Термоелектричні модулі з різними способами контактного з’єднання напівпровідникових термоелементів

Анотація

У статті проаналізовано термоелектричні модулі з різними способами контактного з’єднання напівпровідникових термоелектричних елементів. Наведено деякі основні області застосування термоелектричних модулів, наприклад, в загальнопромислових блоках та вузлах, загальнопромисловій і судновій енергетиці, на транспорті, у вимірювальній техніці, в медичній техніці і харчовій промисловості. Широта та специфіка застосування термоелектричних модулів зумовлюють необхідність подальших пошукових досліджень по підвищенню термоелектричних ефектів та зменшенню термічних напружень в них.

Створено тривимірні геометричні моделі двох термоелектричних модулів, в яких застосовано різні способи контактного з’єднання напівпровідникових термоелектричних елементів. При цьому термоелектричні елементи обох модулів  представляли собою ланцюг з формою «П-подібної змійки». Термоелектричний модуль зі способом класичного з’єднання напівпровідникових термоелементів мав габаритні розміри 25,5×30×7 мм (без врахування товщини ізоляційного шару), а термоелектричний модуль зі способом короткого з’єднання мав габаритні розміри 35,5×42×9 мм (без врахування товщини ізоляційного шару). Кожен з двох розглянутих термоелектричних модулів складався з 39 напівпровідникових термоелектричних пар та містив 20 напівпровідників P-типу, 20 напівпровідників N-типу і 41 мідну контактну комутаційну пластину.

На базі тривимірних геометричних моделей було створено розрахункові моделі, сам розрахунок проводився чисельним методом. В результаті розрахунку отримано розподіл основних робочих параметрів по моделям термоелектричних модулів при силі струму 2,5 А. Побудовано функціональні залежності для температури, джоулевого нагріву, густини теплового потоку, густини струму, напруги та напруженості електричного поля для моделей термоелектричних модулів з різним контактним з’єднанням напівпровідникових термоелектричних елементів при зміні робочого струму в діапазоні від 0 до 2,5 А. Встановлено, що з’єднання напівпровідникових термоелектричних елементів способом короткого контактного з’єднання в ланцюг з формою «П-подібної змійки» для створення термоелектричного модуля призводить до утворення нерівномірності стаціонарного температурного поля на його гарячій стороні. При цьому температура в місцях «П-подібних поворотів змійки» знижується, а ефективність термоелектричного ефекту в таких термоелектричних модулях буде зменшеною.