Matériaux à changement de phase pour bouillotte.

[ichigo61]

Je suis Designer industriel et je travaille actuellement sur un projet de bouillotte
pour les personnes qui se trouvent dans une situation de précarité énergétique.
Je vais essayer d’être concis !
Actuellement je fais des recherches sur des matériaux qui me permettrait
d’accumuler de la chaleur grâce à un micro-onde ou un courant électrique (peut-être
aussi dans de l’eau bouillante).
J’ai expérimenté les graines de lin et les noyaux de cerise mais j’arrive à préserver
de la chaleur pendant 15min-20min seulement ce qui n’est pas assez pour mon
projet.
J’ai essayé avec de la glycérine et j’ai réussi à obtenir une tenue de 25-30min.
Mais maintenant j’aimerai réussir à atteindre les 45min.


Je me suis renseigné sur des matériaux à changement de phase et j'ai commandé deux type de matériaux organiques, un qui change de phase à 44°C et l'autre à 64°C.

J'ai commencé à faire des tests, en mettant le matériau dans un sachet étanche placé dans l'eau frémissante. Le matériaux a bien changé de phase, sauf qu'une fois retiré de l'eau, il a commencé à durcir rapidement, sans restituer de la chaleur.

Je me suis beaucoup renseigné sur les MCP, sauf qu'en réalité j'ai l'impression de n'avoir rien compris...

Je pensais que les matériaux à changement de phase organiques pourraient absorber la chaleur puis la restituer pendant plus d'une heure.

Je me base sur ce projet en fait: http://embraceglobal.org/embrace-warmer/

C'est une cire à changement de phase activée par de l'eau chaude et qui restitue la chaleur durant 4h, je voudrais obtenir la même chose...
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[RomVi]

Bonjour

En réalité les matériaux à changement de phase ne stockent pas plus de chaleur que l'eau, leur seul intérêt est de la faire à une température constante.
Pour libérer de la chaleur pendant longtemps il faut en échanger peu. Pour ça on peut par exemple empêcher les mouvement du liquide pour bloquer la convection (avec un gélifiant, ou un absorbant), ou bien entourer la bouillotte d'un revêtement isolant, une sorte de taie en laine épaisse recouverte de tissu par exemple.

[ichigo61]

Et bien en fait je voudrais mettre le matériaux à changement de phase qui fusionne à 64°C dans une tube en silicone qui lui sera recouvert d'une enveloppe en laine.

Sauf que là mon souci c'est que je pensais qu'il allait dégager de la chaleur à 64°C pendant longtemps.

En gros je veux faire une bouillotte qui tienne plus qu'une heure.

Quel matériau devrais-je choisir ? Pourquoi les PCM ne fonctionnent pas ? J'imaginais le même fonctionnement qu'avec l'acétate de sodium hydraté.

(Merci beaucoup pour ta réponse, je panique pas mal pour mon projet)

[ichigo61]

Bonjour

En réalité les matériaux à changement de phase ne stockent pas plus de chaleur que l'eau, leur seul intérêt est de la faire à une température constante.
Pour libérer de la chaleur pendant longtemps il faut en échanger peu. Pour ça on peut par exemple empêcher les mouvement du liquide pour bloquer la convection (avec un gélifiant, ou un absorbant), ou bien entourer la bouillotte d'un revêtement isolant, une sorte de taie en laine épaisse recouverte de tissu par exemple.

Un gélifiant ajouté à mon PCM pourrait lui permettre de rester à l'état liquide et dégager de la chaleur longtemps ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[RomVi]

Non il faudrait un gélifiant ajouté à de l'eau. Sur un produit commercialisable il faudra également ajouter une substance permettant d’empêcher un développement bactérien.
Les PCM ne sont pas plus performants, et ils sont plus couteux, donc ce n'est pas (à mon avis) un choix raisonnable. Sans compter qu'ils ne pourront pas forcément être réchauffés au micro onde.

[baiegeai]

achete chez decathlon un dispositif à changement de phase qui permet de rechauffer les mains et fais l'analyse ( materiaux , et surtout brevets )
y a toute l'info dans la banque de brevet mondiale espacenet

[RomVi]

Chez Décathlon ce sont des chaufferettes à oxydation de poudre de fer, et ça ne chauffe pas grand chose... On trouve aussi des chaufferettes à acétate de sodium, et la chaleur libérée correspond à peu de chose près à la même quantité d'eau qui aurait été chauffée à environ 60°C.

[ichigo61]

Non il faudrait un gélifiant ajouté à de l'eau. Sur un produit commercialisable il faudra également ajouter une substance permettant d’empêcher un développement bactérien.
Les PCM ne sont pas plus performants, et ils sont plus couteux, donc ce n'est pas (à mon avis) un choix raisonnable. Sans compter qu'ils ne pourront pas forcément être réchauffés au micro onde.

Les PCM que j'ai achetés ne sont vraiment pas chers, 12€/kg ! Mais j'ai taxé sur l'envoi et le montant minimum de commande :/
J'aimerai bien en faire quelque chose et comprendre aussi.

Car au final le PCM que j'ai pris change de phase à 64°C mais quel est son utilité ?

Sinon je reste sur de l'acétate de sodium, c'est plus artisanal, mais j'aimerai optimiser tout ça...

Je pensais vraiment que les PCM pouvaient emmagasiner de la chaleur et la restituer en se solidifiant à nouveau :/

[ichigo61]

(C'est possible de faire chauffer l'acétate de sodium au micro-onde plutôt que dans de l'eau chaude ?)

[RomVi]

Les PCM que j'ai achetés ne sont vraiment pas chers, 12€/kg ! Mais j'ai taxé sur l'envoi et le montant minimum de commande :/
J'aimerai bien en faire quelque chose et comprendre aussi.

Car au final le PCM que j'ai pris change de phase à 64°C mais quel est son utilité ?

Sinon je reste sur de l'acétate de sodium, c'est plus artisanal, mais j'aimerai optimiser tout ça...

Je pensais vraiment que les PCM pouvaient emmagasiner de la chaleur et la restituer en se solidifiant à nouveau :/

Tu peux toujours faire des essais, comme j'ai dis plus haut ils vont libérer à peu près autant de chaleur, mais ils vont le faire à une température plus constante, ce qui est peut être mieux pour ton application.

On doit pouvoir chauffer l’acétate de sodium au micro onde, si il n'y a pas la pièce en métal qui sert de déclencheur que l'on trouve habituellement dans ces petites bouillottes.

[ichigo61]

Tu peux toujours faire des essais, comme j'ai dis plus haut ils vont libérer à peu près autant de chaleur, mais ils vont le faire à une température plus constante, ce qui est peut être mieux pour ton application.

On doit pouvoir chauffer l’acétate de sodium au micro onde, si il n'y a pas la pièce en métal qui sert de déclencheur que l'on trouve habituellement dans ces petites bouillottes.

Oui je vais faire mon acétate de sodium moi même donc pas de pièce de métal, ce qui m'embête c'est que la réaction durcit la solution, je voudrais que ça reste liquide (oui je suis chiant ahah).

Pour le PCM je vais faire des tests mais pour l'instant, il se solidifie beaucoup trop rapidement !

[eds972]

Bonjour Ichigo61,

J'avais pensé à la même idée de développement lorsque je cherchais une bouillotte. Pour le problème de durcissement, tu peux peut être le régler grâce au processus de micro encapsulation des MCP, utilisé dans le domaine du bâtiment.

N'hésite pas à me contacter si tu as besoin de plus d'informations

[leocarasso]

Je me permets d'apporter mon brin de sel
L'acétate de sodium me semble être la meilleure option. Si l'on veut le chauffer le micro-ondes, il vaut mieux remplacer le petit bout de métal par un équivalent en plastique (cela dit je ne sais pas si ça existe...). Une fois que l'acétate de sodium est cristallisé la solution redevient liquide lorsqu'on la refait chauffer. (Cela dit je ne sais pas si vous voulez que la bouillotte reste liquide même quand elle est chaude)...

[RomVi]

Une fois encore l'acétate de sodium n'apporte pas plus de chaleur qu'une quantité d'eau équivalente. Son seul intérêt est de pouvoir amorcer la réaction à retardement, ce qui n'est d'aucune utilité dans le cas présent. De plus il n'est pas possible de régénérer la solution d'acétate de sodium au micro onde.

[ichigo61]

Merci les gars pour votre réponse et le fait que l'acétate de sodium n'apporte rien de plus que l'eau avec un géléfiant "bloquant" me convient car je voudrai que la bouillotte reste liquide ou du moins souple !

Je pense donc faire des tests avec l'eau et de l'agar agar pour ensuite tester avec des produits chimiques que RomVi m'a donné

[ichigo61]

Je viens d'acheter de l'éthylène glycol en poudre, j'ai dilué une bonne quantité dans 25ml d'eau. L'ensemble reste liquide. Quand je le chauffe je crois que ça devient un peu plus visqueux, sans non plus devenir un gel.

J'ai réussi à obtenir de la chaleur pendant 45min, en suite ça commence à devenir tiède. Je trouve le résultat vraiment pas mal, avec une enveloppe en laine je pourrai sans doute faire durer ça 1h bien chaud !!

Est-ce que tu penses que plus je mets d'éthylène glycol plus j'aurai de chance de conserver de la chaleur ?
Comment optimiser ça en fait ?

Pour l'eau et les bactéries, de l'eau déminéralisé ça le ferait non ? Ou que mettre dedans de peu couteux ?

[RomVi]

Tu peux aussi utiliser de l'ethyl cellulose en poudre, on en trouve sur ebay sous le nom de "gunge slime".

Comme agent de conservation tu peux utiliser de l'éthanol dilué à 20% : Ça ne coute pas très cher, ce n'est pas toxique, non inflammable à cette concentration, et cela va augmenter un peu la quantité de chaleur emmagasinée.

[ichigo61]

Ok c'est parfait tout ça

Là je fais un test avec une concentration plus importante !

Tu pense que l'éthyl cellulose marcherait encore mieux ?

[ichigo61]

J'ai tenté avec une concentration plus importance d'éthylène glycol mais le résultat est moins bon, 30min à peine. Je pense que je dois équilibrer les deux pour optimiser au maximum le dégagement de chaleur.

[RomVi]

Ok c'est parfait tout ça

Là je fais un test avec une concentration plus importante !

Tu pense que l'éthyl cellulose marcherait encore mieux ?

Aucune idée, c'est à tester. Tout ce que je peux te dire est que ce mélange est utilisé pour les gels désinfectants hydro alcoolique.

[ichigo61]

En tout cas j'ai quelques doutes sur l'éthylène glycol, je vais tester à nouveau ce soir, mais je crois que j'obtient seulement 40min de chaleur, j'aimerai bien arriver à une bonne heure bien chaud !

[ichigo61]

Je reviens vers vous car j'ai eu des réponses à mes questions sur la micro-encapsulation mais je ne sais pas trop quoi en penser, sur tout le dernier message, pouvez-vous me donner votre avis (c'est en anglais):

To summarize my project:

I would like to do a hot water bottle with MikroCaps PCM70.
To put it simply, i would put the PCM in a silicone tube closed hermetically.
This tube will be plunged in boiling water.

After this operation, by removing the tube, will it restore heat to the PCM (70°C) for a long time (more than one hour) ?

The tube will be 4cm in diameter and 40cm in length.

Thank you for your answer.


Hi,

In general the idea is fine. Please note that the capsules slurry is also a water based therefore the maximum temperature of the slurry should be below boiling point. The PCM will melt completely at 75°C so there is enough to heat it to 80°C for some time. With increased temperature and no mixing some separation of capsules from the slurry could occour but after remixing should be dispersed again.
In such a tube you can put approx. 0,5 L of the slurry that is 450 g. The slurry with capsules has the heat storage capacity around 70 J/g, so the total slurry in the bottle will have around 31 kJ of stored energy. The time is depending than from the surrounding temperature and heat conductivity through the bottle.

Best regards,
Dejan

[RomVi]

Bonjour

70 J/g signifie que cette matière stocke l’équivalent d'une masse d'eau identique qui se refroidirait de 70 / 4.18 = 17°C environ, donc en gros tu obtient le même résultat avec simplement de l'eau chauffée à 77°C qui se refroidit à 60°C.

La fin du message rejoint ce que je t'ai expliqué précédemment : La durée de restitution de la chaleur dépend de l'isolation de ta bouillotte. Si tu la plonge dans l'eau froide elle se refroidira très rapidement car il y a un échange important, tandis que si tu l'enroules dans un gros pull en laine elle restera chaude longtemps, mais dans les 2 cas la quantité de chaleur restituée (le nombre de joules) est identique.
En ajoutant un épaississant à l'eau on utilise en quelque sorte la masse de liquide comme isolant pour empêcher la chaleur à cœur de se propager trop vite vers la surface.

[ichigo61]

Ok t'es génial, tu m'aides beaucoup, c'est vraiment sympa !

Je vais donc suivre tes conseils dès que je serai rentré du Canada, je commanderai su Ebay tout ce qu'il faut ! En plus tu me permets de faire une belle économie

Merci !

[Sethy]

Imagine une pierre au dessus d'une montage. Tu peux la faire chuter dans le vide du sommet jusque la base, ou la faire dévaler lentement mais quelque soit le chemin emprunté, l'énergie que tu pourras récupérer est la même et correspond ici à m.g.(h1-h2), soit la masse x g (la constante de gravitation) x la différence de hauteur entre h1 et h2.

C'est la même chose avec ta bouillotte. Tu chauffes de l'eau qui a l'une des meilleures capacité calorifique (c) et la quantité de de calorie que tu peux en retirer est toujours égale : m.c.(t1-t2) . Que le système rende la température très rapidement ou que tu l'isoles pour qu'il le rende plus lentement mais jamais plus que lorsque tu n'isoles pas.

Isoler le système revient dans l'exemple de la montage à faire dévaler la pierre par la pente la plus douce, en utilisant un maximum de lacets. Elle descendra lentement certes, mais elle ne pourra rien renverser sur son passage. C'est comme dans le cas de la bouillotte, la température descendra lentement mais elle ne pourra pas réchauffer plus que si toute l'énergie était récupérée en une fois.

[ichigo61]

Ok je saisis, merci