термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур

Формула изобретения

Термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур, выполненное из полупроводниковых ветвей р-типа и n-типа таким образом, что все ветви р-типа расположены в одной плоскости, а все ветви n-типа в другой параллельной плоскости, отличающееся тем, что нагретые спаи пространственно отдалены от холодных спаев для уменьшения паразитных кондуктивных потерь между спаями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системам теплообмена устройств и средств радиоэлектронной техники.

Известен термоэлектрический модуль [1, 2] с расположением горячих и холодных спаев в двух параллельных плоскостях. Недостатком подобного типа устройств является то, что при получении больших перепадов температур возникает проблема паразитного кондуктивного переноса между горячими и холодными спаями. Увеличение высоты полупроводниковых ветвей приводит к увеличению их сопротивления и, как следствие, к увеличению джоулевых тепловыделений, что также снижает эффективность термоэлектрического модуля. Анализ тепловых процессов в металлических спаях выявляет неоднородность тепловыделения на протяжении спая.

Цель изобретения - получение высокого градиента температур между холодными и горячими спаями термоэлектрического модуля.

Цель достигается за счет расположения полупроводниковых ветвей р-типа и n-типа таким образом, что все ветви р-типа находятся в одной плоскости, а все ветви n-типа в другой параллельной плоскости, поэтому нагретые спаи пространственно отдалены от холодных спаев, что уменьшает паразитные кондуктивные потери между спаями.

Сущностью изобретения является то, что горячие и холодные участки спаев термоэлектрического модуля плотно сконцентрированы для получения более эффективного теплообмена.

На чертеже представлена конструкция термоэлектрического устройства с высоким градиентом температур.

Конструкция термоэлектрического устройства представляет собой полупроводниковые ветви р-типа 1 и n-типа 2, расположенные в разных плоскостях.

Между полупроводниковыми ветвями р-типа 1 и n-типа 2, расположены горячие спаи 3 и холодные спаи 4.

Устройство работает следующим образом.

При пропускании тока возникает чередование горячих 3 и холодных 4 спаев, причем за счет большой длины спаев основной теплообмен происходит в близи перехода между полупроводниковой ветвью и спаем. Это обусловлено тем, что электрический заряд, имеющий ограниченную длину свободного пробега, после одного или двух соударений с кристаллической решеткой металлического спая полностью обменивается с ней энергией. Поэтому нагрев или охлаждение спая будет происходить только с того конца, где электроны попадают в металлический спай из полупроводника.

Использование представленного устройства позволит создать термомодули с высоким градиентом температур за счет уменьшения кондуктивных паразитных потерь между горячими и холодными спаями, а также за счет более плотной компоновки ветвей, так как поверхность теплообмена будет состоять не из всего металлического спая, а только из его нагретого участка. Кроме того, если середину металлического спая выполнить в виде гибкого провода, то термомодуль сможет формировать горячую и холодную поверхность в любых плоскостях, а не только в параллельных.

Литература

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

2. Патент РФ № 2136079, 1999. Термоэлектрический модуль / Исмаилов Т.А., Цветков Ю.Н., Сулин А.Б., Аминов Г.И.