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.

Уникальность:

Линейный полупроводниковый теплообменник с управляемым полем точечных градиентов температур имеет уникальную систему управления “точками” теплообмена.
Система управления “точками” теплообмена построена на инновационном способе развертки питающего напряжения в длинном проводнике (электрической цепи). Способ развертки питающего напряжения в длинном проводнике (электрической цепи) предназначен для формирования локального места на определённом участке проводника (электрической цепи), по которому протекает ток с повышенным напряжением. Местом приложение участка проводника (электрической цепи) с протеканием тока повышенного напряжения можно изменять.

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.
   Линейный полупроводниковый теплообменник с управляемым полем точечных градиентов температур по конструктивному исполнению похож на элемент Пельтье.
   Линейный полупроводниковый теплообменник с управляемым полем точечных градиентов температур состоит из множества последовательно чередующихся объёмных полупроводников n-типа и p-типа, которые соединены медным проводником через медные теплообменные пластины, рис. № 1.

Рис. № 1 Линейный полупроводниковый теплообменник.

Линейка из множества последовательно чередующихся объёмных полупроводников n-типа и p-типа собирается, например змейкой, непосредственно по всей поверхности или в объёме технологического оборудования, материалов, веществ, соединения и т.п.
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 работы системы управления:

Управление градиентами температур отдельных сборок объёмных полупроводников осуществляется с помощью системы развёртки питающего напряжения.
Система развёртки питающего напряжения построена на основе нового инновационного способа развертки питающего напряжения в длинном проводнике (электрической цепи).
Схематически, способ управления градиентами температур представлен на рис. № 3.
Для управления питанием отдельных источников теплообмена в линейный полупроводниковый теплообменник подают с обоих сторон возбуждающие напряжениях противоположной полярности.

Управлении фазовыми соотношениями двух возбуждающих напряжениях противоположной полярности происходит в высокочастотном трансформаторе Т1 с двумя обмотками со средними точками.

Рис. № 3. Схема реализации способа управления градиентами температур.

Частота возбуждающих напряжений Uвозб. противоположной полярности равной:

F возб. = С / (2*L)
Где:

С – скорость света, м/сек.

L – длина теплообменника (длинна последовательной сборки объёмных полупроводников различной структуры), м. Одновременно в полупроводниковый линейный теплообменник подается с двух сторон напряжение развертки Uразв., противоположной полярности с частотой:

Fразв. = (С*L1) / L

Где:

• L1 – размер “точек” теплообмена (сборок объёмных полупроводников), м.

• С – скорость света, м/сек.

• L — длина теплообменника (длинна последовательной сборки объёмных полупроводников различной структуры), м.

Трансформатор Т1 изменяет фазы двух возбуждающих напряжений разной полярности так, что они встречаются и пересекаются на элементе длины проводника L1 (рис. № 4).
За каждый такт напряжения возбуждения в полупроводниковом теплообменнике формируется элемент длинной L1 (рис. № 4), в котором течет ток с напряжением:

U = 2 * U возб.

График изменения напряжений в полупроводниковом теплообменнике показан на рис. № 4.

Рис. № 4. График изменения напряжений в полупроводниковом теплообменнике.

Благодаря управлению фазовыми сдвигами — в каждом такте подачи напряжений возбуждений присутствует строго заданное место L1 в полупроводниковом теплообменнике общей длинной L, по которому протекает ток с напряжением:

            U = 2 * U возб. 

Все последовательно соединённые объёмные полупроводниковые элементы теплообменника, при подаче напряжения возбуждения (U возб.) становятся источниками небольшого (фонового) равномерного теплообмена по аналогии с процессами, которые протекают в элементе Пельтье.

Ситуация с теплообменом меняется, когда в каждый такт подачи напряжения возбуждения (U возб.) по выбранному участку длинны L1 протекает ток с удвоенным напряжением возбуждения (U = 2 * U возб.). На участке длинны L1, объёмные полупроводниковые термоэлементы становятся источником дополнительного теплообмена, местом приложения которого можно управлять по аналогии, как управляется развёртка изображения в телевизоре.

    В линейном полупроводниковом теплообменнике с управляемым полем точечных градиентов температур,  температурное поле состоит из множества “точек” (сборок объёмных полупроводников) теплообмена с независимым управлением положительными и отрицательными температурными градиентами. Отдельными “точками” теплообмена можно управлять (нагревом / охлаждение) в пределах десятков градусов. Размер “точек“ теплообмена зависит от выбора размеров объёмных полупроводников. 

ВЫВОД:

1. Линейный полупроводниковый теплообменник способен формировать поле множества градиентов температур в десятки градусов как охлаждения, так и нагрева.
2. Линейный полупроводниковый теплообменник имеет простое конструктивное исполнение, которое может быть повторено в любой лаборатории.
3. Линейный 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. Линейный полупроводниковый теплообменник лишён всех недостатков, которые есть у матричного теплообменника.
5. Инновационная система управления развёрткой питающих напряжений теплообменника позволяет проводить независимое управление каждой теплообменной сборкой в любых направления изменения градиента температуры, как нагрев, так и охлаждение. Более подробно о развёртке питающих напряжений заявлено в соответствующем разделе сайта vihrihaosa.ru.