FR3022076A1 - THERMOELECTRIC DEVICE AND METHOD FOR ASSEMBLING SUCH A DEVICE - Google Patents
THERMOELECTRIC DEVICE AND METHOD FOR ASSEMBLING SUCH A DEVICE Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un dispositif thermoélectrique (10) comprenant au moins deux éléments thermoélectriques (11, 12), dits premier (11) et deuxième éléments thermoélectriques (12), ledit dispositif (10) comprenant en outre un connecteur électrique (21, 22) entre les premier (11) et deuxième éléments thermoélectriques (12), ledit connecteur (21, 22) présentant un revêtement permettant le brasage dudit connecteur (21, 22) avec le ou lesdits éléments thermoélectriques (11, 12). L'invention concerne aussi un procédé d'assemblage d'un tel dispositif thermoélectrique (10).The invention relates to a thermoelectric device (10) comprising at least two thermoelectric elements (11, 12), said first (11) and second thermoelectric elements (12), said device (10) further comprising an electrical connector (21, 22). ) between the first (11) and second thermoelectric elements (12), said connector (21, 22) having a coating for brazing said connector (21, 22) with said thermoelectric element (s) (11, 12). The invention also relates to a method of assembling such a thermoelectric device (10).
Description
Dispositif thermoélectrique et procédé d'assemblage d'un tel dispositif L'invention concerne un dispositif thermoélectrique et un procédé d'assemblage d'un tel dispositif. Dans le domaine automobile, il a déjà été proposé des dispositifs thermoélectriques utilisant des éléments, dits thermoélectriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température entre deux de leurs faces opposées, dites faces actives, selon le phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Ces dispositifs comprennent un premier circuit, destiné à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et un deuxième circuit, destiné à la circulation d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermoélectriques sont disposés entre le premier et le deuxième circuit 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. Les éléments thermoélectriques sont reliés entre eux par des pistes électriques disposées sur des faces des éléments thermoélectriques afin de transmettre l'électricité d'une face d'un élément thermoélectrique à une face d'un autre élément thermoélectrique. En général, les liaisons conductrices entre éléments thermoélectriques sont réalisées en brasant lesdites pistes métalliques sur lesdits éléments thermoélectriques. Cependant, les modules thermoélectriques peuvent contenir des dizaines, voire des centaines d'éléments thermoélectriques. Les étapes d'assemblage et de 25 brasage peuvent donc s'avérer complexes et couteuses. La présente invention vise à simplifier l'assemblage de tels modules thermoélectriques. 30 Ainsi, l'invention concerne un dispositif thermoélectrique comprenant au moins deux éléments thermoélectriques, dits premier et deuxième éléments thermoélectriques, susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leurs faces, dites première et deuxième faces actives, une desdites faces actives étant destinées à échanger thermiquement avec une source chaude du gradient de température et l'autre desdites faces actives étant destinée à échanger thermiquement avec une source froide du gradient de température pour générer ledit courant électrique. Selon l'invention, ledit dispositif comprend en outre un connecteur électrique 5 entre les premier et deuxième éléments thermoélectriques, ledit connecteur présentant un revêtement permettant le brasage dudit connecteur avec le ou lesdits éléments thermoélectriques. Grâce à l'utilisation de tels connecteurs, la matière nécessaire au brasage 10 n'a pas à être rapportée. Lors du brasage, leur revêtement fond et assure une liaison mécanique solide entre les différentes pièces ainsi brasées sans avoir à utiliser de pâte à braser. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris 15 ensembles ou séparément : - le premier élément thermoélectrique et le deuxième élément thermoélectrique sont configurés de sorte qu'une différence de potentiel électrique générée par le premier élément thermoélectrique soit opposée, vis-à-vis du gradient de température, à une différence de potentiel 20 électrique générée par le deuxième élément thermoélectrique, - ledit connecteur comprend une âme réalisée en un premier matériau métallique, ladite âme étant plaquée sur l'une ou chacune de ses faces par ledit revêtement, réalisé en un second matériau, - l'âme est un aluminium et/ou ledit revêtement comprend de l'aluminium et 25 du silicium, - lesdits éléments thermoélectriques sont cylindriques, - ledit connecteur présente une forme annulaire, - ledit connecteur est une rondelle, - lesdits éléments thermoélectriques et lesdits connecteurs sont coaxiaux, 30 - un premier desdits connecteurs, entre le premier et le deuxième éléments thermoélectriques, présente un diamètre différent d'un second desdits connecteurs entre l'un des deux éléments thermoélectriques et un troisième élément thermoélectrique, - les premières et deuxièmes faces actives desdits éléments thermoélectriques sont reliées entre elles par au moins une face latérale, le revêtement desdits connecteurs étant destinés à entrer en contact avec la ou lesdites faces latérales, - le dispositif de l'invention comprend en outre un élément d'assemblage apte à être serti autour desdits éléments thermoélectriques, - ledit élément d'assemblage présente un traitement de surface sur la face destinée à entrer en contact avec les éléments thermoélectriques. Ce traitement de surface conférant des propriétés d'isolant électrique à ladite face, - ledit traitement de surface est une anodisation, - lesdits éléments thermoélectriques sont recouverts d'une couche thermiquement conductrice située sous ledit élément d'assemblage, - ladite couche thermiquement conductrice est une feuille de graphite, une graisse et/ou une pâte, - le dispositif de l'invention comprend des éléments d'échange thermique secondaires, dits ailettes d'échange thermique, destinées à échanger thermiquement avec une des deux sources du gradient de température, - lesdites ailettes sont insérées sur ledit élément d'assemblage, - lesdites ailettes sont montées à force sur l'élément d'assemblage, - lesdites ailettes présentent des évidements de forme homothétique à un pourtour extérieur dudit élément d'assemblage, - le dispositif de l'invention est configuré pour être positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ladite ligne définissent la source chaude du gradient de température et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent la source chaude du gradient de température.The invention relates to a thermoelectric device and a method for assembling such a device. In the automotive field, it has already been proposed thermoelectric devices using so-called thermoelectric elements for generating an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces, called active faces, according to the phenomenon known under the effect name Seebeck. These devices comprise a first circuit, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and a second circuit intended for the circulation of a coolant of a cooling circuit. The thermoelectric elements are arranged between the first and second circuits to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the coolant. The thermoelectric elements are interconnected by electrical tracks arranged on faces of the thermoelectric elements to transmit electricity from one side of a thermoelectric element to a face of another thermoelectric element. In general, the conductive links between thermoelectric elements are made by brazing said metal tracks on said thermoelectric elements. However, the thermoelectric modules may contain tens or even hundreds of thermoelectric elements. The assembly and brazing steps can therefore be complex and expensive. The present invention aims to simplify the assembly of such thermoelectric modules. Thus, the invention relates to a thermoelectric device comprising at least two thermoelectric elements, said first and second thermoelectric elements, capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of their faces, said first and second active faces, one of said active faces being intended to heat exchange with a hot source of the temperature gradient and the other of said active faces being intended to heat exchange with a cold source of the temperature gradient to generate said electric current. According to the invention, said device further comprises an electrical connector 5 between the first and second thermoelectric elements, said connector having a coating for brazing said connector with said thermoelectric element (s). Through the use of such connectors, the material required for brazing 10 does not have to be reported. During brazing, their coating melts and ensures a solid mechanical connection between the different parts thus brazed without having to use solder paste. According to various embodiments of the invention, which may be taken together or separately: the first thermoelectric element and the second thermoelectric element are configured so that an electric potential difference generated by the first thermoelectric element is opposite, with respect to the temperature gradient, at an electric potential difference generated by the second thermoelectric element, - said connector comprises a core made of a first metallic material, said core being pressed onto one or both of its faces by said coating, made of a second material, - the core is an aluminum and / or said coating comprises aluminum and silicon, - said thermoelectric elements are cylindrical, - said connector has an annular shape, - said connector is a washer, - said thermoelectric elements and said connectors are coaxial, A first of said connectors, between the first and second thermoelectric elements, has a different diameter than a second of said connectors between one of the two thermoelectric elements and a third thermoelectric element, the first and second active faces of said thermoelectric elements; are interconnected by at least one side face, the coating of said connectors being intended to come into contact with said one or more lateral faces, the device of the invention further comprises an assembly element able to be crimped around said elements thermoelectric, - said connecting element has a surface treatment on the face intended to come into contact with the thermoelectric elements. This surface treatment imparting electrical insulation properties to said face, said surface treatment is anodizing, said thermoelectric elements are covered with a thermally conductive layer located under said assembly element, said thermally conductive layer is a graphite sheet, a grease and / or a paste, the device of the invention comprises secondary heat exchange elements, called heat exchange fins, intended to heat exchange with one of the two sources of the temperature gradient, said fins are inserted on said assembly element, said fins are force-fitted on the assembly element, said fins have recesses of homothetic shape at an outer periphery of said assembly element; the invention is configured to be positioned in a motor vehicle exhaust line so that the exhaust gases flowing in said line define the hot source of the temperature gradient and / or in a recirculated exhaust gas circuit of a motor vehicle so that said recirculated exhaust gases flowing in said circuit define the hot source of the temperature gradient.
L'invention concerne aussi un procédé d'assemblage d'un dispositif thermoélectrique tel que décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant : une étape de mise en position du connecteur entre les premier et deuxième éléments thermoélectriques ; - une étape de brasage dudit connecteur avec lesdits éléments thermoélectriques à l'aide dudit revêtement. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris 5 ensembles ou séparément : - le brasage desdits connecteurs avec lesdits éléments thermoélectriques est un brasage haute température, - le procédé de l'invention comprend en outre une étape de pré-assemblage des éléments thermoélectriques qui consiste à sertir un élément 10 d'assemblage autour desdits éléments thermoélectriques, prévus cylindriques, avant brasage, - le procédé de l'invention comprend une étape supplémentaire, succédant à l'étape de pré-assemblage des éléments thermoélectriques et précédant le brasage, qui consiste à insérer sur l'élément d'assemblage des 15 éléments d'échange thermique secondaires, dits ailettes d'échange thermique, destinées à échanger thermiquement avec une des deux sources du gradient de température, - lesdites ailettes sont montées avec un serrage de quelques centièmes entre lesdits évidements et le pourtour extérieur de l'élément d'assemblage 20 serti, notamment -5/100 ou -6/100, - le procédé de l'invention comprend une étape de brasage de brides électriques, dites brides d'extrémités, aux extrémités de l'assemblage ainsi obtenu, - le brasage desdites brides d'extrémités est un brasage basse température. 25 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins 30 schématiques annexés. Sur ces dessins : - la figure 1 est une vue isométrique, éclatée, d'éléments thermoélectriques et de connecteurs appartenant à un dispositif thermoélectrique selon l'invention, - la figure 2 est une vue isométrique d'éléments thermoélectriques, de connecteurs et de brides d'extrémités appartenant à un dispositif thermoélectrique selon l'invention, - la figure 3 illustre schématiquement un premier exemple de connecteur selon l'invention, en vue de face et en vue de dessus, - la figure 4 illustre un second exemple de connecteur selon l'invention, en vue de face et en vue de dessus, - la figure 5 est une vue isométrique d'un élément d'assemblage d'un dispositif de l'invention, ce dernier enveloppant des éléments thermoélectriques, - la figure 6 illustre le même élément d'assemblage que celui de la figure 5, ce dernier ayant été serti sur ledit dispositif, - la figure 7 illustre une étape d'insertion d'ailettes sur l'élément d'assemblage illustré aux figures 5 et 6, - la figure 8 illustre un exemple de dispositif thermoélectrique selon l'invention ; cette figure est une vue en coupe longitudinale. Comme illustré à la figure 1, l'invention concerne un dispositif thermoélectrique comprenant au moins deux éléments thermoélectriques 11, 12, dits premier 11 et deuxième éléments thermoélectriques 12. La figure 8 illustre un exemple de dispositif selon l'invention. Ce dispositif 10 comprend ici un premier circuit, dit chaud, apte à permettre la circulation d'un premier fluide, notamment des gaz d'échappement d'un moteur, et un second circuit, dit froid, apte à permettre la circulation d'un second fluide, notamment un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement, de température inférieure à celle du premier fluide.The invention also relates to a method of assembling a thermoelectric device as described above, said method comprising: a step of positioning the connector between the first and second thermoelectric elements; a brazing step of said connector with said thermoelectric elements using said coating. According to various embodiments of the invention, which may be taken together or separately: the brazing of said connectors with said thermoelectric elements is a high temperature brazing, the method of the invention further comprises a pre-assembly step thermoelectric elements which consists in crimping an assembly element around said thermoelectric elements, provided for cylindrical purposes, before brazing; the method of the invention comprises an additional step, following the step of pre-assembly of the thermoelectric elements and preceding brazing, which consists in inserting on the assembly element secondary heat exchange elements, called heat exchange fins, intended to heat exchange with one of the two sources of the temperature gradient, said fins being mounted with a clamping of a few hundredths between said recesses and the outer periphery of the crimped assembly element 20, in particular -5/100 or -6/100, the method of the invention comprises a step of brazing electrical flanges, called end flanges, at the ends of the assembly thus obtained. - Brazing said end flanges is a low temperature brazing. The invention will be better understood, and other objects, details, features and advantages thereof will become more clearly apparent from the following detailed explanatory description of at least one embodiment of the given invention. by way of purely illustrative and non-limiting example, with reference to the attached schematic drawings. In these drawings: FIG. 1 is an exploded isometric view of thermoelectric elements and connectors belonging to a thermoelectric device according to the invention; FIG. 2 is an isometric view of thermoelectric elements, connectors and flanges; of ends belonging to a thermoelectric device according to the invention, - Figure 3 schematically illustrates a first example of connector according to the invention, in front view and in top view, - Figure 4 illustrates a second example of connector according to FIG. 5 is an isometric view of an assembly element of a device of the invention, the latter enveloping thermoelectric elements, FIG. the same joining element as that of FIG. 5, the latter having been crimped on said device; FIG. 7 illustrates a step of inserting fins on the assembly element illustrated in FIGS. 5 and 6, - Figure 8 illustrates an example of a thermoelectric device according to the invention; this figure is a longitudinal sectional view. As illustrated in FIG. 1, the invention relates to a thermoelectric device comprising at least two thermoelectric elements 11, 12, said first 11 and second thermoelectric elements 12. FIG. 8 illustrates an exemplary device according to the invention. This device 10 here comprises a first circuit, said to be hot, capable of allowing the circulation of a first fluid, in particular of the exhaust gases of an engine, and a second circuit, said to be cold, capable of allowing the circulation of a second fluid, especially a heat transfer fluid of a cooling circuit, lower temperature than the first fluid.
Le dispositif 10 comprend une pluralité d'éléments thermoélectrique 11, 12, ici de formes annulaires, susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leur faces, l'une 11a, 12a, dite première face active, étant définie par une surface de périphérie extérieure, cylindrique, et l'autre 11b, 12b, dite seconde face active, étant définie par une surface de périphérie intérieure, cylindrique. Lesdites première 11a, 12a et seconde faces 11 b, 12b sont, par exemple, de section circulaires. De façon plus générale, toute section de forme arrondie et/ou polygonale est possible.The device 10 comprises a plurality of thermoelectric elements 11, 12, here of annular shapes, capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of their faces, one 11a, 12a, so-called first active face being defined by an outer periphery surface, cylindrical, and the other 11b, 12b, said second active face being defined by an inner circumferential surface, cylindrical. Said first 11a, 12a and second faces 11b, 12b are, for example, of circular section. More generally, any section of rounded and / or polygonal shape is possible.
De tels éléments fonctionnent, selon l'effet Seebeck, en permettant de créer un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces soumises au gradient de température. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Siliciures de Magnésium et/ou de Maganèse.Such elements operate, according to the Seebeck effect, by making it possible to create an electric current in a load connected between said faces subjected to the temperature gradient. In a manner known to those skilled in the art, such elements consist, for example, of silicides of magnesium and / or maganese.
Les éléments thermoélectriques 11, 12 pourront être, pour une première partie, des éléments 11 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 12 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. Les figures 2 et 8 illustrent un exemple d'alternance de tels éléments thermoélectriques 11, 12, respectivement repérés P, N. Aux figures 1, 2 et 8, les éléments thermoélectrique 11, 12 représentés sont constitués d'un anneau en seule pièce. Ils pourront cependant être formés de plusieurs pièces formant chacune une portion angulaire de l'anneau. La première surface 11a, 12a présente, par exemple, un rayon compris entre 1,5 et 4 fois le rayon de la seconde surface 11b, 12b. Il pourra s'agir d'un rayon égal à environ 2 fois celui de seconde surface 11b, 12b. Les éléments thermoélectriques 11, 12 présentent, par exemple, deux faces planes parallèles opposées, dites aussi faces latérales. Autrement dit, l'anneau constituant chaque élément thermoélectrique 11, 12 est de section annulaire 30 rectangulaire. Un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention est décrit dans la suite, en particulier à l'aide de la figure 8.The thermoelectric elements 11, 12 may be, for a first part, elements 11 of a first type, called P, making it possible to establish an electric potential difference in a direction, said positive, when they are subjected to a gradient given temperature, and, for the other part, elements 12 of a second type, said N, allowing the creation of a difference of electric potential in an opposite direction, said negative, when they are subjected to the same gradient temperature. FIGS. 2 and 8 illustrate an example of alternation of such thermoelectric elements 11, 12, respectively marked P, N. In FIGS. 1, 2 and 8, the thermoelectric elements 11, 12 shown are constituted by a ring in one piece. They may however be formed of several pieces each forming an angular portion of the ring. The first surface 11a, 12a has, for example, a radius of between 1.5 and 4 times the radius of the second surface 11b, 12b. It may be a radius equal to about 2 times that of second surface 11b, 12b. The thermoelectric elements 11, 12 have, for example, two opposite parallel planar faces, also called side faces. In other words, the ring constituting each thermoelectric element 11, 12 is of rectangular annular section 30. An exemplary embodiment of a device according to the invention is described below, in particular with the aid of FIG.
Sur la figure 8, lesdits éléments thermoélectriques 11, 12 sont disposés, par exemple, dans le prolongement longitudinal l'un de l'autre, notamment de façon coaxiale ; ils alternent entre éléments P et éléments N selon une direction repérée X. Ils sont, notamment, de forme et de dimension identiques. Ils pourront cependant présenter une épaisseur, c'est-à-dire une dimension entre leurs deux faces planes, différente d'un type à l'autre, notamment en fonction de leur conductivité électrique. Lesdits éléments thermoélectriques 11, 12 sont, par exemple, groupés par paire, chaque paire étant formée d'un dit élément thermoélectrique de type P et d'un dit élément thermoélectrique de type N, et ledit dispositif est configuré pour permettre une circulation de courant entre les premières surfaces des éléments thermoélectriques d'une même paire et une circulation de courant entre les secondes surfaces de chacun des éléments thermoélectriques de ladite même paire et l'élément thermoélectrique voisin de la paire voisine. On assure de la sorte une circulation en série du courant électrique entre les éléments thermoélectriques 11, 12 disposés les uns à côtés des autres selon la direction X, comme illustré par les flèches repérées 100, 102. A nouveau pour faciliter la configuration des circuits de circulation de fluide on pourra prévoir que lesdits éléments thermoélectriques 11, 12 soient disposés les uns par rapport aux autres de façon à ce que leur première 11 a, 12a et/ou seconde face active 11b, 12b soient dans le prolongement l'une de l'autre. Lesdites première 11a, 12a et/ou seconde faces actives 11 b, 12b sont ainsi inscrites, par exemple, dans une surface générée par une droite.In FIG. 8, said thermoelectric elements 11, 12 are arranged, for example, in the longitudinal extension of one another, in particular in a coaxial manner; they alternate between elements P and elements N in a direction marked X. They are, in particular, of identical shape and dimension. They may, however, have a thickness, that is to say a dimension between their two planar faces, different from one type to another, particularly depending on their electrical conductivity. Said thermoelectric elements 11, 12 are, for example, grouped in pairs, each pair being formed of a said P-type thermoelectric element and a said N-type thermoelectric element, and the device is configured to allow current flow. between the first surfaces of the thermoelectric elements of the same pair and a flow of current between the second surfaces of each of the thermoelectric elements of the same pair and the thermoelectric element adjacent to the neighboring pair. In this way, a series flow of the electric current is ensured between the thermoelectric elements 11, 12 arranged next to each other along the direction X, as illustrated by the arrows marked 100, 102. Again, to facilitate the configuration of the fluid circulation may be provided that said thermoelectric elements 11, 12 are arranged relative to each other so that their first 11a, 12a and / or second active face 11b, 12b are in the extension one of the 'other. Said first 11a, 12a and / or second active faces 11b, 12b are thus inscribed, for example, in a surface generated by a straight line.
Pour la circulation des fluides, le dispositif 10 conforme à l'invention pourra comprendre un canal 14 de circulation de liquide froid au contact de ladite seconde face active 11b, 12b desdits éléments thermoélectriques 11, 12. Le ou lesdits canaux 14 de circulation de liquide sont, par exemple, de section circulaire.For the circulation of fluids, the device 10 according to the invention may comprise a channel 14 for circulating cold liquid in contact with said second active face 11b, 12b of said thermoelectric elements 11, 12. The channel or channels 14 for liquid circulation are, for example, of circular section.
Comme illustré sur les figues 1 à 4 et 8, le dispositif 10 de l'invention comprend en outre des connecteurs 21, 22 entre les premier 11 et deuxième éléments thermoélectriques 12. Par exemple, le long de la direction X, sur la figure 8, un connecteur d'un premier type 21 est systématiquement prévu entre un élément thermoélectrique 12 de type N et un élément thermoélectrique 11 de type P. Un connecteur d'un second type, repéré 22, est lui systématiquement prévu entre un élément thermoélectrique 11 de type P et un élément thermoélectrique 12 de type N. Lesdits connecteurs 21, 22 diffèrent par leur diamètre. Ainsi, le connecteur 5 21 prévu entre un élément thermoélectrique 12 de type N et un élément thermoélectrique 11 de type P sera d'un diamètre inférieur au connecteur 22 prévu entre ledit élément thermoélectrique 11 de type P et l'élément thermoélectrique 12 de type N suivant. Autrement dit, pour le dispositif thermoélectrique 10 selon l'invention, deux 10 jeux de connecteurs 21, 22 de tailles différentes sont nécessaires. Un premier pour la liaison électrique côté source froide et un second, de diamètre supérieur, pour le côté source chaude. Selon l'invention, lesdits connecteurs 21, 22 présentent un revêtement 15 permettant leur brasage avec le ou lesdits éléments thermoélectriques au contact desquels ils sont. Plus précisément, comme illustré sur les vues de dessus des figures 3 et 4, lesdits connecteurs 21, 22 comprennent ici une âme 21a, 22a réalisée en un premier matériau plaquée par un revêtement 21b, 22b réalisé en un second matériau. 20 Le matériau de l'âme est métallique, c'est de préférence un aluminium. De plus, l'âme 21a, 22a présente avantageusement une épaisseur comprise entre 25 et 200pm, notamment une épaisseur de 100pm. Ledit revêtement 21b, 22b comprend de l'aluminium et du silicium, notamment une proportion de silicium comprise entre 5 et 20%. Ledit revêtement 25 pourra être de type A14045 ou encore, un revêtement connu sous le nom de Silflux. Ledit revêtement présente, avantageusement, une épaisseur comprise entre 10 et 150pm. Comme les éléments thermoélectriques 11, 12, lesdits connecteurs 21, 22 30 présentent une forme annulaire ; ce sont ici des rondelles, de préférence coaxiales avec lesdits éléments thermoélectriques 11, 12. Ledit revêtement est ici présent sur chacune des faces du connecteur, le revêtement présent sur l'une des faces étant avantageusement symétrique au revêtement prévu sur la face opposée.As illustrated in Figures 1 to 4 and 8, the device 10 of the invention further comprises connectors 21, 22 between the first 11 and second thermoelectric elements 12. For example, along the direction X, in Figure 8 a connector of a first type 21 is systematically provided between a N-type thermoelectric element 12 and a P-type thermoelectric element 11. A connector of a second type, identified 22, is systematically provided between a thermoelectric element 11 of type P and a thermoelectric element 12 of type N. Said connectors 21, 22 differ in their diameter. Thus, the connector 5 21 provided between an N-type thermoelectric element 12 and a P-type thermoelectric element 11 will be smaller in diameter than the connector 22 provided between said P-type thermoelectric element 11 and the N-type thermoelectric element 12. next. In other words, for the thermoelectric device 10 according to the invention, two sets of connectors 21, 22 of different sizes are necessary. One for the cold-source electrical connection and a second, for the hot-source side, of larger diameter. According to the invention, said connectors 21, 22 have a coating 15 for brazing with said thermoelectric element or elements in contact with which they are. More specifically, as illustrated in the top views of Figures 3 and 4, said connectors 21, 22 here comprise a core 21a, 22a made of a first material plated by a coating 21b, 22b made of a second material. The core material is metallic, it is preferably an aluminum. In addition, the core 21a, 22a advantageously has a thickness between 25 and 200pm, including a thickness of 100pm. Said coating 21b, 22b comprises aluminum and silicon, in particular a proportion of silicon of between 5 and 20%. Said coating 25 may be of type A14045 or a coating known as Silflux. Said coating advantageously has a thickness of between 10 and 150 μm. Like the thermoelectric elements 11, 12, said connectors 21, 22 have an annular shape; these are washers, preferably coaxial with said thermoelectric elements 11, 12. Said coating is here present on each of the faces of the connector, the coating on one of the faces being advantageously symmetrical to the coating provided on the opposite face.
Lesdits connecteurs 21, 22 ont pour fonction de lier électriquement les faces latérales de deux éléments thermoélectriques 11, 12 adjacents le long de la direction X. Ils permettent aussi d'assurer une liaison mécaniques entre lesdits éléments thermoélectriques 11, 12, en particulier après avoir été brasés ensemble.Said connectors 21, 22 have the function of electrically linking the lateral faces of two adjacent thermoelectric elements 11, 12 along the direction X. They also make it possible to ensure a mechanical connection between said thermoelectric elements 11, 12, in particular after having been brazed together.
Autrement dit, lesdits connecteurs 21, 22 permettent d'assurer la connexion électrique entre lesdits éléments thermoélectriques 11, 12, montés en série, via leurs faces latérales. Cela étant, comme illustré à la figure 8, ledit dispositif 10 est configuré pour établir un échange thermique entre ladite première face 12a et le premier fluide - les gaz d'échappement - circulant ici à l'extérieur desdits éléments thermoélectrique 11, 12, en particulier selon la flèche 100, et pour établir un échange thermique entre ladite seconde face 11 b et le second fluide circulant ici à l'intérieur desdits éléments électriques, notamment dans le canal 14, en particulier selon la flèche illustrée 102.In other words, said connectors 21, 22 make it possible to ensure the electrical connection between said thermoelectric elements 11, 12, connected in series, via their lateral faces. That being so, as illustrated in FIG. 8, said device 10 is configured to establish a heat exchange between said first face 12a and the first fluid - the exhaust gases - circulating here outside of said thermoelectric elements 11, 12, in particular according to the arrow 100, and to establish a heat exchange between said second face 11b and the second fluid circulating here inside said electrical elements, in particular in the channel 14, in particular according to the arrow illustrated 102.
On favorise ainsi l'échange entre les éléments thermoélectriques 11, 12 et le fluide présentant le coefficient d'échange thermique le plus faible, ici, les gaz d'échappement. Selon l'invention, ledit dispositif 10 est en outre configuré pour que ledit premier fluide et ledit second fluide circulent de manière transversale, notamment orthogonale, l'un par rapport à l'autre. Une telle configuration favorise l'intégration du dispositif 10 dans son environnement en diminuant par ailleurs les quantités de matière engagées. Ledit dispositif 10 est configuré pour être positionné, à titre d'exemple, dans une ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ladite ligne définissent la source chaude du gradient de température et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent la source chaude du gradient de température.This promotes the exchange between the thermoelectric elements 11, 12 and the fluid having the lowest heat exchange coefficient, here, the exhaust gas. According to the invention, said device 10 is further configured so that said first fluid and said second fluid circulate transversely, in particular orthogonal, with respect to each other. Such a configuration favors the integration of the device 10 in its environment while also decreasing the quantities of material involved. Said device 10 is configured to be positioned, for example, in a motor vehicle exhaust line so that the exhaust gases flowing in said line define the hot source of the temperature gradient and / or in a circuit motor vehicle recirculated exhaust gas so that said recirculated exhaust gas flowing in said circuit defines the hot source of the temperature gradient.
Comme illustré sur les figures 5 et 6, le dispositif 10 de l'invention comprend, en outre, un élément d'assemblage 30 apte à être serti autour desdits éléments thermoélectriques 11, 12.As illustrated in FIGS. 5 and 6, the device 10 of the invention further comprises an assembly element 30 capable of being crimped around said thermoelectric elements 11, 12.
Ledit élément d'assemblage présente ici une forme tubulaire muni d'un pli radial 34, servant au sertissage, comme cela est expliqué plus loin. Ledit pli 34 s'étend longitudinalement. Ledit élément d'assemblage 30 pourra présenter un traitement de surface sur la face destinée à entrer en contact avec les éléments thermoélectriques, par exemple une anodisation, ceci afin de favoriser l'isolation électrique entre les éléments thermoélectriques 11, 12. Pour favoriser l'échange thermique avec la source chaude, lesdits éléments thermoélectriques 11, 12 pourront être recouverts d'une couche thermiquement conductrice 32 situé sous ledit élément d'assemblage 30. Ladite couche thermiquement conductrice 32 est une feuille de graphite, une graisse et/ou une pâte. Comme illustré à la figure 7, ledit dispositif 10 comprend avantageusement des surfaces d'échange secondaire 43, 44, en particulier des ailettes 40, avec le premier fluide, à savoir les gaz d'échappement. On augmente de la sorte la surface d'échange entre les éléments thermoélectriques 11, 12 et ledit premier fluide. Lesdites ailettes 40 sont disposées, par exemple, transversalement, en particulier radialement auxdits éléments thermoélectriques 11, 12. Elles sont ici positionnées parallèlement les unes aux autres avec un écartement permettant un bon échange de chaleur avec le premier fluide tout en limitant les pertes de charge. Lesdites surfaces d'échange secondaire 43, 44 pourront comprendre un revêtement catalytique pour assurer une conversion catalytique de composants toxiques du premier fluide. Dans le cas de gaz d'échappement, ledit dispositif 10 pourra de la sorte équiper un pot catalytique en complément ou substitution des composants servant classiquement à la catalyse dans de tels équipements. Comme illustré à la figure 7, lesdites ailettes 40 sont insérées sur l'élément d'assemblage 30, selon la direction X. Lesdites ailettes 40 sont de préférence montées à force sur l'élément d'assemblage 30. Pour cela, elles présentent des évidements 42 de forme homothétique au pourtour extérieur dudit élément d'assemblage 30.Said connecting element here has a tubular shape provided with a radial fold 34, used for crimping, as explained below. Said fold 34 extends longitudinally. Said connecting element 30 may have a surface treatment on the face intended to come into contact with the thermoelectric elements, for example anodizing, in order to promote the electrical insulation between the thermoelectric elements 11, 12. To promote the heat exchange with the hot source, said thermoelectric elements 11, 12 may be covered with a thermally conductive layer 32 located under said assembly element 30. Said thermally conductive layer 32 is a graphite sheet, a grease and / or a paste . As illustrated in FIG. 7, said device 10 advantageously comprises secondary exchange surfaces 43, 44, in particular fins 40, with the first fluid, namely the exhaust gases. In this way, the exchange surface between the thermoelectric elements 11, 12 and said first fluid is increased. Said fins 40 are arranged, for example, transversely, in particular radially to said thermoelectric elements 11, 12. They are here positioned parallel to each other with a spacing allowing a good heat exchange with the first fluid while limiting the pressure losses. . Said secondary exchange surfaces 43, 44 may comprise a catalytic coating for catalytic conversion of toxic components of the first fluid. In the case of exhaust gas, said device 10 can in this way equip a catalytic converter in addition or substitution of components conventionally used for catalysis in such equipment. As illustrated in FIG. 7, said fins 40 are inserted on the connecting element 30, in the direction X. Said fins 40 are preferably forcibly mounted on the assembly element 30. For this purpose, they have recesses 42 of homothetic shape at the outer periphery of said connecting element 30.
Comme déjà évoqué, un tel dispositif pourra être configuré pour être positionnée dans un conduit de gaz d'échappement de véhicule automobile de sorte que lesdites surfaces d'échange secondaire 43, 44 soient balayées par lesdits gaz. Autrement dit, les gaz sont destinés à être canalisés à travers les ailettes 40 par le conduit de gaz d'échappement lui-même tandis que la circulation du second fluide pourra se faire par des tubulures d'entrée/sortie positionnée latéralement, d'où une grande simplicité d'intégration. L'invention concerne aussi un procédé d'assemblage d'un dispositif thermoélectrique 10 tel que décrit ci-dessus, ledit procédé comprenant : - une étape de mise en position des connecteurs 21, 22 entre les éléments thermoélectriques 11, 12 ; - une étape de brasage desdits connecteur 21, 22 avec lesdits éléments thermoélectriques 11, 12 à l'aide dudit revêtement 21b, 22b.As already mentioned, such a device may be configured to be positioned in a motor vehicle exhaust gas duct so that said secondary exchange surfaces 43, 44 are swept by said gases. In other words, the gases are intended to be channeled through the fins 40 through the exhaust pipe itself while the circulation of the second fluid can be done by inlet / outlet pipes positioned laterally, where a great simplicity of integration. The invention also relates to a method of assembling a thermoelectric device 10 as described above, said method comprising: - a step of positioning the connectors 21, 22 between the thermoelectric elements 11, 12; a brazing step of said connector 21, 22 with said thermoelectric elements 11, 12 with the aid of said coating 21b, 22b.
L'étape de mise en position consiste à alterner les éléments thermoélectriques 11, 12 avec les connecteurs 21, 22 des deux types différents présentés ci-dessus, et de terminer cette étape par une légère pression entre les deux extrémités de l'assemblage. L'assemblage est ainsi prêt pour l'étape de brasage. Il est à noter que le brasage desdits connecteurs 21, 22 avec lesdits éléments thermoélectriques 11, 12 est un brasage haute température. Le procédé de l'invention comprend, avantageusement, en outre une étape de pré-assemblage des éléments thermoélectriques 11, 12 qui consiste à sertir un élément d'assemblage autour desdits éléments thermoélectriques, prévus cylindriques, avant brasage. Ainsi, comme illustré à la figure 6, l'élément d'assemblage 30 est serti sur les éléments thermoélectriques 11, 12, par exemple à l'aide de deux forces opposées -F, F exercées, comme illustrées, tangentiellement audit élément d'assemblage, en particulier au niveau dudit pli 34. Le procédé de l'invention pourra aussi comprendre une étape supplémentaire, succédant à l'étape de pré-assemblage des éléments thermoélectriques 11, 12 et précédant le brasage, qui consiste à insérer, sur l'élément d'assemblage 30 lesdites ailettes 40 d'échange thermique, par exemple avec un serrage de quelques centièmes entre lesdits évidements 42 et le pourtour extérieur de l'élément d'assemblage 30 serti, notamment un serrage de -5/100 ou 6/100.The positioning step consists of alternating the thermoelectric elements 11, 12 with the connectors 21, 22 of the two different types presented above, and finishing this step by a slight pressure between the two ends of the assembly. The assembly is thus ready for the brazing step. It should be noted that the brazing of said connectors 21, 22 with said thermoelectric elements 11, 12 is a high temperature brazing. The method of the invention advantageously comprises, in addition, a step of pre-assembly of the thermoelectric elements 11, 12 which consists in crimping an assembly element around said thermoelectric elements, provided cylindrical, before brazing. Thus, as illustrated in FIG. 6, the connecting element 30 is crimped on the thermoelectric elements 11, 12, for example by means of two opposing forces -F, F exerted, as illustrated, tangentially to said element of assembly, in particular at the level of said fold 34. The method of the invention may also comprise an additional step, succeeding the pre-assembly step of the thermoelectric elements 11, 12 and preceding the soldering, which consists in inserting, on the assembly element 30, said fins 40 of heat exchange, for example with a clamping of a few hundredths between said recesses 42 and the outer periphery of the crimped assembly element 30, in particular a clamping of -5/100 or 6 / 100.
Comme illustré sur les figures 2 et 8, ledit procédé comprend encore une étape de brasage de brides électriques, dites brides d'extrémités 23, aux extrémités de l'assemblage ainsi obtenu. Ledit brasage est un brasage basse température, notamment connu sous le nom de brasage type SAC305.As illustrated in Figures 2 and 8, said method further comprises a soldering step of electrical flanges, said end flanges 23, at the ends of the assembly thus obtained. Said brazing is a low temperature soldering, in particular known as soldering type SAC305.
Lesdits connecteurs d'extrémités 23 permettent de relier le dispositif 10 de l'invention ainsi obtenu, au reste de l'installation électrique d'un véhicule automobile, par exemple. Ils comprennent pour cela chacun un fil électrique de connexion.Said end connectors 23 make it possible to connect the device 10 of the invention thus obtained to the rest of the electrical installation of a motor vehicle, for example. They include for this each one an electrical wire connection.
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