Бул изилдөө, сыжак бир бет менен дагы согук бир бет арасындаки температура айырмасыны догрудан электр энергиясыне дөнүштүрен жогорку чыңалуудагы ве жогорку тыгыздыктагы термоэлектрдик модульлерин тасарымыны изилдейт. Изилдөөчүлөр, материал айрыкчаринин температурала дегишимини, термоэлектрдик бутактарын бойутуну, модуль үчүндеки толуу катышыны, жез шилтемеларын електрик каршылыгыни, керамикалык субстратларын жылуулук каршылыгыни ве бутак-электрод интерфейстериндеки жылуулук темас жоготууларыны бирликте маанилендирен TEMsim адлы ылдам бир йары аналитик чечүүчү гелиштирмиштир.

Изилдөөнүн негизги мүхендислик маселеу, йүксек чыңалуу елде етмек үчүн абдан сайыда термоэлектрдик жупин сери бторланмасыйла ортайа чыкан өдүнлешимдир. Күчүк бутактар ошол эле бет аланына дагы фазала н-п жубу йерлештиререк чыңалууи артырыр; бирок кесит аланларынын күчүлмеси електрик каршылыгыни, өндүрүш зорлугуну ве дәнекерлеме хассасийетини артырыр. Бүйүк бутактар дагы дүшүк електрик каршылыгы ве дагы йүксек толуу катышы сторлар; бирок ошол эле модуль аланында дагы аз жуп булундугу үчүн чыңалуу дүшер ве система дүзейинде дагы фазала модульүн сери бторланмасы герекир.

Изилдөөчүлөр, болжол менен йүзде 35–45 толуу катышы менен 0,5–0,9 mm бутак кеңлиги арасындаки орта тыгыздык бөлгесинин чыңалуу, гүч, жылуулук уйум ве үретмененбилирлик ачжылуулукндан ен денгели тасарым аланыны олуштурдугуну маанилендирмиштир. Бу натыйжа мутлак бир евренсел оптимум дегилдир; модуль бет аланына, жылуулук кайнторына, бутак йүксеклигине, контакт каршылыгыне, хедеф чыңалууе ве өндүрүш сынырларына бторлыдыр.

Моделин йөнлендирдиги физиксел прототип, 1.029 н-п термоэлектрдик жупи ве топлам 2.058 Bi₂Te₃ табанлы бутак ичермектедир. Хер бутак 0,5 × 0,5 × 0,46 mm бойутундадыр. Бажакларын еткин энергия дөнүшүм бөлгесиндеки толуу катышы йүзде 37,83, бүтүн модуль бетине ылайык толуу катышы йүзде 32,16 ве жуп тыгыздыгы 0,757 жуп/мм² катары билдирилген. Бажаклар 49 × 42 конумлу жогорку тыгыздыктагы бир дизиде, електриксел катары сери чалышан С бичимли бир шилтеме йолу үстүндө дүзенленмиштир.

Моделде муздак бет температурасы 20 °Ж, ысык бет температурасы 200 °Ж ве жылуулук контакт фактору 0,10 олдугунда TEM-1029 үчүн максимум кубат болжол менен 24,18 W, максимум кубат ноктасындаки чыңалуу 31,53 V ве агымм 0,77 A катары эсептелген. Айны шарттарда дагы каба TEM-342 ве TEM-696 тасарымлары үчүн билдирмененн максимум кубатлер тартипсыйла болжол менен 13,07 W ве 17,42 W’тыр. TEM-1029 дагы дүшүк толуу катышына ртормен абдан дагы фазала сери жуп ичермеси неденийле үч тасарым арасында эң жогорку болжолдоолен чыңалуу ве гүжү үретмиштир.

Ысыл контакт каршылыгы модельин натыйжаларыны маанилүү өлчүде дегиштирмиштир. Арайүзлерин кусурсуз кабул едилдиги дурумда модель, эксперименттик гүжү ве чыңалууи олдугундан йүксек, герекли жылуулук гиришини болсо дүшүк тахмин етмиштир. Ысыл темас фактөрү 0,05–0,15 аралыгына гетирилдигинде хесапланан гүч, чыңалуу, агымм ве натыйжалуулук дүшмүш; герекли жылуулук гириши йүкселмиш ве эксперименттик нокталар модель бандына йаклашмыштыр. Бу дурум, сыжак ве муздак бетлерде өлчүлен температура айырмасынын тамамынын термоэлектрдик бутактар үстүндө олушмадыгыны көрсөтөт.

Изилдөөнүн эксперименттик валидациясы, муздак бети болжол менен 50 °Ж’де тутулан ве растгеле сечилдиги белиртмененн дөрт TEM-1029 модульү үстүндө герчеклештирилмиштир. Йаклашык 15–45 °Ж модуль температура фаркларында гүч ве жылуулук гириши өлчүлмүш; контакт каршылыгыни ичерен модель егрмененринин эксперименттик нокталарла генел катары уйумлу олдугу көрсөтүлгөн. Ошентсе да ана текстде ката чубуклары, текрар дторылымлары, стантарт сапма, РМСЕ вейа башка бир сандык уйум өлчүтү сунулмамыштыр.

Йүк каршылыгы анализинде темас фактөрү йүкселдикче эң ылайыктуу жүк каршылыгы дагы йүксек маанилере каймыш ве чоку кубат азалмыштыр. 200 °Ж модуль температура айырмасында темас фактөрү 0,05, 0,10 ве 0,15 үчүн графиклерден болжол менен 40 W, 33 W ве 27 W чоку кубат окунмактадыр. Айны салыштырууда ен уйгун йүк каршылыклери болжол менен 45–51 Ω аралыгындадыр. Бу натыйжалар, електриксел максимум гүч ноктасы излемесинин йалнызжа модульүн ич каршылыгыне дегил, жылуулук интерфейс калитесине де бторлы олдугуну көрсөтөт.

Изилдөөчүлөр ошондой эле тек тек н- ве п-типтүү бутактардаки догрусал олмайан температура ве жылуулук агымы дторылымыны чөзен айрынтылы бир алгоритма гелиштирмиштир. Согук уч 50 °Ж ве сыжак уч 150 °Ж икен п-типтүү бутак үчүн эң жогорку хесапланан айландыруу натыйжалуулугу йүзде 5,40 ве ен уйгун ток тыгыздыгы −298,2 A/жм²; н-типтүү бутак үчүн эң жогорку натыйжалуулук йүзде 4,99 ве ен уйгун ток тыгыздыгы 243,6 A/жм² катары булунмуштур. Бу маанилер тек бутак дүзейиндеки сандык оптимумлардыр ве бүтүн модульүн өлчүлен натыйжалуулукийле ошол эле каврам дегилдир.

Түркия жагынан: Йаклашым; Түркияда геотермалдык куйулар, өнөр жайлык фырынлар, дөкүм ве метал ишлеме тесислери, чименто ве жам өндүрүши, мотор егзозлары, коженерасйон системалери, маалымат меркези согутма алттүзүмү ве узак саха сенсөрлеринде жоготуу жылуулуктан дүшүк багымм геректирен електрик өндүрүши үчүн араштырылабилир. Түркияда колдонмойа гечилмеден мурун жергиликтүү жылуулук кайнторынын температура ве жылуулук агымы профили өлчүлмели; модуль–жылуулук алмаштыргыч контакт каршылыгы басым, бет пүрүзлүлүгү ве термалдык интерфейс материалсине ылайык эксперименттик катары белирленмели; термалдык цикл, дәнекер йорулмасы, нем, оксидденүү ве узак мөөнөттүү өндүрүмдүүлүк кайбы сынанмалыдыр. Изилдөөдөн белирли бир Түрк тесисинде 24 вейа 40 W убакыткли гүч елде едмененжеги, системаин економик акталуу сторлайажторы йа да йүзлерже модульүн ошол эле өндүрүмдүүлүкы коруйажторы сонужу догрудан чыкарыламаз.

Термоэлектрдик энергия дөнүшүмүнүн негизги илкеси недир?

Бир термоэлектрдик жуп, електриксел айрыкчари ар түрдүү бир н-типтүү ве бир п-типтүү жарым өткөргүч бутактан олушур. Бажакларын ики учлары ар түрдүү температураларда тутулдугунда йүк ташыйыжылары сыжак бөлгеден согук бөлгейе догру йениден дторылыр ве Seebeck еткиси катары адландырылан електриксел потенциал фаркы ортайа чыкар.

Тек бир н-п жубунин ачык чынжыр чыңалуусу кичинекейтүр. Йүксек чыңалуу елде етмек үчүн абдан сайыда жуп електриксел катары сери, жылуулук боюнча параллель бторланыр. Сери шилтемеда хер жупин үреттиги чыңалуу топланыр; жылуулук болсо сыжак алтлыктан согук алтлыга бүтүн бутактар аркылуу паралел бичимде актарылыр.

Термоэлектрдик модулдар харекетли парча, помпа вейа изилдөө агымшканы геректирмедиги үчүн узак мөөнөттүү ве дүшүк багымм геректирен энергия жыйноо колдонмоларында кулланылабилир. Буга каршы айландыруу натыйжалуулугу, бутактарын материал калитесинин йаны тартип темас каршылыклерине, жылуулук ешанжөрлерине, бутак геометрисине ве електрик йүкүнүн догру ешлештирилмесине күчтүү бичимде бторлыдыр.

Изилдөө ханги негизги бошлугу максаттайт?

Термоэлектрдик материал изилдөөлары чогунлукла бойутсуз \(ZT\) мааниини йүкселтмейе одакланыр. Бирок йүксек \(ZT\)’йе сахип бир материалдын герчек модульде ошол эле дүзейде өндүрүмдүүлүк үретмеси гаранти дегилдир. Модүл өлчегинде шу жоготуулар деврейе гирмектедир:

• Бажак менен метал электрод арасындаки жылуулук контакт каршылыгы
• Лехим, металлдаштыруу ве диффузия барийерлеринин олуштурдугу ек каршылыклер
• Алүмина серамик алтлыгын жылуулук каршылыгы
• Багымр излерин електрик каршылыгы
• Бажак бойутлары ве аралыкларындан ширетүүланан пакетлеме жоготуулары
• Сыжаклыкла дегишен Seebeck катсайжылуулук, електрик мененткенлиги ве жылуулук өткөргүчтүк
• Joule жылуулукнмасы ве Thomson еткиси
• Модүл менен герчек жылуулук кайнторы вейа муздаткыч арасындаки дыш интерфейс жоготуулары

Сонлу елеман чөзүмлери бу еткмененри айрынтылы катары гөстеребилир; бирок бинлерже тасарымын таранмасы үчүн жай ве захметли олабилир. Баситлештирилмиш бир бойутлу модельлер болсо ылдам олмакла бирликте чогу заман сыжаклыга бторлы айрыкчари вейа контакт каршылыгыни ихмал едер. TEMsim, бу ики йаклашым арасында ылдам бирок физиксел компоненттери ачыкча ичерен бир чөзүм сунмайы амачламактадыр.

Bi₂Te₃ табанлы материалдар неден сечилмиштир?

Изилдөөнүн хедефледиги жылуулук ширетүүлары 300 °Ж’нин астында олдугу үчүн висмут теллурид табанлы н- ве п-типтүү материалдар колдонулган. Сайфа 3’теки Шекил 1, 300–500 K аралыгында сыжаклыга бторлы алты негизги өзеллиги көрсөтөт:

• Seebeck катсайжылуулук
• Електрик мененткенлиги
• Ысыл өткөргүчтүк
• Гүч фактөрү
• Бойутсуз \(ZT\)
• н- ве п-типтүү бутактарын топлам диферансийел Seebeck катсайжылуулук

П-типи материалдын Seebeck катсайжылуулук болжол менен +277 µВ/K, н-типтүү материалдынки болжол менен −250 µВ/K дүзейине улашмактадыр. Ики бутак арасындаки диферансийел Seebeck катсайжылуулук 400–425 K чевресинде болжол менен 527 µВ/K менен эң жогорку мааниине улашмыштыр. Бу фарк, бир н-п жубунин температура айырмасы башына үретебмененжеги ачык чынжыр чыңалуусунин негизги белирлейижисидир.

Електрик мененткенлиги температура йүкселдикче азалмыштыр. Н-типи материал изилденген аралыгын тамамында п-типтүү материалден дагы йүксек өткөргүчтүк көрсөткөн. Ысыл өткөргүчтүк болжол менен 400–450 K чевресинде эң төмөн мааниине улашмыш, дагы жогорку температураларда айрыкча п-типтүү материалде биполар жылуулук ташынымы неденийле йениден артмыштыр.

Н-типи материалдын тепе \(ZT\) маании болжол менен 1,31, п-типтүү материалдынки болжол менен 1,52 катары билдирилген. Хер ики тепе де болжол менен 375–425 K изилдөө бөлгесиндедир. Бу маанилер тек башына модуль натыйжалуулуки дегилдир; материалдын електриксел ве жылуулук ташыма айрыкчарини бир арада ифаде еден көрсөткүчлердир.

Сыжаклыга бторлы айрыкчар моделье насыл актарылмыштыр?

Seebeck катсайжылуулук, жылуулук өткөргүчтүк ве електрик мененткенлиги н- ве п-типтүү материалдар үчүн үчүнжү дережеден температура полиномларыйла темсил едилмиштир. Модел, сыжак ве согук уч арасындаки температура аралыгыны бөлүмлере айырарак хер температура ноктасындаки айрыкчари эсептөөкта ве орточо маанилер үретмектедир.

Өрнегин еткили жуп Seebeck катсайжылуулук шу бичимде хесапланмактадыр:

\[ \bar{\alpha} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \left[ \alpha_p(T_i)-\alpha_n(T_i) \right] \]

Бензер бичимде н- ве п-типтүү бутактарын орточо електрик ве жылуулук өткөргүчтүклери температура аралыгы бойунжа айры айры хесапланмактадыр. Бу йаклашым, бүтүн бажторын айрыкчарини йалнызжа орточо температуратаки тек бир мааниле темсил етмектен дагы айрынтылыдыр.

Ошентсе да Табло 2’де температура нокталарынын \(и=0,\ldots,н\) шеклинде танымланмасы ве аралыгын \(н-1\)’е бөлүнмеси гөстерим багыммындан тутарлы дегилдир. Уйгуламада уч нокталары ашмайан \(н\) нокталы бир дизинин \(и=0,\ldots,н-1\) бичиминде курулмасы бекленир. Изилдөөнүн ачык коду маалыматлмедиги үчүн колдонмодаки герчек индекслеме догруланамамактадыр.

Долулук катышы недир?

Долулук катышы вейа филл фажтор, модуль бетинин не катарынын еткин термоэлектрдик бутактарла капландыгыны гөстерир:

\[ FF= \frac{A_{\mathrm{TE}}} {A_{\mathrm{TEM}}} \times100 \]

• \(А_{\mathrm{TE}}\), бүтүн н- ве п-типтүү бутактарын топлам кесит аланыдыр.
• \(А_{\mathrm{TEM}}\), модульүн дыш бет аланыдыр.

Долулук катышы йүкселдигинде жылуулук үчүн дагы кең менентим кесити ве електрик үчүн дагы дүшүк бутак каршылыгы олушур. Буга каршы ошол эле бет аланына йерлештирмененбмененн жуп саны азалабилир. Долулук катышы дүштүгүнде дагы фазала ве дагы кичинекей бутак йерлештирмененбилир; бирок бутактарын топлам електрик каршылыгы ве ималат хассасийети артар.

Бажак сайжылуулук ве йерлешим насыл эсептелген?

Изилдөө, модуль кенарларында өндүрүш ве шилтеме үчүн бырагымлан боштуктары чыктыктан кийин кулланылабилир аланы эсептөөктадыр:

\[ W_{\mathrm{working}}=W-2m_x \]

\[ H_{\mathrm{working}}=H-2m_y \]

Каре кеситли бир бажторын кенар узунлугу \(w_{\mathrm{TE}}\), йатай ве дикей аралыклар \(с_x\) ве \(с_й\) олдугунда хер йөндеки эң жогорку бутак сайжылуулук ашторы йуварлама ишлемийле белирленмектедир:

\[ N_{\mathrm{TE},x} = \left\lfloor \frac{W_{\mathrm{working}}} {w_{\mathrm{TE}}+s_x} \right\rfloor \]

\[ N_{\mathrm{TE},y} = \left\lfloor \frac{H_{\mathrm{working}}} {w_{\mathrm{TE}}+s_y} \right\rfloor \]

С бичимли удаалаш байланышнын ики каршы көшеде гириш ве чыкыш олуштурабилмеси үчүн x йөнүндеки сайы тек, й йөнүндеки сайы жуп олажак сүрөтде айарланмактадыр. Топлам бутак сайжылуулук:

\[ N_{\mathrm{TE,total}} = N_{\mathrm{TE},x}N_{\mathrm{TE},y} \]

ве н-п жуплеринин сайжылуулук:

\[ N_{\mathrm{couple}} = \frac{N_{\mathrm{TE,total}}}{2} \]

катары елде едилмектедир.

С бичимли удаалаш байланыш неден колдонулган?

Сайфа 6’даки Шекил 2, абдан сайыдаки н- ве п-типтүү бажторын сатырлар бойунжа мененри-гери мененрлейен С бичимли бир жез шилтеме йолу аркылуу сери бторландыгыны көрсөтөт. Бу дүзенин ики амажы вардыр:

• Бүтүн жуплерин чыңалуулерини тек бир сери йол үстүндө топламак
• Гириш ве чыкыш учларыны модульүн каршы көшелерине ташыйарак каблосуз панел ве баскылы девре ентеграсйонуну колайлаштырмак

Сери йол узадыкча жез изилерин електрик каршылыгы де артмактадыр. TEMsim бу паразитик каршылыгы жез изилерин топлам узунлугу, кеңлиги, калынлыгы ве мененткенлиги аркылуу моделье еклемектедир.

Үч модуль тасарымы насыл каршылаштырылмыштыр?

TEM-342 ен чоң бутактара ве эң жогорку толуу катышына сахиптир. Електрик агыммы ылайыкже йүксек, чыңалууи дүшүктүр. TEM-1029 болсо ен кичинекей бутактара ве дагы дүшүк толуу катышына ртормен ен фазала сери жуп ичердиги үчүн эң жогорку чыңалууи үретмиштир.

TEM-1029 үчүн ошол эле эсептөө ноктасында:

• Ен йүксек гүч ноктасы чыңалууи болжол менен 31,53 V’тур.
• Ен йүксек гүч ноктасы агыммы болжол менен 0,77 A’дыр.
• Ен йүксек гүч болжол менен 24,18 W’тыр.

Бу маанилер эксперименттик катары еришмененн температура айырмасындан абдан дагы йүксек, 180 °Ж’лик дыш температура айырмасына аит модель натыйжаларыдыр. Дөрт модульлү эксперименттик салыштыруу болжол менен 15–45 °Ж температура айырмасында түзүмлмыштыр.

Неден эң жогорку толуу катышы эң жогорку гүжү вермемиштир?

Бир модульүн гүжү йалнызжа бутактарын капладыгы топлам алана бторлы дегилдир. Бир сери девреде чыңалуу жуп саныйла, ич каршылык болсо бутактарын узунлугу, кесити ве сайжылуулукйла бирликте дегишир.

Күчүк бутаклы TEM-1029’да:

• Даха фазала сери н-п жубунин чыңалуулери топланмыштыр.
• Хер бажторын кесити күчүлдүгү үчүн електрик каршылыгы йүкселмиштир.
• Топлам бутак аланы азалдыгы үчүн жылуулук каршылыгы дегишмиштир.
• Йүксек чыңалуу ве дүшүк агымм карактеристиги олушмуштур.

Бүйүк бутаклы TEM-342’де болсо дагы аз сери жуп, дагы дүшүк чыңалуу ве дагы йүксек агымм булунмактадыр. Инжеленен йүк ве температура шарттарында TEM-1029’ун чыңалуу артышы, каршылык артышындан дагы күчтүү натыйжа вермиштир.

Неден ашыры кичинекей бутактар тержих едилмемиштир?

Модел 0,1–2,0 mm арасындаки бутак бойутларыны тарамыштыр. Бажак кеңлиги болжол менен 0,2 mm’нин алтына дүштүгүнде чевре/кесит аланы катышы бүйүмекте ве електриксел темас менен бутак каршылыгы гүч чыкышыны сынырламактадыр.

Физиксел өндүрүш ачжылуулукндан да 0,5 mm’ден кичинекей бутактарын кесилмеси, метализе едилмеси, хизаланмасы ве бинлерже конума дәнекерленмеси дагы дүшүк өндүрүш түшүмү ве дагы йүксек нарк тобокелдики ташымактадыр. TEM-1029’ун 0,5 mm бойуту, изилдөөдө економик катары колдонууга мүмкүн эң жогорку тыгыздык сыныры катары сечилмиштир.

Идеал бир термоэлектрдик модульүн жылуулук денгеси насыл модельленмиштир?

Сыжак учтан алынан жылуулук дөрт ана компонентден олушмактадыр:

• Seebeck/Peltier дөнүшүм терими
• Ич електрик каршылыгынден ширетүүланан Joule жылуулуксы
• Сыжаклыга бторлы Seebeck катсайжылуулукнын олуштурдугу Thomson еткиси
• Бажаклар бойунжа пасиф жылуулук менентими

Идеал дурумда сыжак ве согук уч арасындаки нет електрик гүжү генел катары:

\[ P_o = N_{\mathrm{couple}} \left[ \bar{\alpha}\Delta T I -I^2R_i -\bar{\tau}I\Delta T \right] \]

шеклинде ифаде едилмиштир. Бурада \(Ы\) агымм, \(Р_и\) бир жупин ич каршылыгы, \(\bar{\alpha}\) еткили Seebeck катсайжылуулук ве \(\bar{\tau}\) Thomson теримидир.

Топлам ич електрик каршылыгы, н-типтүү бутактар, п-типтүү бутактар ве жез изилерин топламыдыр:

\[ R_{i,\mathrm{total}} = R_n+R_p+R_{\mathrm{trace}} \]

Бажакларын електрик каршылыгы жуп санынын кареси, бутак узунлугу, модуль аланы, толуу катышы ве материал өткөргүчтүклерийле илишкмененндирилмиштир. Чок сайыда кичинекей бутак сери бторландыгында чыңалууле бирликте ич каршылык де бүйүмектедир.

Термал контакт каршылыгы неден маанилүүдир?

Герчек модульде сыжак блокта өлчүлен температура менен термоэлектрдик бажторын сыжак ужу ошол эле дегилдир. Бензер бичимде бажторын согук ужу менен муздаткыч блок арасында да температура дүшүмү олушур. Бу фарклар шу катмарлардан ширетүүланабилир:

• Термал интерфейс материалси
• Алүмина керамикалык субстрат
• Багымр из
• Лехим табакасы
• Метализасйон ве диффузия тосмосу
• Йүзей пүрүзлүлүгү ве боштуктар
• Йетерсиз вейа денгесиз кысуу басынжы

Сайфа 9’даки Шекил 3, ысык бетден муздак бете догру беш негизги каршылык компонентини көрсөтөт: үст алтлык, үст темас, термоэлектрдик бутактар, алт темас ве алт алтлык.

Изилдөөдө дыш кабук каршылыгы:

\[ \theta_{\mathrm{shell}} = \theta_{\mathrm{con}} + \theta_{\mathrm{sub}} \]

ве топлам модуль каршылыгы:

\[ \theta_{\mathrm{TEM,total}} = \theta_{\mathrm{TE,total}} + 2\theta_{\mathrm{shell}} \]

шеклинде танымланмыштыр.

Ысыл темас фактөрү насыл танымланмыштыр?

Изилдөөчүлөр контакт каршылыгыни догрудан сабит бир K/W маании йерине бойутсуз TCF менен танымламыштыр:

\[ \theta_{\mathrm{con}} = TCF \left( \theta_{\mathrm{TE,total}} + \theta_{\mathrm{sub}} \right) \]

TCF күчүлдүкче интерфейсүн дагы ийи, TCF бүйүдүкче темас кайбынын дагы йүксек олдугу кабул едилмектедир. Изилдөөдө 0,05, 0,10 ве 0,15 маанилери бааланган.

TCF догрудан хер прототип үчүн бторымсыз өлчүлмүш тек бир параметре катары маалыматлмемиштир. Бунун йерине үч TCF мааниийле хесапланан өндүрүмдүүлүк бантлары эксперименттик нокталарла каршылаштырылмыштыр. Бу неденле уйум, тамамен мурунден сабитленмиш тек бир параметрейле түзүмлан көр тахмин дегил, оласы темас калитеси аралыгыйла түзүмлан модель салыштыруусыдыр.

Темас каршылыгы електриксел өндүрүмдүүлүкы насыл дегиштирмиштир?

Темас каршылыгы йүкселдигинде дыш бетлер арасында колдонулган температура айырмасынын дагы кичинекей бөлүмү н- ве п-типтүү бутактара улашыр. Сонуч катары:

• Еткин бутак температура айырмасы азалыр.
• Ачык девре чыңалууи дүшер.
• Йүк астындаки агымм азалыр.
• Ен йүксек гүч дүшер.
• Дөнүшүм натыйжалуулуки азалыр.
• Айны електрик чыктжылуулук үчүн герекен жылуулук гириши артар.
• Ен уйгун електрик йүкү дагы йүксек диренже кайар.

Сайфа 21’деки Шекил 8a, TCF сыфыр кабул едилдигинде модельин эксперименттик гүч нокталарынын үстүндө калдыгыны көрсөтөт. Шекил 8b’де TCF 0,05–0,15 аралыгы еклендигинде эксперименттик нокталар модель бантлары үчүне вейа йагымнына гелмектедир.

Thevenin эквиваленти не амачла колдонулган?

Модүл, електриксел ачыдан бир эквивалент чыңалуу кайнторы ве сери каршылыкле темсил едилмиштир:

\[ V_{\mathrm{eq}} = N_{\mathrm{couple}} \bar{\alpha} \Delta T' \frac{\theta_{\mathrm{TE}}} {\theta_{\mathrm{TE}}+2\theta_{\mathrm{shell}}} \]

Бу ифаде, дыш температура айырмасынын йалнызжа бир бөлүмүнүн еткин бутак температура айырмасына дөнүштүгүнү көрсөтөт.

Ешмаани каршылык болсо бутак ве излерин електрик каршылыгынин йанында электродермал бторлашымын олуштурдугу ек терими де ичермектедир. Йүк каршылыгы эквивалент ич диренже йаклаштыгында електриксел гүч эң жогорку мааниине йаклашыр. TCF дегиштигинде эквивалент ширетүү чыңалууи ве ен уйгун йүк де дегишмектедир.

Дөнүшүм натыйжалуулуки насыл эсептелген?

Герчек модуль натыйжалуулуки ысык тараптан алынан жылуулукйа ылайык:

\[ \eta_{\mathrm{actual}} = \frac{P_o}{Q_h} \]

бичиминде эсептелген.

Изилдөө ошондой эле үч теорик сыныры рапорламактадыр:

• Carnot натыйжалуулуки
• Малземе \(ZT\)’сине бторлы эң жогорку теорик термоэлектрдик натыйжалуулук
• Ен йүксек гүч ноктасындаки теорик натыйжалуулук

Carnot натыйжалуулуки:

\[ \eta_{\mathrm{Carnot}} = \frac{T_h-T_c}{T_h} \]

ве орточо \(ZT\)’йе дайалы эң жогорку теорик айландыруу натыйжалуулугу:

\[ \eta_{\max} = \frac{T_h-T_c}{T_h} \frac{ \sqrt{1+\overline{ZT}}-1 }{ \sqrt{1+\overline{ZT}}+T_c/T_h } \]

шеклинде эсептелген. Герчек модуль натыйжалуулуки; темас, алтлык, жез изи, дәнекер ве йүк ешлешмеси жоготуулары неденийле бу теорик сынырларын астында калмактадыр.

TEMsim чөзүм агымшы насыл изилдөөктадыр?

Сайфа 14’теки Шекил 4, эсептөө агымшыны йеди ана бөлүмде көрсөтөт:

1. Модүл өлчүлери, хедеф толуу катышы, кенар боштуктары ве бутак бойутлары танымланыр.
2. Ен йагымн үретмененбилир ызгара ве н-п бутак сайжылуулук сечилир.
3. Ысыл сыныр шарттары, жүк каршылыгы ве темас фактөрү гирилир.
4. Йерел температуралара ылайык Seebeck, өткөргүчтүк ве Thomson катсайылары хесапланыр.
5. Ысыл каршылык торы ве електрик девреси бирликте чөзүлүр.
6. Бажак уч температуралары гевшетме фактөрүйле гүнжелленир ве жакындашуу денетленир.
7. Герилим, агымм, гүч, жылуулук гириши, натыйжалуулук ве \(ZT\) өлчүтлери рапорланыр.

Башлангычта бутак уч температуралары дыш сыжак ве муздак бет температураларына ешит кабул едилмектедир. Хер йинелемеде темас ве алтлык жоготуулары хесапланарак герчек бутак температуралары йениден белирленир.

Догрусал олмайан салынымлары азалтмак үчүн ен аз 0,3 мааниинде бир гевшетме катсайжылуулук кулланылмактадыр:

\[ T_{\mathrm{new}} = T_{\mathrm{prev}} + \omega \left( T_{\mathrm{calculated}}-T_{\mathrm{prev}} \right) \]

Герилим ве температура үчүн ики айры жакындашуу өлчүтү уйгуланмыш ве ылайыкли толеранс \(10^{-3}\) катары аныкталган.

Долулук катышына бторлы тасарым аланы не көрсөткөн?

Сайфа 17’деки Шекил 6, жылуулуктыжы температурасы 50, 100, 150 ве 200 °Ж; муздак бет 20 °Ж ве бутак йүксеклиги 0,46 mm икен толуу катышынын шу өлчүтлере еткисини көрсөтөт:

• Ен йүксек гүч ноктасы чыңалууи
• Ен йүксек гүч ноктасы агыммы
• Ен уйгун жүк каршылыгы
• Електрик гүжү

Долулук катышы арттыкча жуп саны азалдыгы үчүн чыңалуу дүшме егилиминдедир. Бажакларын топлам кесит аланы бүйүдүгү үчүн агымм артар ве эң ылайыктуу жүк каршылыгы азалыр. Гүч болсо тек йөнлү дегишмемекте; чыңалуу менен агымм арасындаки денгейе бторлы катары орта бир долулук бөлгесинде эң жогорку маание улашабилмектедир.

TCF 0,05’тен 0,15’е йүкселдигинде бүтүн температура шарттарында гүч егрмененри ашторы каймыштыр. Бу дурум геометри оптималдаштырууунун контакт каршылыгынден бторымсыз түзүмламайажторыны көрсөтөт.

TEM-1029 физиксел катары насыл олуштурулмуштур?

Сайфа 18’деки Шекил 7b, прототипин катмарларыны кесит шемасыйла көрсөтөт. Йапыда шу компоненттер булунмактадыр:

• Үст ве алт Al₂O₃ керамикалык субстратлар
• ENIG бет капламалы кадемели жез генлешме рахатлатма электроддоры
• Үст жез электрод катмарлары
• Алт жез уйум катмарлары
• Йүксек температура серт дәнекер шилтемелары
• SAC305, йани Sn96,5-Ag3,0-Cu0,5 дәнекер шилтемелары
• Ни-Аг-Ау табанлы металлдаштыруу ве диффузия тосмосу
• н- ве п-типтүү Bi₂Te₃ бутактар

Шекил 7d’де үст керамикалык субстрат екленмеден мурун 49 × 42 конумлу микро-бутак дизиси гөрүлмектедир. Изилдөө, бинлерже бажторы тек модульде бирлештиребилмек үчүн материал өндүрүши, хассас кесме, металлдаштыруу ве ашамалы дәнекерлеме ичерен бир өндүрүш агымшы кулланылдыгыны белиртмектедир.

Айрынтылы өндүрүш адымлары Шекил S3–S8’е йөнлендирилмиштир. Бу ек сүрөтлер йүкленен үйүрмде булунмадыгы үчүн бутак кесме натыйжалуулуки, тегиздөө толерансы, дәнекер бошлугу дторылымы ве кусурлу модуль катышлары инжеленемемиштир.

Деней дүзенеги насыл даярдалган?

Сайфа 18’деки Шекил 7c’де модуль дикей бир жылуулук агымш дүзенинде ики блок арасына йерлештирилмиштир:

• Үстте картридж жылыткычлар ичерен сыжак блок
• Алтта муздаткычйа бторлы сывы долашымлы согук блок
• Үст ве алт бетлерде терможуплар
• Вери топлама системаи
• Айарланабилир кысуу дүзенеги
• Сыкыштырма йайлары
• Истеге бторлы куввет сенсөрү
• Серамик ве көпүк жылуулук изоляция парчалары
• Електроник йүк

Йүксек температураларда мика вейа графит, орта ве төмөн температураларда термалдык май вейа пед колдонулган. Сыжак бет картридж жылыткычларла кадемели катары жылуулуктылмыш; муздак бет бир муздаткыч аражылыгыйла болжол менен 20–50 °Ж аралыгында тутулмуштур.

Хер температура ноктасында система болжол менен 5–10 мүнөт туруктуу дурума гелене катар беклетилмиштир. Сыжаклыклар бирден фазала конумдан кайдедилмиш; Фоуриер йасасыйла жылуулук агымы ве дегишен електрик йүклеринде чыкыш гүжү аныкталган.

Сыкыштырма куввети неден контрол едилмиштир?

Модүл бетиндеки контакт каршылыгы, интерфейс материалсинин калынлыгы ве герчек темас аланыйла илишкилидир. Сыкыштырма артырылдыгында боштуктар азалабилир ве контакт каршылыгы дүшебилир. Бирок ашыры куввет кырылган Bi₂Te₃ бутактара вейа дәнекер шилтемеларына зарар веребилир.

Изилдөө, айрыкча графит левха гиби йүксек басым геректирен интерфейс материалдаринде 50 пси үстүндөки басымларын герекебмененжегини белиртмектедир. Ошентсе да ана текстде ар түрдүү кысуу кувветлеринде өлчүлмүш айры бир өндүрүмдүүлүк таблицасу вейа оптимум басым маании сунулмамыштыр.

Модел ханги эксперименттик маалыматтарле каршылаштырылмыштыр?

Растгеле сечилдиги белиртмененн дөрт TEM-1029 модульү, муздак тарап болжол менен 50 °Ж’де тутулуркен ар түрдүү температура фаркларында сынанмыштыр. Сайфа 21’де шу эксперименттик чоңлүклер көрсөтүлгөн:

• Електрик гүжү
• Герекли жылуулук гириши

Герилим, агымм, ачык чынжыр чыңалуусу ве натыйжалуулук үчүн модель егрмененри гөстерилмиш, бирок бу дөрт дегишкене аит эксперименттик нокталар ана сүрөтде йер алмамыштыр. Шекил ачыкламасы генел катары бүтүн өндүрүмдүүлүк өлчүтлеринде уйум булундугуну ифаде етсе де гөрсел эксперименттик салыштыруунын догрудан сунулдугу негизги чоңлүклер гүч ве жылуулук гиришидир.

Йаклашык 15 °Ж температура айырмасында эксперименттик гүч 0,1 W живарында, 40–45 °Ж аралыгында болсо болжол менен 1,0–1,4 W дүзейиндедир. Айны температура аралыгында герекли жылуулук гириши болжол менен 35 W’тан 90–100 W дүзейине чыкмактадыр. Бунлар графиктен болжол менен окунан маанилердир; изилдөө айры бир сандык маалымат таблицасу сторламамыштыр.

Ысыл контакт каршылыгы екленмеден модель неден башаржылуулукз олмуштур?

TCF сыфыр алындыгында бүтүн дыш температура айырмасынын бутактара улаштыгы варсайылмактадыр. Бу идеал кабул:

• Seebeck чыңалууини фазала хесапламыш,
• агыммы ве гүжү фазала хесапламыш,
• ошол эле температура айырмасы үчүн герекен жылуулукйы дүшүк хесапламыштыр.

Денейде болсо серамик, дәнекер, жез ве дыш интерфейстерде ек температура дүшүмлери булунмактадыр. TCF еклендигинде бутактарын герчек \(\Delta Т\) маании күчүлмүш ве модель эксперименттик маалыматйе йаклашмыштыр.

Модел-тажрыйба уйуму не катар күчтүүдүр?

Денейсел нокталарын чогу TCF 0,05–0,15 модель бандынын үчүнде вейа йагымнындадыр. Бу дурум модельин темас жоготууларыны хесаба каттыгында генел егилими йакалайабилдигини дестеклемектедир.

Бирок уйумун нижел гүжү чектелген рапорланмыштыр:

• Йалнызжа дөрт модуль өрнеги колдонулган.
• Модүллерин хер температурата кач кез текрарландыгы ачыкланмамыштыр.
• Хата чубуклары маалыматлмемиштир.
• TCF хер модуль үчүн бторымсыз өлчүлмемиштир.
• РМСЕ, орточо мутлак ката вейа йүзде ката рапорланмамыштыр.
• Модел гелиштирме ве валидация үчүн айры модуль груплары танымланмамыштыр.

Бу неденле “күчтүү уйум” сонужу гөрсел ве егилимсел дүзейдедир; кесин бир болжолдоо ката сыныры маалыматлмемиштир.

Йүк каршылыгы өндүрүмдүүлүкы насыл еткмененмиштир?

Сайфа 22’деки Шекил 9, 50, 100, 150 ве 200 °Ж температура фаркларында електрик жүк каршылыгынин гүч, чыңалуу ве агымма еткисини көрсөтөт.

Йүк каршылыгы сыфыра йагымнкен агымм йүксек бирок йүк үстүндөки чыңалуу дүшүк олдугу үчүн електрик гүжү дүшүктүр. Йүк каршылыгы абдан йүксек олдугунда чыңалуу ачык девре мааниине йаклашыр бирок агымм азалыр. Ики уч арасында максимум кубат ноктасы булунмактадыр.

TCF йүкселдигинде:

• Тепе гүч азалмыштыр.
• Тепе гүч ноктасы дагы йүксек жүк каршылыгыне каймыштыр.
• Бүтүн йүк аралыгында чыңалуу ве агымм дүшмүштүр.

Таблодаки маанилер Шекил 9’дан болжол менен окунмуштур ве өлчүлмүш тажрыйба натыйжалары дегилдир.

Сыжаклык-өндүрүмдүүлүк карталары не сторламактадыр?

Сайфа 23–24’теки Шекил 10 ве 11, муздак тарап температурасы менен модуль температура айырмасынын абдан сайыда комимаратсйону үчүн шу натыйжалары көрсөтөт:

• Герекли жылуулук гириши
• Еткин жылуулук өткөргүчтүк
• Модүл айландыруу натыйжалуулугу
• Електрик гүжү
• Герилим
• Акым

Хариталар TCF 0,05, 0,10 ве 0,15 үчүн айры айры эсептелген. Бу түзүм, билинен температуралар астында чыкты эсептөөнын йанында, билинен муздаткыч температурасы ве жылуулук агымындан модульүн еткин изилдөө ноктасы менен електрик чыктжылуулукнын герийе догру белирленмесине оланак вермектедир.

Изилдөөчүлөр бу чыктылары жылуулук алмаштыргыч CFD модельлерине гирди катары кулланмайы сунуштайт. Бирок бул изилдөөда бүтүнлчек бир герчек жылуулук алмаштыргыч, геотермалдык куйу вейа өнөр жайлык егзоз системаи эксперименттик катары курулмамыштыр.

50 модульлүк сапат контролу сонужу недир?

Ана текст, 50 модульден олушан бир партиде Харман ыкмасыйле болжол менен 0,75–0,83 модуль дүзейи \(ZT\) маанилери елде едилдигини билдирмектедир. Бу натыйжа, сери өндүрүш тутарлылыгы ачжылуулукндан маанилүү олабилир.

Ошентсе да айрынтылы өлчөөлөр, дторылым графиклери, жихаз калибрацияу ве дүзелтмелер Шекил S22 менен Табло S5–S6’йа йөнлендирилмиштир. Ек матерйал йүкленмедиги үчүн:

• 50 өлчөөүн дторылымы,
• орточо ве стантарт сапмасы,
• айкыры маанилер,
• өлчөө белирсизлиги,
• радйасйон ве дыш жылуулук кайбы дүзелтмелери

бу инжелемеде догруланамамыштыр.

Айрынтылы термоэлектрдик бутак чечүүчүсү неден гелиштирилмиштир?

TEMsim модуль өлчегинде орточо айрыкчарле ылдам эсептөө йапмактадыр. Бүйүк температура фаркларында вейа узун бутактарда температура профили догрусал олмактан узаклашабилир. Joule жылуулукнмасы, Thomson еткиси ве сыжаклыга бторлы материал айрыкчари бутак бойунжа жергиликтүү жылуулук агымыны дегиштиребилир.

Бу неденле изилдөөчүлөр хер бажторы абдан сайыда узайсал парчайа бөлен айры бир тек бойутлу сыныр маани чечүүчүсү гелиштирмиштир. Чөзүжү, температура \(Т(x)\) ве жылуулук агымы \(q(x)\) аланларыны ошол эле анда мененрлетмектедир:

\[ \frac{dT}{dx} = \frac{JT\alpha(T)-q} {k(T)} \]

\[ \frac{dq}{dx} = \sigma(T)J^2 \left[ 1- \frac{\alpha^2(T)T} {\sigma(T)k(T)} \right] - \frac{J\alpha(T)} {к(Т)}q \]

Бурада \(J\) ток тыгыздыгы, \(\alpha(Т)\) Seebeck катсайжылуулук, \(\sigma(Т)\) електрик мененткенлиги ве \(к(Т)\) жылуулук өткөргүчтүктир.

Йүрүйен чөзүм алгоритмасы насыл изилдөөктадыр?

Бажак согук учтан сыжак ужа ешит узунлукта парчалара айрылыр. Согук уч температурасы билинир; бирок согук уч жылуулук агымы баштапкыта билинмез. Алгоритма шу адымлары уйгулар:

1. Согук уч жылуулук агымы үчүн бир денеме маании сечилир.
2. Сыжаклык ве жылуулук агымы согук учтан сыжак ужа догру парча парча хесапланыр.
3. Хер парчада мурун тахмин, ардындан орта нокта айрыкчарийле дүзелтме түзүмлыр.
4. Хесапланан сыжак уч температурасы менен хедеф температура арасындаки фарк булунур.
5. Фарклы ишаретли ики жылуулук агымы чөзүмү булунарак көк аралыгы олуштурулур.
6. MATLAB fzero ишлевийле догру согук уч жылуулук агымы белирленир.
7. Сон температура ве жылуулук агымы профиллери йениден хесапланыр.

Арама мурун мурунку изилдөө ноктасынын чевресинде тар бир аралыкта түзүмлмакта; ишарет дегишими булунамазса аралык кадемели катары ±3, ±8 ве ±80 менентим өлчегине кеңлетилмектедир. Ен кең аралыкта да физиксел чөзүм булунамазса сечмененн ток тыгыздыгынун туруктуу бир чөзүм үретмедиги кабул едилмектедир.

Тек бутак натыйжалуулук натыйжалары нелердир?

Сайфа 28’деки Шекил 13, 0,5 × 0,5 × 0,46 mm бутактар үчүн муздак тарап 50 °Ж ве ысык тарап 150 °Ж икен натыйжалуулук-ток тыгыздыгы егрмененрини көрсөтөт.

Акым тыгыздыгы ишаретлеринин ар түрдүү олмасы, н- ве п-типтүү бутактардаки агымм йөнү ишарет куралындан ширетүүланмактадыр. Бу бутактар герчек модульде електриксел катары сери бторландыгы үчүн физиксел девре агыммы ошол эледыр; кесит ве ишарет танымларына ылайык жергиликтүү ток тыгыздыгы йөнлери ар түрдүү гөстерилмектедир.

Бажак үчүндеки температура ве жылуулук агымы профиллери насылдыр?

Сайфа 29’даки Шекил 14’те температура, 0,46 mm бутак йүксеклиги бойунжа болжол менен 323 K’ден 423 K’йе тек йөнлү катары йүкселмектедир. Профил тамамен дүз дегилдир.

Ысы акжылуулук да бутак бойунжа сабит калмамактадыр. П-типи үлгүте колдонулган ток тыгыздыгы болжол менен −262,24 A/жм² ве согук уч жылуулук агымы болжол менен −7,107 × 10⁵ W/м²’дир. Н-типи үлгүте ток тыгыздыгы болжол менен 216,73 A/жм² ве согук уч жылуулук агымы болжол менен −5,846 × 10⁵ W/м²’дир.

Ысы акжылуулукндаки узайсал дегишим, ич Joule жылуулукнмасы менен сыжаклыга бторлы термоэлектрдик ташыманын бутак үчүнде энергия үретип йениден дторытмасындан ширетүүланмактадыр.

Изилдөөнүн күчтүү йөнлери нелердир?

• Сыжаклыга бторлы н- ве п-типтүү материал айрыкчари моделье догрудан екленмиштир.
• Модүл геометриси, толуу катышы, бутак бойуту ве шилтеме каршылыгы ошол эле тасарым агымшында изилденген.
• Ысыл контакт каршылыгы бойутсуз TCF менен ачык бичимде модельленмиштир.
• Joule ве Thomson еткмененри йары аналитик чөзүмде диккате алынмыштыр.
• TEMsim ылдам тасарым тарамасы үчүн гелиштирилмиш ве MATLAB’да колдонулган.
• Үч ар түрдүү тыгыздыкта модуль тасарымы сандык катары каршылаштырылмыштыр.
• 1.029 жуп ве 2.058 бутактан олушан физиксел бир прототип өндүрүлгөн.
• Герчек модуль кесит түзүмү ве өндүрүш мурунси бутак дизиси гөрсел катары көрсөтүлгөн.
• Контроллү сыжак ве согук блоклардан олушан тажрыйба дүзенеги курулмуштур.
• Темас каршылыгы ичерен ве ичермейен модель натыйжалары догрудан каршылаштырылмыштыр.
• Дөрт модульден алынан эксперименттик гүч ве жылуулук гириши нокталары моделье каршы көрсөтүлгөн.
• Йүк каршылыгы ве температура сыныр шарттары үчүн кең өндүрүмдүүлүк карталары олуштурулмуштур.
• Догрусал олмайан тек бутак температура ве жылуулук агымы чечүүчүсү гелиштирилмиштир.
• Йөнтем, жогорку чыңалуудагы модулдарин жылуулук алмаштыргыч ве система тасарымына бторланабилмесине оланак вермектедир.

Изилдөөнүн башлыжа чектелгенлыклары нелердир?

• Изилдөө рецензиядан өткөн эмес.
• Ек билги досйалары йүкленен үйүрмде булунмамактадыр.
• Малземе синтези ве ташыма өзеллиги өлчөө ыкмалери ана текстде йетерли айрынтыйла маалыматлмемиштир.
• АНСЙС салыштыруусынын айрынтылары йалныз ек матерйале йөнлендирилмиштир.
• Денейсел модель салыштыруусы йалнызжа дөрт модулье дайанмактадыр.
• Денейлерде ката чубугу, стантарт сапма вейа ишеним аралыгы маалыматлмемиштир.
• Модел-тажрыйба фаркы үчүн РМСЕ, МАЕ вейа йүзде ката рапорланмамыштыр.
• TCF хер модуль үчүн бторымсыз катары өлчүлмемиш, 0,05–0,15 бантларыйла бааланган.
• Сыкыштырма кувветинин өндүрүмдүүлүка еткиси үчүн нижел ана натыйжа маалыматлмемиштир.
• 50 модульлүк Харман өлчөөлөринин айрынтылары йалныз ек матерйалдедир.
• Узун убакытли термалдык цикл ве механикалык чарчоо тажрыйбалари рапорланмамыштыр.
• Лехим, металлдаштыруу вейа бутак арызаларынын дторылымы маалыматлмемиштир.
• Үретим натыйжалуулуки ве кусурлу модуль катышы ачыкланмамыштыр.
• Модүл адландырмасы менен ызгара/бутак/жуп сайылары базы тасарымларда тутарлы дегилдир.
• Геометри ексенлери ве базы дегишкен адларында йазым вейа гөстерим белгисиздиклери булунмактадыр.
• Сыжаклык дизиси ве Thomson катсайжылуулук теңдемелеринде индекс сынырлары ачык дегилдир.
• Ачык девре чыңалууинде орточо Seebeck ве айры Thomson дүзелтмесинин насыл айрыштырылдыгы бторымсыз катары ырасталган эмес.
• TEMsim коду ачык бир депода пайлашылмамыштыр.
• Хам тажрыйба маалыматтари үчүн ачык маалымат шилтемесы маалыматлмемиштир.
• Герчек геотермалдык вейа өнөр жай калдыгы жылуулук кайнторында саха тажрыйбаи түзүмлмамыштыр.
• Ысы ешанжөрү, помпа, муздаткыч ве гүч електрониги дâхил система натыйжалуулуки хесапланмамыштыр.
• Економик нарк, акталуу мөөнөтү ве wатт башына өндүрүш нарки сунулмамыштыр.

Изилдөө нейи дестеклемектедир?

• Сыжаклыга бторлы материал айрыкчари ве контакт каршылыгы ичерен йары аналитик модельин модуль тасарымында кулланылабмененжегини дестеклемектедир.
• Ысыл контакт каршылыгынин ихмал едилмесинин гүч ве натыйжалуулукин фазала тахмин едилмесине йол ачтыгыны көрсөтөт.
• Йүксек жуп санынын дүшүк толуу катышына ртормен чыңалуу ве гүч авантажы сторлайабмененжегини көрсөтөт.
• 0,5 mm бутактарла 1.029 жупин тек модульде физиксел катары бирлештирмененбилдигини көрсөтөт.
• TEM-1029’ун изилденген сандык шарттарда TEM-342 ве TEM-696’дан дагы йүксек чоку кубат үреттигини көрсөтөт.
• Дөрт прототиптен алынган гүч ве жылуулук гириши өлчөөлөринин TCF 0,05–0,15 модель бандыйла генел уйумуну көрсөтөт.
• Темас калитесинин оптимум жүк каршылыгыни дегиштиребилдигини көрсөтөт.
• Тек бутак температура ве жылуулук агымы профиллеринин догрусал олмайан бичимде хесапланабмененжегини көрсөтөт.
• Йөнтемин ар түрдүү модуль геометрмененринин ылдам бичимде каршылаштырылмасы үчүн кулланылабмененжегини дестеклемектедир.

Изилдөө нейи далилдебейт?

• TEM-1029’ун бүтүн температура ве темас шарттарында ен ийи термоэлектрдик тасарым олдугуну далилдебейт.
• 0,5 mm бутактарын бүтүн үретижмененр үчүн економик вейа йүксек натыйжалуулукли олдугуну гөстермез.
• 24,18 W вейа болжол менен 40 W модель натыйжаларынын саха ортамында убакыткли елде едмененжегини далилдебейт.
• Дөрт прототиптеки уйумун сери өндүрүшин тамамына генелленебмененжегини гөстермез.
• TCF маанилеринин бүтүн модуль өмрү бойунжа сабит калажторыны гөстермез.
• 50 модульлүк партинин узак мөөнөттүү ишенимилирлигини далилдебейт.
• Модүлүн термалдык цикл, титрешим, нем вейа оксидденүү астында дайаныклы олдугуну гөстермез.
• Жеотермалдык вейа өнөр жай калдыгы жылуулук системаинин топлам айландыруу натыйжалуулугуни өлчмез.
• Ысы ешанжөрү ве согутма үчүн герекен йардымжы энергияйи хесаба катмаз.
• Йүксек чыңалуули панел дүзейинде сери-паралел кошулманын ишенимилирлигини эксперименттик катары гөстермез.
• Тек бутак үчүн хесапланан йүзде 5,40 ве йүзде 4,99 натыйжалуулуклерин бүтүн модуль натыйжалуулуки олдугуну гөстермез.
• Економик акталуу, карбон азалтымы вейа йатырым физибилитеси хаккында маалымат сунмаз.

Изилдөөнүн Йөнтеми ве Булгулары

Изилдөө тасарымынын текник өзети

TEM-1029 прототипинин айрыкчари

Үч тасарымын жогорку температура ноктасы салыштыруусы

Каршылаштырма \(Т_ж=20\ ^\circ\mathrm{C}\), \(Т_х=200\ ^\circ\mathrm{C}\) ве TCF = 0,10 модель шартуна аиттир. TEM-342 ве TEM-696 адларындаки сайыларын ызгара хүжрелерийле, TEM-1029 адынын болсо н-п жуп саныйла илишкмененндирилмеси неденийле ширетүүта адландырма тутарсызлыгы булунмактадыр.

Темас фактөрүнүн еткиси

Денейсел валидациянын капсамы

Тек бутак чечүүчүсүнүн натыйжалары

Ана сүрөтлерин негизги месажлары

• Шекил 1: н- ве п-типтүү Bi₂Te₃ материалдарин 300–500 K аралыгындаки Seebeck катсайжылуулук, електрик мененткенлиги, жылуулук өткөргүчтүк, гүч фактөрү, \(ZT\) ве топлам Seebeck фаркыны көрсөтөт.
• Шекил 2: Йүксек тыгыздыклу С бичимли удаалаш байланышйы, ар түрдүү долулук хедефлерини ве бутак бойутуна ылайык үретмененбмененн ызгаралары көрсөтөт.
• Шекил 3: Серамик алтлык, жез изи ве термоэлектрдик бутактардан олушан катмарлы түзүмйы ве беш компонентли жылуулук каршылыгы торыны көрсөтөт.
• Шекил 4: Геометрик тасарымдан сыжаклыга бторлы материал хесабына, жылуулук-електрик тор чөзүмүне ве жакындашуу денетимине узанан TEMsim агымшыны көрсөтөт.
• Шекил 5: TEM-342, TEM-696 ве TEM-1029 тасарымларында бутак бойуту, толуу катышы, бутак йүксеклиги, V-Ы ве П-Ы илишкмененрини салыштырууктадыр.
• Шекил 6: TCF 0,05, 0,10 ве 0,15 астында толуу катышына бторлы чыңалуу, агымм, жүк каршылыгы ве гүч дегишимини көрсөтөт.
• Шекил 7: Прототипин абдан катмарлы кеситини, 49 × 42 бутак дизисини ве контроллү сыжак-согук блок тажрыйба дүзенегини көрсөтөт.
• Шекил 8: Темас каршылыгы булунмайан модельин эксперименттик гүжү фазала тахмин еттигини, TCF еклендигинде эксперименттик маалыматйе йаклашмайы көрсөтөт.
• Шекил 9: Фарклы температура фарклары ве TCF маанилеринде жүк каршылыгыне бторлы гүч, чыңалуу ве агымм егрмененрини көрсөтөт.
• Шекил 10: Герекли жылуулук гириши, еткин жылуулук өткөргүчтүк ве айландыруу натыйжалуулугунин сыжак ве согук сыныр шарттарындаки карталарыны көрсөтөт.
• Шекил 11: Айны температура аланында електрик гүжү, чыңалуу ве агымм карталарыны көрсөтөт.
• Шекил 12: Тек бутакта температура ве жылуулук агымыны парча парча чөзен тахмин-дүзелтме алгоритмасыны көрсөтөт.
• Шекил 13: н- ве п-типтүү бутактарын натыйжалуулук-ток тыгыздыгы егрмененрини ве көк булма артыкларынын жакындашуусыны көрсөтөт.
• Шекил 14: 0,46 mm бутак йүксеклиги бойунжа температура ве жылуулук агымы профиллерини көрсөтөт.

Каныт дүзейине ылайык табылгаларын дуруму

Булак жана метод эскертүүсү

Изилдөөнүн там өзгүн ады: Предижтиве Десигн оф Сжалабле Хигх Волтаге анд Хигх Денситй Тхермоележтриж Модулес фор Енергй Харвестинг анд Хеат Режоверй

Йазарлар: Зиминг Жинг, Кирк Нузум ве Мукул Схарма.

Йазар тартипламасы: Зиминг Жинг биринжи, Кирк Нузум икинжи ве Мукул Схарма үчүнжү автордыр.

Ешит салым билгиси: Йүкленен үйүрмде тең салымда булунан автор билдирими йер алмамактадыр.

Сорумлу автор: Зиминг Жинг.

Сорумлу автор е-постасы: ziming.jing@utexas.edu

Курумсал шилтемелар:

1. Университй оф Теxас ат Аустин, Аустин, ABD.
2. Геотхермиx ЛЛЖ, Аустин, ABD.

Йазар–мекеме ешлештирмеси:

• Зиминг Жинг: Университй оф Теxас ат Аустин.
• Кирк Нузум: Геотхермиx ЛЛЖ.
• Мукул Схарма: Университй оф Теxас ат Аустин.

DOI:10.2139/ssrn.7197181

Йайын платформау: SSRN.

Ресмî ширетүү шилтемесы:SSRN изилдөө кайды

Йайын йылы: 2026.

Сайфа сайжылуулук: 32.

Ширетүү түрү: Йары аналитик модельлеме, модуль тасарымы, физиксел өндүрүш ве контроллү эксперименттик валидация ичерен термоэлектрдик мүхендислиги препринти.

Хакемлик дуруму: Изилдөө рецензиядан өткөн эмес. Бүтүн сайфаларда “Тхис препринт ресеаржх папер хас нот беен пеер ревиеwед” уйаржылуулук булунмактадыр.

Дерги: Хакемли бир журнал ады, кабул карары, жилт, сайы вейа акыркы макале нумарасы йер алмамактадыр.

Йайыневи: Нихаи хакемли жарыялоо үчүн басмакана билгиси булунмамактадыр. Инжеленен үйүрм SSRN препринтидир.

Финансман: Университй оф Теxас ат Аустин’де герчеклештирмененн изилдөөнүн ABD Енержи Баканлыгы тарафындан кысмен дестеклендиги белгиленген. Фон вейа хибе нумарасы маалыматлмемиштир.

Дигер дестек: Йазарлар Геотхермиx’е, Университй оф Теxас ат Аустин ПГЕ Мажхине Схоп’а ве система курулуму менен гелиштирилмесине салым сторлайан Дарйл Нйгаард’а тешеккүр етмиштир.

Чыкар чатышмасы: Йүкленен үйүрмде ачык бир кызыкчылыктар кагылышы бейаны йер алмамактадыр. Йазарлардан Кирк Нузум’ун Геотхермиx ЛЛЖ шилтемесы булунмактадыр; бунун изилдөө тасарымы вейа коммерциялык үрүнле илишкиси ошондой эле ачыкланмамыштыр.

Йазар салымлары: Йүкленен үйүрмде ЖРедиТ вейа автор базында айрынтылы салым билдирими булунмамактадыр.

Вери еришими: Хам тажрыйба маалыматтари үчүн ачык депо вейа индирме шилтемесы маалыматлмемиштир.

Код еришими: TEMsim’ин MATLAB’да гелиштирилдиги белиртилмиш, бирок ачык ширетүү депосу вейа чалыштырылабилир код пайлашылмамыштыр.

Ек матерйал дуруму: Изилдөө Шекил S1–S24, Табло S1–S6 ве чешитли ек нотлара атыф йапмактадыр. Бу дестеклейижи билги досйалары йүкленен үйүрмде булунмамактадыр. Үретим агымшы, АНСЙС салыштыруусы ве 50 модульлүк Харман сапат контролуү бу неденле там катары инжеленемемиштир.

Етик курул: Изилдөө инсан вейа хайван катылымжы ичермейен материал ве энергия мүхендислиги изилдөөсыдыр. Етик курул билгиси йер алмамактадыр.

Бу Түркче ачыклама йалнызжа йүкленен изилдөөнүн ана метни, теңдемелери, ики ана таблицасу, эксперименттик ачыкламалары ве Шекил 1–14’те гөстермененн натыйжалар негизги алынарак даярдалган. Изилдөөдө булунмайан бир саха тажрыйбаи, узак мөөнөттүү ишенимилирлик сонужу, өндүрүш нарки, економик акталуу вейа система дүзейи энергия натыйжалуулуки екленмемиштир. Дыш ширетүүлар йалнызжа изилдөөнүн башлыгы, авторлоры, DOI’си, менентишим авторы, SSRN кайды ве жарыялоо дурумунун библийографик догруланмасы үчүн колдонулган.

Изилдөөнүн ен күчтүү каныты, 1.029 жупли TEM-1029 прототипинин физиксел катары үретилмеси ве контакт каршылыгыни ичерен модельин дөрт модульден алынган гүч ве жылуулук гириши өлчөөлөринин генел егилимини йакаламасыдыр. Ен маанилүү рапорлама ексиклиги болсо эксперименттик белгисиздиклерин ве модель катасынын сандык катары маалыматлмемеси, валидациянын йалныз дөрт үлгүле чектелген калмасы ве айрынтылы дестеклейижи натыйжаларын йүкленмейен ек матерйале бырагымлмасыдыр.

TEM-1029 үчүн 24,18 W сонужу 20 °Ж муздак бет, 200 °Ж ысык бет ве TCF 0,10 сандык шартуна аиттир. Йаклашык 40 W дүзейиндеки натыйжа болсо 200 °Ж температура айырмасы ве TCF 0,05 модель егрисинден окунмактадыр. Бунлар дөрт модульле герчеклештирмененн төмөн температура фаркы тажрыйбаларинин өлчүлмүш гүчлери дегилдир.

Тек бутак чечүүчүсүнде билдирмененн йүзде 5,40 ве йүзде 4,99 маанилери, 50–150 °Ж сыныр температураларында айры п- ве н-типтүү бутактар үчүн хесапланан оптимум дөнүшүм натыйжалуулуклеридир. Бунлар TEM-1029’ун бүтүн катмарлары ве темас жоготуулары дâхил модуль дүзейи эксперименттик натыйжалуулуки катары йорумланмамалыдыр.

Моделин герчек мүхендислик тасарымында кулланылабилмеси үчүн ачык код пайлашымы, бторымсыз тажрыйба лабораторияында текрар, хер модуль үчүн догрудан контакт каршылыгы өлчөөү, белгисиздик анализи, узак мөөнөттүү термалдык цикл, өндүрүш толерансларынын оласылыксал анализи ве там жылуулук алмаштыргыч–гүч електрониги системаийле саха валидациясы герекмектедир.