Modules Thermoélectriques à Effet Peltier

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Un module thermoélectrique (TEM) est un composant électronique à base de semi-conducteurs qui fonctionne comme une pompe à chaleur compacte et efficace.

En appliquant un courant DC basse tension à un TEM, la chaleur sera déplacée à travers le module d’un côté à l’autre. Une face du module sera donc refroidie tandis que la face opposée sera chauffée simultanément.

Il est important de noter que ce phénomène est pleinement réversible, moyennant quoi un changement de polarité de la tension continue appliquée fera bouger la chaleur dans la direction opposée. Par conséquent, un module à effet Peltier peut être utilisé à la fois pour le refroidissement et le chauffage dans une application donnée.

Un TEM se compose généralement de deux ou plusieurs éléments semi-conducteurs, généralement en tellurure de bismuth (Bi2Te3), connectés électriquement en série et thermiquement en parallèle.

Ces éléments thermoélectriques et leurs interconnexions sont typiquement montés entre deux substrats céramiques minces métallisés, qui fournissent l’intégrité structurelle, isolent électriquement les éléments de surfaces de montage externes et fournissent des surfaces de contact plates et parallèles.

Les matériaux Bi2Te3 de type n et de type p sont utilisés dans un TEM. Il résulte de cet agencement que la chaleur se déplace à travers le refroidisseur dans une seule direction, tandis que le courant électrique circule en va et vient alternativement entre le sommet et des substrats inférieurs et ce,  à travers chaque élément de type n et de type p.

Le matériau de type n est « dopé » pour avoir un excès d’électrons tandis que pour le type p le matériau est « dopé » pour avoir une carence en électrons. Les électrons supplémentaires dans le matériau n et les «trous» résultant de la carence en électrons dans le matériau p servent de porteurs. Ces porteurs déplacent l’énergie thermique à travers le matériau thermoélectrique.

Le flux de chaleur – la chaleur pompée activement à travers le TEM – est proportionnel à l’amplitude du courant électrique continu appliqué. En régulant l’entrée courant de zéro au maximum, on peut ajuster et contrôler avec précision le flux de chaleur et la différence de température du module.

Les TEM peuvent être montés en parallèle pour augmenter la capacité de transfert de chaleur, ou ils peuvent être empilés en cascades à plusieurs étages pour augmenter la température différentielle.

Les TEM n’ont pas de pièces mobiles et sont virtuellement sans entretien.

Ils sont également plus petits, plus légers et plus silencieux que d’autres systèmes de refroidissement.

Cependant, les TEM ne sont pas idéaux pour toutes les applications de refroidissement, et il existe des situations dans lesquelles un simple dispositif de refroidissement passif, tel que qu’un dissipateur de chaleur, est plus approprié.

Il existe, également, des situations dans lesquelles le refroidissement thermoélectrique est la seule solution appropriée, ou pour lesquelles il présente des avantages significatifs par rapport aux autres méthodes de refroidissement.

Les TEM peuvent fournir un refroidissement actif, ce qui signifie qu’ils permettent un refroidissent en dessous de la température ambiante, résultat impossible à obtenir avec les dissipateurs de chaleur seuls.

Leur construction « état solide » (solid state) garantit une fiabilité élevée, ce qui constitue un avantage lorsqu’ils sont à utiliser dans un système qui est difficilement accessible après l’installation.

Leur fonctionnement est silencieux et les interférences électriques sont négligeables.

La sélection du TEM approprié pour une application spécifique nécessite une évaluation du système global dans lequel le TEM sera utilisé. Pour la plupart des applications, il devrait être possible d’utiliser une configuration TEM standard, alors que dans certains cas une conception spéciale peut être nécessaire pour répondre à un pompage de chaleur rigoureux,  et aux exigences de conception électriques, mécaniques ou autres. Bien que nous encourageons l’utilisation d’un TEM standard chaque fois que possible, FERROTEC est aussi spécialisé dans le développement et la fabrication de TEM sur mesure. Nous sommes à votre écoute pour réaliser une analyse technique pour définir une conception TEM unique qui réponde précisément à vos exigences.

La plupart des systèmes de refroidissement sont de nature dynamique et la performance globale du système est fonction de plusieurs paramètres interdépendants.

S’il y a une incertitude sur le TEM le plus approprié à votre application, nous vous apportons nos conseils pour garantir la solution adaptée.

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