FR2741196A1 - Module de conversion thermoelectrique et procede de fabrication d'un tel module - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un module de conversion thermoélectrique qui est fabriqué par introduction de bandes semi-conductrices de type N (23) et de type P (24) dans des trous traversants formés dans un corps de structure en nid d'abeilles (21), remplissage des espaces compris entre les parois définissant les trous traversant et les bandes semi-conductrices avec élément de remplissage électriquement isolant (25) constitué d'un matériau pouvant se déformer facilement tel qu'une résine polyimide et une résine de silicone, découpage de la structure en nid d'abeilles en une pluralité de corps principaux de modules de conversion thermoélectrique, et réalisation d'électrodes métalliques sur les deux surfaces d'un corps principal de module de conversion thermoélectrique de manière à connecter en cascade les éléments semi-conducteurs de type N (27) et de type P (28) alternés.
Description
La présente invention se rapporte à un module de conversion
thermoélectrique destiné à être utilisé dans un dispositif exploitant un effet thermoélectrique, tel qu'un appareil de refroidissement de circuit électronique et un appareil générateur d'énergie électrique, et plus particulièrement à un module de conversion thermoélectrique comportant des éléments semi-conducteurs de type N et des éléments semi-conducteurs de type P, connectés en cascade au moyen d'électrodes métalliques. La présente invention se rapporte aussi à un procédé de fabrication d'un tel
module de conversion thermoélectrique.
1 0 Différents types de modules de conversion thermoélectrique exploitant l'effet Seebeck, l'effet Peltier et l'effet Thomson ont été proposés. Parmi ces modules de conversion thermoélectrique, un élément à effet Seebeck et un élément à effet Peltier, dans lesquels un élément thermoélectrique est
constitué par la jonction de différents types de métaux, ont été réalisés.
Dans l'élément à effet Seebeck, différents types de métaux sont joints pour constituer une boucle fermée, et de la thermoélectricité est produite en soumettant les jonctions à des températures différentes. Un tel élément à effet Seebeck peut être utilisé comme élément de production de thermoélectricité. Dans l'élément à effet Peltier, différents types de métaux 2 0 sont joints pour former une boucle fermée et un courant électrique est établi à travers la boucle dans un sens déterminé afin de produire une absorption de chaleur à un point de jonction et une production de chaleur à l'autre point de jonction. Un tel élément thermoélectrique peut être utilisé comme élément de chauffage thermoélectrique ou comme élément de refroidissement thermoélectrique. Dans le but d'améliorer le rendement de ces éléments, une jonction entre un semi-conducteur et un métal a été largement utilisée, car avec une jonction métal-semi-conducteur, on peut obtenir un coefficient de Seebeck et un coefficient de Peltier plus élevés
qu'avec une jonction métal-métal.
3 0 La figure 1 est une vue schématique montrant la structure principale d'un module de conversion thermoélectrique connu, construit comme l'élément de production de thermoélectricité mentionné précédemment. Le module de conversion thermoélectrique comprend un certain nombre d'éléments semi-conducteurs de type N 1 et un certain nombre d'éléments semi-conducteurs de type P 2, lesdits éléments semi-conducteurs de type N et P étant disposés de manière alternée. Les éléments semi-conducteurs de type N et de type P adjacents 1 et 2 sont connectés en cascade au moyen
d'électrodes 3 constituées par des segments métalliques. L'élément semi-
conducteur de type N 1 du côté gauche et l'élément semi-conducteur de type P 2 du côté droit de la série d'éléments semi-conducteurs à connexion en cascade sont connectés aux extrémités opposées d'une charge 4. Un côté de la série d'éléments semi-conducteurs est placé dans un environnement à haute température et l'autre côté est placé dans un environnement à basse température. Alors, dans chacun des éléments semi- conducteurs de type N 1, des électrons migrent du côté à haute température vers le côté à basse température comme cela est montré en traits pleins (un courant électrique circule du côté à basse température vers le côté à haute température). Dans chacun des éléments semi- conducteurs de type P 2, des trous migrent du côté à haute température vers le côté à basse température comme cela est montré en traits discontinus (un courant électrique circule du côté à haute température vers le côté à basse température). Par conséquent, une tension est appliquée aux bornes de la charge 4 avec la polarité représentée à la figure 1. Les éléments semi-conducteurs 1 et 2 peuvent être réalisés en semi-conducteur Bi-Te (Bismuth-Tellure, par exemple le composé Bi2Te3), en semi-conducteur Bi-Sb (Bismuth-Etain, par exemple le composé Bi0, 88Sb0,12) ou en Si-Ge (Silicium-Germanium, par exemple le composé SiO, 8Geo,2). La figure 2 est une vue en perspective montrant un procédé connu de fabrication du module de conversion thermoélectrique connu, mentionné précédemment. Sur une surface d'un substrat isolant 5, des segments métalliques formant électrodes 6 sont fixés par brasage selon un motif déterminé. Ensuite, des éléments semi-conducteurs de type N 1 et des éléments semi-conducteurs de type P 2 sont fixés sur les segments métalliques 6 par brasage ou soudage. Les éléments semi- conducteurs 1 et 2 peuvent être formés par un procédé de fusion de monocristal ou par un procédé de découpage d'un matériau semi-conducteur fritté. Sur les surfaces supérieures des éléments semi-conducteurs de type N et de type P. 1 et 2, des segments métalliques 7 sont fixés par brasage ou soudage. De cette
manière, les éléments semi-conducteurs de type N 1 et les éléments semi-
3 5 conducteurs de type P 2 sont disposés de manière alternée et sont connectés en cascade au moyen des segments métalliques 6 et 7. Dans ce cas, il a été proposé de fixer les segments métalliques 7 simultanément aux éléments semi-conducteurs 1 et 2 en utilisant une plaque isolante sur laquelle un
motif d'électrodes métalliques a été formé au préalable.
Dans les publications de brevet japonais n0 58-199578
(JP 58-199578), 61-263176 (JP 61-263176), 5-283753 (JP 5-283753),
7-162039 (JP 7-162039) et 8-18109 (JP 8-18109), différents procédés connus de fabrication de modules de conversion thermoélectrique sont décrits. Dans JP 58-199578, après que des éléments semi-conducteurs de type N et des éléments semi-conducteurs de type P ont été disposés de manière alternée, les espaces entre les éléments semi-conducteurs adjacents sont remplis avec un agent adhésif. Dans JP 61-263176, il est décrit un procédé, dans lequel une couche de semi-conducteur de type N et une couche de semi-conducteur de type P sont déposées successivement l'une sur l'autre, les espaces autres que les zones de contact de ces couches sont
remplis avec un matériau à base de verre. Dans un procédé décrit dans JP 5-
283753, des éléments semi-conducteurs de type N et des éléments semi-
conducteurs de type P sont disposés de manière alternée dans des trous multiples d'un isolateur résistant à la chaleur. En outre, dans JP 7162039, il est décrit un procédé, dans lequel une matrice unique de trous traversants est formée dans un corps moulé, et des éléments semiconducteurs de type N et éléments semi-conducteurs de type P sont introduits de manière alternée dans ces trous traversants. Enfin, dans JP 8-18109, il est décrit un module thermoélectrique comprenant des éléments semi-conducteurs de type N et de type P et un matériau isolant, tel qu'une résine synthétique, des
céramiques et du verre, remplissant les espaces entre les éléments semi-
conducteurs adjacents. Un tel module thermoélectrique est fabriqué en formant une couche de semi-conducteur de type N sur un substrat en verre, en formant une couche de semi-conducteur de type P sur l'autre substrat en verre, en découpant les couches de semi-conducteur avec une machine à découper en damier afin d'obtenir respectivement des composants dans lesquels des éléments semi-conducteurs de type N et de type P en forme de piliers sont alignés, en assemblant ces composants de telle sorte que les éléments semi-conducteurs de type N et les éléments semi-conducteurs de type P soient disposés de manière alternée, et en remplissant les espaces
entre ces éléments semi-conducteurs avec un matériau isolant.
Lorsqu'un module de conversion thermoélectrique de capacité importante comportant un grand nombre d'éléments thermoélectriques doit être fabriqué selon le procédé connu, montré à la figure 2, une précision de travail extrêmement élevée et des moyens d'assemblage important sont nécessaires, et ainsi le coût de fabrication sera fortement augmenté. En outre, il est impossible de fabriquer un module de conversion thermoélectrique présentant une surface courbe. Une telle surface courbe est requise lorsqu'un module de conversion thermoélectrique est fixé à un composant de base comportant une surface courbe. C'est pourquoi, le module réalisé selon ce procédé connu ne pourrait pas être utilisé dans diverses applications. Par exemple, lorsque le module de conversion thermoélectrique est appliqué à un système dans lequel de l'énergie électrique est produite en utilisant la chaleur perdue dissipée par un moteur à5 combustion interne, l'espace disponible pour placer le module de conversion thermoélectrique est limité et, dans de nombreux cas, on souhaite pouvoir disposer le module de conversion thermoélectrique sur une surface courbe. Cependant, le module réalisé par le procédé connu, mentionné précédemment, ne pourrait pas avoir une surface courbe et, par conséquent, ne pourrait pas être appliqué à un tel système de production
d'énergie thermoélectrique.
Dans le procédé connu décrit dans JP 58-199578, la disposition des éléments semi-conducteurs de type N et de type P nécessite des opérations très complexes, une précision de travail très élevée et des moyens
d'assemblage importants, et ainsi le coût de fabrication devient très élevé.
Dans le procédé connu décrit dans JP 61-263176, en raison de la différence entre le coefficient de dilatation thermique du matériau semi- conducteur et celui du matériau à base de verre, le module de conversion thermoélectrique subit une dégradation sur un cycle thermique et présente une courte durée de vie. Dans les procédés connus décrits dans JP 5-283753 et 7-162039, l'introduction des éléments semi- conducteurs de type N et de type P dans les trous du substrat isolant nécessite une précision et des facultés de travail élevées, de sorte que le coût de fabrication devient très élevé. En outre, le module de conversion thermoélectrique pourrait être endommagé sur un cycle thermique, en raison de la différence entre les coefficients de dilatation thermique. Dans le procédé connu proposé dans JP 8-18109, la matrice d'éléments semi-conducteurs est formée avec la machine à découper en damier, et il est très difficile de fabriquer un module de conversion thermoélectrique de petite taille. Par conséquent, la capacité du module de conversion thermoélectrique est limitée. En outre, en raison de la différence entre les coefficients de dilatation thermique des éléments semi-conducteurs
et du matériau isolant remplissant les espaces entre ces éléments semi-
conducteurs, le module de conversion thermoélectrique pourrait être
endommagé et sa durée de vie est aussi limitée.
La présente invention a pour objectif de créer un module de conversion thermoélectrique pratique et nouveau, présentant une surface
courbe et ayant une grande capacité.
Un autre objectif de l'invention est de procurer un procédé pour fabriquer un module de conversion thermoélectrique présentant une grande capacité et une surface courbe, de manière précise, simple et moins onéreuse. Selon l'invention, un module de conversion thermoélectrique comprend: un corps de structure en nid d'abeilles réalisé en un matériau électriquement isolant et comportant une première surface, une seconde surface opposée à ladite première surface, et une pluralité de canaux qui s'étendent depuis ladite première surface jusqu'à ladite seconde surface, un ou plusieurs canaux placés en alternance de ladite pluralité de canaux étant classés en dans un premier groupe et les canaux restants étant classés dans un second groupe; une pluralité d'éléments de remplissage électriquement isolants, chacun d'entre eux étant disposé dans un canal respectif desdits canaux du corps de structure en nid d'abeilles et comportant un trou traversant formé à l'intérieur, qui s'étend de la première surface jusqu'à la seconde surface 3 0 dudit corps de structure en nid d'abeilles; une pluralité d'éléments semi-conducteurs de type N, chacun d'entre eux étant disposé dans un trou respectif parmi les trous traversants desdits éléments de remplissage électriquement isolants formés dans lesdits canaux appartenant au premier groupe; une pluralité d'éléments semi- conducteurs de type P, chacun d'entre eux étant disposé dans un trou respectif parmi les trous traversants desdits éléments de remplissage électriquement isolants formés dans lesdits canaux appartenant au second groupe; et des électrodes métalliques disposées sur lesdites première et seconde surfaces du corps de structure en nid d'abeilles, de telle sorte qu'un ou plusieurs éléments semi-conducteurs de type N et un ou plusieurs éléments semi-conducteurs de type P, adjacents, situés dans les canaux appartenant en alternance aux premier et second groupes soient connectés en cascade au
moyen desdites électrodes métalliques.
Selon l'invention, un procédé de fabrication d'un module de conversion thermoélectrique comprend les étapes de: préparation d'un corps de structure en nid d'abeilles réalisé en un matériau électriquement isolant et comportant une première surface, une seconde surface opposée à ladite première surface, et une pluralité de canaux qui s'étendent de ladite première surface jusqu'à ladite seconde surface, un ou plusieurs desdits canaux placés en alternance étant classés dans un premier groupe et les canaux restants étant classés dans un second groupe; introduction d'éléments semi-conducteurs de type N et de type P respectivement dans les canaux appartenant au premier groupe et dans les canaux appartenant au second groupe; remplissage des espaces formés entre les parois définissant les canaux et les éléments semi-conducteurs introduits à l'intérieur avec des éléments de remplissage électriquement isolants; 2 5 découpage dudit corps de structure en nid d'abeilles en une pluralité de corps principaux de module de conversion thermoélectrique présentant une forme désirée, les éléments semi- conducteurs de type N et de type P placés à l'intérieur desdits canaux de chacun de ces corps apparaissant à nu sur les première et seconde surfaces mutuellement opposées; et formation d'électrodes métalliques sur les surfaces opposées dudit corps principal de module de conversion thermoélectrique, de telle sorte qu'un ou plusieurs éléments semi-conducteurs de type N et un ou plusieurs éléments semi-conducteurs de type P, adjacents, soient connectés en
cascade au moyen desdites électrodes métalliques.
Dans un mode de réalisation préféré du procédé de fabrication du module de conversion thermoélectrique selon l'invention, lesdites électrodes
destinées à connecter les surfaces d'extrémité à nu des éléments semi-
conducteurs de type N et de type P sont formées par sérigraphie, brasage ou soudage. Dans le module de conversion thermoélectrique selon l'invention, les éléments semi-conducteurs de type N et de type P sont disposés dans les trous traversants formés dans les éléments de remplissage électriquement isolants situés dans les canaux du corps de structure en nid d'abeilles, et ainsi, les éléments semi-conducteurs peuvent être fixés en position de manière précise et stable à l'intérieur du canal au moyen des éléments de remplissage électriquement isolants. Par conséquent, le nombre des éléments susceptibles de tomber hors du nid d'abeilles ou d'être positionnés de façon imparfaite devient très faible, de sorte qu'un module de conversion thermoélectrique présentant une capacité importante peut être facilement obtenu. En outre, la configuration de surface du module de conversion thermoélectrique peut être mise sous n'importe quelle forme désirée, et ainsi il est possible de réaliser un module de conversion thermoélectrique présentant une surface courbe qui peut être mise en contact direct avec une surface courbe d'un composant de base. En outre, lorsque l'élément de remplissage électriquement isolant est réalisé en un matériau pouvant se déformer facilement, la différence entre les coefficients de dilatation
thermique du corps de structure en nid d'abeilles et du matériau semi-
conducteur peut être absorbée par l'élément de remplissage électriquement isolant. Par conséquent, même si le module de conversion thermoélectrique est soumis à un cycle thermique sévère, il peut être efficacement protégé
contre les dégradations et sa durée de vie est prolongée.
Dans le procédé selon l'invention, après introduction des éléments semiconducteurs dans les canaux du corps de structure en nid d'abeilles et positionnement de ces éléments semi-conducteurs au moyen des éléments de remplissage électriquement isolants, le corps de structure en nid d'abeilles est découpé en une pluralité de corps principaux de structure en nid d'abeilles. Par conséquent, la précision requise pour le corps de structure en nid d'abeilles et les éléments semi-conducteurs est réduite, et la productivité de fabrication du corps principal de module de conversion est améliorée. De cette manière, il est possible de fabriquer un module de conversion thermoélectrique présentant une capacité importante et des
surfaces courbes, de manière précise, simple et moins onéreuse.
Des modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits plus en détails, mais uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une vue schématique montrant un module de conversion thermoélectrique connu; la figure 2 est une vue en perspective illustrant un procédé connu de fabrication du module de conversion thermoélectrique; la figure 3 est une vue en perspective représentant un premier mode de réalisation du module de conversion thermoélectrique selon l'invention; les figures 4A à 4E sont des vues montrant des étapes successives d'un mode d'exécution du procédé selon l'invention; et les figures 5A à 5C sont des vues en perspective et en coupe transversale représentant un autre mode de réalisation du module de
conversion thermoélectrique selon l'invention.
La figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, montrant un mode de réalisation du module de conversion thermoélectrique selon l'invention. Le module de conversion thermoélectrique du présent mode de réalisation comprend un corps de structure en nid d'abeilles 11 réalisé en un matériau électriquement isolant et comportant plusieurs canaux étroits sous la forme de trous traversants 12, dans lesquels des éléments semi-conducteurs de type N 13 et des éléments semi-conducteurs de type P 14 sont disposés. Selon l'invention, les espaces entre les parois définissant les canaux 12 et les éléments semi-conducteurs 13 et 14 sont remplis avec des éléments de remplissage électriquement isolants 15 de manière que les éléments semi-conducteurs soient maintenus en position à l'intérieur des canaux respectifs. Dans le présent mode de réalisation, les éléments semi-conducteurs de type N 13 et les éléments semi-conducteurs de type P 14 sont disposés de manière alternée. Les surfaces d'extrémité supérieures et inférieures des éléments semi-conducteurs de type N et de type P. 13 et 14, sont connectées au moyen d'électrodes supérieures 16 et
d'électrodes inférieures 17 d'une manière telle que les éléments semi-
conducteurs de type N et de type P soient reliés en cascade.
Les figures 4A à 4E montrent les étapes successives d'un mode d'exécution du procédé de fabrication, selon l'invention, du module de
conversion thermoélectrique montré à la figure 3.
Dans un premier temps, comme cela est représenté à la figure 4A, un corps de structure en nid d'abeilles électriquement isolant 21, comportant un grand nombre de canaux 22 formés à l'intérieur, est préparé. Dans le présent mode de réalisation, les canaux 22 sont réalisés en forme de trous traversants carrés présentant chacun une aire de section transversale de mm2 (un côté représente 5 mm). Ce corps de structure en nid d'abeilles 21 est réalisé en cordiérite (Mg2Al(AlSi5)O18) et présente une hauteur de 10 cm. Dans le présent mode de réalisation, la section transversale latérale d'un trou traversant 22 présente une forme carrée, mais selon l'invention, le trou traversant peut présenter, en coupe transversale, une forme arbitraire quelconque, telle que circulaire, triangulaire, rectangulaire et hexagonale. A la figure 4A, pour des raisons de clarté, on a dessiné le trou traversant 22 en lui donnant des dimensions importantes par rapport à celles du corps de structure en nid d'abeilles 21, de sorte que le nombre de trous traversants montrés est faible, mais dans un module réel, un très grand nombre de trous traversants 22 présentant chacun une très petite section transversale est formé.
Ensuite, comme cela est représenté à la figure 4B, des bandes semi-
conductrices de type N 23 et des bandes semi-conductrices de type P 24 sont introduites en alternance dans les trous traversants 22. Dans le présent mode de réalisation, la bande semi-conductrice de type N 23 est réalisée en SiO,8Ge0,2 contenant du phosphore (P) dans une proportion de 0,2 % en poids comme impuretés du type N, et la bande semi- conductrice de type P 24 est réalisée en Si0,8Ge0,2 contenant du bore (B) dans une proportion de 0,05 % en poids comme impuretés du type P. Dans le présent mode de réalisation, les bandes semi-conductrices 23 et 24 présentent une section transversale circulaire de 4 mm de diamètre et une longueur qui n'est pas inférieure à 10 cm. Selon l'invention, les bandes semi-conductrices peuvent présenter, en coupe transversale, une forme désirée quelconque telle qu'une forme carrée, triangulaire ou rectangulaire. Il doit être noté que les bandes semi-conductrices de type N et de type P, 23 et 24, peuvent être introduites à tour de rôle dans des trous traversants successifs 22 ou que les bandes semi- conductrices de type N peuvent être introduites dans un trou traversant
sur deux, une à une ou de manière simultanée, et ensuite les bandes semi-
conductrices de type P peuvent être introduites dans les trous traversants
restants, une à une ou de manière simultanée.
Ensuite, comme cela est représenté à la figure 4C, les espaces entre les parois définissant les trous traversants 22 et les bandes semiconductrices 23, 24 sont remplis avec des éléments de remplissage électriquement isolants 25. Ceci peut se faire en immergeant le corps de structure en nid d'abeilles 21, à l'intérieur duquel les bandes semiconductrices 23, 24 ont été introduites, dans une masse en fusion de matériau de remplissage électriquement isolant. En variante, une extrémité inférieure du corps de structure en nid d'abeilles 21 peut être introduite dans une masse en fusion de matériau de remplissage électriquement isolant afin que le matériau fondu soit aspiré dans les espaces compris entre les parois et les bandes
semi-conductrices 23, 24 sous l'action du phénomène de capillarité.
Ensuite, après le séchage du matériau électriquement isolant fondu qui conduit à la formation des éléments de remplissage électriquement isolants à l'intérieur des trous traversants 22, le corps de structure en nid d'abeilles 21 est découpé le long d'un plan L qui est perpendiculaire aux trous traversants 22, comme cela est montré à la figure 4D, en une pluralité de corps principaux de module de conversion thermoélectrique 26 présentant chacun une épaisseur de 5 mm, par exemple. Par cette opération de découpage, les bandes semi- conductrices de type N et de type P 23 et 24 sont aussi découpées afin de constituer des éléments semi-conducteurs de type N et de type P, 27 et 28 dans chacun des corps principaux de module de conversion thermoélectrique. Ensuite, comme cela est montré à la figure 4E, sur les surfaces supérieure et inférieure d'un corps principal de module de conversion thermoélectrique 26, des plaques isolantes 29 et 31, sur chacune desquelles des électrodes 30 et 32 sont respectivement formées par sérigraphie suivant des motifs prédéterminés, sont mises en place. Il doit être noté que, sur la figure 4E, la plaque isolante supérieure 29 est représentée retournée de manière à montrer les électrodes 30. De cette
manière, les éléments semi-conducteurs de type N 27 et les éléments semi-
conducteurs de type P 28 sont connectés de manière alternée en cascade au moyen des électrodes 30 et 32 pour terminer le module de conversion
thermoélectrique montré à la figure 3.
Comme cela a été expliqué précédemment, suivant le procédé selon l'invention, les éléments semi-conducteurs 27 et 28 sont supportés par les éléments de remplissage électriquement isolants 25 à l'intérieur des trous traversants 22 du corps de structure en nid d'abeilles 21. Les éléments de remplissage électriquement isolants 25 vont maintenant être décrits de manière plus détaillée. La fonction de l'élément de remplissage électriquement isolant 25 est d'immobiliser la bande semi- conductrice 23 ou 24 dans sa position à l'intérieur d'un trou traversant du corps de structure en nid d'abeilles 21. Selon l'invention, il est préférable de réaliser l'élément de remplissage 25 en un matériau pouvant se déformer facilement. Alors, l'aire de la surface de contact entre une surface de paroi définissant le trou traversant et une bande semi-conductrice devient importante, et ainsi il est possible de retenir la bande semi-conductrice de manière stable à l'intérieur du trou traversant. En outre, l'élément de remplissage 25 sert d'élément tampon apte à absorber la déformation de la structure en nid d'abeilles et de l'élément semi-conducteur, qui est due à la dilatation thermique. Par conséquent, même si le module de conversion thermoélectrique est soumis à un cycle thermique, il peut être efficacement protégé contre des dégradations. De cette manière, la durée de vie du module de conversion thermoélectrique peut être prolongée. Dans le but d'améliorer la fonction de l'élément de remplissage, mentionnée précédemment, il est préférable que l'élément de remplissage présente un coefficient de dilatation thermique intermédiaire entre le coefficient de dilatation thermique du corps de structure en nid d'abeilles et le coefficient de dilatation thermique du
matériau semi-conducteur.
En outre, à l'égard du procédé de fabrication, en utilisant les éléments de remplissage 25, les bandes semi-conductrices 23 et 24 peuvent être facilement introduites dans les trous traversants 22 du corps de structure en nid d'abeilles 21, et ainsi le corps de structure en nid d'abeilles et les bandes semi-conductrices peuvent être assemblés facilement sans nécessiter une précision élevée. En outre, ces éléments structurels peuvent présenter des tolérances relativement grandes. De cette manière, la productivité de la fabrication du module de conversion thermoélectrique est améliorée et la
qualité du module de conversion thermoélectrique est augmentée.
Les éléments de remplissage électriquement isolants 25 peuvent être réalisés en un matériau pouvant se déformer facilement, tel qu'une résine de silicone et une résine polyimide. Comme résine de silicone, on peut utiliser un condensat de silicone, dans lequel la quasi-totalité des hydrogènes actifs servant à rompre les liaisons siloxane est bloquée avec un agent de polymérisation de type acétone. Une résine de silicone à vulcanisation à la température ambiante fabriquée et vendue par Shin-EtsuChemical Co., Ltd. sous la désignation commerciale de "KE3418" peut être avantageusement utilisée. Une telle résine de silicone présente des caractéristiques de résistance à la chaleur et d'isolation électrique supérieures et peut être particulièrement avantageuse lorsqu'elle est utilisée comme matériau des éléments de remplissage dans le module de conversion thermoélectrique
selon l'invention.
Comme cela a été expliqué précédemment, les électrodes 30 et 32 sont reliées aux surfaces d'extrémité à nu des éléments semi-conducteurs 27 et 28. Ces électrodes 30 et 32 peuvent être réalisées en un matériau électriquement conducteur, tel que AI, Cu, Fe (inoxydable) et La0,8CaO,2CoO3. Il est préférable de relier les électrodes aux éléments semi-conducteurs au moyen d'un matériau de brasage métallique qui présente une bonne affminité chimique et un coefficient de dilatation thermique qui est intermédiaire entre le coefficient de dilatation thermique
de l'électrode et le coefficient de dilatation thermique du matériau semi-
conducteur. Les éléments semi-conducteurs peuvent être réalisés en des
semi-conducteurs tels que Si-Ge, Pb-Te et Bi-Te.
Les figures 5A à 5C montrent un autre mode de réalisation du module de conversion thermoélectrique selon l'invention. Dans le présent mode de réalisation, le corps principal de structure en nid d'abeilles 26, comportant un certain nombre d'éléments semi-conducteurs de type N et de type P, 27 et 28, encastrés dans les éléments de remplissage électriquement isolants 25, est formé par découpage du corps de structure en nid d'abeilles 21 formé suivant les étapes montrées aux figures 4A à 4C de manière que le corps principal de structure en nid d'abeilles 26 présente des surfaces supérieure et inférieure courbes, comme cela est représenté à la figure SA. Ensuite, les électrodes sont réalisées par l'un quelconque des procédés connus sur les surfaces courbes afin de connecter les éléments semi-conducteurs de type N et de type P, 27 et 28, en cascade comme cela est montré à la figure 5B, dans laquelle seules les électrodes 30 situées sur la surface courbe supérieure sont montrées. Comme cela est représenté à la figure 5C, la surface supérieure du module de conversion thermoélectrique est fixée sur une surface courbe d'un conduit d'échappement 44 au moyen d'un agent adhésif céramique 43 disponible dans le commerce. Un radiateur de refroidissement à ailettes 45 est fixé sur l'autre surface courbe du module de conversion thermoélectrique, avec le même agent adhésif. Il doit être noté que la surface du conduit d'échappement 44 comporte un revêtement ou une couche d'isolant électrique 46. Des revêtements électriquement isolants peuvent être formés sur les surfaces supérieure et inférieure du module de conversion thermoélectrique selon l'invention par un procédé de formation de couche épaisse connu ou par peinture. De cette manière, selon l'invention, les surfaces supérieure et inférieure du module de conversion thermoélectrique peuvent être réalisées suivant une forme désirée quelconque de manière que le module de conversion thermoélectrique puisse être fixé directement sur des composants de production de chaleur
ayant toutes sortes de configurations de surfaces.
La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits jusqu'ici, mais de nombreuses variantes et modifications peuvent être imaginées par l'homme de l'art dans le cadre de l'invention. Par exemple, une seule surface du module de conversion thermoélectrique peut être courbe. Comme cela a été expliqué précédemment de manière détaillée, selon l'invention, il est possible de créer un module de conversion 2 5 thermoélectrique présentant une capacité importante et une configuration de surface désirée quelconque. En outre, lorsque l'élément de remplissage électriquement isolant est réalisé en un matériau pouvant se déformer facilement, le module de conversion thermoélectrique peut être protégé efficacement contre les dégradations provoquées par les cycles thermiques, 3 o qui sont dues à une différence de coefficient de dilatation thermique entre le
corps de structure en nid d'abeilles et les éléments semi-conducteurs.
En outre, suivant le procédé de fabrication du module de conversion
thermoélectrique selon l'invention, après l'introduction des bandes semi-
conductrices dans les trous traversants formés dans le corps de structure en
nid d'abeilles et le remplissage des espaces entre les bandes semi-
conductrices et les parois définissant les trous traversants avec les éléments de remplissage électriquement isolants afin de maintenir en place les bandes semi-conductrices dans les trous traversants, le corps de structure en nid d'abeilles est découpé en corps principaux de module de conversion thermoélectrique. De cette manière, il est possible de former aisément des modules de conversion thermoélectrique présentant une capacité importante
et une configuration de surface désirée, de manière moins onéreuse.
Claims (11)
1. Module de conversion thermoélectrique caractérisé en ce qu'il comprend: un corps de structure en nid d'abeilles (11, 26) réalisé en un matériau électriquement isolant et comportant une première surface, une seconde surface opposée à ladite première surface, et une pluralité de canaux (12, 22) qui s'étendent depuis ladite première surface jusqu'à ladite seconde surface, un ou plusieurs canaux placés en alternance de ladite pluralité de canaux étant classés dans un premier groupe et les canaux restants étant classés dans un second groupe; une pluralité d'éléments de remplissage électriquement isolants (15, ), chacun d'entre eux étant disposé dans un canal respectif desdits canaux du corps de structure en nid d'abeilles et comportant un trou traversant formé à l'intérieur, qui s'étend de la première surface jusqu'à la seconde surface dudit corps de structure en nid d'abeilles; une pluralité d'éléments semi-conducteurs de type N (13, 27), chacun d'entre eux étant disposé dans un trou respectif parmi les trous traversants desdits éléments de remplissage électriquement isolants formés dans lesdits canaux appartenant au premier groupe; une pluralité d'éléments semi-conducteurs de type P (14, 28), chacun d'entre eux étant disposé dans un trou respectif parmi les trous traversants desdits éléments de remplissage électriquement isolants formés dans lesdits canaux appartenant au second groupe; et des électrodes métalliques (16, 17 et 30, 32) disposées sur lesdites première et seconde surfaces du corps de structure en nid d'abeilles, de telle sorte qu'un ou plusieurs éléments semi-conducteurs de type N et un ou plusieurs éléments semiconducteurs de type P adjacents, situés dans des canaux appartenant en alternance aux premier et second groupes soient
connectés en cascade au moyen desdites électrodes métalliques.
2. Module de conversion thermoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un premier ensemble de zones, chacune d'entre elles comportant une pluralité d'éléments semi-conducteurs de type N introduits dans des trous traversants formés dans des éléments de remplissage électriquement isolants disposés dans une pluralité de canaux adjacents, et un second ensemble de zones, chacune d'entre elles comportant une pluralité d'éléments semi-conducteurs de type P introduits dans des trous traversants formés dans des éléments de remplissage électriquement isolants disposés dans une pluralité de canaux adjacents, sont disposés de manière alternée, et des éléments semi-conducteurs de type N et de type P des premier et second ensembles de zones successifs sont connectés en cascade par les électrodes métalliques sur les première et seconde surfaces du corps
de structure en nid d'abeilles.
3. Module de conversion thermoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins l'une desdites première et seconde surfaces du
corps de structure en nid d'abeilles est courbe.
4. Module de conversion thermoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de structure en nid d'abeilles est réalisé en cordiérite.
5. Module de conversion thermoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de remplissage électriquement isolant est
réalisé en un matériau pouvant se déformer facilement.
6. Module de conversion thermoélectrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau pouvant se déformer facilement est
constitué d'une résine polyimide ou d'une résine de silicone.
2 0
7. Procédé de fabrication d'un module de conversion thermoélectrique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: préparation d'un corps de structure en nid d'abeilles (21) réalisé en un matériau électriquement isolant et comportant une première surface, une seconde surface opposée à ladite première surface, et une pluralité de canaux qui s'étendent de ladite première surface jusqu'à ladite seconde surface, un ou plusieurs desdits canaux placés en alternance étant classés dans un premier groupe et les canaux restants étant classés dans un second groupe; introduction d'éléments semi-conducteurs de type N (23) et de type P 3 0 (24) respectivement dans les canaux appartenant au premier groupe et dans les canaux appartenant au second groupe; remplissage des espaces formés entre les parois définissant les canaux et les éléments semi-conducteurs introduits à l'intérieur, avec des éléments de remplissage électriquement isolants (25); découpage dudit corps de structure en nid d'abeilles en une pluralité de corps principaux de module de conversion thermoélectrique (26) présentant une forme désirée, les éléments semi-conducteurs de type N et de type P placés à l'intérieur desdits canaux de chacun de ces corps apparaissant à nu sur les première et seconde surfaces mutuellement opposées; et formation d'électrodes métalliques sur les surfaces opposées dudit corps principal de module de conversion thermoélectrique, de telle sorte qu'un ou plusieurs éléments semi- conducteurs de type N et un ou plusieurs éléments semi-conducteurs de type P, adjacents, soient connectés en
cascade au moyen desdites électrodes métalliques.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites
électrodes métalliques sont formées par sérigraphie.
9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape de remplissage est exécutée en immergeant le corps de structure en nid d'abeilles, à l'intérieur duquel les éléments semi-conducteurs sont introduits, dans une masse en fusion d'un matériau constituant les éléments de
remplissage électriquement isolants.
10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite étape de remplissage est exécutée par aspiration, sous l'action d'un phénomène de capillarité, d'une masse en fusion d'un matériau constituant les éléments de 2 0 remplissage électriquement isolants dans les espaces formés entre les parois du corps de structure en nid d'abeilles et les éléments semi-conducteurs (23, 24).
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ledit matériau constituant les éléments de remplissage électriquement isolants est
2 5 une résine polyimide ou une résine de silicone.
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