RU2312427C2 - Device for fixing parts by way of freezing - Google Patents
Device for fixing parts by way of freezing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2312427C2 RU2312427C2 RU2005105240/28A RU2005105240A RU2312427C2 RU 2312427 C2 RU2312427 C2 RU 2312427C2 RU 2005105240/28 A RU2005105240/28 A RU 2005105240/28A RU 2005105240 A RU2005105240 A RU 2005105240A RU 2312427 C2 RU2312427 C2 RU 2312427C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- branches
- thermoelectric
- type
- plates
- contacts
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к термоэлектрической технике, в частности к конструкциям термоэлектрических устройств для крепления-базирования деталей методом примораживания при их механической обработке.The invention relates to thermoelectric technology, in particular to the design of thermoelectric devices for fastening-based parts by freezing during machining.
Прототипом изобретения является замораживающее устройство, предназначенное для закрепления деталей при их обработке на станках методом примораживания [1]. Устройство включает в себя термоэлектрическую батарею (ТЭБ), приводимую в тепловой контакт холодными спаями с деталью, подлежащей механической обработке, и жидкостный теплообменник, сопряженный с горячими спаями ТЭБ.The prototype of the invention is a freezing device designed to fix parts during processing on machines by freezing [1]. The device includes a thermoelectric battery (thermopile), brought into thermal contact by cold junctions with the part to be machined, and a liquid heat exchanger associated with hot junctions of the thermopile.
ТЭБ выполняется из последовательно соединенных в электрическую цепь полупроводниковых термоэлементов, каждый из которых образован двумя ветвями (столбиками, выполненными либо цилиндрическими, либо в виде прямоугольного параллелепипеда), изготовленными из полупроводника соответственно p- и n-типа. Ветви термоэлементов соединяются между собой посредством коммутационных пластин, причем коммутация обеих ветвей (p- и n-типа) к коммутационной пластине производится к одной и той же плоской поверхности по краям последней. При этом термоэлемент имеет "П-образную" форму, где вертикальные элементы - p- и n-ветви, а горизонтальные - коммутационные пластины. Электрически последовательно соединенные коммутационными пластинами термоэлементы, образующие ТЭБ, заключены между двумя высокотеплопроводными электроизоляционными пластинами-теплопереходами.The thermopile is made of semiconductor thermoelements connected in series to an electric circuit, each of which is formed by two branches (columns made either cylindrical or in the form of a rectangular parallelepiped) made of a p- and n-type semiconductor, respectively. The branches of thermocouples are interconnected by means of patch plates, moreover, the switching of both branches (p- and n-type) to the patch plate is made to the same flat surface along the edges of the latter. In this case, the thermocouple has a "U-shaped" shape, where the vertical elements are p- and n-branches, and the horizontal ones are patch plates. Thermoelements that form thermopiles electrically connected in series by switching plates are enclosed between two highly heat-conducting electrical insulating heat transfer plates.
Недостатком известной конструкции является невозможность использования мощных ТЭБ с током питания порядка 100 А и выше вследствие возникновения в данной конструкции ТЭБ значительных механических напряжений из-за теплового расширения (сжатия) материалов, а также биметаллического эффекта, снижающих практически до нуля надежность ее функционирования и точность базирования деталей. Данное обстоятельство ограничивает применимость данного устройства для примораживания крупных деталей и мелких деталей в большом количестве при их механической обработке с высокой интенсивностью.A disadvantage of the known design is the inability to use powerful thermopiles with a supply current of about 100 A and higher due to the occurrence of significant mechanical stresses in this thermopile design due to the thermal expansion (compression) of materials, as well as the bimetallic effect, which reduce the reliability of its functioning and baseline accuracy to almost zero details. This circumstance limits the applicability of this device for freezing large parts and small parts in large quantities during their machining with high intensity.
Целью изобретения является устранение указанных недостатков.The aim of the invention is to remedy these disadvantages.
Цель достигается тем, что сопряжение ТЭБ с деталью производится посредством трубопровода, разделенного посредством блока управления на три контура циркуляции теплоносителя, причем первый контур приводится в тепловой контакт с деталью, а каждый из двух других контуров сопрягается соответственно с ТЭБ, причем одна из ТЭБ предназначена для функционирования в режиме охлаждения, а вторая - в режиме нагрева. При этом блок управления осуществляет связь контуров один и два, либо один и три в единый канал и обеспечивает протекание в канале либо охлажденного, либо нагретого теплоносителя. Каждая из ТЭБ состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника p- и n-типа, электрическое соединение ветвей осуществляют посредством контакта ветвь p-типа-коммутационная пластина-ветвь n-типа, где ветвь p-типа контактирует торцевой поверхностью с одной из поверхностей коммутационной пластины, а ветвь n-типа - с другой. При этом каждая ветвь в ТЭБ контактирует противоположными торцевыми поверхностями с двумя коммутационными пластинами, причем коммутационные пластины имеют площадь, несколько большую, чем площадь поперечного сечения ветвей p- и n-типа, вследствие чего их концы выступают за поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ. Концы коммутационных пластин, осуществляющих холодные контакты, выступают за одну поверхность структуры, а концы коммутационных пластин, осуществляющих горячие контакты, - за другую, причем свободные концы коммутационных пластин выполнены с сечением Т-образной формы и припаяны к электроизолированным друг от друга площадкам, выполненным в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины.The goal is achieved in that the thermopile is coupled with the part by means of a pipeline, divided by the control unit into three coolant circuits, the first circuit being brought into thermal contact with the part, and each of the other two circuits is mated with the thermopile, respectively, one of the thermopile functioning in cooling mode, and the second in heating mode. In this case, the control unit communicates the circuits one and two, or one and three into a single channel and ensures that either cooled or heated coolant flows in the channel. Each thermopile is composed of alternating branches connected in series to the electric circuit by means of patch plates, respectively made of p- and n-type semiconductor, the electrical connection of the branches is carried out by means of the p-type branch-connection plate-n-type branch, where the p- branch type contacts the end surface with one of the surfaces of the patch plate, and the n-type branch with the other. In this case, each branch in the thermopile is in contact with opposite end surfaces with two switching plates, and the connecting plates have an area slightly larger than the cross-sectional area of the p- and n-type branches, as a result of which their ends protrude beyond the surface of the structure formed by the thermopile branches. The ends of the connecting plates making cold contacts protrude beyond one surface of the structure, and the ends of the connecting plates making hot contacts protruding from the other, and the free ends of the connecting plates are made with a T-shaped cross section and are soldered to electrically insulated areas made in in the form of films of metals or alloys deposited on ceramic plates.
Конструкция устройства для крепления деталей методом примораживания изображена на фиг.1 и 2.The design of the device for mounting parts by freezing is shown in figures 1 and 2.
Устройство включает в себя трубопровод 1, разделенный посредством блока управления 2 на три контура циркуляции теплоносителя 3, 4, 5. Контур циркуляции теплоносителя 3 приводится в тепловой контакт с объектом примораживания (деталью) 6, а контуры 4 и 5 сопрягаются с ТЭБ соответственно 7 и 8, причем одна из ТЭБ предназначена для функционирования в режиме охлаждения, а вторая в режиме нагрева. Блок управления 2 осуществляет связь контуров 3 и 4 либо 3 и 5 в единый канал и обеспечивает протекание в канале либо охлажденного, либо нагретого теплоносителя 9.The device includes a pipeline 1, divided by a control unit 2 into three coolant circulation circuits 3, 4, 5. The coolant circulation circuit 3 is brought into thermal contact with the freezing object (part) 6, and circuits 4 and 5 are interfaced with the thermopile, 7 and 8, moreover, one of the thermopiles is designed to operate in cooling mode, and the second in heating mode. The control unit 2 communicates circuits 3 and 4 or 3 and 5 into a single channel and ensures that either cooled or heated coolant 9 flows in the channel.
ТЭБ 7 (8) состоит из последовательно соединенных в электрическую цепь посредством коммутационных пластин 10 и 11 чередующихся ветвей, изготовленных соответственно из полупроводника p-типа 12 и n-типа 13. Электрическое соединение ветвей осуществляют посредством контакта ветвь p-типа 12-коммутационная пластина 10 или 11-ветвь n-типа 13, где ветвь p-типа 12 контактирует торцевой поверхностью с одной из поверхностей коммутационной пластины, а ветвь n-типа 13 - с другой. Каждая ветвь в ТЭБ 7 (8) контактирует противоположными торцевыми поверхностями с двумя коммутационными пластинами 10 и 11. Коммутационные пластины 10 и 11 имеют площадь, несколько большую, чем площадь поперечного сечения ветвей p- и n-типа 12 и 13, вследствие чего их концы выступают за поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ 7 (8), как это изображено на фиг.2. Концы коммутационных пластин 10, осуществляющих холодные контакты, выступают за одну поверхность структуры, а концы коммутационных пластин 11, осуществляющих горячие контакты, - за другую. Свободные концы коммутационных пластин 10 и 11 выполнены с сечением Т-образной формы и припаяны к электроизолированным друг от друга площадкам 14 и 15, выполненным в виде пленок металлов или сплавов, нанесенных на керамические пластины 16 и 17. На крайней торцевой поверхности ветвей, находящихся соответственно в начале и конце ТЭБ 7 (8), имеются контактные площадки 18, посредством которых к ней осуществляется подвод электрической энергии.TEB 7 (8) consists of alternating branches connected in series into an electric circuit by means of switching
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
При функционировании устройства в режиме примораживания детали 6 блок управления 2 осуществляет связь контуров 3 и 4 в единый канал, по которому протекает теплоноситель 9, охлаждаемый ТЭБ 7.When the device is operating in the freezing mode of part 6, the control unit 2 communicates circuits 3 and 4 into a single channel through which the coolant 9, cooled by the thermopile, 7 flows.
Охлаждение теплоносителя 9 производится следующим образом.Cooling the coolant 9 is as follows.
При прохождении по ТЭБ, работающей в режиме охлаждения (например, ТЭБ 7), постоянного электрического тока, подаваемого от источника электрической энергии через контактные площадки 18, между коммутационными пластинами 10 и 11, представляющими собой контакты ветвей p- и n-типа 12 и 13, возникает разность температур, обусловленная выделением на одних соседних концах ветвей и поглощением на других соседних концах ветвей теплоты Пельтье. При указанной на фиг.2 полярности электрического тока происходят нагрев коммутационных пластин 11 и охлаждение коммутационных пластин 10. Соответственно имеет место нагрев площадок 15 и керамической пластины 17 и охлаждение площадок 14 и керамической пластины 16. Теплоноситель 9 охлаждается до необходимой температуры при протекании по трубопроводу 1 вдоль керамической пластины 16. Съем тепла с керамической пластины 17 производится посредством системы теплосброса (на фиг.1 и 2 не показана). Примораживание детали 6 производится за счет ее теплового сопряжения с охлажденным теплоносителем 9, протекающим в канале, образованном областями 3 и 4.When passing through the thermopile, working in the cooling mode (for example, thermopile 7), a constant electric current supplied from the electric energy source through the
По окончании механической обработки детали 6 производится ее съем с рабочей поверхности. Съем детали 6 производится при повышении ее температуры теплоносителем 9, протекающим в канале, образованном областями 3 и 5, связанными блоком управления 2, и нагретым ТЭБ 8.At the end of the machining of part 6, it is removed from the working surface. The removal of part 6 is carried out with an increase in its temperature by the coolant 9 flowing in the channel formed by the regions 3 and 5 connected by the control unit 2 and the heated thermopile 8.
Механизм нагрева теплоносителя 9 ТЭБ 8 аналогичен его охлаждению ТЭБ 7. Отличие состоит в обратном направлении тока питания, протекающего через ТЭБ 8, по отношению к ТЭБ 7.The heating mechanism of the heat carrier 9 of thermopile 8 is similar to its cooling of thermopile 7. The difference is in the reverse direction of the supply current flowing through the thermopile 8, in relation to the thermopile 7.
В заявляемом устройстве для крепления деталей методом примораживания:In the inventive device for mounting parts by freezing:
1) частично или полностью исключаются механические напряжения, возникающие в ветвях термоэлементов p- и n-типа за счет линейной компенсации теплового расширения одних концов (горячих) ветвей линейным сжатием других концов (холодных), что приводит к повышению надежности ТЭБ;1) mechanical stresses arising in the branches of p- and n-type thermoelements due to the linear compensation of thermal expansion of one ends of the (hot) branches by linear compression of the other ends (cold) are partially or completely eliminated, which leads to increased reliability of the thermopile
2) в значительной мере устраняются перетоки тепла с горячих коммутационных пластин на холодный по межтермоэлементным пространствам за счет их более плотной упаковки;2) to a large extent, heat flows from hot patch plates to cold are eliminated through inter-element spaces due to their denser packing;
3) коммутационные пластины вследствие специфики исполнения электрических контактов ТЭБ имеют намного меньшую толщину, чем в прототипе, следствием чего является значительное уменьшение их электрических сопротивлений и теплоемкости, что дает возможность достигнуть более низких температур, а также уменьшает длительность выхода ТЭБ на рабочий режим;3) connection plates due to the specifics of the performance of the electrical contacts of the thermopile, have a much smaller thickness than in the prototype, the consequence of which is a significant decrease in their electrical resistances and heat capacity, which makes it possible to achieve lower temperatures, and also reduces the duration of the thermopile on the operating mode;
4) в ТЭБ могут быть использованы ветви различной длины, что дает возможность более точного согласования таких параметров, как оптимальный ток и перепад температур для каждой пары ветвей p- и n-типа, следствием чего является повышение энергетической эффективности ТЭБ и всего устройства в целом.4) branches of various lengths can be used in the thermopile, which makes it possible to more accurately coordinate parameters such as the optimal current and temperature difference for each pair of p- and n-type branches, which results in an increase in the energy efficiency of the thermopile and the whole device.
ЛитератураLiterature
1. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлектрические устройства. Киев: Наукова думка, 1979.1. Anatychuk L.I. Thermocouples and thermoelectric devices. Kiev: Naukova Dumka, 1979.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105240/28A RU2312427C2 (en) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | Device for fixing parts by way of freezing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005105240/28A RU2312427C2 (en) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | Device for fixing parts by way of freezing |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2312427C2 true RU2312427C2 (en) | 2007-12-10 |
Family
ID=38904023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005105240/28A RU2312427C2 (en) | 2005-02-24 | 2005-02-24 | Device for fixing parts by way of freezing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2312427C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107999835A (en) * | 2017-11-30 | 2018-05-08 | 重庆代发铸造有限公司 | Spherical casting drilling equipment |
-
2005
- 2005-02-24 RU RU2005105240/28A patent/RU2312427C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107999835A (en) * | 2017-11-30 | 2018-05-08 | 重庆代发铸造有限公司 | Spherical casting drilling equipment |
CN107999835B (en) * | 2017-11-30 | 2019-02-19 | 重庆代发铸造有限公司 | Spherical casting drilling equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2444814C1 (en) | Thermoelectric cluster, method of its operation, device to connect active element in it with heat power line, generator (versions) and heat pump (versions) on its basis | |
WO2010004550A2 (en) | Split thermo-electric structure and devices and systems that utilize said structure | |
US6679064B2 (en) | Wafer transfer system with temperature control apparatus | |
Li et al. | Multiphysics simulations of a thermoelectric generator | |
Hodes | Optimal pellet geometries for thermoelectric refrigeration | |
RU2312427C2 (en) | Device for fixing parts by way of freezing | |
RU2282280C2 (en) | Device for fastening parts by freezing method | |
Chang et al. | An experimental investigation of thermoelectric air-cooling module | |
Shilliday | Performance of composite Peltier junctions of Bi2Te3 | |
RU2282279C2 (en) | Device for fastening parts by freezing method | |
RU2282277C2 (en) | Thermo-electric battery | |
RU2312428C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2335036C2 (en) | Thermobattery | |
RU2280920C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2280919C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2269183C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2282275C2 (en) | Thermo-electric battery | |
Manno | On-chip thermoelectric hotspot cooling | |
RU207206U1 (en) | THERMOELECTRIC MODULE | |
RU2282273C2 (en) | Thermo-electric battery | |
RU2788108C2 (en) | Thermoelectrical device for heat removal from ree elements | |
RU2269184C2 (en) | Thermoelectric battery | |
RU2790357C2 (en) | Thermoelectric device for removal of heat from ree elements | |
RU2315249C2 (en) | Thermo-electric conditioner | |
RU2280921C2 (en) | Thermoelectric battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080225 |