§ 5. КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛООТВОДА

Для съема тепла с горячих спаев термобатареи служит система теплоотвода. В термоэлектрическом приборостроении используется одна из трех основных систем теплоотвода: радиатор с естественно-конвекционным теплообменом, радиатор с принудительным теплосъемом и жидкостная система. В зависимости от конструкции и условий эксплуатации термоохлаждающего прибора в нем может быть использована одна из перечисленных выше систем. Наиболее просты по устройству, но наименее эффективны радиаторные системы с естественно-конвекционным теплообменом. Эти системы применяются в слаботочных термобатареях с термоэлементами, расположенными на относительно большой площади. Для отвода тепловой мощности радиатором с естественной конвекцией требуется около площади пластин. В связи с этим такие системы обладают большими габаритами и весом. В качестве материала для изготовления радиатора лучше всего использовать медь любой марки либо, если это невозможно, чистый алюминий марки или

Припайку пластин к основанию радиатора в случае использования меди лучше всего производить твердым припоем (сильфос). Алюминиевый радиатор спаивается оловом с использованием флюса При любом конструктивном оформлении следует всегда радиаторные ребра располагать вертикально вверх. Горизонтально расположенные ребра радиатора работают во много раз менее эффективно. Для улучшения коэффициента теплообмена поверхность ребер следует чернить. Медные ребра чернятся методом оксидировки в персульфате калия. Алюминиевые радиаторы оксидируются, а затем окрашиваются в черный цвет анилиновыми красителями.

Воздушные радиаторы с принудительным теплосъемом в силу большого коэффициента теплоотдачи значительно компактнее и легче радиаторов с естественно-конвекционным теплообменом. Материалом для радиатора опять же служат медь либо чистый алюминий. В отличие от описанных выше радиаторных систем эта система не требует линейного расположения радиаторных пластин

и их вертикального расположения. Радиаторы с обдувом очень часто имеют круговую форму, причем пространственное расположение пластин не играет роли. Обдув радиаторной системы обычно осуществляется малогабаритным электродвигателем с большим количеством оборотов (9—10 тыс. в 1 мин.).

На ось двигателя закрепляется трех- либо шестилопастная крыльчатка с углом поворота лопастей 30°. Направление поворота лопастей должно быть таким, чтобы вентилятор работал не на нагнетание воздуха, а на отсос. Это требование обусловлено тем, что при работе на отсос поступающий на радиатор поток воздуха обдувает также и электродвигатель, чем создаются более благоприятные условия для его работы. В противном случае при работе на нагнетание поток тепла, выделенного двигателем, будет переноситься на радиатор, ухудшая его работу. При линейном расположении радиаторных пластин их длину нельзя делать слишком большой, так как этим самым увеличивается аэродинамическое сопротивление радиатора, что ухудшает его параметры.

Рис. 34. Конструкции линейных радиаторных систем, работающих в режиме принудительного теплосъема.

Как об этом подробно будет говориться ниже (гл. III, § 2), радиаторные системы с обдувом следует делать с линейно расположенными ребрами (рис. 34, 1) либо, что лучше, с короткими по длине ребрами (рис. 34, 2). Если величина аэродинамического сопротивления радиатора не играет существенной роли, т. е. вентилятор имеет запас мощности, можно рекомендовать радиаторную систему, в которой четные ряды коротких пластин вдоль потока воздуха несколько наклонены по отношению к пластинам нечетных рядов (рис. 34, 3). Угол наклона не должен превышать 15—20°. Такой радиатор работает весьма эффективно.

При конструировании радиаторной системы кругового типа для уменьшения длины пути воздуха необходимо воздушный поток разделить пополам так, как это изображено на рис. 35. Здесь термобатарея 1 плоскостью горячих спаев припаяна к корпусу радиатора 2. Кольцевые ребра 3 выточены непосредственно в корпусе радиатора. Снаружи радиаторные пластины закрываются цилиндрическим кожухом 4, к которому припаян патрубок с размещенным в нем малогабаритным электродвигателем 5. Поток

воздуха, создаваемый крыльчаткой 6, засасывается через окно в кожухе 7 и, обтекая с двух сторон радиаторные пластины, выходит через патрубок наружу.

Рассмотрим основные конструктивные варианты жидкостных систем теплоотвода. В наиболее простой системе к металлическому коллектору горячих спаев термобатареи прикреплена рубашка, по которой проходит проточная вода.

Рис. 35. Конструкция круговой радиаторной системы, работающей в режиме принудительного теплосъема.

Второй вариант предусматривает создание каналов для воды непосредственно в теле коллектора. Наиболее рационально с конструктивной и технологической точек зрения создавать каналы для прохождения воды непосредственно в горячих коммутационных пластинах. В ряде приборов, описанных в ч. III, жидкостная система съема тепла осуществлена именно таким способом.

На рис. 36 изображена схема водяной системы теплоотвода, применяющаяся в микротомном столике и микрохолодильнике для лабораторных целей. Латунные бруски квадратного сечения 1 имеют каналы 2, по которым проходит вода, подключаемая к штуцерам 3. Бруски электроизолированы друг от друга прессшпановыми прокладками 4. В соответствующих местах прокладки имеют отверстия для прохода воды. Подготовленный таким образом узел

заливается в термореактивный эпоксидный компаунд 5, после чего подвергается механической обработке.

Термоэлементы припаиваются непосредственно к брускам, что исключает заметные паразитные температурные перепады.

Подобная система теплоотвода может работать при больших тепловых потоках, достигающих

Некоторые типы термоохлаждающих приборов по условиям эксплуатации не могут быть жестко связаны с системой электропитания и водоснабжения. Примером тому может служить ряд термоэлектрических охлаждающих приборов, описанных в (гл. XII). В этом случае электропитание прибора осуществляется через гибкий кабель из провода Однако необходимость подачи на прибор больших токов связана с применением токоподводящих проводов большого сечения, что создает определенные неудобства в эксплуатации приборов. Кроме того, в данном случае, кроме токоподводящих проводов, к прибору необходимо подвести и два шланга для подачи и слива воды.

В подобных термоохлаждающих приборах можно применять комбинированную систему электроводопитания, схема которой приведена на рис. 37.

Рис. 36. Система жидкостного теплосъема, выполненная непосредственно в горячих коммутационных пластинах.

Рис. 37. Разрез комбинированного водотокоподвода

Здесь токоподводящая шина 1, изготовленная из гибкого кабеля заключена в резиновую трубку 4. Между шиной и трубкой имеется зазор, в котором проходит вода. Шина в местах 7 припаяна к клеммному узлу 2 и муфте 3, которая соединяется с термобатареей. Вода, поступающая через штуцер 5,

омывает шину и проходит через отверстия 6. По аналогичной схеме к прибору подключается второй полюс питания и слив воды. Такая система позволяет значительно уменьшить сечение токоподводящих шин, так как последние непрерывно омываются водой. Так, например, в термоэлектрическом криоэкстракторе при сечении гибкого токоведущего провода всего лишь через него проходит ток 90 а.