FR2781605A1 - Convertisseur thermoelectrique a effet peltier, procede de fabrication de ce convertisseur, et application a un thermostat apte a effectuer des trempes calibrees de fluides critiques, notamment en microgravite - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un convertisseur thermoélectrique (52) à effet Peltier, utilisé en pompe à chaleur à haute température notamment dans un thermostat, pour y effectuer des trempes calibrées de fluides critiques à haute température (200degreC à 800degreC), au sol et en microgravité. Le convertisseur est formé d'au moins un module (82) incluant un ensemble d'éléments thermoélectriques (90P, 90N), par exemple en FeSi2 , en phase ; montés côte à côte entre deux plaques (86, 88) électriquement isolantes, et reliés électriquement en série par des contacts (92, 94) en brasure d'argent activé au titane. Plusieurs modules (83) sont de préférence soudés entre deux disques (84), et connectés électriquement en série.
Description
CONVERTISSEUR THERMOELECTRIQUE A EFFET PELTIER, PROCEDE
DE FABRICATION DE CE CONVERTISSEUR, ET APPLICATION A UN
THERMOSTAT APTE A EFFECTUER DES TREMPES CALIBREES DE
FLUIDES CRITIQUES, NOTAMMENT EN MICROGRAVITE
DESCRIPTION
Domaine technique L'invention concerne un convertisseur thermoélectrique, utilisé en pompe à chaleur à haute température, notamment pour réaliser des transferts de chaleur autour d'une température moyenne élevée, comprise par exemple entre environ 200 C et environ 800 C, ce qui permet d'effectuer des variations de
température rapides et calibrées.
L'invention concerne également un procédé de
fabrication d'un tel convertisseur thermoélectrique.
En outre, l'invention concerne l'application de tels convertisseurs à un thermostat par exemple pour étudier le comportement de fluides au voisinage de leur température critique, lorsque cette température est comprise entre environ 200 C et environ 800 C (par
exemple, environ 600 C).
Il est rappelé que les fluides sont dits "critiques" lorsqu'ils se trouvent dans un domaine de
température et de pression o ils présentent un compor-
tement intermédiaire entre celui d'un liquide et celui
d'un gaz (fortes fluctuations de densité, faible visco-
sité, forte diffusivité et forte compressibilité). Ce
domaine correspond à des pressions et à des températu-
res dépassant un "point critique", variable d'un fluide à l'autre. Dans le cas de l'eau, le point critique
correspond à une pression de 221 bars et à une tempéra-
ture de 374 C.
Un thermostat équipé de convertisseurs conformes à l'invention peut être utilisé pour étudier le comportement de fluides critiques dont le point critique correspond à une température et à une pression élevées (température comprise entre environ 200 C et environ 800 C, pression moyenne d'environ 500 bars) au sol ou, de préférence, en vol orbital, c'est-à-dire en
microgravité.
Etat de la technique Différents instruments ont déjà été développés pour étudier le comportement des fluides critiques en microgravité. Certains de ces instruments sont connus sous les dénominations "ALICE 2", "CPF" ou "Critical Point Facility", "ZENO", "High Precision Thermostat" et
"TEM".
Ces instruments comprennent notamment une cellule qui contient un échantillon confiné du fluide à étudier, un thermostat dans lequel est placée la cellule, ainsi que des moyens permettant l'observation optique de l'échantillon, depuis l'extérieur du thermostat. Dans un tel instrument, le thermostat est équipé de moyens de chauffage, qui permettent d'amener
l'échantillon fluide à une température régulée supé-
rieure à celle du point critique. Le thermostat
comprend également un ou plusieurs convertisseurs ther-
moélectriques à effet Peltier qui permettent de faire varier rapidement la température, dans le sens positif
ou dans le sens négatif, autour de la température régu-
lée atteinte grâce aux moyens de chauffage.
Jusqu'à présent, les instruments de ce type sont essentiellement destinés à l'étude du comportement de fluides critiques dans des gammes de température et de pression relativement faibles. Ainsi, les fluides tels que le dioxyde de carbone CO2 et l'hexafluorure de
soufre SF6 habituellement étudiés conduisent à tra-
vailler dans une gamme de température allant de 30 C à C et dans une gamme de pression comprise entre 30
bars et 70 bars.
Dans cette gamme de température, on utilise des convertisseurs thermoélectriques à effet Peltier du
commerce, de conception classique.
On envisage à présent de réaliser des instru-
ments destinés à l'étude du comportement d'autres flui-
des critiques, tels que l'eau, dont les points critiques correspondent à des températures et à des pressions sensiblement plus élevées. Ainsi, on souhaite travailler à des températures allant de 200 C à 800 C
environ (par exemple, environ 600 C).
Malheureusement, les convertisseurs thermoélectriques à effet Peltier utilisés dans les instruments existants sont inutilisables dans ces
conditions extrêmes de température.
Exposé de l'invention L'invention a principalement pour objet un convertisseur thermoélectrique à effet Peltier dont la conception originale lui permet d'effectuer de façon
fiable, précise et reproductible, des variations rapi-
des et calibrées de température, positives ou négati-
ves, autour d'une température moyenne élevée, c'est-à-dire comprise entre environ 200 C et environ
800 C.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un convertisseur thermoélectrique à effet Peltier, comprenant au moins un module à effet
Peltier incluant un ensemble d'éléments thermoélectri-
ques en un matériau semi-conducteur alternativement de
type P et de type N, montés côte à côte entre deux pla-
ques électriquement isolantes et reliés électriquement
en série par des contacts électriques agencés alterna-
tivement sur chacune des plaques, le convertisseur étant caractérisé en ce qu'il est utilisé en pompe à chaleur à une température d'au moins environ 200 C et comprend un matériau semi-conducteur apte à fonctionner
à ladite température.
De préférence, le matériau semi-conducteur est choisi dans le groupe comprenant FeSi2, MnSix avec x compris entre 1,71 et 1,75, SixGey, Zn4Sb3, les skutterudites remplies, CoSb3, les "Phases de Chevrel" et les composés intermétalliques ou "Phases de Heusler". Ainsi, le FeSi2 permet de réaliser les trempes thermiques souhaitées, à des températures moyennes qui
peuvent atteindre environ 800 C.
De préférence, le FeSi2 est alors dopé à l'aluminium pour former les éléments thermoélectriques de type P et au cobalt pour former les éléments thermoélectriques de type N. Avantageusement, les éléments thermoélectriques sont fabriqués à partir de poudre frittée. Ils sont
ensuite taillés, puis recuits.
Dans un mode de réalisation préféré de l'inven-
tion, qui permet notamment au convertisseur thermoélectrique de résister à des cyclages répétés entre la température ambiante et une température voisine, par exemple, de 600 C, les contacts électriques sont des feuilles de brasure d'argent activé au titane. Dans un premier temps, ces feuilles sont déposées sur les plaques électriquement isolantes, réalisées par exemple en alumine A1203. Les éléments thermoélectriques sont ensuite soudés sur les feuilles d'argent. De préférence, le convertisseur thermoélectrique comprend plusieurs modules à effet Peltier soudés entre deux disques supports, et reliés
électriquement en série les uns aux autres.
L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique à effet Peltier, comprenant au moins un module à effet Peltier formé en montant côte à côte un ensemble d'éléments thermoélectriques en un matériau semi-conducteur,
alternativement de type P et de type N, entre deux pla-
ques électriquement isolantes, en reliant électrique-
ment en série lesdits éléments thermoélectriques par des contacts électriques agencés alternativement sur chacune des plaques, procédé caractérisé en ce que le convertisseur thermoélectrique est destiné à être utilisé en pompe à chaleur à une température d'au moins environ 200 C et en ce qu'on utilise des éléments thermoélectriques (90P, 90N) en un matériau semi-conducteur apte à fonctionner à ladite température.
En outre, l'invention a pour objet un thermos-
tat adapté à l'étude du comportement de fluides au voisinage de leur température critique, comprenant un écran interne apte à recevoir une cellule porte-échantillon contenant un échantillon d'un fluide à étudier, et au moins un convertisseur thermoélectrique à effet Peltier monté dans l'écran interne et apte à être en contact avec la cellule porte-échantillon, de façon à pouvoir soumettre le fluide à une trempe calibrée; le convertisseur comprenant au moins un module à effet Peltier incluant un ensemble d'éléments thermoélectriques en un matériau semi-conducteur, alternativement de type P et de type N, montés côte à côte entre deux plaques électriquement isolantes et reliés électriquement en série par des contacts électriques agencés alternativement sur chacune des plaques, caractérisé en ce que la température critique du fluide étudié est d'au moins C et le matériau semi-conducteur du convertisseur
est apte à fonctionner à ladite température critique.
Dans le mode de réalisation préféré de l'inven-
tion, chaque convertisseur thermoélectrique comprend plusieurs modules à effet Peltier, agencés côte à côte entre deux disques supports dont l'un est apte à être en contact avec une face plane de la cellule porte-échantillon, ainsi que des fils de connexion reliant en série des éléments thermoélectriques
d'entrée et de sortie des modules adjacents.
Il est à noter qu'on détermine avantageusement un écart de température entre l'écran interne et la cellule porte-échantillon en mesurant la tension aux
bornes du convertisseur thermoélectrique.
Brève description des dessins
On décrira à présent, à titre d'exemple non
limitatif, un mode de réalisation préféré de l'inven-
tion, dans lequel: - la figure 1 est une vue de dessus qui représente schématiquement un convertisseur thermoélectrique conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus, à plus grande échelle, qui illustre l'implantation des contacts électriques dans l'un des modules du convertisseur thermoélectrique; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2; et - la figure 4 est une vue en coupe qui illustre de façon très schématique un thermostat équipé de deux
convertisseurs selon l'invention.
Description détaillée d'un mode de réalisation préféré
de l'invention Les figures 1 à 3 représentent un convertisseur thermoélectrique 52, à effet Peltier, conforme à
l'invention.
Comme l'illustre en particulier la figure 1, le convertisseur thermoélectrique 52 comprend plusieurs modules 82 à effet Peltier (par exemple, huit) sensiblement en forme de pétales ou de secteurs
circulaires tronqués, reliés électriquement en série.
Les modules 82 sont agencés côte à côte entre deux dis-
ques supports 84. Les disques supports 84 sont réalisés par exemple en cuivre chargé d'alumine. Ils peuvent, si nécessaire, recevoir un nickelage pour les protéger contre l'oxydation. Un contact surfacique étroit entre les modules 82 et les disques supports 84 est assuré
par soudage.
Comme le montrent plus en détail les figures 2 et 3, chacun des modules à effet Peltier 82 comprend deux plaques 86 et 88, électriquement isolantes, entre
lesquelles sont montés côte à côte des éléments thermo-
électriques 90N et 90P, réalisés en un matériau semi-conducteur respectivement de type N et de type P. De façon plus précise, chaque module 82 comprend un même nombre (par exemple, six) d'éléments 90N de type N et d'éléments 90P de type P. Tous ces éléments 90N et P présentent une section carrée et ils sont montés alternativement entre les plaques 86 et 88 selon un réseau à pas carré, de telle sorte qu'un élément quelconque de type P soit entouré par des éléments de
type N. et inversement.
Tous les éléments thermoélectriques 90N et 90P d'un même module 82 sont reliés deux à deux en série, alternativement du côté des plaques 86 et 88, de telle sorte que chaque élément de type P soit relié à deux éléments de type N. et inversement, en dehors des deux éléments terminaux, les plus proches du centre du convertisseur thermoélectrique 52 (en haut sur la figure 2). Plus précisément, les connexions électriques entre les éléments thermoélectriques voisins 90N et 90P sont assurées par des contacts électriques 92 et 94 respectivement adjacents aux plaques 86 et 88. Par ailleurs, les éléments terminaux précités sont reliés électriquement aux éléments terminaux adjacents des modules 82 voisins, par des fils de connexion 96 (figures 1 et 2) soudés sur les contacts 92 reliés à
ces éléments.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, les éléments thermoélectriques 90P et 90N sont réalisés en FeSi2 en phase A. Plus précisément, les éléments 90P, de type P, sont réalisés en FeSi2 dopé à l'aluminium et les éléments 90N, de type N, sont réalisés en FeSi2 dopé au cobalt. Ce matériau semi-conducteur permet d'effectuer les variations rapides de température désirées, dans le sens positif comme dans le sens négatif, de façon fiable, précise et reproductible, malgré la température élevée à laquelle
s'effectuent les opérations.
Par ailleurs, les plaques 86 et 88 sont réali-
sées, de préférence, en alumine A1203 et les contacts électriques 92, 94 sont constitués par des feuilles de
brasure d'argent activé au titane.
Lorsqu'un courant électrique de 3 ampères tra-
verse les modules 82 du convertisseur thermoélectrique 52, celui-ci dispose d'une puissance théorique de pompage de la chaleur (c'est-à- dire d'abaissement de la
température) de 30 watts.
Un procédé de fabrication préféré des modules 82 va à présent être décrit, en se référant aux figures
2 et 3.
Au cours d'une première étape, on fabrique les
éléments thermoélectriques 90P et 90N à partir de pou-
dre de FeSi2 respectivement dopée à l'aluminium et au cobalt. La poudre, initialement en phase x (métallique) est transformée en phase f lors de l'étape suivante du procédé (frittage). Il est à noter que le procédé est totalement identique pour les éléments de type P et de type N. La poudre est frittée par pression uniaxiale à
chaud, sous vide, dans un moule de graphite. La tempé-
rature est élevée en 15 minutes jusqu'à 940 C, puis
maintenue à cette valeur encore 15 minutes. Simultané-
ment, une pression de 33 MPa, puis de 50 MPa est appli-
quée sur la poudre. Le refroidissement s'effectue naturellement. Des blocs cylindriques, respectivement
de type P et de type N sont alors obtenus.
Les blocs sont ensuite polis, puis découpés. Un recuit sous vide à 800 C pendant 2 heures environ assure la libération des contraintes internes et achève la transformation de phase. Un dernier polissage permet d'atteindre les dimensions précises désirées (par
exemple, environ 5 mm x 5 mm x 5 mm).
Les étapes suivantes du procédé ont pour mis- sion d'assurer le soudage des blocs (constituant les éléments thermoélectriques 90P et 90N) sur les plaques d'alumine 86, 88, à l'aide de feuilles de brasure d'argent activé au titane, constituant les contacts électriques 92, 94, ainsi que le soudage des disques
supports 84 sur les plaques d'alumine 86, 88.
Lors d'une première phase de ces étapes de sou-
dage, les plaques d'alumine 86, 88 sont métallisées aux
emplacements souhaités, à i'aide de morceaux rectangu-
laires identiques découpés dans les feuilles de brasure
d'argent activé au titane. Les emplacements de ces mor-
ceaux sont ceux des contacts électriques 92, 94 sur la
figure 2. Les contacts inférieurs 92 formés sur la pla-
que 86 apparaissent principalement en traits disconti-
nus. Les contacts supérieurs 94 formés sur la plaque 88 apparaissent en grisé. Pour faciliter la compréhension, les dimensions des contacts supérieurs 94 ont été volontairement réduites sur la figure 2. Dans la
réalité, les contacts 92 et 94 sont de mêmes dimen-
sions.
Lors de la première phase des étapes de soudage, on soude également les fils de connexion 96 sur une partie centrale de la plaque 86, qui s'étend au-delà de la partie correspondante de la plaque 88 (en haut sur la figure 2). Plus précisément, les fils 96, réalisés en nickel, sont placés sur les parties des
deux feuilles de brasure formant les contacts infé-
rieurs 92 qui se prolongent sur ladite partie centrale il de la plaque 86. Chaque fil 96 est ensuite recouvert par une autre feuille de brasure d'argent activé au
titane (non représentée).
Dans la pratique, la première phase des étapes de soudage consiste à chauffer sous vide les assembla- ges formés, d'une part, par la plaque 86, les morceaux de feuille de brasure formant les contacts 92, et les
fils 96 et, d'autre part, par la plaque 88 et les mor-
ceaux de feuille de brasure formant les contacts 94. La température est élevée d'abord à 960 C (point de fusion de la brasure) pendant 8 minutes, puis à 990 C pendant
3 minutes.
Au cours de la deuxième phase des étapes de soudage, on réalise le soudage des blocs formant les éléments thermoélectriques 90P et 90N sur les contacts 92 et 94 respectivement formés sur les plaques 86 et 88. A cet effet, on colle les blocs les uns aux autres à l'aide d'un adhésif haute température 98 (figure 3), électriquement isolant, en respectant l'agencement alterné des éléments de type P et de type
N illustré sur la figure 2.
Après un polissage et un nettoyage des surfaces à souder des plaques métallisées et des blocs collés, ces derniers sont placés entre les deux plaques 86, 88 avec une légère pression. L'ensemble est alors soudé sous vide, en élevant la température à une valeur comprise entre 850 C et 920 C en 30 minutes environ, puis en maintenant cette température pendant 15 minutes environ. Enfin, le module thermoélectrique 82 obtenu
est refroidi à une vitesse de 3 K/min.
Au cours d'une troisième phase des étapes de soudage, les modules thermoélectriques 82 sont soudés "en marguerite" entre les disques supports 84 (figure
1). A cet effet, les faces des plaques 86 et 88 tour-
nées vers l'extérieur des modules sont métallisées au tungstène. Cette métallisation est réalisée avant la fabrication des modules thermoélectriques 82. Par ailleurs, les disques supports 84 en cuivre chargé
d'alumine comportent un nickelage.
Le soudage des plaques 86 et 88 sur les disques supports 84 est réalisé au moyen de feuilles de soudure à base d'argent additionné de cuivre, de zinc, de cadmium et de nickel, dont le point de fusion est situé entre 645 C et 690 C. Le soudage est effectué sous vide, en élevant la température jusqu'à 770 en 90 minutes, en maintenant cette température pendant 25 minutes, puis en assurant le refroidissement de
l'assemblage de facon naturelle.
Les fils de connexion 96 soudés sur chacun des modules 82 sont reliés les uns aux autres, par exemple au moyen d'embouts de sertissage en nickel (non représentés), en ménageant des longueurs suffisantes
pour ne pas engendrer de contraintes.
La nature du matériau semi-conducteur utilisé et la réalisation originale des jonctions brasées entre
les diverses parties constitutives des modules 82 assu-
rent l'efficacité et la fiabilité désirées du convertisseur thermoélectrique 52, à des températures
comprises entre 200 C et 800 C.
Comme l'illustre très schématiquement la figure 4, une application typique de convertisseurs thermoélectriques 52 ainsi conçus et réalisés concerne un thermostat destiné à l'étude du comportement de fluides au voisinage de leur température critique, lorsque cette température est comprise entre 200 C et
800 C (par exemple, environ 600 C).
Ainsi, sur la figure 4, seul l'écran interne 48, thermiquement conducteur, de l'enceinte thermostatée d'un thermostat a été illustré. L'enceinte thermostatée peut être réalisée d'une manière quelconque, adaptée à l'application envisagée, sans sortir du cadre de l'invention. C'est pourquoi elle n'a
pas été représentée plus en détail.
Comme l'illustre la figure 4, un objet 12 à
contrôler thermiquement, telle qu'une cellule porte-
échantillon contenant un échantillon de fluide, est placé à l'intérieur de l'enceinte thermostatée et, plus
précisément, à l'intérieur de l'écran interne 48.
Dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple, deux convertisseurs thermoélectriques 52 sont placés entre l'écran interne 48 du thermostat et
l'objet 12.
Plus précisément, dans chacun des convertisseurs 52, l'un des disques supports 84 (figure 1) est en contact surfacique étroit avec une face plane adjacente de l'objet 12 et l'autre disque support 84 est en contact surfacique étroit avec l'écran interne 48. Dans l'exemple numérique décrit précédemment, selon lequel chaque convertisseur thermoélectrique 52 dispose d'une puissance théorique de pompage de 30 watts, une puissance de 60 watts est ainsi disponible dans le thermostat, pour abaisser la température de l'objet 12 à contrôler thermiquement. Lorsqu'on inverse le sens du courant électrique qui traverse les convertisseurs 52, une puissance au moins égale à 60
watts est disponible pour chauffer l'objet 12.
Il est à noter qu'en plus de leur fonction de pompe à chaleur à haute température, les convertisseurs thermoélectriques 52 peuvent aussi être utilisée comme moyen de mesure de température. En effet, la tension développée aux bornes de chaque convertisseur est une fonction de l'écart de température qui existe entre les plaques 86 et 88 des modules thermoélectriques 82. La mesure de cette tension permet donc de connaître cet
écart de température.
Enfin, si le FeSi2 est le matériau thermoélectrique préféré selon l'invention, d'autres matériaux thermoélectriques, destinés habituellement à la génération d'électricité, peuvent être utilisés en variante. Ces matériaux sont: - MnSix avec x compris entre 1,71 et 1,75 (dans la plage 300 C-800 C) - SixGey (dans la plage 200 C-800 C) - Zn4Sb3 (dans la plage 150 C-400 C) - Skutterudites remplies (dans la plage 300 C-700 C) - CoSb3 (dans la plage 250 C- 700 C) - "Phases de Chevrel" (matériaux au stade de la recherche) - Composés intermétalliques ou "Phases de Heusler"
(matériaux au stade de la recherche).
Claims (22)
1. Convertisseur thermoélectrique (52) à effet Peltier, comprenant au moins un module (82) à effet Peltier incluant un ensemble d'éléments thermo- électriques (90P, 90N) en un matériau semi- conducteur alternativement de type P et de type N, montés côte à
côte entre deux plaques (86,88) électriquement isolan-
tes et reliés électriquement en série par des contacts électriques (92, 94) agencés alternativement sur chacune des plaques, le convertisseur étant caractérisé en ce qu'il est utilisé en pompe à chaleur à une température d'au moins environ 200 C et comprend un matériau semiconducteur acte à fonctionner à ladite
température.
2. Convertisseur thermoélectrique à effet
Peltier selon la revendication 1, dans lequel le maté-
riau semi-conducteur est choisi dans le groupe comprenant FeSi2, MnSix avec x compris entre 1,71 et 1,75, Si.Gey, Zn4Sb3, les skutterudites remplies et CoSb3.
3. Convertisseur thermoélectrique à effet Peltier selon la revendication 2, dans lequel le matériau semi-conducteur de type P est du FeSi2 dopé à l'aluminium et le matériau semi- conducteur de type N
est du FeSi2 dopé au cobalt.
4. Convertisseur thermoélectrique à effet
Peltier selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel les éléments thermoélectriques (90P,90N) sont des éléments frittés, taillés et recuits.
5. Convertisseur thermoélectrique à effet
Peltier selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel les contacts électriques (92,94) comprennent des feuilles de brasure d'argent activé au titane, déposées sur les plaques (86,88) et sur lesquelles sont soudés les éléments
thermoélectriques (90P, 90N).
6. Convertisseur thermoélectrique à effet
Peltier selon l'une quelconque des revendications
précédentes, dans lequel les plaques (86,88) sont
réalisées en alumine A1203.
7. Convertisseur thermoélectrique à effet
Peltier selon l'une quelconque des revendications pré-
cédentes, comprenant plusieurs modules (82) à effet Peltier soudés entre deux disques supports (84) et
reliés électriquement en série les uns aux autres.
8. Procédé de fabrication d'un convertisseur thermoélectrique à effet Peltier, comprenant au moins un module (82) à effet Peltier formé en montant côte à côte un ensemble d'éléments thermoélectriques (90P,90N) en un matériau semi-conducteur, alternativement de type
P et de type N, entre deux plaques (86,88) électrique-
ment isolantes, en reliant électriquement en série lesdits éléments thermoélectriques (90P, 90N) par des contacts électriques (92,94) agencés alternativement sur chacune des plaques, procédé caractérisé en ce que le convertisseur thermoélectrique est destiné à être utilisé en pompe à chaleur à une température d'au moins environ 200 C et en ce qu'on utilise des éléments
thermoélectriques (90P,90N) en un matériau semi-
conducteur apte à fonctionner à ladite température.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on réalise les éléments thermoélectriques (90P,90N) dans un matériau semi- conducteur choisi dans le groupe comprenant comprenant FeSi2, MnSix avec x compris entre 1,71 et 1,75, Si.Gey, Zn4Sb3, les
skutterudites et CoSb3.
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel on réalise les éléments thermoélectriques (90P) de type P en FeSi2 dopé à l'aluminium et les éléments thermoélectriques (90N) de type N en FeSi2 dopé au cobalt.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations 8 à 10, dans lequel on réalise les éléments thermoélectriques (90P,90N) par frittage d'une poudre de matériau semi-conducteur, suivi d'une taille et d'un
recuit desdits éléments.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations 8 à 11, dans lequel on métallise les plaques (86,88) électriquement isolantes à l'aide des contacts
électriques (92,94), puis on soude les éléments thermo-
électriques (90P,90N) sur lesdits contacts.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel on colle les éléments thermoélectriques (90P,90N) les uns aux autres, avant de les souder sur
les contacts électriques (92,94).
14. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations 8 à 13, dans lequel on utilise des plaques
(86,88) électriquement isolantes en alumine A1203.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations 8 à 14, dans lequel on utilise des contacts électriques (92, 94) formés de feuilles de brasure
d'argent activé au titane.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendi-
cations 8 à 15, dans lequel on soude plusieurs modules (82) à effet Peltier entre deux disques supports (84) et on relie électriquement en série les modules (82) adjacents.
17. Thermostat adapté à l'étude du comportement de fluides au voisinage de leur température critique, comprenant un écran interne (48) apte à recevoir une cellule porteéchantillon (12) contenant un échantillon d'un fluide à étudier et au moins un convertisseur thermoélectrique (52) à effet Peltier monté dans l'écran interne (48) et apte à être en contact avec la cellule porteéchantillon (12), de façon à pouvoir soumettre le fluide à une trempe calibrée, le convertisseur comprenant au moins un module à effet Peltier (52) incluant un ensemble d'éléments
thermoélectriques (90N,90P) en un matériau semi-
conducteur alternativement de type P et de type N, montés côte à côte entre deux plaques (86,88) électriquement isolantes et reliés électriquement en série par des contacts électriques (92,94) agencés alternativement sur chacune des plaques, caractérisé en ce que la température critique du fluide étudié est d'au moins 200 C et le matériau semi-conducteur du convertisseur (52) est apte à fonctionner à ladite
température critique.
18. Thermostat selon la revendication 17, dans lequel le matériau semiconducteur du convertisseur (52) est choisi dans le groupe comprenant FeSi2, MnSix avec x compris entre 1,71 et 1,75, Si.Gey, Zn4Sb3, les
skutterudites remplies et CoSb3.
19. Thermostat selon la revendication 18, dans lequel les éléments thermoélectriques (90P) de type P
sont en FeSi2 dopé à l'aluminium et les éléments ther-
moélectriques (90N) de type N sont en FeSi2 dopé au cobalt.
20. Thermostat selon l'une quelconque des
revendications 17 à 19, dans lequel les contacts élec-
triques (92,94) sont des feuilles de brasure d'argent
activé au titane.
21. Thermostat selon l'une quelconque des
revendications 17 à 20, dans lequel chaque convertis-
seur thermoélectrique (52) comprend plusieurs modules à effet Peltier (82), agencés côte à côte entre deux disques supports (84) dont l'un est apte à être en contact avec une face plane de la cellule porte-échantillon (12), des fils de connexion (96) reliant en série des éléments thermoélectriques
d'entrée et de sortie des modules adjacents.
22. Thermostat selon l'une quelconque des
revendications 17 à 21, dans lequel on détermine un
écart de température entre l'écran interne (48) et la cellule porteéchantillon (12) en mesurant la tension
aux bornes du convertisseur thermoélectrique (52).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9809488A FR2781605B1 (fr) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Convertisseur thermoelectrique a effet peltier, procede de fabrication de ce convertisseur, et application a un thermostat apte a effectuer des trempes calibrees de fluides critiques, notamment en microgravite |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9809488A FR2781605B1 (fr) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Convertisseur thermoelectrique a effet peltier, procede de fabrication de ce convertisseur, et application a un thermostat apte a effectuer des trempes calibrees de fluides critiques, notamment en microgravite |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2781605A1 true FR2781605A1 (fr) | 2000-01-28 |
| FR2781605B1 FR2781605B1 (fr) | 2002-03-22 |
Family
ID=9528985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9809488A Expired - Fee Related FR2781605B1 (fr) | 1998-07-24 | 1998-07-24 | Convertisseur thermoelectrique a effet peltier, procede de fabrication de ce convertisseur, et application a un thermostat apte a effectuer des trempes calibrees de fluides critiques, notamment en microgravite |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2781605B1 (fr) |
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| STOEHRER U: "MEASUREMENT OF THE TRANSPORT PROPERTIES OF FESI2 AND HMS BY UTILIZATION OF THE PELTIER EFFECT IN THE TEMPERATURE RANGE 50 -800 C", MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY, vol. 5, no. 4, 1 April 1994 (1994-04-01), pages 440 - 446, XP000446323 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2781605B1 (fr) | 2002-03-22 |
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