'

Твердотельные методы охлаждения – технологии XXI века

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Твердотельные методы охлаждения – технологии XXI века Л.П. Булат Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий


Слайд 1

Компрессионные машины Экологические проблемы: Глобальное потепление Разрушение озонового слоя Проблема термостабилизации в фото- и микроэлектронике массогабариты, долговечность, надежность. Микроминиатюризация – отвод тепла до 1кВт/см2 (spot cooling).


Слайд 2

Постановка задачи Нужны иные принципы охлаждения Альтернатива – твердотельное охлаждение. Через 20 лет уже не будут использоваться компрессоры


Слайд 3

Твердотельные методы охлаждения Термоэлектрическое – активно используется Электрокалорическое Магнитокалорическое


Слайд 4

Термоэлектрическое охлаждение Термостабилизация в фото- и микроэлектронике Для систем телекоммуникаций (охлаждение лазеров) Эффект Пельтье


Слайд 5

Пикник-боксы


Слайд 6


Слайд 7

Термостабилизация сиденья водителя Комфортное персональное охлаждение


Слайд 8

Охладитель для фруктов Кроватка для кошки


Слайд 9

Термоэлектрическое охлаждение Эффективность определяется добротностью ZT = T??2/? С 1950 до 2000 ZT выросло с 0.75 до 1.0 За последние годы ZT выросло в разы


Слайд 10

Новые термоэлектрические наноматериалы Нанотехнологии принципиально расширяют применения термоэлектрического охлаждения


Слайд 11

E = 0 E > 0 p p S(E = 0) > S(E>0) В адиабатических условиях (TdS = 0) полевое изменение энтропии сопровождается электрокалорическим нагревом или охлаждением диэлектрика Электрокалорический эффект


Слайд 12

Диэлектрические свойства сегнетоэлектриков Исследование ЭКЭ в сегнетоэлектриках: A. И. Курчатов, П. Кобеко (1930 г.) Б. Струков (1962 – 1966 г.г.) E. Hegenbarth (1961 – 1969 г.г.) A. Kikuchi, E. Sawaguchi (1963 –1966 г.г.) W. Lawless (1970 – 1990 г.г.)


Слайд 13

Электрокалорический холодильник 1 – сегнетоэлектрические пластины 2; 3 – одинаковые активные блоки 4 – трубки для теплоносителя 5 – охлаждаемая камера 6 – теплообменники 7 – тепловой ключ В.М.Бродянский и др. 1979-1995


Слайд 14

Термоэлектрические ключи Охлаждаемый объект Теплоприемник CЭ конденсатор ЭК охладитель с тепловыми ключами Пельтье


Слайд 15

16 ЭК и эффективность охладителя


Слайд 16

Для уменьшения электрических напряжений – тонкие пластины и пленки 100мкм – 100нм При сохранении гигантских напряженностей электрические напряжения остаются сравнительно небольшими.


Слайд 17

ЭК эффект ?Т=12К на пленках PbZr0.95Ti0.05O3 толщиной 350 нм вблизи Tc=242°C ?Т=5К при напряжении 25В на пленках толщиной 260нм из 0.9PbMg1/3Nb2/3O3–0.1PbTiO3 вблизи Tc= 60°C. Mischenko A. S., Zhang Q., Scott J. F., Whatmore R. W., Mathur N. D. Science, 3 March 2006. Mischenko A. S., Zhang Q., Scott J. F., Whatmore R. W., Mathur N. D. Appl. Phys. Lett. 2006. Scott J. F. Science, 16 February 2007


Слайд 18

?T = 40 K U = 3 В T = 45оC h = 0.45 мкм Полимерная пленка


Слайд 19

Магнитокалорический эффект Изменение температуры пара- или ферромагнетика при адиабатическом изменении напряженности магнитного поля. Физическая природа – переориентация доменов в магнитном поле.


Слайд 20

Максимальные значения магнитокалорического охлаждения


Слайд 21

Проблемы: Сильные магнитные поля – габариты и вес Новые магнитные нанокомпозиты – снижение магнитных полей Прошли три международные конференции по магнитному охлаждению при комнатной температуре (2005; 2007; 2010).


Слайд 22

Магнитоэлектрические охладители Холодильник с вращающимся магнитным колесом на основе МКЭ материалов EuNi2(Si,Ge)2 Gd5(Si1.72Ge2.28) MnFeP0.45As0.55


Слайд 23

Преимущества твердотельного охлаждения Экологическая чистота Высокая плотность – удельное изменение энтропии в твердых телах в 6 – 8 раз выше, чем в газе – резкое сокращение габаритов. ЭК и МК методы – охлаждение в широком интервале температур ниже и выше комнатной. Высокая эффективность ЭК и МК систем – нагрев и охлаждение практически обратимые термодинамические циклы в отличие от сжатия и расширения пара.


Слайд 24

Удобство и простота эксплуатации и отсутствие сервисного обслуживания. Бесшумность. Независимость от ориентации в пространстве. Легкость и удобство дистанционного управления. Возможность использования гибридных систем, когда в одном технологическом цикле изготавливаются охладитель и функциональная электронная схема.


Слайд 25

Недостатки Высокая стоимость используемых материалов. Технологическая сложность изготовления. Технология отрабатывается при серийном производстве.


Слайд 26

Спасибо за внимание Развитие всех трех твердотельных методов охлаждения связано с нанотехнологиями


×

HTML:





Ссылка: