×
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 81-90 of 177 items.
20.02.2015
№216.013.2b7f

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: 0002542592
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b8d

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: 0002542606
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b8f

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: 0002542608
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b90

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: 0002542609
Дата охранного документа: 20.02.2015
20.02.2015
№216.013.2b97

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: 0002542616
Дата охранного документа: 20.02.2015
27.02.2015
№216.013.2c9b

Энергоэффективное охлаждающее устройство

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компонентов электронной аппаратуры. Технический результат - повышение энергоэффективности системы охлаждения. Устройство содержит светоизлучающий термомодуль с линейным расположением p-n-переходов,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002542887
Дата охранного документа: 27.02.2015
10.04.2015
№216.013.3d4a

Способ стерилизации компота грушевого с ксилитом

Изобретение относится к консервной промышленности, а именно к способам стерилизации фруктовых диетических консервов «Компот грушевый с ксилитом» в банках 1-82-1000. Способ включает трехступенчатый нагрев консервов в воде температурой 60, 80 и 100°C соответственно 5, 5 и 20-25 мин с последующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547178
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.41f3

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: 0002548381
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.04.2015
№216.013.4355

Устройство для экспресс-оценки качества продуктов питания

Изобретение относится к аналитической аппаратуре. Устройство для экспресс-оценки качества продуктов питания включает в себя пьезоэлектрические преобразователи со щупами, генератор высокой частоты, генератор импульсов низкой частоты, смеситель, усилитель, преобразователь выходного сигнала, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548735
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.07.2015
№216.013.62ce

Реанимационный комплекс для новорожденных

Изобретение относится к медицине, в частности к неонатологии, и предназначено для проведения мероприятий по восстановлению жизненно важных функций новорожденных. Реанимационный комплекс для новорожденных содержит стол с инкубатором, имеющим двойные стенки и боковую крышку, в котором размещен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556841
Дата охранного документа: 20.07.2015
Showing 81-90 of 239 items.
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
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
+ добавить свой РИД