Élément Peltier composé de diodes. Élément Peltier : caractéristiques, principe de fonctionnement et application

L'élément Peltier est connu dans le monde entier depuis longtemps. Au XVIIIe siècle, l'horloger français Jean-Charles Peltier découvrit par hasard un nouvel effet à la frontière de deux métaux : le bismuth et l'antimoine. Il s'agissait d'un changement brusque de la température d'une goutte d'eau placée entre les contacts, qui se transformait en glace lorsqu'un courant était appliqué. Cette propriété est devenue nouvelle pour l'horloger, car jusqu'à ce moment-là, aucun scientifique au monde n'avait jamais présenté de telles informations dans ses matériaux.

Bien que l'effet soit intéressant, il n'a pas trouvé d'application pratique à cette époque, en raison de la petite quantité d'équipements électroniques nécessitant un refroidissement intensif. Après 2 siècles La découverte du scientifique est restée dans les mémoires car il était urgent de fabriquer un dispositif capable de fournir un refroidissement de haute qualité au cristal chauffant du microprocesseur.

À la suite de nombreuses études dans ce domaine et d'un grand nombre d'expériences pratiques, les scientifiques ont découvert qu'un couple thermoélectrique peut générer une quantité de froid suffisante pour le fonctionnement normal de presque tous les microprocesseurs. Et grâce à leur petite taille, ils ont appris à les intégrer dans des boîtiers de microcircuits, fournissant ainsi leur propre générateur de froid interne.

La découverte de Jean-Charles Pelte a été un formidable élan pour toute l'industrie de la production d'unités de réfrigération mobiles. Aujourd'hui la propriété d'un élément thermoélectrique utilisé dans les techniques suivantes :

• réfrigérateurs portatifs;
• climatiseurs d'automobiles;
• glacières portatives;
• caméras, télescopes et bien plus encore.

Ils sont activement utilisés pour refroidir les microprocesseurs et autres composants électroniques. En plus de l'effet de refroidissement direct, beaucoup ont commencé à utiliser l'élément Peltier comme générateur. Un exemple de ce qui pourrait être lampe de poche avec 3 éléments.

Peu de gens savent que pour établir une communication radio avec le commandement, les soldats mettaient une marmite spéciale sur le feu et préparaient du thé, préparaient du porridge et d'autres articles ménagers, tout en transmettant les informations nécessaires via une station de radio portable..

Comment fabriquer un élément Peltier de vos propres mains ?

Beaucoup de gens s'intéressent à la question : qu'est-ce qu'un élément Peltier de leurs propres mains, comment le fabriquer à la maison ? Cela nécessitera un ajout dosé très précis de diverses substances et matériaux. Il est impossible de fabriquer un tel appareil à la maison, car cela nécessite la technologie et les méthodes de traitement des métaux nécessaires. De plus, dans les mêmes laboratoires, des matériaux particulièrement purs sont nécessaires, ce qui est impossible à réaliser à la maison. Par conséquent, la question de savoir comment fabriquer un module thermoélectrique Peltier peut recevoir une réponse sans ambiguïté. Certainement pas. Mais pour construire un système de refroidissement efficace, les compétences existantes suffisent amplement.

Fabriquer un élément Peltier à partir de diodes

Il y a une opinion sur ce qui peut être fait module thermoélectrique à diodes. Le fait est que chaque paire de semi-conducteurs différents est constituée de deux matériaux avec des conductivités p et n. Et une diode, c'est justement ça. Pour détecter les changements de conductivité lors du chauffage, il est nécessaire de sélectionner certains éléments. Mais aucune diode ne permettra d'obtenir une basse température à la surface de l'appareil. Lors de l'application d'un courant important, seul le chauffage peut être obtenu.

Les radioamateurs utilisent des diodes de faible puissance dans une vitrine comme capteur de température. Lorsqu'ils sont connectés dans la direction opposée et réchauffés, la jonction commence à s'ouvrir et à faire passer le courant dans la direction opposée. Mais cela ne produira pas d’électricité.

Comment fonctionne l'élément Pelte ?

Un module thermoélectrique Peltier sous une forme simplifiée est une paire de plaques constituées de différents métaux, qui peuvent être du bismuth, de l'antimoine, du tellure ou du sélénium. Entre eux se trouvent une paire de semi-conducteurs de type n et p avec des conductivités différentes. Tous formés de métaux différents couples thermoélectriques connectés en série dans un seul circuit. Le résultat est une sorte de matrice composée d'un grand nombre de thermocouples individuels situés entre deux plaques de céramique.

Le module thermoélectrique formé de thermocouples est fabriqué dans un seul boîtier de petites dimensions. Lorsqu'ils sont connectés en série ou en parallèle, il est possible d'améliorer l'effet de refroidissement ou de générer de l'énergie électrique. En mode refroidisseur, la borne positive de la matrice est connectée à la première paire avec un conducteur de type N, le contact négatif est connecté à des conducteurs de type P. Des céramiques spéciales à base d'oxyde d'aluminium et de nitrure sont utilisées comme revêtement extérieur. Cela garantit les meilleures performances de transfert de chaleur des deux côtés, à haute et basse température.

Nombre de thermocouples dans le module n'est limité par rien et peut aller jusqu'à plusieurs centaines. Plus il y en a, plus l’effet rafraîchissant se fait sentir. Pour augmenter l'efficacité de l'élément Peltier, un radiateur avec la plus grande surface de transfert de chaleur est fixé sur son côté froid. La différence de température entre les plaques doit être d'au moins deux dizaines de degrés.

Lorsqu’une tension est appliquée aux plaques, un côté devient chaud et l’autre froid. Lorsque la polarité de la tension d'alimentation change, la température des plaques change de place.

Compte tenu de la complexité et de la fabricabilité, il n'est pas possible de fabriquer un élément thermoélectrique de vos propres mains. Mais il existe toujours des artisans qui proposent leurs développements. L'effet est observé, mais il est impossible d'obtenir une augmentation de l'efficacité sans un laboratoire de recherche spécial. Vous pouvez même trouver une vidéo sur ce sujet avec des conseils étape par étape.

Caractéristiques de l'élément Peltier

Vers les fonctionnalités élément basé sur des paires bimétalliques devrait inclure:

Affichage de la formule

L'effet Peltier implique la circulation d'un courant à travers le contact de deux métaux de conductivités différentes. En conséquence, de la chaleur ou du froid est libéré, selon le sens du courant.

En expression formelle, l'effet Peltier peut être représenté :

Q p=P12 j, où P12 est le coefficient Peltier. L'indicateur dépend du type de métal utilisé et de ses propriétés thermoélectriques.

En plus des avantages, l'appareil présente également certains inconvénients, notamment :

Faible efficacité. Afin d'obtenir une différence de température significative, il est nécessaire de fournir un courant suffisamment important aux plaques.

Pour évacuer efficacement l’énergie thermique, il est nécessaire de prévoir un radiateur.

Mode générateur de l'élément Peltier

La découverte de Jacques-Charles Peltier a littéralement bouleversé le monde, puisque l'appareil peut être utilisé comme générateur universel de chaleur et de froid. En plus de ces fonctions, un autre effet important a été noté : le mode générateur. Si le côté chaud de l'appareil est chauffé et le côté froid est refroidi, une différence de potentiel se produit aux bornes et lorsque le circuit est fermé, le courant commence à circuler.

Générateur basé sur un élément Peltier Vous pouvez le faire vous-même et cela ne nécessite aucune compétence particulière. Mais il faut comprendre que le matériau utilisé par les développeurs chinois n'a pas les caractéristiques idéales qui leur permettent d'obtenir un maximum d'énergie. Les modules thermoélectriques disponibles dans la vente suffisent pour :

• recharger des appareils mobiles;
• alimentation pour éclairage LED;
• fabrication d'un récepteur radio autonome et à d'autres fins.

Vous pouvez trouver de nombreuses vidéos sur ce sujet avec une description détaillée de toutes les étapes. Par conséquent, si vous souhaitez réaliser un module thermoélectrique pour générer de l'énergie, cela est tout à fait possible.

La première étape consiste à commander le nombre requis d'éléments Peltier en tenant compte de leurs caractéristiques. Un appareil d'une puissance de 10 W sur la même e-Bay coûte 15 $. Et ce sera largement suffisant pour recharger les smartphones. Ensuite, il est nécessaire d'assurer une évacuation efficace de la chaleur. À ces fins, vous pouvez concevoir un système de refroidissement liquide à circulation naturelle. Et chauffez le côté chaud avec n’importe quelle source de chaleur, y compris un feu ouvert. Par conséquent n'importe quel radioamateur peut fabriquer lui-même un excellent générateur thermoélectrique, que vous pourrez emporter avec vous en randonnée, à la pêche ou à la campagne.

Une cellule standard produit 5 V et 1 W de puissance, ce qui est suffisant pour un petit éclairage. Par exemple, pour fabriquer une lampe de poche chauffée par la chaleur de vos mains. Des éléments prêts à l'emploi avec des tensions de sortie jusqu'à 12 V sont également disponibles à la vente.

Poêle thermoélectrique portable avec mode générateur

Aujourd'hui, vous pouvez trouver de nombreuses façons de fabriquer de vos propres mains un générateur thermoélectrique assez efficace basé sur un élément Peltier. Comme l'un d'eux - poêle portatif avec foyer provenant d'une ancienne alimentation d'ordinateur. L'élément thermoélectrique Peltier lui-même est fixé sur l'un des côtés du boîtier via de la pâte thermique avec un radiateur de taille impressionnante. Cette installation vous permettra d'obtenir de la chaleur dans n'importe quel endroit pratique, de cuisiner des aliments et de recharger votre téléphone.

De nombreux nouveaux électriciens s'intéressent à une question très populaire : comment rendre l'électricité gratuite et en même temps autonome. Très souvent, par exemple, lors de sorties dans la nature, il manque catastrophiquement une prise pour recharger un téléphone ou allumer une lampe. Dans ce cas, un module thermoélectrique maison assemblé sur la base d'un élément Peltier vous aidera. En utilisant un tel appareil, vous pouvez générer du courant avec une tension allant jusqu'à 5 Volts, ce qui est largement suffisant pour charger l'appareil et connecter une lampe. Ensuite, nous vous expliquerons comment fabriquer un générateur thermoélectrique de vos propres mains, en vous proposant une classe de maître simple en images et avec un exemple vidéo !

En bref sur le principe de fonctionnement

Pour qu'à l'avenir vous compreniez pourquoi certaines pièces de rechange sont nécessaires lors de l'assemblage d'un générateur thermoélectrique fait maison, parlons d'abord de la structure de l'élément Peltier et de son fonctionnement. Ce module se compose de thermocouples connectés en série situés entre des plaques en céramique, comme le montre l'image ci-dessous.

Lorsqu'un courant électrique traverse un tel circuit, l'effet dit Peltier se produit : un côté du module chauffe et l'autre se refroidit. Pourquoi avons nous besoin de ça? Tout est très simple, si vous agissez dans l'ordre inverse : chauffez un côté de la plaque et refroidissez l'autre, vous pouvez ainsi générer de l'électricité de basse tension et courant. Nous espérons qu'à ce stade, tout est clair, nous passons donc à des classes de maître qui montreront clairement quoi et comment fabriquer un générateur thermoélectrique de vos propres mains.

Classe de maître d'assemblage

Ainsi, nous avons trouvé sur Internet des instructions très détaillées et en même temps simples pour assembler un générateur d'électricité fait maison basé sur un four et un élément Peltier. Pour commencer, vous devez préparer le matériel suivant :

• L'élément Peltier lui-même avec les paramètres : courant maximum 10 A, tension 15 Volts, dimensions 40 * 40 * 3,4 mm. Marquage – TEC 1-12710.
• Une ancienne alimentation provenant d'un ordinateur (seul le boîtier est nécessaire).
• Stabilisateur de tension avec les caractéristiques techniques suivantes : tension d'entrée 1-5 Volts, tension de sortie – 5 Volts. Cette instruction d'assemblage d'un générateur thermoélectrique utilise un module avec une sortie USB, ce qui simplifiera le processus de recharge d'un téléphone ou d'une tablette moderne.
• Radiateur. Vous pouvez le retirer immédiatement du processeur avec un refroidisseur, comme indiqué sur la photo.
• Pâte thermique.

Après avoir préparé tout le matériel, vous pouvez procéder à la fabrication de l'appareil vous-même. Ainsi, pour vous expliquer plus clairement comment fabriquer vous-même un générateur, nous vous proposons une master class étape par étape avec des images et une explication détaillée :

Le générateur thermoélectrique fonctionne de la manière suivante : vous mettez du bois à l'intérieur du four, vous y allumez et attendez quelques minutes qu'un côté de la plaque chauffe. Pour recharger le téléphone, la différence entre les températures des différents côtés doit être d'environ 100 ° C. Si la partie de refroidissement (radiateur) devient chaude, elle doit être refroidie par toutes les méthodes possibles - versez doucement de l'eau dessus, mettez un tasse de glace dessus, etc.

Et voici une vidéo qui montre clairement comment fonctionne un générateur électrique à bois fait maison :

Générer de l'électricité à partir du feu

Vous pouvez également installer un ventilateur d'ordinateur côté froid, comme le montre la deuxième version d'un générateur thermoélectrique fait maison avec un élément Peltier :

Dans ce cas, le refroidisseur utilisera une petite fraction de la puissance du groupe électrogène, mais le système résultant sera plus efficace. En plus de la recharge téléphonique, le module Peltier peut être utilisé comme source d'électricité pour les LED, ce qui est une option tout aussi utile pour l'utilisation d'un générateur. À propos, la deuxième version d'un générateur thermoélectrique fait maison est un peu similaire en apparence et en design. La seule amélioration, outre le système de refroidissement, est la possibilité de régler la hauteur du soi-disant brûleur. Pour ce faire, l'auteur de l'élément utilise le « corps » d'un CD-ROM (l'une des photos montre clairement comment réaliser le design vous-même).

Si vous fabriquez un générateur thermoélectrique de vos propres mains en utilisant cette méthode, vous pouvez avoir jusqu'à 8 Volts de tension en sortie, donc pour charger votre téléphone, n'oubliez pas de connecter un convertisseur qui ne laissera que 5 V en sortie.

Eh bien, la dernière version d'une source d'alimentation faite maison pour la maison peut être représentée par le schéma suivant : un élément - deux « briques » en aluminium, un tuyau en cuivre (refroidissement par eau) et un brûleur. Le résultat est un générateur efficace qui vous permet de créer de l’électricité gratuitement chez vous !

À l'aide d'appareils simples, vous pouvez utiliser les pertes de chaleur provenant du chauffage de l'air ou des liquides. Dans cet article, nous vous expliquerons comment utiliser l'énergie perdue des poêles, des chaudières et des feux ouverts, en la convertissant en un courant électrique continu de faible intensité.

Tout processus chimique se produit avec la libération de divers types d'énergie. Une source aussi puissante que la combustion a toujours été utilisée. On peut l’appeler la principale source de chaleur et de lumière. Presque toutes les substances sur Terre brûlent, libérant de la chaleur et de la lumière en quantités différentes. La conversion de l'énergie thermique en énergie électrique n'est pas difficile si vous disposez d'une turbine à vapeur fonctionnelle, similaire à celles installées dans les centrales thermiques. Il s'agit d'un appareil volumineux et complexe qui ne trouvera probablement pas sa place dans la chaufferie d'une maison de campagne. Nous essaierons de profiter de la chaleur générée par le chauffage du poêle ou le chauffage de l'eau.

L'effet Peltier est un phénomène de différence de température lorsque des thermocouples de deux types de conducteurs différents (type p et type n) interagissent lorsqu'un courant continu les traverse. L'effet Seebeck est une conséquence de l'effet Peltier, lorsqu'un courant électrique est généré lorsqu'un des thermocouples est chauffé. Nous ne décrirons pas en détail la thermodynamique du processus - ces informations difficiles à comprendre peuvent être facilement trouvées dans la littérature de référence. Nous sommes intéressés par le résultat et les options pour son utilisation pratique.

Conception de modules thermoélectriques

Un module thermoélectrique (TEM) est constitué de nombreux thermocouples reliés entre eux par une plaque de cuivre. Le champ du thermocouple est collé entre deux plaques de céramique. Il est possible d'assembler un tel module uniquement en usine. Mais vous pouvez également assembler plusieurs TEM pour vos propres besoins à la maison. Les éléments Peltier-Seebeck sont disponibles à la vente gratuite dans les magasins spécialisés (et sur les sites Internet) vendant du matériel technologique.

Assemblage d'un TEM 5 V

Ce dont tu auras besoin:

• Module Peltier TEC1-12705 (40x40) - 2 pièces ;
• convertisseur de tension CC boost EK-1674 ;
• feuille de duralumin de 3 mm d'épaisseur;
• un récipient à eau à fond parfaitement plat (louche) ;
• colle chaude;
• fer à souder

Nous avons découpé deux plaques identiques dans une feuille de duralumin, légèrement plus grandes que deux modules côte à côte. Nous renforçons les plaques des modules des deux côtés avec de la colle chaude. Nous fixons (avec de la colle chaude) le « sandwich » obtenu au fond de la louche. Cette conception peut déjà être incendiée, mais nous obtiendrons en sortie un 1,5 V inutile. Pour améliorer les performances, nous avons besoin d'un convertisseur boost, que nous soudons dans le circuit. Cela augmentera la tension à 5 V, ce qui est déjà suffisant pour charger un téléphone portable.

Attention! Le convertisseur a des dimensions de 1,5x1,5 cm. Si vous n'avez pas de compétences professionnelles, confiez la soudure à un spécialiste.

La différence de température dans notre conception est obtenue en chauffant un côté (du four ou de la flamme) et en refroidissant l'autre (eau dans la poche). Bien entendu, plus la différence est grande, plus le module est efficace. Ainsi, pour fonctionner en mode microgénérateur, vous aurez besoin d'une température d'eau relativement basse dans la poche (il vaut mieux la remplacer périodiquement). Pour générer le 5 V tant convoité, il suffit de placer la structure sur un verre avec une bougie allumée.

En combinant proportionnellement plus de modules, nous obtenons un système de production d'énergie plus efficace. En conséquence, en augmentant la structure, nous augmentons proportionnellement l'échangeur de chaleur. Dans ce cas, la surface à refroidir doit être entièrement recouverte d'un récipient rempli d'eau (l'option la plus simple et la plus abordable).

Tout est si simple que vous ressentez immédiatement le désir d'assembler plusieurs modules en un seul système et de générer 220 V à partir du feu. Et puis connectez le réchauffeur d’huile ou le climatiseur. Un système aussi simple a ses inconvénients, le principal étant son faible rendement. Généralement, ce chiffre ne dépasse pas 5 %. Il en résulte un courant relativement faible de 0,5 à 0,8 A et une très faible puissance - jusqu'à 4 W.

Pour une pompe ou une lampe à incandescence c'est négligeable, mais largement suffisant pour :

• recharger des batteries jusqu'aux batteries de motos (dans des variantes proportionnelles aux besoins) ;
• fonctionnement de lampes à diodes électroluminescentes (DEL);
• récepteur de radio

En hiver, un système placé sur une source de chaleur située à l’extérieur fonctionnera le plus efficacement possible.

Coûts des matériaux pour l'assemblage d'un microgénérateur thermoélectrique 5V :

*- ce modèle d'élément a été choisi pour des raisons de prix. La gamme de TEM des fournisseurs est assez large, ce qui permet de sélectionner des modèles plus productifs (jusqu'à 8 V) (ils sont nettement plus chers).

Des produits fabriqués en usine de cette conception commencent tout juste à apparaître en vente. La production en série est réalisée en petits lots et la gamme est petite. Le coût d'un tel « seau » commence à 2 500 roubles.

Un générateur thermique d'usine est un appareil basé sur l'effet Peltier-Seebeck, qui peut être fixé directement sur une surface chauffée. Il se distingue de la conception décrite ci-dessus par sa performance en usine (et donc sa fiabilité), l'absence d'échangeur de chaleur liquide (au lieu d'ailettes pour le refroidissement par air) et un prix plus élevé.

Un thermogénérateur standard « ambulant » présente les caractéristiques suivantes :

Comme le montre le tableau, la fiabilité et l'utilité d'une usine ne sont pas bon marché. Cependant, on ne peut pas dire qu'il soit fonctionnellement supérieur à la version maison avec seau. Un impressionnant 13,5 V accélérera la charge de votre téléphone portable, mais pour cela, vous devrez emporter 2 kg de poids avec vous en randonnée, ce qui est un luxe inabordable (compte tenu de la taille de l'appareil). Et bien sûr, le prix fait réfléchir. Avec ce montant, vous pouvez assembler non pas une « louche thermique », mais une « casserole thermique » et recharger facilement votre ordinateur portable. Et encore une nuance : l'appareil nécessite toujours une fixation sur une plaque métallique si un feu ouvert est utilisé.

Dans l'ensemble, il s'agit d'un ajout agréable et pratique pour ceux qui n'ont aucun problème d'argent et d'espace libre dans le coffre.

Four à énergie

Aujourd'hui, le four à énergie est l'apothéose de l'utilisation des MET au quotidien. Il s'agit d'un produit d'usine, essentiellement un foyer « poêle ventral » pour tout type de combustible solide avec un module thermoélectrique intégré. Une option idéale pour les pavillons de chasse, les chalets d’été, les quartiers d’hiver isolés et généralement tout type de vie loin de la civilisation. Conçu pour un usage autonome (sans dissipateurs périphériques), il ne dispose que d'un foyer et d'une cheminée. Comprend la préparation des repas. Les éléments Peltier-Seebeck les plus puissants sont installés sur ce four.

Caractéristiques des fours énergétiques :

Bien que le poêle soit portable, il s’agit certainement d’un « poids lourd » parmi les appareils électroménagers. Cependant, l'éventail des tâches d'un four à énergie est assez large - il peut même charger des batteries de voiture et éclairer des pièces entières avec des lampes LED. Il a sa place dans un convoi expéditionnaire et dans un véhicule tout terrain de chasse, dans un local technique et à la campagne. Autrement dit, dans ce cas nous avons toujours la source de chaleur avec nous, il ne nous reste plus qu'à trouver du combustible.

Dans son créneau, le four énergétique est indispensable, même si la durée de vie déclarée par le constructeur est un peu alarmante - 10 ans. Il convient de noter que, comme dans un thermogénérateur, il existe la possibilité d'un remplacement préventif (ou d'urgence) de toutes les pièces jusqu'au boîtier.

Les modules thermoélectriques sont des objets extrêmement intéressants. En plus des méthodes d'application décrites, ils sont également utilisés pour l'eau et la climatisation. Dans le même temps, un courant continu est fourni au même élément et il fonctionne « dans le sens opposé » - il refroidit l'air. Cette technologie est utilisée avec succès dans les climatiseurs et les refroidisseurs d'eau automobiles, dans l'industrie automobile et dans la production de microprocesseurs. Nous décrirons ces appareils dans le prochain article.

Vitaly Dolbinov, rmnt.ru

En 1834, le physicien français Jean Charles Peltier, en étudiant l'effet de l'électricité sur les conducteurs, découvrit un effet très intéressant. Si vous faites passer du courant à travers deux conducteurs différents situés à proximité l'un de l'autre, l'un de ces conducteurs commence à chauffer beaucoup et le second, au contraire, commence à se refroidir beaucoup. La quantité de chaleur générée et absorbée dépend directement de la force et de la direction du courant électrique. Si vous changez la direction du courant, les côtés froid et chaud changeront de place. Un peu plus tard, ce phénomène fut appelé effet Peltier et fut commodément oublié en raison de son manque de demande à l'époque.

Et seulement après plus de cent ans, avec l'avènement de l'ère des semi-conducteurs, il existe un besoin urgent de refroidisseurs compacts, peu coûteux et efficaces. Ainsi, dans les années 60 du 20e siècle, sont apparus les premiers modules thermoélectriques à semi-conducteurs, appelés éléments Peltier.

La base de tout module thermoélectrique réside dans le fait que différents conducteurs ont des niveaux d’énergie électronique différents. En d’autres termes, un conducteur peut être représenté comme une région à haute énergie, le second conducteur comme une région à basse énergie. Lorsque deux matériaux conducteurs entrent en contact et qu’un courant électrique les traverse, un électron d’une région à faible énergie doit se déplacer vers une région à haute énergie.

Cela ne se produira pas si l’électron n’acquiert pas la quantité d’énergie requise. Au moment où cette énergie est absorbée par l’électron, le point de contact entre les deux conducteurs se refroidit. Si vous changez la direction du flux de courant, au contraire, l'effet de chauffage du point de contact se produira.

Tous les conducteurs peuvent être utilisés, mais cet effet ne devient physiquement perceptible et significatif que lorsque des semi-conducteurs sont utilisés. Par exemple, lorsque des métaux entrent en contact, l'effet Peltier est si insignifiant qu'il est pratiquement imperceptible sur fond de chauffage ohmique.

Un module thermoélectrique (TEM), quels que soient sa taille et son lieu d'application, se compose d'un nombre différent de thermocouples. Un thermocouple est la pierre angulaire à partir de laquelle tout TEM est construit. Il se compose de deux semi-conducteurs de types de conductivité différents. Comme on le sait, il existe deux types de conductivité, les types p et n. Il existe donc deux types de semi-conducteurs. Ces deux éléments différents sont connectés dans un thermocouple à l'aide d'un pont en cuivre. Des sels de métaux tels que le bismuth, le tellure, le sélénium ou l'antimoine sont utilisés comme semi-conducteurs.

TEM est un ensemble de thermocouples similaires connectés les uns aux autres en série. Tous les thermocouples sont situés entre deux plaques en céramique. Plaque Peltier. Les plaques sont en nitrure d'aluminium ou en oxyde d'aluminium. Le nombre de thermocouples dans un élément peut varier dans des limites très larges, de quelques pièces à plusieurs centaines ou milliers.

En d'autres termes, les éléments Peltier peuvent avoir absolument n'importe quelle puissance, du centième à plusieurs centaines ou milliers de watts. Le courant continu traverse séquentiellement tous les thermocouples et, par conséquent, la plaque céramique supérieure est refroidie et la plaque inférieure, au contraire, est chauffée. Si vous changez la direction du courant, les plaques changeront de place, celle du haut commencera à chauffer et celle du bas commencera à se refroidir.

Il existe une caractéristique dans le fonctionnement de l'élément qui est activement utilisée pour améliorer l'efficacité de refroidissement de cet appareil. Comme on le sait, lorsque le courant traverse un élément Peltier, une différence de température apparaît entre la surface qui chauffe et la surface qui se refroidit. Ainsi, si la surface qui chauffe activement est soumise à un refroidissement forcé. Par exemple, en utilisant un refroidisseur spécial, cela entraînera un refroidissement encore plus fort de la surface, c'est-à-dire celle qui est refroidie. Dans ce cas, l’écart de température avec l’air ambiant peut atteindre plusieurs dizaines de degrés.

Avantages et inconvénients

Comme tout appareil technique, un module thermoélectrique a ses avantages et ses inconvénients :

Le problème de l’augmentation de l’efficacité des TEM repose sur un casse-tête technique jusqu’à présent insoluble. Les électrons libres ont en effet une double nature, qui se manifeste dans la pratique : ils sont simultanément porteurs de courant électrique et d'énergie thermique. En conséquence, un élément Peltier hautement efficace doit être constitué d’un matériau possédant simultanément deux propriétés mutuellement exclusives. Ce matériau doit bien conduire l’électricité et mal conduire la chaleur. Jusqu’à présent, un tel matériel n’existe pas dans la nature, mais les scientifiques travaillent activement dans ce sens.

Tous les modules thermoélectriques possèdent les caractéristiques techniques appropriées :

Application des TEM

Malgré le sérieux inconvénient inhérent à tous les éléments Peltier sans exception, à savoir un très faible rendement, ces dispositifs ont trouvé une application assez large tant dans la science et la technologie que dans la vie quotidienne.

Les modules thermoélectriques sont des éléments de conception importants de dispositifs tels que :

Élément Peltier entre les mains d'un artisan à domicile

Il faut immédiatement faire une réserve : fabriquer soi-même un élément thermoélectrique est pour le moins une tâche dénuée de sens et inutile pour quiconque. A moins que le constructeur soit un élève de septième et consolide ainsi les connaissances acquises en cours de physique.

Beaucoup plus facile à acheter nouvel élément thermoélectrique dans le magasin concerné. Heureusement, ils sont peu coûteux et le choix ne manque pas pour un modèle spécifique. Et outre le fait qu'ils n'ont rien à casser ou à s'user, tout thermoélément retiré d'un ancien ordinateur ou d'un climatiseur de voiture ne différera pas par ses caractéristiques techniques du nouveau.

Le modèle de thermoélément le plus populaire est le TEC1-12706. Les dimensions de cet appareil sont de 40 sur 40 millimètres. Il se compose de 127 thermocouples connectés les uns aux autres en série. Conçu pour un courant de 5 A, avec une tension de circuit de 12 V. Un tel élément coûte en moyenne entre 200 et 300 roubles. Mais vous pouvez le trouver pour cent, ou, en général, pour cela si vous le supprimez d'un ancien ordinateur ou d'un autre périphérique inutile.

En utilisant un tel élément, vous pouvez réaliser au moins deux appareils très intéressants et utiles pour votre ménage.

Comment fabriquer un réfrigérateur de vos propres mains

La production de réfrigérateurs portables, notamment pour automobiles, repose entièrement sur l'effet Peltier. Pour fabriquer un tel appareil à la maison, vous aurez besoin de :

• Marque de thermocouples TEC1-12706. Coûte 200 roubles dans le magasin le plus proche (spécialisé).
• Radiateur et ventilateur. Ils sont supprimés d’un vieil ordinateur qui a rempli sa fonction.
• Récipient. Tout contenant inutile en plastique, en métal ou en bois. L'extérieur et l'intérieur d'un tel récipient sont recouverts de plaques d'économie de chaleur en mousse de polystyrène ou en polystyrène expansé.

Le module thermoélectrique est intégré au couvercle du conteneur. Dans ce cas, le flux de froid se fera de haut en bas, ce qui entraînera un refroidissement uniforme du récipient. Depuis l'intérieur du conteneur, un radiateur est fixé à son couvercle à l'aide de pâte thermique et de boulons de montage.

Afin d'augmenter la puissance d'un futur appareil de réfrigération, vous pouvez augmenter le nombre de thermoéléments à deux ou trois ou plus. Dans ce cas, les modules sont collés les uns aux autres en respectant la polarité. Autrement dit, le côté chaud de l’élément sous-jacent est en contact avec le côté froid de l’élément sus-jacent.

Un autre radiateur est fixé à l’extérieur du couvercle avec un refroidisseur d’ordinateur. À l'endroit où les radiateurs sont montés, il doit y avoir une bonne isolation thermique entre les côtés froid - intérieur et chaud - extérieur. Il est nécessaire de serrer très soigneusement les radiateurs supérieur et inférieur avec des boulons de fixation afin que les plaques en céramique et les thermoéléments situés entre eux ne se fissurent pas.

L'électricité est connectée à l'aide d'une alimentation électrique, qui peut être extrait d'un vieil ordinateur.

Générateur thermoélectrique portable

Une telle mini-centrale peut être d'une grande aide pour un touriste ou un chasseur lorsque les batteries de tous les gadgets électroniques sont épuisées dans la forêt. Dans cette situation, il est très romantique de prendre quelques copeaux et cônes de bois secs, d'allumer un petit feu et de l'utiliser pour charger les batteries déchargées, tout en cuisinant quelque chose à manger. C’est exactement ce que permet de faire un thermogénérateur portable construit sur un thermoélément.

Pour construire cet appareil miracle, vous avez besoin d’un réchaud de camping portable fonctionnant avec n’importe quel type de combustible. Dans les cas extrêmes, même une petite bougie ou un comprimé d'alcool sec fera l'affaire.

Un feu est allumé dans le poêle et un module thermoélectrique y est fixé de l'extérieur à l'aide de pâte thermique. Il est connecté via des fils à un convertisseur de tension.

La quantité de courant reçue dépendra directement de la différence de température entre les côtés froid et chaud du thermoélément. Pour un fonctionnement efficace, une différence entre les surfaces froides et chaudes d'au moins 100 degrés est requise.

Dans ce cas, il faut comprendre que la température maximale est limitée par la température de fusion de la soudure avec laquelle le module lui-même est fabriqué. Par conséquent, pour de tels dispositifs, des modules thermiques spéciaux sont utilisés, fabriqués à l'aide de soudure réfractaire spéciale. Dans les modules conventionnels, la température de fusion de la soudure est de 150 degrés. Dans les modules réfractaires, la soudure commence à fondre à une température de 300 degrés.

Un élément Peltier est généralement appelé convertisseur capable de fonctionner à partir d’une différence de température. Cela se produit en faisant circuler un courant électrique à travers des conducteurs via des contacts. A cet effet, des plaques spéciales sont prévues dans les éléments. La chaleur passe d'un côté à l'autre.

Aujourd'hui, cette technologie est recherchée principalement en raison de son important pouvoir de transfert de chaleur. De plus, les appareils peuvent se vanter d’être compacts. Les radiateurs installés sur de nombreux modèles sont faibles. Cela est dû au fait que le flux de chaleur se refroidit assez rapidement. Ainsi, la température souhaitée est constamment maintenue.

Cet élément ne comporte aucune pièce mobile. Les appareils fonctionnent de manière absolument silencieuse, ce qui constitue un avantage certain. Il faut également dire qu'ils peuvent être utilisés très longtemps et que les pannes se produisent extrêmement rarement. Le type le plus simple est constitué de conducteurs en cuivre avec contacts et fils de connexion. De plus, il y a un isolant du côté refroidissement. Il est généralement fabriqué en céramique ou

Pourquoi les éléments Peltier sont-ils nécessaires ?

Les éléments Peltier sont le plus souvent utilisés pour fabriquer des réfrigérateurs. Nous parlons généralement de modèles compacts qui peuvent être utilisés, par exemple, par les automobilistes sur la route. Cependant, la gamme d’applications de ces appareils ne s’arrête pas là. Récemment, des éléments Peltier ont été activement installés dans les équipements sonores et acoustiques. Là, ils sont capables de remplir les fonctions de refroidisseur.

En conséquence, l'amplificateur de l'appareil est refroidi sans aucun bruit. Pour les compresseurs portables, les éléments Peltier sont indispensables. Si nous parlons de l'industrie scientifique, les scientifiques utilisent ces appareils pour refroidir le laser. Dans ce cas, il est possible d'obtenir une stabilisation significative de la vague d'étude des LED.

Inconvénients des modèles Peltier

Il semblerait qu'un appareil aussi simple et efficace ne présente aucun inconvénient, mais il y en a. Tout d’abord, les experts ont immédiatement constaté la faible capacité de pénétration du module. Cela suggère qu'une personne aura certains problèmes si elle souhaite refroidir un appareil fonctionnant à partir d'un réseau avec une tension de 400 V. Dans ce cas, une pâte diélectrique spéciale aidera en partie à résoudre ce problème. Cependant, le claquage actuel sera toujours élevé et le bobinage de l'élément Peltier risque de ne pas y résister.

De plus, ces modèles ne sont pas recommandés pour une utilisation en électronique de précision. Étant donné que la conception de l'élément contient des plaques métalliques, la sensibilité des transistors peut être altérée. Le dernier inconvénient de l'élément Peltier est son faible rendement. Ces appareils ne sont pas capables d'atteindre une différence de température significative.

Module pour régulateur

Fabriquer un élément Peltier pour un régulateur de vos propres mains est assez simple. Pour ce faire, vous devez préparer à l'avance deux plaques métalliques, ainsi qu'un câblage avec des contacts. Tout d'abord, les conducteurs sont préparés pour l'installation, qui seront situés à la base. Ils sont généralement achetés avec le marquage « PP ».

De plus, pour un contrôle normal de la température, des semi-conducteurs doivent être fournis à la sortie. Ils sont nécessaires pour transférer rapidement la chaleur vers la plaque supérieure. Pour installer tous les éléments, vous devez utiliser un fer à souder. Pour compléter l'élément Peltier de vos propres mains, connectez enfin deux fils. Le premier est monté à la base inférieure et fixé au conducteur le plus à l’extérieur. Le contact avec la plaque doit être évité.

Ensuite, fixez le deuxième fil dans la partie supérieure. La fixation est également réalisée sur l'élément le plus extérieur. Afin de vérifier la fonctionnalité de l'appareil, un testeur est utilisé. Pour ce faire, deux fils doivent être connectés à l'appareil. En conséquence, l'écart de tension doit être d'environ 23 V. Dans cette situation, tout dépend de la puissance du régulateur.

Réfrigérateurs avec thermistance

Comment fabriquer un élément Peltier de vos propres mains pour un réfrigérateur avec une thermistance ? Pour répondre à cette question, il est important de noter que les plaques sont sélectionnées exclusivement en céramique. Dans ce cas, environ 20 conducteurs sont utilisés. Ceci est nécessaire pour que la différence de température soit plus élevée. Vous pouvez l'augmenter jusqu'à 70%. Dans ce cas, il est important de calculer

Cela peut être fait en fonction de la puissance de l'équipement. Un réfrigérateur utilisant du fréon liquide est idéal dans ce cas. L'élément Peltier lui-même est installé à proximité de l'évaporateur, situé à côté du moteur. Pour l'installer, vous aurez besoin d'un ensemble d'outils standard, ainsi que de joints. Ils sont nécessaires pour protéger le modèle du relais de démarrage. Ainsi, le refroidissement de la partie inférieure de l'appareil se fera beaucoup plus rapidement.

Pour obtenir une différence de température (effet Peltier) de vos propres mains, vous aurez peut-être besoin d'au moins 16 conducteurs. L'essentiel est d'isoler de manière fiable les fils qui seront connectés au compresseur. Afin de tout faire correctement, vous devez d'abord débrancher le réfrigérateur-sécheur. Ce n'est qu'après cela qu'il est possible de connecter tous les contacts. Une fois l'installation terminée, la limite de tension doit être vérifiée à l'aide d'un testeur. En cas de dysfonctionnement de l'élément, le thermostat est le premier à en souffrir. Dans certains cas, cela se produit

Modèle pour réfrigérateur 15 V

Vous pouvez fabriquer un réfrigérateur Peltier de vos propres mains avec de petits modules. Les modules sont fixés principalement à proximité des radiateurs. Afin de les fixer solidement, les experts utilisent des coins. L'élément ne doit pas s'appuyer contre le filtre, et cela doit être pris en compte.

Pour compléter de vos propres mains un module thermoélectrique Peltier, la plaque de fond est principalement choisie en acier inoxydable. En règle générale, les conducteurs sont utilisés avec le marquage "PR20". Ils peuvent supporter une charge maximale de 3 A. L'écart de température maximal peut atteindre 10 degrés. Dans ce cas, le rendement peut être de 75 %.

Éléments Peltier dans les réfrigérateurs 24 V

À l'aide d'un élément Peltier, vous pouvez fabriquer un réfrigérateur de vos propres mains uniquement à partir de conducteurs bien scellés. Dans le même temps, ils doivent être empilés sur trois rangées pour le refroidissement. Le courant de fonctionnement dans le système doit être maintenu à 4 A. Vous pouvez le vérifier à l'aide d'un testeur conventionnel.

Si vous utilisez des plaques en céramique pour l'élément, l'écart de température maximal peut être atteint à 15 degrés. Les fils du condensateur ne sont installés qu'après la mise en place du joint. Vous pouvez le fixer au mur de l'appareil de différentes manières. L'essentiel dans cette situation est de ne pas utiliser de colle, sensible aux températures supérieures à 30 degrés.

Élément Peltier pour refroidisseur de voiture

Pour fabriquer de vos propres mains un auto-réfrigérateur de haute qualité, un module Peltier (module) est sélectionné avec une plaque dont l'épaisseur ne dépasse pas 1,1 mm. Il est préférable d'utiliser des fils non modulaires. Des conducteurs en cuivre seront également nécessaires pour le fonctionnement. Leur capacité doit être d'au moins 4A.

Ainsi, l'écart maximal de température atteindra 10 degrés, ce qui est considéré comme normal. Les conducteurs sont le plus souvent utilisés avec le marquage « PR20 ». Ils se sont récemment montrés plus stables. Ils conviennent également à divers contacts. Un fer à souder est utilisé pour connecter l'appareil au condensateur. Une installation de haute qualité n'est possible que sur le joint du bloc relais. Les différences dans ce cas seront minimes.

Comment fabriquer un élément pour un refroidisseur d'eau potable ?

Un module (élément) Peltier DIY pour un refroidisseur est assez simple. Il est important de sélectionner uniquement des plaques en céramique. Au moins 12 conducteurs sont utilisés dans l'appareil. Ainsi, la résistance sera maintenue élevée. La connexion des éléments est généralement réalisée par soudure. Il doit y avoir deux fils pour se connecter à l'appareil. L'élément doit être fixé au bas de la glacière. Dans ce cas, il risque d'entrer en contact avec le couvercle de l'appareil. Afin d'éliminer les cas de court-circuit, il est important de fixer tout le câblage sur le réseau ou le boîtier.

Climatiseurs

Le module Peltier (élément) est réalisé de vos propres mains pour un climatiseur uniquement avec des conducteurs de classe « PR12 ». Ils sont choisis pour cette tâche principalement parce qu’ils supportent bien les basses températures. Tout au plus, le modèle est capable de produire une tension de 23 V. L'indicateur de résistance sera au niveau de 3 ohms. La différence de température atteint un maximum de 10 degrés et l'efficacité est de 65 %. Les conducteurs ne peuvent être posés que sur une seule rangée entre les feuilles.

Fabrication de générateurs

Vous pouvez créer un générateur à l'aide d'un module Peltier (élément) de vos propres mains. Les performances de l'appareil augmenteront d'un total de 10 %. Ceci est obtenu grâce à un meilleur refroidissement du moteur. L'appareil peut supporter une charge maximale de 30 A. En raison du grand nombre de conducteurs, la résistance peut être de 4 ohms. L'écart de température dans le système est d'environ 13 degrés. Le module est fixé directement sur le rotor. Pour ce faire, vous devez d'abord déconnecter l'arbre central. Dans de nombreux cas, le stator n’interfère pas. Pour éviter que l'enroulement du rotor ne chauffe à cause de l'inducteur, des plaques en céramique sont utilisées.

Refroidir une carte vidéo sur un ordinateur

Pour refroidir la carte vidéo, vous devez préparer au moins 14 conducteurs. Il est préférable de sélectionner des modèles en cuivre. Leur coefficient de conductivité thermique est assez élevé. Pour connecter l'appareil à la carte, des fils de type non modulaire sont utilisés. Le modèle est monté à proximité du refroidisseur de la carte vidéo. Pour le sécuriser, on en utilise généralement de petits.

Pour les réparer, vous pouvez utiliser des écrous ordinaires. L'apparition de bruit excessif pendant le fonctionnement indique que l'appareil ne fonctionne pas correctement. Dans ce cas, il est nécessaire de vérifier l'intégrité du câblage. Vous devez également inspecter les conducteurs.

Élément Peltier pour climatiseur

Pour fabriquer de vos propres mains un élément Peltier de haute qualité pour un climatiseur, des plaques doubles sont utilisées. Leur épaisseur minimale doit être d'au moins 1 mm. Dans ce cas, on peut espérer un écart de température de 15 degrés. Après avoir équipé les modules, les performances des climatiseurs augmentent en moyenne de 20 %. Une grande partie de cette situation dépend de la température ambiante. La stabilité de la tension secteur doit également être prise en compte. En cas de perturbations mineures, l'appareil peut supporter une charge d'environ 4 A.

Lors du soudage des conducteurs, ils ne doivent pas être placés trop près les uns des autres. Pour compléter correctement les modules Peltier de vos propres mains, les contacts d'entrée et de sortie doivent être installés uniquement sur l'une des deux plaques. Dans ce cas, l'appareil sera plus compact. Une grave erreur dans cette situation serait de connecter le module directement à l'unité. Cela entraînera des dommages inévitables à l'élément.

Installation du module sur un condensateur

Pour l'installer soi-même, il est important d'évaluer la puissance du condensateur. Si elle ne dépasse pas 20 V, alors l'élément doit être monté avec des conducteurs marqués « PR30 » ou « PR26 ». Afin de fixer de vos propres mains le module Peltier (élément) sur le condensateur, utilisez de petits coins métalliques.

Il est préférable d'en installer quatre de chaque côté. En termes de performances, le condensateur peut finalement ajouter plus 10 %. Si nous parlons de pertes de chaleur, elles seront insignifiantes. L'efficacité de l'appareil est en moyenne de 80 %. Les modules ne sont pas conçus pour les condensateurs haute tension. Dans ce cas, même un grand nombre de conducteurs n’aidera pas.