Водоохлаждающее устройство

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Латышев Сергей Викторович Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Латышев Сергей Викторович Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатели Латышев Сергей Викторович Сычик Василий Андреевич(57) Водоохлаждающее устройство, содержащее чувствительный элемент с -, -,- полупроводниковыми слоями, металлическое основание, омические контакты, отличающееся тем, что оно снабжено водоохлаждающей панелью, термоэлектрический водоохлаждающий элемент выполнен мструктурой из широкозонного полупроводника, размещенной на металлическом основании, на м-слое размещен омический контакт из электропроводящего светопрозрачного слоя, на торцевых сторонах мструктуры сформирован диэлектрический слой, на который нанесен металлический слой, при этом м переход является выпрямляющим, толщина электропроводящего светопрозрачного слоя составляет 0,31 мкм, толщина м-слоя 0,010,1 мкм, -слоя (0,60,9) , -слой выполнен толщиной (0,70,9) , а -слой - толщиной (1,53) , где- диффузионная длина носителей заряда, а водоохлаждающая панель снабжена пустотелыми ребрами и эластичной пленкой с зеркальной отражающей поверхностью. 86272012.10.30 Полезная модель относится к устройствам охлаждения, функционирующим на эффекте Пельтье, и может быть использована в холодильных системах для охлаждения жидкостей, воды в водоемах от солнечного источника тепловой энергии. Известно термоохлаждающее устройство 1, включающее термоэлектрические преобразователи с радиаторными пластинами, вентиляционный блок и источник питания. Такое термоохлаждающее устройство обладает сложной конструкцией и небольшой температурой охлаждения. Прототипом предлагаемой полезной модели является охлаждающее устройство,функционирующее на эффекте Пельтье 2, которое содержит металлическое основание плавный гетеропереход типа -, широкозонный полупроводник - -узкозонный полупроводник, на -области широкозонного полупроводника сформирован-слой широкозонного полупроводника и решетчатый омический контакт с просветляющим слоем, а на -слое указанного полупроводника последовательно сформирован резкий - гетеропереход и сильнолегированный-слой, контактирующий с металлическим основанием,причем основание и решетчатый омический контакт соединены внешним электрическим выводом. Недостатками устройства-прототипа являются а) сложные структура и конструкция устройства, включающая гомо- и гетеропереходы, решетчатый и омический контакт б) устройство сложно в изготовлении и включает дорогостоящие компоненты в) конструкция устройства не может использоваться с матрицей охлаждающей системы, содержащей параллельно и последовательно соединенные ее охлаждаемые элементы. Техническим результатом полезной модели является повышение степени охлаждения жидкости, упрощение конструкции, снижение ее стоимости. Поставленная задача достигается тем, что в воздухоохлаждающем устройстве, содержащем чувствительный элемент с -, -,-полупроводниковыми слоями, металлическое основание, омические контакты, оно снабжено водоохлаждаемой панелью, термоэлектрический элемент выполнен мструктурой из широкозонного полупроводника, размещенной на металлическом основании, на верхнем м-слое размещен омический контакт из электропроводящего светочувствительного материала, на торцевых сторонах мструктуры сформирован диэлектрический слой, на который нанесен металлический слой,толщина м-слоя при этом м- переход является выпрямляющим, толщина электропроводящего светопрозрачного слоя составляет 0,30,1 мкм, толщина м-слоя 0,010,1 мкм, слоя (0,60,9) , -слой выполнен толщиной (0,70,9) , а-слой - толщиной (1,53), где-диффузионная длина носителей заряда, а водоохлаждающая панель снабжена пустотелыми ребрами и эластичной пленкой с зеркальной отражающей поверхностью. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена структура термочувствительного водоохлаждающего элемента водоохлаждающего устройства, на фиг. 2 - конструкция воздухоохлаждающего устройства, в которой базовыми элементами охлаждения жидкости являются термочувствительные водоохлаждающие элементы, на фиг. 3 - сечение водоохлаждающего устройства, а на фиг. 4 конструкция водоохлаждающей секции. Конструктивно водоохлаждающее устройство (ВОУ) включает водоохлаждающую панель 1, в проемах которой размещены термочувствительные водоохлаждающие элементы 2. Термочувствительный водоохлаждающий элемент 2 состоит из мструктуры,включающей нижний сильнолегированный-слой 3 широкозонного полупроводника,например,с омическим контактом в виде металлического слоя 4, -слоя 5 из того же широкозонного полупроводника, который с-слоем 3 создает - переход 6 и на -слое 7 сформирован тонкий слой металла 9, который в структуре с -слоем 7 создает выпрямляющий м- контакт, представляющий контакт металл-полупроводник. 2 86272012.10.30 На слое металла 9 размещен электропроводящий слой 10 из светопрозрачного материала, являющийся омическим контактом к -слою 7. На торцевых сторонах мструктуры по периметру методом конденсации из газовой фазы нанесен диэлектрический слой 11. Металлический слой 4 мс помощью электропроводящего клея установлен на металлическом основании 12. Методом электронно-лучевого или магнетронного распылителя на торцевые стороны мструктуры с диэлектрическим слоем 11 по периметру через маску нанесен металлический слой 13, накоротко замыкающий мструктуру,то есть ее верхний и нижний омические контакты 10 и 4. Толщины слоев мструктуры определены экспериментально и равны электропроводящего светопрозрачного слоя 100,30,1 мкм, металлического слоя 90,010,1 мкм, -слоя 7 широкозонного полупроводника(0,60,9) ,-слоя 3 широкозонного полупроводника(1,53) , слоя 5 широкозонного полупроводника(0,70,9) , где- диффузионная длина носителей заряда, диэлектрического слоя 111,05,0 мкм, металлического слоя 1313,0 мкм, толщина металлического слоя 413 мкм.-слой 5 легирован донорной примесью с концентрацией(10161017 ) см-3, сслоем 3, который легирован акцепторной примесью с концентрацией(10201021 ) см-3,создает резкий -переход 6, а -слой 5 с -слоем 7 широкозонного полупроводника также создает резкий - переход 8. - контакт металл-полупроводник является невыпрямляющим, то есть, барьерным для потока электронов. Габаритные размеры металлического основания 124848 мм, а размер расположенной на нем мструктуры 4444 мм. Металлический слой 9 тонкий, он пропускает (0,80,9) величины светового потока и практически полностью исключает отраженный от поверхности -слоя световой поток. Поскольку концентрация электронов в -слое 5 при инжекции фотогенерированный электронов из -слоя 7 достигает 1019 см-3 и выше, а концентрация собственных электронов в-слое 3 широкозонного полупроводника составляет 10171018 см-3, то соотношение /1010. Толщина-слоя 3 выбирается из условия полной рекомбинации носителей заряда (электронов) в р -слое 3 и максимального поглощения тепловой энергии. Количество поглощаемого инжектированными электронами тепла в-слое 3 зависит от параметра 2/1 , где- коэффициент, учитывающий соотношение энергии электронов в - слое 7 1 и-слое 3 широкозонного полупроводника 2, то есть высоту потенциального барьера -перехода 6- ширина запрещенной зоны широкозонного полупроводника. Для мструктуры на основе арсенида галлия коэффициент 2,4. Для обеспечения максимальной инжекции электронов из -слоя 5 в-слой 3 широкозонного полупроводника в его обедненных областях суммарная толщина обедненных областей резкого-перехода 6 составляет (0,30,7) . Водоохлаждающее устройство, представленное на фиг. 2, включает водоохлаждающую панель 1, содержащую основание 14 из легкого поплавкового синтетического материала с проемами, в которых размещены термочувствительные водоохлаждающие элементы 2. Днища проемов водоохлаждающей панели 1 могут иметь плоскую или ребристую форму для повышения коэффициента хладоотдачи и выполнены из теплопроводного синтетического материала или сплавов алюминия. Для повышения устойчивости водоохлаждающего устройства в водоеме основание водоохлаждающей панели 1 содержит полые ребра 15 прямоугольной или трапециодальной формы, полости 16, ребер 15 могут вакуумироваться. Сверху основание 14 закрыто светопрозрачной крышкой 17 из синтетического материала, которая закрепляется, например, водонепроницаемым клеем. Для повышения устойчивости водоохлаждающей панели 1 и исключения взаимодействия солнечного излучения с охлаждаемой жидкостью обратная сторона водоохлаждающей панели 1 покрыта эластичной пленкой 18 с зеркальной отражающей поверхностью. 3 86272012.10.30 Создан экспериментальный образец водоохлаждающего устройства термочувствительный водоохлаждающий элемент которого выполнен на основе арсенида галлия, слой 5 которого легирован донорной примесью с концентрацией 1016 см-3, толщина-слой 3 легирован акцепторной с концентрацией 5.1020 см-3. Габаритные размеры металлического основания 124848 мм, размеры мструктуры 4444 мм, а суммарная толщина мструктуры с подложкой , на которой они сформированы, составляет 1 мм . В качестве материала подложки может также использоваться кремний. Водоохлаждающая панель выполнена размером 100100 сантиметров. Основание 14 водоохлаждающей панели выполнено из дюралюминия толщиной 2 мм, ее проемы, в которых размещены термочувствительные охлаждающие элементы, размером 4848 мм, выполнены глубиной 1 мм, а пустотелые ребра выполнены по всей длине основания прямоугольной формы шириной 30 мм и высотой 60 мм. Материалом сверхпрозрачной крышки 17 является оргстекло толщиной 1 мм. Расстояние между проемами в основании 14 составляет 50 мм, число термочувствительных водоохлаждающих элементов, размещенных в основании 14 водоохлаждающей панели,составляет 1010100 штук. Водоохлаждающие устройства могут соединяться последовательно-параллельно в водоохлаждающие секции (фиг. 4), на днищах которых при помещении в водоем могут выращиваться водоросли для кормления рыб. Водоохлаждающие панели 1 соединяются друг с другом в водоохлаждающие секции элементами крепления 19. Конструкция водоохлаждающего устройства и ее стоимость существенно ниже, чем у аналогов. Экспериментальное водоохлаждающее устройство при интенсивности солнечного излучения 70 мВт/см 2 позволяет получать предельную температуру 5 С. Расчетная надежность безотказной работы устройства не менее 105 часов. Использование водоохлаждающего устройства требующих размеров позволяет эффективно снижать температуру водоемов до установленных значений. Промышленное освоение водоохлаждающего устройства возможно на предприятиях электронного приборостроения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5