В 1815 г. французский часовщик фирмы А.Л.Бреге Жан Шарль Атаназ (Пельтье) получил наследство и посвятил себя науке.

В 1834 г. при проведении одного из экспериментов он пропускал электрический ток через полоску висмута, с подключёнными к ней медными проводами. В ходе эксперимента обнаружилось, что одно соединение висмут-медь нагревается, а другое остывает. Этот эффект позже был назван эффектом Пельтье.

Эффект Пельтье - выделение или поглощение тепла при прохождении электрического тока через контакт (спай) двух различных проводников. Выделение тепла сменяется поглощением при изменении направления тока.

В принципе, разность температур можно получить и в изоляторах и в проводниках (металлах), но наилучшие результаты показали соединения разнородных полупроводников с проводимостью n- и p-типа, которые и используются в настоящее время.

Полупроводниковые элементы n- и p-типа, собранные в цепочки и расположенные, как в бутерброде, между двумя пластинами (теплопереходами) называют термоэлектрическим модулем. Термоэлектрические модули представляют собой пластины размером от 4х4мм до 70х70мм, толщиной от 2мм до 7мм с двумя выводами для подключения к источнику тока. Они также могут быть круглыми или прямоугольными. Есть двух- , трёх- и более каскадные модули (термоэлектрические модули как бы уложены друг на друга) для специальных целей.

То есть, термоэлектрический модуль - это полупроводниковый прибор. Отсюда его достоинства и недостатки.

Достоинства:

1. Экологическая чистота преобразования энергии.

2. Отсутствие движущихся частей, а значит шума, трения и износа. И, как следствие, большой ресурс работы (изготовители модулей заявляют до 200 тыс. часов работы).

3. Отсутствие специального рабочего тела (жидкости или газа), чью роль играет электрический ток (электронный газ).

4. Безразличность к ориентации в поле тяжести.

5. Устойчивость к динамическим нагрузкам.

6. Возможность точного и плавного регулирования температуры.

7. Лёгкость перехода из режима охлаждения в режим нагрева.

8. Для транспортных средств - использование постоянного тока с напряжением любой величины, применяемой на транспорте (6, 12, 24, 55, 80, 110В).

К недостаткам можно отнести:

1. Более низкий холодильный коэффициент по сравнению с парокомпрессионной машиной.

2. Использование только постоянного тока. Для стационарных или подвижных объектов, использующих переменный ток, необходим выпрямитель.

Исходя из перечисленных достоинств и недостатков, определились области, в которых термоэлектрические модули применяются сегодня очень широко. Это всевозможные маломощные или малогабаритные охладители, холодильники, охладители-нагреватели (кулеры для воды), термостаты, переносные холодильники, в том числе для перевозки крови и донорских органов. То есть там, где требуется высокая надёжность, малогабаритность, точность поддержания температуры или охлаждение + нагрев.

В этих областях термоэлектрическое охлаждение не только конкурентно с парокомпрессионными машинами, но и превосходят их.

И маленький и большой компрессор имеют практически один и тот же набор деталей, то есть их изготовление требует почти одинаковых затрат. Конечно, у больших - более мощные двигатели в приводе, большие размеры конденсатора и т.п. Но увеличение холодопроизводительности в два раза не влечёт увеличения стоимости тоже в два раза. В случае же термоэлектрического охладителя для увеличения холодопроизводительности надо увеличивать количество модулей. Цена модуля - величина постоянная (не зависит от того, сколько их применено в одном устройстве). То есть стоимость термоэлектрического охладителя будет расти пропорционально увеличению его холодопроизводительности. Кроме того, чем мощнее компрессор, тем он экономичнее. Для термоэлектрических модулей в этом смысле КПД - величина неизменная. Ясно, что с ростом мощности парокомпрессионные охладители начинают превосходить термоэлектрические в цене и экономичности. Поэтому термоэлектричество не применяется там, где требуется большая холодопроизводительность.

УСТАНОВКА ДЛЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Патент РФ №2167370

Суть изобретения: 

Установка предназначена для кондиционирования воздуха, преимущественно кабин транспортных средств и кранов, кроме того, для кондиционирования воздуха небольших помещений. Установка для кондиционирования воздуха содержит корпус, в котором по периметру размещены термоэлектрические блоки, состоящие из термоэлектрических элементов, размещенных между радиаторами, расположенными в изолированных друг от друга частях корпуса. Выходные фронты радиаторов расположены по замкнутому контуру. Части корпуса имеют соответственно воздухозаборники, сообщенные с атмосферой. На торцевых поверхностях корпуса по его оси установлены патрубок для отвода воздуха в атмосферу и патрубок для подвода воздуха, например, в кабину. В закрепленном на основании корпуса кожухе установлены электродвигатели, на выходных валах которых закреплены вентиляторы, соответственно установленные в патрубках. Техническим результатом является повышение эффективности и холодопроизводительности установки. 8 з.п.ф-лы, 8 ил. 

Номер патента: 2167370

Класс(ы) патента: F24F5/00, B60H1/22

Номер заявки: 98123916/06

Дата подачи заявки: 30.12.1998

Дата публикации: 20.05.2001

Заявитель(и): АОЗТ НПП "Конверсмаш"

Автор(ы): Батраков Ю.В.; Ильиных А.А.; Цурков В.Д.; Вдовенко Л.В.; Шаповалов С.И.; Назарцев А.А.

Патентообладатель(и): АОЗТ НПП "Конверсмаш"

Описание изобретения:

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к термоэлектрическим установкам для кондиционирования воздуха. Преимущественно установка может быть использована для кондиционирования воздуха кабин транспортных средств и кранов, а кроме того, и для кондиционирования воздуха небольших помещений. 

Известен кондиционер термоэлектрический автомобильный мод. КТА 400, предназначенный для охлаждения наружного воздуха и подачи его в кабину грузового автомобиля КАМАЗ-5320. Кондиционер изготавливается Миасским машиностроительным заводом (см. черт. 201 М033000СБ и паспорт кондиционера мод. КТА 400). Указанный кондиционер содержит корпус с установленными в нем по окружности термоэлектрическими блоками. Термоэлектрические блоки установлены на расстоянии друг от друга и состоят из радиаторов с ребристыми поверхностями, между которыми размещены термоэлектрические элементы. Радиаторы термоэлектрических блоков размещены в разных частях корпуса, разделенного перегородкой. В каждой части корпуса выполнено воздухозаборное устройство, сообщающееся с атмосферой. В средней части корпуса по его оси установлен двигатель, на выходных валах которого закреплены вентиляторы. Верхний вентилятор размещен во входном отверстии корпуса, связанном воздуховодом с воздухозаборником, а нижний вентилятор размещен в патрубке для подвода воздуха в кабину. Верхняя часть корпуса имеет воздухоотвод, сообщающийся с атмосферой. При работе кондиционера в верхней части (полости) корпуса создается наддув, а в нижней - разряжение. В результате перепада давлений происходят перетечки воздуха между полостями корпуса. Конструкция кондиционера не обеспечивает равномерного заполнения радиаторов воздухом. Вышеуказанное приводит к низкой эффективности и хладопроизводительности кондиционера. Кроме того, кондиционер не может быть использован для работы в режиме обогрева. 

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту и выбранным в качестве прототипа является кондиционер воздушной среды кабины транспортного средства (см. а.с. N 1646914, Мкл. B 60 H 1/22, заявленное 21.02.89 г., опубликованное 07.05.91 г.). Эта установка содержит многосекционный термоэлектрический тепловой насос (термоэлементы), расположенный между двумя теплообменниками (радиаторами), выполненными с ребристыми поверхностями, размещенными в каналах (изолированных друг от друга частях корпуса), имеющих патрубки подвода и отвода воздуха (воздухозаборники и воздухоотводы). На ребристые поверхности теплообменников нанесено капиллярно-пористое покрытие, а теплообменники сообщены между собой двумя трубопроводами, заполненными пористыми фитилями. Часть одного из трубопроводов расположена вне кабины транспортного средства, а второй элемент трубопровода снабжен фильтрующим элементом очистки конденсата. 

Капиллярно-пористое покрытие радиаторов повышает аэродинамическое сопротивление, что приводит к необходимости использования высоконапорного компрессора (вентилятора). 

В режиме охлаждения расход воздуха через "горячий" теплообменник должен превышать расход воздуха через "холодный" теплообменник примерно в два раза. В конструкции кондиционера по прототипу расход воздуха через "горячий" теплообменник недостаточен, а при наличии неплотностей в кабине может упасть до таких малых величин, что привести к нагреву воздуха в "холодном" теплообменнике и даже выходу из строя термоэлектрических элементов. При работе кондиционера в режиме охлаждения воздух, проходя через "холодный" теплообменник, не обязательно достигает точки росы особенно при сухом наружном воздухе. При этом конденсата не образуется. Капиллярно-пористое покрытие, малонапитанное влагой, имеет большое тепловое сопротивление и начинает работать как теплоизолятор радиаторных пластин, что приводит к резкому снижению хладопроизводительности. 

Таким образом, недостатками конструкции установки по прототипу являются низкие эффективность и хладопроизводительность. 

Задачей изобретения является повышение эффективности и хладопроизводительности установки. 

В известной установке для кондиционирования воздуха, содержащей корпус с размещенными в нем термоэлектрическими блоками, включающими термоэлектрические элементы, расположенные между радиаторами с ребристыми поверхностями, размещенными в изолированных друг от друга частях корпуса, каждая из которых имеет воздухозаборники и воздухоотводы, согласно изобретению термоэлектрические блоки расположены по периметру корпуса, при этом выходные фронты радиаторов расположены по замкнутому кругу, причем воздухозаборники размещены на боковой поверхности корпуса и сообщены с атмосферой, а воздухоотводы имеют расположенные по оси корпуса на его торцевых поверхностях патрубки, верхний из которых - для отвода воздуха в атмосферу, нижний - для подвода воздуха, например, в кабину, а по оси корпуса в закрепленном на нем кожухе установлены два двигателя, на выходных валах которых закреплены вентиляторы, размещенные в вышеуказанных патрубках. Кожух выполнен в виде двух тарелей, соединенных по наружному диаметру и закрепленных стойках, жестко установленных на основании корпуса. 

Части корпуса изолированы друг от друга перегородкой, размещенной между термоэлектрическими блоками и кожухом электродвигателей, причем перегородка закреплена на стойках, жестко установленных на основании корпуса. 

В кожухе выполнены отверстия, а между кожухом и двигателем выполнен зазор для сообщения полости кожуха с полостью верхней части корпуса. 

На основании корпуса расположены примыкающие к выходным фронтам радиаторов пластины, имеющие отогнутые края и выполненные из адсорбирующего материала с капиллярной проводимостью. 

В другом варианте указанные пластины имеют установленные по их краям фигурные пластины, размещенные между термоэлектрическими блоками и имеющие полки, расположенные перед входными фронтами радиаторов, установленных в верхней части корпуса. 

Между торцевыми поверхностями термоэлектрических блоков и корпусом, а также между блоками установлены термоизолирующие прокладки. 

Внутренняя поверхность нижней части корпуса и поверхности элементов, размещенных в этой части имеют термоизолирующее покрытие. 

Формула изобретения: 

1. Установка для кондиционирования воздуха, содержащая корпус с размещенными в нем термоэлектрическими блоками, включающими термоэлектрические элементы, расположенные между радиаторами с ребристыми поверхностями, размещенными в изолированных друг от друга частях корпуса, каждая из которых имеет воздухозаборники и воздухоотводы, отличающаяся тем, что термоэлектрические блоки расположены по периметру корпуса, при этом выходные фронты радиаторов расположены по замкнутому контуру, причем воздухозаборники размещены на боковой поверхности корпуса и сообщены с атмосферой, а воздухоотводы имеют расположенные по оси корпуса на его торцевых поверхностях патрубки, верхний из которых - для отвода воздуха в атмосферу, нижний - для подвода воздуха, например, в кабину транспортного средства, а по оси корпуса, в закрепленном на нем кожухе установлены два двигателя, на выходных валах которых закреплены вентиляторы, размещенные в указанных патрубках. 

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что кожух электродвигателей выполнен в виде двух тарелей, соединенных по наружному диаметру и закрепленных на стойках, жестко установленных на основании корпуса. 

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что части корпуса изолированы друг от друга перегородкой, размещенной между термоэлектрическими блоками и кожухом электродвигателей, причем перегородка закреплена на стойках. 

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в кожухе выполнены отверстия, а между кожухом и двигателем выполнен зазор для сообщения полости кожуха с полостью верхней части корпуса. 

5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на основании корпуса расположены примыкающие к выходным фронтам радиаторов пластины, имеющие отогнутые края и выполненные из адсорбирующего материала с капиллярной проводимостью. 

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что на основании корпуса расположены примыкающие к выходным фронтам радиаторов пластины, по краям которых установлены фигурные пластины, размещенные между термоэлектрическими блоками и имеющие полки, расположенные перед входными фронтами радиаторов, установленных в верхней части корпуса. 

7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между торцевыми поверхностями термоэлектрических блоков и корпусом установлены термоизолирующие прокладки. 

8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что между термоэлектрическими блоками установлены термоизолирующие прокладки. 

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность нижней части корпуса и поверхности элементов, размещенных в этой части, имеют термоизолирующее покрытие.