Термоэлектрическое охлаждающее устройство

 

Использование: в холодильной и морозильной технике, преимущественно бытового назначения. Сущность: термоэлектрическое охлаждающее устройство содержит теплоизолированный корпус с термоэлектрической системой, снабженной системой теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных, выполненной в виде вакуумной камеры. Последняя может быть выполнена торообразной. Стенки ее изготавливаются из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например, стекла или вакуумно плотной керамики. Вакуумная камера может быть выполнена в виде крепления термоэлементов. 9 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано при создании холодильных и морозильных камер, в том числе бытовых.

Известны термоэлектрические холодильные устройства [1] Они содержат теплоизоляционный корпус, на одной из поверхностей которого размещено термоэлектрическое устройство, обеспечивающее при подаче на него электроэнергии перепад температур между внутренним теплоизолированным объемом и внешней окружающей средой.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности являются термоэлектрические холодильные камеры, описанные в [2] Холодильная камера содержит теплоизоляционный корпус, на одной из стенок или внутри стенки которого установлено термоэлектрическое устройство, выполненное в виде не менее чем одного каскада из последовательно соединенных термоэлементов, снабженных системой теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных, узлом крепления и системой соединения каскада с теплоизоляционным корпусом, размещенная внутри корпуса охлаждающая поверхность, соединенный теплопроводом с холодным концом термоэлектрического каскада, и размещенную снаружи корпуса систему рассеивания тепла в окружающее пространство, которая соединена теплопроводом с горячим концом термоэлектрического каскада.

Эффективность термоэлектрической системы зависит как от термоэлектрических свойств термоэлементов так и конструктивного исполнения самой системы, в том числе качества системы теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является уменьшение теплопритоков от горячих спаев к холодным через внешнюю по отношению к термоэлементу среду и тем самым снижение тепловой нагрузки на термоэлектрической каскад и как следствие повышение холодильного коэффициента холодильного термоэлемента со снижением расхода электроэнергии при одних и тех же внешних теплопритоках.

Указанный технический результат достигается тем, что в термоэлектрическом охлаждающем устройстве, содержащем теплоизоляционный корпус с термоэлектрической системой, выполненной в виде не менее чем одного каскада термоэлементов и снабженной узлом крепления термоэлементов, системой теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных и системой подсоединения термоэлектрической системы к теплоизоляционному корпусу, размещенная внутри корпуса охлаждающая поверхность и размещенную снаружи корпуса систему сброса тепла в окружающее пространство, система теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных выполнена в виде вакуумной камеры. Вакуумная камера может быть выполнена в виде термообразной конструкции, в качестве материала вакуумной камеры целесообразно использование материала с низкой теплопроводностью, например стекла или вакуумноплотной керамики, а также хромоникелевые стали и сплавы; внутренние стенки камеры могут быть покрыты тонким слоем вещества с низкой степенью черноты.

На чертеже фиг.1 приведена схема термоэлектрического охлаждающего устройства, а на фиг.2 варианты ее исполнения.

Термоэлектрическое охлаждающее устройство содержит теплоизоляционный корпус 1, на одной из стенок которого размещена термоэлектрическая система 2 каскадов термоэлементов. Холодный конец 3 каскада 2 с помощью теплопровода 4 соединен с размещенной внутри объема 5 холодильного устройства охлаждающей поверхностью 6. Горячие спаи 7 каскада 2 с помощью теплопровода 8 соединены с размещенной снаружи корпуса 1 системой 9 сброса (рассеяния) тепла в окружающее пространство. Термоэлектрическая система 2 снаружи узлом крепления 10, выполненным например в виде теплоизолированных от теплопроводов 4 и 8 тонкого болта с гайкой, системой теплоизоляции холодных концов 3 (холодных спаев термоэлементов) от горячего конца 7 (горячих спаев термоэлементов), выполненной в виде вакуумной камеры из стенки 11 и внутреннего отвакуумированного объема 12 и системой 13 подсоединения термоэлектрической системы 2 к теплоизоляционному корпусу 1. Вакуумная камера может быть выполнена в виде торообразной конструкции с произвольным поперечным сечением. Внутренняя поверхность стенок 12 может быть отполирована или покрыта тонким слоем вещества с низким коэффициентом излучательной способности. В качестве материала стенки 12 желательно использовать материал с низким коэффициентом теплопроводности, например, стекло, вакуумноплотную керамику, хромоникелевую сталь или сплав хрома с никелем. Одна из стенок корпуса 1 выполнена в виде открывающейся дверцы 14.

Термоэлектрическое охлаждающее устройство работает следующим образом.

После загрузки внутреннего объема 5 устройства подлежащей охлаждению или замораживанию продукцией, дверца 14 закрывается и при подаче электроэнергии на термоэлементы системы 2 на них возникает температурный перепад. За счет эффекта Пельтье тепло из внутреннего объема низкотемпературного объема 5 переносится к системе 9, которая рассеивает это тепло в окружающее пространство. При достижении стационарного режима каскад термоэлементов должен обеспечить отвод неизбежных внешних теплопритоков в корпус 1 и теплопритоков через систему теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных для последующего рассеяния системой 9. Благодаря введению вакуумной камеры в виде стенки 11 и отвакуумированного объема 12 дополнительные теплопритоки снижаются. Они пойдут по стенке 11 и будут зависеть от длины меридиана тора, толщины и теплопроводящих свойств материала стенки. Для снижения теплопередачи излучением внутренняя поверхность стенок 11 изготавливается таким образом, чтобы приведенная степень черноты была минимально возможной (полирование, нанесение тонкого покрытия вещества с низким коэффициентом излучения). В результате снижается тепловая нагрузка на термоэлектрический каскад 2 и соответственно потребление электроэнергии. С горячих спаев 7 термоэлементов каскада 2 тепловая мощность, равная мощности суммарных внешних и через систему теплоизоляции горячих и холодных спаев термоэлементов теплопритоков и мощности затрат электроэнергии каскада 2 через теплопровод 8 поступает в систему 9 рассеивания тепла в окружающее пространство.

Термоэлектрическая система может быть выполнена более чем из одного каскада термоэлементов, при этом вакуумная камера может быть выполнена единой для всех каскадов или для каждого из каскадов в отдельности.

Система теплоизоляции в виде вакуумной камеры может быть выполнена одновременно в виде узла крепления термоэлементов, например, в виде упругого элемента, сжимающего термоэлементы. Для получения сжимающего усилия используется предварительная деформация разрезного тора и давление воздуха. В этом случае уменьшаются теплопритоки через узел крепления, улучшаются теплопроводящие свойства теплопроводов от термоэлектрической системы к охлаждающей поверхности и к системе рассеивания тепла в окружающее пространство.

Благодаря уменьшению теплопритоков от горячих спаев термоэлементов к холодным, а также через узел крепления термоэлементов, достигается экономия электроэнергии и соответственно повышается холодильный коэффициент охлаждающего устройства, например, холодильного или морозильного агрегата.

Формула изобретения

1 1. Термоэлектрическое охлаждающее устройство, содержащее теплоизолированный корпус с термоэлектрической системой, выполненной в виде не менее чем одного каскада термоэлементов, снабженной системой теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных, узлом крепления термоэлементов и системой подсоединения к теплоизоляционному корпусу, размещенную внутри корпуса охлаждающую поверхность и размещенную снаружи корпуса систему рассеивания тепла в окружающее пространство, отличающееся тем, что система теплоизоляции горячих спаев термоэлементов от холодных выполнена в виде вакуумной камеры.2 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала стенки вакуумной камеры использован материал с низким коэффициентом теплопроводности. 2 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве материала с низким коэффициентом теплопроводности использовано стекло или вакуумноплотная керамика.2 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве материала с низким коэффициентом теплопроводности использованы хромоникелевые или безжелезные хромоникелевые сплавы.2 5. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что внутренняя поверхность стенки вакуумной камеры отполирована или покрыта слоем вещества с низким коэффициентом излучения.2 6. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что вакуумная камера выполнена в виде торообразной конструкции.2 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что торообразная конструкция имеет произвольное поперечное сечение.2 8. Устройство по пп.1 6, отличающееся тем, что вакуумная камера выполнена единой для всех каскадов термоэлементов или автономной для каждого из каскадов термоэлементов.2 9. Устройство по пп.1 8, отличающееся тем, что вакуумная камера выполнена в виде узла крепления термоэлементов.2 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что стенки вакуумной камеры выполнены упругими.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2