×
20.02.2016
216.014.ceab

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ТОНКОПЛЕНОЧНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ВЕТВЯМИ И УВЕЛИЧЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТЕПЛООТВОДА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам теплообмена. Технический результат: повышение эффективности устройства за счет уменьшения кондуктивных паразитных потерь между горячими и холодными спаями. Сущность: полупроводниковые ветви p-типа расположены в одной плоскости, а все ветви n-типа - в другой параллельной плоскости. Ветви р- и n-типа выполнены в виде тонких пленок для уменьшения джоулевых тепловыделений и имеют разную толщину. Материал для металлических спаев подбирается различным для входящего и выходящего тока между спаями и полупроводниковыми ветвями с учетом контактных явлений между металлом и полупроводником. Также используются поверхности теплообмена внутри термоэлектрического устройства. 1 ил.
Основные результаты: Термоэлектрическое устройство с тонкопленочными полупроводниковыми ветвями и увеличенной поверхностью теплоотвода, выполненное из полупроводниковых ветвей p- и n-типа таким образом, что все ветви p-типа расположены в одной плоскости, а все ветви n-типа в другой параллельной плоскости, отличающееся тем, что полупроводниковые ветви изготовлены в виде тонких пленок различной толщины для p- и n-типа, а также применением различных материалов металлических спаев для входящего и выходящего тока между спаями и полупроводниковыми ветвями и использованием дополнительного теплоотвода от внутренних поверхностей термоэлектрического устройства.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к системам теплообмена.

Известно термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур [1], в котором нагретые спаи пространственно отдалены от холодных спаев для уменьшения паразитных кондуктивных потерь между спаями в двух параллельных плоскостях. Однако в полупроводниковых ветвях p-типа и n-типа сохраняется высокий уровень джоулевых тепловыделений. Электрические и теплофизические параметры в полупроводниковых ветвях p- и n-типа отличаются. Кроме того, необходимо снизить уровень паразитных термоэлектрических тепловыделений на границах полупроводник - металл за счет оптимального выбора материала металлического спая.

Для повышения эффективности термоэлектрического устройства и уменьшения уровня кондуктивного теплопереноса целесообразно снизить сопротивление полупроводниковых ветвей, подбирать материалы металлических спаев для границы полупроводник - металл индивидуально для входящих и выходящих токов, а также дополнить систему отвода тепла в окружающую среду новыми поверхностями теплообмена.

Цель изобретения - создание высокоэффективного термоэлектрического устройства с тонкопленочными полупроводниковыми ветвями и увеличенной поверхностью теплоотвода.

Это достигается тем, что полупроводниковые ветви p- и n-типа для уменьшения джоулевых тепловыделений выполняются в виде тонких пленок с минимальным сопротивлением протекающему току. Чем меньше толщина пленки по отношению к ее поперечному сечению, тем меньше оказывается сопротивление протекающему току. Для ветвей p- и n-типа толщина пленки будет индивидуальна и зависеть от теплофизических свойств материала. В существующих термоэлектрических устройствах высота полупроводниковых ветвей p- и n-типа одинакова [2]. Это ограничение наложено конструкторско-технологическими требованиями в производстве. Однако полупроводниковые ветви p- и n-типа имеют различные сопротивления электрическому току, падения напряжений, теплопроводность и другие параметры, что ограничивает оптимизацию режимов работы термоэлектрического устройства в целом. Размещение полупроводниковых ветвей p- и n-типа на разных уровнях позволяет независимо друг от друга изменять высоту ветвей p- и n-типа. Это позволяет достичь одинаковых падений напряжений и токов в полупроводниковых ветвях различного типа.

В существующих термоэлектрических устройствах горячие и холодные спаи изготавливаются из одного металла [2]. Однако между спаем и полупроводником при протекании тока возникают термоэлектрические явления с выделением или поглощением тепла. В зависимости от энергии электронов в металле и полупроводниках p- и n-типа, а также направлений протекания тока меняется режим теплообмена. Электроны в различных металлах могут обладать большей или меньшей энергией по сравнению с энергией электронов в полупроводниках p- и n-типа [3].

Металлические спаи для контакта с полупроводником целесообразно подбирать таким образом, что при протекании тока от металла к полупроводнику происходит поглощение тепловой энергии за счет того, что в металле электроны имели меньшую энергию, чем в полупроводнике. А на втором спае выбирается металл с энергией электронов большей, чем в полупроводнике, поэтому при протекании тока из полупроводника в такой спай электроны также будут приобретать дополнительную энергию, отбирая тепло у кристаллической решетки. Таким образом, рациональный выбор материалов для металлических спаев с учетом контактных явлений между металлом и полупроводником позволяет как при протекании тока от металла к полупроводнику, так и при протекании тока от полупроводника к металлу получить охлаждающий термоэффект в обоих случаях. Чем больше разница энергий электронов в металлических спаях, тем больше будет охлаждающий эффект на обоих спаях и меньше паразитный кондуктивный теплоперенос.

Так как металлические спаи контактируют с полупроводниковыми ветвями p- и n-типа, то обеспечить одновременно оптимальные условия для термоэффекта для обоих типов ветвей невозможно. Но в этом нет необходимости при использовании конструкции термоэлектрического устройства с топологически раздельным размещением в пространстве на разных уровнях ветвей p- и n-типа. Достаточно обеспечить оптимальный режим формирования охлаждающего термоэффекта только у полупроводниковых ветвей того типа (например, n-типа), который находится в кондуктивном контакте с объектом охлаждения для обеспечения максимально эффективного режима теплоотвода. Тогда полупроводниковые ветви p-типа можно расположить на значительном расстоянии от объекта охлаждения (уменьшив паразитный кондуктивный теплоперенос обратно к объекту охлаждения) и обеспечить отвод тепла не только с одной внешней поверхности ветвей p-типа, но и с противоположной внутренней стороны этих ветвей p-типа. Также можно осуществить отвод тепла с внутренней стороны охлаждающих полупроводниковых ветвей n-типа и с соединительных металлических проводников, которые могут быть выполнены в виде плоских пластин. В этом случае по сравнению с традиционными схемами охлаждения увеличивается поверхность отвода тепла как минимум в три раза. Помимо одной внешней поверхности ветвей p-типа добавляются внутренние поверхности ветвей p- и n-типа, а также эффективная поверхность соединительных металлических проводников.

На фиг.1 представлена структура термоэлектрического устройства с тонкопленочными полупроводниковыми ветвями и увеличенной поверхностью теплоотвода.

Структура термоэлектрического устройства представляет собой тонкопленочные полупроводниковые ветви p-типа (2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18) и n-типа (1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17), расположенные в разных плоскостях, таким образом, что при пропускании тока возникает чередование горячих и холодных зон, причем за счет разных материалов металлических спаев, например, для ветви n-типа поглощение тепла происходит как на первом спае, так и на втором. Ток протекает последовательно от первой ветви до восемнадцатой. Отвод тепла осуществляется воздушным или водным потоками не только с верхних спаев ветви p-типа (V1), но также с внутренних нижних спаев ветви p-типа (V2), верхних спаев ветви n-типа (V4) и соединительных металлических проводников (V3) между ветвями p- и n-типа.

Использование представленного устройства позволит создать более эффективные термоэлектрические устройства за счет уменьшения кондуктивных паразитных потерь между горячими и холодными спаями.

Литература

1. Термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур: патент РФ 2335825, МПК H01L 35/28. Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». - Заявл. 25.04.2007, опубл. 10.10.2008, Бюл. №28.

2. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. - СПб.: Политехника, 2005.

3. Анатычук Л.И. Термоэлектричество, Т.2. - Киев: Букрек, 2003. - 386 с.

Термоэлектрическое устройство с тонкопленочными полупроводниковыми ветвями и увеличенной поверхностью теплоотвода, выполненное из полупроводниковых ветвей p- и n-типа таким образом, что все ветви p-типа расположены в одной плоскости, а все ветви n-типа в другой параллельной плоскости, отличающееся тем, что полупроводниковые ветви изготовлены в виде тонких пленок различной толщины для p- и n-типа, а также применением различных материалов металлических спаев для входящего и выходящего тока между спаями и полупроводниковыми ветвями и использованием дополнительного теплоотвода от внутренних поверхностей термоэлектрического устройства.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ТОНКОПЛЕНОЧНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ВЕТВЯМИ И УВЕЛИЧЕННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТЕПЛООТВОДА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 177 items.
10.07.2013
№216.012.5549

Светотранзистор

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. В отличие от обычного биполярного транзистора, согласно изобретению, один p-n-переход транзистора сформирован в виде светоизлучающего. Для р-n-р-транзистора излучающим переходом является переход база-эмиттер, а для n-p-n-транзистора -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487436
Дата охранного документа: 10.07.2013
20.09.2013
№216.012.6c07

Способ протравного крашения шерстяной ткани растительным красителем чертополоха поникающего

Изобретение относится к красильному производству, в частности к способу протравного крашения шерстяной ткани растительным красителем чертополоха поникающего. Способ включает обработку шерстяной ткани в красильной ванне на основе комплексообразователя из группы, включающей соль алюминия, меди,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493306
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.7182

Реанимационный комплекс для новорожденных

Изобретение относится к медицине, в частности к неонатологии, и предназначено для проведения мероприятий по восстановлению жизненно важных функций новорожденных. Техническим результатом является повышение эффективности проведения восстановительных процедур новорожденного за счет обеспечения его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494715
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.01.2014
№216.012.9a71

Способ получения купажированного сублимированного сока из овощей

Изобретение относится к консервной и овощесушильной промышленности и может быть применено при получении диетического купажированного сока из белокочанной капусты, столовой свеклы и моркови. Способ заключается в том, что капусту, свеклу и морковь после сортировки, инспекции, мойки, очистки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505243
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9ccb

Способ изготовления линз для стоматологических очков

Изобретение может быть использовано для создания очков, используемых при работе с ультрафиолетовым излучением и обеспечивающих одновременную защиту от механических и ультрафиолетовых воздействий. Способ включает послойное напыление на линзы металлов. Проводят последовательное магнетронное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505845
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9d0b

Конструкция статора трехфазного асинхронного двигателя малой мощности

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции статора трехфазного асинхронного двигателя (АД) малой мощности с круговым магнитным полем. Технический результат - улучшение электрических и магнитных свойств статора АД и повышение за счет этого его энергетических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505909
Дата охранного документа: 27.01.2014
20.02.2014
№216.012.a104

Термоэлектрическое устройство для лечения кисти

Изобретение относится к медицине и медицинской технике и предназначено для температурного воздействия при лечении гнойно-воспалительных и послетравматических заболеваний пальцев кисти. Устройство содержит корпус с выточенными по бокам отверстиями для прохождения потоков воздуха. В корпусе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506935
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a1e2

Устройство для получения талой воды

Изобретение относится к устройствам для получения талой воды, в частности для получения талой воды из морской методом вымораживания. Устройство включает корпус, в котором размещены термостатированная рабочая емкость с крышкой и отверстием для слива воды, внутри рабочей емкости находится сетка с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507157
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a23e

Наливка "рубин дагестана"

Наливка, для получения 1000 дал которой используют в л: вишневый морс 1 и 2 слива - 2500-2550, вишневый спиртованный сок - 2500-2550, вишневый сброженно-спиртованный сок, полученный с использованием штамма дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3587 - 950-1150, ароматный спирт персиков -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507249
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a23f

Наливка "пурпурная фантазия"

Наливка, для получения 1000 дал которой используют в л: земляничный морс 1 и 2 слива - 1250-1260, малиновый морс 1 и 2 слива - 1250-1260, земляничный спиртованный сок - 1250-1260, малиновый спиртованный сок - 1250-1260, земляничный сброженно-спиртованный сок, полученный с использованием штамма...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507250
Дата охранного документа: 20.02.2014
Showing 1-10 of 239 items.
20.09.2013
№216.012.6c07

Способ протравного крашения шерстяной ткани растительным красителем чертополоха поникающего

Изобретение относится к красильному производству, в частности к способу протравного крашения шерстяной ткани растительным красителем чертополоха поникающего. Способ включает обработку шерстяной ткани в красильной ванне на основе комплексообразователя из группы, включающей соль алюминия, меди,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493306
Дата охранного документа: 20.09.2013
10.10.2013
№216.012.7182

Реанимационный комплекс для новорожденных

Изобретение относится к медицине, в частности к неонатологии, и предназначено для проведения мероприятий по восстановлению жизненно важных функций новорожденных. Техническим результатом является повышение эффективности проведения восстановительных процедур новорожденного за счет обеспечения его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494715
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.01.2014
№216.012.9a71

Способ получения купажированного сублимированного сока из овощей

Изобретение относится к консервной и овощесушильной промышленности и может быть применено при получении диетического купажированного сока из белокочанной капусты, столовой свеклы и моркови. Способ заключается в том, что капусту, свеклу и морковь после сортировки, инспекции, мойки, очистки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505243
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9bc8

Малотоннажная установка по утилизации ресурсов малых месторождений природного газа

Изобретение относится к технологиям малотоннажной утилизации непромышленных газов в газовой промышленности. Изобретение касается малотоннажной установки по утилизации ресурсов малых месторождений природного газа, состоящей из последовательно соединенных очистительного модуля, теплообменника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505586
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9ccb

Способ изготовления линз для стоматологических очков

Изобретение может быть использовано для создания очков, используемых при работе с ультрафиолетовым излучением и обеспечивающих одновременную защиту от механических и ультрафиолетовых воздействий. Способ включает послойное напыление на линзы металлов. Проводят последовательное магнетронное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505845
Дата охранного документа: 27.01.2014
27.01.2014
№216.012.9d0b

Конструкция статора трехфазного асинхронного двигателя малой мощности

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции статора трехфазного асинхронного двигателя (АД) малой мощности с круговым магнитным полем. Технический результат - улучшение электрических и магнитных свойств статора АД и повышение за счет этого его энергетических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505909
Дата охранного документа: 27.01.2014
20.02.2014
№216.012.a1e2

Устройство для получения талой воды

Изобретение относится к устройствам для получения талой воды, в частности для получения талой воды из морской методом вымораживания. Устройство включает корпус, в котором размещены термостатированная рабочая емкость с крышкой и отверстием для слива воды, внутри рабочей емкости находится сетка с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507157
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a23e

Наливка "рубин дагестана"

Наливка, для получения 1000 дал которой используют в л: вишневый морс 1 и 2 слива - 2500-2550, вишневый спиртованный сок - 2500-2550, вишневый сброженно-спиртованный сок, полученный с использованием штамма дрожжей Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-3587 - 950-1150, ароматный спирт персиков -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507249
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a23f

Наливка "пурпурная фантазия"

Наливка, для получения 1000 дал которой используют в л: земляничный морс 1 и 2 слива - 1250-1260, малиновый морс 1 и 2 слива - 1250-1260, земляничный спиртованный сок - 1250-1260, малиновый спиртованный сок - 1250-1260, земляничный сброженно-спиртованный сок, полученный с использованием штамма...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507250
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3a9

Конденсационный термоэлектрический шкаф

Изобретение относится к системе охлаждения для компьютерного оборудования и систем питания. Технический результат - предотвращение выхода из строя дорогостроящего оборудования путем поддержания оптимальной температуры. Достигается тем, что в устройстве, состоящем из плотно упакованного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507612
Дата охранного документа: 20.02.2014
+ добавить свой РИД