Термоэлектрический льдогенератор

(71) Киевский завод "Электробытприбор" (72).Ю.Г.Савицкий и ГЛ.Серебряный (56) Авторское свидетельство СССР М 182745, кл. Р 25 С 1/12, .1 966.Авторское свидетельствО СССР М 821872, кл. Р 25 С 1/12, 1981 (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛЬДОГЕНЕРАТОР(57) Использование: в области холодильной техники, Сущность изобретения; термоэлек- трический льдогенератор содержит термобатарею, ванну;. поддон- -д)(я водй," Изобретение относится к холодильйойтехнике, "а имеййо"к термоэлектрическимльдОгейетраторамс,е" испольэтующим эффектПел ьтье,Известен термоэлектрический льдогенератор; содержащий термобатарею с гОрячими и холодными спаями, ванну для.,замораживания воды, иримыкающук.) к холодным спаям, теплообменник, включающий вентилятор, ребристый радиатор,примыкающий к горячим спаям,Недостатком данного льдогенератораявляется низкая производительность","обус-ловленная длительностью процесса приготовления .льда .из-за :недостаточнЬэффективного охлаждения горячих спаевпотоком воздуха, .вентилирующего радиатор, особенно в условиях жаркого климата.Этотнедостаток устранен в наиболее близком к предлагаемому; потехнйческой сущ-йости и достигаемому результату,1)5 Р 25 С 1/12, Р 25 В 21/ 2.: примыкающую к холодйымс сг 1 аям батареи поддон для воды, теплообменник. включающий ребристый радиатор, и пластины из пористого материала, размещейные между ребрами радиатора с образованием воздушныхканалов, имеющие участки, расположенные в поддоне. Льдогенератор .снабжен воздухоохладителем, образованным свободными концами выступов пластин и размещенными между ними с воздушными зазорами пористыми элементами. Также льдогенератор имеет смеси- тельнуюкамеру, датчик электросопротивленйя пластийй и регулятор смещения задвижки "к которпой прикреплены пластины, 2 з.п. ф-лы, 3 ил.,терм.оэлектрическом"л ьд 6 гейерато ре,ис-пользующем эффект испарительного охлаждения, содержащем термобатарею с - ф горячими и холодными спаями, ванну длязамораживаемой воды, примыкающую к хо- (ф лодным спаям, поддой для воды; теплооб.менник, . включающий вентилятор, ребристый радиатор, примыкающий к горячим спаям, пластины из"пористогбматериа. ла, размещеннь)емежидуребрами радиатора 4 с образованием воздушных каналов, имеющие"участки, распоаонсейные в"пбдЪне(2). ,)аОднако данный льдогенератор не обес- а печивает высокой производительности в силу" недостаточнсого" эоффе кта охлаждения горячих спаев, что обусловлено большими значениями термическосгтой аэротадтйнЗ 4 ическогосопротивЛейййпластйн из йористого материала, размещенных между ребрами радиатора, соответственно - " недостаточно интенсивным охлаждением горячих спаев.емпература среды, охлаждающей горячие паи. 1 - Температура окружающего воэдуа 50 С, влажность 28 (на. входе в радиаор). 2 - Температура 31,7 С, влажность 100 - использование предложенного устройства).Термоэлектрический льдогенератор содержит: термобатарею 1 с горячим 2 и холодным 3 спаями; ванну 4 для замораживаемой воды, примыкающую к холодным спаям 3, снабженную крышкой 5, заключенную в теплоизоляцию 6, содержащую льдоформу 7 с ячейками 8 с замораживаемой.водой: поддон 9 для воды: теплообменник 10, включающий вентилятор 11 с электродвигателем 12 и ребристый радиатор 13, примыкающий к горячим спаям 2 через теплопереход 14 и установленный над поддоном 9: пластины 15 из пористого материала, размещенные между ребрами 16 радиатора с образованием воздушных каналов 17., имеющие: участки 18, расположенные в поддоне, находящиеся в контакте с водой в поддоне с потоком 19 воздуха, вентилирующего каналы 17, и выступы 20, расположенные вне теплообменника 10 в зоне 21 входа в него вентилирующего потока 19 воздуха; воэдухоохладитель 22, образованный свободными концами 23 выступов 20 пластин 15 и пористыми элементами 24, размещенными с воздушными зазорами 25 между свободными концами 23 выступов пластин и имеющимиучастки 26, сообщенные с поддоном 9; смесительную камеру 27, расположенную между теплообменником 10 и воздухоохладителем 22 и содержащую: участки 28 выступов 20 пластин 15, перфорированную крышку 29, с перфорацией 30, и перфорированную задвижку 31, с перфорацией 32, расположенную под крышкой и установленную с воэможнбстъю перемещения относительно крышки; замки 33, при помощи которых пластины 15 на участках 28 их выступов 20 прикреплены к задвижке для поперечного, по отношению к направлению потока 19 воздуха; смещения пластин 15 в каналах 17 между ребрами 16 радиатора 13 теплообменника 10; щели 34, в виде которых выполнена перфорация 30 и 32 в крышке и задвижке, расположенные вдоль оси 35 смесительной камеры 27, имеющие длину а, не превышающую глубину смесительной камеры, и ширину Ь, не превышающую величину с максимального поперечного смещенйя пластин 15 в каналах 17 между ребрами 1.6 радиатора 13; льдогенератор также содержит: датчик электросопротивле- ния пластин 15, состоящий из источника 36 переменного тока, проводника 37, соединяТак, например, размещение пластин между требрами приводит к загромождению про- сходного сечения воздушных каналов, обра- хзованных ребрами радиатора, тсоответственно - к уменьшению расхода 5вентилирующего воздуха, его перегреву и врезультате - к ухудшению эффекта охлаждения ребер и горячих спаев. Вместе с темсобственное термическое сопротивлениепластин, также как и сопротивление в мес. тах йх касанйя с ребрами, ухудшает интен=сивность охлаждения,горячих спаев привысыхании плахтий; сдругой стороны - интенсивность-охлаждения и соответственнопроизводйтельность снижаются при повышении влажности вентилирующего воздуха,из-за ослабления испарительного эффекта.Цель изобретения - повышение произ-.водительности льдогенератора, а именно -ускорейие процесса приготовления льда; 20путем интенсификации процесса охлаждения горячих спаев термобатареи,Указанная цель достйгается" тем, чтольдогенератор снабжен воздухоохладителем и смесительной камерой, при этом пластины имеют выступы, расположенные внетеплообменника в зоне входа в него вентилирующего потока воздуха, и воздухоохладитель образован свободными -концамивыступов пластин и размещенными между 30ними своздушными зазорами пористымиэлементами, имеющими участки, сообщенные с поддоном, а смесительная камерарасположена между теплообменником ивоздухоохладителем и содержит участки выступов пластин, перфорированные крышкуи расположенную под ней задвижку, установленную с возможностью перемещенияотносительно крышки, причем пластиныприкреплены к задвижке для поперечного 40смещения их в кайалах между ребрами радиатора теплообменника. Кроме того, указанная цель достигается тем, чтоперфорацйя в крышке и задвижке выполнена в виде щелей, расположенных вдоль оси 45камеры, при этом длинащелей не превосходит глубину смесительнойкамеры, а ширина - величину максимального поперечногосмещения пластин в каналах между ребра-.ми радиатора; а также тем, что льдогенератор снабжен датчикомэлектросопротивления пластин и регулятором смещения задвижки, связанным с задвижкой и с указанным датчиком.Нафиг. 1 схематически изображен 55предлагаемый льдогенератор, общий вйд;на фйг, 2 - элементй в разрезе; на фиг, 3 -расчетная схема (где тн- темперагура полйого насыщения воздуха содержащимися внем водяными парами; т- эффективнаяющего задвижку 31 с поддоном 9, и из дросселя 38; регулятор поперечного смещениязадвижки 31, состоящий из пружины 39, закрепленной на опоре 40 и на одной сторонезадвижки, и из штанги 41, закрепленной напротивоположной стороне задвижки 31 иразмещенной внутри дросселя 38.Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом,Поддон 9 заполняется водой для обеспечения эффекта испарительного охлаждения горячих спаев 2 термобатареи 1,Льдоформа 7 устанавливается внутри ванны 4; ячейки 8 льдсформы 7 заполняютсяводой для ее замораживания и полученияпищевого льда. Ванна 4 закрывается крышкой 5. Включается электропитание термобатареи 1. Электропитание осуществляется отисточника постоянного тока, Одновременно включается электропитание электродвигателя 12 вентилятора 11. В зависимости отконструкции двигателя, последний подключен к источнику питания постоянного илипеременного тока, При прохождении постоянного электрического тока через термобатарею 1 согласно эффекту Пельтье на еехолодных спаях 3 поглощается количествотепла Ох, равное холодопроизводительности термобатареи. На горячих спаях 2 термобатареи 1 выделяется количество тепла 3Ог, равное сумме холодопроизводительности и электрической мощности потребляемой. термобатареей. Тепловой поток Ох,направленный от массы зэмораживаемойводы в ячейках 8 к холодным спаям 3, про- .3ходит через систему термическихсопротивлений, каковыми являются:массы замораживаемой воды, металлических конструкций льдоформц 7, ванны 4;места их контакта, а также контакта ванны, 4примыкающей к холодным спаям, с самимиспаями 3. Данная сумма термических сопротивленийй определяет температуру холодных спаев. Объектом охлажденияявляется замораживаемэя вода, Объектом 4сброса тепла является поток 19 воздуха,вентилирующего ребристый радиатор 13,примыкающий к горячим спэям 2 через теплопереход 14 и установленный над поддоном 9. 5Термическое сопротивление системы"теплопереход - радиатор - вентилирующий воздух" определяет температурный напор этой системы и соответственнотемпературу горячих спаев. Разница температур горячих спаев определяет значениехолодопроизводительности Ох термобатареи и, следовательно, производительностиОл льдогенератора, равной интенсивностизамораживания. Производительность льдогенератора повцшается путем интенсификации охлаждения горячих спаев. Последняя достигается при. использованиидополнительного источника холода, а имен 5 но - водоиспарительного охлаждения потока вентилирующего воздуха и ребер 16радиатора 13,В режиме "А" (фиг. 2), при заполненииподдона 9 водой, пластины 15 из пористого10 материала, например, "сепараторный пластдля автоаккумуляторов", размещены междуребрами 16 радиатора 13 таким образом,что своей гладкой поверхностью касаютсябоковой поверхности ребра 16, а поверх 15 ность с выступами направлена к смежномуребру с образованием канала для проходавентилирующего воздуха. При размещенииодной пластины в межреберном промежутке, последний состоит из пластины и канала.0 Каждое ребро 16 по своим боковым поверхностям соответственно ограничено пластиной 15 и каналом 17, Пластины 15 изпористого материала, размещенные междуребрами 16 радиатора 13 с образованием5 каналов 17, находятся в контакте с водойчерез участки 18, расположенные в поддоне9 и в контакте с потоком 19 вентилирующеговоздуха. Благодаря контакту с водой в поддоне и действию капиллярных сил в пориО стом материале, пластины смачиваютсяводой, заполняющей капилляры, Через капилляры внутри пластин 15 воды транспортируется к их боковымповерхностям, однаиз которых прилегает к поверхности ребер5 16, а другая - контактирует с потоком вентилирующего воздуха.Прилегание одной из поверхностей пластины к ребру обеспечивает капиллярныйэффект на этой поверхности, способствуетО заполнению водой воздушной зоны контакта и соответственно уменьшает термическое сопротивлениеэтой зоны. Придвижении потока 19 воздуха в каналах 17происходит охлаждение йувлажнение этого5 потока за счет разницы конвективной теплоотдачи к мокрой поверхности пластины 15 иконвективного теплопритока от сухой поверхности ребра 16, Увлажнение потока - зэсчет испарения воды с мокрой поверхностиО пластины 15 в поток 19 воздуха с меньшимпаросодержанием., Благодаря испарительному эффекту тепловой потокЯ; поступающий от горячих спаев 2 к поверхностямребер 16, не в полной мере идет на подогрев5 вентилирующего воздуха, а частично затрачивается на иСпэрение"вбды. При этом температура ребра тр снижается практическидо уровня температуры си мокрой поверхности пластины, которая значительно (до 10 С)ниже температуры 1 вентилирующего воздуха.Дополнительный эффект испарительного охлаждения обеспечивает сброс тепла с горячих спаев в условнуюсреду - паровоз- душную смесь- со средней температурой 1, значительно пониженной по сравнению с температурой Ьх воздуха на входе в радиатор. Так, при температуре окружающего воздуха твх = 50 С и его относительной влажности 28 значение 1 достигает 36,5 ОС; при этом, а также при дополнительном эффекте интенсификации теплопередачи за счет контакта мокрых пластин 15 с ребрами 16, холодопроизводительность Ох повышается от 3,3 до 12 Вт, соответственно пропорцио нально возрастает производительность льдогенератора.С целью повышения производительности путем дальнейшей интенсификации. охлаждения горячих спаев используется эффект предварительного охлаждения потока воздуха в воздухоохладителе 22 перед входом в радиатор; при этом пластины 15 из пористого материала имеют выступы 20, расположенные вне теплообменника 10 (включающего вентилятор и радиатор), в зоне 21 входа в него вентилирующего потока . 19 воздуха, и воздухоохладитель 22 образован свободными концами 23 выступов 20 пластин 15 и размещенными между концами 23, с воздушными зазорами 25, пористыми элементами 24, имеющими участки 26, сообщенные с поддоном. Воздух, поступающий в воэдухоохладитель, происходит через зазоры 25, охлаждается в нем и насыщается за счет контакта с поверхностями свободных концов 23 выступов 20 пластин и с поверхностями пористых элементов 24; указанные поверхности увлажнены за счет капиллярного эффекта поступления влаги из поддона 9 через участки 18 пластин, расположенные в поддоне, ичерез сообщенные с поддоном участки 26 пористых элементов, Размещение пористых элементов между свободными конца. ми пластин обеспечивает значительноеразвитие конвективной поверхности воздухоохладителя и интенсификацию тепло - массообмена за счет уменьшения эквивалентного диаметра воздушных каналов (зазоров), Соответственно более интенсивно охлаждается поток воздуха, поступающего в радиатор и повышается производительность льдогенератора за счет интенсификации процесса охлаждения горячих спаев термобатареи. В указанном воздухоохладителе 22 воздух, при прохождении в зазорах 25, охлаждается от 50 до 31,7 С, а его относительная влажность повышается от 28 практически до 1000 . При этом в радиатор поступает воздух с пониженной на 18,3 ОС температурой, Это способствует интенсификации охлаждения горячих спаев и приводит к снижению условной температуры 1 в охлаждающего теплоносителя 33,5 от 5 32,2 С, соответственно к повышению на 45 производительности льдогенератора.Производительность льдогенераторауменьшается в случаях, когда произошло высыхание пластин 15 и отсутствует воз можность подпитки поддона 9 новой порцией воды. Недостаточная производительность льдогенератора объясняется резким увеличением термического сопротивления высохшей пластины 15 из 15 пористого материала, прилегающей также ксухой поверхности ребра 16, Эта область практически является тепловой изоляцией.Предлагаемое устройство позволяет устранить этот недостаток путем освобождения 20 поверхности ребра 16 от слоя упомянутойтеплоизоляции, т.е. эа счет интенсификации теплообмена путем поперечного перемещения пластин в среднюю зону межреберного промежутка, а также за счет снижения пере грева потока 19 воздуха в каналах 17 путемувеличения его расхода благодаря добавке потока 19 атмосферного вентилирующего воздуха. Это осуществляется благодаря тому, что льдогенератор наряду с воздухоох ладителем, снабжен смесительной камерой27, расположенной между теплообменни. ком 10 и воздухоохладителем 22, содержащей участки 28 выступов 20 пластин 15, перфорированную крышку 29, с перфора цией 30, и перфорированную задвижку 31, сперфорацией 32, расположенную под крышкой и установленную с возможностью перемещения относительно крышки; причем пластины 15 прикреплены к задвижке на 40 участках 28 и выступов 30, при помощи замков 33 - для поперечного смещения их в каналах 17 между ребрами 16 радиатора 13 теплообменника 10, Так, согласно положению "Б" фиг. 2, при высыхании пластин 15, 45 прикрепленных к задвижке 31 на участках28 и выступов 20 через замки 33. перфорированная задвижке 31, расположенная под перфорированной крышкой 29, перемещается относительно крышки вправо на, вели чину с максимального смещения - доположения пластин 15 в середине каналов 17; соответственно перфорация 30, 32 крышки и задвижки совпадают между собой, образуются каналы для подсоса допол нительного потока атмосферного воздухачерез крышку 29 и задвижку - в смесительную камеру 27. В камере 27 смешиваются два потока и объединяются в поток с повышенным расходом вОздуха. Указанный поток, сформированный в смесительнойкамере, расположенной между теплообмен- В режиме "А" испарительного охлаждеником 10 и воздухоохладителем 22,движет- ния пластины 15 насыщены влагой и облэся вдоль участков 28 выступов 20 пластин и дают значительной электропрэводностью, поступает в теплообменник, проходя через Датчик электросопротивления пластин зону 21 входа в него вентилирующего пото представляет собою электрическое соедика. Таким образом, производимая манипу- нение задвижки - через мокрые пластины ляция поперечного смещения крышки с 15, прикрепленные к ней в замках 33, с подприкрепленными к ней пластинами обеспе- доном 9, с которым контактируют мокрые чивает интенсификацию охлаждения в наи- пластины 15 при его заполнении водой чеболее неблагоприятных условиях 10 рез проводник 37, датчик также включает в отсутствия влаги, что приводит к повыше- себя источник 36 переменного тока и дроснию холодопроизводительности льдогене- сель 38, которые замыкаются через мокрые ратора от 3,3 до 4.6 Вт, пластины пониженного электросопротивлеНедостаток предложенного устройства, ния, а также через поддон и задвижку, вызначительное аэродинамическое сопротив полненные из электропроводящих ление перфорации 30, 32 крышки и задвиж- материалов.ерез дроссель 38 проходит ки, приводит к уменьшению интенсивности переменный ток и штанга 41, закрепленная подсоса воздуха в режиме "Ь" "сухой" рабо- на одной из сторон задвижки, размещенная ты, Этот недостаток может быть устранен внутри дросселя, выпОлненная в виде сталь- путем максимально возможного развития 20 ного сердечника, втягивается в дроссель, проходного сечения в пределах габаритов при этом преодолевая сопротивление прусмесительной камеры и в пределах макси- жины (растягивая ее) 39, закрепленной на мального смещения задвижки, а также пу- опоре 40 к противоположной стороне затем увеличения длины смесительного движки, Перемещение сердечника осущестучастка и приближения конфигурации пер вляется до упора, образованного ребрами форации к конфигурации плоскощелевых 16 - до осуществления контакта ребер с каналов 17, Это приводит к уве "ичению про-, пластинами 15.изводительности льдогенератора за счет При высыхании пластин, соответственинтенсификации вентиляции радиатора. но при опорожнении поддона 9 с водой, Достигается это тем, что перфорация 30, 32 30 осуществляется автоматический возврат в в крышке и задвижке выполнена в виде ще- режим "Б" работы; упомянутая электричелей 34, расположенных вдоль оси 35 смеси- ская цепь размыкается; тэк как пластины в тельной камеры 27. При этом длина а щелей этом случае представляют собой электроне превосходит глубину 1 смесительной ка- изолирующий материал, электропитание меры, а ширина Ь - величину с максималь дросселя прерывается и задвижка 31 вместе ного смещения пластин в каналах 17 между со штангой 41, под действием пружины 39, ребрами 16 радиатора 13 (межреберных возвращается вправо до крайнего положе- промежутках). Указанное ограничение обес- ния, обусловленного пружиной,печивает эффективную работу устройства в ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и я режиме "А" испарительного охлаждения 40 1, Термоэлектрический льдогенератор, благодаря герметичному соединению содержащий термобатарею с горячими и хокрышки с задвижкой, соответственно - иск- лодными спаями, ванну для замораживаелючение нежелательного подсоса воздуха в мой воды, примыкающую к холодным режиме "А" через. перфорацию, спаям, поддон для воды, теплообменник,роизводительность льдогенератора 45 включающий вентилятор, ребристый радиадополнительно повышается путем своевре- тор, примыкающий к горячим спаям, и пламенной интенсификации охлаждения горя- стины из пористого материала, чих спаев за счет автоматизации процесса размещенные между ребрами радиатора с "слежения" за режимами работы, образованием воздушных каналов, имеюС этой целью льдогенератор снабжен 50 щие участки, расположенные в поддоне, о тдатчиком электросопротивления пластин, л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышесостоящимизисточника 36 переменногото- ния производительности путем интенсифика, проводника 37, соединяющего задвижку кации процесса охлаждения горячих спаев 31 с поддоном 9, и из дросселя 38, а также термобатареи, льдогенератор с абжен возснабжен регулятором поперечного смеще. 55 духоохладителем и смесительной камерой, ния задвижки 31,состоящим из пружины 39, при этом пластины имеют выступы, распозакрепленной на опоре 40 и на одной сторо- ложенные вне теплообменника в зоне входа не задвижки, и из штанги 41. закрепленной в него вентилирующего потока воздуха, и на противоположной стороне задвижки и воздухоохладитель образован свободными размещенной внутри дросселя 38. концами выступов пластин и размещенными между ними с воздушными зазорами пористыми элементами, имеющими участки, сообщенные с поддоном, а смесительная камера расположена между теплообменником и воздухоохладителем и содержит участки выступов пластин, перфорированную крышку и расположенную под ней задвижку, установленную с возможностью перемещения относительно крышки, причем пластины прикреплены к задвижке для поперечного смещения их в каналах между ребрами радиатора теплообменника. 2. Льдогенератор по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что перфорация в крышке и задвижке выполнена в виде щелей, расположенных вдоль оси камеры, при этом длина 5 щелей не превышает глубину смесительнойкамеры, а ширина - величину максимального поперечного смещения пластин в каналах между ребрами радиатора.3. Льдогенератор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен датчикомэлектросопротивления пластин и регулятором смещения задвижки, связанным с за-, движкой и с указанным датчиком.1781517 Ф ЯюражуиегиСоставитель И, Шабалинаедактор В. Трубченко Техред М.Моргентал Корректор О. Гу Заказ 4267 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101