RU2110021C1

RU2110021C1 - Thermoelectric refrigerator

Info

Publication number: RU2110021C1
Application number: RU96110968/06A
Authority: RU
Inventors: А.М. Стругов; П.П. Небылицин; А.В. Новиков
Original assignee: Миасский машиностроительный завод; Мощенко Владимир Иванович
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1998-04-27

Abstract

FIELD: refrigerating engineering; domestic and transport refrigerators. SUBSTANCE: refrigerator includes heat-insulated housing, inner heat-conducting freezing and cooling chambers, thermoelectric unit whose cold end is thermally connected with freezing chamber and hot end is connected with external air or liquid radiator. Thermoelectric unit of refrigerator is made from system of similar thermal modules forming two stages (levels) for discharge of heat at inter-stage equithermal characteristic; they are interconnected by means of heat-conducting adapter. EFFECT: reduced temperatures in freezing and cooling chambers as compared with Freon compression refrigerators at similar power requirements and identical volumes. 7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к бытовым и транспортным термоэлектрическим холодильникам. The invention relates to refrigeration, in particular to household and transport thermoelectric refrigerators.

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]. Today, a large number of models of thermoelectric home and car refrigerators have been created in the world. In the USSR in the first half of the 80s, a number of options for thermoelectric refrigerators were developed [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. These types of structures have different types and types of heat exchangers, fans, including additional chambers, dampers, screens, partitions of various types, air ducts, etc.

Общим недостатком конструкций является то, что предложенные меры на привели к существенному повышению экономичности, холодопроизводительности, эксплуатационной надежности холодильников. A common drawback of the designs is that the proposed measures have not led to a significant increase in the economy, cooling capacity, or operational reliability of refrigerators.

Наиболее распространенной и активно разрабатываемой является группа портативных бытовых и автотранспортных холодильников [2, 3, 4]. The most common and actively developed is the group of portable household and truck refrigerators [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. Technical solutions relate to issues of improving the manufacturability of refrigerators, their reliability during operation by sealing the thermal module installation unit, introducing automatic regulation and protection against thermal modules overheating in case of violation of heat removal systems from hot junctions, as well as to prevent battery discharge during long-term parking.

Конструктивные решения холодильников разнообразны (навесные, переносные, встраиваемые, стационарные), причем во всех случаях стараются достичь максимальной компактности, отсутствия выступающих частей. The design solutions of refrigerators are diverse (mounted, portable, built-in, stationary), and in all cases they try to achieve maximum compactness, the absence of protruding parts.

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]. In most designs, a finned radiator with forced blowing by a fan is used as a heat exchanger, natural convective heat exchangers are used in a small number, and an air-to-air circuit, similar to that used in the HATE-12 refrigerator, is also common. Evaporative cooling systems using porous coatings on heat exchangers are used [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. Attempts to overcome the limited functionality of transport refrigerators are interesting. So, in [3] a camera with a partition is proposed, designed in such a way that with different installation of the cover, either the same mode in two zones is provided, or different, i.e. it becomes possible to cool or heat part of the products in one zone while storing the remaining products in another zone.

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. The invention is aimed at eliminating the above drawbacks, namely, increasing the temperature difference while reducing energy consumption through the use of the same type of thermal modules, forming at least two cascades (sections, levels) of heat pumping from the refrigerator chambers and connected by a highly conductive interstage adapter, wherein the system’s power supply mode is selected so that the heat release of the first stage is equal to the cooling capacity of the second stage when temperature conditions, i.e. interstage equithermality is observed. In addition, the highly heat-conducting equithermal adapter between the cascades allows the cold and hot sides of the system to be separated (removed) from each other by the required distance equal to the total thickness of the thermal insulation of the refrigerator chamber.

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. The essence of the invention lies in the fact that a thermoelectric refrigerator containing a thermally insulated body, an internal heat-conducting freezer, a refrigerator and at least one thermoelectric unit, the cold side of which is thermally connected to the freezer, in the hot side, with an external air or liquid radiator. In this case, the thermoelectric unit is made of a system of the same type of thermomodules, which form at least two stages (levels) of heat pumping under interstage equithermality under given temperature conditions.

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. Cascades are thermally interconnected by integral heat-conducting adapters providing minimal thermal resistance, and the possibility of choosing the height of interstage adapters allows you to set the required thickness of thermal insulation in the zone of thermopile construction, i.e. between cold and hot (external) radiators. To facilitate the design of the thermoelectric block, the interstage heat-conducting adapter can be hollow, and the cavity is filled with a heat-conducting liquid, for example, water.

Первый и второй каскады в зависимости от назначения и конструктивных соображений могут быть выполнены из различного типа термомодулей. The first and second stages, depending on the purpose and design considerations, can be made of various types of thermal modules.

Наиболее рационален в исполнении термоэлектрический блок из трех однотипных электрически последовательно соединенных термомодулей, что дает возможность снизить ток и увеличить напряжения питания. The thermoelectric unit of three of the same type of electrically connected in series thermal modules is the most rational in execution, which makes it possible to reduce current and increase supply voltage.

Раздельное питание первого и второго каскадов позволяет наиболее близко установить межкаскадную эквитермичность при различных температурных режимах, что повышает холодопроизводительность ТЭБ при том же энергопотреблении. Separate power supply of the first and second cascades allows you to most closely establish the interstage equithermality at different temperature conditions, which increases the cooling capacity of the fuel and energy complex with the same energy consumption.

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. When dividing the freezer and the refrigerator in one refrigerator case with a partition, it is possible to reduce the temperature in the freezer. To ensure the necessary temperature regime in the refrigerator, as well as with an increase in its volume, at least one thermoelectric unit is installed mainly in the center of the refrigerator on the rear wall of the latter. Given the necessary conditions, by installing a nozzle spraying water on an external air radiator, it is possible to increase the efficiency of heat removal from an external air radiator and thus increase the cooling capacity of the thermoelectric unit.

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. The main significant difference of the proposed thermoelectric cooler is at least two-stage thermopile with interstage equithermality and the possibility of choosing the thickness of the insulation due to the height of the heat-conducting interstage adapters.

Другими существенными отличиями предложенного термохолодильника являются. Other significant differences of the proposed thermo-refrigerator are.

повышение напряжения питания и уменьшение силы тока при последовательном включении термомодулей и термоэлектрического блока;
увеличение холодопроизводительности при раздельном питании первого и второго каскадов.increasing the supply voltage and reducing the amperage when the thermal modules and thermoelectric unit are switched on sequentially;
increased cooling capacity with separate power supply of the first and second cascades.

Основные признаки предложенного устройства отсутствуют в устройствах аналогах и прототипе, взаимосвязаны друг с другом и с признаками констатирующей части. Их связь носит устойчивый характер. The main features of the proposed device are absent in the analogues and prototype devices, are interconnected with each other and with the signs of the ascertaining part. Their relationship is sustainable.

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. In FIG. 1 shows a general view; in FIG. 2 - cross section aa thermopile; in FIG. 3 - a comparative graph of the temperature difference from the power consumption of the refrigerator according to the prototype and the proposed refrigerator.

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. Thermoelectric refrigerator (Fig. 1) includes a radiator 1 of the refrigerating chamber 2, a thermoelectric block 3 of the refrigerating chamber, a thermoelectric block 4 of the freezing chamber 5, a radiator 6 of the freezing chamber, a thermally insulated chamber 7 of the refrigerator. The thermoelectric unit (Fig. 2) includes a thermal module 8 of the first cascade, an adapter plate 9, installed between the thermal module 8 and the radiator 6 of the freezer 5, refrigeration 2 chambers, a heat-conducting adapter 10 that thermally connects the hot side of the thermal modules 8 of the first cascade and the cold side of the thermal modules 11 of the second cascade , external radiator 12, fan 13.

Холодильник работает следующим образом. The refrigerator operates as follows.

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. The power supply (not shown) of the thermoelectric unit thermal modules (Fig. 2) and fan 13 are turned on. The cold side of thermal module 8 of the first thermopile cascade begins to pump heat from radiator 6 (freezer), radiator 1 (refrigeration) chambers through adapter plate 9. Radiator 6 (freezer ) and the radiator 1 of the (refrigeration) chamber are cooled. At this time, the heat generated by the thermal module 8 of the first cascade, passing through the adapter 10, is pumped out by the thermal modules 11 of the second cascade, and the heat generated on the hot side of the thermal modules 11 is removed through the air radiator 12 to the surrounding space. To improve the heat sink from the air radiator 12, it is purged with a fan 13 or a water-cooled radiator is installed instead of the air radiator 12.

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. The graph (Fig. 3) shows comparative indicators of the temperature difference ΔT in the freezer of refrigerators having the same volume, insulation and heat sink with a fan relative to the environment, depending on the power consumption W: 14 - for the refrigerator according to the prototype; 15 - for the inventive refrigerator.

Claims

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. 1. Thermoelectric refrigerator containing a thermally insulated body, an internal heat-conducting freezer, a refrigerator and at least one thermoelectric unit, the cold side of which is thermally connected to the freezer and the hot side to an external air or liquid radiator, characterized in that the thermoelectric unit of the refrigerator made of a system of the same type of thermal modules, forming at least two cascades of heat pumping, with interstage equithermal thermally connected between oboj tselnotelym thermally conductive adapter.

2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что первый и второй каскады теплоэлектрического блока выполнены из различного типа термомодулей. 2. The refrigerator according to claim 1, characterized in that the first and second stages of the thermoelectric unit are made of various types of thermal modules.

3. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что межкаскадный теплопроводящий переходник выполнен пустотелым, а полость заполнена теплопроводящей жидкостью, например водой. 3. The refrigerator according to claim 1, characterized in that the interstage heat-conducting adapter is hollow, and the cavity is filled with a heat-conducting liquid, such as water.

4. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что термоэлектрический блок выполнен преимущественно из трех электрически последовательно соединенных термомодулей. 4. The refrigerator according to claim 1, characterized in that the thermoelectric unit is made predominantly of three thermoelectric modules connected in series.

5. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй каскады термоэлектрического блока имеют раздельное электрическое питание. 5. The refrigerator according to claim 1, characterized in that the first and second stages of the thermoelectric block have separate electrical power.

6. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один термоэлектрический блок установлен на задней стенке преимущественно в центре холодильной камеры холодильника. 6. The refrigerator according to claim 1, characterized in that at least one thermoelectric unit is mounted on the rear wall mainly in the center of the refrigerator compartment of the refrigerator.

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. 7. The refrigerator according to claim 1, characterized in that it is equipped with an external radiator and at least one nozzle for additional cooling with a sprayed water stream of the radiator.