FR3048554A1 - THERMOELECTRIC DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif thermoélectrique (10), comprenant un générateur thermoélectrique (12) susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température au contact d'une source froide (F1) d'une part, et d'une source chaude (F2) d'autre part, ledit dispositif comprenant en outre une électrode (20), ledit dispositif étant configuré de manière à ce qu'une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique (12) soit apte à alimenter ladite électrode (20), ladite électrode (20) étant destinée à charger électriquement des particules toxiques d'un premier fluide de manière à agglomérer lesdites particules toxiques entre elles.The invention relates to a thermoelectric device (10), comprising a thermoelectric generator (12) capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient in contact with a cold source (F1) on the one hand, and a hot source (F2) on the other hand, said device further comprising an electrode (20), said device being configured so that a portion of the electric current generated by the thermoelectric generator (12) is adapted to supplying said electrode (20), said electrode (20) being intended to electrically charge toxic particles of a first fluid so as to agglomerate said toxic particles together.
Description
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 selon le phénomène connu sous le nom d’effet Seebeck. Ces dispositifs sont aussi appelés générateurs thermoélectriques.In the automotive field, thermoelectric devices have already been proposed using elements, called thermoelectric elements, making it possible to generate an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the effect. Seebeck. These devices are also called thermoelectric generators.
Il est connu de positionner ces générateurs thermoélectriques dans une ligne d’échappement de véhicule automobile, voire dans le circuit de gaz d’échappement recirculés pour les véhicules automobiles présentant un tel circuit entre l’échappement et l’admission du moteur thermique. L’objectif est l’utilisation de la chaleur des gaz d’échappement des véhicules automobile pour générer de l’énergie électrique.It is known to position these thermoelectric generators in a motor vehicle exhaust line, or even in the recirculated exhaust gas circuit for motor vehicles having such a circuit between the exhaust and the intake of the engine. The objective is the use of the exhaust heat of motor vehicles to generate electrical energy.
Le traitement des gaz d’échappement est ensuite nécessaire, notamment pour éviter que ne soient larguées des particules toxiques à l’air libre. Ce traitement des gaz est une fonction distincte de celle de la génération d’énergie électrique par les générateurs évoqués ci-dessus.The treatment of the exhaust gas is then necessary, in particular to prevent the release of toxic particles in the open air. This gas treatment is a function distinct from that of the generation of electrical energy by the generators mentioned above.
Un des buts de la présente invention consiste à proposer une solution permettant d’améliorer l’existant, notamment à l’aide d’une combinaison de fonctions au sein d’un même ensemble. L’invention concerne un dispositif thermoélectrique, comprenant un générateur thermoélectrique susceptible de générer un courant électrique sous l’action d’un gradient de température au contact d’une source froide d’une part, et d’une source chaude d’autre part.One of the aims of the present invention consists in proposing a solution making it possible to improve the existing one, in particular by means of a combination of functions within the same set. The invention relates to a thermoelectric device, comprising a thermoelectric generator capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient in contact with a cold source on the one hand, and a hot source on the other hand .
Selon l’invention, ledit dispositif comprend, en outre, une électrode, ledit dispositif étant configuré de manière à ce qu’une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique soit apte à alimenter ladite électrode, ladite électrode étant destinée à charger électriquement des particules toxiques d’un premier fluide de manière à agglomérer lesdites particules toxiques entre elles.According to the invention, said device further comprises an electrode, said device being configured in such a way that a part of the electric current generated by the thermoelectric generator is able to supply said electrode, said electrode being intended to electrically charge toxic particles of a first fluid so as to agglomerate said toxic particles together.
Le dispositif de l’invention est un dispositif thermoélectrique qui permet la génération d’un courant électrique à partir d’un gradient de température et, d’autre part, l’agglomération de particules toxiques d’un fluide participant à cette génération de courant. En effet, il est prévu d’agglomérer ces particules toxiques au sein même dudit dispositif thermoélectrique, notamment en chargeant électriquement lesdites particules.The device of the invention is a thermoelectric device that allows the generation of an electric current from a temperature gradient and, on the other hand, the agglomeration of toxic particles of a fluid participating in this generation of current. . Indeed, it is intended to agglomerate these toxic particles within said thermoelectric device, in particular by electrically charging said particles.
Ainsi, le dispositif thermoélectrique de l’invention présente l’avantage d’améliorer les dispositifs thermoélectriques existants en proposant de combiner, au sein d’un même ensemble, deux fonctions techniques jusqu’alors distinctes.Thus, the thermoelectric device of the invention has the advantage of improving the existing thermoelectric devices by proposing to combine, within the same set, two previously separate technical functions.
Selon différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - ledit premier fluide constitue ladite source chaude, - ladite source froide est constituée par de l’air ambiant, - ladite électrode est disposée en amont dudit générateur, - le générateur électrique comprend une pluralité d’éléments thermoélectriques susceptible de générer un courant électrique sous l’action d’un gradient de température exercé entre deux de leurs faces, - ladite pluralité d’éléments est en contact avec la source chaude via une première pluralité d’ailettes thermo-conductrices, - lesdites ailettes sont configurées de manière à retenir, à leurs surfaces, les agglomérats de particules toxiques, - lesdites ailettes sont métalliques, - lesdits éléments thermoélectriques sont des éléments parallélépipédiques, - ladite pluralité d’éléments est en contact avec la source froide via une seconde pluralité d’ailettes thermo-conductrices, notamment métalliques, - le dispositif thermoélectrique de l’invention est configuré de manière à ce qu’une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique soit apte à alimenter, en outre, la charge d’un condensateur, - le dispositif thermoélectrique de l’invention est destiné à être revêtu d’une enveloppe externe protectrice, dit boîtier, de manière à être positionné dans une ligne d’échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d’échappement circulant dans ladite ligne définissent ledit premier fluide 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 ledit premier fluide. 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 au dessin schématique annexé.According to various embodiments of the invention, which may be taken together or separately: said first fluid constitutes said hot source, said cold source is constituted by ambient air, said electrode is disposed upstream of said generator, the electric generator comprises a plurality of thermoelectric elements capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of their faces; said plurality of elements is in contact with the hot source via a first plurality of thermally conductive fins, - said fins are configured to retain, on their surfaces, agglomerates of toxic particles, - said fins are metallic, - said thermoelectric elements are parallelepiped elements, - said plurality of elements is in contact with the cold source via a second plurality of fins thermoelectric conductors, in particular metallic, the thermoelectric device of the invention is configured so that a part of the electric current generated by the thermoelectric generator is able to supply, in addition, the charge of a capacitor, thermoelectric device of the invention is intended to be coated with a protective outer casing, said housing, so as to be positioned in a motor vehicle exhaust line so that the exhaust gas flowing in said line define said first fluid and / or in a motor vehicle recirculated exhaust gas circuit such that said recirculated exhaust gas flowing in said circuit defines said first fluid. The invention will be better understood, and other objects, details, features and advantages thereof will become more clearly apparent in the following detailed explanatory description of at least one embodiment of the invention given to As a purely illustrative and non-limiting example, with reference to the attached schematic drawing.
Sur ce dessin : - la figure 1 est une illustration schématique d’un exemple de réalisation d’un dispositif thermoélectrique selon l’invention, ledit dispositif étant représenté dans le sens longitudinal.In this drawing: - Figure 1 is a schematic illustration of an embodiment of a thermoelectric device according to the invention, said device being shown in the longitudinal direction.
Comme illustré sur la figure 1, l’invention concerne un dispositif thermoélectrique 10, comprenant un générateur thermoélectrique 12 susceptible de générer un courant électrique sous l’action d’un gradient de température au contact d’une source froide Fl d’une part, et d’une source chaude F2 d’autre part.As illustrated in FIG. 1, the invention relates to a thermoelectric device 10 comprising a thermoelectric generator 12 capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient in contact with a cold source F1 on the one hand, and a hot source F2 on the other hand.
La figure 1 illustre schématiquement, en effet, un générateur thermoélectrique 12, en particulier lorsqu’il est positionné dans une ligne d’échappement de véhicule automobile 14 et/ou dans un circuit de gaz d’échappement recirculés de véhicule automobile. Les gaz d’échappement dudit véhicule automobile sont utilisés, ici, comme source chaude F2 afin de générer un gradient de température avec la source froide Fl.FIG. 1 schematically illustrates, in effect, a thermoelectric generator 12, in particular when it is positioned in a motor vehicle exhaust line 14 and / or in a recirculated exhaust gas circuit of a motor vehicle. The exhaust gases of said motor vehicle are used here as hot source F2 to generate a temperature gradient with the cold source F1.
Ledit dispositif 10 comprend, en outre, une électrode 20. On entend par « électrode >>, un moyen électrique capable de charger de manière électrostatique des particules élémentaires, notamment des nanoparticules.Said device 10 further comprises an electrode 20. The term "electrode" means an electrical means capable of electrostatically charging elementary particles, in particular nanoparticles.
Selon l’invention, ledit dispositif 10 est configuré de manière à ce qu’une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique 10 soit apte à alimenter ladite électrode 20. Cela présente l’avantage d’utiliser localement l’énergie électrique générée par ledit générateur 12.According to the invention, said device 10 is configured so that a part of the electric current generated by the thermoelectric generator 10 is able to supply said electrode 20. This has the advantage of using locally the electrical energy generated by said generator 12.
Ladite électrode 20 est destinée à charger électriquement des particules toxiques d’un premier fluide de manière à agglomérer lesdites particules toxiques entre elles. Avantageusement, ledit premier fluide constitue ladite source chaude F2 ; dans l’exemple décrit ici, ledit premier fluide est formé par les gaz d’échappement. D’autre part, ladite source froide F1 est constituée par de l’air ambiant. Cela présente l’avantage d’éviter tout risque de court-circuit local, risque existant lorsque la source froide est, par exemple, sous forme liquide. Ici, cet air ambiant provient de l’air qui circule sous le plancher de la voiture, notamment car la ligne d’échappement 14 est ainsi conçue qu’elle se trouve à la proximité dudit plancher. L’air ambiant pourra aussi provenir d’un tout autre endroit, par exemple de l’extérieur de l’habitacle de la voiture ; cela dépend de l’architecture choisie pour ladite ligne d’échappement.Said electrode 20 is intended to electrically charge toxic particles of a first fluid so as to agglomerate said toxic particles together. Advantageously, said first fluid constitutes said hot source F2; in the example described here, said first fluid is formed by the exhaust gas. On the other hand, said cold source F1 is constituted by ambient air. This has the advantage of avoiding any risk of local short circuit, risk existing when the cold source is, for example, in liquid form. Here, this ambient air comes from the air flowing under the floor of the car, especially since the exhaust line 14 is so designed that it is close to said floor. The ambient air may also come from a different place, for example from outside the passenger compartment of the car; it depends on the architecture chosen for said exhaust line.
Il est à noter que le générateur électrique comprend une pluralité d’éléments thermoélectriques 30 susceptible de générer un courant électrique sous l’action d’un gradient de température exercé entre deux de leurs faces. Les éléments 30 sont, avantageusement, de forme parallélépipédique. Cela leur permet une intégration optimale au sein du générateur thermoélectrique 12 ; cela permet aussi un contact optimal avec une première et une seconde pluralité d’ailettes 32, 34 thermoconductrices, elles aussi prévues de forme parallélépipédique.It should be noted that the electrical generator comprises a plurality of thermoelectric elements 30 capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of their faces. The elements 30 are advantageously of parallelepipedal shape. This allows them optimal integration within the thermoelectric generator 12; this also allows an optimal contact with a first and a second plurality of thermally conductive fins 32, 34, also of parallelepipedal shape.
Il est à noter que de tels éléments 30 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 30 sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3).It should be noted that such elements 30 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 30 consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi2Te3).
Les éléments thermoélectriques 30 pourront être, pour une première partie, des éléments d’un premier type, dit P, permettant d’établir une différence de potentiel électrique dans un sens, dit positif, lorsqu’ils sont soumis à un gradient de température donné, et, pour l’autre partie, des éléments d’un second type, dit N, permettant la création d’une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu’ils sont soumis au même gradient de températureThe thermoelectric elements 30 may be, for a first part, elements of a first type, called P, making it possible to establish an electric potential difference in a direction, called positive, when they are subjected to a given temperature gradient , and, for the other part, elements of a second type, called N, allowing the creation of an electric potential difference in the opposite direction, called negative, when they are subjected to the same temperature gradient
Lesdits éléments thermoélectriques 30 présentent, par exemple, deux faces planes parallèles opposées, une première en contact avec la première pluralité d’ailettes 32 et une seconde, opposée, en contact avec la seconde pluralité d’ailettes 34.Said thermoelectric elements 30 have, for example, two opposite parallel flat faces, a first one in contact with the first plurality of fins 32 and an opposite second, in contact with the second plurality of fins 34.
La première pluralité d’ailettes 32 est destinée à faciliter les transferts thermiques entre la source chaude F2, ici les gaz d’échappement, et les éléments thermoélectriques 30, du moins avec la face qui est en contact avec lesdites ailettes 32. Ces ailettes 32 seront de préférence prévues métalliques. D’autre part, lesdites ailettes 32 sont configurées de manière à retenir, à leurs surfaces, les agglomérats de particules toxiques. Autrement dit, l’électrode 20, disposée avantageusement en amont du générateur 12 dans le sens de circulation des gaz d’échappement, charge électriquement ces particules, qui s’attirent entre elles. Elles forment alors des agglomérats de particules, agglomérats qui sont ensuite retenus à la surface desdites ailettes 32. Cela permet de dépolluer les gaz d’échappement, par filtration.The first plurality of fins 32 is intended to facilitate heat transfer between the hot source F2, here the exhaust gas, and the thermoelectric elements 30, at least with the face that is in contact with said fins 32. These fins 32 will preferably be provided metal. On the other hand, said fins 32 are configured to retain, on their surfaces, the agglomerates of toxic particles. In other words, the electrode 20, advantageously disposed upstream of the generator 12 in the direction of circulation of the exhaust gases, electrically charges these particles, which attract each other. They then form agglomerates of particles, agglomerates which are then retained on the surface of said fins 32. This makes it possible to depollute the exhaust gases by filtration.
Ainsi, le dispositif de l’invention utilise les gaz d’échappement comme source chaude F2 pour le générateur thermoélectrique 12, et, dans le même temps, permet sa dépollution en filtrant les particules toxiques qu’il contient, ceci avant son largage hors de la ligne d’échappement 14 (repère F2’ sur la figure 1 ).Thus, the device of the invention uses the exhaust gas as hot source F2 for the thermoelectric generator 12, and at the same time, allows its depollution by filtering the toxic particles that it contains, this before its release out of the exhaust line 14 (reference F2 'in Figure 1).
Il est à noter que le sens de circulation est représenté par des flèches sur la figure 1.It should be noted that the flow direction is represented by arrows in FIG.
La régénération du générateur thermoélectrique 12 de l’invention, consistant à nettoyer les ailettes 32 des agglomérats de particules, notamment par pyrolyse, est initiée, localement, par un arc électrique généré par un condensateur (non illustré ici). Il est à noter que la charge d’un tel condensateur est avantageusement assurée par le dispositif thermoélectrique 10 de l’invention.The regeneration of the thermoelectric generator 12 of the invention, consisting of cleaning the fins 32 of the particle agglomerates, in particular by pyrolysis, is initiated, locally, by an electric arc generated by a capacitor (not shown here). It should be noted that the charge of such a capacitor is advantageously provided by the thermoelectric device 10 of the invention.
Cela participe à l’autonomie du dispositif 10 de l’invention, qui génère du courant, participe à la dépollution des gaz d’échappement qu’il utilise comme source chaude, et alimente électriquement les éléments permettant sa propre régénération.This contributes to the autonomy of the device 10 of the invention, which generates current, participates in the depollution of the exhaust gas that it uses as a hot source, and electrically supplies the elements for its own regeneration.
Ainsi, le dispositif de l’invention 10 agit comme un filtre pour les gaz d’échappement, plus précisément comme un filtre à haute tension. C’est pourquoi il est avantageux que ledit dispositif soit le plus intégré et autonome possible, notamment car toute tension élevée, dans un véhicule automobile, doit rester locale. A titre d’exemple, la tension générée ici pourra être de l’ordre d’environ 3 000Thus, the device of the invention acts as a filter for the exhaust gases, more precisely as a high voltage filter. This is why it is advantageous for said device to be as integrated and autonomous as possible, in particular since any high voltage in a motor vehicle must remain local. For example, the voltage generated here may be of the order of about 3,000
Volts. D’autre part, un boitier 40 sera avantageusement placé autour du générateur thermoélectrique 12 pour guider la source chaude F2. Ledit boitier 60 servira aussi d’enveloppe externe protectrice, notamment de manière à permettre le positionnement dudit générateur 12 dans la ligne d’échappement 14 du véhicule automobile et/ou dans un circuit de gaz d’échappement recirculés du véhicule automobile (circuit non illustré ici).Volts. On the other hand, a housing 40 will advantageously be placed around the thermoelectric generator 12 to guide the hot source F2. Said housing 60 will also serve as a protective outer casing, in particular to allow the positioning of said generator 12 in the exhaust line 14 of the motor vehicle and / or in a recirculated exhaust gas circuit of the motor vehicle (circuit not shown). right here).
Il est à noter que la pluralité d’éléments thermoélectriques 30 est en contact avec la source froide, l’air ambiant, via la seconde pluralité d’ailettes thermoconductrices 34. Ces ailettes 34 seront de préférence métalliques. Elles seront avantageusement montées sur le boitier 40. A titre d’exemple, la source chaude F2 aura une température de plusieurs centaines de degrés, par exemple environ 700 °C, tandis que la source froide Fl aura une température de quelques dizaines de degrés, tout en étant inférieure à, environ, 60°C.It should be noted that the plurality of thermoelectric elements 30 are in contact with the cold source, the ambient air, via the second plurality of thermally conductive fins 34. These fins 34 are preferably metallic. They will advantageously be mounted on the case 40. By way of example, the hot source F2 will have a temperature of several hundred degrees, for example about 700 ° C., whereas the cold source F1 will have a temperature of a few tens of degrees, while being less than about 60 ° C.
Il est à noter aussi que des variantes de réalisation sont bien sûr possibles. Notamment, dans un exemple de réalisation supplémentaire (non illustré), une telle électrode 20 de dépollution est configurée pour être positionné dans un échangeur de chaleur, ceci en faisant abstraction des éléments thermoélectriques insérés, ici, dans le boitier.It should also be noted that variant embodiments are of course possible. In particular, in a further embodiment (not shown), such a depollution electrode 20 is configured to be positioned in a heat exchanger, this ignoring the thermoelectric elements inserted here in the housing.
Claims (12)
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