Термоэлектрический кондиционер для транспортных средств

 

Использование: термоэлектрический кондиционер для транспортных средств в кабинах локомотивов, в метрополитене, автомобилях и др. Сущность изобретения: для улучшения ремонтопригодности при одновременном повышении эксплуатационной надежности термоэлектрический кондиционер , содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания и блок управления, дополнительно снабжен разъемными корпусами термоэлектрических батарей, электроизоляционными рам2 ками, упругими проставками, системой стяжек и монтажных планок, причём каждый разъемный корпус состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку , расположенные на противоположных гранях, окна для холодных и горячих радиаторных пластин в торцовых стенках корпуса , отверстия на сливе конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы , зафиксированные в модуле, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде Двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей . 4 з.п. ф-лы, 8 ил. ел с о юА 00 2

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

>s Н 01 35/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4885513/25 (22) 29.11.90 (46) 30,01.93. Бюл. N 4 (71) Научно-производственное объединение

"Квант" (72) В.З.Авилов, В.А,Барабаш, И,П.Горемыкин, Ю,В.Захарцев, И.А.Ковалевская и

В. Г,Копаев (56) Авторское свидетельство СССР

N228728,,кл. Н 01 L35/28,,1964.

Патент Франции ¹ 2315771, кл. Н 01 1

35/00, 1977. (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНДИЦИОНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (57) Использование: термоэлектрический кондиционер для транспортных средств в кабинах локомотивов, в метрополитене, автомобилях и др. Сущность изобретения; для улучшения ремонтнопригодности при одновременном повышении эксплуатационной надежности термоэлектрический кондиционер, содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания и блок управления, дополнительно снабжен разъемными корпусами термоэлектрических батарей, электроизоляционными ðàìИзобретение относится к области прямого преобразования элекгрической энергии для получения холода и может быть использовано в термо,электрических кондиционерах, применяемых для транспортных средств, например, в ка6ине локомотива, используемого в метрополитене.

Известен термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий термоэлектрические батареи с Ю«1791874 А1 ками, упругими проставками, системой стяжек и монтажных планок, причем каждый разъемный корпус состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, расположенные на противоположных гранях, окна для "холодных" и "горячих" радиаторных пластин в торцовых стенках корпуса, отверстия на сливе конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы, зафиксированные в модуле, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей. 4 з.п, ф-лы, 8 ил. радиаторными пластинами, вентиляторный блок и источник питания.

Недостатком известного термоэлектрического кондиционера является низкая эксплуатационная надежность, обусловленная тем, что радиаторные пластины заформованы с двух сторон в электроизоляционные прослойки, при этом все пластины зафиксированы в монолитную основу, и при термических расширениях происходит

1791874 воздействие повышенных термомеханических нагрузок на коммутационные соединения термоэлектрических батарей. Кроме того, известный термоэлектрический кондиционер имеет низкую ремонтоспособность, поскольку в случае повреждения какого-либо термоэлемента в батарее (обычно это наиболее слабый элемент кондиционера) приходится проводить разбор всех узлов и разбор и замену всей электроизоляционной пластины, что сопряжено с длительной и сложной работой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к описываемому устройству является термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания, Недостатком известного термоэлектрического кондиционера является низкая ремонтоспособность и низкая эксплуатационная надежность вследствие того, что термоэлектрические батареи вмонтированы в общую несущую конструкцию и радиаторные пластины зафиксированы в опорные элементы без необходимой компенсации. термомеханических нагрузок.

Вентиляционный блок. состоящий из одного мощного вентилятора, не обеспечивает создания равномерного температурного поля из-за неравномерного обдува радиаторных пластин, B случае повреждения какого-либо термоэлемента приходится проводить демонтаж всей конструкции термоэлектрического кондиционера, в том числе общей монтажной плиты с термоэлектрическими батареями, что приводит к необходимости проведения сложного комплекса работ; разбор вентиляционного блока, демонтаж радиа. торных пластин, разбор коммутационных соединений, разбор несущих плат, извлечение поврежденных ветвей и т,д, с последующей сборкой в обратном порядке, и, соответственно, к существенному снижению ремонтоспособности ермоэлектрического кондиционера.

Цель изобретения — улучшение ремонтоспособности и повышение эксплуатационной надежности термоэлектрического кондиционера, применяемого в транспортных средствах, Для достижения поставленной цели в термоэлектрический кондиционер для транспортных средств, содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок и источник питания, дополнительно введены разь5

55 емные корпуса термоэлектрических батарей, электроизоляционные рамки, упругие проставки, система стяжек и монтажные планки, причем каждый разъемный корпус состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, расположенные на противоположных гранях, окна для "холодных" и "горячих" радиаторных пластин в торцевых стенках корпуса, отверстия для слива конденсата в нижней стенке, реэьбовые штыри и компенсаторы, зафиксированные в стенке корпуса, термоэлектрические батареи объединены в модули, каждый из которых состоит из смежных термоэлектрических батарей, B которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок. при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей, предпочтительно электроизоляционную рамку располагать в плоскости, проходящей через центры ветвей термоэлементов в батарее, а упругие проставки размещать между радиаторными пластинами и электроиэоляционной рамкой; коммутационные шины крайнихтермоэлементов в батарее снабжены резьбовыми штырями, зафиксированными в корпусе, при этом штыри смежных батарей в блоке соединены коммутационной планкой, в кондиционер дополнительно введены упругие пластины, расположенные между боковыми стенками смежных модулей, торцевые поверхности которых размещены в одной плоскости; компенсаторы примыкают к

"холодным" радиаторным пластинам через электроизоляционную проставку.

Указанный в цели положительный эффект достигается за счет того. что каждая термоэлектрическая батарея содержит разъемный корпус, ссстоящий из двух идентичных частей с центральными буртиками.

Корпуса батарей используются как опорные элементы конструкции и в них размещены термоэлементы и радиаторные пластины, Разъемность корпуса обеспечивает удобство демонтажа. Электроизоляционная рамка, размещаемая в углублениях буртиков корпусов и расположенная в плоскости, 1791874 проходящей через центры ветвей термоэлементов, служит контактным элементом ветвей, которые по свободной посадке вставляются в ее отверстия и в сочетании с упругими проставками, выполненными из эластичного герметика, размещенными между ее поверхностями и радиаторными пластинами, обеспечивает компенсацию термомеханических напряжений за счет обеспечения воэможности свободного перемещения радиаторных пластин при изменении температуры, что приводит к повышению эксплуатационной надежности. Этой же цели способствует и введение компенсаторов, которые зафиксированы в стенке разъемного корпуса и опираются через электроизоляционную проставку на "холодные" радиаторные пластины.

Компенсаторы осуществляют, с одной стороны, прижим термобатареи к внутренней поверхности разъемного корпуса, а с другой, — обеспечивают возможность свободного перемещения радиаторных пластин при температурных воздействиях, что обеспечивает разгрузку коммутационных соединений в термоэлементах батарей наиболее слабых узлах батареи, поскольку именно "холодные" коммутационные соединения подвергаются максимальным температурным воздействиям. Улучшению ремонтоспособности способствует объединение термоэлектрических батарей в модули, состоящие иэ смежных батарей, в которых выступ корпуса одной батареи располагается в углублении соседней батареи, и соединяемые между собой при помощи монтажных планок, в отверстиях которых располагают резьбовые штыри. зафиксированные в стенках разъемных корпусов. При необходимости демонтажа какой-либо из батарей в модуле необходимо лишь отвинтить гайки резьбовых штырей и корпус требуемой батареи свободно извлекается из модуля, Повышению эксплуатационной надежности способствует введение системы стяжек, каждая из которых состоит из симметричных пластин с выступами и ручками и пружин, соединяющих пластины с коммутационными плитами. При необходимости демонтажа в кондиционере ручки перемещаются к центру модуля, пружины сжимаются и выступы выходят из углублений общего корпуса кондиционера. Таким образом, операция извлечения модуля из кондиционера занимает всего несколько секунд, что значительно улучшает ремонтоспособность. Введение отверстий для слива конденсата в нижних стенках разъемных корпусов наряду с выполнением отверстий для слива конденсата в пластинах стяжек

30

35.механических напряжений, что также

55 способствует повышению эксплуатационной надежности, т.к. образующаяся при работе кондиционера влага оперативно удаляется из термоэлектрических батарей, и тем самым устраняется возможность образования шунтирующих пленок, Для улучшения ремонтоспособности коммутационные соединения между батареями выполняются в виде коммутационных планок, в отверстиях которых размещаются резьбовые штыри, присоединенные к крайним термоэлементам батареи,,и поэтому при проведении демонтажных работ не требуется разрушения монолитных коммутационных соединений, применявшихся ранее, а достаточно лишь отвинтить гайки с резьбовых штырей в коммутационном. соединении. Для повышения эксплуатационной надежности вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, один из которых равномерно распределен вдоль поверхности окон "холодных" радиаторных пластин, а другой — вдоль поверхности окон

"горячих" радиаторных пластин. Наличие ряда вентиляторов позволяет оперативно проводить замену в случае возникновения неполадок, одновременно обеспечивается более равномерный обдув scex радиаторных пластин, т.к. снижается возникновение локальных неоднородностей, создаваемых потоком воздуха, обеспечивается более равномерное температурное поле и уменьшается возникновение параэитных термоспособствует повышению эксплуатационной надежности.

На фиг, 1 показана термоэлектрическая батарея с радиаторными пластинами, размещенная в разъемном корпусе (вид с торцевой поверхности); на фиг. 2 — разъемный корпус; на фиг, 3 — поперечное сечение термоэлектрической батареи, расположенной в разъемном корпусе; на фиг. 4 — модуль (вид с торцевой поверхности); на фиг. 5 — модуль (вид со стороны стяжек); на фиг. 6 — модуль (вид сбоку); на фиг. 7 — термоэлектрический кондиционер в сборе (вид сбоку); на фиг, 8— термоэлектрический кондиционер (вид сверху).

Термоэлектрический кондиционер содержит: положительные ветви термоэлеметов (" р"-тип) — 1; отрицател ьн ые ветви термоэлементов("и"-тип) — 2, надставки "холодных" коммутационных шин термоэлементов — 3; надставки "горячих" коммутационных шин термоэлементов — 4; коммутационные соединения ветвей термоэлементов — 5; радиаторные пластины — 6; коммутационные шины термоэлементов с

1791874

25

З

55 зигом — 7; электроизоляционная рамка — 8; центральный буртик разъемного корпуса с углублением — 9; резьбовый штырь крайней ветви р-типа — 10; элемент крепежа коммутационной планки — 11; резьбовой штырь крайней ветви и-типа — 12, токоотводящая шина с зигом — 13; компенсатор — 14; электроизоляционная проставка — 15; часть разъемного корпуса — 16; резьбовый штырь, зафиксированный в стенке разъемного корпуса — 17, упругие проставки — 18, соединительные элементы частей разъемного корпуса — 19, 20; выступ разъемного корпуса, размещенный на его грани — 21; впадина разъемного корпуса, размещенная íà его грани — 22; отверстие для слива конденсата в стенке разъемного корпуса — 23; разъемный корпус термоэлектрической батареи—

24; монтажная планка-25; пластина стяжки — 26; ручка стяжки — 27; выступ пластины—

28; направляющие стяжек — 29; пружина стяжек — 30, коммутационная планка — 31; элемент крепления коммутационной планки—

32; элемент крепления к монтажной планке

-33; модуль-34; окно для слива конденсата — 35; боковая пластина модуля — 36; рамка—

37; упругая проставка — 38; прослойка — 39; упругая пластина — 40; короб вентиляционного блока — 41, электроизоляционная перегородка — 42; "горячий" воздухопровод — 43; в= тя>кные вентиляторы "горячего" потока—

44; "холодный" всздухопровод — 45; вытяжные вентиляторы "холодного" воздухопровода — 46; элемент крепления вентиляционного блока — 47; патрубок для подвода "холодного" потока — 48; токоподводы к модулям — 49, 50, Кроме того, заявленныи термоэлектрический кондиционер содержит поддон с клапаном для слива конденсата, термодатчики и блок регулирования (на чертеже не указаны), В описываемом термоэлектрическом кондиционере ветви термоэлементов — 1, 2 выполняют из высокоэффективных полупроводниковых материалов, например, из тройных сплавов на основе теллурида висмута. Надставки коммутационных шин — 3, 4 и коммутационные шины — 7 соединяются с ветвями, между собой и с радиаторными пластинами — 6 при помощи пайки или сварки. Разъемный корпус термоэлектрической батареи — 24 предпочтительно изготавливать из пластика, например, из самозатухающего полипропилена, т.к, это способствует повышению эксплуатационной надежности за счет устранения возможности быстрого возгорания. В торцевых поверхностях обоих частей разъемного корпуса — 24 выполнены окна для радиаторных пластин — 6, при этом предпочтительно высоту окна выбирать равной высоте радиаторной пластины, что способствует формированию воздушных потоков, полностью охватывающих боковые поверхности радиаторных пластин — 6. В разъемном корпусе — 24, в каждой его части — 16 выполнен расположенный по периметру буртик с выемкой — 9, ширина которой соответствует толщине электроиэоляционной рамки — 8

Место расположения буртика — 9 выбрано так, что в сборе центральная плоскость рамки — 8 проходит через центры ветвей термоэлементов — 1, 2, Упругие проставки — 18 изготавливают из резиноподобного эластичного герметика. например, герметика марки ВГΠ— 4, при этом каждая проставка—

18 располагается между коммутационными шинами термоэлементов — 7 и поверхностью электроизоляционной рамки — 8, так что ветви термоэлементов — 1, 2 и их надставки — 3, 4 оказываются зафиксированными в упругой проставке — 18. Компенсаторы — 14 выполняются из упругих эластичных электроизоляционных материалов и зафикcvlpoBBHbl в стенке разъемного корпуса — 16 (см, фиг, 1). Резьбовые штыри — 17 выполняются из металла, например, из нержавеющей стали. и зафиксированы в стенке разъемного корпуса — 24, при этом резьба выполнена и на выступающем участке штыря — 17, Отверстия для слива конденсата—

23 равномерно распределены по длине термоэлектрической батареи. Части разъемного корпуса имеют в угловых зонах выступы — 21 и впадины — 22 так, что форма впадины — 22 соответствует форме выступа — 21 и при стыковке разъемных корпусов смежныхтермоэлектрических батарей выступ корпуса одной батареи располагается во впадине корпуса смежной батареи. Монтажная планка — 25 снабжена рядом отверстий, распределенных по ее длине так, что при сборке модуля — 34 из смежных термоэлектрических батарей резьбовые штыри — 17 размещаются в этих отверстиях, при этом монтажная планка — 25 прижимается к разъемным корпусам — 24 смежных термоэлектрических батарей при помощи элементов крепления — ЗЗ, Пластина стяжки — 26 изготавливается из оксидированного дюраля толщиной несколько мм и имеет выступ — 28, который выходит за торцевую поверхность модуля — 34 и располагается в углублении общего корпуса (см. фиг. 7}. Ручку стяжки — 27 предпочтительно выполнять в виде изгиба пластины — 26. Боковые поверхности смежных модулей — 24 в кондиционере отделяются друг от друга при помощи прослойки — 39 и упругой пластины — 40, 1791874

5

20

45

55 образующих гидравлический запор и препятствующих возникновению паразитных воздушных потоков.

Описываемый термоэлектрический кондиционер работает следующим образом.

Сигналы термодатчиков, расположенных между радиаторными пластинами — 6 и в кабине транспортного средства, в котором установлен кондиционер, поступают на блок управления, при помощи которого регулируется ток, вырабатываемый источником питания. Ток, поступающий на токоподводы к модулям — 49, 50, пропускается через ветви термоэлементов — 1, 2 и эа счет эффекта Пельтье на "холодных" спаях происходит поглощение тепла, а на "горячих" — тепловыделение. Вентиляторы "холодного" воздухопровода — 46 организуют воздушный поток (см. фиг. 7) по стрелке — Л, омывающий радиаторные пластины — 6, примыкающие к "холодным" спаям ветвей термоэлементов — 1, 2, Воздушный поток. поступающий из кабины транспортного средства, омывает радиаторные пластины—

6 и охлаждается по мере прохождения смежных термоэлектрических батарей модуля — 34, и охлажденный воздух поступает в кабину, Образующийся конденсат через окно в разъемном корпусе — 24, окна в пластинах стяжек — 35 поступает в отстойник (на чертеже не указан) и через клапан удаляется из него. Через "горячие" радиэторные пластины — 6 осуществляется проток воздуха, поступающего из потолочной полости при помощи вентиляторов "горячего" воздухопровода — 44, и выделяемое ветвями термоэлементов тепло снимается с радиаторных пластин — б и через жалюзи (на чертеже не показаны) поступает в окружающую среду и рассеивается в ней. В случае повреждения ветви или коммутационного соединения какого-либо термоэлемента в любой из термоэлектрических батарей в заявленном кондиционере можно осуществить оперативную замену поврежденного элемента, которую проводят в следующей последовательности: отсоединяют токоотводы — 49, 50 заменяемого модуля — 34; перемещают ручки — 27, стяжек, сжимая пружины — 30, и выступы пластины — 28 выходят из соответствующих углублений о6щего корпуса кондиционера. Освобождаются элементы крепления коммутационных планок — 33 извлекаемои термоэлектрической батареи и два элемента крепления контактной планки — 32, после чего корпус батареи свободно выдвигается из модуля и на высвободившееся место вставляют термоэлектрическую батарею из ЗИПа (размещенную в своем разъемном корпусе — 24).

Затем присоединяют к ее резьбовым штырям соответственно крепежных элементов—

32, ЗЗ, модуль — 34 размещают на прежнем месте, присоединяют к токоотводам — 49 и

50 токовые провода, и кондиционер вновь готов к работе, Формула изобретения

1. Термоэлектрический кондиционер для транспортных средств. содержащий термоэлектрические батареи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок, источник питания, отличающийся тем, что, с целью улучшения ремонтнопригодности и повышения эксплуатационной надежности термоэлектрического кондиционера, он дополнительно снабжен разъемными корпусами термоэлектрических батарей. электроизоляционными рамками, упругими проставками, системой стяжек и монтажных планок, причем каждый разъемный корпус состоит из двух идентичных частей с центральными буртиками, в углублениях которых размещена рамка, каждая часть корпуса имеет выступ и выемку, расположенные на противоположных гранях, окна для холодных" и "горячих" радиаторных пластин в торцевых стенках корпуса, отверстия для слива конденсата в нижней стенке, резьбовые штыри и компенсаторы, зафиксированные в стенке корпуса, термоэлектрические батареи объединены в модули, каждый из которых состоит иэ смежных термоэлектрических батарей, в которых выступ корпуса одной батареи размещен во впадине корпуса соседней батареи, а резьбовые штыри батарей модуля расположены в отверстиях монтажных планок, при этом система стяжек выполнена из двух симметричных пластин, в каждой из которых имеется окно для слива конденсата, выступ и ручка, и пружин, соединяющих пластины с монтажными планками, вентиляционный блок выполнен в виде двух рядов вентиляторов вытяжного типа, равномерно распределенных по поверхностям окон корпусов крайних термоэлектрических батарей.

2. Кондиционер по и. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что электроизоляционнэя. рамка располо>кена в плоскости, проходящей через центры ветвей термоэлементов в батарее, а упругие проставки размещены между радиаторными пластинами и электроизоляционной рамкой.

3. Кондиционер по и. 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что он дополнительно снабжен упругими пластинами, расположенными между боковыми стенками смежных модулей, торцевые поверхности которых размещены в одной плоскости.

1 191874

4. Кондиционер по и, 1, о тл и ч а ю щ ий с я тем, что коммутационные шины крайних термоэлементов в батарее снабжены резьбовыми штырями, зафиксированными в корпусе, при этом штыри смежных батарей в блоке соединены коммутационной планкой.

5. Кондиционер по и, 1, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что компенсаторы примыкают к

5 "холодным" радиаторным пластинам через электроизоляционную проставку.

1791874

28 2Ю 28 _#_ _#_

Фиг.б

Сост"-.âèòåëü В. Копаев

Тек ред М,Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор H. Коляда

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

Заказ 155 гираж Подписное

ВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва,, К-35, Раушская наб„4/5