Brevet FR2730346A1 — publié le 19960809

DESCRIPTIF La présente invention a pour objet A titre de produit industriel nouveau, un thermocouple dont la jonction est réalisée par deux matériaux thermoélectriques soumis chacun A une température difiérente et constitue ainsi une jonction bitherme. On connaît déjà des thermocouples constitués par deux branches réalisées chacune dans un matériau thermoélectrique reliées entre elles à l'une de leurs extrémités par une soudure. Lorsqu'on soumet cette soudure A une température uniforme mais différente de celle régnant dans les branches A l'extrémité opposée â ladite soudure, il apparat une force électromotrice dans un circuit électrique reliant les extrémités libres desdites branches. Il s'agit ici d'une jonction monotherme. Conventionnellement, la jonction est appelée soudure, mais elle peut n'être qu'un simple contact entre les deux matériaux thermoélectriques. Les deux matériaux peuvent être deux métaux ou alliages métalliques dont l'un est par exemple du fer et l'autre du constantan. Les deux matériaux thermoélectriques peuvent aussi être deux semi conducteurs P et N. On peut utiliser pour les branches tout élément ou molécule ayant un pouvoir thermoélectrique l'un par rapport à l'autre. En résumé, dans tous les thermocouples actuellement connus, on soumet la soudure à une température uniforme. Les thermocouples actuels présentent des inconvénients dont, notamment l'utilisation d'une matière coûteuse pour la fabrication des branches qui doivent avoir une certaine longueur pour optimiser les rendements énergétiques. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et se rapporte à un thermocouple dont les deux branches sont chacune soumises â une température différente. L'invention sera bien comprise en se référant à la description ci-dessous ainsi qu'aux dessins annexés dont La figure 1 représente pour mémoire le principe d'un thermocouple classique dont les branches sont réalisées par des semi conducteurs. La figure 2 représente la présente invention réalise en semi conducteurs. La figure 3 représente la présente invention utilisant uniquement des semi conducteurs au niveau de la jonction. La figure 4 représente la présente invention dont les thermocouples sont branchés en série. La figure 5 représente une mise en oeuvre industrielle de la présente invention. La figure 6 représente la présente invention comportant plusieurs couches de l'un des cotés de la jonction. La figure 7 montre une mise en oeuvre pratique de la présente invention, préférentiellement pour un usage de laboratoire. ainsi, en (1) et (2) sont représentées les branches P et N du thermocouple. La branche (1) est soumise une température TI tandis que la branche (2) est soumise à une température T2. En (3) est représentée la jonction des deux branches. En (4) est représenté un circuit électrique du thermocouple et en (5) une charge constituée par une résistance. Lorsque le circuit électrique est fermé et les deux branches du thermocouple respectivement portées à une température différente, une F.em. apparaît dans le circuit. En (6) est représenté une mince couche de semi conducteur P déposée sur l'extrémité de l'une des branches (7) du thermocouple, en (8) est représenté une mince couche de semi conducteur N déposée sur l'extrémité de l'autre branche (9) de ce même thermocouple. Avec le montage représenté sur la figure 3, on obtient le même résultat qu'avec le montage comme représenté sur la figure 2, mais en n'utilisant qu'une partie infime de semi conducteur. On peut aussi selon la présente invention réaliser un montage en série de plusieurs thermocouples. Ainsi, en (10), (11), (12) et (13) sont représentées plusieurs branches en enfilade entre lesquelles se trouvent des couches minces de semi conducteur (14) et (15). On peut aussi selon la présente invention réaliser un montage en série des thermocouples en disposant sur une plaque métallique (16) une couche isolante (17). Sur cette couche (17) sont collés des pavés conducteurs électriques (18). A l'extrémité de chaque pavé est déposé une couche de semi conducteur P Un deuxième montage similaire est disposé en face du premier, mais avec des semi conducteurs N. Enfin, ce dernier montage peut être réalisé avec des matériaux très fins, soit l'épaisseur d'un film qui peut à son tour être rigide ou flexible. On peut encore monter le présent thermocouple sur un support (19) muni de deux plateaux (20) et (21). Sur chacun de ces plateaux est fixé un isolant (22) et (23) et sur chaque isolant est disposée une autre plaque dont l'une (23) est une source de chaleur et l'autre, un puits de chaleur (24). Sur chacune de ces plaques est fixé un pavé (25) et (26), conducteur électrique. Sur chaque extrémité de chaque pavé est disposé un semi conducteur dont l'un est un P et l'autre un N. Au moins l'un des deux pavés comporte au moins un rétrécissement (27) à au moins l'une de ses extrémi- tés. Lé présent montage est particulièrement intéressant pour l'étude en laboratoire de la jonction bitherme. Le système selon la présente invention est réversible, ainsi on peut obtenir du chaud ou du iroid en appliquant un courant électrique aux branches du thermocouple. La présente invention comporte de nombreux avantages dont Prix de revient très bas, malgré l'utilisation de matériaux thermoélectriques coûteux, du fait de la faible quantité de ces matériaux utilisés. D'où la possibilité d'étudier des matériaux extrêmement onéreux qui n'ont pas encore fait l'objet d'études approfondies, eu égard à l'absence de débouchés industriels, justement à cause de leur coût. Le rendement énergétique est plus élevé dans le thermocouple selon la présente invention, que celui des thermocouples classiques. Un autre avantage important réside dans le fait que la présente invention ouvre de nouveaux champs d'investigation pour l'étude en laboratoire des phénomènes thermoélectriques. 3n effet, les observations et les études sur une jonction bitherme sont plus instructives et plus pratiques que celles effectuées sur une jonction monotherme. D'autre part, la/ou les couches minces à la jonction, ouvrent également de nouvelles voies de recherche très intéressantes. Ainsi, on peut disposer les polarités et les sources et puits de chaleur de manière à faire correspondre l'effet Thoinson à la température des deux thermoéléments, ou 1 1inverse. L'effet Peletier est également plus aisb à étudier sur une jonction bitherme. Pour la constitution du matériau des branches, dont, l'extrémité cté jonction est recouverte de substance thermoélectrique, on ne tiendra compte que des paramètres conduction thermique et conduction électrique. Le troisième paramètre nécessaire dans les thermocouples monothermes, à savoir le pouvoir thermoélectrique n'intervient pas ici. Par contre, dans le matériau de jonction, il a toujours une importance capitale, la conduction thermique, une importance plus limitée, de meme que la conduction électrique qui bénéficie des phénomènes de proximité, sous réserve toutefois que ces matériaux thermoélectriques soient déposés en couche mince. On voit donc dans ce qui précède, que les relations mathématiques qui régissent une jonction bitherme ne sont pas les mimes que celles qui régissent let jonctions monothermes. La présente invention n'est pas limitée à la description ci-dessus qui constitue seulement un exemple d'application auquel on peut apporter de nombreuses modification6, sans pour autant sortir de son champs d'application. Ainsi, les branches du thermocouple peuvent avoir toutes sortes de formes réalisées en toutes sortes de matières, composées de plusieurs matières successives, disposées de toutes les sortes, recevant de la chaleur ou du froid, par tout moyen, avoir toutes configurations identiques par ailleurs, mais en dehors de la spécificité de la présente invention, au montage et à l'agencement des thermocouples à jonction monotherme classique. On peut aussi rernplacer l'un ou les deux semi conducteurs par des métaux ou alliages métalliques tels que le fer ou le constantan ou par tout autre élément ou molécule simple ou complexe, organique ou minérale, dans l'état où on les trouve dans la nature ou dans l'état où on les a mis après un ou des traitements. L'une des branches peut être réalisée en charbon, à l'instar de celui utilisé dans les piles électriques. REVENDICATIONS 1) Thermocouple constitué par ceur branches réalisées chacune avec un matériau ayant un pouvoir thermoélectrique avec le matériau utilisé cans l'autre dite branche, les deux cites branches se touchent à l'une de leurs extrémités pour constituer une jonction, ledit thermocouple comporte encore une source de chaleur r et un puits de chaleur, caractérisé, - en ce que chacune des deux dites branches dudit thermocouple est soumise à une température différente de l'autre. 2) Thermocouple selon la revendication 1), caracté risé, - en ce qu'au moins l'une es deux dites branches comporte au oins deux zones dont les matériaux sont différents, - et e ce que l'une desdites zones est disposée du côté jonction dudit thermocouple, - et e ce que l'autre dite zone est disposée du côté opposé à ladite jonction dudit thermocouple, - et en ce que cette duxième dite zone n'a pas de contact avec ladite jonction dudit t thermo couple, - et en ce que ladite zone du côté de ladite jonction est constituée par un semi conducteur, - et en ce que ladite zone dudit côté jonction est réalisée en fer pour l'une des branches et en constantan, - et en ce que ladite zone côté opposé à ladite jonction est constituée par un matériau conducteur d'électricité, 3) Thermocouple selon es revendications ci-dessus caractérisé, - en ce qu'au moins l'une desdites branches dudit thermocouple comporte un rétrécisement (27) à au moins l'une de ses extrémités. 4) Thermocouple selon les revendications ci-dessus caractérisé, - en ce que une force électromotrice est produite dès que l'on soumet les deux cites branches dudit thermoccuple à une température différente, l'une de l'autre. 5) Thermocouple selon les revendications 1), 2) et 3) caractérisé, - en ce que le système est réversible et n ce qu'il produit du chaud ou du eroid lorsque l'on soumet les deux dites branches à une différence de potentiel électrique.