WO2017093339A1 - Connecteur électrique pour relier des éléments thermoélectriques et absorber leurs contraintes - Google Patents

Connecteur électrique pour relier des éléments thermoélectriques et absorber leurs contraintes Download PDF

Info

Publication number
WO2017093339A1
WO2017093339A1 PCT/EP2016/079316 EP2016079316W WO2017093339A1 WO 2017093339 A1 WO2017093339 A1 WO 2017093339A1 EP 2016079316 W EP2016079316 W EP 2016079316W WO 2017093339 A1 WO2017093339 A1 WO 2017093339A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermoelectric
thermoelectric elements
elements
faces
electrical connector
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/079316
Other languages
English (en)
Inventor
Cédric DE VAULX
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Priority to US15/779,808 priority Critical patent/US20190035998A1/en
Publication of WO2017093339A1 publication Critical patent/WO2017093339A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/80—Constructional details
    • H10N10/82—Connection of interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
    • 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
    • H10N10/817—Structural details of the junction the junction being non-separable, e.g. being cemented, sintered or soldered

Definitions

  • thermoelectric elements for connecting thermoelectric elements and absorbing their constraints
  • the invention relates to an electrical connector connecting two thermoelectric elements, and a thermoelectric device equipped with these electrical connectors. It also relates to a method of assembling such a thermoelectric device, and a thermoelectric generator, in particular for generating an electric current in a motor vehicle, comprising this thermoelectric device.
  • thermoelectric devices have already been proposed using elements, called thermoelectric elements, making it possible to generate an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces, called active faces, according to the phenomenon known as the Seebeck effect.
  • These devices comprise a first circuit, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and a second circuit intended for the circulation of a coolant of a cooling circuit.
  • the thermoelectric elements are arranged between the first and second circuits to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the coolant.
  • thermoelectric elements are grouped in pairs and interconnected by electrical connectors disposed on the active faces of the thermoelectric elements to transmit electricity from an active face of a thermoelectric element to an active face of another thermoelectric element.
  • thermoelectric elements of parallelepiped and annular geometrical shape are distinguished.
  • thermoelectric device comprising parallelepiped thermoelectric elements
  • the hot gas passes through the channel of a stainless steel flat tube.
  • the tube exchanges heat with an active face of the thermoelectric elements, the opposite active faces being in contact with a cold source.
  • the connections between the thermoelectric elements are made alternately between the opposite active faces, thanks to plane, brazed or glued conductive tracks.
  • thermoelectric device comprising annular thermoelectric elements superimposed to form a column
  • the cold water circulates inside a tube passing through the column and is therefore in contact with the internal active faces of the rings, whereas the hot gas is brought from outside the column and is therefore in contact with the external active faces of the rings. This configuration makes it possible to rebalance the heat transfers on the cold side and the hot side.
  • the heat side exchange surface is larger, since the external active faces are logically larger than the internal active faces, which improves the heat transfer to the rings knowing that the coefficient of Hot gas side exchange is weaker than cold liquid side.
  • the connections between the rings are made alternately by the internal active faces then by the external active faces of the rings, by means of tubular conductive connections, coaxial with the column, acting as metal electrodes, and also brazed on the active faces of the rings.
  • the annular geometry is preferred to parallelepipedal geometry, in terms of heat yield as explained above.
  • thermoelectric elements it is known to assemble the electric thermo elements to the electrical connection means (tracks or electrodes) by a brazing process.
  • This embodiment has the advantage of minimizing the electrical and thermal contact resistances between the thermoelectric elements and the electrical connection means.
  • this necessitates bringing the assembly assembly to the brazing temperature of approximately 600 ° C., resulting in differential expansion effects between the various parts of the assembly, in particular between the thermoelectric elements of different types (P). or N for example, as explained later in the description), and between the electrical connection means and the thermoelectric elements. If the parts are not all properly in contact because of their different dimensional variations, once the brazing temperature reached, the connection may be defective between the various parts of the assembly.
  • thermoelectric module in operation is subjected to a large difference in temperature between its cold side and its hot side, which is typically the case when the hot face of the device is subjected to temperatures above 250 ⁇ .
  • the electrical connection means secured to the hot-side thermoelectric elements expand more than those joined to the cold-side thermoelectric elements, which may damage the thermoelectric elements in the same manner as described above.
  • thermoelectric elements For devices comprising parallelepiped thermoelectric elements, there are deformable strain absorption elements which are inserted between the thermoelectric element and the electrical connection means, and which make it possible to follow the deformation of the one and the other, while providing a thermal bridge.
  • these stress absorption elements are difficult to transpose to an annular geometry of the thermoelectric elements.
  • the invention aims to improve the situation.
  • the objective of the present invention is to propose an absorption solution for the differential expansion stresses that exist between the thermoelectric elements of different types (P and N for example) and between the thermoelectric elements and the electrical connection means, and for thermoelectric elements of annular geometry, without decreasing the density of thermoelectric materials.
  • thermoelectric element configured to connect two same external faces of a first thermoelectric element and a second thermoelectric element, said two thermoelectric elements each consisting of a ring having an outer periphery constituting the outer face and a periphery. interior constituting an inner face, and being arranged one next to the other in the same plane P.
  • thermoelectric elements are superimposed so as to create thermoelectric columns parallel to each other, as explained above.
  • the electrical connection between the external faces of the thermoelectric elements is always effected between two superimposed thermoelectric elements belonging to the same column, that is to say along the axis of the column. It is the same for the electrical connection between the internal faces of the thermoelectric elements, which is carried out along the axis of the column.
  • the inner and outer faces constitute the active faces of the thermoelectric elements.
  • the novelty comes from the fact that the electrical connector connects two annular thermoelectric elements, not superimposed, but arranged next to each other in the same plane, and therefore belonging to two different columns. Consequently, the electrical connection between the outer faces of the thermoelectric elements is perpendicular to the axes of the two columns, and no longer parallel to these axes. The electrical connection between the inner faces of the thermoelectric elements remains unchanged, therefore between two superimposed thermoelectric elements and belonging to the same column, and is thus carried out parallel to the axes of the columns.
  • This new configuration offers new perspectives, in terms of solutions for absorption of differential expansion stresses.
  • the electrical connector according to the invention comprises means for absorbing the deformations of the thermoelectric elements.
  • the intrinsically connector which comprises absorption means, and not additional elements interposed between the connector and the thermoelectric elements.
  • the electrical connector consists of a deformable metal strip in the form of a loop surrounding the two thermoelectric elements and matching the outer faces of the two thermoelectric elements, the band comprising at least one adaptation zone of its length consisting of absorption of deformation of thermoelectric elements.
  • the electrical connector when the assembly consisting of the electrical connector and the two thermoelectric elements is subjected to high temperature variations, the electrical connector can follow the deformation of each thermoelectric element independently. Indeed, the electrical connector and the thermoelectric elements contract and expand in different ways. Thanks to its zone of adaptation of its length, the electric connector changes shape according to the dimensional variations of the thermoelectric elements so as to damp them.
  • the electrical connector By making independent the deformation of the first thermoelectric element vis-à-vis that of the second thermoelectric element, and vice versa, the electrical connector mechanically decouples the contraction and dilation of these elements. The risk of breakage or cracking between the electrical connection means and the thermoelectric elements is thus limited.
  • the electrical connector comprises a first convex section conforming to at least a portion of the outer face of the first thermoelectric element, a second convex section conforming to at least a portion of the outer face of the second thermoelectric element, and an intermediate concave section. connecting the first to the second section and consisting of the area of adaptation of the length of the connector. The depth of the concavity of the convex intermediate section is variable as a function of the deformation of the thermoelectric elements
  • thermoelectric elements are retracted, the greater the depth of the concavity of the convex intermediate section of the strip will be important, since the strip will return more pronounced between the two thermoelectric elements so as to cover the outer faces as much as possible.
  • thermoelectric elements are dilated, the lower the depth of the concavity of the convex intermediate section of the band will be weak, since the band will return less pronounced between the two thermoelectric elements so as to cover the outer faces a little less.
  • the length of the strip at its intermediate section is in this case used to absorb the increase in volume of the thermoelectric elements, rather than to cover the portion of the external faces facing each other between the thermoelectric elements.
  • the band thus functions as an accordion, able to fold during a retraction of the thermoelectric elements, and to deploy during an expansion of the thermoelectric elements.
  • the first section and the second section can deform independently, to adapt to the specific deformation of each thermoelectric element.
  • the electrical connector has a general shape 8. This particular form of the connector allows to mechanically decouple the two thermoelectric elements, while ensuring their electrical connection.
  • the electrical connector is preferably made of copper, aluminum, or nickel.
  • the invention mainly relates to an assembly consisting of a first thermoelectric element 4, a second thermoelectric element 5 and an electrical connector 13 as described above.
  • the invention also relates to a thermoelectric device of main axis X, comprising at least two thermoelectric columns each developing parallel to the main axis X, each thermoelectric column having a hollow tubular shape formed by an alignment of annular thermoelectric elements for generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between their internal faces in contact with a first cold fluid and their external faces in contact with a second hot fluid, a cold-side electrical connection being made in one direction parallel to the X axis between the internal faces of the adjacent thermoelectric elements, taken in pairs, and belonging to the same thermoelectric column.
  • This device is mainly characterized in that a hot-side electrical connection is made in a direction perpendicular to the X axis between the outer faces of the adjacent thermoelectric elements, taken two by two to form pairs,
  • thermoelectric elements The electrical connection between the outer faces of the thermoelectric elements is no longer performed within a single column, but between two adjacent columns.
  • the flow of current is thus effected from one column to the other at the outer faces of the thermoelectric elements, and also within each column at the internal faces of the thermoelectric elements.
  • thermoelectric element belonging to a first thermoelectric column to the outer face of a thermoelectric element.
  • thermoelectric element belonging to a second thermoelectric column thermoelectric element belonging to a second thermoelectric column.
  • each electrical connector is surrounded by heat exchange fins preferably designed copper, aluminum or nickel.
  • said electrical connector is assembled to the outer faces of the thermoelectric elements by brazing at a temperature greater than ⁇ .
  • the thermoelectric device comprises, between two pairs of adjacent thermoelectric elements, electrical insulation means. More specifically, these electrical insulation means consist of an insulating layer preferably made of mica. These insulation layers are also 8-shaped, to match the shape of the electrical connector. Their role is to avoid electrical short circuits between pairs of thermoelectric elements.
  • the invention also relates to a method of assembling a thermoelectric device as described above, comprising the following steps:
  • thermoelectric elements for each pair of thermoelectric elements arranged next to each other in the same plane P, making an electrical connection between the outer faces of the two thermoelectric elements via an electrical connector soldered to said external faces at a temperature greater than 500 ⁇ ;
  • thermoelectric elements inserting an insulating layer between each pair of thermoelectric elements; between the pairs of superimposed thermoelectric elements, staggered from one pair to the other an electrical connection between the two inner faces of two superimposed thermoelectric elements, via a brazing of a metal electrode on said inner faces at a lower temperature at 300 ⁇ ;
  • thermoelectric elements insert two tubes, able to run a cold fluid, in the two orifices created by the internal faces of the superimposed thermoelectric elements;
  • the cold side tubes are preferably made of anodized aluminum.
  • thermoelectric generator intended to generate an electric current in a motor vehicle, comprising at least one thermoelectric device as described above.
  • Ring means shapes having a central opening. It can be forms of revolution or not.
  • the shape of the outer periphery (that is to say of the outer face) may be circular, or ovoid, or square, etc., as the shape of the inner periphery (that is to say, the inner face ) defining the central orifice.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section, in perspective, of a thermoelectric device according to the prior art
  • FIG. 2 shows three successive sectional views of two thermoelectric elements of different type subjected to heating and cooled according to the prior art
  • FIG. 3 illustrates, in perspective, the electrical connector according to the invention
  • FIG. 4 is a view from above of FIG. 3;
  • FIG. 5 shows the assembly of the electrical connector according to the invention with thermoelectric elements
  • FIG. 6 is a perspective view of the electrical connector with heat exchange fins
  • thermoelectric elements 7 and 8 show other possible forms of thermoelectric elements suitable for the invention.
  • FIG. 9 represents the circulation of the current within the electrical connector of the invention.
  • thermoelectric device 10 is an exploded perspective view of the various parts of a thermoelectric device according to the invention.
  • FIG. 1 1 shows, in perspective, an assembled thermoelectric device.
  • FIG. 1 illustrates an example of a conventional thermoelectric device 1 according to the prior art.
  • This device comprises here a first source 2, called hot, able to allow the circulation of a first fluid, in particular the exhaust gas of an engine, and a second source 3, called cold, able to allow the circulation of a second fluid, especially a heat transfer fluid of a cooling circuit, of lower temperature than that of the first fluid.
  • the device 1 comprises a plurality of thermoelectric elements 4, here of annular shapes, capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient exerted between two of their faces, the first 8 active, being defined by an outer periphery surface, cylindrical, and the other 9, said second active face, being defined by an inner periphery surface, cylindrical, defining an orifice 17.
  • Said first and second faces 8,9 are, for example, of circular section.
  • Such elements 4, 5 operate, according to the Seebeck effect, by creating an electric current in a metal electrode 6, 7 connected between said faces 8,9 subjected to the temperature gradient.
  • such elements 4, 5 consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi2Te3).
  • thermoelectric elements 4, 5 may be, for a first part, elements 4 of a first type, said P, for establishing a difference in electric potential in a direction, said positive, when they are subjected to a gradient given temperature, and, for the other part, elements 5 of a second type, said N, allowing the creation of a difference in electric potential in an opposite direction, said negative, when they are subjected to the same gradient temperature.
  • thermoelectric elements 4, 5 shown in all the figures consist of a ring in one piece. They may however be formed of several pieces each forming an angular portion of the ring.
  • thermoelectric elements 4, 5 are arranged, for example, in the longitudinal extension of one another, in particular in a coaxial manner; they alternate between elements P and elements N. They are, in particular, of identical shape and dimension. They may, however, have a thickness, that is to say a dimension between their two planar faces, different from one type to another, particularly depending on their electrical conductivity.
  • thermoelectric elements 4 are grouped in pairs, each pair being formed of a said P-type thermoelectric element 4 and a said N-type thermoelectric element, and the said device 1 is configured to allow a current flow between the first active faces 8 of the thermoelectric elements of the same pair and a flow of current between the second active faces 9 of each of the thermoelectric elements of said pair and the thermoelectric element adjacent to the neighboring pair. In this way, a series flow of the electric current is ensured between the thermoelectric elements 8, 9 arranged next to each other, as illustrated by the small arrows.
  • the device of the invention further comprises metal electrodes 6, 7 between the first and second thermoelectric elements 4, 5.
  • These electrodes 6, 7 are in the form of a ring of central axis X.
  • an electrode of a first type 6 is systematically provided between an N thermoelectric element 5 and a thermoelectric element 4
  • a second type of electrode 7 is systematically provided between a P type thermoelectric element 4 and an N type thermoelectric element.
  • Said electrodes 6, 7 differ in their diameter.
  • the electrode 6 provided between an N-type thermoelectric element 5 and a P-type thermoelectric element 4 will have a larger diameter than the electrode 7 provided between said P-type thermoelectric element 4 and the thermoelectric element 5 of the N type following.
  • thermoelectric device 1 for the thermoelectric device 1 according to the invention, two sets of electrodes 6, 7 of different sizes are necessary: one for the cold source side electrical connection 3 and a second, larger diameter, for the hot source side 2.
  • these conductive connections are made by brazing the electrodes 6, 7 on the thermoelectric elements 4, 5 with a supply 24 of a brazing alloy as illustrated in FIG.
  • the electrode 6 is first put in place around the thermoelectric elements
  • the elements 4,5 and the electrode 6 are coaxial.
  • the assembly assembly is brought to the soldering temperature T2 of about 600 °.
  • the thermoelectric elements 4,5 have different coefficients of expansion, and do not expand in the same way, just like the electrode 6. In this case, the element 4 expands significantly more than the element 5.
  • the direction of dilation is symbolized by the two arrows. While the contact is made between the element 4 and the electrode 6 via the brazing alloy supply 24, a gap is apparent between the element 5 and the electrode 6. This interstice prevents having a good brazing quality.
  • an electrical connector 13 according to the invention, 8-shaped, makes it possible to electrically connect two thermoelectric elements 4, arranged no longer in a coaxial manner, but arranged next to one another in the same plane P.
  • This connector 13 consists of a band 13 in the form of a loop which surrounds the two elements 4,5.
  • the inner wall of the band 13 comes to marry the outer faces 8 of the elements 4,5.
  • the width of the band 13 is equivalent to the width of the elements 4,5.
  • the band 13 consists of three sections: a first section 14 surrounding the major part of the outer face 8 of the element 4;
  • the band 13 thus has a corrugation or concavity at its intermediate portion 16 at the two portions joining the first to the second section.
  • This ripple corresponds to a "soft" zone; that is to say, it allows to give more or less length to the band 13 so that it can follow the expansion and retraction of the elements 4,5 it surrounds.
  • the depth p of this undulation is variable since the band 13 can be deformed.
  • the latter can thus increase the radius of its convex sections 15,16 by decreasing the depth of the corrugation of the intermediate section 16.
  • the band 13 can reduce the radius of its convex sections 15,16 by increasing the depth of the undulation of the intermediate section 16.
  • the band 13 can follow the expansion and retraction of the elements 4,5 independently.
  • the elements 4,5 are subjected to a brazing temperature, it is clearly visible thanks to the two dotted lines that the element 4 undergoes a thermal expansion greater than the element 5.
  • the band 13 accompanies this expansion at the first section 14, while the intermediate section 16 absorbs the stresses generated by this expansion not to transmit them to the second section 15.
  • the band 13 thus adapts independently to the respective coefficient of expansion of each element 4,5 by varying the depth p of its intermediate section 16. In other words, the band 13 absorbs the differential expansion stresses at the temperature of brazing. The band 13 thus remains in contact with the external faces 8 of the elements 4,5 whatever their deformation, and there is no gap that can make the brazing fault.
  • the band 13 thus allows mechanical decoupling of the elements 4,5 while ensuring their electrical connection.
  • Figure 5 illustrates the assembly between the band and the elements 4,5.
  • the two elements 4,5 are arranged side by side on the same plane, then the band 13, preferably consisting of copper, aluminum or nickel, is brazed on the outer faces of the elements 4,5 thanks to a solder strip 18 also in the form of 8.
  • the fins 19 improving the heat exchange coefficient on the hot side are preferably added all around the strip 13. These fins 19 are in this example also in the form of 8. are preferably designed in aluminum, nickel, or stainless steel.
  • fins 19 of non-homothetic shape to that of the strip 13, as illustrated in FIGS. 7 and 8.
  • the elements 4,5 can take a different form from that of a circular ring, in this case they can be of oval shape, and arranged next to each other at their small sides (Figure 7) or at their long sides (Figure 8).
  • the temperature difference between the internal faces 9 of the elements 4,5 in contact with the cold fluid and the external faces 8 of the elements 4,5 in contact with the hot fluid creates a flow of current illustrated by the arrows in FIG. 9.
  • the current thus passes from the electrode 7 in contact with the element 5 towards the band 13, then towards the element 4 and its electrode 7.
  • layers of electrical insulation 20 are preferably of mica, and are also 8-shaped to fit the general outer shape of the pairs.
  • thermoelectric device 23 of main axis X, composed of two columns 21, 22.
  • thermoelectric device 23 For the current can circulate within the thermoelectric device 23, the pairs are inverted relative to each other, so that there is an alternation of elements 4 and elements 5 within the same Column 21, 22.
  • the current flow is illustrated in Figure 1 1 by the arrows.
  • Two tubes 10 in which cold fluid 3 circulates are inserted into the two orifices of the two columns 21, 22. These tubes are preferably made of anodized aluminum and are expanded so as to lock the thermoelectric device 23.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Connecteur électrique (13) configuré pour relier deux mêmes faces externes (8) d'un premier élément thermoélectrique (4) et d'un deuxième élément thermoélectrique (5), lesdits deux éléments thermoélectriques (4, 5) consistant chacun en un anneau ayant un pourtour extérieur constituant la face externe (8) et un pourtour intérieur constituant une face interne (9), et étant disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan P.

Description

Connecteur électrique pour relier des éléments thermoélectriques et absorber leurs contraintes
Domaine de l'invention
L'invention concerne un connecteur électrique reliant deux éléments thermoélectriques, et un dispositif thermoélectrique équipé de ces connecteurs électriques. Elle concerne également un procédé d'assemblage d'un tel dispositif thermoélectrique, ainsi qu'un générateur thermoélectrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant ce dispositif thermoélectrique.
Etat de la technique Dans le domaine automobile, il a déjà été proposé des dispositifs thermoélectriques utilisant des éléments, dits thermoélectriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température entre deux de leurs faces opposées, dites faces actives, selon le phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Ces dispositifs comprennent un premier circuit, destiné à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et un deuxième circuit, destiné à la circulation d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermoélectriques sont disposés entre le premier et le deuxième circuit de façon à être soumis à un gradient de température provenant de la différence de température entre les gaz d'échappement, chauds, et le fluide de refroidissement, froid.
Les éléments thermoélectriques sont groupés par paire et reliés entre eux par des connecteurs électriques disposés sur les faces actives des éléments thermoélectriques afin de transmettre l'électricité d'une face active d'un élément thermoélectrique à une face active d'un autre élément thermoélectrique. On distingue classiquement les éléments thermoélectriques de forme géométrique parallélépipédique et annulaire.
Pour un dispositif thermoélectrique comprenant des éléments thermoélectriques parallélépipédiques, le gaz chaud passe à travers le canal d'un tube plat en inox. Le tube échange la chaleur avec une face active des éléments thermoélectriques, les faces actives opposées étant en contact avec une source froide. Les connexions entre les éléments thermoélectriques se font alternativement entre les faces actives opposées, grâce à des pistes conductrices planes, brasées ou collées. Pour un dispositif thermoélectrique comprenant des éléments thermoélectriques annulaires superposés pour former une colonne, l'eau froide circule à l'intérieur d'un tube traversant la colonne et est donc en contact avec les faces actives internes des anneaux, tandis que le gaz chaud est amené par l'extérieur de la colonne et est donc en contact avec les faces actives externes des anneaux. Cette configuration permet de rééquilibrer les transferts de chaleur côté froid et côté chaud. En effet, avec une telle configuration, la surface d'échange côté chaud est plus importante, puisque les faces actives externes sont logiquement plus grandes que les faces actives internes, ce qui améliore le transfert de chaleur vers les anneaux sachant que le coefficient d'échange côté gaz chaud est plus faible que côté liquide froid. Dans une même colonne, les connexions entre les anneaux se font alternativement par les faces actives internes puis par les faces actives externes des anneaux, au moyen de liaisons conductrices tubulaires, coaxiales avec la colonne, faisant office d'électrodes métalliques, et également brasées sur les faces actives des anneaux. La géométrie annulaire est préférée à la géométrie parallélépipédique, en terme de rendement calorifique comme expliqué ci-dessus.
Il est connu d'assembler les éléments thermo électriques aux moyens de connexion électrique (pistes ou électrodes) par un procédé de brasage. Ce mode de réalisation présente l'avantage de minimiser les résistances de contact électrique et thermique entre les éléments thermoélectriques et les moyens de connexion électrique. Cependant, cela nécessite de porter l'ensemble de l'assemblage à la température de brasage d'environ 600^, entraînant des effets de dilatation différen tielle entre les différentes pièces de l'assemblage, notamment entre les éléments thermoélectriques de différent type (P ou N par exemple, comme expliqué plus loin dans la description), et entre les moyens de connexion électrique et les éléments thermoélectriques. Si les pièces ne sont pas correctement toutes en contact à cause de leurs variations dimensionnelles différentes, une fois la température de brasage atteinte, la solidarisation peut être défectueuse entre les différentes pièces de l'assemblage.
Un inconvénient vient donc du fait que les moyens de connexion électrique et les éléments thermoélectriques ne présentent pas le même coefficient de dilatation thermique. Ainsi les moyens de connexion électrique se rétractent davantage que les éléments thermoélectriques pendant le refroidissement, ce qui risque d'endommager les éléments thermoélectriques, notamment en créant des fissures et/ou des cassures au niveau de leurs faces de contact. Ce risque existe également, lorsque le module thermoélectrique en fonctionnement est soumis à une forte différence de température entre son côté froid et son côté chaud, ce qui est typiquement le cas quand la face chaude du dispositif est soumise à des températures supérieures à 250^. En atteignant ces températures, les moyens de connexion électrique solidarisés aux éléments thermoélectriques côté chaud se dilatent davantage que ceux solidarisés aux éléments thermoélectriques côté froid, ce qui risque d'endommager les éléments thermoélectriques de la même manière que décrite précédemment. Pour les dispositifs comprenant des éléments thermoélectriques parallélépipédiques, il existe des éléments d'absorption des contraintes, déformables, qui sont insérés entre l'élément thermoélectrique et le moyen de connexion électrique, et qui permettent de suivre la déformation de l'un et de l'autre, tout en assurant un pont thermique. Cependant, ces éléments d'absorption des contraintes sont difficilement transposables à une géométrie annulaire des éléments thermoélectriques.
L'invention vise à améliorer la situation.
Résumé de l'invention
L'objectif de la présente invention est de proposer une solution d'absorption des contraintes de dilatation différentielle qui existent entre les éléments thermoélectriques de différents types (P et N par exemple) et entre les éléments thermoélectriques et les moyens de connexion électrique, et ce pour des éléments thermoélectriques de géométrie annulaire, sans pour autant diminuer la densité de matériaux thermoélectriques.
Ce but est atteint grâce à un connecteur électrique configuré pour relier deux mêmes faces externes d'un premier élément thermoélectrique et d'un deuxième élément thermoélectrique, lesdits deux éléments thermoélectriques consistant chacun en un anneau ayant un pourtour extérieur constituant la face externe et un pourtour intérieur constituant une face interne, et étant disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan P.
Jusqu'à présent, les éléments thermoélectriques de forme annulaire sont superposés de manière à créer des colonnes thermoélectriques parallèles les unes aux autres, comme expliqué précédemment. La connexion électrique entre les faces externes des éléments thermoélectriques s'effectue toujours entre deux éléments thermoélectriques superposés appartenant à une même colonne, c'est-à-dire selon l'axe de la colonne. Il en est de même pour la connexion électrique entre les faces internes des éléments thermoélectriques, qui s'effectue selon l'axe de la colonne. Les faces internes et externes constituent les faces actives des éléments thermoélectriques.
Dans la présente invention, la nouveauté provient du fait que le connecteur électrique relie deux éléments thermoélectriques de forme annulaire, non pas superposés, mais disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan, et donc appartenant à deux colonnes différentes. Par conséquent, la connexion électrique entre les faces externes des éléments thermoélectriques s'effectue perpendiculairement aux axes des deux colonnes, et non plus parallèlement à ces axes. La connexion électrique entre les faces internes des éléments thermoélectriques reste quant à elle inchangée, donc entre deux éléments thermoélectriques superposés et appartenant à une même colonne, et s'effectue ainsi parallèlement aux axes des colonnes. Cette nouvelle configuration offre de nouvelles perspectives, en terme de solutions d'absorption des contraintes de dilatation différentielle.
En l'occurrence, le connecteur électrique selon l'invention comprend des moyens d'absorption des déformations des éléments thermoélectriques. Dans ce cas, c'est bien le connecteur intrinsèquement qui comprend des moyens d'absorption, et non pas des éléments additionnels intercalés entre le connecteur et les éléments thermoélectriques.
Pour ce faire, le connecteur électrique consiste en une bande métallique déformable en forme de boucle entourant les deux éléments thermoélectriques et épousant les faces externes des deux éléments thermoélectriques, la bande comprenant au moins une zone d'adaptation de sa longueur consistant en les moyens d'absorption des déformations des éléments thermoélectriques.
Grâce à l'invention, lorsque l'ensemble constitué du connecteur électrique et des deux éléments thermoélectriques est soumis à de fortes variations de température, le connecteur électrique peut suivre la déformation de chaque élément thermoélectrique de façon indépendante. En effet, le connecteur électrique et les éléments thermoélectriques se contractent et se dilatent de façon différente. Grâce à sa zone d'adaptation de sa longueur, le connecteur électrique change de forme en fonction des variations dimensionnelles des éléments thermoélectriques de manière à les amortir.
En rendant indépendante la déformation du premier élément thermoélectrique vis-à- vis de celle du deuxième élément thermoélectrique, et inversement, le connecteur électrique découple mécaniquement la contraction et la dilatation de ces éléments. Le risque de casse ou de fissure entre le moyen de connexion électrique et les éléments thermoélectriques est ainsi limité. Selon une première configuration possible, le connecteur électrique comporte un premier tronçon convexe épousant au moins une partie de la face externe du premier élément thermoélectrique, un deuxième tronçon convexe épousant au moins une partie de la face externe du deuxième élément thermoélectrique, un tronçon intermédiaire concave reliant le premier au deuxième tronçon et consistant en la zone d'adaptation de la longueur du connecteur. La profondeur de la concavité du tronçon intermédiaire convexe est variable en fonction de la déformation des éléments thermoélectriques
Ainsi, plus les éléments thermoélectriques sont rétractés, plus la profondeur de la concavité du tronçon intermédiaire convexe de la bande sera important, puisque la bande rentrera de façon plus prononcée entre les deux éléments thermoélectrique de manière à couvrir au maximum les faces externes.
Plus les éléments thermoélectriques sont dilatés, plus la profondeur de la concavité du tronçon intermédiaire convexe de la bande sera faible, puisque la bande rentrera de façon moins prononcée entre les deux éléments thermoélectrique de manière à couvrir un peu moins les faces externes. La longueur de la bande au niveau de son tronçon intermédiaire est dans ce cas utilisée pour absorber l'augmentation de volume des éléments thermoélectriques, plutôt que pour couvrir la portion des faces externes se faisant face entre les éléments thermoélectriques.
La bande fonctionne ainsi à l'image d'un accordéon, apte à se replier lors d'une rétraction des éléments thermoélectriques, et à se déployer lors d'une dilatation des éléments thermoélectriques. Grâce à ce tronçon intermédiaire absorbant les contraintes, le premier tronçon et le second tronçon peuvent se déformer de manière indépendante, pour s'adapter à la déformation spécifique de chaque élément thermoélectrique.
Selon un aspect de l'invention, le connecteur électrique possède une forme générale en 8. Cette forme particulière du connecteur permet de découpler mécaniquement les deux éléments thermoélectriques, tout en assurant leur connexion électrique.
Avantageusement, le connecteur électrique est de préférence constitué de cuivre, d'aluminium, ou de nickel. L'invention a principalement trait à un ensemble constitué d'un premier élément thermoélectrique 4, d'un deuxième élément thermoélectrique 5 et d'un connecteur électrique 13 tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne également un dispositif thermoélectrique d'axe principal X, comprenant au moins deux colonnes thermoélectriques se développant chacune parallèlement à l'axe principal X, chaque colonne thermoélectrique ayant une forme tubulaire creuse formée par un alignement d'éléments thermoélectriques de forme annulaire permettant de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre leurs faces internes en contact avec un premier fluide froid et leurs faces externes en contact avec un second fluide chaud, une connexion électrique côté froid étant réalisée dans une direction parallèle à l'axe X entre les faces internes des éléments thermoélectriques adjacents, pris deux à deux, et appartenant à une même colonne thermoélectrique. Ce dispositif se caractérise à titre principal en ce qu'une connexion électrique côté chaud est réalisée dans une direction perpendiculaire à l'axe X entre les faces externes des éléments thermoélectriques adjacents, pris deux à deux pour former des paires, et appartenant à deux colonnes thermoélectriques différentes.
La connexion électrique entre les faces externes des éléments thermoélectriques n'est donc plus réalisée au sein même d'une unique colonne, mais entre deux colonnes adjacentes.
La circulation du courant s'effectue ainsi d'une colonne à l'autre au niveau des faces externes des éléments thermoélectriques, et également au sein de chaque colonne au niveau des faces internes des éléments thermoélectriques.
La connexion électrique côté chaud est réalisée, pour chaque paire d'éléments thermoélectriques, au moyen d'un connecteur électrique tel que décrit précédemment, reliant la face externe d'un élément thermoélectrique appartenant à une première colonne thermoélectrique à la face externe d'un élément thermoélectrique appartenant à une seconde colonne thermoélectrique.
Optionnellement, chaque connecteur électrique est entouré d'ailettes d'échange thermique conçues de préférence en cuivre, aluminium ou nickel. De façon pratique, pour chaque paire d'éléments thermoélectriques, ledit connecteur électrique est assemblé aux faces externes des éléments thermoélectriques par un brasage à une température supérieure à δΟΟΌ. Selon un aspect de l'invention, le dispositif thermoélectrique comporte, entre deux paires d'éléments thermoélectriques adjacents, des moyens d'isolation électriques. Plus précisément, ces moyens d'isolation électriques consistent en une couche isolante conçue de préférence en mica. Ces couches d'isolation sont également en forme de 8, afin de correspondre à la forme du connecteur électrique. Leur rôle consiste à éviter les courts- circuits électriques entre les paires d'éléments thermoélectriques.
L'invention concerne encore un procédé d'assemblage d'un dispositif thermoélectrique tel que décrit précédemment, comprenant les étapes suivantes :
pour chaque paire d'éléments thermoélectriques disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan P, réaliser une connexion électrique entre les faces externes des deux éléments thermoélectriques via un connecteur électrique brasé sur lesdites faces externes à une température supérieure à 500^ ;
- superposer les paire d'éléments thermoélectriques ;
insérer une couche isolante entre chaque paire d'éléments thermoélectriques; entre les paires d'éléments thermoélectriques superposées, réaliser en quinconce d'une paire à l'autre une connexion électrique entre les deux faces internes de deux éléments thermoélectriques superposés, via un brasage d'une électrode métallique sur lesdites faces internes à une température inférieure à 300^ ;
insérer deux tubes, aptes à faire cheminer un fluide froid, dans les deux orifices créés par les faces internes des éléments thermoélectriques superposés ;
expanser lesdits tubes pour verrouiller le dispositif thermoélectrique.
Les tubes côté froid sont de préférence fabriqués en aluminium anodisé.
Enfin, l'invention concerne un générateur thermoélectrique, destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant au moins un dispositif thermoélectrique tel que décrit ci-dessus. Dans toute la présente description, il est à noter que les termes « annulaire » ou
« anneau » s'entendent de formes présentant un orifice central. Il peut s'agir de formes de révolution ou non. La forme du pourtour extérieur (c'est-à-dire de la face externe) peut être circulaire, ou ovoïdale, ou encore carrée, etc, tout comme la forme du pourtour intérieur (c'est-à-dire de la face interne) définissant l'orifice central.
Présentation des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 représente une coupe longitudinale, en perspective, d'un dispositif thermoélectrique selon l'art antérieur ;
- la figure 2 montre trois vues en coupe successives de deux éléments thermoélectriques de type différent soumis à un chauffage puis refroidi selon l'art antérieur ;
- la figure 3 illustre, en perspective, le connecteur électrique selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue de dessus de la figure 3 ;
- la figure 5 montre l'assemblage du connecteur électrique selon l'invention avec des éléments thermoélectriques ;
- la figure 6 est une vue en perspective du connecteur électrique doté d'ailettes d'échange thermique ;
- les figures 7 et 8 montrent d'autre formes possibles d'éléments thermoélectriques adaptées pour l'invention ;
- la figure 9 représente la circulation du courant au sein du connecteur électrique de l'invention ;
- la figure 10 est une vue éclatée en perspective des différentes pièces composant un dispositif thermoélectrique selon l'invention ;
- la figure 1 1 montre, en perspective, un dispositif thermoélectrique assemblé.
Description détaillée La figure 1 illustre un exemple de dispositif 1 thermoélectrique classique, selon l'art antérieur.
Ce dispositif comprend ici une première source 2, dite chaude, apte à permettre la circulation d'un premier fluide, notamment des gaz d'échappement d'un moteur, et une seconde source 3, dite froide, 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. Le dispositif 1 comprend une pluralité d'éléments 4, 5 thermoélectriques, ici de formes annulaires, susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leurs faces, l'une 8, dite première face active, étant définie par une surface de périphérie extérieure, cylindrique, et l'autre 9, dite seconde face active, étant définie par une surface de périphérie intérieure, cylindrique, définissant un orifice 17. Lesdites première et seconde faces 8,9 sont, par exemple, de section circulaires. De façon plus générale, toute section de forme arrondie et/ou polygonale est possible. De tels éléments 4, 5 fonctionnent, selon l'effet Seebeck, en permettant de créer un courant électrique dans une électrode métallique 6, 7 connectée entre lesdites faces 8,9 soumises au gradient de température. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments 4, 5 sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3). Les éléments 4, 5 thermoélectriques pourront être, pour une première partie, des éléments 4 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 5 d'un second type, dit N, permettant la création d'une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu'ils sont soumis au même gradient de température.
Les éléments 4, 5 thermoélectriques représentés sur toutes les figures sont constitués d'un anneau en seule pièce. Ils pourront cependant être formés de plusieurs pièces formant chacune une portion angulaire de l'anneau.
Sur la figure 1 , lesdits éléments 4, 5 thermoélectriques sont disposés, par exemple, dans le prolongement longitudinal l'un de l'autre, notamment de façon coaxiale ; ils alternent entre éléments P et éléments N. 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 4, 5 thermoélectriques sont, par exemple, groupés par paire, chaque paire étant formée d'un dit élément 4 thermoélectrique de type P et d'un dit élément 5 thermoélectrique de type N, et ledit dispositif 1 est configuré pour permettre une circulation de courant entre les premières faces actives 8 des éléments thermoélectriques d'une même paire et une circulation de courant entre les secondes faces actives 9 de chacun des éléments thermoélectriques de ladite même paire et l'élément thermoélectrique voisin de la paire voisine. On assure de la sorte une circulation en série du courant électrique entre les éléments thermoélectriques 8,9 disposés les uns à côtés des autres, comme illustré par les petites flèches.
Le dispositif de l'invention comprend en outre des électrodes métalliques 6, 7 entre les premier et deuxième éléments 4, 5 thermoélectriques. Ces électrodes 6, 7 sont en forme de bague d'axe central X. Par exemple, le long de la direction X, une électrode d'un premier type 6 est systématiquement prévue entre un élément 5 thermoélectrique de type N et un élément 4 thermoélectrique de type P. Une électrode d'un second type 7 est systématiquement prévue entre un élément 4 thermoélectrique de type P et un élément 5 thermoélectrique de type N.
Lesdites électrodes 6, 7 diffèrent par leur diamètre. Ainsi, l'électrode 6 prévue entre un élément 5 thermoélectrique de type N et un élément 4 thermoélectrique de type P sera d'un diamètre supérieur à l'électrode 7 prévue entre ledit élément 4 thermoélectrique de type P et l'élément 5 thermoélectrique de type N suivant.
Autrement dit, pour le dispositif 1 thermoélectrique selon l'invention, deux jeux d'électrodes 6, 7 de tailles différentes sont nécessaires : un premier pour la liaison électrique côté source froide 3 et un second, de diamètre supérieur, pour le côté source chaude 2.
En général, ces liaisons conductrices sont réalisées en brasant les électrodes 6,7 sur les éléments thermoélectriques 4,5 avec un apport 24 d'un alliage de brasage comme illustré en figure 2.
L'électrode 6 est tout d'abord mise en place autour des éléments thermoélectriques
4,5 à température ambiante T1 . Les éléments 4,5 et l'électrode 6 sont coaxiaux. L'ensemble de l'assemblage est porté à la température de brasage T2 d'environ 600Ό. Les éléments thermoélectriques 4,5 ont des coefficients de dilatation différents, et ne se dilatent pas de la même façon, tout comme l'électrode 6. En l'espèce, l'élément 4 se dilate nettement plus que l'élément 5. La direction de dilatation est symbolisée par les deux flèches. Alors que le contact est réalisé entre l'élément 4 et l'électrode 6 via l'apport 24 d'alliage de brasage, un interstice est apparent entre l'élément 5 et l'électrode 6. Cet interstice empêche d'avoir une bonne qualité de brasage. En refroidissant jusqu'à arriver à nouveau à la température ambiante T1 , les éléments 4,5 se rétractent, et l'on obtient un ensemble avec une bonne qualité de brasage 12 entre l'élément 4 et l'électrode 6, et un brasage défaillant 1 1 entre l'élément 5 et l'électrode 6. Le différentiel de dilatation thermique a donc un effet sur la qualité d'assemblage d'un couple d'éléments thermoélectriques 4,5 par brasage. En référence à la figure 3, un connecteur électrique 13 selon l'invention, en forme de 8, permet de relier électriquement deux éléments thermoélectriques 4,5 disposés non plus de manière coaxiale, mais disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan P.
Ce connecteur 13 consiste en une bande 13 en forme de boucle qui vient entourer les deux éléments 4,5. La paroi intérieure de la bande 13 vient épouser les faces externes 8 des éléments 4,5. La largeur de la bande 13 est équivalente à la largeur des éléments 4,5.
Comme cela est mieux visible en figure 4, la bande 13 se compose de trois tronçons : - un premier tronçon 14 entourant la majeure partie de la face externe 8 de l'élément 4 ;
- un second tronçon 15 entourant la majeure partie de la face externe 8 de l'élément 5 ;
un tronçon intermédiaire 16 reliant le premier tronçon 14 au second tronçon 15. La forme des premier et second tronçons 15,16 est convexe, tandis que la forme du tronçon intermédiaire 16 est concave. La bande 13 présente donc une ondulation ou concavité au niveau de son tronçon intermédiaire 16 au niveau des deux portions rejoignant le premier au second tronçon. Cette ondulation correspond à une zone de « mou » ; c'est-à- dire qu'elle permet de donner plus ou moins de longueur à la bande 13 pour qu'elle puisse suivre la dilatation et la rétractation des éléments 4,5 qu'elle entoure.
Plus précisément, la profondeur p de cette ondulation est variable puisque la bande 13 peut se déformer. Cette dernière peut ainsi augmenter le rayon de ses tronçons convexes 15,16 en diminuant la profondeur de l'ondulation du tronçon intermédiaire 16. A l'inverse, la bande 13 peut diminuer le rayon de ses tronçons convexes 15,16 en augmentant la profondeur de l'ondulation du tronçon intermédiaire 16.
De plus, puisque les éléments 4,5 ne sont pas coaxiaux, la bande 13 peut suivre la dilatation et la rétractation des éléments 4,5 de façon indépendante. Par exemple, sur la figure 4 où les éléments 4,5 sont soumis à une température de brasage, il est bien visible grâce aux deux traits pointillés que l'élément 4 subit une dilatation thermique plus importante que l'élément 5. La bande 13 accompagne cette dilatation au niveau du premier tronçon 14, tandis que le tronçon intermédiaire 16 absorbe les contraintes générées par cette dilatation pour ne pas les transmettre au second tronçon 15.
La bande 13 s'adapte ainsi indépendamment au coefficient de dilatation respectif de chaque élément 4,5 en jouant sur la profondeur p de son tronçon intermédiaire 16. En d'autres termes, la bande 13 absorbe les contraintes de dilatation différentielle à la température de brasage. La bande 13 reste ainsi toujours en contact avec les faces externes 8 des éléments 4,5 quelle que soit leur déformation, et il n'existe pas d'interstice pouvant rendre le brasage défaillant.
La bande 13 permet ainsi un découplage mécanique des éléments 4,5 tout en assurant leur connexion électrique.
La figure 5 illustre l'assemblage entre la bande et les éléments 4,5. En l'espèce, les deux éléments 4,5 sont disposés côte à côte sur un même plan, puis la bande 13, constituée de préférence de cuivre, d'aluminium ou de nickel, est brasée sur les faces externes des éléments 4,5 grâce à un feuillard de brasage 18 également en forme de 8. Des ailettes 19 améliorant le coefficient d'échange thermique côté chaud sont de préférence rajoutées tout autour de la bande 13. Ces ailettes 19 sont dans cet exemple également en forme de 8. Elles sont préférentiellement conçues en aluminium, en nickel, ou en acier inoxydable.
Lorsque le tout est assemblé, on aboutit à l'ensemble présenté en figure 6.
Par soucis de simplicité, il est possible de réaliser des ailettes 19 de forme non- homothétique à celle de la bande 13, comme illustré en figures 7 et 8.
Sur ces figures il est également à noter que les éléments 4,5 peuvent prendre une forme différente de celle d'un anneau circulaire, en l'espèce ils peuvent être d'allure ovale, et disposés l'un à côté de l'autre au niveau de leurs petits côtés (figure 7) ou au niveau de leurs grands côtés (figure 8).
Une fois que la bande 13 est assemblée aux éléments 4,5, côté chaud de manière à former une paire, il est nécessaire d'assembler plusieurs paires entre-elles au niveau du côté froid. Pour se faire, des électrodes 7 classiques sont assemblées sur les faces internes des éléments 4,5 par un brasage à basse température, comme illustré en figure 9. L'électrode 7 brasée à l'élément 4 est coaxiale à l'élément 4 et saille d'un côté de manière à pouvoir être brasée à un autre élément 5 d'une paire adjacente. De la même manière, l'électrode 7 brasée à l'élément 5 est coaxiale à l'élément 5 et saille de l'autre côté de manière à pouvoir être brasée à un autre élément 4 d'une paire adjacente. Le fluide froid 3 circule dans les orifices des électrodes 7 en contact avec les faces internes 9 des éléments 4,5, tandis que le fluide chaud 2 circule tout autour de la bande 13 en contact avec les faces externes 8 des éléments 4,5.
La différence de température entre les faces internes 9 des éléments 4,5 en contact avec le fluide froid et les faces externes 8 des éléments 4,5 en contact avec le fluide chaud créé une circulation de courant illustrée par les flèches sur la figure 9. Le courant passe donc de l'électrode 7 en contact avec l'élément 5 vers la bande 13, puis vers l'élément 4 et son électrode 7. Pour connecter plusieurs paires, il est nécessaire d'ajouter des couches d'isolation électrique 20 entre elles, comme montré en figure 10, pour éviter les courts-circuits entre les éléments 4,5. Ces couches d'isolation 20 sont de préférence en mica, et sont également en forme de 8 pour s'adapter à la forme générale extérieure des paires.
Les paires sont superposées les unes aux autres, de manière à former un dispositif thermoélectrique 23 selon l'invention, d'axe principal X, composé de deux colonnes 21 ,22.
Pour le que courant puisse circuler au sein du dispositif thermoélectrique 23, les paires sont inversées les unes par rapport aux autres, de manières à ce qu'il y ait une alternance d'éléments 4 et d'éléments 5 au sein d'une même colonne 21 , 22. La circulation du courant est illustrée à la figure 1 1 par les flèches.
Deux tubes 10 au sein desquels circulent le fluide froid 3 sont insérés dans les deux orifices des deux colonnes 21 ,22. Ces tubes sont de préférence en aluminium anodisé et sont expansés de manière à verrouillée le dispositif thermoélectrique 23.
Les configurations montrées aux figures citées ne sont que des exemples possibles, En ce qui concerne la description ci-dessus, les relations dimensionnelles optimales pour les parties de l'invention, en incluant les variations de taille, de matériaux, de formes, de fonction et de modes de fonctionnement, d'assemblage et d'utilisation, sont considérées comme apparentes et évidentes pour l'homme du métier, et toutes les relations équivalentes à ce qui est illustré dans les dessins et ce qui est décrit dans le mémoire sont censées être incluses dans la présente invention.

Claims

Revendications
Ensemble constitué d'un premier élément thermoélectrique (4), d'un deuxième élément thermoélectrique (5) et d'un connecteur électrique (13), le connecteur électrique (13) reliant deux mêmes faces externes (8) du premier élément thermoélectrique (4) et du deuxième élément thermoélectrique (5), lesdits deux éléments thermoélectriques (4,5) consistant chacun en un anneau ayant un pourtour extérieur constituant la face externe (8) et un pourtour intérieur constituant une face interne (9), et étant disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan P.
Ensemble selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le connecteur comprend des moyens d'absorption des déformations des éléments thermoélectriques (4,5).
Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le connecteur consiste en une bande (13) métallique déformable en forme de boucle entourant les deux éléments thermoélectriques (4,5) et épousant les faces externes (8) des deux éléments thermoélectriques (4,5), la bande (13) comprenant au moins une zone d'adaptation de sa longueur consistant en les moyens d'absorption des déformations des éléments thermoélectriques (4,5).
Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le connecteur comporte un premier tronçon (14) convexe épousant au moins une partie de la face externe (8) du premier élément thermoélectrique (4), un deuxième tronçon (15) convexe épousant au moins une partie de la face externe (8) du deuxième élément thermoélectrique (5), un tronçon intermédiaire (16) concave reliant le premier tronçon (14) au deuxième tronçon (15) et consistant en la zone d'adaptation de la longueur du connecteur. 5. Ensemble selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la profondeur p de la concavité du tronçon intermédiaire (16) convexe est variable en fonction de la déformation des éléments thermoélectriques (4,5).
6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le connecteur possède une forme générale en (8).
7. Dispositif thermoélectrique (23) d'axe principal X, comprenant au moins deux colonnes thermoélectriques (21 ,22) se développant chacune parallèlement à l'axe principal X, chaque colonne thermoélectrique (21 ,22) ayant une forme tubulaire creuse formée par un alignement d'éléments thermoélectriques (4,5) de forme annulaire permettant de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre leurs faces internes (9) en contact avec un premier fluide froid (3) et leurs faces externes (8) en contact avec un second fluide chaud (2), une connexion électrique côté froid étant réalisée dans une direction parallèle à l'axe X entre les faces internes (9) des éléments thermoélectriques (4,5) adjacents, pris deux à deux, et appartenant à une même colonne thermoélectrique (21 ,22),
caractérisé en ce qu'une connexion électrique côté chaud est réalisée dans une direction perpendiculaire à l'axe X entre les faces externes (8) des éléments thermoélectriques (4,5) adjacents, pris deux à deux pour former des paires, et appartenant à deux colonnes thermoélectriques (21 ,22) différentes.
8. Dispositif thermoélectrique (23) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la connexion électrique côté chaud est réalisée, pour chaque paire d'éléments thermoélectriques (4,5), au moyen d'un connecteur électrique (13) tel que décrit dans les revendications 1 à 7, reliant la face externe (8) d'un élément thermoélectrique
(4,5) appartenant à une première colonne thermoélectrique (21 ,22) à la face externe (8) d'un élément thermoélectrique (4,5) appartenant à une seconde colonne thermoélectrique (21 ,22). 9. Dispositif thermoélectrique (23) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque connecteur électrique (13) est entouré d'ailettes (19) d'échange thermique conçues de préférence en cuivre, aluminium ou nickel.
10. Dispositif thermoélectrique (23) selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que, pour chaque paire d'éléments thermoélectriques (4,5), ledit connecteur électrique (13) est assemblé aux faces externes (8) des éléments thermoélectriques (4,5) par un brasage à une température supérieure à δΟΟΌ.
1 1 . Dispositif thermoélectrique (23) selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte, entre deux paires d'éléments thermoélectriques (4,5) adjacents, des moyens d'isolation électriques. 12. Dispositif thermoélectrique (23) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que lesdits moyens d'isolation électriques consistent en une couche isolante (20) conçue de préférence en mica.
13. Procédé d'assemblage d'un dispositif thermoélectrique (23) tel que décrit dans les revendications 7 à 12, comprenant les étapes suivantes :
- pour chaque paire d'éléments thermoélectriques (4,5) disposés l'un à côté de l'autre dans un même plan P, réaliser une connexion électrique entre les faces externes (8) des deux éléments thermoélectriques (4,5) via un connecteur électrique (13) brasé sur lesdites faces externes (8) à une température supérieure à 500<C ;
- superposer les paire d'éléments thermoélectriques (4,5) ;
- insérer une couche isolante (20) entre chaque paire d'éléments thermoélectriques (4,5) ;
- entre les paires d'éléments thermoélectriques (4,5) superposées, réaliser en quinconce d'une paire à l'autre une connexion électrique entre les deux faces internes (9) de deux éléments thermoélectriques (4,5) superposés, via un brasage d'une électrode (7) métallique sur lesdites faces internes (9) à une température inférieure à 300Ό ;
- insérer deux tubes (10), aptes à faire cheminer un fluide froid 3, dans les deux orifices créés par les faces internes (9) des éléments thermoélectriques (4,5) superposés ;
- expanser lesdits tubes (10).
14. Générateur thermoélectrique, destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile, comprenant au moins un dispositif thermoélectrique (23) tel que décrit dans les revendications 7 à 12.
PCT/EP2016/079316 2015-11-30 2016-11-30 Connecteur électrique pour relier des éléments thermoélectriques et absorber leurs contraintes WO2017093339A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/779,808 US20190035998A1 (en) 2015-11-30 2016-11-30 Electrical connector for connecting thermoelectric elements and absorbing the stress thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1561572 2015-11-30
FR1561572A FR3044471B1 (fr) 2015-11-30 2015-11-30 Connecteur electrique pour relier des elements thermoelectriques et absorber leurs contraintes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017093339A1 true WO2017093339A1 (fr) 2017-06-08

Family

ID=55752387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/079316 WO2017093339A1 (fr) 2015-11-30 2016-11-30 Connecteur électrique pour relier des éléments thermoélectriques et absorber leurs contraintes

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190035998A1 (fr)
FR (1) FR3044471B1 (fr)
WO (1) WO2017093339A1 (fr)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3115398A1 (fr) * 2020-10-19 2022-04-22 Valeo Systemes Thermiques Module Thermoélectrique
CN113765282B (zh) * 2021-09-10 2023-08-25 东风汽车有限公司东风日产乘用车公司 双电机冷却系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057768A1 (fr) * 1998-05-04 1999-11-11 Siemens Westinghouse Power Corporation Couples thermoelectriques a tubes apparies
EP1662588A1 (fr) * 2003-08-08 2006-05-31 Nagamine Manufacturing Co.,Ltd. Element de conversion thermoelectrique et procede de fabrication
WO2015149952A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-08 Valeo Systemes Thermiques Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999057768A1 (fr) * 1998-05-04 1999-11-11 Siemens Westinghouse Power Corporation Couples thermoelectriques a tubes apparies
EP1662588A1 (fr) * 2003-08-08 2006-05-31 Nagamine Manufacturing Co.,Ltd. Element de conversion thermoelectrique et procede de fabrication
WO2015149952A1 (fr) * 2014-04-03 2015-10-08 Valeo Systemes Thermiques Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile

Also Published As

Publication number Publication date
FR3044471B1 (fr) 2018-07-27
US20190035998A1 (en) 2019-01-31
FR3044471A1 (fr) 2017-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2715816B1 (fr) Module et dispositif thermo electriques, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
EP2622658A1 (fr) Dispositf thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
EP2939280A1 (fr) Module et dispositif thermo-électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2017093339A1 (fr) Connecteur électrique pour relier des éléments thermoélectriques et absorber leurs contraintes
EP2622655A1 (fr) Dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2014096160A1 (fr) Ensemble comprenant un élément thermo électrique et un moyen de connexion électrique dudit élément thermo électrique, module et dispositif thermo électrique comprenant un tel ensemble
WO2014016323A1 (fr) Module thermo électrique
EP2955765B1 (fr) Dispositif thermoélectrique, module thermoélectrique comprenant un tel dispositif thermoélectrique et procédé de fabrication d&#39;un tel dispositif thermoélectrique
EP3127171A1 (fr) Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3011983A1 (fr) 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.
WO2017046485A1 (fr) Module et dispositif thermo électrique, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile, et procédé de fabrication d&#39;un tel module
FR3035542A1 (fr) Element thermoelectrique et dispositif comprenant un tel element thermoelectrique
WO2014019901A1 (fr) Ensemble comprenant un element thermo electrique et un moyen de connexion electrique dudit element thermo electrique, module thermo electrique comprenant un tel ensemble.
WO2015149953A2 (fr) Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
EP3341976B1 (fr) Module thermoelectrique pour generateur thermoelectrique
WO2014019900A1 (fr) Procede de fabrication d&#39;un module thermo electrique, notamment, destine a generer un courant electrique dans un vehicule automobile et module thermo electrique obtenu par ledit procede.
EP2541182A1 (fr) Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile.
WO2017046487A1 (fr) Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile
FR3035270A1 (fr) Securisation des liaisons electriques dans un dispositif thermoelectrique
WO2017046486A1 (fr) Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile
WO2017032527A1 (fr) Module thermoelectrique pour dispositif et generateur thermoelectrique
WO2017046484A1 (fr) Module et dispositif thermo électriques, notamment destinés a générer un courant électrique dans un véhicule automobile
FR3013429A1 (fr) Module thermo electrique et dispositif thermo electrique comprenant au moins un tel module.
FR3019680A1 (fr) Dispositif thermo electriques et module thermo electrique, notamment destines a generer un courant electrique dans un vehicule automobile
FR3056856A1 (fr) Element, module et generateur thermoelectriques pour vehicule a moteur thermique et procede de fabrication du module

Legal Events

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

Ref document number: 16809313

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16809313

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1