vdgtuВестник Дагестанского государственного технического университета. Технические наукиHerald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences2073-61852542-095XDaghestan State Technical University10.21822/2073-6185-2024-51-1-6-13vdgtu-1444Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGЭнергосберегающий термоэлектрический генератор для питания аппарата охлаждения тепловыделяющих электронных компонентовEnergy-saving thermoelectric generator for powering the cooling apparatus of heatgenerating electronic componentsГаджиевХ. М.GadzhievKh. M.

Гаджиев Хаджимурат Магомедович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой радиотехники, телекоммуникаций и микроэлектроники

 367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, Россия 

Khadzhimurat M. Gadzhiev, Cand. Sci. (Eng), Assoc. Prof., Head of Department of Radio Engineering, Telecommunications and Microelectronics 

 70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia 

gadjiev.xad@mail.ruГаджиеваС. М.GadzhievaS. M.

Гаджиева Солтанат Магомедовна, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической и общей электротехники 

 367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, Россия 

Soltanat M. Gadzhieva, Cand. Sci.( Physics and Mathematics), Assoc.Prof., Department of Theoretical and General Electrical Engineering 

 70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia 

gadzhieva_soltanat@mail.ruМагомедоваП. С.MagomedovaP. S.

Магомедова Патимат Солтановна, аспирантка кафедры теоретической и общей электротехники 

 367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, Россия 

Patimat S. Magomedova, Postgraduate Student, Department of Theoretical and General Electrical Engineering 

 70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia 

altra588@mail.ruКурбановА. М.KurbanovA. M.

Курбанов Арслан Магомедович, аспирант кафедры радиотехники, телекоммуникаций и микроэлектроники

 367026, г. Махачкала, пр. И. Шамиля, 70, Россия 

Arslan M. Kurbanov, Postgraduate Student, Department of Radio Engineering, Telecommunications and Microelectronics 

 70 I. Shamil Ave., Makhachkala 367026, Russia 

m.kurbanov.a@mail.ruДагестанский государственный технический университетРоссияDaghestan State Technical UniversityRussian Federation202415042024511613Copyright © Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Магомедова П.С., Курбанов А.М., 20242024Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Магомедова П.С., Курбанов А.М.Gadzhiev K.M., Gadzhieva S.M., Magomedova P.S., Kurbanov A.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.dgtu.ru/jour/article/view/1444Цель

Цель. В статье рассматриваются энергосберегающие термоэлектрические генераторы для автономного питания аппарата охлаждения тепловыделяющих электронных компонентов.

Метод

Метод. Применены методы моделирования теплообменных процессов при функционировании термоэлектрических генераторов на основе эффекта Зеебека. Нагретые и охлажденные зоны генератора топологически разнесены в пространстве для уменьшения паразитного кондуктивного переноса. Полупроводниковые ветви изготовлены по тонкопленочной технологии для уменьшения паразитных Джоулевых тепловыделений. Материалы спаев и электродов подобраны с учетом энергии электронов.

Результат

Результат. Энергосбережение процессов повысилось в термоэлектрических генераторах за счет снижения паразитных Джоулевых тепловыделений, уменьшения паразитного кондуктивного переноса и дополнительного получения энергии от металлических электродов.

Вывод

Вывод. Для повышения энергосбережения термоэлектрических генераторов для автономного питания аппарата охлаждения тепловыделяющих электронных компонентов необходимо нагретые и охлажденные зоны генератора топологически разнести в пространстве на разные уровни, причем полупроводниковые ветви изготовить по тонкопленочной технологии и дополнительно охлаждать вентиляцией спаи генератора, а на нагретых спаях дополнительно рекуперировать энергию от тепловыделяющих компонентов.

Objective

Objective. The article discusses energy-saving thermoelectric generators for autonomous power supply of the cooling apparatus of heat-generating electronic components.

Method

Method. Methods of modeling heat exchange processes in the operation of thermoelectric generators based on the Seebeck effect are applied. The heated and cooled zones of the generator are topologically spaced to reduce parasitic conductive transport. The semiconductor branches are manufactured using thin-film technology to reduce parasitic Joule heat emissions. The materials of the junctions and electrodes are selected taking into account the energy of the electrons.

Result

Result. Energy saving of processes has increased in thermoelectric generators by reducing parasitic Joule heat generation, reducing parasitic conductive transfer and additional energy generation from metal electrodes.

Conclusion

Conclusion. The conducted studies allow us to conclude that in order to increase the energy saving of thermoelectric generators for autonomous power supply of the cooling apparatus of the heat-generating electronic components, it is necessary to topologically separate the heated and cooled zones of the generator into different levels in space, and to manufacture semiconductor branches using thin-film technology and additionally cool the generator junctions with ventilation, and additionally recover energy from the heat-generating components on the heated junctions.

энергосбережениеаппарат охлаждениятермоэлектрический генераторэффект Зеебекаenergy savingcooling devicethermoelectric generatorSeebeck effectReferencesПатент РФ №2335825. Термоэлектрическое устройство с высоким градиентом температур / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М.// 10.10.2008.RF Patent No. 2335825. Thermoelectric device with a high temperature gradient. Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Gadzhieva S.M. 10.10.2008. (In Russ)Патент РФ № 2417356. Способ оптимизации режимов работы термоэлектрической батареи с учетом геометрических и электротеплофизических параметров при импульсном питании / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А. // Б.И. № 12, 2011.RF Patent No. 2417356. Method for optimizing the operating modes of a thermoelectric battery taking into account geometric and electrothermophysical parameters with pulsed power supply. Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Gadzhieva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T. A. B.I. 2011; 12. (In Russ)Патент РФ №2449417. Способ охлаждения полупроводниковых тепловыделяющих электронных компонентов через биметаллические термоэлектрические электроды / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева С.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А. // Б.И. № 12, 2012.RF Patent No. 2449417. A method for cooling semiconductor heat-generating electronic components through bimetallic thermoelectric electrodes.Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Gadzhieva S.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A. B.I. 2012;12. (In Russ)Патент РФ № 2565523. Устройство охлаждения на основе наноплёночных термомодулей/ Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Нежведилов Т.Д., Челушкина Т.А. // Б.И. № 29, 2015.RF Patent No. 2565523. Cooling device based on nanofilm thermal modules. Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Nezhvedilov T.D., Chelushkina T.A. B.I. 2015; 29. (In Russ)Патент РФ № 2575614. Термоэлектрический генератор с высоким градиентом температур между спаями / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А., Челушкин Д.А. // Б.И. № 5, 2016.RF Patent No. 2575614. Thermoelectric generator with a high temperature gradient between the junctions. Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Chelushkina T.A., Chelushkin D.A. B.I. 2016;5. (In Russ)Патент РФ № 2595911. Термоэлектрический тепловой насос с наноплёночными полупроводниковыми ветвями / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А., Челушкин Д.А. // Бюл. №24, 2016.RF Patent No. 2595911. Thermoelectric heat pump with nanofilm semiconductor branches. Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Chelushkina T.A., Chelushkin D.A. Bull. 2016; 24. (In Russ)Патент РФ № 2575618. Термоэлектрическое устройство с тонкопленочными полупроводниковыми ветвями и увеличенной поверхностью теплоотвода / Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Челушкина Т.А., Челушкин Д.А. // Бюл. №5, 2016.RF Patent No.2575618.Thermoelectric device with thin-film semiconductor branches and an increased heat sink surface. Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Chelushkina T.A., Chelushkin D.A. Bull., 2016;5. (In Russ)Анатычук Л.И. Термоэлектричество. Т.2. Термоэлектрические преобразователи энергии. Киев, Черновцы: Институт термоэлектричества, 2003. 386c.Anatychuk L.I. Thermoelectricity. Thermoelectric energy converters. Kyiv, Chernivtsi: Institute of Thermoelectricity, 2003; 2: 386.Гаджиев Х.М., Исмаилов Т.А. Полупроводниковые термоэлектрические энергоэффективные устройства / Санкт-Петербург: Лань, 2020. 124 с.Gadzhiev Kh.M., Ismailov T.A. Semiconductor thermoelectric energy-efficient devices. St. Petersburg: Lan, 2020; 124. (In Russ)Гаджиев Х.М., Ахмедов М.Э., Гаджиева С.М., Курбанова П.А. Термоэлектрические процессы в экономичном светотранзисторе / Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ФГБОУ ВПО ДГТУ, 2019. Т.46. №3. С.8-19.Gadzhiev Kh.M., Akhmedov M.E., Gadzhieva S.M., Kurbanova P.A. Thermoelectric processes in an economical light transistor. Herald of the Daghestan State Technical University. Technical Sciences. Makhachkala: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education DSTU, 2019; 46(3):8-19. (In Russ)Гаджиев Х.М., Курбанов И.М., Гаджиев Д.С. Декомпрессионный полупроводниковый термоэлектрический опреснитель / Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. Махачкала: ФГБОУ ВПО ДГТУ, 2019. Т.46. №4. С.8-18.Gadzhiev Kh.M., Kurbanov I.M., Gadzhiev D.S.Decompression semiconductor thermoelectric desalination plant. Herald of the Daghestan State Technical University. Technical Sciences. 2019;46(4):8-18. (In Russ)Исмаилов Т.А., Гаджиева СМ. Термоэлектрические полупроводниковые интенсификаторы теплопередачи // Изв. Вузов, Приборостроение. Спб. 1994. Т.37. № 11-12. С.74-75.Ismailov T.A., Gadzhieva S.M. Thermoelectric semiconductor heat transfer intensifiers. Izv. Universities, Instrumentation. St. Petersburg 1994; 37(11-12):74-75. (In Russ)Исмаилов Т.А., Гаджиева СМ. Экспериментальные исследования полупроводниковых термоэлектрических интенсификаторов теплопередачи контактного типа // Изв. Вузов, Приборостроение. СПб. 1995. Т.38. №3-4. С.51-53.Ismailov T.A., Gadzhieva S.M. Experimental studies of semiconductor thermoelectric heat transfer intensifiers of contact type. Izv. Universities, Instrumentation. SPb. 1995;38(3-4):51-53. (In Russ)Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М., Гаджиева СМ. Термоэлектрические полупроводниковые системы теплоотвода и охлаждающие устройства // Холодильное дело. М. 1997. №4. С.32-33.Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M., Gadzhieva S.M. Thermoelectric semiconductor heat removal systems and cooling devices. Refrigeration. M. 1997; 4:32-33. (In Russ)Исмаилов Т.А., Гаджиев Х.М. Применение полупроводниковых термоэлектрических модулей для формирования топологии температурных полей с целью термотренировки тканей человеческого организма // Мониторинг. Безопасность жизнедеятельности. СПб.: Элмор. 1997. №2. С 48-49.Ismailov T.A., Gadzhiev Kh.M. Application of semiconductor thermoelectric modules to form the topology of temperature fields for the purpose of thermal training of tissues of the human body. Monitoring. Life safety. SPb.: Elmore. 1997; 2:48-49. (In Russ)Anatychuk L.I. Physics of Thermoelectricity. Kyiv, Chernivtsi: Institute of Thermoelectricity. 1998.Anatychuk L.I. Physics of Thermoelectricity. Kyiv, Chernivtsi: Institute of Thermoelectricity. 1998.Harpstep Taseph W.C. Improved spacecraft heat regection with practical thermoelectric. Energy convers. N.Y., 1980, p. 126.Harpstep Taseph W.C. Improved spacecraft heat regection with practical thermoelectric. Energy convers. N.Y., 1980; 126.Jianzhong Z., Tiemin W. Application of the thermoelectric cooler in the seventeenth chiniesse retrievable satelite // Abstracts of the 17th Int. Conf. on Thermoelectrics, Nagoya, Japan, 1998, p.81.Jianzhong Z., Tiemin W. Application of the thermoelectric cooler in the seventeenth chiniesse retrievable satellite. Abstracts of the 17th Int. Conf. on Thermoelectrics, Nagoya, Japan, 1998;81.La thermeelelectricite: utisee pour le refreidissement electronique et pour lo survie dess homines travaillant en milieux extremes / Steerholm Tohn / techn.mod. 1989,81, N1-3.La thermeelelectricite: utisee pour le refreidissement electronique et pour lo survie dess homines travaillant en milieux extremes. Steerholm Tohn / techn.mod. 1989; 81:1-3.Sulin A. Knowledge representation for ТЕ devices engineering // Abstracts of the 17th Int/ Conf/ on Thermoelectrics, May 25-26, 1998, Nagoya, Japan, 1998, p. 82.Sulin A. Knowledge representation for ТЕ devices engineering. Abstracts of the 17th Int/ Conf/ on Thermoelectrics, May 25-26, 1998, Nagoya, Japan, 1998; 82.

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