Тhermoelectric modules with different methods of contact connection of semiconductor thermoelements

Authors

  • O.S. Kyrychenko State University of Infrastructure and Technology, Kyiv

DOI:

https://doi.org/10.33216/1998-7927-2023-277-1-31-37

Keywords:

thermoelectric modules, method of contact connection, semiconductor thermoelements, thermoelectric effect

Abstract

The article analyzes thermoelectric modules with various methods of contact connection of semiconductor thermoelectric elements. Some main areas of application of thermoelectric modules are given, for example, in general industrial blocks and units, general industrial power engineering and ship power engineering, in transport, in measuring equipment, in medical engineering and food industry. The breadth and specifics of the use of thermoelectric modules necessitate further exploratory research to improve thermoelectric effects and reduce thermal stresses in them.

Three-dimensional geometric models of two thermoelectric modules were created, in which different methods of contact connection of semiconductor thermoelectric elements were applied. At the same time, the thermoelectric elements of both modules represented a chain with the shape of a "П-shaped snake". The thermoelectric module with the method of classical connection of semiconductor thermoelements had dimensions of 25.5×30×7 mm (excluding the thickness of the isolation layer), and the thermoelectric module with the method of short connection had dimensions of 35.5×42×9 mm (excluding the thickness of the isolation layer). Each of the two considered thermoelectric modules consisted of 39 semiconductor thermoelectric pairs and contained 20 P-type semiconductors, 20 N-type semiconductors and 41 copper contact connection plates.

On the basis of three-dimensional geometric models, calculation models were created, the calculation itself was carried out using a numerical method. As a result of the calculation, the distribution of the main operating parameters for thermoelectric module models at 2.5 A current was obtained. Functional dependences for temperature, Joule heating, heat flux density, current density, voltage and electric field strength were constructed for thermoelectric module models with different contact by the connection of semiconductor thermoelectric elements when the operating current changes in the range from 0 to 2.5 A. It has been established that the connection of semiconductor thermoelectric elements by the method of short contact into a chain with the shape of a "П-shaped snake" to create a thermoelectric module leads to the formation of irregularities in the stationary temperature field on its hot side. At the same time, the temperature in the places of "П-shaped turns of the snake" decreases, and the efficiency of the thermoelectric effect in such thermoelectric modules will be reduced.

References

1. Анатычук Л.И. Термоэлектрические преобразо-ватели энергии. Термоэлементы. Элементная база термоэлектричества. Т. 2.: монография / ред. Л.Н. Вихор, О.Я. Лусте. Киев-Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. 376 с.

2. Анатычук Л.И. Термоэлементы и термоэлект-рические устройства: Справочник. К.: Наукова думка, 1979. 768 с.

3. Тараненко С.В., Кириченко О.С., Колесник В.В., Костюченко В.І., Пріступа С.В., Пастух О.В., Голубєва С.М. Моделювання стаціонарного теплового поля струмопровідних шин суднових ГРЩ. Водний транспорт. Збірник наукових праць Державного університету інфра-структури та технологій. К.: ДУІТ, 2021. – Ви-пуск 3 (34). – С. 13-21.

4. Тараненко С.В., Кириченко О.С., Колесник В.В., Пріступа С.В., Пастух О.В. Термоелектричний елемент з компенсованою комутаційною пластиною для установок і пристроїв суднової енергетики. Матеріали ІІ міжнародної науково-практичної конференції «Дніпровські читання-2021». К.: вид-во Київського інституту водного транспорту імені гетьмана Петра Конашевича-Сагайдачного ДУІТ. 2021. С. 88-92.

5. Карвацький А.Я. Метод скінченних елементів у задачах механіки суцільних середовищ. Про-грамна реалізація та візуалізація результатів. К. : НТУУ «КПІ», 2015. 391 с.

6. Кириченко О.С. Термоелектричні модулі з різ-ним типом комутаційного з’єднання напівпро-відникових термопар. Матеріали X Міжнарод-ної науково-практичної конференції "Modern-methodsofapplyingscientifictheories". Лісабон: ISG, 2023. С. 459-462. DOI: https://doi.org/10.46299/ISG.2023.1.10

7. Кириченко О.С. Температурні режими термое-лектричних ланцюгів з напівпровідниками кла-сичних форм при різному комутаційному з'єд-нанні. Матеріали міжнародної науково-практичної конференції "Actual issues of the de-velopment of science and ensuring the quality of education". Флоренція: ISG, 2023. С. 395-398. DOI: https://doi.org/10.46299/ISG.2023.1.12

8. Кириченко О.С. Порівняльний аналіз характе-ристик термоелектричних модулів з різними геометричними формами напівпровідників для електрообладнання транспорту. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. – Ки-їв: ТНУ ім. В.І. Вернадського, 2023. Том 34 (73). № 1. – С. 256-263.

9. DOI: https://doi.org/10.32782/2663-5941/2023.1/39

10. Кириченко О.С. Критерії формування готовно-сті до професійної діяльності інженерів на ос-нові 3D-моделювання. Освітологічний дискурс: наукове електронне видання. Київ. 2017. № 3-4 (18-19). С. 296-308.

11. Кириченко О.С., Білюк І.С., Шарейко Д.Ю., Фоменко А.М., Гаврилов С.О., Бугрім Л.І. Чи-сельне тримірне моделювання термоелектрич-ного охолоджувача вимірювального електроус-таткування автоматичних систем. Вчені записки Таврійського національного університету імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. К.: ТНУ ім. В.І. Вернадського, 2018. Том 29 (68). Ч.1. №6. С. 58-63.

12. Леонтьєв В.О., Бевз С.В., Видмиш В.А. Елект-ротехнічні матеріали. Вінниця: ВНТУ, 2013. 122 с.

13. Манасян Ю.Г. Судовые термоэлектрические устройства. Л.: Судостроение, 1968. 283 с.

14. Prospective directions of scientific research in en-gineering and agriculture: collective monograph / Hladyshev D., Hnat H. – etc. – International Science Group. – Boston: Primedia eLaunch, 2023. – 464 r. Available at: DOI – 10.46299/ISG.2023.MONO.TECH.1

15. H. Julian Goldsmid. Introduction to Thermoelec-tricity. Second Edition / H. Julian Goldsmid. – Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2010, 2016. – 278 p. DOI: 10.1007/978-3-662-49256-7

Published

2023-03-10