Principe du refroidissement thermoélectrique – Agent Français LAIRD

Le refroidissement thermoélectrique est une technique de refroidissement utilisant la thermoélectricité.

On utilise à cet effet  des composants nommés « modules Peltier » qui transforment un courant électrique en une différence de température. Principe 

Les modules Peltier sont nommés ainsi car ils mettent en œuvre la thermoélectricité et plus précisément l’effet Peltier. Ce module est alimenté par un courant et présente deux faces, l’une dite froide et l’autre chaude. L’objet à refroidir doit se mettre sur la face froide, tandis qu’il est nécessaire d’avoir un mécanisme d’évacuation de la chaleur de l’autre côté (ventilateur…).

du refroidissement thermoélectriqu

Fonctionnement du module PELTIER

Principe du refroidissement thermoélectrique construction module Peltier

Un module Peltier est constitué d’une série de « couples » constitués d’un matériau semi-conducteur sélectionné pour que les électrons puissent jouer le rôle de fluide caloporteur.

Les transferts thermiques au sein d’un module thermoélectrique peuvent être modélisés en quantifiant trois contributions :

  1. La première correspond à la chaleur transférée par effet Peltier.
    Sur la face froide, la chaleur prélevée
    Sur la face chaude, la chaleur injectée
  2. Il faut ensuite considérer la chaleur due à l’effet Joule qui va s’appliquer sur les 2 faces du modules. Elle va augmenter avec l’alimentation de celui-ci. La chaleur côté froid doit donc diminuer, tandis que la chaleur du côté chaud augmente de la même valeur.
  3. Enfin, il faut également tenir compte de la conduction thermique qui s’oppose à l’effet voulu ; il faut donc diminuer la chaleur prélevée en face froide, et diminuer d’autant la chaleur rejetée en face chaude.

Avantages et inconvénients du refroidissement par thermo-éléctricité :

Avantages :

Par rapport à un système de refroidissement par compresseur (tel qu’utilisé notamment dans les réfrigérateurs), le refroidissement thermoélectrique par effet Peltier a pour principaux avantages que nous vous présentons ici :

  • sa simplicité de construction (pas de serpentin, ailettes optionnelles suivant les applications),
  • l’absence d’utilisation de fluide frigorigène (certains dangereux pour l’environnement),
  • le peu d’entretien nécessaire (pas de pièces d’usure) et donc un bon rapport qualité prix,
  • l’absence de pièce mobile : pas de bruit, de vibrations ou d’usure mécanique,
  • la haute résistance des cellules aux contraintes mécaniques en compression (permettant l’utilisation des éléments thermoélectriques comme support mécanique),
  • un excellent ratio puissance de refroidissement vs. encombrement : un élément industriel de 55 × 58 mm peut générer jusqu’à environ 300 W de flux thermique dans des conditions optimales, soit 9.3 W/cm² (associé cependant à un coefficient de performance de 0.5 à 0.75)
  • supporte les chocs et les secousses, à la différence des circuits de fluides frigorigènes.

Inconvénients :

Il a en revanche comme principaux inconvénients :

  • un cœfficient de performance corrélé à la différence de température intérieur/extérieur, variant de 0.3 à 11 et généralement inférieur à 1 quand la différence de température excède 20 °C.,
  • Ainsi, le refroidissement devient impossible pour des différences de température intérieur/extérieur excédant 70 à 85 °C suivant les éléments et jusqu’à 123 °C pour des éléments à plusieurs étages.
  • un coefficient de performance corrélé à l’intensité du courant électrique d’alimentation et généralement supérieur à 1 uniquement à basse intensité (1 à 30 % de l’intensité maximale d’entrée),
  • Donc un coefficient de performance élevé (de 1 à 11) seulement pour de petites puissances de refroidissement (10 à 25 % de la puissance de refroidissement maximale).
  • la faible résistance des cellules aux contraintes mécaniques en cisaillement.

Le refroidissement par effet Peltier est donc efficace et économe pour des applications nécessitant une faible puissance de refroidissement (jusqu’à quelques dizaines de watts par élément) et fonctionnant à une température proche de l’ambiante (jusqu’à environ 20 °C d’écart).

Lorsque l’efficacité énergétique n’est pas prioritaire, le principe du refroidissement thermoélectrique reste pertinent. C’est le cas pour des applications de petite taille nécessitant des puissances de refroidissement importantes (7.5 à 9.3 W/cm²) ou bien des refroidisseurs légers.

Le refroidissement par effet thermoélectrique est en outre la seule option pour le refroidissement en milieu inflammable, explosif ou à sécurité renforcée car la plupart des fluides caloporteurs industriels sont inflammables.

Applications du refroidissement thermoélectrique

Les systèmes suivants utilisent un système de refroidissement thermoélectrique :

  • refroidissement des corps noirs,
  • calorimètres,
  • capteurs CCD,
  • échangeurs de chaleur,
  • déshumidificateurs,
  • systèmes de guidage,
  • refroidissement des diodes laser,
  • refroidissement des microprocesseurs,
  • réfrigération embarquée (avions, voitures, hôtel…)
  • thermocycleur

Source Wikipédia Octobre 2018 Principe du refroidissement thermoélectrique

AGENT LAIRD EN FRANCE

Comment choisir un module Peltier

MODULE THERMOELECTRIQUE PELTIER