Les équipements de réfrigération et les systèmes de refroidissement par air sont des éléments essentiels de la vie quotidienne. Cependant, les conceptions volumétriques standard à base de réfrigérant ne conviennent pas aux applications mobiles telles que les sacs isothermes. Dans de tels cas, des dispositifs basés sur le fonctionnement de l'effet Peltier sont utilisés, dont nous discuterons en détail dans ce document.
L'élément Peltier ou refroidisseur thermoélectrique est basé sur un thermocouple de deux éléments à conductivité de type p et n, qui sont reliés par une plaque de connexion en cuivre. Les détails dans la plupart des cas sont constitués de bismuth, de tellure, d'antimoine et de sélénium. De tels appareils sont utilisés dans les systèmes de refroidissement domestiques, ils ont également la capacité de générer de l'énergie.
Contenu
Ce que c'est
Le phénomène et le terme Peltier suggèrent une découverte faite en 1834 par le scientifique français Jean-Charles Peltier.L'essence de la découverte est que la chaleur est constamment libérée ou absorbée dans la zone où il y a un contact entre deux conducteurs dirigés différemment à travers lesquels un courant électrique circule.
La théorie classique explique ce phénomène de la manière suivante : à l'aide d'un courant électrique, les électrons sont transférés entre les métaux, en accélérant ou en ralentissant, en fonction de la différence de potentiel de contact sur des conducteurs métalliques de différents niveaux de conductivité. Les éléments Peltier contribuent ainsi à la conversion de l'énergie cinétique en chaleur.
Sur le deuxième conducteur, l'effet inverse se produit, où la reconstitution de l'énergie est nécessaire sur la base de la loi fondamentale de la physique. Cette situation se produit en raison du processus d'oscillation thermique, à la suite duquel le métal du deuxième conducteur est refroidi.
Avec l'aide des technologies modernes, il est possible de fabriquer un module Peltier avec un effet thermoélectrique maximal.
Appareil et principe de fonctionnement
Les modules Peltier modernes sont une conception dans laquelle il y a deux plaques isolantes et les thermocouples sont connectés entre eux dans un ordre strict. Le schéma standard de cet élément pour une meilleure compréhension de son fonctionnement est illustré sur la figure.
Désignations des éléments structuraux :
- A - contacts, à l'aide desquels la connexion à la source d'alimentation est effectuée;
- B - surface chaude ;
- C - côté froid ;
- D - conducteurs en cuivre;
- E est un semi-conducteur à jonction p;
- F est un semi-conducteur de type n.
L'élément est conçu de sorte que les deux surfaces soient en contact avec des jonctions p-n ou n-p, en fonction de la polarité. Les contacts p-n chauffent et la température n-p diminue.Il en résulte qu'une différence de température DT apparaît aux extrémités de l'élément. Cet effet signifie que l'énergie thermique qui se déplace entre les éléments du module régule le régime de température en fonction de la polarité. Il faut aussi noter qu'en cas de changement de polarité, les surfaces chaudes et froides changent.
Caractéristiques
Les paramètres techniques de l'élément Peltier prennent les valeurs suivantes :
- capacité de refroidissement (Qmax) - calculée sur la base de la limite de courant et de la différence de température entre les extrémités du module. Unité de mesure - Watt ;
- différence de température limite (DTmax) - mesurée en degrés, cette caractéristique est donnée pour des conditions optimales;
- Imax est le courant électrique maximum requis pour fournir une plus grande différence de température ;
- la tension limite Umax, qui est nécessaire pour que le courant électrique Imax atteigne la différence de température maximale DTmax ;
- Résistance - résistance interne de l'appareil, mesurée en Ohms ;
- Le COP est le coefficient d'efficacité ou d'efficacité du module Peltier, qui reflète le rapport entre le refroidissement et la consommation d'énergie. Selon les caractéristiques de l'appareil, pour les appareils bon marché, l'indicateur est compris entre 0,3 et 0,35, pour les modèles plus chers, il varie jusqu'à 0,5.
Les avantages de l'élément Peltier mobile sont les petites dimensions, la réversibilité du processus, ainsi que la possibilité de l'utiliser comme générateur électrique portable ou comme réfrigérateur.
Les inconvénients du module sont un coût élevé, un faible rendement à moins de 3%, des coûts énergétiques élevés et la nécessité de maintenir constamment la différence de température.
Application
Même en tenant compte du faible coefficient d'efficacité, les plaques du module Peltier sont largement utilisées dans les appareils de mesure et de calcul, ainsi que dans les appareils électroménagers portables. Voici une liste d'appareils dont les modèles font partie intégrante :
- appareils de réfrigération portatifs;
- petits générateurs d'électricité;
- complexes de refroidissement dans les PC et les ordinateurs portables ;
- refroidisseurs pour chauffer et refroidir l'eau potable;
- séchoirs à air.
Comment se connecter
Vous pouvez connecter vous-même le module Peltier, cela ne nécessite pas beaucoup de temps et d'efforts. Les contacts de sortie doivent être alimentés avec une tension constante, ce qui est indiqué dans le mode d'emploi de l'appareil. Le fil rouge est connecté au positif et le fil noir est connecté au négatif. Notez que lorsque la polarité est inversée, les surfaces chauffées et refroidies changeront de place.
Avant le raccordement, il est recommandé de vérifier le bon fonctionnement de l'élément. L'un des moyens simples et fiables de vérifier l'appareil est la méthode tactile : pour cela, vous devez connecter l'appareil à une source de courant électrique et toucher différents contacts. Dans un appareil fonctionnant normalement, certains contacts seront chauds, tandis que d'autres seront froids.
Vous pouvez également vérifier avec un multimètre et un briquet. Pour ce faire, vous devez connecter les sondes aux contacts de l'appareil, mettre le briquet de côté et observer les lectures du multimètre. Si l'élément Peltier fonctionne en mode standard, pendant le processus de chauffage, un courant électrique sera généré d'un côté et les données de tension seront affichées sur l'écran du multimètre.
Comment faire un élément peltier à faire soi-même
L'élément Peltier n'est pas pratique à fabriquer à la maison en raison du faible coût et du besoin de connaissances particulières pour créer un élément fonctionnel. Cependant, vous pouvez assembler de vos propres mains un générateur thermoélectrique mobile efficace, qui vous sera utile à la campagne ou en camping.
Afin de stabiliser la tension électrique, vous devrez assembler vous-même un convertisseur standard sur la puce IC L6920. Une tension de 0,8-5,5 V doit être appliquée à l'entrée de l'appareil, et à la sortie il produira 5 V, cette valeur est suffisante pour charger la batterie des appareils mobiles en mode standard. Si un dispositif électronique Peltier standard est utilisé, il sera alors nécessaire de limiter la limite de température de la surface chauffée à 150 degrés. Pour faciliter le contrôle de la température, il est conseillé d'utiliser une bouilloire avec de l'eau bouillante, le modèle ne chauffera pas à plus de 100 degrés.
Les plaques Peltier sont largement utilisées pour refroidir les appareils électroménagers modernes, dans les climatiseurs, l'efficacité de l'appareil a été prouvée, notamment pour stabiliser le régime thermique et refroidir un processeur puissant. Sur la base de l'élément Peltier, des réfrigérateurs mobiles efficaces sont souvent fabriqués à la maison pour les chalets d'été ou les voitures, alimentant le radiateur. En raison de la réversibilité du processus, les éléments auto-fabriqués sont utilisés comme petites centrales électriques mobiles dans les zones sans source d'électricité.
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