FR2658363A1 - Thermoelectric energy converter and its mode of production - Google Patents
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Abstract
Description
CONVERTISSEUR D'ENERGIE THERMO-ELECTRIQUE ET
SON MODE DE REALISATION
Génération d'énergie électrique par conversion directe d'énergie thermique utilisant l'effet Seebeck.THERMOELECTRIC ENERGY CONVERTER AND
ITS EMBODIMENT
Generation of electrical energy by direct conversion of thermal energy using the Seebeck effect.
De nombreuses demandes de Brevets ont été déposées qui ont trait à ce domaine technique (voir FR 7737971 Déc.Numerous patent applications have been filed which relate to this technical field (see FR 7737971 Dec.
1977, générateur solaire dont les soudures froides sont refroidies à l'eau; pour désalinisation ou électrolyse;
US 4710588 Déc. 1987, perfectionnement du photovoltaïque à l'arséniure de Gallium par effet Seebeck; US 3097027
Jut. 1963, refroidissement des roulements à billes par effet Peltier pour en augmenter la durée; Tch. 1452276
Aut. 1966, concerne l'amélioration des sondes thermiques par radiation; US 4111717 Sep. 1978 concerne les sondes thermiques; US 4095998 Jun. 1973 effet Seebeck alimenté par le flux de gaz chauds des moteurs thermiques; CH 469323 Aut. 1969, la source chaude est du Plutonium 238;
US 3 064 063, Nov. 1962, générateur tournant; Ita 7908796
Nov. 1979, générateur solaire avec refroidissement des soudures froides par absorption; Jap 0132279, Oct. 1983, générateur solaire avec refroidissement des soudures froides par ventilateur et magnéto sur l'axe du ventilateur;US 3661653, Mai 1972, tissage de fils très fins pour assemblage de milliers de thermocouples; Hongr.1977, solar generator whose cold welds are water cooled; for desalination or electrolysis;
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Jut. 1963, cooling of ball bearings by Peltier effect to increase their duration; Tch. 1452276
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US 3,064,063, Nov. 1962, generator running; Ita 7908796
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587360, Jut. 1945, conducteurs déposés au pochoir sur un support en fibre de verre; FR 8712919, Sep. 1987; panneaux convertisseurs par bande isolante sur laquelle on imprime les circuits de thermocouples; US 3019278,
Jan. 1962, procédé de tissage combinant ruban isolant et fils N et P). Toutes tiennent compte du faible rendement de l'effet Seebeck et utilisent une source thermique gratuite (soleil) ou l'énergie perdue par un dispositif thermique quelconque. Aucune des solutions proposées ne correspond à un usage "grand-public".587360, Jut. 1945, conductors stenciled on a fiberglass support; FR 8712919, Sep. 1987; converter panels by insulating strip on which the thermocouple circuits are printed; US 3,019,278,
Jan. 1962, weaving process combining insulating tape and N and P threads). All take into account the low efficiency of the Seebeck effect and use a free thermal source (sun) or the energy lost by any thermal device. None of the solutions proposed correspond to "general public" use.
Dans tous les pays du tiers-monde, on assiste à un exode massif des populations rurales vers les grandes métropoles : Le Caire, Rio de Janeiro, Douala, etc. . Les populations ainsi concentrées s'établissent en zone suburbaine; elle sont composées d'individus sans spécialisation et en grande majorité analphabètes, condamnés à vivre à la limite du dénuement.In all third world countries, we are witnessing a massive exodus of rural populations to major cities: Cairo, Rio de Janeiro, Douala, etc. . The populations thus concentrated settle in suburban areas; they are made up of individuals without specialization and the vast majority of whom are illiterate, condemned to live on the edge of destitution.
Ces concentrations humaines dépassent parfois les dix millions de personnes et représentent un risque de plus en plus évident d'explosions sociales.These human concentrations sometimes exceed ten million people and represent an increasingly obvious risk of social explosions.
Deux catégories de mesures sont à prendre d'urgence face à ce très grave problème - fixer les populations rurales qui n'ont pas encore été touchées par l'exode, - inciter les populations sururbaines à retourner en zone rurale et, pour ceux qui n'ont même plus les moyens de ce retour, tout mettre en oeuvre pour leur donner un supplément de culture qui leur permette de s'intégrer à 1 'économie urbaine.Two categories of measures are to be taken urgently in the face of this very serious problem - to fix the rural populations which have not yet been affected by the exodus, - to encourage the over-urban populations to return to rural areas and, for those who 'even have the means of this return, do everything to give them an additional culture that allows them to integrate into the urban economy.
Dans les deux cas, le seul moyen de communication avec ces populations ne peut être que la radio mais les agglomérations correspondantes ne sont que très partiellement électrifiées; le récepteur radio-transistor sur piles est donc le seul moyen de contact.In both cases, the only means of communication with these populations can only be the radio, but the corresponding agglomerations are only very partially electrified; the radio-transistor receiver on batteries is therefore the only means of contact.
Deux remarques s'imposent alors qui conduisent à l'objet de la présente demande de Brevet - dans toute la ceinture inter-tropicale du globe, le frein principal à l'écoute de la radio est constitué par la difficulté de se procurer des piles : elles sont chères et les conditions climatiques sont telles qu'elles se déchargent même lorsqu'elles ne sont pas en service (par condensation de l'humidité ambiante), elles sont souvent de qualité médiocre, qu'elles soient importées ou de fabrication locale.Two remarks must therefore be made which lead to the subject of this patent application - throughout the inter-tropical belt of the globe, the main obstacle to listening to the radio is constituted by the difficulty in obtaining batteries: they are expensive and the climatic conditions are such that they discharge even when they are not in service (by condensation of the ambient humidity), they are often of poor quality, that they are imported or of local manufacture.
- l'heure de grande écoute se situe le soir, après dixhuit heures trente, c'est-à-dire à une heure où il fait déjà nuit. C'est le moment où s'allument des millions de lampes tempête, or on constate que le flux de gaz chauds émis par chacune de ces lampes véhicule une énergie très supérieure à celle qui est nécessaire à l'alimentation d'un récepteur radio à transistors.- prime time is in the evening, after 6:30 p.m., i.e. at an hour when it is already dark. This is the moment when millions of storm lamps light up, but we see that the flow of hot gases emitted by each of these lamps carries an energy far greater than that which is necessary to power a radio receiver at transistors.
L'effet Seebeck utilisant ce flux de chaleur fatal peut être mis à profit, grâce à un convertisseur spécialement conçu, pour alimenter un récepteur à la place des piles chimiques.The Seebeck effect using this fatal heat flow can be exploited, thanks to a specially designed converter, to power a receiver instead of chemical batteries.
Les considérations qui précèdent imposeront à ce convertisseur les caractéristiques principales suivantes: - appareil très bon marché, - facilement adaptable sur une lampe existante, notamment une lampe tempête qui est le luminaire le plus répandu et sur un récepteur radio à transistors sans avoir à modifier ni la lampe ni le récepteur.The foregoing considerations will impose the following main characteristics on this converter: - very inexpensive device, - easily adaptable to an existing lamp, in particular a storm lamp which is the most widespread luminaire and to a transistor radio receiver without having to modify or the lamp or the receiver.
- grande longévité : inoxydable et statique, - facile à construire par une unité de fabrication locale, - fonctionnant sans accumulation d'énergie qui alourdirait le prix et la complexité de l'appareil, - adaptable à une utilisation diurne en plaçant le générateur au foyer d'un réflecteur solaire simple dont l'orientation sera assurée à la main.- long service life: stainless and static, - easy to build by a local manufacturing unit, - operating without energy accumulation which would increase the price and complexity of the device, - adaptable to daytime use by placing the generator in the focus a simple solar reflector whose orientation will be ensured by hand.
Le circuit générateur (1) comprend deux métaux inoxydables et soudables sous forme de fils ou de rubans assemblés en zigzag par la juxtaposition de couples thermoélectriques. On choisira de préférence des alliages de Nickel pour les conducteurs N et P. Aucune précaution ne sera prise pour refroidir les soudures froides (4), on jouera seulement sur la distance entre soudures chaudes (5) et soudures froides (4) pour obtenir, en régime, une différence de température suffisante entre les deux catégories de soudures.The generator circuit (1) comprises two stainless and weldable metals in the form of wires or ribbons assembled in a zigzag by the juxtaposition of thermoelectric couples. Nickel alloys will preferably be chosen for the N and P conductors. No precautions will be taken to cool the cold solders (4), we will only play on the distance between hot solders (5) and cold solders (4) to obtain, in operation, a sufficient temperature difference between the two categories of welds.
Les soudures sont réalisées en atmosphère neutre pour limiter au maximum les sources de corrosion.Welds are carried out in a neutral atmosphere to minimize sources of corrosion.
Le circuit ainsi constitué comportera suffisamment de soudures pour que la tension délivrée corresponde à celle des récepteurs les plus courants : multiple de 1,5 volts environ. On tiendra compte du fait que les piles chimiques ne présentent une tension de 1,5 volts que pendant les premières heures d'utilisation elles sont inutilisables lorsque leur tension descend au dessous de 0,9 volts; on adoptera donc une tension de l'ordre de trois volts à trois volts et demi qui permettra de réaliser en un seul modèle, un générateur susceptible d'alimenter des récepteurs à deux ou trois piles qui sont les plus courants.The circuit thus constituted will include enough soldering so that the voltage delivered corresponds to that of the most common receivers: multiple of 1.5 volts approximately. It will be taken into account that the chemical batteries have a voltage of 1.5 volts only during the first hours of use they are unusable when their voltage drops below 0.9 volts; a voltage of the order of three volts to three and a half volts will therefore be adopted which will make it possible to produce, in a single model, a generator capable of supplying receivers with two or three batteries which are the most common.
Suivant la disposition par rapport à la flamme de la lampe et suivant l'importance du flux thermique représenté par le flux de gaz brûlés, le nombre de soudures pourra varier de quelques dizaines à quelques centaines.Depending on the arrangement with respect to the flame of the lamp and according to the importance of the heat flux represented by the flow of burnt gases, the number of welds may vary from a few tens to a few hundred.
Deux fils conducteurs (6) seront raccordés aux deux extrémités du circuit générateur, ils comporteront, à leur autre extrémité, une fausse pile (7) généralement de type R6 et l'ensemble sera livré avec des fausses piles (8) en nombre suffisant pour remplir le bac à piles du récepteur radio.Two conductive wires (6) will be connected at both ends of the generator circuit, they will have, at their other end, a false battery (7) generally of type R6 and the assembly will be delivered with false batteries (8) in sufficient number to fill the battery compartment of the radio receiver.
Cette disposition permettra de connecter le récepteur radio soit à partir du générateur thermique soit à partir des piles chimiques traditionnelles. This arrangement will allow the radio receiver to be connected either from the thermal generator or from traditional chemical batteries.
Le générateur se présentera sous forme d'un disque (9) compact de quelques centimètres de diamètre et de quelques centimètres d'épaisseur, laissant apparaître sur une face les soudures chaudes (5) et sur l'autre, les soudures froides (4).The generator will be in the form of a compact disc (9) a few centimeters in diameter and a few centimeters thick, revealing on one side the hot welds (5) and on the other, the cold welds (4) .
Le circuit générateur sera avantageusement enroulé sur lui-même en forme de spirale. Avant l'enroulement en spirale, il pourra être replié sur lui même en deux moitiés de manière à faire apparaître ses deux extrémités à la périphérie de la spirale (fig 2 et 3).The generator circuit will advantageously be wound on itself in the form of a spiral. Before the spiral winding, it can be folded back on itself in two halves so as to reveal its two ends at the periphery of the spiral (fig 2 and 3).
Un ruban isolant (11) sera interposé entre les spires, il assurera - le support mécanique du circuit, - son isolation électrique, - une bonne isolation thermique entre la zone chaude et la zone froide.An insulating tape (11) will be interposed between the turns, it will ensure - the mechanical support of the circuit, - its electrical insulation, - good thermal insulation between the hot zone and the cold zone.
Dans ces conditions, la différence de température entre les soudures chaudes et les soudures froides s'établira aux environs de 400 degrés en régime si les deux familles de soudures sont suffisamment éloignées l'une de l'autre.Under these conditions, the temperature difference between the hot welds and the cold welds will be established around 400 degrees in regime if the two families of welds are sufficiently distant from each other.
Le choix des métaux constituant le circuit générateur, leur section, leur longueur entre deux soudures, leur température de régime, assureront une résistance électrique compatible avec l'intensité nécessaire pour l'obtention d'une puissance de l'ordre de 3 à 4 Watts c'est-à-dire un peu plus d'un Ampère.The choice of metals constituting the generator circuit, their section, their length between two welds, their operating temperature, will ensure an electrical resistance compatible with the intensity necessary to obtain a power of the order of 3 to 4 Watts that is to say a little more than an Ampere.
Dans le cas d'une utilisation diurne, le générateur pourra être placé sur des braises ardentes de charbon de bois, un réchaud ou une lampe à gaz ou au foyer d'un concentrateur solaire qui sera constitué par une tôle réfléchissante ou tout dispositif équivalent, lequel comportera - un support orientable (13), - un berceau (14) permettant de positionner le générateur au foyer du réflecteur, - un conducteur de raccordement (15) terminé par une fausse pile comme vu précédemment.In the case of daytime use, the generator may be placed on hot embers of charcoal, a stove or a gas lamp or in the hearth of a solar concentrator which will consist of a reflective sheet or any equivalent device, which will include - an adjustable support (13), - a cradle (14) for positioning the generator at the focus of the reflector, - a connecting conductor (15) terminated by a false battery as seen above.
La lampe à pétrole la plus répandue dans les pays du tiers monde est la lampe dénommée communément "lampe tempête". (Fig 4). C'est l'adaptation du générateur à ce type de lampe qui sera choisi comme exemple non limitatif.The most common kerosene lamp in Third World countries is the lamp commonly known as a "storm lamp". (Fig 4). It is the adaptation of the generator to this type of lamp which will be chosen as a non-limiting example.
Le générateur comportera le circuit Seebeck enroulé en spirale avec sorties périphériques (9); il comportera environ 200 soudures chaudes et autant de soudures froides distantes d'environ 45 millimètres.The generator will include the Seebeck circuit wound in a spiral with peripheral outputs (9); it will include around 200 hot welds and as many cold welds about 45 millimeters apart.
Les fils seront en alliages de Nickel recuit de quelques dixièmes de millimètre de diamètre, avec écrouissage contrôlé; les soudures seront réalisées sous flux d'argon par arc électrique avec amorçage sans contact par très haute fréquence. Dans un premier temps et pour diminuer l'importance de l'investissement initial dans l'unité de fabrication, les soudures pourront être remplacées par de simples épissures.The wires will be made of annealed nickel alloys a few tenths of a millimeter in diameter, with controlled hardening; the welds will be carried out under a flow of argon by an electric arc with non-contact ignition by very high frequency. Initially and to reduce the importance of the initial investment in the manufacturing unit, the welds can be replaced by simple splices.
Le ruban isolant sera en feutre de fibres de verre, de roche, de céramique ou de tout autre matériau équivalent.The insulating tape will be made of fiberglass, rock, ceramic or any other equivalent material.
Sur la face chaude on pourra éventuellement ajouter une protection constituée par une couche de ciment réfractaire (17); on pourra également rajouter une couche de ciment isolant thermique (18) du côté des soudures froides.On the hot side, it is possible to add a protection constituted by a layer of refractory cement (17); we can also add a layer of thermal insulating cement (18) on the cold welds side.
Un cerclage extérieur (19) assurera l t assemblage final et permettra l'accrochage du chassis de positionnement (20) destiné à réaliser la meilleure position du générateur à l'intérieur de la verrine.An external strapping (19) will ensure the final assembly and will allow the positioning chassis (20) to be hooked in order to achieve the best position for the generator inside the verrine.
Deux fils conducteurs seront raccordés aux deux extrémités du circuit générateur. L'un de ces deux fils (21) sera raccordé au chassis support (20) et par conséquent à la masse de la lampe, l'autre (22) sera passé au travers de l'un des orifices d'entrée d'air de la lampe et isolé, au passage du métal, par un cylindre creux en matériau isolant et réfractaire (23), il sera ensuite connecté à la boîte à bornes (24), elle même en contact électrique avec la masse de la lampe.Two conductive wires will be connected at the two ends of the generator circuit. One of these two wires (21) will be connected to the support frame (20) and therefore to the ground of the lamp, the other (22) will be passed through one of the air intake orifices of the lamp and isolated, by the passage of metal, by a hollow cylinder of insulating and refractory material (23), it will then be connected to the terminal box (24), itself in electrical contact with the ground of the lamp.
Deux autres conducteurs (25) de quelques décimètres de longueur partiront de la boîte à bornes (24) et se termineront par la fausse pile (7) qui permettra la connexion du récepteur radio. Two other conductors (25) of a few decimetres in length will start from the terminal box (24) and will end in the false battery (7) which will allow the connection of the radio receiver.
L'appareil sera livré avec deux autres fausses piles (8) de type R6), ainsi, le générateur pourra alimenter des récepteurs à deux ou trois piles indifféremment. La seule modification à faire subir au récepteur radio consistera en deux petites encoches à pratiquer dans le couvercle du bac à piles pour le passage des deux conducteurs d'alimentation. The device will be delivered with two other false batteries (8) of type R6), thus, the generator will be able to supply receivers with two or three batteries indifferently. The only modification to be made to the radio receiver will consist of two small notches to be made in the cover of the battery tray for the passage of the two supply conductors.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9001812A FR2658363A1 (en) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | Thermoelectric energy converter and its mode of production |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9001812A FR2658363A1 (en) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | Thermoelectric energy converter and its mode of production |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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FR2658363A1 true FR2658363A1 (en) | 1991-08-16 |
Family
ID=9393748
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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FR9001812A Withdrawn FR2658363A1 (en) | 1990-02-15 | 1990-02-15 | Thermoelectric energy converter and its mode of production |
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FR (1) | FR2658363A1 (en) |
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