Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы
Проведен сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ при вариации геометрии ветвей термоэлементов в каскадах и перепадов температуры для характерных токовых режимов работы при условии одинаковой конфигурации ветвей в каскадах. Предложены критерии, позволяющие...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2017
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130098 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы / В.П. Зайков, В.И. Мещеряков, Ю.И. Журавлёв // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 4-5. — С. 32-39. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-130098 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1300982018-02-06T03:03:51Z Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы Зайков, В.П. Мещеряков, В.И. Журавлёв, Ю.И. Обеспечение тепловых режимов Проведен сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ при вариации геометрии ветвей термоэлементов в каскадах и перепадов температуры для характерных токовых режимов работы при условии одинаковой конфигурации ветвей в каскадах. Предложены критерии, позволяющие вести построение двухкаскадных ТЭУ повышенной надежности, выбирая токовый режим работы при заданной геометрии ветвей термоэлементов в каскадах с учетом весомости каждого из ограничительных факторов. Проведено порівняльний аналіз основних параметрів і показників надійності двокаскадних ТЕУ при варіації геометрії гілок термоелементів в каскадах і перепадів температури для характерних струмо вих режимів роботи за умови однакової конфігурації гілок в каскадах. Запропоновано критерії, що дозволяють вести побудову двокаскадних ТЕУ підвищеної надійності, вибираючи струмовий режим роботи при заданій геометрії гілок термоелементів в каскадах з урахуванням вагомості кожного з обмежувальних чинників. The paper presents a comparative analysis of the main parameters and reliability indices of two-stage thermoelectric devices with a variation in the geometry of the branches of thermoelements in cascades and temperature drops for characteristic current operating modes under the condition of identical configuration of branches in cascades. The authors propose criteria that allow building two-stage high-reliability thermoelectric devices choosing the current operation mode for a given geometry of the branches of thermoelements in cascades, considering the significance of each of the limiting factors. 2017 Article Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы / В.П. Зайков, В.И. Мещеряков, Ю.И. Журавлёв // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 4-5. — С. 32-39. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2017.4-5.32 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130098 621.362–192 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Обеспечение тепловых режимов Обеспечение тепловых режимов |
| spellingShingle |
Обеспечение тепловых режимов Обеспечение тепловых режимов Зайков, В.П. Мещеряков, В.И. Журавлёв, Ю.И. Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Проведен сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ при вариации геометрии ветвей термоэлементов в каскадах и перепадов температуры для характерных токовых режимов работы при условии одинаковой конфигурации ветвей в каскадах. Предложены критерии, позволяющие вести построение двухкаскадных ТЭУ повышенной надежности, выбирая токовый режим работы при заданной геометрии ветвей термоэлементов в каскадах с учетом весомости каждого из ограничительных факторов. |
| format |
Article |
| author |
Зайков, В.П. Мещеряков, В.И. Журавлёв, Ю.И. |
| author_facet |
Зайков, В.П. Мещеряков, В.И. Журавлёв, Ю.И. |
| author_sort |
Зайков, В.П. |
| title |
Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы |
| title_short |
Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы |
| title_full |
Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы |
| title_fullStr |
Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы |
| title_full_unstemmed |
Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы |
| title_sort |
сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных тэу с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Обеспечение тепловых режимов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130098 |
| citation_txt |
Сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных ТЭУ с различной геометрией ветвей термоэлементов в различных режимах работы / В.П. Зайков, В.И. Мещеряков, Ю.И. Журавлёв // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2017. — № 4-5. — С. 32-39. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT zajkovvp sravnitelʹnyjanalizosnovnyhparametrovipokazatelejnadežnostidvuhkaskadnyhtéusrazličnojgeometriejvetvejtermoélementovvrazličnyhrežimahraboty AT meŝerâkovvi sravnitelʹnyjanalizosnovnyhparametrovipokazatelejnadežnostidvuhkaskadnyhtéusrazličnojgeometriejvetvejtermoélementovvrazličnyhrežimahraboty AT žuravlëvûi sravnitelʹnyjanalizosnovnyhparametrovipokazatelejnadežnostidvuhkaskadnyhtéusrazličnojgeometriejvetvejtermoélementovvrazličnyhrežimahraboty |
| first_indexed |
2025-07-09T12:51:28Z |
| last_indexed |
2025-07-09T12:51:28Z |
| _version_ |
1837173824802521088 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
32
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
ÓÄÊ 621.362–192
К. т. н. В. П. ЗАЙКОВ, д. т. н. В. И. МЕЩЕРЯКОВ1, к. т. н. Ю. И. ЖУРАВЛЁВ2
Óêðàèíà, 1Одессêèй госудàðствеííый эêологèчесêèй уíèвеðсèтет,
2Нàцèоíàльíый уíèвеðсèтет «Одессêàя моðсêàя àêàдемèя»
E-mail: gradan@ua.fm
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
И ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДВÓХКАСКАДНЫХ
ТЭÓ С РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ ВЕТВЕЙ
ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
В íàстоящее вðемя для обеспечеíèя тепло-
вых ðежèмов (ÎÒÐ) элемеíтов è состàвíых чà-
стей ðàдèоэлеêтðоííой àппàðàтуðы шèðоêое
пðèмеíеíèе íàшлè теðмоэлеêтðèчесêèе устðой-
ствà (ÒЭУ), облàдàющèе тàêèмè достоèíствà-
мè, êàê высоêàя íàдежíость, отсутствèе шумà
è вèбðàцèй, êомпàêтíость, эêологèчíость è дð.
[1—3]. Посêольêу поêàзàтелè íàдежíостè пðè-
меíяемых сèстем ОТР должíы соответствовàть
пðедъявляемым ê àппàðàтуðе тðебовàíèям, оце-
íèвàть èх íеобходèмо вместе с охлàждàющèмè
возможíостямè уже íà этàпе пðоеêтèðовàíèя.
В теðмоэлеêтðèчесêом пðèбоðостðоеíèè для
êîíñòðóèðîâàíèÿ îдíî- è мíîãîêàñêàдíыõ ÒЭÓ
èспользуются теðмоэлеêтðèчесêèе модулè ðàз-
лèчíых тèпоðàзмеðов è элеêтðèчесêой мощíостè.
В этом случàе пеðед ðàзðàботчèêом стоèт пðо-
блемà выбоðà ðàцèоíàльíого вàðèàíтà геометðèè
ветвей теðмоэлемеíтов è тоêового ðежèмà ðàбо-
ты ТЭÓ для оптèмàльíого ðешеíèя постàвлеí-
íой зàдàчè с учетом зàдàííых огðàíèчеíèй (эíеð-
гопотðеблеíèе, велèчèíà ðàбочего тоêà è íàпðя-
жеíèя, êолèчество теðмоэлемеíтов, мàссà è гà-
бàðèтíые ðàзмеðы, уðовеíь íàдежíостè è т. д.).
Целью íàстоящей ðàботы является устàíовле-
íèе влèяíèя êоíфèгуðàцèè ветвей теðмоэлемеí-
тов íà осíовíые пàðàметðы è поêàзàтелè íàдеж-
íостè двухêàсêàдíых ТЭÓ è пðоведеíèе сðàв-
íèтельíого àíàлèзà èх хàðàêтеðèстèê в ðàзлèч-
íых ðежèмàх ðàботы.
Осíовíые пàðàметðы è поêàзàтелè íàдежíо-
стè двухêàсêàдíого ТЭÓ былè ðàссчèтàíы для
чåòыðåõ òîêîâыõ ðåжèмîâ ðàбîòы: мàêñèмàëьíîé
холодопðоèзводèтельíостè (Qomax) è мèíèмàль-
íой èíтеíсèвíостè отêàзов (lmin), à тàêже пðо-
межуточíых ðежèмов (Q0/I)max è (Q0/I2)max.
Проведен сравнительный анализ основных параметров и показателей надежности двухкаскадных
ТЭУ при вариации геометрии ветвей термоэлементов в каскадах и перепадов температуры для
характерных токовых режимов работы при условии одинаковой конфигурации ветвей в каскадах.
Предложены критерии, позволяющие вести построение двухкаскадных ТЭУ повышенной надежно-
сти, выбирая токовый режим работы при заданной геометрии ветвей термоэлементов в каскадах
с учетом весомости каждого из ограничительных факторов.
Ключевые слова: термоэлектрическое охлаждающее устройство, термоэлемент, геометрия ветви,
токовый режим работы, показатели надежности.
Рàсчеты пðоводèлèсь для ðàзлèчíых зíàче-
íèй отíошеíèя высоты ветвè êàсêàдà l ê пло-
щàдè ее попеðечíого сечеíèя S пðè условèè,
что геометðèя ветвей в êàсêàдàх одèíàêовà,
т. е. (l/S)1 = (l/S)2 = l/S, пðè следующèх èс-
õîдíыõ дàííыõ:
— холодопðоèзводèтельíость Q0 = 2 Вт;
— темпеðàтуðà тепловыделяющего спàя
Т = 300 К;
— дèàпàзоí èзмеíеíèя общего пеðепàдà тем-
пеðàтуðы DT = 60—90 Ê;
— дèàпàзоí èзмеíеíèя геометðèè ветвей
l/S = 2—20 см–1;
— íомèíàльíàя èíтеíсèвíость отêàзов
l0 = 3•10–8 1/ч;
— íàзíàчеííый ðесуðс t = 104 ч.
Вычèслеíèя пðоводèлèсь по соотíошеíèям,
ïðèâåдåííым â [4, 5], дëÿ ñëåдóющèõ âåëèчèí
(i в обозíàчеíèях озíàчàет пðèíàдлежíость пà-
ðàмåòðà ê ñîîòâåòñòâóющåмó êàñêàдó):
I — ðàбочèй тоê ТЭÓ;
Вi — отíосèтельíый ðàбочèй тоê;
Imaxi — мàêсèмàльíый ðàбочèй тоê;
ni — êолèчество теðмоэлемеíтов;
Т0 — темпеðàтуðà теплопоглощàющего спàя, К;
Т1 — пðомежуточíàя темпеðàтуðà;
Qi — отíосèтельíый пеðепàд темпеðàтуðы;
WΣΣ — мîщíîñòь ïîòðåбëåíèÿ ÒЭÓ;
Е — холодèльíый êоэффèцèеíт;
UΣΣ — ïàдåíèå íàïðÿжåíèÿ íà ÒЭÓ;
l — èíтеíсèвíость отêàзов ТЭÓ;
l/l0 — отíосèтельíàя велèчèíà èíтеíсèвíо-
стè отêàзов ТЭÓ;
Р — веðоятíость безотêàзíой ðàботы ТЭÓ.
DOI: 10.15222/TKEA2017.4-5.32
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
33
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
Результàты ðàсчетов пðèведеíы в табл. 1—4.
Аíàлèз ðàсчетíых дàííых поêàзàл, что для
всех èсследовàííых ðежèмов ðàботы двухêà-
сêàдíых ТЭÓ пðè зàдàííой тепловой íàгðузêе
Q0 с уменьшением отношения l/S для ðàзлèч-
íых зíàчеíèй пеðепàдà темпеðàтуðы DT:
— увелèчèвàется ðàбочèй тоê I;
— увелèчèвàется мàêсèмàльíый ðàбочèй тоê
Imaxi в êàсêàдàх;
— умеíьшàется общее пàдеíèе íàпðяжеíèя UΣ;
— умеíьшàется суммàðíое êолèчество теðмо-
элемеíтов n1 + n2;
— умеíьшàется èíтеíсèвíость отêàзов l;
— увелèчèвàется веðоятíость безотêàзíой
ðàботы P.
Пðè этом следует отметèть, что от геометðèè
ветвей теðмоэлемеíтов íе зàвèсят тàêèе велèчè-
íы, êàê пðомежуточíàя темпеðàтуðà Т1, отíосè-
тельíый ðàбочèй тоê êàсêàдà Bi, отíосèтельíый
пеðепàд темпеðàтуðы в êàсêàдàх Qi, суммàðíàя
мощíость потðеблеíèя WΣ, холодèльíый êоэф-
фèцèеíт E, отíошеíèе êолèчествà теðмоэлемеí-
тов в êàсêàдàх n1/n2.
Для всех èсследовàííых тоêовых ðежèмов ðà-
боты двухêàсêàдíого ТЭÓ пðè зàдàííой тепло-
вой íàгðузêе Q0 с ростом перепада температу-
ры DT для ðàзлèчíых зíàчеíèй отíошеíèя l/S:
— умеíьшàется пðомежуточíàя темпеðàту-
ðà T1 (рис. 1), êотоðàя íе зàвèсèт от ðежèмà
ðàботы;
— отíосèтельíый ðàбочèй тоê в êàсêàдàх
увелèчèвàется во всех ðàссмотðеííых ðежèмàх,
êðоме ðежèмà Q0max, где B1 остàется постояí-
íым, à B2 умеíьшàется (рис. 2);
— велèчèíà ðàбочего тоêà I увелèчèвàется
во всех ðàссмотðеííых ðежèмàх, êðоме ðежè-
мà Q0max, где I умеíьшàется;
— мàêсèмàльíый ðàбочèй тоê в êàсêàдàх íе-
зíàчèтельíо умеíьшàется;
— суммàðíое êолèчество теðмоэлемеíтов уве-
лèчèвàется (см. рис. 3, где пðедстàвлеíы дàí-
l/S,
см–1
Режèм ðà-
боты B1 B2 I, А n1,
шт.
n2,
шт. n1/n2
n1+n2,
шт.
WΣ,
Вт
UΣ,
В E l/l0 P
40
Qomax 1,0 0,97 1,20 68,2 249,0 0,27 317,2 41,4 34,8 0,048 292,0 0,9162
(Q0/I)max 0,65 0,63 0,81 81,8 199,5 0,41 281,3 17,1 21,2 0,117 45,7 0,9864
(Q0/I2)max 0,43 0,41 0,50 160 339,2 0,47 500 13,4 26,7 0,150 13,3 0,9960
lmin 0,33 0,32 0,39 320 730 0,44 1050 17,9 45,8 0,112 9,2 0,9972
20
Qomax 1,0 0,97 2,40 34,1 124,4 0,27 158,5 41,4 17,5 0,048 146 0,9572
(Q0/I)max 0,65 0,63 1,61 40,8 100,0 0,41 140,8 17,1 10,6 0,117 22,8 0,9932
(Q0/I2)max 0,43 0,41 1,0 80,0 170 0,47 250 13,4 13,4 0,150 6,65 0,9980
lmin 0,33 0,32 0,78 160,4 366,5 0,44 527 17,9 22,9 0,112 4,6 0,9986
10
Qomax 1,0 0,97 4,75 17,0 62,0 0,27 79,0 41,4 8,7 0,048 72,7 0,9784
(Q0/I)max 0,65 0,63 3,20 20,4 50,0 0,41 70,4 17,1 5,3 0,117 11,4 0,9966
(Q0/I2)max 0,43 0,41 2,0 40,0 84,6 0,47 125 13,4 6,61 0,150 3,33 0,9990
lmin 0,33 0,32 1,56 80,0 181 0,44 261 17,9 11,4 0,112 2,3 0,99931
4,5
Qomax 1,0 0,97 10,6 7,6 27,9 0,27 35,5 41,4 3,9 0,048 32,8 0,9902
(Q0/I)max 0,65 0,63 7,2 9,2 22,5 0,41 31,7 17,1 2,4 0,117 5,1 0,0085
(Q0/I2)max 0,43 0,41 4,5 17,9 38,0 0,47 55,9 13,4 3,0 0,150 1,5 0,99955
lmin 0,33 0,32 3,5 35,9 81,6 0,44 117,6 17,9 5,2 0,112 1,0 0,99969
2,0
Qomax 1,0 0,97 23,7 3,4 12,4 0,27 15,8 41,4 1,74 0,048 14,0 0,9958
(Q0/I)max 0,65 0,63 16,1 4,0 9,8 0,41 13,8 17,1 1,06 0,117 2,3 0,99932
(Q0/I2)max 0,43 0,41 10,1 8,0 17,0 0,47 25,0 13,4 1,32 0,150 0,67 0,99980
lmin 0,33 0,32 7,8 16,0 36,5 0,44 52,5 17,9 2,30 0,112 0,56 0,99986
Тàблèцà 1
Основные параметры и показатели надежности двухкаскадного ТЭУ, полученные для различных
режимов работы при T = 300 К; DT = 60 К; Q0 = 2 Вт; T1 = 267 К; Q1 = 0,426; Q2 = 0,39
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
34
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
l/S,
см–1
Режèм ðà-
боты B1 B2 I, А n1,
шт.
n2,
шт. n1/n2
n1+n2,
шт.
WΣ,
Вт
UΣ,
В E l/l0 P
40
Qomax 1,0 0,96 1,17 96,6 376,8 0,256 473,4 60,0 51,3 0,033 427,8 0,8796
(Q0/I)max 0,65 0,63 0,90 110,4 314,6 0,351 425 31,5 35,0 0,0635 116,0 0,9656
(Q0/I2)max 0,56 0,54 0,65 172,6 424,6 0,40 587,2 25,8 39,7 0,0775 52,9 0,99842
lmin 0,46 0,44 0,53 300,4 733 0,41 1033 30,7 57,9 0,0652 37,4 0,9886
20
Qomax 1,0 0,96 2,33 48,3 188,4 0,256 236,7 60,0 25,7 0,033 213,9 0,9379
(Q0/I)max 0,65 0,63 1,80 55,2 157,3 0,351 212,5 31,5 17,6 0,0635 58,2 0,9828
(Q0/I2)max 0,56 0,54 1,31 86,3 212,6 0,40 299,0 25,8 19,7 0,0775 26,47 0,9921
lmin 0,46 0,44 1,06 150,2 366 0,41 516,3 30,7 28,9 0,0652 18,7 0,9944
10
Qomax 1,0 0,96 4,65 24,3 94,7 0,256 119,0 60,0 12,9 0,033 107,7 0,9682
(Q0/I)max 0,65 0,63 3,60 27,6 78,7 0,351 106,3 31,5 8,76 0,0635 29,1 0,9914
(Q0/I2)max 0,56 0,54 2,61 43,2 106,4 0,40 149,6 25,8 9,90 0,0775 13,25 0,9960
lmin 0,46 0,44 2,12 75,4 183 0,41 258,5 30,7 14,5 0,0652 9,4 0,9972
4,5
Qomax 1,0 0,96 10,35 10,9 42,5 0,256 53,4 60,0 5,8 0,033 48,4 0,9856
(Q0/I)max 0,65 0,63 8,0 12,4 35,3 0,351 47,7 31,5 3,94 0,0635 13,1 0,9963
(Q0/I2)max 0,56 0,54 5,81 19,4 47,7 0,40 67,1 25,8 4,45 0,0775 5,94 0,9982
lmin 0,46 0,44 4,71 33,9 82,0 0,41 115,9 30,7 6,5 0,0652 4,23 0,9987
2,0
Qomax 1,0 0,96 23,3 4,8 18,8 0,256 23,6 60,0 2,56 0,033 21,5 0,9936
(Q0/I)max 0,65 0,63 18,0 5,6 16,0 0,351 21,6 31,5 1,76 0,0635 5,9 0,9982
(Q0/I2)max 0,56 0,54 13,1 8,6 21,2 0,40 29,8 25,8 1,97 0,0775 2,64 0,99921
lmin 0,46 0,44 10,6 15,0 36,6 0,41 51,6 30,7 2,9 0,0652 1,87 0,99944
íые для ðежèмà Q0max, для остàльíых ðежèмов
хàðàêтеð зàвèсèмостей àíàлогèчíый);
— увелèчèвàется отíосèтельíый пеðепàд тем-
пеðàтуðы в êàсêàдàх (рис. 4);
— умеíьшàется холодèльíый êоэффèцèеíт
(рис. 5);
— умеíьшàется отíошеíèе êолèчествà теðмо-
элемеíтов в êàсêàдàх n1/n2 (рис. 6).
Пðèведеííые ðàсчетíые дàííые уêàзывàют
íà то, что íà пàðàметðы ТЭÓ достàточíо сèль-
íо влèяет êàê геометðèя ветвей теðмоэлемеíтов,
тàê è ðежèм ðàботы. Тàêèм обðàзом, очевèдíо,
что ðàзðàботчèêàм êàсêàдíых ТЭÓ пðèходèтся
ðешàть мíогоêðèтеðèàльíую зàдàчу, посêоль-
êó îбычíî ïðè èõ ïðîåêòèðîâàíèè ñòðåмÿòñÿ ê:
— сíèжеíèю ðàбочего тоêà I;
— повышеíèю пàдеíèя íàпðяжеíèя U;
— увелèчеíèю холодèльíого êоэффèцèеíтà E;
— умеíьшеíèю суммàðíого êолèчествà теð-
моэлемеíтов n1+n2;
— умеíьшеíèю èíтеíсèвíостè отêàзов l, à
следовàтельíо ê увелèчеíèю веðоятíостè безот-
êàзíой ðàботы P.
Пðè ðàцèоíàльíом постðоеíèè ТЭÓ геоме-
тðèю теðмоэлемеíтов è тоêовый ðежèм следует
выбèðàть с учетом весомостè êàждого èз пеðе-
чèслеííых пàðàметðов, è для возможíостè пðо-
ведеíèя сðàвíèтельíого àíàлèзà пðедлàгàется
èñïîëьзîâàòь ñëåдóющèå êðèòåðèè:
min ;I
j
I
K
I min
;
j
U
U
K
U
min
1 2
1 2
;
j
n
n n
K
n n
min
0
0
/
/
j
K ,
где èíдеêс lmin озíàчàет, что ðàссмàтðèвàемый
пàðàметð был получеí в ðежèме мèíèмàльíой
èíтеíсèвíостè отêàзов, à èíдеêс j — в любом
дðугом ðежèме.
Этè êðèтеðèè пðедстàвляют собой отíосè-
тельíые велèчèíы, состàвлеííые с учетом того,
что в ðежèме lmin обеспечèвàются íàèбольшèе
по сðàвíеíèю с дðугèмè ðежèмàмè зíàчеíèя пà-
деíèя íàпðяжеíèя è суммàðíого êолèчествà теð-
моэлемеíтов è íàèмеíьшèе зíàчеíèя ðàбочего
Тàблèцà 2
Основные параметры и показатели надежности двухкаскадного ТЭУ, полученные для различных
режимов работы при T = 300 К; DT = 70 К; Q0 = 2 Вт; T1 = 262 К; Q1 = 0,56; Q2 = 0,47
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
35
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
l/S,
см–1
Режèм
ðàботы B1 B2 I, А n1,
шт.
n2,
шт. n1/n2
n1+n2,
шт.
WΣ,
Вт
UΣ,
В E l/l0 P
40
Qomax 1,0 0,94 1,12 169,2 734 0,23 903,2 107,5 96,0 0,0186 776 0,7923
(Q0/I)max 0,83 0,78 0,98 165,4 612 0,27 777,4 68,4 70,1 0,0292 322,4 0,9078
(Q0/I2)max 0,72 0,67 0,80 234,4 752,4 0,31 986,6 63,2 79,0 0,0316 229,4 0,9335
lmin 0,63 0,59 0,71 325 1008 0,32 1333 67,4 95,0 0,0297 183 0,9466
20
Qomax 1,0 0,94 2,24 84,6 376,0 0,23 451,4 107,5 48,0 0,0186 388 0,8900
(Q0/I)max 0,83 0,78 1,95 82,6 305,6 0,27 388,1 68,4 35,1 0,0292 161,4 0,9528
(Q0/I2)max 0,72 0,67 1,61 117,2 376,2 0,31 493,4 63,2 39,3 0,0316 114,7 0,9662
lmin 0,63 0,59 1,41 162,5 502,2 0,32 664,7 67,4 47,8 0,0297 91,5 0,9729
10
Qomax 1,0 0,94 4,49 41,9 182,0 0,23 223,9 107,5 23,9 0,0186 193 0,9438
(Q0/I)max 0,83 0,78 3,90 41,4 153,2 0,27 194,6 68,4 17,6 0,0292 81,0 0,9760
(Q0/I2)max 0,72 0,67 3,21 58,6 188,1 0,31 246,7 63,2 19,7 0,0316 57,4 0,9829
lmin 0,63 0,59 2,83 81,0 250,1 0,32 331,1 67,4 23,8 0,0297 45,6 0,9864
4,5
Qomax 1,0 0,94 9,97 18,9 81,9 0,23 100,8 107,5 10,8 0,0186 86,8 0,9743
(Q0/I)max 0,83 0,78 8,67 18,6 68,4 0,27 87,0 68,4 7,89 0,0292 36,4 0,9891
(Q0/I2)max 0,72 0,67 7,14 26,4 84,7 0,31 111,0 63,2 8,9 0,0316 25,8 0,9923
lmin 0,63 0,59 6,28 40,5 125,5 0,32 166,0 67,4 10,7 0,0297 22,8 0,9932
2,0
Qomax 1,0 0,94 22,4 8,4 36,5 0,23 44,9 107,5 4,8 0,0186 39,7 0,9882
(Q0/I)max 0,83 0,78 19,5 8,2 30,3 0,27 38,5 68,4 3,5 0,0292 16,2 0,9952
(Q0/I2)max 0,72 0,67 16,0 9,1 29,3 0,31 38,4 63,2 3,96 0,0316 9,8 0,9971
lmin 0,63 0,59 14,1 16,2 50,3 0,32 66,5 67,4 4,8 0,0297 9,0 0,9973
Тàблèцà 3
Основные параметры и показатели надежности двухкаскадного ТЭУ, полученные для различных режи-
мов работы при T = 300 К; DT = 80 К; Q0 = 2 Вт; T1 = 256 К; Q1 = 0,716; Q2 = 0,57
Рèс. 1. Зàвèсèмость пðомежуточíой темпеðàтуðы Т1
двухêàсêàдíого ТЭÓ от общего пеðепàдà темпеðàту-
ðы DТ пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вт
Рèс. 2. Зàвèсèмость отíосèтельíого ðàбочего тоêà
пеðвого (В1) è втоðого (В2) êàсêàдов двухêàсêàд-
íого ТЭÓ от общего пеðепàдà темпеðàтуðы DТ пðè
Т = 300 К; Q0 = 2 Вò дëÿ ðàзëèчíыõ ðåжèмîâ ðàбîòы:
1 — Q0max; 2 — (Q0/I)max; 3 — (Q0/I2)max; 4 — lmin
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
36
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
l/S,
см–1
Режèм ðà-
боты B1 B2 I, А n1,
шт.
n2,
шт. n1/n2
n1+n2,
шт.
WΣ,
Вт UΣ, В E l/l0 P
40
Qomax 1,0 0,91 1,1 582 3054 0,19 3636 402,0 373,6 0,0050 2862 0,4238
(Q0/I)max 0,95 0,87 1,07 572 2860 0,20 3432 359,0 335,6 0,00557 2236 0,5113
(Q0/I2)max 0,91 0,83 0,98 643,8 3019 0,21 3663 338,6 347,3 0,00591 2000 0,5488
lmin 0,87 0,80 0,94 701,4 3226 0,22 3928 339,0 361,0 0,0059 1849 0,5742
20
Qomax 1,0 0,91 2,15 291 1527 0,19 1818 402,0 186,8 0,0050 1431 0,6510
(Q0/I)max 0,95 0,87 2,13 286 1430 0,20 1716 359,0 168,5 0,00557 1118 0,7150
(Q0/I2)max 0,91 0,83 1,95 321,9 1510 0,21 1832 338,6 173,6 0,00591 988,9 0,7410
lmin 0,87 0,80 1,88 350,7 1613 0,22 1964 339,0 180,3 0,0059 924,6 0,7578
10
Qomax 1,0 0,91 4,31 145,0 763 0,19 908,7 402,0 93,4 0,0050 715 0,8069
(Q0/I)max 0,95 0,87 4,26 143,0 715 0,20 858 359,0 84,3 0,00557 558 0,8459
(Q0/I2)max 0,91 0,83 3,90 160,6 753,7 0,21 914,3 338,6 86,8 0,00591 500 0,8607
lmin 0,87 0,80 3,76 175,4 808 0,22 983,0 339,0 90,1 0,0059 463 0,8704
4,5
Qomax 1,0 0,91 9,57 65,2 342 0,19 407,0 402,0 42,0 0,0050 320,9 0,9082
(Q0/I)max 0,95 0,87 9,47 64,4 322 0,20 386,4 359,0 37,9 0,00557 251,4 0,9274
(Q0/I2)max 0,91 0,83 8,86 72,2 338,7 0,21 410,9 338,6 39,0 0,00591 224,7 0,9348
lmin 0,87 0,80 8,40 78,9 363 0,22 441,8 339,0 40,6 0,0059 208,0 0,9395
2,0
Qomax 1,0 0,91 21,5 29,1 152,7 0,19 181,8 402,0 18,7 0,0050 144 0,9577
(Q0/I)max 0,95 0,87 21,3 38,6 143,0 0,20 171,6 359,0 16,9 0,00557 112 0,9670
(Q0/I2)max 0,91 0,83 19,5 32,0 150,0 0,21 182,0 338,6 17,4 0,00591 97,6 0,9711
lmin 0,87 0,80 18,8 35,1 161,5 0,22 196,6 339,0 18,0 0,0059 92,6 0,9725
Рèс. 3. Зàвèсèмость суммàðíого êолèчествà теðмо-
элемеíтов двухêàсêàдíого ТЭÓ от общего пеðепàдà
темпеðàтуðы DТ для ðàзлèчíых зíàчеíèй отíошеíèя
l/S пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вт в ðежèме Q0max
Рèс. 4. Зàвèсèмость отíосèтельíого пеðепàдà
темпеðàтуðы в êàсêàдàх двухêàсêàдíого ТЭÓ
от общего пеðепàдà темпеðàтуðы DТ
пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вт
Тàблèцà 4
Основные параметры и показатели надежности двухкаскадного ТЭУ, полученные для различных режи-
мов работы при T = 300 К; ∆T = 90 К; Q0 = 2 Вт; T1 = 250 К; Q1 = 0,91; Q2 = 0,68
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
37
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
тоêà è èíтеíсèвíостè отêàзов. Óдобство опеðè-
ðовàíèя тàêèмè êðèтеðèямè обусловлеíо тем,
чòî îíè íå зàâèñÿò îò ãåîмåòðèè âåòâåé òåðмî-
элемеíтов è позволяют оцеíèть èзмеíеíèя ве-
сомых пàðàметðов пðè пеðеходе от ðежèмà lmin
ê êàêîмó-ëèбî дðóãîмó.
Из пðедстàвлеííых íà рис. 7—10 зàвèсèмо-
стей можíо увèдеть, íàсêольêо пðè фèêсèðовàí-
íом пеðепàде темпеðàтуðы DT è пðочèх ðàвíых
условèях зíàчеíèя I, n1+n2, U, l/l0 в выбðàí-
íом ðежèме отлèчàются от этèх зíàчеíèй в ðе-
жèме lmin. Нàпðèмеð, пðè DT = 70 К по сðàв-
íеíèю с ðежèмом lmin:
— ðàбочèй тоê в ðежèме Q0max увелèчèвàет-
ся в 2,2 ðàзà, в ðежèме (Q0/I)max — в 1,7 ðàз,
в ðежèме (Q0/I2)max — в 1,23 ðàзà (ðèс. 7);
— суммàðíое êолèчество теðмоэлемеíтов в ðе-
жèме Q0max увелèчèвàется в 2,2 ðàзà, в ðежèме
(Q0/I)max — в 2,4 ðàзà, в ðежèме (Q0/I2)max —
â 1,7 ðàз (ðèñ. 8);
— пàдеíèе íàпðяжеíèя íà ТЭÓ в ðежèме Q0max
умеíьшàется в 1,2 ðàзà, в ðежèме (Q0/I)max —
â 2,9 ðàз, â ðåжèмå (Q0/I2)max — â 1,9 ðàз
(ðèñ. 9);
Рèñ. 5. Зàâèñèмîñòь õîëîдèëьíîãî êîýффèцèåíòà Е
двухêàсêàдíого ТЭÓ от общего пеðепàдà темпеðàту-
ðы DТ для ðàзлèчíых ðежèмов ðàботы è êоíфèгуðà-
цèè ветвей теðмоэлемеíтов пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вò:
1 — Q0max; 2 — (Q0/I)max; 3 — (Q0/I2)max; 4 — lmin
Рèс. 6. Зàвèсèмость отíошеíèя êолèчествà теðмо-
элемеíтов в смежíых êàсêàдàх n1/n2 двухêàсêàд-
íого ТЭÓ от общего пеðепàдà темпеðàтуðы DТ для
ðàзлèчíых ðежèмов ðàботы è геометðèè ветвей теð-
мо элемеíтов пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вò:
1 — Q0max; 2 — (Q0/I)max; 3 — (Q0/I2)max; 4 — lmin
Рèс. 7. Зàвèсèмость êðèтеðèя КI от общего пеðепàдà
темпеðàтуðы DТ пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вò:
1 — min
0max
I
Q
I
K
I
; 2 —
min
0 max
/
I
Q I
I
K
I
;
3 —
min
2
0 max
/
I
Q I
I
K
I
; 4 — min
min
I
I
K
I
Рèñ. 8. Зàâèñèмîñòь êðèòåðèÿ Кn от общего пеðепàдà
темпеðàтуðы DТ пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вò:
1 —
0max
min
1 2
1 2
Q
n
n n
K
n n
; 2 —
0 max
min
1 2 /
1 2
Q I
n
n n
K
n n
;
3 —
2
0 max
min
1 2 /
1 2
Q I
n
n n
K
n n
; 4 —
min
min
1 2
1 2
n
n n
K
n n
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
38
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
— èíтеíсèвíость отêàзов в ðежèме Q0max
увелèчèвàется в 11 ðàз, в ðежèме (Q0/I)max —
в 3,1 ðàзà, в ðежèме (Q0/I2)max — в 1,7 ðàзà
(ðèс. 10).
* * *
Тàêèм обðàзом, пðоведеííый àíàлèз поêà-
зàл зàвèсèмость осíовíых пàðàметðов è поêà-
зàтелей íàдежíостè двухêàсêàдíого ТЭÓ è от
геометðèè ветвей теðмоэлемеíтов, è от тоêового
ðежèмà ðàботы. Пðедложеííые êðèтеðèè оцеí-
êè весомых хàðàêтеðèстèê ТЭÓ помогут ðàзðà-
ботчèêàм пðоводèть ðàцèоíàльíое постðоеíèе
теðмоэлеêтðèчесêèх охлàждàющèх двухêàсêàд-
íых устðойств, обеспечèвàющèх высоêую íà-
дежíость пðè пðèемлемом эíеðгопотðеблеíèè
è мàлых гàбàðèтíых ðàзмеðàх.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Diana Enescu, Elena Otilia Virjoghe. A review on
thermoelectric cooling parameters and performance //
Renewable and Sustainable Energy Reviews.— 2014.—
Vol. 38.— P. 903—916.— https://doi.org/10.1016/j.
rser.2014.07.045
2. Zheng X.F., Liu C.X., Yan Y.Y., Wang Q. A review
of thermoelectrics research – Recent developments and
potentials for sustainable and renewable energy applications
// Renewable and Sustainable Energy Reviews.— 2014.—
Vol. 32.— Р. 486—503.— https://doi.org/10.1016/j.
rser.2013.12.053
3. S.B Riffat, Xiaoli Ma. Thermoelectrics: a review of
present and potential applications // Applied Thermal
Engineering.— 2003.— Vol. 23, iss. 8.— P. 913—935.—
https://doi.org/10.1016/S1359-4311(03)00012-7
4. Зàйêов В. П., Кèíшовà Л. А., Моèсеев В. Ф.
Пðогíозèðовàíèе поêàзàтелей íàдежíостè теðмоэлеêтðè-
чесêèх охлàждàющèх устðойств. Кíèгà 1. Одíоêàсêàдíые
óñòðîéñòâà.— Одåññà: Пîëèòåõïåðèîдèêà, 2009.
5. Зàéêîâ В. П., Мåщåðÿêîâ В. И., Жóðàâëåâ Ю. И.
Влèяíèе эффеêтèвíостè èсходíых мàтеðèàлов íà поêà-
зàтелè íàдежíостè теðмоэлеêтðèчесêèх охлàждàющèх
óñòðîéñòâ. Чàñòь 2: Äâóõêàñêàдíыå ÒЭÓ // Òåõíîëîãèÿ
è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.— 2015.—
¹ 2–3.— С. 34—38.— http://dx.doi.org/10.15222/
TKEA2015.2-3.34
Äата поступления рукописи
в редакцию 15.07 2017 г.
Рèс. 10. Зàвèсèмость êðèтеðèя КΣ от общего пеðепà-
дà темпеðàтуðы DТ пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вò:
1 —
min
0max
0
0
/
/
Q
K ; 2 —
min
0 max
0
0 /
/
/
Q I
K ;
3 —
min
2
0 max
0
0 /
/
/
Q I
K ; 4 —
min
min
0
0
/
/
K
Рèñ. 9. Зàâèñèмîñòь êðèòåðèÿ КU от общего пеðепàдà
темпеðàтуðы DТ пðè Т = 300 К; Q0 = 2 Вò:
1 — 0max
min
Q
U
U
K
U
; 2 —
0 max
min
/
Q I
U
U
K
U
;
3 —
2
0 max
min
/
Q I
U
U
K
U
; 4 — min
min
U
U
K
U
В. П. ЗАЙКОВ, В. І. МЕЩЕРЯКОВ1, Ю. І. ЖУРАВЛЬОВ2
Óêðàїíà, 1Одесьêèй деðжàвíèй еêологічíèй уíівеðсèтет,
2Нàціоíàльíèй уíівеðсèтет «Одесьêà моðсьêà àêàдемія»
E-mail: gradan@ua.fm
ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ І ПОКАЗНИКІВ
НАÄІЙНОСÒІ ÄВОÊАСÊАÄНИХ ÒЕÓ З РІЗНОЮ ГЕОМЕÒРІЄЮ ГІЛОÊ
ТЕРМОЕЛЕМЕНТІВ В РІЗНИХ РЕЖИМАХ РОБОТИ
Проведено порівняльний аналіз основних параметрів і показників надійності двокаскадних ТЕУ при
варіації геометрії гілок термоелементів в каскадах і перепадів температури для характерних струмо-
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2017, ¹ 4–5
39
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ISSN 2225-5818
вих режимів роботи за умови однакової конфігурації гілок в каскадах. Запропоновано критерії, що до-
зволяють вести побудову двокаскадних ТЕУ підвищеної надійності, вибираючи струмовий режим робо-
ти при заданій геометрії гілок термоелементів в каскадах з урахуванням вагомості кожного з обмежу-
вальних чинників.
Ключові слова: термоелектричний охолоджувальний пристрій, термоелемент, геометрія гілки, струмо-
вий режим роботи, показники надійності.
V. P. ZAIKOV, V. I. MESHCHERYAKOV1,
Yu. I. ZHURAVLYOV2
Ukraine, 1Odessa State Environmental University,
2National University «Odessa Maritime Academy»
E-mail: gradan@ua.fm
COMPARATIVE ANALYSIS OF THE MAIN RELIABILITY INDICES
AND PARAMETERS OF TWO-STAGE THERMOELECTRIC DEVICES
WITH DIFFERENT GEOMETRY OF THE BRANCHES OF THERMOELEMENTS
IN VARIOUS OPERATING MODES
The paper presents a comparative analysis of the main parameters and reliability indices of two-stage
thermoelectric devices with a variation in the geometry of the branches of thermoelements in cascades and
temperature drops for characteristic current operating modes under the condition of identical configuration of
branches in cascades. The authors propose criteria that allow building two-stage high-reliability thermoelectric
devices choosing the current operation mode for a given geometry of the branches of thermoelements in
cascades, considering the significance of each of the limiting factors.
Key words: thermoelectric cooling device, thermoelement, branch geometry, current operation mode, reliability
indicators.
DOI: 10.15222/TKEA2017.4-5.32
UDC 621.362–192
REFERENCES
1. Diana Enescu, Elena Otilia Virjoghe. A review on ther-
moelectric cooling parameters and performance. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 38, pp. 903—916.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.07.045
2. Zheng X.F., Liu C.X., Yan Y.Y., Wang Q. A review of
thermoelectrics research – Recent developments and potentials
for sustainable and renewable energy applications. Renewable
and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 32, pp. 486-503.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.12.053
3. S.B Riffat, Xiaoli Ma. Thermoelectrics: a review of pres-
ent and potential applications. Applied Thermal Engineering,
2003, vol. 23, iss. 8, pp. 913-935. https://doi.org/10.1016/
S1359-4311(03)00012-7
4. Zaikov V. P., Kinshova L. A., Moiseev V. F.
Prognozirovanie pokazatelei nadezhnosti termoelektricheskikh
okhlazhdayushchikh ustroistv. Kniga 1. Odnokaskadnye
ustroistva [Predicting reliability indicators of thermoelec-
tric cooling devices. Book 1. Single-stage devices], Odessa,
Politekhperiodika, 2009. (Rus)
5. Zaikov V. P., Meshcheryakov V. I., Zhuravlev Yu. I.
[Influence of the effectiveness of raw materials on the reli-
ability of thermoelectric cooling devices. Part 2: Two-stage
thermoelectric devices]. Tekhnologiya i konstruirovanie v
elektronnoi apparature, 2015, no 2–3, pp. 34-38. http://
dx.doi.org/10.15222/TKEA2015.2-3.34 (Rus)
ГОТОВИТСЯ К ПЕЧАТИ
Зайков Â. Ï., Ìещеряков Â. È., Æуравлёв Ю. È. Ïрогнозиро-
вание показателей надежности термоэлектрических охлаждаю-
щих устройств. Книга 3. Ìетоды повышения надежности тер-
моэлектрических охлаждающих устройств.— Îдесса: Ïолитех-
периодика, 2017.Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È
|