Термоэлектрическое устройство для контактного охлаждения поверхностей

 

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам для охлаждения объектов контактным способом и может быть использовано в различных отраслях промышленности: холодильной, строительной, машиностроении, а также в медицине. Термоэлектрическое устройство для контактного охлаждения поверхностей, преимущественно плоских, содержит теплоизолированный корпус с дном и контактным диском, установленный в нем охладитель с блоками термомодулей, работающих на основе эффекта Пельтье, датчик температуры и блок питания. Охладитель выполнен в виде концентратора температуры в форме усеченной пирамиды или усеченного конуса. Блоки термомодулей размещены на основаниях концентратора так, что один из них, размещенный на большом основании, контактирует с дном поверхностью, на которой выделяется тепло, а другой, размещенный на малом основании, контактирует с контактным диском поверхностью, на которой выделяется холод. Дно корпуса снабжено теплообменником. Использование изобретения позволит создать малогабаритное, легкое и экономичное устройство для контактного охлаждения плоских поверхностей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам для охлаждения объектов контактным способом и может быть использовано в различных отраслях промышленности: холодильной, строительной, машиностроении, а также в медицине.

Известны термоэлектрические устройства, созданные на основе эффекта Пельтье для охлаждения различных сред, содержащие теплоизолированный корпус с термоохлаждающей системой, выполненной в виде не менее чем одного каскада термоэлементов, блок питания, систему контроля температуры, включающую датчик температуры, устройство для охлаждения горячих спаев термомодулей и узлы крепления термомодулей в корпусе (Россия, патенты №2077684, МПК F 25 D 11/00, F 25 В 21/00; №2112908, МПК F 25 В 21/02).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту изобретения является термоэлектрическое устройство для физиотерапии, содержащее термопроводящий контактный элемент, соединенный с термоэлектрическим модулем, термодатчик и охладитель, поджатый к термомодулю через теплопровод (Россия, патент №2084211, МПК A 61 F 7/00).

Недостатками известной конструкции являются:

1. Высокие энергетические затраты на получение отрицательных температур.

2. Большие габариты и вес устройства.

Задачей изобретения является устранение недостатков известной конструкции термоэлектрического устройства, а именно создание малогабаритного, легкого и экономичного устройства для контактного охлаждения плоских поверхностей.

Поставленная задача решается тем, что в термоэлектрическом устройстве для контактного охлаждения поверхностей, которое содержит теплоизолированный корпус с дном и контактным диском, установленный в нем охладитель с термомодулями, работающими на основе эффекта Пельтье, датчик температуры, охладитель выполнен в виде концентратора температуры в форме усеченной пирамиды или усеченного конуса, а термомодули размещены на основаниях концентратора так, что один из них, размещенный на большом основании, контактирует с дном поверхностью, на которой выделяется тепло, а другой, размещенный на малом основании, контактирует с контактным диском поверхностью, на которой выделяется холод, при этом дно корпуса снабжено теплообменником.

Кроме того, охладитель зафиксирован в корпусе вспененным пенополиуретаном.

Кроме того, концентратор температуры, дно корпуса и контактный диск выполнены из теплопроводного материала, преимущественно на основе меди или алюминия.

Кроме того, теплообменник выполнен в виде водяного или воздушного радиатора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид заявляемого устройства, а на фиг.2 - вариант теплообменника с воздушным охлажением.

Термоэлектрическое устройство для контактного охлаждения поверхностей включает в себя теплоизолированный корпус 1 с дном 2 и контактным диском 3, охладитель 4 и теплообменник 5. Охладитель 4 состоит из блоков термомодулей 6 и 7, которые монтированы на основаниях концентратора 8 температуры. Концентратор 8 выполнен в форме металлической усеченной пирамиды или усеченного конуса, ось его совпадает с осью корпуса 1. На нижнем основании 9 концентратора 8 при помощи теплопроводного клея или винтов закреплен холодной стороной блок термомодулей 6, а на верхнем основании 10 закреплен горячей стороной блок термомодулей 7. Концентратор 8 зафиксирован в корпусе 1 вспененным пенополиуретаном 11, кроме того, пенополиуретан выполняет в конструкции роль теплоизолятора корпуса 1 и герметизатора блоков термомодулей 6 и 7. Для контроля температуры в контактный диск 3 встроен датчик температуры 12. Теплообменник 5 может быть выполнен как в виде водяного радиатора 13, охлаждаемого проточной холодной водой и закрепленного на дне 2 корпуса 1, так и в виде воздушного радиатора 14, обдуваемого вентилятором 15. Для подачи электропитания в состав термоэлектрического устройства включен также блок питания 16, который преобразует напряжение электросети 220 В, 50 Гц в постоянное напряжение величиной 12...24 В.

Работает термоэлектрическое устройство для контактного охлаждения поверхностей следующим образом. Термоэлектрическое устройство устанавливают контактным диском на плоскую охлаждаемую поверхность объекта. Через подключенный к сети блок питания 16 на блоки термомодулей 6 и 7 подается рабочее напряжение, при этом на холодной стороне блоков возникают отрицательные температуры, а на горячей стороне - положительные температуры, которые снимаются на блоке 6 теплообменником 5, а на блоке 7 компенсируются отрицательными температурами, возникающими на холодной стороне блока 6, которые передаются на него путем теплообмена через концентратор 8. Благодаря исполнению концентратора 8 в виде усеченной пирамиды или усеченного конуса при подходе к блоку 7 температура верхнего основания усеченной пирамиды понижается, что, в целом, позволяет получить на контактном диске 3 более низкие температуры, а значит и снизить энергетические затраты на их получение. Концентратор 8, дно 2 и контактный диск 3 корпуса 1 изготовлены из теплопроводного материала, преимущественно на основе меди или алюминия, что также ведет к снижению энергетических затрат.

В настоящее время изготовлен и испытан с положительными результатами опытный образец предложенного малогабаритного термоэлектрического устройства диаметром 150 мм и высотой 70 мм, предназначенного для охлаждения плоских поверхностей стекол при проведении испытаний по определению температуры точки росы стеклопакетов, четвертой группы сложности. При этом на охлаждаемой поверхности создаются температуры до минус 60°С. Предложенное термоэлектрическое устройство позволяет работать с малыми энергетическими затратами. Потребляемая мощность – 150...250 Вт. Вес термоэлектрического устройства вместе с блоком питания - не более 5 кг.

Рекомендовано начать серийный выпуск продукции.

Формула изобретения

1. Термоэлектрическое устройство для контактного охлаждения поверхностей, преимущественно плоских, содержащее теплоизолированный корпус с дном и контактным диском, установленный в нем охладитель с блоками термомодулей, работающих на основе эффекта Пельтье, датчик температуры и блок питания, отличающееся тем, что охладитель выполнен в виде концентратора температуры в форме усеченной пирамиды или усеченного конуса, а блоки термомодулей размещены на основаниях концентратора так, что один из них, размещенный на большом основании, контактирует с дном поверхностью, на которой выделяется тепло, а другой, размещенный на малом основании, контактирует с контактным диском поверхностью, на которой выделяется холод, при этом дно корпуса снабжено теплообменником.

2. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что охладитель зафиксирован в корпусе вспененным пенополиуретаном.

3. Термоэлектрическое устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что концентратор температуры, дно и контактный диск выполнены из теплопроводного материала преимущественно на основе меди или алюминия.

4. Термоэлектрическое устройство по п.1, отличающееся тем, что теплообменник выполнен в виде водяного или воздушного радиатора.

РИСУНКИ