Нестационарный термоэлектрический охладитель Советский патент 1985 года по МПК F25B21/02 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к конструкции полупроводниковых термоэлектри1ческих охладителей, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. Известен нестационарный термоэлект рический охладитель, содержащий корпус, в котором подвижно установлен термоэлемент, снабженный устройстBOM разрьша его тепловой связи с охлаждаемым объектом СО Недостатком такого охладителя является то, что разобщение в нем тепловой связи между термоэлементом и охлаждаемым объектом осуществляется вручную при переносе охладителя., Известен также нестационарньй тер моэлектрический охладитель, содержащий корпус, в котором подвижно установлен подпружиненный термоэлемент с ветвями р - и п-типа проводимости и коммутационными пластинами горячих и холодных спаев, подсоединенный к источнику электропитания через выклю чатель контактного типа и снабженный устройством разрьша его тепловой свя зи с охлаждаемым объектом 2 . Недостатки такого охладителя - по вьвпенное энергопотребление и небольшая глубина охлаждения, поскольку ус ройство разрыва тепловой связи термоэлемента с охлаждаемым объектом потребляет электрическую энергию при работе охладителя и, кроме того, в последнем отсутствуют средства автоматического управления устройством разрыва тепловой сгтзи в зависимости от температуры охл&кдаемого объекта. Цель изобретеник - уменьшение энергопотребления и увеличение глуби ны охлаждения нестационарного термоэлектрического охладителя. Указанная цель достигается тем, что в нестационарном термоэлектричес ком охладителе, содержащем корпус, в котором подвижно установлен подпру жиненный термоэлемент с ветвями р и п-типа проводимости и коммутацион ными пластинами горячих и холодных спаев, подсоединенный к источнику электропитания через вьпспючатель кон тактного типа и снабженный устройством разрыва его тепловой Ьвязи с охлаждаемым объектом, устройство разры ва тепловой связи термоэлемента с ох лаждаемым объектом вьшолнено в виде стерженьковых толкателей из материал с высокой температуропроводностью, лсестко соединенных одним концом с коммутационными пластинами горячих спаев и взаимодействующих с толкателями упоров, закрепленных на корпусе, а контакты выюпочателя соответственно закреплены на корпусе и на одном из толкателей с возможностью отключения источника электропитания яри его тепловом расишрении. Кроме того, ветви р и п-типа проводимости термоэлемента могут быть расположены диаметрально противоположно относительно охлаждаемого объекта, а толкатели вьшолнены за одно целое с кoм гyтaциoнными пластинами горячих спаев в виде полого цг-шкндра со сквозными продольными прорезями, в которых размещены упоры, шарнирно связанные с одной из сторон прорезей, причем упоры через один имеют электропроводные вставки, а контакты выключателя установлены на комщтационных пластинах холодньгх спаев диаметрально противоположных ветвей. На фиг. 1 схематично представлена конструкция предлагаемого нестационарного термоэлектрического охладителя; на фиг. 2 - то лее, вариант, Не стационарный термоэлектриче ский охладитель состоит из корпуса 1 ,, термоэлемента 2 с холодными и горячиг-ш спаями 3 и 4, коммутационных пластин 5 и б холодных и горячих спаев, стерженьковых толкателей 7, выполненных из материала с высокой температуропроводностью и соединенных верхними концами с коммутационными пластинами 6 горячих спаев, 8, выполненных за одно целое с корпусом 1, толкателей 9, установленных подвижно , например, на резьбе с зазором относительно свободных нижних концов стерженьковых толкателей 7, выключателя контактного ипа, один контакт 10 которого закреплен па корпусе 1, а второй контакт 11 установлен на коммутационной пластине 6 горячих спаев. Термоэлемент 2 установлен подвижно в направляющих 12 и прижат к охлаждаемому объекту 13 пружиной 14. В другом варианте конструктивного исполнения нестационарного терью- ; электрического охладителя, представленном на фиг. 2, вет.ви 15 и 16 .ри п проводимости термоэлемента,расположены диаметрально противогголожно относительно охлаждаемого объекта 13, атолкатели 7 выполнены за од но целое с коммутационными пластинами 6 горячих спаев в виде полого цилиндра 17 со сквозными продольньми прорезям-И 18j в которых размещены упоры 8, связанные с цилиндром 17 через шарниры 19, причем упоры 8 через один снабясены электропроводными вставками 20, а контакты 10 и 11 выключателя установлены на коммутационных пластинах 5 холодных спаев диаметрально противоположных ветвей 15 и 16. Нестационарный термоэлектрический охладитель работает следующим образом. В исходном положении контакты 10 и 11 выключателя для размыкания цепи электропитания термоэлемента замкнуты, а между свободными торцами толкателей 7 и упорами 8 существует зазор. После подключения постоянного электрического тока к коммутационным пластинам 6 горячих спаев в холодных спаях 3 поглощается теплота Пельтье, в результате чего охлаждает ся коммутационная пластина 5 холодных спаев и объект 13. При этом разогреваются толкатели 7 в результате притока к ним теплоты Пельтье, вы делившейся в горячих спаях 4, и теплоты / коуля, вьщелившейся в ветвях термоэлемента. В ре ультате тепловог расширения толкателя 7 происходит перемещение термоэлемента относитель но корпуса 1 и разрыв тепловой связи коммутационных пластин 5 холодных спаев с охлаждаемым объектом 13. При перемещении термоэлемента относительно корпуса происходит разрыв цепи питания термоэлемента за счет образо вания зазора меяду контактами 10 и 11. Коммутационные пластины 6 и толкатели 7 служат одновременно радиатором горячих спаев. Во время охлаждения системы до исходной температуры пружина 14 возвращает термоэлемент в исходное положение, и цикл повторяется. Продолжительность цикла окЛаждения, момент разрыва тепловой связи коммутационных пластин 5-холодных спаев с охлаждаемым объектом 13 и отключения тока питания устанавливаются регулированием зазора под св.ободными концами толкателей 7. Размер зазоров выбирается таким, чтобы привыбранном токе питания разрыв тепловой

гопотребление охладителя и увеличить глубину охлаждения объекта. связи осуществлялся в момент изменения направления теплового потока между холодными спаями и объектом охлаждения. Охладитель, выполненный по второму варианту (фиг. 2), работает следующим образом. При подаче напряжения через ветви 15 и 16, установленные вертикально, и их контакты 10 и 11 проходит ток, в результате чего объект 13, находящийся в контакте с соответствуюпщми коммутационными пластинами 5 холодных спаев, охлаждается, а соответствзпощие коммутационные пластинь 6 горячих спаев и толкатели 7, служащие одновременно радиатором, разогреваются и в результате теплового расширения замыкают прорези 18 и перемещают термоэлемент так, что тепловая связь между коммутационньпчи пластинами 5 холодных спаев и охлаждаемым объектом 13 разрывается. Одновременно размыкается электрическая цепь между контактами 10 и 11 и замыкается электрическая цепь второго термоэлемента, ветви 15 и 16 которого установлены горизонтально, состоящая из коммутаги онной пластины 6 горячих спаев первого термоэлемента электропроводных вставок 20, Коммутационных пластин 6, горизонтальных ветвей 15 и 16, контактов 10 и 11. Аналогично первому второй термоэлемент повторяет цикл охлаждения. После охлаждения первого термоэлемента до исходной температуры его прорези 18 размыкаются, ветви термоэлемента пружинами 14 возвращаются в исходное положение - прижимаются к охлаждаемому объекту за счет поворота пластин на шарнирах 19, и весь цикл повторяется. Таким образом, в предлагаемом нестационарном термоэлектрическом охладителе обеспечивается автоматический разрьт тепловой связи термоэлемента с охлаждаемым объектом в тот момент, когда прекращается процесс охлаждения последнего, и тем самым предотвращается притекание к охлаждаемому объекту теплоты Джоуля в промежутках между периодами охлаждения. Это позволяет эффективно использовать преимущества нестационарного способа охлаждения, уменьшить энер6

фиг. 1

1. НЕСТАЦИОНАРНЬЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОХЛАДИТЕЛЬ, содержащий корпус, в котором подвижно установлен подпружиненный термоэлемент с в гтвями р и п -типа проводимости и коммутационными пластинами горячих и холодных спаев, подсоединенный к источнику электропитания через выключатель контактного типа и снабженный устройством разрыва его тепловой связи с охлаждаемьм объектом, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления и увеличения глубины охлаждения, устройство разрьта тепловой связи термоэлемента с охлаждаемым объектом выполнено в ввде стерженькоБЬК толкателей из материала с высокой температуропроводностью, жестко соединенных одним концом с коммутационными пластинами горячих спаев и взаимодействующих с толкателями упоров, закрепленных на корпусе, а контакты выключателя соответственно закреплены на корпусе и на одном из толкателей с возможностью отключения источника электропитания при его тепловом расширении. 2. Охладитель по п. 1, о т л ичающийся тем, что ветви р и и-типа проводимости термозглемента расположены диаметрально противоположно относительно охлаждаемого объекта, а толкатели выполнены за одно целое с коммутационными пластинами горячих спаев в виде полого ци.тиндра со сквозными продольными прорезями, ,в KOTopbix размещены упоры, шарнирно связанные с одной из сторон прорезей, причем упоры через один имеют электропроводные вставки, а контакты вык- лючателя установлены на коммутационных пластинах холодных спаев диаметрально противоположных ветвей.