатора с модулями (большее давление приводит к деформации ребер); кроме того, значительное количество элементов крепления модулей и радиаторов - стяжек из электроизолирующего материала, крепежных пластин, прокладок - занимает значительную часть объема кондиционера, что приводит к торможению воздушного потока на элементах крепежа и изоляторах, образования вихревых потоков, приводящих к ухудшению качества теплосъема с радиаторов и снижению холодопроизводительности. На пути движения воздушного потока находится также U-образная пружина, стоящая к потоку фронтом.The disadvantage of this design of the air conditioner is the unreliability of the clamp (pressing on the module with a force of 10 kg), which is insufficient from the point of view of vibration resistance, as well as from the point of view of the quality of thermal contact of the radiator with the modules (higher pressure leads to deformation of the ribs); in addition, a significant number of fastening elements for modules and radiators — screeds made of electrically insulating material, mounting plates, gaskets — occupy a significant part of the volume of the air conditioner, which leads to inhibition of the air flow on the fasteners and insulators, the formation of vortex flows, which leads to a deterioration in the quality of heat removal from radiators and reduced cooling capacity. On the way of the air flow there is also a U-shaped spring, which is front facing the flow.
Данная конструкция прижима не гарантирует также равномерности прижима радиатора к модулю, поскольку из-за возможного перекоса конструкции или же смещения прижимного винта, давящего на U-образную пружину, возможно неравномерное распределение усилия по теплообменной площадке модуля, а следовательно, к ухудшению качества теплосъема.This design of the clamp also does not guarantee uniformity of the clamping of the radiator to the module, since due to a possible skew of the structure or displacement of the clamping screw pressing on the U-shaped spring, uneven distribution of force on the heat exchange platform of the module is possible, and therefore, deterioration in the quality of heat removal.
С целью увеличения холодопроизводительности кондиционера, снижения тепловых потерь, а также повышения его эксплуатационной надежности и времени эксплуатации (до времени эксплуатации, соизмеримой со временем эксплуатации подвижного состава) была предложена следующая конструкция термоэлектрического кондиционера.In order to increase the cooling capacity of the air conditioner, reduce heat loss, as well as increase its operational reliability and operating time (up to the operating time comparable with the operating time of the rolling stock), the following design of the thermoelectric air conditioner was proposed.
Кондиционер, предназначенный для работы в кабине машиниста подвижного состава (тепловоза), состоит из двух идентичных охлаждающих термоэлектрических блоков. Такой блок, представленный на фиг.1 (в дальнейшем кондиционер), содержит горячий радиатор, разбитый на восемь электроизолированных друг от друга секций I (такие секции крепятся винтами с электроизолирующими втулками на раме кондиционера), при этом на каждую секцию установлено тепловыделяющими площадками двенадцать термоэлектрических модулей (5) типа ТМ127-2,0-15 (в шесть рядов по два модуля), контактирующих теплопоглощающими площадками с концентраторами (9) шести холодных радиаторов (2) (каждый холодный радиатор объединяет два модуля).An air conditioner designed to operate in the driver’s cab of a rolling stock (diesel locomotive) consists of two identical cooling thermoelectric units. Such a unit, shown in Fig. 1 (hereinafter referred to as an air conditioner), contains a hot radiator, divided into eight sections I electrically insulated from each other (such sections are fastened with screws with electrically insulating bushes on the air conditioner frame), with twelve thermoelectric pads installed on each section modules (5) of ТМ127-2,0-15 type (in six rows of two modules), contacting heat-absorbing pads with concentrators (9) of six cold radiators (2) (each cold radiator combines two modules).
Использование разбивки на секции и расположение их в два ряда (по четыре секции по направлению движения воздушного потока) позволяет свести до минимума объемы, занятые элементами крепежа, а количество стыков ребер сократить до трех, что минимизирует потери за счет сопротивления воздушного потока на стыках ребер (поскольку вихревые образования, возникающие на стыках и представляющие собой «пробки», не участвующие в теплосъеме, но тормозящие воздушный поток из-за увеличения суммарного гидравлического сопротивления воздушного контура, приводят к снижению эффективности его работы).Using breakdown into sections and arranging them in two rows (four sections in the direction of air flow) allows to minimize the volumes occupied by fasteners, and reduce the number of rib joints to three, which minimizes losses due to airflow resistance at the rib joints ( since vortex formations that occur at the joints and are “plugs” that are not involved in heat removal but inhibit the air flow due to an increase in the total hydraulic resistance of the air circuit, lead to a decrease in the efficiency of his work).
Воздух, нагретый после прохождения через радиаторы технологического (горячего) контура (1), выносится с помощью вентиляторов (13) наружу, а холодный воздух, прошедший через холодные радиаторы (2) конденсирующего контура с помощью вентиляторов (14), поступает в охлаждаемый объем - кабину машиниста подвижного состава. (Кондиционер, представленный на фиг.1, изображен в перевернутом виде, в рабочем положении кондиционирующий контур находится снизу.)The air heated after passing through the radiators of the technological (hot) circuit (1) is carried out with the help of fans (13), and the cold air passing through the cold radiators (2) of the condensing circuit with the help of fans (14) enters the cooled volume - the cab of the rolling stock. (The air conditioner shown in FIG. 1 is shown upside down; in the operating position, the air conditioning circuit is at the bottom.)
Кондиционер (блок) содержит 96 термоэлектрических модулей. Модули скоммутированы следующим образом. Четыре модуля соединены параллельно и образовывают звено, а звенья в количестве 24-х соединены последовательно, причем на одну секцию приходится по три звена.The air conditioner (unit) contains 96 thermoelectric modules. The modules are connected as follows. Four modules are connected in parallel and form a link, and 24 units are connected in series, with three links per section.
Такая схема соединения выбрана с целью резервирования функционирования кондиционера на случай выхода из строя модулей из-за закорачивания их токовыводов, из-за их обрыва, а также закорачивания токовыводов на радиаторы. Такие случаи отказов маловероятны, но все же приходится их учитывать. Соотношение количества модулей в звене к количеству звеньев выбрано с таким расчетом, что выход из строя модуля путем обрыва токовыводов не приводит к выходу из строя остальных модулей в звене, а следовательно, не приводит к выходу из строя всего кондиционера; выход из строя модуля путем закорачивания между собой токовыводов приводит лишь к некоторому увеличению тока, питающего кондиционер, и не приводит к выходу кондиционера из строя.This connection scheme was chosen in order to reserve the functioning of the air conditioner in case of failure of the modules due to shorting of their current leads, because of their breakage, as well as shorting of current leads to radiators. Such failures are unlikely, but still have to be taken into account. The ratio of the number of modules in the link to the number of links is chosen so that failure of the module by breaking current leads does not lead to failure of the remaining modules in the link, and therefore does not lead to failure of the entire air conditioner; failure of the module by shorting current leads between each other leads only to a certain increase in the current supplying the air conditioner, and does not lead to the air conditioner's failure.
Более того, выбранный режим работы модулей в кондиционере (сдвинутый в сторону максимального холодильного коэффициента) позволяет поддерживать его работоспособность при выходе из строя путем обрыва токовыводов до трех модулей в звене (вероятность чего сама по себе исчезающе мала), а количество секций также выбрано с таким расчетом, что выход из строя одной-двух из них путем закорачивания также не приведет к значительному скачку напряжения на остальные секции и к выходу из строя кондиционера в целом.Moreover, the selected mode of operation of the modules in the air conditioner (shifted towards the maximum refrigeration coefficient) allows it to be maintained in case of failure by breaking current outputs of up to three modules in a link (the probability of which is vanishingly small in itself), and the number of sections is also chosen with this with the calculation that failure of one or two of them by shorting will also not lead to a significant surge in voltage to the remaining sections and to failure of the air conditioner as a whole.
На крайних секциях горячих радиаторов установлены датчики температуры, выключающие питание кондиционера при температуре, превышающей 70°С, путем срабатывания системы безопасности эксплуатации.At the extreme sections of the hot radiators, temperature sensors are installed that turn off the power of the air conditioner at a temperature exceeding 70 ° C by activating the operation safety system.
Крепление и прижим к модулям холодных радиаторов осуществляется с помощью оригинальных прижимных устройств (фиг.2). Они представляют собой двойное коромысло (3), объединенное U-образной пружиной (4) с радиусом изгиба, равным одной четвертой части ширины модуля. Количество двойных коромысел на одно прижимное устройство - два; одно со стороны холодных, другое - со стороны горячих радиаторов.Fastening and clamping to the modules of cold radiators is carried out using the original clamping devices (figure 2). They are a double rocker (3), combined by a U-shaped spring (4) with a bending radius equal to one fourth of the module width. The number of double rockers on one clamping device is two; one on the cold side, the other on the side of hot radiators.
Концы коромысел (3) расположены между ребрами холодного (2) и горячего (1) радиатора и, проходя непосредственно над теплообменными площадками модулей (5), давят на основания радиаторов. Длина коромысла выбрана таким образом, чтобы его концы располагались над и под торцом модуля, т.е. общая длина коромысла должна быть равна двум длинам модуля плюс промежуток между модулями (в данном случае под словом длина модуля подразумевается размер модуля по ходу движения воздушного потока, ширина модуля - его размер в направлении, перпендикулярном движению воздушного потока). Это позволяет выравнить давление на модуль по направлению движения воздушного потока.The ends of the rocker arm (3) are located between the fins of the cold (2) and hot (1) radiator and, passing directly above the heat exchange platforms of the modules (5), press on the base of the radiators. The length of the rocker arm is selected so that its ends are located above and below the end of the module, i.e. the total length of the rocker arm must be equal to two module lengths plus the gap between the modules (in this case, the word module length means the size of the module along the air flow, the width of the module - its size in the direction perpendicular to the air flow). This allows you to equalize the pressure on the module in the direction of air flow.
Для выравнивания давления на модуль в перпендикулярном направлении двойное коромысло, объединенное пружиной с радиусом 1/4 от ширины модуля, разнесено на 1/2 ширины модуля, что распределяет усилие по всей теплообменной площадке модуля по фронту движения воздушного потока.To equalize the pressure on the module in the perpendicular direction, the double beam, united by a spring with a radius of 1/4 of the width of the module, is spaced 1/2 of the width of the module, which distributes the force throughout the heat exchange area of the module along the front of the air flow.
Прижим радиаторов осуществляется с помощью гайки (6), завинчивающейся на шпильке (7) с сухарем (8), при этом шпилька проходит через основания обоих радиаторов и середину U-образных пружин, а также через отверстие токоподводящей платы (12) (фиг.2).The radiators are clamped using a nut (6) screwed on a stud (7) with a cracker (8), while the stud passes through the bases of both radiators and the middle of the U-shaped springs, as well as through the hole of the power supply plate (12) (Fig. 2 )
Величина усилия контролируется с помощью торированного гаечного ключа в процессе сборки с расчетом 150÷200 кг на модуль.The magnitude of the force is controlled using a torirovanny wrench during the assembly process with the calculation of 150 ÷ 200 kg per module.
Для улучшения теплосъема с теплообменных (тепловыделяющих и теплопоглощающих) пластин модуля на них наносится слой теплопроводной пасты на кремнийорганической основе типа 131-179 толщиной ~40 мкм.To improve the heat removal from the heat transfer (heat-generating and heat-absorbing) plates of the module, a layer of heat-conducting paste based on an organosilicon type 131-179 with a thickness of ~ 40 μm is applied to them.
По мере завинчивания гайки на шпильке в результате ее давления (через изолирующую втулку (10) и две шайбы (11)) на изгиб U-образной пружины происходит выравнивание коромысла путем выборки зазоров между основаниями радиаторов и коромыслами, затем по мере затяжки гайки осуществляется равномерный прижим оснований радиаторов к теплообменным площадкам двух модулей, и, наконец, после достижения необходимого усилия гайка законтривается в таком положении.As the nut is screwed on the stud as a result of its pressure (through the insulating sleeve (10) and two washers (11)) on the bend of the U-shaped spring, the beam is aligned by selecting the gaps between the radiator bases and the rocker arms, then, as the nut is tightened, the clamp is uniformly pressed the base of the radiators to the heat exchange pads of the two modules, and finally, after reaching the necessary force, the nut is locked in this position.
Две параллельные кромки коромысла (3) обеспечивают равномерный прижим оснований радиаторов к модулям вне зависимости от возможных смещений усилия по длине и ширине модуля и исключают перекосы оснований радиаторов по отношению к теплообменным площадкам модулей, обеспечивают равномерное распределение усилия как по длине, так и по ширине модуля.Two parallel edges of the rocker arm (3) ensure uniform pressure of the radiator bases to the modules, regardless of the possible displacements of the force along the length and width of the module and exclude distortions of the radiator bases in relation to the heat exchange platforms of the modules, ensure uniform distribution of force both along the length and width of the module .
Использование одной шпильки (7) на два модуля (по сравнению, например, с четырехвинтовой затяжкой каждого модуля) резко снижает перетечки тепла по крепежным деталям между радиаторами, а следовательно, снижает потери тепла.The use of one stud (7) on two modules (compared, for example, with the four-screw tightening of each module) dramatically reduces heat leakage on the fasteners between the radiators, and therefore reduces heat loss.
Само двойное коромысло выполнено из упругого закаленного пружинящего материала толщиной 2 мм единой деталью. Выбор материала для него (высокопрочного и пружинящего) обусловлен тем, что его прочность обеспечивает необходимое давление коромысел на основания радиаторов, а пружинящее свойство обеспечивает необходимое усилие с помощью завинчивающейся гайки и сохранение этого усилия на весь срок эксплуатации кондиционера. Для надежности гайка законтривается с помощью контровочной краски.The double rocker itself is made of an elastic hardened
В отличие от ранее описанной конструкции предложенная U-образная пружина расположена в профиль к воздушному потоку и торможение на ней воздушного потока минимально. Разрывы ребер (выборки) в местах установки U-образных пружин расположены локально и имеют минимальные размеры.In contrast to the previously described design, the proposed U-shaped spring is located in profile to the air flow and the braking of the air flow on it is minimal. Rupture of the ribs (sample) in the places of installation of U-shaped springs are located locally and have a minimum size.
Как уже отмечалось, отличием предложенной конструкции является и то, что кондиционер работает в "щадящем" режиме, близком к режиму максимального холодильного коэффициента, т.е. в качестве охлаждающих термоэлектрических модулей выбраны модули с заведомо большей холодопроизводительностью по сравнению с требуемой, но недостаточно загруженные (ток через них составляет одну третью часть от тока максимальной холодопроизводительности). Выбор такого режима связан с ограничениями по потребляемой мощности при необходимости получения значительной холодопроизводительности, а также связан с безопасностью при эксплуатации и обеспечением значительной "живучести" кондиционера, поскольку при данном режиме, близком к режиму максимального холодильного коэффициента, в случае выхода из строя до трех модулей в звене (что рассматривалось ранее) кондиционер не выходит из строя, а оставшиеся модули (на которых происходит перераспределение мощности) начинают работать в режиме, близком к режиму максимальной холодопроизводительности, при этом общая холодопроизводительность либо не меняется, либо изменяется незначительно.As already noted, the distinguished feature of the proposed design is that the air conditioner operates in a "gentle" mode close to the maximum refrigeration coefficient mode, i.e. As cooling thermoelectric modules, modules with a known higher cooling capacity compared to the required, but not sufficiently loaded (the current through them is one third of the maximum cooling capacity) were selected. The choice of this mode is associated with restrictions on power consumption when it is necessary to obtain significant cooling capacity, and is also associated with operational safety and ensuring significant “survivability” of the air conditioner, since in this mode, close to the maximum refrigeration coefficient mode, in the event of failure of up to three modules in the link (which was considered earlier), the air conditioner does not fail, and the remaining modules (on which the power is redistributed) begin to work in close mode m to the maximum cooling capacity, while the total cooling capacity either does not change, or changes slightly.
Секция горячего радиатора (1) в предложенной конструкции состоит из основания из алюминиевого сплава с запрессованными ребрами и с шестью сквозными отверстиями для стягивающих шпилек, а со стороны ребер вокруг отверстий находится выборка ребер, в которую вкладывается U-образная пружина двойного коромысла (концы коромысел, как уже отмечалось, проходят между ребрами радиаторов и под модулем). Длина ребра горячего радиатора в секции составляет 200 мм, высота - 100 мм, толщина - 1,5 мм.The hot radiator section (1) in the proposed design consists of an aluminum alloy base with pressed-in ribs and with six through holes for tightening pins, and on the side of the ribs around the holes there is a selection of ribs, into which a U-shaped double rocker spring (ends of the rocker arm, as already noted, pass between the fins of the radiators and under the module). The length of the fin heatsink in the section is 200 mm, the height is 100 mm, and the thickness is 1.5 mm.
Равномерность распределения давления, реализованного с помощью описанного стягивающего устройства, позволила значительно уменьшить толщину основания радиаторов, что привело к облегчению конструкции и снижению тепловых потерь на основании.The uniformity of the pressure distribution realized with the help of the described tightening device made it possible to significantly reduce the thickness of the base of the radiators, which led to a simplification of the design and reduction of heat loss on the base.
Холодный радиатор (2) состоит из основания с двумя "каблуками" - концентраторами (9), служащими для съема холода с теплообменных площадок модулей и контактирующими с ними. В основание радиатора (~200×60 мм) запрессованы ребра длиной ~200 мм и высотой ~75 мм при толщине ребра 1,0 мм, а в центре основания между концентраторами выполнено сквозное отверстие для шпильки стягивающего устройства, а со стороны ребер радиатора отверстие обрамлено выборкой ребер размером, равным размеру средней пружинной части коромысла - U-образной пружины.The cold radiator (2) consists of a base with two “heels” - hubs (9), which serve to remove cold from the heat exchange platforms of the modules and in contact with them. Fins ~ 200 mm long and ~ 75 mm high with a rib thickness of 1.0 mm are pressed into the radiator base (~ 200 × 60 mm) with a rib thickness of 1.0 mm, and a through hole is made between the concentrators in the center of the base for the stud pin, and the hole is framed on the side of the radiator fins a selection of ribs of a size equal to the size of the middle spring part of the rocker arm - U-shaped spring.
Для повышения надежности кондиционера членение холодных радиаторов осуществлено в большей степени, чем горячих. Это связано с тем, что со стороны холодных радиаторов проложены токовыводы модулей, токоподводящая плата (12), распайка токовыводов на плате; следовательно, отказы, связанные с закорачиванием, здесь более вероятны. Поскольку каждое звено, состоящее из четырех модулей, объединяют два холодных радиатора, то закорачивание, например, двух модулей на радиаторы не приводит к скачкам напряжения и тока в кондиционере, который продолжает работу в прежнем режиме.To increase the reliability of the air conditioner, the division of cold radiators is carried out to a greater extent than hot ones. This is due to the fact that from the side of the cold radiators laid the current outputs of the modules, the current-supply board (12), the wiring of the current outputs on the board; therefore, short circuit failures are more likely here. Since each link, consisting of four modules, combines two cold radiators, shorting, for example, two modules to radiators does not lead to voltage and current surges in the air conditioner, which continues to work in the previous mode.
Длина холодного радиатора, равная ширине секции, выбрана из тех соображений, что при объединении модулей по ходу движения воздушного потока число промежутков между ребрами у горячих и холодных радиаторов сведены к минимуму - равно трем.The length of the cold radiator, equal to the width of the section, is chosen from those considerations that when combining the modules along the air flow, the number of gaps between the fins of the hot and cold radiators is minimized - equal to three.
В случае же объединения двух модулей по фронту движения воздуха число стыков ребер в холодном контуре увеличивается в два раза, а следовательно, возрастают потери, связанные с потерей напора из-за увеличения суммарного гидравлического сопротивления воздушного контура, приводящего к снижению эффективности его работы (что уже отмечалось выше для случая горячего радиатора).In the case of combining the two modules along the front of the air movement, the number of joints of the ribs in the cold circuit doubles, and consequently, the losses associated with the loss of pressure due to an increase in the total hydraulic resistance of the air circuit, leading to a decrease in its efficiency (increase noted above for the case of a hot radiator).
Конструкция основания холодного радиатора, снабженного концентраторами, выбрана из следующих соображений.The design of the base of a cold radiator equipped with concentrators is selected from the following considerations.
Поскольку площадь оснований радиаторов больше площади теплообменных площадок модулей и в местах контакта модулей с основаниями тепловые потоки сгущены, что, в свою очередь, приводит к увеличению потерь на тепловом контакте, концентраторы выравнивают эти потоки и способствуют прохождению их перпендикулярно теплопереходу с меньшими потерями, а затем распределяют их равномерно по всему основанию (концентраторы выполнены как единое целое с основаниями).Since the area of the base of the radiators is larger than the area of the heat exchange areas of the modules and the heat fluxes are condensed at the places of contact of the modules with the bases, which, in turn, leads to an increase in losses on the thermal contact, the concentrators equalize these flows and facilitate their passage perpendicular to the heat transfer with less losses, and then distribute them evenly over the entire base (hubs are made as a unit with the bases).
Кроме того, концентраторы дают возможность разнести основания горячего и холодного радиатора для помещения между ними необходимой толщины тепловой изоляции, а также расположить токоподводящую плату.In addition, the concentrators make it possible to spread the bases of the hot and cold radiator to place the necessary thickness of thermal insulation between them, as well as arrange the current-carrying plate.
Наличие концентраторов позволяет также уменьшить толщину самого основания, т.е. облегчить конструкцию.The presence of concentrators can also reduce the thickness of the base itself, i.e. lighten the design.
В качестве тепловой изоляции используется теплоизоляционный материал ППЭ.As thermal insulation, the thermal insulation material PES is used.
Токоподводящая плата, служащая для параллельно-последовательной коммутации модулей, а также для подвода к модулям тока, представляет собой фольгированную стеклотекстолитовую пластину, расположенную между концентраторами холодных радиаторов на всю длину секции (в соответствии с расположенными на секции модулями). Плата имеет отверстия, через которые проходят шпильки прижимных устройств, соответствующую фольговую топографию для коммутации модулей и подвода к ним тока, изолированную от внешней среды с помощью лака, а также облуженные точки, к которым подпаиваются токовыводы модулей.The current-supplying board, which serves for parallel-serial switching of modules, as well as for supplying current modules, is a foil-coated fiberglass plate located between the concentrators of cold radiators for the entire length of the section (in accordance with the modules located on the section). The board has holes through which the clamping device studs pass, the corresponding foil topography for switching modules and supplying current to them, isolated from the external environment using varnish, and also tinned points to which the module current outputs are soldered.
Количество плат равно количеству секций, а сами платы соединены между собой последовательно с помощью силового провода.The number of boards is equal to the number of sections, and the boards themselves are interconnected in series using a power wire.
В качестве вентиляторов для горячего (технологического) контура используются четыре вентилятора ebmpapst DV 6248 TD, работающие на "вытягивание" горячего воздуха; в качестве вентиляторов для холодного (кондиционирующего) контура используются четыре вентилятора ebmpapst DV 5218 N, работающие в противотоке по сравнению с горячим контуром.As fans for the hot (technological) circuit, four ebmpapst DV 6248 TD fans are used, working to “draw” hot air; As fans for the cold (conditioning) circuit, four ebmpapst DV 5218 N fans are used, operating in countercurrent compared to the hot circuit.
Кондиционер работает следующим образом.Air conditioning works as follows.
При подаче напряжения на термоэлектрические элементы (модули) на холодных спаях модулей (обращенных к холодным радиаторам) выделяется холод, который с ребер этих радиаторов с помощью воздушного потока, сформированного вентиляторами, поступает в кабину машиниста.When voltage is applied to thermoelectric elements (modules) on the cold junctions of the modules (facing the cold radiators), cold is released, which from the edges of these radiators through the air flow formed by the fans, enters the driver's cab.
Выделяемое тепло на горячих спаях модулей снимается с ребер горячего радиатора с помощью воздушного потока, создаваемого вентиляторами горячего (технологического) контура, и выносится наружу.The heat generated on the hot junctions of the modules is removed from the fins of the hot radiator using the air flow created by the fans of the hot (technological) circuit, and carried out.
При перемене полярности тока кондиционер работает в режиме обогрева.When reversing the polarity of the current, the air conditioner operates in heating mode.
Кондиционер (блок) имеет следующие характеристики.Air conditioning (unit) has the following characteristics.
Холодопроизводительность Q0 составляет Q0≈2200 Вт.Cooling capacity Q 0 is Q 0 ≈2200 W.
Напряжение питания U=110 В.Supply voltage U = 110 V.
Рабочий ток I0 (термоэлектрических модулей в блоке) I0=16 А.Operating current I 0 (thermoelectric modules in the block) I 0 = 16 A.
Потребляемая мощность (без учета работы вентиляторов) W0=1780 Вт.Power consumption (excluding fans) W 0 = 1780 watts.
Холодильный коэффициент (без учета работы вентиляторов) K=Q0/W0≈1,2Refrigeration coefficient (excluding fans) K = Q 0 / W 0 ≈1.2
Холодильный коэффициент (с учетом работы вентиляторов и преобразователя напряжения) К~1,0Refrigeration coefficient (taking into account the operation of fans and a voltage converter) K ~ 1.0
Расход воздуха в кондиционирующем контуре V=720 нм3/часAir consumption in the air conditioning circuit V = 720 nm 3 / hour
Теплопроизводительность Qг составляет Qг=4600 Вт.The heating capacity of Q g is Q g = 4600 watts.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008135035/11A RU2397074C2 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Thermoelectrical air conditioner |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008135035/11A RU2397074C2 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Thermoelectrical air conditioner |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008135035A RU2008135035A (en) | 2010-03-10 |
| RU2397074C2 true RU2397074C2 (en) | 2010-08-20 |
Family
ID=42134710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008135035/11A RU2397074C2 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Thermoelectrical air conditioner |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2397074C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514871C2 (en) * | 2012-03-15 | 2014-05-10 | Татьяна Леонидовна Риполь-Сарагоси | Tank for moisture precipitation and removal from compressed gases |
| RU2529045C2 (en) * | 2012-11-21 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" | Small-size thermoelectric conditioner |
| RU2537655C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ" | Heat exchange device |
| RU2782332C1 (en) * | 2021-12-24 | 2022-10-25 | Анатолий Яковлевич Тереков | Thermoelectric air conditioner |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482396C2 (en) * | 2011-07-08 | 2013-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Системы связи и технического контроля" (ООО "Системы СТК") | Thermoelectric climate control system |
-
2008
- 2008-09-01 RU RU2008135035/11A patent/RU2397074C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2514871C2 (en) * | 2012-03-15 | 2014-05-10 | Татьяна Леонидовна Риполь-Сарагоси | Tank for moisture precipitation and removal from compressed gases |
| RU2529045C2 (en) * | 2012-11-21 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие Квант" | Small-size thermoelectric conditioner |
| RU2537655C1 (en) * | 2013-12-20 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ" | Heat exchange device |
| RU2782332C1 (en) * | 2021-12-24 | 2022-10-25 | Анатолий Яковлевич Тереков | Thermoelectric air conditioner |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008135035A (en) | 2010-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2426239T3 (en) | Current converter module with refrigerated current busbars | |
| AU651765B2 (en) | Cooling apparatus for electronic elements | |
| US9497887B2 (en) | Cooling structure for heating element and power converter | |
| US9142364B2 (en) | Contactor mounting panel with improved thermal characteristics | |
| US7687901B2 (en) | Heat dissipating fins opposite semiconductor elements | |
| EP3039954B1 (en) | Apparatus and methods using heat pipes for linking electronic assemblies that unequally produce heat | |
| US7360365B2 (en) | Thermoelectric heat pumps | |
| US9437797B2 (en) | Cooling structure of heating element and power conversion device | |
| CN108417542B (en) | Power unit assembly of motor controller | |
| RU2397074C2 (en) | Thermoelectrical air conditioner | |
| US20100218512A1 (en) | Heat exchanger for thermoelectric applications | |
| CN206118273U (en) | Heat radiation structure , electron device , cloud platform and aircraft | |
| WO2008001413A1 (en) | Power converter | |
| US20170084515A1 (en) | Power-Module Device and Power Conversion Device | |
| CN113170597A (en) | Device for cooling a busbar | |
| CN107768770B (en) | Cooling device | |
| JP2014160717A (en) | Power conversion device and semiconductor device | |
| JP2015115523A (en) | Semiconductor apparatus for power conversion device, and power conversion device | |
| JP4595175B2 (en) | Indirect cooling circuit device | |
| JP5908156B1 (en) | Heating element cooling structure | |
| US11486613B2 (en) | Power converter and air-conditioning apparatus employing the same | |
| JP2015103670A (en) | Power conversion device and method of manufacturing the same | |
| US20120002452A1 (en) | Compact inverter | |
| CN212085043U (en) | Integrated refrigeration piece waste heat power generation device | |
| JP3359136B2 (en) | Cooler for semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140902 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20151110 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190902 |