Термоэлектрический тепловой насос Советский патент 1983 года по МПК F25B21/02 H01L35/28 

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам и может быть использовано для подогрева жидкости.

Известен проточный электронагреватель , содержащий корпус с патрубками для подвода и отвода среды, электронагреватели, размещенные с заданным шагом, и каналы для циркуляции жидкости С 1.

Недостаток данного электронагревателя заключается в неэкономичности, а именно, тепловая мощность, поглощаемая потоком нагреваемой жидкости, не превосходит электрической мощности, подводимой к электронагревателям.

Известен термоэлектрический тепловой насос, содержащий полупроводниковые ветви, попарно соединенные посредством шин, одна из которых служит генератором, подсоединенным к источнику нагрева, а другая - холодильником, и размещенные между ветвями медные стержни- с каналами для циркуляции рабочей среды, разделенные диэлектриком 2.

Недостаток указанного насоса.заключается в том, что температура нагреваемого потока в нем не может

быть выше температуры медных соединительных стержней, которая всегда значительно ниже температуры горячей коммутационной шины термогенератора.

Цель изобретения - повышение экономичности известных электронагревателя и теплового насоса.

Цель достигается тем, что в из10вестном термоэлектрическом насосе, содержащем полупроводниковые ветви, попарно соединенные посредством шин, одна из которых служит генератором, подсоединенным к источнику нагрева, а другая - холодильником, и размещен-,

15 ные между ветвями медные стержни с каналами для циркуляции рабочей среды, разделенные диэлектриком, обе пмны выполнены с каналами, причем каналы генератора подсоединены к кана20лам стержней с образованием циркуляционного контура для рабочей среды.

На фиг. 1 изображен отсасываемый термоэлектрический насос, общий вид; на фиг-. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

25

Термоэлектрический насос содержит полупроводниковые ветви,, 2, 3 и 4, попарно соединенные посредством шин 5 и б, первая из которых соответственно служит генератором, подсоединен30ным к источнику 7 нагрева, а другая холодильником, медные стержни 8 с к налами 9, разделенные диэлектриком, выполненным в виде зазора 10. Шина 5 выполнена с каналами 11, подсоединенными к патрубку 13, шина 6 выполнена с каналами 12, присоединенными к патрубку 14 и 15, а каналы 9 подсоединены к патрубку 16 и соеди нены калачом 17 с каналами 9. Насос работает следующим образом Генератор подключают к источнику 7, через каналы 12 пропускают охлаждаемую рабочую среду, подаваемую через патрубок 14 и удаляемую через па трубок 15, и одновременно подают другую рабочую среду через патрубок 16 в каналы 9, которая после циркуляции по каналам 11 отводится нагретая через патрубок 13. Мощность выделяемая на нагревательных элементах, и расход рабочей среды (жидкости), протекающей по каналам 9 и 11, выбираются такими, чтобы жидкость на выходе из каналов 11 имела заданную температуру Т (например. Т 80°С. При этом шина 5 имеет примерно такую же температуру, поскольку выполнена из металла с высокой теплопроводностью. Температура TQ медных стержней в этом случае значительно ниже темпера туры Т (TO« Т) , так как в каналы 9 поступает еще не сильно подогре ая жидкость, а количество тепла, поступающее на стержни 8 от горячей шины через ветви 1 и 2, недостаточно для значительного нагревания потока Судельная теплопроводность полупроводников в 500 раз меньше таковой дл меди}. Поэтому между шиной 5 и стерж нем 8 создается значительная разност температур (например, Т - Тд В пезультате между двумя стержнями 8, разделенными зазором 10, возникае разность потенциалов (эффект Зеебека т. е. возникает термо-ЭДС, полярност которой показана на фиг. 2 знаками + и -. Так как цепь термогенератора замк нута на термохолодильник, то возникн вение термо-ЭДС приводит к возникновению электрического тока через термохолодильник. На фиг. 2 цепь тока показана пунктирной линией, а направ ление тока указано стрелками. При указанном на фиг, 2 чередующемся расположении полупроводниковых ветвей типа - р и типа - и ток через термохолодильник имеет такое направление, при котором дырки в ветви - р (ветвь 4) и электроны в ветви - и (ветвь 3) движутся от их спаев с шиной 6 в направлении к стержню 8 (движение электронов и дырок показано на фиг. 2 стрелками: -элек;троны, - дырки. В результате по границе ветвей и шины b происходит поглощение тепла Пельтье и охлаждение глины 6 до некоторой температуры Т,2 TO. При пропускании по каналам 12 потока какой-либо жидкости, имеющей температуру Т, / Т,, эта жидкость охлаждается и отнятое от нее тепло вследствие эффекта Пельтье передается стержням 8 и потоку жидкости, про.текающей по каналам 9, подогревая эту жидкость. Таким образом тепло Q , получаемое потоком жидкости, проходящей по каналам 11 и 9, складывается из тепла Q , выделяемого источником 7 нагрева, и тепла Q./ отнятого от потока хшдкости, проходящей по каналам 12 в шине холодильника: Q- Q -«- Qa., где величины Q, Q и Q отнесены к одной секунде. Теплопотерями в ок-ружающую среду(излучение и др.) пре- небрегают,ввиду их малости., Таким образом, дополнительное выполнение каналов в пинах холодильни- . ка и генератора теплового насоса приводит к получению дополнительного тепла, используемого для подогрева рабочей среды, в частности жидкости. Формула изобретения Термоэлектрический тепловой насос, содержащий полупроводниковые ветви, попарно соединенные посредством шин, одна из которых служит генератором, подсоединенным к источнику нагрева, а другая - холодильником, и размещенные между ветвями медные стержни с каналами для циркуляции рабочей среды, разделенные диэлектриком, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, обе шины выполнены с каналами, причем каналы генератора подсоединены к каналам стержней с образованием циркуляционного контура для рабочей среды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Великобритании №1368271, кл. Н 5 Н, опублик, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 137343, кл. F 25 В 29/00, 1962.

lit16

7- (Id

mjZLTZ. ID

фуе./

A-A

Фиг. I