Brevet FR2000537A1 — publié le 19690912

-1- 2000537 La présente invention concerne des dispositifs thermo-électriques du type dans lequel plusieurs éléments thermo- . électriques en l'orne de tige, par exemple d'une matière semi-conductrice de type £ ou n, sont disposés sous forme d'un 5 réseau à branches parallèles et sont enrobés dans une matière électriquement isolante pour former un module, les extrémités desdits éléments thermo-électriques étant connectées électriquement par paires pour former un montage en série au moyen de bandes de contact métalliques. Ces modules thermo-électri-10 ques sont couramment utilisés comme générateurs d'énergie thermo-électrique ou comme dispositifs de refroidissement thermo-électriques. Dans de nombreuses applications, ces dispositifs thermoélectriques doivent fonctionner pendent de longues périodes de 15 temps, par exemple de 5 à 10 ans, avec la plus grande fiabilité possible. Des applications typiques de ce type sont des générateurs d'énergie isotopiques pour des radio-guidages de marine et d'aviation, des répéteurs de câbles submergés et des stations météorologiques éloignées, souvent sans surveillance. 20 les modules thermo-électriques peuvent être construits avec un certain nombre, c11 élément s thermo-électriques, par exemple en une matière semi-conductrice, agencés sous forme d'un réseau parallèle et connectés électriquement en série pour fournir la puissance de sortie voulue. Dans un module comprenant 25 par exemple- 100 branches thermo-électriques séparées, il doit exister 200 contacts séparés, un pour chaque extrémité de chaque branche. Une défaillance partielle ou complète de l'un quelconque des contacts ou de l'une quelconque des branches du module peut réduire d'une façon importante la puissance de sortie, tan-30 dis que la défaillance complète de n'importe quel contact ou de n'importe quelle branche se traduit par la défaillance totale du module. De telles pannes peuvent se produire dans les éléments thermo-électriques eux-mêmes par suite de fissures microscopiques formées dans la matière thermo-électrique. Ces fissures 35 microscopiques peuvent s'ouvrir pendant le fonctionnement, en particulier sous l'effet des variations de température, et peuvent se traduire par une augmentation de la résistance de la branche. En mettant les choses au pis, il peut en résulter un BAD ORIGINAL 69 01038 -a- 2000537 circuit entièrement ouvert à l'endroit de la fissure. En outre, il peut se produire des défauts isolés à la face de séparation entre l'extrémité de l'un des éléments thermo-électriques et la "bande de contact qui le relie électriquement à l'élément 5 thermo-électrique adjacent. Ces défauts peuvent résulter d'un manque d'homogénéité local de la matière thermo-électrique à cet endroit ou ils peuvent être éventuellement dus à d.es défauts de fabrication. Il en résulte une augmentation de la résistance de contact à cet endroit ou bien, en mettant les choses au pis, . 10 la formation d'un circuit ouvert en mettant de nouveau tout le module hors fonctionnement. ■ la présente invention fournit un module thermo-électrique comprenant plusieurs éléments thermo-électriques,à chaque extrémité desquels se trouve une bande de contact pour connecter 15 les éléments sous forme d'un réseau de thermo-couples en série, dans lequel chaque élément thermo-électrique comprend deux composants ou branches thermo-électriques ou plus, les composants ou branches Cormant chaque élément thermo-électrique étant connectés en parallèle à la bande de contact. Grâce à cette cons-20 truction, une défaillance partielle ou totale quelconque de n'importe quelle branche ou de n'importe quel contact avec une branche ne se traduit pas par une défaillance complète du module, mais seulement par une légère diminution de la puissance de sortie . 25 De préférence, les composants ou branches thermo-éleétri qués comprennent une matière semi-conductrice du type £ ou n, agencée de façon que les composants oubranch.es formant un élé- • ment quelconque soient du même type semi-conducteur et de façon que les éléments du type n soient connectés aux éléments du type 30 £ pour former le réseau des thermo-couples. De préférence, les éléments thermo-électriques sont enrobes dans une matière isolante. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard 35 du dessin annexé, et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, plusieurs formes de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une élévation latérale d'un module thermo-électrique ; ; BAD ORIGINAL 69 01038 -3- 2000537 la figure 2 est une vue en plan du module de la figure 1 5 la figure 3 est une vue par-dessous du mod.ule de la figure 1 ; la figure 4 est une élévation latérale d'un autre module 5 thermo-électrique suivant l'invention la figure 5 est une vue en plan du module de la figure 4 S la figure 6 est une vue par-dessous du module de la figure 4 ; et la figure 7 est uno vue en plan partielle d'un autre mo-10 dule thermo-électrique suivant l'invention. Les figures 1, 2 et 3 montrent un module thermo-électrique qui n'est pas conforme à l'invention, mais qui sera décrit tout d'abord pour illustrer le problème que la présente invention se propose de résoudre. Le module comprend plusieurs composants ou 15 branches 10 et 11 en forme de tige de section droite carrée d'une matière thermo-électrique semi-conductrice de type £ et de type n agencés sous forme d'un réseau parallèle et enrobés dans une matière électriquement isolante qui, bien qu'elle ne * , „ ,. . , chaque soit pas representee, est sous forme d'une mince couche entre/ 20 composant thermo-électrique et sert à isoler ces composants les uns des autres, ainsi qu'à les maintenir réunis mécaniquement sous forme d'un bloc .massif. Les éléments 10 et 11 de matière thermo-électrique du type p et du type n sont disposés alternativement côte à côte et sont connectés électriquement en. série à 25 leurs extrémités opposées par des bandes de contact 12, ces dernières -étant naturellement électriquement isolées les unes des autres, comme on peut le voir sur la figure 1. Pour simplifier, cette séparation entre les bandes d.e contact n'est pas_représentée sur les figures 2 et 3. 30 Toute défaillance importante de l'une quelconque des bran ches 10 et 11, comme indiqué par exemple au point A, se traduit évidemment par la formation d'un circuit ouvert dans le module et provoque sa défaillance complète. Une défaillance importante analogue à une face de séparation de n'importe quelle branche 35 10 ou 11 et de sa bande de contact associée 12, comme indiqué en Bf se traduit d'une façon analogue par un circuit ouvert et une défaillance totale du module. Une défaillance partielle à l'un ou l'autre de ces points se traduit nécessairement par une dimi- BAO ORIGINAL 69 01038 -4- 2000537 nution de la puissance de sortie du module, le degré de diminution dépendant de la résistance supplémentaire provoquée par la défaillance partielle. Les figures 4, 5 et 6 représentent un module thermo-élec-5 trique suivant l'invention, dans lequel chacun des éléments' thermo-électriques 10 et 11 du type de construction représenté sur les figures 1 à 3 est remplacé par un élément thermo-élec-trique comprenant deux -composants thermo-électriques analogues 10a, 10b et 11a et 11b, disposés côte à côte et connectés en 10 parallèle l'un avec l'autre, et à la paire analogue des composants semi-conducteurs parallèles de la matière thermo-éleétriqué du type opposé par des bandes de contact, comme représenté en 12a. Uns défaillance totale de n'importe quel composant thermo-électrique, comme indiqué en A, ou à la face de sépara-15 tion entre n'importe quel composant et sa band.e de contact ad-jacente, comme indiqué en B, ne se traduit que par une diminution relativement faible de la puissance de sortie du module, étant donné qu'un autre trajet électrique non affecté reste disponible à travers l'autre composant thermo-électrique de la paire. Une 20 défaillance partielle seulement de l'un quelconque de ces composants provoque une diminution encore moins importante de la puissance de sortie. Sur les figures 4, 5 et 6, chacun des composants thermoélectriques 10a, 10b, 11a, 11b est représenté comme ayant; la 25 même surface de section droite que chacun des éléments individuels 10 et 11 des figures 1, 2 et 3 5 ceci se traduit évidemment par une augmentation de la dimension du module thermo-électrique pour la même tension de sortie, étant donné qu'on utilise le double d.es composants. L'intensité de sortie est naturellement 30 accrue d'une façon correspondante. Si ces augmentations ne sont pas nécessaires, alors la surface de section droite de chacun des groupes montés -en parallèle des composants thermo-électriques analogues 10a, 10b ou 11a, 11b, utilisés pour remplacer chacun des éléments individuels 10 et 11 des figures 1, 2 et 35 3, peut être réduite d'une façon correspondante. Une autre forme de réalisation dans laquelle on utilise quatre composants thermo-électriques analogues 10a, 10b, 10ç, 10d ; 11a, 11b, 11ç et 11d pour remplacer chacun des éléments individuels 10 □nu ORfâiNAL 69 01038 -5- 2000537 et 11 des ligures 1, 2 et 3 est représentée sur la vue partielle en plan de la figure 7. Chaque bande de contact 12b s'étend maintenant sur les extrémités ce huit composants thermo-électri' que s. et est en conxact avec ces extrémités. naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ex représentées et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et 1'esprit de l'invention. BAD ORIGNAL 69 01038 -e- 2000537- - BBTCHDIOATIONS - 1 - Iloflule thermo-électrique, comprenant plusieurs éléments thermo-électriques à chaque extrémité (3 ss^ueis se trouve une bande de- contact pour connecter les éléments sous forme ■ 5 d'un réseau de thermo-couples en série, caractérisé on ce que chaque élément thermo-électrique comprend deux composants ou branches thermo-électriques ou plus, les composants ou branches formant chaque élément thermo-électrique étant connectés en parallèle à la bande de contact. 10 2 - l'iodule thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les composants ou branches thermo-électriques sont en une matière semi-conductrice du type £ ou n agencée de façon que- les composants ou branches formant n'importe quel élément soient du même type semi-conducteur et de 15 façon que les éléments du type n soient connectés aux éléments du type jo pour former le réseau de thermo-couples. 3 - Module thermo-électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments thermo-électriques sont enrobés dans une matière isolante„ BAD original