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Jun 18, 2023

Les technologies thermoélectriques émergent des États-Unis

Deux récupérateurs d'énergie thermoélectrique radicalement différents ont émergé des États-Unis

Deux récupérateurs d'énergie thermoélectrique radicalement différents ont émergé des États-Unis cette semaine.

L'un est une preuve de concept thermo-acoustique de la Penn State University, l'autre la dernière itération du générateur Seebeck de production de Nextreme.

Le dispositif thermo-acoustique est une tentative d'obtenir suffisamment d'électricité d'un feu de cuisine d'un monde en développement pour alimenter un ventilateur.

L'idée est que le ventilateur qui augmentera l'efficacité du feu tout en réduisant les émissions de fumée de cuisson tue 1,9 million de personnes par an, estime l'ONU.

La fiabilité est la clé, alors le chercheur Paul Montgomery a décidé qu'il devrait y avoir peu ou pas de pièces mobiles à user, d'où le choix de la conversion acoustique - et Penn State est réputé pour l'acousto-thermodynamique.

Il se présente en deux parties, un oscillateur thermo-acoustique pour créer une colonne d'air vibrante, et un convertisseur vibration-électrique – un haut-parleur fonctionnant à l'envers dans le démonstrateur.

L'oscillateur est un tube avec une extrémité fermée et un matériau de transfert de chaleur juste à l'intérieur de l'extrémité ouverte.

Avec les bonnes dimensions, conditions et orientation de l'échangeur de chaleur ; une petite partie de l'air s'échauffe et sa dilatation le fait passer dans une partie froide de la chambre. Ici, il se refroidit, se contracte et est ramené vers la partie chaude.

Ce cycle se répète, à une fréquence déterminée par le rebond de la colonne d'air élastique et la longueur du tube.

L'effet est connu depuis un siècle depuis que le scientifique victorien Lord Rayleigh a reconnu que lorsque de la chaleur est ajoutée à une onde sonore pendant la compression et supprimée pendant l'expansion, l'amplitude de l'onde sonore augmente.

"Un générateur thermo-acoustique de très haute technologie a été construit pour les applications spatiales, il utilisait de l'hélium sous pression et des alternateurs linéaires très coûteux", a déclaré Montgomery. "Pour l'application de la cuisinière, nous avons tenté un prototype beaucoup plus simple."

Il utilise l'air atmosphérique dans un conduit rectangulaire plié en tôle.

La chaleur est transférée au gaz par un nid d'abeille en céramique dont les trous longent le conduit.

"La céramique est en fait un matériau qui est produit en masse comme substrat pour les convertisseurs catalytiques utilisés dans les systèmes d'échappement automobiles", a déclaré Steven Garrett, professeur à Penn State, à Electronics Weekly. "Jusqu'à ce que la céramique soit recouverte du catalyseur, généralement du platine, elle est assez peu coûteuse, si bon marché en fait qu'elle est utilisée comme brique réfractaire dans les barbecues."

Une extrémité de la céramique est noircie et absorbe 20W de chaleur par rayonnement électromagnétique de l'extrémité chaude du résonateur qui se trouve dans le poêle.

L'autre est attaché à un dissipateur thermique externe de type ordinateur pour le refroidissement. Le démonstrateur produit 25 mW, bien que Montgomery estime que le produit fini produirait 10 W à partir d'un poêle de 4 à 8 kW et coûterait 25 $.

"Même un moteur thermique relativement inefficace serait capable de générer suffisamment d'électricité à partir de petites quantités de chaleur perdue pour alimenter un ventilateur et éventuellement d'avoir une capacité excédentaire suffisante pour charger un téléphone ou une batterie qui pourrait fournir un éclairage la nuit", a-t-il déclaré.

Les résultats ont été présentés à la 2e réunion panaméricaine/ibérique sur l'acoustique, organisée par l'American Institute of Physics, et Montgomery a rédigé un document de référence.

L'autre développement, du fabricant de dispositifs semi-conducteurs Peltier / Seebeck Nextreme, vise l'extrémité inférieure des échelles de différence de puissance et de température.

eTEG HV37 est un appareil "haute tension" qui génère un circuit ouvert de 170 mV à partir d'une différence de température de 10 K, auquel cas il peut fournir 1 mW avec la bonne charge.

A 50K de différence, il peut délivrer 24mW ou une tension en circuit ouvert de 850mV.

Il mesure 6 mm2, 0,6 mm de haut et rejoint deux autres générateurs : HV56 et HV14.

« Le déploiement de capteurs distribués et de réseaux de capteurs a suscité un intérêt accru pour les sources d'énergie renouvelables et autonomes », a déclaré Dave Koester, vice-président de l'ingénierie chez Nextreme. "L'utilisation de la chaleur résiduelle est une source d'énergie attrayante pour de nombreuses applications nécessitant une puissance de l'ordre de µW-mW."

La tension de sortie relativement élevée provient de la connexion de nombreuses jonctions en série à l'aide d'une soudure eutectique or-étain et d'un processus de fabrication de bosses thermiques breveté qui peut atteindre des milliers d'éléments par centimètre carré.

HV37 remplace le générateur thermoélectrique d'origine de l'entreprise - UPF40 - par quelque chose de plus petit qui produit la même puissance à une tension plus élevée.