Brevet FR2316557A1 — publié le 19770128

l'invention est relative, d'une façon générale, aux insrellations thermoélectriques et à leur procédé de fabrication, c'est-à-dire aux installations comportant des thermoéléments (ou éléments thermoélectriques) montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi chaude et une paroi froide. ne tells installations peuvent être utilisées pour engendrer un curant électrique continu lorsque les parois chaude et roide sont maintenues à des températures différentes ou, au contraire, pour maintenir le parois chaude et froide à des températures différentes lorsqu'un courant électrique continu circule darses les thermoélements, amené auxdits thermoél éments par les échangeurs de chaleur dont font partie les parois d'chanjes thermiques - L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, à ces derniers types d'installations, les thermo éI-sn--ents étant alimentés en courant électrique continu pour entretenir une différence de température entre deux parois chaude et froide. Une telle installation appelée "pompe à chaleur peut-être utilisée pour produire "du chaud" ou "du froid". effet, les thermoéléments sont de deux types, a savoir les thermoéléments de type P qui transfèrent des calories dans le sens du courant, et les thermoéléments de type N qui transfèrent des calories dans le sens inverse du courant. Pour réaliser de telles installations, on a déjà proposé d'avoir recours à la préfabrication, de préférence de façon automatique, d'éléments d'échange & thermiques comportant une base coopérant avec au moins un thermoélément et des surfaces d'échan- ses thermiques coopérant avec un fluide chaud ou froid. L'ins tallation est alors réalisée par un assemblage, suivant différents types de montage, de tels éléments d'changes thermiques. Le problème technologique à résoudre se trouve donc dans l'agencement et dans le procédé de fabrication de ces éléments d' échanges thermiques. Dans la plupart: des cas, les surfaces d'échanges thermiques sont rapportées sur la base de l'élément d'échange thermique ou sur une paroi solidaire de cette base par brasure, collage, sertissage ou tout autre moyen, mais ces surfaces d'échanges thermiques restent fragiles, même une fois fixées. En effet, ces surfaces d'échanges thermiques sont très souvent minces et souple.---- car l'on a intret à augmenter le plus possible les surfaces de contact avec le fluide avec lequel elles coopèrent, surtout si ce fluide est un gaz, ce qui est notamment le cas dans les Installations du type "pompe à chaleur. On peut donc être conduit à concevoir des Inents thermiques qui présentent une faible rigidité mécanique dans le sens perpendiculaire à leur base, qui est précisément le sens dans lequel peut s'appliqücr une force de compression lorsqu'il s'agit d'une installation dans laquelle les éléments d'échanges thermiques sont monts en appui les uns sur les autres pour réaliser une continuité des circuits thermiques et/ou électriques. De plus, la manipulation des éléments d'échanges thermiques peut s'avérer délicate car il faut éviter des déformations ou détériorations locales des surfaces thermiques. Il conviez étalement de préciser que, vu le nombre consi durable d'éléments d'échanges thermiques que peut comporter une installation, leur procédé de fabrication doit être simple, rapile, fiable et d'ljn faible prix de revient. L'une des difficultés rencontrées réside dans le maintien des surfaces d'changes thermlques, pendant leur fixation, sur la base des éléments d'échanges thermiques ou sur une paroi solidaire de cette base. La présente demsnde de brevet a donc pour objet de perfectionner les éléments d'échanges thermiques à partir desquels sont réalisées les installations thermoélectriques, et ce tant au point de vue de leur agencement qu'au point de vue de leur procédé de fabrication, en vue de rendre lesdits éléments d'échanges thermiques plus rigides, notamment dans le sens perpendiculaire à leur base, plus résistants dans les manipulations avant leur montage dans l'installation et plus faciles à fabriquer. L'élément d'échanges thermiques conforme à l'invention comporte une base coopérant avec au moins un thermoélément et des surfaces d'échanges thermiques coopérant avec un fluide froid ou chaud et il est caractérisé par le fait que deux parois rigides sont prévués pour s'étendre chacune de part et d'autre des surfaces d'échanges thermiques, ces deux parois rigides étant orientees dans le sens de la circulation du suscit fluide. Ces deux parois ries assurent une rigidité mécanique élevée cA lément d'échanges thermiques, notamment dans le sens perpendiculaire s s; base, et elle contribuent à protéger les surfaces d'échanges thermiques lors des manipulations. Les deux parois rigides peuvent être solidaires de la base, notamment en étant fixées sur la base ou en venant de fabrication avec la base ; dans ce cas, il est avantageux de prévoir un couvercle opposé à la base et fixé sur les parois rigides. Les deux parois rigides peuvent aussi être solidaires d'un couvercle opposé à la base, notamment en étant fixées sur le couvercle ou en venant de fabrication avec le couvercle, lesdites parois rigides étant alors rendues solidaires de la base, notamment par fixation. Suivant les deux modes de réalisation indiqués ci-dessus, la base, les deux parois rigides et le couvercle forment un conduit abritant complètement les surfaces d'échanges thermiques et assurant la circulation du fluide coopérant avec lesdites surfaces d'échanges thermiques. Le procédé de fabrication d'un élément d'échanges thermiques conforme à l'invention comprend les étapes suivantes : - on dispose, dans un profilé creux présentant au moins une gouttière, des surfaces d'échanges thermiques, - on ferme la gouttière du profilé creux avec un profilé de forme complémentaire, -on procède, d'une part, à la fixation des surfaces d'échanges thermiques sur les deux profilés et, d'autre part, à la fixa tion des deux profilés l'un sur l'autre, - et on procède à la fixation d'au moins un thermoélément sur au moins l'un des côtés extérieurs du conduit d'allure paral lélépipédique ainsi obtenu, côté qui sera la base de l'élément d'échanges thermiques. Suivant un mode de mise en oeuvre particulier de ce procédé, on procède à un enlèvement de matière partiel ou total sur les côtés de l'élément d'échanges thermiques qui sont perpendiculaires à sa base. On conçoit alors qu'avec un tel procédé de fabrication il soit possible de réaliser des éléments d'échanges thermiques en mettant en oeuvre des techniques relativemett simples pouvant se prêter à un automatisme total ou partiel. De plus, lorsqu'on procède à un enlèvement de matière total ou partiel sur les deux côtés de l'élément d'échanges thermiques qui sont perpendiculaires à sa base, on peut en diminuer le poids sans pour autant en affecter la rigidité mécanique lorsque l'on procède à un enlèvement de matière partiel qui respecte les conditions d'une bonne rigidité mécanique. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'être-question, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement parlé ci-après. L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des formes d'exécution préférées de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. Les fig. 1 à 3, de ces dessins, montrent, en coupe, différentes réalisations d'éléments d'échanges thermiques conformes à l'invention. La fig. 3a est une vue en perspective partielle montrant un détail de l'élément d'échange thermique de la fig. 3. Les fig. 4 à 6 illustrent, en coupe partielle, des éléments d'échanges thermiques suivant des variantes de l'invention. Les fig. 7 à 9 représentent des vues schématiques d'installations thermoélectriques réalisées à -partir d'éléments d'échanges thermiques. conformes à l'invention. Les fig. 10 à 12 montrent des détails des réalisations d'éléments d'échanges thermiques conformes à l'invention. Les fig. 13 et 14 représentent, en coupe, des éléments d'échanges thermiques établis suivant d'autres variantes de l'invention. La fig. 15 montre un montage par paire de deux éléments d'échanges thermiques conformes à l'invention. Les fig. 16 à 22 illustrent, en coupe, d'autres réalisations d'éléments d'échanges thermiques conformes à l'invention. Les fig. 23 à 28 illustrent les différentes phasesd'un procédé de fabrication des éléments d'échanges thermiques conforme à l'invention. Sur les fig. 1 et 2, on a représenté deux éléments d'échanges thermiques établis chacun conformément à l'invention et qui comportent - une base 1 coopérant avec un thermoélément 2, - des surfaces d'échanges thermiques 3 coopérant avec un fluide chaud ou froid, - et deux parois rigides 4 et 5 s'étendant chacune de part et d'autre dos surfaces d'échanges thermiques 3 et orientées dans I -*ns- ne circulition du fluide coopérant avec lesdites surfaces d'échanges thermiques 3 es surfaces d'échanges thermiques 3 peuvent être constituées par des ailettes ne perpendiculaires à la base Sur le fig. , les deux parois rigides 4 et 5 sont solidaies de la base , avantageusement en venant de fabrication avec la base t ; un couvercle 6, opposé à la base 1, est fixé sur ces deux parois rirides 4 et 5, par exemple grâce à un emboîtement languette 7 (ménagée dans le couvercle 6) et à rainure 8 (ménagée a l'extrémit- de chacune des deux parois rigides fi et 5). Sur la fi, g. 2, les deux parois rigides 4 et 5 sont solidai- res d'un couvercle 9, opposé a la base 4, avantageusement en venant de fabrication avec le couvercle 9 ; ces deux parois rigides - et R sont alors rendues solidaires de la base 4 grâce a un emboîtement à languette 10 (ménagée dans le couvercle 9) et 3 rainure Il ménagée à l'extrémité de chacune des deux parois rigides 4 et 5). Le couvercle 6 ou le couvercle 9 peuvent être agencés pour jouer le rôle de base et coopérer avec au moins un thermcélément. Les surfaces d'échanges thermiques 3, constituées par des ailettes 3a, peuvent être fixées sur la base 2 et le couvercle 6 ou o, cette fixation pouvant être obtenue par collage, soudage, brassage, encastrement, pIncement, etc... Sur la fig. 3, sur laquelle les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur les fig. 1 et 2, on a représenté un élément d'échange thermique double comportant deux bases 4, deux thermoéléments 2 coopérant respectivement avec les deux susdites bases 1, et deux parois rigides 4 et 5 partant de chacune des deux bases 1. Les extrémités, de ces parois rigides 4 et 5 sont fixées l'une sur l'autre, par exemple grâce à un emboîtement à languette 12 et raInure 1.3 ; avantageusement, les surfaces d' changes thermiques 3, qui peuvent être constituées par des a-- lettes 3a perpendiculaires aux deux bases 1 s'tendent sans discontinuité entre les deux bases 1. Comme indiqua précédemment, ces surfaces d'échanges ther miques 3 peuvent être fixées sur les deux bases par collage, soudage, brasage, encastrement, pincement, etc... Au cas ol les surfaces d'échanges thermiques 3 seraient en sous un- forme -Fre, il sert possible qu'elles soient fixées sur 'e parois rigides t et 5. Lorsque les surfaces d' charges thermiques 3 sont consti tues par des ailettes 3a ev afin d'obtoni: un espace régulier de ces ailettes 3a et de ménager 4 et à leurs extrémités une surface de contact plus Importante, ces ailettes 3a présentent, à leurs extrémité comme montré sur la fic 3a, une partie médiane repliée 3b et deux parties externes repliées 3-. La partie médiane 3b est relie perpendiculairement au plan de l'ailette et constitue la surface de contact servant à la fixation de l'a lette, et aux liaisons thermiques et electriques. Les deux parties externes 3c sont repliées suivant un angle aigu par rapport au plan de l'ailette pour former deux prolonge mentis obliques ç'tendant au-delà de la partie médiane 3b et servant à l'entretoisement des ailettes pour assurer leur espacement régulier. Sur l'un des côtés, le pli 3c de la première ailette 3a prend appui sur la paroi rigide correspondante et, sur l'autre coté, la dernicre ailette 3a prend appui sur un bossage 14, ménagé au niveau de ltemboltement 12-13 (fig. 3), ou sur deux épau lements 15-1G ménagés è la ,onction base-parois rigides (fig. 4 sur laquelle les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur la fig. 3). Sur les fig. 5 et 6 (sur lesquelles les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur la fig. 3), on a représenté une variante de l'invention selon laquelle le couvercle 6 est agencé pour jouer le rôle de base et comporte un rebord 17 venant se fixer sur les deux parois rigides 4 et 5 grâce à un emboîtement a languette 18 et rainure 19. Sur la fig. 6, la dernière ailette 3a prend appui sur un bossage 20, ménagé au niveau de l'emboîtement 18-19, et sur un épaulement 21, ménagé à la jonctIon hase-parois rigides. La fig. 7 représente un montage dit "en colonne" d'éléments d'échanges thermiques conformes à ceux montrés sur la fig. 3 le ou les éléments d'échanges thermiques, de part et d'autre desquels se trouvent les thermoéloments, ne sont pas isolés électriquement. Ces éléments d'échanges thermiques sont disposés de sorte que la circulation du flux froid et du flux chaud se fasse en courants croisés. La liaison électrique entre les thermoéléments est assurée par les bases 1 et les parois rigides 4 et 5 des éléments d'échanges thermiques. La fig. 8 représente également un montage dit en colonne" d'éléments d'échanges thermiques de deux types différents empilés alternativement - le premier type étant conforme à celui montré sur la fig. 3 avec les ailettes 3a des surfaces d'échanges thermiques perpen diculaires aux deux bases 1, - le second type étant analogue à celui montré sur la fig. 3 mais avec les ailettes 3a des surfaces d'échanges thermiques 3 parallèles aux deux bases 1, lesdites ailettes 3a étant fixées sur les parois rigides 4 et 5. La fig. 9 représente un montage dit "en pont" d'éléments d'échanges thermiques conformes à ceux montres sur la fig. 1 mais dont la base 1 comporte deux thermoéléments 2. Le ou les éléments d'échanges thermiques, de part et d'autre desquels se trouvent les thermoéléments, sont isolés électriquement par une couche isolante 22. La liaison électrique entre les thermoéléments est assurée par les deux bases 1 de ces éléments d'échanges thermiques. Les fig. 10 à 12 montrent des détails concernant la fixation des deux parties constitutives d'un élément d'échange thermique double tel que celui représenté sur la fig. 3. Sur la fig. 10, la fixation des parois rigides 4 et 5 11 une sur l'autre s'opère par des extrémités planes 23, par collage, soudage ou brasage. Sur la fig. ll, la fixation des parois rigides 4 et 5 l'une sur l'autre s'opère par un cliquetage d'une partie mâle dans une gorge en V 24 déportée vers l'intérieur. Sur la fig. 12, la fixation des parois rigides 4 et 5 l'une sur l'autre s'opère par un cliquetage d'une partie mâle dans une gorge en "V" 25 munie d'un renflement 26 et centrée dans le milieu de la paroi rigide considérée. Suivant la variante de l'invention montrée sur la fig. 13 (sur laquelle les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur la fig. 3) les surfaces d'échanges thermiques 3 se raccordent dans le même plan que. les parois rigides 4 et 5. Ces surfaces d'échanges thermiques 3 peuvent être consti tuées par des ailettes 3a perpendiculaires à la base 1, avantageusement venant de fabrication avec ladite base 1. Des emboîtements en V 27 et 28 sont prévus entre les deux parois rigides 4 et 5 et des emboîtements en "V" 29 et 30 sont également prévus entre les extrémités en regard des ailettes 3a. Suivant la variante de l'invention montrée sur la fig. 14 (sur laquelle les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur la fig. 3), les deux bases 1 et les parois rigides 4 et 5 associées forment un ensemble monobloc constitué par un profilé carré ou rectangulaire ; les éléments d'échanges thermiques 3 sont glissés à l'intérieur d'un tel profilé et peuvent être fixés aux deux bases 1 et/ou aux parois rigides 4 et 5. Le montage par paire illustré sur la fig. 15 (sur laquelle les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes organes que sur les fig. 3 à 6), correspond à la réunion de deux éléments d'échanges thermiques, du type de ceux illustrés sur les fig. 5 et 6, par un pont 31. Les deux bases 1 avec leurs parois rigides 4 et 5, sont constituées par des profilés en "U" et les deux couvercles 6, avec leur rebord 17 et leur pont 31, peuvent être constitués par un profilé spécial. Les fig. 16 à 22 montrent, en coupe, des éléments d'échanges thermiques réalisés avec des surfaces d'échanges thermiques 3 particulières. Ces surfaces d'échanges thermiques 3 sont plus complexes et plus fragiles que des ailettes mais elles présentent une grande surface d'échange ; leur application peut donc être envisagée dans le cadre de la présente invention étant donné que les surfaces d'échanges thermiques 3 sont parfaitement -protégées par les parois rigides 4 et 5 des éléments d'échanges thermiques. La fig. 16 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'échanges thermiques 3 sont constituées par une structure en nid d'abeilles avec cloisons 32 parallèles à la base 1 de l'élément d'échange thermique. La fig. 17 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'échanges thermiques 3 sont constituées par une structure en micro-ailettes ondulées. La fig. 18 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'échanges thermiques 3 sont constituées par une structure en nid d'abeilles avec cloison intermédiaire 33, paral N deux des côtes des hexagones de ladite structure et sé- parant en deux ces hexagones. Suivant une variante (non représentée) des réalisations illustrées sur e f n. 6 et te, on pourrait constituer les surfaces d'échanges therriques par une structure en nid d'abeilles classique La fig. 19 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'échanges thermiques 3 sont constituées par une structure en forme de carton ondulé. La fig. 20 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'echanges thermiques 3 sont constituées par une structure formée de nappes juxtaposées de métal déployé. suivant une variante non représentée de cette réalisation, on pourrait également constituer les surfaces d'échanges thermijues par une structure formée de nappes superposées de métal déployé après avoir pris la précaution d'Imposer à ces nappes une déformation leur conférant une dimension dans le sens perpendiculaire à la base de l'élément d'échange thermique. La fic 2 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'échanges thermiques 3 sont constituées par un em Filet d'ailettes parallèles à la base de l'élément d'échange thermique ; une telle structure est particuliffirement intéressante car elle présente l'avantage de permettre l'égouttement des condensats dans certaines conditions d'utilisation, notamment dans un montage e colonne flux croisés tel que celui montré sur la fig. 8. La fig. ?2 montre un élément d'échange thermique dans lequel les surfaces d'échanges thermiques 3 sont constituées par une ailette continue ondulée, par exemple en sinusoide, présentant la hauteur totale de l'élément d'échange thermique Cc1est-à-dlre sa distance qui sépare les deux bases). Sur les fig 23 a 27, on a représenté les différentes étapes d'un procédé de fabriration des éléments d'échanges thermiques. Selon ce procédé, - on dispose dans un profilé creux 37, avntageusement un profi- en en des surfaces d'échanges thermiques 3, par exemple constituées par des ailettes 3a encastrées dans des reinures 38 mé ovées dans le fond dudit profil' 37 (fig. 23 et 24), - on ferme le profilé creux en U 7 par un profilé e forme complémentaire 39, généralement plane, qui présente avantageusement des rainures 40 sembles aux rainures 38 ménagées dans le fond du profilé creux 37, ces 40 recevant l'extrémité cilettes 3 ; des moyens sont prévus pour maintenir ce profilé en en place (fi. 25), - on procède, d'une part, c la fixation des ailettes 3a sur les deux profilés 37 et 39, et, d'autre part, à la fixation des deux profilés l'un sur l'autre (par exemple par collage, soudage ou brasage - fig. 26), - et on procède à la fixation d'au moins un thermoélément 2 sur au moins l'un des côtes extérieurs du conduit d'allure parallé lfpipédique ainsi obtenu, côté qui sera le base 1 de l'élément d'échange thermique (fig. 27). Selon un mode de mise en oeuvre particulier de ce procédé, on procède ensuite à un enlèvement de matière partiel (ou total) sur les côtés de l'élément d'échange thermique qui sont perpendiculaires à sa base 1 (fig. 287. Finalement, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'éléments d'échanges thermiques qui sont remarquables par leurs caractéristiques numres ci-dessous - efficacité des échanges thermiques grâce aux surfaces d'é- changes thermiques importantes, - grande rigidité mécanique dans le sens perpendiculaire à leur base, - possibilit de montage suivant de multiples combinaisons, - facilité et faible prix de fabrication, - poids pouvant être réduit à une valeur minimale tout en respectant les conditions de rigidité. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Installation thermoélectrique comportant une pluralité d'éléments d'échanges thermiques comptenant chacun une base co- opérant avec au moins un thermoélément et des surfaces d'échanges thermiques rapportées sur cette base et coopérant avec un fluide froid ou chaud, caractérisée par le fait que chaque élément d'échanges thermiques comporte, en outre, deux parois rigides solidaires de la base et s'étendant de part et d'autre des surfaces d'échanges thermiques, ces deux parois rigides étant parallèles à la direction de circulation du susdit fluide. 2.- Installation thermoélectrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'il est prévu, pour chaque élément d'échanges thermiques, un couvercle opposé à la base et fixé sur les parois rigides, au moins un thermoélément coopérant avec le susdit couvercle. 3.- Installation thermoélectrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que chaque élément d'échanges thermiques comporte deux portions de profilés identiques se faisant face et fixées l'une à l'autre, chaque portion de profilé étant constituée par une âme,formant la base coopérant avec au moins un thermoélément, et par deux ailes formant les deux parois rigides. 4.- Installation thermoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la base d'un élément d'échanges thermiques est solidaire de la base d'un autre élément d'échanges thermiques. 5.- Installation thermoélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les surfaces d'échanges thermiques de chaque élément d'échanges thermiques sont constituées par des ailettes présentant, à leurs extrémités, une partie médiane repliée perpendiculairement au plan de l'ailette, et deux parties externes repliées suivant un angle aigu par rapport au plan de l'ailette pour former deux prolongements obliques s'étendant au-delà de la partie médiane. 6.- Procédé de fabrication des éléments d'échanges thermiques constituant une installation thermoélectrique, caractérisé par les étapes suivantes : - on dispose, dans un profilé creux présentant au moins une gouttière, des surfaces d'échanges thermiques, - on ferme la gouttière du profilé creux avec un profilé de forme complémentaire, - on procède, d'une part, à la fixation des surfaces d'échanges thermiques sur les deux profilés et, d'autre part, à la fixa tion des deux profilés l'un sur l'autre, - et on procède à la fixation d'au moins un thermoélément sur au moins l'un des côtés extérieurs du conduit d'allure parallé lépipédique ainsi obtenu, côté qui sera la base de l'élément d'échanges thermiques. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que l'on procède à un enlèvement de matière partiel ou total sur les côtés de l'élément d'échanges thermiques qui sont perpendiculaires à sa base.