Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи
A numerical method for calculating the characteristics of a multi-stage thermoelectric cooler (TEC) is proposed, based on which the effect of temperature distribution in interstage thermal junctions made of various materials on the total temperature differential generated by the TEC is investigated.
Збережено в:
| Опубліковано в: | Технологія та конструювання в електронній апаратурі |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Випуск: | 4–5 |
| Сторінки: | 16-18 |
| ISSN: | 3083-6549 |
| Автори та афіліації: |
|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | yo |
| Опубліковано: |
PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
2002
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2002.4-5.16 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technology and design in electronic equipment |
| Завантажити файл: |
|
Репозитарії
Technology and design in electronic equipment| _version_ | 1874002074761428992 |
|---|---|
| author | Nikolaienko, Yu. Ye. Vikhor, L. N. |
| author_facet | Nikolaienko, Yu. Ye. Vikhor, L. N. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Yu. Ye. Nikolaienko",
"institution": "Institute of Thermoelectricity of the NAS and MES of Ukraine, Chernivtsy, Ukraine",
"orcid": ""
},
{
"author": "L. N. Vikhor",
"institution": "Institute of Thermoelectricity of the NAS and MES of Ukraine, Chernivtsy, Ukraine",
"orcid": ""
}
] |
| author_sort | Nikolaienko, Yu. Ye. |
| baseUrl_str | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| container_end_page | 18 |
| container_issue | 4–5 |
| container_start_page | 16 |
| container_title | Технологія та конструювання в електронній апаратурі |
| container_volume | |
| datestamp_date | 2026-08-19T09:54:56Z |
| description | A numerical method for calculating the characteristics of a multi-stage thermoelectric cooler (TEC) is proposed, based on which the effect of temperature distribution in interstage thermal junctions made of various materials on the total temperature differential generated by the TEC is investigated. |
| first_indexed | 2026-08-20T01:00:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
16
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÀß ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 4�5
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
05.02 2002 ã.
Îïïîíåíò ä. ò. í. À. Ë. ÂÀÉÍÅÐ
(ÍÈÈ "Øòîðì", ã. Îäåññà)
Ê. ò. í. Þ. Å. ÍÈÊÎËÀÅÍÊÎ, ê. ô.-ì. í. Ë. Í. ÂÈÕÎÐ
Óêðàèíà, ã. ×åðíîâöû, Èí-ò òåðìîýëåêòðè÷åñòâà ÍÀÍÓ
E-mail: vikhor@fromru.com
Èññëåäîâàíî âëèÿíèå ðàñïðåäåëåíèÿ òåì-
ïåðàòóðû â ìåæêàñêàäíûõ òåïëîïåðå-
õîäàõ èç ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ íà ïîë-
íûé ïåðåïàä òåìïåðàòóð, ñîçäàâàåìûé
òåðìîýëåêòðè÷åñêèì îõëàäèòåëåì.
Ïîòðåáíîñòü â äîñòàòî÷íî ýôôåêòèâíûõ ìíîãîêàñ-
êàäíûõ òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ áàòàðåÿõ îõëàæäåíèÿ âîç-
íèêàåò â ðÿäå îáëàñòåé èçìåðèòåëüíîé è ýëåêòðîííîé
òåõíèêè [1, ñ. 339�341]. Ìåòîäàì ðàñ÷åòà òàêèõ òåð-
ìîáàòàðåé è èññëåäîâàíèþ âëèÿíèÿ ðàçëè÷íûõ ôàê-
òîðîâ íà èõ îñíîâíûå õàðàêòåðèñòèêè ïîñâÿùåíû
ðàáîòû [2�4]. Îöåíêà ïîïðàâîê, âíîñèìûõ â õàðàê-
òåðèñòèêè òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ îõëàäèòåëåé (ÒÝÎ)
ýòèìè ðàçëè÷íûìè ôàêòîðàìè, ïðîâîäèòñÿ çäåñü íà
îñíîâå ïðèáëèæåííûõ àíàëèòè÷åñêèõ ìåòîäîâ ðàñ-
÷åòà ìíîãîêàñêàäíûõ îõëàäèòåëåé. Ýòî îêàçàëî ýô-
ôåêòèâíîå âëèÿíèå íà ðàçâèòèå òåîðèè êàñêàäíûõ ÒÝÎ.
Ïðèìåð ïîäõîäà ê îïòèìèçàöèè êàñêàäíîãî ÒÝÎ
ñ ó÷åòîì ñîâðåìåííûõ âîçìîæíîñòåé êîìïüþòåðíîé
òåõíèêè äåìîíñòðèðóåòñÿ â [5]. Òàêîé ïîäõîä ïîëó-
÷èë ñâîå äàëüíåéøåå ðàçâèòèå â ðàáîòå [6] äëÿ ñëó-
÷àÿ èñïîëüçîâàíèÿ â êàñêàäíûõ ÒÝÎ íåîäíîðîäíûõ
òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ. Îäíàêî â [5, 6] ó÷åò
âëèÿíèÿ ìåæêàñêàäíûõ òåïëîïåðåõîäîâ ñâîäèòñÿ ê
ïîïðàâêå îáùåãî ïåðåïàäà òåìïåðàòóðû íà âåëè÷èíó
ôèêñèðîâàííîãî ïåðåïàäà òåìïåðàòóð íà êåðàìè÷åñ-
êèõ ïëàñòèíàõ. Òàêîå ïðèáëèæåíèå îáóñëîâëåíî èñ-
ïîëüçóåìîé çäåñü îäíîìåðíîé ìîäåëüþ äëÿ ðàñ÷åòà
ÒÝÎ. Åãî ìîæíî ñ÷èòàòü âïîëíå óäîâëåòâîðèòåëüíûì
íà ýòàïå ðåøåíèÿ òàêîé ñëîæíîé çàäà÷è êàê ïðîåêòè-
ðîâàíèå îïòèìàëüíîãî êàñêàäíîãî ÒÝÎ. Ïîñëå ýòîãî
öåëåñîîáðàçíî óòî÷íèòü õàðàêòåðèñòèêè ñïðîåêòèðî-
âàííîãî ìîäóëÿ îõëàæäåíèÿ, ó÷èòûâàÿ êàê ìîæíî
áîëåå òî÷íî âëèÿþùèå íà íèõ ôàêòîðû. Ïðè ýòîì
ñëåäóåò îðèåíòèðîâàòüñÿ íà ðàçðàáîòêó ÷èñëåííîãî
ìåòîäà ðàñ÷åòà.
Íàñòîÿùàÿ ðàáîòà ïîñâÿùåíà ÷èñëåííîìó ðåøå-
íèþ çàäà÷è òåïëîïðîâîäíîñòè äëÿ ìíîãîêàñêàäíîãî
ÒÝÎ, êîëè÷åñòâåííîìó àíàëèçó ðàñïðåäåëåíèÿ òåì-
ïåðàòóðû â ìåæêàñêàäíûõ òåïëîïåðåõîäàõ èç òðàäè-
öèîííî èñïîëüçóåìûõ ìàòåðèàëîâ è èññëåäîâàíèþ
çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû îõëàæäåíèÿ îò ïàðàìåòðîâ
ýòèõ òåïëîïåðåõîäîâ.
Ìîäåëü N-êàñêàäíîãî îõëàäèòåëÿ, èñïîëüçóå-
ìàÿ äëÿ ðàñ÷åòà, ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 1. Ââè-
äó òîãî, ÷òî îáëàñòè òåïëîïåðåõîäîâ I è II íàõîäÿòñÿ
ïðè ðàçëè÷íûõ ãðàíè÷íûõ óñëîâèÿõ, òî â òåïëîïåðå-
ÂËÈßÍÈÅ ÒÅÏËÎÏÅÐÅÕÎÄΠÍÀ ÒÅÌÏÅÐÀÒÓÐÍÛÉ ÏÅÐÅÏÀÄ
ÌÍÎÃÎÊÀÑÊÀÄÍÎÉ ÒÅÐÌÎÝËÅÊÒÐÈ×ÅÑÊÎÉ ÁÀÒÀÐÅÈ
õîäàõ âîçíèêàåò íå òîëüêî ïðîäîëüíàÿ (âäîëü îñè z)
êîìïîíåíòà ãðàäèåíòà òåìïåðàòóðû, íî è äâå ïîïå-
ðå÷íûå. Ýòîò ôàêò ïðèâîäèò ê òðåõìåðíîé çàâèñèìî-
ñòè òåìïåðàòóðû â òåïëîïåðåõîäàõ îò êîîðäèíàò x, y,
z. Èç êîíñòðóêòèâíûõ ñîîáðàæåíèé ïîâåðõíîñòè êàñ-
êàäîâ òåðìîáàòàðåé ÷àùå âñåãî èìåþò êâàäðàòíóþ
ôîðìó.  ýòîì ñëó÷àå, ó÷èòûâàÿ, ÷òî êîýôôèöèåíòû
òåïëîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëîâ òåïëîïåðåõîäîâ è êàñ-
êàäîâ � èçîòðîïíûå âåëè÷èíû, ðåøåíèå òðåõìåðíîé
çàäà÷è òåïëîïðîâîäíîñòè ââîäîì öèëèíäðè÷åñêèõ
êîîðäèíàò ïðèáëèæåííî ìîæíî ñâåñòè ê äâóõìåðíîé,
ò. ê. òåìïåðàòóðà íå çàâèñèò îò óãëîâîé ïåðåìåííîé.
Ââèäó ñäåëàííûõ ïðåäïîëîæåíèé ñòàöèîíàðíîå
ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð Ti
I,II(r,zi) â îáëàñòÿõ òåïëî-
ïåðåõîäîâ I è II çàäàåòñÿ ñèñòåìîé óðàâíåíèé Ëàïëà-
ñà â öèëèíäðè÷åñêèõ êîîðäèíàòàõ
( ) ( ) +
∂
∂+
∂
∂
2
III,2III, ,,1
r
zrT
r
zrT
r
iiii
( )
,,...,3,2 ,0
,
2
III,2
Ni
z
zrT
i
ii ==
∂
∂+ (1)
ïðè÷åì â óðàâíåíèè äëÿ îáëàñòè I êîîðäèíàòà r èçìåíÿ-
åòñÿ â èíòåðâàëå 0<r<Ri�1, à äëÿ îáëàñòè II Ri�1<r<Ri,
l< zi<d, ãäå d � âûñîòà òåïëîïåðåõîäà; l � âûñîòà òåð-
ìîýëåìåíòîâ; Ri � ðàäèóñ òåïëîïåðåõîäà i-ãî êàñêàäà.
Ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû â n- è p-âåòâÿõ òåð-
ìîýëåìåíòîâ êàæäîãî êàñêàäà Òi
n,p(zi) ìîæíî ïðè-
Ðèñ. 1. Ìîäåëü N-êàñêàäíîãî ÒÝÎ
Ò1
Ò2
I, II
Ò2
Òi�1
Òi
I, II
Òi
ÒN
I, II
ÒN
Òh
1234567890
1234567890
1234567890
1234567890123456789
1234567890123456789
1234567890123456789
1234567890123456789
123456789012345678901234
123456789012345678901234
123456789012345678901234
q0
1
i�1
i
N
II I
zi
d
l
0
2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 4�5
17
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÀß ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
íÿòü îäíîìåðíûì, çàâèñÿùèì òîëüêî îò êîîðäèíàòû
âäîëü âûñîòû âåòâåé, è çàäàòü óðàâíåíèåì òåïëîïðî-
âîäíîñòè ñ èñòî÷íèêàìè òåïëà Äæîóëÿ è Òîìñîíà â âèäå
( ) ( )
( ) ,
,
0
2
pn
T
j
dz
dT
dT
Td
jT
dz
dT
T
dz
d
i
i
i
i
i
i
=
σ
+α+κ i=1,..., N, (2)
ãäå 0<zi<l, ïàðàìåòðû òåðìîýëåêòðè÷åñêîãî ìàòåðèà-
ëà òåðìîýäñ α(T), òåïëîïðîâîäíîñòü κ(T), ýëåêòðî-
ïðîâîäíîñòü σ(T) ÿâëÿþòñÿ ôóíêöèÿìè òåìïåðàòóðû,
j � ïëîòíîñòü òîêà ïèòàíèÿ â âåòâÿõ òåðìîýëåìåíòîâ.
 (2) äëÿ n- è p-òèïîâ âåòâåé ïîä j è α ïîäðàçóìåâà-
þòñÿ èõ àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ.
Ïëîòíîñòè òåïëîâûõ ïîòîêîâ íà òåïëîâûäåëÿþùèõ
(qh) è òåïëîïîãëîùàþùèõ (qc) ñïàÿõ òåðìîýëåìåíòîâ
i-ãî êàñêàäà îïðåäåëÿþòñÿ âûðàæåíèÿìè
;
, 0
0
2∑
=
−α−κ−=
pn
iz
i
i
ih
i rjjT
dz
dT
q
(3)
,
,
0
2∑
=
+α−κ−=
pn liz
i
i
ic
i rjjT
dz
dT
q
(4)
ãäå r0 � âåëè÷èíà êîíòàêòíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðèñòèê îõëàæäåíèÿ ñèñ-
òåìó äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé (1), (2) íåîáõî-
äèìî ðåøèòü ïðè âûïîëíåíèè ñëåäóþùèõ ãðàíè÷íûõ
óñëîâèé:
1) áàëàíñ òåïëà íà òåïëîïîãëîùàþùèõ ñïàÿõ ïåðâîãî
êàñêàäà
cqq 10
−= , (5)
ãäå q0 � ïëîòíîñòü òåïëîâîé íàãðóçêè íà ÒÝÎ, êîòîðàÿ
ñîçäàåòñÿ îõëàæäàåìûì îáúåêòîì;
2) óñëîâèÿ òåïëîîáìåíà íà ïîâåðõíîñòè òåïëîïåðå-
õîäîâ zi = d:
( ) , ,),(
;0 ,
1
11
ii
II
ia
i
i
II
i
cer
i
h
i
i
i
I
i
cer
RrRdrTTH
dz
z
T
Rrq
dz
z
T
<<−=
=
∂
∂κ
<<−=
=
∂
∂κ
−
−−
(6)
3) òåïëîâîé áàëàíñ â îáëàñòè êîíòàêòà òåïëîïîãëîùà-
þùèõ ñïàåâ òåðìîýëåìåíòîâ i-ãî êàñêàäà ñ ïîâåðõíîñòÿ-
ìè òåïëîïåðåõîäîâ zi=l:
;,
;0,
1
1
ii
c
i
li
i
II
i
cer
i
c
i
li
i
I
i
cer
RrRq
z
z
T
Rrq
z
z
T
<<−=
∂
∂κ
<<−=
∂
∂κ
−
=
−
=
(7)
4) óñëîâèÿ ðàâåíñòâà òåìïåðàòóð íà òåïëîïîãëîùàþ-
ùèõ è òåïëîâûäåëÿþùèõ ñïàÿõ òåðìîýëåìåíòîâ:
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( ) ; ,,00
; ,,
;0 ,,
1
I
11
1
II
1
I
iii
p
i
n
i
iii
p
i
n
i
ii
p
i
n
i
RrRdrTTT
RrRlrTlTlT
RrlrTlTlT
<<==
<<==
<<==
−−−
−
−
(8)
5) óñëîâèÿ àäèàáàòè÷åñêîé èçîëÿöèè áîêîâîé ïîâåð-
õíîñòè òåïëîïåðåõîäà è îòñóòñòâèÿ ïîïåðå÷íîãî òåïëî-
âîãî ïîòîêà íà îñè åãî ñèììåòðèè:
; ,0
; ,0
0
I
II
dzl
r
T
dzl
r
T
i
r
i
i
iRr
i
<<=
∂
∂
<<=
∂
∂
=
=
(9)
6) íåïðåðûâíîñòü òåïëîâîãî ïîòîêà è ðàâåíñòâî òåì-
ïåðàòóð íà ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà îáëàñòåé òåïëîïåðåõî-
äà I è II:
( ) ( ) dzlzRTzRT
dzl
r
T
r
T
iiiiiii
i
iRr
i
iRr
i
<<=
<<
∂
∂=
∂
∂
−−
−=−=
,,,
; ,
1
II
1
I
1
II
1
I
(10)
(óñëîâèÿ (6) � (10) äîëæíû áûòü çàïèñàíû äëÿ i = 2, �, N);
7) óñëîâèÿ òåðìîñòàòèðîâàíèÿ (Òh) òåïëîâûäåëÿþùèõ
ñïàåâ ïîñëåäíåãî êàñêàäà �
( ) ( ) h
p
N
n
N TTT == 00 . (11)
Ñèñòåìà äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé (1) è (2) ñ
ãðàíè÷íûìè óñëîâèÿìè (5)�(11) ìîæåò áûòü ýôôåê-
òèâíî ðåøåíà ÷èñëåííî ñ ïîìîùüþ ìåòîäà êîíå÷íûõ
ðàçíîñòåé [7].
Ñóòü ìåòîäà çàêëþ÷àåòñÿ â ïîñòðîåíèè ðàçíîñòíîé
ñõåìû äëÿ ñèñòåìû èñõîäíûõ óðàâíåíèé ñ ó÷åòîì ãðà-
íè÷íûõ óñëîâèé. Çíà÷åíèÿ ïðîèçâîäíûõ, âõîäÿùèõ â óðàâ-
íåíèÿ (1), (2) è â ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ, âûðàæàþòñÿ ÷åðåç
çíà÷åíèÿ ôóíêöèé â óçëàõ äâóõìåðíîé ñåòêè, ïîñòðîåí-
íîé â ðàññìàòðèâàåìîé îáëàñòè, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïîëó-
÷àåòñÿ ñèñòåìà àëãåáðàè÷åñêèõ óðàâíåíèé, íàçûâàåìàÿ
ðàçíîñòíîé ñõåìîé.
Êîìïüþòåðíîå ðåøåíèå ýòîé ñèñòåìû ïîçâîëÿåò
îïðåäåëèòü çíà÷åíèÿ ñåòî÷íûõ ôóíêöèé â óçëàõ ñåò-
êè, êîòîðûå ïðèáëèæåííî ñ÷èòàþòñÿ ðàâíûìè çíà÷å-
íèÿì èñêîìûõ ôóíêöèé.
Ïðåäëîæåííûé ÷èñëåííûé ìåòîä èñïîëüçîâàí
äëÿ ðàñ÷åòà ðàñïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû â
ìåæêàñêàäíûõ òåïëîïåðåõîäàõ è â âåòâÿõ òåðìîýëå-
ìåíòîâ ÷åòûðåõêàñêàäíîãî ÒÝÎ äëÿ ôîòîïðèåìíèêà,
êîòîðûé èìååò ñëåäóþùóþ êîíñòðóêöèþ: âûñîòà âåò-
âåé òåðìîýëåìåíòîâ l=0,14 ñì, ïëîùàäü ïîïåðå÷íî-
ãî ñå÷åíèÿ 0,07×0,07 ñì, çàçîð ìåæäó êðèñòàëëàìè
0,04 ñì, êîëè÷åñòâî òåðìîýëåìåíòîâ â êàñêàäàõ n1=6,
n2=11, n3=26, n4=64. Âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà òåïëî-
îáìåíà ñîîòâåòñòâîâàëà ðàáîòå ÒÝÎ â âàêóóìå ïî-
ðÿäêà 10�2÷10�3 ìì ðò. ñò., ñîïðîòèâëåíèå êîíòàêòîâ
ïðèíèìàëîñü ðàâíûì 5⋅10�6 Îì⋅ñì2, òåìïåðàòóðà òåð-
ãäå κcer �
Í �
Òa �
êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëà
òåïëîïåðåõîäà;
êîýôôèöèåíò òåïëîîáìåíà ñ îêðóæàþùåé
ñðåäîé;
òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû;
18
ÝËÅÊÒÐÎÍÍÀß ÀÏÏÀÐÀÒÓÐÀ: ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß, ÐÀÇÐÀÁÎÒÊÈ
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2002, ¹ 4�5
ìîñòàáèëèçàöèè òåïëîâûäåëÿþùèõ ñïàåâ Òh=300 Ê,
òåïëîâàÿ íàãðóçêà ñî ñòîðîíû îõëàæäàåìîãî îáúåê-
òà ñîñòàâëÿëà 80 ìÂò.
Èññëåäîâàëîñü ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóð â ìåæ-
êàñêàäíûõ òåïëîïåðåõîäàõ ðàçëè÷íîé òîëùèíû, âû-
ïîëíåííûõ èç îêèñè áåðèëëèÿ, íèòðèäà àëþìèíèÿ è
êåðàìèêè BK96. Öåëü èññëåäîâàíèé � êîëè÷åñòâåííî
îöåíèòü ïåðåïàä òåìïåðàòóðû íà òåïëîïåðåõîäàõ èç
ýòèõ ìàòåðèàëîâ è åãî âëèÿíèå íà òåìïåðàòóðó îõ-
ëàæäåíèÿ.
Ïðèìåðû çàâèñèìîñòåé ïðîäîëüíîãî ∆T||=T2
I(0, d)�
�T2
I(0, l) è ïîïåðå÷íîãî ( ) ( )dRTdRTT ,, 2
II
21
II
2 −=∆ ⊥ ãðà-
äèåíòîâ òåìïåðàòóðû îò âûñîòû d òåïëîïåðåõîäà ìåæ-
äó ïåðâûì è âòîðûì êàñêàäàìè ÒÝÎ äëÿ ðàçëè÷íûõ
ìàòåðèàëîâ ïðèâåäåíû íà ðèñ. 2. Ðàñ÷åò ïîêàçûâàåò,
÷òî ïîïåðå÷íûé è ïðîäîëüíûé ïåðåïàäû òåìïåðàòó-
ðû â êåðàìè÷åñêèõ ïëàñòèíàõ ìåæäó êàñêàäàìè ñðàâ-
íèìû ïî âåëè÷èíå, à çíà÷èò, â ðàâíîé ìåðå âëèÿþò íà
ñíèæåíèå îáùåãî ïåðåïàäà òåìïåðàòóð ÒÝÎ. Ïðè òè-
ïè÷íîé òîëùèíå êåðàìè÷åñêèõ ïëàñòèí 1�2 ìì ïå-
ðåïàäû òåìïåðàòóðû íà òåïëîïåðåõîäàõ èç îêèñè áå-
ðèëëèÿ è íèòðèäà àëþìèíèÿ íå ïðåâûøàþò 1 Ê, à íà
êåðàìèêå BK96 äîñòèãàþò 2 Ê. Ýòè çíà÷åíèÿ ìîãóò
áûòü ðåêîìåíäîâàíû â êà÷åñòâå èñõîäíûõ äàííûõ äëÿ
ó÷åòà ïîòåðü â ïåðåïàäå òåìïåðàòóðû â êåðàìè÷åñêèõ
ïëàñòèíàõ ïðè ïðîåêòèðîâàíèè îïòèìàëüíûõ êîíñò-
ðóêöèé êàñêàäíûõ ÒÝÎ.
 ñèëó òîãî, ÷òî ñ ðîñòîì âûñîòû òåïëîïåðåõîäîâ
ïðîäîëüíûé ãðàäèåíò ðàñòåò, à ïîïåðå÷íûé ïàäàåò,
ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíàÿ âûñîòà, ïðè êîòîðîé ïîëíûé
ïåðåïàä òåìïåðàòóðû, îáåñïå÷èâàåìûé ÒÝÎ äàííîé
êîíñòðóêöèè, äîñòèãàåò ìàêñèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ. Ýòîò
ðåçóëüòàò èëëþñòðèðóåòñÿ çàâèñèìîñòüþ òåìïåðàòó-
ðû îõëàæäåíèÿ Tc≡T1(l) îò âûñîòû òåïëîïåðåõîäîâ
(ðèñ. 3). Îïòèìóì ïðèõîäèòñÿ íà âûñîòó òåïëîïåðå-
õîäîâ, ïðèáëèçèòåëüíî ðàâíóþ 0,2 ñì. Ðåçóëüòàòû ïî-
êàçûâàþò, ÷òî â ñëó÷àå òåïëîïåðåõîäîâ èç ìàòåðèà-
ëîâ ñ âûñîêîé òåïëîïðîâîäíîñòüþ (îêèñü áåðèëëèÿ,
íèòðèä àëþìèíèÿ) èçìåíåíèå âûñîòû â èíòåðâàëå
0,05�0,3 ñì íå ïðèâîäèò ê çàìåòíîìó óìåíüøåíèþ
ïîëíîãî ïåðåïàäà òåìïåðàòóðû ÒÝÎ. Äëÿ êåðàìèêè
ïëàñòèí BK96 ýòîò èíòåðâàë ñóæàåòñÿ äî 0,1�0,25 ñì.
Ãëóáèíà îõëàæäåíèÿ ñóùåñòâåííûì îáðàçîì çàâè-
ñèò îò òåïëîïðîâîäíîñòè ìàòåðèàëà òåïëîïåðåõîäîâ.
Ðàñ÷åòíàÿ òåìïåðàòóðà îõëàæäåíèÿ ÒÝÎ ïðè èñïîëü-
çîâàíèè òåïëîïåðåõîäîâ èç îêèñè áåðèëëèÿ ñîñòàâ-
ëÿåò 189 Ê. Çàìåíà ýòîé êåðàìèêè íà íèòðèä àëþìè-
íèÿ ïîâûñèò ýòó òåìïåðàòóðó ïðèáëèçèòåëüíî íà 1 Ê,
à ïðèìåíåíèå BK96 � íà 7 Ê.
***
Ïðîâåäåííûé êîëè÷åñòâåííûé àíàëèç âëèÿíèÿ òåï-
ëîïåðåõîäîâ íà òåìïåðàòóðó îõëàæäåíèÿ ìîæåò áûòü
èñïîëüçîâàí ïðè ðàçðàáîòêå íîâûõ êîíñòðóêöèé êàñ-
êàäíûõ ÒÝÎ äëÿ ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðû. Ïðåäëà-
ãàåìûé óòî÷íåííûé ìåòîä ðàñ÷åòà õàðàêòåðèñòèê êàñ-
êàäíîãî ÒÝÎ ôèêñèðîâàííîé êîíñòðóêöèè ìîæåò
áûòü ïîëåçåí ïðè ïîèñêå íîâûõ íåòðàäèöèîííûõ ìà-
òåðèàëîâ êàê äëÿ òåðìîýëåìåíòîâ, òàê è äëÿ òåïëîïå-
ðåõîäîâ.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Ñïðàâî÷íèê ïî èíôðàêðàñíîé òåõíèêå. Ò. 3. Ïðè-
áîðíàÿ áàçà ÈÊ-ñèñòåì / Ïîä ðåä. Ó. Âîëô, Ã. Öèñèñ.�
Ì.: Ìèð, 1999.
2. Áóðøòåéí À. È. Ôèçè÷åñêèå îñíîâû ðàñ÷åòà ïîëó-
ïðîâîäíèêîâûõ òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ óñòðîéñòâ.� Ì.:
Ôèçìàòãèç, 1962.
3. Âàéíåð À. Ë. Êàñêàäíûå òåðìîýëåêòðè÷åñêèå èñ-
òî÷íèêè õîëîäà.� Ì.: Ñîâ.ðàäèî, 1976.
4. Àíàòû÷óê Ë. È. Òåðìîýëåìåíòû è òåðìîýëåêòðè-
÷åñêèå óñòðîéñòâà.� Ê.: Íàóêîâà äóìêà, 1979.
5. Àíàòû÷óê Ë. È., Ñåìåíþê Â. À. Îïòèìàëüíîå óï-
ðàâëåíèå ñâîéñòâàìè òåðìîýëåêòðè÷åñêèõ ìàòåðèàëîâ è
ïðèáîðîâ.� ×åðíîâöû: Ïðóò, 1992.
6. Anatychuk L. I., Luste O. J., Vikhor L. N. Optimal
functions as effective method for thermoelectric devices
design / In Proceedings of the 15 International Conference
on Thermoelectrics.� Pasadena, CA USA, March 26 � 29,
1996.� P. 223 � 226.
7. Òóð÷àê Ë. È. Îñíîâû ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ. � Ì.: Íà-
óêà, 1987.
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè ïðîäîëüíîãî ∆T|| (ñïëîøíûå ëèíèè) è
ïîïåðå÷íîãî ∆T⊥(ïóíêòèðíûå ëèíèè) ãðàäèåíòîâ òåìïå-
ðàòóðû îò âûñîòû òåïëîïåðåõîäîâ èç ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ:
1 � îêèñü áåðèëëèÿ; 2 � íèòðèä àëþìèíèÿ; 3 � êåðàìèêà BK96
0,05 0,15 0,25 d, ñì
∆T||,⊥, K
2,5
1,5
0,5
0
Òh=300 K
3
2
1
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòè òåìïåðàòóðû îõëàæäåíèÿ Tñ îò
âûñîòû òåïëîïåðåõîäîâ èç ðàçíûõ ìàòåðèàëîâ:
1 � îêèñü áåðèëëèÿ; 2 � íèòðèä àëþìèíèÿ; 3 � êåðàìèêà BK96
Tñ, K
200
195
190
Òh=300 K
0 0,05 0,15 0,25 l, ñì
3
2
1
|
| id | oai:tkea.com.ua:article-1345 |
| institution | Technology and design in electronic equipment |
| issn | 3083-6549 |
| keywords_txt_mv | |
| language | yo |
| last_indexed | 2026-08-20T01:00:47Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | wwwtkeacomua/8c/9a6009b05f64341f66374f1d028ede8c.pdf |
| spelling | oai:tkea.com.ua:article-13452026-08-19T09:54:56Z Effect of thermal junctions on the temperature differential of a multi-stage thermoelectric battery Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи Nikolaienko, Yu. Ye. Vikhor, L. N. multi-stage thermoelectric battery thermoelectric cooler thermal junctions temperature differential numerical calculation method многокаскадная термоэлектрическая батарея термоэлектрический охладитель теплопереходы температурный перепад численный метод расчета A numerical method for calculating the characteristics of a multi-stage thermoelectric cooler (TEC) is proposed, based on which the effect of temperature distribution in interstage thermal junctions made of various materials on the total temperature differential generated by the TEC is investigated. Предлагается численный метод расчета характеристик каскадного термоэлектрического охладителя (ТЭО), на основе которого исследуется влияние распределения температуры в межкаскадных теплопереходах из различных материалов на полный перепад температур, создаваемый ТЭО. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2002-10-30 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2002.4-5.16 Technology and design in electronic equipment; No. 4–5 (2002): Tekhnologiya i konstruirovanie v elektronnoi apparature ; 16-18 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 4–5 (2002): Технология и конструирование в электронной аппаратуре; 16-18 3083-6549 3083-6530 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2002.4-5.16/1245 Copyright (c) 2002 Nikolaienko Yu. Ye., Vikhor L. N. http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ |
| spellingShingle | многокаскадная термоэлектрическая батарея термоэлектрический охладитель теплопереходы температурный перепад численный метод расчета Nikolaienko, Yu. Ye. Vikhor, L. N. Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| title | Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| title_alt | Effect of thermal junctions on the temperature differential of a multi-stage thermoelectric battery |
| title_full | Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| title_fullStr | Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| title_full_unstemmed | Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| title_short | Влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| title_sort | влияние теплопереходов на температурный перепад многокаскадной термоэлектрической батареи |
| topic | многокаскадная термоэлектрическая батарея термоэлектрический охладитель теплопереходы температурный перепад численный метод расчета |
| topic_facet | multi-stage thermoelectric battery thermoelectric cooler thermal junctions temperature differential numerical calculation method многокаскадная термоэлектрическая батарея термоэлектрический охладитель теплопереходы температурный перепад численный метод расчета |
| url | https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2002.4-5.16 |
| work_keys_str_mv | AT nikolaienkoyuye effectofthermaljunctionsonthetemperaturedifferentialofamultistagethermoelectricbattery AT vikhorln effectofthermaljunctionsonthetemperaturedifferentialofamultistagethermoelectricbattery AT nikolaienkoyuye vliânieteploperehodovnatemperaturnyjperepadmnogokaskadnojtermoélektričeskojbatarei AT vikhorln vliânieteploperehodovnatemperaturnyjperepadmnogokaskadnojtermoélektričeskojbatarei |