A design method of thermoelectric cooler

• Published in: International journal of refrigeration 2000, Vol.23 (3), p.208-218
• Main Authors: Huang, B.J, Chin, C.J, Duang, C.L
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Applied sciences; Conception; COP; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Equipement; Exact sciences and technology; Heat resistance; Heat sinks; Machine design; Mathematical models; Optimisation; Optimization; Procédé; Refrigerating engineering; Refrigerating engineering. Cryogenics. Food conservation; Système frigorifique; Techniques. Materials; Thermoelectric cooler design; Thermoelectric cooling; Thermoelectric equipment; Thermoélectricité
• ISSN: 0140-7007; 1879-2081
• DOI: 10.1016/S0140-7007(99)00046-8

A system design method of thermoelectric cooler is developed in the present study. The design calculation utilizes the performance curve of the thermoelectric module that is determined experimentally. An automatic test apparatus was designed and built to illustrate the testing. The performance test results of the module are used to determine the physical properties and derive an empirical relation for the performance of thermoelectric module. These results are then used in the system analysis of a thermoelectric cooler using a thermal network model. The thermal resistance of heat sink is chosen as one of the key parameters in the design of a thermoelectric cooler. The system simulation shows that there exists a cheapest heat sink for the design of a thermoelectric cooler. It is also shown that the system simulation coincides with experimental data of a thermoelectric cooler using an air-cooled heat sink with thermal resistance 0.2515°C/W. An optimal design of thermoelectric cooler at the conditions of optimal COP is also studied. The optimal design can be made either on the basis of the maximum value of the optimal cooling capacity, or on the basis of the best heat sink technology available. Dans cette étude, on a développé une méthode pour concevoir un refroidisseur thermoélectrique. La calcul donnant lieu à la conception est fondé sur la courbe de performance (déterminée de façon expérimentale) du module thermoélectrique. Un appareil a été conçu et construit afin d'effectuer et visualiser les essais effectués. Les résultats obtenus en termes de performance du module ont été utilisés afin de déterminer les propriétés physiques et d'établir une relation empirique pour la performance. Les résultats obtenus ainsi sont alors utilisés dans l'analyse d'un refroidisseur thermoélectrique fondé sur un modèle de réseau thermique. La résistance thermique du puits thermique est sélectionnée comme l'un des paramètres clés dans la conception d'un refroidisseur thermoélectrique. La simulation de ce système montre qu'il existe un puits thermique bon marché à utiliser dans la conception d'un refroidisseur thermoélectrique. Les auteurs montrent également que la simulation du système concorde avec les données expérimentales sur un refroidisseur thermoélectrique utilisant un puits thermique refroidi par l'air avec une résistance thermique de 0,2515°C/W. La conception optimale d'un refroidisseur thermoélectrique dans les conditions de COP optimal est aussi analysée ici. Une c