Термоелектричний термостатуючий пристрій

Реферат: UA 83467 U UA 83467 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі термоелектричних приладів і знайде застосування в радіоелектроніці та волоконній оптиці для термостатування різноманітних елементів, які використовуються в апаратурі вільного та щільного розташування. В даний час термостатування елементів радіоелектронної апаратури та волоконної оптики проводиться, в цілому, конвективними методами за допомогою повітряних кулерів [1]. Цей метод характеризується обмеженими можливостями та, в основному, застосовується в апаратурі вільного розташування. У випадку апаратури щільного розташування термостатування вибраних елементів радіоелектроніки та волоконної оптики здійснюється, як правило, термоелектричними методами [2]. Із існуючих аналогів найбільш близьким за технічною суттю є пристрій [3]. Він складається з кулера та теплорозсіючого радіатора, який знаходиться у тепловому контакті з нижньою, гарячою гранню однокаскадного модуля Пельтьє. Верхня, холодна грань цього модуля, у свою чергу, знаходиться в тепловому контакті з елементом, який термостатується. Теплова постійна  таких термоелектричних термостатуючих пристроїв знаходиться в межах 30-60 хвилин, що не задовольняє сучасним технічним вимогам, які пред'являються до існуючої радіоелектронної апаратури. Тому досить актуальною є задача створення термостатуючого пристрою для різних елементів радіоелектроніки та волоконної оптики, які би характеризувалися зменшенням значенням теплової постійної часу . Вказана задача вирішується тим, що в термоелектричному термостатуючому пристрої для елементів радіоелектроніки та волоконної оптики, що складається з термоелектричних модулів Пельтьє, системи теплоскиду та термостатованого елемента, паралельно термоелектричним модулям Пельтьє, які розташовані між термостатованим елементом та системою теплоскиду, розміщено теплові мости, при цьому відношення теплових опорів термоелектричного модуля Пельтьє RТ та теплового моста RМ вибирається в межах 2RТ/RМ5. На кресленні представлена схематична конструкція запропонованого термоелектричного термостатуючого пристрою. Він складається з елемента 1, який термостатується і знаходиться у тепловому контакті з однією із робочих граней термоелектричного модуля Пельтьє 3. Друга робоча грань цього модуля 3 знаходиться у тепловому контакті із системою теплоскиду 4. Між елементом 1 та системою теплоскиду 4 паралельно електричному модулю 3 розміщено теплові мости 2. При цьому тепловий опір термоелектричного модуля Пельтьє дорівнюється RТ, а тепловий опір теплового моста – RМ. Між елементом 1, який термостатується, та системою теплоскиду 4 підключено диференціальну термопару 5, яка електрично під'єднана до терморегулятора 6. Вихід терморегулятора за допомогою роз'єму 7 електрично під'єднано до електровиводів термоелектричних модулів Пельтьє 3. Термоелектричні модулі Пельтьє виконувались із р- і п- віток з відповідно легованих -3 -3 кристалів телуриду вісмуту, які мають термоелектричну добротність Ζ=3.210 К . Ці вітки з'єднано електрично послідовно за допомогою керамічних електротеплопереходів. Як системи теплоскиду застосовували рідинний термостат, який підтримує вибрану температуру Τ із заданою точністю 0,5 К. Теплові мости 2 виготовлялись з матеріалів великої теплопровідності, причому їх геометричні розміри вибирались таким чином, щоб їх тепловий опір мав задану величину. Диференційна термопара 5 виготовлялась на основі міді та концентана. Як терморегулятор 6 використовується стандартна система терморегулювання. Запропонований пристрій працює наступним чином: в нормальному робочому стані та оптимальному робочому діапазоні температури елемента радіоелектроніки 1 та системи теплоскиду 4 рівні. В цьому випадку електричний струм, який протікає через термоелектричний модуль Пельтьє 3, дорівнюється нулю. Якщо температура елемента радіоелектроніки 1 перевищує температуру системи теплоскиду 4, електричний сигнал диференційної термопари 5 включає систему терморегулювання 6, що вмикає струм відповідної полярності та величини, який протікає через елементи Пельтьє. Тепло Пельтьє, яке виділяється охолоджуючими гранями модуля 3, надходить до елемента 1 та зменшує його температуру. Теплові мости 2, які підключені паралельно термоелектричним модулям Пельтьє 3, збільшують процес теплопередачі, що призводить до прискореного вирівнювання температур. Якщо температура елемента 1 має значення менше температури системи теплоскиду 4, напрямок електричного струму, що протікає через термоелектричні модулі 3, має протилежну направленість. В цьому випадку елемент радіоелектроніки 1 підігрівається завдяки "позитивним" теплотам Пельтьє та Джоуля. Теплові мости 2 при цьому трохи шунтують 1 UA 83467 U 5 10 15 20 25 термоелектричні модулі Пельтьє 3, що також зменшують теплову постійну запропонованого термоелектричного термостатуючого пристрою. Теоретичні експериментальні дослідження дослідного зразка запропонованого пристрою показали, що оптимальне значення відношення теплових опорів термоелектричного модуля Пельтьє RТ та теплового моста RМ повинна вибиратися в інтервалі 2RТ/RМ5. Випробування експериментальних дослідних зразків запропонованих термоелектричних термостатуючих пристроїв показали їх дієздатність в широких діапазонах температурних та теплових навантажень різноманітних блоків апаратури зв'язку. Їх застосування дозволило значно підвищити надійність роботи вузлів апаратури зв'язку із щільним та вільним розташуванням різноманітних елементів радіоелектроніки та волоконної оптики (на 4-5 %) при зменшенні енергозатрат на 10-12 % та теплової постійної часу - до 10-20 хвилин. Джерела інформації: 1. Майданский В.М. Устройство для охлаждения термоэлементов радиоэлектронной аппаратуры, выполненное на базе сильноточных термоэлектрических батарей слоистой конструкции, с цельнометаллическими теплопроводами. // Криогенная техника и технология на рубеже второго столетия МИХ. Материалы НТК. Санкт-Петербург. СПбГУНиПт.-2004. - С. 12-14. 2. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. АН СССР, М-М., 1963, 190 с. 3. Ильярский О.И., Удалов Н.Р. Термоэлектрические элементы. Энергия, М.: 1970.-72 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Термоелектричний термостатуючий пристрій для елементів радіоелектроніки та волоконної оптики, що складається з термоелектричних модулів Пельтьє, системи теплоскиду та термостатованого елемента, який відрізняється тим, що паралельно термоелектричним модулям Пельтьє, які розташовані між термостатованим елементом та системою теплоскиду, розміщено теплові мости, при цьому відношення теплових опорів термоелектричного модуля Пельтьє RT та теплового моста RM вибирається в межах 2RТ/RМ5. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2