WO2016135155A1 - Dispositif thermo électrique notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile - Google Patents

Dispositif thermo électrique notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile Download PDF

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WO2016135155A1
WO2016135155A1 PCT/EP2016/053794 EP2016053794W WO2016135155A1 WO 2016135155 A1 WO2016135155 A1 WO 2016135155A1 EP 2016053794 W EP2016053794 W EP 2016053794W WO 2016135155 A1 WO2016135155 A1 WO 2016135155A1
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WO
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module
tubes
thermoelectric
fluid
circulation
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PCT/EP2016/053794
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Inventor
Véronique MONNET
Ambroise SERVANTIE
Patrick Boisselle
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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    • 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
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/82—Connection of interconnections
    • 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

  • Thermoelectric device in particular for generating an electric current in a motor vehicle
  • the present invention relates to a thermoelectric device. It is especially intended to generate an electric current in a motor vehicle.
  • thermoelectric devices also called electric thermo generators or TEG according to the acronym "ThermoElectric Generator”
  • TEG electric thermo generators
  • electrical thermo to generate an electric current in the presence of a gradient of temperature between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
  • These devices comprise a stack of first tubes, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and second tubes, intended for the circulation of a heat transfer fluid of a cooling circuit.
  • the electrical thermo elements are sandwiched between the tubes so as to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the cold cooling fluid.
  • Such devices are particularly interesting because they make it possible to produce electricity from a conversion of the heat coming from the exhaust gases of the engine. They thus offer the possibility of reducing the fuel consumption of the vehicle by replacing, at least partially, the alternator usually provided therein to generate electricity from a belt driven by the engine crankshaft. .
  • thermoelectric devices comprise numerous electrical connections of the various electric thermo elements to each other.
  • a series connection of all the electric thermo elements makes it possible to limit the complexity of the electrical circuit.
  • such a solution presents difficulties in terms of reliability.
  • thermoelectric device comprising a plurality of electric thermo modules, each electric thermo module comprising a plurality of thermoelectric elements, for creating an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces, said contact faces, said thermoelectric elements of a module being electrically connected in series and in parallel with the thermoelectric elements of an adjacent module.
  • the configuration of the invention in modules makes it possible to make the electric circuit more reliable by providing parallel assemblies while limiting the complexity of the connections by maintaining series assemblies between the modules.
  • said electric thermo modules comprise at least one circulation tube of a first fluid and one or more circulation ducts of a second fluid, said electric thermoelectric elements being positioned between said tube or tubes and said duct or conduits,
  • each thermoelectric module comprises at least one so-called central tube for circulating the first fluid, a plurality of electric thermo elements extending on either side of the said central tube or tubes in two layers, respectively called lower and upper ,
  • each of said plies comprises an electrical input terminal and an electrical output terminal
  • thermoelectric elements of the lower ply are connected to the electrical input terminal and to the electrical outlet terminal of the lower ply and the thermoelectric elements of the upper ply are connected to the electrical input terminal and to the electrical terminal output of the upper layer
  • each of the layers are electrically connected in series from one module to the other according to a first and a second circuit, said circuits being electrically connected in parallel,
  • the upper layers are electrically connected in series from one module to the other to form the first circuit and the lower layers are electrically connected in series from one module to another to form the second circuit,
  • each thermoelectric module comprises at least one so-called peripheral tube, in which the circulation duct or channels of the second fluid extends, the peripheral tube or tubes being U-shaped and having a direction of secant extension to the direction of extension of the central tube or tubes,
  • peripheral tube or tubes having an inner wall in contact with the electric thermoelectric elements and an outer wall forming the two longitudinal sides and one lateral side of a thermoelectric module
  • the direction of extension of the peripheral tube or tubes is orthogonal to the direction of extension of the central tube or tubes.
  • the circulation tube or tubes of the first fluid and / or the circulation ducts of the second fluid are provided with tracks for conduction of the current generated by said electric thermoelectric elements
  • the circulation tube or tubes of the first fluid and / or the circulation ducts of the second fluid are coated with a layer of electrically insulating and thermally conductive material on which said tracks are provided,
  • said layer consists of a ceramic layer
  • said tracks consist of copper tracks.
  • thermoelectric modules are connected by a hydraulic connection putting in fluid communication an outlet of the circulation ducts of a first thermoelectric module with an inlet of the circulation ducts of a second thermoelectric module, said connection comprising a body obtained in a dielectric material and at least two electrical contacts integral with said body.
  • thermoelectric elements of the upper layer are respectively connected to a first and a second electrical contacts of one of the hydraulic connections associated with the module and the electric thermo elements of the lower layer are respectively connected to a first and a second electrical contact on the other of the connectors associated with said module,
  • said electrical contacts consist of threaded rods obtained in an electrically conductive material
  • the electrical contacts are secured to the body of the hydraulic coupling by overmolding,
  • the electrical contacts are secured to the body of the connection by gluing
  • the threaded rods forming the electrical contacts are secured to the body of the hydraulic coupling by screwing said rods into threaded holes made in said body,
  • the body of the hydraulic connection is obtained in a dielectric plastic
  • the dielectric plastic consists of polyamide or polypropylene
  • the body has a substantially parallelepipedal shape comprising a bottom wall, an upper wall, two longitudinal side walls and two transverse lateral walls,
  • the body further comprises a feed connector integral with the bottom wall and opening into a first inlet chamber and an output connector secured to the bottom wall and opening into a second so-called exhaust chamber, at least 1 one of the longitudinal side walls comprising two holes forming ducts opening respectively into the intake chamber and into the exhaust chamber,
  • the holes forming ducts comprise means for securing a so-called inlet manifold and respectively a so-called outlet manifold, the inlet and outlet pipes are removable,
  • said body furthermore comprises a recessed lid of substantially rectangular shape and covering the holes forming the conduits in order to put the intake chamber and the exhaust chamber into fluid communication,
  • the lower wall of the body is concave and the upper wall of the body is convex.
  • thermo modules are arranged radially with respect to a longitudinal axis.
  • the modules are assembled to form an annular row of radial electric thermo modules.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an exemplary embodiment of a thermoelectric device according to the invention
  • FIG. 2 is a partially torn perspective view of a device according to the invention
  • FIG. 3 is a side view of one of the exploded portions of the device illustrated in FIG.
  • FIG. 4 details part of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a schematic representation of the electrical circuit of the device according to the invention.
  • thermoelectric device 1 comprising a plurality of electric thermo modules 2. It further comprises a housing 3 and a plurality of corners 4 bearing on said housing 3 and intended for to be in contact with two adjacent electrical thermo modules 2 for holding said modules 2 about a longitudinal axis, said longitudinal axis corresponding to an axis of revolution of the casing 3 in this embodiment, so that a ring configuration is obtained.
  • Each thermoelectric module 2 comprises at least a plurality of electric thermoelectric elements, not illustrated in FIGS. 1 and 2, making it possible to create an electric current from a temperature gradient applied between two of their faces, called contact faces. .
  • Said thermoelectric elements are here distributed over a plurality of tubes 5 for circulating a fluid, said to be hot, with which they are in contact by one of their contact face.
  • the other contact faces of said electric thermo elements are in contact with circulation channels of another fluid, said cold.
  • the circulation tubes 5 of each thermoelectric module 2 are intended to allow the circulation of exhaust gas and are two in number, said circulation tubes 5 extending parallel in the same plane, while the circulation channels 6 are intended to allow the circulation of a cooling fluid and are of the number of one to five pairs, here four pairs.
  • thermoelectric elements 200 are formed, for example, of substantially parallelepiped shaped elements generating an electric current, according to the Seebeck effect. Such elements allow the creation of an electric current in a load connected between said contact faces. In a manner known to those skilled in the art, such elements consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3 ).
  • thermoelectric elements 200 may be, for a first part, elements of a first type, called P, making it possible to establish an electric potential difference in a direction, called positive, when they are subjected to a temperature gradient given, and, for the other part, elements of a second type, said N, allowing the creation of an electrical potential difference in an opposite direction, said negative, when they are subjected to the same temperature gradient.
  • thermoelectric elements 200 are distributed over said plurality of tubes 5 with which they are in contact by one of their contact face. With reference to FIG. 5, it can be seen that the electric thermoelectric elements extend on either side of the at least one of the circulation tubes 5 into two layers 201, 202, respectively called lower and upper layers.
  • Each of said plies 201, 202 comprises an electrical input terminal 201 E, 202E and an electrical output terminal 201 S, 202S.
  • the thermoelectric elements 200 of the lower ply 201 are connected to the electrical input terminal 201 E and to the electrical output terminal 201 S of the lower ply 201.
  • the thermoelectric elements 200 of the upper layer 202 are connected to the electrical input terminal 202E and to the output electrical terminal 202S of the upper layer 202.
  • the electrical terminals of each of the layers are electrically connected in series from one module to the other according to a first circuit 203, in solid lines, and a second circuit 204, in dashed lines, said circuits 203, 204 being electrically mounted. in parallel. This makes it possible to establish redundancy of operation with a limited number of connections.
  • the upper plies 202 are electrically connected in series from one module to another to form the first circuit 203 and the lower plies 201 are electrically connected in series from one module to another to form the second circuit 204.
  • the layers are electrically connected in parallel from one module to another to form the circuits.
  • the cold fluid circulation channels 6 here have a secant extension direction, in particular orthogonal, to the direction of extension of the fluid circulation tubes 5 of said module.
  • the circulation channels 6 are assembled in pairs in so-called peripheral, U-shaped tubes.
  • the inner wall of said peripheral tubes is in contact with the thermoelectric elements 200, at their contact faces, and their outer wall forms the two longitudinal sides and a lateral side of said thermo module 2.
  • the inlet and outlet of the peripheral tube or tubes protrude from the same side side of the thermoelectric module 2 at which they communicate with collectors 50 extending parallel to each other in the direction of extension of central tubes 5.
  • thermoelectric elements 200 it is thus possible to establish a temperature gradient between the thermoelectric elements 200 in contact with, on the one hand, central tubes 5 of the module 2 and peripheral tubes.
  • Said circulation tubes 5, 6 have, for example, a flattened section in a direction of elongation, orthogonal to the direction of extension of the tubes.
  • Said circulation tubes 5, 6 are, for example, flat tubes. This means that they have two large parallel faces connected by short sides.
  • Said thermoelectric elements 200 of the lower ply are located at one of said large faces and the thermoelectric elements 200 of the upper ply are located at the large opposite face.
  • peripheral tubes 6 intended for the circulation of the cold fluid, said tubes 6 consist, for example, of aluminum and / or of aluminum alloy. They are, in particular, extruded.
  • said tubes 5 For the central tubes 5, intended for the circulation of the hot fluid, said tubes 5 consist in particular of stainless steel. They are formed, for example, by profiling, welding and / or brazing.
  • said tubes 5, 6 have, for example, a multiplicity of ducts 7.
  • the fluid passage ducts 7 are separated, in particular, by partitions 8 connecting the opposite planar faces of the tubes 5, 6.
  • Each thermoelectric module 2 comprises a collector plate 9, connecting one end of the circulation tubes 5.
  • Said collector plate 9 has a substantially rectangular shape and is provided, for example, at each end of the tubes 5 of a same module.
  • Said collector plates 9 comprise holes 10, here two, intended to receive respectively a fixing rod January 1.
  • the device also comprises two annular supports 12 comprising holes 13 for receiving said fixing rods and substantially rectangular slots 14, said slots 14 extending to the right of the circulation tubes 5.
  • These annular supports 12 comprise at their periphery fixing means intended to cooperate with fixing means complementary to an intake cone 15 and an exhaust cone 1 6, said intake cones 15 and exhaust 1 6 coming to connect to an exhaust pipe 17.
  • Said inlet cones 15 and exhaust 16 also comprise means for fixing a housing 3, here cylindrical, on which bear the corners 4 mentioned above.
  • Each corner 4 comprises a head 18 having a right prism shape with a triangular base and a rod 19 integral with the head 18, said rod 19 extending from one of the faces of the head 18 and bearing on the housing 3.
  • said rod 19 of each corner 4 consists of a threaded rod intended to be screwed onto a threaded insert 20, said casing 3 having holes 21 for receiving said threaded inserts 20.
  • the casing 3 comprises annular rows of holes 21 uniformly distributed along its axis of revolution to allow an assembly comprising electric thermo modules 2 radial.
  • thermoelectric modules 2 By using one or more corners 4 for assembling the electric thermo modules 2 and relying on a housing 3, a symmetrical and self-balanced clamping of two cold faces of the thermoelectric modules is obtained, thus improving the transfer of the calories and, in fine, the performance of the thermoelectric elements. Moreover, this provides a symmetrical and self-balancing clamping of the two cold faces of each thermoelectric module 2 thus reducing the number of parts necessary for this function.
  • each corner 4 may have a straight prism shape with any polygonal base, such as a trapezoidal base for example, without departing from the scope of the invention.
  • each corner 4 may be secured to the housing 3 by an elastic means, such as a coil spring for example.
  • At least one wedge 4 is configured so that its head 18 is deformable.
  • the head 18 of at least one corner 4 is obtained in a semi-rigid material.
  • two opposite faces of a corner 4 may respectively comprise a flexible interface, not shown in the figures.
  • Said opposing faces consist in the two faces of the head 18 of the wedge 4 not carrying the rod 19.
  • the said flexible interface may be obtained in silicone, flexible graphite or any other equivalent material known to those skilled in the art. Note that only one face of the head 18 of the wedge 4 may comprise a flexible interface without departing from the scope of the invention.
  • the device also comprises hydraulic connections 22 comprising a body 23 obtained in a dielectric material and at least two electrical contacts 24 integral with said body 23.
  • dielectric material means a material electrical insulation such as, for example, polyamide or polypropylene. Said material may consist of any other plastic material or not having dielectric properties well known to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
  • Such a hydraulic connector 22 combines electrical and hydraulic functions thus reducing the size of the components providing these functions and reduce costs by providing a single piece for these two functions.
  • Said body 23 has a substantially parallelepipedal shape comprising a bottom wall 23a, an upper wall 23b, two longitudinal side walls 23c and two transverse side walls 23d.
  • the bottom wall 23a and the top wall 23b are concave and respectively convex.
  • the hydraulic coupling On its rear longitudinal side wall 23c, which is not visible, the hydraulic coupling further comprises an inlet connector opening into a first so-called inlet chamber 26 and an outlet connector opening into a second so-called exhaust chamber 28. Said chambers communicate with the collectors connected to the peripheral tubes 6.
  • one of the longitudinal lateral walls 23c has two holes forming ducts opening into the inlet chamber 26 and respectively into the exhaust chamber 28 on the longitudinal longitudinal front wall 23c.
  • Said holes forming ducts comprise means for securing a so-called inlet manifold and respectively a so-called outlet manifold, the latter being advantageously removable and provided here on a first and a last of the modules, the notion of first and last to be understood according to the angular distribution of the modules.
  • the hydraulic coupling 22 further comprises a recessed lid 33 of substantially rectangular shape and capable of being secured to the longitudinal lateral face 23c of the body 23 by capping the holes forming the conduits to put in communication with each other.
  • the inlet chamber 26 and the exhaust chamber 28 are fluidly fluidized. The modules are thus connected in series, in the direction of flow of the second fluid, between said corresponding inlet and outlet pipes.
  • said cover 33 is removable so that, from the same part, namely the body 23, it is possible to make a hydraulic connection putting in fluid communication two adjacent thermoelectric modules and a hydraulic coupling putting in fluid communication the first and the last of said modules with the outside.
  • the electrical contacts 24 consist of two threaded rods 34 obtained in an electrically conductive material, such as metal, for example, to receive eyelet lugs 35 or fork lugs. connected to the free ends of electrical wires connected to the thermoelectric elements by the input and output terminals of the layers 201, 202, said eyelet terminals 35 being held on the threaded rods by means of nuts 36.
  • the threaded rods 34 forming the electrical contacts are secured to the body 23 of the hydraulic coupling 22 by screwing said rods 34 into tapped holes in the upper wall 23a of said body 23.
  • said electrical contacts may be secured to the body 23 of the hydraulic connector 22 by overmoulding or gluing for example.
  • said electrical contacts 24 may consist of any other electrical contact well known to those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
  • thermoelectric elements 200 of the upper layer are respectively connected to a first and a second electrical contacts 24 of one of the hydraulic connectors 22 associated with the module.
  • the thermoelectric elements 200 of the lower sheet are respectively connected to a first and a second electrical contacts 24 of the other of the connectors 22 associated with said module. In this way we obtain the circuits 203, 204 mentioned above.
  • the electrical connections are made on the circulation ducts 6 of cooling fluid and not on the circulation tubes 5 of the hot fluid.
  • the tubes 5 and / or 6 may, for example, be provided with tracks, not shown, for the conduction of the current generated by said electric thermoelectric elements 200. More specifically, they may be coated with a layer of electrically insulating material and thermally conductor, for example ceramic, on which are provided said tracks, in particular provided copper. Said tracks connect in series and / or in parallel, the thermoelectric elements 200 of the same sheet. All or part of the thermo elements 200 of the same type P or N of a sheet may be grouped to be connected in parallel while a member or group of P-type thermoelectric elements 200 of a sheet will be connected in series with an element or a N-type thermoelectric element group 200 of the same or another web. In other words, different configurations of electrical circuits can be provided on the surface of the tubes 5, 6.

Landscapes

  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Quick-Acting Or Multi-Walled Pipe Joints (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif thermo électrique comprenant une pluralité de modules thermo électriques (2), chaque module thermo électrique (2) comprenant une pluralité d'éléments thermo électrique (5), permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites faces de contact, lesdits éléments thermo électrique (200) d'un module (2) étant électriquement connectés en série et en parallèle avec les éléments thermo électrique (200) d'un module (2) adjacent.

Description

Dispositif thermo électrique notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
La présente invention concerne un dispositif thermo électrique. Elle est notamment destinée à générer un courant électrique dans un véhicule automobile.
Il a déjà été proposé des dispositifs thermo électriques, également appelés générateurs thermo électriques ou TEG selon l'acronyme anglo- saxon « ThermoElectric Generator », utilisant des éléments, dits thermo électriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température entre deux de leurs faces opposées selon le phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Ces dispositifs comprennent un empilement de premiers tubes, destinés à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et de seconds tubes, destinés à la circulation d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermo électriques sont pris en sandwich entre les tubes de façon à être soumis à un gradient de température provenant de la différence de température entre les gaz d'échappement, chauds, et le fluide de refroidissement, froid.
De tels dispositifs sont particulièrement intéressants car ils permettent de produire de l'électricité à partir d'une conversion de la chaleur provenant des gaz d'échappement du moteur. Ils offrent ainsi la possibilité de réduire la consommation en carburant du véhicule en venant se substituer, au moins partiellement, à l'alternateur habituellement prévu dans celui-ci pour générer de l'électricité à partir d'une courroie entraînée par le vilebrequin du moteur.
Ces dispositifs thermo électrique comportent de nombreuses connexions électriques des différents éléments thermo électriques entre eux. Un raccordement en série de l'ensemble des éléments thermo électriques permet de limiter la complexité du circuit électrique. Cependant une telle solution présente des difficultés en termes de fiabilité.
L'invention vise à améliorer la situation en proposant un dispositif thermo électrique comprenant une pluralité de modules thermo électriques, chaque module thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments thermo électrique, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites faces de contact, lesdits éléments thermo électrique d'un module étant électriquement connectés en série et en parallèle avec les éléments thermo électrique d'un module adjacent.
La configuration de l'invention en modules permet de fiabiliser le circuit électrique en prévoyant des montages en parallèle tout en limitant la complexité des connexions en maintenant des montages en série entre les modules.
Selon des caractéristiques complémentaires de l'invention, qui pourront être prises ensemble ou séparément :
- lesdits modules thermo électriques comportent au moins un tube de circulation d'un premier fluide et un ou plusieurs conduits de circulation d'un second fluide, lesdits éléments thermo électriques étant positionnés entre le ou lesdits tubes et le ou lesdits conduits,
- chaque module thermo électrique comporte au moins un tube, dit central, de circulation du premier fluide, une pluralité d'éléments thermo électriques s'étendant de part et d'autre du ou desdits tubes centraux en deux nappes, respectivement dites inférieure et supérieure,
- chacune desdites nappes comprend une borne électrique d'entrée et une borne électrique de sortie,
- les éléments thermo électrique de la nappe inférieure sont reliés à la borne électrique d'entrée et à la borne électrique de sortie de la nappe inférieure et les éléments thermo électrique de la nappe supérieure sont reliés à la borne électrique d'entrée et à la borne électrique de sortie de la nappe supérieure,
- les bornes électriques de chacune des nappes sont reliées électriquement en série d'un module à l'autre selon un premier et un second circuit, lesdits circuits étant électriquement montés en parallèle,
- les nappes supérieures sont électriquement connectées en série d'un module à l'autre pour former le premier circuit et les nappes inférieures sont électriquement connectées en série d'un module à l'autre pour former le second circuit,
- chaque module thermo électrique comporte au moins un tube dit périphérique, dans lequel s'étend le ou les conduits de circulation du second fluide, le ou lesdits tubes périphériques étant en forme de U et présentant une direction d'extension sécante à la direction d'extension du ou des tubes centraux,
- le ou lesdits tubes périphériques présentant une paroi interne au contact des éléments thermo électriques et une paroi externe formant les deux côtés longitudinaux et un côté latéral d'un module thermo électrique,
- la direction d'extension du ou des tubes périphériques est orthogonale à la direction d'extension du ou des tubes centraux.
- lesdits tubes centraux et périphériques sont plats,
- le ou les tubes de circulation du premier fluide et/ou les conduits de circulation du second fluide sont munis de pistes pour la conduction du courant généré par lesdits éléments thermo électriques,
- le ou les tubes de circulation du premier fluide et/ou les conduits de circulation du second fluide sont revêtus d'une couche de matériau électriquement isolant et thermiquement conducteur sur laquelle sont prévues lesdites pistes,
- ladite couche consiste en une couche de céramique,
- lesdites pistes consistent dans des pistes en cuivre.
Selon un aspect de l'invention, qui pourra être combiné avec les précédents.
Lesdits modules thermo électriques sont raccordés par un raccord hydraulique mettant en communication de fluide une sortie des conduits de circulation d'un premier module thermo électrique avec une entrée des conduits de circulation d'un second module thermo électrique, ledit raccord comprenant un corps obtenu dans un matériau diélectrique et au moins deux contacts électriques solidaires dudit corps. Selon des caractéristiques complémentaires de cet aspect de l'invention, qui pourront être prises ensemble ou séparément :
- pour chaque module, les éléments thermo électriques de la nappe supérieure sont respectivement connectés à un premier et un second contacts électriques de l'un des raccords hydraulique associés au module et les éléments thermo électriques de la nappe inférieure sont respectivement connectés à un premier et un second contacts électriques de l'autre des raccords associé audit module,
- lesdits contacts électriques consistent en des tiges filetées obtenues dans un matériau conducteur d'électricité,
- les contacts électriques sont solidarisés au corps du raccord hydraulique par surmoulage,
- les contacts électriques sont solidarisés au corps du raccord par collage,
- les tiges filetées formant les contacts électriques sont solidarisées au corps du raccord hydraulique par vissage desdites tiges dans des trous taraudés pratiqués dans ledit corps,
- le corps du raccord hydraulique est obtenu dans un plastique diélectrique,
- le plastique diélectrique consiste dans du polyamide ou dans du polypropylène,
- le corps présente une forme sensiblement parallélépipédique comprenant une paroi inférieure, une paroi supérieure, deux parois latérales longitudinales et deux parois latérales transversales,
- le corps comprend en outre un connecteur d'arrivée solidaire de la paroi inférieure et débouchant dans une première chambre dite d'admission et un connecteur de sortie solidaire de la paroi inférieure et débouchant dans une seconde chambre dite d'échappement, au moins l'une des parois latérales longitudinales comportant deux trous formant des conduites débouchant respectivement dans la chambre d'admission et dans la chambre d'échappement,
- les trous formant des conduites comportent des moyens de solidarisation d'une tubulure dite d'entrée et respectivement d'une tubulure dite de sortie, - les tubulures d'entrée et de sortie sont amovibles,
- ledit corps comporte en outre un couvercle en creux, de forme sensiblement rectangulaire et coiffant les trous formant les conduites pour mettre en communication de fluide la chambre d'admission et la chambre d'échappement,
- le couvercle est amovible,
- la paroi inférieure du corps est concave et la paroi supérieure du corps est convexe.
Selon un autre aspect de l'invention qui pourra être combiné avec ceux qui précèdent, lesdits modules thermo électriques sont disposés radialement par rapport à un axe longitudinal.
Avantageusement, les modules sont assemblés pour former une rangée annulaire de modules thermo électriques radiaux.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un exemple de réalisation d'un dispositif thermo électrique conforme à l'invention,
- la figure 2 est une vue en perspective déchirée, partielle, d'un dispositif suivant l'invention,
- la figure 3 est une vue de côté d'une des parties éclatées du dispositif illustré à la figure 1 ,
- la figure 4 détaille une partie de la figure 3,
- la figure 5 est une représentation schématique du circuit électrique du dispositif suivant l'invention.
Comme illustré aux figures 1 et 2, l'invention concerne un dispositif thermo-électrique 1 comprenant une pluralité de modules thermo électriques 2. Il comprend ici en outre un carter 3 et une pluralité de coins 4 prenant appui sur ledit carter 3 et destiné à être en contact avec deux modules thermo électriques 2 adjacents pour maintenir lesdits modules 2 autour d'un axe longitudinal, ledit axe longitudinal correspondant à un axe de révolution du carter 3 dans cet exemple de réalisation, de sorte que l'on obtient une configuration en anneau.
Chaque module thermo électrique 2 comprend au moins une pluralité d'éléments thermo électriques, non illustré sur les figures 1 et 2, permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites faces de contact. Lesdits éléments thermo électriques sont ici répartis sur une pluralité de tubes 5 de circulation d'un fluide, dit chaud, avec lesquels ils sont en contact par l'une de leur face de contact. Les autres faces de contact desdits éléments thermo électriques sont en contact avec des canaux de circulation d'un autre fluide, dit froid.
Dans l'exemple, les tubes de circulation 5 de chaque module thermo électrique 2 sont destinés à permettre la circulation de gaz d'échappement et sont au nombre de deux, lesdits tubes de circulation 5 s'étendant parallèlement dans un même plan, tandis que les canaux 6 de circulation sont destinés à permettre la circulation d'un fluide de refroidissement et sont au nombre de une à cinq paires, ici quatre paires.
Lesdits éléments thermo électriques 200, visibles figure 5, sont formés, par exemple, d'éléments de forme sensiblement parallélépipédiques générant un courant électrique, selon l'effet Seebeck. De tels éléments permettent la création d'un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces de contact. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3).
Les éléments thermo électriques 200 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.
Lesdits éléments thermo électriques 200 sont répartis sur ladite pluralité de tubes 5 avec lesquels ils sont en contact par l'une de leur face de contact. En référence à la figure 5, on constate que les éléments thermo électriques s'étendent de part et d'autre du ou desdits tubes de circulation 5 en deux nappes 201 , 202, respectivement dites inférieure et supérieure. Chacune desdites nappes 201 , 202 comprend une borne électrique d'entrée 201 E, 202E et une borne électrique de sortie 201 S, 202S. Les éléments thermo électriques 200 de la nappe inférieure 201 sont reliés à la borne électrique d'entrée 201 E et à la borne électrique de sortie 201 S de la nappe inférieure 201 . Les éléments thermo électrique 200 de la nappe supérieure 202 sont reliés à la borne électrique d'entrée 202E et à la borne électrique de sortie 202S de la nappe supérieure 202.
Préférentiellement, les bornes électriques de chacune des nappes sont reliées électriquement en série d'un module à l'autre selon un premier circuit 203, en traits pleins, et un second circuit 204, en trais pointillés, lesdits circuits 203, 204 étant électriquement montés en parallèle. Ceci permet d'établir une redondance de fonctionnement avec un nombre restreint de connexions.
Ici, les nappes supérieures 202 sont électriquement connectées en série d'un module à l'autre pour former le premier circuit 203 et les nappes inférieures 201 sont électriquement connectées en série d'un module à l'autre pour former le second circuit 204. Selon un mode de réalisation non représenté, les nappes sont électriquement connectées en parallèle d'un module à l'autre pour former les circuits.
De cette manière, le raccordement des éléments thermo électriques est plus simple et plus rapide.
Si l'on se reporte aux figures 1 à 4, on constate que les canaux 6 de circulation du fluide froid présentent ici une direction d'extension sécante, notamment orthogonale, à la direction d'extension des tubes 5 de circulation de fluide dudit module. Dans cet exemple, les canaux 6 de circulation sont assemblés par paire en des tubes, dits périphériques, en forme de U. La paroi interne desdits tubes périphériques est au contact des éléments thermo électriques 200, au niveau de leurs faces de contact, et leur paroi externe forme les deux côtés longitudinaux et un côté latéral dudit module thermo électrique 2. L'entrée et la sortie du ou des tubes périphériques font saillies depuis un même côté latéral du module thermo électrique 2 au niveau duquel elles communiquent avec des collecteurs 50 s'étendant parallèlement l'un à l'autre dans la direction d'extension des tubes centraux 5.
On peut ainsi établir un gradient de température entre les éléments thermo électriques 200 au contact, d'une part, des tubes centraux 5 du module 2 et des tubes périphériques.
Lesdits tubes de circulation 5, 6 présentent, par exemple, une section aplatie selon une direction d'allongement, orthogonale à la direction d'extension des tubes. Lesdits tubes de circulation 5, 6 sont, par exemple des tubes plats. On entend par là qu'ils présentent deux grandes faces parallèles reliés par des petits côtés. Lesdits éléments thermo électrique 200 de la nappe inférieure sont situés au niveau de l'une desdites grandes faces et les éléments thermo électrique 200 de la nappe supérieure sont situés au niveau de la grande face opposée.
Pour les tubes périphériques 6 destinés à la circulation du fluide froid, lesdits tubes 6 sont constitués, par exemple, d'aluminium et/ou d'alliage d'aluminium. Ils sont, notamment, extrudés.
Pour les tubes centraux 5, destinés à la circulation du fluide chaud, lesdits tubes 5 sont constitués, notamment, d'acier inox. Ils sont formés, par exemple, par profilage, soudage et/ou brasage.
Par ailleurs, lesdits tubes 5, 6 présentent, par exemple, une multiplicité de conduits 7. Les conduits 7 de passage du fluide sont séparés, notamment, par des cloisons 8 reliant les faces planes opposées des tubes 5, 6.
Chaque module thermo électrique 2 comprend une plaque collectrice 9, reliant une extrémité des tubes 5 de circulation. Ladite plaque collectrice 9 présente une forme sensiblement rectangulaire et est prévue, par exemple, à chaque extrémité des tubes 5 d'un même module.
Lesdites plaques collectrices 9 comportent des trous 10, ici deux, destinés à recevoir respectivement une tige de fixation 1 1 . Par ailleurs, le dispositif comprend également deux supports annulaires 12 comportant des trous 13 destinés à recevoir lesdites tiges de fixation et des lumières 14 sensiblement rectangulaires, lesdites lumières 14 s'étendant au droit des tubes de circulation 5. Ces supports annulaires 12 comportent à leur périphérie des moyens de fixation destinés à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires solidaires d'un cône d'admission 15 et d'un cône d'échappement 1 6, lesdits cônes d'admission 15 et d'échappement 1 6 venant se connecter sur une conduite de gaz d'échappement 17.
Lesdits cônes d'admission 15 et d'échappement 16 comportent également des moyens de fixation d'un carter 3, ici cylindrique, sur lequel prennent appui les coins 4 évoqués plus haut.
Chaque coin 4 comporte une tête 18 présentant une forme de prisme droit à base triangulaire et une tige 19 solidaire de la tête 18, ladite tige 19 s'étendant depuis l'une des faces de la tête 18 et prenant appui sur le carter 3.
Dans cet exemple, ladite tige 19 de chaque coin 4 consiste dans une tige filetée destinée à être vissée sur un insert taraudé 20, ledit carter 3 comportant des trous 21 destinés à recevoir lesdits inserts taraudés 20. Ainsi, le carter 3 comporte des rangées annulaires de trous 21 uniformément réparties le long de son axe de révolution pour permettre un assemblage comprenant des modules thermo électriques 2 radiaux.
En utilisant un ou plusieurs coins 4 pour l'assemblage des modules thermo électriques 2 et en s'appuyant sur un carter 3, on procure un serrage symétrique et auto-équilibré de deux faces froides des modules thermoélectriques améliorant ainsi le transfert des calories et, in fine, le rendement des éléments thermo-électriques. Par ailleurs, cela procure un serrage symétrique et auto-équilibré des deux faces froides de chaque module thermo électrique 2 permettant ainsi de réduire le nombre de pièces nécessaire à cette fonction.
On notera que la tête 18 de chaque coin 4 pourra présenter une forme de prisme droit à base polygonale quelconque, telle qu'une base trapézoïdale par exemple, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Accessoirement, chaque coin 4 pourra être solidarisé au carter 3 par un moyen élastique, tel qu'un ressort hélicoïdal par exemple.
Afin de récupérer les défauts de géométrie lors de l'assemblage des modules thermo électriques 2, au moins un coin 4 est configuré pour que sa tête 18 soit déformable. A cet effet, la tête 18 d'au moins un coin 4 est obtenue dans un matériau semi-rigide. Alternativement, deux faces opposées d'un coin 4 pourront comporter respectivement une interface souple, non illustrée sur les figures. Lesdites faces opposées consistent dans les deux faces de la tête 18 du coin 4 ne portant pas la tige 19. La dite interface souple pourra être obtenue dans du silicone, du graphite souple ou toute autre matière équivalente connue de l'homme du métier. On notera qu'une seule face de la tête 18 du coin 4 pourra comporter une interface souple sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Si l'on se reporte aux figures 2 à 4, le dispositif comporte également des raccords hydrauliques 22 comprenant un corps 23 obtenu dans un matériau diélectrique et au moins deux contacts électriques 24 solidaires dudit corps 23. On entend par « matériau diélectrique » un matériau isolant électrique tel que, par exemple, le polyamide ou le polypropylène. Ledit matériau pourra consister dans tout autre matériau plastique ou non ayant des propriétés diélectriques bien connu de l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Un tel raccord hydraulique 22 combine les fonctions électriques et hydrauliques permettant ainsi de réduire l'encombrement des composants assurant ces fonctions et de réduire les coûts en procurant une unique pièce pour ces deux fonctions.
Ledit corps 23 présente une forme sensiblement parallélépipédique comprenant une paroi inférieure 23a, une paroi supérieure 23b, deux parois latérales longitudinales 23c et deux parois latérales transversales 23d. Dans cet exemple particulier de réalisation, la paroi inférieure 23a et la paroi supérieure 23b sont concave et respectivement convexe. Sur sa paroi latérale longitudinale arrière 23c, non visible, le raccord hydraulique comprend, en outre, un connecteur d'arrivée débouchant dans une première chambre dite d'admission 26 et un connecteur de sortie débouchant dans une seconde chambre dite d'échappement 28. Lesdites chambres communiquent avec les collecteurs reliés aux tubes périphériques 6.
Comme illustré plus particulièrement sur les figures 3 et 4, l'une des parois latérales longitudinales 23c comporte deux trous formant des conduites débouchant dans la chambre d'admission 26 et respectivement dans la chambre d'échappement 28 sur la paroi latérale longitudinale avant 23c. Lesdits trous formant des conduites comportent des moyens de solidarisation d'une tubulure dite d'entrée et respectivement d'une tubulure dite de sortie, ces dernières étant avantageusement amovibles et prévue ici sur un premier et un dernier des modules, la notion de premier et dernier devant être comprise selon la distribution angulaire des modules.
Comme illustré sur la figure 2, le raccord hydraulique 22 comporte en outre un couvercle en creux 33, de forme sensiblement rectangulaire et apte à être solidarisé sur la face latérale longitudinale 23c du corps 23 en coiffant les trous formant les conduites pour mettre en communication de fluide la chambre d'admission 26 et la chambre d'échappement 28. Les modules sont ainsi reliés en série, selon le sens de circulation du second fluide, entre lesdites tubulures d'entrée et de sortie correspondantes.
De manière avantageuse, ledit couvercle 33 est amovible de sorte que, à partir d'une même pièce, à savoir le corps 23, il est possible de réaliser un raccord hydraulique mettant en communication de fluide deux modules thermo électriques adjacents et un raccord hydraulique mettant en communication de fluide le premier et le dernier desdits modules avec l'extérieur.
Par ailleurs, les contacts électriques 24 consistent en deux tiges filetées 34 obtenues dans un matériau conducteur d'électricité, tel que du métal par exemple, pour recevoir des cosses à œillet 35 ou des cosses à fourche connectés aux extrémités libres de fils électriques connectés aux éléments thermo électrique par les bornes d'entrée et de sortie des nappes 201 , 202, lesdites cosses à œillet 35 étant maintenues sur les tiges filetées au moyen d'écrous 36.
Dans cet exemple de réalisation, les tiges filetées 34 formants les contacts électriques sont solidarisées au corps 23 du raccord hydraulique 22 par vissage desdites tiges 34 dans des trous taraudés pratiqués dans la paroi supérieure 23a dudit corps 23.
Alternativement, lesdits contacts électriques pourront être solidarisés au corps 23 du raccord hydraulique 22 par surmoulage ou par collage par exemple.
Par ailleurs, lesdits contacts électriques 24 pourront consister dans tout autre contact électrique bien connu de l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention.
Pour chaque module, les éléments thermo électriques 200 de la nappe supérieure sont respectivement connectés à un premier et un second contacts électriques 24 de l'un des raccords hydraulique 22 associés au module. Les éléments thermo électriques 200 de la nappe inférieure sont respectivement connectés à un premier et un second contacts électriques 24 de l'autre des raccords 22 associés audit module. On obtient de la sorte les circuits 203, 204 évoqués plus haut.
Selon un mode de réalisation non représenté, les connexions électriques se font sur les canaux de circulation 6 d fluide de refroidissement et non sur les tubes de circulation 5 du fluide chaud.
Les tubes 5 et/ou 6 pourront, par exemple, être munis de pistes, non illustrées, pour la conduction du courant généré par lesdits éléments thermo électriques 200. Plus précisément, ils pourront être revêtus d'une couche de matériau électriquement isolant et thermiquement conducteur, par exemple céramique, sur laquelle sont prévues lesdites pistes, notamment prévues en cuivre. Lesdites pistes relient en série et/ou en parallèle, les éléments thermo électriques 200 d'une même nappe. Tout ou partie des éléments thermo électrique 200 de même type P ou N d'une nappe pourront être regroupés pour être montés en parallèle tandis qu'un élément ou un groupe d'éléments thermo électrique 200 de type P d'une nappe sera monté en série avec un élément ou un groupe d'éléments thermo électrique 200 de type N de la même nappe ou d'une autre nappe. Autrement dit, différentes configurations de circuits électriques pourront être prévus à la surface des tubes 5, 6.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif thermo électrique comprenant une pluralité de modules thermo électriques (2), chaque module thermo électrique (2) comprenant une pluralité d'éléments thermo électrique (200), permettant de créer un courant électrique à partir d'un gradient de température appliqué entre deux de leurs faces, dites faces de contact, lesdits éléments thermo électrique (200) d'un module (2) étant électriquement connectés en série et en parallèle avec les éléments thermo électrique (200) d'un module (2) adjacent.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel lesdits modules thermo électriques (2) comportent au moins un tube de circulation d'un premier fluide (5) et un ou plusieurs conduits (6) de circulation d'un second fluide, lesdits éléments thermo électriques (200) étant positionnés entre le ou lesdits tubes (5) et le ou lesdits conduits (6).
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel chaque module thermo électrique (2) comporte au moins un tube, dit central, de circulation (5) du premier fluide, une pluralité d'éléments thermo électriques (200) s'étendant de part et d'autre du ou desdits tubes centraux (5) en deux nappes (201 , 202), respectivement dites inférieure et supérieure.
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel chacune desdites nappes (201 , 202) comprend une borne électrique d'entrée (201 E, 202E), et une borne électrique de sortie (201 S, 202S).
5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel les éléments thermo électrique (200) de la nappe inférieure (201 ) sont reliés à la borne électrique d'entrée (201 E) et à la borne électrique de sortie (201 S)de la nappe inférieure (201 ) et les éléments thermo électrique (200) de la nappe supérieure (202) sont reliés à la borne électrique d'entrée (202E) et à la borne électrique de sortie (202S) de la nappe supérieure (202).
6. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel les bornes électriques de chacune des nappes (201 , 202) sont reliées électriquement en série d'un module (2) à l'autre selon un premier circuit (203) et un second circuit (204), lesdits circuits (203, 204) étant électriquement montés en parallèle.
7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel les nappes supérieures (202) sont électriquement connectées en série d'un module (2) à l'autre pour former le premier circuit (203) et les nappes inférieures (201 ) sont électriquement connectées en série d'un module (2) à l'autre pour former le second circuit (204).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7 dans lequel lesdits modules thermo électriques (2) comprennent au moins un tube dit périphérique, dans lequel s'étend le ou les conduits (6) de circulation du second fluide, le ou lesdits tubes périphériques étant en forme de U et présentant une direction d'extension sécante à la direction d'extension du ou desdits tubes centraux (5), le ou lesdits tubes périphériques présentant une paroi interne au contact des éléments thermo électriques et une paroi externe formant les deux côtés longitudinaux et un côté latéral d'un module thermo électrique (2).
9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel la direction d'extension du ou des tubes périphériques est orthogonale à la direction d'extension du ou des tubes centraux (5).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9 dans lequel lesdits tubes centraux (5) et périphériques sont plats.
1 1 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 10 dans lequel le ou les tube de circulation du premier fluide (5) et/ou les conduits (6) de circulation du second fluide sont munis de pistes pour la conduction du courant généré par lesdits éléments thermo électriques (200).
12. Dispositif selon la revendication 1 1 dans lequel le tube de circulation du premier fluide (5) et/ou les conduits de circulation du second fluide (6) sont revêtus d'une couche de matériau électriquement isolant et thermiquement conducteur sur laquelle sont prévues lesdites pistes.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 12 dans lequel lesdits modules thermo électriques (2) sont raccordés par un raccord hydraulique (22) mettant en communication de fluide une sortie des conduits de circulation (6) d'un premier module thermo électrique (2) avec une entrée des conduits de circulation (6) d'un second module thermo électrique (2), ledit raccord (22) comprenant un corps (23) obtenu dans un matériau diélectrique et au moins deux contacts électriques (24) solidaires dudit corps (22).
14. Dispositif selon la revendication 13 dans lequel, pour chaque module, les éléments thermo électriques (200) de la nappe supérieure sont respectivement connectés à un premier et un second contacts électriques (24) de l'un des raccords hydraulique (22) associés au module et les éléments thermo électriques (200) de la nappe inférieure sont respectivement connectés à un premier et un second contacts électriques (24) de l'autre des raccords (22) associé audit module.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel lesdits modules thermo électriques (2) sont disposés radialement par rapport à un axe longitudinal.
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