ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2000 года по МПК F25B21/02 

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам, работа которых основана на эффекте Пельтье, и может быть использовано в различных технологических процессах любой отрасли промышленности, и в частности для нагрева или охлаждения движущихся жидкостей или газов.

Известен термоэлектрический холодильник, содержащий корпус со сборником охлаждающей жидкости, термобатареи, центробежный насос с рабочим элементом, расположенным соосно с вентилятором и установленным с возможностью вращения в сборнике охлаждающей жидкости /Авторское свидетельство СССР N 166933, МПК⁶ F 25 B 21/02, Бюллетень N 24, 1964 г./.

Недостатком этого холодильника является низкая эффективность охлаждения, так как поток воздуха, создаваемый вентилятором, вызывает приток тепла в сборник охлаждающей жидкости и, кроме того, имеются потери охлаждающей жидкости.

Наиболее близким по технической сущности является термоэлектрическое устройство, содержащее герметичную рабочую камеру с каналом для прохождения движущейся среды и термоэлементы. Канал в форме спирали выполнен в перегородке, разделяющей камеру на верхний и нижний отсеки. По каналу в перегородке охлаждающая жидкость из верхнего отсека центробежным насосом непрерывно нагнетается в магистраль к охлаждаемому объекту /Авторское свидетельство СССР N 1712745, МПК⁶ F 25 B 21/02, Бюллетень N 6, 1992 г. (прототип)/.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность из-за недостаточной интенсивности теплообмена. Кроме того, недостатком является сложность устройства и ограниченная область применения, так как оно предназначено для охлаждения только жидких сред.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства, упрощение и расширение области его применения.

Указанная задача достигается тем, что в термоэлектрическом устройстве, содержащем герметичную рабочую камеру с каналом для прохождения движущейся среды и термоэлементы, внутри камеры установлен стержень, а канал для прохождения движущейся среды выполнен на поверхности стержня по винтовой линии, при этом поверхность стержня жестко соединена с внутренней поверхностью камеры, камера снабжена термоаккумулирующей оболочкой, покрытой теплоизоляцией, а термоэлементы размещены на поверхности оболочки.

На чертеже схематично изображено предлагаемое термоэлектрическое устройство.

Термоэлектрическое устройство содержит герметичную рабочую камеру 1, внутри которой установлен стержень 2. На поверхности стержня по винтовой линии выполнен канал 3 для прохождения движущейся среды, соединенный с проточками 4 и 5, на дне которых выполнены отверстия 6 и 7, сообщающиеся с центральными каналами 8 и 9, которые посредством штуцеров 10 и 11 соединены с магистралью (не показана). Поверхность стержня 2 и внутренняя поверхность камеры 1 соединены горячей посадкой. Корпус камеры снабжен термоаккумулирующей оболочкой 12. На поверхности оболочки установлены термоэлементы 13, внешняя сторона которых соединена с радиаторами 14. Оболочка покрыта теплоизоляцией 15.

Устройство работает следующим образом.

Для охлаждения движущейся среды термоэлементы подключают к источнику электроэнергии постоянного тока таким образом, что холодными спаями поглощается тепло, а на горячих спаях оно выделяется. Для обеспечения работы устройства в режиме нагрева изменяют полярность подключения термоэлементов.

При подключении электропитания к термоэлементам 13 в соответствии с эффектом Пельтье термоаккумулирующая оболочка 12, выполненная, например, из стали, меди, покрытая теплоизоляцией 15, охлаждается (нагревается), одновременно охлаждается (нагревается) камера 1 с находящимся внутри нее стержнем 2. Тепло (холод), выделяющееся на спае термоэлементов, передается на радиаторы 14, где снимается за счет естественной конвекции окружающей среды или принудительно от вентиляторов (не показаны).

После охлаждения (нагрева) оболочки до необходимой температуры в камеру 1 через штуцер 10 подают жидкость или газ. По центральному каналу 8 через отверстие 6 движущаяся среда попадает в проточку 4, сообщающуюся с каналом 3, по которому проходит по винтовой линии, контактируя с его охлажденной внутренней поверхностью. Длина и сечение канала зависят от параметров движущейся среды и перепада температур, необходимого для получения конечного результата. Пройдя канал 3, охлажденная (нагретая) среда по проточке 5, отверстию 7, центральному каналу 9 через штуцер 11 выводится из устройства.

Выполнение канала для прохождения движущейся среды по винтовой линии на поверхности стержня, жестко соединенной с внутренней поверхностью камеры, позволит повысить интенсивность теплообмена за счет увеличения площади контакта среды с поверхностью камеры. Расположение термоэлементов на поверхности термоаккумулирующей оболочки, покрытой теплоизоляцией, позволит накапливать в оболочке холод (тепло) при минимальных потерях в окружающую среду, и тем самым обеспечить стабильность охлаждения (нагрева) среды до заданной температуры, и, кроме того, появляется возможность сокращения количества термоэлементов, необходимых для достижения заданной температуры. Это позволит повысить эффективность устройства.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит также расширить область применения устройства за счет обеспечения как нагрева, так и охлаждения жидкости или газа, возможности использовать устройство для осуществления движения среды как в прямом, так и в обратном направлении. Кроме того, данная конструкция позволит осуществлять нагрев или охлаждение сред, находящихся под давлением, в том числе высоким и сверхвысоким, так как оболочка позволит обеспечить запас прочности.

Преимуществом предлагаемого технического решения является также упрощение конструкции и выполнение устройства таким образом, что появляется возможность соединять термоэлектрические устройства в батарею последовательно или параллельно.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволит повысить эффективность устройства, упростить его конструкцию и расширить область применения.

Внутри камеры термоэлектрического устройства установлен стержень. Канал для прохождения движущейся среды выполнен на поверхности стержня по винтовой линии. Поверхность стержня жестко соединена с внутренней поверхностью камеры. Камера снабжена термоаккумулирующей оболочкой, покрытой теплоизоляцией. Термоэлементы размещены на поверхности оболочки. Использование изобретения позволит повысить эффективность устройства, упростить и расширить область его применения. 1 ил.

Термоэлектрическое устройство, содержащее герметичную рабочую камеру с каналом для прохождения движущейся среды и термоэлементы, отличающееся тем, что внутри камеры установлен стержень, а канал для прохождения движущейся среды выполнен на поверхности стержня по винтовой линии, при этом поверхность стержня жестко соединена с внутренней поверхностью камеры, камера снабжена термоаккумулирующей оболочкой, покрытой теплоизоляцией, а термоэлементы размещены на поверхности оболочки.