Термоэлектрический льдогенератор

 

Использование: в области холодильной техники. Сущность изобретения: термоэлектрический льдогенератор содержит термобатарею , ванну, поддон , примыкающую к холокн&м ЪПая м батареи, поддон для воды, теплообменник, включающий ребристый радиатор., и пластины из пористого материала, размещенные между ребрами радиатора с образованием воздушных каналов, имеющие участки, расположенные в поддоне. Льдогенератор снабжен воздухоохладителем, образованным свободными концами выступов пластин и размещенными между ними с воздушными зазорами пористыми элементами . Также льдогенератор имеет смесительнуюкамеру ,датчик эле ктросопроти вл ёШя и регулятор смещения задвижки, к которой прикреплены пластины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ° (19) (11) (51)s F25 С 1/12, F25 В 21/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР . (ГОСПАТЕНТ СССР) (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛЬДОГЕНЕРАТ0Р (57) Использование: в области холодильной техники. Сущность изобретения; термоэлек- трический льдогенератор содержит термобатарею, ванну;. поддон- -для * в од и ;

Изобретение относится К холодильйОй .ТЕрмоэлектричЕском" лЬдогейераторе, ис- технике, "а имеййо к термоэ1)ектрическим пользующем эффект испарительного охлажльдогейераторам"использующим эффект .дения, содержащем термобатарею с

Пельтье. . горячими и холодными спаями, ванну для

Известен термоэлектрический льдоге- замораживаемой воды, примыкающую к хонератор,содерЖащийтермобатареюсгОря- лодным спаям, поддой для воды, теплообчими и холодными спаями, ванну для.,: .менник, . включающий вентилятор, замораживания воды, примыкающук) к хо - ребристый радиатор. примыкающий к горялодным спаям, теплообменник, включаю- чим спаям, пластины из"пористогб материащий вентилятор, ребристый радиатор, . ла, разме@еннь)е мЪЖду ребрами радиатора примыкающий к горячим спаям,: ." " с образованием воздушных каналов, имеюНедостатком данного льдогенератора щие участки, распоМоЖеййые в псдДЪне (2). является низкая производительность","обус-, . Однако данный льдогенератор не обесловленная длительностью процесса приго- печивает высокой производительности в ситовления .льда .из-за:недостаточнЬ лу недостаточного" эффекта охлаждения эффективного охлаждения горячих спаев горячих спаев, что обусловлено большими потоком воздуха, вентилирующего радиа- значениями термического и аэродйнФ4ичетор, особенно в условиях жаркого климата. ского сопротивЛеййй йластйн из йористого

Этот недостаток устранен в наиболее близ- материала, размещенных между ребрами ком к предлагаемому; по технической сущ-. радиатора. соответственно — недостаточно ности и достигаемому результату, интенсивным охлаждением горячих спаев.

00 (Л.1 (21) 4899807/13 (22) 08.01.91 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 (71) Киевский завод "Электробытприбор" (72).Ю.Г.Савицкий и .ГЛ.Серебряный(56) Авторское свидетельство СССР

М 182745, кл. F 25 С 1/12, .1966.

Авторское свидетельство СССР

N 821872, кл. F 25 С 1/12, 1981...: примыкающую к холодйым сг1аям батареи, поддон для воды, теп лообменник. включающий ребристый радиатор, и пластины из пористого материала, размещейные между ребрами радиатора с образованием воздушных каналов, имеющие участки, расположенные в поддоне. Льдогенератор .снабжен воздухоохладителем, образованным свободными концами выступов пла стин и размещенными между ними с воздушными зазорами пористыми элементами. Также льдогенератор имеет смесительную камеру, датчик электросопротивленйя пластйй и регулятор смещения задвижки, к которой прикреплены пластины. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1781517 емпература среды, охлаждающей горячие паи. 1 — Температура окружающего воэдуа 50 С, влажность 28 (на. входе в радиаор). 2 — Температура 31,7 С, влажность

100ф, — использование предложенного устройства).

Термоэлектрический льдогенератор содержит: термобатарею 1 с горячим 2 и холодным 3 спаями; ванну 4 для замораживаемой воды, примыкающую к холодным спаям 3, снабженную крышкой 5, заключенную в теплоизоляцию 6, содержащую льдоформу 7 с ячейками 8 с замораживаемой.водой: поддон 9 для воды: теплообменник 10, включающий вентилятор 11 с электродвигателем 12 и ребристый радиатор 13, примыкающий к горячим спаям 2 через теплопереход 14 и установленный над поддоном 9: пластины 15 из пористого материала, размещенные между ребрами 16 радиатора с образованием воздушных каналов 17., имеющие: участки 18, расположенные в поддоне, находящиеся в контакте с водой в поддоне с потоком 19 воздуха, вентилирующего каналы 17, и выступы 20, расположенные вне теплообменника 10 в зоне 21 входа в него вентилирующего потока 19 воздуха; воэдухоохладитель 22, образованный свободными концами 23 выступов 20 пластин 15 и пористыми элементами 24, размещенными с воздушными зазорами 25 между свободными концами 23 выступов пластин и имеющими участки 26, сообщенные с поддоном

9; смесительную камеру 27, расположенную между теплообменником 10 и воздухоохладителем 22 и содержащую: участки 28 выступов 20 пластин 15, перфорированную крышку 29, с перфорацией 30, и перфорированную задвижку 31, с перфорацией 32. расположенную под крышкой и установленную с воэможностъю перемещения относительно крышки; замки 33, при помощи которых пластины 15 на участках 28 их выступов 20 прикреплены к задвижке для поперечного, по отношению к направлению потока 19 воздуха; смещения пластин 15 в каналах 17 между ребрами 16 радиатора 13 теплообменника 10; щели 34, в виде которых выполнена перфорация 30 и 32 в крышке и задвижке, расположенные вдоль оси 35 смесительной камеры 27, имеющие длину а, не превышающую глубину t смесительной камеры, и ширину Ь, не превышающую величину с максимального поперечного смещенйя пластин 15 в каналах 17 между ребрами 1.6 радиатора 13; льдогенератор также содержит: датчик электросопротивле- ния пластин 15, состоящий из источника 36 переменного тока, проводника 37, соединяТак, например, размещение пластин между т ребрами приводит к загромождению про- с ходного сечения воздушных каналов, обра- х зованных ребрами радиатора, т соответственно — к уменьшению расхода 5 вентилирующего воздуха, его перегреву и в результате — к ухудшению эффекта охлаждения ребер и горячих спаев. Вместе с тем собственное термическое сопротивление пластин, также как и сопротивление в мес- 10 тах lIix касанйя с ребрами, ухудшает интен= сивность охлаждения,горячих спаев при высыхании плахтий; с другой стороны — интенсивность охлаждения и соответственно производйтельность снижаются при повы- 15 шении влажности вентилирующего воздуха, из-за ослабления испарительного эффекта.

Цель изобретения — повышение произ-. водительности льдогенератора, а именно— ускорейие процесса приготовления льда; 20 путем интенсификации процесса охлаждения горячих спаев термобатареи.

Указанная цель достйгается" тем, что льдогенератор снабжен воздухоохладителем и смесительной камерой, при этом пла- 25 стины имеют выступы, расположенные вне теплообменника в зоне входа в него вентилирующего потока воздуха, и воздухоохладитель образован свободными -концами выступов пластин и размещенными между 30 ними с воздушными зазорами пористыми элементами, имеющими участки, сообщенные с поддоном, а смесительная камера расположена между теплообменником и воздухоохладителем и содержит участки вы- 35 ступов пластин, перфорированные крышку и расположенную под ней задвижку, установленную с возможностью перемещения относительно крышки, причем пластины прикреплены к задвижке для поперечного 40 смещения их в кайалах между ребрами радиатора теплообменника. Кроме того, указанная цель достигается тем, что перфорацйя в крышке и задвижке выполнена в виде щелей, расположенных вдоль оси 45 камеры, при этом длина щелей не превосходит глубину смесительной камеры, а ширина — величину максимального поперечного смещения пластин в каналах между ребра-.. ми радиатора; а также тем, что льдогенера- 50 тор снабжен датчиком электросопротивления пластин и регулятором смещения задвижки, связанным с задвижкой и с укаэанным датчиком.

На:фиг. 1 схематически изображен 55 предлагаемый льдогенератор, общий вйд; на фйг. 2 — элементй в разрезе; на фиг. 3— расчетная схема (где тн — темперагура полйого насыщения воздуха содержащимися в нем водяными парами; т — эффективная

1781517

6 ющего задвижку 31 с поддоном 9, и из дросселя 38; регулятор поперечного смещения задвижки 31, состоящий из пружины 39, закрепленной на опоре 40 и на одной стороне задвижки, и из штанги 41, закрепленной на противоположной стороне задвижки 31 и размещенной внутри дросселя 38.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Поддон 9 заполняется водой для обеспечения эффекта испарительного охлаждения горячих спаев 2 термобатареи 1.

Льдоформа 7 устанавливается внутри ванны 4; ячейки 8 льдсформы 7 заполняются водой для ее замораживания и получения пищевого льда. Ванна 4 закрывается крышкой 5. Включается электропитание термобатареи 1. Электропитание осуществляется от источника постоянного тока, Одновременно включается электропитание электродви- 2 гателя 12 вентилятора 11. В зависимости от конструкции двигателя, последний подключен к источнику питания постоянного или переменного тока. При прохождении постоянного электрического тока через термоба- 2 тарею 1 согласно эффекту Пельтье на ее холодных спаях 3 поглощается количество тепла Qx, равное холодопроизводительности термобатареи. На горячих спаях 2 термобатареи 1 выделяется количество тепла 3

Ог, равное сумме холодопроизводительности и электрической мощности. потребляемой. термобатареей. Тепловой поток 0>, направленный от массы зэмораживаемой воды в ячейках 8 к холодным спаям 3, про- 3 ходит через систему термических сопротивлений, каковыми являются: массы замораживаемой воды, металлических конструкций льдоформы 7, ванны 4; места их контакта, а также контакта ванны, 4 примыкающей к холодным спаям, с самими спаями 3. Данная-сумма термических сопротивленийй on ределяет температуру холодных спаев. Объектом охлаждения является замораживаемэя вода. Объектом 4 сброса тепла является поток 19 воздуха, вентилирующего ребристый радиатор 13, примыкающий к горячим спэям 2 через теплопереход 14 и установленный над поддоном 9. 5

Термическое сопротивление системы

"теплопереход — радиатор — вентилирующий воздух" определяет температурный напор этой. системы и соответственно температуру горячих спаев. Разница темпе- 5 ратур горячих спаев определяет значение холодопроизаодительности Qx термобатареи и, следовательно, производительности

Ол льдогенератора, равной интенсивности замораживания. Производительность льдогенератора повышается путем интенсификации охлаждения горячих спаев. Последняя достигается при. использовании дополнительного источника холода, а имен5 но — водоиспарительного охлаждения потока вентилирующего воздуха и ребер 16 радиатора 13, В режиме "А" (фиг. 2), при заполнении поддона 9 водой, пластины 15 из пористого

10 материала, например, "сепараторный пласт для автоаккумуляторов", размещены между ребрами 16 радиатора 13 таким образом, что своей гладкой поверхностью касаются боковой поверхности ребра 16, а поверх15 ность с выступами направлена к смежному ребру с образованием канала для прохода вентилирующего воздуха. При размещении одной пластины B меж ре берн ом и ромежутке, последний состоит из пластины и канала.

0 Каждое ребро 16 по своим боковым поверхностям соответственно ограничено пластиной 15 и каналом 17. Пластины 15 из пористого материала, размещенные между ребрами 16 радиатора 13 с образованием

5 каналов 17, находятся в контакте с водой через участки 18, расположенные в поддоне

9 и в контакте с потоком 19 вентилирующего воздуха. Благодаря контакту с водой в поддоне и действию капиллярных сил в пори0 стом материале, пластины смачиваются водой, заполняющей капилляры. Через капилляры внутри пластин 15 воды транспортируется к их боковым поверхностям, одна из которых прилегает к поверхности ребер

5 16, а другая — контактирует с потоком вентилирующего воздуха.

Прилегание одной из поверхностей пластины к ребру обеспечивает капиллярный эффект на этой поверхности, способствует

0 заполнению водой воздушной зоны контакта и соответственно уменьшает термическое.сопротивление этой зоны. При движении потока 19 воздуха в каналах 17 происходит охлаждение и увлажнение этого

5 потока за счет разницы конвективной теплоотдачи к мокрой поверхности пластины 15 и конвективного теплопритока от сухой поверхности ребра 16. Увлажнение потока — зэ счет испарения воды с мокрой поверхности

0 пластины 15 в поток 19 воздуха с меньшим паросодержанием., Благодаря испарительному эффекту тепловой потокф; поступающий от горячих спаев 2 к поверхностям ребер 16, не в полной мере идет на подогрев

5 вентилирующего воздуха, а частично затрачивается на иСпэрение"вбды . При этом температура ребра тр снижается практически до уровня температуры t„мокрой поверхности пластины, которая значительно (до 10 С) ниже температуры t вентилирующего возду1781517 ха. Дополнительный эффект испарительного охлаждения обеспечивает сброс тепла с горячих спаев в условнуюсреду — паровоздушную смесь — со средней температурой t*, значительно пониженной по сравнению с температурой Ьх воздуха на входе в радиатор. Так, при температуре окружающего воздуха t x = 50 С и его относительной влажности 28 значение tgдостигает 36.5ОС; при этом, а также при дополнительном эффекте интенсификации теплопередачи за счет контакта мокрых пластин 15 с ребрами 16, холодопроизводительность Qx повышается от 3,3 до 12 Вт, соответственно пропорцио нально возрастает производительность льдогенератора.

С целью повышения производительности путем дальнейшей интенсификации. охлаждения горячих спаев используется эффект предварительного охлаждения потока воздуха в воздухоохладителе 22 перед входом в радиатор; при этом пластины 15 из пористого материала имеют выступы 20, расположенные вне теплообменника 10 (включающего вентилятор и радиатор), в 30не 21 входа в него вентилирующего потока . 19 воздуха, и воздухоохладитель 22 образован свободными концами. 23 выступов 20 пластин 15 и размещенными между концами 23, с воздушными зазорами 25, пористыми элементами 24, имеющими участки 26, сообщенные с поддоном. Воздух, поступающий в воэдухоохладитель, происходит через зазоры 25. охлаждается в нем и насыщается за счет контакта с поверхностями свободных концов 23 выступов 20 пластин и с поверхностями пористых элементов 24; указанные поверхности увлажнены за счет капиллярного эффекта поступления влаги из поддона 9 через участки

18 пластин, расположенные в поддоне, и через сообщенные с поддоном участки 26 пористых элементов. Размещение пористых элементов между свободными конца. ми пластин обеспечивает значительное развитие конвективной поверхности воздухоохладителя и интенсификацию тепло— массообмена за счет уменьшения эквивалентного диаметра воздушных каналов (зазоров), Соответственно более интенсивно охлаждается поток воздуха, поступающего в радиатор и повышается производительность льдогенератора за счет интенсификации процесса охлаждения горячих спаев термобатареи. В указанном воздухоохладителе 22 воздух, при прохожаении в зазорах

25, охлаждается от 50 до 31,7 С. а его относительная влажность повышается от 28 практически до 100 . При этом в радиатор поступает воздух с пониженной на 18,3ОС температурой, Это способствует интенсификации охлаждения горячих спаев и приводит к снижению условной температуры tg охлаждающего теплоносителя 33,5 от

5 32,2 С, соответственно к повышению на 45 производительности льдогенератора.

Производительность льдогенератора уменьшается в случаях, когда произошло высыхание пластин 15 и отсутствует воз10 можность подпитки поддона 9„новой порцией воды. Недостаточная производительность льдогенератора объясняется резким увеличением термического сопротивления высохшей пластины 15 из

15 пористого материала, прилегающей также к сухой поверхности ребра 16. Эта область практически является тепловой изоляцией.

Предлагаемое устройство позволяет устранить этот недостаток путем освобождения

20 поверхности ребра 16 от слоя упомянутой теплоизоляции, т.е. эа счет интенсификации теплообмена путем поперечного перемещения пластин в среднюю зону межреберного промежутка, а также за счет снижения пере25 грева потока 19 воздуха в каналах 17 путем увеличения его расхода благодаря добавке потока 19 атмосферного вентилирующего воздуха. Это осуществляется благодаря тому, что льдогенератор наряду с воздухоох30 ладителем, снабжен смесительной камерой

27, расположенной между теплообменником 10 и воздухоохладителем 22, содержащей участки 28 выступов 20 пластин 15, перфорированную крышку 29, с перфора35 цией 30, и перфорированную задвижку 31, с перфорацией 32, расположенную под крышкой и установленную с возможностью перемещения относительно крышки; причем пластины 15 прикреплены к задвижке на

40 участках 28 и выступов 30, при помощи замков 33 — для поперечного смещения их в каналах 17 между ребрами 16 радиатора 13 теплообменника 10, Так, согласно положению "Б" фиг. 2, при высыхании пластин 15, 45 прикрепленных к задвижке 31 на участках

28 и выступов 20 через замки 33. перфорированная задвижке 31, расположенная под перфорированной крышкой 29, перемещается относительно крышки вправо на, вели50 чину с максимального смещения — до положения пластин 15 в середине каналов

17; соответственно перфорация 30, 32 крышки и задвижки совпадают между собой, образуются каналы для подсоса допол55 нительного потока атмосферного воздуха через крышку 29 и задвижку — в смесительную камеру 27. В камере 27 смешиваются два потока и объединяются в поток с повышенным расходом вОздуха. Указанный поток, сформированный в смесительной

1781517

10 камере, расположенной между теплообмен- В режиме "А" испарительного охлаждеником 10 и воздухоохладителем 22, движет- ния пластины 15 насыщены влагой и облэся вдоль участков 28 выступов 20 пластин и дают значительной электропрэводностью, поступает в теплообменник, проходя через Датчик электросопротивления пластин зону 21 входа в него вентилирующего пото- 5 представляет собою электрическое соедика. Таким образом, производимая манипу- нение задвижки — через мокрые пластины ляция поперечного смещения крышки с 15, прикрепленные к ней в замках 33, с подприкрепленными к ней пластинами обеспе- доном 9, с которым контактируют мокрые чивает интенсификацию охлаждения в наи- пластины 15 при его заполнении водой чеболее неблагоприятных условиях 10 рез проводник 37; датчик также включает в отсутствия влаги, что приводит к повыше- себя источник 36 переменного тока и дроснию холодопроизводительности льдогене- сель 38, которые замыкаются через мокрые ратора от 3,3 до 4.6 Вт, пластины пониженного электросопротивлеНедостаток предложенного устройства, ния, а также через поддон и задвижку, вызначительное аэродинамическое сопротив- 15 полненные из электропроводящих ление перфорации 30, 32 крышки и задвиж- материалов. Через дроссель. 38 проходит ки, приводит к уменьшению интенсивности переменный ток и штанга 41, закрепленная подсоса воздуха в режиме "Ь" "сухой" рабо- на одной из сторон задвижки, размещенная ты, Этот недостаток может быть устранен внутри дросселя, выпОлненная в виде стальпутем максимально возможного развития 20 ного сердечника, втягивается в дроссель, проходного сечения в пределах габаритов при этом преодолевая сопротивление прусмесительной камеры и в пределах макси- жины (растягивая ее) 39, закрепленной на мального смещения задвижки, а также пу- опоре 40 к противоположной стороне затем увеличения длины смесительного движки, Перемещение сердечника осущестучастка и приближения конфигурации пер- 25 вляется до упора, образованного ребрами форации к конфигурации плоскощелевых 16 — до осуществления контакта ребер с каналов 17. Это приводит к уве",чению про-, пластинами 15. изводительности льдогенератора за счет При высыхании пластин, соответственинтенсификации вентиляции радиатора. но при опорожнении поддона 9 с водой, Достигается это тем, что перфорация 30, 32 30 осуществляется автоматический возврат в в крышке и задвижке выполнена в виде ще- режим "Б" работы; упомянутая электричелей 34, расположенных вдоль оси 35 смеси- ская цепь размыкается, тэк как пластины в тельной камеры 27. При этом длина а щелей этом случае представляют собой электроне превосходит глубину l смесительной ка- изолирующий материал, электропитание меры, а ширина b — величину с максималь- 35 дросселя прерывается и задвижка 31 вместе ного смещения пластин в каналах 17 между со штангой 41, под действием пружины 39, ребрами 16 радиатора 13 (межреберных возвращается вправо до крайнего положепромежутках). Указанное ограничение обес- ния, обусловленного пружиной. печивает эффективную работу устройства в Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я режиме "А" испарительного охлаждения 40 1, Термоэлектрический льдогенератор, благодаря герметичному соединению содержащий термобатарею с горячими и хокрышки с задвижкой, соответственно — иск- лодными спаями, ванну для замораживаелючение нежелательного подсоса воздуха в мой воды, примыкающую к холодным режиме "А" через. перфорацию. спаям, поддон для воды, теплообменник, ! «роизводительность льдогенератора 45 включающий вентилятор, ребристый радиадополнительно повышается путем своевре- тор, примыкающий к горячим спаям, и пла-. менной интенсификации охлаждения горя- стины из пористого материала, чих спаев за счет автоматизации процесса . размещенные между ребрами радиатора с

"слежения" за режимами работы. образованием воздушных каналов, имеюС этой целью льдогенератор снабжен 50 щие участки, расположенные в поддоне, о тдатчиком электросопротивления пластин, л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышесостоящимизисточника36переменногото- ния производительности путем интенсифика, проводника 37, соединяющего задвижку кации процесса охлаждения горячих спаев

31 с поддоном 9, и из дросселя 38, а также термобатареи, льдогенератор с абжен возснабжен регулятором поперечного смеще- 55 духоохладителем и смесительной камерой, ния задвижки 31,состоящим из пружины 39, при этом пластины имеют выступы, распозакрепленной на опоре 40 и на одной сторо- ложенные вне теплообменника в зоне входа не задвижки, и из штанги 41. закрепленной в него вентилирующего потока воздуха, и на противоположной стороне задвижки и воздухоохладитель образован свободными размещенной внутри дросселя 38. концами выступов пластин и размещенны1781517

12 ми между ними с воздушными зазорами пористыми элементами, имеющими участки, сообщенные с поддоном, а смесительная камера расположена между теплообменником и воздухоохладителем и содержит участки выступов пластин, перфорированную крышку и расположенную под ней задвижку, установленную с возможностью перемещения относительно крышки, причем пластины прикреплены к задвижке для поперечного смещения их в каналах между ребрами радиатора теплообменника.

2. Льдогенератор по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что перфорация в крышке и задвижке выполнена в виде щелей, расположенных вдоль оси камеры, при этом длина

5 щелей не превышает глубину смесительной камеры, а ширина — величину максимального поперечного смещения пластин в каналах между ребрами радиатора.

3. Льдогенератор по и. 1, о т л и ч а ю10 шийся тем, что он снабжен датчиком электросопротивления пластин и регулятором смещения задвижки, связанным с за-, движкой и с указанным датчиком.

1781517

F-F Ю

3 17О 27

rs м

Ю 23 74

Фиг с

Зд

12 S ЮZn

Бразиерирй ррехо33оздуха

1Т к

Составитель И, Шабалина

Редактор В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Заказ 4267 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101