Разработка теплообменного блока автомобильного термоэлектрического кондиционера мощностью 2 кВт

Н.А. Таранов, студент гр. НТ-071, О.В. Калядин

Кафедра физики твердого тела

Эффект термоэлектрического охлаждения был впервые обнаружен в 1834 г. Жаном Пельтье. Это явление заключается в том, что при протекании сквозь электрическую цепь, составленную из разнородных проводников, постоянного электрического тока в месте их соединения поглощается некоторое количество тепла и соответственно это место цепи охлаждается. Чтобы холодный спай постоянно имел низкую температуру, теплый спай необходимо постоянно охлаждать. Развитие термоэлектричества открывает совершенно новые перспективы применения искусственного охлаждения в условиях, когда использование парокомпрессионных машин невозможно либо энергетически невыгодно.

В

Общий вид теплообменного блока ТЭК

ходе данной работы разрабатывается термоэлектрический кондиционер (ТЭК), который будет установлен на военный автомобиль «Технопарк» Урал «град» с целью обеспечения комфортных условий работы людей находящихся в его кунге, размеры которого 4000×3000×2200 мм. Поскольку данный автомобиль предназначен для эксплуатации в особых условиях, подвержен различного рода воздействиям извне (вибрации, тряска, перепады температур), необходимо разработать устройство обладающее следующими характеристиками: устойчивость к механическим воздействиям, возможность работы в любом пространственном положении, легкость перехода из режима охлаждения в режим нагрева, отсутствие движущихся, а, следовательно, изнашивающихся частей, отсутствие рабочих жидкостей и газов. Основной задачей проекта является разработка конструкции теплообменного блока ТЭК (рисунок) и выполнение всех необходимых расчетов. Общая тепловая нагрузка кунга составляет 1802 Вт. Для отвода такого количества тепла в охладительном блоке ТЭК используется система термоэлектрических модулей - 3, состоящих из 546 термоэлементов, с помощью которой происходит перенос тепловой энергии с одной стороны блока на другую. По холодной стороне термобатарей размещены радиаторы - 4. Интенсивное охлаждение воздуха в кабине обеспечивается принудительной его циркуляцией с использованием 20 вентиляторов - 2. Дальнейшая трансформация тепловой энергии обеспечивается двухконтурной системой. Жидкостный (первый) контур - 1, образованный плоскими трубами, соединенными между собой гибкими перемычками, по горячей стороне блока обеспечивает эффективный отвод тепла и позволяет сделать блок достаточно компактным. Циркуляция охлаждающей жидкости обеспечивается электрическим насосом. Второй контур обеспечивает охлаждение циркуляционной воды, подающейся в ребристотрубный теплообменник, с использованием атмосферного воздуха. Рассеивание тепла улучшается высокопроизводительными вентиляторами. Мощность, потребляемая термоэлектрической батареей 1700 Вт. Холодильный коэффициент – 1,06. Кроме того, существует возможность переключения режима работы с «охлаждения» на «нагрев», что обеспечивается изменением полярности питания.

Основные эксплуатационные характеристики разрабатываемого ТЭК: номинальное напряжение питания – 24 В, температура наружнего воздуха от -30 до +40 ⁰С, температура внутри кунга для обеспечения оптимальных условий работы от +17 до +20 ⁰С.

Литература

1. Расчет полупроводниковых охлаждающих устройств / Е.Г. Покорный, А.Г. Щербина -Л.: Наука, 1969. 204 с.

УДК 537.32