Дослідження впливу параметрів термоелектричних матеріалів на динаміку однокаскадних охолоджуючих пристроїв

Autor: Zaykov, Vladimir, Mescheryakov, Vladimir, Zhuravlov, Yurii
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 1, № 8 (103) (2020): Energy-saving technologies and equipment; 6-18
Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 1, № 8 (103) (2020): Энергосберегающие технологии и оборудование; 6-18
Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 1, № 8 (103) (2020): Енергозберігаючі технології та обладнання; 6-18
ISSN: 1729-3774
1729-4061
Popis: The effect of the variants of parameters of the original thermoelectric materials of the same efficiency on the operational dynamics of a single-cascade thermoelectric cooler has been examined. The variants differ by the coefficients of thermoEMF, electrical conductivity, and thermal conductivity. The study has been carried out in the range of changes in the working temperature, the rated heat load at the predefined geometry of thermoelement branches.The analysis was performed for the characteristic current modes of operation: maximum refrigerating capacity Q0max, maximum refrigerating capacity at the predefined current (Q0/I)max, maximum refrigerating factor (Q0/I2)max, minimum failure rate λmin.We have established the relationship between the cooler dynamics and the basic parameters and reliability indicators for different current modes of operation. A possibility has been shown to reduce the time to enter a stationary mode of operation for a variant with the increased electrical conductivity of a material, by 9‒10 %, compared to the basic variant calculated for the averaged electrophysical parameters. The minimum time to enter a stationary regime is achieved under a mode of maximum refrigerating capacity.The economic feasibility of using the starting source materials with enhanced electric conductivity relates not only to the improved dynamic and reliable characteristics. Designing thermoelectric coolers is also associated with a decrease in the cost of a cooler by using materials that were considered substandard.The rational design of thermoelectric coolers for the systems that enable the thermal modes of electronic equipment accounts for a set of restrictive requirements. These include energy consumption, weight, and size, performance speed, reliability indicators, etc., which are inherently contradictory. The proposed selection of compromise variants of the current modes of operation for different operating conditions allows the optimized design of thermally-loaded equipment
Рассмотрено влияние вариантов сочетаний параметров исходных термоэлектрических материалов одинаковой эффективности на динамику функционирования однокаскадного термоэлектрического охладителя. Варианты отличаются коэффициентами термоЭДС, электропроводности и теплопроводности. Исследования проведены в рабочем диапазоне перепадов рабочих температур, номинальной тепловой нагрузке при заданной геометрии ветвей термоэлементов.Анализ проведен для характерных токовых режимов функционирования: максимальной холодопроизводительности Q0max, максимальной холодопроизводительности при заданном токе (Q0/I)max, максимального холодильного коэффициента (Q0/I2)max, минимальной интенсивности отказов λmin.Определена взаимосвязь динамики охладителя с основными параметрами и показателями надежности для различных токовых режимов работы. Показана возможность уменьшения времени выхода на стационарный режим работы для варианта с повышенной электропроводностью материала на 9–10 % по сравнению с базовым вариантом, основанным на усредненных электрофизических параметрах. Минимальное время выхода на стационарный режим достигается в режиме максимальной холодопроизводительности.Экономическая целесообразность применения исходных материалов с повышенной электропроводностью заключается не только в улучшении динамических и надежностных характеристик. При проектировании термоэлектрических охладителей также достигается снижение стоимости охладителя за счет использования материалов, которые относились к некондиционным.При рациональном проектировании термоэлектрических охладителей для систем обеспечения тепловых режимов электронной аппаратуры учитывается комплекс ограничительных требований. К ним относятся энергопотребление, масса и габаритные размеры, быстродействие, показатели надежности и т. д., которые являются противоречивыми по сути. Предложенный выбор компромиссных вариантов токовых режимов работы для различных условий эксплуатации позволяет вести оптимизированное проектирование теплонагруженной аппаратуры
Розглянуто зв'язок варіантів сполучень параметрів первинних термоелектричних матеріалів однакової ефективності на динаміку функціонування однокаскадного термоелектричного охолоджувача. Варіанти відрізняються коефіцієнтами термоЕДС, електропровідності і теплопровідності. Дослідження проведені в робочому діапазоні перепадів температур, номінальному тепловому навантаженні при заданій геометрії гілок термоелементів.Аналіз проведено для характерних струмових режимів функціонування: максимальної холодопродуктивності Q0max, максимальної холодопродуктивності при заданому струмі (Q0/I)max, максимального холодильного коефіцієнта (Q0/I2)max, мінімальної інтенсивності відмов λmin.Виявлено взаємозв’язок динаміки охолоджувача з основними параметрами і показниками надійності для різних струмових режимів роботи. Показана можливість зменшення часу виходу на стаціонарний режим роботи для варіанту з підвищеною електропровідністю матеріалу на 9–10 % у порівнянні з базовим варіантом, що засновано на усереднених електрофізичних параметрах. Максимальний час виходу на стаціонарний режим досягається в режимі максимальної холодопродуктивності.Економічна доцільність використання первинних матеріалів з підвищеною електропровідністю полягає не тільки у покращенні характеристик динаміки і надійності. При проектуванні термоелектричних охолоджувачів також досягається зниження вартості охолоджувача за рахунок використання матеріалів, які відносилися до некондиційних.При раціональному проектуванні термоелектричних охолоджувачів для систем забезпечення теплових режимів електронної апаратури враховується комплект заборонних вимог. До них відносяться енергоспоживання, маса і габаритні розміри, швидкодія, показники надійності та інше, які є суперечливими по суті. Запропонований вибір компромісних варіантів струмових режимів роботи для різних умов експлуатації дозволяє вести оптимізоване проектування теплонавантаженої апаратури
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: