FR2732162A1 - Thermo-electric converter for radio power supply - Google Patents
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Abstract
Description
CONVERTISSEUR TEERMO-ELECTRIO7E
La présente invention concerne un convertisseur thermoélectrique ainsi que ses applications à l'alimentation électrique d'un appareil tel qu'un récepteur radio ou analogue.TEERMO-ELECTRIO7E CONVERTER
The present invention relates to a thermoelectric converter as well as its applications to the power supply of an appliance such as a radio receiver or the like.
On a déjà proposé d'associer un convertisseur thermoélectrique constitué par une pluralité de thermocouples montés en série à une source de chaleur telle qu'un foyer de combustion ou la flamme d'une lampe à pétrole ou analogue, pour produire par effet SEEBECK une énergie électrique à partir de la différence de température entre les jonctions froides et les jonctions chaudes des thermocouples. Cependant, dans les convertisseurs de ce type, la distance entre les jonctions chaudes et les jonctions froides des thermocouples est relativement faible, et il s'établit assez rapidement un équilibre thermique dans le convertisseur quand les jonctions chaudes des thermocouples sont au voisinage d'une source de chaleur importante telle qu'une flamme, de sorte que la production d'énergie électrique par le convertisseur diminue progressivement et tend vers zéro. It has already been proposed to associate a thermoelectric converter constituted by a plurality of thermocouples connected in series with a heat source such as a combustion hearth or the flame of an oil lamp or the like, to produce an energy by SEEBECK effect. electric from the temperature difference between the cold junctions and the hot junctions of thermocouples. However, in converters of this type, the distance between the hot junctions and the cold junctions of thermocouples is relatively small, and a thermal equilibrium is quickly established in the converter when the hot junctions of thermocouples are in the vicinity of a significant heat source such as a flame, so that the electrical energy produced by the converter gradually decreases and tends towards zero.
L'invention a pour but d'apporter une solution simple, fiable et peu couteuse à ce problème. The invention aims to provide a simple, reliable and inexpensive solution to this problem.
Elle propose à cet effet un convertisseur thermoélectrique comprenant une pluralité de thermocouples connectés en série, caractérisé en que les thermocouples sont constitués de conducteurs électriques sensiblement en L raccordés tête bêche et réalisés dans deux matières différentes, pour former une bande allongée dans laquelle des conducteurs longitudinaux sont reliés à leurs extrémités par des conducteurs transversaux en formant sensiblement des U. To this end, it offers a thermoelectric converter comprising a plurality of thermocouples connected in series, characterized in that the thermocouples consist of substantially L-shaped electrical conductors connected head to tail and made of two different materials, to form an elongated strip in which longitudinal conductors are connected at their ends by transverse conductors, substantially forming U.
Cette structure de convertisseur selon l'invention permet d'augmenter la distance transversale entre les jonctions froides et les jonctions chaudes des thermocouples pour un même encombrement du convertisseur, et permet également de diminuer le pas longitudinal entre les conducteurs des thermocouples, et donc de réduire l'encombrement du convertisseur. This converter structure according to the invention makes it possible to increase the transverse distance between the cold junctions and the hot junctions of the thermocouples for the same size of the converter, and also makes it possible to reduce the longitudinal pitch between the conductors of the thermocouples, and therefore to reduce the size of the converter.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'extrémité du convertisseur comprenant les jonctions froides est reliée à des moyens d'évacuation de la chaleur, comprenant par exemple un capot thermiquement conducteur appliqué sur l'extrémité du convertisseur comprenant les jonctions froides et relié à un radiateur extérieur, par exemple au moyen d'un tube thermiquement conducteur. According to another characteristic of the invention, the end of the converter comprising the cold junctions is connected to heat removal means, comprising for example a thermally conductive cover applied to the end of the converter comprising the cold junctions and connected to an external radiator, for example by means of a thermally conductive tube.
Cette réalisation permet de maintenir dans le temps une différence de température relativement élevée entre les jonctions chaudes et les jonctions froides des thermocouples, même lorsque les jonctions chaudes sont au voisinage immédiat d'une source de chaleur telle qu'une flamme. This embodiment makes it possible to maintain over time a relatively high temperature difference between the hot junctions and the cold junctions of thermocouples, even when the hot junctions are in the immediate vicinity of a heat source such as a flame.
Dans une application particulièrement intéressante de l'invention, ce convertisseur est destiné à être utilisé avec une source de chaleur telle qu un foyer de combustion ou la flamme d'une lampe à pétrole ou analogue, pour l'alimentation électrique d'un poste radio du type portable ou analogue. In a particularly interesting application of the invention, this converter is intended to be used with a heat source such as a combustion hearth or the flame of an oil lamp or the like, for the electrical supply of a radio set. of the portable type or the like.
Avantageusement, le convertisseur peut être intégré au châssis d'un appareil de combustion, telle qu'une lampe à pétrole ou analogue. Advantageously, the converter can be integrated into the chassis of a combustion device, such as an oil lamp or the like.
Ces applications sont particulièrement avantageuses dans les pays chauds et/ou humides où les piles électriques se déchargent rapidement et où il est parfois difficile de se procurer des piles de rechange. These applications are particularly advantageous in hot and / or humid countries where electric batteries discharge quickly and where it is sometimes difficult to obtain spare batteries.
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
la figure 1 est une vue schématique partielle d'une structure de thermocouple selon la technique antérieure
la figure 2 est une vue schématique partielle d'une structure de thermocouple selon l'invention ;
la figure 3 représente schématiquement un ensemble de thermocouples connectés selon l'invention
la figure 4 représente schématiquement une feuille de matière thermiquement et électriquement isolante destinée à être associée à l'ensemble de thermocouples de la figure 3
la figure 5 est une vue schématique en coupe partielle d'une lampe à pétrole comprenant un convertisseur selon l'invention ;;
la figure 6 est une vue schématique en coupe du convertisseur utilisé dans la lampe de la figure 5
la figure 7 est une vue schématique de dessus du radiateur du convertisseur de la figure 6
la figure 8 est une vue schématique en coupe partielle d'une lampe à pétrole selon une variante de réalisation de l'invention
la figure 9 est une vue schématique partielle de dessus de cette lampe.The invention will be better understood and other characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly on reading the description which follows, given by way of example with reference to the appended drawings, in which
Figure 1 is a partial schematic view of a thermocouple structure according to the prior art
Figure 2 is a partial schematic view of a thermocouple structure according to the invention;
FIG. 3 schematically represents a set of connected thermocouples according to the invention
FIG. 4 schematically represents a sheet of thermally and electrically insulating material intended to be associated with the set of thermocouples of FIG. 3
Figure 5 is a schematic partial sectional view of an oil lamp comprising a converter according to the invention;
Figure 6 is a schematic sectional view of the converter used in the lamp of Figure 5
Figure 7 is a schematic top view of the radiator of the converter of Figure 6
Figure 8 is a schematic partial sectional view of an oil lamp according to an alternative embodiment of the invention
Figure 9 is a partial schematic top view of this lamp.
On se réfère d'abord à la figure 1, où l'on a représenté schématiquement une vue très agrandie d'un thermocouple d'un type connu, constitué de conducteurs électriques 10 connectés en zigzag à leurs extrémités, deux conducteurs successifs étant dans des matières différentes, leurs liaisons à leurs extrémités constituant les jonctions chaude 12 et froide 14, respectivement, du thermocouple. Reference is first made to FIG. 1, where there is shown schematically a very enlarged view of a thermocouple of a known type, consisting of electrical conductors 10 connected in a zigzag at their ends, two successive conductors being in different materials, their connections at their ends constituting the hot 12 and cold 14 junctions, respectively, of the thermocouple.
Les jonctions 12 et 14 sont approximativement de forme triangulaire, tronconique ou cylindrique selon les réalisations, et s'étendent sur une certaine hauteur à partir des extrémités des conducteurs 10. C'est en fait la distance D qui sépare les points les plus proches de deux jonctions 12, 14 successives qu'il faut prendre en compte pour déterminer l'écartement entre jonctions chaudes et froides. On comprend que, plus cette distance
D est faible, plus il est difficile de maintenir une différence de température notable entre les jonctions chaudes et les jonctions froides des thermocouples lorsque les jonctions chaudes sont exposées à une source de chaleur importante.The junctions 12 and 14 are approximately triangular, frustoconical or cylindrical in shape, depending on the embodiments, and extend over a certain height from the ends of the conductors 10. It is in fact the distance D which separates the points closest to two successive junctions 12, 14 which must be taken into account to determine the spacing between hot and cold junctions. We understand that, the more this distance
D is low, the more difficult it is to maintain a noticeable temperature difference between the hot and cold junctions of thermocouples when the hot junctions are exposed to a significant heat source.
En outre, plus on resserre les conducteurs 10, et plus on augmente les hauteurs des différentes jonctions 12, 14. En d'autres termes, on diminue la distance D entre les jonctions froides et les jonctions chaudes lorsqu'on diminue le pas entre les thermocouples. In addition, the more the conductors 10 are tightened, the more the heights of the different junctions 12, 14 are increased. In other words, the distance D between the cold junctions and the hot junctions is reduced when the pitch between the thermocouples.
L'invention apporte une solution simple et efficace à ces problèmes en utilisant, comme représenté en figure 2, des conducteurs électriques 16 sensiblement en forme de L pour constituer les thermocouples. The invention provides a simple and effective solution to these problems by using, as shown in Figure 2, electrical conductors 16 substantially L-shaped to form the thermocouples.
Les conducteurs 16 sont placés tête bêche et reliés à leurs extrémités, deux conducteurs successifs étant réalisés en des matières différentes. Les grands côtés des conducteurs 16 sont parallèles entre eux et perpendiculaires à la direction longitudinale de la bande constituée par leur assemblage, comme on le voit mieux en figure 3, les jonctions chaudes 18 et froides 20 des thermocouples ont une hauteur (en direction transversale) très nettement inférieure à celles des jonctions 12, 14 d'une réalisation classique, et la distance transversale
D' entre les jonctions 18, 20 est nettement supérieure à la distance D précitée.The conductors 16 are placed head to tail and connected at their ends, two successive conductors being made of different materials. The long sides of the conductors 16 are mutually parallel and perpendicular to the longitudinal direction of the strip formed by their assembly, as best seen in FIG. 3, the hot 18 and cold 20 junctions of the thermocouples have a height (in transverse direction) very much lower than those of junctions 12, 14 of a conventional embodiment, and the transverse distance
Between the junctions 18, 20 is clearly greater than the aforementioned distance D.
En outre, on peut diminuer le pas entre les thermocouples et donc rapprocher les uns des autres les grands côtés des conducteurs 16, sans diminuer la distance D' entre deux jonctions successives. In addition, the pitch between the thermocouples can be reduced and therefore the long sides of the conductors 16 are brought closer to each other, without reducing the distance D 'between two successive junctions.
Corollairement, on peut également utiliser pour les conducteurs 16 un fil de plus gros diamètre (ayant donc une résistance électrique plus faible) sans modifier le pas entre les thermocouples et sans diminuer sensiblement la distance D' entre deux jonctions successives. As a corollary, one can also use for the conductors 16 a wire of larger diameter (therefore having a lower electrical resistance) without modifying the pitch between the thermocouples and without appreciably reducing the distance D 'between two successive junctions.
Un ensemble de thermocouples selon l'invention est représenté schématiquement en figure 3, cet ensemble constituant une bande allongée 22 qui peut avoir par exemple une largeur de l'ordre de 50 mm et comprendre 300 thermocouples environ connectés en série, le pas entre les thermocouples étant de l'ordre du millimètre. A set of thermocouples according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 3, this set constituting an elongated strip 22 which can have, for example, a width of the order of 50 mm and include approximately 300 thermocouples connected in series, the pitch between the thermocouples being of the order of a millimeter.
Cette bande 22 de thermocouples connectés en série peut être placée sur une bande ou couche mince 24, en une matière thermiquement et électriquement isolante, telle qu'une céramique ou analogue, ayant des dimensions semblables à celles de la bande 22 de thermocouples, après quoi l'ensemble 22-24 peut être roulé sur lui-même pour constituer un cylindre ou replié en zigzag sur luimême pour constituer un bloc de forme sensiblement parallélépipédique. This strip 22 of thermocouples connected in series can be placed on a strip or thin layer 24, in a thermally and electrically insulating material, such as a ceramic or the like, having dimensions similar to those of the strip 22 of thermocouples, after which the assembly 22-24 can be rolled on itself to form a cylinder or folded in a zigzag on itself to form a block of substantially parallelepiped shape.
Les jonctions chaudes 18 des thermocouples de cet ensemble peuvent ensuite être revêtues d'une fine épaisseur d'une matière thermiquement et électriquement isolante, telle qu'une céramique, qui permet d'isoler électriquement les jonctions chaudes 18 les unes des autres, de les protéger mécaniquement et de les intégrer dans une plaque mince formant répartiteur de chaleur. The hot junctions 18 of the thermocouples of this assembly can then be coated with a thin thickness of a thermally and electrically insulating material, such as a ceramic, which makes it possible to electrically insulate the hot junctions 18 from each other, from them mechanically protect and integrate them into a thin plate forming a heat distributor.
Quand les jonctions chaudes sont exposées à une flamme, cette couche ou plaque mince permet aussi d'éviter un dépôt de suie ou de carbone sur les jonctions chaudes, qui les mettrait en court-circuit. When the hot junctions are exposed to a flame, this thin layer or plate also makes it possible to avoid a deposit of soot or carbon on the hot junctions, which would put them in short circuit.
L'ensemble précité peut ensuite être recouvert par pulvérisation, trempage, etc, d'une matière thermiquement et électriquement isolante qui assure la tenue mécanique de l'ensemble et le protège. The above-mentioned assembly can then be covered by spraying, dipping, etc., with a thermally and electrically insulating material which ensures the mechanical strength of the assembly and protects it.
Les jonctions froides des thermocouples sont quant à elles associées à des moyens d'évacuation de chaleur permettant de les maintenir à une température notablement inférieure à celle des jonctions chaudes. The cold junctions of thermocouples are associated with heat removal means allowing them to be kept at a temperature significantly lower than that of the hot junctions.
En figure 5, la référence 30 désigne un convertisseur thermoélectrique selon l'invention, qui est constitué d'un ensemble 22-24 précité réalisé comme indiqué ci-dessus, qui est par exemple de forme cylindrique avec les jonctions chaudes 18 des thermocouples sur sa face inférieure 32 et les jonctions froides sur sa face supérieure 34. In FIG. 5, the reference 30 designates a thermoelectric converter according to the invention, which consists of an aforementioned assembly 22-24 produced as indicated above, which is for example of cylindrical shape with the hot junctions 18 of the thermocouples on its lower face 32 and the cold junctions on its upper face 34.
La face supérieure 34 du convertisseur est recouverte d'un capot 36 réalisé en une matière thermiquement conductrice, par exemple en cuivre, qui est fixé par encliquetage ou sertissage sur l'extrémité supérieure du convertisseur 30 et qui est relié à un radiateur 38 par exemple du type à ailettes, au moyen d'un conducteur de chaleur 40 constitué par exemple par un tube en cuivre. The upper face 34 of the converter is covered with a cover 36 made of a thermally conductive material, for example copper, which is fixed by snap-fastening or crimping on the upper end of the converter 30 and which is connected to a radiator 38 for example of the fin type, by means of a heat conductor 40 constituted for example by a copper tube.
L'ensemble formé par le convertisseur 30, le radiateur 38 et le tube 40 est placé dans une lampe à pétrole 42 d'un type classique, de telle sorte que le convertisseur 30 se trouve à une certaine distance audessus de la mèche 44 de la lampe et que le radiateur 38 se trouve à l'extérieur de cette lampe, entre les poignées latérales 46 de celle-ci et l'anneau supérieur 48 qui permet d'accrocher la lampe à un support. The assembly formed by the converter 30, the radiator 38 and the tube 40 is placed in an oil lamp 42 of a conventional type, so that the converter 30 is located at a certain distance above the wick 44 of the lamp and that the radiator 38 is located outside of this lamp, between the side handles 46 thereof and the upper ring 48 which allows the lamp to be hung on a support.
En fonctionnement, la flamme de la lampe à pétrole vient chauffer l'extrémité inférieure 32 du convertisseur à une température de l'ordre de 500 degrés C. Les moyens d'évacuation de chaleur associés aux jonctions froides de la face supérieure 34 du convertisseur 30 permettent de maintenir ces jonctions froides à une température de l'ordre de 80 degrés C. Dans ces conditions, un convertisseur comprenant environ 300 thermocouples permet de générer une tension électrique d'environ 6 volts en régime permanent, ce qui suffit largement pour alimenter un récepteur radio du type à transistors. In operation, the flame of the kerosene lamp heats the lower end 32 of the converter to a temperature of the order of 500 degrees C. The heat removal means associated with the cold junctions of the upper face 34 of the converter 30 allow these cold junctions to be kept at a temperature of the order of 80 degrees C. Under these conditions, a converter comprising approximately 300 thermocouples makes it possible to generate an electrical voltage of approximately 6 volts in steady state, which is more than enough to power a transistor type radio receiver.
En pratique, un convertisseur selon l'invention, tel que celui qui vient d'être décrit permet d'alimenter des récepteurs radio ayant une tension nominale d'alimentation d'une valeur quelconque comprise entre 3 et 9 volts. In practice, a converter according to the invention, such as that which has just been described, makes it possible to supply radio receivers having a nominal supply voltage of any value between 3 and 9 volts.
Dans une variante de réalisation de l'invention, représentée schématiquement aux figures 8 et 9, la lampe à pétrole 42 comprend un radiateur 50 intégré à la partie supérieure de son châssis et comprenant un orifice central 52 par lequel on peut monter et fixer le tube 40 d'évacuation de chaleur d'un convertisseur 30 selon l'invention. Bien entendu, la fixation de l'extrémité supérieure du tube 40 sur le radiateur 50 peut se faire par tous moyens appropriés, par exemple par encliquetage, par vissage, etc. In an alternative embodiment of the invention, shown diagrammatically in FIGS. 8 and 9, the kerosene lamp 42 comprises a radiator 50 integrated into the upper part of its frame and comprising a central orifice 52 through which the tube can be mounted and fixed 40 for evacuating heat from a converter 30 according to the invention. Of course, the fixing of the upper end of the tube 40 on the radiator 50 can be done by any suitable means, for example by snap-fastening, by screwing, etc.
Le convertisseur selon l'invention peut également être utilisé avec d'autres sources de chaleur qu'une lampe à pétrole, par exemple lorsque son extrémité comportant les jonctions chaudes des thermocouples est placée au contact ou au voisinage immédiat d'un objet à température élevé, tandis que son extrémité portant les jonctions froides est maintenue à une température notablement inférieure grâce aux moyens précités d'évacuation de chaleur. The converter according to the invention can also be used with heat sources other than an oil lamp, for example when its end comprising the hot junctions of the thermocouples is placed in contact with or in the immediate vicinity of an object at high temperature. , while its end carrying the cold junctions is maintained at a significantly lower temperature thanks to the aforementioned means of heat removal.
Les applications pratiques du convertisseur selon l'invention sont donc extrêmement nombreuses et variées. The practical applications of the converter according to the invention are therefore extremely numerous and varied.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9503258A FR2732162A1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Thermo-electric converter for radio power supply |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9503258A FR2732162A1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Thermo-electric converter for radio power supply |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2732162A1 true FR2732162A1 (en) | 1996-09-27 |
Family
ID=9477232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9503258A Withdrawn FR2732162A1 (en) | 1995-03-21 | 1995-03-21 | Thermo-electric converter for radio power supply |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2732162A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US3740273A (en) * | 1969-01-31 | 1973-06-19 | Biviator Sa | Miniaturized electric source having a radioactive heat source |
| US4444991A (en) * | 1982-03-15 | 1984-04-24 | Omnimax Energy Corporation | High-efficiency thermopile |
| US5287081A (en) * | 1993-01-13 | 1994-02-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Multilayer thin film multijunction integrated micropotentiometers |
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1995
- 1995-03-21 FR FR9503258A patent/FR2732162A1/en not_active Withdrawn
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