RU2076286C1 - Термоэлектрическая батарея холодильного устройства - Google Patents
Термоэлектрическая батарея холодильного устройства Download PDFInfo
- Publication number
- RU2076286C1 RU2076286C1 RU93039229/06A RU93039229A RU2076286C1 RU 2076286 C1 RU2076286 C1 RU 2076286C1 RU 93039229/06 A RU93039229/06 A RU 93039229/06A RU 93039229 A RU93039229 A RU 93039229A RU 2076286 C1 RU2076286 C1 RU 2076286C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power supply
- thermocouple
- junction
- supply unit
- diodes
- Prior art date
Links
Images
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
- F25B2321/00—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
- F25B2321/02—Details of machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effects; using Nernst-Ettinghausen effects
- F25B2321/023—Mounting details thereof
Landscapes
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
Использование: в холодильной технике, в бытовых и промышленных холодильниках. Сущность изобретения: термоэлектрическая батарея содержит последовательно соединенные термоэлементы с горячими и термоэлементы с холодными спаями, блок электропитания и конденсаторы, установленные между термоэлементами, а также между последними и блоком питания. Каждый термоэлемент снабжен вторым спаем, подключенным к блоку электропитания параллельно первому спаю с противоположным расположением материалов спая, и двумя диодами, установленными последовательно спаям в каждой ветви электрической цепи термоэлемента и имеющим противоположное относительно друг друга расположение анодов и катодов. Блок электропитания выполнен в виде источника переменного тока. Диоды в ветвях цепи могут быть установлены с противоположным относительно друг друга расположением анодов и катодов или идентично. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к холодильной технике, в частности, к конструкциям термоэлектрических элементов и батарей.
Известны термоэлектрические элементы, включающие холодные и горячие спаи, последовательно соединенные между собой и снабженные источником постоянного тока.
Недостатком указанных термоэлектрических элементов является наличие значительного теплообмена по материалу термоэлектрической батареи и ее монтажным элементам, что приводит к необходимости использовать для питания значительные токи и снижает КПД термоэлектрической батареи.
Наиболее близким аналогом является термоэлектрическая батарея для производства холода [1] включающая последовательно соединенные между собой холодный и горячий спаи, снабженные источником постоянного тока. Термоэлектрическая батарея снабжена устройством, обеспечивающим разрыв теплового потока между холодной и горячей стороной термоэлектрической батареи по материалу ее монтажных элементов на время в течение которого электропитание отключено.
Основным недостатком аналога является наличие постоянного теплового потока по материалу термоэлемента и по материалу монтажных элементов в течение времени, когда электропитание термоэлектрической батареи включено. Указанные выше недостатки снижают КПД термоэлектрической батареи. Кроме того устройство может быть использовано только в нестационарных термоэлектрических охладителях, что ограничивает область его применения.
Задачей предлагаемого изобретения является создание термоэлектрической батареи с высоким КПД и более широкой областью применения.
Поставленная задача решается тем, что термоэлектрическая батарея холодильного устройства, включающая последовательно соединенные термоэлементы с горячими и термоэлементы с холодными спаями и блок электропитания согласно изобретению батарея снабжена конденсаторами, установленными между термоэлементами, а также между последними и блоком питания, а каждый термоэлемент снабжен вторым спаем, подключенным к блоку питания параллельно первому спаю с противоположным расположением материалов спая и двумя диодами, установленными последовательно спаям в каждой ветви электрической цепи термоэлемента и имеющими противоположное относительно друг друга расположение анодов и катодов, при этом блок электропитания выполнен в виде источника переменного тока.
В первом варианте выполнения термоэлектрической батареи в ветвях электрической цепи двух ближайших последовательно размещенных термоэлементов диоды установлены с противоположным относительно друг друга расположением анодов и катодов (фиг. 1).
Такое выполнение термоэлектрической батареи позволяет как нагреватьтак и охлаждать объект.
Во втором варианте выполнения термоэлектрической батареи в ветвях электрической цепи двух ближайших последовательно размещенных термоэлементов диоды установлены идентично (фиг. 2).
Такое выполнение термоэлектрической батареи позволяет работать либо в режиме охлаждения (холодильник), либо в режиме нагрева.
Конденсаторы в электрической цепи между термоэлементами и блоком электропитания обеспечивают постоянный тепловой разрыв между горячими и холодными спаями термоэлементов, что устраняет переток тепла между ними и, как следствие, повышает КПД устройства. Введение вторых холодных и вторых горячих спаев в термоэлементах, а также выполнение источника электропитания в виде источника переменного тока обеспечивает функционирование термобатареи в непрерывном режиме.
На фиг. 1 представлена схема первого варианта выполнения термоэлектрической батареи холодильного устройства.
На фиг. 2 представлена схема второго варианта выполнения термоэлектрической батареи холодильного устройства.
На фиг. 3 представлен график зависимости I=I(t) для тока через верхнюю ветвь холодного термоэлемента и нижнюю ветвь горячего термоэлемента.
На фиг. 4 представлен график зависимости I=I(t) для тока через нижнюю ветвь холодного термоэлемента и верхнюю ветвь горячего термоэлемента.
На фиг. 5 показана зависимость I=I(t) для тока на входе и выходе термоэлементов 1 и 2.
В первом варианте выполнения термоэлектрическая батарея холодильного устройства содержит последовательно соединенные термоэлементы 1 с холодными, термоэлементы 2 с горячими спаями и блок 3 электропитания, выполненный в виде источника переменного тока. В электрической цепи между термоэлементами 1 и 2 и блоком 3 электропитания установлены соответственно конденсаторы 4, 5 и 6. Термоэлемент 1 содержит параллельно соединенные холодные первый и второй спаи 7 и 8 с противоположным расположением материалов спая и два диода 9 и 10, установленные последовательно спаям 7 и 8 с противоположным относительно друг друга расположением анодов и катодов. Спаи 7 и 8 и диоды 9 и 10 образуют соответственно две параллельные ветви 11 и 12 электрической цепи термоэлемента 1. Термоэлемент 2 содержит параллельно соединенные горячий первый и второй спаи 13 и 14 с противоположным относительно друг друга расположением материалов спая и два диода 15 и 16, установленные последовательно со спаями 13 и 14 с противоположным относительно друг друга расположением анодов и катодов. Спаи 13 и 14 и диоды 15 и 16 образуют соответственно две параллельные ветви 17 и 18 электрической цепи термоэлемента 2.
Кроме того диоды 9 и 10 термоэлемента 1 и соответствующие диоды 15 и 16 термоэлемента 2 имеют противоположное относительно друг друга расположение анодов и катодов (фиг. 1).
Во втором варианте выполнения термоэлектрической батареи (фиг. 2) диоды 9 и 10 термоэлемента 1 и соответствующие им диоды 15 и 16 термоэлемента 2 установлены относительно друг друга идентично.
Термобатарея работает следующим образом. Питание от блока 3 источника электропитания подается на схему (фиг. 1) через конденсатор 4 в виде переменного тока фиксированной частоты (фиг. 4). Через диод 9 проходят импульсы только положительной полярности (фиг. 2). В соответствии с эффектом Пельтье на спае 7 в ветви 11 термоэлемента 1 поглощается тепло из окружающей среды, причем количество поглощенного тепла составляет
(1)
где: Р коэффициент Пельтье (ЭДС Пельтье),
I=I(wt) сила тока;
t время;
w частота.
(1)
где: Р коэффициент Пельтье (ЭДС Пельтье),
I=I(wt) сила тока;
t время;
w частота.
В ветви 12 термоэлемента 1 диод 10 пропускает импульсы тока только отрицательной полярности (фиг. 3), в результате чего на спае 8 поглощается такое же количество тепла, как и на спае 7.
На выходе термоэлемента 1 течет переменный ток, причем, его частота остается неизменной относительно частоты тока на входе термоэлемента (фиг. 4). Изменение концентрации электронов на одной обкладке конденсатора 5 (аналогично и для конденсаторов 4 и 6) приводит к изменению концентрации электронов на другой обкладке и, соответственно к наличию тока в электрической цепи.
В ветви 17 термоэлемента 2 течет ток через диод 15, который пропускает импульсы только положительной полярности. В соответствии с эффектом Пельтье на спае 13 выделяется тепло в окружающую среду, причем количество выделенного тепла соответствует количеству поглощенного на спае 7 термоэлемента 1. В ветви 18 термоэлемента 2 спай 14 включен в обратном направлении относительно спая 13 в ветви 17, а диод 16 пропускает импульсы тока только отрицательной полярности, в результате прохождения которых через спай 14 в среду его окружающую выделяется такое же количество тепла, сколько его поглощается спаем 8 термоэлемента 1. На выходе термоэлемента 2 течет переменный ток такой же как на входе термоэлемента 1 (фиг. 4).
Во втором варианте выполнения термоэлектрической батареи (фиг. 2) термоэлемент 2 функционирует идентично термоэлементу 1 вследствие одинакового расположения диодов в этих термоэлементах. В этой связи на спаях 7, 8 и 13, 14 идет процесс только поглощения теплоты. Причем в первом варианте конденсаторы 4, 5 и 6 установлены в схеме для предотвращения теплообмена по материалу тоководов между термоэлементами 1 и 2, термоэлементом 1 и источником питания 3, термоэлементом 2 и источником питания 3. Во втором варианте (фиг. 2) конденсатор 5 предназначен для коммуникации спаев 7, 8 и 13, 14 в последовательности, обеспечивающей только поглощение тепла из среды их окружающей. Конденсаторы 4 и 6 установлены для предотвращения теплообмена по материалу тоководов между термоэлементами 1 и 2 и источником питания 3.
Известно, что добротность термоэлектрической батареи описывается следующим соотношением:
Z=α2/p•x (2),
где: α эмпирический коэффициент, имеющий размерность (в/град), р - удельная электропроводность, х суммарный коэффициент теплопроводности среды между холодной и горячей стороной термобатареи (крепежный материал, тоководы термоэлементов и т.д.).
Z=α2/p•x (2),
где: α эмпирический коэффициент, имеющий размерность (в/град), р - удельная электропроводность, х суммарный коэффициент теплопроводности среды между холодной и горячей стороной термобатареи (крепежный материал, тоководы термоэлементов и т.д.).
Из соотношения (2) видно, что если х стремится к нулю, что реально позволяет сделать заложенное в предлагаемом устройстве техническое решение, поскольку теплопроводность материала между обкладками конденсаторов 4, 5 и 6
величина управляемая посредством подбора диэлектрика с нужными свойствами, то добротность термоэлемента стремится к бесконечности и, как следствие, КПД устройства, в котором он используется будет стремиться к 100%
По оценочным данным КПД прототипа составляет не более 2,5 5% а КПД предлагаемого устройства не менее 25 50% Кроме того, по сравнению с прототипом предлагаемая термоэлектрическая батарея может работать как в стационарном, так и в нестационарном режиме в холодильных устройствах разного объема и хладопроизводительности, что расширяет область его применения.
величина управляемая посредством подбора диэлектрика с нужными свойствами, то добротность термоэлемента стремится к бесконечности и, как следствие, КПД устройства, в котором он используется будет стремиться к 100%
По оценочным данным КПД прототипа составляет не более 2,5 5% а КПД предлагаемого устройства не менее 25 50% Кроме того, по сравнению с прототипом предлагаемая термоэлектрическая батарея может работать как в стационарном, так и в нестационарном режиме в холодильных устройствах разного объема и хладопроизводительности, что расширяет область его применения.
Промышленная применимость.
Изобретение может быть использовано для создания температурных полей с требуемой конфигурацией и максимальной температурой ниже температуры среды, окружающей произвольный теплоизолированный объем. В частности, оно может быть использовано для создания пониженной температуры в бытовых и промышленных холодильниках, термостатах.
Claims (3)
1. Термоэлектрическая батарея холодильного устройства, содержащая последовательно соединенные термоэлементы с холодными и/или горячими спаями и блок электропитания, отличающаяся тем, что батарея снабжена конденсаторами, установленными между термоэлементами, а также между последними и блоком питания, а каждый термоэлемент снабжен вторым спаем, подключенным к блоку электропитания параллельно первому спаю с противоположным расположением материалов спая, и двумя диодами, установленными последовательно со спаями в каждой ветви электрической цепи термоэлемента и имеющими противоположное относительно друг друга расположение анодов и катодов, при этом блок электропитания выполнен в виде источника переменного тока.
2. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что в ветвях электрической цепи двух ближайших последовательно размещенных термоэлементов диоды установлены с противоположным относительно друг друга расположением анодов и катодов.
3. Батарея по п. 1, отличающаяся тем, что в ветвях электрической цепи двух ближайших последовательно размещенных термоэлементов диоды установлены идентично.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93039229/06A RU2076286C1 (ru) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Термоэлектрическая батарея холодильного устройства |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93039229/06A RU2076286C1 (ru) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Термоэлектрическая батарея холодильного устройства |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93039229A RU93039229A (ru) | 1996-01-20 |
RU2076286C1 true RU2076286C1 (ru) | 1997-03-27 |
Family
ID=20145996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93039229/06A RU2076286C1 (ru) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | Термоэлектрическая батарея холодильного устройства |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2076286C1 (ru) |
-
1993
- 1993-07-30 RU RU93039229/06A patent/RU2076286C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1142711, кл. F 25 B 21/02, 1985. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Min et al. | Experimental evaluation of prototype thermoelectric domestic-refrigerators | |
Riffat et al. | A novel thermoelectric refrigeration system employing heat pipes and a phase change material: an experimental investigation | |
RU2594371C2 (ru) | Электронное устройство управления температурой, охладитель, использующий его, нагреватель, использующий его, и способ управления им | |
Adams et al. | High switching ratio variable-temperature solid-state thermal switch based on thermoelectric effects | |
GB780725A (en) | Improvements in or relating to thermoelectric devices | |
US20130174580A1 (en) | Household System with Multiple Peltier Systems | |
Sulaiman et al. | Cooling performance of thermoelectric cooling (TEC) and applications: a review | |
Kodeeswaran et al. | Precise temperature control using reverse seebeck effect | |
Rokde et al. | Peltier based eco-friendly smart refrigerator for rural areas | |
Ghoshal et al. | Efficient switched thermoelectric refrigerators for cold storage applications | |
US3402561A (en) | Refrigerating apparatus | |
Biswas et al. | Development and experimental investigation of portable solar-powered thermoelectric cooler for preservation of perishable foods | |
RU2076286C1 (ru) | Термоэлектрическая батарея холодильного устройства | |
Alaoui et al. | Solid state heater cooler: design and evaluation | |
KR20130017239A (ko) | 열전 모듈을 위한 팬 제어 장치 | |
JPH11187682A (ja) | 蓄熱・蓄冷熱式電力貯蔵装置 | |
Chaudhari et al. | Eco-Friendly Refrigerator Using Peltier Device | |
Vián et al. | Computational optimization of a thermoelectric ice-maker as a function of the geometric parameters of a peltier module | |
Islam et al. | A Novel Design of A Dual-Powered Automatic Peltier Effect Cooler | |
CN216048472U (zh) | 热电制冷系统及制冷设备 | |
KR200240139Y1 (ko) | 열전반도체소자를 이용하여 가열과 냉각을 동시에실현하는 장치 | |
KR102311546B1 (ko) | 전기화학 펠티어 셀 및 그의 제작 방법 | |
Harivardhanreddy et al. | Design and Analysis of Solar Refrigeration Using Peltier Plate | |
Sungkar et al. | Performance of thermoelectrics and heat pipes refrigerator | |
Ong | Development of the hybrid storage system using thermoelectric generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040731 |