Назначение:

Предназначен для формирования и управления полем множества “точечных” источников теплообмена. “Точечные” источники теплообмена управляются в пределах положительных и отрицательных градиентов температур.

Технический результат:

Простое конструктивное исполнение теплообменника. Простая система управления “точками” теплообмена.

Основание:

За основу взят эффекте Пельтье. Эффект Пельтье – электротермическое явление нагрева и охлаждения мест контакта (спая) двух разнородных проводников (металлов, полупроводников), по которым течёт ток. Когда электрический ток пропускают по цепи мест контакта (спая) двух разнородных проводников (металлов, полупроводников), в одном контакте (спае) выделяется тепло, а в другом — поглощается. Это и известно, как эффект Пельтье.
При контакте металлов эффект Пельтье (нагрев/охлаждение) составляет нескольких градусов. При контакте полупроводников эффект Пельтье (нагрев/охлаждение) составляет десятки градуса.

Конструктивное исполнение теплообменника:

В конструктивном плане теплообменник может быть построен:

1. На биметаллическом проводнике с знакопеременной контактной разностью потенциалов.
2. На объёмных полупроводниках.
   Рассмотрим теплообменник на объёмных полупроводниках.
   В конструктивном плане представляет собой плоскую сеточную структуру в виде множества вертикальных и горизонтальных тонких электрических проводников. Схематически матричный полупроводниковый теплообменник представлен на рис. № 1.
   Места пересечений электрических проводников (узлы сетки) соединены между собой (спаяны) кубиками полупроводникового материала через медные теплообменные прокладки.
   Матричный полупроводниковый теплообменник содержит основное управляемое поле градиентов температур, которое используется для технологических целей и техническое (служебное) поле градиентов температур (см. рис. № 1). Техническое поле градиентов температур в работе не используется и выполняет служебную функцию.

Рис. № 1. Матричный полупроводниковый теплообменник

Объёмные полупроводники можно изготовить по простым технологиям, которые заявлены в настоящем исследовании контактной разности потенциалов и опубликованы в соответствующем разделе настоящего сайта.
Объёмные полупроводники можно взять из готовых элементов Пельтье, см. рис. № 2. В настоящее время промышленность выпускает большую линейку элементов Пельтье с полупроводниковыми элементами кубической и прямоугольной формы размерами от 1 до 10 мм.

Рис. № 2. Элемент Пельтье в разобранном виде.

Принцип управления градиентами температур:
Управление градиентами температур отдельных сборок объёмных полупроводников осуществляется с помощью сеточной подачи питающего напряжения к каждому объёмному полупроводнику.
Схематически, сеточный способ подачи питающего напряжения к каждому объёмному полупроводнику показан на рис. № 3.

Рис. № 3. Сеточный способ подачи напряжения к каждому объёмному полупроводнику.

В матричном полупроводниковом теплообменнике температурное поле состоит из множества точек теплообмена с независимым управлением положительными и отрицательными температурными градиентами. Предусмотрена возможность управлять нагревом / охлаждением каждой точки теплообмена в пределах десятков градусов. Размер точек теплообмена зависит от выбора полупроводниковых “кубиков” из элемента Пельтье. Расстояние между соседними точками нагрева/охлаждения может быть изменена конструктивно.

ВЫВОД:

1. Матричный полупроводниковый теплообменник способен формировать поле множества градиентов температур в десятки градусов как охлаждения, так и нагрева.
2. Матричный полупроводниковый теплообменник имеет простое конструктивное исполнение, которое может быть повторено в любой лаборатории,
3. Матричный полупроводниковый теплообменник предназначен в первую очередь для НИОКР для проведения различных термофизических и термохимических превращений внутри и на поверхности продуктов, материалов, веществ, соединений и т.п.
4. Матричный полупроводниковый теплообменник имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают сферу применения. Невозможно изменять одновременно температуру нагрева и охлаждения в линейке полупроводниковых элементов, которые размещены на одной вертикальной или горизонтальной ветви электрической цепи. Этого недостатка лишён линейный полупроводниковый теплообменник с управляемым полем градиентов температур, который представлен в соответствующем разделе сайта vihrihaosa.ru.