Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник

 

Изобретение предназначено для применения в области теплообмена, а именно для интенсификации теплопередачи в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха и других устройствах аналогичного назначения. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник содержит две выполненные из высокотеплопроводного материала и коаксиально установленные трубы: внешнюю, снабженную радиальными отверстиями в виде продольных прорезей, и внутреннюю, выполненную в виде многогранника. Устройство также содержит собранные из термоэлементов термоэлектрические модули (ТЭМ), электрически соединенные между собой посекционно-последовательно. ТЭМ установлены своими первыми спаями на гранях внутренней трубы по всей ее длине, причем вторые спаи ТЭМ, расположенные в радиальных отверстиях внешней трубы на уровне ее поверхности, снабжены продольными ребрами, присоединенными у своего основания к поверхности внешней трубы. Через торцы герметизированного межтрубного пространства выведены клеммы питания ТЭМ и патрубок для откачки воздуха. Использование теплообменника позволит отказаться от экологически вредных охлаждающих жидкостей типа фреон, упростить технологию изготовления, повысить надежность работы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области теплообмена и может быть использовано для интенсификации теплопередачи в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха и других устройствах аналогичного назначения.

Во всех случаях теплообмена передача тепла осуществляется через границу (стенку), разделяющую среды с различными температурами. При этом эффективность теплопередачи зависит как от свойств разделяющей среды границы (например, коэффициента теплопроводности материала стенки), так и от величины разницы температур двух сред - чем больше температурный градиент, тем эффективнее теплопередача. Естественно, интенсификация теплопередачи возможна только за счет изменения этих параметров.

Наиболее перспективными являются технические решения, в которых интенсификация теплопередачи за счет изменения температурного напора между средами достигается применением термоэлектрических модулей (ТЭМ).

Известен теплообменник по авт. свид. (СССР) N 439252 (H 01 L 35/02, 1973 г. ), в котором интенсификация теплопередачи между потоками сред в двух коаксиально расположенных трубах достигается за счет ТЭМ, расположенных на внешней поверхности внутренней трубы и защищенных от потока чехлом.

К недостаткам этого устройства относятся недостаточные эффективность и эксплуатационная надежность, обусловленные его конструктивными особенностями.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство по авт. св. (СССР) N 1763841 (F 28 D 7/10, F 28 F 13/00, 1992 г.) также содержащее коаксиально расположенные трубы с различными средами, причем внутренняя снабжена продольными ребрами, каждое из которых имеет теплоизолированный участок, расположенный внутри внешней трубы, и участок, расположенный снаружи внешней трубы. Внешняя труба выполнена с радиальными отверстиями (в виде продольных щелей) под ребра внутренней трубы, имеющими наружные отбортовки. ТЭМ расположены между отбортовками и ребрами в тепловом контакте с ними.

Недостатком известных устройств является необходимость обеспечения непрерывных потоков двух сред в коаксиальных трубах.

Предлагаемый термоэлектрический полупроводниковый теплообменник содержит две выполненные из высокотеплопроводного материала и коаксиально установленные трубы: внешнюю, снабженную радиальными отверстиями в виде продольных прорезей, и внутреннюю, выполненную в виде многогранника. Устройство также содержит собранные из термоэлементов термоэлектрические модули, электрически соединенные между собой посекционно-последовательно. ТЭМ установлены своими первыми спаями на гранях внутренней трубы по всей ее длине, причем вторые спаи ТЭМ, расположенные в радиальных отверстиях внешней трубы на уровне ее поверхности, снабжены продольными ребрами, присоединенными у своего основания к поверхности внешней трубы.

Через торцы герметизированного межтрубного пространства выведены клеммы питания ТЭМ и патрубок для откачки воздуха.

Предлагаемый термоэлектрический полупроводниковый теплообменник показан на прилагаемых чертежах.

На фиг. 1 - вид спереди в разрезе, на фиг. 2 - вид сбоку, на фиг. 3 показана схема посекционно-последовательного соединения ТЭМ.

Термоэлектрический интенсификатор состоит из шестигранной медной трубы 1, на гранях которой по всей длине трубы установлены 36 унифицированных полупроводниковых модулей 2 (каждый модуль состоит из 16 термоэлементов), электрически соединенных между собой посекционно-последовательно. К холодным спаям модулей, установленных на каждой из граней, припаяна медная фольга 3. После установки этой конструкции в трубу с отверстиями 4 фольга 3 распрямляется и припаивается к наружной поверхности трубы 1, а оставшаяся часть фольги сгибается под углом 90 градусов к поверхности трубы. Для герметизации и последующего вакуумирования межтрубного пространства в концы батареи вставлены резиновые прокладки 5, сверху залитые эпоксидной смолой 6, через которые выведены клеммы питания 7 и 8 и патрубок для откачки воздуха 9.

Устройство функционирует следующим образом. При включении полупроводниковых термоэлектрических модулей в электрическую сеть через клеммы питания 7 и 8 термоэлектробатарея 2 обеспечивает теплопередачу через термоэлементы. Регулируя величину силы тока питания, можно управлять скоростью изменения температуры рабочей среды (воздух, вода, масло и др.) на выходе из трубы 1. В зависимости от полярности прикладываемого напряжения можно добиться работы термоэлектрического теплообменника в режиме либо нагрева, либо охлаждения.

Технические характеристики Расход рабочей жидкости, л/мин 2...3 Потребляемая мощность, Вт 200 Время выхода в режим, мин 1,2...1,5 Максимальный перепад температуры, ^oC до 42 Температура окружающей среды, ^oC -20...+50 Габаритные размеры, мм: диаметр 55 длина 350 Масса, кг 0,4 Использование теплообменника позволит отказаться от экологически вредных охлаждающих жидкостей типа "фреон", упростить технологию изготовления, повысить надежность работы.

Формула изобретения

1. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник, содержащий выполненные из высокотеплопроводного материала и коаксиально установленные трубы: внешнюю, выполненную с радиальными отверстиями, и внутреннюю, в тепловом контакте с которой установлены первые спаи термобатареи, отличающийся тем, что внутренняя труба выполнена многогранной, а термобатареи установлены своими первыми спаями на гранях трубы пор всей ее длине, причем вторые спаи термобатарей, расположенные на уровне поверхности внешней трубы в ее радиальных отверстиях, снабжены продольными ребрами, присоединенными у своих оснований к поверхности внешней трубы, а через торцы герметизированного межтрубного пространства выведены клеммы питания термобатарей и патрубок для откачки воздуха.

2. Термоэлектрический полупроводниковый теплообменник по п.1, отличающийся тем, что термобатареи состоят из термоэлектрических модулей, соединенных между собой электрически посекционно-последовательно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3