WO2012131012A1 - Ensemble et dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile - Google Patents

Ensemble et dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile Download PDF

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WO2012131012A1
WO2012131012A1 PCT/EP2012/055743 EP2012055743W WO2012131012A1 WO 2012131012 A1 WO2012131012 A1 WO 2012131012A1 EP 2012055743 W EP2012055743 W EP 2012055743W WO 2012131012 A1 WO2012131012 A1 WO 2012131012A1
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WO
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tubes
fluid
assembly
circulation
elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/055743
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Inventor
Gérard Gille
Patrick Boisselle
Véronique MONNET
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the heat-exchanging means at the junction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • thermoelectric device in particular for generating an electric current in a motor vehicle
  • the present invention relates to an assembly of a plurality of fluid circulation tubes and a plurality of elements, said electrical thermo, for creating an electric current from a temperature gradient. It also relates to a thermoelectric device, in particular for generating an electric current in a motor vehicle, comprising such assemblies.
  • thermoelectric devices using so-called electric thermo elements, for generating an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
  • These devices comprise a stack of first tubes, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and second tubes, intended for the circulation of a heat transfer fluid of a cooling circuit.
  • the electrical thermo elements are sandwiched between the tubes so as to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the cold cooling fluid.
  • Such devices are particularly interesting because they make it possible to produce electricity from a conversion of the heat coming from the exhaust gases of the engine. They thus offer the possibility of reducing the fuel consumption of the vehicle by replacing, at least partially, the alternator usually provided therein to generate electricity from a belt driven by the engine crankshaft. .
  • a constraint encountered with the known devices is that they require that a very good contact is ensured between the electrical thermo elements and the tubes so as to ensure a satisfactory conduction between them. It is thus necessary to have tubes having perfect flatness and excellent surface condition impacting the cost of the device.
  • a first solution consisting of reinforcing the contact with external tie rods exerting a compressive force on the stack of tubes.
  • This solution requires the use of tubes that do not risk crashing on themselves as a result of this effort, leading to overconsumption of material.
  • the quality of the contact assured is also insufficient, particularly because of the disparity in size of the thermoelectric elements.
  • the aim of the invention is to improve the situation by proposing a set of a plurality of tubes for circulating a fluid, extending parallel to each other, and a plurality of elements, referred to as electric thermo, which make it possible to create an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces, said contact face, said electric thermoelectric elements being distributed over said plurality of tubes with which they are in contact by one of their contact face, said assembly being configured to allow the introduction of circulation tubes of another fluid, intended to be in contact with said thermoelectric elements by the other of their contact face and to present a secant extension direction to the direction of extension of the fluid circulation tubes of said assembly.
  • the contact surfaces are segmented with respect to the electric thermoelectric elements and it is easier to take into account the these latter. It is also possible to exercise a compressive force of the thermoelectric elements on the tubes better distributed. According to different embodiments of the invention, taken together or separately:
  • thermoelectric elements are distributed in groups distant from one another in said direction of extension of the circulation tubes of said assembly,
  • said direction of extension of said circulation tubes of the other fluid is a direction orthogonal to the direction of extension of the circulation tubes of said assembly
  • circulation tubes of said assembly are spaced from each other in a direction orthogonal to their direction of extension
  • said circulation tubes of said assembly have a plurality of fluid circulation channels
  • the circulation tubes of said assembly are provided with tracks for conduction of the current generated by said electric thermoelectric elements
  • said assembly further comprises a collecting plate connecting one end of said circulation tubes of said assembly, in particular for the assemblies comprising a plurality of tubes intended to allow the circulation of the fluid of the highest temperature,
  • said assembly further comprises a manifold in fluid communication with one end of said circulation tubes of said assembly, in particular for the assemblies comprising a plurality of tubes intended to allow the circulation of the fluid of the lowest temperature,
  • said circulation tubes of said assembly are provided capable of permitting an exhaust gas circulation and the number of circulation tubes of said assembly is between three and five,
  • thermoelectric device comprising one or more sets of a plurality of circulation tubes.
  • a first fluid said to be hot
  • a plurality of electric thermoelectric elements as described above, alternating in a so-called stacking direction with sets of a plurality of circulation tubes of a second fluid, said cold, having a temperature lower than that of the hot fluid, and a plurality of electric thermo elements, also as described above, the extension direction of the cold fluid circulation tubes being intersecting, in particular orthogonal to the direction of extension of the hot fluid circulation tubes, so as to define intersecting areas of the tubes at which said electric thermoelectric elements are provided, said thermoelectric elements of one of said sets being in contact with the tubes from a neighboring set.
  • the tubes of said sets have two opposite faces and the electric thermo elements of a set of said sets are in contact with one of the faces of the tubes of said set, the electric thermo elements of a neighboring set being in contact with the other side of said tubes.
  • the device comprises means for compressing the tubes towards each other in said stacking direction.
  • the compression means comprise clamping rods, oriented in the stacking direction,
  • the circulation tubes of the first fluid and the circulation tubes of the second fluid are configured, for example, to leave passages for said clamping rods between said intersection zones.
  • the cold fluid flow tubes are serpentine-connected from an assembly comprising said cold fluid flow tubes to an assembly including said adjacent cold fluid flow tubes.
  • the device comprises a manifold in fluid communication with the hot fluid circulation tubes, at one of their ends.
  • FIG. 1 illustrates in perspective two exemplary embodiments of an assembly according to the invention, superimposed on one another
  • FIG. 2 illustrates in perspective a first exemplary embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3 is a view along a section plane orthogonal to the direction of extension of the cold fluid circulation tubes of the device of FIG. 2,
  • FIG. 4 illustrates in perspective another embodiment of a device according to the invention.
  • the invention firstly relates to an assembly of a plurality of tubes 1, 2 for circulating a fluid, extending parallel to each other.
  • a plurality of tubes 1 for circulation of a fluid, said to be hot and a plurality of tubes 2 for the circulation of a fluid, said to be cold, of temperature lower than the temperature of the hot fluid, which belong to respectively to a first and a second sets, according to the invention, superimposed.
  • the circulation tubes 1 of the first set are intended to allow the circulation of exhaust gas and are three in number to five, here four, while the circulation tubes 2 of the second set are intended to allow the circulation of a cooling fluid and are five in number to ten, here eight.
  • Said assemblies also comprise a plurality of elements 3, termed electrical thermo, making it possible to create an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces 4a, 4b, called the contact face (in FIG. the thermoelectric elements of the assembly provided with the plurality of circulation tubes 1 is visible).
  • substantially parallelepiped shaped elements generating an electric current, according to the Seebeck effect.
  • Such elements allow the creation of an electric current in a load connected between said contact faces 4a, 4b.
  • such elements consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3).
  • thermoelectric elements may be, for a first part, elements 3p of a first type, said P, for establishing a difference in electric potential in a direction, said positive, when they are subjected to a temperature gradient given, and, for the other part, elements 3n 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 temperature gradient .
  • thermoelectric elements 3 are distributed over said plurality of tubes 1 with which they are in contact by one of their contact face 4b.
  • Said assembly is configured to allow the introduction of circulation tubes of another fluid, intended to be in contact with said thermoelectric elements 3 by the other 4a of their contact face and to present a direction of secant extension, particularly orthogonal, to the direction of extension of the fluid circulation tubes of said assembly.
  • said circulation tubes of the other fluid are not shown but could have a configuration identical to the circulation tubes 2 of the second set so as to be superimposed in the same way on the circulation tubes 1 of the first set . It is thus possible to establish a temperature gradient between the thermoelectric elements 3 in contact, on the one hand, the circulation tubes 1 of the first set and the circulation tubes of the other fluid.
  • Subdividing the flow of fluids into a plurality of tubes in the same assembly makes it possible to have more satisfactory surface-state tubes than in the case of larger tubes. It also allows, as further developed, according to an exemplary embodiment of the invention, to be able to exert a compressive force on the tubes which is closer to the areas to be compressed to ensure good contact with the electric thermo elements 3 .
  • the tubes 1, 2 are, for example, provided with tracks, not shown, for the conduction of the current generated by said electric thermo elements. More specifically, they may be coated with a layer of electrically insulating material 35 and thermally conductive, for example ceramic, on which are provided said tracks, in particular provided copper. Said tracks connect in series and / or in parallel, the electric thermo elements 3 arranged on the tubes. All or part of the elements of the same type P or N of a tube 1, 2 may be grouped to be connected in parallel while an element or group of P type elements of a tube will be connected in series with a element or group of N-type elements of the same tube or other tube. In other words, different configurations of electrical circuits can be provided on the surface of the tubes 1, 2.
  • thermoelectric elements 3 are distributed, for example, by group 4 spaced apart from each other in said direction of extension of the tubes 1, 2 of circulation of said sets.
  • remote is meant that the distance between two adjacent thermoelectric elements of the same group 4 is much less than the distance between two neighboring groups 4.
  • the electric thermo elements are here grouped by four.
  • Said circulation tubes 1, 2 have, for example, a flattened section in an elongation direction, orthogonal to the direction of extension of the tubes. As the interest will appear below, said tubes 1, 2 of the same set are spaced from each other in said direction of elongation.
  • Said circulation tubes 1, 2 are, for example, flat tubes. This means that they have two large parallel faces connected by short sides. Said pluralities of tube 1, 2 also extend in planes parallel to said large faces.
  • said tubes have, for example, a multiplicity of channels 5.
  • said tubes 2 consist for example of aluminum and / or of aluminum alloy. They are, in particular, extruded. Their channels can be of round section.
  • said tubes 2 consist, in particular, of stainless steel. They are formed, for example, by profiling, welding and / or brazing.
  • the channels 5 of fluid passage are separated, in particular, by partitions 6 connecting the opposite planar faces 7a, 7b of the tubes.
  • said assembly may further comprise a header plate 8, 9, connecting one end of said tubes 1, 2 circulation of said assembly.
  • Said collector plate 8, 9 is provided, for example at each end of the tubes of the same set.
  • the at least one assembly may also comprise a manifold 10 in fluid communication with one end of said circulation tubes of said assembly.
  • Said manifold 10 is provided, for example at each end of the tubes of the same set.
  • the manifolds 10 comprise said collector plates 9, provided in the form of a half-cylinder, and a lid 1 1 of complementary shape, partitions 12 being arranged at each longitudinal end of the boxes 10. Fluid inlet / outlet pipes 13, mounted on said manifolds 10, may also be provided.
  • the invention also relates to a thermoelectric device, comprising one or more sets of a plurality of hot fluid circulation tubes 1, and a plurality of electric thermoelectric elements 3, such as described above, alternating in a direction D, said stacking, with sets of a plurality of tubes 2 for circulating the cold fluid and a plurality of electric thermo elements 3, also as described above.
  • the direction of extension of the cold fluid circulation tubes 2 is intersecting, in particular, orthogonal to the direction of extension of the hot fluid circulation tubes 1, so as to define intersection zones 14 (better visible at the 1) tubes at which said electric thermo elements 3 are provided.
  • intersection zones 14 better visible at the 1 tubes at which said electric thermo elements 3 are provided.
  • intersection it does not mean that the hot and cold tubes intersect because, because of their superimposed disposition, they are in different planes, but rather that they overlap. In other words, it is more exactly their projections according to the stacking direction that intersect.
  • thermoelectric elements 3 of one of said sets are in contact with the tubes of a neighboring set.
  • the sets comprising the tubes 2 for circulating the cold fluid may comprise the same number of tubes. Similarly for the sets comprising the tubes 1 of hot fluid circulation.
  • the stacking direction is both orthogonal to the extension direction of the hot fluid circulation tubes 1 and the cold fluid circulation tubes 2.
  • the tubes 2 of the first and last sets according to the stacking direction may have electric thermo elements 3 on only one of their face.
  • the thermoelectric elements 3 of a set of said assemblies are in contact with one of the faces 7a of the tubes of said assembly, the electric thermo elements 3 of a neighboring assembly being in contact with the other face 7b of said tubes.
  • Electrical connectors not shown, connected to the electrical circuits of said assemblies, are provided for a connection of the device to an electrical network that it will contribute to power.
  • the tubes 1 for circulating the hot fluid and the circulation tubes 2 for the cold fluid are configured to leave a passage 16 between the said intersection zones 14.
  • the device may further comprise means for compressing the tubes towards one another in said stacking direction.
  • Said compression means comprise clamping rods 15, oriented in the stacking direction, passing through said passages 16. They furthermore comprise, for example, plates 17 provided with holes 18 for the passage of the clamping rods 15 and nuts 19 for clamping on said clamping rods 15 to apply the plates 17 against the tubes of the first and the last set in the stacking direction.
  • Said device may further comprise a manifold, not shown, in fluid communication with the tubes 1 for circulating the hot fluid at one of their ends.
  • a manifold not shown, in fluid communication with the tubes 1 for circulating the hot fluid at one of their ends.
  • said collecting plate 8 is, for example, flat and allows the attachment of a lid, not shown, defining with the plate 8, the one or more collector boxes. These are provided with inlet / outlet ports of the hot fluid.
  • the tubes 2 for circulating the cold fluid are identical and are superimposed on each other, in the stacking direction, of an assembly comprising said tubes 2 for circulating cold fluid at another.
  • said cold fluid circulation tubes 2 superimposed on each other are connected in a coil.
  • the device comprises serpentine tubes arranged at a distance from each other in the direction of elongation of the section of the tubes.
  • the manifolds 10 for the cold fluid will then be located at the end of the serpentine tubes, that is, at the first and the last plurality of tubes 2 for circulating the cold fluid, in the stacking direction.

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

L'invention concerne un ensemble d'une pluralité de tubes (1,2) de circulation d'un fluide, s'étendant parallèlement les uns aux autres, et d'une pluralité d'éléments (3), dit thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces (4a, 4b), dite face de contact, lesdits éléments thermo électriques (3) étant répartis sur ladite pluralité de tubes (1, 2) avec lesquels ils sont en contact par l'une (4b) de leur face de contact, ledit ensemble étant configuré de façon à permettre la mise en place de tubes de circulation d'un autre fluide, destinés à être en contact avec lesdits éléments thermo électriques (3) par l'autre (4a) de leur face de contact et à présenter une direction d'extension sécante à la direction d'extension des tubes (1, 2) de circulation de fluide dudit ensemble. L'invention concerne également un dispositif thermo électrique muni d'un empilement de tels ensembles.

Description

Ensemble et dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
La présente invention concerne un ensemble d'une pluralité de tubes de circulation d'un fluide et d'une pluralité d'éléments, dit thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température. Il concerne également un dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant de tels ensembles.
II a déjà été proposé des dispositifs thermo électriques utilisant des éléments, dits thermo électriques, 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 comprennent un empilement de premiers tubes, destinés à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et de seconds tubes, destinés à la circulation d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermo électriques sont pris en sandwich entre les tubes 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.
Des tels dispositifs sont particulièrement intéressants car ils permettent de produire de l'électricité à partir d'une conversion de la chaleur provenant des gaz d'échappement du moteur. Ils offrent ainsi la possibilité de réduire la consommation en carburant du véhicule en venant se substituer, au moins partiellement, à l'alternateur habituellement prévu dans celui-ci pour générer de l'électricité à partir d'une courroie entraînée par le vilebrequin du moteur.
Un contrainte rencontrée avec les dispositifs connus est qu'ils nécessitent qu'un très bon contact soit assuré entre les éléments thermo électriques et les tubes de manière à assurer une conduction satisfaisante entre eux. Il faut ainsi disposer de tubes présentant une parfaite planéité et un excellent état de surface impactant le coût de revient du dispositif.
Plus la puissance électrique à fournir est forte, plus le nombre de tubes à empiler doit être grand et/ou plus la surface des tubes à employer doit être large, compliquant encore la bonne application des éléments thermo électriques sur les tubes.
Une première solution, consistant à renforcer le contact grâce à des tirants externes exerçant un effort de compression sur l'empilement de tubes, a été testée. Cette solution nécessite cependant d'utiliser des tubes ne risquant pas de s'écraser sur eux-mêmes sous l'effet de cet effort, conduisant à une surconsommation de matière. La qualité du contact assuré reste en outre insuffisante, notamment en raison de la disparité de dimension des éléments thermo électriques.
L'invention vise à améliorer la situation en proposant un ensemble d'une pluralité de tubes de circulation d'un fluide, s'étendant parallèlement les uns aux autres, et d'une pluralité d'éléments, dit thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dite face de contact, lesdits éléments thermo électriques étant répartis sur ladite pluralité de tubes avec lesquels ils sont en contact par l'une de leur face de contact, ledit ensemble étant configuré de façon à permettre la mise en place de tubes de circulation d'un autre fluide, destinés à être en contact avec lesdits éléments thermo électriques par l'autre de leur face de contact et à présenter une direction d'extension sécante à la direction d'extension des tubes de circulation de fluide dudit ensemble.
En subdivisant le trajet de circulation de l'un et/ou l'autre des fluides en plusieurs tubes, on segmente les surfaces de contact en vis-à-vis des éléments thermo électriques et on facilite la prise en compte des dispersions de dimension de ces derniers. On rend également possible l'exercice d'une force de compression des éléments thermo électrique sur les tubes mieux répartie. Selon différents mode de réalisation de l'invention, pris ensemble ou séparément :
- lesdits éléments thermo électriques sont répartis par groupe distants les uns des autres selon ladite direction d'extension des tubes de circulation dudit ensemble,
- ladite direction d'extension desdits tubes de circulation de l'autre fluide est une direction orthogonale à la direction d'extension des tubes de circulation dudit ensemble,
- lesdits tubes de circulation dudit ensemble sont distants les uns des autres selon une direction orthogonale à leur direction d'extension,
- lesdits tubes de circulation dudit ensemble sont plats,
- lesdits tubes de circulation dudit ensemble présentent une pluralité de canaux de circulation du fluide,
- les tubes de circulation dudit ensemble sont munis de pistes pour la conduction du courant généré par lesdits éléments thermo électriques,
- ledit ensemble comprend en outre une plaque collectrice reliant une extrémité desdits tubes de circulation dudit ensemble, en particulier pour les ensemble comprenant une pluralité de tubes destinés à permettre la circulation du fluide de température la plus élevée,
- ledit ensemble comprend en outre une boîte collectrice en communication de fluide avec une extrémité desdits tubes de circulation dudit ensemble, en particulier pour les ensemble comprenant une pluralité de tubes destinés à permettre la circulation du fluide de température la moins élevée,
- lesdits tubes de circulation dudit ensemble sont prévus aptes à permettre une circulation de gaz d'échappement et le nombre de tubes de circulation dudit ensemble est compris entre trois et cinq,
- lesdits tubes de circulation dudit ensemble sont prévus aptes à permettre une circulation de liquide de refroidissement et le nombre de tubes dudit ensemble est compris entre cinq et dix.
L'invention concerne également un dispositif thermo électrique, comprenant un ou plusieurs ensembles d'une pluralité de tubes de circulation d'un premier fluide, dit chaud, et d'une pluralité d'éléments thermo électriques, tels que décrit plus haut, alternant selon une direction, dite d'empilement, avec des ensembles d'une pluralité de tubes de circulation d'un second fluide, dit froid, présentant une température inférieure à celle du fluide chaud, et d'une pluralité d'éléments thermo électriques, également tels que décrit plus haut, la direction d'extension des tubes de circulation du fluide froid étant sécante, notamment orthogonale, à la direction d'extension des tubes de circulation du fluide chaud, de façon à définir des zones d'intersection des tubes au niveau desquelles lesdits éléments thermo électriques sont prévus, lesdits éléments thermo électriques d'un desdits ensembles étant au contact des tubes d'un ensemble voisin.
Selon un aspect de l'invention, les tubes desdits ensembles présentent deux faces opposées et les éléments thermo électriques d'un ensemble desdits ensembles sont au contact de l'une des faces des tubes dudit ensemble, les éléments thermo électriques d'un ensemble voisin étant au contact de l'autre face desdits tubes.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend des moyens de compression des tubes les uns en direction des autres selon ladite direction d'empilement.
Selon un mode de réalisation, les moyens de compression comprennent des tiges de serrage, orientées selon la direction d'empilement,
Les tubes de circulation du premier fluide et les tubes de circulation du second fluide sont configurés, par exemple, pour laisser des passages pour lesdites tiges de serrage entre lesdites zones d'intersection.
Selon cet aspect de l'invention, on assure une compression selon des points multiples et ceci au plus prés des éléments thermo électriques. On dispose de la sorte de points de serrage répartie sur l'ensemble de la surface du dispositif. Les forces de serrage unitaires pourront ainsi être plus faibles et plus homogènes, permettant un meilleur contact entre les tubes et l'intégralité des éléments thermo électriques. Selon un autre aspect de l'invention, les tubes de circulation du fluide froid sont reliés en serpentin d'un ensemble comprenant desdits tubes de circulation de fluide froid à un ensemble comprenant desdits tubes de circulation de fluide froid, voisin.
Selon un autre aspect de l'invention, le dispositif comprend une boîte collectrice en communication de fluide avec les tubes de circulation du fluide chaud, à l'une de leur extrémité.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels :
- la figure 1 illustre en perspective deux exemples de réalisation d'un ensemble conforme à l'invention, superposés l'un à l'autre,
- la figure 2 illustre en perspective un premier exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention,
- la figure 3 est une vue selon un plan de coupe orthogonale à la direction d'extension des tubes de circulation du fluide froid du dispositif de la figure 2,
- la figure 4 illustre en perspective un autre exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention.
Comme illustré à la figure 1 , l'invention concerne tout d'abord un ensemble d'une pluralité de tubes 1 , 2 de circulation d'un fluide, s'étendant parallèlement les uns aux autres. A cette figure, il est représenté une pluralité de tubes 1 de circulation d'un fluide, dit chaud, et une pluralité de tubes 2 de circulation d'un fluide, dit froid, de température inférieure à la température du fluide chaud, qui appartiennent respectivement à un premier et un second ensembles, conformes à l'invention, superposés.
Dans l'exemple, les tubes de circulation 1 du premier ensemble sont destinés à permettre la circulation de gaz d'échappement et sont au nombre de trois à cinq, ici quatre, tandis que les tubes de circulation 2 du second ensemble sont destinés à permettre la circulation d'un fluide de refroidissement et sont au nombre de cinq à dix, ici huit. Lesdits ensembles comprennent également une pluralité d'éléments 3, dit thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces 4a, 4b, dite face de contact (à la figure 1 , seule les éléments thermo électriques de l'ensemble muni de la pluralité de tubes de circulation 1 est visible).
Il s'agit, par exemple, d'éléments de forme sensiblement parallélépipédiques générant un courant électrique, selon l'effet Seebeck. De tels éléments permettent la création d'un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces de contact 4a, 4b. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3).
Les éléments thermo électriques pourront être, pour une première partie, des éléments 3p 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 3n 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.
Lesdits éléments thermo électriques 3 sont répartis sur ladite pluralité de tubes 1 avec lesquels ils sont en contact par l'une de leur face de contact 4b.
Ledit ensemble est configuré de façon à permettre la mise en place de tubes de circulation d'un autre fluide, destinés à être en contact avec lesdits éléments thermo électriques 3 par l'autre 4a de leur face de contact et à présenter une direction d'extension sécante, notamment orthogonale, à la direction d'extension des tubes de circulation de fluide dudit ensemble. A la figure 1 , lesdits tubes de circulation de l'autre fluide ne sont pas représentés mais pourraient présenter une configuration identique aux tubes de circulation 2 du second ensemble afin de venir se superposer de la même façon sur les tubes de circulation 1 du premier ensemble. On peut ainsi établir un gradient de température entre les éléments thermo électriques 3 au contact, d'une part, des tubes de circulation 1 du premier ensemble et des tubes de circulation de l'autre fluide.
La subdivision, dans un même ensemble, de la circulation des fluides en plusieurs tubes permet de disposer de tubes d'état de surface plus satisfaisant que dans le cas de tubes plus larges. Elle permet aussi, comme développé plus loin, selon un exemple de réalisation de l'invention, de pouvoir exercer un effort de compression sur les tubes qui soit au plus proche des zones devant être comprimées pour assurer un bon contact avec les éléments thermo électriques 3.
Les tubes 1 , 2 sont, par exemple, munis de pistes, non illustrées, pour la conduction du courant généré par lesdits éléments thermo électriques. Plus précisément, ils pourront être revêtus d'une couche de matériau électriquement isolant 35 et thermiquement conducteur, par exemple céramique, sur laquelle sont prévues lesdites pistes, notamment prévues en cuivre. Lesdites pistes relient en série et/ou en parallèle, les éléments thermo électriques 3 disposés sur les tubes. Tout ou partie des éléments de même type P ou N d'un tube 1 , 2 pourront être regroupés pour être montés en parallèle tandis qu'un élément ou un groupe d'éléments de type P d'un tube sera monté en série avec un élément ou un groupe d'éléments de type N du même tube ou d'un autre tube. Autrement dit, différentes configurations de circuits électriques pourront être prévus à la surface des tubes 1 , 2.
Lesdits éléments thermo électriques 3 sont répartis, par exemple, par groupe 4 distants les uns des autres selon ladite direction d'extension des tubes 1 , 2 de circulation desdits ensembles. Par « distant », on entend que la distance entre deux éléments thermo électriques voisins d'un même groupe 4 est très inférieure à la distance entre deux groupes 4 voisins. Les éléments thermo électriques sont ici regroupés par quatre.
Lesdits tubes de circulation 1 , 2 présentent, par exemple, une section aplatie selon une direction d'allongement, orthogonale à la direction d'extension des tubes. Comme l'intérêt en apparaîtra plus bas, lesdits tubes 1 , 2 d'un même ensemble sont distants les uns des autres selon ladite direction d'allongement.
Lesdits tubes de circulation 1 , 2 sont, par exemple des tubes plats. On entend par là qu'ils présentent deux grandes faces parallèles reliés par des petits côtés. Lesdites pluralités de tube 1 , 2 s'étendent d'ailleurs dans des plans parallèle auxdites grandes faces.
Comme illustré à la figure 3, lesdits tubes présentent, par exemple, une multiplicité de canaux 5.
Pour les ensembles destinés à la circulation du fluide froid, lesdits tubes 2 sont constitués, par exemple, d'aluminium et/ou d'alliage d'aluminium. Ils sont, notamment, extrudés. Leurs canaux pourront être de section ronde.
Pour les ensembles destinés à la circulation du fluide chaud, lesdits tubes 2 sont constitués, notamment, d'acier inox. Ils sont formés, par exemple, par profilage, soudage et/ou brasage. Les canaux 5 de passage du fluide sont séparés, notamment, par des cloisons 6 reliant les faces planes 7a, 7b opposées des tubes.
Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1 , on constate que ledit ensemble pourra en outre comprendre une plaque collectrice 8, 9, reliant une extrémité desdits tubes 1 , 2 de circulation dudit ensemble. Ladite plaque collectrice 8, 9 est prévue, par exemple à chaque extrémité des tubes d'un même ensemble.
Le ou lesdits ensembles pourront également comprendre une boîte collectrice 10 en communication de fluide avec une extrémité desdits tubes de circulation dudit ensemble. Ladite boîte collectrice 10 est prévue, par exemple à chaque extrémité des tubes d'un même ensemble.
Pour les ensembles destinés à la circulation du fluide froid, les boîtes collectrices 10 comprennent lesdites plaques collectrices 9, prévues en forme de demi-cylindre, et un couvercle 1 1 de forme complémentaire, des cloisons 12 étant disposées à chaque extrémité longitudinale des boîtes 10. Des tubulures 13 d'entrée/sortie du fluide, montées sur lesdites boîtes collectrices 10, pourront également être prévues. Comme illustré aux figures 2 à 4, l'invention concerne aussi un dispositif thermo électrique, comprenant un ou plusieurs ensembles d'une pluralité de tubes 1 de circulation de fluide chaud, et d'une pluralité d'éléments thermo électriques 3, tels que décrit plus haut, alternant selon une direction D, dite d'empilement, avec des ensembles d'une pluralité de tubes 2 de circulation du fluide froid et d'une pluralité d'éléments thermo électriques 3, également tel que décrit plus haut.
La direction d'extension des tubes 2 de circulation du fluide froid est sécante, notamment, orthogonale, à la direction d'extension des tubes 1 de circulation du fluide chaud, de façon à définir des zones d'intersection 14 (mieux visibles à la figure 1 ) des tubes au niveau desquelles lesdits éléments thermo électriques 3 sont prévus. Autrement dit, on assure un flux croisé des fluides chaud et froid et on constitue des zones 14 réparties de façon discrète de présence du gradient de température.
Par intersection, on ne signifie pas que les tubes chaud et froid se croisent puisque, en raison de leur disposition superposée, ils se trouvent dans des plans différents, mais plutôt qu'ils se chevauchent. Autrement dit, ce sont plus exactement leurs projections selon la direction d'empilement qui se croisent.
Lesdits éléments thermo électriques 3 d'un desdits ensembles sont au contact des tubes d'un ensemble voisin.
Les ensembles comprenant les tubes 2 de circulation du fluide froid pourront comprendre le même nombre de tubes. De même pour les ensembles comprenant les tubes 1 de circulation de fluide chaud.
La direction d'empilement est à la fois orthogonale à la direction d'extension des tubes 1 de circulation de fluide chaud et des tubes 2 de circulation du fluide froid.
Les tubes 2 des premier et dernier ensembles selon la direction d'empilement pourront présenter des éléments thermo électriques 3 sur seulement une de leur face. Les éléments thermo électriques 3 d'un ensemble desdits ensembles sont au contact de l'une 7a des faces des tubes dudit ensemble, les éléments thermo électriques 3 d'un ensemble voisin étant au contact de l'autre face 7b desdits tubes.
Des connecteurs électriques, non illustrés, reliés aux circuits électriques desdits ensembles, sont prévus pour une connexion du dispositif à un réseau électrique qu'il contribuera à alimenter.
Pour faciliter une compression uniforme des tubes 1 , 2, les tubes 1 de circulation du fluide chaud et les tubes de circulation 2 du fluide froid sont configurés pour laisser un passage 16 entre lesdites zones d'intersection 14.
Le dispositif pourra en outre comprendre des moyens de compression des tubes les uns en direction des autres selon ladite direction d'empilement.
Lesdits moyens de compression comprennent des tiges de serrage 15, orientées selon la direction d'empilement, passant à travers lesdits passages 16. Ils comprennent en outre, par exemple, des plaques 17, munis de trous 18 de passage des tiges de serrage 15 et des écrous 19 permettant par serrage sur lesdites tiges de serrage 15 d'appliquer les plaques 17 contre les tubes du premier et du dernier ensemble selon la direction d'empilement.
On permet de la sorte un serrage réparti au niveau de chacun des groupes de thermo éléments ce qui permet d'améliorer encore le contact entre les éléments thermo électriques et les tubes pour une meilleure conduction électrique.
Ledit dispositif pourra en outre comprendre une boîte collectrice, non représenté, en communication de fluide avec les tubes 1 de circulation du fluide chaud, à l'une de leur extrémité. Il est prévu, par exemple, une boîte collectrice commune aux tubes 1 de circulation de fluide chaud, à chacune de leur extrémité.
A ce sujet, pour les ensembles destinés à la circulation du fluide chaud, ladite plaque collectrice 8 est, par exemple, plane et permet la fixation d'un couvercle, non représenté, définissant avec la plaque 8, la ou lesdites boîtes collectrices. Ces dernières sont munies d'orifices d'entrée/sortie du fluide chaud.
Selon le mode de réalisation spécifique de la figure 4, les tubes 2 de circulation du fluide froid sont identiques et sont superposés les uns aux autres, selon la direction d'empilement, d'un ensemble comprenant desdits tubes 2 de circulation de fluide froid à un autre. De plus, lesdits tubes 2 de circulation de fluide froid superposés les uns aux autres sont reliés en serpentin. Autrement dit, le dispositif comprend des tubes serpentins disposés les uns à distance des autres selon la direction d'allongement de la section des tubes.
Les boîtes collectrices 10 pour le fluide froid seront alors situés à l'extrémité des tubes serpentins, autrement dit, au niveau de la première et de la dernière pluralités de tubes 2 de circulation du fluide froid, selon la direction d'empilement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Ensemble d'une pluralité de tubes (1 ,2) de circulation d'un fluide, s'étendant parallèlement les uns aux autres, et d'une pluralité d'éléments (3), dit thermo électriques, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces (4a, 4b), dite face de contact, lesdits éléments thermo électriques (3) étant répartis sur ladite pluralité de tubes (1 , 2) avec lesquels ils sont en contact par l'une (4b) de leur face de contact, ledit ensemble étant configuré de façon à permettre la mise en place de tubes de circulation d'un autre fluide, destinés à être en contact avec lesdits éléments thermo électriques (3) par l'autre (4a) de leur face de contact et à présenter une direction d'extension sécante à la direction d'extension des tubes (1 , 2) de circulation de fluide dudit ensemble.
2. Ensemble selon la revendication 1 dans lequel lesdits éléments thermo électriques (3) sont répartis par groupe (4) distants les uns des autres selon ladite direction d'extension des tubes (1 , 2) de circulation dudit ensemble.
3. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel ladite direction d'extension desdits tubes de circulation de l'autre fluide est une direction orthogonale à la direction d'extension des tubes de circulation (1 , 2) dudit ensemble.
4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits tubes de circulation (1 , 2) sont distants les uns des autres selon une direction orthogonale à leur direction d'extension.
5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits tubes de circulation (1 , 2) dudit ensemble sont plats.
6. Ensemble selon l'une quelconques des revendications précédentes comprenant en outre une plaque collectrice (8, 9) reliant une extrémité desdits tubes de circulation (1 , 2) dudit ensemble.
7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une boîte collectrice (10) en communication de fluide avec une extrémité desdits tubes de circulation (1 , 2) dudit ensemble.
8. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits tubes de circulation (1 ) dudit ensemble sont prévus aptes à permettre une circulation de gaz d'échappement et dans lequel le nombre de tubes de circulation (1 ) dudit ensemble est compris entre trois et cinq.
9. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel lesdits tubes (2) de circulation dudit ensemble sont prévus aptes à permettre une circulation de liquide de refroidissement et dans lequel le nombre de tubes (2) dudit ensemble est compris entre cinq et dix.
10. Dispositif thermo électrique, comprenant un ou plusieurs ensembles d'une pluralité de tubes (1 ) de circulation d'un premier fluide, dit chaud, et d'une pluralité d'éléments thermo électriques (3), selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, alternant selon une direction, dite d'empilement, avec des ensembles d'une pluralité de tubes (2) de circulation d'un second fluide, dit froid, présentant une température inférieure à celle du fluide chaud, et d'une pluralité d'éléments thermo électriques (3), selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou 9, la direction d'extension des tubes (2) de circulation du fluide froid étant sécante à la direction d'extension des tubes (1 ) de circulation du fluide chaud, de façon à définir des zones d'intersection (14) des tubes au niveau desquelles lesdits éléments thermo électriques sont prévus, lesdits éléments thermo électriques (3) d'un desdits ensembles étant au contact des tubes (1 , 2) d'un ensemble voisin.
1 1 . Dispositif selon la revendication 10 dans lequel les tubes (1 , 2) desdits ensembles présentent deux faces opposées (7a, 7b) et les éléments thermo électriques (3) d'un ensemble desdits ensembles sont au contact de l'une des faces des tubes dudit ensemble, les éléments thermo électriques d'un ensemble voisin étant au contact de l'autre face desdits tubes (1 , 2).
12. Dispositif selon la revendication 1 1 comprenant des moyens de compression des tubes (1 , 2) les uns en direction des autres selon ladite direction d'empilement.
13. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel les moyens de compression comprennent des tiges de serrage (15), orientées selon la direction d'empilement, et dans lequel les tubes (1 ) de circulation du premier fluide et les tubes (2) de circulation du second fluide sont configurés pour laisser des passages (16) pour lesdites tiges de serrage (15) entre lesdites zones d'intersection (16).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 13 dans lequel les tubes (2) de circulation de fluide froid sont reliés en serpentin d'un ensemble comprenant desdits tubes (2) de circulation de fluide froid à un ensemble comprenant desdits tubes (2) de circulation de fluide froid, voisin.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 14 comprenant une boîte collectrice en communication de fluide avec les tubes de circulation du fluide chaud, à l'une de leur extrémité.
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