устройство для термостабилизации нескольких объектов на разных температурных уровнях

Формула изобретения

Устройство для термостабилизации нескольких объектов на разных температурных уровнях, содержащее термоэлектрическую батарею, питаемую электрическим током от источника электрической энергии, холодным спаем приведенную в тепловой контакт с тонкостенной металлической емкостью, заполненной термостабилизирующим веществом, а горячим - с радиатором, отличающееся тем, что металлическая емкость разделена перегородками на отсеки по числу объектов термостабилизации, заполненные разными термостабилизирующими веществами, температуры плавления которых совпадают с оптимальными рабочими температурами объектов термостабилизации, установленных на верхней поверхности отсеков таким образом, чтобы оптимальная рабочая температура каждого объекта термостабилизации совпадала с температурой плавления термостабилизирующего вещества, заполняющего данный отсек, причем объем отсеков определяется по формуле

где V_i - объем i-гo отсека, заполненного i-м термостабилизирующим веществом;

t - время работы объектов термостабилизации;

P_i - мощность тепловыделений i-го объекта термостабилизации;

S_i - площадь нижней поверхности i-го отсека, заполненного i-м термостабилизирующим веществом;

S - площадь нижней поверхности металлической емкости;

Q - мощность, отводимая термоэлектрической батареей от тонкостенной металлической емкости;

r_i - теплота плавления i-гo термостабилизирующего вещества;

_i - плотность i-го термостабилизирующего вещества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области термоэлектрического приборостроения и может использоваться для одновременной стабилизации температуры нескольких объектов, имеющих разные оптимальные рабочие температуры.

Прототипом предлагаемого устройства является прибор, описанный в [1]. Он состоит из основных термоэлектрических батарей, обеспечивающих при заданных тепловых нагрузках требуемые рабочие температуры объектов термостабилизации, размещаемых на их холодных спаях. Горячими спаями основные термобатареи приведены в тепловой контакт с кожухом, заполненным термостабилизирующим веществом, точка фазового перехода которого совпадает с температурой термостабилизации горячих спаев основных термобатарей, здесь же установлен датчик температуры, соединенный с входом регулятора тока. Кожух с термостабилизирующим веществом размещен на холодных спаях дополнительной термобатареи. Горячие спаи дополнительной термобатареи находятся в тепловом контакте с теплоотводом. Теплозащитный экран, размещенный на холодных спаях дополнительной термобатареи, позволяет снизить до минимума влияние колебаний температуры окружающей среды. Термобатареи запитаны от источника питания.

Недостатком устройства является наличие большого количества разнотипных термоэлектрических батарей, необходимых для организации теплового режима термостабилизируемых объектов. Это обстоятельство усложняет организацию оптимального по энергетическим параметрам режима работы термоэлектрических батарей (трудность реализации для большого количества термоэлектрических батарей, питаемых от одного источника электрической энергии, режима максимального холодильного коэффициента), а также изготовление термостабилизирующего устройства (сложность изготовления большого количества разнотипных термоэлектрических батарей).

Для устранения указанного недостатка предлагается устройство, конструкция которого показана на чертеже.

Устройство состоит из тонкостенной металлической емкости 1, разделенной в горизонтальной плоскости перегородками 2 из теплоизоляционного материала на изолированные отсеки 3 по числу объектов термостабилизации 4. Отсеки 3, заполненные термостабилизирующими веществами 5, температуры плавления которых совпадают с оптимальными рабочими температурами объектов термостабилизации 4, установленных на верхней поверхности отсеков 3, причем таким образом, чтобы оптимальная рабочая температура каждого объекта термостабилизации 4 совпадала с температурой плавления термостабилизирующего вещества 5, заполняющего данный отсек 3. К нижней поверхности отсеков 3 (противоположной размещению объектов термостабилизации 4) присоединена своим холодным спаем термоэлектрическая батарея 6, приведенная своим горячим спаем в тепловой контакт с радиатором 7 и питаемая электрическим током от источника электрической энергии 8. Теплоизоляция 9 применяется для снижения до минимума влияния колебаний температуры окружающей среды.

Для обеспечения в течение определенного промежутка времени оптимальной рабочей температуры каждого из объектов термостабилизации 4 необходимо, чтобы объем соответствующего отсека 3 с термостабилизирующим веществом 5 составлял величину:

где V_i - объем i-го отсека 3, заполненного i-м термостабилизирующим веществом 5; t - время работы объектов термостабилизации 4; Р_i - мощность тепловыделений i-го объекта термостабилизации 4; S_i - площадь нижней поверхности i-го отсека 3, заполненного i-м термостабилизирующим веществом 5; Q - мощность, отводимая термоэлектрической батареей от тонкостенной металлической емкости 1; r_i - теплота плавления i-го термостабилизирующего вещества 5; _i - плотность i-го термостабилизирующего вещества 5.

Устройство работает следующим образом. Тепло, поступающее от объектов термостабилизации 4, передается металлической емкости 1 и через поверхность соприкосновения термостабилизирующим веществам 5, находящимся в отсеках 3. Далее одновременно происходит прогрев термостабилизирующих веществ 5 до температуры плавления и процесс плавления. Температура объектов термостабилизации 4 будет поддерживаться при постоянном значении, равном температуре плавления термостабилизирующих веществ 5 до полного проплавления последних. Термоэлектрическая батарея 6, запитываемая электрическим током от источника электрической энергии 8, отводит избыток тепла от термостабилизирующих веществ 5, сохраняя при этом оптимальную рабочую температуру объектов термостабилизации 4 до конца их работы. Радиатор 7 отводит тепло от горячего спая термобатареи 6.

Литература

1. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В. Полупроводниковое термоэлектрическое охлаждающее устройство // Термоэлектрики и их применение: Материалы докл. VII Межгос. семинара, Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, 2000. - с.315-318.