RU2155917C2

RU2155917C2 - Thermoelectric device

Info

Publication number: RU2155917C2
Application number: RU98119257A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Терегулов; В.Н. Канюков; А.И. Харлов; Е.Ю. Ерофеев; В.Н. Терегулов; С.И. Скуднов; Е.А. Харлов; И.В. Канюков
Original assignee: Оренбургский филиал МНТК "Микрохирургия глаза"
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-09-10

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: device chamber accommodates rod. Moving medium passage is made on rod surface over helical line. Rod surface is rigidly fixed to inner surface of chamber. The latter is provided with heat- accumulating shell covered with heat insulation. Shell surface mounts thermocouples. EFFECT: improved efficiency, enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам, работа которых основана на эффекте Пельтье, и может быть использовано в различных технологических процессах любой отрасли промышленности, и в частности для нагрева или охлаждения движущихся жидкостей или газов. The invention relates to thermoelectric devices, the operation of which is based on the Peltier effect, and can be used in various technological processes of any industry, and in particular for heating or cooling moving liquids or gases.

Известен термоэлектрический холодильник, содержащий корпус со сборником охлаждающей жидкости, термобатареи, центробежный насос с рабочим элементом, расположенным соосно с вентилятором и установленным с возможностью вращения в сборнике охлаждающей жидкости /Авторское свидетельство СССР N 166933, МПК⁶ F 25 B 21/02, Бюллетень N 24, 1964 г./.Known thermoelectric refrigerator containing a housing with a collector of coolant, thermopile, a centrifugal pump with a working element located coaxially with the fan and installed with the possibility of rotation in the collector of coolant / USSR Copyright Certificate N 166933, IPC ⁶ F 25 B 21/02, Bulletin N 24, 1964 /.

Недостатком этого холодильника является низкая эффективность охлаждения, так как поток воздуха, создаваемый вентилятором, вызывает приток тепла в сборник охлаждающей жидкости и, кроме того, имеются потери охлаждающей жидкости. The disadvantage of this refrigerator is its low cooling efficiency, since the air flow generated by the fan causes heat to flow into the coolant reservoir and, in addition, there are losses of coolant.

Наиболее близким по технической сущности является термоэлектрическое устройство, содержащее герметичную рабочую камеру с каналом для прохождения движущейся среды и термоэлементы. Канал в форме спирали выполнен в перегородке, разделяющей камеру на верхний и нижний отсеки. По каналу в перегородке охлаждающая жидкость из верхнего отсека центробежным насосом непрерывно нагнетается в магистраль к охлаждаемому объекту /Авторское свидетельство СССР N 1712745, МПК⁶ F 25 B 21/02, Бюллетень N 6, 1992 г. (прототип)/.The closest in technical essence is a thermoelectric device containing a sealed working chamber with a channel for the passage of a moving medium and thermocouples. The spiral channel is made in a partition dividing the chamber into the upper and lower compartments. Through the channel in the baffle, the coolant from the upper compartment is continuously pumped into the line to the facility to be cooled by the centrifugal pump / USSR Author's Certificate No. 1712745, IPC ⁶ F 25 B 21/02, Bulletin No. 6, 1992 (prototype) /.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность из-за недостаточной интенсивности теплообмена. Кроме того, недостатком является сложность устройства и ограниченная область применения, так как оно предназначено для охлаждения только жидких сред. A disadvantage of the known device is its low efficiency due to insufficient heat exchange intensity. In addition, the disadvantage is the complexity of the device and the limited scope, since it is intended for cooling only liquid media.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства, упрощение и расширение области его применения. The objective of the invention is to increase the efficiency of the device, simplifying and expanding its scope.

Указанная задача достигается тем, что в термоэлектрическом устройстве, содержащем герметичную рабочую камеру с каналом для прохождения движущейся среды и термоэлементы, внутри камеры установлен стержень, а канал для прохождения движущейся среды выполнен на поверхности стержня по винтовой линии, при этом поверхность стержня жестко соединена с внутренней поверхностью камеры, камера снабжена термоаккумулирующей оболочкой, покрытой теплоизоляцией, а термоэлементы размещены на поверхности оболочки. This task is achieved by the fact that in the thermoelectric device containing a sealed working chamber with a channel for passing the moving medium and thermocouples, a rod is installed inside the chamber, and the channel for passing the moving medium is made on the surface of the rod along a helical line, while the surface of the rod is rigidly connected to the inner the surface of the chamber, the chamber is equipped with a thermal storage shell coated with thermal insulation, and thermocouples are placed on the surface of the shell.

На чертеже схематично изображено предлагаемое термоэлектрическое устройство. The drawing schematically shows the proposed thermoelectric device.

Термоэлектрическое устройство содержит герметичную рабочую камеру 1, внутри которой установлен стержень 2. На поверхности стержня по винтовой линии выполнен канал 3 для прохождения движущейся среды, соединенный с проточками 4 и 5, на дне которых выполнены отверстия 6 и 7, сообщающиеся с центральными каналами 8 и 9, которые посредством штуцеров 10 и 11 соединены с магистралью (не показана). Поверхность стержня 2 и внутренняя поверхность камеры 1 соединены горячей посадкой. Корпус камеры снабжен термоаккумулирующей оболочкой 12. На поверхности оболочки установлены термоэлементы 13, внешняя сторона которых соединена с радиаторами 14. Оболочка покрыта теплоизоляцией 15. The thermoelectric device contains a sealed working chamber 1, inside of which a rod 2 is installed. On the surface of the rod along a helix there is a channel 3 for passing a moving medium connected to grooves 4 and 5, at the bottom of which holes 6 and 7 are made, communicating with the central channels 8 and 9, which, through fittings 10 and 11, are connected to a trunk (not shown). The surface of the rod 2 and the inner surface of the chamber 1 are connected by a hot fit. The housing of the chamber is equipped with a thermal storage shell 12. Thermocouples 13 are installed on the surface of the shell, the outer side of which is connected to the radiators 14. The shell is covered with thermal insulation 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Для охлаждения движущейся среды термоэлементы подключают к источнику электроэнергии постоянного тока таким образом, что холодными спаями поглощается тепло, а на горячих спаях оно выделяется. Для обеспечения работы устройства в режиме нагрева изменяют полярность подключения термоэлементов. To cool a moving medium, thermocouples are connected to a DC power source so that heat is absorbed by cold junctions, and it is released on hot junctions. To ensure the operation of the device in heating mode, the polarity of the connection of thermocouples is changed.

При подключении электропитания к термоэлементам 13 в соответствии с эффектом Пельтье термоаккумулирующая оболочка 12, выполненная, например, из стали, меди, покрытая теплоизоляцией 15, охлаждается (нагревается), одновременно охлаждается (нагревается) камера 1 с находящимся внутри нее стержнем 2. Тепло (холод), выделяющееся на спае термоэлементов, передается на радиаторы 14, где снимается за счет естественной конвекции окружающей среды или принудительно от вентиляторов (не показаны). When connecting the power supply to the thermocouples 13 in accordance with the Peltier effect, the thermally accumulating shell 12, made of, for example, steel, copper, coated with thermal insulation 15, cools (heats), at the same time cools (heats) the chamber 1 with the rod 2 inside it. Heat (cold ), released at the junction of thermocouples, is transmitted to radiators 14, where it is removed due to natural convection of the environment or forcedly from fans (not shown).

После охлаждения (нагрева) оболочки до необходимой температуры в камеру 1 через штуцер 10 подают жидкость или газ. По центральному каналу 8 через отверстие 6 движущаяся среда попадает в проточку 4, сообщающуюся с каналом 3, по которому проходит по винтовой линии, контактируя с его охлажденной внутренней поверхностью. Длина и сечение канала зависят от параметров движущейся среды и перепада температур, необходимого для получения конечного результата. Пройдя канал 3, охлажденная (нагретая) среда по проточке 5, отверстию 7, центральному каналу 9 через штуцер 11 выводится из устройства. After cooling (heating) the shell to the required temperature, a liquid or gas is supplied to the chamber 1 through the nozzle 10. Through the central channel 8 through the hole 6, the moving medium enters the groove 4, which communicates with the channel 3, through which it passes along a helical line, in contact with its cooled inner surface. The length and cross section of the channel depend on the parameters of the moving medium and the temperature difference necessary to obtain the final result. Having passed the channel 3, the cooled (heated) medium along the groove 5, the hole 7, the central channel 9 through the nozzle 11 is removed from the device.

Выполнение канала для прохождения движущейся среды по винтовой линии на поверхности стержня, жестко соединенной с внутренней поверхностью камеры, позволит повысить интенсивность теплообмена за счет увеличения площади контакта среды с поверхностью камеры. Расположение термоэлементов на поверхности термоаккумулирующей оболочки, покрытой теплоизоляцией, позволит накапливать в оболочке холод (тепло) при минимальных потерях в окружающую среду, и тем самым обеспечить стабильность охлаждения (нагрева) среды до заданной температуры, и, кроме того, появляется возможность сокращения количества термоэлементов, необходимых для достижения заданной температуры. Это позволит повысить эффективность устройства. The implementation of the channel for the passage of the moving medium along a helix on the surface of the rod, rigidly connected to the inner surface of the chamber, will increase the intensity of heat transfer by increasing the contact area of the medium with the surface of the chamber. The location of the thermocouples on the surface of the thermally storage shell coated with thermal insulation will allow the accumulation of cold (heat) in the shell with minimal losses to the environment, and thereby ensure the stability of cooling (heating) of the medium to a given temperature, and, in addition, it becomes possible to reduce the number of thermocouples, necessary to achieve the set temperature. This will improve the efficiency of the device.

Предложенное техническое решение по сравнению с прототипом позволит также расширить область применения устройства за счет обеспечения как нагрева, так и охлаждения жидкости или газа, возможности использовать устройство для осуществления движения среды как в прямом, так и в обратном направлении. Кроме того, данная конструкция позволит осуществлять нагрев или охлаждение сред, находящихся под давлением, в том числе высоким и сверхвысоким, так как оболочка позволит обеспечить запас прочности. The proposed technical solution in comparison with the prototype will also expand the scope of the device by providing both heating and cooling liquid or gas, the ability to use the device to carry out the movement of the medium in both forward and reverse directions. In addition, this design will allow heating or cooling of media under pressure, including high and ultra-high, since the shell will provide a margin of safety.

Преимуществом предлагаемого технического решения является также упрощение конструкции и выполнение устройства таким образом, что появляется возможность соединять термоэлектрические устройства в батарею последовательно или параллельно. The advantage of the proposed technical solution is also the simplification of the design and implementation of the device in such a way that it becomes possible to connect thermoelectric devices to the battery in series or in parallel.

Таким образом, предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволит повысить эффективность устройства, упростить его конструкцию и расширить область применения. Thus, the proposed technical solution in comparison with the prototype will improve the efficiency of the device, simplify its design and expand the scope.

Claims

A thermoelectric device containing a sealed working chamber with a channel for passing a moving medium and thermocouples, characterized in that a rod is installed inside the chamber, and a channel for passing a moving medium is made on the surface of the rod along a helical line, while the surface of the rod is rigidly connected to the inner surface of the camera, the chamber is equipped with a thermal storage shell coated with thermal insulation, and thermocouples are placed on the surface of the shell.