RU2617570C2 - Thermoelectric refrigerating device with cold accumulator - Google Patents

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: refrigerating device includes thermoelectric module, the cold side of which is thermally coupled with user of refrigeration, at least two closed hydraulic loops, providing refrigerating of the thermoelectric module hot side, one of which has a radiator for heat release into the environment, while the second provides the heat removing to the cold accumulator, which is designed as the thermally insulated container, filled with a working medium, which has a phase transition temperature higher than the nominal ambient temperature, but below the temperature at which the stable operation is provided by the thermoelectric module.

EFFECT: provision of the specified refrigerating capacity and power efficiency of the thermoelectric refrigerating system operation and maintaining of the required temperature of the user, with the possible periodic ambient temperature increase above the designed.

Description

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к устройствам для термостатирования, и может использоваться для обеспечения работоспособности и точечного охлаждения отдельных элементов, располагаемых в больших помещениях или в других условиях, в случае невозможности или затруднения обеспечения их устойчивого взаимодействия с атмосферным воздухом, внешней окружающей средой, например, серверов датацентров.The invention relates to the field of heat engineering, in particular to devices for thermostating, and can be used to ensure operability and point cooling of individual elements located in large rooms or in other conditions, in case of impossibility or difficulty in ensuring their stable interaction with atmospheric air, the external environment , for example, data center servers.

Известно, что существует зависимость холодопроизводительности и энергоэффективности функционирования холодильных машин (в т.ч. и термоэлектрических) от разницы температур между потребителем и окружающей средой, в которую осуществляется сброс отводимого тепла [1]. При повышении разницы температур холодопроизводительность холодильной машины снижается, увеличивая затраты энергии на охлаждение потребителя и, следовательно, тепловыделения, подлежащие отводу от холодильного устройства в окружающую среду.It is known that there is a dependence of the cooling capacity and energy efficiency of the functioning of refrigeration machines (including thermoelectric ones) on the temperature difference between the consumer and the environment into which the heat is removed [1]. When the temperature difference increases, the refrigerating capacity of the refrigeration machine decreases, increasing the energy consumption for cooling the consumer and, consequently, the heat generation to be removed from the refrigeration device to the environment.

Известно термоэлектрическое охлаждающее устройство, в котором охлаждение горячей стороны рабочего элемента осуществляется жидким теплоносителем, циркулирующим в контуре с воздушным теплообменником, осуществляющим теплоотвод в окружающую среду [1]. Недостатком данного устройства является снижение холодопроизводительности и энергоэффективности термоэлектрического модуля при повышении температуры окружающей среды.A thermoelectric cooling device is known in which the hot side of the working element is cooled by a liquid heat carrier circulating in the circuit with an air heat exchanger that carries out heat removal to the environment [1]. The disadvantage of this device is the reduction in cooling capacity and energy efficiency of the thermoelectric module with increasing ambient temperature.

Известно использование охладителя с термобатареей, горячие спаи которой охлаждаются тающим льдом, т.е. за счет использования скрытой теплоты плавления фазового перехода [2], [3]. Недостатком данных устройств является сложность обеспечения постоянного наличия льда на горячих спаях в случае их размещения в помещениях с положительными температурами окружающей среды, что вызывает необходимость задействования дополнительных охлаждающих устройств.It is known to use a cooler with a thermopile, the hot junctions of which are cooled by melting ice, i.e. due to the use of the latent heat of fusion of the phase transition [2], [3]. The disadvantage of these devices is the difficulty of ensuring the constant presence of ice on hot junctions if they are placed in rooms with positive ambient temperatures, which necessitates the use of additional cooling devices.

Известны устройства, в которых для повышения холодопроизводительности термоэлектрической установки наряду с холодом, вырабатываемым термомодулем, используются запасы холода, аккумулированные в емкости, с замерзающей жидкостью [4], [5]. В данных устройствах аккумуляторы холода включены в контур непосредственного охлаждения потребителя, при этом тепло от горячего спая отводится в окружающую среду. Это обусловливает необходимость решения вопросов обеспечения работоспособности термоэлектрических элементов при различных температурах окружающей среды, а также введения дополнительных регулировочных элементов для обеспечения прецезионного охлаждения потребителя.Known devices in which to increase the cooling capacity of a thermoelectric installation, along with the cold generated by the thermal module, the cold reserves accumulated in the tank with freezing liquid are used [4], [5]. In these devices, cold accumulators are included in the direct cooling circuit of the consumer, while the heat from the hot junction is removed to the environment. This necessitates solving the issues of ensuring the operability of thermoelectric elements at various ambient temperatures, as well as introducing additional adjustment elements to ensure precision cooling of the consumer.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение заданной холодопроизводительности и энергетической эффективности работы термоэлектрической холодильной установки и поддержание требуемой температуры потребителя при возможном повышении температуры окружающей среды выше номинальной за счет гарантированного охлаждения горячей стороны термомодуля.The objective of the present invention is to provide a given cooling capacity and energy efficiency of the thermoelectric refrigeration unit and maintaining the desired consumer temperature with a possible increase in ambient temperature above the nominal due to guaranteed cooling of the hot side of the thermal module.

Технический результат достигается введением в состав термоэлектрической установки дополнительно, как минимум, двух замкнутых гидравлических контуров, обеспечивающих охлаждение горячей стороны термоэлектрического модуля, один из которых имеет радиатор для сброса тепла в окружающую среду, а второй обеспечивает теплоотвод в аккумулятор холода, выполненный в виде теплоизолированной емкости, заполненной рабочим телом, имеющим температуру фазового перехода выше номинальной температуры окружающей среды, но ниже температуры, при которой обеспечивается устойчивая работа термоэлектрического модуля. Правильный подбор температуры фазового перехода теплоаккумулирующего вещества в аккумуляторе холода (например, путем сочетания различных парафинов) позволяет обеспечить создание и предварительное поддержание его запасов без дополнительных охлаждающих устройств. Таким образом, обеспечивается поддержание в течение некоторого времени, определяемого объемами теплоаккумулирующего вещества, заданных холодопроизводительности и энергоэффективности термоэлектрической холодильной установки при повышении температуры окружающей среды.The technical result is achieved by introducing into the thermoelectric installation an additional at least two closed hydraulic circuits for cooling the hot side of the thermoelectric module, one of which has a radiator to discharge heat into the environment, and the second provides heat dissipation to the cold accumulator, made in the form of a thermally insulated container filled with a working fluid having a phase transition temperature higher than the rated ambient temperature, but lower than the temperature at which bespechivaet stable operation of the thermoelectric module. The correct selection of the phase transition temperature of the heat-accumulating substance in the cold accumulator (for example, by combining various paraffins) allows for the creation and preliminary maintenance of its reserves without additional cooling devices. Thus, it is ensured that for some time, determined by the volumes of the heat-accumulating substance, the specified cooling capacity and energy efficiency of the thermoelectric refrigeration unit are maintained with increasing ambient temperature.

Предлагаемое холодильное устройство содержит термоэлектрический модуль, по меньшей мере, два замкнутых гидравлических контура с соответствующей регулирующей и перекачивающей арматурой, радиатор для сброса тепла в окружающую среду, теплообменник, расположенный внутри аккумулятора холода, аккумулятор холода, выполненный в виде теплоизолированной емкости, заполненной теплоаккумулирующим веществом.The proposed refrigeration device comprises a thermoelectric module, at least two closed hydraulic circuits with appropriate control and pumping fittings, a radiator for discharging heat into the environment, a heat exchanger located inside the cold accumulator, a cold accumulator made in the form of a heat-insulated container filled with heat-accumulating substance.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При температуре окружающей среды, соответствующей нормальным условиям работы охлаждающего устройства, для охлаждения горячего спая термомодуля задействуется контур с радиатором, осуществляющим сброс тепла в окружающую среду. При повышении температуры окружающей среды выше допустимой (по условиям работы термомодуля) охлаждение горячей стороны осуществляется путем прокачки теплоносителя по контуру, содержащему аккумулятор холода.At an ambient temperature corresponding to the normal operating conditions of the cooling device, a circuit with a radiator is used to cool the hot junction of the thermal module, which dumps heat into the environment. When the ambient temperature rises above the permissible (according to the operating conditions of the thermal module), the hot side is cooled by pumping the coolant along a circuit containing a cold accumulator.

Это позволяет обеспечить требуемые холодопроизводительность и энергоэффективность охлаждающего устройства при различных температурах окружающей среды.This allows you to provide the required cooling capacity and energy efficiency of the cooling device at various ambient temperatures.

Источники информацииInformation sources

1. Анатычук Л.И. «Термоэлементы и термоэлектрические устройства», Справочник. - Киев, Наукова думка, 1979, 768 с.1. Anatychuk L.I. "Thermoelements and thermoelectric devices", Reference. - Kiev, Naukova Dumka, 1979, 768 p.

2. Абдулаев Г.Б., Кулиев А.З., Грядунов А.И. и др. Трансортный термоэлектрический микротермостат «Холод-2», Проспект. - Баку, СХБ Ин-та физики АН Аз ССР, 1967, 2 с.2. Abdulaev G.B., Kuliev A.Z., Gryadunov A.I. et al. Transport thermoelectric microthermostat “Kholod-2”, Prospect. - Baku, SCB Institute of Physics of the Academy of Sciences of the USSR, 1967, 2 pp.

3. Иосифеску К. Применение полупроводниковых приборов охлаждения в медицине. - ХТТ, 1968, №6.3. Joseph S. K. Application of semiconductor cooling devices in medicine. - HTT, 1968, No. 6.

4. Гусев В.Н. (RU) и др. Охладитель молока с аккумулятором холода. Патент №2175833 С2, МПК⁷ A01J 9/04, F25D 3/00, F25B 21/0212.4. Gusev V.N. (RU) and others. Milk cooler with a cold accumulator. Patent No. 2175833 C2, IPC ⁷ A01J 9/04, F25D 3/00, F25B 21/0212.

5. Мерзляков В.Г. (RU). Установка для охлаждения. Патент №2073819 С1, МПК⁶ F25D 3/00, F25D 7/00 (12), опубликовано 20.02.1997.5. Merzlyakov V.G. (RU). Installation for cooling. Patent No. 2073819 C1, IPC ⁶ F25D 3/00, F25D 7/00 (12), published 02/20/1997.

Claims (1)

Холодильное устройство, включающее термоэлектрический модуль, холодная сторона которого имеет тепловую связь с потребителем холода, по меньшей мере, два замкнутых гидравлических контура с соответствующей регулирующей и перекачивающей арматурой, обеспечивающих охлаждение горячей стороны термоэлектрического модуля, один из упомянутых гидравлических контуров имеет радиатор для сброса тепла в окружающую среду, во второй гидравлический контур включен теплообменник, расположенный внутри аккумулятора холода, выполненного в виде теплоизолированной емкости, заполненной рабочим телом, которое имеет температуру фазового перехода выше номинальной температуры окружающей среды, но ниже температуры, при которой обеспечиваются устойчивая работа и заданная холодопроизводительность термоэлектрического модуля.A refrigeration device comprising a thermoelectric module, the cold side of which has a thermal connection with a cold consumer, at least two closed hydraulic circuits with appropriate control and pumping valves, which provide cooling of the hot side of the thermoelectric module, one of the mentioned hydraulic circuits has a radiator for heat environment, the second hydraulic circuit includes a heat exchanger located inside the cold accumulator, made in the form of heat a filled tank filled with a working fluid, which has a phase transition temperature higher than the rated ambient temperature, but lower than the temperature at which stable operation and the specified cooling capacity of the thermoelectric module are ensured.