Термоэлектрический льдогенератор

 

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛЬДОГЕНЕРАТОР , содержащий термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлек трической батареи и вьшсшнены в вйде катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и удобства монтажа , один конец обмотки катушки соленоида имеет электрический контакт с первым термоэлектрическим элементом через днище, а обратный виток соленоида соединен с вторым термоэлектрическим элементом и между конечным участком этого витка и днищем емкости расположена пластина из электроизолирующего материала с высоким коэффициентом теплопроводности .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

Э %

РЕСПУБЛИН

09) (11) ЗА)) F 25 С 1/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTWl (21) 3537665/28-13 (22) 11.01.83 (46) 15.12.84. Бюл.. 9 46 (72) В.К.Гарачук, В.А.Гернер . и Ю.А.Смирнов (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (53) 621.582(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 351045, кл. F 25 С 1/12, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

У 960499, кл. F 25 С 1/12, 1981. (54)(57) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛЬДОГЕНЕРАТОР, содержащий термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлектрической батареи и выполнены в ви.де катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции и удобства монтажа, один конец обмотки катушки соленоида имеет электрический контакт с первым термоэлектрическим элементом через днище, а обратный виток соленоида соединен с вторым термоэлектрическим элементом и между конечным участком этого витка и днищем емкости расположена пластина из электроизолирующего материаФ ла с высоким коэффициентом тепло- 1 проводности.

1129471

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно — к устройству льдогенераторов малой про- изводительности, работающих на полупроводниковых элементах и предназначенных для использования в быту, в системе общественного питания, в научных и медицинских учреждениях и т.п.

Известен термоэлектрический льдо- 1О генератор, содержащий термоэлектрические элементы с коммутационными пластинами холодных спаев, выполненными в виде дополнительных емкостей для образования льда 1 15

Преимуществом данного льдогенератора является наличие непосредственного контакта холодных коммута- . ционных пластин с охлаждаемой водой и развитая поверхность тепло- 20 обмена. В то же время большая металлоемкость коммутационных пластин обуславливает большую теплоемкость, что неблагоприятно сказывается на производительности льдогенератора, 25 в частности увеличивает его инерционность. Выполнение всей емкости из однородного материала не позволяет использовать, известные способы интенсификации процесса льдообразова- 5п ния*

Известен также термоэлектрический льдогенератор, содержащий термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлектрической батареи и выполнены в виде катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим 40 наполнителем f2) .

В этом термоэлектрическом генераторе создается в массе воды постоянное магнитное поле достаточно большой напряженности, что способствует интенсификации процесса льдообразования. Однако этот термоэлектрический льдогенератор имеет ряд недостат ков, к которым относятся сложность конструкции и неудобство монтажа в связи с необходимостью устанавливать элементы термоэлектрической батареи на боковой поверхности емкости для жидкости гирозонтальными рядами.

Таким образом, необходимо чтобы 55 термоэлементы в термоэлектрических батареях были соединены последовательно для обеспечения одного направления тока в рядах термоэлектрических батарей.

Процесс сборки такого термоэлектрического льдогенератора трудоемкий, требующий большого количества ручного труда высокой квалификации сборщика, что в конечном итоге скажется на себестоимости изготовления

Процесс сборки трудно механизировать. Кроме того, для создания необходимой напряженности в массе охлаждаемой воды требуется набрать такое количество витков, которое бы дало достаточную напряженность магнитного поля (соленоида) для ведения гарантированной магнитной обработки воды. Так как электрическая коммутация термоэлектрической батареи последовательная, то для обеспечения требуемой напряженности магнитного поля потребуется определенное количество термоэлементов р- и и -типа проводимости. Размеры термоэлементов определяются исходя из тепловой нагрузки льдоформы и требуемой напряженности магнитного поля. При этом следует учитывать, что 1 кг полупроводникового термоэлектрического материала (поликристаллического или монокристалличес кого) стоит от 60 до 600 руб./кг, а полупроводниковый термоэлектрический материал, получаемый методом экструзии стоит еще дороже — до

800 руб./кг.

Цель изобретения — упрощение конструкции и удобство монтажа.

Указанная цель достигается тем, что в термоэлектрическом льдогенераторе, содержащем термоэлектрические элементы, емкость для жидкости, стенки которой включают коммутационный элемент холодных спаев термоэлектрической батареи и выполнены в виде ка.

1 тушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, один конец обмотки катушки соленоида имеет электрический контакт с первым термоэлектрическим элементом через днио ще, а обратный виток соленоида соединен с вторым термоэлектрическим элементом и между конечным участком этого витка и днищем емкости расположена пластина из электроизолирующего материала с высоким коэффициентом теплопроводности.

3 1

На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство.

Термоэлектрический льдогенератор содержит термоэлектрические элементы 1 и 2, емкость 3 для замораживания воды, боковые стенки которой образованы коммутационным элементом 4 холодных спаев термоэлектрической батареи, выполненным в виде соленоида. Для предотвращения замыкания между соседними витками соленоида и для обеспечения нормальной работы устройства межвитковое пространство заполнено диэлектрическим наполнителем 5,. например эпоксидной смо.— лой. Диэлектрический наполнитель

5 является связующим компонентом, обеспечивающим жесткость конструкции, так как соединенные витки соленоида должны отстоять друг от. друга на некотором расстоянии (0,5-1 мм).

При этом диэлектрический наполнитель 5 используется и как теплоизоляция емкости 3. Днище 6 емкости

3 выполнено из электропроводного ма. териала, обладающего. хорошей тепло проводностью, например из меди, и представляет собой геометрическую фигуру, например цилиндр небольшой высоты (1-3 мм), имеющую выступ 7.

Выступ выполнен исходя из специфических (с очки зрения электрической коммутации и.теплового сопряжения отдельных элементов) особенностей термоэлектрического льдогенератора. Выступ имеет геометрические размеры, соответствующие: по высотесумме толщин теплоперехода 8 и коммутационного элемента 4 холодных спаев термоэлектрических элементов

1 и 2, по площади поперечного сечения — площади, равной сечению (перпендикулярно оси) термоэлектричес ких элементов 1 и 2. Теплопереход

8, выполненный иэ высокотеплопроводного диэлектрического материала, например из никелированной окиси бериллия, предназначен для обеспечения теплового контакта между днищем 6 и "обратным витком" 9 коммутационного элемента 4 холодных спаев . термоэлектрических элементов 1 и 2 (соленоида), обеспечивая тем самым равномерный отвод (подвод) тепла от всего обьема воды, находящейся в ячейке при работе термоэлектрического льдогенератора в процессе охлаждения (нагрева) при оттайке. Все

129471 4

10. Устройство работает следукщим образом .

При подключении термоэлектричес50. ния процесса льдообразования необходимо произвести извлечение льда.

45 элементы конструкции (токоподвод 10, термоэлемент 1, днище 6, коммутационный элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2

"обратный виток" 9, термоэлемент 2, токоподвод 11, через которые проходит электрический ток, скоммутированы последовательно между собой, например, посредством пайки. кого льдогенератора к источнику питания посредством токоподводов 10 и 11 постоянный электрический ток последовательно проходит через электрическую цепь: токоподвод 10, термоэлемент 1, днище 6, коммутационньй элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 (соленоид), "обратный виток" 9 соленоида, термо элемент 2, токоподвод 11. При этом вследствие эффекта Пельтье происходит охлаждение коммутационного элемента 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2, путем же теплопроводности охлаждается днище

6, так как оно находится в тепловом контакте с коммутационным элементом

4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 посредством теплоперехода 8, тем самым осуществляется отвод тепла от воды, находящейся в ячейке термоэлектрического льдогенератора. Развитая поверхность теллЬ. обмена (вода — система охлаждения) благоприятно сказывается на работе ., льдогенератора, ускоряя процесс льдообразования емкости 3 для замо- раживания воды. Этоиу же споаобству"

° ет и возникновение постоянного магнитного ноля внутри емкости .3 за счет прохождения постоянного тока через коммутационный элемент 4 холодных спаев термоэлектрических эле ментов 1 и 2, вследствие чего быстрее образуются центры кристаллизации из-за направленной ориентации диполей молекул воды. После окончаДля этого осуществляют реверс питания термоэлектрических элементов 1 и 2 ° При этом sa счет развитой поверхности теплового контакта "ледсистема подвода тепла" (днище 6 и коммутационный элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов

1! 294

Составитель И.Шабалина

Техред С.Легеза

Редактор С.Тимохина

Корректор M.Èàêñèìèèèíåö

Заказ 9433/32 Тираж 513

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делай изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Подписное

4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул ° Проектная, 4

1 и 2)происходит интенсивная подтайка пограничного слоя льда у теплопередающих поверхностей.

Использование одних и тех же элементов устройства как для замораживания воды, так и для создания магнитного поля внутри емкости 3 позволяет повысить производительность термоэлектрического льдогенератора на 10-12Х.

Для получения равных величин напряженности магнитного поля внутри емкости для замораживаемой воды достаточно иметь одинаковое число витков катушки соленоида. С точки зрения технологии изготовления катушек соленоидов по прототипу и по

1тредлагаемому устройству будет более простым изготовление стенок емкости

3 соленоида в данном устройстве.

Для изготовления стенок требуется знать только силу тока, проходящего через термоэлектрические элементы

1 и 2, что позволяет определить площадь поперечного сечения коммутационного элемента 4 холодного спая.

После того, как сечение коммутационного элемента 4 определено, коммутационный элемент 4, изготовленный из меди, накручивается по спирали на оправку, при этом между витками дол. жно выдерживаться расстояние 11,5 мм с тем, чтобы избежать межвиткового замыкания. Далее катушка соленоида заливается эпоксидным ком паундом, обратный виток припаивается к термоэлектрическому элементу, который сопрягается по тепловому месту, изготовленному из электроизоляционного материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из окиси бериллия, с днищем (емкости 3), а к днищу 6 припаивается другой термоэлектрический элемент, припаянный к обратному витку катушки соленоида. Таким образом ! происходит технологический процесс сборки предлагаемого льдогенератора.