FR2481786A1 - Thermoelectric pump heat exchange sleeve - surrounds pipe containing working fluid and has built in expansion bellows with thermoelectric elements connected to it - Google Patents
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Abstract
Description
Perfectionnements apportés aux installations thermoélectri#ues
L'invention est relative, d'une façon générale, aux installations thermo-électriques comportant des thermoéléments montés entre deux parois d'échanges thermiques, à savoir une paroi chaude et une paroi froide.Improvements to thermoelectric installations
The invention relates, in general, to thermoelectric installations comprising thermoelements mounted between two heat exchange walls, namely a hot wall and a cold wall.
De telles installations peuvent etre utilisées pour engendrer un courant électrique continu lorsque les parois chaude et froide sont maintenues à des températures diffé- rentes, ou, au contraire, pour maintenir les parois chaude et froide à des températures différentes lorsqu'un courant électrique continu circule dans les thermo-éléments, ce courant électrique pouvant être amené auxdits thermo- éléments par les échangeurs de chaleur dont font partie les parois d'échanges thermiques. Such installations can be used to generate a continuous electric current when the hot and cold walls are kept at different temperatures, or, on the contrary, to keep the hot and cold walls at different temperatures when a direct electric current flows in thermo-elements, this electric current which can be brought to said thermo-elements by heat exchangers of which the heat exchange walls are a part.
L'invention s'applique plus particulièrement, mais non exclusivement, aux installations de ce dernier type dans lesquelles les thermo-éléments sont alimentés en courant électrique continu pour entretenir une différence de température entre deux parois chaude et froide. Une elle installation, appelée "pompe à chaleur", peut etre utilisée pour produire "du chaud" ou "du froid". En effet, les thermo-éléments sont de deux types, à savoir les thermo-éléments de type P qui transfèrent des calories dans le sens du courant, et les thermo-éléments du type N qui transfèrent des calories dans le sens inverse du courant. The invention applies more particularly, but not exclusively, to installations of the latter type in which the thermo-elements are supplied with direct electric current to maintain a temperature difference between two hot and cold walls. An installation, called "heat pump", can be used to produce "hot" or "cold". Indeed, the thermo-elements are of two types, namely the P-type thermo-elements which transfer calories in the direction of the current, and the N-type thermo-elements which transfer calories in the opposite direction of the current.
Pour réaliser de telles installations, on a déjà proposé de leur faire comporter un premier circuit pour la circulation d'un fluide à réchauffer ou à refroidir dit fluide "chaud" ou "froid" et un second circuit pour la circulation d'un fluide a refroidir ou à réchauffer dit fluide "froid" ou 'chaud". To make such installations, it has already been proposed to make them include a first circuit for the circulation of a fluid to be heated or cooled, termed "hot" or "cold" fluid and a second circuit for the circulation of a fluid a to cool or to heat said fluid "cold" or "hot".
On conçoit que des problèmes de dilatation différentielle, d'isolement électrique, d'étanchéité se posent pour la réalisation de ces deux circuits surtout si l'un des deux fluides, ou les deux fluides sont constitués par un liquide. It is understood that problems of differential expansion, electrical insulation, sealing arise for the realization of these two circuits especially if one of the two fluids, or the two fluids are constituted by a liquid.
Pour résoudre ces problèmes, on a proposé de constituer tout ou partie d'au moins l'un des deux circuits par des éléments tubulaires raccordés entre eux par des soufflets élastiques de forte résistivité électrique mais on se heurte alors à des difficultés technologiques de réalisation dues notamment au nombre important de soufflets (plusieurs centaines par kW de froid par exemple). To solve these problems, it has been proposed to constitute all or part of at least one of the two circuits by tubular elements connected to one another by elastic bellows of high electrical resistivity, but we then encounter technological difficulties of realization due especially the large number of bellows (several hundred per kW of cold for example).
L'invention a précisément pour but de remédier aux inconvénients présentés par des installations thermo-électriques comportant un ou plusieurs circuits réalisés totalement ou partiellement par des éléments tubulaires. The object of the invention is precisely to remedy the drawbacks presented by thermoelectric installations comprising one or more circuits produced wholly or partially by tubular elements.
L'installation thermo-électrique conforme à l'invention comporte - un premier circuit pour la circulation d'un fluide chaud
ou froid, - un second circuit pour la circulation d'un fluide froid
ou chaud, - et une pluralité de thermo-éléments interposés chacun,
isolément ou par groupe; entre deux parois d'échanges
thermiques coopérant respectivement avec les deux susdits
premier ou second circuits, et elle est caractérisée par le fait que l'une au moins des deux parois d'échanges thermiques appartient à, ou est rapportée sur, un manchon de contact entourant, ou entouré par, un tube continu constituant au moins en partie le circuit coopérant avec la paroi d'échanges thermiques en question, ce manchon de contact étant constitué en un matériau présentant des propriétés de bonne conductivité électrique et thermique, le tube continu étant constitué en un matériau présentant des propriétés d'isolation électrique.The thermoelectric installation according to the invention comprises - a first circuit for the circulation of a hot fluid
or cold, - a second circuit for the circulation of a cold fluid
or hot, - and a plurality of thermo-elements interposed each,
individually or in groups; between two exchange walls
thermal cooperating respectively with the above two
first or second circuits, and it is characterized in that at least one of the two heat exchange walls belongs to, or is attached to, a contact sleeve surrounding, or surrounded by, a continuous tube constituting at least in part of the circuit cooperating with the heat exchange wall in question, this contact sleeve being made of a material having properties of good electrical and thermal conductivity, the continuous tube being made of a material having properties of electrical insulation.
Dans le cas où le manchon de contact entoure le tube continu, celui-ci doit également présenter des propriétés de bonne conductivité thermique. In the case where the contact sleeve surrounds the continuous tube, the latter must also have properties of good thermal conductivity.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le manchon de contact entoure le tube continu et comporte deux parois d'échanges thermiques opposées. According to one embodiment of the invention, the contact sleeve surrounds the continuous tube and has two opposite heat exchange walls.
Dans ce cas, il est avantageux de faire comporter au manchon de contact au moins deux zones déformables élastiques opposées, disposées (approximativement au moins) dans le plan de symétrie de part et d'autre duquel se trouvent les deux parois d'échanges thermiques opposées du manchon de contact. In this case, it is advantageous to make the contact sleeve comprise at least two opposite elastic deformable zones, arranged (approximately at least) in the plane of symmetry on either side of which are the two opposite heat exchange walls. of the contact sleeve.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le manchon de contact est entouré par le tube continu et comporte deux parois d'échanges thermiques opposées, la paroi du tube continu présentant la ou les découpes nécessaires pour que le ou les thermo-éléments puissent coopérer avec la paroi d'échanges thermiques considérée. According to another embodiment of the invention, the contact sleeve is surrounded by the continuous tube and has two opposite heat exchange walls, the wall of the continuous tube having the cutout (s) necessary for the thermoelement (s) can cooperate with the heat exchange wall considered.
L'invention consiste, mises à part les dispositions dont il vient d'etre question ci-dessus, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en meme temps et dont il sera plus explicitement question ci-apres. The invention consists, apart from the arrangements which have just been mentioned above, in certain other arrangements which are preferably used at the same time and which will be more explicitly discussed below.
L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des formes d'exécution de l'invention préférées, et ne comportent, bien entendu, aucun caractère limitatif. The invention may, in any case, be well understood with the aid of the additional description which follows, as well as of the appended drawings, which supplement and drawings relate to preferred embodiments of the invention, and do not, of course, have any limiting character.
La fig. I, de ces dessins, est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée suivant une première forme d'exécution de l'invention. Fig. I, of these drawings, is a partial section showing a thermoelectric installation produced according to a first embodiment of the invention.
La fig. 2 est une vue selon Il fig. 1. Fig. 2 is a view along Il fig. 1.
La fig. 3 montre, en coupe, une variante de l'installation illustrée sur les fig. 1 et 2. Fig. 3 shows, in section, a variant of the installation illustrated in FIGS. 1 and 2.
La fig. 4 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée suivant une autre forme d'exécution de l'invention. Fig. 4 is a partial section showing a thermoelectric installation produced according to another embodiment of the invention.
La fig. 5 est une vue selon V fig. 4. Fig. 5 is a view along V fig. 4.
La fig. 6 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée Suivant encore une autre forme d'exécution de l'invention. Fig. 6 is a partial section showing a thermoelectric installation produced according to yet another embodiment of the invention.
La fig. 7 est une coupe partielle montrant une installation thermo-électrique réalisée suivant encore une autre forme de réalisation de l'invention. Fig. 7 is a partial section showing a thermoelectric installation produced according to yet another embodiment of the invention.
La fig. 8 est une coupe selon VIII-VIII fig.7. Fig. 8 is a section on VIII-VIII fig. 7.
Une installation thermo-électrique du genre "pompe à chaleur" comporte, comme montré sur les fig. 1 à 6, des thermo-éléments 4 montés entre deux parois d'échanges thermiques 11 dont l'une est une paroi chaude et l'autre est une paroi froide. A thermoelectric installation of the "heat pump" type comprises, as shown in figs. 1 to 6, thermo-elements 4 mounted between two heat exchange walls 11, one of which is a hot wall and the other is a cold wall.
Chaque thermo-élément 4 est alimenté en courant continu par des moyens non représentés. Each thermo-element 4 is supplied with direct current by means not shown.
L'installation comporte, en outre, un premier circuit 12 pour la circulation d'un fluide chaud ou froid, et un second circuit 13 pour la circulation d'un fluide froid ou chaud. The installation further comprises a first circuit 12 for the circulation of a hot or cold fluid, and a second circuit 13 for the circulation of a cold or hot fluid.
Les deux parois d'échanges thermiques 11 coopèrent
respectivement avec les deux susdits premier circuit 12 ou second circuit 13.The two heat exchange walls 11 cooperate
respectively with the above two first circuit 12 or second circuit 13.
Cette paroi d'échanges thermiques 11 appartient à, ou est rapportée sur, un manchon de contact 15 entourant, ou entouré par, un tube continu 14 constituant, au moins en partie, le circuit 12 ou 13 coopérant avec la paroi d'échanges thermiques 11 en question. Ce manchon de contact 15 est constitué en un matériau présentant des propriétés de bonne conductivité électrique et des propriétés de bonne conductivité thermique (tel par exemple que cuivre, laiton ou alliage léger). This heat exchange wall 11 belongs to, or is attached to, a contact sleeve 15 surrounding, or surrounded by, a continuous tube 14 constituting, at least in part, the circuit 12 or 13 cooperating with the heat exchange wall 11 in question. This contact sleeve 15 is made of a material having properties of good electrical conductivity and properties of good thermal conductivity (such as for example copper, brass or light alloy).
Le tube continu 14 est, de préférence, constitué par un tube souple ; il est constitué en un matériau présentant des propriétés d'isolation électrique. The continuous tube 14 is preferably constituted by a flexible tube; it is made of a material with electrical insulation properties.
Dans le cas où le manchon de contact 15 entoure le tube continu 14, celui-ci doit également présenter des propriétés de bonne conductivité thermique ; il peut alors etre constitué en matière plastique chargée ou non de poudre ou de fibres destinées à améliorer sa résistance mécanique tout en améliorant sa conductivité thermique. In the case where the contact sleeve 15 surrounds the continuous tube 14, the latter must also have properties of good thermal conductivity; it can then be made of plastic material loaded or not with powder or fibers intended to improve its mechanical strength while improving its thermal conductivity.
Selon le mode de réalisation de l'invention illustré sur les fig. 1 à 6, la manchon de contact 15 entoure le tube continu 14 et comporte deux parois d'échanges thermiques 11 opposées l'une à l'autre. Généralement ces parois d'échanges thermiques 11 appartiennent au manchon de contact puisque celui-ci entourant le tube continu 14 il ne se pose pas de problème constructif ou de montage. According to the embodiment of the invention illustrated in FIGS. 1 to 6, the contact sleeve 15 surrounds the continuous tube 14 and has two heat exchange walls 11 opposite one another. Generally these heat exchange walls 11 belong to the contact sleeve since the latter surrounding the continuous tube 14 does not pose any constructive or mounting problem.
Sur les fig. 1 et 2, on a représenté une installation thermo-électrique dans laquelle les deux fluides sont des liquides. In fig. 1 and 2, a thermoelectric installation is shown in which the two fluids are liquids.
Le premier liquide (par exemple le liquide chaud) circule dans le tube continu 14 qui constitue le premier circuit 12, et le second liquide (alors le liquide froid) circule dans le tube continu 14 qui constitue le second circuit 13. The first liquid (for example the hot liquid) circulates in the continuous tube 14 which constitutes the first circuit 12, and the second liquid (then the cold liquid) circulates in the continuous tube 14 which constitutes the second circuit 13.
Ces deux circuits de liquide 12 et 13 sont avantageusement agencés pour que la circulation s'y fasse à contre-courant, mais ils pourraient également etre agencés pour former des courants parallèles ou croises. These two liquid circuits 12 and 13 are advantageously arranged so that the circulation takes place there against the current, but they could also be arranged to form parallel or crossed currents.
La fig. 3 est une variante dans laquelle le manchon de contact 15 entoure deux tubes continus juxtaposés 14 ; sur cette fig. 3, les deux fluides sont des liquides et les memes chiffres de référence dési gnent les merles oraanes que sur les fig. 1 et 2. Fig. 3 is a variant in which the contact sleeve 15 surrounds two juxtaposed continuous tubes 14; in this fig. 3, the two fluids are liquids and the same reference numbers designate the blackbirds as in FIGS. 1 and 2.
Dans les deux tubes continus 14, entourés par le meme manchon de contact 15, le liquide chaud ou froid considéré circule dans le même sens. In the two continuous tubes 14, surrounded by the same contact sleeve 15, the hot or cold liquid considered circulates in the same direction.
Sur les fig. 4 et 5, on a représenté une installation thermo-électrique dans laquelle l'un des deux fluides (fluide chaud ou froid) est un liquide, et l'autre fluide (fluide froid ou chaud) est un gaz
Le fluide liquide circule dans le tube continu 14 qui constitue le premier circuit 12, et le fluide gazeux circule dans le second circuit 13 qui comporte des surfaces d'échanges thermiques 3 (telles que des ailettes ou des barreaux) appartenant à des échangeurs de chaleur 1 qui peuvent comprendre, de p#art et d'autre de ces surfaces d'échanges thermiques 3, deux plaques de base 2a et 2b formant les parois d'échanges thermiques 11. In fig. 4 and 5, a thermoelectric installation is shown in which one of the two fluids (hot or cold fluid) is a liquid, and the other fluid (cold or hot fluid) is a gas
The liquid fluid circulates in the continuous tube 14 which constitutes the first circuit 12, and the gaseous fluid circulates in the second circuit 13 which comprises heat exchange surfaces 3 (such as fins or bars) belonging to heat exchangers 1 which can include, from p # art and other of these heat exchange surfaces 3, two base plates 2a and 2b forming the heat exchange walls 11.
Ces deux circuits liquides 12 et gazeux 13 sont avantageusement agencés pour que la circulation s'y fasse à contre-courant, mais ils pourraient également être agencés pour former des courants parallèles ou croisés. These two liquid 12 and gaseous 13 circuits are advantageously arranged so that the circulation takes place there against the current, but they could also be arranged to form parallel or crossed currents.
Sur la fig. 6, on a représenté une installation thermo-électrique dans laquelle les deux fluides sont des liquides, la caractéristique de cette installation résidant dans le fait que le manchon de contact 15 comporte deux zones déformables élastiques 16 et 17 disposées à l'opposé l'une de l'autre et situées (approximativement au moins) dans le plan de symétrie de part et d'autre duquel se trouvent les deux parois d'échanges thermiques 11 opposées du manchon de contact 15. In fig. 6, there is shown a thermoelectric installation in which the two fluids are liquids, the characteristic of this installation residing in the fact that the contact sleeve 15 comprises two elastic deformable zones 16 and 17 arranged opposite one on the other and located (approximately at least) in the plane of symmetry on either side of which are the two opposite heat exchange walls 11 of the contact sleeve 15.
Ces deux zones déformables élastiques 16 et 17 peuvent etre obtenues par un agencement du manchon de contact 15, notamment en ce qui concerne sa forme, son épaisseur et son matériau constitutif. These two elastic deformable zones 16 and 17 can be obtained by an arrangement of the contact sleeve 15, in particular as regards its shape, its thickness and its constituent material.
Mais on peut également munir ces deux zones déformables élastiques d'éléments de rappel élastiques rapportés, tels que ceux montrés en 16a et 17a sur la fig. 6. However, these two elastic deformable zones can also be provided with attached elastic return elements, such as those shown in 16a and 17a in FIG. 6.
Selon le mode e réalisation de l'invention îll#stIc--- sur les fig. 7 et 8, le manchon de contact 15 est entouré par le tube continu 14 et comporte deux parois d'échanges il thermiqueseopposées l'une à l'autre, la paroi de tube continu 14 présentant des découpes 14a nécessaires pour que les thermo-éléments 4 puissent coopérer avec les paroi's d'échanges thermiques 11 considérées. Ces parois d'échanges thermiques 11 peuvent appartenir au manchon de contact 15 ou y etre rapportées, selon les problèmes constructifs ou de montage qui se posent. According to the embodiment of the invention îll # stIc --- in Figs. 7 and 8, the contact sleeve 15 is surrounded by the continuous tube 14 and has two thermal exchange walls il opposite one another, the continuous tube wall 14 having cutouts 14a necessary for the thermo-elements 4 can cooperate with the heat exchange walls 11 considered. These heat exchange walls 11 may belong to the contact sleeve 15 or be attached thereto, depending on the construction or assembly problems which arise.
De préférence, le manchon de contact 15, qui se trouve donc baigné par le fluide circulant dans le tube continu 14, est agencé pour jouer un rôle d'échangeur thermique avec ce fluide. Preferably, the contact sleeve 15, which is therefore bathed by the fluid flowing in the continuous tube 14, is arranged to act as a heat exchanger with this fluid.
A cet effet, le manchon de contact 15 présente des parties 15a dont les deux faces sont en contact avec le fluide en question. To this end, the contact sleeve 15 has parts 15a, the two faces of which are in contact with the fluid in question.
Selon la forme d'exécution montrée sur les fig. 7 et 8, le tube continu 14 présente une section transversale aplatie dont deux côtés opposés 14b et 14c sont plans et parallèles entre eux ; dans ces conditions, le man#chon de contact peut avantageusement présenter une section transversale quadrangulaire dont deux côtés opposés 15b et 15c sont appliqués sur les deux côtés plans 14b et 14c du tube continu 14, et dont les deux autres côtés opposés 15d et 15e forment les parties 15a baignées sur leurs deux faces par le fluide circulant dans le tube continu 14, ce fluide passant dans le manchon de contact 15 et entre le manchon de contact 15 et les deux côtés opposés 14d et 14e arrondis dudit tube continu 14. According to the embodiment shown in fig. 7 and 8, the continuous tube 14 has a flattened cross section of which two opposite sides 14b and 14c are planar and parallel to each other; under these conditions, the contact pin can advantageously have a quadrangular cross section of which two opposite sides 15b and 15c are applied to the two flat sides 14b and 14c of the continuous tube 14, and whose two other opposite sides 15d and 15e form the parts 15a bathed on their two faces by the fluid circulating in the continuous tube 14, this fluid passing through the contact sleeve 15 and between the contact sleeve 15 and the two opposite rounded sides 14d and 14e of said continuous tube 14.
Dans le cas du mode de réalisation illustré sur les fig. 7 et 8, l'étanchéité peut etre réalisée par un joint d'étanchéité annulaire 18, entourant chaque thermoélément 4 (ou groupe de thermo-éléments), ce joint d'étanchéité annulaire étant mis en compression par les moyens (par exemple par des tirants non représentés) de mise en compression des thermo-éléments 4. In the case of the embodiment illustrated in FIGS. 7 and 8, the seal can be produced by an annular seal 18, surrounding each thermoelement 4 (or group of thermoelements), this annular seal being put in compression by the means (for example by tie rods not shown) for compressing the thermo-elements 4.
Par rapport au mode de réalisation illustré sur les fig. 1 à 6, le mode de réalisation illustré sur les fig. 7 et 8 permet d'améliorer la conductance thermique entre les deux fluides et les thermo-éléments. Compared to the embodiment illustrated in FIGS. 1 to 6, the embodiment illustrated in FIGS. 7 and 8 improves the thermal conductance between the two fluids and the thermo-elements.
Ceci étant, on conçoit que l'installation thermoélectrique conforme à l'invention est plus simple à construire et présente une meilleure étanchéité que les installations thermo-électriques classiques dans lesquelles on prévoyait une pluralité de soufflets pour assurer la continuité du ou des deux circuits parcourus par le fluide liquide. This being the case, it can be seen that the thermoelectric installation in accordance with the invention is simpler to construct and has a better seal than the conventional thermoelectric installations in which a plurality of bellows was provided to ensure the continuity of the circuit or two circuits traversed. by the liquid fluid.
Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As goes without saying, and as it already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its modes of application and embodiments which have been more particularly envisaged; on the contrary, it embraces all its variants.
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