Термоелектричний охолоджувач

Термоелектричний охолоджувач, що складається з основного і допоміжного термоелементів, гілки яких виготовлені з напівпровідникових матеріалів р- і n-типу провідності, торці вказаних гілок з'єднані комутуючими пластинами і утворюють холодні та гарячі спаї, який відрізняється тим, що для збільшення глибини охолодження спаю основного термоелемента холодний спай допоміжного термоелемента теплопроводом з'єднано з бічними поверхнями гілок основного термоелемента. Корисна модель відноситься до термоелектричних приладів і знайде застосування в техніці охолодження та термостатування в широкому інтервалі температур різноманітних пристроїв мікроелектронної техніки, приймачів інфрачервоного випромінювання, біологічних об'єктів і т.д. Відомий термоелектричний охолоджувач [1], який складається з основного і допоміжних термоелементів, на бічних поверхнях віток основного термоелемента розміщено холодні спаї допоміжних термоелементів, гілки яких змінної довжини, що збільшується в напрямку від гарячого спаю до холодного Основними вадами даного термоелектричного охолоджувача є складність його виготовлення та експлуатації. З існуючих аналогів найближчим за технічною суттю є термоелектричний охолоджувач [2], який складається з основного і допоміжного термоелементів, встановлених зі сходинчастим зміщенням холодних спаїв допоміжних термоелементів відносно холодного спаю основного термоелемента, в якому для збільшення глибини охолодження термоелементи жорстко з'єднані між собою суміжними боковими поверхнями віток через теплопровідний діелектрик, а зміщення холодних спаїв виконано по експоненті. Такий охолоджувач має наступні вади: допоміжні термоелементи розміщені тільки з двох сторін від основного, тому з частини бічної поверхні (біля 50%) основного термоелемента тепло не відводиться; всі термоелементи пристрою мають однакову геометрію, що обумовлює труднощі у відведенні тепла з гарячих спаїв, вимагає зміщення площин кріплення віток термоелементів до термостату - це ускладнює технологію і зменшує надійність. Задачею даної корисної моделі є збільшення глибини охолодження спаю основного термоелемента шляхом покращання відведення тепла від бічної поверхні основного термоелемента. Вказана задача вирішується тим, що термоелектричний охолоджувач складається з основного і допоміжного термоелементів, гілки яких виготовлені з напівпровідникових матеріалів р- і п типу провідності, торці вказаних гілок з'єднані комутуючими пластинами і утворюють холодні та гарячі спаї, холодний спай допоміжного термоелемента теплопроводом з'єднано з бічними поверхнями гілок основного термоелемента. Відповідність критерію "новизна" запропонованому охолоджувачу забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки У корисний моделі запропоновано принципово нове конструктивне рішення для термоелектричного охолоджувача, яке полягає в тому, що два термоелементи гарячими спаями контактують з термостатом, а холодний спай допоміжного термоелемента з'єднаний теплопроводом з бічними гранями основного термоелемента Ця ознака не зустрічається у жодному з існуючих аналогів Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальної технології та матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах електронної та приладобудівної промисловості. Суть корисної моделі пояснюється кресленням. На Фіг. схематично подано конструкцію запропонованого охолоджувача. Термоелектричний CM о 9240 охолоджувач складається з основного 1 і допоміжного 2 термоелементів, комутуючі пластини 5 і 6 утворюють холодні спаї БІЧНІ поверхні гілок 3 основного термоелемента 1 з'єднані в тепловому відношенні з комутуючою пластиною холодного спаю 6 допоміжного термоелемента 2 теплопроводом 7 Комутуючі пластини 8 і 9 утворюють гарячі спаї основного 1 і допоміжного 2 термоелементів, які мають тепловий контакт з термостатом 10 Термоелектричний охолоджувач працює наступним чином При включенні термоелеменів 1 і 2 в коло постійного струму необхідної полярності, на холодних спаях 5 і 6 основного 1 і допоміжного 2 термоелемент поглинається тепло Пельтьє, частина якого за рахунок теплопровідності буде перетікати до холодних спаїв 5 і 6 Крім того в об'ємі гілок термоелементів 3 і 4 внаслідок наявного електричного опору, буде виділятися тепло Джоуля Оскільки теплопровід 7, з'єднаний з бічними поверхнями гілок 3 основного термоелемента 1 в МІСЦІ з'єднання з теплопроводом 7, то частина тепла Джоуля і тепла, що перетекло за рахунок теплопровідності від гарячих спаїв 8 буде відводитися теплопроводом 7 до холодного спаю 6 допоміжного термоелемента 2 Таким чином допоміжний термоелемент 2 за допомогою теплопроводу 7 підохолоджує бокові поверхні гілок 3 основного термоелемента 1 завдяки цьому збільшується холодопродуктивність і глибина охолодження спаю 5 основного термоелемента 1 Нижче наведено значення мінімальної температури ti, величин струмів, площин поперечних перерізів гілок і їх висот Температура термостата То=ЗОО°К В ЯКОСТІ матеріалів гілок вибрано стандартні термоелектричні матеріали Ві2Тез Bi2Se3 з такими параметрами - питомі електричні опори матеріалів гілок Рр-рп=Ю 3 Ом см, Комп ютерна верстка Н Лисенко - питомі теплопровідності Хп =ХР =1,8Вт/см К - термоерс термоелементів однакові і складають величину Аа=4,4 В/К, - висоти основного і допоміжного термоелементів такі L=1,36см, 1=0 5см При S1n=Sip=0,02cM2, S2n=S2p=0,06cM2 і h= 0,9А, І2=6 5А одержано TL=197°K При Sm=Sip=0 02см2, S2n=S2p=0,16cM2 і h= 0,9А, !2=16,5А-Т|_=188°К Оптимізований термоелемент, що виготовлений з цього ж матеріалу за тієї ж температури термостата дає 221 °К З порівняння випливає, що наявність допоміжного термоелемента 2 підсилює ефект термоелектричного охолодження основного термоелемента 1, тобто приводить до більш глибокого охолодження Теплопровід може бути виготовлений як різного принципу дії (теплова труба пластина з теплопровідного металу, керамічна пластина тощо), так і різної форми (плоскопаралельна пластина, зігнута зігнута z - подібної ф ° Р м и т а І Н ) Щ° значно розширює можливості оптимізаци теплових умов і температурних режимів основного і допоміжного термоелементів для збільшення глибини охолодження та спрощує підбір режимів електричного живлення термоохолоджувача Література 1 Термоэлектрический микрохолодильник Ac №659848 СССР, F25B21/02 В Н Козлюк, Г К Котырло Ю Н Лобунец и А Н Сапожников (СССР) - 2476723/2306 Заявлено 15 04 77 Опубликовано 30 04 79 Бюл №16 2 Термоэлектрический холодильник Ас №514171 СССР, H01L35/00 ГА Иванов, А Ф Панарин и В С Пономарев (СССР) №1990895/06 Заявлено 22 0174 Опубликовано 15 05 76 Бюл №18 Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького, 45, м Киш МСП, 03680 Україна ДП Український інститут промислової власності" вул Глазунова 1,м Киів-42, 01601