Brevet FR2488552A1 — publié le 19820219

La présente invention se rapporte à un véhicu- le qui baigne dans un milieu ambiant, par exemple dans l'air atmosphérique, l'eau ou ces deux éléments et elle concerne plus particulièrement des moyens ou un procédé pour effectuer la réfrigération dans ce v.éhicule au moyen d'élément thermo-électrique comportant une face chaude et une face froide qui sont formées en appliquant un cou- rant continu entre ces faces. Dans le brevet US 4 107 934 et les brevets cités au cours de la procédure d'examen de celui-ci, on décrit des réfrigérateurs portables activés par un élé- ment thermoélectrique lui-même alimenté par une tension continue telle que celle dont on peut disposer dans un véhicule automobile, un bateau ou autre véhicule analo-t gue. Toutefois, ces réfrigérateurs portables ont l'incon- vénient de dégager une grande quantité de chaleur qui peut entraîner une gène et une perte d'efficacité lors- que l'appareil travaille dans un espace aonfiné tel que l'intérieur d'une automobile d'un avion ou d'un bateau. Un but de l'invention est de réaliser un ensemble combiné comprenant un véhicule et une unité thermo-électrique, dans lequel la chaleur dégagée par l'unité thermoélectrique soit dissipée dans le milieu - environnant. Un autre but de l'invention est de réaliser un groupe de réfrigération efficace pour un bateau. Un autre but encore de l'invention est de réaliser un ensemble du type précité dans lequel le refroidissement soit effectué par transfert de chaleur de la face chaude de l'unité thermo-électrique à. plusieurs milieux environ- nants. L'invention a encore pour but de réaliser un ensem- ble combiné du type décrit, dans lequel la transmission de la chaleur soit renforcée par la chaleur de vaporisa- tion de l'eau. L'invention a encore pour buts d' éliminer les inconvénient de la technique antérieure et obtenir les avantages qui seront décrits ci-après. L'invention a pour objet un véhiculi dans- un milieu ambiant tel que l'air atmosphér: et elle concerne plus particulièrement un disp un procédé pour effectuer la réfrigération à 1 ce véhicule en utilisant un élément thermo-élei présentant une face chaude et une face froide i activé par. l'application d'une tension continu deux faces, ce dispositif ou ce procédé comprei moyens de transfert de la chaleur ou respectiv phase de transfert de la chaleur, combinés à 1 chaude et à une paroi extérieure du véhicule p cette face chaude en conduisant la chaleur dég cette face à l'extérieur de la paroi extérieur tant dans le milieu qui baigne la face externe, paroi extérieure. Un mode de transfert préfére consiste à utiliser un puits de chaleur dont un contact direct d'échange thermique avec la de et dont une autre face est en contact dir thermique avec le milieu environnant. D'une f geuse le puits de chaleur est en aluminium ou tière conductrice de la chaleur équivalente, caloduc ayant une surface radiante en contact lieu environnant. L'invention s'applique de façon pa avantageuse à un bateau ou autre engin nauti cas le milieu ambiant est l'eau environnante. dans cet ensemble combiné un refroidissement parce que la température de l'eau environnant tuellement très inférieure à la température d re ambiante. Dans une forme de mise-en oeuvre tion, ladite autre face du puits de chaleur e plongée dans l'eau ambiante. Toutefois, il est quelquefois avan ladite autre face du puits de chaleur soit en avec l'air atmosphérique. Ceci est particulièr geux si la face exposée est disposée de manière à être léchée per l'eau, par exemple lorsque le bateau est immobile ou si cette face reçoit des projections d'eau, lorsque le bateau est en mouvement. La surface exposée est ainsi pé- riodiquement recouverte d'eau vaporisée et on peut obtenir un effet de refroidissement additionnel en mettant à profit la chaleur de vaporisation de l'eau. Ordinairement, le puits de chaleur extérieur est constitué par la coque du bateau de sorte que la. chaleurest transmise de la face chaude à l'eau environnante à travers la coque. Toutefois, le puits de chaleur extérieur peut éventuellement passer au-dessus du bord supérieur du bordé au tableau arrière de l'engin nautique, en particulier lorsqu'on utilise un caloduc comme puits de chaleur exté- rieur.- D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention appara!tront au cours de la description qui va sui- vre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exem- ple. la figure 1 est une vue en élévation latérale et en coupe transversale d'une forme de réalisation de l'in- vention; la figure 2 est une vue en élévation latérale et en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'invention la figure 3 est une vue en élévation latérale et en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 4 est une vue en élévation latérale et en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'intervention; la figure 5 est une vue de détail d'une variante de la forme de réalisation de la figure 4; la figure 6 est une vue en élévation latérale et en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 7 est une vue de détail d'une de réalisation du dispositif représenté sur la fig la figure 8 est une vue de détail d'une du dispositif représenté sur la figure 1; la figure 9 est une vue en élévation la en coupe transversale d'une autre forme de réalisa l'invention. Sur les dessins, l'invention est représ dans son application à un bateau ou autre engin na les dessins ne montrant qu'une partie de la coque rieure du bateau ou engin. Toutefois, il va de soi même construction peut également être utilisée po plication de l'invention à une automobile ou à un ou autre véhicule à moteur. Sur les dessins, on a les mêmes références pour désigner des éléments é lents. Sur la figure 1, on a indiqué en 10 une partie paroi extérieure de la coque d'un engin nautique d la coque est en-métal ou autre matière conductrice unité de réfrigération 12 comportant des parois is 14 est fixée à la coque 10 par des rivets 16 ou au moyens de fixation appropriés. Les parois isolante une forme correspondante à celle de la coque de so l'espace compris entre le compartiment principal 1 réfrigérateur et la coque est entièrement rempli d isolante sauf dans la région adjacente à la face c l'élément thermoélectrique. Dans le'compartiment principal 18 est d un compartiment auxiliaire 20 réalisé en aluminium matière analogue conductrice de la chaleur. Une pa de ce compartiment est pratiquement parallèle à la en 24 et, entre cette paroi et la partie 24 de la est disposé un élément thermoélectrique 26 maint compression entre la paroi 22 et la partie 24 de par des tirants 28 qui sont avantageusement faits d'une matière à faible capacité de transmission de la chaleur telle que de l'acier inoxydable ou du nylon. L'élément thermo-électrique 26 est connecté à une source de courant continu (non représentée)-confor- mément à la pratique classique dans cette technique. Lorsque ce courant est appliqué à l'élément thermo-élec- trique avec la polarité voulue, la face 30 s'échauffe et la face 32 se refroidit. La chaleur prélevée dans le compartiment principal 18 est ainsi transférée aux parois du compartiment auxiliaire 20 et, de là, à la paroi in- cliné 22 puis, à travers l'élément thermo-électrique, à la face chaude 30, puis à la partie 24 de la coque 10 qui, en combinaison avec le reste de la coque 10 et avec l'eau environnante, se comporte comme un puits de chaleur efficace. Dans cette variante, le réfrigérateur est pla- cé de telle manière que le niveau de l'eau se trouve au niveau représenté c'est-à-dire qu'il atteint à peu près le milieu de la partie 24 en regard de la face chaude de l'élément thermo-électrique 26. Le niveau de l'eau peut se trouver un peu plus bas mais il doit être tel que, sous l'effet des vagues la partie 24 soit périodiquement recou- verte d'une pellicule d'eau de manière qu'il se produise un transfert thermique direct à l'eau ét également une dissipation de chaleur sous la forme de la chaleur latente de vaporisation de l'eau. En plaçant le réfrigérateur à l'avant ou l'ar- rière on peut régler la partie exposée 24 de telle manière que, lorsque le bateau ou autre engin nautique est en mou- vement, de l'eau soit projetée sur la partie exposée 24, de manière à obtenir une plus forte évaporation, avec trans- formation de la chaleur en chaleur latente de vaporisation de l'eau par la ventilation de la partie mouillée. Le compartiment auxiliaire 20 joue le rôle d'un compartiment congélateur lorsqu'on utilise un élément thermo-électrique de la dimension voulue. Sur la figure 2, on a représenté une variante de réalisation de l'invention dans laquelle le transfert de la chaleur s'effectue vers une partie de la coque du bateau qui est située au-dessous du niveau de l'eau. L'uni- té de réfrigération comprend un coffre 34 en forme de boîte, ayant des parois isolées 14 qui sont fixées à la coque du bateau par des ferrures appropriées 36 et 37. Dans le fond du coffre est logé un puits de chaleur 39 comprenant une bride périphérique 40 adaptée pour être reçue dans un logement complémentaire du fond du coffre. Le puits de chaleur 39 présente une surface plane 42 adaptée pour être en contact face contre face avec la face froide 32 de l'élément thermoélectrique 44. L'autre face, c'est-à-dire la face chaude 30 de l'élément thermoélectrique 44 repose sur la surface supérieure plane 46 d'un élément 47 en forme de U qui présente des branches 48 et 50 dirigées vers le bas. La branche 50 est inclinée pour se conformer à la pente de la coque et elle est fixée à cette coque par des rivets 54 et la branche 48 comprend une partie 52 rabattue vers l'intérieur et qui se conforme également à la forme de la coque en ce point. A la branche et au prolongement 52 est fixée, par des rivets 54 ou autres organes analogues, une plaque métallique 56 de forme appropriée pour s'ajuster dans une découpe 58 pratiquée dans la coque. Cette plaque 56 comporte également des ailes de recouvrement 60 et 62 au moyen desquelles elle peut être fixée à la coque par des rivets 64. L'élément thermo-élec- trique 44 est mis en compression entre le puits de chaleur 39 et l'élément 47 au moyen de tirants appropriés 28, comme représenté sur la figure 1. -De cette façon, la chaleur est extraite du cof- fre isolant 34 et transmise à l'élément 47 en U et, de là, à la plaque métallique 56. L'élément 47 en U et la plaque métallique 56 forment donc en combinaison un puits de chaleur pour la face chaude de l'élément thermo-élec- trique 44 et on obtient un transfert efficace de la chaleur du fait que la plaque métallique 56 est en contact avec l'eau environnante. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir des ailettes de radiateur comme on devait en r prévoir dans les dispositifs de la technique antérieure. Sur la figure 3, on a représenté une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle un puits de chaleur extérieur est formé d'un élément en U 66 en alu- miniumou autre métal analogue conducteur de la chaleur qui est boulonné ou rivé ou fixé de toute autre façon à la coque du bateau, comme représenté en 67. Le puits de chaleur intérieur 39a comporte des ailes 68 qui font saillie laté- ralement et qui sont opposées à des ailes latérales 70 de l'élément en U 66 de sorte que les deux puits de chaleur peuvent être attirés l'un vers l'autre par des boulons 72 pour mettre l'élément thermo-électrique 44 a en compression entre les deux puits de chaleur, de la même façonque sur la figure 2. Les boulons 72 peuvent être faits d'un métal à faible contructibilité thermique ou encore ils peuvent être isolés du puits de chaleur intérieur 38 par des rondelles 74. Il peut également être quelquefois souhaitable d'inter- poser des rondelles Belleville 76 de manière à permettre de régler plus facilement la tension. Le coffre du réfrigérateur comprernd des parois isolantes 14 doublées au moins en partie d'un revêtement intérieur métallique 77 conducteur de la chaleur qui est en relation d'échange thermique avec le puits de chaleur inté- rieur 39a. On peut si on le désire prévoir un revêtement in- térieur analogue dans les autres variantes de l'invention. Sur la figure 4, on a également représenté une autre variante qui de même que l'exemple de la figure 2, est particulièrement bien adaptée pour des bateaux compor- tant une coque non métallique. Dans cette variante, le puits de chaleur intérieur est analogue à celui de la fi- gure 2 mais le puits de chaleur extérieur 78 est formé d'un bloc d'aluminium massif qui présente une face évidée ou chanfreinée 80 adaptée pour être ajustée dans un trou 82 de forme correspondante ménagé dans la coque 10 ou pour être fixé à cette coque par des vis appropriées 84 ou autres or- ganes de fixation appropriés. Dans cette variante, la chaleur est dissipée horizontalement de la paroi verticale arrière du compartiment 20 à l'atmosphère ambiante et la face 80 est placée de manière à être léchée périodiquement par l'eau ou à recevoir périodiquement des projections d'eau, pour faci- liter le refroidissement par utilisation de la chaleur latente de vaporisation de l'eau. La figure 5 montre une variante de la figure 4 dans laquelle la coque 10 est en aluminium ca métal ana- logue conducteur de la chaleur et le bloc 78a n'est pas encastré dans la coque mais simplement fixé à cette der- nière par des vis 84a. Sur la figure 6, on a représenté une variante de réalisation de l'invention dans laquelle la face chaude de l'élément thermo-électrique 44a est en contact face contre face avec une extrémité d'un caloduc 86. Le coffre proprement dit du réfrigérateur est supporté par des ferru- res appropriées 88 et 90 et le caloduc 86 fait saillie à travers une rondelle d'étanchéité 92 montée dans la coque 10. Le caloduc 86 est d'une construction bien connue, dans laquelle un tube creux est chemisé avec matière absorban- te 94 et partiellement rempli d'un solvant volatil ayant un point d'ébullition tel qu'il soit condensé à une températu- re supérieure à celle de l'eau environnante et évaporé aux températures obtenues sur la face chaude. De cette façon, le solvant vaporisé se condense à l'extrémité froide du calo- duc et il est renvoyé, par l'action capillaire des parois poreuses, à l'extrémité chaude o il est à nouveau vaporisé pour achever de cette façon un cycle dans lequel le trans- 248855e fert de la chaleur est renforcée par la chaleur latente de vaporisation du solvant. Sur la figure 7, on a représenté une variante de mode de fixation d'un caloduc ou d'un bloc d'aluminium. massif pour cette application. Le caloduc comporte une col- lerette périphérique 96 à son extrémité extérieure et un filetage mâle 98 à son extrémité intérieure. Un écrou de grand diamètre ou un écrou à oreilles 100 est vissé sur l'extrémité filetée 98 pour comprimer des garnitures d'étan- chéité 102 et 104 de manière à établir un joint efficacement étanche entre le caloduc 96 et la coque 10. Un puits de cha- leur 39b en forme de U ayant des brides 106 opposées aux brides 100 s'ajuste sur l'élànent thermo-électrique 44a qui est serré entre le caloduc et le puits de chaleur intérieur 39b par des boulons appropriés, de même que dans les autres variantes. Dans cette variante, la chaleur est transmise du compartiment principal au revêtement intérieur 76aY puis au puits de chaleur intérieur 39b d'o elle est transmise au caloduc 96 par l'élément thermo-électrique 44a de la façon déjà décrite plus haut. La figure 8 montre une variante du dispositif de la figure 1 dans laquelle une partie de la coque est découpée en 108 pour exposer directement la face chaude 24 de l'élément thermo-électrique au milieu ambiant. Une garni- ture d'étanchéité 110 est interposée entre la paroi interne - de la coque et la face chaude 24 pour empêcher l'eau de s'infiltrer à l'intérieur du bateau. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 9, la paroi externe de la coque 10 est munie d'un Duits de chaleur 114 ayant une tête 116 de plus grand diamètre adaptée pour être ajustée étroitement et de façon étanche contre la coque 112. Le puits de chaleur 114 est fileté et il e.st fixé contre la face interne de la coque par un écrou 118 qui est serré contre une garniture d'étanchéité annu- laire 121. Le puits de chaleur 114 présente une face inté- rieure plane 122 qui est en contact face contre face avec la face chaude 24 de l'élément thermo-électrique. La face froide 3 de cet élément est en contact face contre face avec une face plane d'un puits de chaleur intérieur 126 qui comporte des ailes 128 en saillie vers l'extérieur. L'élément thermoélectrique est mis sous compression entre les deux puits de chaleur par des vis 130 qui s'étendent de la rondelle 120 aux oreilles ou ailes 128. L'extrémité inté- rieure 132 du puits de chaleur intérieur 126 est en contact à plat, face contre face, avec la paroi intérieure terminale 134 du compartiment congélateur 20 et elle est fixdeà cette paroi par des vis 136 appropriées. Une porte appropriée 138 terme à la fois le compartiment principal 118 et le compartiment de congélateur 20. Lorsque l'invention est appliquée à un bateau ou autre engin nautique analogue, au lieu de traverser la coque, le puits de chaleur extérieur peut être disposé à cheval sur le bordé ou le tableau arrière en constituant ainsi un puits de chaleur extérieur en U. Dans ce cas, il est particulièrement avantageux que le puits de chaleur soit constitué par un caloduc ayant une extrémité en contact direct d'échange thermique avec la face chaude de l'élément thermoélectrique pour le transfert de la chaleur et l'autre extrémité en contact direct avec l'eau environnante pour la transmission de la chaleur. il R E V E N D I C A T I 0 N S 1) Véhicule adapté pour fonctionner en contact avec un milieu ambiant gazeux ou liquide et comportant une paroi extérieure qui comprend une partie externe adaptée pour être en contact avec ledit milieu ambiant gazeux ou liquide, ce véhicule comprenant intérieurement un appareil qui effectue une réfrigération au moyen d'un élément thermo-électrique 26, 44, 44a, qui comporte lui-même une face chaude et une face froide et-qui est adapté pour être activé par application d'une tension continue auxdites faces, ce véhicule étant caractérisé en ce que ladite face chaude est refroidie par transfert de la chaleur de cette face audit milieu ambiant avec lequel ladite partie externe de la paroi extérieure (10) est en contact. 2) Véhicule suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que le transfert de la chaleur est effectué par l'intermédiaire d'un puits de chaleur 24, 39, 47, 56, 66, 78, 114, dont une face est en relation d'échange thermique direct avec ladite face chaude et dont une autre face est en relation d'échange thermique direct avec ledit milieu ambiant liquide. 3) Véhicule suivant la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il est constitué par un engin nautique, ladite autre face étant située au-dessous de la ligne de flottai- son de l'engin entièrement baignée dais l'eau environnante. 4) Véhicule suivant la revendication 2, caracté- risé en ce qu'il est constitué par un engin nautique, ladite autre face étant placée de manière à ne pas être normalement baignée dans l'eau environnante mais à être exposée à la fois à l'atmosphère ambiante et à l'eau environnante pendant l'utilisation et le fonctionnement de l'engin nautique. ) Procédé pour effectuer une réfrigération 'dans un véhicule baignant dans d'un milieu ambiant liquide, au moyen d'un élément thermo- électrique26., 44 ayant une face chaude et une face froide et activé par application d'une tension continue entre lesdites faces, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir ladite face chaude en transférant la chaleur de cette face audit mi- lieu liquide qui baigne la face externe de la paroi exté- rieure. 6) Procédé suivant la revendication 5, caractéri- sé en ce que la chaleur est transmise par un puits de chaleur 24, 39, 47, 56, 66, 78, 114, dont une face est en relation d'échange thermique direct avec ladite face chaude pour la transmission de la chaleur tandis que l'autre face est en relation d'échange thermique direct avec ledit milieu liqui- de. 7) Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la chaleur est prélevée sur la dite face chaude, au moins en partie par transformation de cette chaleur -en chaleur de vaporisation. 8) Procédé suivant la revendication 7, caractéri- sé en ce que la chaleur est prélevée sur ladide face chaude par transformation de cette chaleur, au moins en partie, en cha- leur de vaporisation dudit milieu liquide baignant le véhi- cule. 9) Procédé suivant la revendication 6, caracté- risé en ce que ledit milieu baignant le véhicule comprend à la fois l'eau et l'air atmosphérique et en ce que l'eau est appliquée de façon intermittente sur ladite autre face, pour assurer un effet de refroidissement additionnel par vaporisation de l'eau sur ladite autre face. ) Procédé suivant la revendication 6, caracté- risé en ce que le puits de chaleur est constitué par un tube de chaleur (86, 96) dans lequel un liquide intermédiaire est vaporisé par échange de chaleur avec ladite face chaude et condensé par échange de chaleur avec ledit milieu liqui- de baignant le véhicule. 11) Véhicule comprenant une paroi extérieure en contact avec un milieu liquide environnant à la température ambiante, ce véhicule comprenant en combinaison une unité de réfrigération activée par un élément thermoélectrique, ce véhicule étant caractérisé en ce que la face chaude de l'élément thermo-électrique (26,44, 44a) est en contact face contre face avec un puits de chaleur formé dans ladite paroi extérieure (10) et en relation d'échange thermique par rapport audit milieu liquide environnant. 12) Véhicule suivant la revendication 11, carac- térisé en ce que la partie de la paroi extérieur (10) qui est en contact avec le milieu environnant est en matière conductrice de la chaleur et constitue, au moins en partie, ledit puits de chaleur extérieur. 13) Véhicule suivant la revendication 11, carac- térisé en ce que ledit puits de chaleur extérieur comprend un caloduc (86, 96) dont une extrémité est en contact face contre face avec la face chaude dudit élément thermo- électrique (44a) tandis que-l'autre extrémité est en rela- tion d'échange thermique avec ledit milieu environnant, de sorte qule la chaleur prélevée sur la face chaude est trans- férée audit milieu environnant par vaporisation et conden- sation d'un liquide intermédiaire contenu dans le dit calo- duc. 14) Véhicule suivant la revendication 11, carac- térisé en ce que le puits de chaleur extérieur s'étend à tra- vers ladite paroi extérieure (10) et est en contact avec le milieu environnant. ) Procédé suivant l'une quelconque des revendi- cations 5 et 11 caractérisé en ce que ledit puits de cha- leur est solidaire de la paroi extérieur (10). 16) Véhicule suivant la revendication 11, carac- térisé en ce que la surface externe de la paroi extérieure (10) est formée d'une matière non conductrice de la chaleur, et en ce que le puits de chaleur s'étend à travers ladite paroi extérieure, est en contact avec le milieu environnant et est solidaire de la paroi extérieure.