RU111901U1 - THERMOELECTRIC CLIMATE CONTROL SYSTEM - Google Patents
THERMOELECTRIC CLIMATE CONTROL SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- RU111901U1 RU111901U1 RU2011136631/12U RU2011136631U RU111901U1 RU 111901 U1 RU111901 U1 RU 111901U1 RU 2011136631/12 U RU2011136631/12 U RU 2011136631/12U RU 2011136631 U RU2011136631 U RU 2011136631U RU 111901 U1 RU111901 U1 RU 111901U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermoelectric
- radiator
- base
- unit
- heat
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 47
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к системам охлаждения или нагрева воздуха и предназначена для создания и поддержания заданного температурного режима в ограниченном объеме воздуха независимо от изменений температуры окружающей среды.The utility model relates to air cooling or heating systems and is intended to create and maintain a predetermined temperature regime in a limited volume of air regardless of changes in ambient temperature.
Система состоит из электронного блока управления, имеющего блок питания, микропроцессорный контроллер, термодатчик, электронные ключи и коммутатор-переключатель полярности напряжения питания термоэлектрических батарей холодильно-нагревательного агрегата, содержащего основание с термоизолирующей прокладкой с одним или несколькими сквозными отверстиями для установки одной или нескольких термоэлектрических сборок, каждая из которых содержит термоэлектрическую батарею, установленную между стянутыми друг с другом наружным радиатором-теплообменником с окружающей средой и внутренним радиатором-теплообменником с ограниченном воздушным объемом, при этом наружный радиатор непосредственно прижат к пластине термоэлектрической батареи, внутренний радиатор прижат к ее другой пластине через теплопроводник, а на радиаторах установлены вентиляторы постоянного тока, присоединенные через ключ блока управления к источнику питания термоэлектрической батареи.The system consists of an electronic control unit having a power supply unit, a microprocessor controller, a thermal sensor, electronic keys and a switch-polarity switch for supply voltage of thermoelectric batteries of a refrigeration-heating unit, containing a base with a thermally insulating gasket with one or more through holes for installing one or more thermoelectric assemblies each of which contains a thermoelectric battery installed between the outer radiator pulled together m-heat exchanger with the environment and an internal radiator-heat exchanger with limited air volume, while the external radiator is directly pressed to the plate of the thermoelectric battery, the internal radiator is pressed to its other plate through the heat conductor, and the radiators are equipped with DC fans connected via a control unit key to a thermoelectric battery power source.
Система отличается тем, что в зависимости от требуемой холодопроизводительности на основании установлены одна или несколько однотипных базовых термоэлектрических сборок, оптимизированных по максимальному соотношению вырабатываемой сборкой холодильной мощности к занимаемой радиаторами площади основания, при этом сборка содержит термоэлектрическую батарею с размерами контактных поверхностью пластин 40×40 мм и максимальной холодопроизводительностью 50-65 Вт, пару одинаковых радиаторов с теплорассеивающей поверхностью не менее 1200 см2 и с длиной и шириной контактных поверхностей в пределах от 65 до 80 мм, а также два вентилятора с расходом от 0,8 до 1,2 м3/мин.The system is characterized in that, depending on the required cooling capacity, one or several basic thermoelectric assemblies of the same type are installed on the base, optimized for the maximum ratio of the cooling power generated by the assembly to the base area occupied by the radiators, while the assembly contains a thermoelectric battery with a contact surface of 40 × 40 mm and the maximum cooling capacity of 50-65 W, a pair of identical radiator with the heat dissipation surface area of at least 1200 cm 2 the length and width of the contact surfaces in the range of 65 to 80 mm, and the two fans at a rate of 0.8 to 1.2 m 3 / min.
Другое отличие заключается в том, что минусовые клеммы обоих вентиляторов базовой сборки через ключ блока управления соединены с минусовой клеммой его источника питания, плюсовая клемма вентилятора внутреннего радиатора подключена к плюсовой клемме источника питания, а плюсовая клемма вентилятора наружного радиатора соединена с выходной клеммой коммутатора, на который при работе агрегата в режиме нагревания устанавливается отрицательная полярность напряжения питания термоэлектрической батареи.Another difference is that the negative terminals of both fans of the basic assembly are connected through the key of the control unit to the negative terminal of its power supply, the positive terminal of the internal radiator fan is connected to the positive terminal of the power supply, and the positive terminal of the external radiator fan is connected to the output terminal of the switch, which, when the unit is operating in heating mode, the negative polarity of the supply voltage of the thermoelectric battery is established.
Следующее отличие заключается в выполнении теплопроводника базовой сборки длиной, на 1-5 мм превышающей сумму толщин основания и термоизолирующей прокладки, и установке дополнительной термоизолирующей прокладки в зазоре между основанием и контактной поверхностью наружного радиатора.The next difference is in the implementation of the heat conductor of the basic assembly with a length 1-5 mm longer than the sum of the thicknesses of the base and the heat-insulating gasket, and the installation of an additional heat-insulating gasket in the gap between the base and the contact surface of the external radiator.
Указанные отличия позволяют по сравнению с прототипом реализовать следующие преимущества:These differences allow in comparison with the prototype to realize the following advantages:
- создавать конструкции термоэлектрических агрегатов с требуемой холодильной мощностью и конфигурацией основания, легко вписываемой на любой устанавливаемый объект;- create designs of thermoelectric units with the required refrigerating power and base configuration, which can be easily integrated into any installed object;
- снизить себестоимость изготовления агрегата;- reduce the cost of manufacturing the unit;
- снизить вес и габариты термоэлектрического агрегата;- reduce the weight and dimensions of the thermoelectric unit;
- сохранять пропорции веса, габаритов и потребляемой электрической мощности в агрегатах с различной холодопроизводительностью;- maintain the proportions of weight, dimensions and consumed electrical power in units with different cooling capacities;
- повысить надежность работы в условиях эксплуатации при пониженных температурах окружающей среды. - to increase the reliability of operation in operating conditions at low ambient temperatures.
Description
Полезная модель относится к системам охлаждения или нагрева воздуха и предназначена для создания и поддержания заданного температурного режима в ограниченном воздушном объеме независимо от изменений температуры окружающей среды.The utility model relates to air cooling or heating systems and is intended to create and maintain a given temperature in a limited air volume regardless of changes in ambient temperature.
Подобные системы климат-контроля, состоящие из электронного блока управления и термоэлектрического агрегата, общеизвестны, например патент РФ №2138741, F24F 005/00, F25B 021/02. Они находят широкое применение в медицине, нефте-газовой, пищевой и других отраслях промышленности, а в настоящее время интенсивно используются во всепогодных шкафах с блоками электронной аппаратуры.Such climate control systems, consisting of an electronic control unit and a thermoelectric unit, are well known, for example, RF patent No. 2138741, F24F 005/00, F25B 021/02. They are widely used in medicine, oil and gas, food and other industries, and are currently intensively used in all-weather cabinets with blocks of electronic equipment.
Электронные блоки управления имеют в своем составе блок питания, микропроцессорный контроллер, термодатчики, электронные ключи и коммутатор-переключатель полярности напряжения питания термоэлектрических батарей холодильно-нагревательного агрегата. Эти блоки также общеизвестны (например, блок климат-контроля ВС-103, выпускаемый ООО «Системы СТК» г.Пермь; фотография прилагается в разделе заявки «Другие документы»).Electronic control units incorporate a power supply unit, a microprocessor controller, temperature sensors, electronic keys and a switch-switch for the polarity of the supply voltage of thermoelectric batteries of the refrigeration-heating unit. These units are also well-known (for example, the VS-103 climate control unit manufactured by Perm STK LLC; the photograph is attached in the application section “Other Documents”).
Термоэлектрические агрегаты нагрева-охлаждения, выпускаемые многими отечественными и зарубежными компаниями, идентичны по конструктивному решению и содержат основание с термоизолирующей прокладкой с одним или несколькими сквозными отверстиями для установки одной или нескольких термоэлектрических сборок, каждая из которых содержит термоэлектрическую батарею, подключаемую к коммутатору-переключателю блока управления и установленную между стянутыми друг с другом наружным радиатором-теплообменником с окружающей средой и внутренним радиатором-теплообменником с ограниченным воздушным объемом, при этом наружный радиатор непосредственно прижат к пластине термоэлектрической батареи, внутренний радиатор прижат к ее другой пластине через теплопроводник, а на радиаторах установлены вентиляторы постоянного тока, присоединенные через ключ блока управления к источнику питания термоэлектрической батареи.Thermoelectric heating and cooling units, manufactured by many domestic and foreign companies, are identical in design and contain a base with a thermally insulating gasket with one or more through holes for installing one or more thermoelectric assemblies, each of which contains a thermoelectric battery connected to the unit switch-switch control and installed between the external radiator-heat exchanger with the environment and internal a radiator-air heat exchanger with a limited volume, the outer radiator directly to the plate is pressed against the thermoelectric battery, is pressed against the inner heat sink to its other plate through a heat conductor, mounted on radiators and DC fans, attached through the key control unit to power the thermoelectric batteries.
В известных термоэлектрических агрегатах с различной холодопроизводительностью, выпускаемых одним и тем же изготовителем, как правило, используются отличающие по мощности термоэлектрические батареи с соответственно с различными радиаторами и вентиляторами, что помимо расширения номенклатуры применяемых в сборках элементов и неизбежного при этом повышения себестоимости изготовления приводит к непропорциональному росту массы и габаритов изделий с повышенной холодопроизводительностью, а также к повышенной потребляемой электрической мощности, а это зачастую является определяющим фактором при их установке в шкафах с электронной аппаратурой. Например, выпускаемые Корпорацией РИФ г.Воронеж термоэлектрические охладители BOT-50-12DC-Z1V1 имеют номинальную холодильную мощность 25 Вт, потребляют 62 Вт и весят 2,5 кг, а ВОТ-100-24DCZ1V1 - номинальную холодильную мощность 45 Вт, потребляют 125 Вт и имеют массу 6 кг (характеристики термоагрегатов ВОТ прилагаются в разделе «Другие документы», при этом РИФ, как впрочем и другие отечественные производители, указывает для своих изделий не номинальную холодопроизводительность агрегата, а максимальную холодильную мощность используемых в нем термоэлектрических батарей в режиме питания максимально допустимым напряжением, в то время как при заявленном напряжении питания номинальная холодопроизводительность агрегата оказывается практически вдвое меньшей).In well-known thermoelectric units with different cooling capacities produced by the same manufacturer, as a rule, thermoelectric batteries differing in power with different heatsinks and fans, respectively, are used, which, in addition to expanding the range of elements used in assembly of elements and the inevitable increase in manufacturing costs, leads to a disproportionate an increase in the mass and dimensions of products with increased cooling capacity, as well as increased electrical consumption power, and this is often a determining factor when they are installed in cabinets with electronic equipment. For example, thermoelectric coolers BOT-50-12DC-Z1V1 produced by the RIF Corporation of Voronezh have a rated cooling power of 25 W, consume 62 W and weigh 2.5 kg, and BOT-100-24DCZ1V1 have a rated cooling power of 45 W, consume 125 W and have a mass of 6 kg (the characteristics of BOT thermal units are attached in the Other Documents section, while the RIF, as well as other domestic manufacturers, indicates for its products not the rated cooling capacity of the unit, but the maximum cooling capacity of the thermoelectric used in it batteries in the power mode with the maximum allowable voltage, while at the declared supply voltage, the rated cooling capacity of the unit is almost half).
Другим недостатком известных термоэлектрических агрегатов при их использовании в системах климат-контроля является ограничение нижнего предела рабочего диапазона температур окружающей среды (-10, -20°С). При пониженных температурах окружающей среды перевод термоэлектрических батарей коммутатором-переключателем блока управления в режим нагревания контролируемого объема воздуха приводит к значительному понижению температуры внешних радиаторов, что может вызвать обледенение ребер этих радиаторов и последующую поломку лопастей вентиляторов или их полную остановку. При этом ресурс работы внешних вентиляторов резко снижается вплоть до полной потери их работоспособности, исключающей возможность работы агрегата в последующем режиме охлаждения. Указанное обстоятельство существенно сужает область наружного использования упомянутых термоэлектрических систем климат-контроля вне отапливаемых помещениях.Another disadvantage of the known thermoelectric units when used in climate control systems is the limitation of the lower limit of the working range of ambient temperatures (-10, -20 ° C). At low ambient temperatures, the transfer of thermoelectric batteries by the switch-control unit of the control unit to the heating mode of the controlled air volume leads to a significant decrease in the temperature of external radiators, which can cause icing of the fins of these radiators and subsequent breakdown of the fan blades or their complete stop. In this case, the service life of external fans is sharply reduced up to a complete loss of their operability, which excludes the possibility of operation of the unit in the subsequent cooling mode. This circumstance significantly narrows the area of outdoor use of the aforementioned thermoelectric climate control systems outside heated rooms.
Отмеченные недостатки характерны и для прототипа, в качестве которого выбран термоэлектрический агрегат AHP-150FFHC, выпускаемый ведущим мировым производителем термоэлектрических систем климат-контроля - фирмой ТЕСА, США, и используемый в комплекте с блоком управления ТС-3500 той же фирмы.The noted drawbacks are also characteristic of the prototype, in which the thermoelectric unit AHP-150FFHC, manufactured by the world's leading manufacturer of thermoelectric climate control systems, TECA, USA, and used in conjunction with the TC-3500 control unit of the same company, was selected.
В соответствии с евростандартом DIN3168 данный агрегат вырабатывает номинальную холодильную мощность 31 Вт при потребляемой электрической мощности 65 Вт, имеет габариты основания 182×92 мм, массу 1,5 кг и диапазон рабочих температур -10/+70°С.In accordance with the European standard DIN3168, this unit generates a nominal cooling power of 31 W with a consumed electric power of 65 W, has a base dimension of 182 × 92 mm, a weight of 1.5 kg and a temperature range of -10 / + 70 ° С.
Для сравнения отметим, что агрегат этой же фирмы FHP-1501 с номинальной холодильной мощностью 278 Вт потребляет 1,2 кВт, имеет габариты основания 385×305 мм и массу 25 кг.For comparison, we note that the unit of the same company FHP-1501 with a nominal cooling capacity of 278 W consumes 1.2 kW, has a base size of 385 × 305 mm and a weight of 25 kg.
Технической задачей полезной модели является устранение перечисленных выше недостатков, а именно упрощение, снижение веса, габаритов и себестоимости изготовления агрегата нагрева-охлаждения любой требуемой мощности за счет унификации используемых в нем узлов и элементов, а также расширение температурного рабочего диапазона термоэлектрических систем климат-контроля в сторону отрицательных значений.The technical task of the utility model is to eliminate the above disadvantages, namely, simplifying, reducing the weight, dimensions and cost of manufacturing a heating and cooling unit of any required power by unifying the components and elements used in it, as well as expanding the temperature operating range of thermoelectric climate control systems in side of negative values.
Первая часть поставленной задачи решается тем, что в термоэлектрической системе климат-контроля, состоящей из блока управления и термоэлектрического агрегата, содержащего основание с термоизолирующей прокладкой с одним или несколькими сквозными отверстиями для установки одной или нескольких термоэлектрических сборок, каждая из которых содержит термоэлектрическую батарею, подключенную к коммутатору-переключателю блока управления и установленную между стянутыми друг с другом наружным радиатором-теплообменником с окружающей средой и внутренним радиатором-теплообменником с ограниченным воздушным объемом, при этом наружный радиатор непосредственно прижат к пластине термоэлектрической батареи, внутренний радиатор прижат к ее другой пластине через теплопроводник, а на радиаторах установлены вентиляторы постоянного тока, присоединенные через ключ блока управления к источнику питания термоэлектрической батареи, - в зависимости от необходимой мощности нагрева-охлаждения агрегат содержит одну или несколько однотипных базовых термоэлектрических сборок, оптимизированных по максимальному соотношению вырабатываемой сборкой холодильной мощности к занимаемой радиаторами площади основания, при этом сборка содержит термоэлектрическую батарею с размерами контактных поверхностей пластин 40×40 мм и максимальной холодопроизводительностью 50-65 Вт, пару одинаковых радиаторов с теплорассеивающей поверхностью не менее 1200 см2 и с длиной и шириной контактных поверхностей в пределах от 65 до 80 мм, а также два вентилятора с расходом 0,8-1,2 м3/мин и теплопроводник, длина которого на 1-5 мм превышает сумму толщин основания и термоизолирующей прокладки, а в зазоре между контактной поверхностью наружного радиатора и основанием установлена дополнительная термоизолирующая прокладка.The first part of the problem is solved in that in a thermoelectric climate control system consisting of a control unit and a thermoelectric unit containing a base with a thermally insulating gasket with one or more through holes for installing one or more thermoelectric assemblies, each of which contains a thermoelectric battery connected to the switch-control unit of the control unit and installed between the external radiator-heat exchanger that are tightened with each other and the environment and an internal radiator-heat exchanger with limited air volume, while the external radiator is directly pressed to the plate of the thermoelectric battery, the internal radiator is pressed to its other plate through the heat conductor, and the radiators are equipped with DC fans connected via a key of the control unit to the power source of the thermoelectric battery, - depending on the required heating-cooling power, the unit contains one or more of the same type of basic thermoelectric assemblies, optimizing OF DATA generated by the maximum ratio of the cooling capacity to the assembly base area occupied by the radiator, the assembly comprises a thermoelectric battery with the size of the contact surfaces of the plates 40 × 40 mm and the maximum cooling capacity of 50-65 W, a pair of identical radiator with the heat dissipation surface area of at least 1200 cm 2 and with length and width of the contact surfaces in the range of 65 to 80 mm, and the two fans at a rate of 0.8-1.2 m 3 / min and a heat conductor whose length is 1-5 mm greater than the sum of the thicknesses of the foundation Ia and thermally insulating gasket, and the gap between the contact surface of the outer heat sink and the base of an extra thermal insulating gasket.
Вторая часть поставленной задачи решается тем, что минусовые клеммы обоих вентиляторов базовой сборки через ключ блока управления соединены с минусовой клеммой его источника питания, плюсовая клемма вентилятора внутреннего радиатора подключена к плюсовой клемме источника питания, а плюсовая клемма вентилятора наружного радиатора соединена с выходной клеммой коммутатора, на которой при работе агрегата в режиме нагревания устанавливается отрицательная полярность напряжения питания термоэлектрической батареи.The second part of the task is solved in that the negative terminals of both fans of the basic assembly are connected through the key of the control unit to the negative terminal of its power source, the positive terminal of the internal radiator fan is connected to the positive terminal of the power source, and the positive terminal of the external radiator fan is connected to the output terminal of the switch, on which, when the unit is operating in heating mode, the negative polarity of the supply voltage of the thermoelectric battery is established.
Достигаемый полезной моделью технический результат заключается в снижении веса, габаритов и себестоимости изготовления термоэлектрического агрегата любой требуемой мощности и конфигурации основания (квадратной, прямоугольной, Г-образной и т.д.), а также в повышении надежности работы системы в условиях ее эксплуатации при пониженных температурах окружающей среды.The technical result achieved by the utility model is to reduce the weight, dimensions and cost of manufacturing a thermoelectric unit of any required power and configuration of the base (square, rectangular, L-shaped, etc.), as well as to increase the reliability of the system in conditions of its operation at low ambient temperatures.
На фиг.1 показана конструкция базовой термоэлектрической сборки полезной модели, на фиг.2 представлена ее структурная схема, на фиг.3 изображена фотография агрегата полезной модели с одной базовой сборкой, а на фиг.4 представлены фотографии вариантов исполнения агрегатов с различной холодопроизводительностью с соответствующим числом установленных базовых сборок.Figure 1 shows the construction of a basic thermoelectric assembly of a utility model, figure 2 shows its structural diagram, figure 3 shows a photograph of an aggregate of a utility model with one basic assembly, and figure 4 shows photographs of embodiments of units with different cooling capacities with corresponding the number of installed base assemblies.
Как следует из фиг.1, базовая сборка содержит основание 1 с термоизолирующей прокладкой 2, термоэлектрическую батарею 3, установленную между стянутыми друг с другом наружным радиатором-теплообменником 4 с окружающей средой и внутренним радиатором-теплообменником 5. Наружный радиатор 4 своей контактной поверхностью непосредственно прижат к пластине батареи 3, а внутренний радиатор 5 прижат к другой пластине батареи 3 через теплопроводник 6. На радиаторах 4 и 5 соответственно установлены наружный вентилятор 7 и внутренний вентилятор 8. Согласно фиг.2, минусовые клеммы обоих вентиляторов 7 и 8 через ключ 9 блока управления соединены с минусовой клеммой источника 10 его питания, плюсовая клемма вентилятора 8 подключена к плюсовой клемме источника 10, а плюсовая клемма вентилятора 7 соединена с выходной клеммой коммутатора-переключателя 11, управляемого контроллером 12 по сигналам термодатчика 13, контролирующего температуру ограниченного воздушного объема. Между радиатором 4 и основанием 1 установлена дополнительная термоизолирующая прокладка 14.As follows from figure 1, the basic assembly contains a base 1 with a thermally insulating gasket 2, a thermoelectric battery 3 installed between the external radiator-heat exchanger 4 with the environment and the internal radiator-heat exchanger strapped together 5. The external radiator 4 is directly pressed by its contact surface to the plate of the battery 3, and the internal radiator 5 is pressed against the other plate of the battery 3 through the heat conductor 6. On the radiators 4 and 5, respectively, an external fan 7 and an internal fan 8. are installed. figure 2, the negative terminals of both fans 7 and 8 through the key 9 of the control unit are connected to the negative terminal of the power source 10, the positive terminal of the fan 8 is connected to the positive terminal of the source 10, and the positive terminal of the fan 7 is connected to the output terminal of the switch-switch 11, controlled by the controller 12 by the signals of the temperature sensor 13, which controls the temperature of the limited air volume. Between the radiator 4 and the base 1 has an additional thermally insulating gasket 14.
Полезная модель работает следующим образом. Если по показаниям термодатчика 13 температура контролируемого объема воздуха больше или меньше заданной, контроллер 12 включает вентиляторы 7 и 8 через ключ 9 и устанавливает полярность питания термоэлектрической батареи 3 коммутатором-переключателем 11 в такое положение, чтобы внутренний радиатор 5 соответственно охлаждался или нагревался от термоэлектрической батареи через теплопроводник 6. Режим охлаждения (нагрева) продолжается до тех пор, пока температура упомянутого объема воздуха не достигнет заданного значения, после чего контроллер отключает термоэлектрическую батарею 3 и вентиляторы 7 и 8. Согласно зависимому отличительному признаку, плюсовая клемма вентилятора 7 наружного радиатора 4 подключена к клемме коммутатора-переключателя 11, на которой в режиме подогрева контролируемого воздушного объема устанавливается отрицательный потенциал источника питания 10, вентилятор 7 в этом режиме не работает, в результате чего, как указывалось выше, увеличивается ресурс его работы при функционировании полезной модели в режиме нагревания контролируемого воздушного объема.The utility model works as follows. If, according to the readings of the temperature sensor 13, the temperature of the controlled air volume is greater or less than the set one, the controller 12 turns on the fans 7 and 8 through the key 9 and sets the polarity of the power supply of the thermoelectric battery 3 by the switch-switch 11 in such a position that the internal radiator 5 is respectively cooled or heated from the thermoelectric battery through the heat conductor 6. The cooling (heating) mode continues until the temperature of the air volume reaches the set value, after which the control the lehr disconnects the thermoelectric battery 3 and fans 7 and 8. According to a dependent distinguishing feature, the positive terminal of the fan 7 of the external radiator 4 is connected to the terminal of the switch-switch 11, on which the negative potential of the power source 10 is established in the heating mode of the controlled air volume, fan 7 in this the mode does not work, as a result of which, as indicated above, the resource of its operation increases when the utility model operates in the heating mode of the controlled air volume.
Основной отличительной особенностью полезной модели является использование в термоэлектрическом агрегате нагрева-охлаждения одной или нескольких (в зависимости от требуемой холодопроизводительности) однотипных базовых термоэлектрических сборок, оптимизированных по максимальному соотношению вырабатываемой сборкой холодильной мощности к занимаемой радиаторами площади основания. Оптимизация указанного соотношения произведена на основе анализа теплоотвода при работе наиболее широко используемых в настоящее время термоэлектрических батарей, которые, как известно, обеспечивают максимальную холодопроизводительность лишь при условии достаточного отвода тепла от поверхности их «горячих» пластин. Площадь теплоотводимой поверхности батареи ограничена длиной и шириной пластин, которые у наиболее широко применяемых термоэлектрических модулей имеют размеры 40×40 мм. Отводимая с этой поверхности тепловая мощность, равная сумме потребляемой модулем электрической мощности и его холодильной мощности, колеблется в широких пределах и по данным компании «Криотерм» г.Санкт-Петербург (см. каталог Криотерм «Термоэлектрические Модули и Охлаждающие Системы», 2005 г.), для модуля STORM при его максимальной холодильной мощности 34,5 Вт составляет 91 Вт, а для модуля DRIFT-0,6 смаксимальной холодильной мощностью 229,3 Вт составляет 600,8 Вт. Таким образом, получение повышенной холодопроизводительности при использовании более мощных термоэлектрических модулей с одинаковыми габаритами пластин требует наличия более мощных теплоотводов, т.е. более громоздких радиаторов с принудительным воздушным охлаждением, обеспечивающим превышение температуры такого радиатора всего на 3-8°C над температурой окружающей среды. Однако вследствие того, что тепловое сопротивление зоны контакта поверхности радиатора с поверхностью пластины модуля более чем на порядок выше теплового сопротивления материала радиатора, всегда температура «горячей» пластины выше температуры радиатора с любой теплорассеивающей мощностью и этот градиент пропорционально увеличивается при использовании более мощных модулей с указанными размерами пластин, так как площадь теплового контакта, а следовательно, и его тепловое сопротивление остаются неизменными. Но повышение температуры «горячей» пластины более мощного модуля пропорционально снижает вырабатываемую им холодильную мощность, а это приводит не только к повышению массы и габаритов термоэлектрического агрегата, как указывалось выше на примере прототипа, но и к увеличению расхода электрической энергии на единицу вырабатываемой холодильной мощности. Отсюда следует, что для повышения холодопроизводительности агрегата целесообразно использование большего числа термоэлектрических сборок с относительно маломощными модулями, однако повышенное количество этих сборок может существенно увеличить стоимость агрегата. Проведенные теоретические расчеты и экспериментальные исследования позволили установить оптимальные электрические и массогабаритные параметры сборок с максимальным соотношением холодопроизводительности к занимаемой радиаторами площади основания и использовать эти сборки как базовые при изготовлении агрегатов с различной требуемой холодопроизводительностью. В итоге базовая сборка содержит термоэлектрическую батарею с контактной поверхностью пластин размером 40×40 мм и максимальной холодопроизводительностью 50-65 Вт, пару одинаковых радиаторов с теплорассеивающей поверхностью не менее 1200 см2 и длиной и шириной контактных поверхностей в пределах от 65 до 80 мм, а также два вентилятора с расходом 0,8-1,2 м3/мин. Параметры радиаторов и вентиляторов получены из расчета допустимого превышения температуры наружного радиатора на 5-8°C над температурой окружающей среды при отводимой от термобатареи максимальной тепловой мощности 70-85 Вт в случае ее питания напряжением, составляющим 75% от предельно допустимого, как это рекомендуется производителями модулей; одинаковость радиаторов обусловлена реверсивностью работы термоэлектрической батареи, число ребер радиатора, с указанной теплорассеивающей поверхностью равно 30, при их высоте порядка 30 мм.The main distinguishing feature of the utility model is the use in the thermoelectric heating-cooling unit of one or several (depending on the required cooling capacity) basic thermoelectric assemblies of the same type, optimized for the maximum ratio of the cooling power generated by the assembly to the footprint occupied by the radiators. The indicated ratio was optimized based on the analysis of heat removal during operation of the most widely used thermoelectric batteries, which, as you know, provide maximum cooling capacity only if there is sufficient heat removal from the surface of their "hot" plates. The heat-removed surface area of the battery is limited by the length and width of the plates, which are 40 × 40 mm in the most widely used thermoelectric modules. The thermal power removed from this surface, equal to the sum of the electric power consumed by the module and its refrigerating power, varies widely and according to the company Criotherm in St. Petersburg (see the Cryotherm catalog Thermoelectric Modules and Cooling Systems, 2005 ), for the STORM module with its maximum cooling power 34.5 W is 91 W, and for the DRIFT-0.6 module with a maximum cooling capacity of 229.3 W is 600.8 W. Thus, obtaining increased cooling capacity when using more powerful thermoelectric modules with the same plate dimensions requires more powerful heat sinks, i.e. bulky radiators with forced air cooling, ensuring that the temperature of such a radiator is only 3-8 ° C above ambient temperature. However, due to the fact that the thermal resistance of the contact area of the radiator surface with the surface of the module plate is more than an order of magnitude higher than the thermal resistance of the radiator material, the temperature of the “hot” plate is always higher than the temperature of the radiator with any heat dissipating power, and this gradient increases proportionally when using more powerful modules with the indicated the dimensions of the plates, since the area of thermal contact, and hence its thermal resistance, remains unchanged. But increasing the temperature of the “hot” plate of a more powerful module proportionally reduces the cooling power it produces, and this leads not only to an increase in the mass and dimensions of the thermoelectric unit, as indicated above by the example of the prototype, but also to an increase in the consumption of electric energy per unit of the generated cooling power. It follows that to increase the cooling capacity of the unit it is advisable to use a larger number of thermoelectric assemblies with relatively low-power modules, however, an increased number of these assemblies can significantly increase the cost of the unit. The theoretical calculations and experimental studies made it possible to establish the optimal electrical and mass-dimensional parameters of the assemblies with the maximum ratio of cooling capacity to the base area occupied by the radiators and to use these assemblies as basic ones in the manufacture of units with different required cooling capacities. As a result, the basic assembly contains a thermoelectric battery with a contact surface of 40 × 40 mm plates and a maximum cooling capacity of 50-65 W, a pair of identical radiators with a heat-dissipating surface of at least 1200 cm 2 and the length and width of contact surfaces ranging from 65 to 80 mm, and also two fans with a flow rate of 0.8-1.2 m 3 / min. The parameters of radiators and fans are obtained from the calculation of the permissible excess of the temperature of the external radiator by 5-8 ° C above the ambient temperature with a maximum heat output of 70-85 W removed from the thermal battery if it is supplied with a voltage of 75% of the maximum permissible, as recommended by manufacturers modules; the radiators are identical due to the reversibility of the operation of the thermoelectric battery, the number of radiator fins with the indicated heat-dissipating surface is 30, with their height of about 30 mm.
Совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает холодопроизводительность базовой сборки не менее 30 Вт (по стандарту DIN 3168) при потребляемой мощности не более 65 Вт. Любое отклонение от параметров каждого из этих признаков неизбежно вызовет либо потерю производимой холодильной мощности, либо увеличение занимаемой радиаторами площади основания, либо увеличению отношения потребляемой мощности к холодопроизводительности. На фиг.3 приведена фотография базовой сборки, установленной на основание размером 100×100 мм. Масса такого термоэлектрического агрегата не превышает 0,8 кг.The combination of these distinguishing features provides a cooling capacity of the basic assembly of at least 30 watts (according to DIN 3168) with a power consumption of not more than 65 watts. Any deviation from the parameters of each of these signs will inevitably cause either a loss of the produced cooling power, or an increase in the footprint occupied by the radiators, or an increase in the ratio of power consumption to cooling capacity. Figure 3 shows a photograph of a basic assembly mounted on a base with a size of 100 × 100 mm. The mass of such a thermoelectric unit does not exceed 0.8 kg.
Другой зависимый отличительный признак заключается в выполнении теплопроводника 6 длиной, на 1-5 мм превышающей сумму толщин основания 1 и термоизолирующей прокладки 2, а также в установке в зазоре между контактной поверхностью наружного радиатора 4 и основанием 1 дополнительной теплоизолирующей прокладки 14. Это позволяет, в отличие от прототипа, исключить непосредственный тепловой контакт «горячего» радиатора с основанием, в результате чего снижается натекаемая через основание тепловая мощность в охлаждаемый объем воздуха, а также (в соответствии с патентом РФ №2407954, F25B 21/00 на «Термоэлектрический охладитель воздуха») уменьшить конвенктивный теплообмен внутри термоэлектрической батареи и тем самым повысить холодопроизводительность базовой сборки.Another dependent distinguishing feature is the implementation of a heat conductor 6 with a length 1-5 mm greater than the sum of the thicknesses of the base 1 and the heat-insulating gasket 2, as well as the installation of an additional heat-insulating gasket 14 in the gap between the contact surface of the external radiator 4 and the base 1. unlike the prototype, to exclude direct thermal contact of the "hot" radiator with the base, as a result of which the thermal power flowing through the base decreases into the cooled air volume, and also (in tvetstvii with RF patent №2407954, F25B 21/00 to "Thermoelectric air cooler") konvenktivny reduce heat transfer within the thermoelectric battery and thereby increase the cooling capacity of the base assembly.
На фиг.4 приведены фотографии термоэлектрических агрегатов системы климат-контроля с различной холодопроизводительностью, в которых использованы заявленные базовые сборки.Figure 4 shows photographs of thermoelectric units of the climate control system with various cooling capacities, in which the claimed basic assemblies are used.
Таким образом, полезная модель по сравнению с прототипом позволяет реализовать следующие преимущества:Thus, the utility model in comparison with the prototype allows you to realize the following advantages:
- создавать конструкции термоэлектрических агрегатов с требуемой холодильной мощностью и конфигурацией основания, легко вписываемой на любой устанавливаемый объект;- create designs of thermoelectric units with the required refrigerating power and base configuration, which can be easily integrated into any installed object;
- снизить себестоимость изготовления термоэлектрического агрегата;- reduce the cost of manufacturing a thermoelectric unit;
- снизить вес и габариты термоэлектрического агрегата;- reduce the weight and dimensions of the thermoelectric unit;
- сохранять пропорции веса, габаритов и потребляемой электрической мощности в агрегатах с различной холодопроизводительностью;- maintain the proportions of weight, dimensions and consumed electrical power in units with different cooling capacities;
- повысить надежность работы в условиях эксплуатации при пониженных температурах окружающей среды.- to increase the reliability of operation in operating conditions at low ambient temperatures.
Образцы полезной модели в течение 2010 года прошли успешные испытания в ОАО «Концерн Энергомера» г.Ставрополь, ООО «КАМТЕЛ» г.Пермь, ООО «Сельхозмонтаж» г.Курган, ООО «ЭПМГГО» г.Санкт-Петербург, ЗАО «ИНТЕРКРОСС» г.Рязань, ООО «Промэлтех» г.Череповец.Utility model samples were successfully tested in 2010 at Energomera Concern OJSC, Stavropol, KAMTEL LLC, Perm, Selkhozmontazh LLC, Kurgan, EPMGGO LLC, St. Petersburg, INTERKROSS CJSC Ryazan, LLC "Promeltech" Cherepovets.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011136631/12U RU111901U1 (en) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | THERMOELECTRIC CLIMATE CONTROL SYSTEM |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011136631/12U RU111901U1 (en) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | THERMOELECTRIC CLIMATE CONTROL SYSTEM |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU111901U1 true RU111901U1 (en) | 2011-12-27 |
Family
ID=45783175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011136631/12U RU111901U1 (en) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | THERMOELECTRIC CLIMATE CONTROL SYSTEM |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU111901U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014031175A1 (en) * | 2012-08-24 | 2014-02-27 | Cooper Technologies Company | Programmable termparature controller for hazardous location enclosures |
| US9668385B2 (en) | 2010-12-22 | 2017-05-30 | Cooper Technologies Company | Controlling airflow within an explosion-proof enclosure |
| RU237243U1 (en) * | 2025-05-20 | 2025-09-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" | Heat recovery unit with a thermoelectric module in a supply and exhaust ventilation system |
-
2011
- 2011-09-02 RU RU2011136631/12U patent/RU111901U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9668385B2 (en) | 2010-12-22 | 2017-05-30 | Cooper Technologies Company | Controlling airflow within an explosion-proof enclosure |
| WO2014031175A1 (en) * | 2012-08-24 | 2014-02-27 | Cooper Technologies Company | Programmable termparature controller for hazardous location enclosures |
| US9798333B2 (en) | 2012-08-24 | 2017-10-24 | Cooper Technologies Company | Programmable temperature controller for hazardous location enclosures |
| RU237243U1 (en) * | 2025-05-20 | 2025-09-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный аграрный университет" | Heat recovery unit with a thermoelectric module in a supply and exhaust ventilation system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Experimental evaluation of an active solar thermoelectric radiant wall system | |
| Liu et al. | Review of solar thermoelectric cooling technologies for use in zero energy buildings | |
| CN102570289B (en) | Temperature controlling and heat radiating system for optical fiber coupling module | |
| CN203040101U (en) | Water cooling device used for cooling electronic device | |
| CN102292866A (en) | Temperature-controlled battery system ii | |
| CN208208927U (en) | A kind of lithium battery temperature control device based on semiconductor chilling plate | |
| WO2017197842A1 (en) | Intelligent heat energy recycling apparatus and air-conditioning system | |
| CN106486719A (en) | Power battery thermal management system based on semiconductor refrigeration piece | |
| CN203288718U (en) | Self-heating self-cooling constant-temperature alkaline battery pack | |
| Atta | Solar thermoelectric cooling using closed loop heat exchangers with macro channels | |
| CN104964369A (en) | Semi-conductor radiation air conditioning device driven by solar energy | |
| CN105890066A (en) | Cooling device for circuit board of outdoor unit of variable frequency air conditioner and electric control box of outdoor unit of variable frequency air conditioner | |
| Ibáñez-Puy et al. | Thermal and energy performance assessment of a thermoelectric heat pump integrated in an adiabatic box | |
| RU111901U1 (en) | THERMOELECTRIC CLIMATE CONTROL SYSTEM | |
| CN206322817U (en) | Power battery thermal management system based on semiconductor refrigeration piece | |
| CN218783088U (en) | Household Energy Storage System | |
| Al Musleh et al. | Thermoelectric generator experimental performance testing for wireless sensor network application in smart buildings | |
| RU2482396C2 (en) | Thermoelectric climate control system | |
| US20240235430A9 (en) | Cogeneration apparatus, thermoelectric power generation system, voltage control method and heating device | |
| CN202474599U (en) | Automatic cooling outdoor intelligent distribution box | |
| Jiajitsawat | A portable hybrid thermoelectric-direct evaporative air cooling system | |
| CN201327859Y (en) | Storage battery thermotank | |
| CN204513842U (en) | Conductor refrigeration system | |
| CN202153037U (en) | Thermoelectric semiconductor air conditioner modules | |
| CN216667841U (en) | Heat radiation structure and air conditioner outdoor unit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150903 |