Термоэлектрический льдогенератор

СОЮЗ СОВЕТСНИХсииссссссссиссиииРЕСПУБЛИН 09) (11) За) Р 25 С 1/12 ИЗОБРЕТЕНИЯИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСАНИ ТОРСКОМ инсти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ 71(71) Одесский технологическийтут холодильной промышленности(54)(57) ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЛНЕРАТОР, содержащий термоэлеккие элементы, емкость для жидстенки которой включают коммуный элемент холодных спаев те о СССР 3. СССР 1. ДОГЕ- ричесости,тацион- рмоэлек трической батареи и выполнены в ви.де катушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и удобства монтажа, один конец обмотки катушки соленоида имеет электрический кон- такт 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- Е проводности.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 О генератор, содержащий термоэлектрические элементы с коммутационными пластинами холодных спаев, выполненными в виде дополнительных емкостей для образования льда 1 15Преимуществом данного льдогенератора является наличие непосредственного контакта холодных коммута- . ционных пластин с охлаждаемой водой и развитая поверхность тепло 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- Зп нияИзвестен 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 4 наполнителем 2 .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 недостатков, 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 н -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 монокристаллического) 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 тушки соленоида, межвитковое пространство которой заполнено электроизолирующим наполнителем, один конец обмотки катушки соленоидаимеет электрический контакт с первым термоэлектрическим элементом через дниоще, 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 1На 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 наполни- тель 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 1. Выступ выполнен исходя из специфических (с точки зрения электрической коммутации и.теплового сопряжения отдельных элементов) особенностей термоэлектрического льдогенератора. Выступ имеет геометрические размеры, соответствующие: по высоте- сумме толщин теплоперехода 8 и коммутационного элемента 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2, по площади поперечного сечения - площади, равной сечению (перпендикулярно оси) термоэлектрических 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 коимутационного 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. Все129411 4 1 О. Устройство работает слеуукщим образом, При подключении термоэлектричес 50. ния процесса льдообразования необходимо произвести извлечение льда. 15 20 25 30 35 40 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 10и 11 постоянный электрический токпоследовательно проходит через электрическую цепь: токоподвод 10, термоэлемент 1, днище 6, коммутационньйэлемент А холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2 (соленоид),"обратный виток" 9 соленоида, термоэлемент 2, токоподвод 11. При этомвследствие эффекта Пельтье происходиг охлаждение коммутацИонногоэлемента 4 хоподных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2, путем жетеплопроводности охлаждается днище6, так как оно находится в тепловомконтакте с комиутационньи.элементом4 холодных спаев термоэлектрическихэлементов 1 и 2 посредством теплоперехода 8, тем самым осуществляетсяотвод тепла от воды, находящейся вячейке термоэлектрического льдогенератора. Развитая поверхность теллЬобмена (вода - система охлаждения)благоприятно сказывается на работе .,льдогенератора, ускоряя процессльдообразования емкости 3 для замо-раживания воды. Этоиу же способству"ет и возникновение постоянного магнитногоноля внутри емкости 3 засчет прохождения постоянного токачерез коммутационный элемент 4 холодных спаев термоэлектрических элементов 1 и 2, вследствие чего быстрее образуются центры кристаллизации из-за направленной ориентации диполей молекул воды. После окончаДля этого осуществляют реверспитания термоэлектрических элементов 1 и 2При этом за счет развитойповерхности теплового контакта "ледсистема подвода тепла" (днище 6 икоммутационный элемент 4 холодныхспаев термоэлектрических элементов11294 15 Составитель И.ШабалинаТехред С.Легеза Редактор С.Тимохина Корректор М.Максимииннец Заказ 9433/32 Тираж 513 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делай изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.Подписное 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, улПроектная, 4 31 и 2)происходит интенсивная подтайка пограничного слоя льда у теплопередающих поверхностей,Использование одних и тех жеэлементов устройства как для замораживания воды, так и для созданиямагнитного поля внутри емкости 3позволяет повысить производительностьтермоэлектрического льдогенераторана 10-123.Для получения равных величин напряженности магнитного поля внутриемкости для замораживаемой водыдостаточно иметь одинаковое числовитков катушки соленоида. С точкизрения технологии изготовления катушек соленоидов по прототипу и по1 тредлагаемому устройству будет болеепростым изготовление стенок емкости3 соленоида в данном устройстве,Для изготовления стенок требуетсязнать только силу тока, проходящегочерез термоэлектрические элементы1 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 измеди, накручивается по спирали наоправку, при этом между витками должно выдерживаться расстояние 11,5 мм с тем, чтобы избежать межвиткового замыкания. Далее катушкасоленоида заливается эпоксидным компаундом, 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 виткукатушки соленоида. Таким образомпроисходит технологический процесссборки предлагаемого льдогенератора.