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Développement d'un dispositif de refroidissement corporel à base de modules thermoélectriques

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Mohellebi, Hakim (2019). Développement d'un dispositif de refroidissement corporel à base de modules thermoélectriques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans plusieurs types d’industries (construction, métallurgie, extractions minérales, etc.), les travailleurs doivent faire face à des températures qui excèdent 30 °C et des niveaux d’humidité relative supérieurs à 75 %. Ces conditions induisent des contraintes thermiques importantes qui représentent un frein à la productivité, un danger pour la santé des travailleurs, mais aussi un impact sur leur sécurité pouvant conduire à des accidents du travail. Afin de l’atténuer et créer des conditions de travail plus confortables et sécuritaires, un équipement de refroidissement portable, à base de modules thermoélectriques (TE), a été développé. L’utilisation de modules TE est basée sur le fait qu’ils sont compacts, fiables, réversibles et ne possèdent pas de pièces mobiles.

Le dispositif de refroidissement (DR) est conçu de façon à minimiser les résistances thermiques et le poids, maximiser la puissance de refroidissement sans nuire à la liberté de mouvement et au confort ergonomique. Le dispositif comporte un échangeur de chaleur et un dissipateur, entre lesquels sont placés des modules thermoélectriques et un aérogel.

Deux DR munis de gels paramédicaux, identiques, reliés par des sangles, composent l’équipement de refroidissement thermoélectrique (TCG). La capacité de refroidissement totale du TCG pour des conditions de température ambiante de 32 °C et des humidités relatives comprises entre 38 % et 85 % vaut en moyenne 81 W. Ces valeurs correspondent à plus de 30 % des dépenses métaboliques d’un mineur dans les conditions jugées extrêmes rencontrées dans les mines profondes. L’alimentation électrique du TCG est assurée par deux batteries de tension 6 V et de capacité 5 Ah, assurant ainsi une autonomie d’environ 1 h.

Le TCG présente une masse totale de 3,6 kg et a fait l’objet de tests préliminaires d’ergonomie et d’efficacité en prévision d’une validation en conditions réelles. De plus, une analyse de risque exhaustive a été effectuée et a conduit à des mesures de mitigation pour rendre le TCG plus sécuritaire. D’autres propositions d’améliorations ont été formulées afin d’aboutir à une veste intelligente, en la connectant à une veste biométrique et en l’intégrant dans un équipement de protection individuelle.

Titre traduit

Development of body cooling device based on thermoelectric modules

Résumé traduit

In many types of industries (construction, metallurgy, mineral extraction, etc.), workers must deal with temperatures that exceed 30 °C and relative humidity levels above 75 %. These conditions induce significant thermal constraints which represent a brake on productivity, a danger for the health of workers, but also an impact on their safety that can lead to accidents at work. In order to mitigate it and create more comfortable and safe working conditions, portable cooling equipment, based on thermoelectric modules (TE), has been developed. The use of TE modules is based on the fact that they are compact, reliable, reversible and have no moving parts.

The cooling device (DR) is designed to minimize thermal resistance and weight, maximize cooling power without compromising the movement and ergonomic comfort. The device comprises an exchanger and a heat exchanger, between which are placed thermoelectric modules and an aerogel.

Thermoelectric cooling equipment (TCG) consists of two DR with identical paramedical gels connected by straps and having a total cooling power of 81 W for a temperature of 32 °C and relative humidity of 38 % to 85 %. These values correspond to more than 30 % of the metabolic expenditure of a miner under the extreme conditions prevailing in deep mines. The TCG's power supply is provided by two batteries of 6 V voltage and 5 Ah capacity, thus ensuring approximately 1-hour autonomy.

The TCG has a total mass of 3.6 kg and has undergone preliminary ergonomics and efficiency tests in anticipation of validation in real conditions. In addition, a risk analysis was conducted and led to mitigation measures to make the TCG safe. Other proposals for improvements have been made in order to achieve a smart TCG, by connecting it to a biometric vest and integrating it into an individual protective equipment.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie avec mémoire, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 107-112).
Mots-clés libres: modules thermoélectriques, veste de refroidissement, environnement chaud et humide, transfert de chaleur, confort thermique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Hallé, Stéphane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 02 déc. 2019 20:49
Dernière modification: 02 déc. 2019 20:49
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2417

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