Глава XIV. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

§ 1. МИКРОХОЛОДИЛЬНИКИ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ЦЕЛЕЙ

В разнообразной практике лабораторных исследований часто возникает необходимость проследить поведение образца или ход процесса в широком интервале температур. В том случае, если интервал, интересующий исследователя, простирается в область температур ниже комнатной, проведение подобных экспериментов сопряжено с довольно большими трудностями. Эти трудности обусловлены тем, что все существующие методы понижения температуры не позволяют простыми способами осуществить плавную регулировку температуры во всем рабочем интервале. В силу этого обстоятельства на практике приходится создавать сложные, громоздкие терморегулирующие устройства, которые, однако, не всегда удовлетворяют поставленным требованиям.

Рис. 113. Разрез микрохолодильника для лабораторных целей. Первый конструктивный вариант.

Термоэлектрический метод охлаждения и нагрева позволил создать микрохолодильники, свободные от перечисленных выше недостатков. Эти микрохолодильники позволяют изменением величины питающего термоэлектрическую батарею тока с любой точностью и скоростью изменять температуру в рабочей камере прибора. В случае необходимости переход от режима охлаждения к режиму нагрева и наоборот осуществляется переключением направления питающего микрохолодильник тока.

Разработано три конструктивных варианта микрохолодильников для лабораторных целей. Первый вариант микрохолодильника

(рис. 113) снабжен однокаскадной термоэлектрической батареей 6, состоящей из пяти термоэлементов. Холодные спаи термобатареи сопрягаются с хорошим тепловым контактом с алюминиевым диском 5, на который припаяна рабочая камера прибора 1, изготовленная из алюминия.

Для исключения электрического замыкания коммутационных пластин термоэлектрической батареи с дном рабочей камеры последнее электрохимическим путем покрывается тонким слоем окиси алюминия. Этот слой создает незначительное тепловое сопротивление и в то же время обладает хорошими электроизоляционными свойствами.

Рис. 114. Общий вид первого варианта микрохолодильника для лабораторных целей.

Съем тепла с термоэлектрической батареи осуществляется проточной водой, которая протекает в каналах, выполненных непосредственно в горячих коммутационных пластинах термобатареи. Подключение воды и слива к прибору производится через два штуцера 4. Для присоединения электрического питания служат две клеммы 3, припаянные к штуцерам водяного охлаждения. Система горячих коммутационных пластин заливается в термореактивный эпоксидный компаунд 9, образуя тем самым жесткий, конструктивно законченный узел. Снаружи рабочая камера прибора защищена елоемтеплоизоляции 8, изготовленной из пенопласта. Для уменьшения тепловых потерь через боковой блок теплоизоляции в последнем вырезаны узкие выточки 10. Алюминиевый цилиндр 7 образует наружную оболочку прибора. Для доступа в рабочую камеру служит теплоизолированная крышка 2.

В месте разъема крышки с камерой имеется защитное кольцо 11 из декоративной пластмассы. Для осуществления постоянного теплового контакта основания рабочей камеры с термобатареей служит резиновое кольцо 12. Внешний чехол крепится к термобатарее фигурными винтами 13, которые одновременно являются ножками прибора.

Как указывалось выше, величина максимального перепада температур, обеспечиваемого термоэлектрическим охлаждающим прибором, зависит от тепловой нагрузки на термобатарею, которая в свою очередь обусловлена тепловыделением подлежащих охлаждению объектов паразитными теплопритоками извне через слой теплоизоляции и теплопроводностью ветвей термоэлементов.

Приводим технические параметры описанного микрохолодильника, общий вид которого изображен на рис. 114.

(см. скан)

Второй конструктивный вариант микрохолодильника для лабораторных целей предназначен для получения более низких температур в рабочей камере прибора.

Рис. 115. Разрез микрохолодильника для лабораторных целей второго конструктивного варианта.

Это достигается применением двух каскадной термоэлектрической батареи вместо однокаскадной, использованной в первом варианте прибора. Для

обеспечения достаточной холодопроизводительности на втором каскаде он питается последовательно с первым каскадом. Кроме того, несколько увеличена толщина теплоизоляции рабочей камеры прибора.

На рис. 115 представлен схематический разрез этого типа микрохолодильника. Двухкаскадная термоэлектрическая батарея с последовательным питанием каскадов 1 содержит в первом каскаде десять термоэлементов и во втором каскаде — два термоэлемента. На холодные коллекторы второго каскада термобатареи через электроизолированные керамические теплопереходы припаян рабочий объем прибора 3, что сводит к минимуму паразитные тепловые сопротивления. Горячие спаи первого каскада термобатареи опять же через керамические теплопереходы припаяны к коллектору горячих спаев 4, который в свою очередь напаян на теплоотводящую систему 5.

Отвод тепла от термобатареи осуществляется проточной водой, которая подключается к прибору через два штуцера 6.

Рис. 116. Зависимость перепада температур, обеспечиваемого микрохолодильником для лабораторных целей второго конструктивного варианта, от величины тепловыделения в рабочей камере.

Электрическое питание прибора подключается на две клеммы 7, установленные на электроизолированном щитке 8.

Рабочий объем прибора защищен слоем теплоизоляции 9 из пенопласта. Для доступа в рабочую камеру служит крышка 10. Для измерения температуры в рабочей камере прибора служит микротермистор 11, заармированный в камеру рабочего объема посредством серебряной амальгамы. Выводы термистора 12 сделаны на электроизолированном щитке.

Термоэлектрическая батарея описанного микрохолодильника обладает достаточно большой холодопроизводительностью, что иллюстрируется рис. 116, на котором представлена экспериментальная крива» изменения разности температур, обеспечиваемой холодильником, в зависимости от тепловой мощности, выделяющейся в рабочей камере прибора.

Общий вид прибора приведен на рис. 117.

Термоэлектрический холодильник для лабораторных целей третьего варианта представляет собой единый конструктивно законченный прибор, в котором, кроме самого холодильника, имеется выпрямитель, схема измерения температуры, а также элементы автоматики и блокировки, обеспечивающие надежную» эксплуатацию прибора.

Основные параметры этого типа микрохолодильника следующие.

(см. скан)

Электрическая схема микрохолодильника приведена на рис. 118.

Двухкаскадная термоэлектрическая батарея холодильника питается от двухполупериодного выпрямителя, состоящего из силового трансформатора и германиевых вентилей Дроссель фильтра служит для сглаживания пульсации выпрямленного тока до значения 5—7%. Переключатель предназначен для переключения термобатареи из режима охлаждения в режим нагрева. При этом на термобатарею поступает ток обратной полярности, снимаемый с половины вторичной обмотки силового трансформатора и выпрямленного диодом Сопротивление служит для ограничения тока нагрева. Измерение температуры микрохолодильника производится посредством микротермистора закрепленного серебряной амальгамой в стенке цилиндра, образующего рабочий объем прибора.

Рис. 117. Общий вид микрохолодильника для лабораторных целей второго конструктивного варианта.

Схема измерения температуры состоит из моста, в плечах которого находятся сопротивления Сопротивление включенное в измерительное плечо моста, является микротермистором. Питание моста производится от батареи которая подключается к мосту выключателем Требуемая для питания моста величина напряжения устанавливается сопротивлением Переключатель служит для переключения моста в режим калибровки, которая производится

посредством сопротивления В качестве измерительного прибора использован микроамперметр включенный в диагональ моста.

Рис. 118. Электрическая схема микрохолодильника для лабораторных целей третьего варианта.

Рис. 119. Общий вид микрохолодильника для лабораторных целей третьего конструктивного варианта

Шкала прибора проградуирована в градусах Цельсия. Питание прибора осуществляется от сети напряжением 127/220 в

через плавкие предохранители Выключатель служит для подключения сетевого напряжения. В цепь водяного теплосъема от горячих спаев термобатареи включено гидрореле которое отключает питание микрохолодильника при отсутствии воды в системе теплосъема.

Приводим краткую техническую характеристику микрохолодильника.

(см. скан)

Общий вид микрохолодильника третьего конструктивного варианта приведен на рис. 119.