Патент ссср 322821

 

О П И (: А-ЙИЕ

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОИУ СВИДЕХЕЛ1зСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 02111.1970 (№ 1409165/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано ЗО,Х11971. Бюллетень № 36

Дата опубликования описания 9.II.1972

М. Кл. Н 01v 1/02

Н Olv 1/28

Комитет оо делам изобретений и открмтий рри Совете Миииотров

СССР

УДК 621.362.2 (088.8) Автор изобретения

В. К. Гарачук

Заявитель Одесский технологический институт холодильной промышленности

КАСКАДНЫЙ ТЕРМОЭЛ ЕКТР И Ч ЕСКИ Й МИ КРОХОЛОДИЛ ЬН И К

Изобретение относится к области xo;,одильной техники и может быть использовано при создании низкотемпературных термоэлектрических генераторов холода, предназначенных для приемников лучистой энергии, детекторов других видов излучения, отдельных радиоэлектронных элементов и т. и.

В настоящее время при создании каскадных термоэлектрических микрохолодпльников и термостатов значительные трудности представляет создание эффективной теплоизоляции рабочего объема и снижение пульсаций температуры объекта, обусловленных колебаниями температуры окружающей среды.

Целью настоящего изобретения является уменьшение теплопритоков к ооъекту охлаждения через стенки камеры и токовводы охлаждасмого объекта и повышение точно;тп статированпя температуры объекта.

Эта цель достигается при коммутации каскадов термоэлектрического охл адитсля на цилиндрических обечайках из высокотсплопроводного диэлектрического материала с последующей сборкой каскадов по типу .oàêспальных цилиндров и размещением токовводов объекта охлаждения и каскадов тсрмобатареи в хорошем тепловом контакте с сопрягающими каскады обечайками.

На чертсхкс показан схематпчсски предлагаемый трехкаскадный микрохолодильник в разрезе.

Микрохолодильник включает теплообменник 1 горячих спаев 2, сопряженный с последними через электрически изолированный теплопереход 8» выполненный в форме ребристого цилиндра, имеющего разъем в осевом направлении, три термоэлектрических каскада 4 — б, смонтированных на цилиндрических

1о обечайках 7 из высокотеплопроводного материала (например, окись бериллия), и две фигурные пробки 8, 9 нз теплоизоляционного материала, снабженные по наружной цилиндрической поверхности винтовыми канавками

15 для размещения токовводов !О объекта охлаждения и токовводов 11 низкотемпературных каскадов.- В пробках 8, 9 имеются отверстия для прохождения теплового (светового) луча, в которые вмонтированы окна

20 (например, сапфпровые) .

Охлажда1ощая камера мпкрохолоднльника имеет форму цилиндра и объект 12 охлаждения приведен в хороший тепловой контакт с ее стенками.

25 При изготовлении предлагаемой конструкции мпкрохолодильпика термобатареи коммутируются на обечайках 7 из высокотеплопроводной керамики (например, BeO). Для заполнения зазоров может быть использована

30 невысыхающая кремниевая паста с высокой

15

40 теплопроводностью. Электроизолированный теплопереход 3 может быть реализован прн оксидировании внутренней поверхности теплообменника (если его выполнить, например, из алюминия).

При пропускании постоянного электрического тока через каскады термобатареи и организации теплоотвода с теплообменника 1 температура объекта 12 охлаждения понижается, достигая через определенное время минимума.

Отвод тепла с горячих спаев через теплообменник может осуществляться любым из известных способов: жидким теплоносителем, путем испарения, обдува и т. п.

Теплопритоки к объекту охлаждения, обусловленные теплопроходимостью самой камеры, в предлагаемой конструкции значительно сокращаются, так как цилиндрические стенки покрыты термоэлементами и теплоприток идет только по торцам цилиндра. Теплопритоки по токовводам 10 объекта охлаждения и токоподводам каскадов 11 перехватываются в основном нижележащими каскадами, с которыми токоподводы находятся в хорошем тепловом контакте на значительной длине.

Хорошее тепловое шунтирование токовводов с промежуточными каскадами способствует также снижению пульсаций температуры объекта охлаждения, обусловленных колебаниями температуры окружающей среды.

При этом промежуточные каскады играют роль линии задержки.

В низкотемпературных термоэлектрических охладителях в качестве отрицательной ветви перспективно использование монокристаллов

Bi — Sb, характерной особенностью которых является зависимость коэффициента добротности Z от напряженности магнитного поля (для этого сплава при H=OZ=3 10 — "К вЂ” ; при Н=3.10 эрстед Z á 10 — "К вЂ” ).

На характеристики используемого в качестве положительной ветви соединения типа

В4Тез магнитное поле не влияет. Но Z термопары, составленной из монокристаллического Bi — Sb (n-тип) и поликристаллического

Bi Te3 (р-тип) будет возрастать вследствие роста добротности отрицательной ветви, Расчеты показывают, что Z термопары возрастает от значения 2,7 10 К (при Н=О) до (4 —:4,2) 10 з К при H=3 10 эрстед.

Коммутация термобатарей на цилиндрических обечайках по типу соленоида при условии, что направление тока в каскадах обеспечивает однонаправленность вектора магнитной напряженности каждого соленоида, позволяет добиться увеличения Z и соответственно увеличения энергетической эффективности устройства в целом. Токоподводы каскадов используются при этом для регулирования напряженности после сборки устройства.

Предмет изобретения

1. Каскадный термоэлектрический микрохолодильник, состоящий из батарей, сопряженных через электрически изолированные теплопереходы, теплообменника горячих спаев и двух теплоизоляционных пробок, отлича ощийся тем, что, с целью уменьшения теплопритоков к объекту охлаждения и уменьшения пульсаций температуры объекта, термобатареи всех каскадов скоммутированы Hcl цилиндрических обечайках из высокотеплопроводного диэлектрического материала и сопряжены в виде коаксиальных цилиндров.

2. Микрохолодильник по и. 1, отличающийся тем, что на наружной поверхности теплоизоляционных пробок выполнены винтовые канавки для размещения токоподводов и токовводов объекта охлаждения.

322821

Составитель С. Островская

Техред 3, Тараненко Корректор 3. Тарасова

Редактор Ю. Полякова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 124/18 Изд. № 1780 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытии при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5