WO2016116463A1 - Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur - Google Patents

Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur Download PDF

Info

Publication number
WO2016116463A1
WO2016116463A1 PCT/EP2016/051040 EP2016051040W WO2016116463A1 WO 2016116463 A1 WO2016116463 A1 WO 2016116463A1 EP 2016051040 W EP2016051040 W EP 2016051040W WO 2016116463 A1 WO2016116463 A1 WO 2016116463A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoelectric
fluid
generator
thermoelectric generator
thermal module
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/051040
Other languages
English (en)
Inventor
Cédric DE VAULX
Kamel Azzouz
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Priority to EP16701020.6A priority Critical patent/EP3248228A1/fr
Publication of WO2016116463A1 publication Critical patent/WO2016116463A1/fr

Links

Classifications

    • 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
    • H10N10/17—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

  • the invention relates to a thermoelectric generator and a thermal module comprising such a generator.
  • thermoelectric elements for producing 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 modules 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 thermoelectric 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 coolant.
  • Such modules 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. .
  • thermoelectric generator comprising at least one thermal module, said thermal module comprising thermoelectric elements in an annular form so as to form a thermoelectric assembly substantially cylindrical when arranged side by side, said thermal module being composed of at least one thermoelectric assembly and a guide casing configured so as to cause a first fluid to conform to the outer contour of the one or more thermoelectric elements.
  • said generator comprises a plurality of said thermoelectric modules arranged, in particular radially, around a main axis, said axis of the generator.
  • the thermal module of the invention has a guide casing ensuring the conduction of a fluid plate as close to the thermoelectric elements that compose it. This promotes a good heat exchange between them.
  • the arrangement of the modules allows a circulation of the first fluid in parallel around them, rather than in series, which further enhances performance while limiting congestion.
  • said modules form a ring around said axis of the generator
  • said module comprises two of said thermoelectric assemblies, said envelope has an inlet and an outlet for said first fluid, said inlet and / or said outlet being formed of an elongate slot,
  • said envelope comprises cylindrical housings, each housing accommodating one of said sets,
  • said housings are arranged tangentially to each other, said inlet and said outlet being situated substantially at a common plane of symmetry of said housings,
  • thermoelectric elements are provided with external fins
  • thermoelectric generator further comprises a conduit configured to circulate said first fluid along said axis; of the generator, said duct having a communication zone, said contact zone, with the guiding envelopes of said thermal modules, said contact zone allowing the passage of said first fluid of said conduit to said envelopes, in particular in a direction transverse to the direction of flow of said first fluid in said conduit,
  • thermoelectric generator further comprises a collector for the first fluid at the outlet of said envelopes, said collector opening downstream from said contact zone,
  • thermoelectric generator further comprises a circuit capable of circulating a second fluid inside the thermoelectric elements, said second fluid forming a second source of heat,
  • thermoelectric generator further comprises a flow control device configured to be positioned inside said generator so as to modulate the quantity of the first fluid flowing through said thermoelectric generator,
  • said flow control device is a valve
  • thermoelectric generator is configured to be positioned in a motor vehicle exhaust line so that the exhaust gases flowing in said line define said first fluid and / or in a recirculated exhaust gas circuit of a motor vehicle; whereby said recirculated exhaust gas flowing in said circuit defines said first fluid.
  • the invention also relates to a thermal module for a thermoelectric generator according to any one of the preceding claims.
  • FIG. 1 is an isometric view of an exemplary embodiment of a thermoelectric assembly according to the invention
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation, in cross-section, of an exemplary embodiment of a thermoelectric module according to the invention
  • FIG. 3 is an isometric view of an example of a radial arrangement of thermoelectric modules
  • FIG. 4 is an isometric view of an exemplary embodiment of a duct according to the invention, said duct having zones intended to be in contact with said thermal modules,
  • FIG. 5 is an isometric view of an exemplary embodiment of a thermoelectric generator according to the invention when it is positioned in a motor vehicle exhaust line
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation, in longitudinal section, of the example illustrated in FIG. 5, said FIG. 6 representing an exemplary embodiment of a flow control device according to the invention, in the open position,
  • FIG. 7 is the same figure as Figure 6, the flow control device being in the closed position.
  • thermoelectric generator 10 said generator 10 comprising at least one thermal module 20, said thermal module 20 comprising thermoelectric elements 21.
  • thermoelectric elements 21 are in annular form. Arranged side by side, they form a thermoelectric assembly 22 substantially cylindrical.
  • said thermoelectric assembly 22 is a hollow cylinder, centered on an axis referenced X. This allows the circulation of a first fluid outside said cylinder and a second fluid, inside.
  • thermoelectric elements 21 are configured to produce an electric current from a temperature gradient existing between a first and a second heat source.
  • thermoelectric assembly 22 comprises a plurality of thermoelectric elements 21, here annular shapes, capable of generating a electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of their faces, one said first active face, being defined by an outer periphery surface, cylindrical, and the other, said second active face, being defined by an inner periphery surface, cylindrical.
  • Said first and second faces are, for example, of circular section. More generally, any section of rounded and / or polygonal shape is possible.
  • Such elements 21 operate, according to the Seebeck effect, by making it possible to create an electric current in a load connected between said faces subjected to the temperature gradient.
  • such elements are constituted, for example, by low temperature material, such as the telluride alloys of Bismuth and Antimony (Bi, Sb) Te3; or high temperature material, such as magnesium and tin silicates Mg2 (Si, Sn) or Manganese (MnSi).
  • thermoelectric elements 21 may be, for a first part, elements of a first type, called P, making it possible to establish an electrical potential difference in a direction, called positive, when they are subjected to a given temperature gradient , and, for the other part, elements of a second type, called N, allowing the creation of an electric potential difference in the opposite direction, called negative, when they are subjected to the same temperature gradient.
  • thermoelectric elements 21 are preferably made of a ring in one piece. They may however be formed of several pieces each forming an angular portion of the ring.
  • the first surface has, for example, a radius between 1, 5 and 4 times the radius of the second surface. It may be a radius equal to about 2 times that of second surface.
  • thermoelectric elements 21 have, for example, two opposite parallel flat faces, also called side faces.
  • the ring constituting each thermoelectric element 21 is of rectangular annular section.
  • said thermoelectric elements 21 are arranged, for example, in the longitudinal extension of one another, in particular in a coaxial manner; they alternate between elements P and elements N in a direction marked X. They are, in particular, of identical shape and dimension. They may, however, have a thickness, that is to say a dimension between their two planar faces, different from one type to another, particularly depending on their electrical conductivity.
  • thermoelectric elements 21 are, for example, grouped in pairs, each pair being formed of a said P type thermoelectric element and a said N type thermoelectric element, and the said thermoelectric assembly 22 is configured to allow current flow. between the first surfaces of the thermoelectric elements of the same pair and a flow of current between the second surfaces of each of the thermoelectric elements 21 of the same pair and the thermoelectric element 21 adjacent to the neighboring pair. This ensures a series flow of electric current between the thermoelectric elements 21 arranged next to each other in the X direction.
  • thermoelectric elements 21 are arranged relative to each other so that their first and / or second active face are in line with one another. 'other. Said first and / or second active faces are thus registered, for example, in a surface generated by a straight line.
  • a tube for the circulation of cold liquid in contact with said second active face of said thermoelectric elements 21 For the circulation of the fluids, it may be provided a tube for the circulation of cold liquid in contact with said second active face of said thermoelectric elements 21.
  • the cold liquid circulation tube or tubes are visible in FIG. 5. They are, for example, of circular section.
  • Said thermoelectric assembly 22 may further comprise connectors between the first and second thermoelectric elements.
  • a connector of a first type is systematically provided between an N type thermoelectric element and a P type thermoelectric element.
  • a connector of a second type is it systematically provided between a P-type thermoelectric element and an N-type thermoelectric element.
  • Said connectors differ in their diameter.
  • the connector provided between an N-type thermoelectric element and a P-type thermoelectric element will be smaller in diameter than the connector provided between said P-type thermoelectric element and the next N-type thermoelectric element.
  • thermoelectric assembly 22 two sets of connectors of different sizes are required. One for the cold-source electrical connection and a second, for the hot-source side, of larger diameter.
  • FIG. 2 diagrammatically illustrates the thermal module 20 of the invention which is composed of at least one thermoelectric assembly 22 and a guide casing 25 configured so as to cause said first fluid to conform to the external contour of said thermoelectric element (s). 21.
  • the arrows in the figure illustrate such guidance, according to a fluid plate of small thickness relative to the diameter of the thermoelectric elements 21.
  • said module 20 comprises two of said thermoelectric assemblies 22, 22 ', each forming a hollow cylinder centered on the X axis, X'.
  • said guide casing 25 comprises cylindrical housings 24, 24 '; each of them accommodating one of said sets 22, 22 '.
  • Said envelope 25 has, in addition, an inlet E and an outlet S for the first fluid.
  • Said input E and said output S are advantageously formed of an elongated slot in order to optimize the passage of said first fluid through (see also FIG. 3 for an isometric representation of said slots).
  • the thermoelectric assemblies 22 are here identical made of high temperature material. According to an alternative embodiment not shown, the thermoelectric assemblies 22 are identical and consist of low temperature material. According to another embodiment, the two thermoelectric assemblies are different.
  • a first thermoelectric assembly, close to the central tubing is made of high temperature material (silicides) and the second is made of low temperature material (Tellurides).
  • Said housings 24, 24 ' are preferably arranged tangentially to each other, so that they have a passage from one to the other formed at level of a common portion of their periphery.
  • Said housings 24, 24 ' respectively centered on their axis X and X', form a plane of symmetry, called common plane of symmetry, passing through said two axes X, X '.
  • the thickness of the first fluid plate formed between the thermoelectric elements 21 and the guiding envelope 25 is, for example, less than one-third to one-quarter to one-fifth of the radius of the cylinder formed by said assembly. thermoelectric 22, 22 '.
  • thermoelectric elements 21 may advantageously be provided with external fins in order to facilitate exchanges of heat with the first fluid which circulates outside said elements 21.
  • said thermoelectric generator 10 comprises a plurality of said thermoelectric modules 20 arranged, advantageously radially, around a main axis, called the generator axis, and referenced Y thereafter (see FIG. 3). They thus form a ring around the Y axis.
  • FIG. 3 also illustrates the inputs E and outputs S of said thermal modules 20, said inputs E being located close to said Y axis and the outputs being further away from said Y axis by comparison. Said inputs E thus form an internal ring configured to circulate said first fluid along said Y axis of the generator 10.
  • Said inner ring is a communication zone, called contact zone which is materialized by a conduit 30.
  • FIG. 4 illustrates an exemplary embodiment of said duct 30. It has a substantially cylindrical shape, designed to match the annular shape drawn by said inputs E. Said duct 30 furthermore has a plurality of slots 31 arranged radially around its circumference, said lights 31 being formed in the form of elongated slots to cooperate with said inputs E of said 25. This makes it possible to pass the first fluid between said duct 30 and the inlet E of said envelopes 25.
  • the duct 30 is substantially cylindrical and has substantially rectangular openings, the slots 31, radially distributed to allow optimal connection to the thermal modules 20.
  • thermoelectric generator 10 comprises a collector 32 for the first fluid at the output of said thermal modules 20.
  • Said collector 32 is visible in FIGS. 5 to 7.
  • Said collector 32 is illustrated opening downstream of said contact zone, as is best seen in Figure 7.
  • the fact that the manifold 32 opens downstream of said contact zone allows the escape of the first fluid to the outside.
  • the first fluid is forced to flow transversely to the Y axis by a flow control device 50.
  • the first fluid is then led to the thermal modules 20 in the direction of the outputs S of said modules 20.
  • the first fluid is then guided by the internal walls of the manifold 32, said inner walls then acting as a guiding casing of said first fluid, downstream of said contact zone and said device. flow control 50.
  • said thermoelectric generator 10 further comprises a circuit 40 able to circulate said second fluid inside the thermoelectric elements 21.
  • Said circuit 40 has an inlet 41 and an outlet 42 for said second fluid.
  • FIGs 6 and 7 illustrate the circulation of said second fluid inside the thermoelectric assemblies 22, 22 '.
  • the inlet of the second fluid is via the inlet 41; said second fluid circulates, thanks to the circuit 40, inside the thermoelectric assemblies 22, 22 'of the modules 20. It leaves said circuit 40 by the output 42.
  • the second fluid circulates inside the thermoelectric assemblies 22, 22 'via the tubes visible in FIG. 5.
  • Said tubes allow the second fluid to be guided in the thermoelectric elements 21.
  • Said tubes open, in addition, in a part of the circuit 40 which has a annular shape for distributing / collecting the second fluid to / from the tubes.
  • thermoelectric assemblies 22, 22 ' are independent of that allowing the circulation of the first fluid on the outer contour of said thermoelectric elements 21.
  • the first fluid is a hot source and the second fluid is a cold source, by comparison.
  • FIG. 6 further illustrates the flow control device 50 configured to be positioned within said generator 10 so as to modulate the quantity of the first fluid flowing through said thermoelectric generator 10.
  • This flow control device 50 is a valve.
  • Said valve 50 therefore allows the first fluid to pass without forcing it to pass through the thermal modules 20 distributed radially around the Y axis of said thermoelectric generator 10.
  • Figure 7 illustrates the valve 50 in the closed position.
  • Said first fluid which then circulates inside the duct 30 is forced to pass inside the thermal modules 20. More specifically, said first fluid enters through the inputs E of said thermal modules 20, licks the outer peripheries of the thermoelectric assemblies 22, then 22 ', following the guidance imposed by the casing 25 and leaves the thermal module or modules 20, to the collector 32 which guides it outwards, or to the exhaust.
  • the duct 30 is provided with a bypass valve 50 at one of its ends and said valve makes it possible to force, in the closed position, a radial flow of the first fluid towards the thermal modules 20.
  • this valve 50 may be partially or fully open so as not to impede the rectilinear flow of the first fluid in the conduit 30 (see Figure 6).
  • the thermoelectric generator 10 is configured to be positioned in a motor vehicle exhaust line so that the exhaust gases flowing in said line define said first fluid and / or in a recirculated vehicle exhaust gas circuit. automobile so that said recirculated exhaust gas flowing in said circuit defines said first fluid.

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

L'invention concerne un générateur thermoélectrique (10) comprenant au moins un module thermique (20), ledit module thermique (20) comprenant des éléments thermoélectriques (21) se présentant sous une forme annulaire de sorte à former un ensemble thermoélectrique (22) sensiblement cylindrique lorsqu'ils sont agencés côte à côte, ledit module thermique (20) étant composé d'au moins un ensemble thermoélectrique (22) et d'une enveloppe de guidage (25) configurée de manière à conduire un premier fluide à épouser le contour externe du ou desdits éléments thermoélectriques (21), ledit générateur (10) comprenant une pluralité desdits modules thermoélectriques (20) agencés autour d'un axe principal (Y), dit axe du générateur (Y). L'invention concerne aussi un module thermique (20) pour un tel générateur (10).

Description

Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur
L'invention concerne un générateur thermoélectrique et un module thermique comprenant un tel générateur.
Dans le domaine automobile, il a déjà été proposé des modules thermiques utilisant des éléments thermoélectriques permettant de produire 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 modules 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 thermoélectriques 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.
De tels modules 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.
Il a déjà été développé par la titulaire des éléments thermoélectriques de forme annulaire, le gradient de température permettant de générer le courant électrique étant imposé entre deux de leurs faces cylindriques internes et externes. Le fluide chaud et le fluide froid circulent alors coaxialement, l'un circulant à l'intérieur de l'anneau et l'autre à l'extérieur.
Cela présente cependant des difficultés d'intégration quand il s'agit d'optimiser les performances des générateurs.
L'invention se propose de pallier ces inconvénients et concerne, à cette fin, un générateur thermoélectrique comprenant au moins un module thermique, ledit module thermique comprenant des éléments thermoélectriques se présentant sous une forme annulaire de sorte à former un ensemble thermoélectrique sensiblement cylindrique lorsqu'ils sont agencés côte à côte, ledit module thermique étant composé d'au moins un ensemble thermoélectrique et d'une enveloppe de guidage configurée de manière à conduire un premier fluide à épouser le contour externe du ou desdits éléments thermoélectriques.
Selon l'invention, ledit générateur comprend une pluralité desdits modules thermoélectriques agencés, en particulier radialement, autour d'un axe principal, dit axe du générateur.
Le module thermique de l'invention présente une enveloppe de guidage assurant la conduction d'une lame de fluide au plus près des éléments thermoélectriques qui le compose. Ceci permet de favoriser un bon échange thermique entre ceux-ci. De plus, la disposition des modules autorise une circulation du premier fluide en parallèle autour de ceux-ci, plutôt qu'en série, ce qui favorise les performances de façon supplémentaire, tout en limitant l'encombrement.
Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- lesdits modules forment une couronne autour dudit axe du générateur,
- ledit module comprend deux desdits ensembles thermoélectriques, - ladite enveloppe présente une entrée et une sortie pour ledit premier fluide, ladite entrée et/ou ladite sortie étant formée d'une fente allongée,
- ladite enveloppe comprend des logements cylindriques, chaque logement accueillant l'un desdits ensembles,
- lesdits logements sont disposés tangentiellement les uns aux autres, - ladite entrée et ladite sortie sont sensiblement situées au niveau d'un plan de symétrie commun desdits logements,
- lesdits éléments thermoélectriques sont munis d'ailettes externes,
- ledit ensemble est configuré de manière à ce que le premier fluide forme une source de chaleur, chaude, d'un gradient de température, - ledit générateur thermoélectrique comprend, en outre, un conduit configuré pour faire circuler ledit premier fluide le long dudit axe du générateur, ledit conduit présentant une zone de communication, dite zone de contact, avec les enveloppes de guidage desdits modules thermiques, ladite zone de contact permettant le passage dudit premier fluide dudit conduit auxdites enveloppes, en particulier selon une direction transversale à la direction d'écoulement dudit premier fluide dans ledit conduit,
- ledit générateur thermoélectrique comprend, en outre, un collecteur pour le premier fluide en sortie desdites enveloppes, ledit collecteur débouchant en aval de ladite zone de contact,
- ledit générateur thermoélectrique comprend, en outre, un circuit apte à faire circuler un second fluide à l'intérieur des éléments thermoélectriques, ledit second fluide formant une seconde source de chaleur,
- ledit générateur thermoélectrique comprend, en outre, un dispositif de contrôle de débit configuré pour être positionnée à l'intérieur dudit générateur de manière à moduler la quantité du premier fluide circulant à travers ledit générateur thermoélectrique,
- ledit dispositif de contrôle de débit est une vanne,
- ledit générateur thermoélectrique est configuré pour être positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ladite ligne définissent ledit premier fluide et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide.
L'invention concerne aussi un module thermique pour un générateur thermoélectrique selon l'une quelconque des revendications précédentes.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 est une vue isométrique d'un exemple de réalisation d'un ensemble thermoélectrique selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique, en coupe transversale, d'un exemple de réalisation d'un module thermoélectrique selon l'invention,
- la figure 3 est une vue isométrique d'un exemple d'agencement radial de modules thermoélectriques,
- la figure 4 est une vue isométrique d'un exemple de réalisation d'un conduit selon l'invention, ledit conduit présentant des zones destinées au contact avec lesdits modules thermiques,
- la figure 5 est une vue isométrique d'un exemple de réalisation d'un générateur thermoélectrique selon l'invention lorsqu'il est positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile,
- la figure 6 est une représentation schématique, en coupe longitudinale, de l'exemple illustré à la figure 5, ladite figure 6 représentant un exemple de réalisation d'un dispositif de contrôle de débit selon l'invention, en position ouverte,
- la figure 7 est la même figure que la figure 6, le dispositif de contrôle de débit étant en position fermée.
Comme illustré sur les figures, l'invention concerne un générateur thermoélectrique 10, ledit générateur 10 comprenant au moins un module thermique 20, ledit module thermique 20 comprenant des éléments thermoélectriques 21 .
Sur la figure 1 , lesdits éléments thermoélectriques 21 se présentent sous une forme annulaire. Agencés côte à côte, ils forment un ensemble thermoélectrique 22 sensiblement cylindrique. Avantageusement, ledit ensemble thermoélectrique 22 est un cylindre creux, centré sur un axe référencé X. Cela permet la circulation d'un premier fluide à l'extérieur dudit cylindre et d'un second fluide, à l'intérieur.
Lesdits éléments thermoélectriques 21 sont configurés pour produire un courant électrique à partir d'un gradient de température existant entre une première et une seconde sources de chaleur.
Plus précisément, l'ensemble thermoélectrique 22 comprend une pluralité d'éléments thermoélectrique 21 , ici de formes annulaires, susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leur faces, l'une dite première face active, étant définie par une surface de périphérie extérieure, cylindrique, et l'autre, dite seconde face active, étant définie par une surface de périphérie intérieure, cylindrique. Lesdites première et seconde faces sont, par exemple, de section circulaire. De façon plus générale, toute section de forme arrondie et/ou polygonale est possible.
De tels éléments 21 fonctionnent, selon l'effet Seebeck, en permettant de créer un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces soumises au gradient de température. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de matériau basse température, comme les alliages Tellurures de Bismuth et d'Antimoine (Bi,Sb)Te3; ou de matériau haute température, comme les Siliciures de Magnésium et d'Etain Mg2(Si,Sn) ou de Manganèse (MnSi).
Les éléments thermoélectriques 21 pourront être, pour une première partie, des éléments d'un premier type, dit P, permettant d'établir une différence de potentiel électrique dans un sens, dit positif, lorsqu'ils sont soumis à un gradient de température donné, et, pour l'autre partie, des éléments d'un second type, dit N, permettant la création d'une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu'ils sont soumis au même gradient de température.
Les éléments thermoélectriques 21 sont de préférence constitués d'un anneau en seule pièce. Ils pourront cependant être formés de plusieurs pièces formant chacune une portion angulaire de l'anneau.
La première surface présente, par exemple, un rayon compris entre 1 ,5 et 4 fois le rayon de la seconde surface. Il pourra s'agir d'un rayon égal à environ 2 fois celui de seconde surface.
Les éléments thermoélectriques 21 présentent, par exemple, deux faces planes parallèles opposées, dites aussi faces latérales. Autrement dit, l'anneau constituant chaque élément thermoélectrique 21 est de section annulaire rectangulaire. Sur la figure 1 , lesdits éléments thermoélectriques 21 sont disposés, par exemple, dans le prolongement longitudinal l'un de l'autre, notamment de façon coaxiale ; ils alternent entre éléments P et éléments N selon une direction repérée X. Ils sont, notamment, de forme et de dimension identiques. Ils pourront cependant présenter une épaisseur, c'est-à-dire une dimension entre leurs deux faces planes, différente d'un type à l'autre, notamment en fonction de leur conductivité électrique.
Lesdits éléments thermoélectriques 21 sont, par exemple, groupés par paire, chaque paire étant formée d'un dit élément thermoélectrique de type P et d'un dit élément thermoélectrique de type N, et ledit ensemble thermoélectrique 22 est configuré pour permettre une circulation de courant entre les premières surfaces des éléments thermoélectriques d'une même paire et une circulation de courant entre les secondes surfaces de chacun des éléments thermoélectriques 21 de ladite même paire et l'élément thermoélectrique 21 voisin de la paire voisine. On assure de la sorte une circulation en série du courant électrique entre les éléments thermoélectriques 21 disposés les uns à côtés des autres selon la direction X.
A nouveau pour faciliter la configuration des circuits de circulation de fluide on pourra prévoir que lesdits éléments thermoélectriques 21 soient disposés les uns par rapport aux autres de façon à ce que leur première et/ou seconde face active soient dans le prolongement l'une de l'autre. Lesdites première et/ou seconde faces actives sont ainsi inscrites, par exemple, dans une surface générée par une droite. Pour la circulation des fluides, il pourra être prévu un tube permettant la circulation de liquide froid au contact de ladite seconde face active desdits éléments thermoélectriques 21 . Le ou lesdits tubes de circulation de liquide froid sont visibles sur la figure 5. Ils sont, par exemple, de section circulaire. Ledit ensemble thermoélectrique 22 pourra, en outre, comprendre des connecteurs entre les premier et deuxième éléments thermoélectriques. Par exemple, le long de la direction X, un connecteur d'un premier type est systématiquement prévu entre un élément thermoélectrique de type N et un élément thermoélectrique de type P. Un connecteur d'un second type, est lui systématiquement prévu entre un élément thermoélectrique de type P et un élément thermoélectrique de type N.
Lesdits connecteurs différent par leur diamètre. Ainsi, le connecteur prévu entre un élément thermoélectrique de type N et un élément thermoélectrique de type P sera d'un diamètre inférieur au connecteur prévu entre ledit élément thermoélectrique de type P et l'élément thermoélectrique de type N suivant.
Autrement dit, pour l'ensemble thermoélectrique 22, deux jeux de connecteurs de tailles différentes sont nécessaires. Un premier pour la liaison électrique côté source froide et un second, de diamètre supérieur, pour le côté source chaude.
La figure 2 illustre schématiquement le module thermique 20 de l'invention qui est composé d'au moins un ensemble thermoélectrique 22 et d'une enveloppe de guidage 25 configurée de manière à conduire ledit premier fluide à épouser le contour externe du ou desdits éléments thermoélectriques 21 . Les flèches de la figure illustrent un tel guidage, selon une lame de fluide de faible épaisseur relativement au diamètre des éléments thermoélectriques 21 .
Ici, ledit module 20 comprend deux desdits ensembles thermoélectriques 22, 22', chacun formant un cylindre creux centré sur l'axe X, X'. Ici encore, ladite enveloppe de guidage 25 comprend des logements cylindriques 24, 24' ; chacun d'entre eux accueillant l'un desdits ensembles 22, 22'. Ladite enveloppe 25 présente, en outre, une entrée E et une sortie S pour le premier fluide. Ladite entrée E et ladite sortie S sont avantageusement formées d'une fente allongée afin d'optimiser le passage dudit premier fluide au travers (voir aussi la figure 3 pour une représentation isométrique desdites de fentes). Les ensembles thermoélectriques 22 sont ici identiques constitués de matériau haute température. Selon une variante de réalisation non représentée, les ensembles thermoélectriques 22 sont identiques et constitués de matériau basse température. Selon un autre mode de réalisation, les deux ensembles thermoélectriques sont différents. Un premier ensemble thermoélectrique, proche de la tubulure centrale est constitué de matériau haute température (Siliciures) et le deuxième est constitué de matériau basse température (Tellurures).
Lesdits logements 24, 24' sont, de préférence, disposés tangentiellement les uns aux autres, de sorte qu'ils présentent un passage de l'un à l'autre formé au niveau d'une portion commune de leur périphérie. Lesdits logements 24, 24', centrés respectivement sur leur axe X et X', forment un plan de symétrie, dit plan de symétrie commun, passant par lesdits deux axes X, X'.
Ladite entrée E et ladite sortie S sont, de préférence, aussi situées dans ce plan de symétrie commun.
Il est à noter que l'épaisseur de la lame de premier fluide ménagée entre les éléments thermoélectriques 21 et l'enveloppe de guidage 25 est par exemple inférieur au tiers, voire au quart, voire au cinquième, du rayon du cylindre formé par ledit ensemble thermoélectrique 22, 22'.
Il est à noter aussi que lesdits éléments thermoélectriques 21 pourront avantageusement être munis d'ailettes externes afin de faciliter les échanges de chaleurs avec le premier fluide qui circule à l'extérieur desdits éléments 21 .
Selon l'invention, ledit générateur thermoélectrique 10 comprend une pluralité desdits modules thermoélectriques 20 agencés, avantageusement radialement, autour d'un axe principal, dit axe du générateur, et référencé Y par la suite (voir figure 3). Ils forment de la sorte une couronne autour de l'axe Y.
La figure 3 illustre aussi les entrées E et sorties S desdits modules thermiques 20, lesdites entrées E étant situées proches dudit axe Y et les sorties étant plus éloignées dudit axe Y, par comparaison. Lesdites entrées E forment ainsi un anneau interne configuré pour faire circuler ledit premier fluide le long dudit axe Y du générateur 10.
Ledit anneau interne est une zone de communication, dite zone de contact qui est matérialisée par un conduit 30.
La figure 4 illustre un exemple de réalisation dudit conduit 30. Il présente une forme sensiblement cylindrique, destinée à épouser la forme annulaire dessinée par lesdites entrées E. Ledit conduit 30 présente en outre une pluralité de lumières 31 agencées radialement sur son pourtour, lesdites lumières 31 étant réalisées sous la forme de fentes allongées afin de coopérer avec lesdites entrées E desdites enveloppes 25. Cela permet de faire passer le premier fluide entre ledit conduit 30 et l'entrée E desdites enveloppes 25.
Autrement dit, le conduit 30 est sensiblement cylindrique et il présente des orifices sensiblement rectangulaires, les lumières 31 , distribués radialement pour permettre une connexion optimale aux modules thermiques 20.
D'autre part, ledit générateur thermoélectrique 10 comprend un collecteur 32 pour le premier fluide en sortie desdites modules thermiques 20.
Ledit collecteur 32 est visible sur les figures 5 à 7.
Ledit collecteur 32 est illustré débouchant en aval de ladite zone de contact, comme cela est mieux visible sur la figure 7. Le fait que le collecteur 32 débouche en aval de ladite zone de contact permet l'échappement du premier fluide vers l'extérieur.
Plus précisément, comme cela est schématisé par des flèches sur la figure 7, le premier fluide est forcé de s'écouler transversalement à l'axe Y par un dispositif de contrôle de débit 50. Le premier fluide est alors conduit vers les modules thermiques 20, en direction des sorties S desdits modules 20. Le premier fluide se trouve alors guidé par les parois internes du collecteur 32, lesdites parois internes agissant alors comme un carter de guidage dudit premier fluide, en aval de ladite zone de contact et dudit dispositif de contrôle de débit 50.
Comme illustré sur ladite figure 5, ledit générateur thermoélectrique 10 comprend, en outre, un circuit 40 apte à faire circuler ledit second fluide à l'intérieur des éléments thermoélectriques 21 . Ledit circuit 40 présente une entrée 41 et une sortie 42 pour ledit second fluide.
Les figures 6 et 7 illustrent la circulation dudit second fluide à l'intérieur des ensembles thermoélectriques 22, 22'. L'entrée du second fluide se fait par l'entrée 41 ; ledit second fluide circule, grâce au circuit 40, à l'intérieur des ensembles thermoélectriques 22, 22' des modules 20. Il ressort dudit circuit 40 par la sortie 42.
Plus précisément, le second fluide circule à l'intérieur des ensembles thermoélectriques 22, 22' via les tubes visibles sur la figure 5. Lesdits tubes permettent le guidage du second fluide dans les éléments thermoélectriques 21 . Lesdits tubes débouchent, en outre, dans une partie du circuit 40 qui présente une forme annulaire pour distribuer/collecter le second fluide en direction/en provenance des tubes.
Il est à noter que le circuit 40 permettant la circulation du second fluide à l'intérieur desdits ensembles thermoélectriques 22, 22' est indépendant de celui permettant la circulation du premier fluide sur le contour externe desdits éléments thermoélectriques 21 .
Avantageusement, ici, le premier fluide est une source chaude et le second fluide est une source froide, par comparaison.
La figure 6 illustre, en outre, le dispositif de contrôle de débit 50 configuré pour être positionné à l'intérieur dudit générateur 10 de manière à moduler la quantité du premier fluide circulant à travers ledit générateur thermoélectrique 10. Ce dispositif de contrôle de débit 50 est une vanne.
Sur la figure 6, ladite vanne 50 est illustrée en position ouverte.
Ladite vanne 50 laisse donc passer le premier fluide sans le forcer à passer à travers les modules thermiques 20 répartis radialement autour de l'axe Y dudit générateur thermoélectrique 10.
La figure 7 illustre la vanne 50 en position fermée.
Ledit premier fluide qui circule alors à l'intérieur du conduit 30 est forcé de passer à l'intérieur des modules thermiques 20. Plus précisément, ledit premier fluide entre par les entrées E desdits modules thermiques 20, vient lécher les périphéries externes des ensembles thermoélectriques 22, puis 22', en suivant le guidage imposé par l'enveloppe 25 et sort du ou des modules thermiques 20, en destination du collecteur 32 qui le guide vers l'extérieur, ou encore vers l'échappement.
Autrement dit, le conduit 30 est muni d'une vanne de dérivation 50 à l'une de ses extrémités et ladite vanne permet de forcer, en position fermée, un écoulement radial du premier fluide vers les modules thermiques 20. En cas de perte de charge trop importante, cette vanne 50 peut être ouverte partiellement ou entièrement afin ne plus entraver la circulation rectiligne du premier fluide dans le conduit 30 (voir figure 6). Avantageusement, le générateur thermoélectrique 10 est configuré pour être positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ladite ligne définissent ledit premier fluide et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide.

Claims

Revendications
Générateur thermoélectrique (10) comprenant au moins un module thermique
(20) , ledit module thermique (20) comprenant des éléments thermoélectriques
(21 ) se présentant sous une forme annulaire de sorte à former un ensemble thermoélectrique (22) sensiblement cylindrique lorsqu'ils sont agencés côte à côte, ledit module thermique (20) étant composé d'au moins un ensemble thermoélectrique (22) et d'une enveloppe de guidage (25) configurée de manière à conduire un premier fluide à épouser le contour externe du ou desdits éléments thermoélectriques (21 ), ledit générateur (10) comprenant une pluralité desdits modules thermoélectriques (20) agencés autour d'un axe principal (Y), dit axe du générateur (Y).
Générateur thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit module (20) comprend deux desdits ensembles thermoélectriques
(22) .
Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite enveloppe (25) présente une entrée (E) et une sortie (S) pour ledit premier fluide, ladite entrée (E) et/ou ladite sortie (S) étant formée d'une fente allongée.
Générateur thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite enveloppe (25) comprend des logements cylindriques (24, 24'), chaque logement (24, 24') accueillant l'un desdits ensembles (22, 22').
Générateur thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel lesdits logements (24, 24') sont disposés tangentiellement les uns aux autres.
Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, dans lequel ladite entrée (E) et ladite sortie (S) sont sensiblement situées au niveau d'un plan de symétrie commun desdits logements (24, 24').
7. Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits éléments thermoélectriques (21 ) sont munis d'ailettes externes.
8. Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit ensemble (22) est configuré de manière à ce que le premier fluide forme une source de chaleur, chaude, d'un gradient de température.
9. Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un conduit (30) configuré pour faire circuler ledit premier fluide le long dudit axe du générateur (Y), ledit conduit (30) présentant une zone de communication, dite zone de contact, avec les enveloppes de guidage (25) desdits modules thermiques (20), ladite zone de contact permettant le passage dudit premier fluide dudit conduit (30) auxdites enveloppes (25).
10. Générateur thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, comprenant en outre un collecteur (32) pour le premier fluide en sortie desdites enveloppes (25), ledit collecteur (32) débouchant en aval de ladite zone de contact.
1 1 . Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un circuit (40) apte à faire circuler un second fluide à l'intérieur des éléments thermoélectriques (21 ), ledit second fluide formant une seconde source de chaleur.
12. Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif de contrôle de débit (50) configuré pour être positionnée à l'intérieur dudit générateur (10) de manière à moduler la quantité du premier fluide circulant à travers ledit générateur thermoélectrique (10).
13. Générateur thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit dispositif de contrôle de débit (50) est une vanne (50).
14. Générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes configuré pour être positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ladite ligne définissent ledit premier fluide et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide.
15. Module thermique (20) pour un générateur thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
PCT/EP2016/051040 2015-01-19 2016-01-19 Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur WO2016116463A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16701020.6A EP3248228A1 (fr) 2015-01-19 2016-01-19 Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1550414 2015-01-19
FR1550414A FR3031838B1 (fr) 2015-01-19 2015-01-19 Generateur thermoelectrique et module thermique pour un tel generateur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016116463A1 true WO2016116463A1 (fr) 2016-07-28

Family

ID=52692937

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/051040 WO2016116463A1 (fr) 2015-01-19 2016-01-19 Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3248228A1 (fr)
FR (1) FR3031838B1 (fr)
WO (1) WO2016116463A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130186448A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 Gentherm, Inc. Catalyst-thermoelectric generator integration
WO2014102218A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-03 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo-électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2015001104A1 (fr) * 2013-07-04 2015-01-08 Valeo Systemes Thermiques Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130186448A1 (en) * 2012-01-20 2013-07-25 Gentherm, Inc. Catalyst-thermoelectric generator integration
WO2014102218A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-03 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo-électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2015001104A1 (fr) * 2013-07-04 2015-01-08 Valeo Systemes Thermiques Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Also Published As

Publication number Publication date
FR3031838A1 (fr) 2016-07-22
EP3248228A1 (fr) 2017-11-29
FR3031838B1 (fr) 2018-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2874191B1 (fr) Dispositif hybride comprenant un module thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, et un échangeur de chaleur de chaleur
EP2715816A1 (fr) Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
WO2014102218A1 (fr) Module et dispositif thermo-électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
EP3017486B1 (fr) Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
WO2015036409A1 (fr) Module et dispositif thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2016116463A1 (fr) Générateur thermoélectrique et module thermique pour un tel générateur
EP3052798B1 (fr) Module thermo électrique, dispositif thermo électrique, échangeur de chaleur et boucle egr
EP2955350B1 (fr) Dispositif de contrôle de débit destiné à être utilisé dans un générateur thermoélectrique comprenant un tel dispositif
EP2541182A1 (fr) Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile.
EP3012428A1 (fr) Module thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
FR3035271A1 (fr) Generateur thermoelectrique ayant un unique module thermique
EP3012427A1 (fr) Elément, ensemble et module thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2017182627A2 (fr) Dispositif thermoélectrique et générateur thermoélectrique comprenant un tel dispositif
FR3022075A1 (fr) Elements, module et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3050574A1 (fr) Dispositif thermoelectrique et generateur thermoelectrique comprenant un tel dispositif
WO2017032527A1 (fr) Module thermoelectrique pour dispositif et generateur thermoelectrique
WO2017046492A1 (fr) Dispositif thermo électrique, notamment destiné a générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2017032526A1 (fr) Module thermoelectrique pour generateur thermoelectrique
WO2017046486A1 (fr) Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile
FR3050575A1 (fr) Dispositif thermoelectrique et generateur thermoelectrique comprenant un tel dispositif
FR3041154A1 (fr) Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3041162A1 (fr) Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3041160A1 (fr) Dispositif thermo electrique, notamment destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3041157A1 (fr) Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3041058A1 (fr) "raccord hydraulique et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile, comprenant un tel raccord hydraulique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16701020

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2016701020

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE