WO2022128457A1 - Thermoelectric module and associated heat exchanger - Google Patents

Thermoelectric module and associated heat exchanger Download PDF

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WO2022128457A1
WO2022128457A1 PCT/EP2021/083669 EP2021083669W WO2022128457A1 WO 2022128457 A1 WO2022128457 A1 WO 2022128457A1 EP 2021083669 W EP2021083669 W EP 2021083669W WO 2022128457 A1 WO2022128457 A1 WO 2022128457A1
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WO
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thermoelectric module
pads
layer
thermally conductive
thermoelectric
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/083669
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French (fr)
Inventor
Alcina Tanghe
Georges De Pelsemaeker
William LAPIERRE
Joël DUFOURCQ
Hilaire Ihou Mouko
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
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Publication date
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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
    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/13—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 heat-exchanging means at the junction
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
    • H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device

Definitions

  • thermoelectric modules comprising thermoelectric elements making it possible in particular to create a temperature gradient between two of their opposite faces when they are powered by an electric current according to the phenomenon known as the Peltier effect .
  • thermoelectric modules can be used in many applications and in particular in motor vehicle thermal regulation devices to improve passenger comfort by producing rapid adaptation of the temperature of the passenger compartment.
  • thermoelectric modules generally include ceramic substrates on which metal tracks are deposited. Thermoelectric pads are then soldered to the metal tracks.
  • Ceramic substrates must have electrically insulating and thermally conductive properties.
  • An example of such a ceramic is aluminum nitride (AIN) but these ceramics are very expensive.
  • the present invention therefore aims to at least partially solve the problems of the state of the art and to propose a solution for reducing the manufacturing costs of thermoelectric modules and facilitating their manufacturing process, in particular for use in a heat exchanger. .
  • thermoelectric module comprising:
  • first and a second support layers made of polymer material, in particular of thermoplastic material (alternatively thermosets or elastomers can also be used),
  • thermoelectric pads made of P-type and N-type semiconductor material arranged between the first and the second sets of conductive metal tracks, wherein the sets of tracks are configured to interconnect the set of thermoelectric pads with alternating P-type and N-type pads, characterized in that the first and second support layers include a plurality of holes connecting a first facing a second face of said first and second support layers, the surface of the holes being covered with a layer of a thermally conductive material to form a through via providing heat transfer between the first and second faces of the first and second support layers .
  • the first and second support layers are made of epoxy resin and correspond for example to plates used for printed circuits.
  • a layer of thermally conductive material is disposed around the holes on the first and second support layers. Spreading the layer of thermally conductive material around the holes improves thermal conduction with the other elements in contact with the support layers.
  • the layer of thermally conductive material is spaced from the conductive metal tracks in order to avoid short circuits with the metal tracks.
  • the conductive material of the vias is copper.
  • thermoelectric module also comprises pads made of thermally conductive material configured to be positioned in the through vias.
  • skids further improves thermal conduction between the two sides of the support layers.
  • thermoelectric module also comprises a sole of thermally conductive material and configured to come into contact with the pads and the associated support layer.
  • a sole improves the transfer of heat to the outside of the thermoelectric module.
  • the sole is made of material with
  • the pads or the assembly comprising the pads and the sole are made of aluminum.
  • the present invention also relates to a heat exchanger comprising:
  • thermoelectric module as described above, 0 - a first pipe in contact with the first support layer or with a sole associated with the first support layer of the thermoelectric module and configured to receive a first heat transfer fluid,
  • thermoelectric module in contact with the second support layer or with a sole associated with the second support layer of the thermoelectric module and5 configured to receive a second heat transfer fluid.
  • the first conduit is formed by a tube configured to receive a cooling liquid.
  • metal fins are fixed on the second support layer or on the sole associated with the second support layer and a cover is configured to be fixed on the thermoelectric module to form the second conduit , said second conduit being configured to receive a gas, in particular air.
  • the metal fins are welded or glued or brazed on the second support layer or on the sole5 associated with the second support layer and the cover is clipped or glued or welded or screwed onto the module thermoelectric.
  • FIG 2 shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising a via
  • FIG 3 shown a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising vias and a set of pads and sole;
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a portion of a heat exchanger
  • FIG. 5 shows a flowchart of the steps of a heat exchanger manufacturing process
  • thermoelectric module shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising vias according to a second embodiment
  • thermoelectric module shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising solid vias according to a third embodiment
  • thermoelectric module of Figure 6 shows a variant of the thermoelectric module of Figure 6;
  • thermoelectric module of Figure 7 shows a variant of the thermoelectric module of Figure 7;
  • FIG. 1 represents a schematic side view of a portion of such a thermoelectric module 1.
  • the thermoelectric module 1 comprises a first and a second support layers made of polymer material, for example thermoplastic, denoted 3a and 3b which may be identical, that is to say made by the same manufacturing process and having the same composition and the same dimensions.
  • the support layers 3a, 3b are for example made of epoxy resin and in particular the material used for the manufacture of printed circuits.
  • the epoxy resin can be filled with mineral particles or fibers, in particular glass fibers. Such a material has a reduced cost price.
  • the thickness of the support layers 3a, 3b is for example between 80 ⁇ m and 2 mm.
  • the thermoelectric module 1 also comprises a first and a second set of conductive metal tracks denoted 5a and 5b arranged respectively on the first and the second support layers 3a, 3b. These sets 5a, 5b are for example made of copper.
  • a surface treatment can also be applied to the copper deposit, for example an electroless nickel deposit then a deposit by immersion of a very thin layer of gold also called the “electroless Nickel/immersion gold (ENIG)” process. in English or by tinning by hot air leveling also called “hot air solder leveling (HASL) in English.
  • the thermoelectric module 1 also comprises a set of thermoelectric pads 7 arranged between the first and the second sets of conductive metal tracks 5a, 5b.
  • the thermoelectric pads 7 are for example fixed on the conductive metal tracks 5a, 5b by soldering.
  • a layer of solder paste 6 can be deposited locally on the metal tracks at the locations intended to receive the thermoelectric pads 7.
  • thermoelectric pads 7 called P-type pads are made of P-type semiconductor material and other thermoelectric pads 7 called N-type pads are made of N-type semiconductor material.
  • the sets of conductive metal tracks 5a, 5b are configured to connect all of the thermoelectric pads 7 in series with alternating P-type and N-type pads.
  • the number of P-type pads is for example equal to the number of N-type pads.
  • Electrical cables connected to a current source can be connected to the conductive metal tracks 5a, 5b to enable the thermoelectric module 1 to be powered.
  • the thermoelectric module 1 also includes through vias 9 formed in the support layers 3a, 3b at locations devoid of conductive metal tracks 5a, 5b.
  • the vias 9 are formed by through holes whose diameter is greater than 300 ⁇ m, for example a few millimeters, covered with a layer of a material thermally conductive 11.
  • the layer of thermally conductive material 11 is for example a layer of copper and in particular the same material as that used for the conductive metal tracks 5a, 5b.
  • the layer of thermally conductive material 11 can be deposited not only inside the through holes but also around the through holes and can even cover the whole of the external face of the support layer 3a, 3b, that is that is to say the face opposite to the internal face on which the thermoelectric pads 7 are soldered.
  • spaces of at least 1 to 2 mm must be left between the layer of thermally conductive material 11 and the metal tracks conductors 5a, 5b so as to avoid any short circuit.
  • the vias 9 can be distributed over the entire surface of the support layers 3a, 3b devoid of the conductive metal tracks 5a, 5b. The vias 9 are thus configured to transfer the heat from the thermoelectric pads 7 to the outer face of the support layers 3a, 3b.
  • thermoelectric module 1 also comprises pads 13 of thermally conductive material, for example aluminum, configured to be positioned in the vias 9 in order to further improve the heat transfer between the two faces of the support layers 3a, 3b.
  • pads 13 of thermally conductive material for example aluminum
  • the thermoelectric module 1 can also comprise a first and a second sole 15 of thermally conductive material, for example aluminum, configured to come into position respectively in contact with the pads 13 and the outer face of the first and second support layers 3a, 3b.
  • the soles 15 can be made in one piece with the pads 13 of the associated support layer 3a, 3b.
  • the soles 15 can comprise flanges 15a configured to be positioned on the periphery of the support layers 3a, 3b.
  • the pads 13 can be force-fitted in the vias 9 or can be glued to the support layers 3a, 3b.
  • the soles 15 can also be glued to the respective support layers 3a, 3b.
  • thermoelectric modules 1 can be used in many applications to allow in particular rapid thermal control, for example at the level of electronic equipment such as a microprocessor to control its temperature and limit its heating, within a duct for controlling the temperature of the air flowing through the duct, for example a ventilation duct of a motor vehicle, in a seat to provide a heated seat, at a cup or can holder (also called
  • cupholder in English
  • the layer of thermally conductive material 11 comes into contact with the conductive metal tracks 5a, 5b so that the heat transfer can be achieved via the copper layer associated with the metal tracks and to the layer of thermally conductive material 11 without there being any discontinuities as far as the outer face of the support layers 3a, 3b.
  • discontinuities 14 are made in the layer of thermally conductive material 11 so as to avoid a short-circuit between two separate conductive metal tracks 5a, 5b. These discontinuities 14 must be provided on both sides of the support layers to avoid connecting two separate conductive metal tracks 5a, 5b.
  • a layer of solder varnish 12 can be deposited on the external face of the support layers 3a, 3b (even inside the vias) as shown in Figure 8.
  • the through holes of the support layers 3a, 3b are filled with thermally conductive material to form solid vias 9'.
  • the material used for the filling of the vias 9' can be the same as that of the material thermally conductive, for example copper, so that the filling of the vias 9' can be carried out simultaneously with the deposition of the layer of thermally conductive material 11.
  • the filling of the vias 9' makes it possible to do without the pads 13.
  • a layer of soldermask 12 can be deposited on the outer face of the support layers 3a, 3b as shown in Figure 9.
  • This second embodiment makes it possible to improve the heat transfer between the two faces of the support layers due to the absence of discontinuities in the layer of thermally conductive material 11 between the thermoelectric pads 7 and the external face of the layers brackets 3a, 3b.
  • the present invention also relates to a heat exchanger 20 as shown in Figure 4.
  • the heat exchanger 20 comprises at least one thermoelectric module 1 as described above, a first conduit 21a in contact with the first support layer 3a or with the sole 15 associated with the first support layer 3a and a second conduit 21b in contact with the second support layer 3b or the sole 15 associated with the second support layer 3b of the thermoelectric module 1.
  • the first conduit 21a is configured to receive a first heat transfer fluid, for example a coolant.
  • the first duct 21a is for example formed by a tube 22, in particular of aluminum, which may be integral with the sole 15 associated with the first support layer 3a. Alternatively, the tube 22 can be fixed on the sole 15, the tube 22 is for example welded to the sole 15.
  • the second conduit 21b is for example formed by a cover 23 which is fixed by mechanical locking, for example by snapping onto the thermoelectric module 1 or onto the tube 22 of the first conduit 21a.
  • the cover 23 can be fixed by gluing or by welding.
  • the cover 23 can be a metal cover or a polymer material cover.
  • the second duct 21b is for example configured to receive a second heat transfer fluid, in particular air, the temperature of which must be adjusted so that the complete sealing of the duct 21b is not necessarily required.
  • the second duct 21b may include fins 25 for deflecting the air flow in order to maximize the heat exchanged between 1 air flowing in the second conduit 21b and the thermoelectric module 1.
  • the fins 25 can be made of metal, in particular aluminum.
  • the fins 25 can be fixed to the outer face of the second support layer 3b or to the sole 15 by welding, in particular by friction welding or spot welding, by gluing or by brazing.
  • the second duct 21b can correspond to an air duct of a motor vehicle whose air temperature is to be controlled, the first duct 21a then being configured to receive a cooling liquid, for example glycol water, to evacuate the heat when one wants to cool the temperature of the air of the second conduit 21b.
  • a cooling liquid for example glycol water
  • the temperature of the glycol water is for example between 0°C and 40°C, preferably between 0°C and 10°C with a flow rate between IL/h and 15L/h.
  • thermoelectric module 1 can be used both to heat and to cool the air in the second conduit 21b.
  • the value (positive or negative) of the current transmitted to the thermoelectric module 1 can be adjusted, for example by a control and supply circuit of the motor vehicle.
  • the circulation of the cooling liquid in the first pipe 21a can be stopped.
  • [55]Other combinations of heat transfer fluids can be used in the first 21a and second 21b conduits, such as two gases or two liquids, for example.
  • Such a heat exchanger 20 allows in particular because of the materials used to have a limited cost.
  • the use of vias 9 possibly coupled with pads 13 and a sole plate 15 makes it possible to transfer the heat efficiently between the thermoelectric pads 7 and the conduits 21a, 21b.
  • thermoelectric module 1 As described above will now be described based on the flowchart of Figure 5.
  • the first step 101 concerns the provision of a first 3a and a second 3b support layers.
  • the support layers 3a and 3b are for example plates made of polymer material, in particular thermoplastic such as epoxy used for printed circuits.
  • the second step 102 relates to the drilling of through holes at predetermined locations in the first and second support layers 3a, 3b.
  • the third step 103 concerns the deposition of a set of conductive metal tracks 5a, 5b on the respective support layers 3a, 3b.
  • the conductive metal tracks 5a, 5b are for example copper and the deposition process can be the same as for printed circuits.
  • the fourth step 104 relates to the deposition of a layer of thermally conductive material 11 inside the through holes to form vias 9 and in the zones located around the through holes as well as in the zones devoid of conductive metal tracks 5a, 5b.
  • Spaces devoid of thermally conductive material 11 are made, for example around the metal tracks 5a, 5b to avoid any contact between the layer of thermally conductive material 11 and the conductive metal tracks 5a, 5b or at predetermined places if the layer of material thermal conductor 11 comes into contact with the conductive metal tracks 5a, 5b. These predetermined places are chosen to allow the desired electrical contacts between the thermoelectric pads allowing in particular their connection in series.
  • the thermally conductive material 11 can be copper and can be deposited by the same process as the metal tracks 5a, 5b.
  • the third step 103 and the fourth step 104 can be carried out simultaneously.
  • the fourth step 104 can also include the filling of the vias 9′ with a thermally conductive material which can be the same as that of the layer 11 and the tracks 5a, 5b, for example copper.
  • the fifth step 105 concerns the fixing of the thermoelectric pads 7 on the conductive metal tracks 5a, 5b of the first and second support layers 3a, 3b.
  • the fixing is for example carried out by brazing.
  • Solder paste 6 is for example placed at the locations intended to receive the thermoelectric pads 7 then the thermoelectric pads 7 are positioned on the solder paste 6 then fixed by brazing annealing.
  • the sixth step 106 concerns the fixing of power supply wires on the conductive metal tracks 5a, 5b, for example two power supply wires connected to a first and a second end of the series connection of thermoelectric pads 7 in such a way to supply a current to all of the pads thermoelectronics 7 connected in sene.
  • This fixing is for example carried out by probing.
  • the seventh step 107 is an optional step and concerns the fixing of the pads 13 and/or the soles 15 respectively in the vias 9 and on the external face, that is to say the face opposite the thermoelectric pads 7, support layers 3a, 3b.
  • the mounting of the pads 13 can be a mounting in force.
  • the soles 15 can be made in one piece with the pads 13.
  • the fixing can be made by gluing or welding or any fixing method known to those skilled in the art.
  • the eighth step 108 concerns the formation of the first conduit 21a and the second conduit 21b.
  • the first conduit 21a can be integral with the sole 15 or can be formed by a tube 22 which is fixed to the first support layer 3a or to the associated sole 15 by welding or any other fixing method known to those skilled in the art.
  • the second duct 21b is for example produced by a cover 23 which is fixed on the tube 22 forming the first duct 21a or on the thermoelectric module 1 by snap-fastening or by any other fixing means known to those skilled in the art.

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Abstract

The present invention relates to a thermoelectric module (1) comprising: a first (3a) and a second (3b) support layer made of a polymer material; a first (5a) and a second (5b) set of conductive metal tracks arranged on the first (4a) and second (4b) support layers, respectively; a set of thermoelectric pads (7) which are made of type P and type N semi-conductive material and arranged between the first (5a) and second (5b) sets of conductive metal tracks, wherein the sets of tracks (5a, 5b) are configured to connect in series the set of thermoelectric pads (7) with an alternating arrangement of type P and type N pads, wherein the first and second support layers (3a, 3b) comprise a plurality of holes connecting a first surface to a second surface of the first and second support layers (3a, 3b), the surface of the holes being covered with a layer of a thermally conductive material (11) so as to form a through-hole (9) ensuring transfer of heat between the first and second surfaces of the first and second support layers (3a, 3b).

Description

MODULE THERMOELECTRIQUE ET ÉCHANGEUR THERMIQUE ASSOCIÉ THERMOELECTRIC MODULE AND ASSOCIATED HEAT EXCHANGER
[1]La présente invention concerne le domaine des modules thermoélectriques comprenant des éléments thermoélectriques permettant notamment de créer un gradient de température entre deux de leurs faces opposées lorsqu’ils sont alimentés par un courant électrique selon le phénomène connu sous le nom d’effet Peltier. [1]The present invention relates to the field of thermoelectric modules comprising thermoelectric elements making it possible in particular to create a temperature gradient between two of their opposite faces when they are powered by an electric current according to the phenomenon known as the Peltier effect .
[2]De tels modules thermoélectriques peuvent être utilisés dans de nombreuses applications et notamment dans des dispositifs de régulation thermique de véhicules automobiles pour améliorer le confort des passagers en produisant une adaptation rapide de la température de l’habitacle. [2]Such thermoelectric modules can be used in many applications and in particular in motor vehicle thermal regulation devices to improve passenger comfort by producing rapid adaptation of the temperature of the passenger compartment.
[3]Pour cela, les modules thermoélectriques de l’état de la technique comprennent généralement des substrats en céramique sur lesquels sont déposées des pistes métalliques. Des plots thermoélectriques sont alors brasés sur les pistes métalliques. [3]For this, state-of-the-art thermoelectric modules generally include ceramic substrates on which metal tracks are deposited. Thermoelectric pads are then soldered to the metal tracks.
[4]Cependant, les substrats céramiques doivent avoir des propriétés électriques isolantes et thermiques conductrices. Un exemple d’une telle céramique est le nitrure d’aluminium (AIN) mais ces céramiques sont très coûteuses. [4]However, ceramic substrates must have electrically insulating and thermally conductive properties. An example of such a ceramic is aluminum nitride (AIN) but these ceramics are very expensive.
[5]La présente invention vise donc à résoudre au moins partiellement les problèmes de l’état de la technique et à proposer une solution pour réduire les coûts de fabrication des modules thermoélectriques et faciliter leur procédé de fabrication notamment pour une utilisation dans un échangeur thermique. [5] The present invention therefore aims to at least partially solve the problems of the state of the art and to propose a solution for reducing the manufacturing costs of thermoelectric modules and facilitating their manufacturing process, in particular for use in a heat exchanger. .
[6]A cet effet, la présente invention concerne un module thermoélectrique comprenant : [6] To this end, the present invention relates to a thermoelectric module comprising:
- une première et une deuxième couches supports en matériau polymère notamment en matériau thermoplastique (alternativement des thermodurcissables ou élastomères peuvent également être utilisés), - a first and a second support layers made of polymer material, in particular of thermoplastic material (alternatively thermosets or elastomers can also be used),
- un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices disposées respectivement sur la première et la deuxième couches supports,- a first and a second set of conductive metal tracks arranged respectively on the first and the second support layers,
- un ensemble de plots thermoélectriques en matériau semi-conducteur de type P et de type N disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices, dans lequel les ensembles de pistes sont configures pour relier en sene l’ensemble de plots thermoélectriques avec une alternance de plots de type P et de type N, caractérisé en ce que la première et la deuxième couches supports comprennent une pluralité de trous reliant une première face à une deuxième face desdites première et deuxième couches supports, la surface des trous étant recouverte d’une couche d’un matériau conducteur thermiquement pour former un via traversant assurant un transfert thermique entre la première et la deuxième faces des première et deuxième couches supports. - a set of thermoelectric pads made of P-type and N-type semiconductor material arranged between the first and the second sets of conductive metal tracks, wherein the sets of tracks are configured to interconnect the set of thermoelectric pads with alternating P-type and N-type pads, characterized in that the first and second support layers include a plurality of holes connecting a first facing a second face of said first and second support layers, the surface of the holes being covered with a layer of a thermally conductive material to form a through via providing heat transfer between the first and second faces of the first and second support layers .
[7]L’ utilisation de vias traversants et d’une couche de matériau conducteur thermiquement au niveau des vias permet d’assurer une conduction thermique entre les deux faces des couches supports en matériau polymère dont le coût est réduit permet d’obtenir un module thermoélectrique ayant un coût réduit par rapport aux solutions de l’état de la technique. [7] The use of through vias and a layer of thermally conductive material at the level of the vias makes it possible to ensure thermal conduction between the two faces of the support layers made of polymer material, the cost of which is reduced, makes it possible to obtain a module thermoelectric having a reduced cost compared to the solutions of the state of the art.
[8]Selon un autre aspect de la présente invention, les première et deuxième couches supports sont réalisées en résine époxy et correspondent par exemple à des plaquettes utilisées pour les circuits imprimés. [8] According to another aspect of the present invention, the first and second support layers are made of epoxy resin and correspond for example to plates used for printed circuits.
[9] Selon un autre aspect de la présente invention, une couche de matériau conducteur thermiquement est disposée autour des trous sur les première et deuxième couches supports. L’étalement de la couche de matériau conducteur thermiquement autour des trous permet d’améliorer la conduction thermique avec les autres éléments en contact avec les couches supports. [9] According to another aspect of the present invention, a layer of thermally conductive material is disposed around the holes on the first and second support layers. Spreading the layer of thermally conductive material around the holes improves thermal conduction with the other elements in contact with the support layers.
[10] Selon un autre aspect de la présente invention, la couche de matériau conducteur thermiquement est distante des pistes métalliques conductrices afin d’éviter les court-circuits avec les pistes métalliques. [10] According to another aspect of the present invention, the layer of thermally conductive material is spaced from the conductive metal tracks in order to avoid short circuits with the metal tracks.
[1 l]Selon un autre aspect de la présente invention, le matériau conducteur des vias est du cuivre. [11] According to another aspect of the present invention, the conductive material of the vias is copper.
[12]Selon un autre aspect de la présente invention, le module thermoélectrique comprend également des patins en matériau conducteur thermiquement configurés pour venir se positionner dans les vias traversants. [12] According to another aspect of the present invention, the thermoelectric module also comprises pads made of thermally conductive material configured to be positioned in the through vias.
[13]L’utilisation des patins permet d’améliorer encore la conduction thermique entre les deux faces des couches supports. [13]The use of skids further improves thermal conduction between the two sides of the support layers.
[14]Selon un autre aspect de la présente invention, le module thermoélectrique comprend également une semelle en matériau conducteur thermiquement et configurée pour venir en contact les patins et la couche support associée. L’utilisation d’une semelle permet d’améliorer le transfert de chaleur vers l’extérieur du module thermoélectrique. [14] According to another aspect of the present invention, the thermoelectric module also comprises a sole of thermally conductive material and configured to come into contact with the pads and the associated support layer. The use of a sole improves the transfer of heat to the outside of the thermoelectric module.
[15]Selon un autre aspect de la présente invention, la semelle vient de matière avec[15]According to another aspect of the present invention, the sole is made of material with
5 les patins. 5 the skates.
[16]Selon un autre aspect de la présente invention, les patins ou l’ensemble comprenant les patins et la semelle sont réalisés en aluminium. [16]According to another aspect of the present invention, the pads or the assembly comprising the pads and the sole are made of aluminum.
[17]La présente invention concerne également un échangeur thermique comprenant : [17] The present invention also relates to a heat exchanger comprising:
- un module thermoélectrique tel que décrit précédemment, 0 - un premier conduit en contact avec la première couche support ou avec une semelle associée la première couche support du module thermoélectrique et configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur, - a thermoelectric module as described above, 0 - a first pipe in contact with the first support layer or with a sole associated with the first support layer of the thermoelectric module and configured to receive a first heat transfer fluid,
- un deuxième conduit en contact avec la deuxième couche support ou avec une semelle associée à la deuxième couche support du module thermoélectrique et5 configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur. - A second conduit in contact with the second support layer or with a sole associated with the second support layer of the thermoelectric module and5 configured to receive a second heat transfer fluid.
[18]Selon un autre aspect de la présente invention, le premier conduit est formé par un tube configuré pour recevoir un liquide de refroidissement. [18]According to another aspect of the present invention, the first conduit is formed by a tube configured to receive a cooling liquid.
[19] Selon un autre aspect de la présente invention, des ailettes métalliques sont fixées sur la deuxième couche support ou sur la semelle associée à la deuxième0 couche support et un capot est configuré pour venir se fixer sur le module thermoélectrique pour former le deuxième conduit, ledit deuxième conduit étant configuré pour recevoir un gaz, notamment de l’air. [19] According to another aspect of the present invention, metal fins are fixed on the second support layer or on the sole associated with the second support layer and a cover is configured to be fixed on the thermoelectric module to form the second conduit , said second conduit being configured to receive a gas, in particular air.
[20] Selon un autre aspect de la présente invention, les ailettes métalliques sont soudées ou collées ou brasées sur la deuxième couche support ou sur la semelle5 associée à la deuxième couche support et le capot est clipsé ou collé ou soudé ou vissé sur le module thermoélectrique. [20] According to another aspect of the present invention, the metal fins are welded or glued or brazed on the second support layer or on the sole5 associated with the second support layer and the cover is clipped or glued or welded or screwed onto the module thermoelectric.
[21]D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : 0 [22][Fig 1] représente une vue schématique de côté d’une portion d’un module thermoélectrique ; [21]Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given by way of illustrative and non-limiting example, and the appended drawings, including: 0 [22][Fig 1] shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module;
[23] [Fig 2] représente une vue schématique de côté d’une portion d’un module thermoélectrique comprenant un via ; [24] [Fig 3] représenté une vue schématique de côte d une portion d un module thermoélectrique comprenant des vias et un ensemble de patins et semelle ; [23] [Fig 2] shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising a via; [24] [Fig 3] shown a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising vias and a set of pads and sole;
[25] [Fig. 4] représente une vue schématique de côté d’une portion d’un échangeur thermique ; [25] [Fig. 4] shows a schematic side view of a portion of a heat exchanger;
[26] [Fig. 5] représente un organigramme des étapes d’un procédé de fabrication d’un échangeur thermique; [26] [Fig. 5] shows a flowchart of the steps of a heat exchanger manufacturing process;
[27] [Fig 6] représente une vue schématique de côté d’une portion d’un module thermoélectrique comprenant des vias selon un deuxième mode de réalisation ; [27] [Fig 6] shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising vias according to a second embodiment;
[28] [Fig 7] représente une vue schématique de côté d’une portion d’un module thermoélectrique comprenant des vias pleins selon une troisième mode de réalisation ; [28] [Fig 7] shows a schematic side view of a portion of a thermoelectric module comprising solid vias according to a third embodiment;
[29] [Fig 8] représente une variante du module thermo électrique de la figure 6 ; [29] [Fig 8] shows a variant of the thermoelectric module of Figure 6;
[30] [Fig 9] représente une variante du module thermo électrique de la figure 7 ; [30] [Fig 9] shows a variant of the thermoelectric module of Figure 7;
[31]Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. [31] In these figures, identical elements bear the same references.
[32]Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. [32]The following achievements are examples. Although the description refers to one or more embodiments, this does not necessarily mean that each reference is to the same embodiment, or that the features apply only to a single embodiment. Simple features of different embodiments can also be combined or interchanged to provide other embodiments.
[33]Dans la description, certains éléments peuvent être indexés, comme par exemple premier élément ou deuxième élément. Dans ce cas, il s’agit d’un simple indexage pour différencier et dénommer des éléments proches mais non identiques. Cette indexation n’implique pas une priorité d’un élément par rapport à un autre et de telles dénominations peuvent être aisément interchangées sans sortir du cadre de la présente description. Cette indexation n’implique pas non plus un ordre dans le temps. [33]In the description, some elements can be indexed, such as first element or second element. In this case, it is a simple indexing to differentiate and name elements that are close but not identical. This indexing does not imply a priority of one element over another and such denominations can be easily interchanged without departing from the scope of the present description. Nor does this indexing imply an order in time.
[34]La présente invention concerne un module thermoélectrique. La figure 1 représente une vue schématique latérale d’une portion d’un tel module thermoélectrique 1. Le module thermoélectrique 1 comprend une première et une deuxième couches supports en matériau polymère, par exemple en thermoplastique, notées 3a et 3b qui peuvent être identiques, c’est-à-dire réalisées par le même procédé de fabrication et ayant la même composition et les mêmes dimensions. [35]Les couches supports 3a, 3b sont par exemple réalisées en resine epoxy et notamment le matériau utilisé pour la fabrication des circuits imprimés. La résine époxy peut être chargée en particules minérales ou en fibres, notamment en fibres de verre. Un tel matériau a un coût de revient réduit. L’épaisseur des couches supports 3a, 3b est par exemple comprise entre 80pm et 2mm. [34]The present invention relates to a thermoelectric module. FIG. 1 represents a schematic side view of a portion of such a thermoelectric module 1. The thermoelectric module 1 comprises a first and a second support layers made of polymer material, for example thermoplastic, denoted 3a and 3b which may be identical, that is to say made by the same manufacturing process and having the same composition and the same dimensions. [35] The support layers 3a, 3b are for example made of epoxy resin and in particular the material used for the manufacture of printed circuits. The epoxy resin can be filled with mineral particles or fibers, in particular glass fibers. Such a material has a reduced cost price. The thickness of the support layers 3a, 3b is for example between 80 μm and 2 mm.
[36]Le module thermoélectrique 1 comprend également un premier et un deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices notés 5a et 5b disposées respectivement sur la première et la deuxième couches support 3a, 3b. Ces ensembles 5a, 5b sont par exemple réalisés en cuivre. Un traitement de surface peut également être appliqué sur le dépôt de cuivre, par exemple un dépôt de nickel par voie autocatalytique puis un dépôt par immersion d’une très fine couche d’or aussi appelée procédé « electroless Nickel/immersion gold (ENIG) » en anglais ou par étamage par nivelage à air chaud aussi appelé « hot air solder leveling (HASL) en anglais. [36] The thermoelectric module 1 also comprises a first and a second set of conductive metal tracks denoted 5a and 5b arranged respectively on the first and the second support layers 3a, 3b. These sets 5a, 5b are for example made of copper. A surface treatment can also be applied to the copper deposit, for example an electroless nickel deposit then a deposit by immersion of a very thin layer of gold also called the “electroless Nickel/immersion gold (ENIG)” process. in English or by tinning by hot air leveling also called “hot air solder leveling (HASL) in English.
[37]Le module thermoélectrique 1 comprend également un ensemble de plots thermoélectriques 7 disposés entre le premier et le deuxième ensembles de pistes métalliques conductrices 5a, 5b. Les plots thermoélectriques 7 sont par exemple fixés sur les pistes métalliques conductrices 5a, 5b par brasage. Une couche de pâte à braser 6 peut être déposée localement sur les pistes métalliques aux emplacements destinés à recevoir les plots thermoélectriques 7. [37] The thermoelectric module 1 also comprises a set of thermoelectric pads 7 arranged between the first and the second sets of conductive metal tracks 5a, 5b. The thermoelectric pads 7 are for example fixed on the conductive metal tracks 5a, 5b by soldering. A layer of solder paste 6 can be deposited locally on the metal tracks at the locations intended to receive the thermoelectric pads 7.
[38]Certains plots thermoélectriques 7 nommés plots de type P sont réalisés en matériau semi-conducteur de type P et d’autres plots thermoélectriques 7 nommés plots de type N sont réalisés en matériau semi-conducteur de type N. [38]Certain thermoelectric pads 7 called P-type pads are made of P-type semiconductor material and other thermoelectric pads 7 called N-type pads are made of N-type semiconductor material.
[39]Les ensembles de pistes métalliques conductrices 5a, 5b sont configurés pour relier en série l’ensemble des plots thermoélectriques 7 avec une alternance de plots de type P et de type N. Le nombre de plots de type P est par exemple égal au nombre de plots de type N. Des câbles électriques reliés à une source de courant peuvent être connectés aux pistes métalliques conductrices 5a, 5b pour permettre l’alimentation du module thermoélectrique 1. [39] The sets of conductive metal tracks 5a, 5b are configured to connect all of the thermoelectric pads 7 in series with alternating P-type and N-type pads. The number of P-type pads is for example equal to the number of N-type pads. Electrical cables connected to a current source can be connected to the conductive metal tracks 5a, 5b to enable the thermoelectric module 1 to be powered.
[40]Comme représenté sur la figure 2, le module thermoélectrique 1 comprend également des vias traversants 9 ménagés dans les couches supports 3a, 3b à des endroits dépourvus de pistes métalliques conductrices 5a, 5b. Les vias 9 sont formés par des trous traversants dont le diamètre est supérieur à 300 pm, par exemple quelques millimètres, recouverts d’une couche d’un matériau conducteur thermiquement 11. La couche de matériau conducteur thermiquement 11 est par exemple une couche de cuivre et notamment le même matériau que celui utilisé pour les pistes métalliques conductrices 5a, 5b. De plus, la couche de matériau conducteur thermiquement 11 peut être déposée non seulement à l’intérieur de trous traversants mais également autour des trous traversants et peut même recouvrir l’ensemble de la face externe de la couche support 3a, 3b, c’est-à-dire la face opposée à la face interne sur laquelle sont brasés les plots thermoélectriques 7. Sur le côté interne, des espaces d’au moins 1 à 2 mm doivent être laissés entre la couche de matériau conducteur thermiquement 11 et les pistes métalliques conductrices 5a, 5b de manière à éviter tout court-circuit. Les vias 9 peuvent être répartis sur l’ensemble de la surface des couches supports 3 a, 3b dépourvue des pistes métalliques conductrices 5a, 5b. Les vias 9 sont ainsi configurés pour transférer la chaleur issue des plots thermoélectriques 7 vers la face externe des couches supports 3a, 3b. [40] As shown in Figure 2, the thermoelectric module 1 also includes through vias 9 formed in the support layers 3a, 3b at locations devoid of conductive metal tracks 5a, 5b. The vias 9 are formed by through holes whose diameter is greater than 300 μm, for example a few millimeters, covered with a layer of a material thermally conductive 11. The layer of thermally conductive material 11 is for example a layer of copper and in particular the same material as that used for the conductive metal tracks 5a, 5b. In addition, the layer of thermally conductive material 11 can be deposited not only inside the through holes but also around the through holes and can even cover the whole of the external face of the support layer 3a, 3b, that is that is to say the face opposite to the internal face on which the thermoelectric pads 7 are soldered. On the internal side, spaces of at least 1 to 2 mm must be left between the layer of thermally conductive material 11 and the metal tracks conductors 5a, 5b so as to avoid any short circuit. The vias 9 can be distributed over the entire surface of the support layers 3a, 3b devoid of the conductive metal tracks 5a, 5b. The vias 9 are thus configured to transfer the heat from the thermoelectric pads 7 to the outer face of the support layers 3a, 3b.
[41]Ainsi, l’utilisation de couches supports 3a, 3b en matériau polymère, de vias 9 assurant un transfert thermique à travers les couches supports 3a, 3b en matériau polymère et d’une couche de matériau conducteur thermiquement 11 permet de se passer de substrats céramiques et d’obtenir un module thermoélectrique 1 ayant un coût réduit. [41] Thus, the use of support layers 3a, 3b made of polymer material, of vias 9 providing heat transfer through the support layers 3a, 3b made of polymer material and of a layer of thermally conductive material 11 makes it possible to do without of ceramic substrates and to obtain a thermoelectric module 1 having a reduced cost.
[42]La figure 3 représente un mode de réalisation particulier dans lequel le module thermoélectrique 1 comprend également des patins 13 en matériau conducteur thermiquement, par exemple en aluminium, configurés pour être positionnés dans les vias 9 afin d’améliorer encore le transfert thermique entre les deux faces des couches supports 3 a, 3b. [42] Figure 3 shows a particular embodiment in which the thermoelectric module 1 also comprises pads 13 of thermally conductive material, for example aluminum, configured to be positioned in the vias 9 in order to further improve the heat transfer between the two faces of the support layers 3a, 3b.
[43]Le module thermoélectrique 1 peut également comprendre une première et une deuxième semelles 15 en matériau conducteur thermiquement, par exemple en aluminium, configurées pour venir se positionner respectivement en contact avec les patins 13 et la face externe de la première et de la deuxième couches supports 3 a, 3b. Les semelles 15 peuvent venir de matière avec les patins 13 de la couche support 3a, 3b associée. Les semelles 15 peuvent comprendre des rebords 15a configurés pour être positionnés sur le pourtour des couches supports 3a, 3b. [44]Les patins 13 peuvent être montes en force dans les vias 9 ou peuvent être colles aux couches support 3a, 3b. Les semelles 15 peuvent également être collées sur les couches supports 3a, 3b respectives. [43] The thermoelectric module 1 can also comprise a first and a second sole 15 of thermally conductive material, for example aluminum, configured to come into position respectively in contact with the pads 13 and the outer face of the first and second support layers 3a, 3b. The soles 15 can be made in one piece with the pads 13 of the associated support layer 3a, 3b. The soles 15 can comprise flanges 15a configured to be positioned on the periphery of the support layers 3a, 3b. [44] The pads 13 can be force-fitted in the vias 9 or can be glued to the support layers 3a, 3b. The soles 15 can also be glued to the respective support layers 3a, 3b.
[45] De tels modules thermoélectriques 1 peuvent être utilisés dans de nombreuses applications pour permettre notamment un contrôle thermique rapide, par exemple au niveau d’un équipement électronique tel qu’un microprocesseur pour contrôler sa température et limiter son échauffement, au sein d’un conduit pour contrôler la température de l’air circulant dans le conduit, par exemple un conduit de ventilation d’un véhicule automobile, dans un siège pour fournir un siège chauffant, au niveau d’un support de gobelet ou canette (aussi appelé[45] Such thermoelectric modules 1 can be used in many applications to allow in particular rapid thermal control, for example at the level of electronic equipment such as a microprocessor to control its temperature and limit its heating, within a duct for controlling the temperature of the air flowing through the duct, for example a ventilation duct of a motor vehicle, in a seat to provide a heated seat, at a cup or can holder (also called
« cupholder » en anglais) pour réguler la température d’un liquide à l’intérieur du gobelet ou de la canette. "cupholder" in English) to regulate the temperature of a liquid inside the cup or can.
[46]Selon un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 6, la couche de matériau conducteur thermiquement 11 vient en contact avec les pistes métalliques conductrices 5a, 5b de sorte que le transfert de chaleur peut être réalisé via la couche de cuivre associée aux pistes métalliques et à la couche de matériau conducteur thermiquement 11 sans qu’il n’y ait de discontinuités jusqu’à la face externe des couches supports 3a, 3b. Dans ce cas, des discontinuités 14 sont ménagées dans la couche de matériau conducteur thermiquement 11 de manière à éviter un court-circuit entre deux pistes métalliques conductrices 5a, 5b distinctes. Ces discontinuités 14 doivent être ménagées sur les deux faces des couches supports pour éviter de relier deux pistes métalliques conductrices 5a, 5b distinctes. Par ailleurs, afin d’éviter un court-circuit entre des pistes métalliques conductrices distinctes 5a, 5b par un élément extérieur ou via une semelle 15 (voire des patins 13), une couche de vernis épargne 12 peut être déposée sur la face externe des couches supports 3a, 3b (voire à l’intérieur des vias) comme représenté sur la figure 8. [46] According to a second embodiment shown in Figure 6, the layer of thermally conductive material 11 comes into contact with the conductive metal tracks 5a, 5b so that the heat transfer can be achieved via the copper layer associated with the metal tracks and to the layer of thermally conductive material 11 without there being any discontinuities as far as the outer face of the support layers 3a, 3b. In this case, discontinuities 14 are made in the layer of thermally conductive material 11 so as to avoid a short-circuit between two separate conductive metal tracks 5a, 5b. These discontinuities 14 must be provided on both sides of the support layers to avoid connecting two separate conductive metal tracks 5a, 5b. Furthermore, in order to avoid a short-circuit between separate conductive metal tracks 5a, 5b by an external element or via a sole 15 (or even pads 13), a layer of solder varnish 12 can be deposited on the external face of the support layers 3a, 3b (even inside the vias) as shown in Figure 8.
[47]Ce mode de réalisation est par ailleurs similaire au mode de réalisation précédent de sorte que des patins 13 et semelles 15 peuvent également être utilisés dans ce mode de réalisation. [47] This embodiment is otherwise similar to the previous embodiment so that pads 13 and soles 15 can also be used in this embodiment.
[48]Selon une variante du deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 7, les trous traversants des couches supports 3a, 3b sont remplis de matériau conducteur thermiquement.il pour former des vias pleins 9’. Le matériau utilisé pour le remplissage des vias 9’ peut être le même que celui du matériau conducteur thermiquement, par exemple du cuivre de sorte que le remplissage des vias 9’ peut être réalisé simultanément au dépôt de la couche de matériau conducteur thermiquement 11. Le remplissage des vias 9’ permet de se passer des patins 13. Afin d’éviter un court-circuit entre des pistes métalliques conductrices distinctes 5a, 5b par un élément extérieur ou via la semelle 15, une couche de vernis épargne 12 peut être déposée sur la face externe des couches supports 3 a, 3b comme représenté sur la figure 9. [48] According to a variant of the second embodiment shown in Figure 7, the through holes of the support layers 3a, 3b are filled with thermally conductive material to form solid vias 9'. The material used for the filling of the vias 9' can be the same as that of the material thermally conductive, for example copper, so that the filling of the vias 9' can be carried out simultaneously with the deposition of the layer of thermally conductive material 11. The filling of the vias 9' makes it possible to do without the pads 13. In order to avoid a short-circuit between separate conductive metal tracks 5a, 5b by an external element or via the sole 15, a layer of soldermask 12 can be deposited on the outer face of the support layers 3a, 3b as shown in Figure 9.
[49]Ce deuxième mode de réalisation permet d’améliorer le transfert de chaleur entre les deux faces des couches supports du fait de l’absence de discontinuités dans la couche de matériau conducteur thermiquement 11 entre les plots thermoélectriques 7 et la face externe des couches supports 3 a, 3b. [49] This second embodiment makes it possible to improve the heat transfer between the two faces of the support layers due to the absence of discontinuities in the layer of thermally conductive material 11 between the thermoelectric pads 7 and the external face of the layers brackets 3a, 3b.
[50]La présente invention concerne également un échangeur thermique 20 comme représenté sur la figure 4. L’échangeur thermique 20 comprend au moins un module thermoélectrique 1 tel que décrit précédemment, un premier conduit 21a en contact avec la première couche support 3a ou avec la semelle 15 associée à la première couche support 3a et un deuxième conduit 21b en contact avec la deuxième couche support 3b ou la semelle 15 associée à la deuxième couche support 3b du module thermoélectrique 1. [50] The present invention also relates to a heat exchanger 20 as shown in Figure 4. The heat exchanger 20 comprises at least one thermoelectric module 1 as described above, a first conduit 21a in contact with the first support layer 3a or with the sole 15 associated with the first support layer 3a and a second conduit 21b in contact with the second support layer 3b or the sole 15 associated with the second support layer 3b of the thermoelectric module 1.
[51]Le premier conduit 21a est configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur, par exemple un liquide de refroidissement. Le premier conduit 21a est par exemple formé par un tube 22, notamment en aluminium, qui peut venir de matière avec la semelle 15 associée à la première couche support 3a. Alternativement, le tube 22 peut être fixé sur la semelle 15, le tube 22 est par exemple soudé à la semelle 15. [51] The first conduit 21a is configured to receive a first heat transfer fluid, for example a coolant. The first duct 21a is for example formed by a tube 22, in particular of aluminum, which may be integral with the sole 15 associated with the first support layer 3a. Alternatively, the tube 22 can be fixed on the sole 15, the tube 22 is for example welded to the sole 15.
[52]Le deuxième conduit 21b est par exemple formé par un capot 23 qui vient se fixer par verrouillage mécanique, par exemple par encliquetage sur le module thermoélectrique 1 ou sur le tube 22 du premier conduit 21a. Alternativement, le capot 23 peut être fixé par collage ou par soudage. Le capot 23 peut être un capot métallique ou en matériau polymère. Le deuxième conduit 21b est par exemple configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur, notamment de l’air dont la température doit être ajustée de sorte que l’étanchéité totale du conduit 21b n’est pas nécessairement requise. Le deuxième conduit 21b peut comprendre des ailettes 25 de déviation du flux d’air afin de maximiser les échangés thermiques entre 1 air circulant dans le deuxieme conduit 21b et le module thermoélectrique 1. Les ailettes 25 peuvent être réalisées en métal, notamment en aluminium. Les ailettes 25 peuvent être fixées sur la face externe de la deuxième couche support 3b ou sur la semelle 15 par soudage, notamment par soudage par friction ou soudage par spots, par collage ou par brasage. [52] The second conduit 21b is for example formed by a cover 23 which is fixed by mechanical locking, for example by snapping onto the thermoelectric module 1 or onto the tube 22 of the first conduit 21a. Alternatively, the cover 23 can be fixed by gluing or by welding. The cover 23 can be a metal cover or a polymer material cover. The second duct 21b is for example configured to receive a second heat transfer fluid, in particular air, the temperature of which must be adjusted so that the complete sealing of the duct 21b is not necessarily required. The second duct 21b may include fins 25 for deflecting the air flow in order to maximize the heat exchanged between 1 air flowing in the second conduit 21b and the thermoelectric module 1. The fins 25 can be made of metal, in particular aluminum. The fins 25 can be fixed to the outer face of the second support layer 3b or to the sole 15 by welding, in particular by friction welding or spot welding, by gluing or by brazing.
[53]Le deuxième conduit 21b peut correspondre à un conduit d’aération d’un véhicule automobile dont on veut contrôler la température de l’air, le premier conduit 21a étant alors configuré pour recevoir un liquide de refroidissement, par exemple de l’eau glycolée, pour évacuer la chaleur lorsque l’on veut refroidir la température de l’air du deuxième conduit 21b. Dans ce cas, la température de l’eau glycolée est par exemple comprise entre 0°C et 40°C, de préférence entre 0°C et 10°C avec un débit compris entre IL/h et 15L/h. [53] The second duct 21b can correspond to an air duct of a motor vehicle whose air temperature is to be controlled, the first duct 21a then being configured to receive a cooling liquid, for example glycol water, to evacuate the heat when one wants to cool the temperature of the air of the second conduit 21b. In this case, the temperature of the glycol water is for example between 0°C and 40°C, preferably between 0°C and 10°C with a flow rate between IL/h and 15L/h.
[54]I1 est également à noter que le module thermoélectrique 1 peut être utilisé aussi bien pour réchauffer que pour refroidir l’air du deuxième conduit 21b. Pour cela, la valeur (positive ou négative) du courant transmis au module thermoélectrique 1 peut être ajustée, par exemple par un circuit de commande et d’alimentation du véhicule automobile. De plus, en mode chauffage, la circulation du liquide de refroidissement dans le premier conduit 21a peut être stoppée. [54]I1 should also be noted that the thermoelectric module 1 can be used both to heat and to cool the air in the second conduit 21b. For this, the value (positive or negative) of the current transmitted to the thermoelectric module 1 can be adjusted, for example by a control and supply circuit of the motor vehicle. Moreover, in heating mode, the circulation of the cooling liquid in the first pipe 21a can be stopped.
[55]D’ autres combinaisons de fluides caloporteurs peuvent être utilisés dans le premier 21a et le deuxième 21b conduits comme par exemple deux gaz ou deux liquides. [55]Other combinations of heat transfer fluids can be used in the first 21a and second 21b conduits, such as two gases or two liquids, for example.
[56]Un tel échangeur thermique 20 permet notamment du fait des matériaux utilisés d’avoir un coût limité. De plus, l’utilisation de vias 9 couplés éventuellement à des patins 13 et une semelle 15 permet de transférer efficacement la chaleur entre les plots thermoélectriques 7 et les conduits 21a, 21b. [56] Such a heat exchanger 20 allows in particular because of the materials used to have a limited cost. In addition, the use of vias 9 possibly coupled with pads 13 and a sole plate 15 makes it possible to transfer the heat efficiently between the thermoelectric pads 7 and the conduits 21a, 21b.
[57]Le procédé de fabrication d’un module thermoélectrique 1 tel que décrit précédemment va maintenant être décrit à partir de l’organigramme de la figure 5. [57] The method of manufacturing a thermoelectric module 1 as described above will now be described based on the flowchart of Figure 5.
[58]La première étape 101 concerne la fourniture d’une première 3a et d’une deuxième 3b couches supports. Les couches supports 3a et 3b sont par exemple des plaques en matériau polymère, notamment en thermoplastique tel que de l’époxy utilisée pour les circuits imprimés. [59]La deuxieme etape 102 concerne le perçage de trous traversants a des emplacements prédéterminés dans les première et deuxième couches supports 3a, 3b. [58] The first step 101 concerns the provision of a first 3a and a second 3b support layers. The support layers 3a and 3b are for example plates made of polymer material, in particular thermoplastic such as epoxy used for printed circuits. [59] The second step 102 relates to the drilling of through holes at predetermined locations in the first and second support layers 3a, 3b.
[60]La troisième étape 103 concerne le dépôt d’un ensemble de pistes métalliques conductrices 5a, 5b sur les couches supports 3a, 3b respectives. Les pistes métalliques conductrices 5a, 5b sont par exemple en cuivre et le procédé de déposition peut être le même que pour les circuits imprimés. [60] The third step 103 concerns the deposition of a set of conductive metal tracks 5a, 5b on the respective support layers 3a, 3b. The conductive metal tracks 5a, 5b are for example copper and the deposition process can be the same as for printed circuits.
[61]La quatrième étape 104 concerne le dépôt d’une couche de matériau conducteur thermiquement 11 à l’intérieur des trous traversants pour former des vias 9 et dans les zones situées autour des trous traversants ainsi que dans les zones dépourvues de pistes métalliques conductrices 5a, 5b. Des espaces dépourvus de matériau conducteur thermiquement 11 sont ménagés, par exemple autour des pistes métalliques 5a, 5b pour éviter tout contact entre la couche de matériau conducteur thermiquement 11 et les pistes métalliques conductrices 5a, 5b ou à des endroits prédéterminés si la couche de matériau conducteur thermiquement 11 vient en contact avec les pistes métalliques conductrices 5a, 5b. Ces endroits prédéterminés sont choisis pour permettre les contacts électriques voulus entre les plots thermoélectriques permettant notamment leur mise en série. Le matériau conducteur thermiquement 11 peut être du cuivre et peut être déposé par le même procédé que les pistes métalliques 5a, 5b. La troisième étape 103 et la quatrième étape 104 peuvent être réalisées simultanément. La quatrième étape 104 peut également comprendre le remplissage des vias 9’ par un matériau conducteur thermiquement qui peut être le même que celui de la couche 11 et des pistes 5a, 5b, par exemple du cuivre. [61] The fourth step 104 relates to the deposition of a layer of thermally conductive material 11 inside the through holes to form vias 9 and in the zones located around the through holes as well as in the zones devoid of conductive metal tracks 5a, 5b. Spaces devoid of thermally conductive material 11 are made, for example around the metal tracks 5a, 5b to avoid any contact between the layer of thermally conductive material 11 and the conductive metal tracks 5a, 5b or at predetermined places if the layer of material thermal conductor 11 comes into contact with the conductive metal tracks 5a, 5b. These predetermined places are chosen to allow the desired electrical contacts between the thermoelectric pads allowing in particular their connection in series. The thermally conductive material 11 can be copper and can be deposited by the same process as the metal tracks 5a, 5b. The third step 103 and the fourth step 104 can be carried out simultaneously. The fourth step 104 can also include the filling of the vias 9′ with a thermally conductive material which can be the same as that of the layer 11 and the tracks 5a, 5b, for example copper.
[62]La cinquième étape 105 concerne la fixation des plots thermoélectriques 7 sur les pistes métalliques conductrices 5a, 5b de la première et de la deuxième couches supports 3a, 3b. La fixation est par exemple réalisée par brasage. De la pâte à braser 6 est par exemple disposée aux emplacements destinés à recevoir les plots thermoélectriques 7 puis les plots thermoélectriques 7 sont positionnés sur la pâte à braser 6 puis fixés par un recuit de brasage. [62] The fifth step 105 concerns the fixing of the thermoelectric pads 7 on the conductive metal tracks 5a, 5b of the first and second support layers 3a, 3b. The fixing is for example carried out by brazing. Solder paste 6 is for example placed at the locations intended to receive the thermoelectric pads 7 then the thermoelectric pads 7 are positioned on the solder paste 6 then fixed by brazing annealing.
[63]La sixième étape 106 concerne la fixation de fils d’alimentation sur les pistes métalliques conductrices 5a, 5b, par exemple deux fils d’alimentation reliées à une première et une deuxième extrémités de la mise en série de plots thermoélectriques 7 de manière à fournir un courant à l’ensemble des plots thermoelectnques 7 relies en sene. Cette fixation est par exemple realisee par sondage. [63] The sixth step 106 concerns the fixing of power supply wires on the conductive metal tracks 5a, 5b, for example two power supply wires connected to a first and a second end of the series connection of thermoelectric pads 7 in such a way to supply a current to all of the pads thermoelectronics 7 connected in sene. This fixing is for example carried out by probing.
[64]La septième étape 107 est une étape facultative et concerne la fixation des patins 13 et/ou des semelles 15 respectivement dans les vias 9 et sur la face externe, c’est-à-dire la face opposée aux plots thermoélectriques 7, des couches supports 3a, 3b. Le montage des patins 13 peut être un montage en force. Les semelles 15 peuvent venir de matière avec les patins 13. Alternativement, la fixation peut être faite par collage ou soudage ou tout procédé de fixation connu de l’homme du métier. [64] The seventh step 107 is an optional step and concerns the fixing of the pads 13 and/or the soles 15 respectively in the vias 9 and on the external face, that is to say the face opposite the thermoelectric pads 7, support layers 3a, 3b. The mounting of the pads 13 can be a mounting in force. The soles 15 can be made in one piece with the pads 13. Alternatively, the fixing can be made by gluing or welding or any fixing method known to those skilled in the art.
[65]La huitième étape 108 concerne la formation du premier conduit 21a et du deuxième conduit 21b. Le premier conduit 21a peut venir de matière avec la semelle 15 ou peut être formé par un tube 22 qui est fixé sur la première couche support 3a ou sur la semelle 15 associée par soudage ou tout autre procédé de fixation connu de l’homme du métier. Le deuxième conduit 21b est par exemple réalisé par un capot 23 qui vient se fixer sur le tube 22 formant le premier conduit 21a ou sur le module thermoélectrique 1 par encliquetage ou par tout autre moyen de fixation connu de l’homme du métier. [65] The eighth step 108 concerns the formation of the first conduit 21a and the second conduit 21b. The first conduit 21a can be integral with the sole 15 or can be formed by a tube 22 which is fixed to the first support layer 3a or to the associated sole 15 by welding or any other fixing method known to those skilled in the art. . The second duct 21b is for example produced by a cover 23 which is fixed on the tube 22 forming the first duct 21a or on the thermoelectric module 1 by snap-fastening or by any other fixing means known to those skilled in the art.
[66]Un tel procédé de fabrication permet, de par sa simplicité, une fabrication en grande série d’échangeurs thermiques avec un coût de fabrication réduit du fait des matériaux utilisés. [66]Such a manufacturing process, because of its simplicity, allows mass production of heat exchangers with a reduced manufacturing cost due to the materials used.

Claims

Revendications Claims
[Revendication 1] Module thermoélectrique (1) comprenant : [Claim 1] Thermoelectric module (1) comprising:
- une première (3 a) et une deuxième (3b) couches supports en matériau polymère, - a first (3a) and a second (3b) support layer made of polymer material,
- un premier (5a) et un deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices disposées respectivement sur la première (4a) et la deuxième (4b) couches supports, - a first (5a) and a second (5b) sets of conductive metal tracks arranged respectively on the first (4a) and the second (4b) support layers,
- un ensemble de plots thermoélectriques (7) en matériau semi- conducteur de type P et de type N disposés entre le premier (5a) et le deuxième (5b) ensembles de pistes métalliques conductrices, dans lequel les ensembles de pistes (5a, 5b) sont configurés pour relier en série l’ensemble de plots thermoélectriques (7) avec une alternance de plots de type P et de type N, caractérisé en ce que la première et la deuxième couches supports (3 a, 3b) comprennent une pluralité de trous reliant une première face à une deuxième face desdites première et deuxième couches supports (3a, 3b), la surface des trous étant recouverte d’une couche d’un matériau conducteur thermiquement (11) pour former un via traversant (9, 9’) assurant un transfert thermique entre la première et la deuxième faces des première et deuxième couches supports (3 a, 3b). - a set of thermoelectric pads (7) made of P-type and N-type semiconductor material arranged between the first (5a) and the second (5b) sets of conductive metal tracks, in which the sets of tracks (5a, 5b ) are configured to connect the set of thermoelectric pads (7) in series with an alternation of P-type and N-type pads, characterized in that the first and second support layers (3 a, 3b) comprise a plurality of holes connecting a first face to a second face of said first and second support layers (3a, 3b), the surface of the holes being covered with a layer of a thermally conductive material (11) to form a through via (9, 9' ) providing heat transfer between the first and second faces of the first and second support layers (3a, 3b).
[Revendication 2] Module thermoélectrique (1) selon la revendication 1 dans lequel les première et deuxième couches supports (3a, 3b) sont réalisées en résine époxy. [Claim 2] Thermoelectric module (1) according to Claim 1, in which the first and second support layers (3a, 3b) are made of epoxy resin.
[Revendication 3] Module thermoélectrique (1) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel une couche de matériau conducteur thermiquement (11) est disposée autour des trous sur les première et deuxième couches supports (3 a, 3b). [Claim 3] Thermoelectric module (1) according to Claim 1 or 2, in which a layer of thermally conductive material (11) is arranged around the holes on the first and second support layers (3a, 3b).
[Revendication 4] Module thermoélectrique (1) selon la revendication précédente dans lequel la couche de matériau conducteur thermiquement (11) est distante des pistes métalliques conductrices (5a, 5b). [Claim 4] Thermoelectric module (1) according to the preceding claim, in which the layer of thermally conductive material (11) is remote from the conductive metal tracks (5a, 5b).
[Revendication 5] Module thermoelectrique (1) selon 1 une des revendications précédentes comprenant également des patins (13) en matériau conducteur thermiquement configurés pour venir se positionner dans les vias traversants (9). [Claim 5] Thermoelectric module (1) according to one of the preceding claims also comprising pads (13) of thermally conductive material configured to be positioned in the through vias (9).
[Revendication 6] Module thermoélectrique (1) selon la revendication précédente comprenant également une semelle (15) en matériau conducteur thermiquement et configurée pour venir en contact les patins (13) et la couche support associée (3a, 3b). [Claim 6] Thermoelectric module (1) according to the preceding claim also comprising a sole (15) of thermally conductive material and configured to come into contact with the pads (13) and the associated support layer (3a, 3b).
[Revendication 7] Module thermoélectrique (1) selon la revendication précédente dans lequel la semelle (15) vient de matière avec les patins (13). [Claim 7] Thermoelectric module (1) according to the preceding claim, in which the sole (15) is integral with the pads (13).
[Revendication 8] Module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications 5 à 7 dans lequel les patins (13) ou l’ensemble comprenant les patins (13) et la semelle (15) sont réalisés en aluminium. [Claim 8] Thermoelectric module (1) according to one of Claims 5 to 7, in which the pads (13) or the assembly comprising the pads (13) and the sole (15) are made of aluminium.
[Revendication 9] Module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications 1 à 3 dans lequel la couche de matériau conducteur thermiquement (11) vient en contact avec les pistes métalliques conductrices (5 a, 5b) et dans lequel la couche de matériau conducteur thermiquement (11) comprend des discontinuités de manière à éviter un court- circuit entre deux pistes métalliques conductrices (5a, 5b) distinctes. [Claim 9] Thermoelectric module (1) according to one of Claims 1 to 3, in which the layer of thermally conductive material (11) comes into contact with the conductive metal tracks (5a, 5b) and in which the layer of material thermally conductive (11) comprises discontinuities so as to avoid a short circuit between two separate conductive metal tracks (5a, 5b).
[Revendication 10] Module thermoélectrique (1) selon la revendication précédente dans lequel les trous des première et deuxième couches supports (3 a, 3b) sont remplis de matériau conducteur thermiquement pour former des vias pleins (9’).[Claim 10] Thermoelectric module (1) according to the preceding claim, in which the holes of the first and second support layers (3a, 3b) are filled with thermally conductive material to form solid vias (9').
[Revendication 11] Module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le matériau conducteur thermiquement (11) est du cuivre. [Claim 11] Thermoelectric module (1) according to one of the preceding claims, in which the thermally conductive material (11) is copper.
[Revendication 12] Echangeur thermique (20) comprenant : [Claim 12] A heat exchanger (20) comprising:
- un module thermoélectrique (1) selon l’une des revendications précédentes, - a thermoelectric module (1) according to one of the preceding claims,
- un premier conduit (21a) en contact avec la première couche support (3a) ou avec une semelle (15) associée la première couche support (3 a) du module thermoélectrique (1) et configuré pour recevoir un premier fluide caloporteur, - un deuxieme conduit (21b) en contact avec la deuxieme couche support (3b) ou avec une semelle (15) associée à la deuxième couche support (3b) du module thermoélectrique (1) et configuré pour recevoir un deuxième fluide caloporteur.- a first conduit (21a) in contact with the first support layer (3a) or with a sole (15) associated with the first support layer (3a) of the thermoelectric module (1) and configured to receive a first heat transfer fluid, - a second conduit (21b) in contact with the second support layer (3b) or with a sole (15) associated with the second support layer (3b) of the thermoelectric module (1) and configured to receive a second heat transfer fluid.
[Revendication 13] Echangeur thermique (20) selon la revendication précédente dans lequel le premier conduit (21a) est formé par un tube (22) configuré pour recevoir un liquide de refroidissement. [Claim 13] Heat exchanger (20) according to the preceding claim wherein the first conduit (21a) is formed by a tube (22) configured to receive a coolant.
[Revendication 14] Echangeur thermique (20) selon la revendication 12 ou 13 dans lequel des ailettes métalliques (25) sont fixées sur la deuxième couche support (3b) ou sur une semelle (15) associée à la deuxième couche support (3b) et un capot (23) est configuré pour venir se fixer sur le module thermoélectrique (1) pour former le deuxième conduit (21b), ledit deuxième conduit (21b) étant configuré pour recevoir un gaz, notamment de l’air. [Claim 14] Heat exchanger (20) according to Claim 12 or 13, in which metal fins (25) are fixed to the second support layer (3b) or to a sole (15) associated with the second support layer (3b) and a cover (23) is configured to be fixed on the thermoelectric module (1) to form the second conduit (21b), said second conduit (21b) being configured to receive a gas, in particular air.
[Revendication 15] Echangeur thermique (20) selon la revendication précédente dans lequel les ailettes métalliques (15) sont soudées ou collées ou brasées sur la deuxième couche support (3b) ou sur une semelle (15) associée à la deuxième couche support (3b) et dans lequel le capot (23) est clipsé ou collé ou soudé ou vissé sur le module thermoélectrique (1). [Claim 15] Heat exchanger (20) according to the preceding claim wherein the metal fins (15) are welded or glued or brazed to the second support layer (3b) or to a sole (15) associated with the second support layer (3b ) and in which the cover (23) is clipped or glued or welded or screwed onto the thermoelectric module (1).
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