Радиационный охладитель

 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к радиационным охладителям , и может быть использовано в системах , плохо защищенных от электромагнитных помех. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем оптического управления процессом охлаждения. Для этого охладитель снабжен источником 1 излучения с энергией квантов ft ш , а активный полупроводниковый элемент 2 выполнен из полупроводникового материала, параметры которого удовлетворяют условию 1, где Q - интенсивность излучения абсолютно черного тела; S - сечение поглощения свободных носителей; гвремя жизни. Активный элемент 2 контактирует с охлаждаемым телом 5. При возбуждении источником 1 полупроводникового элемента 2 в последнем возникают избыточная концентрация свободных носителей и увеличивается интенсивность теплового излучения. Элемент 2 охлаждается, охлаждая тело 5. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) ((() ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4619913/06 (22) 13.12.88 (46) 15.09.91. Бюл. и 34 (71) Институт полупроводников AH УССР (72) В.К.Малютенко, A.M.Ðûáàê и С.И.Шураев (53) 621.57 (088,8) (56) Патент США

М 4586950, кл, F 25 В 21/02, 1986. (54) РАДИАЦИОННЫЙ ОХЛАДИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к холодильной технике, а именно к радиационным охладителям, и может быть использовано в системах, плохо защищенных от электромагнитных помех, Цель изобретения — расширение функциональных возмож.ностей путем оптического управления . процессом охлаждения. Для этого охлади(si)s F 25 В 21/00, 21/02 тель снабжен источником 1 излучения с энергией квантов hN, а активный полупроводниковый элемент 2 выполнен из полупроводникового материала, параметры которого удовлетворяют условию > 1, QSt

AN где Q — интенсивность излучения абсолютно черного тела; Я вЂ” сечение поглощения свободных носителей; г- время жизни. Активный элемент 2 контактирует с охлаждаемым телом 5. При возбуждении источником 1 полупроводникового элемента 2 в последнем возникают избыточная концентрация свободных носителей и увеличивается интенсивность теплового излучения. Элемент 2 охлаждается, охлаждая тело 5, 2 з.п.ф-лы, 1 ил. атмосферой

30

Изобретение относится к холодильной технике, именно к радиационным охладителям, и может быть использовано в системах, плохо защищенных от электромагнитных помех.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем оптического управления процессом охлаждения.

На чертеже представлена конструкция предлагаемого радиационного охладителя.

Радиационный охладитель содержит источник 1 возбуждающего излучения с энергией квантов h а, активный полупроводниковый элемент 2, просветляющее покрытие 3, полиэтиленовую пленку 4, охлаждаемое тело 5.

Активный полупроводниковый элемент

2 выполнен из полупроводникового материала, параметры которого удовлетворяют усQ..S r ловиям — —— — > 1 и>Ец, где Q — интенсивность излучения абсолютно черного тела;

S — сечение поглощения свободных носителей; г — время жизни;

Š— ширина запрещенной зоны полуи роводника.

Активный элемент 2 может быть выполнен в виде полусферы, на выпуклой поверхности которой нанесено просветляющее покрытие 3. Площадь контакта его рабочей поверхности с ахлаждаемым телом 5 представляет собой плоское кольцо, внутренний и внешний диаметры которого соответственно определены математическими выражениями

Dl d

02 f1(d + 21о), где d — диаметр светового пучка;

n — показатель преломления;

Io — диффузионная длина.

Для охлаждения при температурах тела

5 ниже температуры окружающей среды выпуклая поверхность активного элемента 2 может быть покрыта селективным просветляющим покрытием 3, которое характеризуется коэффициентом пропускания, близким к 100 при длинах волн возбуждающего излучения 8-14 мкм, и отражением, близким к 100 при длинах волн во всем остальном диапазоне.

В качестве такого просветляющего покрытия 3 может быть использована, например, полиэтиленовая пленка с 10) добавкой TIOz.

Полиэтиленовая пленка 4 служит для уменьшения конвективного теплообмена с

Радиационный охладитель работает следующим образом.

Поолупроводниковый элемент 2 возбуждают излучением с энергией фотонов

Ф в, выше пороговой энергии возбуждения свободных носителей Eg. Тогда в результате внутреннего фотоэффекта в объеме полупроводникового элемента 2 возникнет избыточная концентрация свободных носителей, это приведет к увеличению коэффициента поглощения а и соответственно вызывает увеличение интенсивности теплового излучения, Если при этом полупроводниковый элемент 2 будет иметь температуру более высокую, чем температура окружающей среды, он будет излучать энергию большую, чем энергия, поглощаемая им из внешней среды. Нарушение баланса поглощение-излучение в ИК-области спектра приводит к уменьшению тепловой энергии кристаллической решетки, а следовательно,. к охлаждению полупроводникового элем нта 2 и соединенного механически с ним охлаждаемого тела 5.

В отсутствии оптического возбуждения радиационное охлаждение будет незначительным, так как эффективной модуляции излучательной способности полупроводниковый элемент 2 выбирается с коэффициентом поглощения а «1 и, следовательно, немодулированная излучательная способность близка к нулю.

После того, как полупроводниковый элемент 2 сравняется по температуре с окружающей средой, количество поглощаемой и излучаемой энергий будет равным и температура полупроводника 2 с необходимостью будет отслеживать температуру окружающей среды, что обеспечивает возможность абсолютной стабилизации температуры полупроводникового элемента 2 на уровне температуры среды.

Просветляющее покрытие 3 позволяет свести коэффициент отражения генерированного излучения к нулю и таким образом повысить эффективность охладителя.

Предлагаемый охладитель может работать в качестве теплового насоса.

Формула изобретения

1. Радиационный охладитель, содержащий активный элемент, контактирующий рабочей поверхностью с охлаждаемым телом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем оптического управления процессом охлаждения, охладитель

1677459

Составитель Е.Виноградов

Редактор М.Васильева Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 3103 Тираж 316 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дополнительно снабжен источником излучения, а активный элемент выполнен из полупроводникового материала, параметры которого удовлетворяют условию

0 $ ° т — — 1, где 0- интенсивность излучения абсолютно черного тела;

S — сечение поглощения свободных носителей;

t- время жизни;

h в- энергия квантов источника излучения.

2. Охладитель по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что активный элемент выполнен в виде полусферы, на выпуклой поверхности

5 которой выполнено просветляющее покрытие.

3. Охладитель по и. 2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения конвекционного теплообмена с атмосферой, выпук10 лая поверхность активного элемента снабжена полиэтиленовой пленкой.