WO2017046483A1 - Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile - Google Patents

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WO2017046483A1
WO2017046483A1 PCT/FR2016/052255 FR2016052255W WO2017046483A1 WO 2017046483 A1 WO2017046483 A1 WO 2017046483A1 FR 2016052255 W FR2016052255 W FR 2016052255W WO 2017046483 A1 WO2017046483 A1 WO 2017046483A1
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modules
thermoelectric elements
casing
fluid
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PCT/FR2016/052255
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Kamel Azzouz
Patrick Boisselle
Cédric DE VAULX
Véronique MONNET
Ambroise SERVANTIE
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Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Thermoelectric module and device in particular for generating an electric current in a motor vehicle
  • the present invention relates to a module and a thermoelectric device, in particular for generating an electric current in a motor vehicle.
  • electric thermo devices also called electric thermo generators or TEG according to the acronym "ThermoElectric Generator”
  • TEG electric thermo generators
  • electric thermo elements to generate an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
  • These devices comprise a stack of first tubes, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and second tubes, intended for the circulation of a heat transfer fluid of a cooling circuit.
  • the electrical thermo elements are sandwiched between the tubes so as to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the cold cooling fluid.
  • Such devices are particularly interesting because they make it possible to produce electricity from a conversion of the heat coming from the exhaust gases of the engine. They thus offer the possibility of reducing the fuel consumption of the vehicle by replacing, at least partially, the alternator usually provided therein to generate electricity from a belt driven by the engine crankshaft. .
  • thermoelectric devices having a plurality of thermoelectric modules have already been developed, each module comprising annular-shaped thermo electric elements in which the first fluid and the second fluid flow transversely relative to one another.
  • a thermoelectric module comprises a plurality of annular-shaped thermoelectric elements arranged in the longitudinal extension of one another in a coaxial manner, with for example an alternation of N-type thermoelectric elements and thermoelectric elements. P-type electrical elements.
  • Each thermoelectric element has fins extending from the outer periphery, transversely and radially.
  • thermoelectric elements These fins, usually obtained in aluminum or stainless steel and crimped on the outer diameter of the rings of the thermoelectric elements, make it possible to promote heat exchange with the hot exhaust gases flowing through said fins, a fluid cold circulating in the center of the electric thermo elements, and extract the maximum heat of the exhaust gases to transfer it to thermoelectric materials.
  • Said modules thus comprise electric thermo elements which are assembled in the form of cylindrical rods and are distributed in a cylindrical enclosure so that the hot exhaust gases circulate freely between each module while a heat transfer fluid of a cooling circuit circulates in the center of the electric thermo elements.
  • thermoelectric device has several disadvantages. Additional thermal resistances are provided by all the necessary connection elements between the heat transfer fluid circuit and the electric thermo elements and / or the rods of electric thermo elements, thus affecting the efficiency of the thermoelectric device. Moreover, the circulation of the exhaust gases is not optimal. Indeed, said exhaust gas is not diffused homogeneously between the rods of electric thermo elements or does not allow the heat exchange on the entire surface of the electric thermo elements, which also reduces the efficiency of this type of thermoelectric device.
  • thermoelectric device comprising at least one casing of tubular form in which extends a plurality of modules of thermoelectric elements extending parallel to the longitudinal axis of the housing, each module being constituted on the one hand by a plurality of thermoelectric elements having a cylindrical or straight prism shape provided with a central recess and being capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between a first said outer face defined by an outer periphery surface and a second inner so-called face defined by an inner periphery surface, a first fluid being intended to flow through the central recess and a second fluid being intended circulating around the outer periphery, and secondly an envelope covering said thermoelectric elements and comprising at least one inlet of the second fluid and an exhaust of said second fluid, the number and dimensions of said modules of electric thermoelectric elements being optimized according to the ratio between the volume of the thermoelectric elements and the volume of the housing, the thickness of the envelope and the distance between two adjacent modules.
  • the envelopes covering the rods of electric thermo elements and in which the hot exhaust gases circulate on the one hand a homogeneous distribution of the exhaust gas between the elements thermal thermo and secondly a heat exchange over the entire surface of the thermoelectric elements and the construction limits the necessary connection elements between the coolant circuit and the electric thermo element rods.
  • the effectiveness of the device is further improved by optimizing the number and dimensions of said modules of electric thermo elements according to the ratio between the volume of the thermoelectric elements and the volume of the housing, the thickness of the envelope and the distance between two adjacent modules.
  • the ends of the housing are closed by an intake manifold and / or exhaust of a first fluid and / or an intake manifold and / or exhaust of a second fluid or even back from one of the fluids.
  • the ratio between the volume of the electric thermoelectric elements and the volume of the casing is between 0.1 and 1 and, preferably, between 0.1 and 0.2.
  • the distance between the longitudinal axes of two modules of adjacent thermoelectric elements is between 15 mm and 60 mm and preferably between 25 mm and 30 mm.
  • the distance between the envelopes of two modules of adjacent thermoelectric elements is between 0.5 and 30 mm and preferably between 0.5 and 1.5 mm.
  • the housing has a circular cross section and the electric thermo element modules are positioned circularly inside said housing around the axis of revolution of said housing.
  • the space between two adjacent modules of thermoelectric elements is plugged by application of an adhesive.
  • the space between two modules of adjacent thermoelectric elements is plugged by a metal part in the general shape of V whose two wings bear respectively on the casing of a module of thermoelectric elements.
  • said envelope consists of at least two assembled parts. Thanks to this construction of the casing covering the said electric thermo element (s), a dimensional clearance between the outer diameter of the fins of the thermoelectric elements and the internal diameter of the casing is not necessary since the said thermoelectric elements are not inserted in the envelope coaxially, thus improving heat exchange.
  • said envelope consists of at least two fractions of tubes of circular or polygonal cross-section and closed at its ends respectively by a complementary shaped washer comprising at least two lugs extending outwardly. from the periphery of said washer so as to form at least two slots between said tube fractions.
  • the electric thermo elements have an annular shape and comprise fins crimped on the outer face of said electric thermo elements, said fins extending perpendicular to the axis of revolution of said electric thermo elements.
  • the inner wall of the envelope bears on the fins.
  • the entire flow of exhaust gas flows through the fins of the electric thermo elements.
  • the envelope consists of two circular half-tubes and closed at its ends by two annular washers provided with two radial lugs on which support the two half-tubes to form the intake slot and the slot exhaust.
  • the parts of the envelope are obtained in a material having dielectric properties so that to insure the electrical insulation of the electric thermoelectric elements with the external environment.
  • said parts of the envelope are obtained in a material having a temperature withstand of at least 800 ° C.
  • said material in which the parts of the envelope are obtained consists of ceramic.
  • said adhesive plugging the space between two modules of adjacent thermoelectric elements consists of a ceramic adhesive.
  • the intake and exhaust slots are arranged in such a way that the passage section given by the slots is equivalent to the passage section through the fins.
  • FIG. 1 is a perspective view of a thermoelectric device according to the invention comprising several modules of electric thermoelectric elements,
  • FIG. 2 is a perspective elevation view of the thermoelectric device according to the invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of an exemplary embodiment of a module of the thermoelectric device according to the invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a module of the thermoelectric device according to the invention
  • FIG. 5 schematically illustrates a thermoelectric module consisting of a plurality of annular electric thermoelectric elements and radial fins, without an envelope, according to the invention
  • thermoelectric device schematically illustrates, in cross section, an example of a thermoelectric device according to the invention.
  • thermoelectric device 1 comprising a plurality of modules 2, as will be detailed below, positioned circularly and extending parallel to the inside of a housing 3 of tubular form whose ends are closed by an intake manifold 4 of a first fluid, in this case hot exhaust gases, and an intake manifold 5 of a second fluid, namely a heat transfer fluid of a cooling circuit, and respectively by an exhaust manifold 6 of said first and second fluids.
  • the casing 3 has a circular cross section and the modules 2 of thermoelectric elements are positioned circularly inside said casing 3 about the axis of revolution of said casing 3.
  • each module 2 comprises a first hot circuit 6 capable of allowing the circulation of a first fluid, in particular the exhaust gases of an engine, and a second circuit 7, said to be cold, capable of permitting the circulation of a second fluid, especially a heat transfer fluid of a cooling circuit, of lower temperature than the first fluid.
  • Said second fluid thus having a heat exchange coefficient greater than said first fluid.
  • Said module 2 comprises at least one thermoelectric element 8, here a plurality of electric thermo elements 8n, 8p, in the form of a cylinder or of a right prism and having a central recess, capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between a first so-called outer face 9a defined by an outer periphery surface and a second so-called inner face 9b defined by an inner periphery surface, the second fluid being intended to flow through the central recess and the first fluid being intended to circulate around the outer periphery, and a casing 10 covering the said thermoelectric element or elements 8, consisting of at least two assembled parts 10a, 10b, and comprising at least a first so-called admission slot 11 of the second fluid and a second so-called exhaust slot 12 of said second fluid.
  • a casing 10 covering the said thermoelectric element or elements 8, consisting of at least two assembled parts 10a, 10b, and comprising at least a first so-called admission slot 11 of the second fluid and a second
  • outer faces 9a and 9b inner electrical thermo elements 8 are for example circular. However, more generally, any section of rounded shape, such as an oval shape for example, and / or polygonal is possible.
  • Such elements operate, according to the Seebeck effect, by making it possible to create an electric current in a load connected between the inner 9b and outer 9a faces of the electric thermo elements 8n, 8p subjected to the temperature gradient.
  • such elements consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3 ).
  • the electrical thermoelectric elements 8 may be, for a first part, elements 8p 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 gradient of given temperature, and, for the other part, elements 8n of a second type, called N, allowing the creation of an electrical potential difference in an opposite direction, called negative, when they are subjected to the same gradient of temperature.
  • the electric thermo elements 8 shown consist of a ring in one piece. They may however be formed of several pieces each forming an angular portion of the ring.
  • the outer surface 9a has, for example, a radius of between 1.5 and 4 times the radius of the inner surface 9b. It may be a radius equal to about 2 times that of the inner surface 9b.
  • thermoelectric element 8 has, for example, two opposite parallel flat faces.
  • the ring constituting the thermoelectric element 8 is of rectangular annular section.
  • Said thermoelectric elements 8p, 8n are arranged, for example, in the longitudinal extension of one another, in particular in a coaxial manner, and the P-type thermoelectric elements alternate with the N-type thermoelectric elements, according to a direction D. They are, in particular, of identical shape and size. 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 8p, 8n are, for example, grouped in pairs, each pair being formed of a said P type thermoelectric element and an N type said thermoelectric element, and said module is configured to allow a flow of current between the first surfaces of the electric thermoelectric elements 1 of the same pair and a flow of current between the second surfaces of each of the electric thermo elements 8 of the same pair and the thermoelectric element 8 adjacent to the neighboring pair. This ensures a circulation in series of electrical current between the electric thermo elements 8p, 8n arranged next to each other in the direction D.
  • the module according to the invention may comprise a cold liquid circulation channel 13 in contact with said second surface 9b of said electric thermo elements 8p, 8n.
  • the channel 13 cold liquid circulation is unique and placed in the center of the module. According to one variant, a plurality of cold liquid circulation channels may be provided.
  • the at least one liquid circulation channel 13 is, for example, of circular section.
  • said module 2 comprises cold liquid circulation tubes 13 on which a plurality of electric thermoelectric elements 8 of the same type, alternating in the direction of longitudinal extension D of the tube 13, are mounted with a electric thermo element of the other type.
  • the tubes 13 are, in particular, metallic. They define at least in part said channel.
  • Said module 2 may further comprise electrical insulation means, not shown in the figures, arranged between two faces vis-à-vis neighboring thermoelectric elements 8p, 8n according to the longitudinal extension direction D of the tube 13 .
  • Said module 2 may further comprise first electrical connection means, not shown in the figures, connecting the outer periphery surfaces 9a of two of said thermoelectric elements 8, provided adjacent and of different types.
  • Said first electrical connection means comprise, for example, a layer of electrically conductor, particularly copper and / or nickel, coating said electric thermo elements 8p, 8n.
  • Said module 2 advantageously comprises secondary exchange surfaces, in particular fins 14, with the second fluid.
  • Said fins 14 are arranged, for example, transversely, in particular radially to said electric thermo elements 8. They are here positioned parallel to each other with a spacing allowing a good heat exchange with the second fluid while limiting the losses.
  • Said fins 14 may be off-center with respect to said electric thermo elements 8p, 8n, in particular elongated on the side of the arrival of the second fluid.
  • Said fins 14 may comprise a catalytic coating for catalytic conversion of toxic components of the second fluid.
  • said module 2 can in this way equip a catalytic converter in addition or substitution of components conventionally used for catalysis in such equipment.
  • Said fins 14 are fixed, for example, on said first electrical connection means, in particular by crimping and / or brazing.
  • the module may further comprise second electrical connection means 15 establishing an electrical connection between the inner periphery surfaces 9b of two of said adjacent thermoelectric elements 8, of different types and not connected by said first electrical connection means.
  • said first and second electrical connection means connect two in pairs said electric thermo elements 8 so to establish an electrical circulation in series between said thermoelectric elements 8 of the module 2.
  • the casing 10 is at least two assembled parts 10a, 10b, and comprises at least a first so-called inlet slit 11 of the second fluid and a second slit called exhaust 12 of said second fluid. Thanks to this construction of the casing 10 covering the said electric thermo element (s) 8, it is not necessary to have a dimensional clearance between the outer diameter of the fins of the thermoelectric elements and the internal diameter of the casing since said Electric thermo elements are not inserted into the envelope coaxially.
  • said envelope 10 consists of two parts 10a, 10b respectively corresponding to a fraction of tube of circular cross-section, each fraction of tube being substantially hemi-cylindrical, and closed at its ends respectively by a washer 16 of complementary shape, that is to say of circular shape, comprising at least two lugs 17 extending outwardly from the periphery of said washer 16 so as to form at least two slots 11 and 12 between said fractions of tubes 10a, 10b.
  • the casing 10 consists of two circular half-tubes 10a, 10b and closed at its ends by two annular washers 16 provided with two radial lugs 17 on which the two half-tubes 10a, 10b bear in order to form the slot. intake 11 and the exhaust slot 12 of the second fluid.
  • the two lugs 17 of the washers 16 are diametrically opposed so that the intake slit 11 extends on the opposite side to the exhaust slot 12.
  • the position of the lugs 17 of the washers 16 can be arbitrary depending on the desired angular position between the intake slit 11 and the exhaust slit 12 of the gases exhaust.
  • said lugs 17 form an angle of approximately 120 ° so that a first tube fraction 10a has a tube cross-section of approximately 240 ° and the second fraction of tube 10b has a tube cross section of about 120 °.
  • the inner wall of the casing 10 bears on the fins 14.
  • the entire flow of exhaust gas flows through the fins 14 of the electric thermo elements 8.
  • the parts 10a, 10b of the envelope 10 are obtained in a material having dielectric properties to ensure electrical insulation of the electric thermo elements 8 with the external environment.
  • said parts 10a, 10b of the envelope are obtained in a material having a temperature withstand of at least 800 ° C.
  • the parts 10a, 10b of the casing 10 are obtained in molded ceramic, extruded mica or alumina.
  • the intake and exhaust slots 12 are arranged in such a way that the passage section given by the slots 11 and 12 is equivalent to the passage section through the fins 14.
  • thermoelectric device 1 comprises a plurality of modules 2, as described above, positioned circularly and extending parallel to the inside of a tubular casing 3 of which the ends are closed by an intake manifold 4 of a first fluid and an intake manifold 5 of a second fluid and respectively by an exhaust manifold 6 of said first and second fluids.
  • Said intake manifold 4 of the first fluid consists of a cylindrical nozzle 18 opening into the casing 3 flaring and the manifold 5 of the second fluid consists of a casing 19 in the form of a cylindrical ring, having two side walls 20, 21 which have the shape of a disc provided with a circular central hole 22, a cylindrical inner wall 23 and a cylindrical outer wall 24, holes 25 formed on one of the side walls 21 for receiving the central tubes 13 of the modules thermoelectric 2, said holes 25 being provided with sealing means, not shown in the figures.
  • said housing 19 comprises at least one internal partition defining at least one so-called inlet chamber and an exhaust chamber, and at least one intake manifold 26 opening into the intake chamber and a so-called manifold exhaust 27 opening into the exhaust chamber.
  • the intake and exhaust pipes 27 extend radially from the outer peripheral wall 24 of the housing 19.
  • the exhaust manifold 6 has a conical shape in communication with gutters 28 extending between two modules 2 of adjacent electrical thermo elements 8 respectively comprising an inlet slot 29 in fluid communication with the exhaust slot 12 of a module 2.
  • Said exhaust manifold 6 also comprises an inner ring 30 having holes receiving the central tubes 13 of the electric thermo modules 2 in which the second fluid circulates, namely the heat transfer fluid of the cooling circuit, said ring 30 having internal walls, not shown in the figures, for communicating the central tubes 13 of the modules 2.
  • the first fluid namely the hot exhaust gases
  • the first fluid is introduced into the casing 3 via the intake manifold 4 at the center of the modules 2 of electric thermoelectric elements and is then introduced into the envelopes 10 of said modules 2 passing through the slots intake 11 of said envelopes 10.
  • the first fluid passes through all the fins 14 before emerging envelopes 10 via the exhaust slots 12 and to be recovered by the gutters 28 and to be evacuated by the
  • the second fluid namely the heat transfer fluid of the cooling circuit, is introduced into the intake manifold 4 via the intake pipes 26 so that it circulates in the central tubes. 13 via the inner ring 30 before escaping through the exhaust pipes 27.
  • thermoelectric elements In order to prevent a part of the exhaust gas stagnating between the modules 2, inside the casing 3, the space between two modules 2 of adjacent thermoelectric elements is clogged by applying an adhesive, such as a ceramic adhesive for example, to form a longitudinal cap 31.
  • an adhesive such as a ceramic adhesive for example
  • thermoelectric elements As a variant, not shown in the figures, the space between two modules 2 of adjacent thermoelectric elements is plugged by a metal part in the general shape of V whose two wings bear respectively on the casing 10 of a module 2 electric thermo elements.
  • the number and the dimensions of said modules 2 of electric thermoelectric elements are optimized according to the ratio between the volume of the thermoelectric elements and the volume of the casing 3, the thickness of the envelope 10 and the distance between two adjacent modules 2.
  • thermoelectric device comprises 10 modules distributed in a circular manner around the central duct of exhaust gas in the casing 3, the effective volume of which, that is to say the internal volume of the casing 3, is 2000 cm 3 .
  • the ratio between the volume of the electric thermoelectric elements and the volume of the casing 3 is between 0.1 and 1 and, preferably, between 0.1 and 0.2, the distance between the axes.
  • longitudinal dimensions of two modules 2 of adjacent thermoelectric elements is between 15 mm and 60 mm and preferably between 25 mm and 30 mm, and the distance between the envelopes 10 of two modules 2 of adjacent thermoelectric elements is between 0.5 and 30 mm and preferably between 0.5 and 1.5 mm.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif thermo électrique (1) comprenant un carter (3) de forme tubulaire dans lequel s'étend une pluralité de modules (2) d'éléments thermo électrique (8) s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du carter (3), chaque module (2) étant constitué : - d'une pluralité d'éléments thermo électriques (8) ayant une forme de cylindre ou de prisme droit muni d'un évidement central, un premier fluide étant destiné à circuler à travers l'évidement central et un second fluide étant destiné à circuler autour de la périphérie extérieure, et - d'une enveloppe (10) coiffant lesdits éléments thermo électrique (8) et comportant au moins une admission (11) du second fluide et un échappement (12) dudit second fluide, le nombre et les dimensions desdits modules (2) d'éléments thermo électriques étant optimisés en fonction du ratio entre le volume des éléments thermo électrique (8) et le volume du carter (3), de l'épaisseur de l'enveloppe (10) et de la distance entre deux modules (2) adjacents.

Description

Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
La présente invention se rapporte à un module et un dispositif thermo électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile. Dans le domaine automobile, 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.
Des tels dispositifs sont particulièrement intéressants car ils permettent de produire de l'électricité à partir d'une conversion de la chaleur provenant des gaz d'échappement du moteur. Ils offrent ainsi la possibilité de réduire la consommation en carburant du véhicule en venant se substituer, au moins partiellement, à l'alternateur habituellement prévu dans celui-ci pour générer de l'électricité à partir d'une courroie entraînée par le vilebrequin du moteur.
Il a déjà été développé des dispositifs thermo électriques comportant une pluralité de modules thermo électrique, chaque module comportant des éléments thermo électriques de forme annulaire dans lesquels le premier fluide et le second fluide circulent de manière transversale l'un par rapport à l'autre. Un tel module thermo électrique comporte une pluralité d'éléments thermo électriques de forme annulaires disposés dans le prolongement longitudinal l'un de l'autre de façon coaxiale, avec par exemple une alternance d'éléments thermo électriques de type N et d'éléments thermo électriques de type P. Chaque élément thermo électrique comporte des ailettes s'étendant depuis la périphérie extérieure, transversalement et radialement. Ces ailettes, usuellement obtenues dans de l'aluminium ou de l'inox et serties sur le diamètre extérieure des anneaux des éléments thermo électriques, permettent de favoriser les échanges thermiques avec les gaz chauds d'échappement qui circulent à travers lesdites ailettes, un fluide froid circulant au centre des éléments thermo électriques, et extraire le maximum de chaleur des gaz d'échappement pour la transférer aux matériaux thermo électriques.
Lesdits modules comportent ainsi des éléments thermo électriques qui sont assemblés sous forme de crayons cylindriques et sont répartis dans une enceinte cylindrique de telle sorte que les gaz chauds d'échappement circulent librement entre chaque module tandis qu'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement circule au centre des éléments thermo électriques.
Ce type de dispositif thermo électrique présente plusieurs inconvénients. Des résistances thermiques additionnelles sont apportées par tous les éléments de connexion nécessaires entre le circuit du fluide caloporteur et les éléments thermo électriques et/ou les crayons d'éléments thermo électriques, grevant ainsi l'efficacité du dispositif thermo électrique. Par ailleurs, la circulation des gaz d'échappement n'est pas optimale. En effet, lesdits gaz d'échappement n'est pas diffusé de manière homogène entre les crayons d'éléments thermo électriques ou ne permet pas l'échange thermique sur l'ensemble de la surface des éléments thermo électriques, ce qui réduit également l'efficacité de ce type de dispositif thermo électrique. L'invention se propose d'améliorer la situation et concerne à cet effet un dispositif thermo électrique comprenant au moins un carter de forme tubulaire dans lequel s'étend une pluralité de modules d'éléments thermo électrique s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du carter, chaque module étant constitué d'une part d'une pluralité d'éléments thermo électriques ayant une forme de cylindre ou de prisme droit muni d'un évidement central et étant susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre une première face dite extérieure définie par une surface de périphérie extérieure et une seconde face dite intérieure définie par une surface de périphérie intérieure, un premier fluide étant destiné à circuler à travers l'évidement central et un second fluide étant destiné à circuler autour de la périphérie extérieure, et d'autre part d'une enveloppe coiffant lesdits éléments thermo électrique et comportant au moins une admission du second fluide et un échappement dudit second fluide, le nombre et les dimensions desdits modules d'éléments thermo électriques étant optimisés en fonction du ratio entre le volume des éléments thermo électrique et le volume du carter, de l'épaisseur de l'enveloppe et de la distance entre deux modules adjacents.
On comprend bien que, contrairement aux dispositifs de l'art antérieur, les enveloppes coiffant les crayons d'éléments thermo électriques et dans lequel circulent les gaz chauds d'échappement permettent d'une part une diffusion homogène des gaz d'échappement entre les éléments thermo électriques et d'autre part un échange thermique sur l'ensemble de la surface des éléments thermo électriques et la construction permet de limiter les éléments de connexion nécessaires entre le circuit du fluide caloporteur et les crayons d'éléments thermo électriques. De plus, l'efficacité du dispositif est encore améliorée en optimisant le nombre et les dimensions desdits modules d'éléments thermo électriques en fonction du ratio entre le volume des éléments thermo électrique et le volume du carter, de l'épaisseur de l'enveloppe et de la distance entre deux modules adjacents. Selon un aspect de l'invention, les extrémités du carter sont fermées par un collecteur d'admission et/ou d'échappement d'un premier fluide et/ou un collecteur d'admission et/ou d'échappement d'un second fluide, voire de retour de l'un des fluides.
Selon un aspect de l'invention, le ratio entre le volume des éléments thermo électriques et le volume du carter est compris entre 0.1 et 1 et, de préférence, compris entre 0.1 et 0.2.
Selon un autre aspect de l'invention, la distance entre les axes longitudinaux de deux modules d'éléments thermo électriques adjacents est comprise entre 15 mm et 60 mm et, de préférence, comprise entre 25 mm et 30 mm.
Selon un aspect de l'invention, la distance entre les enveloppes de deux modules d'éléments thermo électriques adjacents est comprise entre 0.5 et 30 mm et, de préférence, comprise entre 0.5 et 1.5 mm. De préférence, le carter présente une section droite circulaire et les modules d'éléments thermo électriques sont positionnée circulairement à l'intérieur dudit carter autour de l'axe de révolution dudit carter.
Selon un aspect de l'invention, l'espace entre deux modules d'éléments thermo électriques adjacents est bouché par application d'une colle.
En variante, l'espace entre deux modules d'éléments thermo électriques adjacents est bouché par une pièce métallique en forme générale de V dont les deux ailes prennent appui respectivement sur l'enveloppe d'un module d'éléments thermo électriques. De manière avantageuse, ladite enveloppe est constituée d'au moins deux parties assemblées. Grâce à cette construction de l'enveloppe coiffant le ou lesdits éléments thermo électriques, un jeu dimensionnel entre le diamètre externe des ailettes des éléments thermo électrique et le diamètre interne de l'enveloppe n'est pas nécessaire puisque lesdits éléments thermo électriques ne sont pas insérés dans l'enveloppe coaxialement, améliorant ainsi les échanges thermiques.
Selon un aspect de l'invention, ladite enveloppe est constituée d'au moins deux fractions de tubes de section droite circulaire ou polygonale et fermée à ses extrémités respectivement par une rondelle de forme complémentaire comportant au moins deux ergots s'étendant vers l'extérieur depuis la périphérie de ladite rondelle de manière à former au moins deux fentes entre lesdites fractions de tubes.
Selon un exemple de réalisation, les éléments thermo électriques présentent une forme annulaire et comprennent des ailettes serties sur la face extérieure desdits éléments thermo électriques, lesdites ailettes s'étendant perpendiculairement à l'axe de révolution desdits éléments thermo électriques.
Avantageusement, la paroi intérieure de l'enveloppe prend appui sur les ailettes. Ainsi, la totalité du flux de gaz d'échappement circule à travers les ailettes des éléments thermo électriques.
Selon un exemple de réalisation, l'enveloppe est constituée de deux demi-tubes circulaires et fermée à ses extrémités par deux rondelles annulaires munies de deux ergots radiaux sur lesquels prennent appui les deux demi-tubes pour former la fente d'admission et la fente d'échappement.
Selon un aspect de l'invention, les parties de l'enveloppe sont obtenues dans un matériau possédant des propriétés diélectriques afin d'assurer l'isolation électrique des éléments thermo électriques avec l'environnement extérieur.
Selon un aspect de l'invention, lesdites parties de l'enveloppe sont obtenues dans un matériau ayant une tenue en température d'au moins 800°C.
De manière avantageuse, ledit matériau dans lequel sont obtenues les parties de l'enveloppe consiste en de la céramique.
Selon un aspect de l'invention, ladite colle bouchant l'espace entre deux modules d'éléments thermo électriques adjacents consiste en une colle céramique.
Avantageusement, les fentes d'admission et d'échappement sont agencées de telle manière que la section de passage donnée par les fentes soit équivalente à la section de passage à travers les ailettes.
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 d'un dispositif thermo électrique conforme à l'invention comprenant plusieurs modules d'éléments thermo électriques,
- la figure 2 est une vue en élévation en perspective du dispositif thermo électrique conforme à l'invention,
la figure 3 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un module du dispositif thermo électrique conforme à l'invention,
- la figure 4 est une vue en perspective éclatée d'un module du dispositif thermo électrique conforme à l'invention, la figure 5 illustre de manière schématique un module thermo électrique constitué d'une pluralité d'éléments thermo électriques annulaires et d'ailettes radiales, sans enveloppe, conformément à l'invention,
- la figure 6 illustre de façon schématique, en coupe transversale, un exemple de dispositif thermo électrique conforme à l'invention.
Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
Comme illustré aux figures 1 et 2, l'invention concerne un dispositif thermo électrique 1 comprenant une pluralité de modules 2, comme il sera détaillé plus loin, positionnées circulairement et s'étendant parallèlement à l'intérieur d'un carter 3 de forme tubulaire dont les extrémités sont fermées par un collecteur d'admission 4 d'un premier fluide, en l'espèce des gaz chauds d'échappement, et un collecteur d'admission 5 d'un second fluide, à savoir un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement, et respectivement par un collecteur d'échappement 6 desdits premier et second fluides. Le carter 3 présente une section droite circulaire et les modules 2 d'éléments thermo électriques sont positionnée circulairement à l'intérieur dudit carter 3 autour de l'axe de révolution dudit carter 3.
En référence aux figures 3 à 5, chaque module 2 comprend un premier circuit 6 dit chaud apte à permettre la circulation d'un premier fluide, notamment des gaz d'échappement d'un moteur, et un second circuit 7 dit froid apte à permettre la circulation d'un second fluide, notamment un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement, de température inférieure à celle du premier fluide. Ledit second fluide présentant ainsi un coefficient d'échange thermique supérieur audit premier fluide. Ledit module 2 comprend au moins un élément thermo électrique 8, ici une pluralité d'éléments thermo électriques 8n,8p, en forme de cylindre ou de prisme droit et présentant un évidement central, susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre une première face dite extérieure 9a définie par une surface de périphérie extérieure et une seconde face dite intérieure 9b définie par une surface de périphérie intérieure, le second fluide étant destiné à circuler à travers l'évidement central et le premier fluide étant destiné à circuler autour de la périphérie extérieure, et une enveloppe 10 coiffant le ou lesdits éléments thermo électriques 8, constituée d'au moins deux parties assemblées 10a, 10b, et comportant au moins une première fente dite d'admission 11 du second fluide et une seconde fente dite d'échappement 12 dudit second fluide.
On notera que les faces extérieures 9a et intérieures 9b des éléments thermo électriques 8 sont par exemple circulaires. Toutefois, de façon plus générale, toute section de forme arrondie, telle qu'une forme ovale par exemple, et/ou polygonale est possible.
De tels éléments fonctionnent, selon l'effet Seebeck, en permettant de créer un courant électrique dans une charge connectée entre les faces intérieure 9b et extérieure 9a des éléments thermo électriques 8n,8p soumises au gradient de température. 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 8 pourront être, pour une première partie, des éléments 8p 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 8n 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. Aux figures 4 et 5, les éléments thermo électriques 8 représentés sont constitués d'un anneau en une seule pièce. Ils pourront cependant être formés de plusieurs pièces formant chacune une portion angulaire de l'anneau.
La surface extérieure 9a présente, par exemple, un rayon compris entre 1,5 et 4 fois le rayon de la surface intérieure 9b. Il pourra s'agir d'un rayon égal à environ 2 fois celui de la surface intérieure 9b.
Ledit élément thermo électrique 8 présente, par exemple, deux faces planes parallèles opposées. Autrement dit, l'anneau constituant l'élément thermo électrique 8 est de section annulaire rectangulaire. Lesdits éléments thermo électriques 8p, 8n sont disposés, par exemple, dans le prolongement longitudinal l'un de l'autre, notamment de façon coaxiale, et les éléments thermo électriques de type P alternent avec les éléments thermo électriques de type N, selon une direction D. 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 thermo électriques 8p, 8n sont, par exemple, groupés par paire, chaque paire étant formée d'un dit élément thermo électrique de type P et d'un dit élément thermo électrique de type N, et ledit module est configuré pour permettre une circulation de courant entre les premières surfaces des éléments thermo électriques 1 d'une même paire et une circulation de courant entre les secondes surfaces de chacun des éléments thermo électriques 8 de ladite même paire et l'élément thermo électrique 8 voisin de la paire voisine. On assure de la sorte une circulation en série du courant électrique entre les éléments thermo électriques 8p, 8n disposés les uns à côtés des autres selon la direction D.
Pour la circulation des fluides, le module conforme à l'invention pourra comprendre un canal 13 de circulation de liquide froid au contact de ladite seconde surface 9b desdits éléments thermo électriques 8p, 8n.
Selon ce qui précède, le canal 13 de circulation de liquide froid est unique et placé au centre du module. Selon une variante, il pourra être prévu une pluralité de canaux de circulation de liquide froid.
Le ou lesdits canaux 13 de circulation de liquide sont, par exemple, de section circulaire. Aux figures 4 et 5, on constate que ledit module 2 comprend des tube 13 de circulation de liquide froid sur lequel sont montés une pluralité d'éléments thermo électriques 8 du même type alternant selon la direction d'extension longitudinale D du tube 13 avec un élément thermo électrique de l'autre type. Les tubes 13 sont, notamment, métalliques. Ils définissent au moins en partie ledit canal.
Ledit module 2 pourra comprendre en outre des moyens d'isolation électrique, non représentés sur les figures, disposés entre deux faces en vis-à- vis d'éléments thermo électriques voisins 8p, 8n selon la direction d'extension D longitudinale du tube 13.
Ledit module 2 pourra en outre comprendre des premiers moyens de connexion électrique, non représentés sur les figures, reliant les surfaces de périphérie extérieur 9a de deux desdits éléments thermo électrique 8, prévus adjacents et de types différents. Lesdits premiers moyens de connexion électrique comprennent, par exemple, une couche de matière électriquement conductrice, notamment en cuivre et/ou en nickel, de revêtement desdits éléments thermo électriques 8p, 8n.
Ledit module 2 comprend avantageusement des surfaces d'échange secondaire, en particulier des ailettes 14, avec le second fluide. On augmente de la sorte la surface d'échange entre les éléments thermo électriques 8 et ledit second fluide. Lesdites ailettes 14 sont disposées, par exemple, transversalement, en particulier radialement auxdits éléments thermo électriques 8. Elles sont ici positionnées parallèlement les unes aux autres avec un écartement permettant un bon échange de chaleur avec le second fluide tout en limitant les pertes de charges. Lesdites ailettes 14 pourront être décentrées par rapport auxdits éléments thermo électriques 8p, 8n, notamment allongées du côté de l'arrivée du second fluide. Lesdites ailettes 14 pourront comprendre un revêtement catalytique pour assurer une conversion catalytique de composants toxiques du second fluide. Dans le cas de gaz d'échappement, ledit module 2 pourra de la sorte équiper un pot catalytique en complément ou substitution des composants servant classiquement à la catalyse dans de tels équipements.
Lesdites ailettes 14 sont fixées, par exemple, sur lesdits premiers moyens de connexion électrique, notamment par sertissage et/ou brasage.
Le module pourra 2 en outre comprendre des seconds moyens 15 de connexion électrique établissant une connexion électrique entre les surfaces de périphérie intérieur 9b de deux desdits éléments thermo électrique 8, prévus adjacents, de types différents et non reliés par lesdits premiers moyens de connexion électrique. Autrement dit, lesdits premiers et seconds moyens de connexion électrique relient deux à deux lesdits éléments thermo électriques 8 de façon à établir une circulation électrique en série entre lesdits éléments thermo électrique 8 du module 2.
Comme déjà évoqué, en référence aux figures 3 et 4, l'enveloppe 10 est d'au moins deux parties assemblées 10a, 10b, et comporte au moins une première fente dite d'admission 11 du second fluide et une seconde fente dite d'échappement 12 dudit second fluide. Grâce à cette construction de l'enveloppe 10 coiffant le ou lesdits éléments thermo électriques 8, il n'est pas nécessaire d'avoir un jeu dimensionnel entre le diamètre externe des ailettes des éléments thermo électrique et le diamètre interne de l'enveloppe puisque lesdits éléments thermo électriques ne sont pas insérés dans l'enveloppe coaxialement.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, ladite enveloppe 10 est constituée de deux parties 10a, 10b correspondant respectivement à une fraction de tube de section droite circulaire, chaque fraction de tube étant sensiblement hémi-cylindrique, et fermée à ses extrémités respectivement par une rondelle 16 de forme complémentaire, c'est-à-dire de forme circulaire, comportant au moins deux ergots 17 s'étendant vers l'extérieur depuis la périphérie de ladite rondelle 16 de manière à former au moins deux fentes 11 et 12 entre lesdites fractions de tubes 10a, 10b. Ainsi, l'enveloppe 10 est constituée de deux demi-tubes circulaires 10a, 10b et fermée à ses extrémités par deux rondelles annulaires 16 munies de deux ergots radiaux 17 sur lesquels prennent appui les deux demi-tubes 10a, 10b pour former la fente d'admission 11 et la fente d'échappement 12 du second fluide. Dans cet exemple de réalisation, les deux ergots 17 des rondelles 16 sont diamétralement opposés de sorte que la fente d'admission 11 s'étend du côté opposé à la fente d'échappement 12.
Toutefois, en référence à la figure 4, la position des ergots 17 des rondelles 16 peut être quelconque en fonction de la position angulaire souhaitée entre la fente d'admission 11 et la fente d'échappement 12 des gaz d'échappement. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, lesdits ergots 17 forment un angle d'environ 120° de sorte qu'une première fraction de tube 10a présente une section droite de tube d'environ 240° et que la seconde fraction de tube 10b présente une section droite de tube d'environ 120°.
Avantageusement, la paroi intérieure de l'enveloppe 10 prend appui sur les ailettes 14. Ainsi, la totalité du flux de gaz d'échappement circule à travers les ailettes 14 des éléments thermo électriques 8.
Par ailleurs, les parties 10a, 10b de l'enveloppe 10 sont obtenues dans un matériau possédant des propriétés diélectriques afin d'assurer l'isolation électrique des éléments thermo électriques 8 avec l'environnement extérieur. De plus, lesdites parties 10a, 10b de l'enveloppe sont obtenues dans un matériau ayant une tenue en température d'au moins 800°C. Ainsi, de préférence, les parties 10a, 10b de l'enveloppe 10 sont obtenues dans de la céramique moulée, du mica extrudé ou encore de l'alumine.
Avantageusement, les fentes d'admission 11 et d'échappement 12 sont agencées de telle manière que la section de passage donnée par les fentes 11 et 12 soit équivalente à la section de passage à travers les ailettes 14.
Comme déjà évoqué, en référence aux figures 1 et 2, le dispositif thermo électrique 1 comprend une pluralité de modules 2, tels que décrits plus hauts, positionnées circulairement et s'étendant parallèlement à l'intérieur d'un carter 3 de forme tubulaire dont les extrémités sont fermées par un collecteur d'admission 4 d'un premier fluide et un collecteur d'admission 5 d'un second fluide et respectivement par un collecteur d'échappement 6 desdits premier et second fluides. Ledit collecteur d'admission 4 du premier fluide consiste en une tuyère 18 cylindrique débouchant dans le carter 3 en s'évasant et le collecteur 5 du second fluide est constitué d'un boîtier 19 en forme de couronne cylindrique, comportant deux parois latérales 20,21 qui présentent la forme d'un disque muni d'un trou central circulaire 22, une paroi intérieure cylindrique 23 et une paroi extérieure cylindrique 24, des trous 25 pratiqués sur l'une des parois latérales 21 pour recevoir les tubes centraux 13 des modules thermo électrique 2, lesdits trous 25 étant munis de moyens d'étanchéité, non représentés sur les figures. Par ailleurs, ledit boîtier 19 comporte au moins une cloison interne définissant au moins une chambre dite d'admission et une chambre dite d'échappement, et au moins une tubulure dite d'admission 26 débouchant dans la chambre d'admission et une tubulure dite d'échappement 27 débouchant dans la chambre d'échappement. Les tubulures d'admission 26 et d'échappement 27 s'étendent radialement depuis la paroi périphérique extérieure 24 du boîtier 19.
Le collecteur d'échappement 6 présente une forme conique en communication avec des gouttières 28 s'étendant entre deux modules 2 d'éléments thermo électriques 8 contigus comportant respectivement une fente d'admission 29 en communication de fluide avec la fente d'échappement 12 d'un module 2. Ledit collecteur d'échappement 6 comporte également une couronne interne 30 comportant des trous recevant les tubes centraux 13 des modules thermo électriques 2 dans lequel circule le second fluide, à savoir le fluide caloporteur du circuit de refroidissement, ladite couronne 30 comportant des parois internes, non représentées sur les figures, pour mettre en communication les tubes centraux 13 des modules 2.
Ainsi, en référence à la figure 6, le premier fluide, à savoir les gaz chauds d'échappement, est introduit dans le carter 3 via le collecteur d'admission 4 au centre des modules 2 d'éléments thermo électriques puis est introduit dans les enveloppes 10 desdits modules 2 en passant par les fentes d'admission 11 desdites enveloppes 10. Le premier fluide passe au travers de l'ensemble des ailettes 14 avant de ressortir des enveloppes 10 via les fentes d'échappement 12 et d'être récupéré par les gouttières 28 et d'être évacué par le collecteur d'échappement 6. Dans le même temps, le second fluide, à savoir le fluide caloporteur du circuit de refroidissement, est introduit dans le collecteur d'admission 4 via les tubulures d'admission 26 pour qu'il circule dans les tubes centraux 13 via la couronne interne 30 avant de s'échapper par les tubulures d'échappement 27.
Afin d'éviter qu'une partie des gaz d'échappement ne stagne entre les modules 2, à l'intérieur du carter 3, l'espace entre deux modules 2 d'éléments thermo électriques adjacents est bouché par application d'une colle, telle qu'une colle céramique par exemple, pour former un bouchon 31 longitudinal.
En variante, non représentée sur les figures, l'espace entre deux modules 2 d'éléments thermo électriques adjacents est bouché par une pièce métallique en forme générale de V dont les deux ailes prennent appui respectivement sur l'enveloppe 10 d'un module 2 d'éléments thermo électriques.
Afin que l'efficacité du dispositif thermo électrique selon l'invention soit optimale, le nombre et les dimensions desdits modules 2 d'éléments thermo électriques sont optimisés en fonction du ratio entre le volume des éléments thermo électrique et le volume du carter 3, de l'épaisseur de l'enveloppe 10 et de la distance entre deux modules 2 adjacents.
On comprend bien que les enveloppes 10 coiffant les crayons d'éléments thermo électriques et dans lequel circulent les gaz chauds d'échappement permettent d'une part une diffusion homogène des gaz d'échappement entre les éléments thermo électriques et d'autre part un échange thermique sur l'ensemble de la surface des éléments thermo électriques et la construction permet de limiter les éléments de connexion nécessaires entre le circuit du fluide caloporteur et les crayons d'éléments thermo électriques. Dans cet exemple de réalisation, le dispositif thermo électrique comporte 10 modules répartis de façon circulaire autour du conduit central de gaz d'échappement dans le carter 3 dont le volume efficace, c'est-à-dire le volume intérieur du carter 3, est de 2000 cm3.
Pour une efficacité maximale du dispositif thermo électrique suivant l'invention, le ratio entre le volume des éléments thermo électriques et le volume du carter 3 est compris entre 0.1 et 1 et, de préférence, compris entre 0.1 et 0.2, la distance entre les axes longitudinaux de deux modules 2 d'éléments thermo électriques adjacents est comprise entre 15 mm et 60 mm et, de préférence, comprise entre 25 mm et 30 mm, et la distance entre les enveloppes 10 de deux modules 2 d'éléments thermo électriques adjacents est comprise entre 0.5 et 30 mm et, de préférence, comprise entre 0.5 et 1.5 mm. II est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif thermo électrique (1) comprenant au moins un carter (3) de forme tubulaire dans lequel s'étend une pluralité de modules
(2) d'éléments thermo électrique (8) s'étendant parallèlement à l'axe longitudinal du carter (3), chaque module (2) étant constitué d'une part d'une pluralité d'éléments thermo électriques (8) ayant une forme de cylindre ou de prisme droit muni d'un évidement central et étant susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre une première face dite extérieure (9a) définie par une surface de périphérie extérieure et une seconde face dite intérieure (9b) définie par une surface de périphérie intérieure, un premier fluide étant destiné à circuler à travers l'évidement central et un second fluide étant destiné à circuler autour de la périphérie extérieure, et d'autre part d'une enveloppe (10) coiffant lesdits éléments thermo électrique (8) et comportant au moins une admission (11) du second fluide et un échappement (12) dudit second fluide, le nombre et les dimensions desdits modules (2) d'éléments thermo électriques étant optimisés en fonction du ratio entre le volume des éléments thermo électrique (8) et le volume du carter (3), de l'épaisseur de l'enveloppe (10) et de la distance entre deux modules (2) adjacents.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le ratio entre le volume des éléments thermo électriques (8) et le volume du carter
(3) est compris entre 0.1 et 1.
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le ratio entre le volume des éléments thermo électriques (8) et le volume du carter
(3) est compris entre 0.1 et 0.2.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la distance entre les axes longitudinaux de deux modules (2) d'éléments thermo électriques (8) adjacents est comprise entre 15 mm et 60 mm.
5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel la distance entre les axes longitudinaux de deux modules (2) d'éléments thermo électriques (8) adjacents est comprise entre 25 mm et 30 mm.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel la distance entre les enveloppes (10) de deux modules (2) d'éléments thermo électriques (8) adjacents est comprise entre 0.5 et 30 mm.
7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel la distance entre les enveloppes (10) de deux modules (2) d'éléments thermo électriques (8) adjacents est comprise entre 0.5 et 1.5 mm
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
7 dans lequel le carter (3) présente une section droite circulaire et les modules (2) d'éléments thermo électriques (8) sont positionnée circulairement à l'intérieur dudit carter (3) autour de l'axe de révolution dudit carter (3).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
8 dans lequel l'espace entre deux modules (2) d'éléments thermo électriques (8) adjacents est bouché par application d'une colle.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel l'espace entre deux modules (2) d'éléments thermo électriques (8) adjacents est bouché par une pièce métallique en forme générale de V dont les deux ailes prennent appui respectivement sur l'enveloppe (10) d'un module (2) d'éléments thermo électriques (8).
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel ladite enveloppe (10) est constituée d'au moins deux parties (10a, 10b) assemblées.
12. Dispositif selon la revendication 11 dans lequel ladite enveloppe (10) est constituée d'au moins deux fractions (10a, 10b) de tubes de section droite circulaire ou polygonale et fermée à ses extrémités respectivement par une rondelle (16) de forme complémentaire comportant au moins deux ergots (17) s'étendant vers l'extérieur depuis la périphérie de ladite rondelle (16) de manière à former au moins deux fentes (11,12) entre lesdites fractions (10a, 10b) de tubes.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à
12 dans lequel les éléments thermo électriques (8) présentent une forme annulaire et comprennent des ailettes (14) serties sur la face extérieure desdits éléments thermo électriques (8), lesdites ailettes (14) s'étendant perpendiculairement à l'axe de révolution desdits éléments thermo électriques (8).
14. Dispositif selon la revendication 13 dans lequel la paroi intérieure de l'enveloppe (10) prend appui sur les ailettes (14).
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 dans lequel l'enveloppe (1) est constituée de deux demi-tubes (10a, 10b) circulaires et fermée à ses extrémités par deux rondelles (16) annulaires munies de deux ergots (17) radiaux sur lesquels prennent appui les deux demi-tubes (10a, 10b) pour former la fente d'admission (11) et la fente d'échappement (12).
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 11 à 15 dans lequel les parties (10a, 10b) de l'enveloppe (10) sont obtenues dans un matériau possédant des propriétés diélectriques.
17. Dispositif selon la revendication 16 dans lequel les parties (10a, 10b) de l'enveloppe (10) sont obtenues dans un matériau ayant une tenue en température d'au moins 800°C.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 16 et 17 dans lequel ledit matériau consiste en de la céramique.
19. Dispositif selon les revendications 9 et 18 dans lequel ladite colle consiste en une colle céramique.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 15 à 19 dans lequel les fentes d'admission (11) et d'échappement (12) sont agencées de telle manière que la section de passage donnée par les fentes (11,12) soit équivalente à la section de passage à travers les ailettes (14).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020110193A1 (de) 2020-04-14 2021-10-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Thermoelektrische Generatorvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer thermoelektrischen Generatorvorrichtung

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011016886A1 (de) * 2011-04-13 2012-10-18 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung mit einem Wärmetauscher für einen thermoelektrischen Generator eines Kraftfahrzeugs
FR3000614A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3010504A1 (fr) * 2013-09-10 2015-03-13 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3011983A1 (fr) * 2013-10-10 2015-04-17 Valeo Systemes Thermiques Ensemble comprenant un element thermo electrique et un moyen de connexion electrique, module thermo electrique comprenant un tel ensemble et procede de fabrication dudit ensemble.
EP2874191A2 (fr) * 2013-11-18 2015-05-20 Valeo Systemes Thermiques 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

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10321921A (ja) * 1997-05-22 1998-12-04 Ngk Insulators Ltd 熱電気変換モジュールおよびその製造方法
US20050139250A1 (en) * 2003-12-02 2005-06-30 Battelle Memorial Institute Thermoelectric devices and applications for the same
TWI551803B (zh) * 2010-06-15 2016-10-01 拜歐菲樂Ｉｐ有限責任公司 低溫熱力閥裝置、含有該低溫熱力閥裝置之系統及使用該低溫熱力閥裝置之方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011016886A1 (de) * 2011-04-13 2012-10-18 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung mit einem Wärmetauscher für einen thermoelektrischen Generator eines Kraftfahrzeugs
FR3000614A1 (fr) * 2012-12-28 2014-07-04 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3010504A1 (fr) * 2013-09-10 2015-03-13 Valeo Systemes Thermiques Module et dispositif thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3011983A1 (fr) * 2013-10-10 2015-04-17 Valeo Systemes Thermiques Ensemble comprenant un element thermo electrique et un moyen de connexion electrique, module thermo electrique comprenant un tel ensemble et procede de fabrication dudit ensemble.
EP2874191A2 (fr) * 2013-11-18 2015-05-20 Valeo Systemes Thermiques 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

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