Термоелектричний охолоджувальний пристрій

Реферат: Термоелектричний охолоджувальний пристрій, в якому тепловиділяючі спаї окремих термоелементів модуля або груп термоелементів знаходяться у тепловому контакті з зоною випаровування власної теплової труби. UA 68665 U (54) ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ОХОЛОДЖУВАЛЬНИЙ ПРИСТРІЙ UA 68665 U UA 68665 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Термоелектричний охолоджувальний (обігрівальний) пристрій, що містить теплові труби, належить до галузі охолоджувальної техніки і може бути використаний при конструюванні систем обігріву об'єктів із складною конфігурацією поверхонь теплообміну, до яких належать елементи та вузли електронно-обчислювальної техніки, напівпровідникових приладів, напівпровідникових лазерних систем, приладів нічного бачення, охолоджувальних камер, теплових насосів тощо. Відома конструкція термоелектричного охолоджувального пристрою з тепловими трубами [1], що містить термоелектричний модуль, до холодної поверхні якого приєднано конденсор, а до гарячої - випаровувач. Охолоджувальні теплові труби сходяться в конденсорі, таким чином вони мають спільну зону конденсації. Теплові труби, що відводять тепло з гарячої поверхні модуля, виходять з випаровувача, отже в них спільна зона випаровування. Недоліком цього пристрою є додаткові теплові опори конденсора і випаровувача, що збільшує робочий перепад температур на термоелектричному модулі та знижує його холодильний коефіцієнт. Цей недолік особливо проявляється за умов підвищених потужностей теплових потоків. Найбільш близьким до запропонованого за сукупністю ознак і технічним результатом є пристрій-прототип, що відомий по деклараційному патенту України на корисну модель [2]. В цьому патенті запропоновано термоелектричний модуль, який містить в своєму складі термоелементи, розміщені між несучими холодною та гарячою пластинами, щонайменше одна з яких виконана у вигляді плоскої теплової труби або сифону. При цьому теплова труба може бути виконана, наприклад, із теплопровідної (берилієвої) кераміки, із алюмінієвого сплаву, міді тощо. Недоліком цього пристрою-прототипу є складність застосування такого модуля з передачею тепла (100 Вт - 1 кВт) до поверхонь складних геометричних конфігурацій. В таких умовах 2 експлуатації термоелектричний модуль повинен мати великі габарити (100×100 мм та більші). Однією плоскою тепловою трубою практично неможливо забезпечити ефективну передачу тепла від тепловиділяючих спаїв термоелементів термоелектричного модуля до теплопоглинаючих поверхонь об'єктів обігріву. Одна теплова труба унеможливлює рівномірність теплового контакту між тепловою трубою та робочими поверхнями термоелементів великоформатного модуля внаслідок конструктивних відхилень площинностей поверхонь модуля та труби, а також відхилень у висотах термоелектричних елементів. Ця обставина призводить до підвищення теплового опору між площиною модуля та тепловою трубою. Відчутним недоліком пристрою-прототипу є зростання теплового опору плоских теплових труб при збільшенні теплового потоку. Перелічені недоліки приводять до загального зниження ефективності теплопереносу. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача створити нагрівальний пристрій на основі великоформатного термоелектричного модуля, який би шляхом нового використання теплових труб забезпечив підвищене значення теплопродуктивностей та обігрівального коефіцієнта. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що кожен з тепловиділяючих спаїв термоелементів або окремих груп термоелементів, які містяться між несучими теплопровідними ізоляційними пластинами великоформатного термоелектричного модуля, знаходяться у тепловому контакті з власною тепловою трубою. Суть та принцип дії запропонованого термоелектричного обігрівального пристрою пояснюються кресленнями. На фіг. 1 і фіг. 2 подано фрагменти розрізу великоформатного термоелектричного модуля обігрівання з тепловими трубами для кожного термоелемента і для кожної групи термоелементів відповідно. Основою обігрівального пристрою є великоформатний термоелектричний модуль, що містить в своєму складі гілки термоелементів 2, які з'єднуються між собою в термоелектричне коло електропровідними комутаційними пластинами 3 і розміщуються між холодною і гарячою несучими тепловирівнювальними пластинами 4, що виконуються з електроізоляційних матеріалів високої теплопровідності (окису алюмінію, нітриду алюмінію тощо). Торці класичних циліндричних теплових труб 1 розташовуються над кожним тепловиділяючим спаєм термоелемента або групи термоелементів і приєднуються до несучої пластини 4 із забезпеченням теплового контакту, наприклад, за допомогою теплопровідного клею, герметика або шляхом паяння металізованих торців труб до відповідних металізованих ділянок поверхні несучої пластини. Обігрівальний пристрій працює наступним чином. Під час проходження постійного електричного струму через термоелементи у відповідності до ефекту Пельтьє відбувається нагрів зон випаровування класичних циліндричних видовжених теплових труб, що приєднані до термоелементів модуля з гарячої сторони. Це призводить до випаровування теплоносія, що 1 UA 68665 U 5 10 транспортується тепловими трубами до об'єкта нагрівання парою теплоносія. Конденсована рідина теплоносія за рахунок гравітації чи капілярних сил переноситься назад до тепловиділяючих спаїв термоелементів, де вона знову випаровується й цикл повторюється. Паралельно йде охолодження холодних спаїв термоелементів з холодної сторони модуля. Тепло, що поглинається, відводиться шляхом кондуктивного теплообміну від об'єкта охолодження (кондуктивно або конвективно). Завдяки відсутності додаткових теплових опорів технологічного походження між гарячими спаями термоелементів та тепловими трубами забезпечується зниження термічного опору та перепаду температури в зоні нагріву. Це дозволяє відповідно підвищити обігрівальний коефіцієнт термоелектричного модуля. Запропонований обігрівальний пристрій є новим, промислово придатним. Джерела інформації: 1. Патент США № 6.351.951 В1 5.03.2002 р. 2. Патент України на корисну модель № 4317 від 17.01.2005 р., МПК7 H01L 23/34. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 1. Термоелектричний охолоджувальний пристрій, що складається з великоформатного термоелектричного модуля і теплових труб, який відрізняється тим, що тепловиділяючі спаї окремих термоелементів модуля або груп термоелементів знаходяться у тепловому контакті з зоною випаровування власної теплової труби. 2. Термоелектричний охолоджувальний пристрій по п. 1, який відрізняється тим, що теплові труби можуть бути різними за конструкціями і/або теплоносіями. 2 UA 68665 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 3