Исследование термоэлектрического нуль-термостата

Цель. Целью исследования является разработка и исследование конструкции термоэлектрического нуль-термостата, отличающейся малым энергопотреблением, в которой высокая точность стабилизации температуры опорных спаев дифференциальных термопар достигается за счет размещения их непосредственно вблизи границы раздела вода - лед.

Метод. Исследование проводилось на экспериментальной модели термоэлектрического нуль-термостата. Для исследования процессов теплообмена осуществлялось визуальное наблюдение за перемещением границы раздела фаз лед-вода в камере нуль-термостата. Регистрировались значения температур у нижнего и верхнего оснований камеры, а также, на горячем и холодном спае термоэлектрического модуля (ТЭМ) с помощью термопар.

Результат. Получены зависимости изменения температуры верхнего и нижнего основания рабочей камеры, а также границы раздела фаз во времени, продолжительности времени полного проплавления льда от тока питания ТЭМ, разности температур, соответственно, между поверхностью холодного спая ТЭМ и нижнего основания рабочей камеры, поверхностью горячего спая термомодуля и верхнего основания рабочей камеры.

Вывод. Установлено, что скорость перемещения границы раздела фаз сильно зависит от величины тока питания термоэлектрической батареи, что соответствует тепловому потоку на верхнем и нижнем основании рабочей камеры. Как следует из приведенных данных, изменение температуры верхнего основания ощутимее, чем нижнего. При токе 2, 4 и 6 А скорость перемещения границы раздела фаз составляет соответственно 0,007 м/ч, 0,01 м/ч и 0,013 м/ч. При этом длительность полного проплавления льда, соответствующая продолжительности функционирования нуль - термостата при изменении тока питания ТЭМ с 2 до 7 А сокращается с 1,91⋅10⁴ c до 1,38⋅10⁴.

1. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Магомадов Р.А.-М. Охлаждающие системы на базе сильноточных термоэлектрических полупроводниковых преобразователей. СПб.: Политехника, 2020. 285 с.

2. Теория тепломассообмена / Под. ред. А.И. Леонтьева. - М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 464 с.

3. Александров А.А., Архаров А.М., Архаров И.А., [и др.]. Теплотехника. М: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 880 с.

4. Абоуеллаиль А.А., Чан Ц., Солдатов А.И., Солдатов А.А., Костина М.А., Борталевич С.И., Солдатов Д.А. Лабораторное обоснование термоэлектрического метода контроля переходного сопротивления контактов // Дефектоскопия. 2022. № 12. С. 70-78.

5. Прецизионный малогабаритный нуль-термостат. Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А. Патент на изобретение RU 2215270 C1, 27.10.2003. Заявка № 2002130184/28 от 11.11.2002.

6. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Набиев Н.А., Магомедова С.Г. Модель термоэлектрического устройства для теплового воздействия на рефлексогенные зоны // Медицинская техника. 2020. № 1. С. 40-43.

7. Hu B., Shi X.-L., Chen Z.-G., Zou J. Thermoelectrics for medical applications: progress, challenges and perspectives // Chemical engineering journal. 2022.Vol. 437. P.135268.

8. Zaferani S.H., Ghomashchi R., Sams M.W., Chen Z.-G. Thermoelectric coolers as thermal management systems for medical application: design, optimization and advancement // Nano energy. 2021. Vol. 90. P. 106572.

9. Goldsmid H.J. Thermoelectric refrigeration, New York: Springer, 2013. 240 p.

10. Yevdulov O.V., Ragimova T.A. Investigation of thermoelectric system for local freezing of tissues of the larynx // Journal of Thermoelectricity. 2015. № 2. P. 86-94.

11. Васильев Е.Н. Расчет и оптимизация теплообменников термоэлектрического блока охлаждения // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29, № 3. С. 419-430

12. Дашевский З.М., Константинов П.П., Скипидаров С.Я. Новое направление применения термоэлектрических преобразователей энергии // Физика и техника полупроводников. 2019. № 7. С.875-878.

13. Драбкин И.А., Ершова Л.Б. Гибридные режимы работы термоэлектрических модулей // Физика и техника полупроводников. 2022. № 1. С.13-17.

14. 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.

15. Snyder G.J., LeBlanc S., Crane D., [et al.] Distributed and localized cooling with thermoelectrics // Future energy. 2021. Vol. 5. P.748-51.

16. Ssennoga T., Jie Z., Yuying A., Bo L. A comprehensive review of thermoelectric technology: Materials, applications, modeling and performance improvement // Renewable and sustainable energy reviews. 2016. Vol. 65. P.114-121.

17. 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.

18. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Абдулхакимов У.И., Евдулов Д.В. Термоэлектрическая система для проведения тепловых косметологических процедур на лице // Медицинская техника. 2017. № 4. С.38-42.

19. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Казумов Р.Ш. Экспериментальные исследования термоэлектрических теплообменных аппаратов проточного типа с тепловыми мостиками // Вестник Международной академии холода. 2010. № 4. С. 5-7.

20. Исмаилов Т.А., Евдулов О.В., Аминов Г.И., Губа А.А. Математическая модель термоэлектрического нуль-термостата // Известия вузов. Пищевые технологии. 2007. №4. С. 99-102.