Brevet FR2481786A1 — publié le 19811106

Perfectionnements apportés aux installations thermoélectri#ues L'invention est relative, d'une façon générale, aux installations thermo-électriques comportant des thermoéléments montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi chaude et une paroi froide. De telles installations peuvent etre utilisées pour engendrer un courant électrique continu lorsque les parois chaude et froide sont maintenues à des températures diffé- rentes, 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 thermo- éléments par les échangeurs de chaleur dont font partie les parois d'échanges thermiques. L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux installations de ce dernier type dans lesquelles les thermo-éléments sont alimentés en courant électrique continu pour entretenir une différence de température entre deux parois chaude et froide. Une elle installation, appelée "pompe à chaleur", peut etre 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 thermo-éléments 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 un premier circuit pour la circulation d'un fluide à réchauffer ou à refroidir dit fluide "chaud" ou "froid" et un second circuit pour la circulation d'un fluide a refroidir ou à réchauffer dit fluide "froid" ou 'chaud". On conçoit que des problèmes de dilatation différentielle, d'isolement électrique, d'étanchéité se posent pour la réalisation de ces deux circuits surtout si l'un des deux fluides, ou les deux fluides sont constitués par un liquide. Pour résoudre ces problèmes, on a proposé de constituer tout ou partie d'au moins l'un des deux circuits par des éléments tubulaires raccordés entre eux par des soufflets élastiques de forte résistivité électrique mais on se heurte alors à des difficultés technologiques de réalisation dues notamment au nombre important de soufflets (plusieurs centaines par kW de froid par exemple). L'invention a précisément pour but de remédier aux inconvénients présentés par des installations thermo-électriques comportant un ou plusieurs circuits réalisés totalement ou partiellement par des éléments tubulaires. L'installation thermo-électrique conforme à l'invention comporte - un premier circuit pour la circulation d'un fluide chaud ou froid, - un second circuit pour la circulation d'un fluide froid ou chaud, - et une pluralité de thermo-éléments interposés chacun, isolément ou par groupe; entre deux parois d'échanges thermiques coopérant respectivement avec les deux susdits premier ou second circuits, et elle est caractérisée par le fait que l'une au moins des deux parois d'échanges thermiques appartient à, ou est rapportée sur, un manchon de contact entourant, ou entouré par, un tube continu constituant au moins en partie le circuit coopérant avec la paroi d'échanges thermiques en question, ce manchon de contact étant constitué en un matériau présentant des propriétés de bonne conductivité électrique et thermique, le tube continu étant constitué en un matériau présentant des propriétés d'isolation électrique. Dans le cas où le manchon de contact entoure le tube continu, celui-ci doit également présenter des propriétés de bonne conductivité thermique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de contact entoure le tube continu et comporte deux parois d'échanges thermiques opposées. Dans ce cas, il est avantageux de faire comporter au manchon de contact au moins deux zones déformables élastiques opposées, disposées (approximativement au moins) dans le plan de symétrie de part et d'autre duquel se trouvent les deux parois d'échanges thermiques opposées du manchon de contact. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le manchon de contact est entouré par le tube continu et comporte deux parois d'échanges thermiques opposées, la paroi du tube continu présentant la ou les découpes nécessaires pour que le ou les thermo-éléments puissent coopérer avec la paroi d'échanges thermiques considérée. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'etre question ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en meme temps et dont il sera plus explicitement question ci-apres. 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 de l'invention préférées, et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. La fig. I, de ces dessins, est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée suivant une première forme d'exécution de l'invention. La fig. 2 est une vue selon Il fig. 1. La fig. 3 montre, en coupe, une variante de l'installation illustrée sur les fig. 1 et 2. La fig. 4 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée suivant une autre forme d'exécution de l'invention. La fig. 5 est une vue selon V fig. 4. La fig. 6 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée Suivant encore une autre forme d'exécution de l'invention. La fig. 7 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée suivant encore une autre forme de réalisation de l'invention. La fig. 8 est une coupe selon VIII-VIII fig.7. Une installation thermo-électrique du genre "pompe à chaleur" comporte, comme montré sur les fig. 1 à 6, des thermo-éléments 4 montés entre deux parois d'échanges thermiques 11 dont l'une est une paroi chaude et l'autre est une paroi froide. Chaque thermo-élément 4 est alimenté en courant continu par des moyens non représentés. L'installation comporte, en outre, un premier circuit 12 pour la circulation d'un fluide chaud ou froid, et un second circuit 13 pour la circulation d'un fluide froid ou chaud. Les deux parois d'échanges thermiques 11 coopèrent respectivement avec les deux susdits premier circuit 12 ou second circuit 13. Cette paroi d'échanges thermiques 11 appartient à, ou est rapportée sur, un manchon de contact 15 entourant, ou entouré par, un tube continu 14 constituant, au moins en partie, le circuit 12 ou 13 coopérant avec la paroi d'échanges thermiques 11 en question. Ce manchon de contact 15 est constitué en un matériau présentant des propriétés de bonne conductivité électrique et des propriétés de bonne conductivité thermique (tel par exemple que cuivre, laiton ou alliage léger). Le tube continu 14 est, de préférence, constitué par un tube souple ; il est constitué en un matériau présentant des propriétés d'isolation électrique. Dans le cas où le manchon de contact 15 entoure le tube continu 14, celui-ci doit également présenter des propriétés de bonne conductivité thermique ; il peut alors etre constitué en matière plastique chargée ou non de poudre ou de fibres destinées à améliorer sa résistance mécanique tout en améliorant sa conductivité thermique. Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur les fig. 1 à 6, la manchon de contact 15 entoure le tube continu 14 et comporte deux parois d'échanges thermiques 11 opposées l'une à l'autre. Généralement ces parois d'échanges thermiques 11 appartiennent au manchon de contact puisque celui-ci entourant le tube continu 14 il ne se pose pas de problème constructif ou de montage. Sur les fig. 1 et 2, on a représenté une installation thermo-électrique dans laquelle les deux fluides sont des liquides. Le premier liquide (par exemple le liquide chaud) circule dans le tube continu 14 qui constitue le premier circuit 12, et le second liquide (alors le liquide froid) circule dans le tube continu 14 qui constitue le second circuit 13. Ces deux circuits de liquide 12 et 13 sont avantageusement agencés pour que la circulation s'y fasse à contre-courant, mais ils pourraient également etre agencés pour former des courants parallèles ou croises. La fig. 3 est une variante dans laquelle le manchon de contact 15 entoure deux tubes continus juxtaposés 14 ; sur cette fig. 3, les deux fluides sont des liquides et les memes chiffres de référence dési gnent les merles oraanes que sur les fig. 1 et 2. Dans les deux tubes continus 14, entourés par le meme manchon de contact 15, le liquide chaud ou froid considéré circule dans le même sens. Sur les fig. 4 et 5, on a représenté une installation thermo-électrique dans laquelle l'un des deux fluides (fluide chaud ou froid) est un liquide, et l'autre fluide (fluide froid ou chaud) est un gaz Le fluide liquide circule dans le tube continu 14 qui constitue le premier circuit 12, et le fluide gazeux circule dans le second circuit 13 qui comporte des surfaces d'échanges thermiques 3 (telles que des ailettes ou des barreaux) appartenant à des échangeurs de chaleur 1 qui peuvent comprendre, de p#art et d'autre de ces surfaces d'échanges thermiques 3, deux plaques de base 2a et 2b formant les parois d'échanges thermiques 11. Ces deux circuits liquides 12 et gazeux 13 sont avantageusement agencés pour que la circulation s'y fasse à contre-courant, mais ils pourraient également être agencés pour former des courants parallèles ou croisés. Sur la fig. 6, on a représenté une installation thermo-électrique dans laquelle les deux fluides sont des liquides, la caractéristique de cette installation résidant dans le fait que le manchon de contact 15 comporte deux zones déformables élastiques 16 et 17 disposées à l'opposé l'une de l'autre et situées (approximativement au moins) dans le plan de symétrie de part et d'autre duquel se trouvent les deux parois d'échanges thermiques 11 opposées du manchon de contact 15. Ces deux zones déformables élastiques 16 et 17 peuvent etre obtenues par un agencement du manchon de contact 15, notamment en ce qui concerne sa forme, son épaisseur et son matériau constitutif. Mais on peut également munir ces deux zones déformables élastiques d'éléments de rappel élastiques rapportés, tels que ceux montrés en 16a et 17a sur la fig. 6. Selon le mode e réalisation de l'invention îll#stIc--- sur les fig. 7 et 8, le manchon de contact 15 est entouré par le tube continu 14 et comporte deux parois d'échanges il thermiqueseopposées l'une à l'autre, la paroi de tube continu 14 présentant des découpes 14a nécessaires pour que les thermo-éléments 4 puissent coopérer avec les paroi's d'échanges thermiques 11 considérées. Ces parois d'échanges thermiques 11 peuvent appartenir au manchon de contact 15 ou y etre rapportées, selon les problèmes constructifs ou de montage qui se posent. De préférence, le manchon de contact 15, qui se trouve donc baigné par le fluide circulant dans le tube continu 14, est agencé pour jouer un rôle d'échangeur thermique avec ce fluide. A cet effet, le manchon de contact 15 présente des parties 15a dont les deux faces sont en contact avec le fluide en question. Selon la forme d'exécution montrée sur les fig. 7 et 8, le tube continu 14 présente une section transversale aplatie dont deux côtés opposés 14b et 14c sont plans et parallèles entre eux ; dans ces conditions, le man#chon de contact peut avantageusement présenter une section transversale quadrangulaire dont deux côtés opposés 15b et 15c sont appliqués sur les deux côtés plans 14b et 14c du tube continu 14, et dont les deux autres côtés opposés 15d et 15e forment les parties 15a baignées sur leurs deux faces par le fluide circulant dans le tube continu 14, ce fluide passant dans le manchon de contact 15 et entre le manchon de contact 15 et les deux côtés opposés 14d et 14e arrondis dudit tube continu 14. Dans le cas du mode de réalisation illustré sur les fig. 7 et 8, l'étanchéité peut etre réalisée par un joint d'étanchéité annulaire 18, entourant chaque thermoélément 4 (ou groupe de thermo-éléments), ce joint d'étanchéité annulaire étant mis en compression par les moyens (par exemple par des tirants non représentés) de mise en compression des thermo-éléments 4. Par rapport au mode de réalisation illustré sur les fig. 1 à 6, le mode de réalisation illustré sur les fig. 7 et 8 permet d'améliorer la conductance thermique entre les deux fluides et les thermo-éléments. Ceci étant, on conçoit que l'installation thermoélectrique conforme à l'invention est plus simple à construire et présente une meilleure étanchéité que les installations thermo-électriques classiques dans lesquelles on prévoyait une pluralité de soufflets pour assurer la continuité du ou des deux circuits parcourus par le fluide liquide. 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 thermo-électrique comportant - un premier circuit (12) pour la circulation d'un fluide réchauffé ou refroidi, - un second circuit (13) pour la circulation d'un fluide refroidi ou réchauffé, - et une pluralité de thermo-éléments (14) interposés chacun, isolément ou par groupe, entre deux parois d'échanges thermiques (11) coopérant respectivement avec les deux susdits premier ou second circuits, caractérisée par le fait que l'une au moins des deux parois d'échanges thermiques appartient à, ou est raspor- tée sur, un manchon de contact (15) entourant, ou entouré par un tube continu (14) constituant, au moins en partie, le circuit coopérant avec la paroi d'échanges thermiques en question, ce manchon de contact étant constitué en un matériau présentant des propriétés de bonne conductivité électrique et thermique, le tube continu étant constitué en un matériau présentant des propriétés d'isolation électrique. 2.- Installation thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tube continu (14) est constitué par un tube souple. 3.- Installation thermo-électrique selon la re vendication l ou 2, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) comporte deux parois d'échanges thermiques opposées. 4.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) entoure le tube continu (14) qui est alors constitué en un matériau présentant des propriétés de bonne conductivité thermique. 5.- Installation selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) entoure un seul tube continu (14). 6.- Installation thermo-électrique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) entoure plusieurs tubes continus (14). 7.- Installation thermo-électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) comporte au moins deux zones déformables élastiques (16) et (17) opposées disposées (approximativement au moins) dans le plan de symétrie de part et d'autre duquel se trouvent les deux parois thermoélectriques opposées du manchon de contact. 8.- Installation thermo-électrique selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les deux zones déformables élastiques (16) et (17) sont obtenues par un agencement du manchon de contact (15) en ce qui concerne sa forme, son épaisseur, et son matériau constitutif, 9 Installation thermo-électrique selon la revendication 8, caractérisée par le fait que ces deux zones déformables élastiques (16) et (17) comportent des éléments de rappel élastiques rapportés (16a) et (17a). lo.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) est entouré par le tube continu (14) dont la paroi présente une ou plusieurs découpes (14a) pour que le ou les thermo-éléments puissent coopérer avec la paroi d'échanges thermiaues considérez 11.- Installation selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) est agencé pour jouer un rôle d'échangeur thermique avec le fluide circulant dans le tube continu (14). 12.- Installation selon la revendication 11, caractérisée par le fait que le manchon de contact (15) présente des parties (15a) dont les deux faces sont en contact avec le fluide circulant dans le tube continu (14).