FR2587097A1 - Dispositif thermoelectrique a effet peltier, comportant un convertisseur electrique - Google Patents
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Abstract
DANS CE DISPOSITIF COMPORTANT UN CONVERTISSEUR ELECTRIQUE SERVANT A MODIFIER LA TENSION DE SERVICE, LE DISPOSITIF THERMOELECTRIQUE ETANT CONSTITUE PAR DES SEMI-CONDUCTEURS DE TYPE N ET P, BRANCHES EN SERIE DU POINT DE VUE ELECTRIQUE ET EN PARALLELE DU POINT DE VUE THERMIQUE, TANDIS QUE LE CONVERTISSEUR EST CONSTITUE ESSENTIELLEMENT PAR UN TRANSFORMATEUR ET PAR UNE PARTIE FORMANT REDRESSEUR ET COMPORTANT UN DISPOSITIF DE LISSAGE, LES COMPOSANTS DU CONVERTISSEUR, DE CONSTITUTION CONNUE, SONT CONCUS POUR UNE INTENSITE DE COURANT CONSTANTE, MAIS NETTEMENT SUPERIEURE A L'INTENSITE DE COURANT OBTENUE POUR LA TENSION DU DISPOSITIF THERMOELECTRIQUE, DE PREFERENCE UNE INTENSITE DE COURANT SUPERIEURE D'UN FACTEUR 2 A 10, ET LA SECTION TRANSVERSALE DES SEMI-CONDUCTEURS DU DISPOSITIF THERMOELECTRIQUE EST DETERMINEE PAR L'INTENSITE DE COURANT DU CONVERTISSEUR ET LE NOMBRE DES SEMI-CONDUCTEURS EST DETERMINE PAR LA PUISSANCE DE REFROIDISSEMENT REQUISE. APPLICATION NOTAMMENT AUX SYSTEMES DE REFROIDISSEMENT DE BATTERIES DE VEHICULES AUTOMOBILES.
Description
L'invention concerne un dispositif thermoélectrique comportant un convertisseur électrique servant a modifier la tension de service, le dispositif thermoélectrique étant constitué par des semiconducteurs de type n et p, branchés en série du point de vue électrique et en parallèle du point de vue thermique, tandis que le convertisseur est constitué essentiellement par un transformateur et par une partie formant redresseur et comportant un dispositif de lissage.
Comme cela est connu, les dispositifs thermoélectriqùes étaient conçus jusqu'alors pour une tension de service prédéterminée, par exemple pour 6 V, 12 V ou 24 V, le nombre des éléments à semiconducteurs étant déterminé par la tension de service et leur section transversale étant déterminée par la puissance de refroidissement requise. Pour une adaptation à d'autres tensions de service, on branche en série ce qu'on appelle des blocs d'alimentation (voir un prospectus ou des documents des sociétés Butler Tropicool et Sunny-Cool).Dans les dispositifs indiqués précédemment, un inconvénient réside dans le fait que sur la base de la résistance des semiconducteurs ou de la puissance de refroidissement constante, lorsque la tension de service augmente, le nombre des semiconducteurs doit être accru et leur section transversale doit être réduite.
C'est pourquoi les coûts de fabrication augmentent de façon conséquente. En outre la résistance mécanique ainsi que la fiabilité électrique des semiconducteurs et par conséquent la durée de vie de l'ensemble du dispositif diminuent. Ceci conduit à un entretien plus coûteux.
En outre, en raison de la structure cristalline du matériau semiconducteur, l'homogénéité des semiconducteurs diminue. C'est pour cette raison et par suite de l'accroissement nécessaire des points de contact, que la consommation spécifique d'énergie du dispositif augmente de façon importante.
Enfin un inconvénient important du dispositif thermoélectrique comportant un convertisseur réside dans le fait qu'une commutation de la tension de service de la partie thermoélectrique n'est pas possible, mais qu'il est nécessaire d'utiliser un dispositif thermoélectrique conçu spécialement pour la nouvelle tension, ainsi qu'un autre convertisseur.
L'invention a pour but de créer un dispositif thermoélectrique à effet Peltier, comportant un convertisseur électrique qui permette de réduire les coûts de fabrication, la consommation d'énergie et les frais d'entretien, réparations et d'accrottre le domaine d'utilisation sans dépense supplémentaire.
L'invention a pour objet de modifier les dispositifs thermoélectriques à effet Peltier connus, comportant un convertisseur électrique, pour modifier la tension de service de manière que les dispositifs thermoélectriques puissent être utilisés, sans dépense supplémentaire ou sans modifications techniques, pour différentes tensions de service. Pour une puissance de refroidissement constante et une tension de service croissante, il faut améliorer la résistance mécanique des semiconducteurs, la fiabilité électrique et l'homogénéité des semiconducteurs.
Ce problème est résolu conformément à l'invention grâce au fait que les composants du convertisseur électrique de constitution connue sont conçus pour une intensité de courant constante, mais nettement supérieure à l'intensité de courant obtenue pour la tension du dispositif thermoélectrique, de préférence une intensité de courant supérieure d'un facteur 2 à 10, et que la section transversale des semiconducteurs du dispositif thermoélectrique est déterminée par l'intensité de courant du convertisseur et que le nombre des semiconducteurs est déterminé par la puissance de refroidissement requise.
L'agencement conforme à l'invention du convertisseur conduit, en dépit d'une tension d'entrée variable et pour une puissance de refroidissement constante comme dans le cas des solutions connues jusqu'alors, à une réduction du nombre des semiconducteurs et à un accroissement de la section transversale de ces derniers. Cet effet entrain les avantages économiques essentiels de l'invention, en ce que les coûts de fabrication et de montage des semiconducteurs ainsi que l'ensemble de la consommation de matériau pour les semiconducteurs, les organes de liaison et les supports, sont réduits.
En outre par suite de la réduction du nombre des points de contact, avec un élargissement possible de ces derniers, et grâce à la meilleure homogénéité des semiconducteurs, la fiabilité électrique et la fiabilité mécanique sont fortement accrues de sorte que l'on obtient un accroissement de la durée de vie et parfois une réduction des frais d'entretien et de réparations.
Pour les mêmes raisons, le rendement thermique et le rendement électrique augmentent de telle sorte que la consommation d'énergie pour une même puissance de refroidissement diminue fortement, malgré les pertes supplémentaires du convertisseur.
Un avantage important supplémentaire de l'invention réside enfin dans le fait qu'il est possible de réaliser le raccordement du dispositif conforme à l'invention à différen- tes tensions, par exemple 6 V, 12 V ou 24 V, sans aucune modification.
On va décrire ci-après l'invention en référence à un exemple relatif à une enceinte de refroidissement d'une contenance de 18 1 destinée à être raccordée à des batteries de véhicules automobiles.
L'unité de refroidissement, qui est réalisée de façon connue et est constituée par des échangeurs de chaleur montés sur le ctd respectivement chaud et quelquefois froid, de la batterie Peltier, est équipée conformément à l'invention de 2 batteries comprenant chacune un ensemble de quinze éléments.
Le volume total des semiconducteurs est égal à 2,3 cent3.
En tant que convertisseur on utilise un convertisseur à bobine d'arrêt de type classique comportant une source de tension de référence, un étage de commande et un étage de puissance, et qui fournit un courant d'environ 8 A sous une ten sion d'environ 3 V, dans les limites dune plage de tensions d'environ de 6 à 30 volts. Avec ce dispositif on obtient une réduction de température de 20 + 20K pour une puissance requise d'environ 36 W. Les avantages sont manifestes par comparaison avec un coffret de refroidissement usuel conçu pour la même puissance de refroidissement.
En fonction de la tension d'utilisation de 6, 12 ou 24 V, on fabrique différentes unités de refroidissement présentant une puissance requise de 36 W sous 24 V. Les trois unités différentes de refroidissement sont constituées par des bat- teries de semiconducteurs, comportant au total 72 éléments pour l'unité de refroidissement à 6 V, 140 leents pour l' unité de refroidissement à 12 V et 210 éléments pour l'unité de refroidissement à 24 V.
Le volume des semiconducteurs utilisés est égal 5 5,25 cm3 pour 6 V, à 17,9 cm3 pour 12 V et 28,6 cm our 24 ,r. La réduction de température obtenue est égale à 20 + 2 K les trois variantes. On indique encore une fois que la depen- se augmente manifestement et la fiabilité dim.-i..;e lorsque a tension de service augmente.
Claims (1)
1. Dispositif thermoélectrique comportant un convertisseur électrique servant à modifier la tension de service, le dispositif thermoélectrique étant constitué par des semiconducteurs de type n et p, branchés en série du point de vue électrique et en parallèle du point de vue thermique, tandis que le convertisseur est constitué essentiellement par un transformateur et par une partie formant redresseur et comportant un dispositif de lissage, caractérisé par le fait que les composants du convertisseur électrique de constitution connue sont conçus pour une intensité de courant constante, mais nettement supérieure à l'intensité de courant obtenue pour la tension du dispositif thermoélectrique, de préférence une intensité de courant supérieure d'un facteur 2 à 10, et que la section transversale des semiconducteurs du dispositif thermoélectrique est déterminée par l'intensité de courant du convertisseur et que le nombre des semiconducteurs est déterminé par la puissance de refroidissement requise.
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