FI127872B

FI127872B - Peltier-type cooler

Info

Publication number: FI127872B
Application number: FI20106062A
Authority: FI
Inventors: Timo Juutilainen
Original assignee: Compusteel Oy
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2019-04-30
Also published as: FI20106062A; FI20106062A0; WO2012049359A1; FI20106062L

Abstract

Keksinnön kohteena on Peltier-tyyppinen jäähdytin (10), johon kuuluu ainakin kylmäpuoli, johon kuuluu ensimmäinen jäähdytinelementti (2) ja kylmäpuolen vastapäätä matkan päässä sijaitseva kuumapuoli, johon kuuluu toinen jäähdytinelementti (6), sekä useita Peltier-elementtejä (5). Ne ovat ensimmäisen jäähdytinelementin (2) ja toisen jäähdytinelementin (6) välisessä tilassa ja joihin on syötettävissä sähkövirta virransyöttövälineillä (11). Useat Peltier-elementit (5) ovat lämpökytkennässä ensimmäisen jäähdytinelementin (2) ja toisen jäähdytinelementin (6) kanssa. Ainakin yksi jäähdytinelementeistä (2, 6) on muodostettu kahdesta tai useammasta jäähdytysosasta (8). Kukin jäähdytysosa (8) on mukautettavissa Peltier-elementtien (5) muodoiltaan ja/tai mitoiltaan poikkeavien pintojen (5a) mukaisesti siten, että mainittu ainakin yksi jäähdytinelementti (2, 6) on kiinni usean Peltier-elementin (5) pinnassa (5a) suurelta alalta.The invention is a Peltier-type cooler (10) comprising at least a cold side, with a first cooling element (2) and a distance away from the cold side opposite the hot side, with a second cooling element (6), and a plurality of Peltier elements (5). They are in the space between the first radiator element (2) and the second cooler element (6) and can be supplied with electric current by means of power supply means (11). Several Peltier elements (5) are in thermal connection with the first radiator element (2) and the second cooler element (6). At least one of the radiator elements (2, 6) is formed by two or more cooling parts (8). Each cooling section (8) can be adapted to the shape and / or dimensions (5a) of the Peltier elements (5) so that said at least one cooler element (2, 6) is attached to the surface (5a) of a plurality of Peltier elements (5) sector.

Description

Peltier-tyyppinen jäähdytinPeltier type radiator

Esillä olevan keksinnön kohteena on Peltier-tyyppinen jäähdytin, johon kuuluu ainakin kylmäpuoli ja kylmäpuolen vastapäätä matkan päässä sijaitseva kuumapuoli, johon kuuluu jäähdytinelementti, sekä useita Peltierelementtejä, jotka ovat jäähdytinosien ja jäähdytinelementin välisessä tilassa, ja jotka mainitut useat Peltier-elementit ovat lämpökytkennässä jäähdytinosien ja jäähdytinelementin kanssa.The present invention relates to a Peltier type of cooler, which includes at least a cold side and a distance away from the cold side opposite the hot side, comprising a cooling element, and a plurality of Peltierelementtejä which are jäähdytinosien and the cooling in the space between, and that the plurality of Peltier elements are lämpökytkennässä jäähdytinosien and the cooling with.

Kuviossa 1 on esitetty esimerkinomaisesti kaaviomaisesti sivulta perinteinen Peltier-jäähdyttimen rakenne. Siihen kuuluu niin sanottu kylmäpuoli (joka on kuvassa ylempi puoli), johon kuuluu ainakin ensimmäinen jäähdytinelementti 2, sekä vaihtoehtoisesti kylmäpuolen puhallin 1. Jäähdytinelementti 2 on tyypillisesti ripamainen elementti. Peltier-jäähdyttimeen 10 kuuluu kuuma puoli, johon kuuluu kylmäpuolen vastakkaiselle puolelle välikkeiden 3 avulla matkan päähän sovitettu toinen jäähdytinelementti 6 sekä vaihtoehtoisesti myös kuuman puolen puhallin 7. Puhaltimen 1 ja 7 tilalla tai lisäksi voidaan käyttää muunlaisia kylmää tai kuumaa ilmaa kerääviä tai siirtäviä välineitä.Figure 1 is an exemplary schematic side view of a conventional Peltier radiator structure. It belongs to the so-called cold side (which is the upper side in Figure), which includes at least a first cooling element 2, and, alternatively, the cold side 1. The cooling fan 2 is typically rib-like element. Peltier cooler 10 includes a hot side, which is on the opposite side of the cold side of the spacers 3 are adapted to a distance from the second cooling element 6, and optionally also to the hot side of the fan 7. The fan 1 and 7 in place of or in addition to use other kinds of hot or cold air collecting or conveying means.

Kylmänpuolen ja kuumanpuolen sekä välikkeiden 3 väliin jää tila, johon sinänsä tunnetut Peltier-elementit 5 on sovitettu. Peltier-elementin paksuus on tyypillisesti noin 5 mm, mutta voi luonnollisesti poiketa tästä. Peltierelementin kylmänpuolen puoleisen pinnan 5a ja ensimmäisen jäähdytinelementin 2 väliin jäävään tilaan voidaan järjestää edullisesti väliaine tai väli25 kappale 4 (niin sanottu cool expander) kylmänpuolen ja kuumanpuolen välisen lämpövuodon pienentämiseksi. Peltier-elementteihin 5 tuodaan sinänsä tunnetulla tavalla sähkövirta välineillä, joita ei ole tässä esitetty.between the cold side and hot side, and the spacers 3 is a space, which in itself known Peltier elements 5 are arranged. The thickness of the Peltier element is typically about 5 mm, but may naturally deviate from this. Peltierelementin side surface of the cold side of the first 5a and the cooling space remaining between the two can be arranged preferably medium or väli25 body 4 (the so-called expander cool) heat leakage between the hot side and a cold side to reduce. An electric current is applied to the Peltier elements 5 in a manner known per se by means not shown here.

Jäähdyttimessä on ensiarvoisen tärkeää, että elementtien pinnat ovat hyväs30 sä lämpökytkennässä molemmilla puolilla Peltier-elementtiä oleviin jäähdytinelementteihin. Jos tarvitaan vähänkin enemmän tehoa jäähdyttimestä, tarvitaan useampia Peltier-elementtejä. Tavallinen ratkaisu on, että esim.In a radiator, it is of paramount importance that the surfaces of the elements have a good thermal connection to the radiator elements on both sides of the Peltier element. If a little more power from the radiator is needed, more Peltier elements are needed. The usual solution is that e.g.

neljä Peltier-elementtiä on kahden kookkaan, kaikkien Peltier-elementtien yli menevien jäähdytinelementtien välissä kuten kuviossa 1 on esitetty. Peltierelementtien mittatarkkuus voi vaihdella hiukan. Ne voivat olla hiukan vinossa tai niiden pinnat eivät ole täysin tasomaisia. Jos käytetään useampaa Peltierelementtiä esim, neljää, eivätkä pinnat ole aivan yhdensuuntaisia, syntyy rakoja 9 ja lämpökytkentä heikkenee. Raot 9 ovat tyypillisesti 0,1 mm suuruisia. Vaikka raossa 9 käytetään lämpöä johtavaa pastaa, kasvaa lämpövastus niin paljon, että koko jäähdyttimen toiminta heikkenee oleellisesti, esim, maksimiteho putoaa puoleen. Jos pinnat ovat edellisen lisäksi esim, kuperia, lisääntyy lämpövastus entisestään. Jäähdyttimessä on ensiarvoisen tärkeää, että Peltier-elementtien 5 pinnat ovat hyvässä lämpökontaktissa molemmilla puolilla elementtiä oleviin jäähdytin elementteihin.the four Peltier elements are located between two large radiator elements passing over all Peltier elements as shown in Figure 1. The dimensional accuracy of the sheet metal elements may vary slightly. They may be slightly skewed or their surfaces may not be completely planar. If several Peltier elements are used, e.g. four, and the surfaces are not exactly parallel, cracks 9 are created and the thermal connection is weakened. The slits 9 are typically 0.1 mm in size. Although a thermally conductive paste is used in the slot 9, the thermal resistance increases so much that the entire operation of the radiator is substantially reduced, e.g., the maximum power is halved. If, in addition to the above, the surfaces are convex, the thermal resistance increases even more. In the radiator, it is of paramount importance that the surfaces of the Peltier elements 5 are in good thermal contact with the radiator elements on both sides of the element.

Esillä olevan keksinnön kohteena on saada aikaan Peltier-tyyppinen jäähdytin, jolla edellä esitetyt Peltier-elementtien keskinäiset mitta- ja muoto poikkeavuuksista johtuvat haitat saadaan poistettua tai ainakin olennaisesti vähennettyä.It is an object of the present invention to provide a Peltier-type radiator with which the above-mentioned disadvantages due to dimensional and shape deviations between Peltier elements can be eliminated or at least substantially reduced.

Edellä mainittu keksinnön mukainen tarkoitus saadaan ratkaistua esillä olevan keksinnön mukaisesti siten, että kylmäpuoleen kuuluu kaksi tai useampia jäähdytysosaa, jolloin kukin mainituista jäähdytysosista on varustettu välikappaleella tai väliaineella, jonka välikappaleen pohja tai väliaine mukautuu Peltier-elementtien muodoiltaan ja/tai mitoiltaan poikkeavien pintojen mukaisesti siten, että välikappaleen pohja tai väliaine on kiinni Peltier-elementin poikkeavassa pinnassa välikappaleen tai väliaineen ja poikkeavien pintojen välisten rakojen muodostumisen välttymiseksi.The above object according to the invention can be solved according to the present invention in that the cold side comprises two or more cooling parts, each of said cooling parts being provided with a spacer or medium, the spacer base or medium adapting to surfaces of different shape and / or dimensions of Peltier elements, that the base or medium of the spacer is attached to the aberrant surface of the Peltier element to avoid the formation of gaps between the spacer or medium and the aberrant surfaces.

Esillä olevan keksinnön suoritusmuotoja on esitetty oheisissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.Embodiments of the present invention are set out in the appended dependent claims.

Seuraavaksi keksintöä selitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joista:The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

20106062 prh 15 -03- 201920106062 prh 15 -03- 2019

Kuvio 1 esittää kaaviomaisesti sivulta tekniikan tason mukaista Peltiertyyppistä jäähdytintä, jaFigure 1 is a schematic side view of a prior art Peltier type radiator, and

Kuvio 2 esittää kaaviomaisesti sivulta keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista Peltier-tyyppistä jäähdytintä.Figure 2 is a schematic side view of a Peltier type radiator according to a preferred embodiment of the invention.

Kuviossa 2 on siis esitetty kaaviomaisesti sivulta keksinnönmukainen Peltiertyyppisen jäähdyttimen eli Peltier-jäähdyttimen rakenne. Kuten kuviossa 1 10 esitetyssä jäähdyttimessä keksinnön mukaisen Peltier-jäähdyttimeen 10 kuuluu niin sanottu kylmäpuoli (joka on kuvassa ylempi puoli), johon kuuluu kaksi tai useampia jäähdytysosasta 8 (tarkempi rakenne jäljempänä), sekä vaihtoehtoisesti kylmäpuolen puhallin 1. Peltier-jäähdyttimeen 10 kuuluu myös kuuma puoli, johon kuuluu kylmäpuolen vastakkaiselle puolelle välik15 keiden 3 avulla matkan päähän sovitettu toinen jäähdytinelementti 6 sekä vaihtoehtoisesti myös kuuman puolen puhallin 7. Puhaltimen 1 ja 7 tilalla tai lisäksi voidaan käyttää muunlaisia siirtoaineita, kuten ilmaa tai vettä, kerääviä tai siirtäviä välineitä.Thus, Figure 2 is a schematic side view of the structure of a Peltier-type radiator according to the invention, i.e. a Peltier radiator. As the condenser shown in Figure 1 to 10 of the Peltier cooler 10 of the invention is the so-called cold side (which is the figure the upper side), which includes two or more cooling part 8 (detailed structure below), and alternatively, the cold side of the fan 1. The Peltier cooler 10 also includes a hot side, which is on the opposite side of the cold side välik15 projects through 3 arranged in a distance from the second cooling element 6, and optionally also to the hot side of the blower 7. the blower 7 and the holding one or additionally use other kinds of transfer agents, such as air or water, collecting or conveying means.

Kylmänpuolen ja kuumanpuolen jäähdytyselementtien 6 sekä välikkeiden 3 väliin jää tila tai tilat, johon sinänsä tunnetut Peltier-elementit 5 on sovitettu. Peltier-elementin 5 paksuus on tyypillisesti noin 5 mm, mutta voi luonnollisesti poiketa tästä. Peltier-elementin 5 kylmänpuolen puoleisen pinnan 5a ja jäähdytysosien 8 väliin jäävään tilaan voidaan järjestää edullisesti väliaine tai 25 välikappale 4' (cool expander) kylmänpuolen ja kuumanpuolen välisen lämpövuodon pienentämiseksi. Peltier-elementteihin 5 tuodaan sinänsä tunnetulla tavalla sähkövirta virransyöttövälineillä 11. Sähkövirran suunta voidaan muuttaa virransyöttövälineiden 11 suunnanmuutosvälineillä 11a. Tällöin Peltier-elementtien 5 kylmäpinta muuttuu kuumaksi pinnaksi ja kuumapinta kylmäksi pinnaksi, toisin sanoen jäähdyttimen 10 kuuma puoli muuttuu kylmäksi puoleksi ja kylmä puoli muuttuu kuumaksi puoleksi.The cold side and the hot side of the cooling elements 6 and the spacers 3 between a space or spaces which in themselves known Peltier elements 5 are arranged. The thickness of the Peltier element 5 is typically about 5 mm, but may of course deviate from this. 5a and between the cooling elements 8 into the space can preferably be medium or 25 of the spacer 4 '(expander cool) heat leakage between the hot side and a cold side to reduce the side surface of the Peltier element 5 to the cold side. An electric current is supplied to the Peltier elements 5 in a manner known per se by means of power supply means 11. The direction of the electric current can be changed by means of reversing means 11a of the power supply means 11. In this case, the cold surface of the Peltier elements 5 becomes a hot surface and the hot surface becomes a cold surface, that is, the hot side of the radiator 10 becomes a cold side and the cold side becomes a hot side.

Seuraavaksi selostetaan esillä olevan keksinnön yksittäisen jäähdytysosan 8 eräs edullinen rakenne.Next, a preferred structure of the individual cooling section 8 of the present invention will be described.

Kuvion 2 mukainen ensimmäinen kylmä puoli on muodostettu useasta, toisistaan erillisestä jäähdytinosasta 8. Näin ollen kukin jäähdytinosa 8 on sovitettu yhden Peltier-elementin 5 yhteyteen eli kullakin Peltier-elementillä 5 on oma jäähdytysosa 8. Mainittakoon, että kuumalla puolella oleva jäähdytinelementti 6 voidaan muodostaa vastaavalla tavalla useasta osasta.The first cold side according to Fig. 2 is formed by a plurality of separate cooling parts 8. Thus, each cooling part 8 is arranged in connection with one Peltier element 5, i.e. each Peltier element 5 has its own cooling part 8. It should be mentioned that the hot side cooling element 6 can be formed way from several parts.

Edullisesti kunkin jäähdytysosan 8 ja Peltier-elementin 5 pinnan 5a väliseen tilaan on järjestetty välikappale 4', joka on yhtenäinen jäähdytysosan 8 kanssa. Mieluiten välikappale 4' on tehty samasta kappaleesta kuin jäähdytysosaPreferably, in the space between each cooling part 8 and the surface 5a of the Peltier element 5, an intermediate piece 4 'is arranged, which is integral with the cooling part 8. Preferably, the spacer 4 'is made of the same piece as the cooling part

8. Etuna tällaisella rakenteella on se, että vältytään liittymäkohdat, jotka voivat heikentää, tässä tapauksessa kylmän siirtymistä välikappaleelta 4' jäähdytysosaan 8. Edelleen kylmän siirtämiseksi pois jäähdytysosasta 8 tuodaan jäähdytysosien 8 yhteyteen puhaltimella 1 edullisesti fluidia siirtoainetta C, tässä tapauksessa ilmaa. Vastaavasti toisen jäähdytinelementin 6 yhteyteen tuodaan siirtoaine H puhaltimella 7. Siirtoaineena C ja H voidaan käyttää sovelluskohteesta riippuen muutakin siirtoainetta, edullisesti kuitenkin fluidia siirtoainetta, kuten vettä. Välikappale 4' tai väliaine voi myös olla, kuten kuviossa 1 on esitetty, jäähdytysosasta 8 erillinen osa.8. The advantage of such a structure is that it avoids connection points which may weaken, in this case the transfer of cold from the spacer 4 'to the cooling part 8. Further to transfer cold from the cooling part 8 a fluid transfer agent C, in this case air, is preferably introduced into the cooling parts. Correspondingly, the transfer agent H is introduced into the second cooling element 6 by a fan 7. Depending on the application, other transfer agents, preferably fluid transfer agents such as water, can be used as transfer agents C and H. The spacer 4 'or the medium can also be, as shown in Figure 1, a separate part from the cooling part 8.

Kuviossa 2 on esitetty esimerkinomaisesti Peltier-elementtejä 5, joiden yksi pinta 5a on muodoltaan poikkeava verrattuna normaaliin pintaan. Poikkeava pinta 5a on esitetty tässä kaltevana pintana. Voidaan huomata, että jäähdytysosat 8 sekä välikappaleet 4' (tai väliaine) mukautuvat Peltier-elementin 5 kaltevan pinnan 5a mukaisesti tilaan siten, että välikappaleen 4' pohja on kiinni Peltier-elementin 5 pinnassa 5a mahdollisimman suurelta alalta.Figure 2 shows by way of example Peltier elements 5, one surface 5a of which is different in shape from a normal surface. The aberrant surface 5a is shown here as a sloping surface. It can be seen that the cooling parts 8 and the spacers 4 '(or medium) adapt to the space according to the inclined surface 5a of the Peltier element 5 so that the bottom of the spacer 4' is attached to the surface 5a of the Peltier element 5 over as large an area as possible.

Näin ollen vältytään kuviossa 1 esitettyjen rakojen 9 muodostumiselta. Näin saadaan aikaan mahdollisimman suuri jäähdytysosan 8 ja pinnan 5a välinen lämpökytkentä, jossa on kompensoitu kunkin Peltier-elementin 5 keskinäiset muoto- ja/tai mittapoikkeamat, esimerkiksi Peltier-elementin 5 paksuusvirheet tai paksuuden toleranssipoikkeamat.Thus, the formation of the slits 9 shown in Fig. 1 is avoided. This provides the greatest possible thermal connection between the cooling part 8 and the surface 5a, in which the mutual shape and / or dimensional deviations of each Peltier element 5 are compensated, for example the thickness errors or thickness tolerance deviations of the Peltier element 5.

Esillä oleva keksintö ei rajoitu ainoastaan esitettyihin suoritusmuotoihin vaan sitä voidaan soveltaa monin tavoin patenttivaatimusten määrittämän suojaalan piirissä.The present invention is not limited to the embodiments shown, but can be applied in many ways within the scope of the claims.

Claims

The claims

1. The Peltier-type cooler (10), which at least includes a cold side and a distance away from the cold side opposite the hot side, comprising

5 radiator element (6), as well as a plurality of Peltier elements (5) in the space between the radiator parts (8) and the radiator element (6), said plurality of Peltier elements (5) being thermally connected to the radiator parts (8) and the radiator element (6). characterized in that the cold side comprises two or more cooling parts (8), each of said cooling parts (8) being provided with a spacer (4 ⁷ ) or a medium, the base or medium of the spacer (4 ⁷ ) adapting to the Peltier elements (5) according to surfaces (5a) of different shape and / or dimensions so that the base or medium of the spacer (4 ⁷ ) is attached to the different surface (5a) of the Peltier element (5) between the gaps between the spacer (4 ⁷ ) or the medium and the different surfaces (5a) (9) to avoid modification.

Radiator (10) according to Claim 1, characterized in that the radiator (10) is provided with a fan (1, 7) on the hot side and / or on the cold side of the radiator (10).

Radiator (10) according to claim 1 or 2, characterized in that said space is provided with a separate spacer and / or spacer (4Q integral with the cooling members (8) and / or with a medium integral with the cooling members (8) .