RU2009107774A - Способ и устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую - Google Patents

Abstract

1. Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую, в котором относительно горячая и относительно холодная поверхности расположены друг напротив друга и разделены небольшим зазором, заполненным газом, или вакуумным зазором, при этом на холодной поверхности расположена матрица микросхем элементов конвертера с отдельными носителями заряда, при этом устройство приспособлено для электростатической передачи энергии возбуждения от горячей поверхности к противоположной холодной поверхности элементов конвертера через зазор, посредством кулоновского электростатического взаимодействия. ! 2. Устройство для преобразования по п.1, отличающееся тем, что включает первый резервуар электронов, который приспособлен для подачи электрона на нижний уровень энергии каждого из элементов конвертера, расположенных на холодной стороне, при этом устройство приспособлено для осуществления кулоновского взаимодействия электрона с зарядом носителя, локализованным на горячей поверхности, через зазор и для обеспечения квантовой корреляции между ними, обеспечивающей перенос энергии возбуждения от горячей стороны к холодной стороне, сопровождающийся переходом электрона на верхний уровень энергии. ! 3. Устройство для преобразования по п.2, отличающееся тем, что приспособлено для обеспечения туннелирования электрона, находящегося на верхнем уровне энергии, ко второму резервуару электронов, расположенному на холодной стороне и имеющему более высокий потенциал по отношению к первому резервуару, и приспособлено для присоединения электрической нагрузки между резервуарами, при этом нагрузка приспособлена для пит

Claims (20)

1. Устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую, в котором относительно горячая и относительно холодная поверхности расположены друг напротив друга и разделены небольшим зазором, заполненным газом, или вакуумным зазором, при этом на холодной поверхности расположена матрица микросхем элементов конвертера с отдельными носителями заряда, при этом устройство приспособлено для электростатической передачи энергии возбуждения от горячей поверхности к противоположной холодной поверхности элементов конвертера через зазор, посредством кулоновского электростатического взаимодействия.

2. Устройство для преобразования по п.1, отличающееся тем, что включает первый резервуар электронов, который приспособлен для подачи электрона на нижний уровень энергии каждого из элементов конвертера, расположенных на холодной стороне, при этом устройство приспособлено для осуществления кулоновского взаимодействия электрона с зарядом носителя, локализованным на горячей поверхности, через зазор и для обеспечения квантовой корреляции между ними, обеспечивающей перенос энергии возбуждения от горячей стороны к холодной стороне, сопровождающийся переходом электрона на верхний уровень энергии.

3. Устройство для преобразования по п.2, отличающееся тем, что приспособлено для обеспечения туннелирования электрона, находящегося на верхнем уровне энергии, ко второму резервуару электронов, расположенному на холодной стороне и имеющему более высокий потенциал по отношению к первому резервуару, и приспособлено для присоединения электрической нагрузки между резервуарами, при этом нагрузка приспособлена для питания током, создаваемым возбужденным(и) электроном (электронами).

4. Устройство для преобразования по п.3, отличающееся тем, что в определенный момент времени происходит возбуждение одного носителя заряда.

5. Устройство для преобразования по п.4, отличающееся тем, что отдельный носитель заряда является электроном или дыркой.

6. Устройство для преобразования по п.3, отличающееся тем, что элементы конвертера включают матрицу полупроводниковых элементов, интегрированных в микросхему, расположенную на холодной стороне на подложке матрицы, которые соединены между собой сетью проводников резервуаров электронов или шин, расположенных на подложке микросхемы, таким образом, чтобы обеспечивать требуемые последовательные и/или параллельные соединения между элементами матрицы.

7. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что в матрице наборы проводников, соответственно, первого и второго резервуаров электронов или наборы шин предпочтительно присоединены к противоположным сторонам нагрузки.

8. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что полупроводниковые элементы выполнены из InSb и/или из Ga_0,31In_0,69Sb.

9. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что материал горячей стороны выбран из группы, включающей металл с плоской поверхностью, металлическую медь, полуметалл и сильнолегированный полупроводниковый материал.

10. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что проводники или шины резервуаров электронов выполнены из легированного InSb n-типа.

11. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что матрица подложки микросхемы выполнена из GaSb.

12. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что горячая поверхность имеет температуру около 1300 К, а относительно холодная поверхность имеет температуру около 300 К.

13. Устройство для преобразования по п.6, отличающееся тем, что носители элементов конвертера выполнены в виде группы, состоящей из одной или нескольких полупроводниковых точек или брусков различной геометрической формы, полупроводниковых коротких цилиндров или проводов, или из небольших листов, формирующих квантовые ямы, интегрированные в подложку микросхемы.

14. Устройство для преобразования по п.13, отличающееся тем, что полупроводниковые элементы и соединяющие проводники или шины интегрированы в подложку, при этом некоторые из них ориентированы параллельно холодной поверхности, а некоторые ориентированы горизонтально и/или вертикально.

15. Устройство для преобразования по п.13, отличающееся тем, что размеры точек или брусков составляют от 50 до 120 Å.

16. Способ преобразования тепловой энергии в электрическую, в котором выполняют следующие стадии: размещают относительно холодную поверхность, на которой происходит преобразование, и относительно горячую излучающую поверхность друг напротив друга с небольшим зазором; обеспечивают наличие электронов в низкоэнергетическом состоянии на или вблизи от холодной поверхности; обеспечивают наличие кулоновского взаимодействия низкоэнергетических электронов с зарядами носителей на горячей поверхности; что способствует переносу тепла посредством этого взаимодействия от горячей поверхности к низкоэнергетическим электронам на холодной поверхности, что сопровождается их возбуждением и переходом в высокоэнергетическое состояние; собирают высокоэнергетические электроны на или вблизи от холодной поверхности, что сопровождается генерированием более высокого потенциала; используют более высокий потенциал для получения электрической энергии после преобразования.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что на холодной поверхности, на которой происходит преобразование, размещают группу соединенных между собой элементов конвертера, каждый из которых включает соответствующие квантовые ямы, обеспечивающие возможность нахождения электронов в низко- и высокоэнергетическом состояниях, при этом элементы конвертера поддерживают при нулевом потенциале.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что сбор высокоэнергетических электронов осуществляют с использованием туннелирования между ямами с нулевым потенциалом и ямами с более высоким потенциалом на холодной стороне.

19. Способ по п.16, отличающийся тем, что используют элементы конвертера, отличающиеся тем, что за один раз возбуждаются только однотипные заряды носителя.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что однотипные заряды носителя являются электронами или дырками.