Устройство охлаждения на основе нанопленочных термомодулей


 


Владельцы патента RU 2565523:

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

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например, к устройствам для охлаждения электронных компонентов. Техническим результатом является повышение эффективности системы охлаждения. Термоэлектрическое устройство выполнено в виде многослойного термомодуля, в котором в качестве полупроводниковых ветвей p-типа и n-типа выбраны такие материалы, что протекающий ток от p- к n-типу будет формировать излучение, а при протекании тока от n- к p-типу будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье, причем каждый слой каскада термомодуля выполнен в виде нанопленки трубчатой структуры, в которой паразитные тепловыделения будут практически сведены к нулю за счет уменьшения омического сопротивления материалов термомодуля при туннелировании электронов через переходы. 1 ил.

 

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения электронных компонентов.

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 - повышение эффективности системы охлаждения.

Для достижения цели изобретения разработано термоэлектрическое устройство, состоящее из трубчатых нанопленочных термомодулей с чередованием охлаждающих и излучающих p-n-переходов.

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

Конструкция термоэлектрического устройства представляет собой многослойный (каскадный) термомодуль в виде трубчатой структуры, состоящей из термомодулей, выполненных в виде нанопленок, в которых в качестве полупроводниковых ветвей p-типа 1 и n-типа 2 выбраны такие материалы, что протекающий ток от p- к n-типу будет формировать излучение, а при протекании тока от n- к p-типу будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье. Питание осуществляется через положительный металлический зеркальный электрод 3 и отрицательный прозрачный электрод 4 постоянным током.

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

Толщина термомодуля, изготовленного в виде нанопленки, составляет примерно 10-8 м. Такая толщина термомодуля позволяет практически устранить джоулевые тепловыделения (эффект Джоуля), так как длина свободного пробега электрона будет меньше толщины нанопленки (электроны будут туннелировать). В результате паразитные тепловыделения за счет уменьшения омического сопротивления материалов термомодуля будут практически сведены к нулю и останутся только охлаждающий эффект Пельтье и излучающий светодиодный эффект.

Другое важное и полезное свойство нанопленок - это высокая прозрачность. Даже если изготовить устройство из большого количества слоев - термомодулей, изготовленных в виде нанопленок, прозрачность сохранится. Высокая прозрачность позволяет эффективно отводить тепло в виде излучения. Кроме того, нанопленки обладают идеальными характеристиками по кондуктивному теплопереносу за счет малой толщины. Это позволяет всем n-p-переходам в многослойном термомодуле одновременно поглощать тепло.

Применение представленного устройства в системах охлаждения позволит обеспечить высокую эффективность теплоотвода от охлаждаемых компонентов электронной техники вплоть до возникновения сверхпроводящего эффекта при охлаждении до 0 K. На фиг.1 центральный металлический стержень будет сверхпроводящим. На основе нанопленочных термомодулей можно расширить номенклатуру электронных компонентов для криоэлектроники без применения громоздких охлаждающих устройств с одновременным достижением минимальных энергетических затрат.

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.

Устройство охлаждения на основе нанопленочных термомодулей, выполненное в виде многослойного термомодуля, в котором в качестве полупроводниковых ветвей p-типа и n-типа выбраны такие материалы, что протекающий ток от p- к n-типу будет формировать излучение, а при протекании тока от n- к p-типу будет происходить поглощение тепловой энергии в соответствии с эффектом Пельтье, отличающееся тем, что каждый слой каскада термомодуля выполнен в виде нанопленки трубчатой структуры, в которой паразитные тепловыделения будут практически сведены к нулю за счет уменьшения омического сопротивления материалов термомодуля при туннелировании электронов через переходы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения компонентов электронной аппаратуры. Технический результат - повышение энергоэффективности системы охлаждения.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может использоваться для нормализации температуры процессоров современных компьютеров. Техническим результатом является повышение эффективности охлаждения компьютерного процессора.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для термостатирования калориметрических установок. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для испытания на прочность металлических образцов. .

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к терморегулируемым криостатным устройствам. .

Изобретение относится к технике регулирования температуры в прецизионных электронных устройствах и может быть использовано для поддержания постоянства параметров этих устройств в широком диапазоне температур окружающей среды (ТОС).

Термостат // 2454699
Изобретение относится к аналитическому машиностроению. .

Изобретение относится к области испытаний и выходного контроля терморегуляторов с чувствительными манометрическими элементами, включающими термочувствительный элемент и сильфон, заполненные парожидкостной смесью пропана, пружинными задающими устройствами и исполнительными устройствами в виде контактных групп, предназначено для оценки функционирования терморегуляторов при массовом их производстве и может быть использована для оценки функционирования терморегуляторов указанного типа в различные моменты времени в нормальных условиях контроля.

Изобретение относится к термостатированию и может быть приненено в научных и технических экспериментах с приборами и чувствительными элементами, требующими их точной термостабилизации, в космической и авиационной технике.

Изобретение относится к системам охлаждения автомобильного двигателя. .
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции лекарственного препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется аспирин, в качестве оболочки - альгинат натрия, который осаждают из суспензии в бутаноле путем добавления в качестве нерастворителя четыреххлористого углерода и воды, с последующей сушкой при комнатной температуре.

Изобретение относится к технологии наноэлектронных устройств на основе графена. Электронное устройство на основе графена включает в себя слой графена, имеющий первую работу выхода, и пленку оксида металла, расположенную на слое графена, причем пленка оксида металла имеет вторую работу выхода, превышающую первую работу выхода.

Изобретение относится к области молниезащитных электропроводящих покрытий для конструкций из полимерных композиционных материалов, используемых в авиационной промышленности, и касается многослойного электропроводящего покрытия на основе термостойкого связующего.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядра нанокапсул используется гиббереллиновая кислота, в качестве оболочки - каррагинан, который осаждают из суспензии в бензоле путем добавления четыреххлористого углерода в качестве нерастворителя, с последующей сушкой при комнатной температуре.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядер нанокапсул используется абсцизовая кислота, в качестве оболочки - каррагинан, который осаждают из суспензии в бензоле или гексане путем добавления четыреххлористого углерода в качестве нерастворителя, с последующей сушкой при комнатной температуре.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядер нанокапсул используются сельскохозяйственные препараты группы цитокининов, в качестве оболочки - альгинат натрия, который осаждают из суспензии в изопропаноле путем добавления четыреххлористого углерода в качестве нерастворителя, с последующей сушкой при комнатной температуре.
Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой способ инкапсуляции препарата методом осаждения нерастворителем, отличающийся тем, что в качестве ядер нанокапсул используются антибиотики, в качестве оболочки - конжаковая камедь, которую осаждают из суспензии в гексане путем добавления 1,2-дихлорэтана в качестве нерастворителя при температуре 25°С.

Изобретение относится к ветеринарии и может быть использовано для неинвазивной экспресс-диагностики воспалительного процесса в органах дыхания у телят по составу равновесной газовой фазы над пробами конденсата выдыхаемого воздуха.

Изобретение относится к наноразмерному катализатору на основе меди с размером частиц 1-50 нм и способу его получения, включающему: растворение в водном растворе первого компонента, содержащего исходную медь (Cu), второго исходного компонента, содержащего один или более металлов, отобранных из группы, включающей переходный металл, щелочноземельный металл и металл группы IIIb, и третьего исходного компонента, содержащего один или более элементов, отобранных из группы, включающей глинозем, кремнезем, кремнезем-глинозем, магнезию, двуокись титана, диоксид циркония и углерод, последующее перемешивание полученного раствора для получения перемешанного раствора смесей; осаждение перемешанного раствора смесей для осаждения исходного катализатора путем добавления Na2CO3 до достижения значения pH 4.0-5.0 и последующего добавления NaOH до достижения значения pH 7.0; и промывку и фильтрацию осажденного исходного катализатора.

Изобретение может быть использовано электронике, энергетике и медицине. Плёнку двумерно упорядоченного линейно-цепочечного углерода получают напылением методом импульсно-плазменного испарения графитового катода.

Изобретение может быть использовано в производстве фотокатализаторов. Для модифицирования марганцем наноразмерного диоксида титана вводят перманганат калия в реакционную смесь. Аммиак используют в качестве восстановителя перманганат-ионов. Осуществляют взаимодействие раствора сульфата титанила TiOSO4·2H2O в разбавленной серной кислоте с растворами перманганата калия и аммиака. Затем нагревают при 80-95°C и вводят в реакционную смесь раствор HCl. Осадок отделяют фильтрованием, промывают водой и ацетоном, высушивают на воздухе при комнатной температуре. Изобретение позволяет упростить процесс получения образцов наноразмерного диоксида титана, допированного марганцем, уменьшить его длительность и энергозатратность. 5 ил., 4 пр.
Наверх