FR2972571A1 - Générateur thermoélectrique - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un générateur thermoélectrique comprenant une feuille (3, 4) d'un matériau déformable contenant des cavités fermées (1) dont chacune contient une goutte d'un liquide vaporisable, et des moyens pour transformer en électricité l'énergie résultant de la déformation de la feuille liée à l'évaporation/condensation du liquide.
Description
B10868 - 11-GR3-0104 1 GÉNÉRATEUR THERMOÉLECTRIQUE
Domaine de l'invention La présente invention concerne un générateur thermoélectrique c'est-à-dire un dispositif adapté à produire de l'électricité à partir d'une différence de température, en présence d'une source chaude et d'une source froide. Exposé de l'art antérieur Les générateurs thermoélectriques les plus courants actuellement sont les générateurs photovoltaïques qui convertissent l'énergie des photons du rayonnement solaire en électricité. Divers moyens ont été proposés pour réaliser de tels générateurs sous forme de feuilles de grande surface. Néanmoins, les générateurs photovoltaïques restent coûteux. Il existe donc un besoin pour des générateurs thermo-15 électriques de grande surface et de faible coût. Résumé Un objet de modes de réalisation de l'invention est de satisfaire au besoin susmentionné. Un objet plus particulier de modes de réalisation de 20 l'invention est de prévoir un générateur thermoélectrique susceptible d'être réalisé sous forme d'une feuille de grande surface pouvant être appliquée contre une surface chaude, son B10868 - 11-GR3-0104
2 autre face étant refroidie par tout moyen, par exemple par l'air ambiant. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un générateur thermoélectrique comprenant une feuille d'un matériau déformable contenant des cavités fermées dont chacune contient une goutte d'un liquide vaporisable, et des moyens pour transformer en électricité l'énergie résultant de la déformation de la feuille liée à l'évaporation/condensation du liquide.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la feuille de matériau déformable contenant les cavités est revêtue d'une première couche conductrice reliée à une première électrode, d'une couche de matériau piézoélectrique, et d'une deuxième couche conductrice reliée à une deuxième électrode.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la feuille de matériau déformable contenant les cavités fermées est un film à bulles. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le liquide comprend un alcool.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les cavités ont des dimensions de l'ordre de 0,1 mm à 10 cm. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le générateur comprend des moyens pour transporter par capillarité la goutte d'une paroi à une autre de chaque cavité.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, les cavités sont tapissées d'un matériau fibreux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les cavités contiennent un matériau fibreux. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures 1A, 1B, 1C sont des vues en coupe schéma- tiques illustrant le phénomène mis en oeuvre par un générateur B10868 - 11-GR3-0104
3 thermoélectrique selon un mode de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue en coupe schématique d'une feuille de générateur thermoélectrique selon un mode de réalisa-5 tion de la présente invention ; et la figure 3 est une vue en coupe schématique d'une feuille de générateur thermoélectrique selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été 10 désignés par de mêmes références aux différentes figures et les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée Fondamentalement, on cherche ici à convertir de l'énergie thermique en énergie mécanique en utilisant les 15 variations de volume et de pression provoquées par des cycles de vaporisation/condensation d'un liquide. L'énergie mécanique ainsi créée est ensuite convertie en énergie électrique. Plus particulièrement, la présente invention prévoit d'utiliser une feuille d'un matériau déformable contenant des 20 cavités (des bulles). Dans chaque cavité (chaque bulle) est disposée une petite quantité d'un liquide vaporisable. La face supérieure de la feuille est tournée vers une source froide et la face inférieure de la feuille est tournée vers une source chaude. La source chaude et la source froide sont respectivement 25 à une température supérieure et à une température inférieure à la température de vaporisation du liquide. Ainsi, le liquide subit des alternances de vaporisation et de condensation. Il en résulte des alternances de gonflement et de dégonflement de chacune des bulles et une déformation cyclique de la feuille. 30 Cette déformation cyclique de la feuille peut être utilisée par tout moyen pour produire de l'électricité. On pourra par exemple utiliser les déformations d'un matériau piézoélectrique lié à la feuille. Le phénomène utilisé ici va être illustré en relation 35 avec les figures 1A, 1B et 1C.
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4 En figure 1A, on considère une cavité ou bulle 1 délimitée par une enveloppe élastiquement déformable comprenant une paroi inférieure 3 et une paroi supérieure 4. On notera incidemment que des feuilles contenant des bulles sont couram- ment fabriquées actuellement et désignées par l'appellation "film à bulles". Ces films à bulles servent notamment à emballer des objets fragiles pour leur transport. La bulle 1 contient une petite quantité (une goutte) d'un liquide vaporisable. Dans l'état illustré en figure 1A, on considère que le liquide est à l'état vaporisé. La bulle est donc gonflée. On considère ici que le côté haut de la figure 1A est tourné vers une source froide et le côté bas vers une source chaude. Alors, comme l'illustre la figure 1B, une goutte 6 du 15 liquide présent dans la bulle va se condenser sur la paroi froide 4. La bulle est donc dégonflée. Ensuite, comme l'illustre la figure 1C, dès que la goutte 6 atteint un volume suffisant, elle retombe sous l'effet de la pesanteur ou s'écoule le long de la paroi 4 vers la paroi 20 inférieure chaude 3 au niveau de laquelle elle se vaporise à nouveau et la bulle se regonfle. Ainsi, la bulle tend à augmenter et réduire cycliquement son volume. Bien entendu, on choisira le liquide disposé dans le matériau déformable contenant la cavité ou bulle 1, pour que la 25 température de vaporisation du liquide, à la pression existant dans la bulle, soit inférieure à la température de la paroi chaude et supérieure à la température de la paroi froide. On pourra notamment utiliser diverses formulations d'alcool ou autre produit. En pratique, il s'avère qu'il suffit pour un bon 30 fonctionnement du système qui va être décrit ci-après que les températures des parois chaudes et froides soient respectivement à environ ± 15°C de la température de vaporisation du liquide contenu dans la bulle.
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Divers moyens pourront être utilisés pour utiliser la dilatation cyclique du film à bulles pour transformer ce mouvement mécanique en énergie électrique. Un mode de réalisation illustré à titre d'exemple en 5 la figure 2 consiste à utiliser l'effet piézoélectrique. Sur la feuille contenant les bulles sont successivement déposées une première couche conductrice, par exemple une couche métallique, 11, une couche de matériau piézoélectrique 13 et une deuxième couche conductrice, par exemple une couche métallique, 15. En utilisation, une face ou l'autre de la feuille obtenue sera tournée vers le haut et mise en relation avec une source froide. Dans la représentation de la figure 2, on pourra fixer la face inférieure de la structure à une surface rigide pour maximiser les déformations du côté de la couche de matériau piézo- électrique. Les couches métalliques 11 et 15 sont respectivement reliées à une première et à une seconde électrode 17 et 19 sur lesquelles on peut recueillir une tension résultant de la déformation transmise à la couche de matériau piézoélectrique.
Divers moyens pourront être utilisés pour déposer les couches métalliques. On pourra par exemple utiliser des procédés utilisant la projection simultanément d'un sel liquide d'un métal et d'un catalyseur liquide. La couche de matériau piézo-électrique 13 pourra être obtenue à partir d'un vinyle organique flexible déposé à la tournette. On a décrit plus particulièrement ici le cas où le matériau contenant les cavités dilatables est un "film à bulles". En fait, tout matériau élastiquement déformable contenant des cavités dans lesquelles on peut injecter à la fabrication une goutte d'un liquide pourra être utilisé. On pourra par exemple utiliser des caoutchoucs contenant des cavités ou des feuilles de matière plastique séparées par un quadrillage auquel elles sont fixées. La figure 3 représente un mode de réalisation dans 35 lequel une première feuille 23 est superposée à une deuxième B10868 - 11-GR3-0104
6 feuille 24 à laquelle elle est reliée par un quadrillage de cloisons étanches 25 pour définir des cavités cylindriques. Eventuellement, la structure sera construite en deux temps et entre les feuilles 23 et 24 sera disposée une feuille poreuse 27 laissant passer la vapeur et le liquide. Sur le dessus de la feuille 24, on retrouve une première couche conductrice 11, une couche de matériau piézoélectrique 13 et une deuxième couche conductrice 15. Les couches conductrices 11 et 15 sont reliées à des électrodes respectives 17 et 19.
Une feuille selon la présente invention pourra être obtenue à partir d'un rouleau de grande largeur (de l'ordre du mètre) et de grande longueur (jusqu'à plusieurs centaines de mètres). Les cavités dans lesquelles se produisent les cycles d'évaporation/condensation pourront avoir des dimensions choisies selon la technologie utilisée, par exemple de l'ordre de 0,1 mm à 10 cm. De très nombreuses applications pourront être envisagées. On notera toutefois que les modes de réalisation décrits précédemment impliquent, quel que soit le sens dans lequel est tournée la feuille, que sa face supérieure soit tournée vers une source froide et sa face inférieure soit tournée vers une source chaude de manière que les gouttes puissent retomber sous l'effet de la pesanteur. Il peut être avantageux dans certaines applications que le générateur fonctionne quelle que soit l'orientation spatiale mutuelle des sources chaude et froide. Ainsi, selon une variante de réalisation, on prévoit des moyens assurant le transfert par capillarité des gouttes condensées d'une paroi à l'autre du dispositif. Pour cela, à titre d'exemple, on pourra prévoir de tapisser les parois des cavités 1 d'un matériau fibreux ou d'insérer dans ces cavités un matériau fibreux du type ouate de coton ou une mousse très aérée.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Générateur thermoélectrique comprenant une feuille (3, 4) d'un matériau déformable contenant des cavités fermées (1) dont chacune contient une goutte d'un liquide vaporisable, et des moyens pour transformer en électricité l'énergie résultant de la déformation de la feuille liée à l'évaporation/ condensation du liquide.
- 2. Générateur thermoélectrique selon la revendication 1, dans lequel la feuille de matériau déformable contenant les cavités est revêtue d'une première couche conductrice (11) reliée à une première électrode (17), d'une couche de matériau piézoélectrique (13), et d'une deuxième couche conductrice (15) reliée à une deuxième électrode (19).
- 3. Générateur thermoélectrique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la feuille de matériau déformable contenant 15 les cavités fermées est un film à bulles.
- 4. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le liquide comprend un alcool.
- 5. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les cavités (1) ont des dimensions de 20 l'ordre de 0,1 mm à 10 cm.
- 6. Générateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant des moyens pour transporter par capillarité ladite goutte d'une paroi à une autre de chaque cavité. 25
- 7. Générateur selon la revendication 6, dans lequel les cavités (1) sont tapissées d'un matériau fibreux.
- 8. Générateur selon la revendication 6, dans lequel les cavités (1) contiennent un matériau fibreux.
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