Brevet FR2550324A1 — publié le 19850208

Perfectionnements apportés aux installations thermoélectriques a thermo-éléments interposés entre des conduits chauds et froids L'invention est relative aux installations thermoélectriques (installations de climatisation, ou installations génératrices de courant électrique) comportant des conduits chauds dans lesquels circule un fluide chaud et des conduits froids dans lesquels circule un fluide froid. Des manchons sont alors disposés pour être en contact avec les conduits chauds et/ou avec les conduits froids de façon à assurer la transmission de chaleur aux thermo-éléments (ou groupe de thermo-éléments). Des moyens mécaniques sont prévus pour maintenir en compression un ensemble de manchons et de thermo-éléments disposés en empilement. Un dispositif électrique assure le passage d'un courant électrique continu dans les therino-éléments,ce dispositif étant un générateur de courant continu s'il s'agit d'une installation de climatisation, ou un récepteur de courant continu s'il s'agit d'une installation génératrice de courant électrique. Dans de telles installations, on protège les thermoéléments contre les efforts de cisaillement dus aux dilatations différentes des conduits chauds et des conduits froids en ayant recours a différents moyens mécaniques qui peuvent être utilisés séparément ou simultanément, a savoir - des contacts mobiles glissants interposés entre les thermo-éléments et les conduits chauds et froids, - un bridage des conduits chauds et froids entre eux en assemblant les conduits chauds et les conduits froids a leurs extrémités, - l'adoption d'un métal a très faible coefficient de dilatation (genre INVAR) pour la constitution des conduits chauds et froids. Ces différents moyens présentent les inconvénients suivants - les contacts mobiles glissants présentent des résis tances thermiques et électriques importantes qui ré duisent beaucoup la puissance de l'installation (puis sance frigorifique pour une installation de climati sation, puissance électrique pour une installation génératrice de courant électrique) - le bridage des conduits chauds et froids entre eux demande des dispositifs complexes et coûteux qui, de plus, créent des by-pass thermiques - l'adoption d'un métal genre INVAR est coûteuse, exige un usinage compliqué car 1'INVAR se travaille mal, et surtout provoque des problèmes de corrosion à l'humidité qu'il faut combattre à l'aide d'enduits protecteurs pour les parties exposées à l'air et à l'aide de produits spéciaux mélangés à l'eau parcou rant les conduits : une telle solution ne peut donc que s'appliquer dans le cas d'une installation de climatisation dans laquelle l'eau circule en circuit fermé. La présente invention a pour but des dispositions qui remédient à ces inconvénients en prévoyant que les efforts de cisaillement dus aux dilatations des tubes soient encaissés par les moyens mécaniques maintenant en compression l'empilement de manchons et de thermoéléments, lesdits moyens mécaniques pouvant également permettre des glissements éventuels entre les conduits et les manchons. A cet effet, chaque manchon comporte, d'une part, une partie centrale coopérant avec les thermo-éléments et à travers laquelle passent les efforts de compression engendrés par les moyens mécaniques, et, d'autre part, une partie latérale entourant un conduit chaud ou un conduit froid. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, chaque manchon est formé par deux demi-manchons, les parties centrales de chaque demi-manchon étant en appui l'une contre l'autre, alors que leurs parties latérales, au moins au niveau des extrémités, sont séparées l'une de l'autre par un espace pour permettre un serrage efficace du conduit chaud ou froid qui se trouve comprimé malgré les différences de cotes existant le long de l'empilement de manchons et de thermo-éléments. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque manchon est formé par deux demi-manchons, les parties latérales de chaque demi-manchon étant articulées entre elles au niveau de leurs extrémités pour permettre un serrage efficace du conduit chaud ou froid, après ùne mise en compression de l'empilement de manchons et de thermo-éléments qui amène en contact les parties centrales de chaque demi-manchon. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, chaque manchon est monobloc, la partie latérale étant fendue à son extrémité et comportant, à cette extrémité, des moyens de serrage pour permettre unserrage efficace du conduit chaud ou froid, indépendamment de la mise en compression de l'empilement de manchons et de thermo-éléments. L'invention consiste, mises à part les dispositions dont question ci-dessus, 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, 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 modes de réalisation préférés de l'invention et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. La fig. 1, de ces dessins, est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique établie conformément à un premier mode de réalisation de l'invention. La fig. 2 est une coupe selon Il-Il fig. 1. La fig. 3 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique établie conformément à une variante de ce premier mode de réalisation. La fig. 4 est une coupe selon IV-TV fig. 3. La fig. 5 est une coupe partielle montrant une ins tallatioethermo-électrique établie conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention. La fig. 6 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique établie conformément à un troisième mode de réalisation de l'invention. La fig. 7 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique établie conformément à une variante de ce troisième mode de réalisation. La fig. 8 illustre schématiquement une forme d'exécution particulière d'un manchon de 11 installation thermoélectrique conforme à l'invention. L'installation montrée sur les fig. 1 à 7 comporte des conduits chauds I dans lesquels circule un fluide chaud et des conduits froids 2 dans lesquels circule un fluide froid. Des manchons 3 sont disposés pour être en contact avec les conduits chauds 1 et/ou les conduits froids 2 de façon à assurer la transmission,de chaleur aux thermo-éléments 4 (ou groupe de thermo-éléments). Selon les modes de réalisation illustrées sur les figures 1 à 6, le fluide chaud circulant dans les conduits chauds 1 et le fluide froid circulant dans les conduits froids 2 sont des fluides liquides. Les manchons 3 sont disposés pour être en contact avec les conduits chauds 1 et avec les conduits froids 2. Selon la variante illustrée sur la fig. 7, le fluide circulant dans les conduits froids 2 est un fluide gazeux, alors que le fluide circulant dans les conduits chauds I est un fluide liquide. Les manchons 3 sont disposés pour être en contact avec les conduits chauds 1, les conduits froids 2 comportant des échangeurs de chaleur 5. Des moyens mécaniques 6 sont prévus pour maintenir en compression un ensemble de manchons 3 et de thermoéléments 4 disposés en empilement Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 6, cet ensemble comporte alternativement des manchons 3 et dés thermo-éléments 4. Selon la variante illustrée sur la fig. 7, cet ensemble comporte la succession formée par les manchons 3, les thermo-éléments 4 et les échangeurs de chaleur 5. Un dispositif électrique 7 assure le passage d'un courant électrique continu dans les thermo-éléments 4, ce dispositif électrique 7 étant soit un générateur de courant continu (installation de climatisation), soit un récepteur de courant continu (installation génératrice de courant électrique). Chaque manchon 3 comporte, - d'une part, une partie centrale 3a coopérant avec les thermo-éléments 4 et à travers laquelle passent les efforts de compression engendrés par les moyens mécaniques 5, - et, d'autre part, une partie latérale 3b entourant un conduit chaud 1 ou un conduit froid 2. Selon le mode de réalisation illustré sur les fig. 1 et 2, et sur la variante montrée sur les fig. 3 et 4, chaque manchon 3 est formé par deux demi-manchons, les parties centrales 3a de chaque demi-manchon étant en appui l'une contre l'autre, alors que les parties latérales 3b de chaque demi-manchon sont séparées l'une de l'autre par un espace E-pour permettre un serrage efficace du conduit chaud 1 ou froid 2 qui se trouve comprimé malgré les différences de cotes existant le long de l'empilement de manchons 3 et de thermo-éléments 4. Conformément au mode de réalisation des fig. 1 et 2, chaque manchon 3 coopère avec un seul conduit chaud 1 ou froid 2. Conformément à la variante des fig. 3 et 4, chaque manchon 3 coopère avec deux conduits chauds 1 ou deux conduits froids 2. A cet effet, chaque demi-manchon comporte une partie centrale 3a et deux parties latérales 3b disposées symétriquement de part et d'autre de la partie centrale 3a. Selon une exécution constructive avantageuse, les parties centrales 3a de chaque demi-manchon sont brasées ou soudées l'une à l'autre après le serrage des moyens mécaniques 5 Selon le mode de réalisation illustré sur la fig. 5, chaque manchon 3 est formé par deux demi-manchons, les parties latérales 3b de chaque demi-manchon étant articulées entre elles au niveau de leurs extrémités pour permettre un serrage efficace des conduits chaud 1 ou froid 2, après une mise en compression de l'empilement de manchons 3 et de thermo-éléments 4 qui amène en contact les parties centrales 3a de chaque demi-manchon. Les parties centrales 3a de chaque demi-manchon sont alors avantageusement brasées ou soudées l'une à l'autre après le serrage des moyens mécaniques 5. De préférence, les deux demi-manchons sont articulés entre eux par l'intermédiaire d'un repli 3c de l'un entourant au moins partiellement une nervure 3d de l'autre. Selon le mode de réalisation illustré sur les fig. 6 et 7, chaque manchon 3 est monobloc, la partie latérale 3b étant fendue à son extrémité et comportant, à cette extrémité, des moyens de serrage 8 pour permettre un serrage efficace du conduit chaud 1 ou froid 2,. indépendamment de la mise en compression de l'empilement de manchons 3 et de thermo-éléments 4. Ce mode de réalisation permet, pour des raisons d'encombrement, soit de réaliser une installation dans laquelle les fluides chaud et froid sont liquides (fig. 6), soit de réaliser une installation (air-eau) dans laquelle l'un des deux fluides (froid) est gazeux, l'autre (chaud) étant liquide (fig. 7). Sur la fig. 8, on a représenté une forme d'exécution avantageuse de la partie -latérale 3b de chaque demimanchon : cette partie latérale 3b comporte un logement concave destiné à créer une pression suffisante sur le conduit chaud ou froid pour réduire la résistance thermique de contact, ce logement présentant, en section transversale, une allure semi-elliptique formée par deux segments inclinés S convergents et un arc de cercle R excentré, le rayon r de ce cercle, et l'excentrement e de ce cercle étant tels que le développement des deux segments S et de l'arc de cercle R soit égal à la demicirconférence du conduit chaud ou froid. De préférence, chaque segment incliné S présente une inclinaison comprise entre 750 et 850 par rapport au plan de séparation du demi-manchon. Sur la fig. 8, cette inclinaison est de 800. En ce qui concerne les moyens mécaniques 6, ils peuvent être constitués par un ou plusieurs tirants 6a traversant les parties centrales 3a des manchons 3 (fig. 1 à 4) ou par un ou plusieurs tirants 6a coopérant avec des étriers 6b si deux empilements de manchons et de thermo-éléments sont disposés de part et d'autre de ce ou ces tirants 6a (fig. 5 à 7). Un isolant électrique et thermique est interposé entre le ou les tirants 6a et les manchons 3. Finalement et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose d'-une installation thermo-électrique qui présente un certain nombre d'avantages dont les principaux peuvent être résumés par les points suivants - les manchons portant les thermo-éléments sont bloqués longitudinalement par les moyens mécaniques qui encaissent les efforts du cisaillement dus aux dilatations des conduits et qui permettent des glissements éventuels entre conduits et manchons ; - l'élasticité et la flexibilité des tubes constituant les conduits chauds et froids permettent de rattraper les différences de cotes de l'empilage des manchons et des thermo-éléments ; - les tubes constituant les conduits chauds et froids peuvent se dilater librement dans les manchons qui sont bloqués axialement par les moyens mécaniques ; ; - le serrage des manchons sur les tubes constituant les conduits chauds et froids assure une bonne transmission de la chaleur. REVENDICATIONS 1 - Installation thermo-électrique (de climatisation ou génératrice de courant électrique) comportant des conduits chauds (1) dans lesquels circule un fluide chaud, des conduits froids (2) dans lesquels circule un fluide froid, des manchons (3) en contact avec les conduits chauds (1) et/ou les conduits froids (2), des thermoéléments (4) coopérant avec les susdits manchons (3), des moyens mécaniques (6) maintenant en compression un empilement de manchons (3) et de thermo-éléments (4), et un dispositif électrique (7) assurant le passage d'un courant électrique continu dans les thermo-éléments (4), caractérisée par le fait que -chaque manchon (3) comporte une partie centrale (3a) coopérant avec les thermo-éléments (4) et à travers laquelle passent les efforts de compression, et au moins une partie latérale (3b) entourant un conduit chaud (1) ou froid (2). 2 - Installation thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque manchon (3) est formé par deux demi-manchons, les parties centrales (3a) de chaque demi-manchon étant en appui l'une contre l'autre, alors que leurs parties latérales (3b), au moins au niveau des extrémités, sont séparées l'une de l'autre par un espace (E) pour permettre un serrage efficace du conduit chaud (1) ou froid (2) qui se trouve comprimé malgré les différences de cotes existant le long de l'empilement de manchons (3) et de thermo-éléments (4). 3 - Installation thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque manchon (3) est formé par deux demi-manchons, les parties latérales (3b) de chaque demi-manchon étant articulées entre elles au niveau de leurs extrémités pour permettre un serrage efficace du conduit chaud (1) ou froid (2), après une mise en compression de l'empilement de manchons (3) et de thermo-éléments (4) qui amène en contact les parties centrales (3a) de chaque demi-manchon. 4 - Installation thermo-électrique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que chaque manchon (3) est monobloc, la partie latérale (3b) étant fendue à son extrémité et comportant, à cette extrémité, des moyens de serrage (8) pour permettre un serrage efficace du conduit chaud (1) ou froid (2), indépendamment de la mise en compression de l'empilement de manchons (3) et de thermoéléments (4). 5 - Installation thermo-électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée par le fait que la partie latérale (3b) de chaaue demi-manchon comporte un logement concave destiné à créer une pression suffisante sur le conduit chaud (1) ou froid (2) pour réduire la résistance thermique de contact, ce logement présentant, en section transversale, une allure semielliptique formée par deux segments inclinés (S), convergents, et un arc de cercle (R) excentré, la dimension de chacun de ces deux segments inclinés (S), le rayon (2) de cet arc de cercle -(R), et l'excentrement (e) de cet arc de cercle (R) étant tels que le développement des deux segments (S) et de 11 arc de cercle (R) soit égal à la demicirconférence du conduit chaud (1) ou froid (2). 6 - Installation thermo-électrique selon la revendication 5, caractérisée par le fait que chaque segment (S) présente une inclinaison comprise entre 750 et 850 par rapport au plan de séparation du demi-manchon. 7 - Installation thermo-electrique selon la revendication 2, caractérisée par le fait que chaque demimanchon comporte une partie centrale (3a) et deux parties latérales (3b) disposées symétriquement de part et d'autre de la partie centrale (3a), chaque manchon (3) ainsi constitué entourant, par les deux parties latérales (3b), deux conduits chaud (1) ou froid (2). 8 - Installation thermo-électrique selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les deux demimanchons sont articulés entre eux par l'intermédiaire d'un repli (3c) de l'un d'eux entourant au moins partiellement une nervure (3d) de l'autre. 9 - Installation thermo-électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les manchons (3) sont en contact avec les conduits chauds (1) et les conduits froids (2), les fluides chaud et froid circulant respectivement dans ces conduits étant liquides. 10 - Installation thermo-électrique selon la revendication 4, caractérisée par le fait que les manchons t3) sont en contact avec les conduits chauds (1) ou froids (2) dans lesquels circule un fluide chaud ou froid liquide, les conduits froids (2) ou chauds (1) dans lesquels circule un fluide froid ou chaud gazeux comportant des échangeurs de chaleur (5) insérés dans l'empilement de manchons (3) et de thermo-éléments (4).