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Connus également sous l'appellation modules thermoélectriques, les éléments Peltier désignent une forme de pompe à chaleur pouvant être entraînée électriquement. Ce sont donc des dispositifs électriques capables d'assurer une transmission de l'énergie sous forme de chaleur. Possédant de nombreux atouts, un élément Peltier se caractérise par son fonctionnement fondé sur l'effet Peltier. Celui-ci se décrivant comme un élément physique de déplacement de chaleur en présence d'un courant. Un composant Peltier va permettre donc un transport de l'énergie sous forme de chaleur grâce à un flux de courant.
Ce texte a été traduit par une machine.
Informations intéressantes sur les éléments Peltier
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Que sont les éléments Peltier ?
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Comment fonctionnent les éléments Peltier ?
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Comment les éléments Peltier sont-ils construits ?
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Quels sont les avantages et les inconvénients des éléments Peltier ?
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Quels sont les types d'éléments Peltier ?
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À quoi peuvent être utilisés les éléments Peltier ?
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Que faut-il observer lors de l'application d'éléments Peltier ?
Que sont les éléments Peltier ?
Les éléments Peltier sont des composants électriques qui peuvent transporter de la chaleur d'un côté à l'autre sans pièces mécaniques mobiles. Ils ont fait leurs preuves dans de nombreux domaines de la technique en tant qu'élément de refroidissement ou pour stabiliser la température. Les éléments Peltier sont également appelés « Thermoelectric Cooler », en abrégé « TEC ».
Comment fonctionnent les éléments Peltier ?
En 1834, le scientifique français Jean Peltier publia un article sur ses expériences électriques avec des points de contact de différents métaux. Lorsqu'il a relié les deux extrémités d'un fil bismuth avec des fils de cuivre et les a raccordés à une batterie pour laisser l'électricité s'écouler, il a constaté que l'un des points de contact se réchauffe et que l'autre se refroidit. En cas d'inversion du flux de courant, l'effet de chauffage et de refroidissement des deux contacts s'inverse également. La cause de cet effet n'était pas connue au départ. Ce n'est qu'après que les lois de l'électricité thermique ont été découvertes qu'il y a eu une explication. Il s'agit d'opérations d'équilibrage énergétique des supports de charge libres (électrons, trous) sur les points de contact, qui se trouvent à différents niveaux d'énergie en fonction du matériau. Pour passer à un niveau d'énergie plus élevé, le support de charge de l'environnement retire de l'énergie sous forme de chaleur. En cas de chute à un niveau inférieur, le support de charge émet de l'énergie sous forme de chaleur. Une différence de température dépendant du courant est créée.
15 ans auparavant, le scientifique prussien Johann Seebeck avait découvert avec une structure d'essai similaire qu'une tension électrique se produisait entre les deux fils de cuivre lorsque l'un des deux points de contact était chauffé. Tant l'effet Peltier que l'effet Seebeck, qui est utilisé pour les éléments thermiques, sont connus depuis longtemps, mais ne peuvent être utilisés que dans la pratique avec le développement de technologies modernes. Comme les éléments Peltier et les éléments thermiques sont de construction similaire, un élément Peltier permet également de créer une tension électrique en chauffant un côté et en refroidistant l'autre.
1 : côté froid
2 : plaque en céramique
3 : semi-conducteur N
4 : semi-conducteur p.
5 : côté chaud
6 : ponts en cuivre
Structure de principe des éléments Peltier modernes. Les supports de charge sont placés aux points de contact à un niveau d'énergie supérieur (inférieur) ou inférieur (supérieur), ce qui permet de retenir la chaleur en bas et de la dissiper en haut.
Comment les éléments Peltier sont-ils construits ?
Les éléments Peltier modernes (figures 1 et 2) sont composés de contacts entre le cuivre et l'alliage semi-conducteur bismuttellurit (Bi2Te3) ou silicium-tanium (SiGE). Ce matériau a la forme de petits cubes de « dices » qui sont reliés entre eux par des ponts en cuivre. Le tout est fixé sur un substrat céramique d'oxyde d'aluminium. Le dessus est également recouvert d'une plaque en céramique. Les différents chiffres N ou P permettent le branchement en série d'un grand nombre d'éléments de ce type, de sorte que de nombreux points de contact se trouvent de part et d'autre de la disposition, qui refroidissent ou chauffent à un débit de courant. Sur le côté, les torons sont conçus pour le raccordement électrique. Les « dices » N et P sont reliés alternativement aux ponts en cuivre .
1 : côté froid
2 : plaque en céramique
3 : semi-conducteur N
4 : semi-conducteur p.
5 : côté chaud
6 : ponts en cuivre
Quels sont les avantages et les inconvénients des éléments Peltier ?
Les éléments Peltier ne possèdent pas de pièces mécaniques en mouvement et peuvent refroidir ou chauffer dans les plus petits espaces. La chaleur transportée et donc la puissance de refroidissement peuvent être dosées avec précision avec le courant. L'inconvénient est le faible rendement par rapport au système de refroidissement classique, qui nécessite beaucoup plus d'espace et fonctionne avec des compresseurs, ainsi qu'un liquide de refroidissement. Les éléments Peltier sont donc limités aux applications avec une faible puissance de transport de chaleur dans la plage de watts.
Quels sont les types d'éléments Peltier ?
Cet élément Peltier de TRUE COMPONENTS a une capacité de refroidissement de 106 W et n'a que 2,8 mm de hauteur.
Les éléments Peltier standard sont généralement de forme carrée sandwich (voir figure 3) et sont fabriqués dans différentes dimensions de quelques centimètres de longueur de chant. La tension de fonctionnement dépend de la quantité de dices et se situe entre quelques et quelques dix volts.
La puissance de refroidissement que les éléments Peltier peuvent produire est comprise entre quelques watts et environ 100 watts.
La différence de température maximale entre le côté chaud et le côté froid de l'élément Peltier est d'environ 70 K.
À quoi peuvent être utilisés les éléments Peltier ?
Les éléments Peltier se trouvent aujourd'hui dans des produits de consommation tels que les réfrigérateurs thermoélectriques, les mini-réfrigérateurs ou les déshumidificateurs d'air. En technique, on utilise des éléments Peltier, par exemple pour refroidir des lasers ou des capteurs optiques, afin de réduire le bruit de l'image. Même en tant que partie du refroidisseur de puces informatiques, par exemple le CPU, les éléments Peltier ont fait leurs preuves en raison de leur construction compacte.
La fréquence vibratoire dépendant de la température des générateurs de quartz peut être maintenue constante à l'aide d'éléments Peltier, quelle que soit la température ambiante, car ils peuvent chauffer ou refroidir selon la direction du courant. Dans le laboratoire, les éléments Peltier permettent de régler précisément et de façon reproductible les températures des liquides, par exemple. Dans la technique d'analyse, il est possible d'utiliser des éléments Peltier pour obtenir une température d'échantillon précise.
Un ensemble de contrôleur spécial est disponible pour le pilotage optimal des éléments Peltier. L'unité d'affichage correspondante indique entre autres Températures de consigne et de consigne ainsi que fonctionnement à chaud et à froid. Avec cet accessoire, vous pouvez par exemple Construire des équipements de laboratoire et de mesure avec un réglage précis et un réglage de la température.
Que faut-il observer lors de l'application d'éléments Peltier ?
Les éléments Peltier doivent être installés de manière à pouvoir absorber la chaleur d'un côté et la déposer de l'autre. Lorsque la chaleur s'accumule sur l'un des côtés, l'efficacité du processus de refroidissement se détériore. Un montage en surface avec une faible résistance de transition thermique est nécessaire.
La pâte thermoconductrice doit donc être appliquée sur les surfaces de contact avant le montage. Sur le côté chaud, la dissipation de la chaleur doit être impossible et doit être soutenue avec un dissipateur thermique de grande surface et, si nécessaire, avec un ventilateur.
- Les valeurs limites électriques Imax et Umax indiquées dans les fiches techniques ne doivent pas être dépassées.
- Les éléments Peltier qui sont souvent mis en marche et hors tension dans certaines applications doivent avoir une grande résistance au cycle thermique.
- Les éléments Peltier du commerce sont conformes à la directive RoHS.