Термоэлектрический автомобильный радиатор

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение функциональных возможностей устройства при малых его габаритах. Сущность изобретения заключается в том, что автомобильный радиатор содержит термоэлектрическое устройство, которое выполнено в виде термоэлектрических модулей, состоящих из трубок различного диаметра, вложенных одна в другую и между которыми расположены соединенные по противоположным ребрам прямоугольные пластины, охлаждающие спаи которых находятся в тепловом контакте с меньшей трубкой, а нагревающие спаи - в тепловом контакте с большей трубкой. Меньшая трубка находится в механическом и тепловом контакте с охлаждающей трубкой радиатора. При этом термоэлектрическое устройство выполнено многофункциональным с возможностью генерации электроэнергии после пуска автомобильного двигателя и после его выключения, а также предварительного прогрева охлаждающей жидкости перед пуском и интенсификации процесса охлаждения охлаждающей жидкости при работе автомобильного двигателя под нагрузкой при высокой температуре окружающей среды. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам охлаждения автомобильных двигателей.

Автомобильные двигатели с жидкостным охлаждением отводят тепло от нагретого двигателя через радиатор в окружающую среду за счет обдува вентилятора.

Недостатком традиционной схемы охлаждения является наличие длительных переходных процессов при начальном прогреве двигателя. Кроме того, принципиально невозможно получить температуру охлаждающей жидкости ниже температуры окружающей среды. Дополнительным недостатком можно считать безвозвратные потери тепловой энергии, бесполезно отдаваемые в окружающую среду [1] .

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков путем применения термоэлектрических устройств [2] для организации теплообмена между автомобильным радиатором и окружающей средой.

Цель достигается путем использования термоэлектрического устройства, представляющего собой конструкцию, состоящую из нескольких однотипных модулей. Каждый модуль надевается на охлаждающие трубки автомобильного радиатора. Конструкция устройства приведена на фиг.1.

Конструктивно термоэлектрический модуль (фиг.2) состоит из металлических прямоугольных пластин 3 и 4 двух различных по электрическим параметров материалам. Пластины 3 и 4 соединяются по противоположным ребрам, таким образом организуется чередование охлаждающих 6 и нагревающих 5 спаев. Располагаются пластины 3 и 4 между двумя цилиндрическими трубками 1 и 2 различного диаметра, вложенными одна в другую. Охлаждающие спаи 6 находятся в тепловом контакте с меньшей трубкой 1, нагревающие спаи 5 находятся в тепловом контакте с большей трубкой 2. Внутренняя меньшая трубка 1 находится в механическом и тепловом контакте с охлаждающей трубкой автомобильного радиатора. Такая конструкция термоэлектрического устройства позволяет реализовать с высокой эффективностью различные режимы теплообмена между автомобильным радиатором и окружающей средой.

Устройство работает следующем образом.

Режим теплового насоса: после длительной стоянки температура автомобильного двигателя (охлаждающей жидкости) равна температуре окружающей среды. Низкая температура автомобильного двигателя (холодное время суток или года) потребует длительного переходного процесса по прогреву автомобильного двигателя до рабочей температуры, причем будет расходоваться не только бензин, но и интенсивно изнашиваться детали автомобильного двигателя, не прогретые до своих рабочих допусков. Включение термоэлектрического устройства, как теплового насоса для прогрева охлаждающей жидкости в автомобильном радиаторе позволяет с высокой эффективностью довести температуру до рабочей с меньшими энергетическими затратами, причем режим работы теплового насоса даже при низкой температуре окружающей среды является более энергетически эффективным, чем режим электрического нагревателя, а также чем прогрев на работающем автомобильный двигатель. Дополнительным преимуществом режима является получение рабочей температуры на неподвижном автомобильном двигателе, а затем осуществление пуска автомобильного двигателя. Такая процедура значительно уменьшит износ деталей автомобильного двигателя.

Режим термогенератора: после пуска автомобильного двигателя при работе его в заданном температурном интервале в термоэлектрическом устройстве возникает термоЭДС за счет градиента температур между окружающей средой и охлаждающей жидкостью. Эта электрическая энергия позволяет рекуперировать часть тепловых потерь и подзарядить аккумуляторную батарею в автомобиле, частично скомпенсировав потери электроэнергии на начальный прогрев охлаждающей жидкости перед пуском автомобильного двигателя. Чем больше градиент температур между окружающей средой и охлаждающей жидкостью, тем эффективнее работа термоэлектрического устройства в режиме термоэлектрического генератора.

Режим интенсификатора охлаждения: работа автомобильного двигателя под нагрузкой требует отвода больших тепловых мощностей в окружающую среду. В этом режиме термоэлектрическое устройство потребляет электроэнергию из бортовой сети автомобиля (от генератора и аккумулятора), интенсифицируя теплоперенос от охлаждающей жидкости в окружающую среду. Ток пропускается таким образом, чтобы охлаждающие спаи находились в тепловом контакте с охлаждающей жидкостью, а нагретые спаи обдувались вентилятором. Применение термоэлектрического устройства в этом режиме позволяет получить температуру охлаждающей жидкости ниже температуры окружающей среды. Дополнительным преимуществом является повышение эффективности теплообмена с окружающей средой за счет значительного повышения температуры горячих спаев. Градиент температур между охлаждающей жидкостью и окружающей средой при традиционном охлаждении значительно меньше градиента температур между горячим спаем и окружающей средой. Теплоотдача в окружающую среду от автомобильного радиатора прямо пропорциональна градиенту температур. Рассмотренный режим не имеет конкурентов в условиях, когда температура окружающей среды в странах с жарким климатом (тропики, пустыни) соизмерима с автомобильным двигателем.

Режим рекуперации после остановки автомобильного двигателя: традиционно тепло от нагретого двигателя бесполезно отдается в окружающую среду, что требует перед новым пуском двигателя дополнительных энергетических затрат. Применение термоэлектрического устройства позволяет рекуперировать остаточное тепло автомобильного двигателя в электроэнергию и сохранить ее в аккумуляторе для последующего использования в режиме теплового насоса. Указанный режим позволяет уменьшить энергетические затраты.

Режим кондиционирования: для автомобилей, использующих охлаждающую жидкость одновременно и для создания микроклимата в салоне на стоянках, можно использовать термоэлектрическое устройство для понижения температуры охлаждающей жидкости, тем самым осуществляя кондиционирование пассажирского салона.

Применение термоэлектрического устройства в автомобильном радиаторе позволяет уменьшить его габариты за счет повышения эффективности его работы, повысить ресурс работы автомобильного двигателя, термостатируя эксплуатацию деталей в заданном температурном диапазоне, а также уменьшить энергические потери автомобиля в целом за счет рекуперирования части тепловой энергии, что улучшает экологические показатели в целом. Дополнительным преимуществом термоэлектрического устройства является абсолютная бесшумность его работы. Кроме того, при дорожно-транспортных происшествиях или утилизации автомобиля термоэлектрическое устройство абсолютно безвредно в экологическом плане.

Литература 1. Патент РФ 2094712 от 27.10.1997. Термоэлектрическое устройство для создания микроклимата в салоне автомобиля/ Аленков В.В., Гриценко А.Б., Рудяга А.В., Серебрянный Г.Л.

2. Патент РФ 2088863 от 27.08.1997. Термоэлектрический холодильник/ Назарцев А.А., Мулюков З.Х., Пестерев Ю.Г., Потапов А.П.

Формула изобретения

Термоэлектрический автомобильный радиатор, содержащий термоэлектрическое устройство для интенсификации теплообмена между охлаждающей жидкостью и окружающей средой, отличающийся тем, что термоэлектрическое устройство выполнено в виде термоэлектрических модулей, состоящих из трубок различного диаметра, вложенных одна в другую, и между которыми расположены соединенные по противоположным ребрам прямоугольные пластины, охлаждающие спаи которых находятся в тепловом контакте с меньшей трубкой, а нагревающие спаи - в тепловом контакте с большей трубкой, меньшая трубка находится в механическом и тепловом контакте с охлаждающей трубкой радиатора, при этом термоэлектрическое устройство выполнено многофункциональным с возможностью генерации электроэнергии после пуска автомобильного двигателя и после его выключения, предварительного прогрева охлаждающей жидкости перед пуском и интенсификации процесса охлаждения охлаждающей жидкости при работе автомобильного двигателя под нагрузкой при высокой температуре окружающей среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2