Brevet FR2477780A1 — publié le 19810911

Changeurs de chaleur #our installations thermo-electricrues, et installations thermo-électriaues comportant de tels échan- aeurs. L'invention est relative, d'une façon générale, aux échangeurs de chaleur pour installations thermo-électriques comportant des thermo-éléments montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi chaude et une paroi froide. L'invention est également relative aux installations thermo-électriques comportant une pluralité d'échangeurs de chaleur selon l'invention. De telles installations peuvent être utilisées pour engendrer un courant électrique continu lorsque les parois chaude et froide sont maintenues à des températures différentes, ou, au contraire, pour maintenir les parois chaude et froide à des températures différentes lorsqu'un courant électrique continu circule dans les thermo-éléments, ce courant électrique pouvant être amené auxdits thermoéléments par les échangeurs de chaleur dont font partie les parois d'échanges thermiques. L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux échangeurs de chaleur pour ces derniers types d'installations, les thermo-éléments 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". En effet, les thermo-éléments sont de deux types, à savoir les thermo-éléments de type P qui transfèrent des calories dans le sens du courant, et les thermoéléments du type N qui transfèrent des calories dans le sens inverse du courant. Pour réaliser de telles installations, on a déjà proposé de leur faire comporter des échangeurs de chaleur comprenant chacun au moins une plaque de base coopérant, d'un côté, avec au moins un thermo-élément, et, de l'autre côté, avec des surfaces d'échanges thermiques baignées par un fluide à réchauffer, dit fluide chaud, ou un fluide à refroidir, dit fluide froid. Dans des échangeurs de ce type, il faut assurer des contacts thermiques et électriques munis de dispositifs interfaces permettant une rotation et un glissement de manière à éviter tout effort de cisaillement ou de traction sur les thermo-éléments. Ces contacts nécessitent, notamment, l'existence d'une pression élevée entre le thermo-élément et la plaque de base, pression élevée qui est engendrée par une force s'exerçant, dans l'installation thermo-électrique, perpendiculairement aux plaques de base. L'installation compte donc des moyens générateurs de force (tels que tirants, ressorts, cadres, etc...) pour soumettre les échangeurs de chaleur, qui peuvent être montés de diverses manières, à une force de compression dont l'intensité permet d'obtenir la pression nécessaire pour l'obtention de contacts thermique et électrique de grande qualité et éviter des efforts de cisaillement ou de traction sur les thermo-éléments. On se trouve alors en présence, dans l'installation thermo-électrique, d'un ou de plusieurs montages d'échangeurs de chaleur dans lesquels les constituants actifs (thermo-éléments et échangeurs de chaleur) sont soumis en permanence à cette force de compression. On conçoit que des problèmes se posent, dus notamment à des dilatations différentielles, à des vibrations provenant de l'environnement de l'installation, à des détériorations de thermo-éléments, à des diminutions dans le temps des qualités des contacts thermique et électrique entre les thermo-éléments et les plaques de base L'invention a pour but de remédier aux inconvénients résultant de ces problèmes. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur pour installation thermo-électrique qui permet de rendre les installations thermo-électriques moins sensibles aux problèmes de dilatations différentielles, de vibrations, de tenue mécanique des thermo-éléments, d'augmentation des résistances thermique et électrique au niveau des interfaces permettant des mouvements relatifs des pièces. L'échangeur de chaleur conforme à l'invention comporte au moins une plaque de base coopérant, d'un côté, avec au moins un thermo-élément, et, de l'autre côté, avec des surfaces d'échanges thermiques baignées par un fluide chaud ou un fluide froid, et il est caractérisé par le fait qu'il comporte, en outre, des moyens élastiques disposés et agencés pour que l'ensemble formé par la plaque de base et les surfaces d'échanges thermiques puisse subir des déformations élastiques, ce, grâce à quoi, il est possible de supprimer les dispositifs interfaces permettant un mouvement relatif des pièces et de rendre les installations thermo-électriques moins sensibles aux problèmes de dilatations différentielles, de vibrations, de tenue mécanique des thermo-éléments et d'augmentation des résistances des contacts thermique et électrique au niveau des interfaces, que les installations réalisées avec des échangeurs de chaleur classiques. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens élastiques sont constitués par au moins une structure déformable élastique coopérant avec les surfaces d'échanges thermiques de l'échangeur de chaleur. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens élastiques sont constitués par au moins une structure déformable élastique coopérant avec la plaque de base de l'échangeur de chaleur. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens élastiques sont constitués par la plaque de base de l'échangeur de chaleur qui est alors agencée, notamment en ce qui concerne sa forme et son matériau constitutif, pour présenter au moins une zone déformable élastique. 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 question ci-après. L'invention pourra, de toute façon, etre 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 modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. La fig. 1, de ces dessins, montre, en coupe, un échangeur de chaleur d'une installation thermo-électrique, ledit échangeur de chaleur étant établi conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. Les fig. 2 et 3 montrent, en coupe, deux variantes d'un échangeur de-chaleur d'une installation thermoélectrique, ledit échangeur de chaleur étant établi conformément à un autre mode de réalisation de l'invention. La fig. 4 est une coupe selon IV-IV fig.3. La fig. 5, enfin, montre, en coupe, un échangeur de chaleur d'une installation thermo-électrique, ledit échangeur de chaleur étant établi conformément à encore un autre mode de réalisation de l'invention. Une installation thermo-électrique du genre décrit ci-dessus comporte des échangeurs de chaleur 1 qui peuvent être constitués - par une plaque de base 2 à partir de laquelle s'étendent des surfaces d'échanges thermiques 3 (fig. 1,3 et 4), - par deux plaques de base 2a et 2b disposées parallèle ment et entre lesquelles s'étendent des surfaces d'é changes thermiques 3 (fig. 3 et 5). Chaque plaque de base 2, 2a, 2b coopère avec un thermo-élément 4 relié, par des moyens non représentés, à un circuit électrique de courant continu. Entre les surfaces d'échanges thermiques 3, qui peuvent notamment être réalisées sous forme de bras ou d'ailettes, circule le fluide chaud ou le fluide froid. Sur les fig. 1, 2, 3 et 5, les flèches F désignent le sens de circulation du fluide froid et les flèches C désignent le sens de circulation du fluide chaud. Si l'invention est appliquée aux installations génératrices de courant électrique continu, des moyens (non représentés) sont prévus pour faire circuler un fluide chaud et un fluide froid, et un circuit collecteur de courant (non représenté) est prévu pour recueillir le courant électrique délivré par chaque thermo-élément. Si l'invention est appliquée aux installations du type "pompe à chaleur", des moyens (non représentés) sont prévus pour faire circuler un courant électrique continu dans chaque thermo-élément et deux circuits aérauliques (non représentés) sont prévus, respectivement pour l'acheminement du fluide chaud et pour l'acheminement du fluide froid. Les échangeurs de chaleur sont alors montés, dans l'installation thermo-électrique, par l'intermédiaire l'intermédiaire de moyens générateurs de force tels que des tirants 5, pour soumettre les échangeurs de chaleur 1 a une force de compression dont l'intensité permet d'éviter tout effort de cisaillement ou de traction sur les thermoéléments et d'obtenir la pression nécessaire pour l'obtention de contacts thermique et électrique de grande qualité entre les thermo-éléments 4 et les plaques de base 2 ou 2a et 2b avec lesquelles ils coopèrent. L'échangeur de chaleur comporte des moyens élastiques, désignés d'une façon générale par le chiffre de référence 6, qui sont disposés et agencés pour que l'ensemble formé par les plaques de base 2 ou 2a et 2b et les surfaces d'échanges thermiques 3 puisse subir des déformations élastiques. Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur la fig. 1, les moyens élastiques 6 sont constitués par une structure déformable élastique 7 coopérant avec les surfaces d'échanges thermiques 3 de l'échangeur de chaleur 1. Cette structure déformable élastique 7 peut etre interposée entre les extrémités libres en regard des surfaces d'échanges thermiques 3 de deux échangeurs de chaleur 1. Il est alors avantageux d'avoir recours à des surfaces d'échanges thermiques 3 réalisées sous forme de bras. La structure déformable élastique 7 est avantageusement de forme quadrangulaire et elle peut etre constituée par une capacité fermée le long de ses quatre côtés et réalisée en tole d'acier (ou tout autre métal ou alliage ayant une limite classique élevée et une résistivité électrique faible). Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur la fig. 2, les moyens élastiques 6 sont constitués par une structure déformable élastique 8 coopérant avec les deux plaques de base 2a et 2b de l'échangeur de chaleur 1. Cette structure déformable élastique 8 peut être interposée entre les deux plaques de base 2a et 2b de l'é- changeur de chaleur 1. Il est alors avantageux d'avoir recours à des surfaces d'échanges thermiques 3 réalisées sous forme d'ailettes minces déformables et élastiques, qui sont de préférence bombées pour suivre les déformations élastiques de l'ensemble formé par les plaques de base 2a et 2b et les surfaces d'échanges thermiques 3. La structure déformable élastique 8 est avantageusement constituée par au moins une paroi 8a de forme ondulée et jouant le rôle d'un ressort ; cette paroi Sa s'étend parallèlement aux surfaces d'échanges thermiques 3, et elle est disposée dans le plan médian de l'échangeur de chaleur 1. Selon une variante du mode de réalisation montré sur la fig. 1, variante qui est illustrée sur les fig. 3 et 4, les moyens élastiques 6 sont constitués par une structure déformable élastique 8 coopérant avec les deux plaques de base 2 de deux échangeurs de chaleur 1. Cette structure déformable élastique 8 peut être interposée entre ces deux plaques de base 2 et les réunir ensemble, les surfaces d'échanges thermiques 3, des deux échangeurs de chaleur 1, se trouvant alors en regard, mais étant séparées par un jeu permettant à l'ensemble formé par les deux échangeurs de chaleur 1 de subir des déformations élastiques. Il est alors avantageux d'avoir recours à des surfaces d'échanges thermiques 3 réalisées sous forme de bras formant surface secondaire d'échange thermique. La structure déformable élastique 8 est avantageusement constituée par plusieurs bandes élastiques 8b, refermées sur elles-memes et fixées sur les deux plaques de base 2, respectivement des deux échangeurs de chaleur 1. Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur la fig. 5, les moyens élastiques 6 sont constitués par l'une des deux plaques de base 2a, 2b de l'échangeur de chaleur 1 , la plaque de base considérée est alors agencée, notamment en ce qui concerne sa forme et son matériau constitutif, pour présenter au moins une zone déformable élastique 9. Les surfaces d'échanges thermiques 3 sont alors avantageusement réalisées sous forme de barreaux s'étendant entre les deux plaques de base 2a et 2b de l'e- changeur de chaleur 1, un jeu étant prévu entre certains de ces barreaux et la plaque de base 2a, 2b comportant la zone déformable élastique 9 , ce jeu permet à l'échangeur de chaleur 1 de subir des déformations élastiques limitées. La plaque de base 2b considérée comporte avantageusement deux zones déformables 9a de part et d'autre de la zone d'appui du thermo-élément 4 ; ce sont donc pour les barreaux qui se trouvent au droit de cette zone d'appui que le jeu est prévu. 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 l.-Echangeur de chaleur pour installations thermoélectriques comportant au moins une plaque de base coopérant, d'un côté, avec au moins un thermo-élément, et, de l'autre côté, avec des surfaces d'échanges thermiques baignées par un fluide chaud ou un fluide froid, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, des moyens élastiques disposés et agencés pour que l'ensemble formé par la plaque de base et les surfaces d'échanges thermiques puisse subir des déformations élastiques, ce, grace à quoi, il est possible de supprimer les dispositifs interfaces permettant un mouvement relatif des pièces et de rendre les installations thermo-électriques moins sensibles aux problèmes de dilatations différentielles, de vibrations, de tenue mécanique des thermo-éléments, d'augmentation des résistances des contacts thermique et électrique entre les thermo-éléments et les plaques de base, que les installations réalisées avec des échangeurs de chaleur classiques. 2.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens élastiques sont constitués par au moins une structure déformable élastique coopérant avec les surfaces d'échanges thermiques de l'échangeur de chaleur. 3.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens élastiques sont constitués par au moins une structure déformable élastique coopérant avec la plaque de base de l'échangeur de chaleur. 4.- Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens élastiques sont constitués par la plaque de base de l'échangeur de chaleur qui est alors agencée, notamment en ce qui concerne sa forme et son matériau constitutif, pour présenter au moins une zone déformable élastique. 5.- Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la structure déformable élastique est interposée entre les extrémité libres en regard des surfaces d'échanges thermiques de deux échangeurs de chaleur. 6.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la structure déformable élastique est constituée par une capacité fermée. 7.- Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la structure déformable élastique est interposée entre deux plaques de base de l'échangeur de chaleur. 8.- Echangeur de chaleur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que la structure déformable élastique est constituée par au moins une paroi de forme ondulée, jouant le rôle de ressort, disposée dans le plan médian de l'échangeur de chaleur. 9.- Echangeur de chaleur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que la structure déformable élastique est constituée par au moins une bande élastique refermée sur elle-même, 10.- Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la plaque de base considérée comporte deux zones déformables de part et d'autre de la zone d'appui du thermo-élément.