RU2578059C1

RU2578059C1 - Control of hot side temperature in thermoelectric cooling system

Info

Publication number: RU2578059C1
Application number: RU2014145106/06A
Authority: RU
Inventors: Прадип СУБРАМАНИАМ; Гириш БАЛУДЖА; Танмайя ВАТС; Ашиш СУД; Парих ДЕВАНГ
Original assignee: Зе Концентрейт Мэньюфекчуринг Компани оф Аилэнд
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2016-03-20
Also published as: WO2013153518A3; EP2836773A2; WO2013153518A4; WO2013153518A2

Abstract

FIELD: cooling.

SUBSTANCE: invention relates to thermoelectric cooling system. System has a hot side with initial temperature and cold side bearing the heat load. Hot side is surrounded by area with ambient air temperature. System includes contacting mechanism for continuous maintaining initial temperature on the hot side below ambient air temperature in order to improve cooling capacity of thermoelectric cooling system.

EFFECT: use of invention allows to reduce the temperature of hot side of thermoelectric cooling element, which leads to the cooling capacity increase.

16 cl, 5 dwg

Description

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится в целом к охлаждению тепловой нагрузки посредством модуля термоэлектрического охлаждения, более точно к увеличению охлаждающей способности модуля путем снижения температуры его горячей стороны.The present invention relates generally to cooling a heat load by means of a thermoelectric cooling module, more specifically to increasing the cooling capacity of a module by lowering its hot side temperature.

Охлаждение имеет широкую область применения, включая охлаждение овощей, напитков, охлаждение воздуха в кондиционерах и т.д. В настоящее время охлаждение в некоторых из этих целях обычно осуществляется посредством систем охлаждения на основе герметичных компрессоров. Поскольку такие охладители рассчитаны на снижение высоких температур тепловой нагрузки, например, от температуры 41-46°C, которая преобладает в некоторых тропических регионах, до пониженной температуры, например, 4-6°C, такое охлаждение сопровождается высоким потреблением энергии. Кроме того, оно приводит к высоким эксплуатационным и производственным затратам, а для обеспечения присущих ему высоких норм потребления энергии, в частности, также требуется охлаждающий двигатель большой мощности. Кроме того, применение таких компрессоров с постоянными электрическими и механическими потерями не является предпочтительным для такого охлаждения. Помимо этого, такие традиционно применяемые компрессоры не обеспечивают соизмеримых экономических выгод даже при уменьшении размера или мощности охладителя. К тому же, достигаемое изменение температуры происходит с низкой скоростью.Cooling has a wide range of applications, including the cooling of vegetables, drinks, air cooling in air conditioners, etc. Currently, cooling for some of these purposes is usually carried out by means of cooling systems based on hermetic compressors. Since such chillers are designed to reduce high temperatures of thermal load, for example, from a temperature of 41-46 ° C, which prevails in some tropical regions, to a lowered temperature, for example, 4-6 ° C, such cooling is accompanied by high energy consumption. In addition, it leads to high operating and production costs, and to ensure its inherent high standards of energy consumption, in particular, also requires a large cooling engine. In addition, the use of such compressors with constant electrical and mechanical losses is not preferred for such cooling. In addition, such conventionally used compressors do not provide comparable economic benefits even when the size or capacity of the cooler is reduced. In addition, the achieved temperature change occurs at a low speed.

Одним из альтернативных решений, обеспечивающих такое охлаждение, для которого требуются охлаждающие двигатели большой мощности, служат, в частности, модули термоэлектрического охлаждения. Тем не менее, относительно более высокая охлаждающая способность таких термоэлектрических устройств обеспечивается только при такой температуре окружающего воздуха, когда температура горячей стороны термоэлектрического модуля может оставаться ниже определенной пороговой температуры. Более точно, улучшенная охлаждающая способность обеспечивается только при минимальной разности температур горячей стороны и холодной стороны термоэлектрического охладителя.One of the alternative solutions providing such cooling, for which large-capacity cooling engines are required, are, in particular, thermoelectric cooling modules. However, the relatively higher cooling capacity of such thermoelectric devices is provided only at such an ambient temperature, when the temperature of the hot side of the thermoelectric module can remain below a certain threshold temperature. More specifically, improved cooling capacity is only provided with a minimum temperature difference between the hot side and the cold side of the thermoelectric cooler.

Таким образом, существует возможность усовершенствования систем термоэлектрического охлаждения за счет снижения температуры горячей стороны, охлаждения тепловой нагрузки посредством улучшенной охлаждающей способности и обеспечения относительно более эффективного охлаждения.Thus, there is the possibility of improving thermoelectric cooling systems by lowering the hot side temperature, cooling the heat load through improved cooling ability and providing relatively more efficient cooling.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предложена система термоэлектрического охлаждения, имеющая горячую сторону с первой температурой. Кроме того, горячая сторона системы термоэлектрического охлаждения окружена средой с температурой окружающего воздуха. Система охлаждения также имеет холодную сторону для размещения тепловой нагрузки. Помимо этого, вблизи горячей стороны предусмотрен механизм поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха.In one embodiment of the present invention, there is provided a thermoelectric cooling system having a hot side with a first temperature. In addition, the hot side of the thermoelectric cooling system is surrounded by an environment with ambient temperature. The cooling system also has a cold side to accommodate the heat load. In addition, a mechanism is provided near the hot side to maintain the first temperature of the hot side below ambient temperature.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предложен способ охлаждения посредством термоэлектрического модуля. Модуль имеет горячую сторону с первой температурой, окруженную средой с температурой окружающего воздуха. Модуль имеет холодную сторону для размещения тепловой нагрузки. Способ включает поддержание первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха, расположенного вблизи горячей стороны посредством механизма поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха. В расположенном вблизи горячей стороны механизме поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха используется воздух, текучая среда и пластина. Более точно, пластина смачивается текучей средой, хранящейся в резервуаре и распределяемой по пластине, через которую проходит воздух и которая охлаждает текучую среду и пластину.In another embodiment, the present invention provides a cooling method by means of a thermoelectric module. The module has a hot side with a first temperature, surrounded by an environment with ambient temperature. The module has a cold side to accommodate the heat load. The method includes maintaining the first hot side temperature below the ambient temperature located near the hot side by means of a mechanism to maintain the first hot side temperature below the ambient temperature. The mechanism for maintaining the first hot side temperature below the ambient temperature near the hot side uses air, a fluid, and a plate. More precisely, the plate is wetted by a fluid stored in the reservoir and distributed over the plate through which air passes and which cools the fluid and the plate.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На описанных далее чертежах представлен и проиллюстрирован ряд примеров осуществления изобретения. На всех чертежах одинаковые или функционально сходные элементы обозначены одинаковыми позициями. Чертежи являются пояснительными по своему характеру и изображены не в масштабе.In the drawings described below, a number of exemplary embodiments of the invention are presented and illustrated. In all the drawings, identical or functionally similar elements are denoted by the same reference numerals. The drawings are explanatory in nature and are not to scale.

На фиг. 1А схематически проиллюстрирован один из примеров системы традиционного термоэлектрического охлаждения.In FIG. 1A schematically illustrates one example of a conventional thermoelectric cooling system.

На фиг. 1Б схематически проиллюстрирован один из примеров системы термоэлектрического охлаждения согласно настоящему изобретению.In FIG. 1B schematically illustrates one example of a thermoelectric cooling system according to the present invention.

На фиг. 2 показана диаграмма, иллюстрирующая один из примеров термоэлектрического охлаждения.In FIG. 2 is a diagram illustrating one example of thermoelectric cooling.

На фиг. 3А проиллюстрировано действие термоэлектрического охладителя посредством активного охлаждения испарением.In FIG. 3A illustrates the effect of a thermoelectric cooler through active evaporation cooling.

На фиг. 3Б проиллюстрировано действие термоэлектрического охладителя посредством пассивного охлаждения испарением.In FIG. 3B illustrates the effect of a thermoelectric cooler through passive evaporation cooling.

На фиг. 4А проиллюстрирована система активного охлаждения испарением.In FIG. 4A illustrates an active evaporative cooling system.

На фиг. 4Б проиллюстрирована система пассивного охлаждения испарением.In FIG. 4B illustrates a passive evaporative cooling system.

На фиг. 5 показана психрометрическая диаграмма согласно настоящему изобретению.In FIG. 5 shows a psychrometric diagram according to the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Далее изобретение подробно описано со ссылкой на чертежи. Описанные примеры осуществления имеют целью проиллюстрировать объект изобретения, а не ограничить его объем, который определен прилагаемой формулой изобретения.The invention will now be described in detail with reference to the drawings. The described embodiments are intended to illustrate the subject matter of the invention, and not to limit its scope, which is defined by the attached claims.

Общее представлениеGeneral view

Настоящее изобретение относится в целом к способам и системам охлаждения нагрузки в модуле термоэлектрического охлаждения путем снижения температуры горячей стороны охлаждающего модуля. С этой целью применяется охлаждение испарением с целью снижения температуры горячей стороны, что позволяет постоянно поддерживать температуру горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха. Более точно, с целью поддержания температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха и улучшения охлаждающей способности модуля термоэлектрического охлаждения в нем конструктивно объединены системы пассивного и активного охлаждения испарением.The present invention relates generally to methods and systems for cooling a load in a thermoelectric cooling module by lowering the temperature of the hot side of the cooling module. To this end, evaporation cooling is used to reduce the temperature of the hot side, which allows you to constantly maintain the temperature of the hot side below ambient temperature. More precisely, in order to maintain the hot side temperature below the ambient temperature and improve the cooling capacity of the thermoelectric cooling module, passive and active evaporation cooling systems are structurally integrated in it.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Горячая сторона традиционного термоэлектрического охладителя обычно имеет температуру выше температур, преобладающих в среде, окружающей горячую сторону. Это объясняется тем, что горячая сторона термоэлектрического охладителя примыкает к теплоотводу и образует участок, высвобождающий тепло при подаче мощности постоянного тока.The hot side of a conventional thermoelectric cooler typically has a temperature above the temperatures prevailing in the environment surrounding the hot side. This is because the hot side of the thermoelectric cooler is adjacent to the heat sink and forms a portion that releases heat when a direct current power is applied.

Соответственно, на фиг. 1А показано традиционно известная и применяемая система 100а термоэлектрического охлаждения. Как хорошо известно из техники, система 100а охлаждения имеет холодную сторону 102 для размещения тепловой нагрузки, горячую сторону 104, имеющую первую температуру и действующую как теплоотвод, и устройство 106, содержащее традиционно применяемые полупроводники, медные пластины и керамические подложки. Устройство 106, хорошо известное специалистам в данной области техники, не будет описано дополнительно.Accordingly, in FIG. 1A shows a conventionally known and applicable thermoelectric cooling system 100a. As is well known in the art, the cooling system 100a has a cold side 102 for accommodating a heat load, a hot side 104 having a first temperature and acting as a heat sink, and a device 106 containing conventionally used semiconductors, copper plates, and ceramic substrates. Device 106, well known to those skilled in the art, will not be described further.

В процессе работы системы 100а разность температур (РТ) холодной стороны 102 и горячей стороны 104 образует фактор, определяющий относительную эффективность процесса охлаждения. Большая РТ подразумевает пропорционально большую требуемую мощность (охлаждающую способность), а меньшая РТ подразумевает пропорционально меньшую требуемую мощность (охлаждающую способность). В таких традиционных системах охлаждения РТ зависит в основном от количества тепла, отводимого в процессе охлаждения, и температуры, преобладающей в области 150 вокруг горячей стороны 104.During operation of system 100a, the temperature difference (RT) of the cold side 102 and the hot side 104 forms a factor that determines the relative efficiency of the cooling process. A larger RT implies a proportionately higher required power (cooling capacity), while a smaller RT implies a proportionally lower required power (cooling capacity). In such conventional cooling systems, RT depends mainly on the amount of heat removed during the cooling process and the temperature prevailing in the region 150 around the hot side 104.

На фиг. 1Б показан пример другой системы 100b термоэлектрического охлаждения, в которой температура горячей стороны 104 постоянно поддерживается на уровне ниже температуры окружающего воздуха с целью повышения относительной эффективности и охлаждающей способности термоэлектрического охлаждения. В частности, предложенное в настоящем изобретении решение имеет целью снижение температуры горячей стороны 104 до уровня, близкого к температуре по влажному термометру, относительно температуры и соответствующей относительной влажности (ОВ), преобладающей в окружающей области 150. Следовательно, при достигнутой РТ холодной стороны 102 и горячей стороны 104 относительно меньшей, чем традиционно наблюдаемая РТ, улучшается охлаждающая способность и также пропорционально повышается соответствующая достигнутая эффективность.In FIG. 1B shows an example of another thermoelectric cooling system 100b in which the temperature of the hot side 104 is constantly kept below ambient temperature in order to increase the relative efficiency and cooling ability of thermoelectric cooling. In particular, the solution proposed in the present invention aims to reduce the temperature of the hot side 104 to a level close to that of the wet thermometer, relative to the temperature and the corresponding relative humidity (RH) prevailing in the surrounding area 150. Therefore, when the cold side 102 is reached, RT and of the hot side 104, which is relatively smaller than the traditionally observed RT, the cooling ability is improved and the corresponding achieved efficiency is also proportionally increased.

На фиг. 2 показана диаграмма 200, иллюстрирующая зависимость между РТ при традиционном термоэлектрическом охлаждении и соответствующей охлаждающей способностью термоэлектрического охлаждающего двигателя. Соответственно, по оси X отложена разность температур (РТ) в °C, а по оси Y отложена охлаждающая способность термоэлектрического охлаждающего двигателя в ваттах. Линией 202 обозначено потребление тока, составляющее 14 ампер, для выполнения относительного объема работы термоэлектрическим охладителем. Видно, что при уменьшении РТ от 50°C до 30°C относительная охлаждающая способность термоэлектрического охлаждающего двигателя возрастает от 50 ватт до 90 ватт. Подразумевается, что все аналогичные изменения температуры (РТ) будут приводить к пропорциональному увеличению охлаждающей способности термоэлектрического двигателя и повышению общей относительной эффективности применяемого термоэлектрического охладителя. Аналогичные результаты можно наблюдать для всех кривых тока (не показанных), таких как линия 202. Кроме того, подразумевается, что все величины, приведенные выше при рассмотрении диаграммы 200, служат примерами и могут точно не соответствовать реальным величинам.In FIG. 2 is a diagram 200 illustrating the relationship between RT in conventional thermoelectric cooling and the corresponding cooling ability of a thermoelectric cooling engine. Accordingly, the X-axis represents the temperature difference (RT) in ° C, and the Y-axis represents the cooling capacity of the thermoelectric cooling engine in watts. Line 202 denotes a current consumption of 14 amperes to perform a relative amount of work with a thermoelectric cooler. It can be seen that when the RT decreases from 50 ° C to 30 ° C, the relative cooling capacity of the thermoelectric cooling engine increases from 50 watts to 90 watts. It is understood that all similar changes in temperature (RT) will lead to a proportional increase in the cooling capacity of the thermoelectric motor and an increase in the overall relative efficiency of the thermoelectric cooler used. Similar results can be observed for all current curves (not shown), such as line 202. In addition, it is understood that all of the values given above when considering diagram 200 are examples and may not exactly correspond to actual values.

Рассмотренные выше системы дополнительно описаны со ссылкой на наглядные чертежи. Так, на фиг. 3А проиллюстрирован один из примеров системы охлаждения посредством термоэлектрического модуля, именуемой системой 300а термоэлектрического охлаждения. Система 300а имеет традиционно известную холодную сторону 102, горячую сторону 104, охлаждающую оболочку 302 для размещения тепловой нагрузки 304, которая представляет собой от овощей, напитков, потребительских товаров до кондиционированного помещения, а также другие объекты охлаждения.The systems discussed above are further described with reference to pictorial drawings. So in FIG. 3A illustrates one example of a cooling system by means of a thermoelectric module, referred to as a thermoelectric cooling system 300a. The system 300a has a conventionally known cold side 102, hot side 104, a cooling shell 302 to accommodate a heat load 304, which is from vegetables, drinks, consumer goods to an air-conditioned room, as well as other cooling objects.

В соответствии с особенностями настоящего изобретения находящийся вблизи горячей стороны механизм поддержания первой температуры горячей стороны ниже температуры окружающего воздуха, а именно устройство 350а активного охлаждения испарением конструктивно находится в постоянном контакте с системой 300а термоэлектрического охлаждения. В частности, устройство 350а непосредственно контактирует с горячей стороной 104 системы 300а, как показано на фиг. 3А. Более точно, устройство 350а активного охлаждения испарением содержит испарительную пластину 316 для удерживания или улавливания определенного количества текучей среды, именуемой водой 306. Вода 306, циркулирующая по стрелке В, хранится в резервуаре 308. Водяной насос 310 обеспечивает циркуляцию и распределение воды 306 по обозначенному стрелкой контуру 312, по которому вода 306 достигает испарительной пластины 316. Затем вода 306 распределяется по пластине 316 и смачивает ее. Кроме того, предусмотрен вентилятор 314 для нагнетания определенного количества воздуха, обозначенного стрелкой А, в первую структуру 317 для размещения главным образом пластины 316, воды 306 и насоса 310.In accordance with the features of the present invention, a mechanism for maintaining the first hot side temperature below the ambient temperature, namely, the evaporative active cooling device 350a, is structurally in constant contact with the thermoelectric cooling system 300a in the vicinity of the hot side. In particular, the device 350a is in direct contact with the hot side 104 of the system 300a, as shown in FIG. 3A. More specifically, the evaporative active cooling device 350a comprises an evaporation plate 316 for holding or trapping a certain amount of fluid called water 306. The water 306 circulating along arrow B is stored in the reservoir 308. The water pump 310 circulates and distributes the water 306 in the direction indicated by the arrow a circuit 312, along which water 306 reaches the evaporation plate 316. Then, water 306 is distributed over the plate 316 and wets it. In addition, a fan 314 is provided for pumping a certain amount of air, indicated by arrow A, into the first structure 317 for accommodating mainly the plate 316, water 306 and pump 310.

В частности, первая структура 317 содержит прорезь 321, которая позволяет вставлять испарительную пластину 316 и вводить ее в контакт с первой структурой 317. Кроме того, прорезь 321 может быть снабжена зажимами или защелками (не показанными), которые обеспечивают надежную установку пластины 316 в заданное положение внутри первой структуры 317.In particular, the first structure 317 includes a slot 321 that allows the vaporization plate 316 to be inserted and brought into contact with the first structure 317. In addition, the slot 321 can be provided with clips or latches (not shown) that securely insert the plate 316 into a predetermined position. position within the first structure 317.

Более подробно, упомянутая испарительная пластина 316 может иметь, например, кубовидную структуру, позволяющую ей входить в прорезь 321 в первой структуре 317. Отверстия или поры, имеющиеся в пластине 316, могут иметь больший размер, чем в пластине при пассивном охлаждении испарением (рассмотренном далее), что позволяет большему количеству воздуха проходить через пластину 316 в процессе эксплуатации. На пластину 316 могут наноситься гидрофобные покрытия, чтобы сделать ее водоотталкивающей, а также подавить рост бактерий и грибков. Испарительная пластина 316 может быть рассчитана на установку и извлечение из прорези 321 в первой структуре 317 посредством съемного картриджа 319, позволяющего легко вставлять и извлекать пластину, когда она изнашивается или теряет свою эффективность и должна быть заменена новой пластиной. Кроме того, как отмечено выше, защелки или зажимы прорези 321 способны обеспечивать точное размещение картриджа 319 с пластиной 316 внутри первой структуры 317. В некоторых случаях в зависимости от среды и преобладающих условий энергоснабжения испарительная пластина 316 может быть заменена поглощающей пластиной 316' (показанной на фиг. 3Б). Кроме того, структура, материал, методы конструирования и изготовления испарительной пластины 316 хорошо известны специалистам в данной области техники и не будут рассматриваться далее.In more detail, said evaporation plate 316 may have, for example, a cuboid structure allowing it to enter the slot 321 in the first structure 317. The holes or pores present in the plate 316 may have a larger size than in the plate during passive cooling by evaporation (discussed later ), which allows more air to pass through the plate 316 during operation. Hydrophobic coatings can be applied to plate 316 to make it water-repellent, as well as inhibit the growth of bacteria and fungi. The evaporation plate 316 can be designed to be installed and removed from the slot 321 in the first structure 317 by means of a removable cartridge 319, which makes it easy to insert and remove the plate when it wears out or loses its effectiveness and needs to be replaced with a new plate. In addition, as noted above, the latches or clips of the slot 321 are capable of accurately positioning the cartridge 319 with the plate 316 inside the first structure 317. In some cases, depending on the environment and prevailing power supply conditions, the evaporation plate 316 may be replaced by an absorption plate 316 '(shown in Fig. 3B). In addition, the structure, material, design and manufacturing methods of the evaporation plate 316 are well known to specialists in this field of technology and will not be discussed further.

Вентилятор 314 служит для нагнетания определенного количества воздуха, обозначенного стрелкой А, в первую структуру 317 через испарительную пластину 316. Кроме того, вентилятор 314 приводится в действие посредством электрической проводки 309, проложенной от источника электропитания через всю систему 300а. Режим электрических соединений и соответствующих операций обеспечивается пультом 307 управления. Кроме того, насос 310 также приводится в действие источником электропитания.A fan 314 is used to inject a certain amount of air, indicated by arrow A, into the first structure 317 through an evaporation plate 316. In addition, the fan 314 is driven by electrical wiring 309 from the power source through the entire system 300a. The mode of electrical connections and related operations is provided by the remote control 307 control. In addition, the pump 310 is also driven by a power source.

Насосом 310 может являться широко применяемый насос, сконфигурированный на перекачивание, циркуляцию и распределение воды 306 по испарительной пластине 316. Поскольку применение насоса 310 хорошо известно, он не будет рассматриваться далее в описании.Pump 310 may be a widely used pump configured to pump, circulate, and distribute water 306 across evaporator plate 316. Since the use of pump 310 is well known, it will not be discussed further in the description.

В процессе работы электрический вентилятор 314 вращается и направляет окружающий воздух из окружающей области 150 в первую структуру 317. Электрический насос 310 включается и начинает нагнетать воду 306 через контур 312 в направлении по стрелке В. В контур 312 входит система труб, обеспечивающая циркуляцию воды 306, и водораспределитель, которые описаны далее. На входе в первую структуру 317 поступающая вода взаимодействует с испарительной пластиной 316. Поскольку пластина 316 рассчитана на смачивание при циркуляции воды 306, приточный воздух, обозначенный стрелкой А, снижает температуру по сухому термометру окружающей области 150 и приближает ее к относительной температуре по влажному термометру в зависимости от преобладающей относительной влажности (ОВ). Вода 306 и приточный воздух охлаждаются, вызывая падение температуры. Кроме того, при прохождении воздуха через испарительную пластину 316 падение температуры сопровождается увеличением массы воздуха за счет повышения содержания влаги в воздухе при его прохождении через пластину 316. Соответственно, стрелкой А′ обозначен почти насыщенный влагой воздух. Затем постоянно действующий вентилятор 314 подает воздух по каналу 318, как показано на чертежах, на горячую сторону 104, которая охлаждается, в результате чего первая температура горячей стороны 104 становится ниже температуры окружающей области 150. В качестве альтернативы, также может применяться любое устройство для подачи воздуха или насос (не показанный), способный перекачивать желаемое количество воздуха на горячую сторону 104. Воздух выходит из первой структуры 317 и всей системы 300а через выход 320, обозначенный стрелкой С. Подразумевается, что для поддержания потребления энергии на минимальном уровне в некоторых вариантах осуществления может быть предусмотрено, что термоэлектрическое охлаждение начинается только после того, как первая температура горячей стороны 104 падает ниже температуры окружающего воздуха.During operation, the electric fan 314 rotates and directs the surrounding air from the surrounding area 150 to the first structure 317. The electric pump 310 is turned on and starts to pump water 306 through the circuit 312 in the direction of arrow B. Circuit 312 includes a pipe system that circulates the water 306, and a water distributor, which are described below. At the entrance to the first structure 317, the incoming water interacts with the evaporation plate 316. Since the plate 316 is designed to be wetted by the circulation of water 306, the supply air, indicated by arrow A, reduces the temperature using a dry thermometer in the surrounding area 150 and brings it closer to the relative temperature using a wet thermometer in depending on the prevailing relative humidity (RH). Water 306 and supply air are cooled, causing a drop in temperature. In addition, when air passes through the evaporation plate 316, a drop in temperature is accompanied by an increase in the mass of air due to an increase in the moisture content of the air as it passes through the plate 316. Accordingly, arrow A ′ indicates air that is almost saturated with moisture. Then, a constantly operating fan 314 supplies air through a passage 318, as shown in the drawings, to the hot side 104, which is cooled, as a result of which the first temperature of the hot side 104 becomes lower than the ambient temperature 150. Alternatively, any supply device can also be used air or a pump (not shown) capable of pumping the desired amount of air to the hot side 104. Air leaves the first structure 317 and the entire system 300a through an outlet 320, indicated by arrow C. It is understood in order to maintain energy consumption at a minimum level, in some embodiments, it may be provided that the thermoelectric cooling starts only after the first hot side temperature 104 falls below the ambient temperature.

Из описанного процесса ясно, что падение температуры приточного воздуха сопровождается также падением температуры воды 306, протекающей через пластину 316. Соответственно, вода 306, стекающая в резервуар 308, как указано стрелкой В, является более холодной и имеет более низкую температуру, чем температура окружающего воздуха. Таким образом, помимо охлажденного воздуха, обозначенного стрелкой А′, на горячую сторону 104 посредством альтернативных контуров (не показанных) может подаваться также охлажденная вода 306, чтобы температура горячей стороны 104 упала ниже температуры окружающего воздуха. Тем не менее, в таких конфигурациях может требоваться водяной насос (не показанный) для перекачивания охлажденной 306 воды из резервуара 308 на горячую сторону 104 системы 300а термоэлектрического охлаждения, чтобы температура горячей стороны 104 упала ниже температуры окружающего воздуха.It is clear from the described process that a drop in the supply air temperature is also accompanied by a drop in the temperature of the water 306 flowing through the plate 316. Accordingly, the water 306 flowing into the tank 308, as indicated by arrow B, is colder and has a lower temperature than the ambient temperature . Thus, in addition to the chilled air indicated by arrow A ′, chilled water 306 can also be supplied to the hot side 104 through alternative circuits (not shown) so that the temperature of the hot side 104 drops below the ambient temperature. However, in such configurations, a water pump (not shown) may be required to pump the chilled water 306 from the reservoir 308 to the hot side 104 of the thermoelectric cooling system 300a so that the temperature of the hot side 104 drops below ambient temperature.

В некоторых вариантах осуществления системы термоэлектрического охлаждения, действующие согласно описанному принципу, могут иметь датчики температуры, способные определять температуру горячей стороны 104 и окружающей области 150 и, соответственно, приводить в действие термоэлектрическое охлаждение только, когда определено, что температура горячей стороны 104 упала ниже температуры окружающей области 150. После того как определено, что температура горячей стороны 104 равна температуре по сухому термометру окружающей области 150 или превышает ее, термоэлектрическое охлаждение прекращается. Кроме того, термоэлектрическое охлаждение может возобновляться только, когда температура горячей стороны 104 падает ниже температуры окружающей области 150 в процессе работы устройства 350а. Прекращение термоэлектрического охлаждения, такое как упомянуто выше, может обеспечиваться посредством механизма защитной блокировки, который срабатывает, когда количество воды 306 становится меньше заданного порогового количества или когда выключается вентилятор 314, нагнетающий воздух.In some embodiments, thermoelectric cooling systems operating according to the described principle may have temperature sensors capable of detecting the temperature of the hot side 104 and the surrounding area 150 and, accordingly, actuating thermoelectric cooling only when it is determined that the temperature of the hot side 104 has dropped below the temperature surrounding area 150. Once it is determined that the temperature of the hot side 104 is equal to or higher than the temperature of the dry thermometer of the surrounding area 150 her thermoelectric cooling stops. In addition, thermoelectric cooling can only be resumed when the temperature of the hot side 104 drops below the temperature of the surrounding region 150 during operation of the device 350a. Termination of thermoelectric cooling, such as the one mentioned above, can be achieved by means of a protective interlock mechanism, which is triggered when the amount of water 306 becomes less than a predetermined threshold amount or when the fan 314 forcing air is turned off.

Соответствующие сигналы температуры, генерируемые датчиками, могут обрабатываться контроллером (не показанным) с целью приведения в действие/прекращения термоэлектрического охлаждения, когда это требуется. Такие средства, если они предусмотрены, способны обеспечивать уменьшение неправильного использования энергии и снижать эксплуатационные и производственные затраты в процессе охлаждения.Corresponding temperature signals generated by the sensors can be processed by a controller (not shown) to activate / terminate thermoelectric cooling when required. Such funds, if provided, are capable of reducing the misuse of energy and lower operating and manufacturing costs during the cooling process.

В качестве альтернативы, снижение температуры горячей стороны 104 осуществляется путем пассивного охлаждения испарением. Соответственно, система 300b термоэлектрического охлаждения может конструктивно контактировать с устройством 350b пассивного охлаждения испарением, как показано на фиг. 3Б, а не устройством 350а. Как и в случае системы 300а термоэлектрического охлаждения, устройство 350b непосредственно контактирует со стороной 104 системы 300b. В отличие от испарительной пластины 316, применяемой в системе 300а, при пассивном охлаждении испарением используется поглощающая пластина 316′ с открытыми микропорами для поглощения воды 306 по мере ее распределения через показанный водораспределитель 340, при этом поглощение воды 306 происходит за счет капиллярного действия. Кроме того, пластина 316′ является гибкой наподобие ткани и дополнительно может содержать микропоры, поглощающие воду или любую другую жидкость, в контакте с которой находится пластина 316′. Помимо этого, размер пор выбран таким образом, что, когда через пластину 316′ продувается определенное количество воздуха, температура горячей стороны 104 снижается. За счет выбора размера микропористой структуры вода 306 или любая другая жидкость может поглощаться и удерживаться внутри пластины 316′ в течение достаточно длительного времени.Alternatively, the temperature of the hot side 104 is reduced by passive cooling by evaporation. Accordingly, the thermoelectric cooling system 300b may be in structural contact with the evaporative passive cooling device 350b, as shown in FIG. 3B, not the 350a device. As with thermoelectric cooling system 300a, device 350b is in direct contact with side 104 of system 300b. In contrast to the evaporation plate 316 used in the system 300a, passive cooling by evaporation uses an open micropore absorption plate 316 ′ to absorb water 306 as it is distributed through the shown water distributor 340, while water 306 is absorbed by capillary action. In addition, the plate 316 ′ is flexible like a fabric and may additionally contain micropores that absorb water or any other liquid in contact with which the plate 316 ′ is in contact. In addition, the pore size is selected so that when a certain amount of air is blown through the plate 316 ′, the temperature of the hot side 104 decreases. By selecting the size of the microporous structure, water 306 or any other liquid can be absorbed and retained within the plate 316 ′ for a sufficiently long time.

В одном из вариантов осуществления на одной из сторон пластины 316′, обращенной в сторону окружающей области 150, как показано на чертежах, может быть нанесено название компании, логотип и т.п. для размещения на обращенном наружу участке, который, соответственно, также может быть выполнен водоотталкивающим. Соответственно, до применения пластины 316′ она может быть обработана известными средствами, такими как гидрофобное покрытие для подавления роста бактерий и грибков в течение длительных периодов применения. Тем не менее, подразумевается, что такие покрытия наносят на ограниченную площадь поверхности с одной сторону пластины 316′, чтобы покрытие не перекрывало поток воздуха, а размещенное на ограниченной площади поверхности название компании, логотип и т.п. было бы заметным.In one embodiment, on one side of the plate 316 ′ facing the surrounding area 150, as shown in the drawings, a company name, logo, or the like may be applied. for placement on the outward facing area, which, respectively, can also be made water-repellent. Accordingly, prior to use of the plate 316 ′, it can be treated with known means, such as a hydrophobic coating, to inhibit the growth of bacteria and fungi over long periods of use. Nevertheless, it is understood that such coatings are applied to a limited surface area on one side of the plate 316 ′, so that the coating does not block the air flow, and the company name, logo, etc., placed on a limited surface area would be noticeable.

Как и рассмотренная испарительная пластина 316, поглощающая пластина 316′ также может быть установлена или закреплена на горячей стороне 104 с помощью съемного картриджа 319′. Соответственно, кронштейн 321′, расположенный на горячей стороне 104, может быть снабжен средствами, аналогичными средствам прорези 321, и обеспечивать установку пластины 316′ в заданное положение на горячей стороне 104. Кронштейн 321′ может быть снабжен зажимами или защелками, позволяющими надежно крепить пластину 316′ к горячей стороне 104. Структура, материал, методы конструирования и изготовления пластин такого рода и соответствующих картриджей хорошо известны специалистам в данной области техники и не будут рассматриваться далее.Like the vaporizer plate 316 discussed above, the absorbent plate 316 ′ can also be mounted or fixed to the hot side 104 using a removable cartridge 319 ′. Accordingly, the bracket 321 ′ located on the hot side 104 may be provided with means similar to the means of the slot 321, and allow the plate 316 ′ to be set to a predetermined position on the hot side 104. The bracket 321 ′ may be provided with clips or latches to securely fasten the plate 316 ′ to the hot side 104. The structure, material, methods of designing and manufacturing plates of this kind and corresponding cartridges are well known to those skilled in the art and will not be discussed further.

Также предусмотрен резервуар, такой как резервуар 308. Как указано выше, резервуар 308 может быть приспособлен для сбора воды 306, которая через разбрызгиватели 336 просачивается или стекает каплями из поглощающей пластины 316′. Кроме того, может быть предусмотрен контур 334, позволяющий возвращать воду 306, накапливающуюся в резервуаре 308, в сборник 330. Предусмотрен обратный клапан 338, который допускает только однонаправленный поток воды 306 через контур 334 из резервуара 308 в сборник 330 и предотвращает поток в противоположном направлении. В частности, сборником 330 может являться водосборная камера, которая может быть сконфигурирована таким образом, чтобы в ней имелся гидростатический напор, создаваемый заполняющей ее текучей средой. Кроме того, предусмотрен трубопровод 332, по которому вода 306 через распределитель 340 может поступать из сборника 330 в поглощающую пластину 316′.A reservoir is also provided, such as reservoir 308. As indicated above, reservoir 308 may be adapted to collect water 306, which leaks out or drips through the sprinklers 336 from the absorption plate 316 ′. In addition, a circuit 334 may be provided to allow water 306 accumulating in the reservoir 308 to be returned to the reservoir 330. A check valve 338 is provided that only allows unidirectional flow of water 306 through the circuit 334 from the reservoir 308 to the reservoir 330 and prevents flow in the opposite direction. . In particular, the collector 330 may be a catchment chamber, which can be configured so that it has a hydrostatic head created by the fluid filling it. In addition, a conduit 332 is provided through which water 306, through a distributor 340, can flow from the collector 330 into an absorption plate 316 ′.

В процессе работы вода в сборнике 330 с определенным гидростатическим напором обеспечивает поток воды 306 из сборника 330 в поглощающую пластину 316′, как указано стрелкой Е. Вода 306 достигает распределителя 340 и самотеком распределяется по поглощающей пластине 316′. Такая подача воды в пластину 316' самотеком дополнительно способствует капиллярному действию пластины 316′ и распределению воды 306 по пластине 316′, позволяя потоку воздуха проходить через пластину 316′ за счет естественной конвекции и охлаждать горячую сторону 104, к которой прикреплена пластина 316′. Подразумевается, что в таком случае проходящий воздух и вода 306, контактирующие с горячей стороной 104, образуют фактор снижения температуры горячей стороны 104. Вода, поглощаемая пластиной 316′, впоследствии сливается через стоки на дне поглощающей пластины 316′ или на дне картриджа 319′, в котором помещается пластина 316′. Такими стоками могут являться отверстия. Кроме того, вода 306, накапливающаяся в резервуаре 308, возвращается в сборник 330 по контуру 334 через обратный клапан 338.During operation, the water in the collector 330 with a certain hydrostatic pressure ensures the flow of water 306 from the collector 330 into the absorption plate 316 ′, as indicated by arrow E. Water 306 reaches the distributor 340 and is distributed by gravity to the absorption plate 316 ′. Such a flow of water into the plate 316 ′ by gravity further contributes to the capillary action of the plate 316 ′ and the distribution of water 306 across the plate 316 ′, allowing air to flow through the plate 316 ′ by natural convection and cooling the hot side 104 to which the plate 316 ′ is attached. It is understood that in this case, the passing air and water 306 in contact with the hot side 104 form a factor in lowering the temperature of the hot side 104. The water absorbed by the plate 316 ′ is subsequently drained through drains at the bottom of the absorption plate 316 ′ or at the bottom of the cartridge 319 ′, in which the plate 316 ′ is placed. Such drains may be holes. In addition, the water 306 accumulating in the tank 308 is returned to the collector 330 along the circuit 334 through the check valve 338.

В одном из вариантов осуществления вода 306 в системах 300а и 300b может быть заменена эквивалентными текучими средами. В частности, текучие среды, которыми может быть заменена вода 306, могут обладать такими свойствами, как поверхностное натяжение, вязкость и т.д., аналогичными свойствам воды или превосходящими их и позволяющими перекачивать и распределять их как воду при охлаждении горячей стороны 104. Поскольку такие текучие среды хорошо известны специалистам в данной области техники, свойственные им особенности не будут рассматриваться далее.In one embodiment, water 306 in systems 300a and 300b may be replaced with equivalent fluids. In particular, fluids that can be replaced by water 306 may have properties such as surface tension, viscosity, etc., similar to or superior to water and allowing them to be pumped and distributed like water when cooling the hot side 104. Since such fluids are well known to those skilled in the art, their inherent features will not be discussed further.

В дополнительных вариантах осуществления системы 300а и 300b могут содержать контроллер (не показанный) помимо уже описанного выше контроллера, который может быть сконфигурирован на приведение в действие и прекращение термоэлектрического охлаждения в системах 300а и 300b с программируемой выдержкой во времени. В данном случае под выдержкой во времени подразумевается период времени между двумя последовательными приведениями в действие термоэлектрического охлаждения. За счет такой программируемой выдержки во времени может быть синхронизировано тепловое равновесие между холодом, который генерируется путем термоэлектрического охлаждения в системах 300а и 300b и затем переносится на тепловую нагрузку 304 с экономией энергии в процессе всего охлаждения.In further embodiments, systems 300a and 300b may include a controller (not shown) in addition to the controller already described above, which may be configured to actuate and terminate thermoelectric cooling in programmable time delay systems 300a and 300b. In this case, time delay refers to the period of time between two successive actuations of thermoelectric cooling. Due to this programmable time delay, the thermal equilibrium between the cold, which is generated by thermoelectric cooling in systems 300a and 300b, can be synchronized and then transferred to the heat load 304 with energy savings during the entire cooling process.

Рассмотренные выше принципы действия активного и пассивного охлаждения испарением могут быть поняты при рассмотрении фиг. 4А и 4Б. Кроме того, на фиг. 5 представлена психрометрическая диаграмма 500, на которой подробно проиллюстрированы эти принципы действия.The principles of active and passive evaporative cooling discussed above can be understood by referring to FIG. 4A and 4B. In addition, in FIG. 5 is a psychrometric diagram 500 illustrating these principles of action in detail.

Соответственно, на фиг. 4А показана система 400а активного охлаждения испарением, способная обеспечивать снижение температуры горячей стороны 104 в системах термоэлектрического охлаждения. Кроме того, в систему 400а входит описанная ранее испарительная пластина 316, расположенная, как показано на фиг. 4А. В частности, при охлаждении горячей стороны 104 этим способом используется резервуар 308 и водяной насос 310 для перекачивания воды 306, хранящейся в резервуаре 308, по трубопроводу 402. Кроме того, трубопровод 402 служит для подачи воды 306 посредством водораспределителя 404 через испарительную пластину 316 с целью смачивания испарительной пластины 316. В частности, конструкция и действие контура 312, показанного на фиг. 3А, ясны из расположения трубопровода 402 и водораспределителя 404. Областью 406 может являться область внутри первой структуры 317.Accordingly, in FIG. 4A shows an evaporative active cooling system 400a capable of lowering the temperature of the hot side 104 in thermoelectric cooling systems. In addition, the evaporator plate 316 described previously located as shown in FIG. 4A. In particular, when cooling the hot side 104 in this way, a reservoir 308 and a water pump 310 are used to pump the water 306 stored in the reservoir 308 through a conduit 402. In addition, the conduit 402 serves to supply water 306 via a water distributor 404 through an evaporation plate 316 for the purpose wetting the evaporation plate 316. In particular, the design and operation of the circuit 312 shown in FIG. 3A are clear from the arrangement of conduit 402 and water distributor 404. Region 406 may be the region within the first structure 317.

В процессе работы насос 310 перекачивает по трубопроводу 402 воду 306, хранящуюся в резервуаре 308, и распределяет ее по испарительной пластине 316. Вода 306, проходящая через поры или отверстия в испарительной пластине 316, позволяет воздуху, подаваемому через пластину 316, охлаждаться до более низкой температуры, что дополнительно обеспечивает падение температуры горячей стороны 104, вокруг которой протекает охлажденный воздух, ниже температуры окружающего воздуха. Как указывалось, подача воздуха обеспечивается вентилятором 314. Вода 306, поступающая в испарительную пластину 316, сливается в резервуар 308 через отверстия (не показанные), выполненные на дне пластины 316 или на дне картриджа 319, в котором помещается пластина 316, в результате чего образуется контур циркуляции воды. Как описано выше, поступающий в пластину 316 воздух, обозначенный стрелкой А и подаваемый посредством вентилятора 314, снижает температуру горячей стороны 104 при прохождении через пластину 316. Соответственно, воздух, обозначенный стрелкой А′, будет иметь более низкую температуру и более высокое содержание влаги. Кроме того, также повысится относительная влажность (ОВ) охлажденного воздуха, обозначенного стрелкой А′, и воздух станет более насыщенным влагой. К тому же, вместе с охлаждением воздуха также охлаждается вода 306, вытекающая из пластины 316.In operation, pump 310 pumps water 306 stored in reservoir 308 through line 402 and distributes it to evaporator plate 316. Water 306 passing through pores or openings in evaporator plate 316 allows air supplied through plate 316 to cool to a lower temperature, which additionally provides a drop in the temperature of the hot side 104 around which the cooled air flows below the ambient temperature. As indicated, the air supply is provided by the fan 314. Water 306 entering the evaporation plate 316 is discharged into the reservoir 308 through openings (not shown) made at the bottom of the plate 316 or at the bottom of the cartridge 319 in which the plate 316 is placed, resulting in water circuit. As described above, the air entering plate 316, indicated by arrow A and supplied by fan 314, lowers the temperature of the hot side 104 as it passes through plate 316. Accordingly, the air indicated by arrow A ′ will have a lower temperature and higher moisture content. In addition, the relative humidity (RH) of the chilled air indicated by arrow A ′ will also increase, and the air will become more saturated with moisture. In addition, along with cooling the air, the water 306 flowing out of the plate 316 is also cooled.

Аналогичным образом, система 400b пассивного охлаждения испарением, показанная на фиг. 4Б, способна служить альтернативой системы 400а активного охлаждения испарением. Соответственно, структура, компоненты и функционирование системы 400b не отличаются или минимально отличаются от системы 400а. Такие отличия состоят в основном в необязательном вентиляторе 314 и альтернативном способе смачивания пластины 316′. В частности, вентилятор 314 может быть полностью исключен, и воздух может подаваться на горячую сторону 104 посредством естественной конвекции. Кроме того, в пластине 316′ имеется множество отверстий, делающих ее открытой и микропористой по структуре и позволяющих поглощать воду 306 посредством капиллярного действия. Соответственно, в показанной системе 400b может отсутствовать водяной насос или вентилятор, такой как в рассмотренной системе 400а, но может иметься резервуар 308 и водораспределитель 340, аналогичные уже описанным. Кроме того, в систему 400b входит сборник 330 для накопления воды 306, и контур 334, соединяющий резервуар 308 со сборником 330. Трубопровод 332 обеспечивает подачу воды 306 из сборника 330 в поглощающую пластину 316′ посредством распределителя 340.Similarly, the evaporative passive cooling system 400b shown in FIG. 4B is capable of serving as an alternative to the evaporative active cooling system 400a. Accordingly, the structure, components and operation of the system 400b are no different or minimally different from the system 400a. Such differences are mainly in the optional fan 314 and an alternative method of wetting the plate 316 ′. In particular, the fan 314 can be completely eliminated, and air can be supplied to the hot side 104 by means of natural convection. In addition, the plate 316 ′ has many holes making it open and microporous in structure and allowing water 306 to be absorbed by capillary action. Accordingly, in the illustrated system 400b, there may be no water pump or fan, such as in the above system 400a, but there may be a reservoir 308 and a water distributor 340 similar to those already described. In addition, a collector 330 for storing water 306 is included in the system 400b, and a circuit 334 connecting the reservoir 308 to the collector 330. A pipe 332 supplies water 306 from the collector 330 to the absorption plate 316 ′ by means of a distributor 340.

В процессе работы системы 400b пассивного охлаждения испарением в сборнике 330 с хранящейся в нем водой 306 имеется гидростатический напор. Соответственно, за счет гидростатического напора вода 306 по трубопроводу 332 поступает в водораспределитель 340, как показано стрелкой Е, и затем распределяется по пластине 316′, как показано на чертежах. Распределение воды 306 аналогично распределению, рассмотренному со ссылкой на фиг. 4А. Поглощающая пластина 316' поглощает контактирующую с ней воду 306 и за счет капиллярного действия распределяет ее по всей поверхности пластины 316′. Затем вода 306, поступающая в пластину 316′, через отверстия на дне пластине 316′ или на дне картридж 319′, в котором помещается пластина 316′, стекает в резервуар 308, откуда вода 306 возвращается в сборник 330 по контуру 334. В частности, контур 334 имеет обратный клапан 338, который обеспечивает однонаправленный поток воды 306, чтобы вода 306, хранящаяся в сборнике 330, не поступала в резервуар 308, а только вытекала из резервуара 308 и поступала в сборник 330, как показано стрелкой F. Подразумевается, что любое протекание воздуха через пластину 316′ обеспечивается посредством естественной конвекции. Соответственно, когда определенное количество воздуха, обозначенное стрелкой D, за счет естественной конвекции достигает пластины 316′ и протекает через пластину 316′, воздух, обозначенный стрелкой D′, становится насыщенным влагой. Аналогично системе 400а активного охлаждения испарением воздух, проходящий через пластину 316′, имеет более высокую влажность и более низкую температуру в результате взаимодействия со смоченной пластиной 316′. Кроме того, подразумевается, что вместе с охлажденным воздухом, обозначенным стрелкой D′, также охлаждается вода 306, вытекающая из пластины 316′.During operation of the passive cooling system 400b by evaporation, hydrostatic pressure is present in the collector 330 with the water 306 stored therein. Accordingly, due to hydrostatic pressure, water 306 passes through pipeline 332 to water distributor 340, as shown by arrow E, and then is distributed through plate 316 ′, as shown in the drawings. The distribution of water 306 is similar to the distribution discussed with reference to FIG. 4A. The absorption plate 316 ′ absorbs water 306 in contact with it and, due to capillary action, distributes it over the entire surface of the plate 316 ′. Then, water 306 entering the plate 316 ′, through the openings on the bottom of the plate 316 ′ or on the bottom, the cartridge 319 ′, in which the plate 316 ′ is placed, flows into the reservoir 308, from where the water 306 returns to the collector 330 along the contour 334. In particular, circuit 334 has a check valve 338 that provides a unidirectional flow of water 306 so that water 306 stored in collector 330 does not enter reservoir 308 but only flows out of reservoir 308 and enters reservoir 330, as indicated by arrow F. It is understood that any air flow through plate 316 ′ is provided by by means of natural convection. Accordingly, when a certain amount of air indicated by arrow D, due to natural convection, reaches plate 316 ′ and flows through plate 316 ′, the air indicated by arrow D ′ becomes saturated with moisture. Similar to the evaporative active cooling system 400a, the air passing through the plate 316 ′ has a higher humidity and lower temperature as a result of interaction with the wetted plate 316 ′. In addition, it is understood that along with the cooled air indicated by arrow D ′, water 306 also flows from the plate 316 ′.

Кроме того, поглощающая пластина 316′ может содержать легко изменяющий фазу материал (РСМ), который способен затвердевать при низкой температуре окружающего воздуха.In addition, the absorption plate 316 ′ may comprise a phase-changing material (PCM) that is capable of solidifying at low ambient temperature.

Такое затвердевание РСМ в пластине 316′ способно улучшать охлаждающую способность системы 300b или системы 400b с учетом потока воздуха через пластину 316′ за счет естественной конвекции. Кроме того, такая конфигурация может, в частности, применяться при большой разности дневной и ночной температур окружающего воздуха.Such solidification of the PCM in the plate 316 ′ is able to improve the cooling capacity of the system 300b or system 400b by taking into account the air flow through the plate 316 ′ due to natural convection. In addition, this configuration can, in particular, be used with a large difference in day and night ambient temperatures.

Описанное охлаждение горячей стороны 104 в системе термоэлектрического охлаждения путем активного и пассивное охлаждения испарением может быть подробно понято из психрометрической диаграммы 500, представленной на фиг. 5. На диаграмме 500, хорошо известной специалистам в данной области техники, по оси X отложена температура по сухому термометру (°C), а по оси Y отложено соответствующее соотношение влажностей (в фунтах на фунт сухого воздуха). В частности, кривой 502 обозначена ТВТ 15,5°C, кривой 504 обозначена относительная влажность (ОВ) 80%, кривой 506 обозначено насыщение 100%, а кривой 508 обозначена ОВ 20%. Кроме того, диаграмма 500 представлена не в масштабе.The described cooling of the hot side 104 in a thermoelectric cooling system by active and passive evaporation cooling can be understood in detail from the psychrometric diagram 500 shown in FIG. 5. In diagram 500, well known to those skilled in the art, the X-axis represents the temperature of the dry thermometer (° C), and the Y-axis represents the corresponding humidity ratio (in pounds per pound of dry air). In particular, curve 502 indicates TWT 15.5 ° C, curve 504 indicates relative humidity (RH) 80%, curve 506 indicates 100% saturation, and curve 508 indicates RH 20%. In addition, chart 500 is not to scale.

Из диаграммы 500 может быть лучше понят принцип действия обоих описанных способов охлаждения, а именно систем 400а и 400b активного и пассивного охлаждения испарением соответственно. Показатели температуры, соотношения влажностей и т.д. приведены с целью обеспечения лучшего понимания систем 400а и 400b. Также подразумевается, что такие показатели служат примерами и могут точно не соответствовать реальным показателям.From the diagram 500, the principle of operation of both described cooling methods, namely, active and passive evaporative cooling systems 400a and 400b, respectively, can be better understood. Temperature indicators, humidity ratios, etc. are provided to provide a better understanding of systems 400a and 400b. It is also understood that such indicators serve as examples and may not exactly correspond to actual indicators.

Соответственно, определенное количество окружающего воздуха для подачи в сторону испарительной пластины 316 или поглощающей пластины 316′ может иметь температуру по сухому термометру, например, 30°C при относительной влажности 20% и иметь соответствующую ТВТ около 15,5°C. В результате перемещения воздуха из окружающей области 150 на горячую сторону 104, через испарительную пластину 316 или поглощающую пластину 316′ температура по сухому термометру снижается от 30°C до около 18,3°C. Такое снижение возможно, поскольку воздух, проходящий через пластины 316 и 316′, становится насыщенным влагой за счет воды, содержащейся в пластинах 316 или 316′. Кроме того, уровень такого насыщения может варьировать в пределах, например, изначально от 20% ОВ окружающего воздуха до 80% ОВ после прохождения воздуха через пластины 316 или 316′. Соответственно, на диаграмме 500 показано, что относительное изменение содержания влаги в воздухе или соотношение удельных влажностей воздуха также варьирует. Такие изменения также могут находиться в пределах, например, от начальной величины около 0,00525 фунт/фунт до величины около 0,01070 фунт/фунт сухого воздуха. Соответственно, ясно, что у окружающего воздуха, направляемого внутрь в область 406 или на горячую сторону 104, будет изменяться температура по сухому термометру за счет отдачи тепла, сопровождающейся изменением массы в результате повышения удельной влажности воздуха.Accordingly, a certain amount of ambient air for supplying towards the evaporation plate 316 or the absorption plate 316 ′ may have a dry thermometer temperature, for example, 30 ° C at a relative humidity of 20% and have a corresponding TWT of about 15.5 ° C. By moving air from the surrounding area 150 to the hot side 104, through the evaporation plate 316 or the absorption plate 316 ′, the temperature of the dry thermometer decreases from 30 ° C to about 18.3 ° C. Such a reduction is possible because the air passing through the plates 316 and 316 ′ becomes saturated with moisture due to the water contained in the plates 316 or 316 ′. In addition, the level of such saturation can vary, for example, initially from 20% RH of ambient air to 80% RH after air passes through plates 316 or 316 ′. Accordingly, diagram 500 shows that the relative change in the moisture content of the air or the ratio of specific air humidity also varies. Such changes may also range, for example, from an initial value of about 0.00525 lb / lb to a value of about 0.01070 lb / lb of dry air. Accordingly, it is clear that for ambient air directed inward to region 406 or to hot side 104, the temperature of the dry thermometer will change due to heat transfer, accompanied by a change in mass due to an increase in specific air humidity.

Таким образом, охлажденный воздух или вода 306 сконфигурирована на протекание вокруг горячей стороны 104 с целью снижения температуры горячей стороны 104 и постоянного поддержания первой температура горячей стороны 104 ниже температуры окружающего воздуха. Соответственно, обеспечивается охлаждение тепловой нагрузки 304 посредством описанных систем 300а и 300b, когда температура горячей стороны 104 падает ниже температура окружающей области. Следовательно, при использовании систем 400а и 400b улучшается охлаждающая способность и повышается соответствующая эффективность систем 300а и 300b термоэлектрического охлаждения.Thus, the cooled air or water 306 is configured to flow around the hot side 104 in order to lower the temperature of the hot side 104 and keep the first temperature of the hot side 104 below ambient temperature. Accordingly, cooling of the thermal load 304 is ensured by the described systems 300a and 300b when the temperature of the hot side 104 falls below the temperature of the surrounding area. Therefore, by using the systems 400a and 400b, the cooling ability is improved and the corresponding efficiency of the thermoelectric cooling systems 300a and 300b is increased.

В некоторых вариантах осуществления, в которых поддерживается более низкая температура горячей стороны 104, для поддержания первой температура горячей стороны 104 ниже температуры окружающего воздуха в любой из систем 300а и 300b может использоваться легко изменяющий фазу материал (РСМ), который затвердевает при более низкой температуре окружающего воздуха. Затвердевание и соответствующее накопление скрытой тепловой энергии может происходить во время нормального охлаждения, после чего накопленная скрытая тепловая энергия может высвобождаться с целью охлаждения горячей стороны 104 или поглощения ее тепла и поддержания температуры горячей стороны 104 ниже температуры окружающего воздуха. При таком поглощении тепла происходит плавление РСМ. Этот цикл плавления и последующего затвердевания РСМ помогает выполнять такой вариант осуществления на непрерывной основе.In some embodiments in which a lower temperature of the hot side 104 is maintained, to easily maintain the first temperature of the hot side 104 below ambient temperature, any phase changing material (PCM) that solidifies at a lower ambient temperature can be used in any of the systems 300a and 300b. air. Hardening and corresponding accumulation of latent thermal energy can occur during normal cooling, after which accumulated latent thermal energy can be released to cool the hot side 104 or absorb its heat and keep the hot side 104 below ambient temperature. With this heat absorption, PCM melts. This melting cycle and subsequent solidification of the PCM helps to carry out this embodiment on a continuous basis.

Хотя в описании рассмотрено несколько конкретных вариантов осуществления, специалисты в данной области техники поймут, что эти варианты осуществлений предусматривают разновидности, которые могут быть предложены в процессе воплощения объекта изобретения в конкретных условиях реализации. Кроме того, подразумевается, что такие, а также иные разновидности входят в объем изобретения. Ни эти возможные разновидности, ни приведенные выше конкретные примеры не ограничивают объем изобретения. Напротив, объем заявленного изобретения определяется исключительно приведенной далее формулой изобретения.Although several specific embodiments are considered in the description, those skilled in the art will understand that these embodiments provide for variations that may be proposed in the process of embodiment of an object of the invention under specific conditions of implementation. In addition, it is understood that such as well as other varieties are included in the scope of the invention. Neither these possible varieties nor the above specific examples limit the scope of the invention. On the contrary, the scope of the claimed invention is determined solely by the following claims.

Claims

1. A thermoelectric cooling system comprising:
the hot side with a first temperature surrounded by an environment with an ambient temperature,
cold side to accommodate the heat load,
a mechanism located near the hot side to maintain the first hot side temperature below ambient temperature, which uses a combination of air, a fluid, a pump and an evaporation plate, a fluid wettable medium for supplying through a plate through which air is blown and which cools the fluid and air to a temperature below ambient temperature by evaporative cooling and
protective lock to turn off the thermoelectric cooling system under one of the following conditions:
when the amount of fluid becomes less than a predetermined threshold amount, and
when the fan turns off the air.

2. The system of claim 1, wherein the vaporization plate is placed in the cartridge.

3. The system of claim 1, wherein the first temperature is maintained below ambient temperature under one of the following conditions:
when the chilled fluid is configured to pump around the hot side and
when chilled air is configured to pump around the hot side.

4. The system according to claim 1, in which the mechanism for maintaining the first temperature of the hot side below the ambient temperature, located near the hot side, comprises a fluid-filled collector with a hydrostatic pressure created by the fluid, an absorbing plate with open micropores, wetted by capillary action the contact of the plate with the fluid, and a reservoir for the fluid draining drops from the plate, which is attached to the hot side.

5. The system of claim 4, wherein the open micropore absorbent plate is placed in the cartridge.

6. The system of claim 4, wherein the first temperature is kept below the temperature
ambient air by attaching the absorption plate to the hot side in combination with gravity flow and natural convection of air flowing through the plate, which cools the fluid and air together with the hot side.

7. The system of claim 4, wherein the open micropore absorbent plate comprises a material that readily changes phase.

8. The system according to claim 1, in which the mechanism located near the hot side to maintain the first temperature of the hot side below the ambient temperature further comprises a material that is easy to change phase to maintain the first temperature below the ambient temperature by solidifying at a lower ambient temperature

9. The system of claim 1, further comprising a controller for driving and shutting down the thermoelectric cooling system with a programmable time delay, which is the time period between two successive actuations of the thermoelectric cooling system.

10. A method of cooling by means of a thermoelectric module having a hot side with a first temperature, surrounded by an environment with an ambient temperature, and a cold side for accommodating a heat load, comprising:
maintaining the first hot side temperature below ambient temperature by means of a mechanism using air, a fluid, and a plate wettable by a fluid that is stored in a reservoir and distributed over a plate through which air flows and which cools the fluid and air, and
cooling the hot side with cold air and thus cooling the heat load by means of a thermoelectric module at a first temperature below ambient temperature, and
shutting down the thermoelectric cooling system under one of the following conditions:
when the amount of fluid becomes less than a predetermined threshold amount and
when the fan turns off the air.

11. The method according to p. 10, in which the plate is one of the following:
an evaporation plate mounted and removed by means of a cartridge, wherein the plate is wetted by a fluid pumped and distributed through the plate by means of a pump, and
an open micropore absorbing plate inserted and removed by means of a cartridge, the plate being wetted by capillary action upon contact with a fluid filling the collector with a hydrostatic pressure provided by the fluid filling it, which drips from the plate into the reservoir.

12. The method according to p. 11, in which the first temperature is maintained below the ambient temperature under one of the following conditions:
when the chilled fluid is configured to pump around the hot side,
when the chilled air is configured to pump around the hot side,
when the fastening of the open micropore absorbing plate to the hot side is combined with gravity flow and natural convection of air flowing through the plate, which cools the fluid, air and the hot side, keeping its temperature below ambient temperature.

13. The method according to p. 11, in which the absorbent plate with open micropores contains easily phase-changing material.

14. The method according to p. 10, additionally containing the actuation and shutdown of the thermoelectric module by the controller with a programmable time delay, which is the time period between two successive actuations of the thermoelectric module.

15. The method according to p. 10, additionally containing a protective lock to turn off the thermoelectric module under one of the following conditions:
when the amount of fluid becomes less than a predetermined threshold amount, and
when the fan turns off, forcing air through the plate.

16. The method of claim 10, wherein the mechanism further comprises a material that readily changes the phase to maintain a first temperature below ambient temperature by solidifying at a lower ambient temperature.