Brevet FR2030215A1 — publié le 19701030

La présente invention a trait à une source électrique miniaturisée comprenant une matière radioactive dans une source chaude et des thermoéléments enserrés dans des couches isolantes. Dans une source électrique connue du type susmentionné, 5 seulement une surface de la source chaude peut être recouverte avec des thermoéléments en raison du blindage protecteur nécessaire, ce qui a pour conséquence un faible rendement. On a également déjà proposé d'augmenter la longueur des thermoéléments afin d'augmenter la différence de température entre les 10 connexions chaudes et froides des thermoéléments. Cependant, en raison de l'augmentation de la résistance interne des thermoéléments par suite de l'augmentation de leur longueur, on n'obtient pas de tension utile plus élevée aux bornes en fonctionnement normal. En particulier, lorsqu'on utilise des thermoéléments en Bi2Te^ 15 avec un coefficient de conduction thermique de 9, une énergie thermique totale plus élevée est nécessaire pour obtenir une chute de température plus élevée. • En outre, le nombre des thermoéléments par unité" de surface des sources électriques connues est beaucoup trop petit pour obte-20 nir des tensions qui puissent être directement utilisées pour faire fonctionner des circuits électroniques. L'invention vise à remédier aux inconvénients des sources é-lectriques connues en fournissant des thermoélémenis formés de couches constituées par des filme, minces appliqués sur un support 25 électriquement et thermiquement isolant et disposés sur ladite source chaude suivant une courbe. Le support avec des thermoéléments formés sur lui peut Stre de préférence enroulé suivant une spirale ou plié en forme de méandres. L'invention va être expliquée plus eh détail en se référant 30 au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe de la première forme d'exécution. La fig. 2 est une vue en coupe de la seconde forme d'exécu- 35 tion. Les fig. 3 et 4 sont des vues en perspective représentant respectivement une unité enroulée et une unité pliée de thermoéléments . 70 02919 2 2030215 La source électrique représentée sur la fig. 1 comprend une source 1 de matière radioactive renfermée dans un boîtier métallique scellé 2. Le boîtier 2 est entouré d'une couche électriquement isolante 3 présentant une bonne conductibilité thermique. 5 Toutes les surfaces de la source chaude constituée par les pièces 1 à 3 sont recouvertes par des unités 4 comprenant autant de thermoéléments que possible ayant leurs connexions chaudes en contact avec la couche 3 et leurs connexions froides recouvertes par une autre isolation électrique 5 en contact avec un boîtier exté-10 rieur 6 servant de refroidisseur. De préférence, les thermoéléments sont produits sous forme miniaturisée à film mince par des procédés usuels dans la technique des microfilms. De cette façon, il est possible de loger un très grand nombre d'éléments par unité de surface, ce qui permet d'ob-15 tenir une tension de sortie relativement élevée malgré une chute,de température relativement faible entre les extrémités chaudes et froides des thermoéléments. Les thermoéléments peuvent aussi être faits en métaux par dépôt de vapeur sur un support isolant en forme de ruban et de tels rubans peuvent être enroulée ou pliés pour 20 former des unités de thermoéléments susceptibles d'être appliquées sur les surfaces de la source chaude. Le ruban peut être enroulé en spirale ou plié en forme de méandres. Une telle unité peut être reliée à la couche isolante 3 ou, si une partie marginale du support isolant est dénuée de parties conductrices des thermoéléments, 25 cette partie marginale pèut remplacer complètement la couche isolante 3 et l'unité peut être appliquée directement sur le boîtier métallique 2. Dans ce cas, la couche isolante extérieure 5 peut aussi être supprimée et le transfert de chaleur entre les thermoéléments et le boîtier extérieur 6 peut être ainsi amélioré. De 30 cette façon, une section extrêmement petite des thermoéléments est réalisable, de l'ordre de 10 x 100 u. . Avec une surface disponible de 6 cm^( on peut loger environ ÎO thermoéléments. Une tension de sortie de l'ordre de 4 V peut être obtenue, ce qui convient pour faire fonctionner des circuits électroniques. Avec les sources 35 connues, on obtenait une tension de l'ordre de 100 mV, qui devait être transformée au moyen d'un convertisseur DC-DC en une tension de commande plus élevée de par exemple 9 v. Les pertes appréciables d'un tel convertisseur peuvent ainsi être évitées. 70 02919 3 2030215 Pour obtenir une longue durée de service de la source, de l'ordre de 20 ans par exemple, du plutonium 238 peut être utilisé comme matière radioactive, et cette source doit être renfermée dans un boîtier -de tantale ou de platine, ce boîtier étant recou-5 vert d'une couche électriquement isolante avec £ 10. Les thermoéléments peuvent Stre faits en Bi2Se^, PbTe ou SbBi. Les thermoéléments métalliques présentent des avantages par rapport aux éléments semi-conducteurs. Les métaux conviennent le mieux pour le dépôt en phase vapeur de couches minces et, en particulier, ne sont pas su-10 jets au vieillissement, môme sous l'action de radiations, en particulier de radiations gamma. Par conséquent, les thermoéléments métalliques sont préférés aux éléments semi-conducteurs. . Pour obtenir un contact parfait et un bon transfert de chaleur, le ruban enroulé ou plié portant les thermoéléments peut 15 être collé à la sourche chaude. Dans la forme d'exécution de la fig. 2, les pièces correspondantes ont été désignées par les niâmes signes de référence que sur la fig. 1. Alors que, dans la forme d'exécution de la fig. 1, toutes les surfaces de la source chaude sont recouvertes par les 20 unités 4, seules deux surfaces opposées de la source chaude de la fig. 2 sont recouvertes par les unités 4. De préférence, la source chaude 1-3 est de forme cylindrique et les unités 4 appliquées sur elle sont repliées comme montré sur la fig. 4. La source chaude et les unités 4 sont logées dans un cylindre 7 en matière isolante. 25 Le boîtier extérieur est composé de disques terminaux 6 et d'un cylindre métallique 6' rabattu sur les disques 6 pour former un boîtier rigide. Ce boîtier peut être renfermé dans une ampoule de verre scellée et vide d'air, les bornes de la source traversant les parois de cette ampoule. Un espace est formé entre le cylindre 30 isolant 7 et le cylindre métallique 6', et, de préférence, on fait le vide dans cet espace pour empêcher la convection de chaleur entre le cylindre isolant 7 et le cylindre 6'. La surface intérieure du cylindre 6' peut en outre être recouverte d'une peinture blanche ou d'une couche métallique afin de réfléchir la radiation thermique. 35 De cette façon, les pertes de chaleur peuvent être réduites à un minimum et la plus grande partie de la chaleur est conduite à travers les thermoéléments. Au moins les parties 6 du boîtier 6, 6* peuvent être faites en tantale. 70 02919 4 2030215 L'unité des thermoéléments peut avoir une autre section droite, par exemple comme montré sur la fig. 4, dans laquelle le support en forme de ruban pour les thermoéléments est replié en forme de méandres. Dans ce cas, les thermoéléments doivent être 5 recouverts d'un film isolant en vue d'éviter un contact direct là où les thermoéléments se font face. Voici quelques caractéristiques typiques d'une forme de réalisation pratique de la source représentée sur la fig» 2: Puissance thermique 200 - 150 rtW 10 Tension 4 V Puissance électrique Chute de température dans chaque unité 30 - 120 ^lW 20° C 15 Diamètre de la source chaude et des unités 15 nsa 70 02919 5 2030215 Revendicationsî 1. Source électrique miniaturisée, comprenant une matière radioactive dans une source chaude et des thermoéléments enserrés dans des couches isolantes, lesdits thermoéléments étant formés de couches constituées par des films minces appliqués sur un support 5 électriquement et thermiquement isolant et disposés sur ladite source chaude suivant une courbe. 2. Source électrique selon la revendication 1, dans laquelle1 lesdits thermoéléments et le support forment respectivement une unité compacte, cette unité étant appliquée sur une surface de la- 10 dite source chaude. 3. Source électrique selon la revendication 2, dans laquelle un support en forme de ruban est replié sur lui-même de façon à former des méandres à l'intérieur de ladite unité. 4. Source électrique selon la revendication 2, dans laquelle 15 un support en forme de ruban est enroulé sur lui-même de façon à former une spirale ft l'intérieur de ladite unité. 5. Source électrique selon la revendication 1, dans laquelle les thermoéléments sont disposés sur toutes les surfaces ,de ladite source chaude. 20 6» Source électrique selon la revendication 1, dans laquelle les thermoéléments sont disposés sur une partie des surfaces de ladite source chaude, tandis que les autres surfaces de cette dernière sont recouvertes d'une matière isolante. 7. Source électrique selon la revendication 6, dans laquelle 25 les thermoéléments sont disposés sur des surfaces opposées de ladite source chaude.