Усовершенствованные термоэлектрические тепловые насосы
Изобретение относится к термоэлектричеству. Сущность: термоэлектрический тепловой насос содержит один или более термоэлектрических модулей, соединенных с горячей стороны с первым теплообменником, а с холодной стороны - со вторым теплообменником. Тепловой насос содержит также пару удлиненных шинных элементов из электро- и теплоизоляционного материала, которые расположены на двух параллельных сторонах теплообменников по меньшей мере частично в зазоре между торцевыми поверхностями фланцев теплообменников. По меньшей мере один из удлиненных шинных элементов содержит проводники для подачи электропитания для термоэлектрических модулей и проводники для подачи сигналов управления этими модулями. Теплообменники, контактирующие с термоэлектрическими модулями, соединены один с другим посредством множества зажимов, каждый из которых сформирован С-образной металлической скобой. Технический результат: возможность адаптации к различным эксплуатационным требованиям. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области термоэлектричества и, в частности, к усовершенствованному термоэлектрическому тепловому насосу.
Уровень техники
Термоэлектрические тепловые насосы представляют собой твердотельные устройства, принцип работы которых основан на термоэлектрическом эффекте, известном как явление Пельтье, и которые используются для охлаждения и/или обогрева в бытовых и/или промышленных условиях.
Указанные устройства содержат термоэлектрический модуль, сформированный в виде матрицы термоэлектрических элементов, состоящих из проводников или полупроводников Р- и N-типа, соединенных последовательно по току и соединенных параллельно по потоку теплоты. Термоэлектрические элементы размещены на подложках из электроизоляционного теплопроводного материала, как правило, типа керамики. Термоэлектрические модули соединены с теплообменниками для формирования теплового насоса, предназначенного для использования в быту и промышленности.
Известные термоэлектрические тепловые насосы имеют определенные недостатки, связанные со способами соединения теплообменников с термоэлектрическими модулями и подключения этих термоэлектрических модулей к источнику питания, а также к контроллеру.
Изложение существа изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание усовершенствованного термоэлектрического теплового насоса.
Поставленная задача, согласно настоящему изобретению, решена путем создания термоэлектрического теплового насоса, содержащего один или более термоэлектрических модулей, соединенных с горячей стороны с первым теплообменником, а с холодной стороны - со вторым теплообменником и характеризующихся тем, что содержит пару удлиненных шинных элементов из электро- и теплоизоляционного материала, которые расположены на двух параллельных сторонах теплообменников по меньшей мере частично в зазоре между торцевыми поверхностями фланцев указанных теплообменников, при этом по меньшей мере один из указанных удлиненных шинных элементов содержит проводники для подачи электропитания для термоэлектрических модулей, а также проводники для подачи сигналов управления этими модулями, причем теплообменники, контактирующие с термоэлектрическими модулями, соединены один с другим посредством множества зажимов, каждый из которых сформирован в виде С-образной металлической скобы и предназначен для захвата фланцев теплообменников своими обоими концами для удержания их вместе, причем по меньшей мере один из концов зажима контактирует с соответствующим фланцем теплообменника непосредственно, а через выступающий в поперечном направлении участок удлиненных шинных элементов, обеспечивающий прерывание теплового моста, формируемого между одним и другим теплообменниками.
Краткое описание чертежей
Ниже приводится подробное описание настоящего изобретения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг.1 и фиг.2 изображают тепловой насос соответственно спереди и сбоку согласно изобретению.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Тепловой насос 10 (фиг.1, 2) содержит по меньшей мере один термоэлектрический модуль 11, соединенный с первым теплообменником 12, имеющим тепловой контакт с горячей стороной термоэлектрического модуля, и вторым теплообменником 13, имеющим тепловой контакт с холодной стороной термоэлектрического модуля.
Конструкция термоэлектрического теплового насоса 10 предусматривает использование матрицы термоэлектрических модулей 11, соединенных один с другим параллельно по потоку теплоты, причем с горячей стороны каждый термоэлектрический модуль 11 имеет тепловой контакт с отдельным теплообменником, а с холодной стороны все термоэлектрические модули 11 матрицы имеют тепловые контакты с общим теплообменником.
Конструкция термоэлектрического теплового насоса 10 предусматривает также возможность использования матрицы термоэлектрических модулей 11, соединенных один с другим параллельно по потоку теплоты, причем и с горячей стороны и с холодной стороны каждый из термоэлектрических модулей 11 имеет контакт с отдельными теплообменниками или, альтернативно, с теплообменником, общим для всех термоэлектрических модулей 11 матрицы.
Теплообменники 12 и 13 установлены в термоэлектрическом тепловом насосе так, что потоки жидкости, орошающей их теплопередающие поверхности, имеют взаимно перпендикулярные направления.
Преимуществом описанной выше конструкции, в частности, является то, что тепловой насос обладает возможностью адаптации к различным эксплуатационным требованиям.
Для подачи питания к термоэлектрическим модулям 11 используется изолированный шинный токоподвод 14 из электро- и теплоизоляционного материала, содержащий внутри проводники для подачи электропитания в термоэлектрические модули 11. Шинный токоподвод 14 может быть также использован для размещения проводников цепи контроллера термоэлектрических модулей 11, а также проводников цепи электропитания для подачи питания к средству циркуляции для обеспечения тока теплообменной среды по поверхностям теплообменников 12, 13. Шинный токоподвод 14 размещен на стороне термоэлектрического теплового насоса 10 около пары кромок торцевых поверхностей фланцев теплообменников 12, 13, причем по меньшей мере частично между указанными кромками фланцев теплообменников 12, 13. С противоположной стороны на термоэлектрическом тепловом насосе 10 установлен такой же изолированный шинный токоподвод 15, который может иметь другое назначение подачи электропитания или подачи сигналов в термоэлектрические модули 11, или, альтернативно, шина из электро- и теплоизоляционного материала установлена на противоположной стороне теплового насоса 10. Изолированные шинные токоподводы 14, 15 расположены по меньшей мере частично между торцевыми поверхностями фланцев теплообменников 12, 13 и практически не выступают со стороны этих фланцев.
Теплообменники 12, 13 имеют тепловой контакт с термоэлектрическими модулями 11 и соединены один с другим с помощью множества зажимов 16, каждый из которых имеет форму С-образной металлической скобы. Каждый зажим захватывает фланцы теплообменников своими концами 16', 16'', причем по меньшей мере один из указанных концов зажима контактирует с соответствующим фланцем теплообменника не непосредственно, а через выступающий в поперечном направлении участок 17 удлиненных шинных элементов 14, 15, обеспечивающий ввиду своей электро- и теплоизолирующей способности прерывание теплового моста, формирующегося между одним и другим теплообменниками.
Как показано на чертежах, вогнутая часть каждого зажима 16 окружает удлиненные шинные элементы 14, 15.
В предпочтительном варианте зажимы 16 выполнены из нержавеющей стали и могут выдерживать нагрузку, соответствующую предполагаемой рабочей нагрузке, обеспечивающей тепловой контакт между теплообменниками 12, 13 и термоэлектрическими модулями в широком диапазоне значений и позволяющей развивать зажимное усилие, не превышающее предела текучести. Конструкция зажимов 16 позволяет создавать зажимное усилие, обеспечивающее надежный контакт между теплообменниками 12, 13 и термоэлектрическими модулями 11 и возможность варьирования рабочих условий в широких пределах для снижения теплового сопротивления.
1. Термоэлектрический тепловой насос (10), содержащий один или более термоэлектрических модулей (11), соединенных с горячей стороны с первым теплообменником (12), а с холодной стороны - со вторым теплообменником (13), отличающийся тем, что содержит пару удлиненных шинных элементов (14, 15), выполненных из электро- и теплоизоляционного материала, которые расположены на двух параллельных сторонах теплообменников (12, 13) по меньшей мере частично в зазоре между торцевыми поверхностями фланцев указанных теплообменников, при этом по меньшей мере один из указанных удлиненных шинных элементов (14, 15) содержит проводники для подачи электропитания для термоэлектрических модулей (11), а также проводники для подачи сигналов управления этими модулями, причем теплообменники (12, 13), контактирующие с термоэлектрическими модулями (11), соединены один с другим посредством множества зажимов (16), каждый из которых сформирован в виде С-образной металлической скобы и предназначен для захвата фланцев теплообменников (12, 13) своими обоими концами (16', 16'') для удержания их вместе, причем по меньшей мере один (16'') из концов зажима (16) контактирует с соответствующим фланцем теплообменника (12, 13) не непосредственно, а через выступающий в поперечном направлении участок (17) удлиненных шинных элементов (14, 15), обеспечивающий прерывание теплового моста, формируемого между одним и другим теплообменниками.
2. Термоэлектрический тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что вогнутый участок каждого С-образного зажима (16) охватывает удлиненные шинные элементы (14, 15).
3. Термоэлектрический тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что зажим (16) выполнен из нержавеющей стали и выдерживает нагрузку в широком диапазоне значений, позволяющих развивать зажимное усилие, не превышающее предела текучести.
4. Термоэлектрический тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что теплообменники (12, 13) установлены в термоэлектрическом тепловом насосе так, что потоки теплообменной среды, взаимодействующие с теплообменными поверхностями, имеют взаимно перпендикулярные направления.
5. Термоэлектрический тепловой насос по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из удлиненных шинных элементов (14, 15) содержит проводники для подвода напряжения к средству циркулирования для генерирования усиленного потока теплообменной среды, контактирующей с поверхностями теплообменников (12, 13).
