Термоелектричний агрегат

1. Термоелектричний агрегат для охолодження теплоносія, що складається з ТЕМ і системи теплообміну гарячого та холодного контурів, який відрізняється тим, що каскадна структура гідравлічного зв'язку теплообмінників містить додаткові гідравлічні контури, які забезпечують використання охолодженого в попередньому каскаді теплоносія для відведення тепла від гарячих спаїв ТЕМ наступного каскаду. 2. Термоелектричний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що теплоносій, охолоджений в попередньому каскаді теплообмінників, частково направляється в холодний контур наступного каскаду теплообмінників. 3. Термоелектричний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що гідравлічні опори контурів до кожного каскаду є однаковими. 4. Термоелектричний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що гідравлічні опори контурів до кожного каскаду є різними. 5. Термоелектричний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що кожний з ТЕМ живиться індивідуальним струмом. 6. Термоелектричний агрегат за п. 1, який відрізняється тим, що ТЕМ різних каскадів виконано з термоелектричних гілок різної геометрії. Корисна модель відноситься до термоелектричних пристроїв і знайде застосування в техніці кондиціонування, наприклад, житлових приміщень та кабін транспортних засобів, в кріомедицині і холодильних технологіях. Він призначений для охолодження або нагрівання рідинних теплоносіїв, які протікають у відповідних гідравлічних вузлах різноманітних систем. Відомі пристрої, що складаються з термоелектричних модулів (ТЕМ), заснованих на ефектах Пельтьє, та теплообмінників [1], які виготовлені з теплопровідного металу і містять в собі вкладені пластини різноманітної форми для покращання теплообміну між рідиною і стінкою теплообмінника. Із існуючих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є термоелектричний агрегат для охолодження і нагрівання рідини [2]. Він складається з рядів ТЕМ, що чергуються з металевими теплообмінниками. До поверхонь цих теплообмінників холодної гідросистеми ТЕМ припаюються, до теплообмінників гарячої гідравлічної системи ТЕМ притискаються спеціальними стяжками. Гідравлічна система такого агрегату забезпечує відведення тепла від гарячих граней модулів в гарячому контурі та охолодження теплоносія, що рухається в холодному контурі. В цьому випадку неможливо глибоко охолодити теплоносії, оскільки із зростанням охолодження в такій схемі зростає перепад температури на послідуючих модулях до межі, коли їх холодопродуктивність прямує до нуля. Тому актуальним є завдання збільшення глибини охолодження таких термоелектричних агрегатів. Вказане завдання розв'язується тим, що в термоелектричному агрегаті з ТЕМ і системи теплообмінників гарячого та холодного контурів каскадна структура гідравлічного зв'язку теплообмінників містить додаткові гідравлічні контури, які забезпечують використання охолодженого в попередньому каскаді теплоносія для відведення тепла від гарячих спаїв ТЕМ наступного каскаду. Відповідність критерію "новизна" запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисної моделі запропоновано принципово нове рішення для термоелектричного агрегату на основі ТЕМ і системи теплообміну гарячого та холодного контурів, яке полягає в тому, що каскадна структура гідравлічного зв'язку теплообмінників містить додаткові гідравлічні контури, які забезпе О CD 9941 чують використання охолодженого в попередньому каскаді теплоносія для відведення тепла від гарячих спаїв ТЕМ наступного каскаду. Тому ознака, яка не зустрічається ні в одному з аналогів каскадна структура гідравлічного зв'язку теплообмінників містить додаткові гідравлічні контури, які забезпечують використання охолодженого в попередньому каскаді теплоносія для відведення тепла від гарячих спаїв ТЕМ наступного каскаду - забезпечує заявленому пристрою необхідний "винахідницький рівень". Промислове використання корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості. На фіг. 1 представлено схематичну конструкцію запропонованого термоелектричного агрегату. Термоелектричний агрегат складається з ТЕМ 1, конструктивно з'єднаних разом з рідинними гарячим 2 та холодним 3 теплообмінниками в І, II, III каскади. ТЕМ охолодження створені на базі сполуки Ві2Тез. З метою забезпечення максимального рівня холодопродуктивності конкретнийсклад сполук оптимізовано для кожного каскаду шляхом підбору складу матеріалів індивідуальним легуванням: при середній робочій температурі модуля - 23-25,7°С для р-типу ВігТез стехіометричного складу, легованого Cdl; для n-типу ВігТез (75%)+Bi2TSe3 (22-25%), легованого CuBr, при середній робочій температурі - 25-300°С для р-типу Ві 2 Те 3 (30%)+Sb2Te3 (70%); для n-типу Ві 2 Те 3 (80%)+Bi2Se3 (20%). Для забезпечення охолодження підігрітої води агрегат містить водяну помпу 5, радіатор повітряного охолодження 7 та вентилятор обдування радіаторів 6. Трубопровід 8 забезпечує з'єднання гідравлічних 2, 3 теплообмінників в єдину систему по основних і допоміжних контурах охолодження та нагрівання. З метою більш ефективного перерозподілу теплоносіїв з холодного контуру попереднього каскаду в гарячий контур послідуючого каскаду може бути використаний змінний гідроопір додаткових контурів, що особливо доцільно при частковому використанні попередньо охолоджених теплоносіїв. При частковому використанні попередньо охолодженого теплоносія в холодний контур наступного каскаду направляється 0,25-0,5 об'єму теплоносія попереднього каскаду. Пропорція витрат визначається потребами споживача холоду в останньому каскаді. Запропонований термоелектричний агрегат працює наступним чином. При подачі електричного струму на ТЕМ 1 у каскадах І, II, III за рахунок дії ефекту Пельтьє відбувається охолодження теплоносіїв теплообмінників, що знаходяться в тепловому контакті з холодними гранями ТЕМ. В запропонованому каскадному варіанті гідравлічного з'єднання охолоджена вода 1-го контуру направляється в гарячий контур ТЕМ 1 11-го каскаду. Це обумовлює помірний перепад температур на гранях модуля 11-го каскаду і веде до поглиблення охолодження теплоносія, що протікає в тепловому контурі його холодної грані. Якщо в 1 І 1 термоелек- 1 тричних системах охолодження теплоносіїв використовувати індивідуальні струми живлення модулів 1 або монтувати модулі з віток оптимальної геометрії, то можна ще знизити їх глибину охолодження на 3-4%. Це пов'язано з тим, що в кожному з каскадів оптимальні температурні умови функціонування модулів відрізняються. При витратах води в контурах ~1,0мл/с застосування вищезгаданих умов приводить до економії потужності споживання біля 10%. В якості ТЕМ охолодження використовуються модулі підвищеної ефективності та надійності: AlteK-CM-1-S-TE-127-1,0x1,0-2,5 з глибиною охолодження Т=74К; AlteK-CM-1S-TE-7-2,0x2,0-2,5 з глибиною охолодження Т=74К; AlteK-CM-1-S-TE-71-0,8x0,8-2,5 з глибиною охолодження Т=73К. Теоретичні оцінки загальної глибини охолодження запропонованого термоелектричного агрегату показують, що у випадку трьохкаскадної конструкції вдається знизити температуру рідини на 4,4 градуси нижче, ніж у варіанті конструкції з послідовним гідравлічним зв'язком. При цьому економія потужності електричного живлення складає 7,4%. Запропонований термоелектричний агрегат знайде широке використання в різних галузях техніки, медицині та промисловості. Література: 1. European patent ЕР 09520117А2. Data of publication 27.10.1999. 2. B.A. Арефьев, И.В. Демочкин, В.Л. Тиняков. Термоэлектрический агрегат для охлаждения (нагрева) жидкости // Холодильная техника. - №2. 1989. 9941 .-• 4 Фін Комп'ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601