Introduction au module de refroidissement thermoélectrique
La technologie thermoélectrique est une technique de gestion thermique active basée sur l'effet Peltier. Découvert par J.C.A. Peltier en 1834, ce phénomène implique le chauffage ou le refroidissement de la jonction de deux matériaux thermoélectriques (bismuth et tellurure) par le passage d'un courant. En fonctionnement, un courant continu traverse le module thermoélectrique, provoquant un transfert de chaleur d'un côté à l'autre, créant ainsi un côté froid et un côté chaud. L'inversion du sens du courant modifie les côtés froid et chaud. Sa puissance de refroidissement peut également être ajustée en modifiant le courant de fonctionnement. Un refroidisseur mono-étage classique (figure 1) est constitué de deux plaques en céramique, séparées par un matériau semi-conducteur de type p et n (bismuth et tellurure). Les éléments en matériau semi-conducteur sont connectés électriquement en série et thermiquement en parallèle.
Les modules de refroidissement thermoélectriques, les dispositifs Peltier et les modules TEC sont considérés comme des pompes thermiques à semi-conducteurs. Leur poids, leur taille et leur vitesse de réaction en font un élément idéal des systèmes de refroidissement intégrés (en raison de l'espace limité). Offrant des avantages tels qu'un fonctionnement silencieux, une grande incassabilité, une résistance aux chocs, une durée de vie prolongée et une maintenance aisée, ces modules modernes trouvent de nombreuses applications dans les domaines des équipements militaires, de l'aviation, de l'aérospatiale, des soins médicaux, de la prévention des épidémies, des appareils expérimentaux et des produits de consommation (refroidisseurs d'eau, de voiture, d'hôtel, de vin, mini-glacières, matelas chauffants et rafraîchissants, etc.).
Aujourd'hui, en raison de son faible poids, de sa petite taille ou de sa capacité et de son faible coût, le refroidissement thermoélectrique est largement utilisé dans les équipements médicaux, pharmaceutiques, l'aviation, l'aérospatiale, l'armée, les systèmes de spectrocopie et les produits commerciaux (tels que les distributeurs d'eau chaude et froide, les réfrigérateurs portables, les refroidisseurs de voiture, etc.)
| Paramètres | |
| I | Courant de fonctionnement du module TEC (en ampères) |
| Imax | Courant de fonctionnement qui crée la différence de température maximale △Tmax(en ampères) |
| Qc | Quantité de chaleur pouvant être absorbée par la face froide du TEC (en watts) |
| Qmax | Quantité maximale de chaleur pouvant être absorbée du côté froid. Ceci se produit lorsque I = Imaxet lorsque Delta T = 0. (en watts) |
| Tchaud | Température de la face chaude lorsque le module TEC fonctionne (en °C) |
| Tfroid | Température de la face froide lorsque le module TEC fonctionne (en °C) |
| △T | Différence de température entre le côté chaud (Th) et le côté froid (Tc). Delta T = Th-Tc(en °C) |
| △Tmax | Différence maximale de température qu'un module TEC peut atteindre entre le côté chaud (Th) et le côté froid (Tc). Cela se produit (capacité de refroidissement maximale) à I = Imaxet Qc= 0. (en °C) |
| Umax | Alimentation en tension à I = Imax(en volts) |
| ε | Efficacité de refroidissement du module TEC (%) |
| α | Coefficient Seebeck du matériau thermoélectrique (V/°C) |
| σ | Coefficient électrique du matériau thermoélectrique (1/cm·ohm) |
| κ | Conductivité thermique du matériau thermoélectrique (W/CM·°C) |
| N | Nombre d'éléments thermoélectriques |
| Iεmax | Courant attaché lorsque la température du côté chaud et du côté ancien du module TEC est une valeur spécifiée et qu'il est nécessaire d'obtenir l'efficacité maximale (en ampères) |
Introduction des formules d'application au module TEC
Qc= 2N[α(Tc+273)-LI²/2σS-κs/Lx(Th- Tc) ]
△T= [ Iα(Tc+273)-LI/²2σS] / (κS/L + I α]
U = 2 N [ IL /σS +α(Th- Tc)]
ε = Qc/UI
Qh= Qc + IU
△Tmax= Th+ 273 + κ/σα² x [ 1-√2σα²/κx (Th+273) + 1]
Imax =κS/ Lαx [√2σα²/κx (Th+273) + 1-1]
Iεmax =ασS (Th- Tc) / L (√1+0,5σα²(546+ Th- Tc)/ κ-1)
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