Applications des modules de refroidissement thermoélectriques

applications des modules de refroidissement thermoélectriques

Le module de refroidissement thermoélectrique est l'élément central du produit d'application. Lors du choix de la pile thermoélectrique, il convient de déterminer les points suivants en fonction de ses caractéristiques, de ses points faibles et de son domaine d'application :

1. Déterminer le mode de fonctionnement des éléments thermoélectriques de refroidissement. En fonction du sens et de l'intensité du courant de fonctionnement, il est possible de déterminer les performances de refroidissement, de chauffage et de maintien en température du réacteur. Bien que le refroidissement soit la méthode la plus couramment utilisée, il ne faut pas négliger les performances de chauffage et de maintien en température.

2. Déterminer la température réelle de l'extrémité chaude lors du refroidissement. Le réacteur étant un dispositif à différence de température, pour un refroidissement optimal, il doit être installé sur un radiateur performant. En fonction des conditions de dissipation thermique, déterminer la température réelle de l'extrémité chaude du réacteur lors du refroidissement. Il est important de noter qu'en raison du gradient thermique, cette température est toujours supérieure à la température de surface du radiateur, généralement de quelques dixièmes de degré, voire de quelques dizaines de degrés. De même, outre le gradient de dissipation thermique à l'extrémité chaude, il existe également un gradient de température entre l'espace refroidi et l'extrémité froide du réacteur.

3. Déterminer l'environnement de travail et l'atmosphère du réacteur. Cela comprend le mode de fonctionnement des modules TEC et des modules de refroidissement thermoélectriques (sous vide ou sous atmosphère normale, azote sec, air stationnaire ou en mouvement) ainsi que la température ambiante. Ces éléments permettent de prendre en compte les mesures d'isolation thermique (adiabatique) et d'évaluer l'effet des fuites de chaleur.

4. Déterminer l'objet servant aux éléments thermoélectriques et l'importance de la charge thermique. Outre l'influence de la température de l'extrémité chaude, la température minimale ou l'écart de température maximal que peuvent atteindre les éléments TEC N,P sont déterminés dans deux conditions : à vide et adiabatique. En réalité, les éléments Peltier N,P ne peuvent être parfaitement adiabatiques ; ils doivent également être soumis à une charge thermique, sans quoi leur fonctionnement est inopérant.

5. Déterminer le niveau du module thermoélectrique (éléments Peltier). Le choix de la série de réacteurs doit répondre aux exigences de différence de température réelle ; autrement dit, la différence de température nominale du réacteur doit être supérieure à la différence de température requise. Dans le cas contraire, le réacteur ne sera pas conforme aux exigences. Toutefois, le niveau de la série ne doit pas être trop élevé, car le prix du réacteur augmente considérablement avec le niveau de la série.

6. Spécifications des éléments thermoélectriques N,P. Une fois la série d'éléments N,P du dispositif Peltier sélectionnée, il est possible de choisir leurs spécifications, notamment le courant de fonctionnement. Plusieurs types de réacteurs permettent de générer simultanément une différence de température et du froid, mais leurs conditions de fonctionnement varient. On privilégie généralement le réacteur présentant le courant de fonctionnement le plus faible, car le coût de l'énergie auxiliaire est alors réduit. Cependant, la puissance totale du réacteur reste le facteur déterminant. À puissance d'entrée égale, réduire le courant de fonctionnement implique d'augmenter la tension (de 0,1 V par paire de composants), et donc le logarithme du nombre de composants.

7. Déterminer le nombre d'éléments N et P. Ce nombre est basé sur la puissance de refroidissement totale du réacteur nécessaire pour satisfaire aux exigences de différence de température. Il est impératif que la somme des capacités de refroidissement du réacteur à la température de fonctionnement soit supérieure à la puissance totale de la charge thermique de l'équipement, faute de quoi les exigences ne seront pas satisfaites. L'inertie thermique de la pile est très faible, inférieure à une minute à vide. Cependant, en raison de l'inertie de la charge (principalement due à sa capacité thermique), le temps de fonctionnement réel pour atteindre la température de consigne est bien supérieur à une minute et peut atteindre plusieurs heures. Si les exigences de vitesse de fonctionnement sont plus élevées, le nombre de piles sera plus important. La puissance totale de la charge thermique est composée de la capacité thermique totale et des pertes thermiques (plus la température est basse, plus les pertes thermiques sont importantes).

Les sept aspects ci-dessus constituent les principes généraux à prendre en compte lors du choix des éléments Peltier N et P du module thermoélectrique, selon lesquels l'utilisateur initial doit d'abord choisir les modules de refroidissement thermoélectriques, le refroidisseur Peltier et le module TEC en fonction de ses besoins.

(1) Confirmer l'utilisation de la température ambiante Th ℃

(2) La basse température Tc ℃ atteinte par l'espace ou l'objet refroidi.

(3) Charge thermique connue Q (puissance thermique Qp, fuite thermique Qt) W

Étant donné Th, Tc et Q, le nombre d'éléments N,P du refroidisseur thermoélectrique requis et le nombre d'éléments TEC N,P peuvent être estimés selon la courbe caractéristique des modules de refroidissement thermoélectriques, du refroidisseur Peltier et des modules TEC.