WO2017046487A1 - Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile - Google Patents

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thermoelectric
elements
module according
electric
deformable element
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PCT/FR2016/052260
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English (en)
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Kamel Azzouz
Patrick Boisselle
Cédric DE VAULX
Véronique MONNET
Ambroise SERVANTIE
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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Valeo Systemes Thermiques SAS
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/81—Structural details of the junction
    • H10N10/813—Structural details of the junction the junction being separable, e.g. using a spring

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.
  • 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 elements It has already been developed by the Applicant ring-shaped thermoelectric elements in which the temperature gradient for generating the electric current is imposed between two of their opposite cylindrical faces, the hot fluid and the cold fluid circulating coaxially, one inside the ring and the other outside.
  • This type of thermoelectric elements presents integration difficulties which lead to the commitment of a large amount of material burdening the cost and increasing the thermal inertia of the device.
  • thermoelectric module comprising annular-shaped thermoelectric elements in which the first fluid and the second fluid circulate transversely relative to one another.
  • a thermoelectric module is shown in FIG. 1 and comprises a plurality of annular-shaped electric thermoelectric elements 11, 1p arranged in the longitudinal extension of one another in a coaxial manner, with for example an alternation of elements N-type thermoelectric thermocouples and P-type thermoelectric elements.
  • Each thermoelectric element ln, lp comprises fins 2 extending from the outer periphery, transversely and radially.
  • thermoelectric elements ln, lp These fins 2, usually obtained in aluminum or stainless steel and crimped onto the outer diameter of the rings of the thermoelectric elements ln, lp, make it possible to promote heat exchange with the hot exhaust gases flowing through the said rings. fins 2, a cold fluid flowing in the center of the electric thermoelectric elements through an aluminum tube 3, and extracting the maximum of heat from the exhaust gases flowing in an envelope 4 covering said thermoelectric elements ln, lp and the fins 2 between said fins 2 for transferring said heat to thermoelectric materials.
  • thermoelectric elements ln, lp bear against the end walls of the cylindrical casing 4 and differential expansions appear between the different elements which are obtained in different materials.
  • the thermoelectric elements ln, lp generally consist of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3 ), the tube 3 being obtained from aluminum and the envelope 4 being obtained in molded ceramic, extruded mica or alumina which have very different coefficients, by a factor of 2 to 3, longitudinal dimensional differences of several millimeters may occur, said dimensional differences being liable to damage either envelope 4 is the thermoelectric elements ln, lp.
  • the casing 4 undergoes a small longitudinal expansion, represented by the arrow a, while the tube 3 undergoes a large longitudinal expansion, represented by the arrow b, when the exhaust gas has a temperature of about 650 ° C circulate in said envelope 4.
  • thermoelectric module comprising a plurality of thermoelectric elements having a first coefficient of expansion, said thermoelectric elements being able to generate an electric current under the action of a temperature gradient exerted between a first so-called outer face and a second so-called inner face, said electric thermo elements being stacked in a stacking direction, said module further comprising a layer obtained in a material having a second lower coefficient of expansion the first coefficient of expansion of the thermoelectric elements and capping the latter, said module comprising at least one expansion compensation volume, located in the extension of said electric thermo elements in said stacking direction and in which extends at least one deformable element.
  • said compensation volume and the deformable element or elements make it possible to absorb the differences in length, in particular between the rigid ceramic body and the electric thermoelectric elements, deviations which can be of several millimeters during the operation at high temperature. , of the order of 650 ° C, and prevent a rupture either ceramic or thermoelectric elements.
  • said electric thermo elements are in the form of cylinder or straight prism and having a central recess. Said outer faces are defined by outer periphery surfaces of the electric thermo elements. Said inner faces are defined by inner periphery surfaces of said electric thermo elements.
  • a first fluid is for circulating through the central recess and a second fluid is for circulating around the outer periphery.
  • said material having a second coefficient of expansion forms a casing covering said thermoelectric elements.
  • Said envelope may include the one or more expansion compensation volumes.
  • Said deformable element may be supported on an inner wall of the casing and / or on at least one thermoelectric element.
  • said deformable element consists of a washer obtained in a flexible material and resistant to temperatures up to 800 ° C.
  • said deformable element consists of a graphite washer.
  • each washer forming a deformable element has a thickness greater than 2 mm.
  • said deformable element consists of a spring washer.
  • the spring washer is obtained in a metal alloy having a melting point above 1000 ° C and a coefficient of thermal expansion at 20-100 ° C lower than 15x10 -6 K- 1 .
  • the spring washer is obtained in a metal alloy comprising at least iron, nickel and chromium.
  • the spring washer consists of a Belleville washer and / or a corrugated washer.
  • said deformable element consists of a pneumatic chamber.
  • the electric thermo elements are stacked on a tube, said tube extending in the central recesses of said electric thermo elements and in a central recess of said one or more deformable element (s).
  • thermoelectric device comprising a plurality of modules as described above.
  • said device is configured to be positioned in a motor vehicle exhaust gas conduit so that said gases circulate in the envelope, said gases defining the second fluid.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an electrical module of the prior art comprising a plurality of electric thermal elements capped by an envelope
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation in longitudinal section of a thermoelectric module according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation in longitudinal section of an alternative embodiment of the thermoelectric module according to the invention.
  • thermoelectric module said module comprising at least one thermoelectric element 1, here a plurality of electric thermo elements ⁇ , ⁇ , 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 defined by an outer periphery surface and a second so-called inner face defined by an inner periphery surface, the second fluid being intended to circulate through the central recess and the first fluid being intended to circulate around the outer periphery, and an envelope 4 covering the said thermoelectric element (s) 1.
  • thermoelectric element here a plurality of electric thermo elements ⁇ , ⁇ , 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 defined by an outer periphery surface and a second so-called inner face defined by an inner periphery surface, the second
  • outer and inner faces of the electric thermoelectric elements 1 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 and outer faces of the electric thermoelectric elements ⁇ , ⁇ subjected to the temperature gradient.
  • such elements consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3 ).
  • thermoelectric elements may be, for a first part, elements lp of a first type, said P, making it possible to establish a difference of electric potential in a direction, said positive, when they are subjected to a temperature gradient given, and, for the other part, elements ln of a second type, said N, allowing the creation of a difference of electric potential in an opposite direction, said negative, when they are subjected to the same temperature gradient .
  • Said electric thermoelectric elements 1 represented 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 has, for example, a radius of between 1.5 and 4 times the radius of the inner surface. It could be a radius equal to about 2 times that of the inner surface.
  • thermoelectric element 1 has, for example, two opposite parallel flat faces.
  • the ring constituting the thermoelectric element 1 is of rectangular annular section.
  • thermoelectric elements lp, ln 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 lp, ln are, for example, grouped in pairs, each pair being formed of a said thermo element.
  • P type electric heater and said N type thermoelectric element, and said module is configured to allow current flow between the first surfaces of the electric thermoelectric elements 1 of the same pair and current flow between the second surfaces.
  • each of the electric thermoelectric elements 1 of said pair and the thermoelectric element 1 adjacent to the neighboring pair are configured to allow current flow between the electric thermoelectric elements lp, ln disposed next to one another in the direction D.
  • the module according to the invention may comprise a channel of cold liquid circulation in contact with said second surface of said thermoelectric elements lp, ln.
  • the cold liquid circulation channel is unique, placed in the center of the module, and consists of an aluminum tube for example. According to one variant, a plurality of cold liquid circulation channels may be provided.
  • the said liquid circulation channel or channels are, for example, of circular section.
  • said module comprises a cold liquid circulation tube 3 on which are mounted a plurality of electric thermoelectric elements 1 of the same type alternating in the direction of longitudinal extension D of the tube 3 with a thermoelectric element of the other type said direction D corresponding to a stacking direction of said electric thermo elements.
  • Said module may further comprise electrical insulation means, not shown in the figures, arranged between two faces vis-à-vis neighboring electric thermo elements lp, ln in the direction of longitudinal extension D of the tube 3.
  • Said module may further comprise first electrical connection means, not shown in the figures, connecting the outer periphery surfaces of two of said thermoelectric elements, provided adjacent and of different types.
  • Said first electrical connection means comprise, for example, a layer of electrically conductive material, in particular copper and / or nickel, coating said thermoelectric elements lp, ln.
  • Said module may also comprise secondary exchange surfaces, in particular fins 2, with the second fluid. In this way, the exchange surface between the electric thermoelectric elements 1 and said second fluid is increased.
  • Said fins 2 are arranged, for example, transversely, in particular radially to said electric thermo elements 1. They are here positioned parallel to each other with a spacing allowing a good heat exchange with the second fluid while limiting the losses of charges. Said fins 2 may be off-center with respect to said thermoelectric elements lp, ln, in particular elongated on the side of the arrival of the second fluid.
  • Said fins 2 may comprise a catalytic coating to ensure a catalytic conversion of toxic components of the second fluid.
  • said module can in this way equip a catalytic converter in addition or substitution of the components conventionally used for catalysis in such equipment.
  • the module may further comprise second electrical connection means establishing an electrical connection between the inner periphery surfaces 11b of two of said thermoelectric elements 1, provided adjacent, of different types and not connected by said first electrical connection means.
  • said first and second electrical connection means connect in pairs said electric thermoelectric elements 1 so as to establish an electrical circulation in series between said thermoelectric elements 1 of the module.
  • the casing 4 which has a second coefficient of thermal expansion less than the first coefficient of thermal expansion of the electric thermoelectric elements 1 comprises a so-called expansion compensation volume 5 in which at least one deformable element 6 extends. here bearing on the inner wall of the casing 4, at one end of said casing 4, and on an electric thermo element 1.
  • said deformable element consists of a circular washer 6 obtained in a flexible material and resistant to temperatures up to 800 ° C.
  • Said washer 6 consists, for example, in a graphite washer having a thickness greater than 2 mm, and in the central hole of which the tube 3 extends.
  • the compensation volume 5 can receive several deformable elements 6 such as graphite washers.
  • the dimensions of the compensation volume 5, as well as the dimensions and the number of deformable elements, can easily be determined by those skilled in the art and will depend in particular on the dimensions of each thermoelectric module and the expansion coefficients of the components. electric thermo elements 1, tube 3 and casing 4.
  • the thermoelectric module according to the invention comprises two compensation volumes, a compensation volume 5 at each of the ends of the casing 4, in order to compensate for a very large expansion, in particular in the case of modules of great length for example.
  • the compensation volume 5 and the deformable element or elements 6 make it possible to absorb the differences in length between the rigid ceramic body of the envelope 4 and the electric thermoelectric elements 1 and / or the tube 3, which can be several millimeters when operating at high temperature, of the order of 650 ° C. In this way, the expansion of the various elements is absorbed in order to prevent a rupture of either the ceramic envelope 4 or the electric thermoelectric elements 1.
  • the envelope 4 which, in the same manner as above, has a second coefficient of thermal expansion less than the first coefficient of thermal expansion of the electric thermoelectric elements 1 comprises a volume 5 said compensation of the expansion in which extends at least one deformable element 6 here bearing on the inner wall of the casing 4, at one end of said casing 4, and on a thermoelectric element 1.
  • the deformable element 6 consists of a spring washer such as a Belleville washer or a corrugated washer for example in the central hole of which the tube 3 extends.
  • spring washer is advantageously obtained in a metal alloy having a melting point greater than 1000 ° C. and a coefficient of thermal expansion at 20-100 C of less than 15xl0 "6 K 1.
  • Said spring washer can for example be obtained in a metal alloy comprising at least iron, nickel and chromium.
  • thermoelectric module may comprise two compensation volumes, a compensation volume 5 at each end of the envelope 4 without departing from the scope of the invention.
  • the deformable element or elements 6 may consist of any deformable element well known to those skilled in the art such as a pneumatic or hydraulic chamber for example. It is understood that the present invention is in no way limited to the embodiments described above and that many modifications can be made without departing from the scope of the appended claims.

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Abstract

La présente invention concerne un module thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments thermo électriques (1n,1p) ayant un premier coefficient de dilatation, 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 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 une enveloppe (4) obtenue dans un matériau présentant un second coefficient de dilatation inférieur au premier coefficient de dilatation des éléments thermo électriques (1n,1p) et coiffant ces derniers, ladite enveloppe (4) comprenant au moins un volume de compensation (5) de la dilatation dans lequel s'étend au moins un élément déformable (6) en appui sur la paroi interne de l'enveloppe (4) et au moins un élément thermo électrique (1n,1p).

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 par la demanderesse des éléments thermo électriques de forme annulaire dans lesquels le gradient de température permettant de générer le courant électrique est imposé entre deux de leurs faces cylindriques opposées, le fluide chaud et le fluide froid circulant coaxialement, l'un à l'intérieur de l'anneau et l'autre à l'extérieur. Ce type d'éléments thermo électriques présente des difficultés d'intégration qui entraînent l'engagement d'une quantité importante de matière grevant le coût de revient et augmentant l'inertie thermique du dispositif.
Afin de remédier à ces inconvénients, la demanderesse a développé un module thermo électrique 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 est représenté sur la figure 1 et comporte une pluralité d'éléments thermo électriques ln, lp 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 ln, lp comporte des ailettes 2 s'étendant depuis la périphérie extérieure, transversalement et radialement. Ces ailettes 2, usuellement obtenues dans de l'aluminium ou de l'inox et serties sur le diamètre extérieure des anneaux des éléments thermo électriques ln, lp, permettent de favoriser les échanges thermiques avec les gaz chauds d'échappement qui circulent à travers lesdites ailettes 2, un fluide froid circulant au centre des éléments thermo électriques à travers un tube 3 en aluminium, et extraire le maximum de chaleur des gaz d'échappement qui circulent dans une enveloppe 4 coiffant lesdits éléments thermo électriques ln, lp et les ailettes 2, entre lesdites ailettes 2, pour transférer ladite chaleur aux matériaux thermo électriques.
Dans ce type d'assemblage, les éléments thermo électriques ln, lp sont en appui contre les parois d'extrémités de l'enveloppe 4 cylindrique et des dilatations différentielles apparaissent entre les différents éléments qui sont obtenus dans des matériaux différents. Ainsi, les éléments thermo électriques ln, lp étant généralement constitués de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3), le tube 3 étant obtenu en aluminium et l'enveloppe 4 étant obtenue dans de la céramique moulée, du mica extrudé ou encore de l'alumine qui ont des coefficients très différents, d'un facteur 2 à 3, des écarts dimensionnels longitudinaux de plusieurs millimètres peuvent apparaître, lesdits écarts dimensionnels étant susceptibles d'endommager soit l'enveloppe 4 soit les éléments thermo électriques ln, lp. Par exemple, l'enveloppe 4 subit une faible dilatation longitudinale, représentée par la flèche a, alors que le tube 3 subit une forte dilatation longitudinale, représentée par la flèche b, lorsque les gaz d'échappement d'une température d'environ 650°C circulent dans ladite enveloppe 4.
L'invention se propose d'améliorer la situation et concerne à cet effet un module thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments thermo électriques ayant un premier coefficient de dilatation, lesdits éléments thermo électriques étant susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre une première face dite extérieure et une seconde face dite intérieure, lesdits éléments thermo électriques étant empilés selon une direction d'empilement, ledit module comprenant en outre une couche obtenue dans un matériau présentant un second coefficient de dilatation inférieur au premier coefficient de dilatation des éléments thermo électriques et coiffant ces derniers, ledit module comprenant au moins un volume de compensation de la dilatation, situé dans le prolongement desdits éléments thermo électriques dans ladite direction d'empilement et dans lequel s'étend au moins un élément déformable. On comprend bien que le volume de compensation et le ou les éléments déformables permettent d'absorber les écarts de longueur, en particulier entre le corps rigide en céramique et les éléments thermo électriques, écarts qui peuvent être de plusieurs millimètres lors du fonctionnement en température élevée, de l'ordre de 650°C, et éviter une rupture soit de la céramique soit des éléments thermo électriques. Selon un aspect de l'invention, lesdits éléments thermo électriques sont en forme de cylindre ou de prisme droit et présentant un évidement central. Lesdites faces extérieures sont définies par des surfaces de périphérie extérieure des éléments thermo électriques. Lesdites faces intérieures sont définies par des surfaces de périphérie intérieure desdits éléments thermo électriques. Un premier fluide est destiné à circuler à travers l'évidement central et un second fluide étant destiné à circuler autour de la périphérie extérieure. Selon un aspect de l'invention, ledit matériau présentant un second coefficient de dilation forme une enveloppe coiffant lesdits éléments thermo électriques.
Ladite enveloppe pourra comprendre le ou lesdits volumes de compensation de la dilatation.
Ledit élément déformable pourra être en appui sur une paroi interne de l'enveloppe et/ou sur au moins un élément thermo électrique.
Selon un aspect de l'invention, ledit élément déformable consiste en une rondelle obtenue dans un matériau souple et résistant à des températures jusqu'à 800°C.
Selon un exemple de réalisation, ledit élément déformable consiste en une rondelle en graphite. De manière avantageuse, chaque rondelle formant un élément déformable présente une épaisseur supérieure à 2 mm.
Selon un aspect de l'invention, ledit élément déformable consiste en une rondelle ressort. De manière avantageuse, la rondelle ressort est obtenue dans un alliage métallique présentant un point de fusion supérieur à 1000°C et un coefficient de dilatation thermique à 20-100°C inférieur à 15xl0"6 K"1. Selon un aspect de l'invention, la rondelle ressort est obtenue dans un alliage métallique comportant au moins du Fer, du Nickel et du Chrome.
Selon un exemple de réalisation, la rondelle ressort consiste en une rondelle de type Belleville et/ou en une rondelle ondulée.
Selon un autre aspect de l'invention, ledit élément déformable consiste en une chambre pneumatique.
Selon un aspect de l'invention, les éléments thermo électriques sont empilés sur un tube, ledit tube s'étendant dans les évidements centraux desdits éléments thermo électriques et dans un évidement central dudit ou desdits élément(s) déformable(s).
L'invention concerne aussi un dispositif thermo électrique comprenant une pluralité de modules tels que décrits précédemment.
Avantageusement, ledit dispositif est configuré pour être positionné dans un conduit de gaz d'échappement de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz circulent dans l'enveloppe, lesdits gaz définissant le second fluide.
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 coupe longitudinale d'un module électrique de l'art antérieur comportant une pluralité d'éléments thermo électriques coiffés par une enveloppe, la figure 2 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'un module thermo électrique conforme à l'invention,
la figure 3 est une représentation schématique en coupe longitudinale d'une variante d'exécution du module thermo électrique conforme à l'invention.
Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références.
Comme illustré à la figure 2, l'invention concerne un module thermo électrique, ledit module comprend au moins un élément thermo électrique 1, ici une pluralité d'éléments thermo électriques Ιη,ΐρ, 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 définie par une surface de périphérie extérieure et une seconde face dite intérieure 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 4 coiffant le ou lesdits éléments thermo électriques 1.
On notera que les faces extérieures et intérieures des éléments thermo électriques 1 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 et extérieure des éléments thermo électriques Ιη,ΐρ 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 pourront être, pour une première partie, des éléments lp 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 ln 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 1 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 présente, par exemple, un rayon compris entre 1,5 et 4 fois le rayon de la surface intérieure. Il pourra s'agir d'un rayon égal à environ 2 fois celui de la surface intérieure.
Chaque élément thermo électrique 1 présente, par exemple, deux faces planes parallèles opposées. Autrement dit, l'anneau constituant l'élément thermo électrique 1 est de section annulaire rectangulaire.
Lesdits éléments thermo électriques lp, ln 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 lp, ln 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 1 de ladite même paire et l'élément thermo électrique 1 voisin de la paire voisine. On assure de la sorte une circulation en série du courant électrique entre les éléments thermo électriques lp, ln 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 de circulation de liquide froid au contact de ladite seconde surface desdits éléments thermo électriques lp, ln.
Selon ce qui précède, le canal de circulation de liquide froid est unique, placé au centre du module, et est constitué d'un tube en aluminium par exemple. Selon une variante, il pourra être prévu une pluralité de canaux de circulation de liquide froid.
Le ou lesdits canaux de circulation de liquide sont, par exemple, de section circulaire.
Ainsi, ledit module comprend un tube 3 de circulation de liquide froid sur lequel sont montés une pluralité d'éléments thermo électriques 1 du même type alternant selon la direction d'extension longitudinale D du tube 3 avec un élément thermo électrique de l'autre type, ladite direction D correspondant à une direction d'empilement desdits éléments thermo électriques.
Ledit module 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 lp, ln selon la direction d'extension D longitudinale du tube 3. Ledit module pourra en outre comprendre des premiers moyens de connexion électrique, non représentés sur les figures, reliant les surfaces de périphérie extérieur de deux desdits éléments thermo électrique, 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 lp, ln. Ledit module pourra comprendre accessoirement des surfaces d'échange secondaire, en particulier des ailettes 2, avec le second fluide. On augmente de la sorte la surface d'échange entre les éléments thermo électriques 1 et ledit second fluide. Lesdites ailettes 2 sont disposées, par exemple, transversalement, en particulier radialement auxdits éléments thermo électriques 1. 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 2 pourront être décentrées par rapport auxdits éléments thermo électriques lp, ln, notamment allongées du côté de l'arrivée du second fluide.
Lesdites ailettes 2 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 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 2 sont fixées, par exemple, sur lesdits premiers moyens de connexion électrique, notamment par sertissage et/ou brasage. Le module pourra en outre comprendre des seconds moyens de connexion électrique établissant une connexion électrique entre les surfaces de périphérie intérieur 11b de deux desdits éléments thermo électrique 1, 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 1 de façon à établir une circulation électrique en série entre lesdits éléments thermo électrique 1 du module.
Selon l'invention, l'enveloppe 4 qui présente un second coefficient de dilatation thermique inférieur au premier coefficient de dilatation thermique des éléments thermo électriques 1 comporte un volume 5 dit de compensation de la dilatation dans lequel s'étend au moins un élément déformable 6 ici en appui sur la paroi interne de l'enveloppe 4, à l'une des extrémités de ladite enveloppe 4, et sur un élément thermo électrique 1. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, ledit élément déformable consiste en une rondelle circulaire 6 obtenue dans un matériau souple et résistant à des températures jusqu'à 800°C. Ladite rondelle 6 consiste, par exemple, en une rondelle en graphite présentant une épaisseur supérieure à 2 mm, et dans le trou central de laquelle s'étend le tube 3. Toutefois, il est bien évident que le volume de compensation 5 pourra recevoir plusieurs éléments déformables 6 telles que des rondelles en graphite. On notera que les dimensions du volume de compensation 5, ainsi que les dimensions et le nombre d'éléments déformables, pourront aisément être déterminés par l'homme du métier et dépendront notamment des dimensions de chaque module thermo électrique ainsi que des coefficients de dilatation des éléments thermo électriques 1, du tube 3 et de l'enveloppe 4.
Selon une variante d'exécution, non représentée sur les figures, le module thermo électrique suivant l'invention comporte deux volumes de compensation, un volume de compensation 5 à chacune des extrémités de l'enveloppe 4, afin de compenser une très forte dilatation notamment dans le cas de modules de grande longueur par exemple. Ainsi, le volume de compensation 5 et le ou les éléments déformables 6 permettent d'absorber les écarts de longueur entre le corps rigide en céramique de l'enveloppe 4 et les éléments thermo électriques 1 et/ou le tube 3, écarts qui peuvent être de plusieurs millimètres lors du fonctionnement en température élevée, de l'ordre de 650°C. De cette manière, la dilatation des différents éléments est absorbée afin d'éviter une rupture soit de l'enveloppe 4 en céramique soit des éléments thermo électriques 1.
Dans un second exemple de réalisation, en référence à la figure 3, l'enveloppe 4 qui, de la même manière que précédemment, présente un second coefficient de dilatation thermique inférieur au premier coefficient de dilatation thermique des éléments thermo électriques 1 comporte un volume 5 dit de compensation de la dilatation dans lequel s'étend au moins un élément déformable 6 ici en appui sur la paroi interne de l'enveloppe 4, à l'une des extrémités de ladite enveloppe 4, et sur un élément thermo électrique 1. Cet exemple de réalisation diffère de celui précédemment décrit par le fait que l'élément déformable 6 consiste en une rondelle ressort telle qu'une rondelle de type Belleville ou une rondelle ondulée par exemple dans le trou central de laquelle s'étend le tube 3. Ladite rondelle ressort est avantageusement obtenue dans un alliage métallique présentant un point de fusion supérieur à 1000°C et un coefficient de dilatation thermique à 20-100°C inférieur à 15xl0"6 K 1. Ladite rondelle ressort pourra par exemple être obtenue dans un alliage métallique comportant au moins du Fer, du Nickel et du Chrome.
De la même manière que précédemment, le module thermo électrique suivant l'invention pourra comporter deux volumes de compensation, un volume de compensation 5 à chacune des extrémités de l'enveloppe 4 sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Accessoirement, le ou les éléments déformables 6 pourront consister en tout élément déformable bien connu de l'homme du métier tel qu'une chambre pneumatique ou hydraulique par exemple. 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. Module thermo électrique comprenant une pluralité d'éléments thermo électriques (Ιη,ΐρ) ayant un premier coefficient de dilatation, lesdits éléments thermo électriques étant susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre une première face dite extérieure et une seconde face dite intérieure, lesdits éléments thermo électriques étant empilés selon un direction d'empilement, ledit module comprenant en outre un couche(4) obtenue dans un matériau présentant un second coefficient de dilatation inférieur au premier coefficient de dilatation des éléments thermo électriques (Ιη,ΐρ) et coiffant ces derniers, ledit module comprenant au moins un volume de compensation (5) de la dilatation, situé dans le prolongement desdits éléments thermo électriques dans ladite direction d'empilement et dans lequel s'étend au moins un élément déformable (6).
2. Module selon la revendication 1 dans lequel ledit élément déformable (6) consiste en une rondelle obtenue dans un matériau souple et résistant à des températures jusqu'à 800°C.
3. Module selon la revendication 2 dans lequel ledit élément déformable (6) consiste en une rondelle en graphite.
4. Module selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3 dans lequel chaque rondelle formant un élément déformable (6) présente une épaisseur supérieure à 2 mm.
5. Module selon la revendication 1 dans lequel ledit élément déformable (6) consiste en une rondelle ressort.
6. Module selon la revendication 1 dans lequel la rondelle ressort est obtenue dans un alliage métallique présentant un point de fusion supérieur à 1000°C et un coefficient de dilatation thermique à 20-100°C inférieur à 15xl0"6 K 1.
7. Module selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 dans lequel la rondelle ressort est obtenue dans un alliage métallique comportant au moins du Fer, du Nickel et du Chrome.
8. Module selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel la rondelle ressort consiste en une rondelle de type belleville.
9. Module selon l'une quelconque des revendications 5 à 7 dans lequel la rondelle ressort consiste en une rondelle ondulée.
10. Module selon la revendication 1 dans lequel ledit élément déformable (6) consiste en une chambre pneumatique.
11. Module selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel les éléments thermo électriques (Ιη,ΐρ) sont empilés sur un tube (3), ledit tube (3) s'étendant dans des évidements centraux desdits éléments thermo électriques (Ιη,ΐρ) et dans un évidement central dudit ou desdits élément(s) déformable(s) (6).
12. Dispositif thermo électrique comprenant au moins un module selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 précédentes.
13. Dispositif thermo électrique selon la revendication 12 configuré pour être positionné dans un conduit de gaz d'échappement de véhicule automobile.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2888992A1 (fr) * 2005-07-21 2007-01-26 Fondis Sa Dispositif d'utilisation des materiaux thermoelectriques
US20120018835A1 (en) * 2009-03-09 2012-01-26 Sumitomo Chemical Company, Limited Thermoelectric Conversion Module
DE102010035151A1 (de) * 2010-08-23 2012-02-23 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Halbleiterelement für ein thermoelektrisches Modul und Verfahren zu dessen Herstellung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2888992A1 (fr) * 2005-07-21 2007-01-26 Fondis Sa Dispositif d'utilisation des materiaux thermoelectriques
US20120018835A1 (en) * 2009-03-09 2012-01-26 Sumitomo Chemical Company, Limited Thermoelectric Conversion Module
DE102010035151A1 (de) * 2010-08-23 2012-02-23 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Halbleiterelement für ein thermoelektrisches Modul und Verfahren zu dessen Herstellung

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