×
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 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