Термоэлектрический холодильник

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсиих

Социалистических

Республик

«i>947588 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 300779 (21) 2806446/23-06 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

ОпубликованО 300782 ° Бюллетень ¹28

151) М. Кл.з

F 25 В 21/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 53 7. 32 (088 ° 8) Дата опубликования описания 300782 (72) Авторы изобретения

Г. A Иванов, К.Г. Ив анов и В. С. (71) Заявитель

Ленинградский ордена Трудового Крас государственный педагогический инст (54) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ХОЛОДИЛЬНИК

Изобретение относится к холодильной технике и предназначено преимущественно для охлаждения приемников

ИК-излучения и микроэлектронных схем, а также стабилизации температуры на уровне ниже 200 К.

Известны термоэлектрические холо-. дильники с ветвями р и и типа, попарно соединенными холодными спаями посредством гибкой связи, при этом горячие спаи соединены электрически последовательно с помощью коммутационных элементов и расположены в одной плоскости (1).

Недостаток данного холодильника заключается в малой механической прочности, вследствие невозможности работы при низких температурах.

При изготовленин холодильников на низкие температуры в низкотемпературных каскадах применяют термоэлементы, в которых в качестве и— ветви используют сплавы висмут-сурь" ма, а р-ветвь изготовляют из теллуридов висмута и сурьмы. Свойства этих термоэлектрических материалов различаются по зависимости электропроводности < (Т), термоэлектродвижущей силы Й.(Т) и теплопроводности

3E(T) от температуры, а также различны у- них температурные коэффициенты линейного расширения. Известный холодильник, изготовляемый обычным путем, при каскадировании имеет пониженную механическую прочность из-за термических напряжений, возникающих в местах соединения каскадов, так как расчет сечения термоэлеме нтов берется на среднюю по термоэлементу температуру. В ре зультате в нем имеет место несогласованность геометрии ветвей по высоте, ухудшенная теплопроводность в направлении,перпендикулярном электрическому току, в полупроводниковых ветвях холодильни ка .

Для .получения большего перепада температур (ЬТ) используют.многокаскадные конструкции, где отвод от вышестоящего каскада на нижестоящий каскад осуществляется через торцы элементов.

Известно, что ниже 200 К использо- вание и -ветвей из BiSb дает больший эффект, чем из В1 Те -ЯЬ ТеЗ.Но в полной мере использовать BiSb в паре с р-ветвью из теллурида висмута не представляется возможным из-за различия температурных. коэффициентов линейного расширения и и р -материалов, 947588

При возникновении перепада температур на термопаре механические напряжения, возникающие из-эа различия температурных коз ффи циентов линейного расширения, приводит к деформации ветвей термопары и к разрушению 5

И-ветвей из BiSb.

Цель изобретения — повышение холо" днльного ресурса и механической прочности.

Указанная цель достигается тем, 10 что в .известном термоэлектрическом холодильнике с ветвями р и >> типа, попарно соединенными холодильными спаями посредством гибкой электропроводной связи, при этом горячие спаи соединены электрически последовательно с помощью коммутационных элементов и расположены в одной плоскости, одноименные ветви жестко соединены между собой боковыми поверх-. ностями через теплопроводный диэлектрик, сечение каждой из ветвей переменно по высоте и в разноименйых ветвях различно, а холодные спаи ветвей, образующих ступени, смещены по экспоненте.

На фиг.1 изображено соединение по экспоненте боковыми поверхностями ветвей Р; на фиг.2 — соединение по экспоненте боковыми поверхностями ветвей >>; на фиг.3 — соединение горячих спаев ветвей р и и типа с помощью коммутационных элементов.

Холодильник содержит полупроводниковые ветви 1, 2 Р и и типа сооТ ветственно, соединенные гибкой связьюЗЗ

3 и коммутационными элементами 4.

Ветви 1 имеют горячие спаи 5, холодные спаи 6, ветви 2 имеют холодные спаи 7 и горячие спаи 8. К горячим спаям 5 и 8 через теплопереход 9 из 4О окиси бериллия присоединены радиаторы 10 и 11 соответственно.

Холодильник работ ает следующим образом.

При подводе электрического тока 45 .7 к коммутационным элементам 4 и в процессе его последовательного прохождения чеРез ветви р и и типа на горячих спаях 5 и 8 выделяется тепло, которое отводится радиаторами 10 и 1I. Холодные спаи 6 и 7 охлаждаются.

Предлагаемый терм оэлектрическ ий холодильник позволяет улучшить добротность Е на 10-20% за счет согласования сечения ветвей термопар, имеющих различные температурные зависимости электропроводности, термоэлектродвижущие силы, теплопроводности; полностью ликвидировать механические напряжения при большом перепаде- температур из-за различного термического коэффициента расширения и р типа матеРиалов вследствие скольжения сложных ветвей относительно друг друга, что предохраняет конструкцию от разрушения и увеличивает надежность работы, а также сэкономить дорогостоящий термоэлектрический материал тем в большей степени, чем больше число ступеней в нем (50-80Ъ).

Формула изобретения

1. Термоэлектрический холодильник с ветвями Р и и типа, попарно соединенными холодными спаями посредством гибкой электропроводной связи, при этом горячие спаи соединены электрически последовательно с помощью коммутационных элементов и расположены в одной плоскости,о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения холодильного ресурса и механической прочности, одноименные ветви жестко соединены между собой боковыми поверхностями через теплопроводный диэлектрик, а сечение каждой из ветвей переменно по высоте и в разноименных ветвях различно.

2. Холодильник по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что холодные спаи ветвей, образующих ступени, смещены по экспоненте.

Источники информации, принятые во вни.ание прй экспертизе

1.Патент США Р 2991627,кл.62-3, опублик. 1961.

947588

Е95

Фиг. 1

Составитель Т. Юдина

Техред Т. Фанта Корректор И. Муска

Редактор A. Мотыль

Заказ 5606/59 Тираж 543 подписное

ВНИИПИ Государственного .комитета СССР по делам -изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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