EP2727158A1 - Procede de fabrication d'un dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile, et dispositif thermo electrique obtenu par un tel procede - Google Patents

Procede de fabrication d'un dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile, et dispositif thermo electrique obtenu par un tel procede

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EP2727158A1
EP2727158A1 EP12730959.9A EP12730959A EP2727158A1 EP 2727158 A1 EP2727158 A1 EP 2727158A1 EP 12730959 A EP12730959 A EP 12730959A EP 2727158 A1 EP2727158 A1 EP 2727158A1
Authority
EP
European Patent Office
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primary coating
thermoelectric device
elements
thermally conductive
tubes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12730959.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gérard Gille
Patrick Boisselle
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Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of EP2727158A1 publication Critical patent/EP2727158A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Definitions

  • thermoelectric device in particular for generating an electric current in a motor vehicle, and a thermoelectric device obtained by such a method.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a thermoelectric device, in particular for generating an electric current in a motor vehicle, and a thermoelectric device obtained by such a method.
  • thermoelectric devices using so-called electrical thermo elements, for generating an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
  • These devices comprise a stack of first tubes, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and second tubes, intended for the circulation of a heat transfer fluid of a cooling circuit.
  • the electrical thermo elements are sandwiched between the tubes so as to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the cold cooling fluid.
  • Such devices are particularly interesting because they make it possible to produce electricity from a conversion of the heat coming from the exhaust gases of the engine. They thus offer the possibility of reducing the fuel consumption of the vehicle by replacing, at least partially, the alternator usually provided therein to generate electricity from a belt driven by the engine crankshaft. .
  • thermo elements In order to have a current and a voltage of a sufficiently high level, it is necessary to connect the thermo elements together, in series and / or in parallel, by means of electrical conduction tracks provided for in FIG. surface of the tubes.
  • electrical conduction tracks provided for in FIG. surface of the tubes.
  • the tubes are metallic, a thermally conductive and electrically insulating coating is provided between the tubes and electrical conduction tracks to avoid the creation of a short circuit between the electrical conduction tracks, while allowing the passage of heat between the coolant circulating in the tubes and the electric thermo elements.
  • the present invention aims to improve the situation and proposes for this purpose a method of manufacturing a thermoelectric device comprising a plurality of elements, called electrical thermo, to create an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces, called contact faces, in which method a thermally conductive support is provided in contact with a hot or cold source, is carried out, on all or part of said support, a thermal projection of a thermally conductive material and electrically insulating so as to effect a coating, said primary coating, and thermal projection of an electrically conductive material on the primary coating so as to form electrical conduction tracks for receiving the thermoelectric elements by their contact faces.
  • a thermally conductive support is provided in contact with a hot or cold source, is carried out, on all or part of said support, a thermal projection of a thermally conductive material and electrically insulating so as to effect a coating, said primary coating, and thermal projection of an electrically conductive material on the primary coating so as to form electrical conduction tracks for receiving the thermoelectric elements by their contact faces.
  • Such a method also has the advantage of providing a good flatness of the surfaces in contact with the electric thermo elements. Ensuring a good flatness at this level is indeed crucial to obtain a good thermal conduction between the thermally conductive support and the electric thermo elements and thus efficient operation of the electric thermo devices manufactured.
  • the primary coating is made, for example, by plasma spraying the thermally conductive and electrically insulating material.
  • Electric conduction tracks are produced, for example, by plasma spraying of the electrically conductive material.
  • thermally conductive and electrically insulating material is a ceramic, in particular alumina,
  • said electrically conductive material is chosen from copper or nickel,
  • thermoelectric elements are fixed on the electrical conduction tracks, in particular by brazing,
  • the thermally conductive support is a tube and the primary coating is projected into several distinct zones of the surface of said tube.
  • the invention also relates to a thermoelectric device obtained according to the method described above.
  • FIG. 1 illustrates in perspective, an example of a thermoelectric device according to the invention, shown in exploded form
  • FIG. 2 schematically illustrates, in perspective, a first step of implementing the method according to the invention, applied to a thermally conductive support defined by a tube
  • - Figure 3 illustrates in perspective, schematically, a tube obtained by an exemplary implementation of the method according to the invention.
  • the device according to the invention comprises thermal conduction supports in contact with a hot or cold source, such as a plurality of tubes 1 for circulating a first fluid alternating with a plurality of tubes 2 circulation of a second fluid.
  • a hot or cold source such as a plurality of tubes 1 for circulating a first fluid alternating with a plurality of tubes 2 circulation of a second fluid.
  • Said tubes 1, 2 extend here parallel to each other in the same direction.
  • the circulation tubes 1 of the first fluid are configured, for example, for the circulation of a fluid, said to be hot. It may be the exhaust gas of a motor vehicle engine.
  • the circulation tubes 2 of the second fluid are configured, for example, for the circulation of a fluid, said to be cold, having a temperature lower than the temperature of the first fluid. It may be a coolant, such as a mixture of water and glycol, from, for example, a low temperature cooling loop of the vehicle.
  • the exhaust gas circulation tubes 1 are three in number and the circulation tubes 2 of the coolant are five in number.
  • Said device further comprises a plurality of elements, called electrical thermo, for creating an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces, said contact faces, provided in contact with said tubes 1, 2 of circulation of the first and second fluid.
  • electrical thermo a plurality of elements, called electrical thermo
  • elements 4 of substantially parallelepipedal shape (visible schematically in Figure 3) generating an electric current, according to the Seebeck effect.
  • Such elements allow the creation of an electric current in a load connected between said opposed contact faces 3a, 3b.
  • such elements consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3).
  • thermoelectric elements 4 may be, for a first part, elements of a first type, said P, for establishing an electrical potential difference in a direction, said positive, when they are subjected to a temperature gradient given, and, for the other part, elements of a second type, said N, allowing the creation of an electrical potential difference in the opposite direction, said negative, when they are subjected to the same temperature gradient.
  • the electric thermoelectric elements 4 are divided into layers 5 provided between the tubes 1 for circulating the first fluid and the tubes 2 for circulating the second fluid.
  • thermoelectric elements applied to the same tube 1, 2 are electrically connected.
  • the P-type thermoelectric elements and the N-type thermoelectric elements provided between the same circulation tube of the first fluid and the same circulation tube of the second fluid, can be associated with one another so as to allow the circulation of the series current of an element of the first type to an element of the second type.
  • the thermoelectric elements thus associated form a basic conduction cell and the cells obtained may be associated in series and / or in parallel. Inside the same conduction cell, thermoelectric elements of the same type may be associated in parallel.
  • An electrical connector allows the device to be connected to an external electrical circuit.
  • electrical connections are established between the plies 5 of electric thermo elements so as to transmit to the circuit the current generated by all of said electric thermo elements, through said connector.
  • Said circulation tubes 1, 2 have, for example, a flattened section in an elongation direction, orthogonal to the direction of extension of the tubes.
  • Said circulation tubes 1, 2 may thus be flat tubes. This means that they have two large parallel faces connected by short sides.
  • the electric thermo elements 4 are at contact of one and / or the other of the flat faces of the tubes 1, 2 by their contact faces 3a, 3b.
  • Said tubes 1, 2 have, for example, a multiplicity of channels.
  • Said tubes 2 intended for the circulation of the cold fluid consist, for example, of aluminum and / or of aluminum alloy. They are, in particular, extruded. Their channels can be of round section.
  • the tubes 1 intended for the circulation of hot fluid consist, in particular, of stainless steel. They are formed, for example, by profiling, welding and / or brazing. Their fluid passage channels are separated, in particular, by partitions connecting the opposite planar faces of the tubes.
  • Said device further comprises, for example, a manifold plate 15 at each end of said tubes 1 for circulation of the first fluid.
  • Said collector plate 15 is provided with orifices 6 in which the ends of said tubes 1 for circulating the first fluid are inserted.
  • Said device may also comprise manifolds 7 in fluid communication with the end of said circulation tubes 1 of the first fluid and fixed to the collector plates 5 by means of screws 8.
  • Said boxes comprise an orifice 16 for the inlet and or the output of the first fluid.
  • Said tubes 2 for circulating the second fluid may be provided at each of their ends with collectors 9 enabling said tubes 2 for circulating the second fluid to be placed in communication with a collector box, not shown, of the second fluid via orifices 10 opening on a side face of the beam defined by the stack of tubes 1, 2 of circulation of the first and second fluid.
  • the invention also relates to a manufacturing method for obtaining such a device and more particularly the tubes of said device.
  • a thermal spraying of a thermally conductive material 20 is carried out and electrically insulating so as to achieve a coating 21, said primary coating.
  • the primary coating 21 is made, for example, by plasma spraying the thermally conductive and electrically insulating material.
  • Said thermally conductive and electrically insulating material 20 consists, in particular, of a ceramic such as alumina.
  • the primary coating 21 obtained is thus essentially composed of alumina but it may of course comprise impurities due, in particular, to the greater or lesser purity of the starting material used for the projection, to the cleanliness of the thermally conductive support and / or to the projection process itself.
  • electric conduction tracks 22 are also provided for receiving the electric thermoelectric elements 4 by their contact faces 3a, 3b. This is done, according to a second step, by performing a new thermal projection, this time of an electrically conductive material, on the primary coating 21.
  • the conduction tracks 22 obtained are thus essentially made of copper or nickel, but they may of course include impurities due, in particular, to the greater or lesser purity of the starting material used for the projection, the cleanliness of the support and / or or the projection process itself.
  • thermal spraying By using the same principle of realization for the primary coating 21 and thermal conduction tracks 22, namely thermal spraying, manufacturing is facilitated thanks to the sharing of resources made possible by their common points.
  • a common point between the various thermal spraying processes is the use of a carrier gas for transporting the material to be projected on the support.
  • a good flatness of the coatings is obtained.
  • the primary coating 21 and the conduction tracks 22 can be made using the same projection tooling.
  • a plasma projection it is a tool comprising, for example, a plasma gas supply and an anode 31 and a cathode 32 enabling the creation of a jet 23 plasma through a nozzle 33, the jet being directed towards the support 30.
  • the tool further comprises injectors 34 for directing the material to be sprayed, here the alumina for the first stage and copper or nickel for the second step, towards the plasma jet 23.
  • thermal projection methods such as, for example, a projection under the effect of a flow generated by a combustion, such as the method known as High Velocity.
  • Oxygen Fuel this in particular for the realization of the electric conduction tracks 22, in particular in the case of tracks 22 made of copper.
  • the electrical thermoelectric elements 4 are fixed on the electrical conduction tracks 22, for example by brazing, as is apparent from FIG. 4.
  • the primary coating 21 may be projected into a plurality of distinct zones 24a, 24b, 24c provided, for example, on the surface of the tubes 1, 2 for circulating the first and / or second fluid.
  • the zones 24a, 24b, 24c of primary coating 21 are separated from each other.
  • protuberances 25 are provided on the surface of the tubes 1, 2 for circulating the first and / or the second fluid of the tube between each zone 24a, 24b, 24c of primary coating 21.
  • the electric conduction tracks 22 may be specific to each said zone 24a, 24b, 24c of primary coating 21. They are, for example, parallel to each other inside each of said zones 24a, 24b, 24c of primary coating 21.
  • the device described above, in connection with FIG. 1 is only an example of a thermoelectric device obtained by the process according to the invention that can be applied to devices having many other configurations.
  • the thermal conduction supports provided with said primary coating and said electrical conduction tracks may be tubes of other shapes, made of other materials or arranged differently. It may also be thermal conduction fins.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments (4), dits thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces (3a, 3b), dites faces de contact, procédé dans lequel on prévoit un support (30) thermiquement conducteur en contact avec une source chaude ou froide,on effectue, sur tout ou partie dudit support (30), une projection thermique d'un matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant de manière à réaliser un revêtement (21), dit revêtement primaire, et on effectue une projection thermique d'un matériau électriquement conducteur sur le revêtement primaire de manière à former des pistes (22) de conduction électrique, destinées à recevoir les éléments thermo électriques par leurs faces de contact (3a, 3b). L'invention concerne également un dispositif thermo électrique obtenus par un tel procédé.

Description

Procédé de fabrication d'un dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, et dispositif thermo électrique obtenu par un tel procédé. La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, et un dispositif thermo électrique obtenu par un tel procédé.
Il a déjà été proposé des dispositifs thermo électriques utilisant des éléments, dits thermo électriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température entre deux de leurs faces opposées selon le phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Ces dispositifs comprennent un empilement de premiers tubes, destinés à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et de seconds tubes, destinés à la circulation d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermo électriques sont pris en sandwich entre les tubes de façon à être soumis à un gradient de température provenant de la différence de température entre les gaz d'échappement, chauds, et le fluide de refroidissement, froid.
Des tels dispositifs sont particulièrement intéressants car ils permettent de produire de l'électricité à partir d'une conversion de la chaleur provenant des gaz d'échappement du moteur. Ils offrent ainsi la possibilité de réduire la consommation en carburant du véhicule en venant se substituer, au moins partiellement, à l'alternateur habituellement prévu dans celui-ci pour générer de l'électricité à partir d'une courroie entraînée par le vilebrequin du moteur.
Pour disposer d'un courant et d'une tension d'un niveau suffisamment élevé, il est nécessaire de relier les thermo éléments entre eux, en série et/ou en parallèle, à l'aide de pistes de conduction électrique, prévues à la surface des tubes. Cela étant, les tubes étant métalliques, un revêtement thermiquement conducteur et électriquement isolant est prévu entre les tubes et les pistes de conduction électrique pour éviter la création de court-circuit entre les pistes de conduction électriques, ceci tout en permettant le passage de la chaleur entre le fluide caloporteur circulant dans les tubes et les éléments thermo électriques.
Différents procédés de réalisation de tubes présentant un tel revêtement et de telles pistes de conduction ont été déjà été proposés mais ils ne sont pas satisfaisant compte-tenu de leurs difficultés et de leurs coûts d'industrialisation.
La présente invention vise à améliorer la situation et propose à cette effet un procédé de fabrication d'un dispositif thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments, dits thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites faces de contact, procédé dans lequel on prévoit un support thermiquement conducteur en contact avec une source chaude ou froide, on effectue, sur tout ou partie dudit support, une projection thermique d'un matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant de manière à réaliser un revêtement, dit revêtement primaire, et on effectue une projection thermique d'un matériau électriquement conducteur sur le revêtement primaire de manière à former des pistes de conduction électrique, destinées à recevoir les éléments thermo électriques par leurs faces de contact.
En réalisant le revêtement primaire et les pistes de conduction tous les deux par projection thermique, on facilite la fabrication. En effet, compte- tenu des principes de fonctionnement communs des procédés de projection thermiques, il sera possible de mettre en partage au moins une partie des outillages, fluides ou autres ressources utilisés pour la projection des matériaux employés.
Un tel procédé présente de plus l'avantage d'offrir une bonne planéité des surfaces en contact avec les éléments thermo électriques. Assurer une bonne planéité à ce niveau est en effet déterminant pour obtenir une bonne conduction thermique entre le support thermiquement conducteur et les éléments thermo électriques et donc un fonctionnement efficace des dispositifs thermo électriques fabriqués.
On réalise ledit revêtement primaire, par exemple, par projection plasma du matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant.
On réalise les pistes de conduction électrique, par exemple, par projection plasma du matériau électriquement conducteur.
En particulier, on pourra réaliser ledit revêtement primaire et lesdites pistes de conduction électrique tous les deux par projection plasma.
Selon différents modes de réalisation qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- ledit matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant est une céramique, notamment de l'alumine,
- ledit matériau électriquement conducteur est choisi parmi le cuivre ou le nickel,
- on fixe les éléments thermo électriques sur les pistes de conduction électrique, notamment par brasage,
- on projette avec le matériau électriquement conducteur un matériau destiné à permettre le brasage des éléments thermo électriques sur lesdites pistes de conduction électriques,
- le support thermiquement conducteur est un tube et on projette le revêtement primaire en plusieurs zones distinctes de la surface dudit tube.
L'invention concerne aussi un dispositif thermo électrique obtenu selon le procédé décrit plus haut.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels :
- la figure 1 illustre en perspective, un exemple de dispositif thermo électrique conforme à l'invention, représenté de façon éclatée,
- la figure 2 illustre en perspective, de façon schématique, une première étape de mise en œuvre du procédé conforme à l'invention, appliqué à un support thermiquement conducteur défini par un tube, - la figure 3 illustre en perspective, de façon schématique, un tube obtenu par un exemple de mise en œuvre du procédé conforme à l'invention.
Comme illustré à la figure 1 , le dispositif conforme à l'invention comprend des supports de conduction thermique en contact avec une source chaude ou froide telles qu'une pluralité de tubes 1 de circulation d'un premier fluide alternant avec une pluralité de tubes 2 de circulation d'un second fluide. Lesdits tubes 1 , 2 s'étendent ici parallèlement les uns aux autres dans une même direction.
Les tubes 1 de circulation du premier fluide sont configurés, par exemple, pour la circulation d'un fluide, dit chaud. Il pourra s'agir des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Les tubes 2 de circulation du second fluide sont configurés, par exemple, pour la circulation d'un fluide, dit froid, présentant une température inférieure à la température du premier fluide. Il pourra s'agir d'un liquide de refroidissement, tel qu'un mélange d'eau et de glycol, provenant, par exemple, d'une boucle de refroidissement basse température du véhicule.
Ici, les tubes de circulation 1 de gaz d'échappement sont au nombre de trois et les tubes de circulation 2 du liquide de refroidissement sont au nombre de cinq.
Ledit dispositif comprend en outre une pluralité d'éléments, dits thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites faces de contact, prévues au contact desdits tubes 1 , 2 de circulation du premier et du second fluide.
II s'agit, par exemple, d'éléments 4 de forme sensiblement parallélépipédiques (visible de façon schématique à la figure 3) générant un courant électrique, selon l'effet Seebeck. De tels éléments permettent la création d'un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces de contact 3a, 3b, prévues opposées. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3). Les éléments thermo électriques 4 pourront être, pour une première partie, des éléments d'un premier type, dit P, permettant d'établir une différence de potentiel électrique dans un sens, dit positif, lorsqu'ils sont soumis à un gradient de température donné, et, pour l'autre partie, des éléments d'un second type, dit N, permettant la création d'une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu'ils sont soumis au même gradient de température.
Comme illustré à la figure 1 , les éléments thermo électriques 4 sont réparties en nappes 5 prévues entre les tubes 1 de circulation du premier fluide et les tubes 2 de circulation du second fluide.
Comme développé plus loin, les éléments thermo électriques appliqués sur un même tube 1 , 2 sont reliés électriquement. En particulier les éléments thermo électriques de type P et les éléments thermo électriques de type N, prévus entre un même tube de circulation du premier fluide et un même tube de circulation du second fluide, pourront être associés entre eux de façon à permettre la circulation du courant en série d'un élément du premier type vers un élément du second type. Les éléments thermo électriques ainsi associés forment une cellule de conduction de base et les cellules obtenues pourront être associées en série et/ou en parallèle. A l'intérieur d'une même cellule de conduction, des éléments thermo électriques d'un même type pourront être associés en parallèle.
Un connecteur électrique, non représenté, permet de relier le dispositif à un circuit électrique extérieur. Dans le dispositif, des liaisons électriques sont établies entre les nappes 5 d'éléments thermo électriques de façon à transmettre au circuit le courant généré par l'ensemble desdits éléments thermo électriques, par l'intermédiaire dudit connecteur.
Lesdits tubes de circulation 1 , 2 présentent, par exemple, une section aplatie selon une direction d'allongement, orthogonale à la direction d'extension des tubes. Lesdits tubes de circulation 1 , 2 pourront ainsi être des tubes plats. On entend par là qu'ils présentent deux grandes faces parallèles reliées par des petits côtés. Les éléments thermo électriques 4 sont au contact de l'une et/ou l'autres des faces planes des tubes 1 , 2 par leurs faces de contact 3a, 3b.
Lesdits tubes 1 , 2 présentent, par exemple, une multiplicité de canaux. Lesdits tubes 2 destinés à la circulation du fluide froid sont constitués, par exemple, d'aluminium et/ou d'alliage d'aluminium. Ils sont, notamment, extrudés. Leurs canaux pourront être de section ronde. Les tubes 1 destinés à la circulation du fluide chaud, sont constitués, notamment, d'acier inox. Ils sont formés, par exemple, par profilage, soudage et/ou brasage. Leurs canaux de passage du fluide sont séparés, notamment, par des cloisons reliant les faces planes opposées des tubes.
Ledit dispositif comprend en outre, par exemple, une plaque collectrice 15 à chacune des extrémités desdits tubes 1 de circulation du premier fluide. Ladite plaque collectrice 15 est munie d'orifices 6 dans lesquels les extrémités desdites tubes 1 de circulation du premier fluide sont insérées.
Ledit dispositif pourra également comprendre des boîtes collectrices 7 en communication de fluide avec l'extrémité desdits tubes de circulation 1 du premier fluide et fixées aux plaques collectrices 5 par l'intermédiaire de vis 8. Lesdites boîtes comprennent un orifice 16 pour l'entrée et/ou la sortie du premier fluide.
Lesdits tubes 2 de circulation du second fluide pourront être munis à chacune de leur extrémité de collecteurs 9 permettant une mise en communication desdits tubes 2 de circulation du second fluide et d'une boîte collectrice, non représentée, du second fluide par l'intermédiaire d'orifices 10 débouchant sur un face latérale du faisceau défini par l'empilement des tubes 1 , 2 de circulation du premier et du second fluide.
L'invention concerne également un procédé de fabrication permettant d'obtenir un tel dispositif et plus particulièrement les tubes dudit dispositif.
Comme illustré à la figure 2, dans une première étape, on effectue, sur tout ou partie dudit support thermiquement conducteur, ici repéré 30, une projection thermique d'un matériau 20 thermiquement conducteur et électriquement isolant de manière à réaliser un revêtement 21 , dit revêtement primaire.
On réalise ledit revêtement primaire 21 , par exemple, par projection plasma du matériau 20 thermiquement conducteur et électriquement isolant.
Ledit matériau 20 thermiquement conducteur et électriquement isolant est constitué, notamment, d'une céramique telle que de l'alumine. Le revêtement primaire 21 obtenu est ainsi essentiellement constitué d'alumine mais il pourra bien sûr comprendre des impuretés dues, notamment, à la pureté plus ou moins grande du matériau de départ utilisé pour la projection, à la propreté du support thermiquement conducteur et/ou au procédé de projection lui-même.
Comme illustré à la figure 3, on prévoit aussi des pistes de conduction électrique 22, destinées à recevoir les éléments thermo électriques 4 par leurs faces de contact 3a, 3b. Ceci est réalisé, selon une seconde étape, en effectuant une nouvelle projection thermique, cette fois-ci d'un matériau électriquement conducteur, sur le revêtement primaire 21 .
Il pourra à nouveau s'agir d'une projection plasma, notamment de cuivre ou de nickel. Les pistes de conduction 22 obtenues sont ainsi essentiellement constituées de cuivre ou de nickel mais elles pourront bien sûr comprendre des impuretés dues, notamment, à la pureté plus ou moins grande du matériau de départ utilisé pour la projection, à la propreté du support et/ou au procédé de projection lui-même.
En utilisant le même principe de réalisation pour le revêtement primaire 21 et les pistes de conductions thermiques 22, à savoir la projection thermique, on facilite la fabrication grâce aux partages de ressources rendus possibles par leurs points communs. A titre d'exemple, un point commun entre les différents procédés de projection thermique est l'utilisation d'un gaz vecteur servant à transporter le matériau à projeter sur le support. On obtient de plus une bonne planéité des revêtements.
On pourra en particulier réaliser le revêtement primaire 21 et les pistes de conduction 22 à l'aide d'un même outillage de projection. Tel que cela est illustré figure 2 dans le cas d'une projection plasma, il s'agit d'un outillage comprenant, par exemple, une alimentation en gaz plasmagène ainsi qu'une anode 31 et une cathode 32 permettant la création d'un jet 23 de plasma à travers une buse 33, le jet étant dirigé vers le support 30. L'outillage comprend en outre des injecteurs 34 permettant de diriger le matériau à projeter, ici l'alumine pour la première étape et le cuivre ou le nickel pour la seconde étape, en direction du jet de plasma 23.
Cela étant, il sera aussi possible d'utiliser d'autres procédés de projection thermique tel que, par exemple, une projection sous l'effet d'un flux généré par une combustion, tel que le procédé connu sous le nom anglais de High Velocity Oxygen Fuel, ceci notamment pour la réalisation des pistes 22 de conduction électrique, en particulier en cas de pistes 22 réalisées en cuivre.
Selon un exemple de mise en œuvre du procédé conforme à l'invention, on fixe les éléments thermo électriques 4 sur les pistes 22 de conduction électrique, par exemple par brasage, comme cela ressort de la figure 4.
On pourra pour cela projeter avec le matériau électriquement conducteur un matériau destiné à permettre le brasage des éléments thermo électriques 4 sur lesdites pistes 22 de conduction électriques.
Par ailleurs, on pourra projeter le revêtement primaire 21 en plusieurs zones distinctes 24a, 24b, 24c, prévues, par exemple, à la surface des tubes 1 , 2 de circulation du premier et/ou du second fluide. Autrement dit, les zones 24a, 24b, 24c de revêtement primaire 21 sont séparées les unes des autres. Ici, des excroissances 25 sont prévues à la surface des tubes 1 , 2 de circulation du premier et/ou du second fluide du tube entre chaque zone 24a, 24b, 24c de revêtement primaire 21 .
Les pistes 22 de conduction électrique pourront être propres à chaque dite zone 24a, 24b, 24c de revêtement primaire 21 . Elles sont, par exemple, parallèles entre elles à l'intérieur de chacune desdites zones 24a, 24b, 24c de revêtement primaire 21 . Bien naturellement, le dispositif décrit plus haut, en relation avec la figure 1 , n'est qu'un exemple de dispositif thermo électrique obtenu par le procédé conforme à l'invention qui pourra s'appliquer à des dispositifs présentant de nombreuses autres configurations. En particulier les supports de conductions thermiques munis dudit revêtement primaire et desdites pistes de conduction électriques pourront être des tubes d'autres formes, constitués d'autres matériaux ou agencés différemment. Il pourra encore s'agir d'ailettes de conduction thermique.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d'un dispositif thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments (4), dits thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces (3a, 3b), dites faces de contact, procédé dans lequel on prévoit un support (30) thermiquement conducteur en contact avec une source chaude ou froide, on effectue, sur tout ou partie dudit support (30), une projection thermique d'un matériau (20) thermiquement conducteur et électriquement isolant de manière à réaliser un revêtement (21 ), dit revêtement primaire, et on effectue une projection thermique d'un matériau électriquement conducteur sur le revêtement primaire de manière à former des pistes (22) de conduction électrique, destinées à recevoir les éléments thermo électriques par leurs faces de contact (3a, 3b).
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on réalise ledit revêtement primaire (21 ) par projection plasma du matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant (20).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel on réalise les pistes de conduction électrique (22) par projection plasma du matériau électriquement conducteur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on réalise le revêtement primaire (21 ) et les pistes de conduction
(22) à l'aide d'un même outillage de projection.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit matériau thermiquement conducteur et électriquement isolant (20) est l'alumine.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit matériau électriquement conducteur est choisi parmi le cuivre ou le nickel.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on fixe les éléments thermo électriques (4) sur les pistes de conduction électrique (22) par brasage.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on projette avec le matériau électriquement conducteur un matériau destiné à permettre le brasage des éléments thermo électriques (4) sur lesdites pistes de conduction électriques (22).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le support thermiquement conducteur (30) est un tube (1 , 2) et on projette le revêtement primaire en plusieurs zones distinctes (24a, 24b, 24c) de la surface dudit tube (1 , 2).
10. Dispositif thermo électrique obtenu selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2067066B1 (fr) 2006-09-29 2014-11-05 RealD Inc. Systèmes de conversion de polarisation pour une projection stéréoscopique
KR102332126B1 (ko) * 2017-06-08 2021-11-29 엘지이노텍 주식회사 열변환장치
US11205746B2 (en) 2017-06-08 2021-12-21 Lg Innotek Co., Ltd. Heat conversion apparatus
KR102095242B1 (ko) * 2017-12-04 2020-04-01 엘지이노텍 주식회사 열변환장치
EP3505859A1 (fr) * 2017-12-26 2019-07-03 Borgwarner Emissions Systems Spain, S.L.U. Dispositif de récupérateur pour récupérer de l'énergie à partir de la chaleur de gaz d'échappement

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010013224A1 (en) * 1999-12-22 2001-08-16 Hideaki Ohkubo Heat exchanger

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4757934A (en) * 1987-02-06 1988-07-19 Motorola, Inc. Low stress heat sinking for semiconductors
JPH11330568A (ja) * 1998-05-12 1999-11-30 Nissan Motor Co Ltd 熱電発電装置およびその製造方法
JP2000164941A (ja) * 1998-11-30 2000-06-16 Yamaha Corp 熱電変換モジュール
JP3572968B2 (ja) * 1998-11-30 2004-10-06 ヤマハ株式会社 熱電モジュール用基板、その製造方法及び熱電モジュール
JP3501394B2 (ja) * 1999-03-30 2004-03-02 日本発条株式会社 熱電変換モジュール
US7946120B2 (en) * 2001-02-09 2011-05-24 Bsst, Llc High capacity thermoelectric temperature control system
US7619158B2 (en) * 2001-06-01 2009-11-17 Marlow Industries, Inc. Thermoelectric device having P-type and N-type materials
DE10162276C5 (de) 2001-12-19 2019-03-14 Watlow Electric Manufacturing Co. Rohrförmiger Durchlauferhitzer und Heizplatte sowie Verfahren zu deren Herstellung
KR20030064292A (ko) * 2002-01-25 2003-07-31 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 열전모듈
US20050045702A1 (en) * 2003-08-29 2005-03-03 William Freeman Thermoelectric modules and methods of manufacture
WO2009152218A1 (fr) * 2008-06-10 2009-12-17 Watts Phillip C Système énergétique intégré pour l’ensemble d’un domicile ou d’un immeuble
KR101530376B1 (ko) * 2008-10-23 2015-06-26 한국교통대학교산학협력단 벌크상 열전재료 및 이를 구비한 열전소자
JP5268605B2 (ja) * 2008-12-05 2013-08-21 株式会社東芝 熱電変換装置、熱電発電システム、および熱電発電方法
EP3151293A1 (fr) * 2009-07-24 2017-04-05 Gentherm Incorporated Procédés et systèmes de production d'électricité sur la base de la thermoélectricité

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010013224A1 (en) * 1999-12-22 2001-08-16 Hideaki Ohkubo Heat exchanger

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