×
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 61-70 of 177 items.
10.12.2014
№216.013.0f57

Способ производства компота из груш и айвы

Изобретение относится к консервной промышленности, в частности к способу производства компота из груш и айвы в банках СКО 1-82-300. Способ включает предварительную подготовку и расфасовку плодов в банки, после чего осуществляют подогрев плодов горячей водой температурой 85°C в течение 3 мин....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535344
Дата охранного документа: 10.12.2014
20.12.2014
№216.013.104f

Способ интенсификации теплообмена в тепловой трубе

Изобретение относится к методам отвода тепла от компонентов радиоэлектроники с высокой мощностью тепловыделений, в частности к охлаждению с применением тепловой трубы, и может использоваться в различных областях электронной промышленности. Согласно изобретению, в способе, состоящем в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535597
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.116b

Способ стерилизации компота из яблок

Изобретение относится к консервной промышленности, в частности к способам стерилизации компота из яблок в банках СКО 1-82-1000. Способ включает последовательный нагрев банок с компотом в потоке воздуха температурой 120°С и скоростью 1,5 м/с в течение 35 мин, душевание водой с температурой 100°С...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535882
Дата охранного документа: 20.12.2014
27.01.2015
№216.013.2105

Термоэлектрический массажер

Изобретение относится к медицине, в частности к терапевтическим устройствам, предназначенным для стимуляции роста волос и лечения заболеваний кожи волосистой части головы. Термоэлектрический массажер состоит из алюминиевого корпуса с ручкой, в которой выполнены полость для размещения источника...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539901
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.2132

Способ стерилизации компота из яблок

Изобретение относится к консервной промышленности. Способ стерилизации компота из яблок в банках СКО 1-82-1000 включает последовательный нагрев в потоке воздуха температурой 120°C и скоростью 5-6 м/с в течение 22 мин, душевание водой с температурой 100°C в течение 15 мин и ступенчатое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539946
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.2134

Способ стерилизации консервов "томаты протертые"

Изобретение относится к консервной промышленности. Способ стерилизации консервов «Томаты протертые» включает четырехступенчатый нагрев консервов в ваннах с водой температурами 80°C, 100°C и в ваннах с раствором хлористого кальция с температурами 120°C и 140°C в течение 5, 5, 5 и 20 мин с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539948
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.2138

Способ стерилизации перца сладкого натурального

Изобретение относится к консервной промышленности. Способ стерилизации перца сладкого натурального включает процессы нагрева в потоке нагретого воздуха температурой 140°C и скоростью 1,75-2 м/с в течение 30 мин и охлаждения в потоке атмосферного воздуха температурой 20-22°C и скоростью 7-8 м/с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539952
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.2139

Способ стерилизации консервированного пюре из моркови

Изобретение относится к консервной промышленности. Способ включает четырехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 80, 100 и растворе хлористого кальция температурой 120 и 140°С в течение соответственно 5, 5, 5 и 25 мин с последующим четырехступенчатым охлаждением в растворе хлористого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539953
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.213b

Способ стерилизации пюре из тыквы

Изобретение относится к консервной промышленности, а именно к способам стерилизации консервов «Пюре из тыквы» в банках 1-58-200. Способ включает четырехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 80°C, 100°C и растворе хлористого кальция температурой 120°C и 140°C соответственно 5, 5, 5 и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539955
Дата охранного документа: 27.01.2015
27.01.2015
№216.013.213e

Способ стерилизации компота грушевого с ксилитом

Изобретение относится к консервной промышленности. Способ стерилизации компота из груш с ксилитом включает трехступенчатый нагрев банок с компотом в воде температурой 60°C, 80°C и 100°C соответственно 4, 4 и 18-25 мин с последующим трехступенчатым охлаждением в воде в течение 4, 4 и 5 мин. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539958
Дата охранного документа: 27.01.2015
Showing 61-70 of 239 items.
27.11.2014
№216.013.0ba2

Способ формирования p-области

Изобретение относится к технологии проведения диффузии галлия для формирования р-области при изготовлении полупроводниковых приборов. Изобретение обеспечивает уменьшение разброса значений поверхностной концентрации и получение равномерного легирования по всей поверхности подложек. В способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534386
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0ba4

Способ очистки карбид-кремниевой трубы

Изготовление относится к технологии изготовления силовых кремниевых транзисторов, в частности к способам обработки карбид-кремниевой трубы, применяемой для высокотемпературных процессов в диффузионных печах. Изобретение обеспечивает уменьшение длительности и упрощение процесса, полное удаление...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534388
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0ba5

Способ формирования диэлектрической пленки

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам формирования диэлектрических пленок на основе окиси титана. Изобретение позволяет сформировать на поверхности подложки диэлектрическую пленку окиси титана при низких температурах....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534389
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0ba6

Способ защиты поверхности кристаллов p-n переходов на основе алюминия

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и кремниевых транзисторов, в частности к способам защиты поверхности кристаллов. Изобретение обеспечивает получение равномерной поверхности, уменьшение температуры и длительности процесса. Защита поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534390
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bc9

Способ защиты p-n переходов на основе окиси титана

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и кремниевых транзисторов, в частности к способам защиты поверхности кристаллов. Изобретение обеспечивает сокращение длительности процесса. В способе защиты поверхности р-n переходов процесс ведут в печи вакуумным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534425
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bca

Термоэлектрическая батарея

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ). Технический результат: повышение эффективности отвода (подвода) теплоты с горячих (холодных) контактов ТЭБ. Сущность: поверхность структуры, образованной ветвями ТЭБ, за...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534426
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bd1

Термоэлектрическая батарея

Изобретение относится к термоэлектрическому приборостроению, в частности к конструкциям термоэлектрических батарей (ТЭБ). Технический результат: повышение эффективности теплоотдачи коммутационных пластин ТЭБ. Сущность: ветви термоэлементов установлены наклонно в одной из координатных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534433
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bd2

Способ выявления дефектов на полупроводниковой пластине

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к процессам обработки поверхности подложек для выявления дефектов линий скольжения. Изобретение позволяет получить однородную и ненарушенную поверхность подложек, снизить температуру и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534434
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bd4

Выпрямитель переменного напряжения

Изобретение относится к электронике, в частности к средствам выпрямления переменного электрического напряжения. Целью изобретения является увеличение значения постоянного напряжения, генерируемого устройством. Выпрямитель переменного напряжения состоит из омической области, на которую подается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534436
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bd6

Способ защиты поверхности p-n переходов на основе ванадия

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты поверхности p-n переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерной поверхности, уменьшение температуры и длительности процесса. В способе защиты поверхности p-n...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534438
Дата охранного документа: 27.11.2014
+ добавить свой РИД