Influence of the effectiveness of raw materials on the reliability of thermoelectric cooling devices. Part 2: Two-stage thermoelectric devices

Abstract

Бàзовым тðебовàíèем ê любым ðàдèотехíèчесêèм сèстемàм с теплоíàгðужеííымè элемеíтàмè является обеспечеíèе повышеííого уðовíя èх íàдежíостè, êотоðое связàíо с íàдежíостью входящèх в состàв тàêèх сèстем охлàждàющèх устðойств. В íàстоящее вðемя в ðàдèоэлеêтðоíèêе, êвàíтовой оптèêе, СВЧ-техíèêе, èíфоðмàцèоííых сèстемàх è дð. шèðоêо пðèмеíяются теðмоэлеêтðèчесêèе устðойствà (ÒЭУ). Оíè отлèчàются высоêой íàдежíостью, мàлымè гàбàðèтàмè, пðостотой упðàвлеíèя è быстðодействèем, à пðоблемà ðàсшèðеíèя темпеðàтуðíого дèàпàзоíà эêсплуàтàцèè элемеíтов è состàвíых чàстей ðàдèоэлеêтðоííой àппàðàтуðы может быть ðешеíà пðèмеíеíèем êàсêàдíых теðмоэлеêтðèчесêèх охлàждàющèх устðойств [1].Одíèм èз осíовíых способов повышеíèя поêàзàтелей íàдежíостè пðè пðоеêтèðовàíèè теðмоэлеêтðèчесêого устðойствà является êоíстðуêтèвíый, осíовàííый íà выбоðе ðежèмà его ðàботы в зàвèсèмостè от условèй фуíêцèоíèðовàíèя [2][3][4][5]. В то же вðемя, êàê было поêàзàíо в [6] для одíоêàсêàдíых устðойств, íàдежíость ТЭÓ можíо повышàть пàðàметðèчесêèмè методàмè, осíовàííымè íà улучшеíèè êàчествà èсходíых теðмоэлеêтðèчесêèх мàтеðèàлов, в пеðвую очеðедь -íà повышеíèè èх эффеêтèвíостè.Целью íàстоящей ðàботы является àíàлèз влèяíèя теðмоэлеêтðèчесêой эффеêтèвíостè èсходíых мàтеðèàлов Z M íà тàêèе поêàзàтелè íàдежíостè двухêàсêàдíых теðмоэлеêтðèчесêèх устðойств, êàê èíтеíсèвíость отêàзов λ ∑ è веðоятíость èх безотêàзíой ðàботы Р для ðàзлèчíых зíàчеíèй пеðепàдà темпеðàтуðы (от 60 до 90 Ê) è óñëîâèé фóíêцèîíèðîâàíèÿ.Для опðеделеíèя осíовíых пàðàметðов è поêàзàтелей íàдежíостè êàсêàдíых ТЭÓ воспользуемся моделью взàèмосвязè èх поêàзàтелей íàдежíостè è осíовíых зíàчèмых пàðàметðов [2]. В продолжение исследований однокаскадных термоэлектрических устройств (ТЭУ) рассмотрено влияние термоэлектрической эффективности исходных материалов модулей на показатели надежности двухкаскадных ТЭУ. Показано, что с ее ростом уменьшается интенсивность отказов и увеличивается вероятность безотказной работы двухкаскадного ТЭУ для различных значений перепада температуры (от 60 до 90 К) и условий функционирования. Клþчевые слова: термоэлектрические устройства, надежность, интенсивность отказов, эффективность, температура, рабочий ток.

Thermal Management of a Set of Thermoelectric Coolers Connected in Parallel in an Uneven Temperature Field

“…We will use the relations from [19] to calculate the basic parameters, reliability indicators and dynamic characteristics of the TEC.…”

“…For a cooling system consisting of M independent elements (TEC), the probability of failure of the i-th element is P i (t), then the total probability of system failure is [19]:…”