DE2654098A1 - Infrared radiation cooler for small areas - has reflecting condenser and thermoelectric heat exchanger and infrared radiation source - Google Patents
Infrared radiation cooler for small areas - has reflecting condenser and thermoelectric heat exchanger and infrared radiation sourceInfo
- Publication number
- DE2654098A1 DE2654098A1 DE19762654098 DE2654098A DE2654098A1 DE 2654098 A1 DE2654098 A1 DE 2654098A1 DE 19762654098 DE19762654098 DE 19762654098 DE 2654098 A DE2654098 A DE 2654098A DE 2654098 A1 DE2654098 A1 DE 2654098A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- radiation
- sink
- infrared radiation
- cooler according
- reflector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 90
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 17
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N (fluoren-9-ylideneamino) n-naphthalen-1-ylcarbamate Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2C1=NOC(=O)NC1=CC=CC2=CC=CC=C12 PFNQVRZLDWYSCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UKUVVAMSXXBMRX-UHFFFAOYSA-N 2,4,5-trithia-1,3-diarsabicyclo[1.1.1]pentane Chemical compound S1[As]2S[As]1S2 UKUVVAMSXXBMRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 1
- 229920002367 Polyisobutene Polymers 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 description 1
- 229940052288 arsenic trisulfide Drugs 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 1
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- FMWMEQINULDRBI-UHFFFAOYSA-L copper;sulfite Chemical compound [Cu+2].[O-]S([O-])=O FMWMEQINULDRBI-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 101150112906 fitm-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 238000013160 medical therapy Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M thallium(i) bromide Chemical compound [Tl]Br PGAPATLGJSQQBU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052984 zinc sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B23/00—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect
- F25B23/003—Machines, plants or systems, with a single mode of operation not covered by groups F25B1/00 - F25B21/00, e.g. using selective radiation effect using selective radiation effect
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/024—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
- Details Of Measuring And Other Instruments (AREA)
- Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)
- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
Abstract
Description
Infrarotkühler Die Erfindung bezieht sich auf Kühleinrichtungen und KtLhlverfahren und insbesondere auf die Kühlung beschränkter bzw. begrenzter Bereiche. Infrared cooler The invention relates to cooling devices and Cooling process and in particular for the cooling of restricted or limited areas.
Die meisten bekannten Kühlverfahren beruhen auf der unbeschränkten KUhlung verhältnismäßig großer Umgebungen bzw. Bereich eines Gegenstandes, sogar wenn lediglich die Kühlung verhältnismäßig kleiner Bereiche erw(Lnscht ist. Wie bekannt ist die Wärmeübertragung auf die Wärmeleitung, die Konvektion und die Wärmestrahlung zurückzuführen. Alle diese Phänomene wirken in bekannten Kühleinrichtungen, obwohl eine bekannte Einrichtung oft primär auf der Wärmeleitung und Konvektion basiert. Most known cooling methods are based on the unlimited Cooling of relatively large environments or areas of an object, even if only the cooling of relatively small areas is desired The heat transfer to heat conduction, convection and heat radiation is known traced back. All of these phenomena work in known refrigeration devices, though a known device is often based primarily on conduction and convection.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß verstärktes Infrarotkühlen eines begrenzten Gegenstandsbereiches dadurch erreicht werden kann, daß der Gegenstandsbereich in den Weg gebracht wird, welcher durch einen geometrischen Aufbau festgelegt ist, in welchem eine kleine Infrarotstrahlungssenke und ein großer Infrarotstrahlungskondensor, beispielsweise ein konvergierender Reflektor, in axialer Richtung in Beziehung stehen. Die Strahlungssenke ist vorzugsweise von der Atmosphäre durch einen Infrarot aussendenden Mantel oder eine derartige Hülle isoliert, welche den Niederschlag bzw. das Absetzen von Feuchtigkeit ausschließt und welche Infrarotstrahlung von dem Gegenstandsbereich über den Strahlungskondensor zur Strahlungssenke aussendet. Die Wärme wird vorzugsweise von der Strahlungssenke durch einen thermo-elektrischen Wärmeaustauscher abgeführt, insbesondere einen Peltier-Effekt-Wärmeaustauscher. The present invention is based on the finding that amplified Infrared cooling of a limited area of the object achieved thereby can be that the subject area is brought into the way, which through a geometric structure is defined in which a small infrared radiation sink and a large infrared radiation condenser, such as a converging reflector, are related in the axial direction. The radiation sink is preferably from the atmosphere through an infrared emitting jacket or envelope insulated, which excludes the precipitation or the deposition of moisture and what infrared radiation from the subject area via the radiation condenser emits to the radiation sink. The heat is preferably from the radiation sink dissipated by a thermo-electric heat exchanger, in particular a Peltier effect heat exchanger.
Die Strahlungssenke, insbesondere der Oberflächenbereich, welcher mit dem Strahlungskondensor in Verbindung ist, ist arbeitsmäßig eine elektrostatische Senke, d.h. sie ist nicht ein Bestandteil einer geschlossenen elektrischen Schleife. Mit anderen Worten, die Wärmesenke ist elektromotorisch isoliert, so daß sie von der Energieabstrahlung frei ist, welche in Beziehung zur vom Gegenstand empfangenen Infrarotstrahlung bemerkenswert ist. Der Kühlaufbau gemäß der Erfindung ist eine Antithese eines Strahlungsaufbaus bekannter Art, und zwar in dem Sinne, daß gemäß der vorliegenden Erfindung in vorher bestimmter Weise eine Punkt-Strahlungssenke in der Nähe des Brennpunkts eines optischen Kondensorsystems angeordnet wird, wohingegen gemäß dem Stand der Technik eine Punkt-Strahlungsquelle in der Nähe des Brennpunktes eines optischen Kondensorsystems in vorherbestimmter Weise angeordnet wird. Die vorliegende Erfindung zieht ihre Vorteile aus dem wissenschaftlichen Prinzip, daß die Öffnung eines optischen Systems die Strahlung eines Gegenstandes aufnimmt, welchen sie darstellt, wenn er vom Bildpunkt her gesehen wird. Die vorliegende Erfindung verringert wirksam die mechanischen Probleme, die bislang bei Strahlungskühleinrichtungen auftraten. The radiation sink, especially the surface area, which is in connection with the radiation condenser is operationally an electrostatic one Sink, i.e. it is not part of a closed electrical loop. In other words, the heat sink is electromotive isolated so that it is from the radiation of energy is free, which is in relation to the received from the object Infrared radiation is remarkable. The refrigeration structure according to the invention is one Antithesis of a radiation structure of a known type, namely in the sense that according to of the present invention provides a point sink in a predetermined manner is placed near the focal point of a condensing optical system, whereas according to the prior art, a point radiation source in the vicinity of the focal point of a condenser optical system is arranged in a predetermined manner. the present invention takes advantage of the scientific principle that the opening of an optical system receives the radiation from an object, which she represents when it is seen from the image point. The present Invention effectively reduces the mechanical problems heretofore encountered with radiation cooling devices occurred.
Diese Einrichtungen sind insbesondere beim Aufrechterhalten gesteuerter Temperaturen für individualisierte Kühlung oder für medizinische Therapie oder für wissenschaftliche oder für industrielle Verfahren nützlich, bei welchen zweckmäßiger mechanischer Zugriff ausgeschlossen ist, beispielsweise in bezug auf Gegenstandsoberflächen unregelmäßiger Gestalt oder kleiner Größe.These devices are more controlled, particularly in maintaining Temperatures for individualized cooling or for medical therapy or for scientific or industrial processes, which are more useful mechanical access is excluded, for example with respect to object surfaces irregular shape or small size.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. The invention is illustrated below with reference to the drawing, for example explained.
Fig. 1 ist eine schaubildliche Ansicht einer Strahlungskühleinrichtung gemäß der Erfindung. Fig. 1 is a perspective view of a radiation cooling device according to the invention.
Fig. 2 zeigt eine Untereinheit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Form einer schematischen Darstellung der elektrischen bzw. mechanischen Teile. FIG. 2 shows a sub-unit of the device according to FIG. 1 in the form a schematic representation of the electrical and mechanical parts.
Fig. 3 ist eine schaubildliche Ansicht eines Teils der in Fig. 2 dargestellten Einheit. FIG. 3 is a perspective view of a portion of that in FIG. 2 shown unit.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Bauteils gemäß der Erfindung. FIG. 4 is a schematic representation of a component according to FIG Invention.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm, welches zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform einer Strahlungskühleinrichtung gemäß der Erfindung dient. Fig. 5 is a schematic diagram useful for explaining a first embodiment of a radiation cooling device according to the invention is used.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Strahlungskühleinrichtung gemäß der Erfindung. Fig. 6 is a schematic representation of a second embodiment a radiation cooling device according to the invention.
In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein Strahlungskühler dargestellt, welcher eine Punktstrahlungssenke 20 und einen konvergierenden Reflektor 22 aufweist. Die Senke 20 und ein zu kühlender Gegenstandsbereich sind längs der Achse des Reflektors 22 in eine nachfolgend mit mehr Einzelheiten zu beschreibenden geometrischen Beziehung angeordnet. In Figures 1, 2 and 3, a radiation cooler is shown, which a point radiation sink 20 and a converging reflector 22. the Lower 20 and one The object area to be cooled is along the Axis of the reflector 22 in one to be described in more detail below arranged geometrical relationship.
Wie gezeigt, ist die Senke 20 in einem länglichen Befestigungsteil 24 gehaltert, welcher längs der Achse des Reflektors 22 vermittels von Schrauben 26 und 28 einstellbar ist. Die Schrauben 26 und 28 weisen gewindelose Schaftteile auf, welche in Lagerungen an den Endteilen des Befestigungsteils 24 drehbar sind. Weiterhin weisen die Schrauben 26 und 28 Gewindeteile auf, welche in Gewindeöffnungen in Flanschen 30 und 32 eingeschraubt sind, welche vom Reflektor 22 in diametral gegenQberliegendenRichtungen in bezug auf die Reflektorachse vorstehen. Längs der Schrauben 26 und 28 sind Kennzeichnungen bzw. Einteilungen angeordnet, welche den Abstand der Senke 20 vom Reflektor 22 längs dessen Achse anzeigen. Wie gezeigt, ist der Reflektor 22 universal auf einem Ständer 34 befestigt, welcher Pfosten einen stabilen Basisteil 36, einen einstellbarenbzw.ausfahrbaren/ 38 und eine Schwenkverbindung bzw. ein Schwenkgelenk 40 aufweist. Die Einstellung in Längs- bzw. Hin- und Herrichtung des Pfostens 38 wird durch eine Befestigungsschraube 42 festgelegt, während die Winkeleinstellung des Schwenkteiles 40 vermittels einer Stellschraube bzw. Befestigungsschraube 44 festgelegt ist.As shown, the depression 20 is in an elongated attachment member 24 supported, which along the axis of the reflector 22 by means of screws 26 and 28 is adjustable. The screws 26 and 28 have threadless shaft parts which are rotatable in bearings on the end parts of the fastening part 24. Furthermore, the screws 26 and 28 have threaded parts which are in threaded openings are screwed into flanges 30 and 32, which from the reflector 22 in diametrically opposite directions with respect to the reflector axis. Along the Screws 26 and 28 are labels or classifications arranged which the Show the distance of the depression 20 from the reflector 22 along its axis. As shown, the reflector 22 is universally mounted on a stand 34, which post a stable base part 36, an adjustable or extendable / 38 and a swivel connection or a swivel joint 40. The setting in the longitudinal or back and forth direction of the post 38 is fixed by a fastening screw 42, while the Angular adjustment of the pivoting part 40 by means of an adjusting screw or fastening screw 44 is set.
Der Befestigungsteil 24 weist eine Reihe von thermoelektrischen Peltier-Effekt-Bauteilen 46 auf, welche in Sandwichart zwischen einer wärmeleitenden kalten Platte 48 und einer wärmeleitenden heißen Platte 50 angeordnet sind. The fastening part 24 has a number of thermoelectric Peltier effect components 46, which is sandwiched between a thermally conductive cold plate 48 and a heat conductive hot plate 50 are arranged.
In Fig. 2 sind sieben thermoelektrische Einheiten 46 gezeigt, welche gemäß der Erfindung in einer Reihe längs der Länge des Befestigungsteils 24 angeordnet sind und welche elektrisch in Reihe geschaltet sind und vermittels einer einstellbaren Energiequelle 52 erregt werden, welche mittels einer zweckmäßigen zweiadrigen Leitung 154 verbunden ist. Die kalte Platte 48 hat die Form einer Kupferstange oder Kupferschiene, welche eingerastet und mit den kalten Gegenflächen der Bauteile 46 in Beruhrung ist. Die Temperatur der kalten Platte 48 ist unterhalb des Gefrierpunktes des Wassers und ist auf diesem Temperaturpegel durch Verändern des Ausgangs der Energiequelle 52 einstellbar. Die heiße Platte 50 hat die Form einer Kupferstange, die mit den heißen Vorderflächen der Bauteile 46 ausgerichtet und in Berührung angeordnet ist. Die Senke 20 ist durch einen geschwärzten kreisförmigen Bereich an der hinteren Fläche der kalten Platte 48 in der Mitte zwischen den Enden des Bauteiles 24 ausgebildet. In der einen Ausführungsform ist die Senke 20 aus einer Kupferverbindung oder dgl. gebildet, beispielsweise aus Kupferoxyd oder Kupfersulfit, wobei diese Verbindungen durch chemische Reaktionen mit der Stirnfläche der kalten Platte 48 gebildet werden. In einer anderen Ausführungsform ist die Strahlungssenke 20 aus einem matten schwarzen Lack gebildet, welcher durch Anstreichen der hinteren Stirnfläche der kalten Platte 48 gebildet ist. Mit der Senke 20 ist ein Strahlung aussendendes Fenster 53 ausgerichtet. In der einen Ausführungsform ist das Fenster 53 mit der Senke 20 in Berührung und in einer anderen Ausführungsform des Fensters 53 befindet sich dies in einem kleinen Abstand von der Senke 20. In beiden Ausführungsformen befinden sich Luftmoleküle zwischen dem Fenster und der Senke 20, wobei das gesamte Luftvolumen ausreichend klein ist, so daß irgendwelche Wassermoleküle in dem gesamten Luftvolumen zu gering sind, um eine Kondensationsschicht an der Senke 20 zu bilden, obwohl deren Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser liegt. Eine feuchtigkeitadichte Umhüllung 54 umgibt das Fenster 53 und schließt alle Bauteile des Befestigungsteiles 24 unter Ausnahme der heißenPlatte 50 ein.In Fig. 2, seven thermoelectric units 46 are shown which arranged in a row along the length of the fastening part 24 according to the invention are and which are electrically connected in series and mediated one adjustable energy source 52 are excited, which by means of an appropriate two-wire line 154 is connected. The cold plate 48 is in the form of a copper rod or copper bar, which snapped into place and with the cold counter surfaces of the components 46 is in contact. The temperature of the cold plate 48 is below freezing of the water and is at this temperature level by changing the output of the Energy source 52 adjustable. The hot plate 50 is in the shape of a copper rod, which are aligned and placed in contact with the hot front surfaces of the components 46 is. The depression 20 is represented by a blackened circular area at the rear Surface of the cold plate 48 is formed in the middle between the ends of the component 24. In one embodiment, the sink 20 is made of a copper compound or the like. formed, for example from copper oxide or copper sulfite, these compounds be formed by chemical reactions with the face of the cold plate 48. In another embodiment, the radiation sink 20 is made of a matt black Paint formed by painting the rear face of the cold plate 48 is formed. A radiation emitting window 53 is aligned with the depression 20. In one embodiment, the window 53 is in contact with the depression 20 and in another embodiment of the window 53 this is in a small one Distance from the well 20. In both embodiments there are air molecules between the window and the sink 20, the total volume of air being sufficient is small, so that any water molecules in the total volume of air are too small are to form a condensation layer on the well 20, although its temperature is below the freezing point of water. A moisture-proof coating 54 surrounds the window 53 and includes all components of the fastening part 24 below Except for the hot plate 50.
Die Umhüllung 54 besteht aus einem Elastomer oder einem Elastomerschaum, beispielsweise aus Polyisobutylen oder Polyurethan. An den oberen und unteren Kanten der heißen Platte 50 befinden sich Rippen 56 zur Wärmeabgabe. Die Kanten der Umhüllung 54 sind mit der heißen Platte 50 versiegelt, so daß die gesamten Bauteile des Befestigungsteiles 24 hermetisch innerhalb der Umgrenzung einer Umhüllung abgedichtet sind, welche durch die heiße Platte 50, die Umhüllung 54 und das Fenster 53 gebildet ist.The envelope 54 consists of an elastomer or an elastomer foam, for example made of polyisobutylene or polyurethane. On the top and bottom edges the hot plate 50 has ribs 56 for dissipating heat. The edges of the envelope 54 are sealed to the hot plate 50 so that all of the components of the fastener 24 are hermetically sealed within the perimeter of an enclosure, which by the hot plate 50, the envelope 54 and the window 53 is formed.
Die theoretischen Grundlagen des Strahlungskühlers gemäß der Erfindung sind noch nicht mit Sicherheit geklärt. The theoretical principles of the radiation cooler according to the invention have not yet been clarified with certainty.
jedoch wird angenommen, daß das Arbeiten des Strahlungskühlers gemäß der Erfindung auf den nachfolgend gegebenen theoretischen Betrachtungen beruht.however, it is believed that the radiant cooler operates in accordance with of the invention is based on the theoretical considerations given below.
Grundsätzlich tritt eine Wärmeübertragung durch Infrarotstrahlung zwischen einer verhältnismäßig heißen Fläche und einer verhältnismäßig kalten Fläche in übereinstimmung mit der folgenden Gleichung auf: wobei Q di5fleiteinheit übertragene Wärme (Btu/h)> A die Fläche einer der Flächen (fit2), F ein dimensionsloser Bemessungsfaktor, . der eine direkte Funktion der Größen beider Oberflächenbereiche, des Grades des Parallelismus der Flächen, der Kleinheit des Abstands der Flächen, der Kleinheit der Näherung an die Emissionsfähigkeit der Flächen eines schwarzen Körpers und der Umgebungsbedingungen, F die Stefan-Boltzmann-Konstante (0,171x10 8 Btu/ft2h .4 tgradJ4) T die absolute Temperatur der heißen Fläche (grad R) n T die absolute Temperatur der kalten Fläche (grad R) sind, wobei R für Rankin = grad F + 460 steht.Basically, heat transfer occurs through infrared radiation between a relatively hot surface and a relatively cold surface in accordance with the following equation: where Q di5fleiteinheit transferred heat (Btu / h)> A is the area of one of the areas (fit2), F is a dimensionless dimensioning factor,. which is a direct function of the sizes of both surface areas, the degree of parallelism of the surfaces, the smallness of the distance between the surfaces, the smallness of the approximation to the emissivity of the surfaces of a black body and the ambient conditions, F is the Stefan-Boltzmann constant (0.171x10 8 Btu / ft2h .4 tgradJ4) T are the absolute temperature of the hot surface (degrees R) n T are the absolute temperature of the cold surface (degrees R), where R stands for Rankin = degrees F + 460.
Die vorgenannten Ausführungen zeigen an, daß die Kühlung durch Infrarotstrahlung eine direkte Funktion des Oberflächenbereiches ist. Schwierigkeiten treten auf, um verhältnismäßig große offene Kühl flächen zur Strahlungsübertragung einzusetzen, wenn deren Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts ist, und zwar zufolge mechanischer Probleme, insbesondere zufolge von Schwierigkeiten, die mit der Verhinderung der Frostbildung in Beziehung stehen. The above statements indicate that the cooling by infrared radiation is a direct function of the surface area. Difficulties arise to use relatively large open cooling surfaces for radiation transmission, when their temperature is below freezing, according to mechanical Problems, in particular due to difficulties associated with the prevention of the Frost formation are related.
Gemäß der Erfindung wird eine geometrisch schmale Strahlungssenke verwendet, in welche" Frost und andere mechanische Probleme leicht gesteuert bzw. beherrscht werden können, wobei die Senke wirksam in eine geometrisch große Strahlungssenke umgewandelt wird, indem diese auf der Achse eines optischen Infrarotkondensors von verhältnismäßig großem Durchmesser angeordnet wird.According to the invention, there is a geometrically narrow radiation sink used in which "frost and other mechanical problems are easily controlled or can be controlled, the sink effectively in a geometrically large radiation sink is converted by placing this on the axis of an infrared optical condenser of is arranged relatively large diameter.
Der Reflektor kann in seiner Form verschiedene Ausbildungen haben, beispielsweise kann er sphärisch, parabolisch, elliptisch oder sphärisch sein. In Fig. 5 ist beispielsweise eine Strahlungssenke 58 und ein Gegenstandsbereich 60 eines begrenzten Bereiches A1 dargestellt, welcher zu kühlen ist, wobei diese Teile an konjugierten Punkten längs der Achse 62 des Reflektors 64 angeordnet sind. The reflector can have different designs in its shape, for example, it can be spherical, parabolic, elliptical, or spherical. In For example, FIG. 5 is a radiation sink 58 and an object region 60 of a limited area A1 which is to be cooled, these parts are arranged at conjugate points along the axis 62 of the reflector 64.
Der Bemessungs- bzw. Anordnungsfaktor F1 ist derartig gewählt, daß ein bemerkenswerter Teil der Divergentenstrahlung vom Gegenstandsbereich 60 durch den Reflektor 64 in Richtung auf die Strahlungssenke 58 konvergiert wird. Gemäß Fig. 6 sind beispielsweise die Strahlungssenke 66 und ein Gegenstandsbereich 68 mit einem vergrößerten zu kühlenden Bereich A2 am Brennpunkt und am Unendlichkeitspunkt längs der Achse 70 des Reflektors 72 angeordnet. Der Anordnungsfaktor F2 ist so bemessen, daß ein bemerkenswerter Teil der Parallel strahlung vom Gegenstandsbereich 68 durch den Reflektor 72 in Richtung auf die Strahlungssenke 66 konvergiert wird.The dimensioning or arrangement factor F1 is chosen such that a significant portion of the divergent radiation from the subject area 60 passes through the reflector 64 is converged in the direction of the radiation sink 58. According to FIG. 6 shows, for example, the radiation sink 66 and an object region 68 with an enlarged area A2 to be cooled at the focal point and at the infinity point arranged along the axis 70 of the reflector 72. The arrangement factor F2 is like this dimensioned that a notable part of the parallel radiation from the object area 68 through the reflector 72 in the direction of the radiation sink 66 converges will.
Vom optischen Standpunkt kann eine optimale Anordnung des zu kühlenden Gegenstandes dadurch festgelegt werden, daß die konjugierten Abstände und Vergrößerungen der Strahlungssenke und der Gegenstandsfläche näherungsweise in Begriffen berechnet werden, wobei diese Begrif#als negative Infrarot- oder Kühlungsstrahlung angesehen werden können, die von der Strahlungssenke ausgesendet wird. Insbesondere in Bezugnahme auf Fig. 5, gemäß welcher der Spiegel 64 sphärisch ausgebildet ist,"ist die Stellung der Senke 58 und des Gegenstandes 60 durch die nachfolgende Gleichung gegeben; wobei f die Fokuslänge des Spiegels 64, der Abstand der Senke 58 vom Spiegel 64, der Abstand des Gegenstands 60 vom Spiegel 64, A1 der Flächenbereich der Senke 58, A2 der Flächenbereich des Gegenstands 60 und m die Vergrößerung des Systems sind.From the optical point of view, an optimal arrangement of the object to be cooled can be determined by the fact that the conjugate distances and enlargements of the radiation sink and the object surface are calculated approximately in terms, these terms can be viewed as negative infrared or cooling radiation emitted by the radiation sink is sent out. With particular reference to FIG. 5, according to which the mirror 64 is formed spherically, "the position of the depression 58 and the object 60 is given by the following equation; where f is the focal length of the mirror 64, the distance between the depression 58 and the mirror 64, the distance between the object 60 and the mirror 64, A1 the surface area of the depression 58, A2 the surface area of the object 60 and m the magnification of the system.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 6 ist der Spiegel 72 elliptisch ausgebildet, die Senke 66 ist am ersten Fokuspunkt und der Gegenstand 68 am zweiten Fokuspunkt des Spiegels 72 angeordnet. In Fig. 6, gemäß welcher der Spiegel 72 parabolisch ausgebildet ist, ist die Senke 66 am Brennpunkt des Spiegels 72 angeordnet. Gemäß der Erfindung wird bevorzugt, wobei Begriffe von Querschnittsbereichen in Ebenen herangezogen werden, die zur optischen Achse normal sind, den Bereich des Infrarotstrahlungskondensator wenigstens zehnmal so groß wie die Strahlungssenke auszubilden, wobei der meiste Teil der freigelegten Fläche der Strahlungssenke, beispielsweise wenigstens 80 X, mit dem Infrarotstrahlungskondensor optisch in Verbindung ist. In der Praxis se das Verhältnis der Fokuslänge zum Durchmesser des Infrarotstrahlungskondensors, d.h. In the embodiment according to FIG. 6, the mirror 72 is elliptical formed, the depression 66 is at the first focal point and the object 68 at the second Focal point of the mirror 72 arranged. In Fig. 6, according to which the mirror 72 is parabolic is formed, the depression 66 is arranged at the focal point of the mirror 72. According to of the invention is preferred, with terms of cross-sectional areas in planes which are normal to the optical axis, the area of the infrared radiation condenser at least ten times as large as the radiation sink, most of which Part of the exposed area of the radiation sink, for example at least 80 X, is optically connected to the infrared radiation condenser. In practice se the ratio of the focal length to the diameter of the infrared radiation condenser, i.e.
die F-Zahl> nicht größer als 2,0 sein.the F number> must not be greater than 2.0.
In einer abgewandelten Ausführungsform des dargestellten Strbhlungskühlers ist der konvergierende Reflektor ein Fresnel-Reflektor. Dieser Fresnel-Beflektor, welcher in einer im wesentlichen flachen Ebene angeordnet ist, ist durch konzentrische konoidale Facetten gekennzeichnet, die irgendeiner der sphärischen, parabolischen, elliptischen oder asphärischen Aufbauten des Reflektors gemäß Fig. 1 entsprechen. Das Fenster 53 ist vorzugsweise aus einem infrarot aussendenden Material, beispielsweise geschmolzenem Quarz, Saphir, Magnesiumfluorid, Magnesiumoxyd, Kalziumfluorid, Arsentrisulfid, Zinksulfid, Silizium, Zinkselenid, Germanium, Natriumfluorid, Kadmiumtellurid oder Thalliumbromid-Jodit hergestellt. Wie in Fig. 5 ozw. 6 gezeigt, ist es wesentlich, daß die Gegenstandsflächen 60 bzw. 68 die einzigen Energiequellen sind, welche mit der Strahlungssenke 58 oder 66 in Verbindung stehen. Mit anderen Worten wird ein ununterbrochener thermisch leitender Weg durch die Strahlungssenke und die kalte Platte 48 elektromotorisch isoliert, d h. In a modified embodiment of the radiation cooler shown the converging reflector is a Fresnel reflector. This Fresnel reflector, which is arranged in a substantially flat plane is by concentric conoidal facets, which are any of the spherical, parabolic, correspond to elliptical or aspherical structures of the reflector according to FIG. The window 53 is preferably made of an infrared emitting material, for example fused quartz, sapphire, magnesium fluoride, magnesium oxide, calcium fluoride, arsenic trisulfide, Zinc sulfide, silicon, zinc selenide, germanium, sodium fluoride, cadmium telluride or Thallium bromide iodite produced. As in Fig. 5 ozw. 6, it is essential that the object surfaces 60 and 68 are the only energy sources which with the radiation sink 58 or 66 are in communication. In other words, becomes a uninterrupted thermally conductive path through the radiation sink and the cold one Plate 48 is electrically insulated, i. E.
elektromotorische Kräfte werden vermieden, die dahin tendieren würden, Wärme durch elektrischen Strom in einem Stromkreis zu erzeugen.electromotive forces are avoided, which would tend to Generating heat from electricity in a circuit.
Die thermoelektrischen Wärmeaustauscheinheiten 46 umfassen vorzugsweise Bereiche kleiner thermoelektrischer Elemente vom Peltier-Typ, wie in Fig. 4 gezeigt, gemäß welcher eine Last 74 zu kühlen ist und eine Wärmesenke 76 durch ein Paar von n- und p-Halbleitern 78 und 80 getrennt ist. An dem einen Ende jedes Halbleiters 78 und 80 ist ein gemeinsamer elektrischer Leiter 82 angebracht. Die gegenüberliegenden Enden der Halbleiter 78 und 80 sind an isolierte elektrische Leiter 82 und 84 angeschlossen. Der elektrische Leiter 82 ist mit der Last 74 durch einen thermisch leitenden elektrisch isolierenden Abatandsteil 86 verbunden. Entsprechend sind die elektrischen Leiter 82 und 84 an die Wärmesenke 76 über einen thermisch leitenden elektrisch isolierenden Abgtandsteil 90 befestigt. Wenn Gleichstrom ~über die Leiter 91 den und 92 durch/elektrischen Leiter 82, den n-Halbleiter 78, den elektrischen Leiter 82, den p-Leiter 80 und den elektrischen Leiter 84 fließt, tritt eine Kühlung der Last 74 auf. Gemäß der Erfindung sind die Bauteile 46 mit einem Wärmeaustauscher versehen, welcher mit dem thermischen Weg ausgerichtet ist, der sich von der Strahlungssenke erstreckt, um eine Wärmeströmung von wenigsten#9Btu/h(ft2) (F°) und vorzugsweise wenigstens 50 Btu/h(ft2) (FO) festlegt, wenn dieser mit einem Infrarotstrahlungskondensor einer Fläche von einem Quadratfuß für medizinische Anwendungszwecke zugeordnet ist. The thermoelectric heat exchange units 46 preferably comprise Areas of small thermoelectric elements of the Peltier type, as shown in Fig. 4, according to which a load 74 is to be cooled and a heat sink 76 by a pair of n- and p-semiconductors 78 and 80 is separated. At one end of each semiconductor 78 and 80, a common electrical conductor 82 is attached. The opposite Ends of semiconductors 78 and 80 are connected to insulated electrical conductors 82 and 84. The electrical conductor 82 is electrically connected to the load 74 by a thermally conductive one insulating Abatandteil 86 connected. The electrical conductors are accordingly 82 and 84 to the heat sink 76 via a thermally conductive, electrically insulating Abgtandteil 90 attached. When direct current ~ through conductors 91 the and 92 through / electrical conductor 82, the n-semiconductor 78, the electrical conductor 82, the p-conductor 80 and the electrical conductor 84 flows, a cooling of the occurs Load 74 on. According to the invention, the components 46 are with a heat exchanger provided, which is aligned with the thermal path extending from the radiation sink extends to a heat flow of at least # 9Btu / h (ft2) (F °) and preferably at least 50 Btu / h (ft2) (FO) when using an infrared radiation condenser is allocated an area of one square foot for medical use.
Beim Arbeiten ist die Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 3 für gewöhnlich in bezug auf eine Gegenstandsfläche so angeordnet, daß diese in solcher Weise gekühlt wird, daß eine Wärmesenke nicht um einen größeren Abstand von der Fläche des Gegenstands erwärmt ist, welcher doppelt so groß wie der Durchmesser des Reflektors ist, so daß der optische Weg von der Infrarotstrahlung aus sendenden Gegenstandsfläche über den Infrarotstrahlungskondensor zur Infrarotstrahlung absorbierenden Strahlungssenke ununterbrochen und nicht abgedeckt ist, so daß Wärmeströmung von der Fläche des Gegenstands zur Wärmesenke und durch die Wärmeleitung kontinuierlich ist. Mit anderen Worten ist die Vorrichtung in unmittelbarem Abstand zur Fläche des Gegenstandes angeordnet, um die gewünschte Wärmeströmung zu erzielen. Gemäß der Erfindung ist die Infrarotstrahlung hauptsächlich in dem Bereich von 0,8 bis fOJu und insbesondere im Bereich von 4 bis 40ja, d. h. der der Temperatur des menschlichen Körpers zugeordneten Strahlung. Die Umfassung 5+ ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das im wesentlichen in einem hauptsächlichen Teil des Bereiches von 4 bis 40/1 transparent ist. When working, the device according to Figures 1 to 3 is common arranged with respect to an object surface so that it is cooled in such a way that a heat sink does not move a greater distance from the surface of the object is heated, which is twice as large as the diameter of the reflector, so that the optical path from the object surface transmitting infrared radiation over the infrared radiation condenser for the radiation sink absorbing infrared radiation uninterrupted and not covered, so that heat flow from the surface of the Object to the heat sink and through which heat conduction is continuous. With others In words, the device is at a direct distance from the surface of the object arranged to achieve the desired heat flow. According to the invention is the infrared radiation mainly in the range of 0.8 to fOJu and in particular in the range from 4 to 40 yes, d. H. that associated with the temperature of the human body Radiation. The enclosure 5+ is preferably formed from a material that essentially transparent in a major part of the range from 4 to 40/1 is.
Claims (14)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/707,852 US4155226A (en) | 1973-12-06 | 1976-07-22 | Infrared cooler for restricted regions |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2654098A1 true DE2654098A1 (en) | 1978-02-02 |
Family
ID=24843416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19762654098 Ceased DE2654098A1 (en) | 1976-07-22 | 1976-11-29 | Infrared radiation cooler for small areas - has reflecting condenser and thermoelectric heat exchanger and infrared radiation source |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5313243A (en) |
| DE (1) | DE2654098A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3528731A1 (en) * | 1985-08-08 | 1986-03-27 | Wolfgang 1000 Berlin Wasserthal | Thermoelectric cooling installation |
| CN112146351A (en) * | 2020-09-12 | 2020-12-29 | 广西开蒙医疗科技有限公司 | Electronic scale glass plate water-cooling circulating device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2234122A (en) * | 1938-08-29 | 1941-03-04 | Charles M Heck | Method of controlling the temperature of objects |
| US3310102A (en) * | 1962-12-27 | 1967-03-21 | Centre Nat Rech Scient | Devices for lowering the temperature of a body by heat radiation therefrom |
-
1976
- 1976-11-29 DE DE19762654098 patent/DE2654098A1/en not_active Ceased
- 1976-11-29 JP JP14325376A patent/JPS5313243A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2234122A (en) * | 1938-08-29 | 1941-03-04 | Charles M Heck | Method of controlling the temperature of objects |
| US3310102A (en) * | 1962-12-27 | 1967-03-21 | Centre Nat Rech Scient | Devices for lowering the temperature of a body by heat radiation therefrom |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3528731A1 (en) * | 1985-08-08 | 1986-03-27 | Wolfgang 1000 Berlin Wasserthal | Thermoelectric cooling installation |
| CN112146351A (en) * | 2020-09-12 | 2020-12-29 | 广西开蒙医疗科技有限公司 | Electronic scale glass plate water-cooling circulating device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5313243A (en) | 1978-02-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69216844T2 (en) | THERMOELECTRIC COOLING SYSTEM WITH FLEXIBLE HEATING ELEMENT | |
| DE2737345C2 (en) | Semiconductor laser device with a Peltier element | |
| DE2732321A1 (en) | PORTABLE, ELECTRICALLY OPERATED COOLER | |
| DE2334452A1 (en) | REFRIGERATOR WITH A REFRIGERATED UNIT BUILT IN THE DOOR | |
| US4150552A (en) | Infrared cooler for restricted regions | |
| DE10251446B4 (en) | Cooling arrangement for light-bundling photovoltaic systems | |
| DE2654098A1 (en) | Infrared radiation cooler for small areas - has reflecting condenser and thermoelectric heat exchanger and infrared radiation source | |
| DE1501263B1 (en) | Cooling device | |
| DE212010000229U1 (en) | Light-emitting diode lighting module with its module housing as a heat sink | |
| CH615553A5 (en) | ||
| DE4322723C2 (en) | Device for holding a cylindrical laser tube in a direction stable to the beam | |
| DE102018221880A1 (en) | Thermal switch and heat dissipation for a hermetic housing | |
| EP2570881B1 (en) | Temperature control device, particularly a thermostatic device | |
| DE10004474A1 (en) | Cooler | |
| DE2202916A1 (en) | Electric cooking stand for cooking vessels | |
| DE4344025C1 (en) | Spacecraft with sample refrigerator | |
| DE10208240B4 (en) | Satellite with a radiator surface | |
| DE10137737B4 (en) | Optoelectronic device with thermal stabilization | |
| DE1061346B (en) | Refrigerator with thermoelectric cold generation | |
| DE1150723B (en) | Arrangement for electrical component acting as a heat source for cooling | |
| EP0084881A2 (en) | Device for heating liquids, in particular liquid fuels | |
| DE202010005951U1 (en) | Lighting device, in particular with solid-state light sources (LED's), with an improved heat distribution system | |
| DE19810442C2 (en) | Display device and projection system and use of a liquid coolant for cooling LCD elements | |
| DE112021003060T5 (en) | DEVICE FOR THERMAL EXPOSURE TO A HUMAN | |
| DE1590966A1 (en) | Bimetal switch, especially for air-cooled internal combustion engines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: F25B 21/02 |
|
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: GLAESER, J., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 2000 HAMBURG |
|
| 8131 | Rejection |