Способ тестирования элемента пельтье и малогабаритное электрическое устройство с элементом пельтье и защитным устройством



Способ тестирования элемента пельтье и малогабаритное электрическое устройство с элементом пельтье и защитным устройством
Способ тестирования элемента пельтье и малогабаритное электрическое устройство с элементом пельтье и защитным устройством

 

H01L35/00 - Термоэлектрические приборы, содержащие переход между различными материалами, т.е. приборы, основанные на эффекте Зеебека или эффекте Пельтье, с другими термоэлектрическими и термомагнитными эффектами или без них; способы и устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, H01L 27/00; холодильное оборудование, в котором используются электрические или магнитные эффекты, F25B 21/00; измерение температуры с использованием термоэлектрических и термомагнитных элементов G01K 7/00; получение энергии от радиоактивных источников G21H)

Владельцы патента RU 2549608:

БРАУН ГмбХ (DE)

Изобретение относится к контролю термоэлектрических устройств. Сущность: способ содержит этапы подачи электрического напряжения на элемент Пельтье, отключения напряжение по истечении определенного периода времени, измерения напряжения на элементе Пельтье и сравнения измеренного напряжения с контрольным значением. Малогабаритное электрическое устройство (например, электробритва) с элементом Пельтье имеет защитное устройство, обеспечивающее невозможность возникновения опасности для пользователя вследствие неправильного функционирования элемента Пельтье. Технический результат: упрощение, повышение надежности тестирования, обеспечение защиты пользователя. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Данное изобретение относится к способу тестирования элемента Пельтье, а также к малогабаритному электрическому устройству, в частности электробритве, с элементом Пельтье и защитным устройством.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

WO 2010/003603 A1 описывает бритву, которая оснащена элементом Пельтье для охлаждения кожи пользователя во время бритья. При применении элементов Пельтье существует опасность, что элемент может быть выведен из строя механическими или тепловыми воздействиями. Например, элемент может быть поврежден при падении или электрические соединения могут быть повреждены перегревом. В результате этого внутреннее сопротивление и характеристики охлаждения элемента изменяются. Это может вызывать ситуацию, когда элемент может больше не охлаждать, а вместо этого нагревать, так что сторона элемента, которая должна охлаждать, становится настолько горячей, что пользователь может получить ожог.

Цель настоящей патентной заявки - указать простой и надежный способ тестирования элемента Пельтье, а также малогабаритного электрического устройства с элементом Пельтье, в котором пользователь защищен против любого неправильного функционирования элемента Пельтье.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данная цель достигается способом, при применении которого для тестирования элемента Пельтье выполняются следующие шаги: для начала, на элемент Пельтье подается напряжение на определенный период времени. В конце этого периода времени напряжение на элементе Пельтье отключается, и после этого напряжение на элементе Пельтье измеряется и сравнивается с контрольным значением.

Этот способ использует природу элемента Пельтье, сочетающего в себе функции нагревающего и охлаждающего элемента и термоэлектрического генератора. При подаче напряжения на определенный период времени возникает ток через элемент Пельтье, который создает, если элемент Пельтье не поврежден, различие температур между холодной стороной элемента Пельтье и теплой стороной элемента Пельтье. Следовательно, после того как напряжение отключается, на элементе Пельтье будет присутствовать измеримое термоэлектрическое напряжение, которое соответствует этому различию температур. Однако, если элемент Пельтье поврежден, различие температур наблюдаться не будет, или будет наблюдаться только небольшое различие температур, и, следовательно, измерение покажет нулевое (или только сравнительно небольшое) термоэлектрические напряжение. Измеренное термоэлектрическое напряжение, следовательно, сравнивается с по меньшей мере одним контрольным значением, и, если необходимо, приводится в действие функция - например активируется устройство вывода или генерируется управляющий сигнал, если сравнение показывает, что элемент Пельтье неисправен, то есть если измеренное термоэлектрическое напряжение находится вне допустимого диапазона, определяемого контрольным значением.

Этот способ предназначен для тестирования элемента Пельтье, который устанавливается в малогабаритное электрическое устройство, например электробритву. Малогабаритное электрическое устройство содержит защитное устройство, которое гарантирует, что неправильное функционирование элемента Пельтье не может стать опасным для пользователя. Защитное устройство применимо для выполнения шагов вышеописанного способа и содержит цепь безопасности (например, микроконтроллер) и переключатель, управление которым может осуществляться цепью безопасности. Цепь безопасности соединяется с устройством для измерения термоэлектрического напряжения элемента Пельтье и содержит устройство для сравнения измеренного напряжения с по меньшей мере одним контрольным значением. Управляемый переключатель соединяется последовательно с элементом Пельтье и устройством питания. Защитное устройство, кроме того, может содержать по меньшей мере одно устройство вывода, которое активируется цепью безопасности, когда элемент Пельтье неисправен. В случае приводимого в движение двигателем малогабаритного электрического устройства, содержащего цепь управления двигателем, цепь безопасности может быть соединена с цепью управления и предотвращать включение двигателя малогабаритного электрического устройства, если элемент Пельтье неисправен. Таким образом, можно предотвратить эксплуатацию пользователем неисправного малогабаритного электрического устройства или прибора. Цепь безопасности и цепь управления могут может быть реализованы в одном микроконтроллере.

Предпочтительно защитное устройство всегда активируется, когда малогабаритное электрическое устройство включается пользователем, и затем выполняет тестирование элемента Пельтье, которое предпочтительно занимает только доли секунды. Если защитное устройство соединено с цепью управления малогабаритного электрического устройства и защитное устройство устанавливает, что элемент Пельтье находится в порядке, оно выдает соответствующий сигнал цепи управления, которая после этого включает малогабаритное электрическое устройство с задержкой, которая практически незаметна для пользователя. Естественно, тестирование элемента Пельтье может проводиться многократно с определенными временными интервалами.

Предпочтительно, защитное устройство может также иметь датчик температуры, который измеряет температуру теплой стороны элемента Пельтье или температуру в окрестностях теплой стороны элемента Пельтье и который соединяется с цепью безопасности. Путем измерения термоэлектрического напряжения на элементе Пельтье с учетом температуры, измеренной датчиком температуры, цепь безопасности может определить температуру холодной стороны элемента Пельтье. В случае электробритвы элемент Пельтье, которой должен охлаждать кожу пользователя во время бритья, холодной стороной является та сторона элемента Пельтье, которая может соприкасаться с кожей пользователя. Если температура холодной стороны не находится в пределах определенного температурного диапазона, определяемого первой и второй предельными величинами, цепь безопасности может также активировать устройство сигнализации и/или предотвращать включение привода механизма бритвы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение описывается посредством приводимого в качестве примера варианта осуществления изобретения в виде малогабаритного электрического устройства, защитное устройство которого действует в соответствии со способом, предлагаемым в изобретении.

Фиг.1. Одна из возможных компоновок схемы с цепью безопасности.

Фиг.2. Блок-схема осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компоновка схемы, показанная на Фиг.1, содержит цепь безопасности, например микроконтроллер µС, подключенный к управляемому переключателю T, например транзистору. Управляемый переключатель T соединяется последовательно с элементом Пельтье P. Устройство для измерения напряжения Vp на элементе Пельтье P имеет аналого-цифровой преобразователь ADC, вводы которого подключены параллельно элементу Пельтье P, и выход которого подключен к микроконтроллеру µС.

Микроконтроллер предназначен для тестирования элемента Пельтье P. Для этого он содержит известное устройство для приведения в действие управляемого переключателя T, устройство для генерирования контрольного напряжения VR и устройство для сравнения напряжения Vp, предоставляемого аналого-цифровым преобразователем ADC, с контрольным напряжением VR. Кроме того, в микроконтроллере реализован контроллер рабочего процесса, который контролирует шаги способа, показанного схематически на Фиг.2.

Эта компоновка схемы предназначена для малогабаритного электрического устройства, предпочтительно для электробритвы, с элементом Пельтье, теплая сторона которого термически соединена с охлаждающим телом, а холодная сторона которого расположена в бритве так, что может охлаждать кожу пользователя во время бритья. Иными словами, бритва содержит известную цепь управления, с помощью которой можно управлять функциями бритвы, например ее двигателем. Цепь управления может быть реализована в микроконтроллере или отдельно от него.

В другом варианте осуществления изобретения (который не показан на фигурах) защитное устройство также включает еще один датчик температуры, который находится в тепловом контакте с теплой стороной элемента Пельтье P и соединяется электрически с цепью безопасности. Цепь безопасности, например микроконтроллер, содержит устройство для определения температуры холодной стороны элемента Пельтье, которое определяет температуру холодной стороны элемента Пельтье по температуре теплой стороны элемента Пельтье (предоставляемой датчиком температуры) и напряжению на элементе Пельтье (предоставляемому аналого-цифровым преобразователем ADC). Контроллер рабочего процесса сконструирован так, что холодная сторона элемента Пельтье P приводится к температуре, которая находится в пределах диапазона температур, сохраненного в микроконтроллере и воспринимаемого пользователем как приятный, например в диапазоне между 10°C и 20°C. Для этой цели управляемый переключатель Т соответствующим образом приводится в действие цепью безопасности. В еще одном варианте осуществления изобретения контроллер рабочего процесса сконструирован так, чтобы холодная сторона элемента Пельтье не могла приобретать излишне высокую температуру, что означает, что при необходимости упомянутый контроллер рабочего процесса вовремя прерывает подачу электропитания на элементы Пельтье P посредством управляемого переключателя T.

Этапы способа тестирования элемента Пельтье показаны на Фиг.2. Для начала, элемент Пельтье P включается при помощи управляемого переключателя T таким образом, что если элемент Пельтье не поврежден, образуется разность температур между его теплой и холодной сторонами. После непродолжительного периода времени, например около 2 мс, элемент Пельтье отключается, и немедленно после этого измеряется напряжение Vp на элементе Пельтье и сравнивается микроконтроллером с контрольным напряжением VR. Если напряжение Vp выше, чем контрольное напряжение VR, элемент Пельтье исправен, а если напряжение Vp ниже, чем контрольное напряжение VR, элемент Пельтье не исправен. В дополнительном шаге (который не показан на Фиг.2) возможно выявить различие между неисправностью элемента Пельтье и заменой полярности на противоположную.

Размеры и значения, описанные в данной заявке, не должны толковаться как строго ограниченные приведенными точными размерами и численными значениями. Вместо этого, если не указано иное, каждый размер и/или значение предназначено для обозначения как приведенного значения, так и функционально эквивалентного диапазона, окружающего этот размер или значение. Например, измерение, раскрываемое как "40 мм", следует понимать как "около 40 мм".

1. Способ тестирования элемента Пельтье, содержащий этапы, на которых:
подают электрическое напряжение на элемент Пельтье;
отключают подачу напряжения на элемент Пельтье по истечении определенного периода времени;
измеряют электрическое напряжение на элементе Пельтье и
сравнивают измеренное напряжение на элементе Пельтье с контрольным значением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, дополнительно содержит этап, на котором сравнивают значение по модулю электрического напряжения на элементе Пельтье с контрольным значением.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит этап, на котором обеспечивают по меньшей мере одно устройство вывода и устройство генерации управляющего сигнала, связанного с элементом Пельтье, причем устройство вывода активируется или управляющий сигнал генерируется, если сравнение показывает, что измеренное напряжение находится вне допустимого диапазона, определяемого контрольным значением.

4. Электрическое устройство, содержащее элемент Пельтье, содержащий теплую сторону и холодную сторону, при этом холодная сторона доступна пользователю, при этом упомянутое электрическое устройство дополнительно содержит защитное устройство для тестирования упомянутого элемента Пельтье, выполненное с возможностью:
подачи электрического напряжения на элемент Пельтье;
отключения подачи напряжения на элемент Пельтье по истечении определенного периода времени;
измерения напряжения на элементе Пельтье и
сравнения измеренного напряжения на элементе Пельтье с контрольным значением.

5. Электрическое устройство по п.4, отличающееся тем, что защитное устройство содержит: цепь безопасности, устройство для измерения электрического напряжения на элементе Пельтье, подключенное к цепи безопасности, и управляемый переключатель, выполненный соединенным последовательно с элементом Пельтье и с возможностью быть управляемым цепью безопасности.

6. Электрическое устройство по п.5, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство вывода, связанное с элементом Пельтье и выполненное с возможностью быть управляемым цепью безопасности.

7. Электрическое устройство по п.4, отличающееся тем, что защитное устройство содержит датчик температуры.

8. Электрическое устройство по п.7, отличающееся тем, что защитное устройство выполнено с возможностью отключения электрического устройства при превышении температурой холодной стороны элемента Пельтье первой предельной величины или при снижении температуры холодной стороны элемента Пельтье ниже второй предельной величины.

9. Электрическое устройство по п.7, отличающееся тем, что дополнительно содержит устройство сигнализации, связанное с защитным устройством, причем устройство сигнализации выполнено с возможностью активации при превышении температурой холодной стороны элемента Пельтье первой предельной величины или при снижении температуры холодной стороны элемента Пельтье ниже второй предельной величины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством.

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам нагрева-охлаждения циркулирующих потоков жидкости или газа и может найти применение в энергетической, химической, нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к автоэлектронным преобразователям и может быть использовано в качестве генератора холода или теплозащитного экрана. .

Изобретение относится к области производства, преобразования и распределения электрической энергии и может быть использовано в устройствах для прямого преобразования тепловой энергии в электрическую.

Группа изобретений относится к медицине. Система формирования протокола на основе обратной связи для теплового лечения части тела человека или животного содержит устройство теплообмена для нагревания и/или охлаждения части тела, соединенное с устройством теплового лечения, с помощью которого осуществляют способ формирования протокола. При этом формируют протокол для теплового лечения на основе известного протокола. Получают данные, относящиеся к реакции пациента на тепловое лечение, от части тела с помощью средства измерения. Адаптируют сформированный протокол на основе полученных данных с помощью средства адаптации. На этапе адаптации протокола контролируют количество тепловой энергии, обмениваемой во время теплового лечения и определяемой с помощью средства измерения. Средство адаптации выполнено с возможностью изменения температуры и/или давления, и/или продолжительности/частоты циклов теплового лечения, и/или содержания лечения каждого цикла теплового лечения, и/или продолжительности всего лечения. Применение изобретений позволит адаптировать протокол теплового лечения для пациента за счет определения количества обмениваемой тепловой энергии. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к производству полупроводниковых материалов, в частности к получению термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма, применяемых для изготовления варизонных полупроводников для термоэлектрических элементов малогабаритных холодильников Пельтье, работающих в интервале температур 100-200 К. Способ получения длинномерного слитка постоянного сечения из термоэлектрических бинарных сплавов типа висмут-сурьма включает плавление и кристаллизацию слитка, причем проводят направленную кристаллизации со скоростью 20-30 мм/ч, а затем проводят однократную зонную плавку в обратном направлении со скоростью 0,2-0,5 мм/ч при ширине зоны, равной 0,15-0,30 длины слитка. Техническим результатом изобретения является повышение термоэлектрической добротности сплавов в магнитном поле и без него путем создания близкого к линейному распределения концентрации компонентов сплава по длине полученного слитка. 1 ил., 1 пр.

Заявленное изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при нагреве и охлаждении воды и напитков. Предложен способ изменения температуры жидкости, заключающийся в отборе тепловой энергии с помощью теплового процесса, основанного на термоэлектрическом эффекте элемента Пельтье. На верхнюю пластину устанавливают емкость из теплопроводного металла, а нижнюю пластину элемента Пельтье соединяют с теплопроводом, осуществляющим прямой или обратный теплоперенос в емкость с жидкостью, установленную под элементом Пельтье. Технический результат - повышение КПД процесса. 1 ил.

Изобретение относится к твердотельной криогенике, а именно к холодильникам на эффекте Пельтье с применением магнитного поля (продольный гальвано-термомагнитный эффект), и может быть использовано при охлаждении малых объектов. В охлаждающем устройстве, содержащем термоэлемент с n-ветвью 10 из сплава Bi-Sb и пассивной p-ветвью 9 из металла, размещенный в магнитном поле, n-ветвь выполнена с монотонно увеличивающейся по ее длине от горячего спая к холодному концентрацией сурьмы в сплаве, которая вычисляется по формуле ∇C=∇T·(Eg/Tг· δ ), где ∇C - градиент концентрации сурьмы в сплаве, ат%·см-1, Eg - среднее значение ширины зазора между валентной зоной и зоной проводимости n-ветви, мэВ, Тг - температура горячего спая термоэлемента, К, ∇Т - градиент температуры по n-ветви, К/см, δ - быстрота нарастания ширины зазора между валентной зоной и зоной проводимости в сплаве с увеличением содержания сурьмы, мэВ/ат%. Повышение термоэлектрической эффективности достигается компенсацией продольного изменения (градиента) напряженности электрического поля поперечных гальвано- и термомагнитных эффектов, вызванного перепадом температуры по длине ветви, изменением концентрации сурьмы в сплаве вдоль ветви. 1 ил.

Группа изобретений относится к области железнодорожного транспорта и может быть использована в качестве автономного источника питания железнодорожных вагонов. Способ электроснабжения заключается в преобразовании усилий вращения колесной пары вагона в электрическую энергию. К поверхности вращения колесной пары при помощи устройства прижатия через фрикционную прокладку прижимают термоэлектрический преобразователь одной поверхностью для обеспечения ее нагрева. На другой поверхности преобразователя закрепляют радиатор для обеспечения необходимой разности температур на поверхностях. Электрический ток с выхода преобразователя используют для подзарядки аккумулятора. Устройство электроснабжения содержит аккумулятор, генератор электрического тока, устройства преобразования и стабилизации напряжения и тока, а также устройства для подключения и отключения аккумулятора. В качестве генератора используется термоэлектрический преобразователь, который прижат одной поверхностью через фрикционную прокладку к поверхности вращения колесной пары, а на другой его поверхности закреплен радиатор. Выходы преобразователя соединены с входом устройства преобразования и стабилизации напряжения и тока, выход которого подключен к входам аккумулятора и входам питаемой аппаратуры посредством устройств подключения и отключения. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к термоэлектрической энергетике и может быть использовано для преобразования тепла отработавших газов из двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию. Сущность изобретения: термоэлектрический модуль (1) с холодной стороной (2), горячей стороной (3), а также расположенными между ними термоэлектрическими элементами (4), соединенными электропроводными перемычками с образованием трубчатого устройства с внешней периферической поверхностью. Между термоэлектрическими элементами (4) и, по меньшей мере, холодной стороной (2) или горячей стороной (3) расположен сжимаемый теплопроводный слой (5), расположенный на внешней периферической поверхности трубчатого устройства. Способ изготовления термоэлектрического модуля (1) включает калибрование внешней трубки, образующей холодную или горячую сторону. Технический результат: возможность использования термоэлектрических элементов и других элементов модуля с большими допусками в радиальном направлении, предотвращения пиков напряжения на отдельных конструктивных деталях, вызываемых калиброванием. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх