Термоэлектрический охладитель Советский патент 1984 года по МПК F25B21/02 H01L35/28 

Изобретение относится к объектам, работа которых основана на эффекте Пельтье, и может быть использовано в холодильной технике. Известны объекты, процесс охлаждения в которых осуществляется путем пропускания циклично электрического тока через термоэлемент с горячими и холодными спаями, имеющими с объектом тепловой контакт, который циклично прерь1вают с образованием зазора и вновь восстанавливают при достижении холодными спаями заданной температуры 1. Объекту присущи недостатки: малая экономичность при использовании объекта на работе при расчетном токе - питание термоэлемента производится импульсами тока, значительно превышающими оптимальныйрасчетный ток, образование зазора в объекте обеспечивается за счет механического перемещения холодных спаев, или отводом холодных спаев от объекта, что несколько усложняет регулирование процесса охлаждения вследствие явления инерционности (после отключения электрического тока холодные спаи не могут быть одновременно отведены от объекта, так как возможно их примерзание к поверхности охлаждения), а также необходимости получения мощных импульсов тока по амплитуде и длительности, их точной синхронизации с моментами установления и разрыва теплового контакта между термоэлементом и объектом. Известны термоэлектрические холодильники, содержащие теплоизолированную камеру, заключенную в кожух, и термобатарею, сна,бженную устройством для отжима либо радиатора горячих спаев, либо холодных спаев с образованием воздушного зазора, либо между радиатором и горячими спаями -батареи, либо между стенкой камеры и холодными спаями батареи 2. Данному холодильнику, присущи недостатки - возможность теплопритоков в камеру через термобатарею при ее обесточивании, при отжиме радиатора горячих спаев, либо примерзание холодных спаев к стенке камеры (вследствие сил адгезии и трения, приводящее к ухудшению теплового контакта и увеличению термосопротивления), и невозможность при обесточивании батареи одновременного отжима холодных спаев от стенки камеры, а также отсутствие автоматизации регулирования процессом охлаждения. . Известен термоэлектрический охладитель содержащий теплоизолированную камеру и размещенную в теплоизоляции термобатарею, холодные спаи которой установлены с постоянным зазором относительно стенки камеры, который циклично устраняется с помощью перемещаемого вдоль ребер холодных спаев аккумулятора 3. Недостатки охладителя заключаются в наличии инерционности, которая имеет место у вышеуказанных объектов и холодиль100 ника, а также в малой технологичности, заключающейся в повышенных теплопритоках через термоизоляцию камеры. Цель изобретения - повышение технологичности при цикличном термоэлектрическом охлаждении и обеспечении его автоматизации. Цель достигается тем, что термоэлект.рический охладитель, содержащий теплоизолированную камеру и размещенную в теплоизоляции термобатарею, холодные спаи которой установлены с зазором относительно стенки камеры, дополнительно содержит датчик температуры, установленный на стенке камеры, и емкости, одна из которых - воздушная, а другая - заполнена теплопроводным материалом и присоединена к датчику температуры, причем емкости последовательно соединены одна с другой через зазор между холодными спаями и стенкой камеры. На чертеже изображен предлагаемый охладитель. Охладитель содержит теплоизолированную камеру 1, теплоизоляцию 2, термобатарею 3, холодные спаи 4 которой установлены с зазором 5 относительно стенки 6 камеры 1, датчик 7 температуры (биметаллическое реле), установленный на стенке 6, воздушную емкость 8, емкость 9, заполненную теплопроводным материалом, исполнительный механизм 10, щток 11, контактор 12, клеммы 13, 14, штуцеры 15, 16, теплообменник 17. Работа устройства осуществляется следующим образом. К источнику питания подключаются клеммы 13, 14, в теплообменник .17 подается теплоноситель. Если температура в камере 1 выше заданного верхнего расчетного предела, то датчик 7 включен, и напряжение с клемм 14 подается на исполнительный механизм -10 и контактор 12, которые срабатывают одновременно. При этом механизм 10 перемещает вверх шток 11, который сжимает емкость 9, заполненную теплопроводной жидкостью и выдавливает последнюю в зазор 5, заполняя его и вытесняя воздух в емкость 8. Контактор 12 замыкает цепь питания термобатареи, и в последнюю поступает электрический ток. Холодные спаи термобатареи охлаждаются, охлаждая камеру 1. При охлаждении камеры 1 до заданного нижнего предела температуры датчик отключается, размыкает цепь питания контактора 12 и механизма 10. Контактор 12 размыкает цепь питания батареи, а механизм 10 возвращает шток 11 в нижнее положение, что приводит к увеличению объема емкости 9, освобождению зазора 5 от теплоносителя и устранению теплового контакта меж- ду термобатареей и стенкой 6. После этого в результате паразитных теплопритоков на камеру 1 через теплоизоляцию температура камеры 1 начинает повышаться. При достижении в камере 1 верхнет го заданного предела температур цикл охлаждения повторяется.

В качестве теплопроводной жидкости для заполнения зазора 5 могут быть использованы, например, ртуть, сплавы ртути с индием, галлием, оловом, аммиак, фреон.

Например, сплав ртути с индием (10%) имеет температуру отвердевания около минус 24°С, теплопроводность около ЗОВт/м-к, хорошо смачивает стенки камеры и зазора.

При относительно большой плотности теплового потока, например равной 3 Вт/см, через зазор, заполненный подобной жидкостью, тепловой напор на зазоре не превышает 2°С.

Использование предлагаемого способа в объектах с сильноточными термоэлементами и термобатареями, в которых используются тонкие (1-2 мм) полупроводниковые ветви, позволит повысить эффективность работы последних, так как удельная (на единицу площади спая) холодопроизводительность будет достаточно высокой, вследствие того что зазор характеризуется в данном случае малой плош.адью и периметром диэлектрических стенок, образующих зазор.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДИТЕЛЬ, содержащий теплоизолиров камеру и размещенную в теплоизоляции термобатарею, холодные спаи которой установлены с зазором относительно стенки камеры, отличающийся тем, что, с целью повыщения технологичности при цикличном термоэлектрическом охлаждении и обеспечения его автоматизации, охладитель дополнительно содержит датчик температуры, установленный на стенке камеры, и емкости, одна из которых - воздущная, а другая заполнена теплопроводным материалом и подсоединена к датчику температуры, причем емкости последовательно соединены одна с другой через зазор между холодными спаями и стенкой камеры.