Brevet FR2903481A1 — publié le 20080111

La présente invention concerne un procédé de fabrication et de production des micro-réfrigérateurs électroniques plats. Le micro-réfrigérateur électronique plat est formé de briquettes parallélépipédiques rectangulaires (3) composées des alliages binaires semi-conducteurs à effet thermoélectrique très élevé, avec un grand facteur de mérite du matériau. Ces briquettes reposent sur une base (4) laquelle, à son tour, repose sur un socle. Au sommet de ces briquettes(3) est soudé un plateau(5) sur lequel sont observés les phénomènes du froid. Procédés existant pour produire le froid. io Il existe plusieurs systèmes de réfrigération. Les plus connus sont : le froid par le gaz et le froid par les électrons. Le froid par le gaz La réfrigération qui utilise le gaz est appelée système traditionnel. Le système est dit traditionnel par le fait que le gaz est l'élément actif pour obtenir le froid selon la 15 loi de la thermodynamique qui stipule qu'on ne peut pas avoir le froid sans chaleur au départ. a) Le froid à l'aide d'un gaz par absorption (le gaz ammoniac). Dans ce système, il n'y a pas de compresseur. Ce système consiste à chauffer le gaz ammoniac qui se dilate et sa pression devient très grande, puis à le faire passer à 20 travers les capillaires, au sortir des capillaires le gaz s'engouffre dans de très grandes surfaces des conduits. Le froid est obtenu par la détente du gaz grâce à l'augmentation de la surface des conduits faisant ainsi tomber la pression du gaz ce qui a pour effet la naissance du froid. b) Le froid à l'aide d'un gaz avec compression ( Fréon , par exemple). 25 Ce système consiste à compresser le gaz à l'aide d'un compresseur puis à le détendre. Ce qui provoque le froid. II en est de même pour le système décrit dans le brevet japonais N 200320122411.5. Le froid par les électrons Le froid par les électrons se subdivise en plusieurs catégories les plus connues sont le 30 froid par Effet Tunnel et le froid par Effet Peltier. 1) Effet Tunnel L'Effet Tunnel est utilisé pour refroidir les objets dans le vide . Ce système utilise des matériaux supraconducteurs, où le courant circule sans résistance. 2903481 2 La particularité de ce système est le fait qu'il n'y a pas de contact électrique entre le métal et le matériau supra conducteur, étant donné le métal et le matériau supraconducteur sont séparés par un isolant. L'Effet Tunnel est le fait que les électrons les plus énergétiques du métal passent à travers la couche de l'isolant pour 5 s'intégrer dans la couche supraconductrice qui n'est pas électriquement reliée au métal. Dans un système normal, étant donné que le métal et le matériau supraconducteur sont séparés par un isolant, en appliquant une tension continue entre le métal et le matériau supraconducteur, le courant ne circule pas entre le métal et le matériau supraconducteur. C'est le cas du micro-réfrigérateur des chercheurs lo Américains de National Institute of Standards and Technology (NIST) à Boulder (Colorado). Ce système a été publié en 2005 dans le journal App. Phys. Lett. 86 173508. Ce réfrigérateur miniature est constitué d'un empilement de couches minces. Il s'agit d'une couche métallique à la base surmontée d'une couche isolante, puis d'une 15 couche supraconductrice au sommet. En reliant une batterie à l'empilement, les électrons les plus énergétiques de la couche métallique traversent la couche isolante par Effet Tunnel vers la couche supraconductrice, ce qui a pour effet de refroidir le métal et de retirer ainsi de l'énergie aux électrons et aux phonons de l'objet à refroidir qui n'est pas connecté 20 électriquement avec le système réfrigérateur. Ce réfrigérateur ne peut pas fonctionner à l'air ambiant quand la température de l'air ambiant est supérieure à +35 C, par le fait que ce réfrigérateur travaille dans le vide et non dans l'air ambiant. 2) Effet Peltier Une Cellule à Effet Peltier, appelée aussi module thermoélectrique, est un 25 assemblage d'éléments semi-conducteurs, c'est à dire des semi-conducteurs de nature différente (semi-conducteur de type N et semi-conducteur de type P) entre deux semelles conductrices de la chaleur. Si on fait passer un courant électrique continu dans un tel montage, il apparaît une face froide qui absorbe des calories, et une face chaude qui dégage des calories. 30 Une Cellule à Effet Peltier est donc une pompe à chaleur, c'est-à-dire un dispositif capable de prendre des calories à une source froide pour les restituer à une source chaude. 2903481 3 L'Effet Peltier est utilisé dans plusieurs systèmes tels que: - Le modèle de micro-refédérateur décrit par Suzuki Nobuaki cité dans le brevet JP1033483 et celui décrit dans le brevet WO 03/001886 de Wrigth Alexander. - Le brevet N JP2001208463 de Mr. Tsutsui Osami, 5 - Le Brevet WO 03/001886, PCT/US02/20474 du 28/06/2002 de Mr. Alexander Wright et Mme Evelyn McCONATHY - Le Brevet N JP1051205 de Mr. Otsuka Yasuhiro, du 27/02/1989 Il existe déjà des réfrigérateurs électroniques utilisant l'Effet Peltier, alimentés en io courant continu 12 volts. Mais ces réfrigérateurs ne peuvent produire la glace sans l'utilisation de cloison à l'air ambiant quand la température de l'air ambiant est supérieure à + 35 C. LE MICRO-RÉFRIGÉRATEUR ÉLECTRONIQUE PLAT 15 Il est évident que tous ces réfrigérateurs décrits plus haut diffèrent du micro-réfrigérateur électronique plat présenté ici, tant du point de vue de la géométrie, de l'effet utilisé, de la tension de l'alimentation électrique, que du domaine d'utilisation. Le micro-réfrigérateur électronique plat est formé de briquettes parallélépipédiques rectangulaires(3) composées des alliages binaires semi-conducteurs à effet 20 thermoélectrique très élevé, avec un grand facteur de mérite du matériau. Ces briquettes reposent sur une base (4) laquelle, à son tour, repose sur un socle. Au sommet de ces briquettes(3) est soudé un plateau(5) sur lequel sont observés les phénomènes du froid. L'alimentation du micro-réfrigérateur électronique plat est assurée par le biais de la 25 borne positive + (1) et de la borne négative û (2). Le principe de fonctionnement du micro-réfrigérateur électronique plat objet de l'invention utilise l'Effet Peltier. Lorsqu'on applique à ce micro-réfrigérateur électronique plat une très faible de 1, 5 volt (cette tension de 1,5 volt est celle d'une pile torche), la surface supérieure [ (celle du 30 plateau soudé au sommet des briquettes) du micro-réfrigérateur électronique plat se trouve à une très basse température gravitant autour de -70 C, alors que la base des briquettes est chaude. Cette température est atteinte en cinq minutes (5 minutes). 2903481 4 A cette température, l'expérience se déroulant à l'air libre ambiant, l'eau placée sur la surface supérieure (5) du microréfrigérateur électronique plat se transforme en glace sans l'utilisation de cloison, alors que la température de l'air ambiant est supérieure à +35 C voir +40 C. 5 Ce micro-réfrigérateur électronique plat est représenté par la figure 1 Les applications du micro réfrigérateur plat En se basant sur les performances de ce micro-réfrigérateur électronique de io référence, les applications sont multiples et des domaines variés, parmi lesquels on peut citer : 1. la recherche scientifique. Ce micro-réfrigérateur Électronique plat peut s'intégrer dans les installations pour la stabilisation des images dans la visualisation des champs ultra sonores dans les gaz 15 et dans les liquides, et aussi dans la stabilisation des images des champs thermiques (thermo vision) des piézoélectriques excités. Le micro-réfrigérateur électronique plat peut s'intégrer dans le refroidissement des microprocesseurs permettant ainsi d'élever leurs performances. Le micro-réfrigérateur Électronique plat peut s'intégrer dans les installations pour le 20 refroidissement des lasers. 2. la bioloqie: Ce micro-réfrigérateur électronique plat peut servir pour la congélation des cellules souches pour leur transport en vu de leur implantation. 3. la médecine: 25 Ce micro-réfrigérateur électronique plat peut devenir un outil de traitement de la maladie par le froid (la cryothérapie). 4. chambre froide: En recouvrant une chambre de ces micro-réfrigérateurs électroniques plats, et en y versant de l'eau, il se produit un phénomène de réfrigération, l'eau devenant glace. La 30 chambre ainsi traitée devient une chambre froide pour la conservation des denrées alimentaires. 2903481 5 5. Pour l'utilisation populaire, avec ce micro-réfrigérateur électronique plat, tenant compte du fait que sa tension d'alimentation est faible (la tension est celle d'une pile torche), on peut envisager la fabrication des chambres froides portatives pour les 5 pique-niques. i0 LE MICRO-RÉFRIGÉRATEUR ÉLECTRONIQUE PLAT Figure 1 1 û Borne positive pour l'alimentation électrique en courant continu 2 û Borne négative pour l'alimentation électrique en courant continu 3 û Briquettes parallélépipédiques rectangulaires composées des alliages binaires semi-conducteurs à effet thermoélectrique très élevé et très efficace 4 û Base sur la quelle reposent les briquettes parallélépipédiques rectangulaires composées des alliages binaires Semi-conducteurs à effet thermoélectrique très élevé 25 5 û Plateau sur lequel sont observés les phénomènes du froid (la glace sans l'utilisation de cloison, alors que la température de l'air ambiant est +35 C voir + 40 C) 15 20 REVENDICATIONS 1. Micro-réfrigérateur électronique plat caractérisé en ce qu'il es formé des briquettes (3) {voir la planche de dessin PI. 1/1}des alliages binaires semi-conducteurs à effet thermoélectrique très élevé et en ce que ce micro-réfrigérateur électronique plat travaille : a) à l'air ambiant, b) sans l'utilisation de cloison, c) produit le froid de très basse température de -70 C. 2. Micro-réfrigérateur électronique plat, selon la revendication 1 caractérisé en ce que io les briquettes reposent sur une base (4) laquelle, à son tour repose sur un socle et en ce qu'un plateau (5) est soudé au sommet des briques. 3. Micro-réfrigérateur électronique plat selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il est alimenté [entre la borne positive (1) et la borne négative (2) {voir la planche de dessin PI. 1/1}] par une tension très faible de 1,5 volt (cette tension de 1,5 15 volt est celle d'une pile torche). 4. Micro-réfrigérateur électronique plat selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le plateau (5) atteint une température de -70 C en cinq minutes (5 minutes)