Brevet FR2888992A1 — publié le 20070126

La présente invention concerne un dispositif d'utilisation optimum des matériaux thermoélectriques p et n servant notamment à produire du courant électrique au départ d'une source de chaleur (effet Seebeck) et du chaud ou du froid au départ d' une alimentation électrique (effet Peltier) Cette production est habituellement constituée d'un ensemble d'éléments thermoélectriques p et n, soudés, connectés en série et thermiquement connectés en parallèle avec des difficultés de refroidissement,des problèmes de soudure, ce qui influencent le rendement thermoélectrique. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. II comporte en effet selon une première caractéristique des réglettes entourant de façon symétrique le profil des éléments p et n créant un alignement rectiligne présentant successivement les éléments thermoélectriques p et n connectés entre eux par des barrettes diamétralement opposées: l'une du coté chaud (capteur de chaleur) et l'autre coté refroidissement (évacuateur) de plus cet ensemble n'est pas soudé et permet d'utiliser des éléments p et n à plus haute température. Selon des modes particuliers de réalisation: - les éléments p et n et les barrettes seront déposés successivement dans des rainures réalisées dans les réglettes supports diélectriques créant une chaîne de thermocouples qui ne seront pas soudés, mais comprimés par un ou deux ressorts situés aux extrémités des réglettes; ceux-ci étant placés dans un support comportant un guide,de préférence en forme de U, ces réglettes étant comprimés par des ressorts qui absorbent les dilatations des matériaux utilisés. - Le support sera constitué d'un cadre qui pourra être plan ou former un ensemble entourant un corps chaud. - Coté chaleur, pour limiter le transfert calorifique sur les réglettes, un écran réalisé en fibre isolante thermique et diélectrique sera mis en place ne laissant apparaître quel' extrémités des capteurs de chaleur qui sont en contact avec une plaquette rigide diélectrique et non isolante thermiquement, Cette plaquette peut être fragilisée par les déformations éventuelles du corps chaud, la transmission de calories pourra se faire soit: au moyen d'une gaufrette en paillettes de cuivre qui sera intercalé entre ces deux faces;soit d' un pontage thermique réalisé avec des éléments de cuivre ou autres matériels; ce pontage ou ces gaufrettes pourront être de section réduite pour limiter le transfert de chaleur vers l'ensemble des thermocouples et ceci en fonction des caractéristiques des matériaux thermoélectriques utilisés. - Les barrettes capteur de chaleur la tête en contact des éléments thermoélectriques créent le contact électrique et thermique peut recevoir un traitement de surface pour optimiser les performances. La partie inférieur se trouvant dans la partie chaude recevra éventuellement un traitement pour le transfert thermique et sera soit pliée,droite; avec doigt en céramique isolant diélectrique ou adaptée suivant l' utilisation. - Les barrettes évacuateur de chaleur recevront le même traitement que les capteurs de chaleur en ce qui concerne la tête; la partie surface évacuation sera fonction des caractéristiques de ventilation, elle aura la forme d' un S plié pour créer une turbulence dans la zone de refroidissement et pour augmenter la chaleur évacuée le cuivre sera passer au papier de verre pour une surface plus rugueuse, recevra une couche de peinture noire, cette partie évacuation de calorie pourra également être traitée en oxydant le cuivre par électrolyse dans un bain de soude caustique (oxyde cuprique noir et tenace) - Cet ensemble sera placé dans un carénage qui sera limité au contours du dispositif, selon le mode de ventilation: naturelle ou forcée par ventilateur l'entrée de ce carénage comportera une rampe inclinée pour créer une mise en vitesse de l'air. - Sécurité : selon les caractéristiques des éléments p et n utilisés: : température limite d'utilisation associé à une nocivité éventuelle, les ensembles seront installés sur le corps chaud avec une fixation qui comportera une liaison de sécurité réalisée soit avec des aimants ou de la soudure qui perdent leurs pouvoirs à une certaine température. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente en coupe A-A le dispositif de l'invention La figure 2 représente en coupe BB le dispositif vue de profil de l'invention 30 La figure 3 représente une vue en plan de l'invention La figure 4 représente une barrette capteur de chaleur La figure 5 représente une barrette évacuateur de chaleur En référence à ces dessins, le dispositif comporte les réglettes supports diélectriques (1) , dont les faces verticales présentent I' empreinte pour loger les éléments thermoélectriques et les barrettes (2) et( 3) de contact thermoélectrique cet ensemble est glissé dans un cadre (4), pour assurer la pression sur les repères (1), (2) et (3) un tampon (5) réalisé en fibre céramique diélectrique doublé d'une pastille en céramique sur laquelle prendra appui un ressort (6) un écran (7) réalisé en fibre isolant thermique et diélectrique limite le transfert thermique en direction des réglettes (1) dans cette représentation les barrettes de transfert de chaleur sont pliées et prennent appui sur une plaquette (8) rigide diélectrique et non isolante. Dans cette configuration la tête des barrettes repères (2) et (3) prend la forme carrée d'éléments thermoélectriques p et n; d'autres profils peuvent être utilisés. Un complément de performance sera apporté par l'utilisation d'éléments thermoélectriques p et n présentant une différence de surface entre la face chaude (plus petite) et la partie refroidie par la barrette (3) Selon l'utilisation et la température de service les barrettes (2) et (3) pourront présenter dans le centre de la tête un perçage qui sera comblé au montage par un composant conducteur thermique et électrique Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux application de l'effet Seebeck pour produire de l'électricité pour assurer le fonctionnement autarcique de poêle à granulés de bois, ventilation insert à bûches, cassettes de récupération de chaleur dans un feu ouvert, chauffage de serre aux granulés et d'une manière générale toute application qui au départ d'une source de chaleur aura intérêt à produire del' électricité et application del' effet Peltier au départ de l'électricité pour produire du froid ou du chaud dans la climatisation et du froid dans la réfrigération. -4 REVENDICATIONS 1) Dispositif d'utilisation optimum des matériaux thermoélectriques p et n servant notamment à produire du courant électrique au départ d'une source de chaleur (effet Seebeck) et du chaud ou du froid au à partir d'une alimentation électrique (effet Peltier) caractérisé en ce qu'i comporte des réglettes (1) entourant de façon symétrique le profil des éléments p et n créant un alignement rectiligne présentant successivement les éléments thermoélectriques p et n connectés entre eux par des barrettes diamétralement opposées: l'une du coté chaud (2) capteur de chaleur et l' autre coté refroidissement (3) évacuateur de chaleur 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les éléments p et n et les barrettes (2) (3) sont déposés successivement dans des rainures réalisées dans les réglettes supports diélectriques (1) créant une chaîne de thermocouples comprimés par un ou deux ressorts (6) situés aux extrémités des réglettes (1) celles-ci étant placées dans un support qui comportent un guide de préférence en forme de U, et comprimées par des ressorts qui qui absorbent les dilatations des différents matériaux utilisés. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que coté chaleur, pour limiter le transfert calorifique sur les réglettes (1), un écran(7) réalisé en fibre isolante thermique et diélectrique est mis en place ne laissant apparaître que l'extrémité des capteurs de chaleur qui sont en contact avec une une plaquette rigide diélectrique et non isolante thermiquement (8) 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisés en ce que la tête en contact des éléments thermoélectriques (2) (3) reçoit un traitement de surface pour optimiser les performances. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la partie surface évacuation des barrettes (3) a la forme d'un S plié pour créer une turbulence dans la zone de refroidissement. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que cet ensemble est placé dans un carénage limité au contour du dispositif et selon le mode de refroidissement l'entrée de ce carénage comporte une rampe inclinée pour créer une mise en vitesse.