priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-8-704-710pribor-284Research ArticleПРИБОРЫ И МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ВЕЩЕСТВ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫMETHODS AND INSTRUMENTS FOR ANALYSIS AND MONITORING OF THE NATURAL ENVIRONMENT, SUBSTANCES, MATERIALS AND PRODUCTSЭкспериментальное исследование термоэлектрического устройства для охлаждения дискретных электрорадиоэлементовExperimental studies of a thermoelectric device for cooling discrete electric radio elementsИбрагимоваА. М.IbragimovaA. M.

Асият Магомедовна Ибрагимова — кафедра теоретической и общей электротехники; соискатель

Махачкала

Asiiat M. Ibragimova - Department of Theoretical and General Electrical Engineering; PhD Сandidate

Makhachkala

ibrasya@mail.ruЕвдуловО. В.EvdulovO. V.

Олег Викторович Евдулов — д-р техн. наук, доцент; кафедра теоретической и общей электротехники

Махачкала

Oleg V. Evdulov — Dr. Sci., Associate Professor; Department of Theoretical and General Electrical Engineering

Makhachkala

ole-ole-ole@rambler.ruДагестанский государственный технический университетDagestan State Technical University202302122024668704710Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/284

Разработано устройство, предназначенное для охлаждения дискретных электрорадиоэлементов(ДЭРЭ), источником холода в котором являются стандартные термоэлектрические модули (ТЭМ), образующие две секции с основной и дополнительной теплообменными системами. Описан экспериментальный стенд, приведены результаты натурных испытаний прибора. В различных точках структуры термоэлектрического устройства (ТЭУ) — имитатора ДЭРЭ для набора значений силы тока питания ТЭМ и мощности имитатора ДЭРЭ — экспериментально получены графики изменения температуры во времени. Определено, что в разработанном ТЭУ могут быть использованы ТЭМ типа DRIFT-1,5 производства ООО „Криотерм“ (Санкт-Петербург). Установлено, что в случае применения данного типа термомодулей температура ДЭРЭ может быть снижена до 272 К при токе питания, близком к оптимальному (5 А), при этом время выхода на режим составляет 90 с. Расхождение экспериментальных и расчетных данных составило не более 10 %.

A device is developed for cooling discrete electrical radio elements (DERE). The sources of cold in the device are standard thermoelectric modules (TEMs), which form two sections with the main and additional heat exchange systems. An experimental stand is described, and results of full-scale tests of the device are presented. Graphs of temperature changes over time at various points of the thermoelectric device (TED) structure - the DERE simulator for a set of values of the TEM supply current and the power of the DERE simulator are obtained experimentally. It is determined that the developed thermal power plant can use TEM of the DRIFT-1.5 type produced by Cryotherm (St. Peters[1]burg). It is been found that when using this type of thermal modules, the temperature of the DERE can be reduced to 272 K at a power current close to the optimal (5 A), while the time to enter the mode is 90 s. The discrepancy between experimental and calculated data is estimated to be no more than 10 %.

электрорадиоэлементтермоэлектрическое устройствотермоэлектрический модульлабораторный образецохлаждениеэкспериментальная установкаизмерительный экспериментelectric radio elementthermoelectric devicethermoelectric modulelaboratory samplecoolingexperimental installationmeasuring experimentисследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-29-00130, https://rscf.ru/project/23-29-00130/.The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-29-00130, https://rscf.ru/project/23-29-00130/.ReferencesШарков А. В., Кораблев В. А., Герасютенко В. В., Заричняк Ю. П. Системы охлаждения и термостатирования. СПб: НИУ ИТМО, 2021. 89 с.Sharkov A.V., Korablev V.A., Gerasyutenko V.V., Zarichnyak Yu.P. Sistemy okhlazhdeniya i termostatirovaniya (Cooling and Temperature Control Systems), St. Petersburg, 2021, 89 р. (in Russ.)Архаров И. А., Махотин И. Д. Сравнительный анализ способов охлаждения серверов вычислительных центров и банков данных. Ч. 2. Экономическая эффективность систем с жидкостным и воздушным охлаждением // Вестн. Международной академии холода. 2022. № 4. С. 21—28.Arkharov I.A., Makhotin I.D. Journal of International Academy of Refrigeration, 2022, no. 4, pp. 21–28. (in Russ.)Гайдин Н. М., Поклонская М. В., Палий А. В. Исследование влияния конструктивных особенностей теплоотвода на эффективность охлаждения процессора // Инженерный вестник Дона. 2021. № 10(82). С. 77—85.Gaydin N.M., Poklonskaya M.V., Paliy A.V. Engineering journal of Don, 2021, no. 10(82), pp. 77–85. (in Russ.)Кудж С. А., Кондратенко В. С., Кадомкин В. В., Высоканов А. А. Анализ эффективности теплоотвода в тепловыделяющих устройствах при использовании различных интерфейсов // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25, № 4. С. 347—357.Kudzh S.A., Kondratenko V.S., Kadomkin V.V., Visokanov A.A. Proceedings of universities. Electronics, 2020, no. 4(25), pp. 347–357. (in Russ.)Ssennoga T., Zhu J., Yuying A., Li B. A comprehensive review of thermoelectric technology: Materials, applications, modeling and performance improvement // Renewable and sustainable energy reviews. 2016. Vol. 65. P. 114—121.Ssennoga T., Zhu J., Yuying A., Li B. Renewable and sustainable energy reviews, 2016, vol. 65, рр. 114–121.Васильев Е. Н. Термоэлектрическое охлаждение теплонагруженных элементов электроники // Микроэлектроника. 2020. Т. 49, № 2. С. 133—141.Vasil’ev E.N. Russian Microelectronics, 2020, no. 2(49), pp. 123–131.Snyder G. J., LeBlanc S., Crane D. et al. Distributed and localized cooling with thermoelectrics // Future energy. 2021. Vol. 5. P. 748—751.Snyder G.J., LeBlanc S., Crane D. et al. Future energy, 2021, vol. 5, рр. 748–751.Tan H., Fu H., Yu J. Evaluating optimal cooling temperature of a single-stage thermoelectric cooler using thermodynamic second law // Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 123. P. 845—851.Tan H., Fu H., Yu J. Applied Thermal Engineering, 2017, vol. 123, рр. 845–851.Zhang L., Shi X.-L., Yang Y.-L., Chen Z.-G. Flexible thermoelectric materials and devices: from materials to applications // Materials today. 2021. Vol. 46. P. 62—108.Zhang L., Shi X.-L., Yang Y.-L., Chen Z.-G. Materials today, 2021, vol. 46, рр. 62–108.Исмаилов Т. А., Евдулов О. В., Магомадов Р. А.-М. Охлаждающие системы на базе сильноточныхтермоэлектрических полупроводниковых преобразователей. СПб: Политехника, 2020. 285 с.Ismailov T.A., Evdulov O.V., Magomadov R.A.-M. Okhlazhdayushchiye sistemy na baze sil'notochnykh termoelektricheskikh poluprovodnikovykh preobrazovateley (Cooling Systems Based on High-Current Thermoelectric Semiconductor Converters), St. Petersburg, 2020, 285 р. (in Russ.)Finn P.-A., Asker C., Wan K. et al. Thermoelectric materials: current status and future challenges // Frontiers in electronic materials. 2021. Vol. 1. P. 1—13.Finn P.-A., Asker C., Wan K. et al. Frontiers in electronic materials, 2021, vol. 1, рp. 1–13.Shi X.-L., Zou J., Chen Z.-G. Advanced thermoelectric design: from materials and structures to devices // Chemical reviews. 2020. Vol. 15. P. 7399—515.Shi X.-L., Zou J., Chen Z.-G. Chemical reviews, 2020, vol. 15, рр. 7399.Ибрагимова А. М., Евдулов О. В. Термоэлектрические полупроводниковые устройства для отвода теплоты от элементов РЭА // X Междунар. науч.-техн. конф. „Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке“. СПб, 27—29 окт. 2021 г. С. 12—15.Ibragimova A.M., Evdulov O.V. Nizkotemperaturnyye i pishchevyye tekhnologii v XXI veke (Low-Temperature and Food Technologies in the 21st Century), X International Scientific and Technical Conference, St. Petersburg, October 27–29, 2021, рр. 12–-15. (in Russ.)[Электронный ресурс]: <http://www.kryotherm.spb.ru>. (дата доступа 02.05.2023)http://www.kryotherm.spb.ru. (in Russ.)Васильев Е. Н. Расчет и оптимизация теплообменников термоэлектрического блока охлаждения // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29, № 3. С. 419—430.Vasil’ev E.N. Thermophysics and Aeromechanics, 2022, no. 3(29), pp. 419–430. (in Russ.)Евдулов О. В., Ибрагимова А. М., Магомедов Т. Ю. Расчетная модель термоэлектрической системы для охлаждения дискретных полупроводниковых приборов // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2022. Т. 49, № 2. С. 9—17.Evdulov O.V., Ibragimova A. M., Magomedov T.Yu. Herald of Daghestan State Technical University. Technical Sciences, 2022, no. 2(49), pp. 9–17. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.