FR3117676A1 - Module thermoélectrique, échangeur thermique et procédé de fabrication associé - Google Patents
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Abstract
Module thermoélectrique et échangeur thermique associé
La présente invention concerne un module thermoélectrique (1) comprenant :- une première (3a) et une deuxième (3b) couches supports en matériau polymère,- un premier (5a) et un deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices disposées respectivement sur la première (4a) et la deuxième (4b) couches supports,- un ensemble de plots thermoélectriques (7) en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier (5a) et le deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices,dans lequel les ensembles de pistes (5a, 5b) sont configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques (7) avec une alternance de plots de type P et de type N,
dans lequel la première et la deuxième couches supports (3a, 3b) comprennent une pluralité de sous-couches, l’une au moins des sous-couches étant chargée avec des particules conductrices thermiquement et l’une au moins des sous-couches étant dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces des couches supports.
Description
La présente invention concerne le domaine des modules thermoélectriques comprenant des éléments thermoélectriques permettant notamment de créer un gradient de température entre deux de leurs faces opposées lorsqu’ils sont alimentés par un courant électrique selon le phénomène connu sous le nom d’effet Peltier.
De tels modules thermoélectriques peuvent être utilisés dans de nombreuses applications et notamment dans des dispositifs de régulation thermique de véhicules automobiles pour améliorer le confort des passagers en produisant une adaptation rapide de la température de l’habitacle.
Pour cela, les modules thermoélectriques de l’état de la technique comprennent généralement des substrats en céramique sur lesquels sont déposées des pistes métalliques. Des plots thermoélectriques sont alors brasés sur les pistes métalliques.
Cependant, les substrats céramiques doivent avoir des propriétés électriques isolantes et thermiques conductrices. Un exemple d’une telle céramique est le nitrure d’aluminium (AlN) mais ces céramiques sont très coûteuses.
La présente invention vise donc à résoudre au moins partiellement les problèmes de l’état de la technique et à proposer une solution pour réduire les coûts de fabrication des modules thermoélectriques et faciliter leur procédé de fabrication notamment pour une utilisation dans un échangeur thermique.
A cet effet, la présente invention concerne un module thermoélectrique comprenant :
- une première et une deuxième couches supports en matériau polymère,
- un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices disposées respectivement sur la première et la deuxième couches supports,
- un ensemble de plots thermoélectriques en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices,
dans lequel les ensembles de pistes sont configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques avec une alternance de plots de type P et de type N,
dans lequel la première et la deuxième couches supports comprennent une pluralité de sous-couches, l’une au moins des sous-couches étant chargée avec des particules conductrices thermiquement et l’une au moins des sous-couches étant dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces de la première et de la deuxième couches supports.
- une première et une deuxième couches supports en matériau polymère,
- un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices disposées respectivement sur la première et la deuxième couches supports,
- un ensemble de plots thermoélectriques en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices,
dans lequel les ensembles de pistes sont configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques avec une alternance de plots de type P et de type N,
dans lequel la première et la deuxième couches supports comprennent une pluralité de sous-couches, l’une au moins des sous-couches étant chargée avec des particules conductrices thermiquement et l’une au moins des sous-couches étant dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces de la première et de la deuxième couches supports.
L’utilisation de couches supports réalisées en matériau polymère chargé en particules conductrices thermiquement et comprenant au moins une couche dépourvue de particules conductrices thermiquement permet d’obtenir des couches supports ayant un coût réduit tout en permettant un transfert thermique entre les faces des couches supports et en évitant de former un court-circuit électrique entre différentes pistes métalliques déposées sur la face interne des couches supports. Cela permet de se passer de substrats céramiques coûteux.
Selon un aspect de la présente invention, les particules conductrices thermiquement sont des particules de carbone, de graphène ou de graphite.
Selon un autre aspect de la présente invention, les particules conductrices thermiquement sont orientées selon l’épaisseur des couches supports de manière à favoriser le transfert thermique entre les faces des couches supports. L’orientation est obtenue par l’application d’un champ magnétique lors de la fabrication des couches supports et notamment au moment de leur polymérisation.
Selon un autre aspect de la présente invention, les première et deuxième couches supports sont réalisées en résine époxy ou toute autre résine polymère.
Selon un autre aspect de la présente invention, les pistes métalliques conductrices sont réalisées en cuivre.
L’invention concerne également un échangeur thermique comprenant :
- un module thermoélectrique tel que décrit précédemment,
- un premier conduit en contact avec la première couche support du module thermoélectrique et configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur,
- un deuxième conduit en contact avec la deuxième couche support du module thermoélectrique et configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur.
- un module thermoélectrique tel que décrit précédemment,
- un premier conduit en contact avec la première couche support du module thermoélectrique et configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur,
- un deuxième conduit en contact avec la deuxième couche support du module thermoélectrique et configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur.
Selon un autre aspect de la présente invention, le premier conduit est formé par un tube configuré pour recevoir un liquide de refroidissement.
Selon un autre aspect de la présente invention, des ailettes métalliques sont fixées sur la deuxième couche support et un capot est configuré pour venir se fixer sur le module thermoélectrique pour former le deuxième conduit, ledit deuxième conduit étant configuré pour recevoir un gaz, notamment de l’air.
Selon un autre aspect de la présente invention, les ailettes métalliques sont collées ou brasées sur la deuxième couche support et le capot est clipsé ou collé ou vissé sur le module thermoélectrique.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un module thermoélectrique comprenant les étapes suivantes :
- une étape de fabrication d’une première et une deuxième couches supports en matériau polymère,
- une étape de gravure d’un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices respectivement sur la première et la deuxième couches supports,
- une étape de fixation, notamment par brasage, d’un ensemble de plots thermoélectriques en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices, les ensembles de pistes étant configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques avec une alternance de plots de type P et de type N,
dans lequel l’étape de fabrication d’une première et une deuxième couches supports en matériau polymère comprend la formation d’au moins une sous-couche chargée en particules conductrices thermiquement et d’au moins une sous-couche dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces de la première et de la deuxième couches supports.
- une étape de fabrication d’une première et une deuxième couches supports en matériau polymère,
- une étape de gravure d’un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices respectivement sur la première et la deuxième couches supports,
- une étape de fixation, notamment par brasage, d’un ensemble de plots thermoélectriques en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices, les ensembles de pistes étant configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques avec une alternance de plots de type P et de type N,
dans lequel l’étape de fabrication d’une première et une deuxième couches supports en matériau polymère comprend la formation d’au moins une sous-couche chargée en particules conductrices thermiquement et d’au moins une sous-couche dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces de la première et de la deuxième couches supports.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références.
Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations.
Dans la description, certains éléments peuvent être indexés, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et de telles dénominations peuvent être aisément interchangées sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps.
La présente invention concerne un module thermoélectrique. La représente une vue schématique latérale d’une portion d’un tel module thermoélectrique 1. Le module thermoélectrique 1 comprend une première et une deuxième couches supports notées 3a et 3b qui peuvent être identiques, c’est-à-dire réalisées par le même procédé de fabrication et ayant la même composition et les mêmes dimensions.
Les couches supports 3a, 3b comprennent au moins une première sous-couche 31 chargée avec des particules conductrices thermiquement et une deuxième sous-couche 32 en matériau isolant électrique. La matrice de la première sous-couche 31 et le matériau de la deuxième sous-couche 32 peuvent être les mêmes et sont un matériau polymère, par exemple une résine époxy ou toute autre résine polymère. Ce matériau est par exemple le matériau utilisé pour la fabrication des circuits imprimés. Un tel matériau a un coût de revient réduit.
Les particules conductrices thermiquement de la première sous-couche 31 peuvent être des particules de carbone, de graphène ou de graphite. De plus, leur concentration peut être ajustée en fonction de la conductivité thermique recherchée. Cette concentration peut être très faible pour certains matériaux comme le graphène (quelques pourcents voire inférieure à 1 %) et relativement élevée pour d’autres matériaux (jusqu’à 70-80%)
De plus, les particules de la première sous-couche 31 peuvent être orientées selon l’épaisseur de la couche support 3a, 3b de manière à améliorer le transfert thermique entre les deux faces de la couche support 3a, 3b. Cette orientation des particules est réalisée lors de la fabrication des couches supports 3a, 3b qui sera décrite plus en détail dans la suite de la description en appliquant un champ magnétique lorsque la matrice est à l’état liquide jusqu’à la polymérisation qui permet de figer la direction des particules dans la direction correspondant au champ magnétique appliqué. Cette orientation des particules conductrices thermiquement permet de favoriser le transfert thermique dans une direction voulue, ici selon l’épaisseur de la couche support 3a, 3b, de manière à favoriser le transfert thermique entre les deux faces de la couche support 3a, 3b.
La deuxième sous-couche 32 est dépourvue de particules conductrices thermiquement (qui sont également conductrices électriquement) et est positionné sur une face interne des couches supports 3a, 3b destinée à recevoir un ensemble de pistes métalliques 5a, 5b (qui seront décrites par la suite) ce qui permet d’obtenir une isolation électrique entre les deux faces des couches supports 3a, 3b ainsi qu’entre deux points distants de la face interne sur laquelle sont déposées deux pistes métalliques distinctes (dans le cas de la , il convient d’éviter un court circuit entre la piste métallique 5b de gauche et la piste métallique 5b de droite). Cette deuxième sous-couche 32 peut avoir une épaisseur réduite , par exemple une épaisseur comprise entre 10μm et 50μm, notamment 35μm mais des épaisseurs plus importantes (quelques millimètres peuvent également être utilisées en fonction du pouvoir isolant du matériau et de l’isolation recherchée) . Dans l’exemple de la , la deuxième sous-couche 32 couvre toute la face interne de la couche support 3a, 3b mais il est également envisageable de disposer la deuxième sous-couche différemment, par exemple seulement aux emplacements destinés à recevoir les pistes métalliques conductrices 5a, 5b ou tout autre positionnement permettant d’éviter un court-circuit entre deux pistes métalliques distinctes.
Dans l’exemple présenté sur la , les couches supports 3a, 3b comprennent deux sous-couches 31, 32 mais un nombre de sous-couches plus élevé peut également être utilisé. De plus, les sous-couches 31, 32 peuvent être réalisées par un procédé de fabrication additive dans lequel les sous-couches 31, 32 comprennent une pluralité de micro-couches. Un tel procédé de fabrication sera présenté dans la suite de la description.
Le module thermoélectrique 1 comprend également un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices notés 5a et 5b disposées respectivement sur la première et la deuxième couches support 3a, 3b. Ces ensembles de pistes métalliques 5a, 5b sont par exemple réalisés en cuivre. Un traitement de surface peut également être appliqué sur le dépôt de cuivre, par exemple un dépôt de nickel (d’environ 7μm par exemple) par voie autocatalytique puis un dépôt par immersion d’une très fine couche d’or aussi appelée procédé « electroless Nickel/immersion gold (ENIG) » en anglais ou par étamage par nivelage à air chaud aussi appelé « hot air solder leveling (HASL) en anglais (d’une couche d’environ 10μm par exemple) ou par étain chimique aussi appelé « tin immersion » en anglais.
Le module thermoélectrique 1 comprend également un ensemble de plots thermoélectriques 7 disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices 5a, 5b. Les plots thermoélectriques 7 sont par exemple fixés sur les pistes métalliques conductrices 5a, 5b par brasage. Une couche de pâte à braser 6 peut être déposée localement sur les pistes métalliques aux emplacements destinés à recevoir les plots thermoélectriques 7.
Certains plots thermoélectriques 7 nommés plots de type P sont réalisés en matériau semi-conducteur de type P et d’autres plots thermoélectriques 7 nommés plots de type N sont réalisés en matériau semi-conducteur de type N.
Les ensembles de pistes métalliques conductrices 5a, 5b sont configurés pour relier en série l’ensemble des plots thermoélectriques 7 avec une alternance de plots de type P et de type N. Le nombre de plots de type P est par exemple égal au nombre de plots de type N. Des câbles électriques reliés à une source de courant peuvent être connectés aux pistes métalliques conductrices 5a, 5b pour permettre l’alimentation du module thermoélectrique 1. Ces câbles électriques peuvent être soudés sur les pistes métalliques 5a, 5b.
Ainsi, l’utilisation de couches supports 3a, 3b comprenant au moins une première sous-couche 31 en matériau polymère chargée en particules conductrices thermiquement et au moins une deuxième sous-couche 32 dépourvue de particules conductrices permet d’obtenir un transfert thermique à travers les couches supports 3a, 3b en matériau polymère tout en évitant les courts-circuits entre les pistes électriques conductrices 5a, 5b déposées sur l’une des deuxième sous-couches 32 et permet ainsi de se passer de substrats céramiques et d’obtenir un module thermoélectrique 1 ayant un coût réduit.
De tels modules thermoélectriques 1 peuvent être utilisés dans de nombreuses applications pour permettre notamment un contrôle thermique rapide, par exemple au niveau d’un équipement électronique tel qu’un microprocesseur pour contrôler sa température et limiter son échauffement, au sein d’un conduit pour contrôler la température de l’air circulant dans le conduit, par exemple un conduit de ventilation d’un véhicule automobile, dans un siège pour fournir un siège chauffant, au niveau d’un support de gobelet ou canette (aussi appelé « cupholder » en anglais) pour réguler la température d’un liquide à l’intérieur du gobelet ou de la canette.
La présente invention concerne également un échangeur thermique 20 comme représenté sur la . L’échangeur thermique 20 comprend au moins un module thermoélectrique 1 tel que décrit précédemment, un premier conduit 21a en contact avec la première couche support 3a et un deuxième conduit 21b en contact avec la deuxième couche support 3b du module thermoélectrique 1.
Le premier conduit 21a est configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur, par exemple un liquide de refroidissement. Le premier conduit 21a est par exemple formé par un tube 22, notamment en aluminium, qui peut être collé sur la première couche support 3a.
Le deuxième conduit 21b est par exemple formé par un capot 23 qui vient se fixer par verrouillage mécanique, par exemple par encliquetage sur le module thermoélectrique 1 ou sur le tube 22 du premier conduit 21a. Alternativement, le capot 23 peut être fixé par collage, par soudage ou par vissage. Le capot 23 peut être un capot métallique ou en matériau polymère. Le deuxième conduit 21b est par exemple configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur, notamment de l’air dont la température doit être ajustée de sorte que l’étanchéité totale du conduit 21b n’est pas nécessairement requise. Le deuxième conduit 21b peut comprendre des ailettes 25 de déviation du flux d’air afin de maximiser les échanges thermiques entre l’air circulant dans le deuxième conduit 21b et le module thermoélectrique 1. Les ailettes 25 peuvent être réalisées en métal, notamment en aluminium. Les ailettes 25 peuvent être fixées sur la face externe de la deuxième couche support 3b, notamment par collage ou par brasage.
Le deuxième conduit 21b peut correspondre à un conduit d’aération d’un véhicule automobile dont on veut contrôler la température de l’air, le premier conduit 21a étant alors configuré pour recevoir un liquide de refroidissement, par exemple de l’eau glycolée, pour évacuer la chaleur lorsque l’on veut refroidir la température de l’air du deuxième conduit 21b. Dans ce cas, la température de l’eau glycolée est par exemple comprise entre 0°C et 40°C, de préférence entre 0°C et 10°C avec un débit compris entre 1L/h et 15L/h.
Il est également à noter que le module thermoélectrique 1 peut être utilisé aussi bien pour réchauffer que pour refroidir l’air du deuxième conduit 21b. Pour cela, la valeur (positive ou négative) du courant transmis au module thermoélectrique 1 peut être ajustée, par exemple par un circuit de commande et d’alimentation du véhicule automobile. De plus, en mode chauffage, la circulation du liquide de refroidissement dans le premier conduit 21a peut être stoppée.
D’autres combinaisons de fluides caloporteurs peuvent être utilisées dans le premier 21a et le deuxième 21b conduits comme par exemple deux gaz ou deux liquides. Différentes configurations de conduits 21a, 21b peuvent ainsi être envisagées.
Un tel échangeur thermique 20 permet notamment du fait des matériaux utilisés d’avoir un coût limité. De plus, l’utilisation de couches supports 3a, 3b chargées en particules conductrices thermiquement permet de transférer efficacement la chaleur entre les plots thermoélectriques 7 et les conduits 21a, 21b.
Le procédé de fabrication d’un module thermoélectrique 1 tel que décrit précédemment va maintenant être décrit à partir de l’organigramme de la .
La première étape 101 concerne une étape de fabrication d’une première couche support 3a et d’une deuxième couche support 3b. Ces couches supports 3a, 3b sont réalisées à partir d’un matériau polymère et comprennent au moins deux sous-couches 31, 32. Les différentes sous-couches 31, 32 peuvent être obtenues par injection ou par déposition et selon un procédé de fabrication additive dans lequel les différentes sous-couches 31, 32 sont obtenues par la superposition de micro-couches qui sont déposées et polymérisées les unes après les autres.
Ainsi, l’étape 101 peut comprendre une pluralité de sous-étapes associées à la fabrication d’une micro-couche. Certaines de ces micro-couches sont chargées en particules conductrices thermiquement telles que des particules de carbone, graphite ou graphène.
Les différentes sous-étapes vont être décrites à partir des figures 4 à 11.
La première sous-étape 1001 concerne le dépôt ou l’injection d’une première micro-couche 301 chargée en particules conductrices thermiquement dans un moule 50. La micro-couche 301 est par exemple formée d’une matrice en matériau polymère, par exemple de l’époxy sous une forme liquide dans laquelle des particules conductrices thermiquement ont été ajoutées, par exemple via une étape préliminaire de mixage.
La deuxième sous-étape 1002 est une étape facultative et concerne l’application d’un champ magnétique dont la direction est représentée par les flèches 40 sur la . L’application d’un champ magnétique permet d’orienter les particules conductrices thermiquement, par exemple des particules de carbone, graphite ou graphène dans la direction d’un champ magnétique appliqué. Le champ magnétique est par exemple obtenu grâce à des électro-aimants 52. La direction d’application du champ magnétique et donc des particules conductrices thermiquement permet de favoriser le transfert thermique dans une direction donnée. Dans le cas présent, il convient de favoriser le transfert thermique entre les deux faces de la couche support de sorte que le champ magnétique est appliqué selon une direction correspondant à l’épaisseur de la couche support 3a, 3b, c’est à dire dans une direction perpendiculaire aux faces de la couche support (ici les faces de la micro-couche 301).
La troisième sous-étape 1003 concerne le durcissement ou polymérisation de la micro-couche 301. Cette polymérisation est par exemple obtenue en appliquant un rayonnement ultra-violet 42 sur la micro-couche 301 comme représenté sur la . Le rayonnement UV est par exemple obtenu par des lampes UV 44. Le champ magnétique 40 de la sous-étape 1002 peut également être appliqué lors de cette sous-étape 1003 pour garantir que les particules gardent leur orientation jusqu’à la polymérisation qui permet de figer cette orientation.
Une fois la micro-couche 301 obtenue, les autres micro-couches 302...306 peuvent être obtenues en appliquant à nouveau les sous-étapes 1001 à 1003 pour réaliser la fabrication additive. Les figures 7 à 9 représentent les différentes étapes pour obtenir la deuxième micro-couche 302.
De plus, pour au moins l’une des micro-couches 301...306 , ici la dernière micro-couche 306, de l’époxy ou toute autre résine polymère dépourvue de particules conductrices thermiquement est injectée ou déposée puis durcie via l’application d’un rayonnement UV de manière à obtenir une sous-couche 32 isolante électriquement comme représenté sur la .
La répétition des sous-étapes 1001 à 1003 conduit à l’obtention d’une couche support 3a telle que représentée sur la . De la même manière une deuxième couche support 3b identique à la couche support 3a peut être obtenue par le même procédé à l’issue de l’étape 101.
La deuxième étape 102 concerne le dépôt d’un ensemble de pistes métalliques conductrices 5a, 5b sur les couches supports 3a, 3b respectives. Les pistes métalliques conductrices 5a, 5b sont par exemple en cuivre et le procédé de déposition peut être le même que pour les circuits imprimés. La représente un exemple d’une couche support 3a sur laquelle est déposé un ensemble de pistes métalliques 5a.
La troisième étape 103 concerne la fixation des plots thermoélectriques 7 sur les pistes métalliques conductrices 5a, 5b de la première et de la deuxième couches supports 3a, 3b comme représenté sur la . La fixation est par exemple réalisée par brasage. De la pâte à braser 6 est par exemple disposée aux emplacements destinés à recevoir les plots thermoélectriques 7 puis les plots thermoélectriques 7 sont positionnés sur la pâte à braser 6 puis fixés par un recuit de brasage.
La quatrième étape 104 concerne la fixation de fils d’alimentation sur les pistes métalliques conductrices 5a, 5b, par exemple deux fils d’alimentation reliées à une première et une deuxième extrémités de la mise en série de plots thermoélectriques 7 de manière à fournir un courant à l’ensemble des plots thermoélectriques 7 reliés en série. Cette fixation est par exemple réalisée par soudage.
Un tel procédé de fabrication permet d’obtenir un module thermoélectrique 1 dont les couches supports 3a, 3b permettent un transfert thermique efficace entre les plots thermoélectriques 7 et leur face extérieure, c’est-à-dire la face opposée aux plots thermoélectriques 7, pour un coût de revient réduit.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un échangeur thermique 20 tel que représenté sur la .
L’organigramme de la représente les différentes étapes de fabrication d’un tel échangeur thermique.
Les étapes 101 à 104 sont similaires aux étapes de fabrication du module thermoélectrique 1 décrites précédemment.
La cinquième étape 105 concerne la formation d’un premier conduit 21a. Le premier conduit 21a peut être formé par un tube 22 qui est fixé sur la première couche support 3a par exemple par collage. Le tube 22 est par exemple réalisé en aluminium.
La sixième étape 106 concerne la formation d’un deuxième conduit 21b qui est par exemple réalisé par un capot 23 qui vient se fixer sur le tube 22 formant le premier conduit 21a ou sur le module thermoélectrique 1. La fixation est par exemple réalisée par encliquetage, collage ou vissage. Le capot 23 peut être réalisé en aluminium ou en matériau polymère.
Un tel procédé de fabrication permet, de par sa simplicité, une fabrication en grande série d’échangeurs thermiques avec un coût de fabrication réduit du fait des matériaux utilisés, notamment pour les couches supports 3a, 3b.
Claims (10)
- Module thermoélectrique (1) comprenant :
- une première (3a) et une deuxième (3b) couches supports en matériau polymère,
- un premier (5a) et un deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices disposées respectivement sur la première (4a) et la deuxième (4b) couches supports,
- un ensemble de plots thermoélectriques (7) en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier (5a) et le deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices,
dans lequel les ensembles de pistes (5a, 5b) sont configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques (7) avec une alternance de plots de type P et de type N,
caractérisé en ce que la première et la deuxième couches supports (3a, 3b) comprennent une pluralité de sous-couches (301...306), l’une au moins des sous-couches (301...305) étant chargée avec des particules conductrices thermiquement et l’une au moins des sous-couches (306) étant dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces de la première (3a) et de la deuxième (3b) couches supports. - Module thermoélectrique (1) selon la revendication 1 dans lequel les particules conductrices thermiquement sont des particules de carbone, de graphène ou de graphite.
- Module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les particules conductrices thermiquement sont orientées selon l’épaisseur des couches supports (3a, 3b) de manière à favoriser le transfert thermique entre les faces des couches supports (3a, 3b).
- Module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les première et deuxième couches supports (3a, 3b) sont réalisées en résine époxy ou toute autre résine polymère.
- Module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les pistes métalliques conductrices (5a, 5b) sont réalisées en cuivre.
- Echangeur thermique (20) comprenant :
- un module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications précédentes,
- un premier conduit (21a) en contact avec la première couche support (3a) du module thermoélectrique (1) et configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur,
- un deuxième conduit (21b) en contact avec la deuxième couche support (3b) du module thermoélectrique (1) et configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur. - Echangeur thermique (20) selon la revendication précédente dans lequel le premier conduit (21a) est formé par un tube (22) configuré pour recevoir un liquide de refroidissement.
- Echangeur thermique (20) selon la revendication 12 ou 13 dans lequel des ailettes métalliques (25) sont fixées sur la deuxième couche support (3b) et un capot (23) est configuré pour venir se fixer sur le module thermoélectrique (1) pour former le deuxième conduit (21b), ledit deuxième conduit (21b) étant configuré pour recevoir un gaz, notamment de l’air.
- Echangeur thermique (20) selon la revendication précédente dans lequel les ailettes métalliques (15) sont collées ou brasées sur la deuxième couche support (3b) et dans lequel le capot (23) est clipsé ou collé ou vissé sur le module thermoélectrique (1).
- Procédé de fabrication d’un module thermoélectrique (1) comprenant les étapes suivantes :
- une étape (101) de fabrication d’une première (3a) et une deuxième (3b) couches supports en matériau polymère,
- une étape (102) de gravure d’un premier (5a) et un deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices respectivement sur la première (4a) et la deuxième (4b) couches supports,
- une étape (103) de fixation, notamment par brasage, d’un ensemble de plots thermoélectriques (7) en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier (5a) et le deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices, les ensembles de pistes (5a, 5b) étant configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques (7) avec une alternance de plots de type P et de type N,
caractérisé en ce que l’étape de fabrication d’une première (3a) et une deuxième (3b) couches supports en matériau polymère comprend la formation d’au moins une sous-couche (301...305) chargée en particules conductrices thermiquement et d’au moins une sous-couche (306) dépourvue de particules conductrices thermiquement de manière à éviter une conduction électrique entre les faces de la première et de la deuxième couches supports (3a, 3b).
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