Навчальний напівпровідниковий термоелектричний охолоджувач

1. Навчальний напівпровідниковий термоелектричний охолоджувач, який складається з напівпровідникового холодильного модуля, електричного перемикача, пристроїв для підведення та відведення тепла від модуля, засобів для вимірювання температури, який відрізняється тим, що пристрій для підведення тепла до напівпровідникового термоелектричного модуля виконаний у вигляді горизонтально розташованої пластини, нижня площина якої має тепловий контакт з холодною стороною термоелектричного модуля, а верхня - з ємністю для рідини, що охолоджується; пристрій для відведення тепла від модуля виконаний у вигляді вертикально розташованої основи, на одному боці якої є ребра з розташованим на їх торцях U 2 (19) 1 3 Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є напівпровідниковий охолоджуючий демонстраційний прилад [3], який складається з напівпровідникового охолоджуючого пристрою, двох клем, перемикача, стрілкових термометрів та двох прозорих циліндрів, розміщених на основі. Гаряча і холодна сторони охолоджувального пристрою мають тепловий контакт з алюмінієвими пластинами, а вони, в свою чергу, - з прозорими циліндрами. Приладом демонструють утворення роси на стінках одного з циліндрів і нагрівання повітря в об'ємі іншого. Прилад не має необхідних електричних ланцюгів для використання його у лабораторному практикумі і проведення лабораторних робіт з відповідними кількісними показниками. Недоліком є також те, що чіткість демонстраційного ефекту залежить від вологості повітря. Отже, актуальним є завдання створення навчального напівпровідникового охолоджувача з розширеними функціональними можливостями, а саме: використання для наочної демонстрації перетворення електричної енергії в холод (ефект Пельтьє) та виконання лабораторних робіт по фізиці у вищих та середніх навчальних закладах. Вказане завдання розв'язується тим, що у навчальному напівпровідниковому охолоджувачі, який складається з напівпровідникового холодильного модуля, електричного перемикача, пристроїв для підведення та відведення тепла від модуля, засобів для вимірювання температури, пристрій для підведення тепла до напівпровідникового термоелектричного модуля виконаний у вигляді горизонтально розташованої пластини, нижня площина якої має тепловий контакт з холодною стороною термоелектричного модуля, а верхня - з ємністю для рідини, що охолоджується; пристрій для відведення тепла від модуля виконаний у вигляді вертикально розташованої основи, на одному боці якої є ребра з розташованим на їх торцях вентилятором, а на протилежному боці основа має виступ у вигляді горизонтально розташованої пластини, верхня площина якої має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричного модуля. Відповідність критерію «новизна» запропонованому пристрою забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоноване нове рішення для навчального напівпровідникового термоелектричного охолоджувача, який складається з напівпровідникового холодильного модуля, електричного перемикача, пристроїв для підведення та відведення тепла від модуля, засобів для вимірювання температури, яке полягає в тому, що пристрій для підведення тепла до напівпровідникового термоелектричного модуля виконаний у вигляді горизонтально розташованої пластини, нижня площина якої має тепловий контакт з холодною стороною термоелектричного модуля, а верхня - з ємністю для рідини, що охолоджується; пристрій для відведення тепла від модуля виконаний у вигляді вертикально розташованої основи, на одному боці якої є ребра з розташованим на їх торцях вентилятором, а на протилежному боці основа має виступ у вигляді горизонтально розташованої пла 56747 4 стини, верхня площина якої має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричного модуля. Промислове виробництво запропонованого навчального охолоджувача не вимагає спеціальних технологій і матеріалів, його реалізація можлива на існуючих підприємствах приладобудівної промисловості. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється рисунками. На фіг. 1-3 наведено схему навчального напівпровідникового термоелектричного охолоджувача, відповідно вид спереду, зверху і збоку. На фіг. 4 наведено електричну схему термоелектричного охолоджувача. Згідно запропонованої корисної моделі (фіг. 13) навчальний охолоджувач складається з напівпровідникового термоелектричного модуля 1, розташованого між пристроями для підведення тепла до модуля і відведення тепла від модуля. Пристрій для підведення тепла до модуля виконаний у вигляді горизонтально розташованої пластини 2, нижня площина якої має тепловий контакт з холодною стороною модуля 1. Верхня площина пластини 2 має тепловий контакт з ємністю 3, яка виготовлена у вигляді тонкостінної кювети з теплопровідного матеріалу. Пристрій для відведення тепла від модуля складається з вертикально розташованої основи 4, на одному боці якої є ребра 5. На торцях ребер 5 розташовано електричний вентилятор 6. На протилежному боці основа 4 має виступ у вигляді горизонтально розташованої пластини 7, верхня площина якої має тепловий контакт з гарячою стороною термоелектричного модуля 1. В тілі горизонтальних пластин 2 і 7 зроблені заглиблення, заповнені теплопровідною рідиною, у які поміщені лабораторні термометри 8 і 9 для вимірювання температури відповідно гарячої і холодної сторін модуля. До вертикальної основи 4 закріплена пластина 10 з електроізоляційного матеріалу, на якій розташований електричний перемикач 11, оснащений клемами 12 для під'єднання джерела живлення, перемикання режимів роботи приладу та клемами для під'єднання модуля і вимірювальних приладів. До вертикальної основи 4 закріплена також пластина 13, у якій зроблено заглиблення 14 для розташування і зберігання кювети 3 у неробочому стані приладу. Весь прилад закріплений на двох горизонтальних опорах 15. Навчальний напівпровідниковий термоелектричний охолоджувач може працювати у двох режимах: охолодження і нагрівання. Працює навчальний охолоджувач наступним чином. Навчальний охолоджувач під'єднується до джерела постійного струму (вихідна напруга 12 В) згідно схеми (фіг.4). Кювета 3 заповнюється водою і розташовується на пластині 2. Режим охолодження. Перемикач 11 встановлюється в положення І (фіг. 2). При проходженні через термоелектричний модуль постійного електричного струму на холодній поверхні модуля поглинається тепло. Внаслі 5 док поглинання тепла на холодній стороні модуля температура пластини 2 знижується до -10 + -15°С і вода в кюветі 3 замерзає. Тепло, що надійшло до гарячої сторони модуля, відводиться пластиною 7 і розсіюється у навколишнє середовище ребрами 5 шляхом примусової подачі повітря за допомогою електричного вентилятора 6. Пониження температури пластини 2 і підвищення температури пластини 7 контролюється термометрами 8 і 9. Режим нагрівання. Перемикач встановлюється в положення II (фіг.2). При цьому напрям протікання струму змінюється на протилежний і на поверхні модуля, яка контактує з пластиною 2 виділяється тепло. Вода в кюветі 3 нагрівається до температури 60-70 °С, що контролюється термометром 9. Відповідно температура пластини 7 понижується, що контролюється термометром 8. Для виконання лабораторних робіт з використанням навчального охолоджувача до клем, якими оснащений перемикач (фіг. 4, клеми, до яких під'єднано модуль), необхідно під'єднати вимірювальні прилади (вольтметр, амперметр). За визначеними значеннями напруги та струму, відомими масою води, різницею температур між холодною та гарячою сторонами модуля, часом від включення до замерзання води розраховується холодопродуктивність модуля. Прилад дозволяє також визначати максимальний перепад температур, який досягається між холодною і га 56747 6 рячою сторонами модуля та електричну потужність, яка при цьому споживається модулем. Ця робота виконується без води при переведенні перемикача в позицію І. Запропонована конструкція навчального напівпровідникового охолоджувача забезпечує стабільність його теплових та електричних параметрів. Габаритні розміри приладу 300 x 150 x 280 мм, маса 3 кг. Використання приладу дозволяє підвищити якість навчання, покращити пізнавальну функцію лабораторних та практичних занять, зацікавити студентів до розуміння перспективних методів перетворення енергії, енергозберігаючих технологій та проблем екології. В цілому, навчальний охолоджувач корисний для кращого засвоєння законів фізики студентами вищих і середніх навчальних закладів та учнями загальноосвітніх шкіл. Література 1. Пат. CN201054210, МКИ: G09B25/00. Multimode refrigeration integrated teaching device / Yebiao Chen, Aichu Liu, Zhijian Xie (CN) - Опубл. 30.04.2008. 2. Пат. CN2852124, МКИ: G01N25/66; G01B23/16. Semiconductor refrigerating dew point tester for teaching / Chen Fetang Zou (CN) - Опубл. 27.12.2006. 3. Пат. CN201359801 МКИ: G01B23/16; G01B23/00. Semiconductor refrigerating demonstration instrument Honglan Shen (CN) Опубл. 09.12.2009. 7 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 56747 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП,03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601