Brevet FR2346650A1 — publié le 19771028

L'invention se rapporte aux pompes à chaleur à effet Peltier et plus particulièrement au dégivrage des surfaces échangeuses thermiques froides. On sait que les pompes à chaleur basées sur l'effet Peltier sont généralement réalisées sous forme de batteries de couples thermoélectriques de signes opposés soudés entre eux, les sou. dures successives étant groupées alternativement au voisinage de deux surfaces en relation thermique avec les deux milieux respectifs entre lesquels doit s'effectuer un échange thermique. La différence de température entre la surface chaude et la surface froide est fonction de l'intensité du courant continu d'alimenta. tion de la batterie. Une batterie thermoélectrique apte à être réalisée industriellement à bon marché a été décrite dans le brevet français No. 74.19360 déposé le 5 Juin 1974 au nom de Georges Le Couturier pour "Pompe à chaleur thermoélectrique". Cette réalisation permet d'envisager une extension conZ sidérable des applications de batteries thermoélectriques de puissance, en particulier dans le domaine des climatiseurs. Le problème se pose alors1 lorsque la batterie est uti lisée comme générateur de froid, d'effectuer périodiquement le dégivrage de la surface radiante froide, le givrage perturbant considérablement le rendement thermique. Ce problème ne tétait pas posé jusqutici en pratique, dans le domaine des batteries thermoélectriques, celles-ci étant, du fait de leur prix de revient élevé, utilisées dans des domaines très limités et avec de faibles puissances. Dans le domaine des machines frigorifiques dynamo~ thermiques, on a résolu le problème du dégivrage des surfaces échangeuses froides en arrêtant la machine pendant le temps necessaire à cet effet. Cette solution conduisant à des temps de dégivrage qui peuvent être excessifs dans certaines applications, on accélère alors le dégivrage en chauffant lesdites surfaces par apport extérieur de calories, par exemple au moyen d'une régis~ tance électrique parcourue par un courant. Il est évidemment facile de transposer cette dernière solution pour l'appliquer aux dégivrages des surfaces échangeuse ses froides d'une pompe thermoélectrique. Elle présente cependant des inconvénients. En effet, la différence de température liée à l'effet Peltier n'étant plus maintenue entre les surfaces écran~ geuses froide et chaude pendant le dégivrage, la surface chaude a tendance à se refroidir jusqu'à la température atteinte par la surface froide. Dans les applications où cet inconvénient est important, la pompe est utilisée pour échauffer le milieu en con- tact avec la surface chaude. Dans tous les cas, les calories apportées par le chauffage extérieur sont dissipées dans le milieu en contact avec la surface froide, donc perdues. L'invention propose de supprimer ces inconvénients et d'apporter une solution particulièrement simple au problème du dégivrage des surfaces échangeuses froides des pompes à effet Peltier. Suivant l'invention, la pompe à effet Peltier comporte des moyens de superposer, au courant continu d'alimentation des couples thermoélectriques qui la constituent, un-courant alternatif de plus faible intensité, pendant le temps nécessaire au dé- givrage. Suivant un mode d'exécution préféré, ledit courant alternatif de dégivrage est obtenu par application d'une tension alternative aux diodes de redressement que comporte le dispositif normal d'alimentation continue des couples, l'agencement étant tel que seules les alternances de même polarité que le courant continu d'alimentation soient appliquées aux couples. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaitront clairement à la lumière de la descrip- tion ci-après. Au dessin annexé : La figure 1 illustre un montage avec alimentation mono- phasée, destiné aux puissances relativement faibles ; et la figure 2 représente un montage avec alimentation triphasée, destiné aux fortes puissances. A la figure 1, le dispositif normal d'alimentation de la pompe - laquelle est symbolisée par un seul te-rmoélément 1 comporte, de façon connue en soi, un transformateur 2 dont l'en- roulement primaire 3 est relié à une source d'alimentation monophasée et dont l'enroulement secondaire principal 4 est relié à une diagonale d'un pont redresseur à diodes 567-8. L'invention prévoit un transformateur auxiliaire 9 alimenté par une source alternative aux bornes de son enroulement primaire 10, dans lequel est prévu un interrupteur 12. L'enroulement secondaire Il est connecté en série avec le thermoélément 1 à la diagonale de sortie du pont de diodes. Dans la position d'ouverture I de l'interrupteur, l'enroulement Il n1 est pas alimenté et joue simplement le role d'une self de choc qui améliore le filtrage. Dans la position de fermeture II, une alternance sur deux de la tension d'alimentation appliquée à l'enroulement 10 est transmise au thermoélément. La position I de l'interrupteur correspond au fonctionnement normal de la pompe, puisque cellewci- est alors alimentée exclusivement en courant redressé, qui circule dans le sens de la flèche. On supposera, pour fixer les idées, que 11 effet Peltier porte alors la surface échangeuse froide de la pompe à -10 C et la surface échangeuse chaude à +200C. Pour dégivrer, l'interrupteur 12 est placé en position II. Ceci ne modifie pratiquement pas le fonctionnement du dispositif d'alimentation continue de la pompe. Par contre, l'alternance du courant qui circule dans l'enroulement 11 dans le sens de la flèche sous l'influence de la tension induite dans cet enroulement est transmise au couple par les diodes 5 et 6, l'aux tre alternance étant évidemment bloquée. Cela revient à superposer, au courant continu d'alimentation normale du couple, un courant alternatif de plus faible intensité. L'effet thermoélectrique s'en trouve réduit et, à titre d'exemple, la différence de température entre les deux surfaces échangeuses qui résulte de cet effet réduit sera de 200C. Cependant, en plus de l'effet thermoélectrique, il se ma- nifeste un effet Joule au sein des couples, qui a tendance à en élever rapidement la température. Dès que celle-ci dépasse légè- rement 0 du côté de la surface froide, un thermostat (non fi- guré, mais qui peut etre celui qui est normalement prévu sur l'appareil) provoque l'ouverture de l'interrupteur 12. A ce moment, la surface chaude se trouve aux environs de 30. Autrement dit, les calories résultant de l'apport d'énergie de dégivrage, au lieu d'être dissipées dans le milieu qui est en contact avec la surface froide, ont été transférées à la surface chaude. Dans les applications où celle-ci est utilisée pour échauffer le milieu avec lequel elle est en contact, ce résultat est particulièrement favorable. Dans tous les cas, l'apport calorifique résultant du dégivrage n'a pas pour effet d'échauffer le milieu qui est en contact avec la surface froide, ce qui serait nuisible au rendement thermique, et de porter la surface froide à une température inutilement élevée. L'équilibre thermique favorable est, au contraire, atteint très facilement, sous réserve que l'amplitude du courant alternatif de dégivrage soit convenablement dosée.Dans les dispositifs effectivement réalisés, cette amplitude atteint environ 20 ,' de l'intensité du courant continu normal d'alimentation. Dans la variante de la figure 2, la tension normale d'alimentation est fournie, à partir d'une source triphasée, par un redresseur composé des trois couples de diodes 13" 15-16 et 17-18. Lorsque l'interrupteur 20 est en position d'ouverture I, le thermoélément 19 est alimenté normalement en courant con- tinu. L'invention prévoit d'insérer, dans ce circuit d'alimentation classique, ltenroulement secondaire 21 d'un transfor- mateur 22 à l'enroulement primaire 23 duquel est appliquée une tension alternative. Lorsque l'interrupteur 20 est en position II de fermeture, llalimentation continue normale du thermoélément n'est pas modifiée, mais il s'y superpose les alternances de même polarité de la tension alternativelinduite aux bornes de l'enroulement 21, celles-ci étant transmises par les couples de diodes 18-17, 16-15, 13-14. Cette superposition, au courant continu d'alimentation normale des thermoéléments, dtun courant alternatif de plus faible intensité appliqué uniquement pendant l'opération de dégi- vrage, produit évidemment les mêmes effets que dans le mode d'e xécution de la figure 1, et avec les mêmes avantages. D'autres montages peuvent d'ailleurs être imaginés, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATI]NS 1. Dispositif d'alimentation pour pompe à chaleur a effet Peltier, comportant une source d'alimentation en courant continu des éléments thermoélectriques de la pompe, caractérisé par des moyens de superposer temporairement audit courant continu dlali- mentation, un courant alternatif de plus faible intensité, pen dans le temps nécessaire au dégivrage des surfaces échangeuses thermiques froides de la pompe. 2. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, comportant un redresseur à diode, caractérisé en ce que lesdits moyens comportent un montage appliquant une tension alternative auxdites diodes, de manière telle que seules les alternances de même pola rité que celle du courant continu d'alimentation soient appliquées aux éléments thermoélectriques. 3. Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caraco térisé par un interrupteur monté de façon à commander l'applica tion de ladite tension alternative et par un régulateur thermique commandant l'interrupteur pour qu'il interrompe cette application dès que la température desdites surfaces froides atteint une vae leur prédéterminée.