Les pompes à chaleur sont des appareils qui prélèvent la chaleur d'un endroit et la déplacent vers un autre par des moyens électriques ou mécaniques. Les pompes à chaleur peuvent être utilisées pour chauffer ou refroidir. Il existe des pompes à chaleur thermoélectriques et thermoacoustiques à changement de phase, magnétiques et thermoélectriques. Des techniques de refroidissement mécanique telles que le CVC ou le changement de phase sont également disponibles. Le changement de phase fonctionne en utilisant un gaz volatile (un réfrigérant) qui est comprimé mécaniquement en liquide avec une faible énergie, puis pompé dans une boucle. Le réfrigérant s'évapore sur une source de chaleur, absorbant ainsi la chaleur. Le réfrigérant s'écoule ensuite et rayonne de la chaleur vers une autre partie du système, puis revient vers le compresseur. L'utilisation du refroidissement à changement de phase dans la réfrigération et le chauffage et le refroidissement des bâtiments, et le refroidissement extrême de l'électronique est possible. Les pompes à chaleur CVC ont un haut degré d'efficacité et sont utilisées dans les charges plus importantes telles que les centres de données ou les applications industrielles où elles peuvent être facilement manipulées. Les refroidisseurs thermoélectriques sont des pompes à chaleur électriques. Les systèmes de refroidissement thermoélectriques utilisent généralement une matrice composée de pastilles de semi-conducteurs qui est prise en sandwich entre deux grandes électrodes. Lorsqu'une source de tension continue est connectée entre les électrodes, le côté chargé négativement devient plus froid, tandis que le côté chargé positivement devient plus chaud que la température d'entrée. Alors que l'extrémité négative est en contact direct avec le dispositif, le composant ou le milieu de refroidissement, le côté positif est relié à l'élément de refroidissement, tel qu'un dissipateur thermique qui dissipe ou rayonne l'énergie thermique dans l'environnement. Pour le refroidissement de la microélectronique, et de nombreux autres usages scientifiques, les thermoélectriques sont disponibles en petites tailles.
Les pompes à chaleur thermoacoustiques utilisent la conversion de la chaleur en vibrations acoustiques. La force principale de la thermoacoustique est le mouvement de la chaleur en même temps que la propagation des ondes. La cryogénie utilise le refroidissement thermoacoustique. Les pompes à chaleur magnétiques utilisent la puissance des aimants pour transférer la chaleur d'un côté à l'autre. La chaleur est transférée dans un alliage ferromagnétique qui est déplacé de la zone de refroidissement vers un environnement externe dans lequel la chaleur rayonne. Il s'agit d'un domaine plus expérimental, mais on estime que les pompes à chaleur magnétiques pourraient améliorer l'efficacité de la réfrigération jusqu'à 40 %.
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