Brevet FR2537712A1 — publié le 19840615

ECHANGEUR THERMIQUE DESTINE A DES APPAREILS POUR CONDITIONNEMENT EN TEMPERATURE. La présente invention concerne un échangeur thermique fonctionnant sur le principe du thermo-siphon, destiné à équiper des appareils pour mise en température. Ce type d'échongeur convient particulierement bien aux appareils générateurs de chaud ou de froid et utilisant des couples thermo-electriques à effet PELTIER. I1 existe depuis longtemps- des réfrigérateurs ou réchauffeurs, ou les deux combines, fonctionnant par utilisation de couples thermo-electriques à effet PELTIER ces couples absorbent des calories sur une face et les rejettent sur l'autre face. Ce transfert de calories s'effectue à l'aide d'échangeurs en métal bon conducteur thermique. I1 existe deux types d'échangeurs : première ment, ceux transférant les calories avec l'air ambiant au moyen d'ailettes placées dans le flux d'air d'un ventilateur et deuxièmement, ceux transférant les calories avec un liquide, de l'eau en général, cette eau étant ensuite évacuée à l'e'gout. La présente invention apporte une amélioration notable aux systèmes d'échangeurs utilisés jusqu'à maintenant pour les raisons suivantes : dans le cas d'utilisation d'échangeur a air ventilé, la présente invention élimine le ventilateur qui est couteux, qui consomme de l'énergie, qui est bruyant et qui est susceptible de tomber en panne, arretant le fonctionnement de l'appareil. La présente invention élimine également l'échangeur à air aileté, qui est couteux, qui est d'une fabrication délicate et qui est susceptible de s'obstruer par les poussières déplacees par le ventilateur, arrêtant ainsi le fonctionnement de l'appareilO Dans le cas d'uiilisation d'échangeur a eau, la présente invention élimine cet -échangeur qui est coûteux, qui consomme de l'eau perdue, qui est susceptible d'arrêter le fonctionnement de l'appareil en cas de coupure d'eau, qui peut se boucher ou se détériorer à cause du calcaire ou de l'agressivité de l'eau utilisée. Cette invention se caractérise par les moyens mis en oeuvre, aussi bien dans leur ensemble que séparément et en particulier par un ou plusieurs échangeurs utilisant un fluide "caloporteur", destiné à transporter les calories vers un échangeur à air, fonctionnant par convection de l'air. Dans la description de l'échangeur thermique objet de l'invention, et dans l'explication de son fonctionnement, l'exemple décrit l'évacuation des calories de la face "chaude" d'un couple thermo-électrique à effet PELTIER. L'echangeur thermique, objet de l'invention, est constitué d'un circuit (16).- Ce circuit peut être étanche, scellé ou accessible. Il peut être sous pression ou non. Ce circuit peut être constitué de toute matière imperméable, par exemple, de l'aluminium ou des matières plastiques. Le cheminement de ce circuit peut avoir différentes formes. Ce circuit est rempli par un fluide coloporteur, par exemple de l'eau additionnée d'antigel ou d'autres produits Cet échangeur est constitué d'un tube (i o), la face chaude du couple thermo-électrique (1) est en contact thermique avec la base du tube (10), L'apport de calories.du couple thermo-électrique (1) chauffe le fluide caloporteur (3).Le chaufrage du fluide caloporteur diminue son poids volumique : ce fluide s'élève dans le tube (iO)-en déplaçant dans le sens de la flèche (7) la masse du fluide caloporteur. Du fluide froid se présente devant la face chaude du couple thermo-électrique (2), et se rechauffe en accentuant le déplacement du fluide cal o- porteur. Le fluide chauffé ####### monte dans le tube (10) et se présente en haut du circuit de l'échangeur (11). A ce moment, le fluide descend dans le sens de la flèche (7) et se refroidit par contact avec les ailettes (13). Une convection naturelle d'air s'établit dans le sens des flèches (8).Le fluide descend et se refroidit pour se présenter a' nouveau face à la face chaude du couple thermo-électrique (2), et la circulation du fluide caloporteur continue assurant l'évacuation des caloriesdis- persées par la face chaude du couple thermo-électrique (21. Au cours du refroidissement du fluide caloporteur, son poids volumique augmente activant d'autant la circulation de la masse du fluide caloporteur contenu dans le circuit. Dans une application inverse à la description, c'est à dire un apport de calories au couple thermoélectrique, les sens de circulation du fluide caloporteur et de l'air sont inversés, et la face froide du couple thermo-électrique se trouve alors vers l'emplacement (14). Dans une application utilisant deux échangeurs, un en contact avec la face froide et l'autre en contact avec la face chaude du couple thermo-électrique, l'emplacement du couple thermo-électrique se trouverait alors vers l'emplacement (15). La puissance des couples thermo-électriques étant assez faible, une circulation lente du liquide colo- porteur suffit à évacuer les calories, mais du fait de la masse de fluide contenu dans le circuit de l'échangeur, le fluide dispose de plusieurs minutes pour se refroidir et se présenter à nouveau devant la face chaude du couple thermo-électrique (2). Ce délai de plusieurs minutes permet à l'air ambiant de refroidir le fluide sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une ventilation forcée. En augmentant le volume du fluide caloporteur on augmente la durée du cycle de circulation du fluide caloporteur car le débit de ce fluide n'augmentera pas. Le refroidissement du fluide caloporteur se réalise par échange thermique avec l'air ambiant, soit par des tubes, soit par des surfaces avec laide d'ailettes ou non. Cet échangeur peut être réalisé en toutes matières. Le plan unique représente la coupe d'une petite enceinte réfrigérée équipée d'un échangeur thermique fonctionnant par thermo-siphon, conforme à l'invention. Légende annexe : (4) paroi intérieure en aluminium épais (5) isolant thermique (6) carrosserie (9) couvercle. La présente invention trouve son intérêt dans les applications concernant l'utilisation de couples thermo-électriques à effet PELTIER. Premièrement par l'élimination des échangeurs utilisés jusqu'à maintenant, échangeurs en métal massifs, dont l'usinage est coûteux. De plus, l'élimingtion du ventilateur destiné à pulser l'air traversant l'échangeur aileté, apporte les avantages suivants : élimination du coût du ventilateur, élimination de la consommation électrique du ventilateur, élimination de la seule pièce en mouvement de l'appareil réduisant énormément les risques de panne. Les applications pratiques sont nombreuses par exemple, des réfrigérateurs domestiques, de camping, placés sur des véhicules, des refroidisseurs de bouteilles pour les particuliers ou le laboratoire. D'une façon générale, l'échangeur objet de l'invention peut être utilisé dans toutes les applications utilisant des couples thermoélectriques à effet PELTIER. Dans le cas où des puissances caloriques plus importantes doivent être déplacées, la présente invention peut être équipée, dans le but d'améliorer ses performances, de systèmes permettant une circulation forcée de l'air ou du liquide caloporteur, ou les deux ensembles. La présente invention trouve également son application dans le cas de transir de calories qui demande fiabilité et simplicité, éliminant les ventilateurs et les risques d'encrassement des échangeurs à air. Dans le cas de refroidissement par eau, l'utilisation de la présente invention réduit notablement le coût d'exploitation par élimination de l'eau perdue. Le type d'échangeur décrit dans la présente invention ne se limite pas au transfer de calories de faible puissance, mais, suivant sa taille et sa conception, il peut etre utilise pour transférer toutes puissances caloriques. D'ailleurs les formes et dimensions des différents éléments pourront varier, ainsi que les matières utilisées pour leur fabrication, dans la limite des équivalents, sans changer pour cela la conception générale de l'invention qui vient d'être décrite. REVENDICATIONS 1 - Echangeur thermique (vis) utilisant un fluide caloporteur (3), fonctionnant par circulation naturelle. Les calories sont prises ou dispersées, suivant l'utilisation, par la face (13), grace à une convection naturelle de l'air (a). La face (13) peut etre équipée d'ailettes (13). 2 - Echangeur thermique, selon revendication 1, caractérisé par la possibilité d'absorber ou de rejeter les calories dans des enceintes de conditionnement en température. 3 - Echangeur thermique, selon revendications 1 et 2, caractérisé par la possibilité d'équiper une enceinte de conditionnement en température de deux échangeurs, objet de l'invention, l'un absorbant les calories, l'autre les rejetant. 4 - Echangeur thermique, selon revendications 1, 2 et 3, caractérisé par l'utilisation de fluide caloporteur (3). 5 - Echangeur thermique, selon revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par la possibilité de l'utilisation d'une circulation forcée de l'air (8) ou du liquide caloporteur (3), ou les deux ensemble.