Экспериментальная оценка влияния теплопроводности керамических пластин на эффективность термоэлектрических модулей


Авторы

Воробьев Д. В., Макаров П. Г.*

Московский энергетический институт (национальный исследовательский университет), ул. Красноказарменная,14, Москва, 111250, Россия

*e-mail: MakarovPG@mpei.ru

Аннотация

В данной работе проведена экспериментальная оценки влияния теплофизических свойств керамических подложек из нитрида алюминия (AlN) и оксида алюминия (Al2O3) на эффективность термоэлектрических модулей (ТЭМ). В работе измерена реальная теплопроводность различных типов керамики с использованием стационарного метода коаксиальных цилиндров. Установлено, что теплопроводность исследованного нитрида алюминия составила 88,5 Вт/(м∙К), что в два раза ниже теоретических справочных значений. Экспериментально доказано, что использование подложек из AlN вместо Al2O3 позволяет существенно повысить холодильный коэффициент COP, особенно в режимах с высокой тепловой нагрузкой. В частности, при тепловой нагрузке 2,25 Вт рост эффективности составил 32%. Результаты подтверждают, что минимизация термического сопротивления интерфейсов являются критическим фактором для обеспечения работы ТЭМ при высоких плотностях теплового потока.

Ключевые слова:

Теплопроводность, тепловое сопротивление термоэлектрический модуль, холодильный коэф-фициент, ТЭМ

Список источников

  1. Riffat S.B., Xiaoli Ma. Improving the coefficient of per-formance of thermoelectric cooling systems: A review // International Journal of Energy Research. 2004. Vol. 28. № 9. pp. 753–768.
  2. Hassan Fagehi. The Effects of Ceramic Substrate Materials on Thermoelectric Generator Performance // Journal of Elec-tronic Materials. Vol. 54. № 7. 2025. pp. 4449–4459.
  3. Rezania A., Rosendahl L.A. Thermal Effect of Ceramic Substrate on Heat Distribution in Thermoelectric Gene-rators // Journal of Electronic Materials. 2012. Vol. 41. № 6. pp. 1343–1347.
  4. Sun W., Sui R., Yuan G. et. al. Thermoelectric module de-sign to improve lifetime and output power density // Ma-terials Today Physics. 2021. Vol. 18.
  5. Shilpa M.K., Raheman Md Abdul, Aabid Abdul et al. A Systematic Review of Thermoelectric Peltier Devices: Applications and Limitations // Fluid Dynamics & Mate-rials Processing. 2022. Vol. 19. № 1. pp. 187–206.
  6. Semenyuk V. A Comparison of Performance Character-istics of Multistage Thermoelectric Coolers Based on Dif-ferent Ceramic Substrates // Journal of Electronic Mate-rials. 2014. Vol. 43. № 6. pp. 1542–1547.
  7. Drabkin LA, Yershova LB, Kondratiev DA et al. The Ef-fect of the Substrates Two-Dimensional Temperature Distribution on the TEC Performance // Proceedings of the XXII International Conference on Thermoelectrics (ICT). (2003).
  8. Nataporn Korprasertsak, Thananchai Leephakpreeda. Maximizing cooling/heating performance of thermoelec-tric modules across variable thermal loads via optimal control based on COP curves // Heliyon. 2024. Vol. 10. № 1. DOI: 10.1016/j.heliyon.2024.e24063

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2026