Каскадное светоизлучающее термоэлектрическое устройство


 


Владельцы патента RU 2507613:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (ДГТУ) (RU)

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. Светоизлучающий термомодуль позволяет уменьшить паразитный кондуктивный перенос со стороны горячего спая, который нагревается гораздо меньше за счет того, что часть энергии уходит в виде излучения, а не преобразуется в тепло на горячем спае. Уменьшение кондукции между горячими и холодными спаями позволяет выполнять р-n-переходы и сами спаи в виде тонких пленок. Конструкция термоэлектрического устройства представляет собой каскадный (многослойный) термомодуль, состоящий из термомодулей, в которых в качестве полупроводниковых ветвей р-типа 4 и n-типа 5 выбраны такие материалы, что протекающий ток на одном из спаев 2 будет формировать излучение, а не нагрев, как в обычном термомодуле, причем в другом спае 3 будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье. Каскады разделены электроизолирующими слоями 1 с высокой прозрачностью и теплопроводностью. Питание осуществляется постоянным током от источника 6. 1 ил.

 

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компьютерного процессора.

Известен способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения [1], в котором используются светодиодные излучатели, предназначенные для преобразования тепловой энергии, поступившей с холодных спаев термомодуля в виде электрического тока в энергию излучения, отводящего тепло от охлаждаемого устройства в окружающую среду.

Цель изобретения - получение сверхнизких температур в процессе охлаждения и теплоотвода.

Это достигается тем, что применяются светоизлучающие термомодули. Светоизлучающий термомодуль позволяет уменьшить паразитный кондуктивный перенос со стороны горячего спая, который нагревается гораздо меньше за счет того, что часть энергии уходит в виде излучения, а не преобразуется в тепло на горячем спае. Уменьшение кондукции между горячими и холодными спаями позволяет выполнять p-n-переходы и сами. спаи в виде тонких пленок.

Это придает новые качества термоэлектрическому устройству. Прежде всего, при определенной толщине пленки становятся прозрачными для излучения. Это позволяет каскадировать термоэлектрические устройства, так как свет от нижних слоев может уходить через верхние слои в окружающую среду, унося энергию. Вторым преимуществом является значительное уменьшение сопротивления полупроводниковых пленок за счет уменьшения толщины, что приводит к тому, что джоулевые тепловыделения становятся практически несущественными, при этом термоэлектрические явления полностью сохраняются. Кроме топ, тепло от источника беспрепятственно кондуктивно проходит ко всем охлаждающим слоям за счет малой толщины пленок и высокой их теплопроводности, а отвод тепла осуществляется беспрепятственно через прозрачные слои термоэлектрического устройства от светоизлучающих p-n-переходрв. Дополнительный эффект может быть достигнут при толщине пленки полупроводника меньше длины свободного пробега электрона, так как в этом случае практически полностью исчезает сопротивление при движении электронов и уменьшаются паразитные тепловыделения.

В отличие от обычных каскадных термомодулей предлагаемый многослойный модуль имеет одинаковую площадь всех каскадов и не нуждается в ступенчатом уменьшении площади верхних каскадов.

Увеличивая количество каскадов можно увеличивать степень охлаждения до тех пор, пока интегральная прозрачность всех светоизлучающих пленок позволяет эффективно отводить энергию в виде излучения в окружающую среду. Однако, уже при пяти каскадах возможно достижение температуры абсолютного нуля по Кельвину, что делает дальнейшее наращивание каскадов контрпродуктивным.

На фиг.1 представлена конструкция оптического многослойного каскадного светоизлучающего термомодуля.

Конструкция термоэлектрического устройства представляет собой каскадный (многослойный) термомодуль, состоящий из термомодулей, в которых в качестве полупроводниковых ветвей p-типа 4 и n-типа 5 выбраны такие материалы, что протекающий ток на одном из спаев 2 будет формировать излучение, а не нагрев, как в обычном термомодуле, причем в другом спае 3 будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье. Каскады разделены электроизолирующими слоями 1 с высокой прозрачностью и теплопроводностью. Питание осуществляется постоянным током от источника 6.

В качестве материалов для изготовления ветвей p-типа и n-типа термомодуля используют те же материалы, из которых изготавливают светодиоды, а именно арсенид галлия (GaAs), нитдид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) и др.

В качестве материала для изготовления электроизолирующих слоев могут быть использованы окислы кремния или алюминия, получаемые в едином технологическом цикле с остальными компонентами устройства.

Использование представленного устройства позволит получить сверхнизкие температуры для работы компьютерных процессоров в сверхпроводящем режиме, при котором полностью отсутствуют джоулевые тепловыделения и остаются только термоэлектрические явления. Это позволит существенно повысить степень интеграции компьютерных процессоров и снизить энергопотребление, как самого процессора, так и его систем охлаждения.

Литература

1. Способ отвода тепла от тепловыделяющих электронных компонентов в виде излучения: пат. 2405230 Рос. Федерация: МПК G06F 1/20 / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет». - №2009120686/09; заявл. 01.06.2009, опубл. 27.11.2010, Бюл. №33

Каскадное светоизлучающее термоэлектрическое устройство, выполненное из термомодулей, в которых для изготовления полупроводниковых ветвей р-типа и n-типа выбраны такие материалы, что протекающий ток на одном из спаев будет формировать излучение, причем в другом спае будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье, отличающееся тем, что каскады термомодулей разделены электроизолирующими слоями с высокой прозрачностью и теплопроводностью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе охлаждения для компьютерного оборудования и систем питания. Технический результат - предотвращение выхода из строя дорогостроящего оборудования путем поддержания оптимальной температуры.

Изобретение относится к конструкции здания для компьютерного (вычислительного) центра, предназначенной для размещения множества коммуникационных стоек (шкафов), которые предоставляют пространство для помещения в него компьютерных аппаратных средств.

Изобретение относится к модулю полупроводникового преобразователя электроэнергии. Технический результат - создание модуля полупроводникового преобразователя электроэнергии с охлаждаемой ошиновкой (8) по меньшей мере двух модулей (2, 4) силовых полупроводниковых приборов, который можно нагружать электрически сильнее по сравнению со стандартным модулем полупроводникового преобразователя электроэнергии, при этом может выдерживаться допустимая температура для изоляционного слоя (32) и материала ламинирования ошиновки (8).

Охлаждающее устройство 1, использующее пульсирующую текучую среду для охлаждения объекта, содержащее: преобразователь 2, имеющий мембрану, выполненную с возможностью генерирования волн давления с рабочей частотой fw, и полость 4, заключающую первую сторону мембраны.

Радиоэлектронный блок содержит корпус и функциональные ячейки, содержащие печатные платы с радиоэлементами и теплоотводы. Согласно изобретению корпус выполнен из диэлектрического материала в виде цельной конструкции с внутренними перегородками, образующими полости, в которые размещаются функциональные ячейки, причем в центральной полости корпуса расположена плата трансформатора, содержащая четыре спаренных импульсных трансформатора с симметричным расположением обмоток, с противоположных сторон от платы трансформатора расположены по четыре функциональные ячейки, каждая из которых размещена в отдельной полости корпуса и представляет блок транзистора, содержащего две печатные платы, соединенные с помощью изоляционных стоек с резьбовыми отверстиями, служащими для крепления в корпус, при этом на первой печатной плате установлены три ограничительных диода, а на второй печатной плате мощный высоковольтный транзистор, причем вторая печатная плата выполнена двухсторонней с полигонами, повторяющими форму корпуса транзистора с двух сторон, и содержит металлизированные отверстия, выполняющие функцию теплоотвода в качестве теплоотводящих трубок.

Изобретение относится к способу охлаждения электронного оборудования, например, установленного в приборных и распределительных или серверных шкафах, и к системе, реализующей этот способ.

Изобретение относится к электронному блоку с корпусом, прежде всего для применения в электроприборах. Технический результат - разработка электронного блока с усовершенствованным корпусом, который был бы компактным, обеспечивал бы достаточный отвод тепла, имел бы простую конструкцию и был бы в достаточной степени защищен от влияния внешних факторов.

Изобретение относится к устройству для рассеяния тепла для выделяющего тепло электрического компонента. Технический результат - обеспечение экономически эффективного устройства, обеспечивающего эффективное рассеяние тепла, а также облегчение монтажа/демонтажа и предотвращение деформации, вызываемой различиями в коэффициенте теплового расширения.

Изобретение относится к электрическим силовым инструментам, в которых выходная мощность регулируется переключающими устройствами. Инструмент содержит множество переключающих устройств, выполненных с возможностью регулировки выходной мощности двигателя, монтажную плату, несущую переключающие устройства, и металлический корпус, вмещающий монтажную плату.

Изобретение относится к области терморегуляции и может быть использовано в системах охлаждения или нагрева для электронных дисплеев. Варианты исполнения заявленного изобретения в общем случае относятся к различным модификациям терморегуляции для электронных дисплеев.

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. .

Изобретение относится к способам охлаждения и теплоотвода, например к способам охлаждения компьютерного процессора. .

Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии и может быть использовано для терморегуляции и измерения температуры различных объектов.

Изобретение относится к модулю полупроводникового преобразователя электроэнергии. Технический результат - создание модуля полупроводникового преобразователя электроэнергии с охлаждаемой ошиновкой (8) по меньшей мере двух модулей (2, 4) силовых полупроводниковых приборов, который можно нагружать электрически сильнее по сравнению со стандартным модулем полупроводникового преобразователя электроэнергии, при этом может выдерживаться допустимая температура для изоляционного слоя (32) и материала ламинирования ошиновки (8).

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии, в агрегатах на основе силовых полупроводниковых приборов.

Изобретение относится к устройству для рассеяния тепла для выделяющего тепло электрического компонента. Технический результат - обеспечение экономически эффективного устройства, обеспечивающего эффективное рассеяние тепла, а также облегчение монтажа/демонтажа и предотвращение деформации, вызываемой различиями в коэффициенте теплового расширения.

Изобретение относится к гибридным интегральным схемам СВЧ и предназначено для радиоэлектронных устройств различного назначения, в том числе радиолокационных станции с фазированными антенными решетками (ФАР).

Изобретение относится к средствам защиты микроэлектронного оборудования от внешних разрушающих факторов, таких как высокотемпературные огневые воздействия, ударные перегрузки, статические давления, а также от длительного воздействия повышенной температуры, и может быть использовано при создании защищенных бортовых накопителей полетной информации для самолетов и вертолетов, а также защищенных накопителей информации для других транспортных средств.
Наверх