SU1112198A1

SU1112198A1 - Thermoelectrical cooler

Info

Publication number: SU1112198A1
Application number: SU833614389A
Authority: SU
Inventors: Сергей Олегович Филин; Юрий Анатольевич Смирнов
Original assignee: Filin Sergej O; Smirnov Yurij A
Priority date: 1983-06-29
Filing date: 1983-06-29
Publication date: 1984-09-07

Abstract

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОХЛАДИТЕЛЬ , соцержащий термобатарею, состо щую из термоэлементов с ветв ми р- и h-типа проводимости, гор чими и холодными спа ми и коммутационными пластинами, теплообменник гор чи спаез и емкость с замерзающей жидкостью , причем коммутационные пластины термоэлементов и теплообменник гор чих спаев механически соединены между собою с заданным усилием прижима при помощи крепежных элементов, а емкость выполнена с возможностью расширени в направлении увеличени усили прижима при замерзании жидкости, отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей, емкость выполнена секционной, кажда ее секци установлена в разрыве соответствующей ветви со стороны ее холодного спа , части которой соединены между собой посредством пруткин щего токопровод щего элемента.THERMOELECTRIC COOLER, sotserzhaschy thermopile consisting of a thermoelement legs of p and h-conductivity type, the hot and cold spa E and switching plates, heat exchanger and hot chi spaez container with a freezing liquid, wherein the switching plate heat exchanger thermocouples and hot junctions sneeze mechanically connected to each other with a predetermined pressing force by means of fasteners, and the capacity is made with the possibility of expansion in the direction of increasing the pressing force when the liquid freezes, which distinguishes in that, in order to expand the functional capabilities, the container is divided into sections, each section mounted in its discontinuity corresponding branch from its cold spa, parts of which are interconnected by conductive Prutkin conductive element.

Description

Изобретение относитс к холодильной технике, в частности к термоэлектрическим холодильникам, и может быть использовано при охлаждении и термостабилизации различных объектов . Известен термоэлектрический охладитель , содержащий термобатарею, состо щую из термоэлементов с ветв ми р- и л-типа провопимости, гор чими и холодными спа ми и коммутаци онными пластинами, и теплообменник гор чих спаев, причем коммутационные пластины термоэлементов и теплообменник гор чих спаев соединены между собой при помош;и крепежных элементов, а термобатаре установле на с возможностью прижима с заданным усршием к охлазкдаемому объекту 1. Недостатком такого термоэлектрического охладител вл етс невысокий коэффициент термоэлектрической добротности, который сохран ет свое значение посто нным в процессе.работы охладител . Известен также термоэлектрический охладитель, содержащий термобатарею , состо щую из термоэлементов с ветв ми р- и п-типа проводимости , гор чими и холодными спа м и коммутационным пластинами, теплообменник гор чих спаев и емкость с замерзающей жидкостью, причем коммутационные пластины термоэлемен тов и теплообменник гор чих спаев механически соединены между собою с заданным усилием прижима при помо щи элементов, а емкость выполнена с возможностью расширени в направлении увеличени усили прижима при замерзании жидкости J Недостатком данного термоэлектршгёского охладител вл ютс ограничейные функциональные возможности поскольку емкость с замерзающей жид костью расположена между двум теплообменниками холодных спаев и, следовательно, вл етс об зательны наличие ДВУХ термоэлементов, что ув личивает габариты охладител и не позвол ет использовать-его дл охла дени миниатюрных объектов. Кроме того, емкость с замерзающей жидкост имеет большой объем, что увеличивае врем ее замерзани и соответственн врем выхода охладител на оптималь ньй ражим. Цель изобретени - расширение функциональных возможностей термоэлектрического охладител . Указанна цель достигаетс тем, что в термоэлектрическом охладителе, содержащем термобатарею, состо щую из термоэлементов с ветв ми р- и проводимости, гор чими и холодными спа ми и коммутационными пластинами, теплообменник гор чих спаев и емкость с замерзающей жидкостью , причем коммутационные пластины термоэлементов и теплообменник гор чих спаев механически соединены между собою с заданным усилием прижима при помощи крепежных элементов , а емкость вьшолнена с возможностью расширени в направлении увеличени усили прижима при замерзании жидкости, емкость выполнена секционной , кажда ее секци установлена в разрыве соответствующей ветви со стороны ее холодного.спа , части которой соединены между собою посредством пружин щего токопровод щего элемента. На чертеже схематично представлен термоэлектрический охладитель, разрез . Термоэлектрический охладитель содержит жидкостной теплообменник 1 гор чих спаев, на котором расположена единична пара термоэлементов (термобатаре ) с ветв ми р- и п-типа проводимости. Гор чие коммутационные пластины 2 термобатареи сопр жены с теплообменником 1 через диэлектрический теплопереход 3. Кажда ветвь помещена в прочный корпус 4, выполненный из материала с низкой теплопроводностью, например кварцевого стекла, и состоит из нижней 5 и верхней 6 частей. В разрыве между ними образована герметична емкость, где находитс вода 7 и токопровод щий элемент 8, представл ющий собой, например, два медных диска , св занных гибкой токопровод щей перемычкой или пружинной шайбой. Жесткость конструкции в осевом направлении обеспечиваетс с помощью болтов 9, которые ст гивают холодную коммутационную пластину 10 с теплообменником 1 с заданным усилием прижима. При этом дл устранени перетечек тепла от гор чих спаев к холодным по болтам используютс теплоизолирующие прокладки 11, аThe invention relates to refrigeration engineering, in particular, to thermoelectric refrigerators, and can be used in the cooling and thermal stabilization of various objects. A thermoelectric cooler is known that contains a thermopile, consisting of thermocouples with p- and l-type branches, hot and cold junction and switching plates, and a hot junction heat exchanger, and the switching plates of the thermoelements and the hot junction heat exchanger are connected between with the help of fasteners, and the thermopile is installed with a possibility of pressing with a given conformity to the object being cooled 1. The disadvantage of such a thermoelectric cooler is a low thermoelectric coefficient electrical quality factor, which maintains its value constant in the process. Also known is a thermoelectric cooler containing a thermopile, consisting of thermoelements with branches of p- and p-type conductivity, hot and cold slots and switching plates, a heat exchanger for hot junctions and a container with a freezing fluid, and the switching plates of thermoelements and the heat exchanger hot junctions are mechanically interconnected with a predetermined pressing force with the help of elements, and the capacity is made with the possibility of expansion in the direction of increasing the pressing force when the liquid freezes. The combo of this thermoelectric cooler is of limited functionality since the container with the freezing liquid is located between two cold junction heat exchangers and, therefore, the presence of TWO thermoelements is necessary, which reduces the size of the cooler and prevents its use for cooling miniature objects . In addition, the container with the freezing liquid has a large volume, which increases its freezing time and, accordingly, the time when the cooler exits at the optimum temperature. The purpose of the invention is to expand the functionality of a thermoelectric cooler. This goal is achieved by the fact that in a thermoelectric cooler containing a thermopile, consisting of thermocouples with branches of p- and conduction, hot and cold joints and switching plates, a heat exchanger of hot junctions and a capacitance with a freezing liquid, the heat exchanger of the hot junctions is mechanically interconnected with a given pressing force by means of fasteners, and the tank is extended with the possibility of expansion in the direction of increasing the pressing force during fidgeting liquid container is divided into sections, each section mounted in its discontinuity corresponding branch from its holodnogo.spa, parts of which are connected to one another by means of the spring of the conductive element. The drawing shows schematically a thermoelectric cooler, a cut. The thermoelectric cooler contains a liquid heat exchanger 1 of hot junctions, on which a single pair of thermoelements (thermopile) with branches of p- and n-type conductivity is located. Hot thermopile switching plates 2 are coupled to heat exchanger 1 via dielectric heat transfer 3. Each branch is placed in a robust case 4 made of a material with low thermal conductivity, such as quartz glass, and consists of lower 5 and upper 6 parts. In the gap between them, an airtight container is formed, where water 7 and conductive element 8 are present, which are, for example, two copper disks connected by a flexible conductive jumper or spring washer. Structural rigidity in the axial direction is provided by bolts 9, which tighten the cold switching plate 10 with the heat exchanger 1 with a predetermined pressing force. At the same time, heat insulating pads 11 are used to eliminate heat leakages from hot junctions to cold bolts.

3 13 1

болты могУт быть выполнены из нетеплопроводного материала - текстолита оргстекла.bolts can be made of non-heat-conducting material - Plexiglas textolite.

Термоэлектрический охладитель работает следующим образом.Thermoelectric cooler works as follows.

При включении охпадител в цепь питани , за счет эффекта Пельтье ча холодных спа х термоэлемента поглощаетс тепло, вода в емкости замерзает и образующийс из воды лед при увеличении своего объема создает равномерное давление через диски элемента 8 и на части 5 и 6 термоэлемента в осевом направлении. Благодар этому обеспечиваетс эффект повышени термоэлектрической добротностиWhen the coolant is switched on in the food chain, due to the Peltier effect of the cold spa x of the thermoelement, heat is absorbed, the water in the tank freezes and the ice formed from the water generates uniform pressure through the element 8 disks and axially on parts 5 and 6. This has the effect of increasing thermoelectric figure of merit.

Высока электропроводность эле мента 8 по сравнению с полупроводниковым веществом компенсирует уменьшение сечени дл проход щего тока и не приводит к дополнительному выделению джоулевой теплоты, а термостатирующие свойства воды и льда позвол ют поддерживать сопр жение элемента 8 с част ми 5 и 6 при одинаковых температурах. Сопр жениеThe high electrical conductivity of the element 8 compared to the semiconductor substance compensates for the reduction of the cross section for the passing current and does not lead to an additional release of Joule heat, and the thermostatic properties of water and ice allow the element 8 to interface with parts 5 and 6 at the same temperatures. Conjugation

198.4198.4

может быть как прижимньм, так и па ным . В последнем случае контакт места сопр жени с водой исключаетс Конкретное место расположени рарьгеа ветви термоэлемента определ етс условием замерзани веды, т.е. локальна температура ветви в месте разрьгоа должна быть отрицательна и рассчитываетс в зависимости от температурного режима, теплофизических свойств и геометрических размеров термоэлементов.It can be either pressed or pai. In the latter case, contact of the interface with water is excluded. The specific location of the thermoelement's x-ray branch is determined by the condition of the Veda freezing, i.e. the local temperature of the branch at the site of the discharge should be negative and is calculated depending on the temperature mode, thermal properties and geometrical dimensions of the thermoelements.

Таким образом, выполнение в предлагаемом термоэлектрическом охладителе емкости с замерзающей жидкостью секционной обеспечивает снижение инерционности охладител путем уменьшени времени вькода в рабочий режим, что особенно важно при периодической работе охладител , уменьшение его массогабаритных параметров, а также расширение его функциональных возможностей за счет сн ти в нем ограничений на форму и характер охлаждаемого объекта.Thus, the implementation of the sectional freezing liquid tank in the proposed thermoelectric cooler ensures a decrease in the inertia of the cooler by reducing the time of the code to the operating mode, which is especially important during periodic operation of the cooler, reducing its weight and size parameters, as well as expanding its functionality by removing it restrictions on the shape and nature of the cooled object.

Claims

THERMOELECTRIC COOLER containing a thermopile consisting of thermocouples with p- and h-type branches, hot and cold junctions and connection plates, a hot junctions heat exchanger and a container with freezing liquid, and thermoelement connection plates and a hot junctions heat exchanger are mechanically connected between with a given clamping force with the help of fasteners, and the container is made expandable in the direction of increasing the clamping force when the liquid freezes, different t m, which, in order to expand functional · onal capabilities container is divided into sections, each section mounted in its discontinuity corresponding branch from its cold junction, which parts are interconnected by means of resilient conductive element.

1 112.198