RU7733U1 - Термонасос на элементах с эффектом пельтье - Google Patents

Abstract

1. Термонасос на элементах с эффектом Пельтье, состоящих как минимум из одной пары элементов p и n-проводимости, расположенных на теплопереходных подложках, находящихся в тепловом контакте с двумя плитами, образующими герметичную и отвакуумированную полость, отличающийся тем, что плиты изготовлены из вакуумплотных теплопроводных материалов и по периметру между ними установлен замкнутый резиновый вакуумный уплотнитель, а разряжение в полости между плитами составляет 10- 10мм рт.ст.2. Термонасос по п.1, отличающийся тем, что между плитами установлен как минимум один тепловой экран.3. Термонасос по п.1, отличающийся тем, что в полости установлены молекулярные поглотители.4. Термонасос по п.1, отличающийся тем, что электрическая коммутация осуществляется через тепловые плиты.

Description

Термонасос на элементах с эффектом Пельтье

Полезная модель относится к области тепловых насосов, в частности, к холодильным и охлаждающим приборам и устройствам.

Известен термоэлектрический холодильник, содержащий холодильную камеру с двойными стенками, полость между которыми отвакуумирована,итермоэлектрическуюбатареюиз

полупроводниковых элементов с коммутационными пластинами на горячих и холодных спаях, полупроводниковые элементы размещены в межстеночной полости, а наружные стенки камеры поджаты атмосферным давлением к коммутационным пластинам горячих спаев, а внутренние - к коммутационным пластинам холодных спаев, каждый полупроводниковый элемент заключен в вакуумноплотный кожух (а.с. СССР № 342024, МКИ F25B 21/02, 1072г.).

Недостатками известного холодильника являются недостаточная эффективность термоэлементов, вызванная тепловыми потерями между горячими и холодными плитами контейнера, а также снижение вакуума в межстеночном пространстве в процессе длительной эксплуатации.

Кроме того, это техническое решение позволяет реализовать использование термоэлектрического охлаждения только в частном решении - холодильнике.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности термоэлементов за счет практического исключения

МКИ F 25В 21/02 тепловых потерь между горячими и холодными плитами, а также повышение надежности и обеспечение длительного сохранения вакуума в межстеночном пространстве. Решение поставленной задачи достигается тем, что термонасос содержит элементы с эффектом Пельтье, состояш;их как минимум из одной пары р и п проводимости, расположенных на теплопереходных подложках, находящихся в тепловом контакте с двумя плитами, изготовленными из вакуумплотных, теплопроводных материалов, и образуюп ;ими герметичную и отвакуумированную полость с разряжением 0.. мм.рт.ст., между плитами по периметру установлен замкнутый резиновый вакуумный уплотнитель. В полости между плитами также установлен как минимум один тепловой экран и молекулярные поглотители, а электрическая коммутация термоэлементов осуществляется через плиты. Предложенное техническое решение удовлетворяет критерию Новизны, так как в опубликованных источниках информации заявителями и авторами не обнаружена подобная совокупность признаков предлагаемой полезной модели, а введенные отличительные признаки являются существенными и позволяют обеспечить эффективное использование элементов Пельтье за счет создания рациональногоконструкторно - техническогорешенияс использованием вакуума, технических средств его сохранения и электрической коммутации элементов Пельтье. Экспериментальные исследования показали весьма заметное влияние степени разряжения на интенсивность тепловых потоков в

зависимости от величины остаточного давления, в частности для предлагаемого устройства наибольший эффект достигается при разряжении ...10 мм.рт.ст., между горячими и холодными плитами.

Изготовление вакуумного резинового уплотнителя из резиновых смесей марки ИРП-1015 или 2024 ТУ 38105119-96 или им подобных, обеспечивающих вакуумную плотность не выше 10 мм.рт.ст. при эксплуатационной температуре от минус 30 °С до плюс 100 °С в течении не менее 10 лет, обеспечивает надежность создание и сохранение вакуума в предлагаемом устройстве.

Тепловой экран, установленный в полости между плитами предотвраш;ает молекулярный переход между холодными и горячими плитами в условиях глубокого вакуума, т.е. практически исключает теплопередачу, чем повышается эффективность термоэлементов.

Наличие в устройстве молекулярных поглотителей способствует повышению надежности и обеспечивает длительное сохранение вакуума, т.к. с течением времени ряд материалов, особенно в глубоком вакууме газят, что приводит к повышению интенсивности теплообмена между стенками разного температурного уровня.

На рис. изображен термонасос на элементах с эффектом Пельтье. Он состоит из двух плит 1 и 2 из вакуумплотного материала с высокой теплопроводимостью, например холоднокатанного проката из алюминиевых или медных сплавов. Между этими плитами через теплопроводники 3 установлены элементы 4 или батареи с элементами

р и п -проводимости с эффектом Пельтье через теплопереходы 5. По периферии плиты 1 и 2 загерметизированы замкнутым резиновым вакуумплотным уплотнителем 6, изготовленным из резины марки ИРП-1015 или 9024. Термоэлементы через соединители 7 электрически скоммутированы с плитами 1 и 2. На этих плитах закреплены молекулярные поглотители 8, например, элементы Гетера или титановые таблетки ТНТФ-10 ЮКЖБ 757627 007ТУ. В средней части установлен тепловой экран 9, например, стальная, алюминиевая или медная пластина, к плите 1 посредствам вакуумплотной пайки или сварки закреплен трубчатый вакуумный затвор 10.

Через затвор 10 вакуммируется межстеночное пространство с разрежением 10 ... мм.рт.ст.. После достижения заданного вакуума трубчатый затвор 10 пережимается как минимум в 2-х местах и после отрезки торец запаивается или заваривается, тем самым обеспечивается запаковывание вакуума.

Термонасос начинает выполнять свои функции после подачи электропитания постоянного тока к плитам 1 и 2. При этом за счет возникаюпдего эффекта Пельтье через теплопереходы 5 и теплопроводники 3 одной из плит 1 или 2, в зависимости от полярности питающего напряжения, тепло с внешней стороны поглощается, с другой - выделяется.

Для повышения эффективности термонасоса в зависимости от конкретного его назначения на плитах 1 или 2, в т.ч. и на обеих, могут быть установлены дополнительные теплопередающие устройства типа

радиаторов для естественной или принудительной конвенции, а также водяные рубашки или другие тепловые излучатели - поглотители.

Холодопроизводительность батареи на элементах Пельтье определяется зависимостью

Qo eJTo-J2R/2-kAT,(1) где:

eJTo - тепло Пельтье;

J2R/2 - Джоулева теплота;

kAT - тепло, переходящее от горячей грани к холодной за счет теплопередачи, где k - коэффициент теплопередачи среды между тепловыми плитами.

В зависимости (1) приняты следующие обозначения:

е - термо -ЭДС элементов;

J - величина электрического тока;

TO - температура холодного слоя;

R - сопротивление ветвей термоэлементов;

AT - разница температур между горячими и холодными спаями.

Из (1) видно, что оптимальное значение QQ для конкретного типа термоэлементов достигается когда k-AT - min. Это возможно только при отсутствии теплопередачи между горячей и холодными плитами термонасоса, т.е. в условиях глубокого вакуума в межстеночном пространстве.

Предлагаемый термонасос на элементах с эффектом Пельтье может быть использован в раз.ичных холодильных и охлаждающих устройствах и приборах, например бытовых, автомобильных, витринных и др. холодильниках, обратимых (тепло - холод)

кондиционерах и т.д. как встраиваемый узел, который одной плитой охлаждает камеру или размещенные на ней охлаждаемые элементы, а другой непосредственно или через какие-либо интенсификаторы теплопередачи отводит тепло.

Пример:

Тепловой насос (фиг.) дисковый с наружным диаметром по плитам

1и 2 180 мм, с одним тепловым экраном 9, одной электротермо- батареей (3,5), соединенной в электротепловом контакте с плитами 1 и

2через два дисковых медных теплоперехода 3. Вакуумный уплотнитель 6 из резины марки 9024. Гетеры - титановые таблетки ТНТф-10 в количестве 9 шт.

При нормальном атмосферном давлении в межстеночном пространстве в режиме оптимального электропитания электротермо - батареи предельная температура на холодной плите достигнута минус 2,8 °С при температуре горячей плиты плюс 27 °С.

При разрежении в межстеночном пространстве 10..ЛО мм.рт.ст. температура на холодной плите составила минус 12,5 °С при температуре горячей плиты плюс 27 °С, а скорость охлаждения увеличилась в 2 раза.

Испытания проводились на воздухе, вне какой -либо камеры, при окружающей температуре плюс 14-16 °С .

Температура на горячей плите подй,ерживалась через рубашку от водяного термостата.

Claims (4)

1. Термонасос на элементах с эффектом Пельтье, состоящих как минимум из одной пары элементов p и n-проводимости, расположенных на теплопереходных подложках, находящихся в тепловом контакте с двумя плитами, образующими герметичную и отвакуумированную полость, отличающийся тем, что плиты изготовлены из вакуумплотных теплопроводных материалов и по периметру между ними установлен замкнутый резиновый вакуумный уплотнитель, а разряжение в полости между плитами составляет 10^-3 - 10^-4 мм рт.ст.

2. Термонасос по п.1, отличающийся тем, что между плитами установлен как минимум один тепловой экран.

3. Термонасос по п.1, отличающийся тем, что в полости установлены молекулярные поглотители.

4. Термонасос по п.1, отличающийся тем, что электрическая коммутация осуществляется через тепловые плиты.