FR2969380A1 - Dispositif de fixation d'un ensemble thermoelectrique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de fixation d'un ensemble Peltier 1, ledit ensemble Peltier 1 comprenant un élément thermoélectrique 2 intercalée entre au moins deux dissipateurs 3, 4 reliés l'un à l'autre par un moyen de solidarisation 10, caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément 16 en appui sur le moyen de solidarisation 23 et un deuxième élément 17 en appui sur l'un des deux dissipateurs 3, 4. Application aux véhicules automobiles, en particulier aux systèmes de conditionnement d'air d'au moins une batterie pour véhicule électrique.

Description

i DISPOSITIF DE FIXATION D'UN ENSEMBLE THERMOELECTRIQUE

Le secteur technique de la présente invention est celui des systèmes thermoélectrique pour assurer un refroidissement ou un réchauffement d'un flux d'air. L'invention couvre plus particulièrement le moyen de fixer ou solidariser un ensemble thermoélectrique vis-à-vis d'un élément de réception de cet ensemble. La raréfaction des ressources pétrolières conduit les constructeurs automobiles à développer des véhicules qui fonctionnent à partir de nouvelles sources d'énergie. La propulsion du véhicule par l'énergie électrique est une solution qui représente une alternative intéressante et il est alors nécessaire d'embarquer des batteries pour stocker cette énergie électrique et la fournir à un moteur électrique qui assure la propulsion du véhicule. La longévité de ces batteries est conditionnée par la température du milieu qui les entoure et il est nécessaire de garantir un maintien à une température déterminée de ces batteries en phase de roulage du véhicule, c'est-à-dire quand les batteries se déchargent et ce quelque soit la température extérieure au véhicule. II faut également garantir un refroidissement de ces batteries pendant les phases de rechargements car cette phase se traduit par un échauffement excessif des batteries. Il est connu de refroidir cette ensemble de batteries par échange avec un flux d'air, ce dernier pouvant être réchauffé ou refroidi par au moyen d'un ensemble Peltier. Ce dernier est constitué de deux dissipateurs entre lesquels est installée une cellule Peltier. Cette cellule est un élément connu en soi de forme parallélépipédique d'épaisseur sensiblement égale à 5 mm. La faible épaisseur de cette cellule l'a rend particulièrement fragile. Néanmoins, le bon fonctionnement de l'ensemble passe par un contact franc entre le dissipateur et une face de la cellule. Ce compromis est assuré par une liaison entre les deux dissipateurs, la contrainte mécanique imposée à la cellule étant appliquée sous une contrôle très précis. Un fois assemblé, cet ensemble est monté dans un boîtier qui canalise le flux d'air ce qui implique une liaison mécanique entre le boîtier et l'ensemble Peltier. L'inconvénient de cette liaison mécanique est qu'elle exerce des efforts sur l'ensemble Peltier qui sont de nature à détériorer l'intégrité de la cellule ce qui interrompt la fonction de chauffage ou de refroidissement dévolue à l'ensemble Peltier. Le but de la présente invention est donc de résoudre l'inconvénient décrit ci-dessus principalement en solidarisant l'ensemble Peltier dans le boîtier par une zone de ce dernier qui n'exerce pas d'effort mécanique transmissible à la cellule. Ainsi, on garantit le contrôle de l'effort mécanique du dispositif de fixation envers l'élément thermoélectrique via le couple appliqué au moyen de solidarisation. En outre, l'invention permet d'avoir deux dissipateurs de dimensions identiques et réduites, et en particulier, la paroi des dissipateurs sur laquelle l'élément thermoélectrique est en contact. L'invention a donc pour objet un dispositif de fixation d'un ensemble Peltier, ledit ensemble Peltier comprenant un élément thermoélectrique intercalée entre au moins deux dissipateurs reliés l'un à l'autre par un moyen de solidarisation, caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément en appui sur le moyen de solidarisation et un deuxième élément en appui sur l'un des deux dissipateurs. Autrement dit, le moyen de fixation comprend une structure pour fixer l'ensemble Peltier exempt de tout appui direct sur les deux dissipateurs. Selon une première caractéristique de l'invention, le premier élément et le deuxième élément sont reliés l'un à l'autre par un moyen de liaison. Ce dernier assure la liaison mécanique entre le premier élément et le deuxième élément de sorte à les retenir l'un contre l'autre et maintenir en place l'ensemble Peltier. Selon une deuxième caractéristique de l'invention, le moyen de solidarisation comprend une tête en appui sur l'un des dissipateurs et un filetage en prise sur l'autre dissipateur, ledit premier élément étant en appui sur la tête. On garantit ainsi l'absence d'effort mécanique du dispositif de fixation envers l'élément thermoélectrique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le deuxième élément est en appui sur le dissipateur au droit du filetage.

Selon encore une caractéristique de l'invention, chaque dissipateur comprend une base en contact avec l'élément thermoélectrique et une pluralité d'ailettes d'échange thermique, le moyen de solidarisation prenant la forme d'une vis qui comprend ladite tête et ledit filetage, la base de l'un des dissipateurs comprenant un trou lisse au travers duquel passe la vis, la base de l'autre dissipateur comprenant un taraudage en prise avec le filetage. L'invention couvre également un dispositif de fixation comprenant l'une des caractéristiques évoquées plus haut. Avantageusement, le premier élément est un premier boîtier de l'installation alors que le deuxième élément est un deuxième boîtier de l'installation, ledit premier boîtier définissant conjointement avec l'un des dissipateurs au moins une partie d'un premier conduit de circulation d'air et ledit deuxième boîtier définissant conjointement avec l'autre dissipateur au moins une partie d'un deuxième conduit de circulation d'air distinct du premier conduit. Avantageusement encore, l'ensemble Peltier forme une paroi commune au premier et au deuxième conduit. Selon une première caractéristique de l'invention, un moyen d'étanchéité à l'air est présent au moins entre un des boîtiers et l'ensemble Peltier.

Selon une deuxième caractéristique de l'invention, chaque dissipateur comprend une base en contact avec l'élément thermoélectrique et une pluralité d'ailettes d'échange thermique, chaque dissipateur s'étendant dans un conduit de circulation de sorte à échanger thermiquement avec le flux d'air. Enfin, l'invention concerne un système de conditionnement d'air d'au moins une batterie pour véhicule automobile comprenant une installation de ventilation telle que détaillée ci-dessus et comprenant une chambre de réception de ladite batterie en communication aéraulique avec le premier ou le deuxième conduit de circulation pour réchauffer ou refroidir ladite batterie. Un tout premier avantage selon l'invention réside dans une amélioration notable de la fiabilité d'une installation ou d'un système qui emploi le dispositif de fixation selon l'invention. En effet, les contraintes ou efforts mécaniques ne sont pas transmis à l'élément thermoélectrique puisque la fixation intervient au travers du moyen de fixation. Comme ce moyen garantit avant montage l'espace qui sépare les deux dissipateurs, il n'existe pas de transmission de force à l'élément thermoélectrique situé entre ces deux composants. Un autre avantage non négligeable réside dans le fait qu'un tel assemblage est particulièrement compact. En effet, le premier et le deuxième élément viennent à cheval sur les dissipateurs ce qui permet d'exploiter l'espace périphérique autour de l'ensemble Peltier pour y mettre par exemple, le moyen de liaison qui joint le premier et le deuxième élément. On gagne ainsi en compacité ce qui permet d'intégrer l'installation ou le système dans le véhicule de manière plus aisée. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec un dessin unique montrant en coupe le dispositif de fixation selon l'invention.

Il faut noter que la figure expose l'invention de manière détaillée, ladite figure peut bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. La figure unique montre un exemple de réalisation du dispositif de fixation selon l'invention. Le dispositif de fixation comprend un ensemble Peltier 1 constitué d'un élément thermoélectrique 2 ou cellule thermoélectrique placé entre deux dissipateurs thermiques 3 et 4. Cet élément thermoélectrique 2 prend la forme d'un parallélépipède unique ou d'un ensemble de plusieurs parallélépipèdes indépendants formant un carré de côté sensiblement égal à 10 mm et d'épaisseur sensiblement égale à 5 mm. L'élément thermoélectrique 2 comporte, dans cet exemple, du Bismuth et du Tellurium (Bi2Te3). Il va de soi que l'élément thermoélectrique pourrait également comporter du TAGS (Tellurium, Arsenic, Germanium, Silicium), du PbTe (Plomb-Tellurium) ou d'autres composants assemblés en couches parallèles. L'élément thermoélectrique 2 est activé électriquement par une source de courant électrique dont les potentiels sont placés sur des faces 2A et 2B de l'élément thermoélectrique 2. Ceci entraîne une libération de chaleur sur une des faces et une absorption de chaleur au niveau de l'autre face opposée. Ces dissipateurs 3 et 4 sont en contact respectivement avec les deux faces 2A, 2B de l'élément thermoélectrique 2. A titre d'exemple, les dissipateurs 3 et 4 sont des intercalaires de conduction thermique chargées de transporter les calories ou les frigories des faces 2A et 2B de l'élément thermoélectrique 2 vers un flux d'air 5 ou 6.

Le premier dissipateur thermique 3 comprend une base 7 de forme rectangulaire et aplatie. La base 7 est délimitée par deux parois 7A et 7B définissant deux plans parallèles. Une des parois référencée 7A est en contact direct et franc avec la face 2B de l'élément thermoélectrique 2. Au moins une ailette d'échange thermique 8 prend naissance sur la paroi référencée 7B de la base 7. Ces ailettes forment chacune une barrette fine qui s'étend dans un plan perpendiculaire au plan de la base 7. De manière similaire, le deuxième dissipateur thermique 4 comprend une base 9 de forme rectangulaire et plate. La base 9 est délimitée par deux parois 9A et 9B définissant deux plans parallèles. Une des parois référencée 9A est en contact direct et franc avec la face 2A de l'élément thermoélectrique 2. Au moins une ailette d'échange thermique 10 prend naissance sur la paroi référencée 9B de la base 9. Ces ailettes forment chacune une barrette fine qui s'étend dans un plan perpendiculaire au plan de la base 9. Dans l'exemple de la figure, on notera que les dissipateurs 3 et 4 comprennent deux séries d'ailettes 8 ou 10 séparées l'une de l'autre par un vide, ces deux séries s'étendant parallèlement l'une par rapport à l'autre. La base et les ailettes de chaque dissipateur forment un ensemble unitaire, moulé ou usiné à partir d'un même matériau tel que de l'aluminium ou un alliage d'aluminium. Le flux d'air 5 ou 6 vient donc respectivement lécher chaque ailette de sorte à échanger thermiquement avec le dissipateur. Les deux dissipateurs 3 et 4 sont reliés l'un à l'autre par un moyen de solidarisation 23. Ce moyen a pour fonction de maintenir la position relative des dissipateurs 3 et 4 l'un par rapport à l'autre de sorte à garantir une pression ou force d'appui suffisante sur l'élément thermoélectrique 2 pour que le contact entre les parois 7A et 9A des dissipateurs 3 et 4 et les faces respectives 2B et 2A de l'élément thermoélectrique 2 soit franc et permette une conduction thermique entre l'élément thermoélectrique 2 et les dissipateurs, sans pour autant briser l'élément thermoélectrique. Le moyen de solidarisation 23 comprend une tête 11 à une première extrémité et un filetage 12 à une extrémité opposée. La tête 11 forme un épaulement dont la surface est supérieure à la surface d'un corps 13 du moyen de solidarisation 23. A titre d'exemple, le moyen de solidarisation prend la forme d'une vis présentant le corps 13 de section circulaire, la tête 11 de section également circulaire et le filetage 12. L'un des dissipateurs 3 ou 4 comprend dans sa base un trou lisse 15 dans lequel le moyen de solidarisation 23 est inséré. L'autre dissipateur comprend un taraudage 14 pratiqué dans la base du dissipateur concerné dans lequel se visse le moyen de solidarisation 23 par l'intermédiaire de son filetage 12. Le dispositif de fixation selon l'invention comprend encore un premier élément 16 en appui sur le moyen de solidarisation 23 et un deuxième élément 17 en appui sur l'un des deux dissipateurs, en particulier le dissipateur qui présente le taraudage 14. Les termes « en appui » employés ci-dessus signifie que le support mécanique entre les éléments 16 ou 17 et l'ensemble Peltier 1 est assuré au niveau de contact entre le premier élément 16 et le moyen de solidarisation 23, ainsi qu'au niveau du deuxième élément 17 et le dissipateur 4, sans recours à un autre maintien mécanique susceptible d'exercer un effort ou une force sur l'élément thermoélectrique 2. Le premier élément 16 et le deuxième élément 17 forment les composants qui maintiennent mécaniquement l'ensemble Peltier. Ils présentent donc une première fonction relative à la fixation ou solidarisation de l'ensemble Peltier 1 composé des deux dissipateurs, de l'élément thermoélectrique et du moyen de solidarisation. Le premier élément 16 est terminé à sa périphérie par un bord d'appui 18 dont la face interne est en contact sur la tête 11 du moyen de solidarisation. On constate que le premier élément 16 n'est en revanche pas en contact avec le dissipateur 3 sur lequel la tête 11 vient prendre appui.

Le deuxième élément 17 comprend une tranche d'appui 19 qui s'étend à la périphérie du deuxième élément 17 de sorte à le délimiter. Cette tranche d'appui 19 comporte une face interne en appui ou en contact sur le dissipateur.

De manière plus précise, la tranche d'appui 19 s'étend sur la base 9 du dissipateur 4 de sorte à recouvrir le taraudage 14. Le contact entre la tranche d'appui 19 et le dissipateur s'effectue donc au droit du filetage 12 du moyen de solidarisation 23. Dans une alternative où le moyen de solidarisation 23 débouche du taraudage 14 à l'extérieur du dissipateur 4, la tranche d'appui 19 est en contact sur l'extrémité de la vis qui débouche du taraudage 14 sans pour autant sortir du cadre de l'invention. A une extrémité opposée de la tranche d'appui 19 et du bord d'appui 18 par rapport au premier et au deuxième éléments 16 et 17, nous trouvons un moyen de liaison 20 dont la fonction est de relier mécaniquement le premier élément 16 avec le deuxième élément 17 et ainsi maintenir l'ensemble Peltier 1. A titre d'exemple de réalisation, le moyen de liaison est formé d'une ou plusieurs vis 21 qui traversent le deuxième élément 17 pour venir se visser dans un plot de vissage 22 issue de matière avec le premier élément 16.

L'ensemble Peltier 1 forme un rectangle délimité à sa périphérie par les bases 7 et 9 des dissipateurs 3 et 4. Le premier élément 16 et le deuxième élément 17 sont présents sur toute cette périphérie de sorte à entourer l'extrémité des bases 7 et 9 qui débordent des dissipateurs, au niveau du ou des moyens de solidarisation 10.

Le dispositif de fixation de l'ensemble Peltier 1 selon l'invention trouve une application toute particulière dans une installation de ventilation, par exemple pour fournir un flux d'air à un système de conditionnement d'air d'au moins une batterie fournissant l'énergie électrique servant à la propulsion d'un véhicule automobile.

Dans ce cas, le premier élément 16 est un premier boîtier de l'installation alors que le deuxième élément 17 est un deuxième boîtier de l'installation. Plus exactement, le premier et le deuxième élément 16 et 17 forment chacun un demi-boîtier de l'installation qui sont joints l'un à l'autre pour délimiter vis-à-vis de l'extérieur un volume intérieur dans lequel l'ensemble Peltier 1 est installé et dans lequel circule les flux d'air 5 et 6. Les demi-boîtiers sont moulés de manière unitaire à partir d'un matériau plastique tel que le polypropylène ou un polyamide.

Le premier boîtier correspondant au premier élément 16 définit conjointement avec le dissipateur 3 au moins une partie d'un premier conduit de circulation du flux d'air 5. On garantit ainsi que les ailettes 8 sont mises en contact avec le flux d'air 5 pour échanger thermiquement avec ce dernier.

De même, le deuxième boîtier correspondant au deuxième élément 17 définit conjointement avec le dissipateur référencé 4 au moins une partie d'un deuxième conduit de circulation du flux d'air 6. Bien entendu, le premier conduit est séparé ou distinct du deuxième conduit au moins en aval des dissipateurs 3 et 4 selon le sens de circulation des flux d'air 5 et 6.

On comprend donc que l'ensemble Peltier 1 est installé à la frontière du premier conduit et du deuxième conduit, formant ainsi une paroi qui est commune à ces deux conduits. Pour garantir la séparation des flux d'air et ainsi assurer l'efficacité de l'ensemble Peltier 1, il est nécessaire d'étancher chaque dissipateur 3 et 4 par rapport au premier et deuxième élément 16 et 17 ou premier et deuxième boîtier. L'invention prévoit donc un moyen d'étanchéité à l'air installé entre au moins un boitier et l'ensemble Peltier. Bien entendu, le moyen d'étanchéité peut également être prévu entre les deux boîtiers (premier élément 16 et deuxième élément 17) et l'ensemble Peltier 1.

A titre d'exemple, ce moyen d'étanchéité prend la forme d'un cordon, joint en mousse ou joint surmoulé rapporté sur chaque boîtier de tel sorte que le moyen d'étanchéité soit en contact de la base 7 ou 9 du dissipateur 3 ou 4 concerné. Les boîtiers délimitant avec l'ensemble Peltier 1 le premier et le deuxième conduit de circulation du flux d'air, il est apparent que la pluralité d'ailettes 8 et 10 s'étend dans le conduit concerné de sorte à échanger avec le flux d'air 5 ou 6 qui y circule. Quand l'installation de ventilation fait partie d'un système de conditionnement d'air, la ou les batteries sont installées dans une chambre de réception qui est en communication aéraulique avec le premier ou le deuxième conduit de circulation définit ci-dessus. Cette configuration permet de réchauffer ou refroidir les batteries en fonction de l'alimentation électrique fournit à l'élément thermoélectrique. L'invention permet donc de garantir la fiabilité de l'ensemble Peltier 1 quand ce dernier est monté dans un boîtier d'une installation de ventilation d'un système de conditionnement d'air d'au moins une batterie fournissant l'énergie électrique nécessaire à la propulsion d'un véhicule.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif de fixation d'un ensemble Peltier (1), ledit ensemble Peltier (1) comprenant un élément thermoélectrique (2) intercalée entre au moins deux dissipateurs (3, 4) reliés l'un à l'autre par un moyen de solidarisation (23), caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément (16) en appui sur le moyen de solidarisation (23) et un deuxième élément (17) en appui sur l'un des deux dissipateurs (3, 4).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier élément (16) et le deuxième élément (17) sont reliés l'un à l'autre par un moyen de liaison (20).
3. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le moyen de solidarisation (23) comprend une tête (11) en appui sur l'un des dissipateurs (3) et un filetage (12) en prise sur l'autre dissipateur (4), ledit premier élément (16) étant en appui sur la tête (11).
4. 4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le deuxième élément (17) est en appui sur l'autre dissipateur (4) au droit du filetage (12).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel chaque dissipateur (3, 4) comprend une base (7, 9) en contact avec l'élément thermoélectrique (2) et une pluralité d'ailettes (8, 10) d'échange thermique, le moyen de solidarisation (23) prenant la forme d'une vis qui comprend ladite tête (11) et ledit filetage (12), la base (7) de l'un des dissipateurs (3) comprenant un trou lisse (15) au travers duquel passe la vis, la base (9) de l'autre dissipateur (4) comprenant un taraudage (14) en prise avec le filetage (12).
6. 6. Installation de ventilation comprenant un dispositif de fixation selon l'une quelconque des revendications précédentes
7. 7. Installation selon la revendication 6, dans lequel le premier élément (16) est un premier boîtier de l'installation alors que le deuxième élément (17) est un deuxième boîtier de l'installation, ledit premier boîtier définissant conjointement avec l'un des dissipateurs (3) au moins une partie d'un premier conduit de circulation d'un flux d'air (5) et ledit deuxième boîtier définissant conjointement avec l'autre dissipateurs (4) au moins une partie d'un deuxième conduit de circulation d'un flux d'air (6) distinct du premier conduit. 2969380 Il
8. 8. Installation selon la revendication 7, dans lequel l'ensemble Peltier (1) forme une paroi commune au premier et au deuxième conduit.
9. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 8, dans lequel est présent un moyen d'étanchéité à l'air entre au moins un des boîtiers 5 et l'ensemble Peltier (1).
10. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel chaque dissipateur (3, 4) comprend une base (7, 9) en contact avec l'élément thermoélectrique (2) et une pluralité d'ailettes (8, 10) d'échange thermique, chaque dissipateur (3, 4) s'étendant dans le conduit de circulation 10 du flux d'air de sorte à échanger thermiquement avec ce dernier.
11. 11. Système de conditionnement d'air d'au moins une batterie comprenant une installation de ventilation selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, comprenant une chambre de réception de ladite batterie en communication aéraulique avec le premier ou le deuxième conduit de 15 circulation pour réchauffer ou refroidir ladite batterie.