OA11486A - Method and device for manufacturing a plurality of thermocouples, and thermoelectric converter thus obtained. - Google Patents
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Abstract
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.A METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING A PLURALITY OF DETHERMOCOUPLES, AND THERMOELECTRIC CONVERTER THUS REMAINED. The invention relates to a method and a device for manufacturing a plurality of thermocouples as well as a thermoelectric converter obtained by executing this method and the applications of this converter.
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.It has already been proposed to use a thermoelectric converter formed of a plurality of serially connected thermocouples, to produce electricity from the SEEBECK effect from the temperature difference between a hot source and a cold source. The hot junctions of the thermocouples are placed in the vicinity of the hot source, such as for example a flame, a combustion chamber, etc ... and the cold junctions of the thermocouple are placed in the vicinity of the cold source, such as for example that the ambient atmosphere, of the water, etc., to generate a relatively low electrical power, but which can be sufficient for powering a low-consumption electrical appliance, such as a transistor radio receiver.
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.The inexpensive manufacture of such a converter, however, poses problems which have not been solved, particularly in the fabrication and connection of the thermocouples and thermal insulation between the hot junctions and the cold junctions of the thermocouples. The object of the invention is to provide a simple, reliable and inexpensive solution to these problems.
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.To this end, it proposes a method of manufacturing a plurality of connected thermocouples, characterized in that it consists in alternately depositing on a support, substantially parallel transverse sections of wires of two electrically conductive materials, forming a row in which each section one of the two conductive materials is located between two sections of the other conductor material, to deposit on the ends of these sections two longitudinal son of conductive material which are perpendicular to said sections, to weld the longitudinal threads on the ends of the sections and, for each longitudinal thread, to cut the portion of cefil which extends between two transverse sections and 10 to retain the part of the wire which extends between one of these two sections and the next section, the cuts of the two longitudinal threads being shifted by one wire to another for two successive transverse sections They are interconnected at one end and connected to other transverse sections at their other end.
On obtient ainsi, de façon simple, fiable et bon marché, une pluralité de thermocouples reliés ensérie.In this way, a plurality of thermocouples connected together are obtained in a simple, reliable and inexpensive way.
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.According to another characteristic of the invention, this method then consists in depositing a strip of electrically and thermally insulating material on all the sections and wires thus welded and in winding the whole of the strip and the sections on a mandrel of electrically and electrically thermally insulating.
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.Preferably, this band comprises a faceadhesive, applied on the sections of yarn and the precited son. The invention also proposes a device for carrying out this method, characterized in that it comprises a movable belt driven between cutting and laying means of the aforementioned wire and longitudinal strands, welding means, cutting means, longitudinal yarns and means 35 for laying an insulating strip, the conveyor belt comprising transverse grooves or notches for receiving and positioning said yarn sections.
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.Preferably, the welding means are of the type with two rotating electrodes between which are guided the longitudinal son and the corresponding ends of the wire sections.
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.This makes it possible to automatically and seam welded longitudinal son on the ends of the sections of wire. The invention also proposes a thermoelectric converter obtained by carrying out the aforesaid process, characterized in that the ends of the cylinder formed by the above-mentioned winding on the mandrel are covered with an insulating material, such as a refractory cement, and a disc of thermally conductive material.
Une des extrémités de ce cylindre, correspondant à la source froide, est reliée à des moyensd'évacuation de chaleur.One of the ends of this cylinder, corresponding to the cold source, is connected to heat evacuation means.
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.This thermoelectric converter may be mounted in a heating or lighting apparatus, such as a kerosene lamp, for the power supply of a radio receiver with transistors. The invention will be better understood and other features, details and advantages thereof will become more apparent upon reading the description which follows, by way of example with reference to the accompanying drawings in which: Figures 1 and 2 schematically illustrate steps of the manufacturing method according to the invention; - Figure 3 is a schematic view of part of a manufacturing device according to the invention; FIG. 4 schematically represents welding means according to the invention; FIG. 5 schematically represents a kerosene lamp equipped with a converter according to the invention.
On se réfère d'abord aux figures 1 et 2, pour5 la description des étapes essentielles du procédé selon 1'invention.Reference is first made to FIGS. 1 and 2 for the description of the essential steps of the process according to the 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).According to this method, sections 12, 14 of sections 12, 14 are deposited on a support 10 transversely by electrically conductive wires, of the same length, oriented in a direction transverse to the longitudinal axis of the support 10 and aligned to form a line in which they are alternated, the sections 12,14 being made of two different materials, used for the manufacture of thermocouples (for example a nickel-chromium alloy and a nickel-copper alloy).
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 the ends of the sections 12, 14 of the electrically conductive wires, two longitudinal wires 16, 18 of electrically conductive material are deposited which are, for example, made of copper or, preferably, one of them being of the material constituting the sections 12 and 1 · 'other of the material constituting the sections 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.The wires 16, 18 are then welded onto the ends of the sections 12, 14 as indicated at 20, to form a kind of ladder whose bars are formed of the sections 12, 14 and the uprights of the wires 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.The wires 16, 18 are then cut as shown in FIG. 2, that is by cutting a wire 16 between two successive sections 12, 14 and allowing it to connect these sections 12, 14 to the preceding sections 14, 12 and following, and so on, the cuts of the son 16, 18 being staggered from one thread to the other so that two sections 12, 14 are connected to one of their ends by a length of 18 and are connected to other sections 12, 14 at their other end by a length of wire 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.This method makes it possible to manufacture a plurality of thermocouples connected in series simply and with high frequency, with a relatively low cost price.
Un dispositif de fabrication selon l'inventionest représenté schématiquement en figure 3.A manufacturing device according to the invention is shown schematically in FIG.
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.It comprises the aforesaid support 10, formed by an endless band mounted on end rollers 22, at least one of which is a motor for moving the band in the direction indicated by the arrows, two positions 24 for cutting and laying sections of wire 12, 14 on the strip 10, a station 26 for supplying and removing longitudinal wires 16, 18 on the ends of the sections 12, 14, a welding station 28, a station 30 for cutting the wires 16, 18 between the sections 12, 14 as described in reference to FIG. 2, a station 32 for cutting wire lengths 16, 18 to form assemblies comprising a predetermined number of thermocouples, a station 34 for depositing on these sets of a band 36 of an electrically and thermally insulating flexible material and a station 3 8 for depositing cylindrical mandrels thermally and electrically insulating material and winding strips 36 with the wire sections 25 around these mandrels.
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.Advantageously, the support strip 10 has low-depth transverse notches or grooves, formed at regular intervals for receiving and positioning the transverse sections 12, 14 of electrically conductive wires 30, and it has a width smaller than the length of the sections 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.In a preferred embodiment of the invention, these wire sections are flat strips having a length of 50 mm, a width of 2 mm and a thickness of 0.1 mm and are spaced apart from each other by about 2 mm. . The strip 36 deposited on the strands 12, 14, 16, 18 is. preferably ceramic fibers, with a thickness of 0.8 mm, and comprises an adhesive surface (the lower face in the view of FIG. 3) by means of which it is applied and fixed on the set of thermocouples such as the one shown enfigure 2.
La fixation de cette bande11 ensemble de thermocouples permet dedernier sans problème.The attachment of this thermocouple set of thermocouples allows it to last without any problem.
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.In addition, when the strip 36 carrying the set of thermocouples is wound around the insulating material (preferably ceramic), the adhesive side of the band 36 6 makes it possible to fix the ends of the winding to one another by gluing.
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.Preferably, the means for welding the wires 16, 18 on the ends of the sections 12, 14 are of the type shown in FIG. 4 and comprise, for each wire 16, 18, two rotary discs 40 between which the corresponding wire 16, 18 and the corresponding wires pass. corresponding ends of sections of wire 12, 14, the peripheries of the discs 40 forming or having electrodes applied to the wire 16, 18 and the ends of the sections 12, 14 respectively, which allows to weld the parade son 16, 18 on the ends of the sections 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.The rolled cylinder obtained out of the manufacturing device shown in FIG. 3 can comprise about 400 to 500 thermocouples connected together.
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 the axial ends of this cylinder, it is possible to deposit a layer of refractory cement, then a plate of an electrically insulating material etconductor, for example insulating super handling this thermally anodized.
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.In this way, a metal-thermoelectric circuit which can be electrically connected via the lengths of wire 16, 18 at the ends of the thermocouple assembly is thus obtained.
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.One end of this converter is intended to be placed in the vicinity of a heat source, for example a combustion chamber, while its other end is in the vicinity of a cold source and may be for example ventilated or connected to a heat sink , the electrical energy produced at the terminals of the converter depending on the temperature difference between the ends of the converter.
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.As shown in FIG. 1, the converter 42 can be placed in a conventional oil lamp 44, above the wick thereof, so that its lower end is at the level of the hottest part. of the flame when the oil lamp is used.
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.As shown schematically, the upper part of the ceramic mandrel around which the thermocouple assembly 20 is wound, can be connected, by crimping, to a tube 46 of heat conducting material, the upper end of which is capped by a radiator 48 disposed between the side handles of the lamp and the upper ring 50 for fastening the lamp.
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 .When using the kerosene lamp, the lower face of the converter 42 can be heated to a temperature of the order of 500.degree. C., while its upper limit is maintained at a temperature of the order of 80 to 100.degree. ° C, thanks to tube 46 and radiator48.
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 011480When the converter comprises 400 to 450 thermocouples, it then generates an electrical voltage of about 8 to 9 volts in steady state, which makes it possible to supply a transistor radio receiver without problems. 8 011480
Le convertisseur selon l'invention peutégalement être utilisé avec d'autres sources de chaleur,et ses applications pratiques sont extrêmement nombreuseset variées.The converter according to the invention can also be used with other heat sources, and its practical applications are extremely numerous and varied.
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