מודולים הנדסת חשמל (TEMs) הם מכשירים מוצק המדינה המראים חום ישירות לחשמל באמצעות אפקט Seebeck. Composed של זוגות מרובים של רכיבי מוליכים למחצה N-type נכרים בין תת-שכבות קרמיקה, מודולים אלה יותר ויותר פרוסים בשיקום חום פסולת, מערכות כוח מרחוק, מערכות רכב.למרות האמינות שלהם חוסר של חלקים נעים, תרמואלקטרי אינם חסינים מפני הפחתת זמן, וגורמים מכניים, כלומר, כדי להפחית את ההשפעות של מערכות תחזוקה מכניות, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפחית את ההשפעות של מערכות כוח מכניות, כלומר, כלומר, כלומר, כדי להפחית את ההשפעות של מערכות תחזוקה חיוניות של מערכות תחזוקה, כדי להפחית את התקני כוח, כלומר, כדי להפחית את יעילות מערכת תחזוקה, כדי להפחית את יעילות גבוהה יותר, ומערכת כוח קריטיות, ומערכת כוח, ומערכת תחזוקה, עבור מערכות כוח חזק יותר, ומערכת תחזוקה, כלומר, כדי להפחית את הכשלים של מערכות תחזוקה, כלומר, כלומר, כדי להפחית את הכשלים של מערכות תחזוקה יעילה יותר, כלומר, כדי להפחית את הכשלים של מערכות זמן רב יותר, בסופו של מערכות תחזוקה, בסופו של מערכות כוח מרחוק, בסופו של מערכות כוח עמוק יותר, בסופו של מערכות כוח, בסופו של מערכות כוח,

המונחים: Thermoelectricמודול Construction

לפני דיון מצבי כישלון, זה שימושי כדי לסקור את רכיבי מפתח של TEM טיפוסית הליבה כולל זוגות רבים של אלמנטים תרמואלקטריים (לגים) עשויים מ doped bismuth Telluride, המוביל לספריד, או אחרים בעל שם גבוה אחר של חומרים כגון סגסוגת (ZT) חומרים הקשורים חשמלית בסדרה באמצעות כריכים נחושת או ניקל-מקלטים.

מצבי כישלונ ראשוניים של מודולים הירומאלקטריים

מצבי הכישלון הבאים נצפו לעתים קרובות ביותר ב גנרטורים תרמואלקטריים מחוספסים (TEGs) הם לא בלעדית הדדית; מנגנונים רבים פועלים לעתים קרובות סינרגיה כדי להאיץ את ההשפלה.

עייפות תרמית ו מתח תרמימי

עייפות תרמית היא ככל הנראה מצב הכישלון הנפוץ ביותר ב TEMs שעוברים חימום חוזר וקירור.האפקטים הלא תואמים של התרחבות תרמית (CTE) בין תת-קרקעית הקרמיקה, הרגליים למחצה המוליכים למחצה, והמגעים המתכתיים מייצרים לחצים מחזוריים.על פני מאות או אלפי מחזורים תרמיים, לחצים אלה גורמים מיקרו-מפצים בממשקים - במיוחד בצומת בין הרגליים לבין מערכת מגע תרמית לעתים קרובות יותר, לחץ חשמלי (מחץ פתוח) ומחזק יותר, כמו לחץ דם פתוח, אשר מוביל מתח חום חיובי, כמו לחץ דם פתוח, מתחים).

גורמים אשר מעצימים את השומן החריף

  • (ב) טמפרטורות גבוהות מתפתלות: 1FreaLT:1) הבדלים גדולים יותר בין חום לצד קר וטמפרטורות צד לכפות לחץ גדול יותר לכל מחזור.
  • (ב) ,0) שערי רכילה: 1FLT שינויים בטמפרטורה מהירה גורמים לנפיחות תרמית חולפת בתוך המודול, להגביר את הלחץ.
  • (ב) ,0) מכרה או מפרקי גילוח: ⁇ 1 (בפרקים) הם יותר נוטים להצטלם ולפצח.
  • (FLT:0) חומרים מתאימים באופן אופציונלי: FLT:1 גדול CTE תואם בין החומר substrate לבין חומר תרמואלקטרי (למשל, אלומיניום לעומת דוסמוט מספרד) מגביר את נזק העייפות.

נזק מכני וכישלון

למרות ש- TEMs הם מכשירים מוצקים של המדינה, הם אינם חסינים מפני הלם מכני ורטט. ביישומים ניידים או תעשייתיים - כגון מערכות ממצה על מכונות כבדות או תחנות ניטור צינורות - בינוניים עשויים להיות חשופים לתנודות נמוכה מתמשכת או אירועים השפעה מזדמנים מדי פעם. נזק מכני מתגלה כמו סדקים בתת הקרמיקה, שבר של הרגליים התרמואלקטריות, או דלמנטום בממשקים חמים עדיין יכול להפחית את הלחץ היבש (אך גם כן, אך גורם חום מוגבר).

קורוזיה וחמצן

קורוזיה היא איום מתפשט כאשר TEMs נחשפים לחות, תרסיס מלח, או גזים קורוזיים כגון תחמוצות sulfur (SOx) או תחמוצות חנקן (NOx).

  • (ב) אם הציפוי מגן נפגע או לא מוחל, כריות נחושת או ניקל מחמצן, ויוצרות שכבת תחמוצת עמידות גבוהה.
  • (ב) [ה]החומרים [החומרים]: [ה] [ה] [ה]] [החומרים] [ה] הם רגישים לחמצן בעל מבנה גבוה; חמצן יכול להתמזג לאורך גבולות דגנים, עלייה בהתנגדות.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בסביבה חמה, לחמה, הדבקה בצד הקר של המודול היא דאגה מסוימת. טיפות מים יכול ליישר לתוך חותם קצה מודול (אם זה נוכחי) ולגרום מכנסיים קצרים או להאיץ קורוזיה.

לימוזינה וחומר

בטמפרטורות גבוהות - גידול של כ-300 מעלות צלזיוס עבור כמה ⁇ אספרריד דו-תות - חומרים דו-מומיים יכולים לחוות נשגמות.מרכיבים, במיוחד סלאוריום, יש לחץ גבוה מדי זמן. Over Time, חומר משאיר את פני השטח הרגל, צמצום אזור חצי-שטח ומשנה את ריכוז הניקודמות.זה מוביל לעלייה הדרגתית בחשמליות נמוכה או ירידה חומרית (לא יכולה לגרום להפחתה משמעותית) במקרים של ריקבון מגנטית.

לחץ חשמלי ומגע קשר

מודולי ייצור חשמל קשורים לעתים קרובות במערךים מקבילים של הסדרה כדי להגיע למתחים הרצויים.מודולים מתואמים או תנאי עומס חולפים יכולים לגרום לנקודות הקהל והחומות הנוכחיות.

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1 במידות גבוהה של ימינו, בצל מתכת בהגרת אנשי הקשר, יצירת חללים או גבעה אשר מגבירים את ההתנגדות.
  • (FLT:0)Breakdown of the diffusion Barrier:cioFLT:1) תרכובות אינטרמטאליק גדל בממשק מגע הרגליים, העלאת התנגדות ליצירת מגע.
  • (ב) אם החדירה של הריבועים או המעגלים הקצרים: (בקיצור: ⁇ ) אם בידודו של המצע הקרמיקה נפגע (למשל, עקב מעקב פחמן מזיהום אורגני), קצר יכול להתרחש בין הצדדים החמים והקרים.

גורמי מוטיבציה ושורשים

הבנת הגורמים הבסיסיים כי כשלון מזרז מאפשר למעצבים לטפל בהם באופן יזום.הגורמים הבאים ידועים להאיץ את מצבי הכישלון המתוארים לעיל.

טמפרטורה מוגזמת Gradients

בעוד הבדלים בטמפרטורות גבוהות ( ⁇ T) מגבירים את תפוקת החשמל, הם גם מגבירים את המתח התרמי בתוך המודול. כאשר הטמפרטורה של הצד החם (TH) עולה על העיצוב המקסימלי, החומרים עשויים לעבור שינויים מבניים בלתי הפיכים: זרימה חוזרת של מכר, קורוזיה מואצת, או אפילו היתוך של אלמנטים תרמואלקטריים. A הגבלה טיפוסית עבור bismuth Telluride הוא טמפרטורה חמה סביב 250 מעלות צלזיוס.

תדירות האופניים

תדירות מתחילה ועצירת מקור החום כפופה למודול מחזורים תרמיים חוזרים.מספר המחזורים לכישלון הוא בדרך כלל הרבה פחות מאשר שעות הפעלה הכוללות יציע.בדיקות מעבדה לעתים קרובות להראות כי מודול נכשל לאחר 10,000 מחזורים תרמיים עדיין יש מאות אלפי שעות הפעלה הכוללות אם הטמפרטורה מוחזקת קבוע.

זיהום סביבתי

כאמור, לחות, chlorine, sulfur ותרכובות תגובתיות אחרות יכולים לחדור את המודול דרך החותם קצה או באמצעות microcracks. במערכות גז ממצה, condensate יכול ליצור תרכובות חומציות לתקוף את הרגליים התרמוסאלקטריות ואת מגעים חשמליים.אפילו חלקיקים של soot או אבק יכולים לנתק מגע תרמי על ידי הגדלת התנגדות תרמי ויצירת כתמים חמים מקומיים.

מגע תרמי וצורה חמה

אם המודול אינו מוקרן עם לחץ הולם ומדים, פערי אוויר נוצרים בין המודול לבין מחליפי החום.אוויר הוא מנצח תרמי עני, כך האזור המושפע פועל בטמפרטורה גבוהה יותר מאשר שאר המודול.זהו מקום חם מאיץ את ההידרדרות המקומית - חמצון מהיר יותר, זרימת מכר, ולחץ תרמי בתאי הסמוכים.

ייצור Defects

למרות בקרת איכות מחמירה, פגמים יכולים להתרחש במהלך הייצור: ריקות במפרקים מוכרים, רגליים מעוותות, סדקים ב substrates קרמיקה מטיפול, או אי-קו-פעולה קלה.פגמים אלה פועלים כנציחים מתח או כתמים מנוגדים שגדלו תחת פעולה, המוביל לכישלון מוקדם.

גילוי ואבחון של כישלון

גילוי מוקדם של מצבי כישלונות יכול למנוע אובדן מערכת קטסטרופלית.טכניקות אבחון הבאות מועסקות בדרך כלל בתחום ובמעבדה.

פיקוח התנגדות

שיטה פשוטה ויעילה ב-itu היא למדוד את ההתנגדות הפנימית של המודול (AC או DC) לאורך זמן.עלייה בהתנגדות מצביעה על השפלה במגעים או בתוך הרגליים. קפיצות מהירות עשויות לסמן את תחילתו של סדק.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

תחת עומס, מודול כושל לעתים קרובות מפתח פרופיל טמפרטורה לא אחיד.מצלמות אינפרא אדום יכול לזהות כתמים חמים - רגולציה של טמפרטורה גבוהה יותר של התנגדות חשמלית מוגברת או מגע תרמי עני.המתרמיוגרפיה היא מועילה במיוחד במהלך בדיקות רכיבה תרמית לאזורים של לחץ גבוה.

X-Ray ו-Spoting Acous Microscopy

עבור הערכה לא מקוונת, תמונות רנטגן יכול לחשוף רִיק במפרקים מוכרים, סדקים ברגליים, ועיוותים.SAM סורק מיקרוסקופיה אקוסטית (SAM) יעיל לזיהוי של דחיסה בין תת-קרקעית הקרמיקה לבין שכבת המתכת.

בדיקה חזותית

קרקרים בקרמיקה או בפירוק מגעי המתכת הם סימנים של נזק.עם זאת, כישלונות רבים הם פנימיים ולא גלויים מבחוץ.

מדדים מונעים ועיצוב הטוב ביותר

טיפול במצבי כישלונ דורש גישה רב-מעורכת - בחירה חומרית, שיפורים אריזה, ובקרת ברמת המערכת.

אופטימיזציה חומרית

  • (FLT:0)Use של חומרים הקשורים CTE: ibph:1 (בחירת תת-סטריט עם coefficient של התרחבות תרמית קרוב לזה של הרגליים התרמואלקטריות מפחית לחץ מחזורי. אלומיניום substrates מציעים התאמה טובה יותר לדו-סמוט דו-ת' מאשר אלומיניום.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ציפויים יעילים: FLT:1hil החל מחסומים פילים דקים (למשל, סיליקון ניטריד, ציפויים מזכוכית) מסייע למנוע חמצון ונשגב ביישומים עתירי זמן גבוהים.
  • (FLT:0) Alloy dopingcio: FLT:1 תוספות קטנות של אנטימונומיה, סלניום, או אלמנטים אחרים יכולים לשפר את התנגדות חמצון ואת הכוח המכאני של חומרים תרמואלקטריים.

אדריכלות מודול

  • (FLT:0) רגליים מחוסמות: FLT:1Building different thermoelectric Materialsed עבור מגוון טמפרטורה שונה (למשל, דותות' מספרד בצד הקר, המוביל לצליל בצד החם) מקטין את הטמפרטורה והלחץ המקומי המקסימלי.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ (בדוגמא, שימוש במגרעות זכוכית) מונע לחות וגז מתקפת.
  • (FLT:0) חיבורים סלקטיביים: FLT:1 Re הצבת מפרקים קשיחים עם שריבונים מתכתיים גמישים יכולים להכיל את CTE בצורה לא מתאימה ולהרחיב את חיי האופניים.
  • (FLT:0) ,Compliant עלה: FLT:1 מאפשר התרחבות תרמית באמצעות חומרים מממשק תרמיים מוצצים או מתואמים (TIMs) מפחיתה את התחזוקה המכנית על המודול.

בקרת מערכת

  • (FLT:0) רתח Temperature: FLT:1 להגביל את הטמפרטורה של הצד החם לפרטי היצרן. השתמש במערכות קירור סגורות-loop (למשל, מעריצים במהירות משתנה, לולאות נוזליות) כדי לשמור על טמפרטורה יציבה בצד הקר.
  • (ב) ,0) החל מ"התחילה וסגורה: "החלל 1" (Rampחום) מעלה ולמטה בהדרגה כדי למזער את ההלם התרמי.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Load תואם: FLT:1 להימנע ממודולים הפעלה ליד או מעבר לנקודת הכוח המקסימלית שלהם לתקופות מורחבות; מסלול נקודת כוח מקסימלי (MPPT) יכול לעזור איזון עומס חשמלי.
  • (ב) הגנה על הסביבה: FLT1 סוגר את מודול ה-TEG בדיור חתומה עם desiccant אם מופעל באטמוספירה לחמא או קורוזית.

תחזוקה ואסטרטגיות מעקב

בדיקת רפין ו ניטור יכולים להאריך את חיי המודול ולמנוע זמן השבתה בלתי צפוי.

  • בדיקה חשמלית:0 (FLT:103) מדד מתח פתוח והתנגדות פנימית של כל מודול בטמפרטורת ההתייחסות.
  • סקרי הדמיה של אורת'רמאל: FLT:1 סורק את המערך מדי שנה, או לאחר אירועים תרמיים חמורים, לזהות מודולים חמים.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ של כורים חמים: חליל 1 (ב) Remove אבק, סווט או פקדות מלח שיכולים לבודד משטחים וליצור מקומות חמים.
  • (FLT:0) , 000 ⁇ של מזרזים: ⁇ 1 Re-torque הרים ברגים בלחץ המומלץ (בדרך כלל סביב 0.5-1 MPa) כדי לשמור על קשר תרמי עקבי. השתמש במשחת טורק עם קלושט כדי להימנע מדיכאון יתר.
  • (FLT:0) החלפת מודולים כושלים במהירות:FreaLT:1) A Shorted or openמודול במחרוזת סדרה יכול להפחית את הזרם מכל המחרוזת; דיודות עקף יכול להגן על המערך, אבל מודולים כושלים צריכים להיות מוחלפים כדי לשחזר את מלוא היכולת.

כיוונים עתידיים בכישלון

מחקר לתוך מודולים תרמואלקטריים חזקים יותר ממשיך.התקדמות כוללת:

  • חומרים מבנים:0 (Nanostructured): גודל דגנים מופחת יכול לשפר את כוח מכני ויעילות תרמואלקטרית.ננוקומופוטים עמידים יותר להפצת סדקים.
  • ייצור:0 (Additive Manufacturing:) 1FLT:1 (הרכבים המוערכים 3D עם יצירות ממוספרות פונקציונליות עשויים לאפשר מעברים חלקה יותר ב CTE ורמות מינון, צמצום מתח בין-גזעי.
  • (FLT:0) ,healing מודולים: ⁇ 1) השימוש של microcapsules המכילים סוכני ריפוי שיכולים לתקן מיקרו-קracks בתוך מפרקי תת-קרקעי או מכר הוא מושג מתפתח.
  • (FLT:0) ניתוח מוקדם: 1.10LT:1 מינוף חיישני IoT ולמידה מכונה כדי לחזות כישלון בהתבסס על נתונים בשירות (זמן, התנגדות, רטט) יכול לאפשר תחזוקה מבוססת תנאים ולא תחליף מבוסס לוח הזמנים.

מסקנה

מודולים אנדרומאלקטריים במערכות כוח עומדים בפני ספקטרום של מצבי כשלון החל עייפות תרמית ונזק מכני לקורטוזיה ונשגבת חומר. בעוד שכל מצב כשל יש סיבות וגילויים נפרדים, חוטים נפוצים הם ההשפעות הסינרגיות של קיצוניות טמפרטורה, המרידות תרמיות, וחשיפה סביבתית.

לקריאה נוספת, להתייעץ עם ה-FLT:0 [החומרים המואלקטריים של ויקיפדיה] כניסת וויקיפדיה לרישום כללי, ועיין בהנחיות הניתוח של Thermoelectrics.comFLT 3: לשיקולים חומריים מתקדמים, ראה FLT:4 זה חומרים פיקוח על חומרים תרמואלקטריים:55