RU50288U1 - Устройство охлаждения жидкости - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области термоэлектрического охлажде-ния жидкостей и может быть использована в частности для подготовки охлажденной питьевой воды для водоснабжения пассажирских железнодорожных вагонов. Технический результат - уменьшение средней потребляемой мощности, экономия ресурса вентилятора. Это достигается тем, что в' устройство охлаждения жидкости введены предварительный охладитель 3, состоящий из емкости 3.1, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, а внешняя - с теплоотводящими радиаторами 3.2, соединенный, по крайней мере, одним первым патрубком 4 с, по крайней мере, одним термоэлектрическим охладителем 5, состоящим из теплообменника 5.1, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена, и закрепленными на нем ТЭМ 5.2, который, по крайней мере, одним вторым патрубком 7 соединен с баком 9, содержащим, по край ней мере, одну трубу обратного конвективного потока жидкости 6, соединенную с первым патрубком 4, причем заливной патрубок 2 соединен с предварительным охладителем 3.

Description

Полезная модель относится к области термоэлектрического охлаждения жидкостей и может быть использована в частности при подготовке охлажденной питьевой воды для водоснабжения пассажирских железнодорожных вагонов.

Известны термоэлектрические охладители жидкости, например, по патенту на ПМ 11524, а также устройство приготовления обеззараженной воды по пат. 14926.

Недостатком известных устройств является высокое энергопотребление.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является термоэлектрический охладитель жидкости по патенту 19876, F 01 Р 3/00, принятый за прототип.

Устройство-прототип содержит корпус 1 с установленным в нем баком 2 с заливным 3 и сливным 4 патрубками и термоэлементами 6, прижатыми холодными спаями к одной или нескольким поверхностям бака 2, а горячими спаями - к теплоотводящим радиаторам. Причем на внутренней поверхности бака 2 установлены радиаторы с вертикальными теплообменными ребрами. Теплоотводящие радиаторы горячих спаев термоэлементов 6 с вертикально расположенными ребрами связаны с вентилятором 9, установленным в верхней части корпуса 1.

Работает устройство-прототип следующим образом.

В режиме охлаждения пропускается электрический ток через термоэлементы 6 и происходит перенос тепла от жидкости, находящейся в баке 2 к радиаторам и далее, в окружающую среду. По мере переноса тепла, между горячими и холодными спаями термоэлементов 6, нарастает температурный перепад AT, то есть имеет место процесс охлаждения.

В режиме хранения холода при достижении оптимальной температуры охладитель переходит в режим хранения холода (термостатирования). В этом режиме схема управления охладителя поддерживает температуру жидкости в баке 2 на заданной величине.

Недостатками устройства-прототипа являются большая средняя потребляемая мощность термоэлектрической части охладителя в режиме хранения холода и длительная работа вентилятора (соизмеримая с общей продолжительностью функционирования охладителя) при высокой частоте включения и выключения вентилятора.

Для устранения указанных недостатков в устройство охлаждения жидкости, содержащее корпус с установленными в нем вентилятором, термоэлектрическими модулями (ТЭМ), снабженными теплоотводящими радиаторами, а также заливным патрубком и баком для охлажденной жидкости со сливным патрубком, согласно полезной модели, введены предварительный охладитель, состоящий из емкости, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, а внешняя - с теплоотводящими радиаторами, соединенный, по крайней мере, одним первым патрубком с, по крайней мере, одним термоэлектрическим охладителем, состоящим из теплообменника, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена, и закрепленными на нем ТЭМ, который, по крайней мере, одним вторым патрубком соединен с баком, содержащим, по крайней мере, одну трубу обратного конвективного потока жидкости, соединенную с первым патрубком, причем заливной патрубок соединен с предварительным охладителем.

Кроме того, бак снабжен, по крайней мере, одной перегородкой для разделения более холодной жидкости от более теплой. При этом бак для охлажденной жидкости, патрубки и труба обратного конвективного потока жидкости выполнены с термоизоляцией.

На фиг.1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено:

1 - корпус устройства охлаждения;

2 -заливной патрубок;

3 - предварительный охладитель;

3.1 - емкость предварительного охладителя;

3.2 - теплоотводящие радиаторы предварительного охладителя;

4,7 - первый и второй патрубки;

5 - термоэлектрический охладитель;

5.1 -теплообменник;

5.2 - термоэлектрические модули (ТЭМ);

5.3 - теплоотводящие радиаторы;

6 - труба обратного конвективного потока жидкости;

8 - сливной патрубок;

9 - бак для охлажденной жидкости;

10 - вентилятор.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с установленными в нем вентилятором 10, заливным патрубком 2, предварительным охладителем 3, состоящим из емкости 3.1, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, а внешняя поверхность снабжена теплоотводящими радиаторами 3.2. Термоэлектрический охладитель 5 состоит из теплообменника 5.1, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена для отвода тепла из охлаждаемой жидкости, и с закрепленными на нем ТЭМ 5.2, снабженными теплоотводящими радиаторами 5.3. При этом пред-варительный охладитель 3 при помощи первого патрубка 4 соединен с термоэлектрическим охладителем 5, который вторым патрубком 7 соединен с баком для охлажденной жидкости 9. Бак 9 содержит сливной патрубок 8 и трубу обратного конвективного потока жидкости 6, соединенную с первым патрубком 4.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

Горячая жидкость подается в предварительный охладитель 3 через заливной патрубок 2, где она предварительно охлаждается, и затем через первый

патрубок 4 поступает в термоэлектрический охладитель 5 для дальнейшего охлаждения, и через второй патрубок 7 попадает в бак 9.

После заполнения бака 9 жидкостью, включают питающее напряжение. Начинает работать вентилятор 10 и ТЭМ 5.2. При включении устройство работает в режиме охлаждения, вентилятор 10 создает поток воздуха, охлаждающий теплоотводящие радиаторы 5.3 и 3.2.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства в режиме охлаждения.

При протекании тока через ТЭМ 5.2 происходит перенос тепла от теплообменника 5.1 в теплоотводящие радиаторы 5.3, и далее в окружающую среду. Охлаждение теплообменника 5.1 приводит к появлению конвекционного потока охлаждаемой жидкости через него по замкнутому контуру: теплообменник 5.1, второй патрубок 7, бак 9, труба 6, первый патрубок 4. Более теплые слои жидкости, как более легкие, вытесняются в верхнюю часть бака 9 и в трубу 6. Поднимаясь по трубе 6, жидкость попадает на вход теплообменника 5.1, поступает во второй патрубок 7 и т. д. Теплообменник 5.1 выполнен из теплопроводного материала (например, алюминия) и для лучшего теплового контакта с жидкостью его внутренняя поверхность выполнена с ребрами теплообмена. На внешней поверхности теплообменника 5.1 закреплены ТЭМ 5.2, снабженные теплоотводящими радиаторами 5.3.

Для исключения потерь, затрудняющих циркуляцию жидкости, труба 6 и патрубки 4,7 имеют достаточное сечение и оптимальную конструкцию.

Когда средняя температура жидкости в баке 9 достигнет заданной температуры, например, +16°С, цикл охлаждения будет закончен и устройство перейдет в режим хранения холода.

Рассмотрим работу устройства в режиме хранения холода (термостати-рования). В этом режиме схема управления охладителя поддерживает температуру жидкости в баке 2 на заданной величине. При этом отключается вентилятор 10, и обесточиваются ТЭМ 5.2. С этого момента температура в теплообменнике 5.1 начинает расти, стремясь выровняться с температурой окружающей среды. Конвекция при этом прекращается, так как более теплые

слои жидкости не могут попасть вниз. Бак 9 перестает участвовать в теплообмене и выполняет функцию термоса. Незначительные теплопритоки в бак 9, все же имеют место. Это приводит к постепенному росту температуры жидкости в баке 9. Когда температура возрастет на 0,6- 0,7°С (примерно через час), устройство перейдет в режим охлаждения. Через некоторое время температура в баке 9 снизится до исходной, и устройство вернется в режим хранения холода и далее все будет повторяться циклически.

Рассмотрим работу устройства охлаждения в режиме отбора жидкости.

В начальный момент, когда устройство охлаждения находится в режиме термостатирования, сливают порцию жидкости. Взамен слитой жидкости поступает такое же количество горячей жидкости через заливной патрубок 2 в предварительный охладитель 3. Причем поступающая порция горячей жидкости вытесняет предыдущую не смешиваясь с ней - происходит замещение одного объема другим. Объем предварительного охладителя выбирается из расчета среднего значения объема порции сливаемой жидкости.

Предлагаемое устройство охлаждает очередной объем жидкости, находящийся в нем, до температуры потока воздуха, которым охлаждаются теплоотводящие радиаторы предварительного охладителя 3.2. Теплоотводящие радиаторы предварительного охладителя 3.2 установлены в потоке воздуха последовательно с теплоотводящими радиаторами 5.3 ТЭМ 5.2.

Итак, вытесненная из предварительного охладителя 3 жидкость попадает в теплообменник 5.1. Жидкость, вытесненная, в свою очередь, из теплообменника 5.1, попадает в бак 9 и повышает там среднюю температуру жидкости. После третьего - четвертого слива, средняя температура жидкости в баке 9 повышается более, чем на 0,7°С, и устройство переходит в режим охлаждения, при этом включаются ТЭМ 5.2 и вентилятор 10. Далее начинает работать предварительный охладитель 3, из которого в теплообменник 5.1 при каждом сливе вливается очередная порция предварительно охлажденной жидкости.

Кроме того, бак 9 может быть снабжен перегородкой для разделения более холодной жидкости от более теплой.

Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом следующие.

1. Снижение температуры горячей воды на входе термоэлектрического охладителя 5 при помощи предварительного охладителя 3 и тем самым достигается расширение верхней границы температурного диапазона подаваемой в охладитель горячей воды с +75° до +95°С.

2. Снижение энергопотребления в режиме хранения холода до уровня 20-3 0Вт (большую часть времени охладитель находится именно в этом ре-жиме), т.к. бак 9 не находится в прямом тепловом контакте с окружающей средой через теплопроводность блока ТЭМ 5.2 и расположен отдельно от термоэлектрического охладителя 5, что позволяет осуществить эффективную термоизоляцию бака 9.

3. Экономится ресурс вентилятора.

Claims (5)

1. Устройство охлаждения жидкости, содержащее корпус с установленными в нем вентилятором, термоэлектрическими модулями (ТЭМ), снабженными теплоотводящими радиаторами, а также заливным патрубком и баком для охлажденной жидкости со сливным патрубком, отличающееся тем, что введены предварительный охладитель, состоящий из емкости, внутренняя поверхность которой выполнена с ребрами теплообмена, а внешняя - с теплоотводящими радиаторами, соединенный, по крайней мере, одним первым патрубком с, по крайней мере, одним термоэлектрическим охладителем, состоящим из теплообменника, внутренняя поверхность которого выполнена с ребрами теплообмена, и закрепленными на нем ТЭМ, который, по крайней мере, одним вторым патрубком соединен с баком, содержащим, по крайней мере, одну трубу обратного конвективного потока жидкости, соединенную с первым патрубком, причем заливной патрубок соединен с предварительным охладителем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бак снабжен, по крайней мере, одной перегородкой для разделения более холодной жидкости от более теплой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бак выполнен с термоизоляцией.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубки выполнены с термоизоляцией.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что труба обратного конвективного потока жидкости выполнена с термоизоляцией.