RU2565523C2 - Cooling device based on nanofilm thermal modules - Google Patents

Cooling device based on nanofilm thermal modules Download PDF

Info

Publication number
RU2565523C2
RU2565523C2 RU2014101083/08A RU2014101083A RU2565523C2 RU 2565523 C2 RU2565523 C2 RU 2565523C2 RU 2014101083/08 A RU2014101083/08 A RU 2014101083/08A RU 2014101083 A RU2014101083 A RU 2014101083A RU 2565523 C2 RU2565523 C2 RU 2565523C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
type
nanofilm
thermal module
materials
heat
Prior art date
Application number
RU2014101083/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014101083A (en
Inventor
Тагир Абдурашидович Исмаилов
Хаджимурат Магомедович Гаджиев
Тимур Декартович Нежведилов
Татьяна Алексеевна Челушкина
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту)
Priority to RU2014101083/08A priority Critical patent/RU2565523C2/en
Publication of RU2014101083A publication Critical patent/RU2014101083A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2565523C2 publication Critical patent/RU2565523C2/en

Links

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to cooling and heat removal systems, for example to cooling devices of electronic components. A thermoelectric device is made in the form of a multilayered thermal module, in which as semiconductor branches of p type and n type there chosen are such materials that the current flowing from p type to n type will create radiation, and when the current flows from n type to p type, heat energy will be absorbed according to Peltier effect; with that, each layer of the thermal module stage is made in the form of a nanofilm of a tubular structure, in which parasitic heat releases will be almost reduced to zero due to lower ohmic resistance of materials of the thermal module at tunnelling of electrons through junctions.
EFFECT: improvement of efficiency of a cooling system.
1 dwg

Description

Изобретение относится к системам охлаждения и теплоотвода, например к устройствам для охлаждения электронных компонентов.The invention relates to cooling and heat removal systems, for example, to devices for cooling electronic components.

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.There is a method of removing heat from heat-generating electronic components in the form of radiation [1], which uses LED emitters designed to convert heat energy received from the cold junctions of the thermal module in the form of electric current into radiation energy that removes heat from the cooled device to the environment.

Цель изобретения - повышение эффективности системы охлаждения.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the cooling system.

Для достижения цели изобретения разработано термоэлектрическое устройство, состоящее из трубчатых нанопленочных термомодулей с чередованием охлаждающих и излучающих p-n-переходов.To achieve the objective of the invention, a thermoelectric device consisting of tubular nanofilm thermomodules with alternating cooling and emitting pn junctions is developed.

На фиг.1 представлена конструкция нанопленочного многослойного каскадного светоизлучающего термомодуля.Figure 1 shows the design of a nanofilm multilayer cascade light-emitting thermal module.

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.The design of the thermoelectric device is a multilayer (cascade) thermomodule in the form of a tubular structure consisting of thermomodules made in the form of nanofilms in which such materials are selected as semiconductor branches of p-type 1 and n-type 2 that the current flowing from p The n-type will generate radiation, and when current flows from the n-type to the p-type, thermal energy will be absorbed in accordance with the Peltier effect. Power is supplied through a positive metal mirror electrode 3 and a negative transparent electrode 4 by direct current.

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.As materials for the manufacture of p-type and n-type thermomodule branches, the same materials are used from which the LEDs are made, namely gallium phosphide (GaP), gallium nitide (GaN), silicon carbide (SiC), etc.

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.The thickness of a thermomodule made in the form of a nanofilm is about 10 -8 m.This thickness of a thermomodule allows one to practically eliminate the Joule heat release (Joule effect), since the mean free path of an electron will be less than the thickness of a nanofilm (electrons will tunnel). As a result, spurious heat generation due to a decrease in the ohmic resistance of the materials of the thermal module will be practically reduced to zero and only the cooling Peltier effect and the emitting LED effect will remain.

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.Another important and useful property of nanofilms is high transparency. Even if you make the device from a large number of layers - thermal modules made in the form of nanofilms, transparency will remain. High transparency allows you to effectively remove heat in the form of radiation. In addition, nanofilms have ideal conductive heat transfer characteristics due to their small thickness. This allows all n-p junctions in a multilayer thermal module to simultaneously absorb heat.

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.The use of the device in cooling systems will ensure high efficiency of heat removal from the cooled components of electronic equipment until the appearance of a superconducting effect when cooling to 0 K. In figure 1, the central metal rod will be superconducting. Based on nanofilm thermal modules, it is possible to expand the range of electronic components for cryoelectronics without the use of bulky cooling devices while achieving minimal energy costs.

ЛитератураLiterature

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. №33.1. The method of heat dissipation from heat-generating electronic components in the form of radiation: US Pat. 2405230 ROS. Federation: IPC G06F 1/20 / Ismailov T.A., Gadzhiev H.M., Gadzhieva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A .; applicant and patent holder GOU VPO "Dagestan State Technical University". - No. 2009120686/09; declared 06/01/2009, publ. 11/27/2010, Bull. No. 33.

Claims (1)

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. A cooling device based on nanofilm thermal modules made in the form of a multilayer thermal module in which such materials are chosen as p-type and n-type semiconductor branches that the current flowing from p- to n-type will generate radiation, and when current flows from n - the p-type will be absorbed by thermal energy in accordance with the Peltier effect, characterized in that each layer of the cascade of the thermal module is made in the form of a nanofilm of a tubular structure in which spurious heat will be practically reduced to zero due to a decrease in the ohmic resistance of the thermomodule materials during electron tunneling through the transitions.
RU2014101083/08A 2014-01-14 2014-01-14 Cooling device based on nanofilm thermal modules RU2565523C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014101083/08A RU2565523C2 (en) 2014-01-14 2014-01-14 Cooling device based on nanofilm thermal modules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014101083/08A RU2565523C2 (en) 2014-01-14 2014-01-14 Cooling device based on nanofilm thermal modules

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014101083A RU2014101083A (en) 2015-07-20
RU2565523C2 true RU2565523C2 (en) 2015-10-20

Family

ID=53611466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014101083/08A RU2565523C2 (en) 2014-01-14 2014-01-14 Cooling device based on nanofilm thermal modules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2565523C2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2405230C1 (en) * 2009-06-01 2010-11-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method of removing heat from radiative heat-emitting electronic components
RU2487436C1 (en) * 2012-02-03 2013-07-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Light transistor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2405230C1 (en) * 2009-06-01 2010-11-27 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method of removing heat from radiative heat-emitting electronic components
RU2487436C1 (en) * 2012-02-03 2013-07-10 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Light transistor

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014101083A (en) 2015-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yin et al. Thermal design and analysis of multi-chip LED module with ceramic substrate
RU2405230C1 (en) Method of removing heat from radiative heat-emitting electronic components
RU2011104079A (en) SEPARATE THERMOELECTRIC STRUCTURE, DEVICES AND SYSTEMS IN WHICH THIS STRUCTURE IS USED
US20110259386A1 (en) Thermoelectric generating module
Karami et al. New modeling approach and validation of a thermoelectric generator
RU2565523C2 (en) Cooling device based on nanofilm thermal modules
RU2562744C2 (en) Light thyristor
Tian et al. Effects of unit size on current density and illuminance of micro-LED-array
Mohamad et al. Experimental study on the cooling performance of high power LED arrays under natural convection
RU2013109250A (en) IP COOLING DEVICE
RU108695U1 (en) THERMOELECTRIC MODULE
RU2542887C2 (en) Energy-effective cooling device
RU2507613C2 (en) Cascade light-emitting thermoelectric unit
Park et al. A study on improved efficiency and cooling LED lighting using a seebeck effect
RU2562746C2 (en) Method of heat removal from heat-emitting electronic components in form of electromagnetic energy based on tunnel diodes
RU2558217C1 (en) Method for heat removal from heat-generating electronic components in form of electromagnetic energy based on gunn-effect diodes
KR20110000387A (en) Thermoelectric element
RU2562742C2 (en) Method of heat removal from heat dissipating electronic components on basis of use of semiconductor lasers
Vairavan et al. High Power LED Thermal and Stress Simulation on Copper Slug
RU2575614C2 (en) Thermoelectric generator with high gradient of temperatures between soldered joints
Yang et al. A novel liquid cooling system for high power LED street lamp
RU2575618C2 (en) Thermoelectric device with thin-film solid-state branches and increased heat removal surface
Oh Fabrication Process and Power Generation Characteristics of Thermoelectric Thin Film Devices for Micro Energy Harvesting
RU2587534C1 (en) Efficient light transistor
Mo et al. Thermal transfer influence of delamination in the die attach layer of chip-on-board LED package base on entropy generation analysis

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160115