×
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 71-80 of 177 items.
27.01.2015
№216.013.217f

Штамм дрожжей saccharomyces cerevisiae вкпм y-3973 для получения плодово-ягодных вин

Изобретение относится к винодельческой промышленности. Штамм дрожжей Saccharomyces cerevisiae «Айвовый-Д» депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ), ФГУП ГосНИИГенетика под регистрационным номером Y-3973. Штамм Y-3973 обладает способностью к спорообразованию,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540023
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.02.2015
№216.013.21ca

Способ производства компота из мандаринов

Изобретение относится к консервной промышленности, а именно к способу производства компота из мандаринов в банках СКО 1-82-350. Способ включает предварительный подогрев плодов горячей водой с температурой 80°C в течение 2 мин с последующей заменой воды на сироп с температурой 95°C, герметизацию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540103
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.21cc

Способ стерилизации персиков в персиковом соке с мякотью

Изобретение относится к пищевой промышленности. Способ включает трехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 60, 80 и 100°C соответственно 5, 5 и 15-20 мин с последующим трехступенчатым охлаждением в воде в течение 5, 5 и 7 мин, при этом нагрев и охлаждение при температурах воды 60 и 80...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540105
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.25d1

Способ получения сухого растительного экстракта зверобоя продырявленного

Изобретение относится к фармацевтической и легкой промышленности при получении сухих растительных экстрактов, применяющихся для дальнейшего колорирования этим экстрактом текстиля. Способ получения сухого растительного экстракта зверобоя продырявленного, включающий в себя измельчение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541134
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.02.2015
№216.013.29b7

Способ стерилизации яблок в яблочном соке

Изобретение относится к консервной промышленности, а именно к способам стерилизации фруктовых диетических консервов «Яблоки в яблочном соке» в банках 1-82-500. Способ включает трехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 60, 80 и 100°C соответственно 4, 4 и 12-15 мин с последующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542136
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.29b9

Способ стерилизации компота вишневого с ксилитом

Способ включает трехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 60, 80 и 100°C соответственно 4, 4 и 6-12 мин с последующим трехступенчатым охлаждением в воде в течение 4, 4 и 5 мин, при этом нагрев и охлаждение при температурах воды 60 и 80°C осуществляются в одних и тех же ваннах. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542138
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2a08

Метчик

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к нарезанию внутренних резьб. Метчик содержит перья и стружечные канавки. По меньшей мере одна стружечная канавка выполнена с угловым сдвигом, обеспечивающим увеличение ширины по меньшей мере одного пера. В результате обеспечивается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542217
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b39

Способ стерилизации компота вишневого с сорбитом

Способ включает трехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 60, 80 и 100°C соответственно 5, 5 и 10-15 мин с последующим трехступенчатым охлаждением в воде в течение 5, 5 и 7 мин, при этом нагрев и охлаждение при температурах воды 60 и 80 осуществляются в одних и тех же ваннах. В...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542522
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b40

Способ стерилизации перца сладкого натурального

Изобретение относится к консервной промышленности. Способ стерилизации перца сладкого натурального в банках СКО-1-82-1000 предусматривает процесс нагрева в потоке воздуха температурой 150°C и скоростью 1,75-2 м/с в течение 25 мин с последующим охлаждением в потоке атмосферного воздуха...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542529
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b7e

Способ формирования эмиттерной области транзистора

Изобретение относится к технологии полупроводниковых приборов и, в частности, может быть использовано для глубокой диффузии фосфора при формировании диффузионных кремниевых структур. Способ диффузии фосфора из твердого планарного источника включает формирование диффузионных кремниевых структур...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542591
Дата охранного документа: 20.02.2015
Showing 71-80 of 239 items.
27.11.2014
№216.013.0bd7

Способ формирования контакта к стоковой области полупроводникового прибора

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Изобретение обеспечивает повышение надежности контакта кристалла с основанием корпуса и стабильности процесса присоединения. В способе присоединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534439
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bd8

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: 0002534440
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bd9

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: 0002534441
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bdc

Способ удаления окисла с поверхности кремниевых пластин

Изобретение относится к технологии изготовления силовых кремниевых транзисторов, в частности к способам обработки обратной стороны кремниевых пластин перед процессом напыления. Изобретение обеспечивает полное удаление остатков окисла с поверхности кремниевых пластин, уменьшение времени...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534444
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bde

Способ очистки кварцевой трубы

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, к способам обработки кварцевой оснастки, в частности кварцевой трубы, применяемой при проведении высокотемпературных процессов в диффузионных печах. Изобретение обеспечивает полное удаление различных загрязнений с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534446
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0be1

Способ формирования контакта к коллекторной области кремниевого транзистора

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем. Изобретение обеспечивает уменьшение температуры посадки кристалла на основание корпуса, повышение надежности контакта кристалла с основанием корпуса и применение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534449
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0c1c

Конденсационный шкаф рэа

Изобретение относится к системам отвода тепла от компьютерного оборудования, смонтированного внутри серверных или монтажных шкафов, в частности к конденсационному шкафу. Технический результат - обеспечение эффективности отвода тепла из объема шкафа. Достигается тем, что в конденсационном шкафу,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534508
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0c53

Способ нанесения стекла

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к способам защиты поверхности кристаллов p-n переходов от различных внешних воздействий. Техническим результатом изобретения является достижение стабильности и снижение проникновения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534563
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.12.2014
№216.013.0dac

Турбина для геотермальной электростанции

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к установкам, использующим теплоту геотермальных источников в виде газопароводяной смеси с повышенным солесодержанием. Предлагается турбина, в которой корпус, вал и рабочие лопатки выполнены полыми и сообщающимися между собой. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534917
Дата охранного документа: 10.12.2014
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
+ добавить свой РИД