OA11486A - Procédé et dispositif d fabrication d'une pluralité de thermocouples, et convertisseur thermoélectrique ainsi obtenu. - Google Patents

Description

01 1 486 1 PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UNE PLURALITE DETHERMOCOUPLES, ET CONVERTISSEUR THERMOELECTRIQUE AINSIOBTENU. L’invention concerne un procédé et un5 dispositif de fabrication d'une pluralité dethermocouples, ainsi qu'un convertisseur thermoélectriqueobtenu par exécution de ce procédé et les applications de ce convertisseur.

Il a déjà été proposé d'utiliser un10 convertisseur thermoélectrique formé d'une pluralité dethermocouples reliés en série, pour produire par effetSEEBECK de l'électricité à partir de la différence detempérature entre une source chaude et une source froide.Les jonctions chaudes des thermocouples sont placées au 15 voisinage de la source- chaude, telle par exemple qu'uneflamme, un foyer de combustion, etc... et les jonctionsfroides du thermocouple sont placées au voisinage de lasource froide, telle par exemple que l'atmosphèreambiante, de l’eau, etc..., pour générer une puissance 20 électrique relativement faible, mais qui peut êtresuffisante pour l'alimentation d'un appareil électrique àfaible consommation, tel notamment qu'un récepteur radioà transistors.

La fabrication à bas prix d'un tel 25 convertisseur pose cependant des problèmes qui n'ont pasété résolus, en particulier au niveau de la fabricationet de la connexion des thermocouples et de 1'isolationthermique entre les jonctions chaudes et les jonctionsfroides des thermocouples. 30 L'invention a pour but d'apporter une solution simple, fiable et peu coûteuse à ces problèmes.

Elle propose pour cela un procédé defabrication d'une pluralité de thermocouples connectés ensérie, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer en 35 alternance sur un support des tronçons transversauxsensiblement parallèles de fils de deux matières 011486 électriquement conductrices, formant une rangée danslaquelle chaque tronçon d'une des deux matièresconductrices se trouve entre deux tronçons de l'autrematière conductrice, à déposer sur les extrémités de ces 5 tronçons deux fils longitudinaux de matière conductricequi sont perpendiculaires auxdits tronçons, à souder lesfils longitudinaux sur les extrémités des tronçons et,pour chaque fil longitudinal, à couper la partie de cefil qui s'étend entre deux tronçons transversaux et à 10 conserver la partie du fil qui s'étend entre l'un de cesdeux tronçons et le tronçon suivant, les coupes des deuxfils longitudinaux étant décalées d'un fil à l'autre pourque deux tronçons transversaux successifs précités soientreliés entre eux à une extrémité et reliés à d'autres 15 tronçons transversaux à leur autre extrémité.

On obtient ainsi, de façon simple, fiable et bon marché, une pluralité de thermocouples reliés ensérie.

Selon une autre caractéristique de 20 l'invention, ce procédé consiste ensuite à déposer unebande de matière électriquement et thermiquement isolantesur l'ensemble des tronçons et des fils ainsi soudés et àenrouler l'ensemble de la bande et des tronçons sur unmandrin de matière électriquement et thermiquement 25 isolante.

De préférence, cette bande comprend une faceadhésive, appliquée sur les tronçons de fil et les filsprécités. L'invention propose également un dispositif30 pour l'exécution de ce procédé, caractérisé en ce qu'ilcomprend un tapis mobile entraîné entre des moyens dedécoupe et de pose des tronçons de fil et des filslongitudinaux précités, des moyens de soudure, des moyensde coupe des fils longitudinaux et des moyens de pose 35 d'une bande isolante, le tapis mobile comprenant des 3 011486 rainures ou encoches transversales pour la réception etle positionnement desdits tronçons de fil.

De préférence, les moyens de soudure sont dutype à deux électrodes rotatives entre lesquelles sont 5 guidés les fils longitudinaux et les extrémités correspondantes des tronçons de fil.

Cela permet de réaliser automatiquement et audéfilé les soudures des fils longitudinaux sur lesextrémités des tronçons de fil. 10 L'invention propose également un convertisseur thermoélectrique obtenu par exécution du procédé précité,caractérisé en ce que les extrémités du cylindre forméespar l'enroulement précité sur le mandrin sont recouvertesd'une matière isolante, telle qu'un ciment réfractaire, 15 et d'un disque de matière thermiquement conductrice.

Une des extrémités de ce cylindre, correspondant à la source froide, est reliée à des moyensd'évacuation de chaleur.

Ce convertisseur thermoélectrique peut être 20 monté dans un appareil de chauffage ou d'éclairage, telen particulier qu'une lampe à pétrole, pour1·' alimentation électrique d'un récepteur radio àtransistors. L'invention sera mieux comprise et d'autres 25 caractéristiques, détails et avantages de celle-ciapparaîtront plus clairement à la lecture de ladescription gui suit, faite à titre d'exemple enréférence aux dessins annexés dans lesquels ·. les figures 1 et 2 illustrent 30 schématiquement des étapes du procédé de fabricationselon l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique d'unepartie d'un dispositif de fabrication selon l'invention ; - la figure 4 représente schématiquement des 35 moyens de soudure selon l'invention ; 4 011486 - la figure 5 représente schématiquement unelampe à pétrole équipée d'un convertisseur selonl'invention.

On se réfère d'abord aux figures 1 et 2, pour5 la description des étapes essentielles du procédé selon 1'invention.

Selon ce procédé, on dépose sur un support 10 des tronçons 12, 14 de tronçons 12, 14 étant transversalement par fils électro-conducteurs, cesde même longueur, orientésune direction 10 transversalement par rapport à longitudinale du support 10 et alignés pour former unerangée dans laquelle ils sont alternés, les tronçons 12,14 étant réalisés en deux matières différentes, utiliséesusuellement pour la fabrication des thermocouples (par 15 exemple un alliage nickel-chrome et un alliage nickel-cuivre).

Sur les extrémités des tronçons 12, 14 des fils électro-conducteurs, on dépose deux filslongitudinaux 16, 18 de matière électro-conductrice qui 20 par exemple, sont en cuivre ou bien, de préférence, l'und'eux étant de la matière constituant les tronçons 12 et1·'autre de la matière constituant les tronçons 14précités.

On soude ensuite les fils 16, 18 sur les 25 extrémités des tronçons 12, 14 comme indiqué en 20, pour former une sorte d'échelle dont les barreaux sontconstitués des tronçons 12, 14 et les montants des fils 16, 18.

On coupe ensuite les fils 16, 18 comme 30 représenté en figure 2, c'est-à-dire en coupant un fil 16entre deux tronçons successifs 12, 14 et en le laissant relier ces tronçons 12, 14 aux tronçons 14, 12 précédent et suivant, et ainsi de suite, les coupes des fils 16, 18étant décalées d'un pas d'un fil à l'autre de sorte que 35 deux tronçons 12, 14 sont reliés entre eux à l'une deleurs extrémités par une longueur de fil 18 et sont 5 011486 reliés à d'autres tronçons 12, 14 à leur autre extrémitépar une longueur de fil 16.

Ce procédé permet de fabriquer simplement et àcadence élevée une pluralité de thermocouples connectés 5 en série, avec un prix de revient relativement faible.

Un dispositif de fabrication selon l'inventionest représenté schématiquement en figure 3.

Il comprend le support 10 précité, formé parune bande sans fin montée sur des rouleaux d'extrémité 22 10 dont au moins l'un est moteur pour déplacer la bande dansle sens indiqué par les flèches, deux postes 24 dedécoupe et de pose des tronçons de fil 12, 14 sur la bande 10, un poste 2 6 d ' amenée et de dépose des filslongitudinaux 16, 18 sur les extrémités des tronçons 12, 15 14, un poste de soudure 28, un poste 30 de découpe des fils 16, 18 entre les tronçons 12, 14 comme décrit enréférence à la figure 2, un poste 32 de découpe deslongueurs de fils 16, 18 pour former des ensembles comprenant un nombre prédéterminé de thermocouples, un 20 poste 34 de dépose sur ces ensembles d'une bande 36 d'unematière souple électriquement et thermiquement isolanteet un poste 3 8 de dépose de mandrins cylindriques dematière thermiquement et électriquement isolante etd'enroulement des bandes 3 6 avec les tronçons de fil 25 autour de ces mandrins.

Avantageusement, la bande support 10 comporte des encoches ou rainures transversales de faibleprofondeur, formés à intervalles réguliers pour recevoiret positionner les tronçons transversaux 12, 14 de fils 30 électro-conducteurs, et elle a une largeur inférieure àla longueur des tronçons 12, 14.

Dans un mode de réalisation préféré del'invention, ces tronçons de fils sont des rubans platsayant une longueur de 5 0 mm, une largeur de 2 mm et une 35 épaisseur de 0,1 mm et sont espacés les uns des autresd'environ 2 mm. La bande 3 6 déposée sur les tronçons de 6 10 15 20 25 30 35 011486 fils 12, 14, 16, 18 est. de préférence en fibres de céramique, avec une épaisseur de 0,8 mm, et comporte uneface adhésive (la face inférieure sur la vue de la figure3) au moyen de laquelle elle est appliquée et fixée surl'ensemble de thermocouples tel que celui représenté enfigure 2.

La fixation de cette bande11 ensemble de thermocouples permet dedernier sans problème.

De plus, lorsque la bande 36 portantl'ensemble de thermocouples est enroulée autour dumandrin de matière isolante (de préférence en céramique),la face adhésive de la bande 3 6 permet de fixer lesspires de l'enroulement les unes aux autres par collage.

De préférence, les moyens de soudure des fils16, 18 sur les extrémités des tronçons 12, 14 sont du type représenté en figure 4 et comprennent, pour chaquefil 16, 18, deux disques rotatifs 40 entre lesquels passent le fil 16, 18 correspondant et les extrémités correspondantes de tronçons de fil 12, 14, les périphéries des disques 40 formant ou comportant des électrodes appliquées sur le fil 16, 18 et sur les extrémités des tronçons 12, 14 respectivement, ce qui permet de souder au défilé les fils 16, 18 sur les extrémités des tronçons 12, 14.

Le cylindre roulé que l'on obtient en sortiedu dispositif de fabrication représenté en figure 3, peutcomprendre environ 400 à 500 thermocouples connectés ensérie.

Sur les extrémités axiales de ce cylindre, onpeut déposer une couche de ciment réfractaire, puis uneplaque d'une matière électriquement isolante etconductrice, par exemple isolante surmanipuler ce thermiquementanodisé.

On obtient ainsi être un relié d'un métal convertisseur un circuit thermoélectrique qui peut 7 011486 électrique par l'intermédiaire des longueurs de fil 16,18 qui se trouvent aux extrémités de l'ensemble dethermocouples.

Une extrémité de ce convertisseur est destinée5 à être placée au voisinage d'une source de chaleur, parexemple d'un foyer de combustion, tandis que son autreextrémité est au voisinage d'une source froide et peutêtre par exemple ventilée ou reliée à un radiateur dechaleur, l'énergie électrique produite aux bornes du 10 convertisseur dépendant de la différence de températureentre les extrémités du convertisseur.

Comme représenté en figure 1, le convertisseur42 peut être placé dans une lampe à pétrole 44 d'un typeclassique, au-dessus de la mèche de celle-ci, de façon à 15 ce que son extrémité inférieure soit au niveau de lapartie la plus chaude de la flamme lorsque la lampe àpétrole est utilisée.

Comme on l'a représenté schématiquement, lapartie supérieure du mandrin de céramique autour duquel 20 est bobiné l'ensemble de thermocouples, peut être reliée,par sertissage, à un tube 46 en matière conductrice de lachaleur, dont l'extrémité supérieure est coiffée par unradiateur 48 disposé entre les poignées latérales de lalampe et l'anneau supérieur 50 permettant l'accrochage de 25 la lampe.

Lors de l'utilisation de la lampe à pétrole,la face inférieure du convertisseur 42 peut être portée àune température de l'ordre de 500°C, tandis que sonextrémité supérieure est maintenue à une température de 30 l'ordre de 80 à,100°C, grâce au tube 46 et au radiateur48 .

Lorsque le convertisseur comprend 400 à 450thermocouples, il génère alors une tension électriqued'environ 8 à 9 volts en régime permanent, ce qui permet 35 d'alimenter sans problème un récepteur radio àtransistors. 8 011480

Le convertisseur selon l'invention peutégalement être utilisé avec d'autres sources de chaleur,et ses applications pratiques sont extrêmement nombreuseset variées.

Claims (1)

1. 9 0114 8 6 REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'une pluralité dethermocouples connectés en série, caractérisé en ce qu'ilconsiste à déposer en alternance sur un support (10) des 5 tronçons transversaux sensiblement parallèles (12, 14) de fils de deux matières électriquement conductrices,formant une rangée dans laquelle chaque tronçon (12, 14) d'une des deux matières conductrices se trouve entre deuxtronçons de l'autre matière conductrice, à déposer sur 10 les extrémités de ces tronçons deux fils longitudinaux(16, 18) de matière conductrice qui sont perpendiculaires auxdits tronçons, à souder les fils longitudinaux (16,18) sur les extrémités des tronçons et, pour chaque fillongitudinal (16, 18), à couper la partie de ce fil qui 15 s'étend entre deux tronçons (12, 14) et à conserver la partie du fil qui s'étend entre l'un de ces tronçons etle tronçon suivant, les coupes des deux filslongitudinaux (16, 18) étant décalées d'un fil à l'autre pour que deux tronçons successifs (12, 14) soient reliés 20 entre eux à une extrémité et reliés à d'autres tronçonstransversaux à leur autre extrémité. 2) Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il consiste ensuite à déposer unebande (3 6) de matière électriquement et thermiquement 25 isolante sur l'ensemble des tronçons et des fils ainsisoudés et à enrouler la bande (36) avec les tronçons (12,14) et les fils (16, 18) sur un mandrin de matière électriquement et thermiquement isolante. 3) Procédé selon la revendication 2, '30 caractérisé en ce que la bande isolante (36) comprend une face adhésive appliquée sur les tronçons (12, 14) et les fils (16, 18) précités. 4) Dispositif pour l'exécution du procédédécrit dans l'une des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce qu'il comprend un tapis mobile (10)entraîné entre des moyens (24) de découpe et de pose de 10 01 1 486 tronçons de fil (12, 14), des moyens (26) de guidage et de pose des fils longitudinaux (16, 18), des moyens de soudure (28) , des moyens (30) de coupe des filslongitudinaux et des moyens (34) de pose d'une bande 5 isolante (36), le tapis mobile (10) comprenant desrainures ou encoches transversales pour la réception etle positionnement des tronçons de fil (12, 14) précités. 5) Dispositif selon la revendication 4,caractérisé en ce que les moyens de soudure (28) sont du 10 type à deux électrodes rotatives (40) entre lesquellessont guidés les fils longitudinaux (16, 18) et lesextrémités des tronçons de fil (12, 14). 6) Convertisseur thermoélectrique obtenu parexécution du procédé décrit dans l'unes des 15 revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprendune alternance de tronçons transversaux de fils (12, 14) de deux matières électro-conductrices différentes, reliésà leurs extrémités par des tronçons de fils longitudinaux(16, 18) qui sont réalisés dans les mêmes matières que 20 les tronçons transversaux (12, 14). 7 Convertisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les extrémités du cylindre formépar l'enroulement de la bande isolante (36) avec lestronçons transversaux (12, 14) et les tronçons de fil 25 longitudinaux (16, 18), sont recouvertes d'une matière isolante, telle qu'un ciment réfractaire, et d'un disquede matière thermiquement conductrice. 8) Convertisseur selon la revendication 7caractérisé en ce qu'une de ces extrémités, correspondant 30 la source froide, est reliée à des moyens (46, 48) d'évacuation de chaleur. 9) Convertisseur selon la revendication 7 ou8, caractérisé en ce qu'il est monté dans un appareil dechauffage ou d'éclairage, tel par exemple qu'une lampe à 35 pétrole (44), pour l'alimentation électrique d'unrécepteur radio à transistors.