Термоэлектрический льдогенератор Советский патент 1984 года по МПК F25C1/12 

1 Изобретение относится к холодиль ной технике, а более конкретно - к устройству льдогенераторов малой пр изводительности, работающих на полу проводниковых элементах и предназна ченных для использования в быту, в системе общественного питания, в научных и медицинских учреждениях и т.п. Известен термоэлектрический льдо генератор, содержащий термоэлектрические элементы с коммутационными пластинами холодных спаев, выполнен ными в виде дополнительных емкостей для образования льда М1 Преимуществом данного льдогенера тора является наличие непосредственного контакта холодных коммута- . ционных пластин с охлаждаемой водой и развитая поверхность теплообмена. В то же время большая метал лоемкость коммутационньк пластин обуславливает большую теплоемкость, что неблагоприятно сказывается на производительности льдогенератора, в частности увеличивает его инерционность. Выполнение всей емкости из однородного материала не позволяет использовать, известные способы интенсификации процесса льдообразования. Известен также термоэлектрический льдогенератор, содержащий термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлектричедкой батаре и выполнены в виде катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем 2 . В этом термЪэлектрическом генера торе создается в массе воды постоян ное магнитное поле достаточно большой напряженности, что способствует интенсификации процесса льдообразования. Однако этот термоэлектрический льдогенератор имеет ряд недоста ков, к которым относятся сложность конструкт1ии и неудобство монтажа в связи с необходимостью устанавливат элементы термоэлектрической батареи на боковой поверхности емкости для жидкости гирозонтальными рядами. Таким образом, необходимо чтобы термоэлементы в термоэлектрических батареях были соединенй последовательно для обеспечения одного наJправления тока в рядах термоэлектрических батарей. Процесс сборки такого термоэлектрического льдогенератора трудоемкий, требующий большого количества ручного труда высокой квалификации сборщика, что в конечном итоге скажется на себестоимости изготовления Процесс сборки трудно механизировать. Кроме того, для создания необходимой напряженности в массе охлаждаемой воды требуется набрать такое количество витков, которое бы дало достаточную напряженность магнитного поля (соленоида) для ве,дения гарантированной магнитной обработки воды. Так как электрическая коммутация термоэлектрической батареи последовательная, то для обеспечения требуемой напряженности магнитного поля потребуется определенное количество термоэлементов р- и п-типа проводимости. Размеры термоэлементов определяются исходя из тепловой нагрузки льдоформы и требуемой напряженности магнитного поля. При этом следует учитывать, что 1 кг полупроводникового термоэлектрического материала (поликристаллического или монокристаллического) стоит от 60 до 600 руб./кг, а полупроводниковый термоэлектрический материал,получаемый методом экструзии стоит еще дороже - до 800 руб./кг. Цель изобретения - упрощение конструкции и удобство монтажа. Указанная цель достигается тем, что в термоэлектрическом льдогенераторе, содержащем термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлектрической батареи и выполнены в виде катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, один конец обмотки катушки соленоида имеет электрический контакт с первым термоэлектрическим элементом через днище, а обратный виток соленоида соединен с вторым термоэлектрическим элементом и между конечным участком этого витка и днищем емкости расположена пластина из электроизолирующего материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Термоэлектрический льдогенератор содержит термоэлектрические элементы 1 и 2, емкость 3 для замораживания воды, боковые стенки которой образованы коммутационным элементом 4 холодных спаев термоэлектрической батареи, выполненным в виде соленоида. Для предотвращения замыкания между соседними витками соленоида и для обеспечения нормальной работы устройства межвитковое пространство заполнено диэлектрическим наполнителем 5,.например эпоксидной смолой. Диэлектрический наполнитель 5 является связующим компонентом, обеспечивающим жесткость конструкции, так как соединенные витки соленовда должны отстоять друг от друга на некотором расстоянии (0,5-1 мм). При этом диэлектрический наполнитель 5 используется и как теплризоляция емкости 3. Днище 6 емкости 3 выполнено из электропроводного материала, обладающего хорошей теплопроводностью, например из меди, и представляет собой геометрическую фигуру, например цилиндр небольшой высоты (1-3 мм), имеющую выступ 7. Выступ вьтолнен исходя из специфических (с точки зрения электрической коммутации и теплового сопряжения отдельных элементов) особенностей термоэлектрического льдогенератора. Выступ имеет геометрические .размеры, соответствующие: по высотесумме толщин теплоперехода 8 и коммутационного элемента 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2, по площади поперечного сечения - площади, равной сечению (перпендикулярно оси) термоэлектрических элементов 1 и 2. Теплопереход 8, вьшолненный из высокотёплопроводного диэлектрического материала, например из никелированной окиси бериллия, предназначен для обеспечения теплового контакта между днищем 6 и обратным витком 9 коммутационного элемента 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 (соленоида), обеспечивая тем самым равномерный отвод (подвод) тепла от всего объема воды, находящейся в ячейке при работе термоэлектрического льдогенератора в процессе охлаждения (нагрева) при оттайке. Все

1294714

элементы конструкции (токоподвод 10, термоэлемент 1, днище 6, коммута1Щонный элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 5 обратный виток 9, термоэлемент 2, токоподвод 11, через которые проходит электрический ток, скоммутированы последовательно между собой, например, посредством пайки. 10 Устройство работает следующим образом.

При подключении термоэлектричесsKoro льдогенератора к источнику питания посредством токоподводов tO и 11 постоянный электрический ток последовательно проходит через электрическзоо цепь: токоподвод 10, термоэлемент 1, днище 6, коммутационньй элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 (солеиоид), обратный виток 9 солеиоида, термо элемент 2, токсшодвод 11 При этом вследствие эффекта Пельтье происхо, ди охлаждение коммутационного

элемента 4 холодных спаев термоэлектрических эл«4ентов 1 и 2, путем же теплопроводности охлаждается днище 6, так как оно находится в тепловом контакте с кo a4yтaциoнным элементом 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 посредством теплоперехода 8, тем самым осуществляется отвод тепла от воды, находящейся в ячейке термоэлектрического льдоге5 нератора. Развитая поверхность теплЬобмена (вода - система охлаждения) благоприятно сказывается на работе | Льдогенератора, ускоряя процесс i льдообразования емкости 3 для замо-;

раживания воды. Этому же способству ет и возникновение постоянного магнитного поля внутри емкости 3 за счет прохождения постоянного тока через коммутационный элемент 4 хо5 лодных спаев термоэлектрических эле ментов 1 и 2, вследствие чего быстрее образуются центры кристаллизации из-за направленной ориентации диполей молекул воды. После оконча0. ния процесса льдообразования необходимо произвести извлечение лзда. Для этого осуществляют реверс питания термоэлектрических элементов 1 и 2. При этом за счет развитой

5 поверхности теплового контакта ледсистема подвода тепла (днище 6 и коммутационный элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 5 1 и 2)происходит интенсивная подтайка пограничного слоя льда у теплопередающих поверхностей. Использование одних и тех же элементов устройства как для замора живания воды, так и для создания магнитного поля внутри емкости 3 позволяет повысить производительнос термоэлектрического льдогенератора на 10-12%. Для получения равных величин напряженности магнитного поля внутри емкости для замораживаемой воды достаточно иметь одинаковое число витков катушки соленоида. С точки зрения технологии изготовления катушек соленоидов по прототипу и по предлагаемому устройству будет боле простым изготовление стенок ёмкости 3 соленоида в данном устройстве. Для изготовления стенок требуется знать только силу тока, проходящего через термоэлектрические элементы 1 и 2, что позволяет определить пло 1 щадь поперечного сечения коммутационного элемента 4 холодного спая. После того, как сечение коммутационного элемента 4 определено, коммутационный элемент 4, изготовленный из меди, накручивается по спирали на оправку, при этом между витками должно вьдерживаться расстояние 11,5 мм с тем, чтобы избежать межвиткового замыкания. Далее катушка соленоида заливается эпоксидным ком паундом, обратный виток припаивается к термоэлектрическому элементу, который сопрягается по тепловому месту, изготовленному из электроизоляционного материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из окиси бериллия, с днищем (емкости 3), а к днищу 6 припаивается другой термоэлектрический элемент, припаянньй к обратному витку катушки соленоида. Таким образом происходит технологический процесс сборки предлагаемого льдогенератора.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛЬДОГЕНЕРАТОР, содержащий термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлек трической батареи и вьшсшнены в вйде катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и удобства монтажа, один конец обмотки катушки соленоида имеет электрический контакт с первым термоэлектрическим элементом через днище, а обратный виток соленоида соединен с вторым термоэлектрическим элементом и между конечным участком этого витка и днищем емкости расположена пластина из электроизолирующего материала с высоким коэффициентом теплопроводности.