Brevet FR2706679A1 — publié le 19941223

MACHINE DE FABRICATION D'UN CONVERTISSEUR THERMOELECTRIOUE, ET CONVERTISSEUR AINSI FABRIOUE L'invention concerne une machine de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique du type comportant une pluralité de thermocouples connectés en série, et elle concerne également un convertisseur thermoélectrique destiné en particulier à l'alimentation d'un récepteur radio à transistors. I1 est bien connu dans la technique qu'un convertisseur thermoélectrique constitué d'une pluralité de thermocouples dont les jonctions sont soumises à des températures différentes, permet de produire une énergie électrique par effet SEEBECK. En fonction des conducteurs qui sont utilisés pour constituer les thermocouples, il est nécessaire d'associer plusieurs centaines de thermocouples en série pour obtenir une tension de quelques volts aux bornes du convertisseur pour une différence de température de l'ordre d'une centaine de degrés Celsius entre les jonctions chaudes et les jonctions froides des thermocouples. Ces conditions peu favorables, auxquelles s'ajoute un prix de revient élevé du fait d'une fabrication quasi-artisanale, font que les applications de ces convertisseurs restent très limitées, au moins au niveau du grand public. La présente invention est basée essentiellement sur une technique de fabrication automatisée en grande série de ces convertisseurs, permettant de baisser très sensiblement leur prix de revient, et sur une application grand public de ces convertisseurs. Elle propose à cet effet une machine de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique comportant une pluralité de thermocouples connectés en série, caractérisée en ce qu'elle comprend un support mobile, des moyens de positionnement de tronçons de fils conducteurs sur ie support mobile, et des moyens de déplacement pas à pas de ce support successivement devant un poste de pose compre nant des moyens d'alimentation de deux fils conducteurs de nature différente et des moyens de coupe de tronçons de longueur prédéterminée de ces fils, un poste de soudure comprenant des moyens de soudure des extrémités d'un tronçon d'un fil aux extrémités de tronçons d'un autre fil pour former un thermocouple, un poste de pose de fils de liaison, comprenant des moyens de déroulement d'un fil électroconducteur, des moyens de coupe d'une longueur de ce fil et des moyens de soudure de cette longueur de fil sur une extrémité libre d'un tronçon de fil conducteur précité, et un poste d'enroulement comprenant des moyens d'amenée d'une bande de matière isolante sur ou sous l'ensemble de thermocouples réalisés, des moyens d'enroulement de cette bande et des thermocouples, et des moyens de pose d'un lien sur le rouleau obtenu. La machine selon l'invention permet de produire des thermocouples connectés en série à cadence élevée, par exemple de l'ordre de 30 à 40 convertisseurs à l'heure, chaque convertisseur comprenant 150 thermocouples (300 soudures) en série. Dans ces conditions, le prix de revient d'un convertisseur est relativement très bas. Selon une autre caractéristique de l'invention, le support mobile précité est un tapis convoyeur dont la face supérieure comporte des rainures transversales de réception des tronçons de fils, ces rainures étant de préférence orientées en zigzag sur la longueur du tapis. Avantageusement! le poste de soudure comporte des têtes multiples de soudure, alignées le long du support mobile et constituées par exemple de micro-torches à plasma. L'invention propose également un convertisseur thermoélectrique fabriqué au moyen de la machine définie ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend un enroulement serré d'un ensemble de thermocouples connectés en série et en zigzag et d'une bande de matière isolante telle que de la laine de verre ou analogue, et au moins un lien posé sur cet enroulement pour le maintenir serré. Avantageusement, cet enroulement comprend une extrémité axiale concave comportant les soudures chaudes et une extrémité axiale convexe comportant les soudures froides des thermocouples. Selon d'autres caractéristiques de l'Invention, le lien précité de l'enroulement peut comporter des moyens de fixation au-dessus du foyer d'une lampe-tempête, et les fils de jonction fixés aux extrémités de l'ensemble de thermocouples, peuvent être reliés à un connecteur d'alimentation électrique d'un récepteur radio à transistors. Le convertisseur thermoélectrique selon l'invention peut donc avantageusement être utilisé dans les régions peu ou non électrifiées, où les populations se servent de lampes-tempête pour s'éclairer dans la soirée, et permet alors de générer, à partir du flux de chaleur dissipé par une lampe-tempête, une énergie électrique suffisante pour alimenter un récepteur radio à transistors, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser les piles électriques habituellement prévues à cet effet. L'invention trouve une application particulièrement intéressante dans les pays à climat tropical humide, où la durée de vie des piles électriques est beaucoup plus faible que dans les pays à climat tempéré et où en général il est relativement difficile et coûteux de se procurer des piles de rechange. Ainsi, par l'intermédiaire des lampes-tempête qui sont d'un usage quasi-universel, l'invention permet à des populations réparties sur de vastes territoires non électrifiés et peu ou mal équipés en biens de service de recevoir des informations, des messages, des instructions, des avertissements, etc, qui sont émis à leur attention par un gouvernement, une organisation internatio nale, nationale ou régionale, etc. Un convertisseur thermoélectrique selon l'invention est par ailleurs utilisable avec toute source de chaleur dégageant une énergie thermique suffisante pour élever d'environ une centaine de degrés Celsius la température des jonctions chaudes des thermocouples par rapport à celle des jonctions froides. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique en plan d'une machine de fabrication de convertisseurs thermoélectriques selon l'invention La figure 2 est une vue de dessus, à plus grande échelle, d'une partie de la machine de la figure 1 La figure 3 représente schématiquement un convertisseur thermoélectrique selon l'invention connecté à un récepteur radio à transistors. On se réfère d'abord aux figures 1 et 2, qui représentent schématiquement les moyens essentiels d'une machine de fabrication de convertisseurs thermoélectriques selon l'invention. Dans ces figures, la référence 10 désigne un convoyeur comprenant un tapis ou une bande sans fin 12 passant sur des rouleaux 14 de guidage et d'entraînement pas à pas, la face supérieure de ce tapis comportant des encoches ou rainures transversales 16 agencées en V ou en zigzag pour recevoir chacune un tronçon de fil électroconducteur destiné à faire partie d'un thermocouple. Ces tronçons de fils sont fournis par des bobines 18 de fil électroconducteur qui sont disposées de part et d'autre du tapis 12, le fil d'une première bobine 18 étant par exemple un alliage nickel-cuivre à 45 % de nickel et 55 % de cuivre, et le fil de l'autre bobine 18 étant par exemple un alliage nickel-chrome à 90 % de nickel et 10 % de chrome, ces fils ayant un diamètre par exemple de l'ordre de 0,5 mm. Chaque bobine est associée à un dévidoir à galets 20 qui redresse le fil, qui en mesure une longueur prédéterminée et qui coupe le fil à cette longueur, la sortie de chaque dévidoir 20 aboutissant à un système 22 de guidage et de pose d'un tronçon de fil dans une rainure 16 du tapis 12, de telle sorte que les tronçons de fils disposés dans deux rainures consécutives sont de nature différente. Comme on le voit mieux en figure 2, chaque tronçon de fil peut avoir une longueur supérieure à celle de la rainure 16 où il est reçu, de sorte que ses extrémités 24 dépassent de part et d'autre du tapis 12. La machine comprend ensuite un poste 26 de soudure, comprenant deux têtes de soudure 28 de part et d'autre du tapis 12, agencées de telle sorte que les extrémités 24 des tronçons de fil passent au niveau de ces têtes de soudure lorsque le tapis 12 est déplacé vers l'avant dans le sens indiqué par la flèche 30. Ces têtes de soudure comprennent par exemple des groupes de microtorches à plasma équipées d'un générateur et d'un système de balayage d'argon, pour réaliser simultanément un certain nombre de soudures, par exemple compris entre 3 et 10, de chaque coté du tapis 12. Ainsi, au poste de soudure 18, les extrémités 24 adjacentes ou croisées des tronçons de fils sont soudées deux à deux, chaque soudure constituant une jonction d'un thermocouple. Le poste suivant 30 de la machine est un poste de pose de fils de liaison aux extrémités d'un ensemble de thermocouples. Les fils de liaison sont formés à partir d'une bobine (non représentée) de fil électroconducteur, qui est associée à un dévidoir à galets identique à ceux des bobines 18 des fils de thermocouples, permettant de dérouler et de redresser une longueur prédéterminée de fil de liaison, de couper ce fil à la longueur voulue et de l'amener en regard d'une extrémité d'un ensemble de thermocouples, au niveau d'une tête de soudure du même type que celles précédemment décrites Les fils de liaison sont habituellement pourvus d'une gaine d'isolation électrique, et l'on prévoit pour cette raison des moyens de dénudage de ces fils sur une longueur d'environ 10 mm au niveau des moyens de coupe La machine comprend ensuite, au-delà de l'extrémité avant du convoyeur 10, une bobine 32 sur laquelle est enroulée une bande ou un ruban 34 d'une matière électriquement et thermiquement isolante telle que de la laine de verre ou de la laine de roche, qui passe, en sortie de la bobine 32, sur un rouleau 36 pour être amené sous l'ensemble de thermocouples sortant du convoyeur 10 et passer ensuite dans une pince 38 d'enroulement, suivie d'un système 40 de coupe de la bande ou du ruban de matière isolante. Le poste suivant 42 de la machine comprend des moyens d'amenée et de pose d'un lien, tel qu'un cerclage métallique, sur le rouleau ainsi obtenu, qui peut ensuite subir au poste 44 une pulvérisation ou un dépôt d'un matériau réfractaire sur une de ses extrémités. Cette machine est utilisée de la façon suivante des tronçons de fils de nickel-cuivre et de nickel-chrome d'une longueur de 50 mm par exemple, sont disposés en alternance dans les rainures 16 du tapis 12 de telle sorte que leurs extrémités 24 se chevauchent ou soient sensiblement deux à deux adjacentes, après quoi ces extrémités chevauchantes ou adjacentes sont soudées l'une à l'autre par les têtes de soudure 28. Pour fabriquer un convertisseur thermoélec trique comprenant par exemple 150 thermocouples en série, chaque thermocouple comprenant une jonction chaude et une jonction froide, il faut disposer 300 tronçons de fils dans 300 rainures 16 consécutives, après quoi on laisse vides au moins deux rainures 16 consécutives qui définissent le début et la fin respectivement d'un ensemble de thermocouples. Chaque extrémité d'un tel ensemble de thermocouples reçoit un fil de liaison 46 qui lui est soudé et qui s'étend sur une longueur prédéterminée. Une bande ou un ruban de matière isolante (laine de verre ou laine de roche par exemple), est ensuite amené sous l'ensemble de thermocouples à la sortie du convoyeur 10, et est enroulé avec cet ensemble pour former un bloc cylindrique au moyen de la pince d'enroulement 38. Celle-ci est associée à des moyens de transfert qui la déplacent vers l'avant au cours de l'enroulement et qui la ramènent ensuite vers l'arrière. Lorsque l'ensemble de thermocouples a été entièrement enroulé avec la bande ou le ruban de matière isolante, cette bande ou ce ruban est coupé par le système 40, puis le rouleau obtenu reçoit au poste 42 un lien ou cerclage 48 de matière résistant à la chaleur. Avantageusement, ce cerclage 48 peut comprendre ou recevoir des pattes latérales 50 servant à sa fixation sur un objet approprié (tel qu'une lampe-tempête) comme représenté schématiquement en figure 3. Une extrémité du rouleau ainsi obtenu reçoit ensuite au poste 44 un revêtement de matériau réfractaire, cette extrémité correspondant aux soudures ou jonctions froides des thermocouples. Ensuite, un connecteur électrique 52 d'un type approprié peut être monté sur les extrémités libres des fils de liaison 46, ce connecteur électrique permettant par exemple le raccordement à un récepteur radio à transistors représenté schématiquement en 54 en figure 3. Comme on l'a représenté également en figure 3, les extrémités du rouleau obtenu en sortie de la machine de fabrication peuvent être l'une concave et l'autre convexe, notamment lorsque le convertisseur selon l'invention est destiné à être disposé au-dessus de la flamme d'une lampe-tempête, de telle sorte que les flammes de cette iampe et les gaz chauds de combustion viennent lécher davantage la face inférieure concave du convertisseur et lui cédent une plus grande quantité de chaleur. Par ailleurs, la forme convexe de la face supérieure du convertisseur améliore son refroidissement. Les formes incurvées des extrémités du convertisseur s'obtiennent facilement lors de l'enroulement, par déplacement axial de la pince d'enroulement 38. De façon globale, on peut augmenter le rendement du convertisseur de 30 à 40% en lui donnant des formes concave et convexe à ses extrémités chaude et froide comme précité, et en déposant sur son extrémité froide un revêtement réfractaire qui va s'opposer à l'établissement d'un équilibre thermique entre les deux extrémités du convertisseur. Lorsque le convertisseur selon l'invention est placé au-dessus de la flamme d'une lampe-tempête, la différence de température entre ses jonctions chaudes (inférieures) et froides (supérieures) est de l'ordre de 200 à 300 e C et permet d'alimenter correctement un poste radio à transistors d'un type classique, par exemple avec une tension de plusieurs volts et une intensité de courant de l'ordre d'un ampère, pendant plusieurs heures. De façon générale, trois opérateurs suffisent pour faire fonctionner la machine selon l'invention à cadence élevée et assurer une production qui autrement nécessiterait le travail de 900 personnes utilisant des machines individuelles de soudure automatique. Cela se traduit par une baisse très importante du prix de revient d'un convertisseur thermoélectrique. REVENDICATIONS 1. Machine de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique comportant une pluralité de thermocouples connectés en série, caractérisée en ce qu'elle comprend un support mobile (10), des moyens (16) de positionnement de tronçons de fils conducteurs sur le support mobile, et des moyens (14) de déplacement pas à pas de ce support successivement devant un poste de pose comprenant des moyens (18) d'alimentation de deux fils conducteurs de nature différente, des moyens (20) de coupe de tron çons de longueur prédéterminée de ces fils, un poste de soudure (26) comprenant des moyens (28) de soudure des extrémités d'un tronçon d'un fil aux extrémités de tron çons d'un autre fil pour former un thermocouple, un poste (30) de pose de fils de liaison, comprenant des moyens de déroulement d'un fil électroconducteur et de coupe d'une longueur de ce fil, et des moyens de soudure de cette longueur de fil sur une extrémité libre d'un tronçon de fil conducteur précité, et un poste d'enroulement comprenant des moyens (32,36) d'amenée d'une bande (34) de matière isolante sur ou sous l'ensemble de thermocouples réalisés, des moyens (38) d'enroulement de cette bande des thermocouples et des moyens (42) de pose d'un lien (48) sur le rouleau obtenu. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le support mobile (10) est un convoyeur à tapis (12) dont la face supérieure comporte des rainures transversales (16) de réception des tronçons de fils. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les rainures (16) sont orientées en zigzag sur la longueur du tapis (12). 4. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le poste (26) de soudure comporte des têtes (28) de soudures multiples, alignées le long du support mobile (10) et constituées par exemple par des micro-torches à plasma. 5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (44) de dépôt, par exemple par pulvérisation, d'un matériau réfractaire sur une extrémité de chaque convertisseur. 6. Convertisseur thermoélectrique, fabriqué au moyen de la machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un enroulement serré d'un ensemble de thermocouples connectés en série et en zigzag et d'une bande (34) de matière isolante telle que de la laine de verre ou analogue, et au moins un lien (48) posé sur cet enroulement pour le maintenir serre. 7. Convertisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit enroulement comprend une extrémité axiale concave comportant les soudures chaudes et une extrémité axiale convexe comportant les soudures froides des thermocouples. 8. Convertisseur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'extrémité axiale du convertisseur comportant les soudures froides est revêtue de matériau réfractaire. 9. Convertisseur selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le lien (48) de l'enroulement comporte ou reçoit des moyens (50) de fixation au-dessus de la flamme d'une lampe-tempête. 10. Convertisseur selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les fils (46) de jonction fixés aux extrémités de l'ensemble des thermocouples sont reliés à un connecteur (52) d'alimentation électrique d'un récepteur radio à transistors (54).