Конструкции и характеристики

Начало опытного проектирования бытовых термоэлектрических холодильников можно отнести к 1957 г., когда на базе холодиль­ника «Ока» был спроектирован и изготовлен холодильник ТЭХ-57. Термобатарея этого холодильника состояла из 45 термоэлементов и располагалась внизу задней стенки камеры емко­стью 100 дм³. В пе­риод с 1959 по 1961 г, было изготовлены термоэлектриче­ские холодильники «Айсберг» объемом 90 и 120 дм³ и «Фонтан» объемом 20 дм³. В холодиль­нике «Фонтан» горячие спаи термобатареи охлаждались водой_, цирку­ляция которой осуществлялась на­сосом увлажнителя воздуха УВ-1. В 1964 г. был сконст­руирован холодильник такого же типа ТЭХ-20 на­стенный. Охлаждаемая вода в нем разбрызгива­лась на горячие спаи внутри корпуса. В 1965 г. на базе хо­лодильника «Днепр» объемом 100 дм³ сконструирован ТЭХ-100. Его холодильная камера изготовлена из алюминия тол­щиной 1,5 мм. Термобатарея состояла из 15 термоэлементов и распологалась в нижней части камеры; охлаждение горячих спаев — через радиатор, воздушное; мощность, по­требляемая из сети, — 56 Вт. В 1966 г. во ВНИХИ были сконструированы холодильники ТЭХ-12 и ТЭХ-40 с охлаждением спаев вентиляторами. При номиналь­ном температурном ре­жимеэти холодиль­ники потребляют соответственно 15 и 42 Вт мощности. Авто­мобильный ТЭХ-20, при наличии 4-х термобатарей по 21 термоэлемен­ту в каждой, потребляет от акку­мулятора 4-12 Вт. По мере разработки и применения более эффективных полупроводниковых и других материалов стоимость тер­моэлектриче­ских холодильников снижалась, а показатели экономичности повы­шались.

Сконструированы малые термоэлектрические холо­дильники объемом 2; 5 и 7,3 дм³ по схеме рис, 46, а. Термобатареи их состоят из 32 термоэлементов высотой 2 мм и се­чением 3x3 мм, выполненных из поликристаллических полупроводниковых материалов с . К цилиндрической алюминиевой камере термобатарея прижимается радиатором с помощью цилиндрических пружин. Наружный алюминиевый стакан с надетой на него гофри­рованной алюминиевой лентой обеспечивает увеличение скорости по­тока охлаж­даемого воздуха через радиатор. Теплоизоляция ка­меры с целью снижения теплопере­дачи лучеиспуска­нием оклеена алюминиевой фольгой. Питание термобатареи может осуществляться как от аккумуляторной батареи, так и от сети через выпрямитель. Выпрямитель, обеспечивающий напряжение питания U = 1,7 В и ток I = 8 А, состоит из трансформатора, двух вентилей (диодов) Д-305 и дросселя. При к. п. д. выпрямителя 65% мощность, потребляемая из сети, составляет 21 Вт. Малый расход полупроводниковых веществ (8—10 г), про­стота конструкции определяют не­боль­шую стоимость таких холо­дильников при температурах (t_камеры = - I...-6° С при Т_о.с. = 20°С).

Схема бытового термоэлектрического холодильника «Чайка» ТЭХ-40, представлена на рис. 46, б. В холодильнике установлены 2 термобатареи, в каж­дой из которых 60 последовательно соединенных термоэлементов с вет­вями высотой 5 мм и сече­нием 4x4 мм. Ветви за­лужены сплавом Bi—Sb и cкоммутированы медными пластинами с помощью мягкого припоя. Термоэле­менты получены прессованием полупроводни­ковых материалов и имеют Z = 1,9 x 10^-3 К^-1. Теплоизоляция камеры выполнена из пенополиуретана толщи­ной 60 мм для задней стенки и 50 мм для боковых стенок и двери,

Теплопереходы, камера и радиаторы выполнены из алюминие­вого сплава. Радиатор горячих спаев имеет 18 ребер размером 140 x 108 x 2 мм и шагом 4 мм. Охлаждение радиаторов — воздушное прину­ди­тельное с помощью вентилятора К-95. Электропитание собранно по схеме двухполупериодного выпря­мителя (Г - образного) и состоит из силового трансформатора с двумя секциями первичной об­мотки, двух гер­маниевых диодов Д-305, дросселя и двух конден­саторов емкостью по 4000 мкФ. Тер­морегулятор ТРХ-2А поддерживает температуру в камере 5 ± 2 °С.. При температуре в холодильнике выше 7 °С терморегулятор включает одну секцию первичной обмотки трансформатора, с понижением температуры до 3 °С — обе секции, обеспечивая работу термобатареи в экономичном режиме. Защит­ное реле выполнено в виде биметалличе­ского реле, уста­новленного на крайнем ребре радиатора. Контакты реле размы­каются при температуре радиатора 70 °С.

Испытания опытных образцов показали, что при номинальном температурном режиме средняя ча­совая потребляемая мощность составляла 50 Вт, а средний уровень шума, создаваемого вентиля­то­ром, 30 дБА, что отвечает требованиям санитарных норм шума для жилых помещений.

Ведутся разработки термоэлектрических холодиль­ников бытового назначения и за ру­бежом. В Германии, например, раз­работаны термошкафы КГ-10 объемом 10 дм³, которыми оснащаются все виды транспорта (локомотивы, трамваи, авто­бусы, такси). Термошкаф предназна­чается для охлаж­дения до 6 ± 2 °С или подогрева продуктов до 70 °С, используемых в пути водителями и поездными бригадами. Холодильник - подлокотник объемом 7,3 дм³ уста­навливается на переднем сиденье автомобиля и подключается к прикуривателю. Крышка с мягкой декоративной обивкой служит удобным подлокотником для пасса­жира. Внутренние размеры такого хо­лодильника 340 x 90 x 250 мм, вес 3,5 кг. Он также может быть переключен с режима охлаждения на ре­жим нагрева до 50 °С, что особенно удобно для использования в зимнее время. Двухкамерные бытовые хо­лодильники все чаще проектируются комбинированными с независимым регулированием температур. При этом термоэлектрические батареи охлаждают или морозильное отделение или холо­дильное. Величина тока пи­тания автоматически поддерживается оптимальной в зависимости от тем­пературного режима. Перепад темпе­ратур между горячими и холод­ными спаями термобатареи обычно не превышает 12 °С, что обеспе­чивает ра­боту только в экономичном режиме. Термобатарея исполь­зу­ется в таких холодильниках также для периоди­ческого оттаивания испарителя компрессионного холо­дильного агрегата при выключен­ном компрессоре.

Применению термоэлектрического охлаждения в быту способствует ряд несомненных досто­инств термоэлектрических холо­дильников, к числу которых следует отнести:

простоту конструкции и небольшую стоимость при освоенном промышленном выпуске;

отсутствие подвижных частей и значительную надежность и долговечность работы;

бесшумность работы (при отсутствии вентилятора);

возможность обратного использования (для подогрева пищи) и др.

Единственным и пока существенным недостатком термоэлектрических холодильников является то, что на базе существующих и доступных полупроводниковых материалов нельзя создать доста­точно крупные холодильники (объемом 40 дм³) по экономич­ности, равные компрессионным и абсорбционным. Однако при V = 20 дм³ при­менение термоэлектрического охлаждения экономически вполне оправдывается, так как холодильный коэффициент термоэлектрических холодильников превышает возможное значение компрессионных и абсорбционных холодильников. По мере развития полупроводниковой техники эффективность новых материа­лов будет возрастать, а стоимость снижаться.