×
27.08.2016
216.015.50b3

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС С НАНОПЛЕНОЧНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ВЕТВЯМИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к системам теплообмена. Технический результат - повышение эффективности термоэлектрического теплового насоса за счет уменьшения выделения паразитного тепла Джоуля в полупроводниковых ветвях и создание условий для возникновения дополнительного термоэффекта между горячими и холодными спаями, изготовленными из разных металлов. Это достигается тем, что полупроводниковые ветви p- и n-типа изготавливаются в виде нанопленок с практически нулевым сопротивлением протекающему току за счет большого соотношения поперечного сечения и высоты ветви. Изготовление горячего и холодного спаев из двух металлов с различными термоэлектрическими характеристиками позволяет трансформировать паразитные термоэлектрические эффекты между металлическими спаями и полупроводниками в дополнительное охлаждение. Использование представленного устройства позволит создать тепловые насосы большей эффективности при малых габаритах, причем перспективным направлением является создание многослойных тепловых насосов, состоящих из нескольких каскадов. 1 ил.
Основные результаты: Термоэлектрический тепловой насос с нанопленочными полупроводниковыми ветвями, выполненный из тонких полупроводниковых ветвей p- и n-типа с минимальными паразитными тепловыделениями, а также горячего и холодного спаев, изготовленных из двух металлов с различными термоэлектрическими характеристиками, отличающийся тем, что к термоэффекту между полупроводниками p- и n-типа добавляются еще охлаждающий термоэффект на границе металл-полупроводник и металл-металл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к системам теплообмена.

Известен термоэлектрический тепловой насос 11], у которого горячие и холодные спаи изготовлены из одинаковых металлов и высота полупроводниковых ветвей больше их ширины и длины. Однако протекание электрического тока по полупроводниковым ветвям p- и n-типа приводит к выделениям паразитного тепла Джоуля. Причем количество выделенного тепла пропорционально квадрату величины протекающего тока [1]. Кроме того, дополнительные паразитные тепловыделения происходят на границах между металлическими спаями и полупроводниковыми ветвями p- и n-типа.

Цель изобретения - повышение эффективности термоэлектрического теплового насоса за счет уменьшения выделения паразитного тепла Джоуля в полупроводниковых ветвях и создание условий для возникновения дополнительного термоэффекта между горячими и холодными спаями, изготовленными из разных металлов.

Это достигается тем, что полупроводниковые ветви p- и n-типа изготавливаются в виде нанопленок с практически нулевым сопротивлением протекающему току за счет большого соотношения поперечного сечения к высоте ветви. Уменьшение высоты ветвей приводит к возрастанию паразитного кондуктивного обратного теплопереноса, но это не играет большой роли, так как большинство режимов работы тепловых насосов по интенсифицированию процессов переноса тепла от одного объекта к другому соответствует равенству температуры на обоих спаях [2]. Высота полупроводниковых ветвей задается соразмерной длине свободного пробега электронов в полупроводниках p- и n-типа. Так как количество соударений электронов с кристаллической решеткой полупроводников p- и n-типа будет уменьшено на несколько порядков, а также часть электронов вообще беспрепятственно проникнут сквозь ветвь в противоположный спай, то это позволит практически устранить паразитные выделения тепла Джоуля. С увеличением тока возрастает количество тепла от термоэлектрического эффекта Пельтье [1]. Ограничением служит возрастание тепловых выделений Джоуля. Так как эффект Пельтье линейно зависит от величины электрического тока, а теплота Джоуля квадратична по отношению к току, то существует оптимальное значение тока, при котором можно отводить тепло с максимальной эффективностью. При исключении паразитных выделений тепла Джоуля из уравнения теплового баланса [1], величину тока можно существенно увеличить, получив большую эффективность теплового насоса, до новых оптимальных значений, ограниченных процессами кондукции между объектом охлаждения, тепловым насосом и системой теплоотвода.

Дополнительным преимуществом является возможность изготовления горячего и холодного спая из двух металлов с различными термоэлектрическими характеристиками. Это приведет к тому, что электроны, беспрепятственно проникшие через полупроводниковые ветви p- и n-типа к противоположному спаю, сформируют термоэлектрический эффект с выделением или поглощением тепла как в обычном термоэлектрическом устройстве, состоящем только из металлических ветвей. Низкая добротность металлических термоэлектрических устройств была обусловлена высокой электропроводностью металлических ветвей, но если металлические спаи разделены полупроводниками p- и n-типа, то это затруднит обратный перенос зарядов и повысит добротность термоэффекта между двумя спаями из различных металлов.

При выборе термоэлектрических характеристик металлов для спаев целесообразно также учитывать термоэлектрические явления на границе металлических спаев и полупроводниковых ветвей p- и n-типа.

Таким образом, в одном тепловом насосе будут одновременно присутствовать термоэлектрические эффекты для контакта полупроводников p- и n-типа, контакта двух металлов и контакта металлов с полупроводниками p- и n-типа.

На фиг.1 представлена структура термоэлектрического теплового насоса с нанопленочными полупроводниковыми ветвями.

Структура термоэлектрического теплового насоса с нанопленочными полупроводниковыми ветвями представляет собой полупроводниковые ветви p-типа 1 и n-типа 2, а также металлические спаи 3 и 4, состоящие из двух металлов с различными термоэлектрическими характеристиками. Причем металлический спай 3 имеет полную энергию зарядов, меньшую, чем в полупроводниках p- и n-типа, а металлический спай 4 имеет полную энергию зарядов, большую, чем в полупроводнике n-типа, но меньшую, чем в полупроводнике p-типа.

Это позволяет при прохождении зарядов 5 от металлического спая 4 к полупроводнику p-типа получить охлаждающий термоэффект за счет изменения полной энергии зарядов в большую сторону. При прохождении зарядов 6 от полупроводника p-типа к металлическому спаю 3 возникает нагревающий термоэффект за счет изменения полной энергии зарядов в меньшую сторону. При прохождении зарядов 7 от полупроводника n-типа к металлическому спаю 4 возникает охлаждающий термоэффект за счет изменения полной энергии зарядов в большую сторону. При прохождении зарядов 8 от металлического спая 3 к полупроводнику n-типа возникает охлаждающий термоэффект за счет изменения полной энергии зарядов в большую сторону.

Заряды 9 проникают без взаимодействия с полупроводниковой ветвью p-типа от 4 металлического спая к 3 и создают нагревающий термоэффект за счет изменения полной энергии зарядов в меньшую сторону, так как в металлическом спае 3 энергия электронов больше, чем в металлическом спае 4. Заряды 10 проникают без взаимодействия с полупроводниковой ветвью n-типа от металлического спая 3 к 4 и создают охлаждающий термоэффект за счет изменения полной энергии зарядов в большую сторону, так как в металлическом спае 4 энергия электронов меньше, чем в металлическом спае 3.

Заряды 11 проникают через металлический спай 3 от полупроводника p-типа к n-типу, создавая нагревающий термоэффект. Заряды 12 проникают через металлический спай 4 от полупроводника n-типа к p-типу, создавая охлаждающий термоэффект.

Таким образом, заряды 5, 7, 8, 10 и 12 интегрально создают охлаждающий термоэффект как с одной, так и с другой стороны теплового насоса, что при незначительной толщине нанопленки позволяет эффективно тепловому насосу отводить энергию от объекта охлаждения за счет кондукции. Заряды 6, 9 и 11 создают нагревающий термоэффект со стороны металлического спая 3, что позволяет с высокой эффективностью отвести тепловую энергию при помощи кондукции или конвекции с применением охлаждающих жидкостей или газов.

Использование представленного устройства позволит создать тепловые насосы большей эффективности при малых габаритах, причем перспективным направлением является создание многослойных тепловых насосов, состоящих из нескольких каскадов.

Литература

1. Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т2. - Киев: Букрек, 2003. - 386 с.

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

Термоэлектрический тепловой насос с нанопленочными полупроводниковыми ветвями, выполненный из тонких полупроводниковых ветвей p- и n-типа с минимальными паразитными тепловыделениями, а также горячего и холодного спаев, изготовленных из двух металлов с различными термоэлектрическими характеристиками, отличающийся тем, что к термоэффекту между полупроводниками p- и n-типа добавляются еще охлаждающий термоэффект на границе металл-полупроводник и металл-металл.
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС С НАНОПЛЕНОЧНЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ВЕТВЯМИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 177 items.
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
20.02.2014
№216.012.a3aa

Каскадное светоизлучающее термоэлектрическое устройство

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора. Технический результат - получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода. Это достигается тем, что применяются светоизлучающие термомодули....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507613
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3bd

Светотранзистор с высоким быстродействием

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Светотранзистор с высоким быстродействием, выполненный в виде биполярного транзистора с p-n-p или n-p-n-структурой, согласно изобретению в нем p-n-переход, на котором электроны переходят из p зоны в n зону, сформирован в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507632
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.04.2014
№216.012.baaf

Бункер с наклонными электродами для электроразогрева бетонной смеси

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям для электроразогрева бетонной смеси в построечных условиях. Изобретение позволит обеспечить повышение равномерности разогрева бетонной смеси, сократить продолжительность разогрева бетонной смеси, уменьшить расход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513519
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.bb05

Система сейсмозащиты каркасных зданий

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и может быть использовано при строительстве каркасных зданий с отдельными фундаментами. Система сейсмозащиты каркасных зданий характеризуется наличием элементов скольжения. Состоит из колонн с расширенной верхней частью, установленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513605
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c55f

Синхронный микродвигатель с электромагнитным униполярным возбуждением

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается выполнения синхронного микродвигателя (СД) с электромагнитным униполярным возбуждением. Технический результат - повышение надежности работы синхронного микродвигателя за счет создания на роторе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516286
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c80f

Способ стерилизации компота из груш и айвы

Представлен способ стерилизации компота из груш и айвы в банках СКО 1-82-500, включающий процесс нагрева в потоке воздуха температурой 130°С и скоростью 1,5-2 м/с в течение 26 мин с последующей выдержкой в течение 12-55 мин при температуре нагретого воздуха 95°С и охлаждением в потоке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516974
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.06.2014
№216.012.d710

Способ профилактики и лечения синдрома сухих глаз

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии. Способ заключается в использовании носимого дозатора с автоматическим регулированием количества впрыскиваемых доз, состоящего из электронного блока и блока гидравлики. При этом в электронном блоке с помощью пьезодатчика, укрепленного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520834
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.07.2014
№216.012.e3eb

Способ химического травления полупроводников

Использование: для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС). Сущность изобретения заключается в том, что химическое травление поверхности полупроводников проводят в травителе, состоящем из следующих компонентов: фтористоводородной (HF), азотной (HNO) и уксусной (CHCOOH)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524137
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e3ee

Диффузия фосфора из нитрида фосфора (pn)

Изобретение относится к технологии получения мощных кремниевых транзисторов, в частности к способам получения фосфоросиликатного стекла для формирования p-n-переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерного значения поверхностной концентрации по всей поверхности кремниевой пластины и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524140
Дата охранного документа: 27.07.2014
Showing 11-20 of 239 items.
20.02.2014
№216.012.a3aa

Каскадное светоизлучающее термоэлектрическое устройство

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора. Технический результат - получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода. Это достигается тем, что применяются светоизлучающие термомодули....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507613
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3bd

Светотранзистор с высоким быстродействием

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Светотранзистор с высоким быстродействием, выполненный в виде биполярного транзистора с p-n-p или n-p-n-структурой, согласно изобретению в нем p-n-переход, на котором электроны переходят из p зоны в n зону, сформирован в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507632
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.04.2014
№216.012.baaf

Бункер с наклонными электродами для электроразогрева бетонной смеси

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям для электроразогрева бетонной смеси в построечных условиях. Изобретение позволит обеспечить повышение равномерности разогрева бетонной смеси, сократить продолжительность разогрева бетонной смеси, уменьшить расход...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513519
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.04.2014
№216.012.bb05

Система сейсмозащиты каркасных зданий

Изобретение относится к области сейсмостойкого строительства и может быть использовано при строительстве каркасных зданий с отдельными фундаментами. Система сейсмозащиты каркасных зданий характеризуется наличием элементов скольжения. Состоит из колонн с расширенной верхней частью, установленных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002513605
Дата охранного документа: 20.04.2014
20.05.2014
№216.012.c55f

Синхронный микродвигатель с электромагнитным униполярным возбуждением

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается выполнения синхронного микродвигателя (СД) с электромагнитным униполярным возбуждением. Технический результат - повышение надежности работы синхронного микродвигателя за счет создания на роторе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516286
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.05.2014
№216.012.c80f

Способ стерилизации компота из груш и айвы

Представлен способ стерилизации компота из груш и айвы в банках СКО 1-82-500, включающий процесс нагрева в потоке воздуха температурой 130°С и скоростью 1,5-2 м/с в течение 26 мин с последующей выдержкой в течение 12-55 мин при температуре нагретого воздуха 95°С и охлаждением в потоке...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516974
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.06.2014
№216.012.d710

Способ профилактики и лечения синдрома сухих глаз

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии. Способ заключается в использовании носимого дозатора с автоматическим регулированием количества впрыскиваемых доз, состоящего из электронного блока и блока гидравлики. При этом в электронном блоке с помощью пьезодатчика, укрепленного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520834
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.07.2014
№216.012.e3eb

Способ химического травления полупроводников

Использование: для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС). Сущность изобретения заключается в том, что химическое травление поверхности полупроводников проводят в травителе, состоящем из следующих компонентов: фтористоводородной (HF), азотной (HNO) и уксусной (CHCOOH)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524137
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e3ee

Диффузия фосфора из нитрида фосфора (pn)

Изобретение относится к технологии получения мощных кремниевых транзисторов, в частности к способам получения фосфоросиликатного стекла для формирования p-n-переходов. Изобретение обеспечивает получение равномерного значения поверхностной концентрации по всей поверхности кремниевой пластины и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524140
Дата охранного документа: 27.07.2014
27.07.2014
№216.012.e3f0

Способ защиты p-n-переходов на основе окиси бериллия

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 p-n-переходов на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524142
Дата охранного документа: 27.07.2014
+ добавить свой РИД