petit générateur thermique (partie 1)

thermo2 (Copier)Une couscoussière designée par les daft punk ? La maquette bidon d’un ovni de série Z ? à première vue ça ressemble à pas grand chose, mais ce bidule peut générer un peu de jus… En utilisant les différences de chaleur, soit l’effet Seebeck (pour faire bien).

En traînant un peu sur youtube on peut trouver des vidéos appelées « incroyables expériences », elles sont vraiment très intéressantes; on y apprend à faire une bobine Tesla, un chargeur portable, des piles, comment fonctionne l’induction… Et en fouillant on trouve la vidéo « thermopile ». Sur cette vidéo tout est expliqué, l’effet Seebeck, Peltier, la construction et le fonctionnement d’un module Peltier, la vidéo est avant tout une démo de l’effet Seebeck, mais la thermopile présentée et employée ne résiste pas à plus d’un usage (la lampe à huile crame les composants internes du module Peltier assez vite). Ce petit tuto propose un bricolage permettant un emploi éventuel à long terme de cet effet.

1) Effet Peltier, effet Seebeck

L’effet Peltier(ou effet thermoélectrique)est un phénomène physique capable de provoquer un déplacement de chaleur grâce au passage d’un courant électrique; pour cela on fait circuler le courant à travers deux matériaux conducteurs différents reliés entre eux par des jonctions, au fur et à mesure une jonction va refroidir et l’autre se réchauffer. On emploie ce principe dans la réfrigération. Certains couples de métaux seront plus efficaces que d’autres, un peu comme les réactions d’oxydoréductions, on parle de thermocouples.

L’effet Seebeck c’est un peu l’inverse tout simplement, c’est l’effet qui va nous intéresser.

2) Le module Peltier

A la base ce composant est conçu pour générer une différence de température à partir d’un courant continu, le type de module utilisé ici (12706) fonctionne sur du 12 volts. On l’utilise pour plusieurs choses, notamment le refroidissement de microprocesseurs, des petites glacières de voitures…Et aussi les tireuses à bière. Il a deux faces, l’une froide et l’autre chaude, l’objet à refroidir se place sur la face froide et on installe un système d’évacuation de la chaleur sur l’autre côté(comme dans la vidéo « incroyables expériences ») comme un petit ventilateur par exemple.

tec1-12706-module-peltier-refroidisseur-effet-ther (Copier)

Cependant même si il n’est pas spécifiquement conçu pour ça si on applique une source chaude sur la face chaude du module et une source froide sur la face froide, il va se créer une différence de potentiel entre ses deux bornes, donc passage de courant. Le rendement reste cependant très faible. Si on pose le module sur une table avec un voltmètre branché dessus, et que l’on pose juste sa main sur l’autre face on va voir la présence d’un léger courant électrique qui va décroître au fur et à mesure (rapidement la différence de température entre les deux faces va s’équilibrer). Après on peut s’amuser en faisant varier les sources froides ou chaudes: un sèche-cheveux, une loupe, des glaçons…On obtient évidemment de meilleurs résultats en utilisant une source froide et une source chaude en même temps, si ce n’est pas le cas à plus ou moins long terme les températures entre les deux faces du module finiront par s’équilibrer, la tension générée finira donc par chuter.

3) Ingrédients et coûts du bidule

La thermopile que l’on va bricoler devra répondre à un cahier des charges minimum : ne pas coûter trop cher (parce que quand même faut pas déconner) et fonctionner à partir d’une ou plusieurs sources d’énergie facilement utilisables, et employer une source chaude ne dépassant pas les 100°C maximum afin de ne pas endommager les modules Peltier.

Pour la fabriquer on va avoir besoin de plusieurs éléments :

moule aluminium (Copier)Deux moules à gâteaux en aluminium

tube carré aluminium (Copier)Un tube creux de section carrée aluminium

couverture-de-survie (Copier)Une couverture de survie

sodial booster (Copier)Un booster qui permet d’augmenter la tension d’entrée à 5 volts en sortie tout en la stabilisant(modèle CE8301).

Il va aussi nous falloir une plaque de polystyrène (aussi épaisse que le côté de la section alu du tube), du silicone en tube, une plaque de pvc transparent (et résistant aux UV) , des petits miroirs et un système de support pour les utiliser (des charnières de porte dans mon cas). Il va falloir aussi 10 modules Peltier, et si possible de la pâte thermique en tube. On ajoutera à tout ça des serviettes éponge.

En tout, si on fait de la récup pour environ 25 euros on peut la faire. Sur internet dix modules coûtent environ vingt euros, le booster moins de trois euros. Après si on a du bol on peut peut-être aussi récupérer des modules Peltier à droite à gauche dans des pc nazes, vieilles glacières ou encore mieux des bars en démontant discrètement la tireuse, après avoir délicatement saoulé le tenancier.

4) Le bricolage

On commence par décaper la peinture au cul des deux moules pour mettre l’aluminium à vif, sur l’un des deux on décape également le fond du moule jusqu’à l’aluminium; ce dernier sera la « partie froide » de la thermopile, et du coup le premier moule qui a juste le cul poncé sera la « partie chaude »(c’est mieux de garder le fond du moule noir pour la partie chaude afin de bien capter les rayons du soleil, donc la chaleur).

On découpe le tube alu en section carrée. Un module Peltier est de forme carrée avec des côtés à quatre cm. Par chance j’ai trouvé un tube de section deux sur deux cm, il m’a donc fallu découper vingt morceaux de tube (deux pour chaque module), un morceau est long de quatre cm. Le tube que j’avais était anodisé, du coup je l’ai décapé pour enlever la pellicule anodisée afin d’optimiser la conduction de chaleur.

On découpe la plaque de polystyrène en cercle de diamètre semblable au cul des moules, puis dans ce cercle on va découper dix carrés de quatre cm de côté. Ils vont accueillir chacun deux morceaux de tube alu juxtaposés. Cette plaque va jouer le rôle d’isolant entre les deux moules.

On peut ensuite coller avec du silicone (avec de la colle cyanocrylate ça fait fondre le polystyrène) le disque polystyrène sur le moule « face chaude » et disposer les morceau d’alu dans les trous sans les coller au moule.

On peut alors placer les modules Peltier sur les carrés alu obtenus pour les brancher et les souder en série:

branchements modules peltiers

Avant de les fixer aux morceaux d’alu, on met de la pâte thermique sur l’alu (pas trop, deux ou trois filets fin feront l’affaire) et de la colle forte en petite quantité aux quatre coins de chaque module. Avant de coller l’ensemble surtout bien faire gaffe à l’orientation des faces des modules par rapport aux « parties chaudes et parties froides », c’est pas mal de tester au multimètre avant.

construction en gros

Avant de coller le moule « partie froide » on remet de la pâte thermique sur la face restée libre des modules Peltier, puis on colle le moule avec du silicone.

Pour finir le collage on silicone les jonctions pour étanchéifier l’ensemble.

Maintenant que la partie principale de la pile est assemblée, on va isoler les deux moules; sur le pourtour du moule « chaud » on va coller un isolant si possible hydrophobe, pour ma part j’ai découpé un bout de tapis d’exercices au sol (bonne excuse pour plus m’en servir après c’est cool) puis on colle dessus un morceau de couverture de survie, face dorée vers l’extérieur. Sur le pourtour du moule « froid » on colle des morceaux de tissus éponge. Par dessus on mettra un morceau de couverture de survie mais cette fois la partie argentée sera tournée vers l’extérieur.

5) Fonctionnement

a. Avec le soleil:

pipile (Copier)

Sans isolation, le montage comme sur la photo, par temps presque complètement ensoleillé monte maximum à 1,1 volts pour 20 mA au bout de 15 minutes environ, puis redescend et s’équilibre à 0.8 volts environ. On utilise le même principe que l’effet de chaleur dans une véranda ou une voiture (effet de serre). La couleur noire du moule capte plus facilement la chaleur, et le pvc transparent « emprisonne » les rayonnements infrarouges, conservant  plus de chaleur dans le moule. Pour améliorer la tension obtenue il va donc falloir obligatoirement isoler les moules et essayer de capter encore plus de lumière pour la diriger à l’intérieur.

thermo3 (Copier)

Le moule « partie chaude »

 

 

 

 

Le moule « partie froide »:

thermo5 (Copier)

thermo4 (Copier)

Sur la dernière photo, on ajoute des miroirs fixés sur des petites charnières pliées à 90 degrés. Pour maintenir les charnières dans la position voulue, on peut les maintenir avec des morceaux de cintres:

pipile4 (Copier)

Au résultat final on obtient ça:

pipile5 (Copier)

Une fois notre couscoussière customisée, on obtient les résultats suivants (temps ensoleillé d’août normand):

+10 min=1.12 V; +20 min=1.6 V; +20 min=1.8 V; +30 min= 1.7 V (stabilisation ensuite à 1.6 V). 45 minutes plus tard si on vaporise la partie froide avec de l’eau tiède la tension monte à 2.6 V. En vaporisant davantage on peut monter jusqu’à 3.7 V. 15 minutes après la tension est revenue à 1.6 V pour 50 mA environ. A 3.7 V de tension on a 80 mA. Quand on vaporise la tension monte rapidement, chute et se stabilise un peu à 2 V (70 mA) pour retomber finalement à 1.6 V. En imbibant d’eau les morceaux de tissus éponge d’eau il ne se passe pas grand chose, mieux vaut vaporiser directement la partie froide dans le fond du moule « partie froide ».

b) avec de la vapeur d’eau bouillante

On place la couscoussière partie chaude vers le bas, sur une casserole d’eau bouillante avec un couvercle en aluminium dessus. il ne doit pas y avoir de contact direct entre le couvercle alu et le moule « partie chaude » (pour ne pas trop faire chauffer les modules Peltier par conduction de chaleur), on peut utiliser des morceaux de cartons par exemple. La vapeur d’eau va chauffer la partie chaude. On obtient:

début: augmente direct et se stabilise à 2.8 V; +5min=2.65 V et 90mA; +10min=2.55V et 85mA; +15min=2.47 V et 83mA; +20min=2.3 V et 75mA.

Si maintenant on ajoute de l’eau fraîche dans le moule de la partie froide, on a alors:

début: 7.5 V pour 2.5 A; +5min=8V et 2.5 A; +10min=7.5 V et 2.5V; +15min=6.85V et 2.2A; +20min=6.55V et 2.2A.(la puissance fournie diminue car l’eau ajoutée se réchauffe petit à petit).

Maintenant, on va voir si on peut utiliser l’énergie obtenue pour recharger un portable ou des piles AA, pour cela on va brancher en sortie du générateur le booster (DC-DC 0.9V-5V). D’après les données fabricant, en lui fournissant une tension d’entrée comprise entre 0.9V et 5V, il libère un courant stable de 5V environ. Il y a sur le circuit une diode rouge qui indique si la charge se fait.

A partir d’environ 1.12 V mon téléphone se met en charge, cependant après vérification sur le long terme la charge obtenue fonctionne mal; en effet bien qu’il s’affiche en recharge sur son écran ça semble plus décharger l’accu qu’autre chose. La charge du téléphone semble correcte quand la tension à l’entrée du booster fait au moins 2.6 V et 80 mA (ma batterie de téléphone est une batterie 3.7 V et 800 mah).

Dans le commerce j’ai trouvé un chargeur de piles AA en prise usb. On peut charger ses piles via une prise usb d’ordinateur ou une prise allume cigare 12 V, et on peut l’utiliser pour recharger un portable avec. En branchant le chargeur en sortie du booster il ne se passe rien (la led rouge témoin du chargeur ne s’allume pas), aussi bien avec le soleil que la vapeur d’eau chaude (sur le chargeur il est noté que pour fonctionner correctement il doit recevoir une tension de 5 V et une intensité de 0.5 A).

Pour améliorer le système il va falloir d’une part augmenter significativement l’isolation pour limiter au max les pertes thermiques, et d’autre part trouver un moyen plus efficace de capter les rayons du soleil, un peu comme les fours solaires fait maison. Concernant la source d’énergie solaire la principale difficulté va être de traiter un courant de sortie faible pour le rendre exploitable (l’ajout d’un composant crée une perte énergétique par effet joule…), même si on l’emploie juste pour recharger une seule pile AA rechargeable (1.2V 2100 mah). Pour la source de vapeur d’eau chaude il va falloir trouver un moyen de stabiliser la tension à 5 V, et peut-être aussi diminuer l’intensité fournie pour ne pas bousiller le chargeur ou les piles. On pourra aussi améliorer la partie froide du bidule en la modifiant en réservoir à eau. Peut-être y a t il aussi d’autres sources de chaleur exploitables pour la pile…(réactions chimiques exothermique avec de la chaux vive par exemple, à voir)

 

 

 

8 réflexions au sujet de « petit générateur thermique (partie 1) »

  1. pas mal du tout ton montage bravo ! moi je vais voir pour en faire un collé sur mon poele à bois 🙂 d’un autre coté ventilateur de pc et ventirad pour un meilleur refroidissement d’une face 🙂

    1. Merci ! Après avec l’énergie dégagée avec cette pile on peut pas en faire grand chose, chaque composant installé en sortie pompe du jus par effet joule… Du coup en ce moment j’essaie d’en faire un plus efficace avec des lentilles fresnel. On verra bien ce que ça va donner…

      1. C’est très intéressante, mais je pense qu’avant de chercher a récupéré de l’énergie dehors et la transformée en électricité, tu devrais te concentrée sur les pertes d’énergie du quotidien et leur utilisation en direct.
        Je suis persuader que tu pourra trouver ça sur ton bateau.
        Après si c’est purement de la recherche

        1. Merci, oui c’est vrai. Pour ne rien cacher même si j’ai rien mis sur le site depuis un petit moment j’ai bricolé avec ce principe une autre pile thermique avec des lentilles de fresnel (qui a faillit cramer d’ailleurs en passant). Résultat pour le moment 4.5 volts pour seulement 100 mA (avec des conditions météo optimales, et la pile bien en face du soleil). Je vais changer 2/3 trucs mais je pense pas faire beaucoup mieux, bref c’est léger niveau rendement pour charger un truc avec le soleil, et ça demande pas mal de contraintes pour pas grand chose au final. Par contre toujours avec ce principe ça marche bien mieux avec de l’eau bouillante (vapeur d’eau chaude quand on fait cuire des pâtes par exemple…) je bricole un autre système là dessus qui produit bien plus en ampérage, qui devrait pas être trop naze j’espère.

  2. Bonjour Arnaud, depuis 1 an et demi, as-tu avancé sur ton projet? As-tu essayé avec plus de modules Peltier, ou même essayer de changer la disposition de modules (série/parallèle). Pour le moment, le mieux que tu as pu faire au soleil c’est 4,5v/100mA c’est bien ça ?

    1. Bonjour,un petit peu.Pour avoir moins de pertes de chaleur j’ai coulé les pièces en aluminium (chauffées par les lentilles de fresnel) dans de la résine époxy transparente, là j’ai un peu de temps prochainement je vais essayer pour voir. Je suis entrain de faire un autre système qui fonctionne comme un couvercle que l’on met sur une casserole sur le feu; il est en alu pour transmettre la chaleur aux modules peltiers, puis la chaleur est évacuée avec des ventilos de pc. J’étais bien occupé cette année, du coup ça a pas avancé super vite tout ça…Là je commence à avoir plus de temps libre donc ça devrait progresser plus vite!

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