Термоэлектрический холодильник

 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к бытовым, транспортным термоэлектрическим холодильникам. Термоэлектрический холодильник содержит теплоизолированный корпус, внутренние теплопроводящие морозильную и холодильную камеры, термоэлектрический блок, холодная сторона которого термически соединена с морозильной камерой, а горячая - с внешним воздушным или жидкостным радиатором. Термоэлектрический блок холодильника выполнен из системы однотипных термомодулей, образующих два каскада (уровня) откачки тепла при межкаскадной эквитермичности, термически соединенных между собой теплопроводящим переходником. Изобретение позволяет получить низкие температуры в холодильной и морозильной камерах термоэлектрических холодильников, сравнимых с компрессионными холодильниками на фреоновой основе при одинаковой потребляемой мощности и объемах их камер. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к бытовым и транспортным термоэлектрическим холодильникам.

На сегодня в мире создано большое число моделей термоэлектрических домашних и автомобильных холодильников. В СССР в первой половине 80-х годов был разработан ряд вариантов термоэлектрических холодильников [1].

Эти типы конструкций имеют разные виды и типы теплообменников, вентиляторы, в том числе дополнительные камеры, заслонки, экраны, перегородки разных типов, каналы воздушные и др.

Общим недостатком конструкций является то, что предложенные меры на привели к существенному повышению экономичности, холодопроизводительности, эксплуатационной надежности холодильников.

Наиболее распространенной и активно разрабатываемой является группа портативных бытовых и автотранспортных холодильников [2, 3, 4].

Технические решения касаются вопросов повышения технологичности изготовления холодильников, их надежности при эксплуатации путем герметизации узла установки термомодулей, введения автоматики регулирования и защиты от перегрева термомодулей при нарушении систем теплоотвода от горячих спаев, а также для исключения разрядки аккумуляторов при длительной стоянке.

Конструктивные решения холодильников разнообразны (навесные, переносные, встраиваемые, стационарные), причем во всех случаях стараются достичь максимальной компактности, отсутствия выступающих частей.

В большинстве конструкций в качестве теплообменника используют ребристый радиатор с принудительным обдувом с помощью вентилятора, в незначительном числе применяют естественно-конвективные теплообменники, распространена также схема "воздух-воздух", аналогичная используемой в холодильнике ХАТЭ-12. Используются системы испарительного охлаждения с применением пористых покрытий на теплообменниках [2].

Интересны попытки преодоления ограниченности функциональных возможностей транспортных холодильников. Так, в [3] предлагается камера с перегородкой, сконструированная таким образом, что при различной установке крышки обеспечивается либо одинаковый режим в двух зонах, либо различный, т.е. появляется возможность охлаждения или подогрева части продуктов в одной зоне при хранении остальных продуктов в другой зоне.

Изобретение направлено на устранение перечисленных выше недостатков, а именно на увеличение перепада температур при одновременном снижении расхода электроэнергии за счет использования системы однотипных термомодулей, образующих по крайней мере два каскада (секции, уровня) откачки тепла из камер холодильника и связанных между собой высокотеплопроводным межкаскадным переходником, при этом режим электропитания системы выбирается таким, чтобы тепловыделение первого каскада было равно холодопроизводительности второго каскада при заданных температурных условиях, т.е. соблюдается межкаскадная эквитермичность. Кроме того, высокотеплопроводный эквитермический переходник между каскадами позволяет разнести (удалить) друг от друга холодную и горячую стороны системы на требуемое расстояние, равное общей толщине теплоизоляции камеры холодильника.

Сущность изобретения заключается в том, что термоэлектрический холодильник, содержащий теплоизолированный корпус, внутреннюю теплопроводящую морозильную камеру, холодильную камеру и по крайней мере один термоэлектрический блок, холодная сторона которого термически соединена с морозильной камерой, в горячая - с внешним воздушным или жидкостным радиатором. При этом термоэлектрический блок выполнен из системы однотипных термомодулей, образующих по крайней мере два каскада (уровня) откачки тепла при межкаскадной эквитермичности в заданных температурных условиях.

Каскады термически соединены между собой цельнотельными теплопроводящими переходниками, обеспечивающими минимальное термическое сопротивление, а возможность выбора высоты межкаскадных переходник позволяет установить требуемую толщину теплоизоляции в зоне расположения ТЭБ, т.е. между холодным и горячим (внешним) радиаторами. Для облегчения конструкции термоэлектрического блока межкаскадный теплопроводящий переходник может быть выполнен пустотелым, а полость заполнена теплопроводящей жидкостью, например водой.

Первый и второй каскады в зависимости от назначения и конструктивных соображений могут быть выполнены из различного типа термомодулей.

Наиболее рационален в исполнении термоэлектрический блок из трех однотипных электрически последовательно соединенных термомодулей, что дает возможность снизить ток и увеличить напряжения питания.

Раздельное питание первого и второго каскадов позволяет наиболее близко установить межкаскадную эквитермичность при различных температурных режимах, что повышает холодопроизводительность ТЭБ при том же энергопотреблении.

При разделе морозильной и холодильной камер в одном корпусе холодильника перегородкой можно добиться снижения температуры в морозильной камере. Для обеспечения необходимого температурного режима в холодильной камере, а также при увеличении ее объема на задней стенке последней устанавливают, преимущественно в центре холодильной камеры, по крайней мере один термоэлектрический блок. При наличии необходимых условий, установив форсунку, распыляющую воду на внешней воздушный радиатор, можно повысить эффективность теплоотвода с внешнего воздушного радиатора и таким образом увеличить холодопроизводительность термоэлектрического блока.

Главным существенным отличием предлагаемого термоэлектрического холодильника является по крайней мере двухкаскадность ТЭБ при межкаскадной эквитермичности и возможности выбора толщины теплоизоляции за счет высоты теплопроводящих межкаскадных переходников.

Другими существенными отличиями предложенного термохолодильника являются.

повышение напряжения питания и уменьшение силы тока при последовательном включении термомодулей и термоэлектрического блока; увеличение холодопроизводительности при раздельном питании первого и второго каскадов.

Основные признаки предложенного устройства отсутствуют в устройствах аналогах и прототипе, взаимосвязаны друг с другом и с признаками констатирующей части. Их связь носит устойчивый характер.

На фиг. 1 показан общий вид; на фиг. 2 - поперечное сечение А-А ТЭБ; на фиг. 3 - сравнительный график зависимости перепада температур от потребляемой мощности холодильника по прототипу и предлагаемого холодильника.

Термоэлектрический холодильник (фиг. 1) включает радиатор 1 холодильной камеры 2, термоэлектрический блок 3 холодильной камеры, термоэлектрический блок 4 морозильной камеры 5, радиатор 6 морозильной камеры, теплоизолированную камеру 7 холодильника. Термоэлектрический блок (фиг. 2) включает термомодуль 8 первого каскада, переходную пластину 9, установленную между термомодулем 8 и радиатором 6 морозильной 5, холодильной 2 камер, теплопроводящий переходник 10, термически соединяющий горячую сторону термомодулей 8 первого каскада и холодную сторону термомодулей 11 второго каскада, внешний радиатор 12, вентилятор 13.

Холодильник работает следующим образом.

Включают электропитание (не показано) термомодулей термоэлектрического блока (фиг. 2) и вентилятор 13. Холодная сторона термомодуля 8 первого каскада ТЭБ начинает откачивать тепло из радиатора 6 (морозильной), радиатора 1 (холодильной) камер через переходную пластину 9. Радиатор 6 (морозильной) и радиатор 1 (холодильной) камер охлаждаются. В это время тепло, выделяемое термомодулем 8 первого каскада, проходя через переходник 10, откачивается термомодулями 11 второго каскада, а тепло, выделяемое на горячей стороне термомодулей 11, через воздушный радиатор 12 отводится в окружающее пространство. Для улучшения теплоотвода с воздушного радиатора 12 его продувают вентилятором 13 или устанавливают вместо воздушного радиатора 12 радиатор с водяным охлаждением.

На графике (фиг. 3) показаны сравнительные показатели по перепаду температур ΔT в морозильной камере холодильников, имеющих одинаковые объемы, теплоизоляцию и теплоотвод с вентилятором относительно окружающей среды в зависимости от потребляемой мощности W: 14 - для холодильника по прототипу; 15 - для заявляемого холодильника.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический холодильник, содержащий теплоизолированный корпус, внутреннюю теплопроводящую морозильную камеру, холодильную камеру и по крайней мере один термоэлектрический блок, холодная сторона которого термически соединена с морозильной камерой, а горячая - с внешним воздушным или жидкостным радиатором, отличающийся тем, что термоэлектрический блок холодильника выполнен из системы однотипных термомодулей, образующих по крайней мере два каскада откачки тепла, при межкаскадной эквитермичности термически соединенных между собой теплопроводящим цельнотелым переходником.

2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что первый и второй каскады теплоэлектрического блока выполнены из различного типа термомодулей.

3. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что межкаскадный теплопроводящий переходник выполнен пустотелым, а полость заполнена теплопроводящей жидкостью, например водой.

4. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что термоэлектрический блок выполнен преимущественно из трех электрически последовательно соединенных термомодулей.

5. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй каскады термоэлектрического блока имеют раздельное электрическое питание.

6. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один термоэлектрический блок установлен на задней стенке преимущественно в центре холодильной камеры холодильника.

7. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что он снабжен внешним радиатором и по крайней мере одной форсункой для дополнительного охлаждения распыленной струей воды радиатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3