RU2407954C1

RU2407954C1 - Thermoelectric air cooler

Info

Publication number: RU2407954C1
Application number: RU2009113351/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Сальников (RU); Александр Владимирович Сальников; Владимир Григорьевич Сальников (RU); Владимир Григорьевич Сальников; Валерий Петрович Ботов (RU); Валерий Петрович Ботов; Надежда Валерьевна Ботова (RU); Надежда Валерьевна Ботова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Системы связи и технического контроля" (ООО "Системы СТК")
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2010-12-27
Also published as: RU2009113351A

Abstract

FIELD: heating. ^ SUBSTANCE: invention can be used on vehicles (cabins, saloons, refrigerator vans), in electric engineering (temperature control of electric control systems, telecommunications and communications) and in everyday life in order to create comfortable people's living conditions. Hole in separating heat-insulating partition located at the inlet of air flow cooling the heat tubes is made so that its surface area exceeds surface area of contact surface of hot plate of thermoelectric battery by 5-15%, and surface area of contact surface of radiator of cold compartment exceeds the surface area of the hole of separating heat-insulating partition. ^ EFFECT: improving cooling efficiency. ^ 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике кондиционирования и может быть использовано на транспортных средствах (кабины, салоны, изотермические фургоны), в электротехнике (термостатирование электрических систем управления, телекоммуникации и связи) и в быту для создания комфортных условий жизнедеятельности людей.The invention relates to air conditioning technology and can be used on vehicles (cabs, salons, insulated vans), in electrical engineering (thermostating of electrical control systems, telecommunications and communications) and in everyday life to create comfortable living conditions for people.

Известен термоэлектрический охладитель воздуха, наиболее близкий по технической сущности, взятый в качестве прототипа, содержащий продуваемые вентиляторами горячий и холодный отсеки, разделенные теплоизолирующей перегородкой, в отверстии которой установлена термоэлектрическая батарея с холодной и горячей контактными пластинами со смонтированными на них теплообменниками (патент RU №2115566, МПК B60H 003/00, F25B 021/02).Known thermoelectric air cooler, the closest in technical essence, taken as a prototype, containing hot and cold compartments blown by fans, separated by a heat-insulating partition, in the opening of which there is a thermoelectric battery with cold and hot contact plates with heat exchangers mounted on them (patent RU No. 2115566 IPC B60H 003/00, F25B 021/02).

Существенным недостатком этого термоэлектрического охладителя является относительно низкий коэффициент полезного действия. Так, по данным производителя термоэлектрических модулей «КРИОТЕРМ» (Термоэлектрические Модули и Охлаждающие Системы, «КРИОТЕРМ», Санкт-Петербург, 2005 г.), отношение холодильной мощности к потребляемой электрической мощности охлаждающих модулей не превышает 0,7, причем эти данные получены при идеальной тепловой изоляции между горячей и холодной пластинами модуля, то есть при работе модуля в вакууме. На практике в известных термоэлектрических охладителях для уменьшения теплопередачи термоэлектрическую батарею размещают в отверстии теплоизолирующей разделительной перегородки, которая по конструкции и площади соответствует пластинам батареи. Такое исполнение охладителя не позволяет в полной мере реализовать холодильную способность термоэлектрической батареи даже при использовании наиболее совершенных теплоотводов с горячей пластины, а именно контактных площадок с тепловыми трубками.A significant disadvantage of this thermoelectric cooler is the relatively low efficiency. Thus, according to the data of the manufacturer of thermoelectric modules “KRIOTERM” (Thermoelectric Modules and Cooling Systems, “KRIOTERM”, St. Petersburg, 2005), the ratio of refrigerating power to the consumed electric power of cooling modules does not exceed 0.7, and these data were obtained at ideal thermal insulation between the hot and cold plates of the module, that is, when the module is in vacuum. In practice, in known thermoelectric coolers, in order to reduce heat transfer, a thermoelectric battery is placed in an opening of a heat-insulating dividing wall, which in design and area corresponds to battery plates. This design of the cooler does not allow to fully realize the cooling ability of the thermoelectric battery even when using the most advanced heat sinks from the hot plate, namely contact pads with heat pipes.

Решаемой технической задачей является создание термоэлектрического охладителя воздуха с повышенной холодопроизводительностью термоэлектрической батареи.The technical problem to be solved is the creation of a thermoelectric air cooler with increased cooling capacity of a thermoelectric battery.

Эта задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: термоэлектрический охладитель воздуха, содержащий продуваемые вентиляторами горячий и холодный отсеки, разделенные теплоизолирующей перегородкой, в отверстии которой установлена термоэлектрическая батарея с холодной и горячей контактными пластинами со смонтированными на них теплообменниками, с использованием в качестве теплообменника горячего отсека контактной площадки с тепловыми трубками, и отличительных от прототипа новых существенных признаков: отверстие в разделительной теплоизолирующей перегородке, расположенное на входе воздушного потока, охлаждающего тепловые трубки, выполнено таким образом, что его площадь превышает площадь контактной поверхности горячей пластины термоэлектрической батареи на 5-15%, а площадь контактной поверхности радиатора холодного отсека превышает площадь отверстия разделительной теплоизолирующей перегородки.This problem is solved by using the features specified in the claims common to the prototype: a thermoelectric air cooler containing hot and cold compartments blown by fans, separated by a heat-insulating partition, in the opening of which there is a thermoelectric battery with cold and hot contact plates with heat exchangers mounted on them, using as a heat exchanger a hot compartment of a contact pad with heat pipes, and new ones distinct from the prototype are significant x signs: the hole in the dividing heat-insulating partition located at the inlet of the air flow cooling the heat pipes is made in such a way that its area exceeds the contact surface area of the hot plate of the thermoelectric battery by 5-15%, and the contact surface area of the radiator of the cold compartment exceeds the hole area separation heat insulating partitions.

На чертеже представлено условное изображение части термоэлектрического охладителя воздуха с необходимыми элементами, совокупность которых обеспечивает положительный эффект. В теплоизолирующей перегородке 1, разделяющей холодный и горячий отсеки устройства, выполнено отверстие 2, в котором установлена термоэлектрическая батарея 3, холодная пластина которой контактирует с радиатором 4, обдуваемым вентилятором 5, а горячая пластина - с контактной испарительной площадкой 6 тепловых трубок 7, конденсатор 8 которых обдувается вентилятором 9, элементы охлаждения горячей пластины термоэлектрической батареи заключены в кожух 10, формирующий вход охлаждающего воздушного потока в непосредственной близости к отверстию 2 в разделительной перегородке 1.The drawing shows a conditional image of a part of a thermoelectric air cooler with the necessary elements, the combination of which provides a positive effect. In the heat-insulating partition 1 separating the cold and hot compartments of the device, a hole 2 is made in which a thermoelectric battery 3 is installed, the cold plate of which contacts the radiator 4, blown by the fan 5, and the hot plate - with the contact evaporation pad 6 of the heat pipes 7, condenser 8 which is blown by the fan 9, the cooling elements of the hot plate of the thermoelectric battery are enclosed in a casing 10, forming the inlet of the cooling air flow in close proximity to the hole 2 in the dividing wall 1.

Устройство работает следующим образом. Несмотря на увеличенные размеры установочного отверстия 2 в теплоизолирующей перегородке 1 тепловое разделение между горячим и холодным отсеками не нарушается, так как это отверстие полностью перекрывается поверхностью радиатора 4, контактирующей с холодной пластиной батареи 3, а прохождение теплового потока с горячей пластины батареи 3 на холодную пластину блокируется потоком воздуха, создаваемым вентилятором 9 для обдува контактной площадки 6, тепловых трубок 7 и конденсатора 8. Незначительная добавка в этот поток порции воздуха с поверхности холодного радиатора приводит в разомкнутой тепловой системе спаев термоэлектрической батареи к появлению своеобразной положительной обратной связи по тепловому потоку, а, как известно, положительная обратная связь в любой замкнутой системе (электрической, гидравлической, тепловой и т.п.) приводит к повышению коэффициента передачи этой системы.The device operates as follows. Despite the increased dimensions of the mounting hole 2 in the heat-insulating partition 1, the thermal separation between the hot and cold compartments is not violated, since this hole is completely blocked by the surface of the radiator 4 in contact with the cold plate of the battery 3, and the passage of heat flow from the hot plate of the battery 3 to the cold plate blocked by the air flow created by the fan 9 for blowing the contact pad 6, heat pipes 7 and the condenser 8. A slight addition to this flow of air with In the open thermal system of junctions of the thermoelectric battery, the appearance of a cold radiator leads to the appearance of a kind of positive feedback on the heat flux, and, as you know, positive feedback in any closed system (electrical, hydraulic, thermal, etc.) leads to an increase in the transmission coefficient of this system.

В результате при оптимальном соотношении площадей отверстия 2 и контактной пластины термоэлектрической батареи 3 удается существенно (на 5-10°C) снизить температуру холодного радиатора при работе охладителя в установившемся режиме. При соотношении площадей отверстия 2 и контактной пластины термоэлектрической батареи 3 менее 5% уменьшается коэффициент положительной обратной связи, а при соотношении - 15% увеличивается уводимый в горячий отсек поток охлажденного воздуха. Эмпирический расчет оптимального соотношения затруднителен, так как он определяется множеством факторов: материалом и размерами теплообменников, тепловыми потерями между горячим и холодным отсеками, производительностью используемых вентиляторов и т.д. Однако это соотношение относительно просто определяется экспериментальным путем на опытном образце охладителя путем перекрытия отверстия полосками, выполненными из того же материала, что и разделительная перегородка.As a result, with the optimum ratio of the areas of the hole 2 and the contact plate of the thermoelectric battery 3, it is possible to significantly (by 5-10 ° C) reduce the temperature of the cold radiator when the cooler is in steady state. When the ratio of the areas of the hole 2 and the contact plate of the thermoelectric battery 3 is less than 5%, the coefficient of positive feedback decreases, and when the ratio is 15%, the flow of cooled air discharged into the hot compartment increases. The empirical calculation of the optimal ratio is difficult, as it is determined by many factors: the material and size of the heat exchangers, heat loss between the hot and cold compartments, the performance of the fans used, etc. However, this ratio is relatively easy to determine experimentally on a prototype cooler by blocking the opening with strips made of the same material as the dividing wall.

Проведенные испытания показали осуществимость заявленного термоэлектрического охладителя воздуха, подтвердили его преимущество и практическую ценность.The tests showed the feasibility of the claimed thermoelectric air cooler, confirmed its advantage and practical value.

Claims

A thermoelectric air cooler containing hot and cold compartments blown by fans separated by a heat-insulating partition, in the opening of which there is a thermoelectric battery with cold and hot contact plates with heat exchangers mounted on them, using a contact area pad with heat pipes as a heat exchanger, characterized in that the hole in the dividing insulating partition located at the inlet of the air flow cooling the heat New tubes, made in such a way that its area exceeds the contact surface area of the hot plate of the thermoelectric battery by 5-15%, and the contact surface area of the radiator of the cold compartment exceeds the opening area of the heat-insulating partition.