Brevet FR2517815A1 — publié le 19830610

Perfectionnements atportés aux installations therrno-élec- triques Il'invcntion 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 entre utilisées pour engendrer un courant électrique continu lorsque les parois chaude et froide sont maintenues à des températures différentes ou, au contraire, pour extraire de la chaleur d'une paroi appelée "paroi froide" et en évacuer par une paroi appelée "paroi chaude", lorsqu'un courant électrique continu circule dans les thermo-éléments. L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux installations de ce dernier type, les thermo-éléments étant alimentés en courant électrique continu pour extraire de la chaleur d'une paroi froide et en évacuer par une paroi chaude. 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 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 faire coopérer chaque paroi, chaude ou froide, avec un tube chaud ou froid dans lequel circule un fluide chaud, C'est ainsi que l'on connaît des installations thermo-électriques comportant - un premier réseau de tubes chauds parallèles et dans lesquels circule un fluide chaud, - un second réseau de tubes froids parallèles, disposés parallèlement aux tubes chauds du premier réseau, et dans lesquels circule un fluide froid. les thermo-éléments sont alors montés, généralement avec interposition d'une paroi chaude et d'une paroi froide, entre les susdits tubes chauds et les susdits tubes froids0 Dans une installation de ce type, on prévoit des moyens de liaison mécanique pour maintenir entre eux les premier et second réseaux de tubes chauds et froids, et pour créer une force d'application entre les susdits tubes chauds et froids et les susdits thermo-éléments. Jusqu'à ce jour, les moyens de liaison mécanique connus faisaient appel à des solutions qui étaient plus ou moins complexes à réaliser, qui provoquaient des pertes de charge pour le fluide, qui posaient des problèmes d'étanchéité, qui introduisaient des résistances thermiques de contact au niveau des thermo-éléments, et qui ne présentaient pas une assez grande fiabilité de fonctionnement. Parmi ces solutions, on peut citer les suivantes - on prévoyait de disposer, transversalement aux tubes chauds et froids, des tiges assurant une force d'ap plication entre les susdits tubes chauds et froids et les susdits thermo-éléments (inconvénient de compliquer l'installation par une multiplicité de structures méca niques à l'intérieur des deux réseaux de tubes chauds et froids) - on prévoyait des tubes formés par une succession de tronçons rigides et de soufflets déformables suscepti bles d'absorber les déformations dues aux variations de température (inconvénient de nécessiter des liaisons étanches entre chaque tronçon rigide et chaque soufflet déformable, de présenter des risques de fuite, d'engen drer des pertes de charge pour le fluide) - on prévoyait de maintenir les thermo-éléments dans une carcasse rigide isolée thermiquement par rapport aux tu bes et d'interposer, entre les thermo-éléments et les tubes, des contacts glissants permettant des déplacements relatifs entre chaque thermo-élément et chaque tube (in convénient de provoquer une résistance thermique qui, de plus, risque d'augmenter pendant la durée d'utilisation de l'installation, et inconvénient d'être d'une réalisa tion complexe et coûteuse). Linvention a précisément pour but de prévoir des moyens de liaison mécanique qui ne présentent pas les inconvénient s rappelés ci-dessus à propos des solutions connues. Selon l'invention, les moyens de liaison mécanique permettent - de réaliser une installation simple dans laquelle l'espace intérieur occupé par les deux réseaux de tubes chauds et froids est libre de toute structure mécanique interne, - de conserver une continuité des tubes chauds et froids sans avoir recours à des tronçons de natures mécaniques différentes, donc d'éviter toute liaison étanche, d'éli miner les risques de fuite et de diminuer au maximum les pertes de charge pour le fluide, - d'obtenir des résistances thermiques faibles et constan tes dans le temps, - de diminuer le prix de revient en permettant une cons truction et un montage simples et peu coûteux (construc tion par couches de tubes de même température et montage par empilage de tubes identiques). Selon l'invention, l'installation comporte - un premier réseau de tubes chauds, disposés de façon pa rallèle, et dans lesquels circule un fluide chaud, - un second réseau de tubes froids, disposés de façon pa rallèle et dans un plan parallèle au plan des tubes chauds, et dans lesquels circule un fluide froid, - des thermo-éléments montés entre les susdits tubes chauds et les susdits tubes froids, - au moins deux structures mécaniques de liaison, dites structures chaudes, reliant les tubes chauds, respecti vement vers leurs deux extrémités, ces deux structures chaudes étant indépendantes des tubes froids, - au moins deux structures mécaniques de liaison, dites structures froides, reliant les tubes froids, respecti vement vers leurs deux extrémités, ces deux structures froides étant indépendantes des tubes chauds, et elle est caractérisée par le fait que des dispositifs de fixation sont prévus pour assurer une solidarisation transversale (perpendiculaire aux tubes chauds et froids) des structures chaudes et des structures froides situées à une même extrémité0 les dispositifs de fixation sont avantageusement agencés pour assurer, en plus d'une solidarisation transversale (perpendiculaire aux tubes chauds et froids), une selidarisation axiale (parallèle aux tubes chauds et froids) de structures chaudes et des structures froides. L'invention pourra, de toute façon, entre bien comprice à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont r#elatifs à des modes de réalisation préférés de l'in vention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif La figure 1 de ces dessins, est une vue en coupe schématique d'une installation thermo-électrique établie conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. La figure 2 es#t une vue en coupe partielle par un plan perpendiculaire à celui de la figure 1. la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une installation thermo-électrique établie conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention. l'installation montrée sur les figures 1 à 3 comporte des thermo-éléments 1, montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi d'échanges thermique#s chaude 2 et une paroi d'échanges thermiques froide 3. L'installation est du type pompe à chaleur" et les therm.o-éléments 1 sont alimentés par-une source de courant continu (non représentée) afin de maintenir les faces des thermo-éléments à des températures différentes. Chaque paroi d'échanges thermiques chaude 2 et froide 3 coopère respectivement avec un tube chaud 4 et avec un tube froid 5. L'installation comporte donc - un premier réseau de tubes chauds 4, s'étendant entre deux extrémités 4a, 4b, disposés de façon parallèle, et dans lesquels circule un fluide chaud, - un second réseau de tubes froids 5, s'étendant entre deux extrémités 5a, 5b, disposés de façon parallèle et dans un plan parallèle au plan des tubes chauds 4 du premier réseau, et dans lesquels circule un fluide froid. les thermo-éléments 1 sont montés entre les susdits tubes chauds 4 et les susdits tubes froids 5, avec interposition des parois d'échanges thermiques chaudes 2 et froides 3 correspondantes. Des moyens de liaison mécanique sont alors prévus pour créer une force d'application entre les susdits tubes chauds 4 et froids 5 et les susdits thermo-éléments 1. Ces moyens de liaison mécanique sont essentiellement constitués par : - au moins deux structures mécaniques de liaison, dites structures chaudes 6, 7, reliant les tubes chauds 4, respectivement vers leurs deux extrémités 4a, 4b, ces deux structures chaudes 6, 7 étant indépendantes des tu bes froids 5, - au moins deux structures mécaniques de liaison, dites structures froides 9, 10, reliant les tubes froids 5, respectivement vers leurs deux extrémités 5a, 5b, ces deux structures froides 9, 10 étant indépendantes des tubes chauds 4. Ceci étant, on prévoit des dispositifs de fixation 13 agencés pour assurer une solidarisation transversale c'est-à-dire dans un sens perpendiculaire aux tubes chauds 4 et aux tubes froids 5 - des structures chaudes 6, 7 et des structures froides 9, 10 situées à une même extrémité 4a, 5a ou 4b, 5b. A cet effet, et comme montré sur les figures 1 et 2, on peut avoir recours à une construction selon laquelle : - les structures chaudes 6, 7 sont constituées par des brides chaudes, reliant chacune les tubes d'une nappe de tubes chauds 4, - les structures froides 9, 10 sont constituées par des brides froides, reliant chacune les tubes d'une nappe de tubes froids 5, la dimension de ces brides cElaudes et froides dans le sens perpendiculaire au plan des tubes étant telle qu'il subsiste un jeu J entre deux brides chaude et froide adjacentes. les dispositifs de fixation 13 sont alors constitués par une pluralité de tiges agencées pour traverser les deux successions de brides chaudes et froides qui se trouvent respectivement aux deux extrémités 4a, 5a et 4b, 5b des tubes chauds 4 et des tubes froids 5. Des dispositifs d'isolation thermique 12 peuvent entre interposés entre les dispositifs de fixation 13 et les brides chaudes et froides Avantageusement, les brides chaudes 6, 7 et les brides froides 9, 10 peuvent etre réalisées sous forme de profilés. Avantageusement, les dispositifs de fixation 13 peuvent être agencés pour assurer, en plus d'une solidarisation transversale (dans le sens perpendiculaire aux tubes chauds 4 et aux tubes froids 5), une solidarisation axiale (dans le sens parallèle aux tubes chauds 4 et/ou aux tubes froids 5) des structures chaudes 6, 7 et des structures froides 9, 10. A cet effet, on peut avoir recours à une construction analogue à celle montrée sur la figure 1, les dispositifs de fixation 13, réalisés sous forme de tiges, étant alors agencés pour pouvoir résister au cisaillement et s'opposer aux déplacements axiaux relatifs entre les brides chaudes 6, 7 et les brides froides 9, 10. Cependant, on peut aussi avoir recours à la construction montrée sur la figure 3 et selon laquelle les brides chaudes 6, 7 présentent des surfaces d'appui 6a, 7a coopérant avec des surfaces de butée 9a, 10a prévues sur les brides froides 9, 10. Des moyens d'isolation thermique 12 peuvent entre in terposés entre les dispositifs de fixation 13, réalisés sous forme de tiges, et les brides chaudes 6, 7 et/ou les brides froides 9, 10. Si l'on prevoit une coopération brides chaudes 6, 7 brides froides 9, 10 par surfaces d'appui 6a, 7a et surfaces de butée 9a, 1osa, on peut prévoir entre lesdites surfaces d'appui 6a, 7a et de butée 9a, lova, d'autres moyens d'isolation thermique 12. Selon le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l'installation est particulièrement simple car l'espace intérieuroccupé par les deux réseaux de tubes chauds et froids est libre de toute structure interne de mise en compressi#on des thermo-éléments. De plus, un agen- cement particulier des dispositifs de fixation sous forme de tiges résistant au cisaillement permet de s'opposer aux déplacements axiaux relatifs entre les brides chaudes et froides, donc d'éviter les déplacements axiaux relatifs entre tubes chauds et tubes froids, donc d'éviter toute contrainte de cisaillement au niveau des thermo-éléments. Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur la figure 3, on obtient des avantages combinés résultant de l'absence de toute structure interne de mise en compression des thermo-éléments, et de la coopération entre elles des brides chaudes et froides évitant toute con trainte de cisaillement au niveau des thermo-éléments. De toute façon et quel que soit le mode de réalisation, l'installation présente en outre les avantages suivants : risques de fuite des fluides chauds et froids éliminés ; pertes de charge sur les fluides chauds et froids réduites ; obtention de résistances thermiques faibles et constantes dans le temps ; construction et montage simpies ; réalisation peu coûteuse. Par ailleurs, il est possible de réaliser des installations du type à tubes chauds et froids parallèles (correspondant aux modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 3) ou des installations du type à tubes croisés, c'est-à-dire à tubes chauds orthogonaux aux tubes froids, tout en restant dans des plans parallèles (installation non r#présent;e). R#WENDICATI0NS 1 - Installatíon thermo-électrique comportant : - un premier réseau de tubes chauds (4), disposés de façon parallèle, et dans lesquels circule un fluide chaud, - un second réseau de tubes froids (5), disposés de façon parallèle et dans un plan parallèle au plan des tubes chauds (4), et dans lesquels circule un fluide froid, - des thermo-éléments (1) montés entre les susdits tubes chauds (4) e-t les susdits tubes froids (5), - au moins deux structures mécaniques de liaison, dites structures chaudes (6, 7) reliant les tubes chauds (4), respectivement vers leurs deux extrémités (4a, 4b), ces deux structures chaudes (6D 7) étant indépendantes des tubes froids (5), - au moins deux structures mécaniques de liaison, dites structures froides (9, 10), reliant les tubes froids (5), respectivement vers leurs deux extrémités (5a, 5b), ces deux structures froides (9, 10) étant indépendantes des tubes chauds (4), et elle est caractérisée par le fait que des dispositifs de fixation (13) sont prévus pour assurer une solidarisation transversale (perpendiculaire aux tubes chauds et froids) des structures chaudes (6, 7) et des structures froides (9, 10) situées à une même extrémité (4a, 5a) ou (4b, 5b). 2 - installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que - les structures chaudes (6, 7) sont constituées par des brides chaudes-reliant chacune les tubes d'une nappe de tubes chauds (4), - les structures froides (9, 10) sont constituées par des brides froides reliant chacune les tubes d'une nappe de tubes froids (5), la dimension de ces brides chaudes et froides dans le sens perpendiculaire au plan des tubes étant telle qu'il sub sistebun jeu (J) entre deux brides chaude et froide adjacentes, et les dispositifs de fixation (13) étant constitués par une pluralité de tiges agencées pour traverser les deux successions de brides chaudes et froides qui se trouvent respectivement aux deux extrémités (4a, 5a) et (4b, 5b) des tubes chauds (4) et des tubes froids (5). 3 - installation selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les brides chaudes et froides. sont réalisées sous forme de profilés. 4 - installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les disposés tifs de fixation (13) sont agencés pour assurer une soli darisation axiale (parallèle aux tubes chauds# et/ou froids) des structures chaudes (6, 7) et des structures froides (9, 10). 5 - installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que les dispositifs de fixation (13) sous forme de tiges sont agencés pour pouvoir résister au cisaillement et s'opposer aux déplacements axiaux relatifs entre les brides chaudes (6, 7) et les brides froides (9, 10). 6 - installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que les brides chaudes (6, 7) présentent des surfaces d'appui (6a, 7a) coopénint avec des surfaces de butée (9a, 1osa) prévues sur les brides froides (9, 10). 7 - installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait: que des moyens d'isolation thermique (12) sont interposés entre les dispositifs de fixation (13) sous forme de tiges et les brides chaudes (6, 7) et/ou les brides froides (9, 10). 8 - installation selon la revendication 6, caractérisée par le fait que des moyens d'isolation thermique (12) sont interposés entre les surfaces d'appui (6a, 7a) et de butée (9a, 10a)0