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PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION D'UNE PLURALITE DE THERMOCOUPLES, ET CONVERTISSEUR THERMOELECTRIQUE AINSI OBTENU.
L'invention concerne un procédé et un dispositif de fabrication d'une pluralité de thermocouples, ainsi qu'un convertisseur thermoélectrique obtenu par exécution de ce procédé et les applications de ce convertisseur.
Il a déjà été proposé d'utiliser un convertisseur thermoélectrique formé d'une pluralité de thermocouples reliés en série, pour produire par effet SEEBECK de l'électricité à partir de la différence de température entre une source chaude et une source froide. Les jonctions chaudes des thermocouples sont placées au voisinage de la source chaude, telle par exemple qu'une flamme, un foyer de combustion, etc.. et les jonctions froides du thermocouple sont placées au voisinage de la source froide, telle par exemple que l'atmosphère ambiante, de l'eau, etc..., pour générer une puissance électrique relativement faible, mais qui peut être suffisante pour l'alimentation d'un appareil électrique à faible consommation, tel notamment qu'un récepteur radio à transistors.
La fabrication à bas prix d'un tel convertisseur pose cependant des problèmes qui n'ont pas été résolus, en particulier au niveau de la fabrication et de la connexion des thermocouples et de 1 ' isolation thermique entre les jonctions chaudes et les jonctions froides des thermocouples . L'invention a pour but d'apporter une solution simple, fiable et peu coûteuse à ces problèmes.
Elle propose pour cela un procédé de fabrication d'une pluralité de thermocouples connectés en série, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer en alternance sur un support des tronçons transversaux sensiblement parallèles de fils de deux matières
électriquement conductrices, formant une rangée dans laquelle chaque tronçon d'une des deux matières conductrices se trouve entre deux tronçons de 1 ' autre matière conductrice, à déposer sur les extrémités de ces tronçons deux fils longitudinaux de matière conductrice qui sont perpendiculaires auxdits tronçons, à souder les fils longitudinaux sur les extrémités des tronçons et, pour chaque fil longitudinal, à couper la partie de ce fil qui s'étend entre deux tronçons transversaux et à conserver la partie du fil qui s'étend entre l'un de ces deux tronçons et le tronçon suivant, les coupes des deux fils longitudinaux étant décalées d'un fil à l'autre pour que deux tronçons transversaux successifs précités soient reliés entre eux à une extrémité et reliés à d'autres tronçons transversaux à leur autre extrémité.
On obtient ainsi, de façon simple, fiable et bon marché, une pluralité de thermocouples reliés en série .
Selon une autre caractéristique de l'invention, ce procédé consiste ensuite à déposer une bande de matière électriquement et thermiquement isolante sur l'ensemble des tronçons et des fils ainsi soudés et à enrouler l'ensemble de la bande et des tronçons sur un mandrin de matière électriquement et thermiquement isolante.
De préférence, cette bande comprend une face adhésive, appliquée sur les tronçons de fil et les fils précités .
L'invention propose également un dispositif pour l'exécution de ce procédé, caractérisé en ce qu'il comprend un tapis mobile entraîné entre des moyens de découpe et de pose des tronçons de fil et des fils longitudinaux précités, des moyens de soudure, des moyens de coupe des fils longitudinaux et des moyens de pose d'une bande isolante, le tapis mobile comprenant des
3 rainures ou encoches transversales pour la réception et le positionnement desdits tronçons de fil.
De préférence, les moyens de soudure sont du type à deux électrodes rotatives entre lesquelles sont guidés les fils longitudinaux et les extrémités correspondantes des tronçons de fil.
Cela permet de réaliser automatiquement et au défilé les soudures des fils longitudinaux sur les extrémités des tronçons de fil. L'invention propose également un convertisseur thermoélectrique obtenu par exécution du procédé précité, caractérisé en ce que les extrémités du cylindre formées par 1 ' enroulement précité sur le mandrin sont recouvertes d'une matière isolante, telle qu'un ciment réfractaire, et d'un disque de matière thermiquement conductrice.
Une des extrémités de ce cylindre, correspondant à la source froide, est reliée à des moyens d'évacuation de chaleur.
Ce convertisseur thermoélectrique peut être monté dans un appareil de chauffage ou d'éclairage, tel en particulier qu'une lampe à pétrole, pour l'alimentation électrique d'un récepteur radio à transistors .
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels : les figures 1 et 2 illustrent schématiquement des étapes du procédé de fabrication selon 1 ' invention ;
- la figure 3 est une vue schématique d'une partie d'un dispositif de fabrication selon l'invention ;
- la figure 4 représente schématiquement des moyens de soudure selon l'invention ;
- la figure 5 représente schématiquement une lampe à pétrole équipée d'un convertisseur selon 1 ' invention.
On se réfère d'abord aux figures 1 et 2 , pour la description des étapes essentielles du procédé selon 1 ' invention.
Selon ce procédé, on dépose sur un support 10 des tronçons 12, 14 de fils électro-conducteurs, ces tronçons 12, 14 étant de même longueur, orientés transversalement par rapport à une direction longitudinale du support 10 et alignés pour former une rangée dans laquelle ils sont alternés, les tronçons 12, 14 étant réalisés en deux matières différentes, utilisées usuellement pour la fabrication des thermocouples (par exemple un alliage nickel -chrome et un alliage nickel - cuivre) .
Sur les extrémités des tronçons 12, 14 des fils électro-conducteurs, on dépose deux fils longitudinaux 16, 18 de matière électro-conductrice qui par exemple, sont en cuivre ou bien, de préférence, l'un d'eux étant de la matière constituant les tronçons 12 et l'autre de la matière constituant les tronçons 14 précités .
On soude ensuite les fils 16, 18 sur les extrémités des tronçons 12, 14 comme indiqué en 20, pour former une sorte d'échelle dont les barreaux sont constitués des tronçons 12, 14 et les montants des fils 16, 18.
On coupe ensuite les fils 16, 18 comme représenté en figure 2, c'est-à-dire en coupant un fil 16 entre 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, 18 étant décalées d'un pas d'un fil à l'autre de sorte que deux tronçons 12, 14 sont reliés entre eux à l'une de leurs extrémités par une longueur de fil 18 et sont
reliés à d'autres tronçons 12, 14 à leur autre extrémité par une longueur de fil 16.
Ce procédé permet de fabriquer simplement et à cadence élevée une pluralité de thermocouples connectés en série, avec un prix de revient relativement faible.
Un dispositif de fabrication selon l'invention est représenté schématiquement en figure 3.
Il comprend le support 10 précité, formé par une bande sans fin montée sur des rouleaux d'extrémité 22 dont au moins l'un est moteur pour déplacer la bande dans le sens indiqué par les flèches, deux postes 24 de découpe et de pose des tronçons de fil 12 , 14 sur la bande 10, un poste 26 d'amenée et de dépose des fils longitudinaux 16, 18 sur les extrémités des tronçons 12, 14, un poste de soudure 28, un poste 30 de découpe des fils 16, 18 entre les tronçons 12, 14 comme décrit en référence à la figure 2, un poste 32 de découpe des longueurs de fils 16, 18 pour former des ensembles comprenant un nombre prédéterminé de thermocouples, un poste 34 de dépose sur ces ensembles d'une bande 36 d'une matière souple électriquement et thermiquement isolante et un poste 38 de dépose de mandrins cylindriques de matière thermiquement et électriquement isolante et d'enroulement des bandes 36 avec les tronçons de fil autour de ces mandrins .
Avantageusement, la bande support 10 comporte des encoches ou rainures transversales de faible profondeur, formés à intervalles réguliers pour recevoir et positionner les tronçons transversaux 12, 14 de fils électro-conducteurs, et elle a une largeur inférieure à la longueur des tronçons 12, 14.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ces tronçons de fils sont des rubans plats ayant une longueur de 50 mm, une largeur de 2 mm et une épaisseur de 0,1 mm et sont espacés les uns des autres d'environ 2 mm. La bande 36 déposée sur les tronçons de
6 fils 12, 14, 16, 18 est de préférence en fibres de céramique, avec une épaisseur de 0,8 mm, et comporte une face adhésive (la face inférieure sur la vue de la figure 3) au moyen de laquelle elle est appliquée et fixée sur l'ensemble de thermocouples tel que celui représenté en figure 2.
La fixation de cette bande isolante sur 1 ' ensemble de thermocouples permet de manipuler ce dernier sans problème. De plus, lorsque la bande 36 portant l'ensemble de thermocouples est enroulée autour du mandrin de matière isolante (de préférence en céramique) , la face adhésive de la bande 36 permet de fixer les spires de l'enroulement les unes aux autres par collage. De préférence, les moyens de soudure des fils
16, 18 sur les extrémités des tronçons 12, 14 sont du type représenté en figure 4 et comprennent, pour chaque fil 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 sortie du dispositif de fabrication représenté en figure 3, peut comprendre environ 400 à 500 thermocouples connectés en série . Sur les extrémités axiales de ce cylindre, on peut déposer une couche de ciment réfractaire, puis une plaque d'une matière électriquement isolante et thermiquement conductrice, par exemple d'un métal anodisé . On obtient ainsi un convertisseur thermoélectrique qui peut être relié à un circuit
électrique par l'intermédiaire des longueurs de fil 16, 18 qui se trouvent aux extrémités de l'ensemble de thermocouples .
Une extrémité de ce convertisseur est αestinée à être placée au voisinage d'une source de chaleur, par exemple d'un foyer de combustion, tandis que scr. autre extrémité est au voisinage d'une source froide e~ peut être par exemple ventilée ou reliée à un radiateur de chaleur, l'énergie électrique produite aux bernes du convertisseur dépendant de la différence de température entre les extrémités du convertisseur.
Comme représenté en figure 1, le convertisseur 42 peut être placé dans une lampe à pétrole 44 d'un type classique, au-dessus de la mèche de celle-ci, de façon à ce que son extrémité inférieure soit au niveau de la partie la plus chaude de la flamme lorsque la lampe à pétrole est utilisée.
Comme on l'a représenté schématiquement, la partie supérieure du mandrin de céramique autour duquel est bobiné l'ensemble de thermocouples, peut être reliée, par sertissage, à un tube 46 en matière conductrice de la chaleur, dont l'extrémité supérieure est coiffée par un radiateur 48 disposé entre les poignées latérales de la lampe et l'anneau supérieur 50 permettant l'accrochage de la lampe.
Lors de l'utilisation de la lampe à pétrole, la face inférieure du convertisseur 42 peut être portée à une température de l'ordre de 500°C, tandis que son extrémité supérieure est maintenue à une température de l'ordre de 80 à 100°C, grâce au tube 46 et au radiateur 48.
Lorsque le convertisseur comprend 400 à 450 thermocouples, il génère alors une tension électrique d'environ 8 à 9 volts en régime permanent, ce qui permet d'alimenter sans problème un récepteur radio à transistors.
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Le convertisseur selon l'invention peut également être utilisé avec d'autres sources de chaleur, et ses applications pratiques sont extrêmement nombreuses et variées.