ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК Российский патент 2000 года по МПК F28D7/10 F28D21/00 

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано для интенсификации теплопередачи в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха и других устройствах аналогичного назначения.

Во всех случаях теплообмена передача тепла осуществляется через границу (стенку), разделяющую среды с различными температурами. При этом эффективность теплопередачи зависит как от свойств разделяющей среды границы (например, коэффициента теплопроводности материала стенки), так и от величины разницы температур двух сред - чем больше температурный градиент, тем эффективнее теплопередача. Естественно, интенсификация теплопередачи возможна только за счет изменения этих параметров.

Наиболее перспективными являются технические решения, в которых интенсификация теплопередачи за счет изменения температурного напора между средами достигается применением термоэлектрических модулей (ТЭМ).

Известен теплообменник по авт. свид. (СССР) N 439252 (H 01 L 35/02, 1973 г. ), в котором интенсификация теплопередачи между потоками сред в двух коаксиально расположенных трубах достигается за счет ТЭМ, расположенных на внешней поверхности внутренней трубы и защищенных от потока чехлом.

К недостаткам этого устройства относятся недостаточные эффективность и эксплуатационная надежность, обусловленные его конструктивными особенностями.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство по авт. св. (СССР) N 1763841 (F 28 D 7/10, F 28 F 13/00, 1992 г.) также содержащее коаксиально расположенные трубы с различными средами, причем внутренняя снабжена продольными ребрами, каждое из которых имеет теплоизолированный участок, расположенный внутри внешней трубы, и участок, расположенный снаружи внешней трубы. Внешняя труба выполнена с радиальными отверстиями (в виде продольных щелей) под ребра внутренней трубы, имеющими наружные отбортовки. ТЭМ расположены между отбортовками и ребрами в тепловом контакте с ними.

Недостатком известных устройств является необходимость обеспечения непрерывных потоков двух сред в коаксиальных трубах.

Предлагаемый термоэлектрический полупроводниковый теплообменник содержит две выполненные из высокотеплопроводного материала и коаксиально установленные трубы: внешнюю, снабженную радиальными отверстиями в виде продольных прорезей, и внутреннюю, выполненную в виде многогранника. Устройство также содержит собранные из термоэлементов термоэлектрические модули, электрически соединенные между собой посекционно-последовательно. ТЭМ установлены своими первыми спаями на гранях внутренней трубы по всей ее длине, причем вторые спаи ТЭМ, расположенные в радиальных отверстиях внешней трубы на уровне ее поверхности, снабжены продольными ребрами, присоединенными у своего основания к поверхности внешней трубы.

Через торцы герметизированного межтрубного пространства выведены клеммы питания ТЭМ и патрубок для откачки воздуха.

Предлагаемый термоэлектрический полупроводниковый теплообменник показан на прилагаемых чертежах.

На фиг. 1 - вид спереди в разрезе, на фиг. 2 - вид сбоку, на фиг. 3 показана схема посекционно-последовательного соединения ТЭМ.

Термоэлектрический интенсификатор состоит из шестигранной медной трубы 1, на гранях которой по всей длине трубы установлены 36 унифицированных полупроводниковых модулей 2 (каждый модуль состоит из 16 термоэлементов), электрически соединенных между собой посекционно-последовательно. К холодным спаям модулей, установленных на каждой из граней, припаяна медная фольга 3. После установки этой конструкции в трубу с отверстиями 4 фольга 3 распрямляется и припаивается к наружной поверхности трубы 1, а оставшаяся часть фольги сгибается под углом 90 градусов к поверхности трубы. Для герметизации и последующего вакуумирования межтрубного пространства в концы батареи вставлены резиновые прокладки 5, сверху залитые эпоксидной смолой 6, через которые выведены клеммы питания 7 и 8 и патрубок для откачки воздуха 9.

Устройство функционирует следующим образом. При включении полупроводниковых термоэлектрических модулей в электрическую сеть через клеммы питания 7 и 8 термоэлектробатарея 2 обеспечивает теплопередачу через термоэлементы. Регулируя величину силы тока питания, можно управлять скоростью изменения температуры рабочей среды (воздух, вода, масло и др.) на выходе из трубы 1. В зависимости от полярности прикладываемого напряжения можно добиться работы термоэлектрического теплообменника в режиме либо нагрева, либо охлаждения.

Технические характеристики
Расход рабочей жидкости, л/мин 2...3
Потребляемая мощность, Вт 200
Время выхода в режим, мин 1,2...1,5
Максимальный перепад температуры, ^oC до 42
Температура окружающей среды, ^oC -20...+50
Габаритные размеры, мм: диаметр 55
длина 350
Масса, кг 0,4
Использование теплообменника позволит отказаться от экологически вредных охлаждающих жидкостей типа "фреон", упростить технологию изготовления, повысить надежность работы.

Изобретение предназначено для применения в области теплообмена, а именно для интенсификации теплопередачи в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха и других устройствах аналогичного назначения. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник содержит две выполненные из высокотеплопроводного материала и коаксиально установленные трубы: внешнюю, снабженную радиальными отверстиями в виде продольных прорезей, и внутреннюю, выполненную в виде многогранника. Устройство также содержит собранные из термоэлементов термоэлектрические модули (ТЭМ), электрически соединенные между собой посекционно-последовательно. ТЭМ установлены своими первыми спаями на гранях внутренней трубы по всей ее длине, причем вторые спаи ТЭМ, расположенные в радиальных отверстиях внешней трубы на уровне ее поверхности, снабжены продольными ребрами, присоединенными у своего основания к поверхности внешней трубы. Через торцы герметизированного межтрубного пространства выведены клеммы питания ТЭМ и патрубок для откачки воздуха. Использование теплообменника позволит отказаться от экологически вредных охлаждающих жидкостей типа фреон, упростить технологию изготовления, повысить надежность работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник, содержащий выполненные из высокотеплопроводного материала и коаксиально установленные трубы: внешнюю, выполненную с радиальными отверстиями, и внутреннюю, в тепловом контакте с которой установлены первые спаи термобатареи, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена многогранной, а термобатареи установлены своими первыми спаями на гранях трубы пор всей ее длине, причем вторые спаи термобатарей, расположенные на уровне поверхности внешней трубы в ее радиальных отверстиях, снабжены продольными ребрами, присоединенными у своих оснований к поверхности внешней трубы, а через торцы герметизированного межтрубного пространства выведены клеммы питания термобатарей и патрубок для откачки воздуха. 2. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что термобатареи состоят из термоэлектрических модулей, соединенных между собой электрически посекционно-последовательно.