FR2835098A1 - Generateur thermoelectrique - Google Patents
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Abstract
Générateur thermoélectrique, comprenant une lampe à pétrole (10) et un ou plusieurs convertisseurs thermoélectriques (24) montés serrés chacun entre un radiateur extérieur (22) et un radiateur intérieur (26) et formant un ensemble porté par un conduit calorifugé (20) de passage de gaz chauds qui débouche sur les radiateurs intérieurs (26). Les générateurs thermoélectriques (24) sont à semi-conducteurs.
Description
(10) du substrat source (1) obtenu après la séparation.
GENERATEUR THERMOELECTRIQUE.
L'invention concerne un générateur thermoélectrique du type comprenant une lampe à pétrole et un convertisseur thermoélectrique à thermocouples dont les jonctions chaudes sont en contact thermique avec
les gaz chauds produits par la lampe quand elle est allumée.
Dans une réalisation connue, décrite dans le document WO00/08692, le convertisseur thermoélectrique comprend des fils métalliques électroconducteurs de deux natures différentes, soudés deux à deux à leurs extrémités pour former d'un côté des jonctions chaudes et de l'autre côté des jonctions froides qui sont reliées électriquement en série, et
il se présente sous la forme d'un cylindre vertical monté dans la lampe au-
dessus de la flamme de sorte que celle-ci chauffe la face inférieure du cylindre, qui comporte les jonctions chaudes. La face supérieure du cylindre comportant les jonctions froides est reliée par une tige ou un tube vertical de conduction thermique à un radiateur annulaire qui repose sur la partie supérieure de la lampe. Typiquement, la puissance électrique produite quand la lampe fonctionne est de quelques dixièmes de watt et sert à l'alimentation d'un récepteur radio à transistors intégré dans la base
de la iampe.
La présente invention a pour objet un générateur thermoélectrique de ce type, pouvant fournir une puissance électrique beaucoup plus importante, en particulier de plusieurs watts, pour l'alimentation électrique de divers appareils électroniques, et notamment pour la recharge d'un
téléphone mobile du type GSM ou analogue.
Elle propose, à cet effet, un générateur thermoélectrique comprenant une iampe à pétrole, un convertisseur thermoélectrique à thermocouples dont les jonctions chaudes sont en contact thermique avec les gaz chauds produits par la lampe et dont les jonctions froides sont en contact thermique avec l'atmosphère ambiante par l'intermédiaire d'un radiateur extérieur, caractérisé en ce qu'il comprend un conduit calorifugé ou thermiquement isolant formant cheminée de passage de gaz chauds, monté en partie supérieure de la lampe au-dessus de la flamme et débouchant dans un espace cylindrique vertical dans lequel s'étendent des ailettes d'un radiateur intérieur auquel un convertisseur à thermocouples est associé par sa face présentant des jonctions chaudes. Cette configuration assure un bon guidage et une concentration des gaz chaubs produits par la lampe sur les ailettes du radiateur associé à la face chaude du convertisseur thermoélectrique et une bonne captation de l'énergie thermique de ces gaz chauds, pour la transmission de cette énergie au convertisseur thermoélectrique. Elle évite également toute perte de flux thermique vers l'extérieur et concentre ce flux sur le radiateur intérieur. Avantageusement, ce convertisseur est du type à semi conducteurs. Un tel convertisseur présente l'avantage de fournir une puissance électrique beaucoup plus importante, pour une même différence de température entre ses jonctions chaudes et ses jonctions froides, qu'un convertisseur thermoélectrique à fils métalliques conducteurs ayant des
dimensions comparables.
Selon une autre caractéristique de l'invention, ce convertisseur thermoélectrique est un bloc parallélépipédique serré entre le radiateur
intérieur et le radiateur extérieur.
Avantageusement, les deux radiateurs sont reliés par des moyens de fixation du type vis-écrou associés à des moyens élastiquement déformables d'absorption des contraintes différentielles de dilatation thermique. Ces moyens de fixation s'étendent de part et d'autre du co nvertisseu r et des éléments d e matière the rmiq u ement isol ante sont interposés entre ce convertisseur et les moyens de fixation précités, et sont
par exemple traversés par ces derniers.
On assure ainsi un fonctionnement optimal du convertisseur
thermoélectrique et on augmente sa fiabilité et sa durée de vie.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le générateur thermoélectrique comprend plusieurs convertisseurs thermoélectriques agencés autour de 1'axe de 1'espace cylindrique vertical précité et montés entre le radiateur extérieur et un ou plusieurs radiateurs intérieurs dont les
ailettes s'étendent dans ledit espace cylindrique.
Ces convertisseurs thermoélectriques peuvent être montés électriquement en série ou en parallèle, pour l'alimentation d'appareils
électroniques avec une puissance électrique relativement élevoe.
Par exemple, le générateur selon l'invention comprend deux convertisseurs thermoélectriques diamétralement opposés par rapport à l'axe de l'espace cylindrique vertical précité et montés serrés entre le radiateur extérieur et un radiateur intérieur dont les ailettes s'étendent
verticalement dans cet espace cylindrique.
On peut ainsi produire une puissance électrique comprise entre 2 et 3 watts avec une lampe à pétrole d'un type classique, quand la
résistance de l'appareil électronique ainsi alimentée est de 3 ohms environ.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, I'ensemble formé par les radiateurs extérieur et intérieur et par le ou les convertisseurs est porté par le conduit calorifugé. Cet ensemble est ainsi verticalement
déplaçable avec le conduit calorifugé pour l'allumage de la lampe à pétrole.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, cet ensemble
est avantageusement guidé sur les bras latéraux de la lampe.
Dans une application préférée, le générateur selon l'invention, construit à partir d'une lampe à pétrole d'un type classique, peut alimenter un récepteur radio à transistors qui est intégré dans la base de ia lampe et comporte de plus des moyens d'alimentation d'un circuit de charge d'un
téléphone mobile du type GSM ou autre, avec une tension régulée.
Dans d'autres applications, le générateur selon l'invention est utilisable pour l'alimentation électrique d'un micro-ordinateur du type portable ou d'autres appareils électroniques nocessitant une puissance
électrique comprise entre un et quelques watts pour ieur fonctionnement.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appara^tront plus clairement à la lecture de la
description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins
annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en coupe partielle axiale d'un générateur selon l'invention; - la figure 2 est une vue agrandie du détail encerclé 11 de la 1 0 figure 1; - la figure 3 est une vue schématique de dessus, à plus grande échelle, de ce générateur; la figure 4 est une vue de dessus du radiateur intérieur du générateur; la figure 5 est une vue agrandie du détail encerclé V de la
figure 4.
Dans l'exemple de réalisation représenté aux dessins, le générateur thermoélectrique selon l'invention comprend une lampe à pétrole 10 ou lampe-tempéte d'un type classique dont le socle 12 forme un réservoir de pétrole et peut comporter un récepteur radio à transistors comme décrit dans le document WOOO/08692 précité. De plus, un circuit de charge ou d'alimentation d'un appareil électronique tel qu'un télophone mobile par exemple, est intégré également dans le socle 12 et comporte un connocteur de liaison monté sur le socle. Le foyer 14 de la lampe est protégé par une enveloppe cylindrique 16 en verre, qui repose sur un support annulaire 18 que l'on peut déplacer verticalement vers le haut pour permettre l'allumage de la lampe au moyen d'une flamme présentée au
niveau du foyer 14.
Sur la partie supérieure de l'enveloppe 16 est posé un conduit vertical 20 calorifugé qui porte lui-méme à son extrémité supérieure un ensemble formé d'un radiateur extérieur 22, d'un ou de plusieurs convertisseurs thermoélectriques 24 et d'un ou de plusieurs radiateurs
intérieurs 26 et qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit.
Le conduit calorifugé 20 est formé par exemple de deux tubes coaxiaux 28 et 30 montés l'un à l'intérieur de l'autre et séparés par un intervalle annulaire rempli d'une matière 32 d'isolation thermique, telle que de la laine de verre ou de la laine de roche, tout autre matériau réfractaire
et thermiquement isolant pouvant également être utilisé.
Une rondelle 34 en matériau réfractaire est posé sur l'extrémité supérieure du conduit 20 et isole thermiquement ce dernier de l'ensemble précité formé du radiateur extérieur 22, du ou des convertisseurs
thermoélectriques 24 et du ou des radiateurs intérieurs 26.
Le radiateur extérieur 22 est de forme générale annulaire et comprend sur sa périphérie extérieure une série d'ailettes radiales qui s'étendent sur une hauteur supérieure à celle du ou des convertisseurs thermoélectriques 24 pour augmenter la surface d'échange avec l'atmosphère environnante. Pour augmenter encore cette surface d'échange, les ailettes 34 peuvent être de forme générale ondulée au lieu
d'être planes comme représenté en figure 3.
La surface cyiindrique intérieure 36 du radiateur 26 définit un espace interne cylindrique d'axe vertical qui prolonge le conduit calorifugé et dans lequel sont disposés le ou les convertisseurs thermoélectriques
24 et le ou les radiateurs interieurs 26.
Dans l'exemple représenté, la surface cylindrique interne 36 du radiateur extérieur 22 comprend deux méplats 38 diamétralement opposés, sur lesquels sont formés deux bossages verticaux 40 à section sensiblement rectangulaire, qui sont des surfaces de support des convertisseurs thermoélectriques 24. Ces derniers sont de forme sensiblement parallélépipédique rectangle et sont serrés radialement entre les bossages 40 du radiateur extérieur 22 et des bossages correspondants 42 du ou des radiateurs intérieurs 26 au moyen de systèmes vis-écrou qui s'étendent radialement par rapport à l'axe vertical de la lampe et qui sont agencés au-dessus et au-dessous respectivement des convertisseurs thermoélectriques 24, dans les parties supérieures et inférieures des radiateurs 22 et 26. Pour assurer une bonne conduction thermique, une couche de graisse thermiquement conductrice est interposée entre les convertisseurs 24 et les bossages 40 et 42 des radiateurs. Par exemple, et comme représenté schématiquement aux figures 1 et 2, chaque système de fixation comprend une vis radiale 44 dont l'extrémité libre est vissée dans un orifice fileté d'un radiateur intérieur 26 et dont la tête 46 est appliquée sur la paroi cylindrique du radiateur extérieur 22 par 1'intermédiaire d'une ou de plusieurs rondelles 48 d'un matériau élastiquement déformable tel que du caoutchouc ou analogue, pour l'absorption des contraintes dues aux dilatations thermiques de l'ensemble précité. De plus, les vis 44, au nombre de quatre dans 1'exemple représenté, traversent des éléments 50 de matière réfractaire ou thermiquement isolante qui les séparent des extrémités supérieure et
inférieure respectivement des convertisseurs thermoélectriques 24.
Les deux radiateurs 26 associés chacun à un convertisseur thermoélectrique 24 sont dans cet exemple de forme générale parallélépipédique rectangle et comprennent une plaque de base 52 dont une face est formoe avec un bossage 42 précité et dont 1'autre face comporte des ailettes 54 planes et parallèles entre elles qui s'étendent verticalement dans l'espace délimité par la surface interne cylindrique 36 du radiateur extérieur 22. Comme représenté schématiquement en figure 5, les ailettes 54 pourraient être de forme ondulée pour augmenter la surface
d'échange avec l'atmosphère environnante.
Comme on le voit bien en figure 3, les deux radiateurs intérieurs 26 sont diamétralement opposés et leurs ailettes 54 sont orientées les unes vers les autres et sont sensiblement en contact à leurs extrémités. Dans une variante de réalisation, le générateur peut comprendre plus de deux convertisseurs thermoélectriques 24, chaque convertisseur étant associé à un radiateur intérieur dont les ailettes sont orientées radialement vers l'axe
vertical du radiateur extérieur 22.
Pour concentrer le flux thermique produit par la lampe sur les radiateurs intérieurs 26, tout 1'espace libre entre ces radiateurs et la surface interne 36 du radiateur extérieur est rempli de laine de verre, laine de roche
ou autre matière réfractaire et thermiquement isolante.
Les convertisseurs thermoélectriques 24 sont d'un type disponible dans le commerce et sont formés par exemple d'éléments en tellurure de bismuth montés sur des plaquettes d'alumine, les jonctions des thermocouples étant les unes du côté des bossages 42 des radiateurs intérieurs 26 et les autres du côté des bossages 40 du radiateur extérieur 22. Une rondelle 60 de matériau réfractaire ou thermiquement isolant recouvre l'extrémité supérieure de l'ensemble précité et le sépare d'un anneau 62 d'accrochage de la lampe, qui peut étre fixé par vissage ou par
clipsage sur l'extrémité supérieure du radiateur extérieur 22.
Le fonctionnement de ce générateur découle à l'évidence de ce qui précède. Quand la iampe est allumée, les gaz chauds produits par la combustion du pétrole passent dans le conduit calorifugé 20 et viennent au contact des ailettes 54 des radiateurs intérieurs 26. L'énergie thermique captée par ces ailettes est transmise par les plaques 52 et les bossages 42 des radiateurs intérieurs aux jonctions chaudes des convertisseurs thermoélectriques 24. Les jonctions froides de ces convertisseurs sont au
contact de 1'air amblant par 1'intermédiaire du radiateur extérieur 22.
L'essentiel de l'énergie thermique véhiculée par les gaz chauds est captée par les radiateurs intérieurs, et la température des gaz chauds en sortie
n'est que de 60-80 C environ.
La puissance électrique produite en régime permanent par le circuit intogré dans le socle de la lampe est de 1'ordre de 2,5 watts lorsque l'appareil électronique alimenté a une résistance interne de l'ordre de 3 ohms, la tension d'alimentation régulée étant par exemple de 3 volts, de 6
volts ou éventuellement de 12 volts.
L'ensembie formé par les radiateurs intérieurs et extérieur et par les convertisseurs thermoélectriques 24 est porté par le conduit calorifugé 20, qui est lui-même porté par l'enveloppe de verre 16 de la lampe. La levée de cette enveloppe pour l'allumage de la lampe se traduit donc par un
déplacement vertical du conduit 20 et de l'ensemble précité.
Eventuellement, des moyens de guidage de cet ensemble peuvent être prévus sur les bras latéraux 64 de la lampe ainsi que des moyens de rappel élastiques, tels que des ressorts, permettant de ramener l'ensemble formé par les radiateurs extérieurs et intérieurs et par les convertisseurs
thermoélectriques dans leur position de service représentée en figure 1.
Il peut être également avantageux de fixer l'ensemble des radiateurs et des convertisseurs sur le conduit calorifugé 20, au moyen de tiges filetées verticales qui s'étendent dans l'espace formé entre le
radiateur extérieur et les radiateurs intérieurs et rempli de matière isolante.
Des écrous sont vissés sur les extrémités libres supérieures de ces tiges et prennent appui sur la rondelle isolante supérieure 60. Les têtes des tiges filetées sont par exemple appliquées sur le tube intérieur 30 du conduit calorifugé qui, pour des raisons d'absorption des dilatations thermiques différentielles, est de préférence mécaniquement indépendant du conduit
extérieur 28.
En variante, on peut également prévoir que l'ensemble formé par les radiateurs extérieur et intérieurs et par les convertisseurs thermoélectriques est fixe et que le conduit calorifugé 20 porté par l'enveloppe en verre 16 peut se déplacer verticalement par rapport à cet ensemble, lui-méme porté ou fixé sur les bras 64 de la lampe, ou que le
tube calorifugé 20 est du type télescopique en deux parties.
Les radiateurs extérieur 22 et intérieurs 26 sont par exemple réalisés en aluminium, pour des questions de légèreté. Ils peuvent toutefois 61m Salads en route madam conduce de la chaieur de penance
bon macho.
Les radiateurs in16deurs 26 peuven1 dare en Irma de
pamllAplpde rectangle Emma psen1A, ou men de Irma semi-
cy#ndrique svec des aDeMes radisles ou paraUAles entre elles.
Claims (9)
1 - Générateur thermoélectrique, comprenant une lampe à pétrole (10), un convertisseur thermoalectrique à thermocouples dont les jonctions chaudes sont en contact thermique avec les gaz chauds produits par la lampe et dont les jonctions froides sont en contact thermique avec l'atmosphère ambiante par l'intermédiaire d'un radiateur extérieur (22), caractérisé en ce qu'il comprend un conduit calorifugé ou thermiquement isolant (20) formant cheminée de passage de gaz chauds, monté en partie supérieure de la lampe au-dessus de la flamme et débouchant dans un espace cylindrique vertical dans lequel s'étendent des ailettes (54) d'un radiateur intérieur (26) auquel un convertisseur à thermocouples (24) est
associé par sa face présentant des jonctions chaudes.
2 - Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
convertisseur (24) est du type à semi-conducteurs.
3 - Générateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la face du convertisseur (24) portant les jonctions froides est appliquée sur
le radiateur extérieur (22).
4 - Générateur selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le convertisseur thermoélectrique (24) est un bloc parallélépipédique serré entre le radiateur intérieur (26) et le radiateur
extérieur (22).
- Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les radiateurs intérieurs (26) et extérieur (22) sont reliés par des moyens de serrage du type vis-écrou associés à des moyens élastiquement déformables d'absorption des contraintes diflérentielles de dilatation thermique. 6 Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de serrage s'étendent de part et d'autre du convertisseur (24) 7 Générateur selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que des éléments (50) de matière thermiquement isolante sont interposés entre le convertisseur (24) et les moyens de serrage (44), et sont traversés par
ces derniers.
8 - Générateur selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs convertisseurs thermoélectriques agencés autour de l'axe de l'espace cylindrique vertical précité et montés entre le radiateur extérieur (22) et un ou plusieurs radiateurs intérieurs (26) dont les ailettes (54) s'étendent dans ledit espace cylindrique.
9 - Générateur selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il comprend deux convertisseurs thermoélectriques (24) diamétralement opposés par rapport à l'axe de l'espace cylindrique vertical précité et montés serrés chacun entre le radiateur extérieur (22) et un radiateur intérieur (26) dont les ailettes s'étendent verticalement dans
ledit espace cylindrique.
- Générateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les
ailettes (54) des radiateurs intérieurs (26) sont parallèles entre elles.
11 - Générateur selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'espace compris entre le ou les radiateurs intérieurs (26) et le radiateur extérieur (22) est rempli d'une matière réfractaire et
thermiquement isolante.
12 - Générateur selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce que l'ensemble formé par les radiateurs extérieurs (22) et intérieurs (26) et par les convertisseurs thermoélectriques (24) est porté par
le conduit calorifugé (20).
13 - Générateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que led it ensemble est verticalement déplaçable avec le condu it calorifugé (20) pour l'allumage de la lampe et est guidé sur les bras latéraux (64) de celle
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