Система охлаждения и нагрева текучей среды

 

Использование: машиностроение и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, установленных на транспортных средствах. Сущность изобретения: система охлаждения и нагрева текучей среды - воздуха в помещении, преимущественно в отсеке транспортного средства, предназначенном для размещения экипажа, содержит электрический источник напряжения, подключаемую к нему термоэлектрическую батарею, образованную термоэлектрическими элементами, работающими на основе эффекта Пельтье, вентиляторное устройство, предназначенное для подвода воздуха из помещения к одним поверхностям термоэлектрических элементов и отвода воздуха от них, и тепловой аккумулятор, находящийся в тепловом контакте с другими поверхностями термоэлектрических элементов. В качестве теплового аккумулятора использована металлическая плита, термически изолированная от воздуха в помещении. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах кондиционирования воздуха, устанавливаемых на транспортных средствах.

Известны системы охлаждения и нагрева текучей среды воздуха в помещении, в частности в отсеке транспортного средства, предназначенном для размещения экипажа, а именно в кабине машиниста локомотива, содержащие электрический источник напряжения, подключаемый к нему охладительно-отопительный агрегат, в качестве которого применен полупроводниковый термоблок, и вентиляторное устройство для подвода обрабатываемой текучей среды к охладительно-оптопительному агрегату и отвода обработанной текучей среды от него (SU, N 214578, 1968, МПК B 61 C 17/04).

Эта система имеет дополнительное устройство вентилятор для обдува охладительно-отопительного агрегата проточным воздухом, забираемым из окружающей среды и выпускаемым в окружающую среду. Такое выполнение системы не только усложняет ее, но и делает ее неприемлемой для некоторых транспортных средств, например транспортных средств, к которым предъявляется требование маскировки в инфракрасном диапазоне излучения, так как выпускаемый в окружающую среду воздух, имеющий иную температуру, чем воздух, забираемый из окружающей среды, демаскирует транспортное средство.

Известны также системы охлаждения и нагрева текучей среды воздуха в помещении, в частности в пассажирском помещении транспортного средства, содержащие электрический источник напряжения, подключаемый к нему по меньшей мере один термоэлектрический элемент, имеющий охлаждаемую и нагреваемую первую поверхность, находящуюся в тепловом контакте с указанной обрабатываемой текучей средой, и соответственно нагреваемую и охлаждаемую вторую поверхность, и устройство для подвода обрабатываемой текучей среды к первой указанной поверхности и отвода обработанной текучей среды от нее (US, N 4280330, 1981, МПК(3) F 25 B 21/02; B 60 H 3/04, НКИ 62/3).

В этой системе соединенные между собой термоэлектрические элементы образуют термоэлектрическую батарею, и указанные вторые поверхности всех термоэлектрических элементов находятся в тепловом контакте с крышей транспортного средства, обдуваемой при его движении потоком воздуха. Такая система проще вышеуказанной, так как в ней отсутствует вентилятор для обдува охладительно-отопительного агрегата воздухом, забираемым из окружающей среды. Однако это упрощение приводит к тому, что система становится малоэффективной, когда транспортное средство не движется или движется с малой скоростью. Кроме того, такая система также демаскирует транспортное средство в инфракрасном диапазоне излучения.

Задачей изобретения является создание простой системы охлаждения и нагрева текучей среды, например воздуха в помещении, преимущественно в отсеке транспортного средства, предназначенном для размещения экипажа, которая может, не демаскируя транспортное средство в инфракрасном диапазоне излучения, работать как при движении, так и при стоянке транспортного средства, и эффективно выполнять свои функции по охлаждению текучей среды при эксплуатации транспортного средства в условиях резких колебаний температур наружного воздуха от высоких и чрезвычайно высоких дневных температур до сравнительно низких ночных температур, а также выполнять свои функции по нагреву текучей среды в течение неограниченного времени при эксплуатации транспортного средства в условиях низких температур.

Задача решена тем, что система охлаждения и нагрева текучей среды, например воздуха в помещении, преимущественно в отсеке транспортного средства, предназначенном для размещения экипажа, содержащая электрический источник напряжения, подключаемый к нему по меньшей мере один термоэлектрический элемент, имеющий охлаждаемую и нагреваемую первую поверхность, находящуюся в тепловом контакте с указанной обрабатываемой текучей средой, и соответственно нагреваемую и охлаждаемую вторую поверхность, и устройство для подвода обрабатываемой текучей среды к первой указанной поверхности и отвода обработанной текучей среды от нее, согласно изобретению снабжена тепловым аккумулятором, находящимся в тепловом контакте со второй указанной поверхностью.

В качестве теплового аккумулятора может быть использована металлическая плита, термически изолирована от указанной обрабатываемой текучей среды. В частности, в качестве теплового аккумулятора может быть использована броневая плита корпуса транспортного средства.

Термоэлектрический элемент может быть размещен в кожухе, имеющем термическую изоляцию от окружающей среды. Такое выполнение дает возможность установить батарею, образованную термоэлектрическими элементами, как внутри, так и снаружи корпуса транспортного средства.

На фиг. 1 схематично показана система охлаждения и нагрева текучей среды, связанная с помещением, в котором находится текучая среда; на фиг. 2 в увеличенном масштабе разрез А-А на фиг. 1.

Помещение герметизированный отсек 1 транспортного средства, предназначенный для размещения экипажа (не показан), имеет стенки, образованные толстыми металлическими броневыми плитами 2, 3, входящими в состав корпуса транспортного средства. Отсек 1 заполнен текучей средой - воздухом (не обозначен). Металлические плиты 2, 3 термически изолированы от воздуха в отсеке 1 посредством слоя 4 теплоизоляционного материала, нанесенного на внутреннюю поверхность каждой плиты. Система охлаждения и нагрева текучей среды воздуха в отсеке 1 содержит электрический источник напряжения аккумуляторную батарею 5, которая может быть размещена как внутри, так и снаружи отсека 1, электрически соединенное с аккумуляторной батареей 5 управляющее устройство 6, к которому подключены датчик 7 температуры в отсеке 1 и задатчик 8 температуры, и подключаемую к аккумуляторной батарее 5 через управляющее устройство 6 термоэлектрическую батарею 9, образованную рядом электрически соединенных между собой термоэлектрических элементов 10, работающих на основе эффекта Пельтье (фиг. 2). Термоэлектрическая батарея 9 может быть установлена снаружи отсека 1, как показано на фиг. 1, или же внутри его (не показано). Каждый термоэлектрический элемент 10 имеет первую поверхность 11 и вторую поверхность 12 (фиг. 2). Первая поверхность 11 каждого элемента 10 снабжена ребрами 13 для улучшения теплообмена. Вторая поверхность 12 каждого элемента 10 соединена при помощи теплового связующего вещества (не показано и не обозначено) с металлической плитой 2, выполняющей функции теплового аккумулятора системы, находящегося в тепловом контакте с поверхностью 12 элемента 10. Система содержит также (фиг. 1) устройство для подвода воздуха из отсека 1 к первым поверхностям 11 термоэлектрических элементов 10 и отвода воздуха от поверхностей 11, образованного воздуховодными каналами 14, 15 и вентилятором 16, который может быть размещен в отсеке 1 (фиг. 1) или вне его (не показано) и снабжен электродвигателем (не показан), подключенным (не показано) к управляющему устройству 6. Термоэлектрическая батарея 9, образованная элементами 10, размещена в кожухе 17, имеющем снаружи, как показано на фиг. 1, или изнутри (не показано) слой 18 теплоизоляционного материала для термической изоляции от окружающей среды.

Описанная система работает следующим образом.

При помощи задатчика 8 устанавливают заданную температуру воздуха, которая следует поддерживать в помещении отсеке 1. Датчик 7, измеряющий действительную температуру воздуха в отсеке 1, подает соответствующий сигнал в управляющее устройство 6, которое сравнивает сигналы задатчика 8 и датчика 7 и при достижении заданной величины разности сигналов подключает к аккумуляторной батарее 5 электродвигатель вентилятора 16 и в зависимости от знака разности сигналов подключает к аккумуляторной батарее 5 элементы 10 термоэлектрической батареи 9 таким образом, что при необходимости охлаждения воздуха в отсеке 1 происходит охлаждение первых поверхностей 11 элементов 10 и нагрев их вторых поверхностей 12, а при необходимости нагрева воздуха в отсеке 1 происходит нагрев первых поверхностей 11 элементов 10 и охлаждения их вторых поверхностей 12. Соответственно в результате теплообмена в первом случае происходит охлаждение воздуха, подаваемого вентилятором 16, и нагрев теплового аккумулятора металлической плиты 2, а во втором случае нагрев воздуха, подаваемого вентилятором 16, и охлаждение металлической плиты 2. Масса теплового аккумулятора металлической плиты 2 такова, что система обеспечивает эффективное охлаждение воздуха в отсеке 1 при самых высоких возможных температурах наружного воздуха без значительного нагрева плиты 2, которая дополнительно может охлаждаться в результате излучения в окружающую среду как в дневное время, так и особенно в ночное время при снижении температуры наружного воздуха. При работе в режиме нагрева воздуха в отсеке 1 система может эффективно функционировать практически неограниченное время. Благодаря значительной площади поверхности плиты 2 и сравнительно и малому количеству тепла, передаваемого к ней или отводимого от нее в результате работы системы, тепловое излучение плиты 2 не демаскирует транспортное средство. Слой 18 теплоизоляционного материала на кожухе 17 также способствует маскировке транспортного средства в инфракрасном диапазоне излучения.

Формула изобретения

Система охлаждения и нагрева текучей среды, преимущественно воздуха, в помещении транспортного средства, предназначенном для размещения экипажа, содержащая электрический источник напряжения, подключаемый к нему по меньшей мере один термоэлектрический элемент, имеющий находящуюся в тепловом контакте с указанной текучей средой первую поверхность, охлаждаемую при первом режиме работы и нагреваемую при втором режиме работы, и вторую поверхность, соответственно нагреваемую при первом режиме работы и охлаждаемую при втором режиме работы, средство для подвода текучей среды к первой указанной поверхности термоэлектрического элемента и отвода обработанной текучей среды от нее и средство для отвода тепла от второй поверхности термоэлектрического элемента при первом режиме работы и подвода тепла к ней при втором режиме работы, отличающаяся тем, что последнее указанное средство выполнено в виде теплового аккумулятора, находящегося в тепловом контакте с второй указанной поверхностью термоэлектрического элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2