Термоэлектрическое охлаждающее устройство



Термоэлектрическое охлаждающее устройство
Термоэлектрическое охлаждающее устройство
Термоэлектрическое охлаждающее устройство

 


Владельцы патента RU 2450221:

Государственное унитарное предприятие "Конструкторское бюро приборостроения" (RU)

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам охлаждения и термостатирования и может быть использовано в различных конструкциях холодильной и термостабилизирующей техники. Задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей и повышении технологичности термоэлектрического охлаждающего устройства. Устройство содержит корпус-радиатор с закрепленным в нем объектом охлаждения, теплопроводный элемент с контактными поверхностями, примыкающую к ним термоэлектрическую батарею, холодные и горячие спаи которых параллельны друг другу и термически соединены с внутренней поверхностью стенки корпуса-радиатора и стенкой объекта охлаждения. Контактные поверхности теплопроводного элемента выполнены с наклоном относительно друг друга, а внутренняя поверхность стенки корпуса-радиатора выполнена с наклоном относительно стенки объекта охлаждения и снабжена буртиком и ограничительными планками, при этом угол наклона внутренней поверхности стенки корпуса-радиатора к стенке объекта охлаждения равен углу наклона контактных поверхностей теплопроводного элемента. Термоэлектрическая батарея установлена на внутренней поверхности корпуса-радиатора между ограничительными планками с опорой на буртик, а теплопроводный элемент установлен с возможностью перемещения для прижима его контактных поверхностей к стенке объекта охлаждения и холодным спаям термобатареи и снабжен устройством перемещения. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к холодильной технике, а именно к термоэлектрическим устройствам термостатирования и охлаждения, содержащим термобатарею, состоящую из термоэлектрических модулей с холодными и горячими спаями, работающими при подаче постоянного тока и передающими свое тепло теплообменникам, находящимся внутри и снаружи холодильного устройства. При этом, как правило, внутренняя камера от внешнего теплообменника изолирована теплоизоляцией. Известно, что передача и отвод тепла осуществляются эффективнее при малом тепловом сопротивлении теплообменников. Исходя из этого применяют те или иные конструкции холодильных устройств, обеспечивающих наиболее низкое тепловое сопротивление цепи «объект охлаждения - термобатарея - отводящее устройство». В этом случае решающую роль играет вид соединения термоэлектрического модуля с теплообменным устройством.

В настоящее время в качестве батарей в холодильных приборах применяют термоэлектрические модули Пельтье. Термоэлектрические модули изготавливают из двух гладких, сравнительно тонких (2 мм) наружных керамических прокладок и полупроводниковых переходов, находящихся между прокладками. Именно наличие керамических пластин создает сложности при установке и закреплении указанных модулей в различного рода конструкциях холодильных устройств. Стоит отметить, что в последнее время предпринимаются попытки по замене хрупкой керамики на более прочный материал (ПМ №33462 от 27.06. 2003. М. Кл. 7 Н01L 35/02, 35/32), например на алюминий или медь с небольшим слоем керамики. Это позволяет изготавливать термомодули различного конструктивного исполнения и размеров, но в силу различных причин производство указанных модулей и их применение в термоэлектрических приборах в настоящее время не налажено.

В связи с этим в большинстве случаев в холодильных устройствах применены термоэлектрические модули с гладкими керамическими пластинами с различными конструктивными вариантами их установки и закрепления.

Так, например, известен термоэлектрический холодильник (М. кл. F25B 21/02, авт.св. N342024 от 14.06.72), содержащий прямоугольную камеру с двойными стенками, полость между которыми отвакуумирована, и термоэлектрическую батарею из полупроводниковых элементов с коммутационными пластинами на горячих и холодных спаях, которые размещены в ее межстеночной полости, и наружные стенки камеры поджаты атмосферным давлением к коммутационным пластинам «горячих» слоев, а внутренние к коммутационным пластинам «холодных» спаев. Каждый полупроводниковый элемент заключен в вакуумно-плотный кожух, а камеры и дверь по линии разъема имеют гофрированные вставки из малотеплопроводного материала, между гофрами которых размещены прокладки.

Недостатком такого холодильника является сложность конструкции, обусловленная необходимостью выполнения параллельных упругих тонких стенок, обеспечивающих хороший тепловой контакт термобатареи с указанными стенками и охлаждаемым объектом, отвод тепла от указанных стенок, а также необходимость вакуумирования полостей межстеночноного пространства и защиты этих полостей и полупроводниковых элементов от действия атмосферного давления. Кроме того, в подобной конструкции трудно осуществить одинаковое усилие прижима для нескольких рядом расположенных термобатарей к внутренним и наружным стенкам холодильника.

Известно также техническое решение (SU №1257378 A1, F25В 21/02 от 16.01.85), содержащее теплоизолированный кожух, в котором размещен металлический стакан с термоэлектрическим охладителем, выполненным в виде расположенной внутри кожуха системы радиально установленных термобатарей с индивидуальным теплообменником и упругим прижимом у каждой из них, а на боковой поверхности стакана между батареями выполнены боковые прорези. Данное решение устраняет недостаток предыдущей конструкции в части размещения рядом расположенных термобатарей, но в тоже время обладает рядом других. Наличие дополнительной стенки, необходимой для упора пружин прижимов, усложняет конструкцию, стенка мешает отводу тепла от теплообменников и, в связи с этим, возникает необходимость применения водяного охлаждения.

Наиболее близким по техническому решению является термоэлектрическое устройство для охлаждения полупроводниковых приборов, содержащее термоэлектрическую батарею, на холодных спаях которой установлен объект охлаждения, а горячие спаи снабжены радиатором с теплопроводным элементом, выполненным в виде пластины, установленной между горячими спаями и радиатором и жестко присоединенной к ним (авт.св. N861894, кл. F25В 21.02, от 21.08.78).

Выполнение теплопроводного элемента в виде пластины хотя и позволяет иметь тепловой контакт охлаждаемого элемента со спаями батареи при определенной температуре, однако исключает возможность его контроля и регулировки. При этом подобное конструктивное решение сложно применить в устройстве, где объекту охлаждения требуется двухстороннее и к тому же, например, многоместное охлаждение. Кроме того, для осуществления контакта с помощью пластины (плоскопараллельного теплопроводного элемента), требуется соблюдение высокой точности изготовления теплопроводного элемента по сравнению с расчетным значением, так как практически приращение его размеров при нагревании (изменении температуры) сравнимо с допуском на его изготовление по 9-11 квалитету). Данное обстоятельство затрудняет применение теплопроводных пластин в указанных устройствах без их индивидуальной подгонки (регулировки) теплопроводных элементов и, следовательно, такую конструкцию сложно применить для серийного изготовления указанных охлаждающих устройств.

Задача изобретения состоит в расширении функциональных возможностей и повышении технологичности термоэлектрического охлаждающего устройства.

Поставленная задача решается за счет того, в термоэлектрическом охлаждающем устройстве, содержащем корпус-радиатор с закрепленным в нем объектом охлаждения, теплопроводным элементом с контактными поверхностями, примыкающей к нему термоэлектрической батарей, холодные и горячие спаи которой параллельны друг другу и термически соединены с внутренней поверхностью стенки корпуса-радиатора и стенкой объекта охлаждения, контактные поверхности теплопроводного элемента выполнены с наклоном относительно друг друга, а внутренняя поверхность стенки корпуса-радиатора выполнена с наклоном относительно стенки объекта охлаждения и снабжена буртиком и ограничительными планками, при этом угол наклона внутренней поверхности корпуса-радиатора к стенке объекта охлаждения равен углу наклона контактных поверхностей теплопроводного элемента, причем термоэлектрическая батарея установлена на внутренней поверхности корпуса-радиатора между ограничительными планками с опорой на буртик, а теплопроводный элемент установлен с возможностью перемещения для прижима его контактных поверхностей к стенке объекта охлаждения и холодным спаям термобатареи и снабжен устройством перемещения.

Выполнение равных углов наклона контактных поверхностей теплопроводного элемента и внутренней поверхности стенки корпуса-радиатора со стенкой объекта охлаждения обеспечивает при перемещении теплопроводного элемента прижим друг к другу всех контактных поверхностей, участвующих в теплообмене между объектом охлаждения и корпусом-радиатором.

Возможность получения одинакового усилия прижима путем перемещения каждого отдельно взятого теплопроводного элемента позволяет обеспечить в конструкции охлаждающего устройства двухместную и двухстороннюю установку термобатарей, получая при этом в каждом случае качественный контакт независимо от величины первоначального зазора между стенками корпуса-радиатора и объекта охлаждения. Наличие двухсторонней и двухместной установки термобатарей улучшает равномерность распределения температуры в охлаждаемом объекте и корпусе-радиаторе, что в конечном итоге повышает надежность и качество работы устройства.

Таким образом, заявляемое техническое решение путем применения двухстороннего и двухместного охлаждения объекта позволило в отличие от прототипа расширить его функциональные возможности, не усложняя при этом конструкцию устройства.

Выполнение с наклоном относительно друг друга контактных поверхностей теплопроводного элемента повышает технологичность конструкции, так как в этом случае не нужен точный расчет толщины теплопроводного элемента, требующий многих справочных данных о применяемых элементах. И, главное, отпадает необходимость его изготовления согласно расчетному значению с допусками, которые обязательно должны быть меньше температурных изменений размеров элементов, находящихся между объектом охлаждения и корпусом-радиатором.

Заявленное техническое устройство поясняется графическими материалами, на которых представлены:

- на фиг.1 - фронтальный разрез устройства;

- на фиг.2 - профильный сложный разрез устройства;

- на фиг.3 - вид В (увеличенное взаимное положение термобатареи и теплопроводного элемента после их установки).

Устройство содержит расположенные по обе стороны охлаждаемого объекта четыре термоэлектрические батареи 1, холодные и горячие спаи которых параллельны друг другу, корпус-радиатор 2 с внутренней наклонной поверхностью 3, буртиком 4 и ограничительными планками 5, объект охлаждения (телекамеру) 6, теплопроводные элементы 7 с контактными поверхностями 8 и 9, устройство перемещения теплопроводных элементов в виде винтов 10, установленных на планках 11. Контактные поверхности 8 и 9 теплопроводных элементов 7 выполнены с наклоном относительно друг друга, а внутренняя поверхность 3 корпуса-радиатора 2 выполнена с таким же наклоном относительно стенки объекта охлаждения 6. Объект охлаждения 6 неподвижно закреплен в корпусе-радиаторе винтами 12. С внутренней стороны корпус-радиатор имеет теплоизоляцию 13, установленный на теплоизоляционном основании регулятор температуры 14, который сверху закрывается крышкой 15. Электропитание на термобатарею 1, телекамеру 6 и регулятор температуры 14 подается через разъем 16.

Работа устройства, представленного на фиг.1 и фиг.2, происходит следующим образом.

В корпус-радиатор 2 с предварительно снятыми крышкой 15 и планками 11 устанавливают охлаждаемое устройство 6 и закрепляют винтами 12. На внутреннюю поверхность 3 между ограничительных планок 5 с опорой на буртик 4 устанавливают пластины термобатарей 1. После установки пластин термобатареи 1 между ними и стенкой объекта охлаждения 6 устанавливают теплопроводные элементы 7, планки 11 и винты 10. Затем винтом 10 перемещают теплопроводный элемент 7 до достижения плотного контакта его поверхностей с холодными спаями термобатареи 1 и стенкой объекта охлаждения 7. Указанную операцию проводят отдельно для каждого теплопроводного элемента, получая таким образом независимые качественные контакты каждой термобатареи 1 с теплопроводным элементом 7 и корпусом-радиатором 2, а объекта охлаждения 6 с теплопроводным элементом 7. При этом качество контактов практически не зависит от расстояния между внутренней стенкой корпуса-радиатора 2 и стенкой объекта охлаждения 6, а определяется только величиной перемещения теплопроводного элемента 7.

Указанное обстоятельство позволило сравнительно просто, в отличие от аналогов, применить в конструкции охлаждающего устройства двухместное и двустороннее охлаждение телекамеры 6. Наличие двухстороннего и двухместного охлаждения улучшает равномерность распределения температуры в объекте охлаждения и корпусе-радиаторе, что в конечном итоге повышает надежность и качество его работы.

Таким образом, реализованное в данном устройстве заявляемое техническое решение позволило в отличие от прототипа расширить его функциональные возможности при одновременном повышении технологичности и упрощении конструкции.

По мнению автора, заявляемое техническое решение может найти широкое применение в различных конструкциях холодильной и термостабилизирующей техники, в особенности, для многоместного и многостороннего охлаждения и термостабилизирования различных объектов техники.

Термоэлектрическое охлаждающее устройство, содержащее корпус-радиатор с закрепленным в нем объектом охлаждения, теплопроводный элемент с контактными поверхностями, примыкающую к нему термоэлектрическую батарею, холодные и горячие спаи которой параллельны друг другу и термически соединены с внутренней поверхностью стенки корпуса-радиатора и стенкой объекта охлаждения, отличающееся тем, что контактные поверхности теплопроводного элемента выполнены с наклоном относительно друг друга, а внутренняя поверхность стенки корпуса-радиатора выполнена с наклоном относительно стенки объекта охлаждения и снабжена буртиком и ограничительными планками, при этом угол наклона внутренней поверхности стенки корпуса-радиатора к стенке объекта охлаждения равен углу наклона контактных поверхностей теплопроводного элемента, причем термоэлектрическая батарея установлена на внутренней поверхности корпуса-радиатора между ограничительными планками с опорой на буртик, а теплопроводный элемент установлен с возможностью перемещения для прижима его контактных поверхностей к стенке объекта охлаждения и холодным спаям термобатареи и снабжен устройством перемещения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к средствам для кондиционирования воздуха в воздушных, в частности, пассажирских судах. .

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники и предназначено для быстрого замораживания различных продуктов. .

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники и предназначено для быстрого замораживания различных продуктов, например плазмы крови, а также пищевых продуктов, помещенных в полимерные пакеты.

Изобретение относится к области термоэлектричества, в частности к термоэлектрическим устройствам Пельтье или Зеебека, эксплуатируемых в условиях многократного термоциклирования.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к конструкциям портативных медицинских термостатов. .

Изобретение относится к технике кондиционирования и может быть использовано на транспортных средствах (кабины, салоны, изотермические фургоны), в электротехнике (термостатирование электрических систем управления, телекоммуникации и связи) и в быту для создания комфортных условий жизнедеятельности людей.

Изобретение относится к области медицины, может быть использовано в нейрохирургии для лечения травм и заболеваний спинного мозга. .

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для контроля и управления температурой трансфузионных средств в процессе их введения в организм человека.

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам для управляемого стимулирования биологически активных участков кожи. .

Изобретение относится к способам охлаждения питьевой воды и установкам для получения охлажденной питьевой воды и может быть использовано в торговых автоматах для приготовления и разлива охлажденных напитков миксерного типа, например Сагома, Венсон.

Изобретение относится к устройствам тепла или холода и предназначено для оценки температурных изменений параметров микромеханических модулей

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для локального температурного и магнитного воздействия на рефлекторные зоны нижних конечностей человека, а также может быть использовано в целях лечебного массажа

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано на станциях переливания крови, в хирургических и реанимационных отделениях больниц и клиник, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях

Изобретение относится к устройствам, работа которых основана на эффектах Ранка-Хилше, Пельтье, Зеебека, и может быть использовано в нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности для нагрева/охлаждения газа или жидкости, а также получения электроэнергии для питания слаботочной аппаратуры

Изобретение относится к области медицинской техники, а конкретно к диагностическим приборам, основывающимся на определении температурной чувствительности кожи человека

Изобретение относится к медицинской технике для создания аппаратов, реализующих оптимальную программу реверсивных тепловых воздействий на участке тела человека

Изобретение относится к термоэлектрическим системам климат-контроля ограниченного объема воздуха

Изобретение относится к области термоэлектричества и предназначено для использования в термоэлектрических охлаждающих устройствах и (или) термоэлектрических генераторах

Изобретение относится к системам отопления с использованием внешнего низкопотенциального источника тепла. Устройство содержит используемую в качестве теплового насоса термоэлектрическую батарею, подключенную к сети переменного тока через выпрямитель и терморегулятор и состоящую из термоэлектрических модулей, пластины которых термически соединены с теплообменниками соответственно для подвода низкопотенциального тепла и отвода тепла в обогреваемое помещение. Термоэлектрическая батарея выполнена из одной или нескольких параллельно соединенных электрических цепей, каждая из которых образована последовательно соединенными термоэлектрическими модулями, количество которых в цепи определено соотношением n=KUo/Umax, где Uo - напряжение питания термоэлектрической батареи на выходе выпрямителя, Umax - максимально допустимое напряжение питания одного модуля цепи, К=2÷5 - коэффициент снижения электрической нагрузки одного модуля. Техническим результатом изобретения является повышение отношения вырабатываемой тепловой мощности к потребляемой электроэнергии. 1 ил.

Термоэлектрический блок охлаждения применяется в холодильной технике. Термоэлектрический блок охлаждения содержит два или более термоэлектрических модуля (2), размещенных в герметичной камере (4), предварительно вакуумированной и заполненной осушенным газом. Горячие спаи термомодулей связаны с жидкостным радиатором (6) герметичной камеры, а холодные спаи связаны с конденсаторами (7). В каждый конденсатор встроены три независимых термосифона (8) с внутренними паропроводами (10), причем зона испарения (9) термосифонов находится в корпусе воздушного радиатора (3), отделенного теплоизолирующей вставкой (5) от жидкостного радиатора герметичной камеры, что обеспечивает однонаправленность передачи тепла в случае отключения питания термоэлектрических модулей. Теплоизолированный корпус (1) образует внутренний и внешний тепловые контуры. Вентилятор (11) и электрический нагреватель (12) установлены на корпусе воздушного радиатора. Использование изобретения обеспечивает снижение затрат электроэнергии. 1 ил.
Наверх