WO2014096160A1 - Ensemble comprenant un élément thermo électrique et un moyen de connexion électrique dudit élément thermo électrique, module et dispositif thermo électrique comprenant un tel ensemble - Google Patents

Ensemble comprenant un élément thermo électrique et un moyen de connexion électrique dudit élément thermo électrique, module et dispositif thermo électrique comprenant un tel ensemble Download PDF

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thermoelectric
face
connection means
deformable
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Cédric DE VAULX
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Valeo Systemes Thermiques
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    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Definitions

  • thermoelectric element and a means of electrical connection of said thermoelectric element, module and thermoelectric device comprising such an assembly.
  • the present invention relates to an assembly comprising a thermoelectric element and a means of electrical connection of said thermoelectric element. It also relates to a thermoelectric module, in particular for generating an electric current in a motor vehicle, comprising said assembly and a thermoelectric device comprising said module.
  • thermo modules using so-called electric thermo elements, for generating an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces, said first and second contact 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.
  • thermoelectric elements are grouped in pairs.
  • the thermoelectric elements belonging to the same pair are electrically interconnected by electrical tracks arranged on their first or second contact faces.
  • thermoelectric elements It is known to assemble the electric thermoelectric elements to the electric tracks by a brazing process. During this process, the electric tracks and the electric thermoelectric elements of metal are caused to expand under the effect of the temperature before the joining takes place. Once the electrical tracks have reached the right temperature, the joining is realized and cooled all.
  • a disadvantage is that electric tracks and electric thermo elements do not have the same coefficient of thermal expansion. Thus the electric tracks retract more than the electric thermo elements during cooling, which may damage the thermoelectric elements, including creating cracks and / or breaks at their contact faces.
  • thermoelectric module is subjected to a large difference in temperature between its cold side and its hot side, which is typically the case when the hot face of the device is subjected to temperatures greater than 250 ° C. vs.
  • the electrical tracks secured to the hot-side electric thermo elements expand more than those joined to the cold-side electric thermo elements, which may damage the electric thermoelectric elements in the same manner as described above.
  • the invention aims to improve the situation.
  • thermoelectric element capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of its faces, called contact faces, and a connection means electrical, especially for electrically connecting said thermoelectric element with another thermoelectric element.
  • said assembly further comprises a first deformable element electrically connecting the electrical connection means to the thermoelectric element, said first element comprising a first face connected to the electrical connection means and a second face connected to the element. thermoelectric, said first face being deformable independently of said second face and vice versa, the assembly comprising a second deformable element providing a thermal bridge between the first and second faces of the first element.
  • the first and second deformable elements can follow on the one hand the deformation of the connection means and on the other by the deformation of the thermoelectric element.
  • the electrical connection means and the thermoelectric element contract and expand in a different manner, the deformable connecting means then damps these variations.
  • the first and second faces of the first element are interconnected by two side walls so that the first element forms a tube, in particular with flat faces.
  • the lateral faces can be deformed to follow on the one hand the deformations of the first face of the first element and secondly the deformations of the second face of the first element.
  • the first element is a grid.
  • the grid may locally deform to accommodate the differential expansion stresses between the connection means and the thermoelectric element.
  • the first element can also be a sheet of material.
  • the grid has a thickness of between 50 and 300 ⁇ .
  • the first element is advantageously made of metal, aluminum.
  • the second element is plastically and / or elastically deformable.
  • the second element fills a volume delimited by the first face, the second face and the lateral faces of the first element.
  • the second element thus deforms with the first face of the first element in a certain way to follow the deformation of the connection means and with the second face of the first element in another way to follow the deformation of the thermoelectric element.
  • a tube it adapts to the shape that the tube takes.
  • the second element is made of a non-brazeable material.
  • the second element is made of graphite.
  • the second element is a graphite sheet with a thickness of less than 1 mm.
  • said first deformable element is soldered to said electric thermo element and / or to said electrical connection means.
  • the assembly comprises a second thermoelectric element, having two contact faces, said second face of said first element being also bonded to said second thermoelectric element.
  • thermoelectric module comprising a plurality of assemblies as described above.
  • thermoelectric device in particular for generating an electric current in a motor vehicle, comprising at least one module as described above.
  • the appended figures will make it clear how the invention can be realized. In these figures, identical references designate similar elements.
  • Figure 1 illustrates in perspective, an example of a thermoelectric device according to the invention, shown in an exploded manner;
  • FIG. 2 is a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising a plurality of assemblies according to the invention, wherein each electrical connection means is connected to the two thermoelectric elements by two first independent elements;
  • FIG. 3 is a schematic view of a portion of a thermoelectric module comprising two electric thermo elements and an electrical connection means which is connected to the two thermoelectric elements by a single first element;
  • Figure 4 is a perspective view showing a deformable connection means of the assembly according to the invention.
  • Figures 5a, 5b, 5c are side views of the assembly according to the invention shown at room temperature before soldering (5a) at soldering temperature (5b) and at room temperature after soldering (5c).
  • a device comprises means of thermal conduction in contact with a hot or cold source, such as a plurality of tubes 1 for circulating a first fluid alternating with a plurality of tubes 2 circulation of a second fluid.
  • a hot or cold source such as a plurality of tubes 1 for circulating a first fluid alternating with a plurality of tubes 2 circulation of a second fluid.
  • Said tubes 1, 2 extend here parallel to each other in the same direction.
  • the circulation tubes 1 of the first fluid are configured, for example, for the circulation of a fluid, said to be hot. It may be the exhaust gas of a motor vehicle engine.
  • the circulation tubes 1 of the first fluid define one or more circulation channels of the first fluid, called hot channels.
  • the circulation tubes 2 of the second fluid are configured, for example, for the circulation of a fluid, said cold, having a temperature lower than the temperature of the first fluid. It may be a coolant, such as a mixture of water and glycol, from, for example, a low temperature cooling of the vehicle.
  • the circulation tubes 2 of the second fluid define one or more circulation channels of the second fluid, said cold channels.
  • the exhaust gas circulation tubes 1 are three in number and the circulation tubes 2 of the coolant are five in number.
  • Said device further comprises a plurality of elements, called electrical thermo, capable of creating an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces, said first and second contact faces, provided in exchange relation thermal with said hot and cold channels.
  • electrical thermo a plurality of elements, called electrical thermo
  • elements 4 of substantially parallelepiped shape (schematically visible in Figures 2, 3 and 4) generating an electric current, according to the Seebeck effect.
  • the shape of the elements 4 is different as cylindrical.
  • Such elements allow the creation of an electric current in a load connected between said opposed contact faces 3a, 3b.
  • such elements consist, for example, of manganese silicide (MnSi).
  • Said circulation tubes 1, 2 have, for example, a flattened section in an elongation direction, orthogonal to the direction of extension of the tubes.
  • Said circulation tubes 1, 2 may thus be flat tubes. This means that they have two large parallel faces connected by short sides.
  • the thermoelectric elements 4 are in contact with one and / or the other of the flat faces of the tubes 1, 2 by their contact faces 3a, 3b.
  • Said tubes 2 intended for the circulation of the cold fluid consist, for example, of aluminum and / or of aluminum alloy.
  • the tubes 1 intended for the circulation of hot fluid consist, in particular, of stainless steel. They are formed, for example, by profiling, welding and / or brazing.
  • Said device further comprises, for example, a manifold plate 15 at each end of said tubes 1 for circulation of the first fluid.
  • said manifold plate 15 is provided with orifices 6 in which the ends of said tubes 1 for circulating the first fluid are inserted.
  • Said device may also comprise manifolds 7 in fluid communication with the end of said circulation tubes 1 of the first fluid and fixed to the collector plates 15 by means of screws 8.
  • Said boxes comprise an orifice 16 for the inlet and or the output of the first fluid.
  • Said tubes 2 for circulating the second fluid may be provided at each of their end with collectors 9 allowing communication of said circulation tubes 2 of the second fluid and a manifold, not shown, of the second fluid via orifices 10 opening on a side face of the beam defined by the stack of tubes 1, 2 of circulation of the first and second fluid.
  • the electric thermoelectric elements are distributed in layers provided between the tubes 1 for circulating the first fluid and the tubes 2 for circulating the second fluid.
  • Each ply 5 schematically represents a plurality of electric thermoelectric elements arranged here in a rectangular shape.
  • electrical connections are established between the layers 5 of electric thermo elements.
  • An electrical connector not shown, allows the device to be connected to an external electrical circuit.
  • thermoelectric device here comprises a plurality of electrical modules, each of the electrical modules consisting of at least one of said cold channel and one of said hot channel and a plurality of said thermoelectric elements 4 located between said cold channel and said hot channel .
  • thermoelectric elements 4 may be, for a first part, elements of a first type, called P (referenced 4P in FIG. 2), making it possible to establish an electric potential difference in a positive direction, when they are subjected to a given temperature gradient, and for the other part, elements of a second type, called N (referenced 4N in FIG. 2), allowing the creation of a electrical potential difference in an opposite direction, called negative, when subjected to the same temperature gradient.
  • P referenced 4P in FIG. 2
  • N referenced 4N in FIG. 2
  • thermoelectric elements applied on the same tube 1, 2 are electrically connected.
  • thermoelectric elements and the N type thermoelectric elements provided between a same tube for circulating the first fluid and a same tube for circulating the second fluid may be associated. between them so as to allow the circulation of the series current of an element of the first type towards an element of the second type. It is also possible to connect the faces of electric thermo elements of the same type together by electrical tracks for parallel mounting of said elements.
  • the thermoelectric elements 4 thus associated form a basic conduction cell and the cells obtained may be associated in series and / or in parallel.
  • first contact face 3a of each electric thermo element is intended to be in heat exchange relation with the hot channel and the second contact face 3b of each thermoelectric element is intended to be in exchange relation. thermal with the cold channel.
  • the P type thermoelectric elements alternate with the N type thermoelectric elements. These two types of electric thermo elements can have different expansion coefficients. They are grouped in pairs, each pair being formed of a P type thermoelectric element and an N type thermoelectric element.
  • the module is configured here to allow current to flow between the first contact faces 3a of the elements. electric thermo of the same pair and a flow of current between the second contact faces 3b of each of the electric thermo elements of two neighboring pairs. In other words, the current flows in series through the electric thermoelectric elements alternately passing from a P-type thermoelectric element to an N type thermoelectric element.
  • the module comprises a plurality of electrical connection means 20 connecting the first contact faces 3a elements electric thermo of the same pair and the second contact faces 3b of each of the electric thermo elements belonging to two neighboring pairs to allow the flow of current described above.
  • Two adjacent thermoelectric elements are connected by the electrical connection means 20 either by their first contact face 3a or by their second contact face 3b.
  • the combination of at least one of said thermoelectric elements 4 and one of said electrical connection means 20 is called a set 30 according to the invention.
  • Said electrical connection means 20 may also connect said electric thermoelectric elements in series.
  • connection means 20 can be connected to two electric thermoelectric elements 4 by means of a single first element 41 / second element 42 as shown in FIG. 3 or two first element couples 41 / second element 42 for connecting on the one hand the connection means 20 to a first thermoelectric element and secondly to a second thermo element.
  • the assembly 30 comprises a first deformable deformable element 41 electrically bonding the electrical connection means 20 to the thermoelectric element 4.
  • Said first deformable element 41 comprises a first face 51 connected to the electrical connection means 20 and a second face 52 connected to the thermoelectric element 4.
  • Said first face 51 is deformable independently of said second face 52 and vice versa.
  • the assembly further comprises a second deformable element 42, providing a thermal bridge between the first and second faces 51, 52 of the first deformable element 41.
  • the electrical connection means 20 may be in contact with a thermal conduction means, not illustrated, said thermal conduction means being an electrical insulator.
  • the thermal conduction means is, for example, ceramic material. It allows the transfer of heat between the cold channel or the hot channel and the electrical connection means 20 which then transmits heat to the thermoelectric element 4 on which it is located via the first and second deformable elements 41 , 42.
  • the thermal conduction means may be directly in contact with the cold channel or the hot channel. It can also be in heat exchange relation with the cold channel or the hot channel via thermal conduction fins on which it is applied.
  • the electrical connection means 20 includes, in particular, electrical tracks. They are, for example, Copper, Copper alloy, Nickel or Nickel alloy.
  • the electrical connection means 20 further comprises a brazing material, said solder, comprising for example an aluminum alloy. This solder is disposed, in particular, in contact with the electrical tracks. It makes it possible to solder the connection means 20 to the thermoelectric element 4, in particular via the first deformable element 41. In other words, said first deformable element 41 is brazed to said electric thermo element 4 and / or to said electrical connection means 20, in particular by means of a plating or solder sheet disposed between the first face 51 and the means 20 and / or between the second face 52 and the electric thermo element 4.
  • the first face 51 and the second face 52 are interconnected by two side walls 53.
  • the first deformable element 41 thus forms a flat-faced tube, at least said first and second faces 51, 52 being planar.
  • the first deformable element 41 of the invention is a sheet, in particular folded to form the tube. It has a thickness of, for example, between 50 ⁇ and 300 ⁇ .
  • the sheet constituting the first element is in particular metallic and in particular aluminum or aluminum alloy. Such a sheet has the advantage of being able to easily deform locally.
  • the invention also provides that the first deformable element 41 may be a grid. The structure of the grid improves the local deformation capacity of the first deformable element 41.
  • the second deformable element 42 is, for example, graphite. These include a graphite sheet less than 1 mm thick.
  • the second deformable element 42 is located between the first face 51 and the second face of the first deformable element 41, that is to say that it is in contact with the first and second faces of the first deformable element 41. It can in this way establish a thermal bridge between the first face 51 and the second face 52 in particular to conduct heat between the connection means 20 and the thermo element 4.
  • the second deformable element 42 may also be in contact with the lateral faces 53.
  • the second element 42 here fills all the space delimited by the first face 51, the second face 52 and the lateral faces 53 of the first deformable element 41, that is to say the entire inside of the tube formed by the first deformable element 41.
  • the second deformable element 42 is plastically and / or elastically deformable. Thus, as shown in FIG. 5, it can follow the deformations of the connection means 20 and the first face 51 of the first deformable element 41 independently of the deformations of the thermoelectric element 4 and the second face 52 of said first element 41.
  • connection means 20 the thermoelectric element 4 and the assembly 30 during brazing or operation at high temperatures.
  • FIG. 5a the whole of the invention is shown at ambient temperature before the soldering operation.
  • the connection means 20, the first deformable element 41, the second deformable element 42 and the thermoelectric element 4 are at their original dimensions.
  • the assembly 30 is represented at soldering temperature, during assembly of the connection means 20 with the first and second deformable elements 41, 42 and the thermoelectric element 4.
  • the connection means 20, the first and second deformable elements 41, 42 and the thermoelectric element 4 then each have undergone a different thermal expansion as a function, in particular, of their respective thermal expansion coefficients. The solidification of the whole is then allowed to take place.
  • FIG. 5c shows the assembly 30 at ambient temperature while the connection means 20 with the first element 41 and the thermoelectric element 4 are brazed together.
  • the connection means 20, the first and second elements 41, 42 and the thermoelectric element 4 have then each undergone a different contraction depending, in particular, their respective thermal expansion coefficients.
  • first and second deformable elements 41, 42 have deformed so as to absorb the shrinkage difference between the connection means 20 and the thermoelectric element 4. They thus make it possible to mechanically decouple the deformations of the connection means. 20 of those of the thermoelectric element 4.
  • first face 51 of the first deformable element 41 followed the retraction of the connection means 20
  • the second face 52 of the first deformable element followed the retraction of the thermoelectric element.
  • the side walls 53 have also deformed, including bowing, to allow the first and second faces 51, 52 to deform independently.
  • the second deformable element 42 has followed this deformation, continuing in particular to occupy all the inside of the tube defined by the first deformable element 41. It is therefore able to ensure good thermal conduction between the connection means 20 and the thermoelectric element 4.

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

L'invention concerne un ensemble d'au moins un élément thermo électrique (4) susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de ses faces, dites faces de contact, et d'un moyen de connexion électrique (20), ledit ensemble comprenant en outre un premier élément déformable reliant électriquement le moyen de connexion électrique (20) à l'élément thermo électrique (4), ledit premier élément comprenant une première face (51) liée au moyen de connexion électrique (20) et une deuxième face (52) liée à l'élément thermo électrique (4), ladite première face (51) étant déformable indépendamment de ladite deuxième face (52) et inversement, l'ensemble comprenant un deuxième élément (42) déformable réalisant un pont thermique entre les première et deuxièmes faces (51, 52) du premier élément (41). L'invention concerne aussi un module thermo électrique comprenant un tel ensemble et un dispositif thermo électrique comprenant un tel module.

Description

Ensemble comprenant un élément thermo électrique et un moyen de connexion électrique dudit élément thermo électrique, module et dispositif thermo électrique comprenant un tel ensemble. La présente invention concerne un ensemble comprenant un élément thermo électrique et un moyen de connexion électrique dudit élément thermo électrique. Elle concerne aussi un module thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant ledit ensemble et un dispositif thermo électrique comprenant ledit module.
Actuellement, il a déjà été proposé des modules 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, dites première et deuxième faces de contact, 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.
Les éléments thermo électriques sont groupés par paire. Les éléments thermo électriques appartenant à une même paire sont reliés entre eux électriquement par des pistes électriques disposées sur leurs premières ou sur leurs deuxièmes faces de contact.
Il est connu d'assembler les éléments thermo électriques aux pistes électriques par un procédé de brasage. Pendant ce procédé, les pistes électriques et les éléments thermo électriques en métal sont amenés à s'étendre sous l'effet de la température avant que la solidarisation ne s'effectue. Une fois que les pistes électriques ont atteint la bonne température, la solidarisation se réalise et on refroidit l'ensemble. Un inconvénient vient du fait que les pistes électriques et les éléments thermo électriques ne présentent pas le même coefficient de dilatation thermique. Ainsi les pistes électriques se rétractent davantage que les éléments thermo électriques pendant le refroidissement, ce qui risque d'endommager les éléments thermo électriques, notamment en créant des fissures et/ou des cassures au niveau de leurs faces de contact.
Ce risque existe également, lorsque le module thermo électrique en fonctionnement est soumis à une forte différence de température entre son côté froid et son côté chaud, ce qui est typiquement le cas quand la face chaude du dispositif est soumise à des températures supérieures à 250 °C. En atteignant ces températures, les pistes électriques solidarisées aux éléments thermo électriques côté chaud se dilatent davantage que celles solidarisées aux éléments thermo électriques côté froid, ce qui risque d'endommager les éléments thermo électriques de la même manière que décrite précédemment.
L'invention vise à améliorer la situation.
L'invention propose ainsi un ensemble d'au moins un élément thermo électrique susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de ses faces, dites faces de contact, et d'un moyen de connexion électrique, notamment destiné à connecter électriquement ledit élément thermo électrique avec un autre élément thermo électrique. Selon l'invention, ledit ensemble comprend en outre un premier élément déformable reliant électriquement le moyen de connexion électrique à l'élément thermo électrique, ledit premier élément comprenant une première face liée au moyen de connexion électrique et une deuxième face liée à l'élément thermo électrique, ladite première face étant déformable indépendamment de ladite deuxième face et inversement, l'ensemble comprenant un deuxième élément déformable réalisant un pont thermique entre les première et deuxièmes faces du premier élément. Grâce à l'invention, lorsque l'ensemble est soumis à de fortes variations de température, les premier et deuxième éléments déformables peuvent suivre d'une part la déformation du moyen de connexion et d'autre par la déformation de l'élément thermo électrique. Lorsque le moyen de connexion électrique et l'élément thermo électrique se contractent et se dilatent de façon différente, le moyen de liaison déformable amortit alors ces variations.
En rendant indépendante la déformation de la première face vis-à-vis de celle de la deuxième face, et inversement, on découple mécaniquement la contraction et la dilatation du moyen de connexion électrique par rapport à celles de l'élément thermo électrique. Le risque de casse ou de fissure entre le moyen de connexion électrique et l'élément thermo électrique est ainsi limité.
De manière avantageuse, les première et deuxième faces du premier élément sont reliées entre elles par deux parois latérales de sorte que le premier élément forme un tube, notamment à faces planes. Les faces latérales peuvent se déformer pour suivre d'une part les déformations de la première face du premier élément et d'autre part les déformations de la deuxième face du premier élément. Selon un exemple de réalisation de l'invention, le premier élément est une grille. La grille peut se déformer localement pour encaisser les contraintes de dilatation différentielle entre le moyen de connexion et l'élément thermo électrique. Le premier élément peut également être une feuille de matériau. Avantageusement, la grille présente une épaisseur comprise entre 50 et 300 μιτι.
Selon un aspect de l'invention, le premier élément est en métal de manière avantageuse, en aluminium.
Selon un aspect de l'invention, le deuxième élément est déformable plastiquement et/ou élastiquement. Avantageusement, le deuxième élément remplit un volume délimité par la première face, la deuxième face et les faces latérales du premier élément. Le deuxième élément se déforme ainsi avec la première face du premier élément d'une certaine manière pour suivre la déformation du moyen de connexion et avec la deuxième face du premier élément d'une autre manière pour suivre la déformation de l'élément thermo électrique. Dans le cas d'un tube, il s'adapte à la forme que prend le tube.
Selon un aspect de l'invention, le deuxième élément est en un matériau non- brasable.
Selon un aspect de l'invention, le deuxième élément est en graphite. De manière avantageuse, le deuxième élément est une feuille de graphite d'épaisseur inférieure à 1 mm.
Selon un aspect de l'invention, ledit premier élément déformable est brasé audit élément thermo électriques et/ou audit moyen de connexion électrique.
Selon un aspect de l'invention, l'ensemble comporte un deuxième élément thermo électrique, présentant deux faces de contact, ladite deuxième face dudit premier élément étant également liée audit deuxième élément thermo électrique.
L'invention concerne aussi un module thermo électrique comprenant une pluralité d'ensembles tels que décrits précédemment.
L'invention concerne également un dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant au moins un module tel que décrit précédemment. Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre en perspective, un exemple de dispositif thermo électrique conforme à l'invention, représenté de façon éclatée ;
La figure 2 est une vue schématique de coté d'une partie d'un module thermo électrique comprenant plusieurs ensembles conformes à l'invention, dans laquelle chaque moyen de connexion électrique est relié aux deux éléments thermo électriques par deux premiers éléments indépendants ;
La figure 3 est une vue schématique d'une partie d'un module thermo électrique comprenant deux éléments thermo électriques et un moyen de connexion électrique qui est relié aux deux éléments thermo électriques par un seul premier élément ;
La figure 4 est une vue en perspective représentant un moyen de liaison déformable de l'ensemble selon l'invention ;
Les figures 5a, 5b, 5c, sont des vues de coté de l'ensemble selon l'invention représenté à température ambiante avant brasage (5a) à température de brasage (5b) et à température ambiante après brasage (5c).
Comme illustré à la figure 1 , un dispositif conforme à l'invention comprend des moyens de conduction thermique en contact avec une source chaude ou froide telles qu'une pluralité de tubes 1 de circulation d'un premier fluide alternant avec une pluralité de tubes 2 de circulation d'un deuxième fluide. Lesdits tubes 1 , 2 s'étendent ici parallèlement les uns aux autres dans une même direction.
Les tubes 1 de circulation du premier fluide sont configurés, par exemple, pour la circulation d'un fluide, dit chaud. Il pourra s'agir des gaz d'échappement d'un moteur thermique de véhicule automobile. Les tubes 1 de circulation du premier fluide définissent un ou plusieurs canaux de circulation du premier fluide, dits canaux chauds. Les tubes 2 de circulation du deuxième fluide sont configurés, par exemple, pour la circulation d'un fluide, dit froid, présentant une température inférieure à la température du premier fluide. Il pourra s'agir d'un liquide de refroidissement, tel qu'un mélange d'eau et de glycol, provenant, par exemple, d'une boucle de refroidissement basse température du véhicule. Les tubes 2 de circulation du deuxième fluide définissent un ou plusieurs canaux de circulation du deuxième fluide, dits canaux froids. Ici, les tubes de circulation 1 de gaz d'échappement sont au nombre de trois et les tubes de circulation 2 du liquide de refroidissement sont au nombre de cinq.
Ledit dispositif comprend en outre une pluralité d'éléments, dits thermo électriques, susceptible de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites première et deuxième faces de contact, prévues en relation d'échange thermique avec lesdits canaux chaud et froid.
Il s'agit, par exemple, d'éléments 4 de forme sensiblement parallélépipédiques (visible de façon schématique aux figures 2, 3 et 4) générant un courant électrique, selon l'effet Seebeck. Selon d'autres modes de réalisation non représentés, la forme des éléments 4 est différente telle que cylindrique. De tels éléments permettent la création d'un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces de contact 3a, 3b, prévues opposées. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de siliciure de manganèse (MnSi).
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. Lesdits tubes de circulation 1 , 2 pourront ainsi être des tubes plats. On entend par là qu'ils présentent deux grandes faces parallèles reliés par des petits côtés. Les éléments thermo électriques 4 sont au contact de l'une et/ou l'autres des faces planes des tubes 1 , 2 par leurs faces de contact 3a, 3b.
Lesdits tubes 2 destinés à la circulation du fluide froid sont constitués, par exemple, d'aluminium et/ou d'alliage d'aluminium. Les tubes 1 destinés à la circulation du fluide chaud, sont constitués, notamment, d'acier inox. Ils sont formés, par exemple, par profilage, soudage et/ou brasage.
Ledit dispositif comprend en outre, par exemple, une plaque collectrice 15 à chacune des extrémités desdits tubes 1 de circulation du premier fluide. Ladite plaque collectrice 15 est munie d'orifices 6 dans lesquels les extrémités desdits tubes 1 de circulation du premier fluide sont insérées.
Ledit dispositif pourra également comprendre des boîtes collectrices 7 en communication de fluide avec l'extrémité desdits tubes de circulation 1 du premier fluide et fixées aux plaques collectrices 15 par l'intermédiaire de vis 8. Lesdites boîtes comprennent un orifice 16 pour l'entrée et/ou la sortie du premier fluide.
Lesdits tubes 2 de circulation du second fluide pourront être munis à chacune de leur extrémité de collecteurs 9 permettant une mise en communication desdits tubes 2 de circulation du second fluide et d'une boîte collectrice, non représentée, du deuxième fluide par l'intermédiaire d'orifices 10 débouchant sur une face latérale du faisceau défini par l'empilement des tubes 1 , 2 de circulation du premier et du deuxième fluide.
Comme illustré à la figure 1 , les éléments thermo électriques sont réparties en nappes 5 prévues entre les tubes 1 de circulation du premier fluide et les tubes 2 de circulation du deuxième fluide. Chaque nappe 5 représente schématiquement une pluralité d'éléments thermo électriques disposés ici selon une forme rectangulaire. Dans le dispositif thermo électrique, des liaisons électriques sont établies entre les nappes 5 d'éléments thermo électriques. Un connecteur électrique, non représenté, permet de relier le dispositif à un circuit électrique extérieur.
Ledit dispositif thermo électrique comprend ici une pluralité de module électrique, chacun des modules électrique étant constitué d'au moins un desdits canal froid et un desdits canal chaud et d'une pluralité desdits éléments thermo électrique 4 situés entre ledit canal froid et ledit canal chaud.
Les éléments thermo électriques 4 pourront être, pour une première partie, des éléments d'un premier type, dit P (référencés 4P sur la figure 2), 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 (référencés 4N sur la figure 2), permettant la création d'une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu'ils sont soumis au même gradient de température.
Les éléments thermo électriques appliqués sur un même tube 1 , 2 sont reliés électriquement.
En particulier et comme illustré aux figures 2 et 3, les éléments thermo électriques de type P et les éléments thermo électriques de type N, prévus entre un même tube de circulation du premier fluide et un même tube de circulation du deuxième fluide, pourront être associés entre eux de façon à permettre la circulation du courant en série d'un élément du premier type vers un élément du second type. Il est également possible de relier entre elles par des pistes électriques les faces d'éléments thermo électriques de même types pour un montage en parallèle desdits éléments. Les éléments thermo électriques 4 ainsi associés forment une cellule de conduction de base et les cellules obtenues pourront être associées en série et/ou en parallèle.
Sur ces figures, la première face de contact 3a de chaque éléments thermo électriques est destiné à être en relation d'échange thermique avec le canal chaud et la deuxième face de contact 3b de chaque élément thermo électrique est destinée à être en relation d'échange thermique avec le canal froid.
Les éléments thermo électriques de type P alternent avec les éléments thermo électriques de type N. Ces deux types d'éléments thermo électriques peuvent avoir des coefficients de dilatation différents. Ils sont groupés par paire, chaque paire étant formée d'un élément thermo électrique de type P et d'un élément thermo électrique de type N. On configure ici le module pour permettre une circulation de courant entre les premières faces de contact 3a des éléments thermo électriques d'une même paire et une circulation de courant entre les deuxièmes faces de contact 3b de chacun des éléments thermo électriques de deux paires voisines. Autrement dit, le courant circule en série à travers les éléments thermo électriques en passant alternativement d'un élément thermo électrique de type P à un élément thermo électrique de type N. Pour cela, le module comprend une pluralité de moyens de connexion électrique 20 reliant les premières faces de contact 3a des éléments thermo électriques d'une même paire et les deuxièmes faces de contact 3b de chacun des éléments thermo électriques appartenant à deux paires voisines afin de permettre la circulation de courant décrite précédemment. Deux éléments thermo électriques adjacents sont liés par les moyens de connexion électrique 20 soit par leur première face de contact 3a soit par leur deuxième face de contact 3b. On appelle ensemble 30 selon l'invention, l'association d'au moins un desdits éléments thermo électrique 4 et d'un desdits moyens de connexion électrique 20. Lesdits moyens de connexion électrique 20 pourront aussi relier lesdits éléments thermo électriques en série.
Conformément à l'invention, on peut relier le moyen de connexion 20 à deux éléments thermo électriques 4 par l'intermédiaire d'un unique couple premier élément 41 /deuxième élément 42 comme représenté à la figure 3 ou utiliser deux couples premier élément 41/deuxième élément 42 pour relier d'une part le moyen de connexion 20 à un premier élément thermo électrique et d'autre part à un deuxième thermo élément.
Comme illustré aux figures 4 et 5a à 5c, selon l'invention, l'ensemble 30 comprend un premier élément déformable 41 déformable liant électriquement le moyen de connexion électrique 20 à l'élément thermo électrique 4. Ledit premier élément déformable 41 comprend une première face 51 liée au moyen de connexion électrique 20 et une deuxième face 52 liée à l'élément thermo électrique 4. Ladite première face 51 est déformable indépendamment de ladite deuxième face 52 et inversement. L'ensemble comprend en outre un deuxième élément déformable 42, réalisant un pont thermique entre les première et deuxièmes faces 51 , 52 du premier élément déformable 41 .
Les moyens de connexion électrique 20 pourront être en contact avec un moyen de conduction thermique, non-illustré, ledit moyen de conduction thermique étant un isolant électrique. Le moyen de conduction thermique est, par exemple, en matériau céramique. Il permet le transfert de chaleur entre le canal froid ou le canal chaud et le moyen de connexion électrique 20 qui transmet alors la chaleur à l'élément thermo électrique 4 sur lequel il se trouve par l'intermédiaire du premier et du deuxième éléments déformable 41 , 42. Le moyen de conduction thermique pourra être directement en contact avec le canal froid ou le canal chaud. Il peut également être en relation d'échange thermique avec le canal froid ou le canal chaud par l'intermédiaire d'ailettes de conduction thermique sur lesquelles il est appliqué.
Le moyen de connexion électrique 20 comprend, notamment, des pistes électriques. Elles sont, par exemple, en Cuivre, alliage de Cuivre, Nickel ou alliage de Nickel. Le moyen de connexion électrique 20 comprend en outre un matériau de brasage, dit brasure, comprenant par exemple, un alliage d'aluminium. Cette brasure est disposée, notamment, au contact des pistes électriques. Elle permet de braser le moyen de connexion 20 à l'élément thermo électrique 4, notamment par l'intermédiaire du premier élément déformable 41 . Autrement dit, ledit premier élément déformable 41 est brasé audit élément thermo électriques 4 et/ou audit moyen de connexion électrique 20, notamment par l'intermédiaire d'un placage ou d'une feuille de brasage disposé entre la première face 51 et le moyen de connexion 20 et/ou entre la deuxième face 52 et l'élément thermo électriques 4.
La première face 51 et la deuxième face 52 sont reliées entre elles par deux parois latérales 53. Le premier élément déformable 41 forme ainsi un tube à faces planes, au moins lesdites première et deuxième faces 51 , 52 étant planes.
Dans l'exemple représenté, le premier élément déformable 41 de l'invention est une feuille, notamment pliée pour former le tube. Elle présente une épaisseur comprise, par exemple, entre 50 μιτι et 300 μιτι. La feuille constituant le premier élément est notamment métallique et en particulier en aluminium ou alliage d'aluminium. Une telle feuille présente notamment l'avantage de pouvoir facilement se déformer localement. L'invention prévoit également que le premier élément déformable 41 puisse être une grille. La structure de la grille améliore la capacité de déformation locale du premier élément déformable 41 . Le deuxième élément déformable 42 est, par exemple, en graphite. Il s'agit notamment d'une feuille de graphite d'épaisseur inférieure à 1 mm.
Le deuxième élément déformable 42 est situé entre la première face 51 et la deuxième face du premier élément déformable 41 , c'est-à-dire qu'il est au contact de la première et de la deuxième face du premier élément déformable 41 . Il peut de la sorte établir un pont thermique entre la première face 51 et la deuxième face 52 afin notamment de conduire la chaleur entre le moyen de connexion 20 et le thermo élément 4. Le deuxième élément déformable 42 pourra aussi être au contact des faces latérales 53. Le deuxième élément 42 remplit ici tout l'espace délimité par la première face 51 , le deuxième face 52 et les faces latérales 53 du premier élément déformable 41 , c'est-à-dire tout l'intérieur du tube formé par le premier élément déformable 41 . Le deuxième élément déformable 42 est déformable plastiquement et/ou élastiquement. Ainsi, comme représenté aux figures 5, il peut suivre les déformations du moyen de connexion 20 et de la première face 51 du premier élément déformable 41 indépendamment des déformations de l'élément thermo électrique 4 et de la deuxième face 52 dudit premier élément 41 .
Ces déformations sont par exemple dues aux dilations et contractions que subissent le moyen de connexion 20, l'élément thermo électrique 4 et l'ensemble 30 pendant leur brasage ou en fonctionnement à températures élevées. Sur la figure 5a, on a représenté l'ensemble de l'invention à température ambiante avant l'opération de brasage. Le moyen de connexion 20, le premier élément déformable 41 , le deuxième élément déformable 42 et l'élément thermo électrique 4 sont à leurs dimensions originales. Sur la figure 5b, l'ensemble 30 est représenté à température de brasage, lors de l'assemblage du moyen de connexion 20 avec les premier et deuxième éléments déformables 41 , 42 et l'élément thermo électrique 4. Le moyen de connexion 20, les premier et deuxième éléments déformable 41 , 42 et l'élément thermo électrique 4 ont alors chacun subi une dilatation thermique différentes en fonction, notamment, de leurs coefficients de dilatation thermique respectifs. On laisse alors la solidification de l'ensemble intervenir.
La figure 5c représente l'ensemble 30 revenu à température ambiante alors que le moyen de connexion 20 avec le premier élément 41 et l'élément thermo électrique 4 sont brasés ensemble. Le moyen de connexion 20, les premier et deuxième éléments 41 , 42 et l'élément thermo électrique 4 ont alors chacun subi une contraction différente en fonction, notamment, de leurs coefficients de dilatation thermique respectifs.
On observe alors que les premier et deuxième éléments déformables 41 , 42 se sont déformés de manière à absorber la différence de rétractation entre le moyen de connexion 20 et l'élément thermo électrique 4. Ils permettent ainsi de découpler mécaniquement les déformations du moyen de connexion 20 de celles de l'élément thermo électrique 4. Ainsi, la première face 51 du premier élément déformable 41 a suivi la rétractation du moyen de connexion 20 et la deuxième face 52 du premier élément déformable a suivi la rétractation de l'élément thermo électrique 4. Les parois latérales 53 se sont également déformées, notamment en s'inclinant, pour permettre aux première et deuxième faces 51 , 52 de se déformer de manière indépendante.
Lors de cette déformation du premier élément déformable 41 , le deuxième élément déformable 42 a suivi cette déformation, en continuant notamment à occupé tout l'intérieur du tube défini par le premier élément déformable 41 . Il est donc à même d'assurer une bonne conduction thermique entre les moyens de connexion 20 et l'élément thermo électrique 4.

Claims

Revendications
1 . Ensemble (30) d'au moins un élément thermo électrique (4) susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de ses faces, dites faces de contact (3a, 3b), et d'un moyen de connexion électrique (20), ledit ensemble (30) comprenant en outre un premier élément (41 ) déformable reliant électriquement le moyen de connexion électrique (20) à l'élément thermo électrique (4), ledit premier élément (41 ) comprenant une première face (51 ) liée au moyen de connexion électrique (20) et une deuxième face (52) liée à l'élément thermo électrique (4), ladite première face (51 ) étant déformable indépendamment de ladite deuxième face (52) et inversement, l'ensemble comprenant un deuxième élément (42) déformable réalisant un pont thermique entre les première et deuxièmes faces (51 , 52) du premier élément (41 ).
2. Ensemble (30) selon la revendication 1 , dans lequel le premier élément (41 ) est une grille.
3. Ensemble (30) selon la revendication 2, dans lequel la grille présente une épaisseur comprise entre 50 μιτι et 300 μιτι.
4. Ensemble (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier élément (41 ) est en métal.
5. Ensemble (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les première et deuxième faces (51 , 52) du premier élément (41 ) sont reliées entre elles par deux parois latérales (53) de sorte que le premier élément (41 ) forme un tube à faces planes (51 , 52).
6. Ensemble (30) selon la revendication 5, dans lequel le deuxième élément (42) remplit un volume délimité par la première face (51 ), la deuxième face (52) et les faces latérales (53) du premier élément.
7. Ensemble (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième élément (42) est déformable plastiquement.
8. Ensemble (30) selon l'une quelconques des revendications précédentes, dans lequel le deuxième élément (42) est en graphite.
9. Ensemble (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit premier élément déformable (41 ) est brasé audit élément thermo électriques (4) et/ou audit moyen de connexion électrique (20).
10. Ensemble (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un deuxième élément thermo électrique (4), présentant deux faces de contact (3a, 3b), ladite deuxième face (52) dudit premier élément (41 ) étant également liée audit deuxième élément thermo électrique (41 ).
1 1 . Module thermo électrique comprenant une pluralité d'ensembles (30) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
12. Dispositif thermo électrique (1 ), notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant au moins un module selon la revendication 1 1 .
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