FR2706024A1 - Device for producing cold using the peltier effect, for transmitting frigories from the energy supplied by an autonomous low voltage electrical source. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de production de froid destiné à transmettre des frigories à un milieu à refroidir à partir de l'énergie fournie par une source électrique autonome basse tension telle qu'une batterie de véhicule, notamment automobile. Ce dispositif comprend un ensemble de production de froid (3-10) comportant au moins une cellule à effet Peltier apte à supporter une tension maximale V max, un premier échangeur (11-13) d'évacuation des calories produites et un deuxième échangeur (1) destiné à transmettre les frigories produites. Selon l'invention, chaque cellule à effet Peltier est connectée de façon que la tension U à ses (CF DESSIN DANS BOPI) cellules sont adaptées pour que la puissance frigorifique Wf fournie par chaque cellule soit telle que Wf >= Wc = UI, I représentant le courant traversant ladite cellule.The invention relates to a cold production device intended to transmit frigories to a medium to be cooled from the energy supplied by an autonomous low voltage electrical source such as a vehicle battery, in particular a motor vehicle. This device comprises a cold production assembly (3-10) comprising at least one Peltier effect cell capable of withstanding a maximum voltage V max, a first exchanger (11-13) for removing the heat produced and a second exchanger ( 1) intended to transmit the frigories produced. According to the invention, each Peltier effect cell is connected so that the voltage U at its (CF DRAWING IN BOPI) cells are adapted so that the cooling power Wf supplied by each cell is such that Wf> = Wc = UI, I representing the current flowing through said cell.
Description
L' invention concerne un dispositif de production de froid utilisant l'effet Peltier, destiné à transmettre des frigories à un milieu à refroidir à partir de l'énergie fournie par une source électrique autonome basse tension telle qu'une batterie de véhicule, notamment automobile. Elle s'applique notamment, mais de façon non exclusive, à la réalisation de conteneurs destinés à la congélation d'échantillons biologiques, et à la réalisation de dispositifs de rafraîchissement de l'habitacle d'un véhicule. The invention relates to a device for producing cold using the Peltier effect, for transmitting frigories to a medium to be cooled using the energy supplied by an autonomous low voltage electrical source such as a vehicle battery, in particular a motor vehicle battery. . It applies in particular, but not exclusively, to the realization of containers for the freezing of biological samples, and the realization of devices for refreshing the passenger compartment of a vehicle.
Il existe un grand nombre de brevets décrivant des dispositifs de production de froid utilisant l'effet Peltier et destinés à produire des frigories à partir de l'énergie fournie par une source électrique basse tension et notamment une batterie de véhicule automobile. There are a large number of patents describing devices for producing cold using the Peltier effect and intended to produce frigories from the energy supplied by a low voltage electrical source and in particular a motor vehicle battery.
De tels dispositifs comportent principalement un ensemble de production de froid comportant une ou plusieurs cellules à effet Peltier, un premier échangeur d'évacuation des calories produites par ces cellules, et un deuxième échangeur pour la transmission des frigories produites par lesdites cellules vers le milieu à refroidir.Such devices mainly comprise a cold production assembly comprising one or more Peltier effect cells, a first heat exchanger for evacuating the calories produced by these cells, and a second exchanger for transmitting the frigories produced by said cells to the medium to cool.
Les applications principales de ces dispositifs de production de froid consistent en la réalisation de conteneurs pour la congélation d'échantillons biologiques (brevets DD 289.585,
US 4 799 358, US 4 474 015, FR 2 655 716), et en la réalisation de dispositifs de rafraîchissement de l'habitacle de véhicules automobiles (brevets IT 1 129 134,
FR 2 598 493, FR 2 540 978).The main applications of these cold production devices consist in the realization of containers for the freezing of biological samples (patents DD 289.585,
US 4,799,358, US 4,474,015, FR 2,655,716), and in the production of devices for refreshing the passenger compartment of motor vehicles (Patents IT 1,129,134,
FR 2 598 493, FR 2 540 978).
Toutefois, il n'existe à l'heure actuelle, à la connaissance des inventeurs, aucune réalisation industrielle concernant l'une ou l'autre application. Ceci s'explique par le fait que les dispositifs décrits dans ces brevets nécessitent un apport important d'énergie et produisent une quantité importante de calories à évacuer par rapport aux frigories récupérables, incompatibles avec le but recherché qui est de fournir un dispositif de faible encombrement alimenté par une source électrique basse tension autonome. However, to date, to the inventors' knowledge, there is no industrial realization concerning one or the other application. This is explained by the fact that the devices described in these patents require a large supply of energy and produce a large amount of calories to be removed compared to the recoverable frigories, incompatible with the goal of providing a compact device powered by an independent low voltage power source.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients et a pour principal objectif de fournir un dispositif de production de froid de faible encombrement dont la consommation d'énergie et le nombre de calories produites sont optimisés. The present invention aims to overcome these drawbacks and its main purpose is to provide a compact cold generating device whose energy consumption and the number of calories produced are optimized.
A cet effet, l'invention vise un dispositif de production de froid destiné à transmettre des frigories à un milieu à refroidir à partir de l'énergie fournie par une source électrique autonome basse tension telle qu'une batterie de véhicule, notamment automobile, délivrant une tension de V Volts, du type comprenant
- un ensemble de production de froid comportant au moins une cellule à effet Peltier apte à supporter une tension maximale V max,
- un premier échangeur d'évacuation des calories produites par chaque cellule à effet Peltier,
- un deuxième échangeur destiné à transmettre les frigories produites par chaque cellule à effet Peltier au milieu à refroidir.For this purpose, the invention relates to a cold production device for transmitting frigories to a medium to be cooled from the energy supplied by an autonomous low voltage electrical source such as a vehicle battery, in particular a motor vehicle, delivering a voltage of V Volts, of the type comprising
a cold production assembly comprising at least one Peltier effect cell capable of withstanding a maximum voltage V max,
a first exchanger for evacuating the calories produced by each Peltier effect cell,
a second exchanger intended to transmit the frigories produced by each Peltier effect cell to the medium to be cooled.
Selon l'invention, ce dispositif se caractérise en ce que
- chaque cellule à effet Peltier est connectée de façon que la tension U aux bornes de chacune desdites cellules soit comprise entre V max et 2 V max
3 3
- chaque cellule à effet Peltier est adaptée pour que la puissance frigorifique Wf fournie par ladite cellule soit telle que Wf > Wc = UI, I représentant le courant traversant ladite cellule, et Wc consistant en la puissance consommée par la cellule.According to the invention, this device is characterized in that
each Peltier cell is connected so that the voltage U across each of said cells is between V max and 2 V max.
3 3
each Peltier effect cell is adapted so that the cooling capacity Wf supplied by said cell is such that Wf> Wc = UI, I representing the current flowing through said cell, and Wc consisting of the power consumed by the cell.
L'idée à la base de l'invention a été d'utiliser les cellules à effet Peltier de façon particulière afin de pouvoir produire des frigories à partir de l'énergie fournie par une source autonome basse tension, telle qu'une batterie de véhicule. The idea underlying the invention was to use the Peltier effect cells in a particular way in order to be able to produce frigories from the energy supplied by an autonomous low voltage source, such as a vehicle battery. .
La solution consiste à faire fonctionner les cellules à effet Peltier avec une puissance de froid inférieure à ses capacités intrinsèques permettant d'obtenir une efficacité optimale, d'une part, quant au rapport frigories produites/puissance consommée et, d'autre part, quant au rapport frigories produites/calories à evacuer. The solution is to operate the Peltier effect cells with a cold power lower than its intrinsic capacities to obtain optimal efficiency, on the one hand, as to the ratio of frigories produced / power consumed and, on the other hand, the ratio of frigories produced / calories to be evacuated.
Cette mise en oeuvre permet donc de solutionner les deux problèmes inhérents à la production de froid à partir d'une source autonome, puisqu'elle conduit à diminuer de façon optimale, d'une part, la consommation d'énergie nécessaire à cette production de froid et, d'autre part, le nombre de calories produites et donc les dimensions de l'échangeur d'évacuation de ces calories. This implementation thus makes it possible to solve the two problems inherent in the production of cold from an autonomous source, since it leads to an optimal reduction, on the one hand, of the energy consumption necessary for this production of energy. on the other hand, the number of calories produced and therefore the dimensions of the heat exchanger of these calories.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble de production de froid comprend au moins une branche comportant chacune au moins deux cellules disposées en série du point de vue électrique. According to another characteristic of the invention, the cold production assembly comprises at least one branch each comprising at least two cells arranged in series from the electrical point of view.
Avec les cellules à effet Peltier disponibles à ce jour sur le marché, cette solution est actuellement la plus simple à mettre en oeuvre et conduit par exemple dans la pratique
- pour une source de tension de 12 volts, à monter en série dans chaque branche deux cellules pouvant supporter une tension V max de 16 volts,
- pour une source de tension de 24 volts, à monter en série dans chaque branche trois cellules pouvant supporter une tension V max de 16 volts.With the Peltier cells currently available on the market, this solution is currently the simplest to implement and leads for example in practice
- for a voltage source of 12 volts, to mount in series in each branch two cells able to withstand a voltage V max of 16 volts,
- for a voltage source of 24 volts, to mount in series in each branch three cells able to withstand a voltage V max of 16 volts.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble de production de froid comporte au moins deux branches de cellules à effet Peltier montées en parallèle du point de vue électrique. Cette disposition s'avère entre, notamment, le meilleur compromis en vue de la réalisation d'un dispositif destiné au rafraîchissement contrôlé de l'habitacle d'un véhicule. According to another characteristic of the invention, the cold generation assembly comprises at least two branches of Peltier effect cells connected in parallel from the electrical point of view. This arrangement is between, in particular, the best compromise for the realization of a device for the controlled cooling of the passenger compartment of a vehicle.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation préférentiel, l'ensemble de production de froid comporte un accumulateur statique comprenant
- un noyau réalisé en un matériau présentant une conductibilité thermique élevée, et doté d'une face accolée à la face froide des cellules à effet
Peltier,
- et au moins un barreau réalisé en un matériau présentant une conductibilité thermique inférieure à celle du premier matériau, chacun desdits barreaux étant agencé pour être en contact direct avec le noyau sans présenter de contact direct avec les cellules à effet
Peltier.Furthermore, according to a preferred embodiment, the cold production assembly comprises a static accumulator comprising
a core made of a material having a high thermal conductivity, and having a face contiguous to the cold side of the effect cells
Peltier
and at least one bar made of a material having a lower thermal conductivity than the first material, each of said bars being arranged to be in direct contact with the core without having direct contact with the effect cells
Peltier.
Un tel accumulateur permet d'accumuler des frigories lorsque, par exemple, la température de consigne est atteinte, et de restituer ensuite ces frigories très rapidement à la demande. Such an accumulator makes it possible to accumulate frigories when, for example, the set temperature is reached, and then to restore these frigories very quickly on demand.
En outre, le noyau de cet accumulateur est préférentiellement réalisé en cuivre, et chaque barreau en acier. In addition, the core of this accumulator is preferably made of copper, and each steel bar.
Ces deux matériaux constituent le meilleur compromis coût, et produit (densité X chaleur spécifique X vitesse de conduction) qui détermine l'efficacité de 1' accumulateur. These two materials constitute the best compromise cost, and produces (density X specific heat X conduction velocity) which determines the efficiency of 1 'accumulator.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble de production de froid comporte deux étages de production de froid montés en série du point de vue thermique, et le noyau de l'accumulateur est disposé de façon à présenter une face accolée à la face froide des cellules à effet Peltier du premier étage de production de froid, et une face accolée à la face chaude des cellules à effet Peltier du deuxième étage de production de froid. According to another characteristic of the invention, the cold production assembly comprises two cold production stages connected in series from the thermal point of view, and the core of the accumulator is arranged so as to have a side contiguous to the cold face of the Peltier effect cells of the first stage of cold production, and a face contiguous to the hot face of the Peltier effect cells of the second stage of cold production.
Un tel dispositif s'applique plus particulièrement à la congélation d'embryons nécessitant une courbe contrôlée de descente de température présentant par exemple trois étapes (descente rapide jusqu'à la température d'ensemencement, palier, descente lente) jusqu'à une température de l'ordre de moins 30 degrés. Such a device applies more particularly to the freezing of embryos requiring a controlled temperature descent curve having for example three stages (rapid descent to the seeding temperature, plateau, slow descent) to a temperature of the order of minus 30 degrees.
Lors de cette congélation, l'accumulateur a en effet deux fonctions : dans un premier temps, il permet d'obtenir une descente de température rapide jusqu'à la température d'ensemencement (environ moins sept degrés). During this freezing, the accumulator has indeed two functions: in a first step, it makes it possible to obtain a rapid descent of temperature up to the seeding temperature (approximately minus seven degrees).
Dans un deuxième temps, lors du palier, il accumule des frigories qui constituent une réserve de froid qui est restituée en fin d'opération et qui permet d'obtenir la température extrême.In a second step, during the landing, it accumulates frigories which constitute a reserve of cold which is restored at the end of operation and which makes it possible to obtain the extreme temperature.
Une première application de l'invention vise un conteneur apte à être alimenté au moyen d'une source électrique autonome basse tension telle qu'une batterie de véhicule, notamment automobile, et destiné à la congélation d'échantillons biologiques disposés dans des tubes, caractérisé en ce qu'il comprend
- un compartiment de stockage des tubes d'échantillons,
- un compartiment de production de froid renfermant un dispositif de production de froid comportant
un étage de production de froid, dit deuxième étage, comportant au moins une cellule à effet
Peltier disposée avec sa face froide en contact avec le compartiment de stockage,
un accumulateur statique comprenant, d'une part, un noyau réalisé en un matériau présentant une conductibilité thermique élevée, et doté d'une face accolée à la face chaude des cellules à effet
Peltier du deuxième étage de production de froid et, d'autre part, au moins un barreau réalisé en un matériau présentant une conductibilité thermique inférieure à celle du premier matériau, chacun desdits barreaux étant agencé pour être en contact direct avec le noyau sans présenter de contact direct avec les cellules à effet Peltier du deuxième étage de production de froid,
un étage de production de froid, dit premier étage, comportant au moins une cellule à effet
Peltier disposée avec sa face froide en contact avec le noyau de l'accumulateur, chacune des cellules dudit premier étage et du deuxième étage étant
* connectée de façon que la tension U aux bornes de ladite cellule soit comprise entre
V max et 2 V max où V max est la tension maximale pouvant
3 3 être supportée par la cellule,
* adaptée pour que la puissance frigorifique fournie par ladite cellule soit telle que
Wf > Wc = UI, I étant le courant traversant ladite cellule, et Wc consistant en la puissance consommée par la cellule,
des moyens de contrôle et de régulation des puissances frigorifiques fournies,
- un compartiment d'évacuation des calories produites par le premier étage de production de froid, comportant
un transmetteur thermique doté d'un circuit à fluide caloporteur, agencé pour être disposé en contact avec la face chaude des cellules à effet Peltier du premier étage de production de froid,
un échangeur fluide caloporteur/air,
et des moyens de ventilation de 1' échangeur fluide caloporteur/air.A first application of the invention is a container capable of being powered by means of an autonomous low voltage electrical source such as a vehicle battery, in particular an automobile battery, and intended for freezing biological samples placed in tubes, characterized in that it includes
a compartment for storing the sample tubes,
- a cold production compartment containing a cold production device comprising
a cold production stage, said second stage, comprising at least one effect cell
Peltier arranged with its cold side in contact with the storage compartment,
a static accumulator comprising, on the one hand, a core made of a material having a high thermal conductivity, and having a face contiguous to the hot face of the effect cells
Peltier of the second cold production stage and, on the other hand, at least one rod made of a material having a thermal conductivity lower than that of the first material, each of said bars being arranged to be in direct contact with the core without presenting any direct contact with Peltier effect cells of the second stage of cold production,
a cold production stage, said first stage, comprising at least one effect cell
Peltier disposed with its cold side in contact with the core of the accumulator, each cell of said first stage and second stage being
* connected so that the voltage U at the terminals of said cell is between
V max and 2 V max where V max is the maximum voltage
3 3 be supported by the cell,
* adapted so that the cooling capacity provided by said cell is such that
Wf> Wc = UI, I being the current flowing through said cell, and Wc consisting of the power consumed by the cell,
means for controlling and regulating the refrigerating powers supplied,
a compartment for evacuating the calories produced by the first cold production stage, comprising
a heat transmitter equipped with a coolant circuit, arranged to be placed in contact with the hot face of the Peltier effect cells of the first cold production stage,
a coolant heat exchanger / air,
and means for ventilating the heat exchanger fluid / air.
Une autre application vise un dispositif de rafraîchissement de l'habitacle d'un véhicule, notamment automobile, doté d'une batterie délivrant une tension de V volts, caractérisé en ce qu'il comprend
- un ensemble de production de froid comportant au moins une cellule à effet Peltier apte à supporter une tension maximale V max, chacune desdites cellules étant
connectée de façon que la tension
U aux bornes de ladite cellule soit comprise entre V max et
3 2 V max
3
adaptée pour que la puissance frigorifique Wf fournie par ladite cellule soit telle que
Wf > Wc = UI, I étant le courant traversant ladite cellule, et Wc consistant en la puissance consommée par la cellule,
- un circuit, dit frigorifique, à fluide caloporteur destiné à la transmission des frigories, comportant un collecteur doté d'une face en contact avec la face froide de chaque cellule à effet Peltier et un échangeur fluide caloporteur/air destiné au rafraîchissement de l'habitacle,
- un circuit, dit calorifique, à fluide caloporteur destiné à l'évacuation des calories, comportant au moins un collecteur doté d'une face en contact avec la face chaude de chaque cellule à effet Peltier et un échangeur fluide caloporteur/air de refroidissement.Another application is a device for refreshing the passenger compartment of a vehicle, in particular an automobile, having a battery delivering a voltage of V volts, characterized in that it comprises
a cold production assembly comprising at least one Peltier effect cell capable of withstanding a maximum voltage V max, each of said cells being
connected so that the voltage
U at the terminals of said cell is between V max and
3 2 V max
3
adapted so that the cooling capacity Wf supplied by said cell is such that
Wf> Wc = UI, I being the current flowing through said cell, and Wc consisting of the power consumed by the cell,
- A circuit, said refrigerant, heat transfer fluid for the transmission of frigories, comprising a collector with a face in contact with the cold face of each Peltier effect cell and a coolant / air heat exchanger for the cooling of the cockpit
- A circuit, called calorific heat transfer fluid for the evacuation of calories, comprising at least one collector with a face in contact with the hot face of each Peltier effect cell and a coolant fluid exchanger / cooling air.
En outre, selon un mode de réalisation préférentiel visant ce dispositif de rafraîchissement :
- le collecteur du circuit frigorifique est constitué d'une enceinte creuse comportant deux parois frontales réalisées en un matériau présentant une conductibilité thermique élevée, et une couronne périphérique reliant les parois frontales, réalisée en un matériau présentant une conductibilité thermique inférieure à celle du matériau des parois frontales,
- l'ensemble de production de froid comporte deux sous-ensembles comportant chacun au moins une cellule à effet Peltier, lesdits sous-ensembles étant disposés de part et d'autre du collecteur du circuit frigorifique de façon que la face froide de chaque cellule les composant soit disposée en contact avec une paroi frontale dudit collecteur,
- le circuit calorifique comporte deux collecteurs associés respectivement chacun à un sousensemble de production de froid.In addition, according to a preferred embodiment for this cooling device:
the collector of the refrigerating circuit consists of a hollow enclosure comprising two end walls made of a material having a high thermal conductivity, and a peripheral ring connecting the end walls, made of a material having a thermal conductivity lower than that of the material of the frontal walls,
the cold production assembly comprises two subassemblies each comprising at least one Peltier effect cell, said subassemblies being arranged on either side of the collector of the refrigerant circuit so that the cold face of each cell component is arranged in contact with a front wall of said manifold,
- The heat circuit has two collectors each associated respectively to a subset of cold production.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemples non limitatifs deux modes de réalisation préférentiels. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description
- la figure 1 est une vue en perspective schématique représentant en mode éclaté les différents éléments constitutifs d'un premier mode de réalisation de dispositif de production de froid conforme à l'invention destiné à la congélation d'échantillons biologiques,
- les figures 2a, 2b sont les abaques de fonctionnement des cellules à effet Peltier du premier étage de production de froid de ce dispositif,
- les figures 3a, 3b sont les abaques de fonctionnement des cellules à effet Peltier du second étage de production de froid,
- la figure 4 est une vue en coupe schématique par un plan vertical A d'un deuxième mode de réalisation de dispositif de production de froid conforme à l'invention destiné au rafraîchissement de l'habitacle d'un véhicule,
- et la figure 5 est une vue en coupe schématique par un plan horizontal de ce deuxième mode de réalisation.Other features, objects and advantages of the invention will emerge from the detailed description which follows with reference to the accompanying drawings which show by way of non-limiting examples two preferred embodiments. On these drawings which form an integral part of this description
FIG. 1 is a diagrammatic perspective view showing in exploded fashion the various elements constituting a first embodiment of a cold production device according to the invention for the freezing of biological samples,
FIGS. 2a, 2b are the operating charts of the Peltier effect cells of the first cold production stage of this device,
FIGS. 3a, 3b are the operating charts of the Peltier effect cells of the second cold production stage,
FIG. 4 is a diagrammatic sectional view through a vertical plane A of a second embodiment of a cold production device according to the invention for refreshing the passenger compartment of a vehicle,
and FIG. 5 is a diagrammatic sectional view through a horizontal plane of this second embodiment.
Les dispositifs de production de froid représentés schématiquement aux figures 1, 4, 5 sont destinés à être alimentés à partir de la batterie d'un véhicule, notamment automobile. (Les valeurs données à titre d'exemple numérique ci-après correspondent à une batterie 12 volts). The cold production devices shown schematically in Figures 1, 4, 5 are intended to be powered from the battery of a vehicle, including automotive. (The values given as a numerical example below correspond to a 12-volt battery).
Le dispositif représenté schématiquement à la figure 1 est destiné à être intégré dans un conteneur en vue de la congélation et du transport d'embryons. The device shown schematically in Figure 1 is intended to be integrated in a container for the freezing and transport of embryos.
Ce dispositif comprend, en premier lieu, un compartiment 1 de stockage des échantillons comportant une pluralité de logements cylindriques 2 aptes à loger chacun un tube d'échantillon. This device comprises, firstly, a compartment 1 for storing samples comprising a plurality of cylindrical housings 2 each suitable for housing a sample tube.
Ce dispositif comprend, en outre, collées en sous-face du compartiment de stockage 1 au moyen de graisse conductrice ou soudées à cette sous-face, les cellules à effet Peltier 3, 4 formant le deuxième étage de production de froid. Ces cellules 3, 4 sont au nombre de deux disposées en série. This device further comprises glued on the underside of the storage compartment 1 by means of conductive grease or welded to this underside, the Peltier effect cells 3, 4 forming the second stage of cold production. These cells 3, 4 are two in number arranged in series.
Le dispositif comprend, par ailleurs, un accumulateur 5 de forme parallélépipédique rectangle doté d'un noyau réalisé en cuivre, sur lequel sont collées les cellules à effet Peltier 3, 4, encadré de deux barreaux 7, 8 réalisés en acier. Les dimensions du noyau 6 de cet accumulateur 5 sont conçus pour que les cellules à effet
Peltier 3, 4 du deuxième étage de production de froid soient au contact de ce seul noyau et ne présentent par conséquent aucune zone de contact avec les barreaux 7, 8.The device further comprises a battery 5 of rectangular parallelepiped shape with a core made of copper, on which are glued Peltier effect cells 3, 4, framed by two bars 7, 8 made of steel. The dimensions of the core 6 of this accumulator 5 are designed so that the effect cells
Peltier 3, 4 of the second stage of cold production are in contact with this single core and therefore have no contact zone with the bars 7, 8.
Le dispositif comprend, en outre, un autre étage de production de froid, dit premier étage, constitué de deux cellules à effet Peltier 9, 10 montées en série, collées sous le noyau 6 de l'accumulateur 5 ou soudées à ce dernier de façon à ne venir en contact qu'avec ce seul noyau. The device further comprises a second stage of cold production, said first stage, consisting of two Peltier effect cells 9, mounted in series, glued under the core 6 of the accumulator 5 or welded to the latter to come into contact with this single nucleus.
Le dispositif comprend, enfin, des moyens d'évacuation des calories produites par les cellules à effet Peltier 9, 10 du premier étage. Ces moyens comprennent un transmetteur thermique 11 consistant en une enceinte dotée d'une face supérieure collée ou soudée aux cellules à effet Peltier 9, 10 du premier étage. The device comprises, finally, means for evacuating the calories produced by the Peltier effect cells 9, 10 of the first stage. These means comprise a heat transmitter 11 consisting of an enclosure having an upper face bonded or welded to Peltier cells 9, 10 of the first stage.
Ces moyens d'évacuation comportent, en outre, un circuit 12 à fluide caloporteur, tel que de l'eau, formant une boucle fermée intégrant le transmetteur thermique 11, et un échangeur 13 fluide caloporteur/air. These evacuation means furthermore comprise a heat-transfer fluid circuit 12, such as water, forming a closed loop integrating the thermal transmitter 11, and a heat exchanging fluid / air exchanger.
Enfin, un ventilateur 14 assure le refroidissement, côté air, de l'échangeur 13.Finally, a fan 14 provides cooling, on the air side, of the exchanger 13.
Les cellules à effet Peltier 3, 4 formant le deuxième étage sont des cellules de valeurs nominales 12 volts/6 ampères dont les abaques sont représentées aux figures 2a, 2b. Ces cellules 3, 4 sont montées en série de façon a être traversées par un courant 6 volts/3 ampères. The cells Peltier effect 3, 4 forming the second stage are cells of nominal values 12 volts / 6 amps whose charts are shown in Figures 2a, 2b. These cells 3, 4 are connected in series so as to be traversed by a current of 6 volts / 3 amperes.
Tel qu'il ressort des abaques, pour une différence de température de 30 degrés entre les faces froide et chaude de ces cellules 3, 4, chacune d'elles fournit une puissance Wf de 18 watts de froid, pour une consommation Wc de 6 V X 3 A = 18 watts (rapport de un). La puissance à évacuer par le premier étage de production de froid pour l'ensemble de ces deux cellules 3, 4 est donc de deux fois (18 W + 18 W) soit 72 watts pour une production totale en froid Wf de 36 watts. As shown by the charts, for a temperature difference of 30 degrees between the cold and hot faces of these cells 3, 4, each of them provides a power Wf of 18 watts of cold, for a consumption Wc of 6 VX 3 A = 18 watts (ratio of one). The power to be discharged by the first stage of cold production for all of these two cells 3, 4 is therefore twice (18 W + 18 W) or 72 watts for a total cold output Wf of 36 watts.
Les cellules à effet Peltier 9, 10 formant le premier étage de production de froid sont quant à elles sélectionnées de façon à pouvoir fournir une puissance frigorifique Wf sensiblement double de celle fournie par les cellules 3, 4 du deuxième étage. The Peltier effect cells 9, 10 forming the first cold production stage are themselves selected so as to provide a cooling capacity Wf substantially double that provided by the cells 3, 4 of the second stage.
Les cellules 9, 10 sélectionnées, dont les abaques de fonctionnement sont représentées aux figures 3a et 3b, sont des cellules de valeurs nominales 12 volts/12 ampères. Elles sont montées en série de façon à être traversées par un courant 6 volts/6 ampères. The cells 9, 10 selected, whose operating charts are shown in Figures 3a and 3b, are nominal cells 12 volts / 12 amperes. They are connected in series so as to be crossed by a current 6 volts / 6 amperes.
Tel qu'il ressort des abaques, pour une différence de température de 30 degrés entre les faces froide et chaude de ces cellules 9, 10, chacune d'elles fournit une puissance Wf de 36 watts de froid, pour une consommation Wc de 6 V x 6 A = 36 W (rapport de un). La puissance à évacuer par les moyens d'évacuation pour l'ensemble de ces deux cellules 9, 10 est donc de deux fois (36 W + 36 W) soit 144 watts pour une production totale en froid de 72 watts. As shown by the charts, for a temperature difference of 30 degrees between the cold and hot faces of these cells 9, 10, each of them provides a power Wf of 36 watts of cold, for a consumption Wc of 6 V x 6 A = 36 W (ratio of one). The power to be evacuated by the evacuation means for all of these two cells 9, 10 is therefore twice (36 W + 36 W) or 144 watts for a total production of 72 watts cold.
L'accumulateur 5 de ce dispositif a, quant à lui, deux fonctions. Dans un premier temps, il permet d'obtenir une courbe de descente de température rapide jusqu'à la température d'ensemencement grâce au coefficient de conductibilité élevé du noyau 6. Ensuite, durant le palier observé à cette température d'ensemencement, les frigories produites sont accumulées dans les barreaux 7, 8 et constituent une réserve de froid permettant de descendre par la suite à la température extrême (de l'ordre de moins 350 C) avec la courbe de descente désirée. Il est à noter que l'apport de cette réserve de froid est primordial, car il permet de compenser la baisse d'efficacité que présentent les cellules à effet Peltier lorsque l'écart de température entre les faces chaude et froide de ces dernières devient très important. The accumulator 5 of this device has, for its part, two functions. Firstly, it makes it possible to obtain a rapid temperature descent curve up to the seeding temperature thanks to the high conductivity coefficient of the core 6. Then, during the plateau observed at this seeding temperature, the frigories produced are accumulated in the bars 7, 8 and constitute a reserve of cold allowing to descend thereafter to the extreme temperature (of the order of minus 350 C) with the desired descent curve. It should be noted that the contribution of this reserve of cold is essential because it makes it possible to compensate for the drop in efficiency that Peltier cells exhibit when the temperature difference between the hot and cold faces of these cells becomes very high. important.
En dernier lieu, le dispositif décrit cidessus est équipé de façon classique de moyens de connexion permettant de l'alimenter à partir de la batterie d'un véhicule, par exemple en raccordant ce dispositif à l'alimentation de 1 ' allume-cigares. Finally, the device described above is conventionally equipped with connection means for supplying it from the battery of a vehicle, for example by connecting this device to the power supply of one cigarette lighter.
De plus, les deux étages de production de froid sont alimentés par l'intermédiaire de circuits de commande à transistors aptes à permettre de contrôler les puissances électriques fournies de façon à respecter les courbes de descente de température prédéterminées. In addition, the two cold production stages are fed via transistor control circuits capable of controlling the electric power supplied so as to respect the predetermined temperature descent curves.
Le dispositif représenté schématiquement aux figures 4 et 5 consiste, quant à lui, en un dispositif de rafraîchissement de l'habitacle d'un véhicule. The device shown diagrammatically in Figures 4 and 5 consists, meanwhile, a device for refreshing the passenger compartment of a vehicle.
Ce dispositif se compose d'un accumulateur central 15, de part et d'autre duquel sont montés deux ensembles identiques composés chacun d'un étage de production de froid 16, 17, et d'un transmetteur thermique 18, 19 monté en boucle fermée dans un circuit d'évacuation des calories produites par les étages de production de froid. This device consists of a central accumulator 15, on both sides of which are mounted two identical sets each consisting of a cold production stage 16, 17, and a heat transmitter 18, 19 mounted in a closed loop. in a circuit for evacuating the calories produced by the cold production stages.
L'accumulateur central 15 se présente sous la forme d'une enceinte parallélépipédique rectangle dotée de passages de fluide tel que 20, délimitée par deux parois frontales 21, 22 réalisées en cuivre, et une couronne périphérique 23 réalisée en acier reliant lesdites parois. The central accumulator 15 is in the form of a rectangular parallelepiped enclosure provided with fluid passages such as 20 delimited by two end walls 21, 22 made of copper, and a peripheral ring 23 made of steel connecting said walls.
Cet accumulateur 15 est monté en boucle fermée dans un circuit de refroidissement comportant un radiateur (non représenté) destiné à rafraîchir l'air délivré dans l'habitacle du véhicule. This accumulator 15 is mounted in a closed loop in a cooling circuit comprising a radiator (not shown) for cooling the air delivered into the passenger compartment of the vehicle.
Chaque étage de production de froid 16, 17, disposé de part et d'autre de l'accumulateur, comporte quatre cellules à effet Peltier de valeurs nominales 12 volts/12 ampères dont les abaques de fonctionnement sont représentées aux figures 3a et 3b. Ces cellules sont disposées avec leur face froide au contact d'une des parois frontales 21, 22 de l'accumulateur 15, et sont collées sur ces dernières au moyen de graisse conductrice, ou soudées à ces dernières. Each cooling stage 16, 17, disposed on either side of the accumulator, comprises four Peltier cells of nominal values 12 volts / 12 amps whose operating charts are shown in Figures 3a and 3b. These cells are arranged with their cold face in contact with one of the front walls 21, 22 of the accumulator 15, and are glued on the latter by means of conductive grease, or welded thereto.
Ces cellules sont montées selon deux branches disposées en parallèle et comportant chacune deux cellules en série. De ce fait, le courant traversant chacune des cellules est un courant 6 volts/6 ampères. These cells are mounted in two branches arranged in parallel and each having two cells in series. As a result, the current flowing through each of the cells is 6 volts / 6 amperes.
Tel qu'il ressort des abaques, pour une différence de température de 10 degrés entre les faces froide et chaude de ces cellules (différence de température recherchée pour le rafraîchissement de l'habitacle d'un véhicule), chacune produit, en froid, une puissance Wf d'environ 70 watts pour une consommation Wc de 6 V X 6 A = 36 watts (rapport sensiblement de deux). La puissance à évacuer pour chacun de ces étages de production de froid est quant à elle de quatre fois (70 W + 36 W) soit 524 watts, pour une production totale en froid de 280 watts. As shown by the charts, for a temperature difference of 10 degrees between the cold and hot faces of these cells (temperature difference sought for the cooling of the passenger compartment of a vehicle), each produces, in cold, a Wf power of about 70 watts for a consumption of Wc 6 VX 6 A = 36 watts (substantially of two). The power to be evacuated for each of these cold production stages is four times (70 W + 36 W) or 524 watts, for a total cold production of 280 watts.
Par conséquent, si l'on cumule les deux étages de production de froid 16, 17, on obtient une production de froid de 560 watts pour une consommation d'énergie de 288 W comparable sensiblement à la consommation des phares d'un véhicule automobile. Therefore, if we combine the two stages of cold production 16, 17, we obtain a cold production of 560 watts for a power consumption of 288 W comparable to the consumption of headlights of a motor vehicle.
Enfin, chaque transmetteur thermique 18, 19 consiste en une enceinte dont une face est collée ou soudée à la face chaude des cellules à effet Peltier de l'étage de production de froid correspondant. Cette enceinte est dotée de deux passages de fluide tels que 24, 25, et d'une cloison 26 s'étendant longitudinalement entre les deux passages de fluide et destinée à forcer la circulation dans ladite enceinte. Finally, each heat transmitter 18, 19 consists of an enclosure, one side of which is glued or welded to the hot face of the Peltier effect cells of the corresponding cold production stage. This chamber is provided with two fluid passages such as 24, 25, and a partition 26 extending longitudinally between the two fluid passages and intended to force the circulation in said enclosure.
Chacun de ces transmetteurs thermiques 18, 19 est monté de façon classique dans un circuit de refroidissement incorporant, soit une pompe et un radiateur, soit un système à caloduc. Each of these thermal transmitters 18, 19 is conventionally mounted in a cooling circuit incorporating either a pump and a radiator, or a heat pipe system.
En dernier lieu, le rôle de l'accumulateur 15 de ce dispositif est d'accumuler des frigories lorsque la température de consigne à l'intérieur de l'habitacle est atteinte et que, par conséquent, le débit d'air refroidi est annulé ou ralenti. Finally, the role of the accumulator 15 of this device is to accumulate frigories when the set temperature inside the passenger compartment is reached and that, therefore, the cooled air flow is canceled or slow motion.
Ces frigories accumulées présentent l'avantage de pouvoir être restituées très rapidement lorsque le débit est à nouveau augmenté, conduisant à une mise en température rapide de l'habitacle du véhicule. These accumulated frigories have the advantage of being able to be restored very quickly when the flow is increased again, leading to a rapid warm-up of the passenger compartment of the vehicle.
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