Изобретение относится к холодильным термоэлектрическим устройствам, использующим эффект Пельтье в полупроводниковых элементах. The invention relates to refrigeration thermoelectric devices using the Peltier effect in semiconductor elements.
Известен холодильный термоэлектрический блок, содержащий два или более термомодулей, на горячих и холодных спаях которых установлены радиаторы с размещенным между ними слоем теплоизоляционного влагонепроницаемого материала, и вентиляторы для обдува радиаторов. Это устройство является наиболее близким к данному изобретению по совокупности существенных признаков. Однако в нем радиатор горячих спаев является общим для всех термомодулей, недостаточно хорошо осуществлен обдув радиаторов. Изобретение направлено на устранение этих недостатков и на решение технической задачи, заключающейся в повышении холодильного коэффициента термоблока за счет уменьшения "паразитного" теплопритока от радиатора горячих спаев к радиатору холодных спаев, обеспечения лучшей контактной теплопроводности между горячими спаями и соответствующим радиатором и интенсификации его обдува. Для решения этой технической задачи в холодильном термоэлектрическом блоке использованы термомодули с предварительно заполненной теплоизоляционным влагонепроницаемым материалом полостью между горячим и холодным спаями, причем радиатор горячих спаев выполнен в виде автономных секций, каждая из которых закреплена только на одном термомодуле, а для обдува выбран вентилятор с диаметром крыльчатки, превышающим высоту радиатора, при этом вентилятор и радиатор размещены в направляющем кожухе с отверстиями для входа и выхода воздуха, выполненными на противоположных торцовых сторонах, и имеющими форму диффузора с сужением в сторону радиатора для создания потока воздуха с повышенной скоростью при обдуве последнего. Known refrigeration thermoelectric unit containing two or more thermal modules, on hot and cold junctions which are installed radiators with a layer of heat-insulating moisture-proof material placed between them, and fans for blowing radiators. This device is the closest to this invention in terms of essential features. However, in it the radiator of hot junctions is common to all thermal modules; blowing of radiators is not well implemented. The invention is aimed at eliminating these drawbacks and solving the technical problem of increasing the cooling coefficient of the fuser by reducing the "spurious" heat influx from the radiator of the hot junctions to the radiator of the cold junctions, providing better contact thermal conductivity between the hot junctions and the corresponding radiator and intensifying its airflow. To solve this technical problem, thermomodules with a pre-filled thermally insulating moisture-proof material cavity between the hot and cold junctions were used in the refrigeration thermoelectric unit, the heatsink of the hot junctions made in the form of autonomous sections, each of which is mounted on only one thermal module, and a fan with a diameter is selected for blowing impellers exceeding the height of the radiator, while the fan and radiator are placed in the guide casing with holes for air inlet and outlet, nennymi on opposite end faces, and having a cone shape with a narrowing in the direction of the radiator to generate an increased air flow rate at blowing the latter.
На фиг. 1 изображен холодильный термоэлектрический блок, общий вид; на фиг.2 горизонтальный разрез блока по оси вентилятора обдува радиатора холодных спаев; на фиг.3 узел 1 на фиг.2. In FIG. 1 shows a refrigeration thermoelectric unit, general view; figure 2 is a horizontal section of a block along the axis of the fan blowing radiator cold junctions; in Fig.3 node 1 in Fig.2.
Устройство содержит два и более термоэлектрических модуля 1, состоящих из полупроводниковых элементов 2, на холодных и горячих спаях которых установлены контактные пластины 3. На контактных пластинах со стороны холодных спаев термомодулей установлен радиатор 4, предназначенный для отбора тепла от воздуха охлаждаемого объема. Для организации обдува радиатора 4 на нем установлены вентилятор 5 и направляющий кожух 6. На контактных пластинах со стороны горячих спаев термомодулей установлен радиатор 7, предназначенный для сброса тепла в окружающую атмосферу. Для организации обдува радиатора 7 на нем установлены вентилятор 8 и направляющий кожух 9. Отличительной особенностью горячего радиатора является то, что он конструктивно выполнен в виде отдельных (автономных) секций, каждая из которых закреплена только на одном термомодуле блока. Такое решение позволило осуществить полное прилегание секции горячего радиатора 7 к контактной пластине 3 соответствующего термомодуля, исключить влияние на этот фактор разновысотности и непараллельности контактных пластин термомодулей, обеспечив тем самым улучшенную контактную теплопроводность и минимальное тепловое сопротивление. Это позволяет при прочих равных условиях увеличить разность температур между холодным и горячим радиаторами и поднять холодильный коэффициент термоблока в целом. Следующей отличительной особенностью описываемого изобретения является организация обдува горячего и холодного радиаторов. У известного устройства по патенту США N 4472945 отверстия входа воздуха на радиатор и отверстия входа из радиатора расположены в одной плоскости. Это не исключает возможности подсоса части объема воздуха на выходе из радиаторов непосредственно в отверстия входа, что снижает эффективность теплообмена с окружающей средой. В настоящем изобретении вентилятор 8 и радиатор 7 горячих спаев размещены в направляющем кожухе 9 с отверстиями для входа и выхода воздуха, выполненными на противоположных торцевых сторонах. Также отверстия входа и выхода воздуха могут быть выполнены на разных поверхностях: одно, например, на боковой, а другое на торцевой. Такое расположение отверстий полностью исключает подсос воздуха, выходящего из радиатора, в отверстия входа воздуха в радиатор и обеспечивает наиболее эффективный теплообмен воздуха, используемого для обдува радиатора, с воздухом окружающей среды. The device contains two or more thermoelectric modules 1, consisting of semiconductor elements 2, on cold and hot junctions of which contact plates are installed 3. On the contact plates from the side of the cold junctions of the thermal modules, a radiator 4 is installed, which is designed to take heat from the air of the cooled volume. To organize the blowing of the radiator 4, a fan 5 and a guiding casing 6 are installed on it. On the contact plates from the side of the hot junctions of the thermal modules, a radiator 7 is installed, designed to discharge heat into the surrounding atmosphere. To organize the blowing of the radiator 7, a fan 8 and a guide casing 9 are installed on it. A distinctive feature of the hot radiator is that it is structurally made in the form of separate (autonomous) sections, each of which is mounted on only one thermal module of the unit. Such a solution made it possible to completely fit the hot radiator section 7 to the contact plate 3 of the corresponding thermal module, to exclude the influence of different heights and non-parallelism of the thermal module contact plates on this factor, thereby providing improved contact thermal conductivity and minimal thermal resistance. This allows, ceteris paribus, to increase the temperature difference between cold and hot radiators and increase the refrigeration coefficient of the fuser as a whole. Another distinctive feature of the described invention is the organization of blowing hot and cold radiators. In the known device according to US patent N 4472945, the air inlet openings on the radiator and the radiator inlet openings are located in the same plane. This does not exclude the possibility of suction of part of the volume of air at the outlet from the radiators directly to the inlet openings, which reduces the efficiency of heat exchange with the environment. In the present invention, the fan 8 and the radiator 7 of the hot junctions are placed in the guide casing 9 with openings for air inlet and outlet made on opposite end sides. Also, the air inlet and outlet openings can be made on different surfaces: one, for example, on the side, and the other on the end. This arrangement of the openings completely eliminates the suction of air leaving the radiator into the air inlet openings of the radiator and provides the most efficient heat exchange of the air used to blow the radiator with the ambient air.
В известном из патента США N 4472945 холодильном термоэлектрическом блоке тепловая нагрузка на радиатор горячих спаев значительна. В описываемом изобретении обеспечивается интенсификация теплообмена по горячему контуру блока. Для этого для обдува выбран вентилятор 8 с диаметром крыльчатки, превышающем высоту радиатора 7, что позволило придать кожуху 9 форму диффузора с сужением в сторону радиатора. Воздушный поток в этой зоне ускоряется и коэффициент теплообмена при обдуве радиатора 7 соответственно возрастает. In the refrigeration thermoelectric unit known from US Pat. No. 4,472,945, the thermal load on the radiator of the hot junctions is significant. In the described invention provides the intensification of heat transfer along the hot circuit of the block. For this purpose, a fan 8 with an impeller diameter exceeding the height of the radiator 7 was selected for blowing, which made it possible to give the casing 9 the shape of a diffuser with a narrowing towards the radiator. The air flow in this zone is accelerated and the heat transfer coefficient when blowing the radiator 7 increases accordingly.
Между радиаторами 4, 7, установленными соответственно у горячих и холодных спаев термомодулей, размещен слой теплоизоляционного влагонепроницаемого материала 10, например, пенополиуретана-пористого теплоизоляционного материала с замкнутой ячейкой. В данном изобретении приняты дополнительные меры по уменьшению "паразитного" теплопритока от горячего радиатора 7 к радиатору 4 холодных спаев. Для этого в блоке использованы термомодули с предварительно заполненным теплоизоляционным влагонепроницаемым материалом полостью между горячим и холодным спаями. Такое предварительное заполнение позволяет более тщательное и полное заполнение каждого термомодуля в отдельности и блока в целом. Наличие и хорошее качество теплоизоляции значительно уменьшает лучистый теплообмен между холодным и горячим радиаторами 4, 7, исключает в этих зонах конденсацию воды из окружающей среды в виде капельной влаги или кристаллов льда и образование теплопроводящих мостов между радиаторами. Это обеспечивает минимизацию перетока тепла от горячих спаев и холодным. Between the radiators 4, 7, installed respectively at the hot and cold junctions of the thermal modules, there is a layer of heat-insulating moisture-proof material 10, for example, a polyurethane foam-porous heat-insulating material with a closed cell. In this invention, additional measures are taken to reduce the "spurious" heat gain from the hot radiator 7 to the radiator 4 of cold junctions. For this, thermal modules with a pre-filled heat-insulating moisture-proof material with a cavity between hot and cold junctions are used in the block. Such pre-filling allows a more thorough and complete filling of each thermal module individually and the unit as a whole. The presence and good quality of thermal insulation significantly reduces the radiant heat transfer between cold and hot radiators 4, 7, eliminates condensation of water from the environment in these areas in the form of droplet moisture or ice crystals and the formation of heat-conducting bridges between the radiators. This minimizes the flow of heat from hot junctions and cold.
При использовании этого холодильного термоэлектрического блока максимальный холодильный коэффициент составляет не менее 0,46, что свидетельствует об эффективности данного изобретения. When using this refrigeration thermoelectric unit, the maximum refrigeration coefficient is at least 0.46, which indicates the effectiveness of this invention.