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WO2015036409A1 - Module et dispositif thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile - Google Patents

Module et dispositif thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile Download PDF

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Publication number
WO2015036409A1
WO2015036409A1 PCT/EP2014/069231 EP2014069231W WO2015036409A1 WO 2015036409 A1 WO2015036409 A1 WO 2015036409A1 EP 2014069231 W EP2014069231 W EP 2014069231W WO 2015036409 A1 WO2015036409 A1 WO 2015036409A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
thermoelectric
modules
stacking direction
flow
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2014/069231
Other languages
English (en)
Inventor
Michel Simonin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes Thermiques SAS
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques SAS
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 SAS filed Critical Valeo Systemes Thermiques SAS
Publication of WO2015036409A1 publication Critical patent/WO2015036409A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • F01N5/025—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat the device being thermoelectric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/04—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids
    • F01N3/043—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using liquids without contact between liquid and exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/10—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device for reducing flow resistance, e.g. to obtain more engine power
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Thermoelectric module and device in particular for generating an electric current in a motor vehicle
  • the present invention relates to a module and a thermoelectric device, in particular for generating an electric current in a motor vehicle.
  • thermoelectric devices using so-called electric thermo elements, for generating an electric current in the presence of a temperature gradient between two of their opposite faces according to the phenomenon known as Seebeck effect.
  • These devices comprise a stack of first tubes, intended for the circulation of the exhaust gases of an engine, and second tubes, intended for the circulation of a heat transfer fluid of a cooling circuit.
  • the electrical thermo elements are sandwiched between the tubes so as to be subjected to a temperature gradient from the temperature difference between the hot exhaust gases and the cold cooling fluid.
  • Such devices are particularly interesting because they make it possible to produce electricity from a conversion of the heat coming from the exhaust gases of the engine. They thus offer the possibility of reducing the fuel consumption of the vehicle by replacing, at least partially, the alternator usually provided therein to generate electricity from a belt driven by the engine crankshaft. .
  • thermoelectric elements of annular shape
  • the hot fluid and the cold fluid circulate then coaxially, one circulating inside the ring and the other outside.
  • This solution has integration difficulties that cause the commitment of a large amount of material.
  • such a commitment of material increases the thermal inertia of the device and therefore its effectiveness, particularly its response time. It may not be able to take advantage of strong but too short heat increase of the hot fluid.
  • thermoelectric device comprising a bundle of thermoelectric modules, said modules comprising at least one thermoelectric element of annular shape, capable of generating an electric current under the action a temperature gradient exerted between two of its faces, one, said first face being defined by an outer periphery surface and the other, said second face being defined by an inner periphery surface, said modules being configured to establish a heat exchange between said first face and a first fluid and to establish a heat exchange between said second face and a second fluid, said device being configured to deflect said first fluid through said beam in a direction transverse to a direction d stacking said thermoelectric elements and / or allowing said first fluid to flow er following said stacking direction.
  • the transverse orientation of the fluid circulation it is possible to limit the material engaged, in particular the first fluid side, to increase the exchange surfaces.
  • a ducting effect of the first fluid is carried out enabling it to maintain a relatively constant temperature as long as it has not passed through the beam. It may also be noted that configure the device so that said first fluid can follow two different directions through the device allows, by making him along the beam, to be able to limit the pressure losses imposed on the first fluid passing through the device without crossing the beam.
  • thermoelectric modules are advantageously configured to allow a flow of said first and second fluids, said second fluid having a higher heat exchange coefficient of said first fluid.
  • the first fluid is, in particular exhaust gas.
  • the second fluid is, for example, a coolant.
  • the invention thus proposes a module whose efficiency is optimized by the fact that the exchange surface is larger at the level of the fluid having the lowest exchange coefficient.
  • said device comprises a valve for modulating the first fluid flow through the beam and the first fluid flow along said stacking direction
  • said bundle is tubular so as to define a flow duct of said first fluid, extending in said stacking direction, said beam has a substantially circular section, said device being configured to radially deflect said first fluid through the beam from said duct,
  • said device comprises first secondary exchange surfaces with the first fluid
  • said first secondary exchange surfaces connect the modules together so that they pass through said modules
  • the secondary exchange surfaces are fins
  • said fins comprise a central orifice for the flow of the first fluid in said stacking direction and a plurality of passage orifices for the modules,
  • said fins are of annular shape
  • said fins are parallel to each other and / or orthogonal to the stacking direction
  • said device is configured to allow a heat exchange between said first fluid and said second fluid, downstream of the passage of said first fluid through said bundle of thermoelectric modules in the direction of flow of said first fluid,
  • said device comprises tubes for circulating said second fluid, called exchange tubes, to allow said exchange of heat between the first and second fluids,
  • said exchange tubes extend in said stacking direction
  • said first secondary surfaces comprise orifices for the passage of said exchange tubes, said orifices for the passage of said exchange tubes being situated downstream of the passage orifices of the thermoelectric modules in the direction of flow of the first fluid through the beam, said passage orifices of said exchange tubes are located radially beyond said ring of passage orifices of said electric modules,
  • said device comprises second heat-insulated secondary exchange surfaces of said electric thermo modules and in thermal contact with said flow tubes of the second fluid,
  • said second secondary exchange surfaces are flat fins parallel to the fins of the first secondary exchange surfaces
  • said fins of the second secondary exchange surfaces comprise a central passage greater than the central orifice of the fins of the first secondary exchange surfaces so that said thermoelectric modules pass through said central passage
  • the secondary exchange surfaces comprise a catalytic coating for catalytic conversion of toxic components of the first fluid.
  • said device is used in an exhaust line of a heat engine, especially a motor vehicle, to allow electricity generation thanks to the temperature gradient created between the exhaust gas and the engine. second fluid. It is thus configured to be positioned in an exhaust duct of the motor vehicle so that said exhaust gases flowing in said duct define said first fluid.
  • said device is used in an exhaust gas recirculation circuit at the intake of the engine to allow electricity generation thanks to the temperature gradient created between the recirculated exhaust gas and the second fluid. It is thus configured to be positioned in a motor vehicle recirculated exhaust gas circuit so that said recirculated exhaust gas flowing in said circuit defines said first fluid.
  • said device is configured to allow a heat exchange between said first fluid and said second fluid, downstream of the passage of said first fluid through said bundle of thermo modules. electric in the direction of flow of said first fluid.
  • a hybrid device providing both a thermoelectric function and a cooling function of the recirculated exhaust gas.
  • the invention also relates to a hybrid device providing both a thermoelectric function and a cooling function of the recirculated exhaust gas, without said device being necessarily configured to deflect said first fluid through said beam in a direction transverse to a stacking direction of said electric thermoelectric elements nor allow said first fluid to flow in said stacking direction.
  • said device comprises a valve for modulating the first fluid flow through the beam and the first fluid flow along said stacking direction.
  • thermoelectric module for a thermoelectric device as described above, in particular a module provided with secondary exchange surfaces with the first fluid in form.
  • ring-shaped fin specific to said module in particular circular ring-shaped fins.
  • FIGS. 1 and 2 schematically illustrate, in perspective, steps for mounting an example of a thermoelectric module of a thermoelectric device according to the invention
  • FIG. 3 is a partial and schematic illustration in perspective; the module of FIGS. 1 and 2 after assembly,
  • FIGS. 4 and 5 schematically illustrate, in perspective, an exemplary beam according to two embodiments of the thermoelectric device according to the invention
  • FIG. 6 is a front view of a first type of fins intended to be used in a thermoelectric device according to the invention.
  • FIG. 7 illustrates a thermoelectric device according to the invention schematically, according to a longitudinal sectional plane, equipped with a beam of the type of FIG. 5 and fins of the type of FIG. 6,
  • FIG. 8 illustrates in front view a second type of fins for use in a thermoelectric device according to the invention.
  • thermoelectric module As illustrated in Figures 1 and 2, the invention relates to a thermoelectric module. Said module is able to exploit the temperature difference between a first fluid 1, said to be hot, in particular the exhaust gases of an engine, and a second fluid 2, said to be cold, in particular a coolant of a cooling circuit, temperature lower than that of the first fluid. Said second fluid has a heat exchange coefficient greater than said first fluid.
  • the module comprises at least thermoelectric elements 3p, 3n, of annular shape, capable of generating an electric current under the action of a temperature gradient between two of their faces, the one 4a, said first face being defined by an outer periphery surface, cylindrical, and the other 4b, said second face, being defined by an inner periphery surface, cylindrical.
  • Said module is advantageously configured to establish a heat exchange between said first face 4a and the first fluid, circulating along the arrow illustrated D, corresponding to a stacking direction of said thermoelectric elements 3p, 3n, and to establish a heat exchange between said second face 4b and the second fluid, flowing outside said thermoelectric elements 3. This promotes the exchange between the electric thermo elements 3p, 3n and the fluid having the lowest heat exchange coefficient, here, the exhaust gas.
  • Said first and second faces 4a, 4b are, for example, of rounded section, in particular circular and / or oval.
  • Such elements operate, according to the Seebeck effect, by making it possible to create an electric current in a load connected between said faces 4a, 4b subjected to the temperature gradient.
  • such elements consist, for example, of Bismuth and Tellurium (Bi 2 Te 3).
  • thermoelectric elements may be, for a first part, elements 3p of a first type, said P, for establishing an electrical potential difference in a direction, said positive, when they are subjected to a given temperature gradient, and, for the other part, elements 3n of a second type, called N, allowing the creation of an electric potential difference in an opposite direction, called negative, when they are subjected to the same temperature gradient.
  • thermoelectric elements 3 shown are formed of a ring in one piece. They may however be formed of several pieces each forming an angular portion of the ring.
  • the first surface 4a has, for example, a radius between 1, 5 and 4 times the radius of the second surface 4b. It may be a radius equal to about 2 times that of second surface 4b.
  • thermoelectric element has, for example, two opposite planar faces 6a, 6b opposite.
  • the ring constituting the thermoelectric element is of rectangular radial section.
  • thermoelectric elements An example of an association of the thermoelectric elements with one another in the module according to the invention is described below.
  • thermoelectric elements 3p, 3n are arranged, for example, in the longitudinal extension of one another, in particular in a coaxial manner, and the P-type electrical thermoelectric elements alternate with the N-type thermoelectric elements, according to FIG. stacking direction D. They are, in particular, of identical shape and size. They may, however, have a thickness, that is to say a dimension between their two planar faces, different from one type to another, particularly depending on their electrical conductivity. Said thermoelectric elements 3p, 3n are, for example, grouped in pairs, each pair being formed of a said thermo element.
  • thermoelectric elements 3p, 3n are arranged relative to each other so that their first and / or second surface 4a, 4b are in the extension of one another. Said first and / or second surfaces 4a, 4b are thus inscribed, for example, in a surface generated by a straight line.
  • the module according to the invention may comprise a channel 7 for cold liquid circulation in contact with said second surface 4b of said electric thermo elements 3p, 3n.
  • the at least one liquid circulation channel 7 is, for example, of circular section.
  • the channel or channels 7 here comprise a cold liquid circulation tube 12 on which at least thermoelectric elements of the same type are alternated, alternating in the direction of longitudinal extension of the tube, which corresponds to said stacking direction D, with thermoelectric elements of the other type.
  • the tubes 12 are, in particular, metallic. According to the above, the channel 7 cold liquid circulation is unique and placed in the center of the module. According to one variant, a plurality of cold liquid circulation channels may be provided in the same module.
  • Said module may further comprise electrical insulation means 20 arranged between two faces 6a, 6b opposite thermo elements. 3p, 3n according to the stacking direction D.
  • the electric thermo elements 3p, 3n, and the electrical insulation means 20 are assembled, alternately, on the tubes 12 for cold fluid circulation. .
  • Said module may further comprise first electrical connection means 21 connecting the outer periphery surfaces 4a of two of said thermoelectric elements, provided adjacent and of different types.
  • Said first means 21 for electrical connection comprise, for example, a layer of electrically conductive material, in particular copper and / or nickel, coating said electric thermo elements 3p, 3n. In Figure 2, such a layer of material is illustrated only on the last two thermoelectric elements right. Between said tube 12 and said electric thermo elements 3p, 3n, are also provided current flow paths, not shown. They connect the inner periphery surfaces 4b of two of said adjacent thermoelectric elements, of different types, in such a way as to shift to the layer of material provided at the outer periphery 4a of the electric thermoelectric elements so as to allow the more evoked series circulation. high. Layers of thermally conductive and electrically insulating material may also be provided at the surface of the tube 12 and / or layer of material 21 to avoid short-circuits between conductors.
  • said module may be provided with secondary exchange surfaces with the first fluid.
  • fins 10 in thermal contact with said thermoelectric elements 3, in particular flat fins parallel to each other and transverse, in particular orthogonal to the stacking direction D.
  • Said fins 10 are here of annular shape, in particular of circular section. They thus have a central orifice 1 1 for the passage of said modules.
  • Said fins 10 are fixed, for example, on said modules, in particular by crimping and / or brazing. They are here positioned parallel to each other with a spacing allowing a good heat exchange with the first fluid while limiting the losses of charges.
  • FIG. 10 in thermal contact with said thermoelectric elements 3, in particular flat fins parallel to each other and transverse, in particular orthogonal to the stacking direction D.
  • Said fins 10 are here of annular shape, in particular of circular section. They thus have a central orifice 1 1 for the passage of said modules.
  • Said fins 10 are fixed, for example, on said modules, in particular by crimp
  • thermoelectric device comprising a bundle 20 of thermoelectric modules 22 as described above, here provided with said fins 10.
  • said device is configured to deflecting said first fluid, here from an incident direction 24, through said beam 20 in a direction transverse to the direction of stacking of said electric thermoelectric elements 3, said stacking direction corresponding here to said incident direction 24, and / or allowing said first fluid to flow in said stacking direction 24.
  • Said beam 20 may in particular be tubular so as to define a flow conduit 28 of said first fluid, extending in said stacking direction.
  • Said beam 20 has, for example, a substantially cylindrical shape, in particular of circular section, said device being configured to radially deflect said first fluid 1 through the beam from said conduit.
  • Said modules 22 are thus distributed according to a ring, said flow duct 28 being located inside said ring, and the first fluid 1 is deflected through said modules 22 from said flow duct 28, this over 360 ° .
  • the second fluid 2 flows in said modules in said stacking direction.
  • said modules 22 may comprise first secondary exchange surfaces with the first fluid.
  • they are fins 10 such as those described in the context of Figure 3, that is to say specific to each of the modules 22.
  • said first secondary exchange surfaces connect the modules 22 to each other.
  • the fins may have a passage for the flow of the first fluid in said stacking direction and a plurality of passage openings of the modules at which said fins are in thermal contact with the modules.
  • said device is advantageously configured to allow a heat exchange between said first fluid 1 and said second fluid 2, downstream of the passage of said first fluid 1 through said bundle 20 of thermoelectric modules 22, according to the flow direction of said first fluid 1.
  • a hybrid device fulfilling both a thermoelectric generator function and a heat exchanger function, in particular recirculated exhaust gas cooling in the case of a device configured to be located in a exhaust gas recirculation circuit.
  • said device comprises tubes 30 for circulating said second fluid 2, said exchange tubes, extending in said stacking direction to allow said exchange of heat between the first and second fluids.
  • Said exchange tubes 30 are located, for example, radially beyond said thermoelectric modules 22, by example according to one or more rings of larger diameter than the ring of thermoelectric modules 22.
  • the fins 10 of said first secondary exchange surface may be common to both the thermoelectric modules 22 and said exchange tubes 30. They are said in the following hybrid fins.
  • Said hybrid fins 10 have, for example, a central orifice 42, in particular circular, for the passage of the first fluid.
  • Said hybrid fins 10 furthermore have orifices 44 for the passage of said electric thermo modules 22, said orifices 44 being here distributed along a ring coaxial with the central orifice 42 and / or regularly distributed angularly.
  • Said passage orifices 44 of the modules 22 are, for example, circular in sectional correspondence with the section of said modules 22.
  • Said first secondary exchange surfaces are further in thermal contact with said exchange tubes 30.
  • they comprise, for example, orifices 46 for the passage of said exchange tubes 30.
  • passage orifices 46 of said exchange tubes 30 are located downstream of the passage orifices 44 of the thermoelectric modules 22, in the direction of flow of the first fluid through the beam.
  • Said passage orifices 46 of said exchange tubes 30 may be located radially beyond said ring of orifices 44 for passing said thermoelectric modules 22.
  • said passage orifices 46 of said exchange tubes 30 are distributed in a first ring conforming to an outer contour of the ring of passage openings 44 of said electric modules 22 and a second peripheral ring in which they are grouped in pairs. to increase the density of exchange tubes 30.
  • said fins 10 are flat, parallel to each other and orthogonal to the stacking direction.
  • said device may comprise a housing 50.
  • Said housing 50 defines a housing 52 accommodating said beam 20 here accompanied by said first secondary exchange surfaces, in particular said hybrid fins 10.
  • Said housing 52 is further configured to allow the circulation of said first fluid 1, in said stacking direction, inside said beam and / or, according to the arrows marked 26, between said thermoelectric modules 22.
  • Said housing 52 extends axially, for example, in said stacking direction D. It here comprises an axial inlet 54 and / or an axial outlet 56 for said first fluid. Said axial inlet 54 opens axially into an axial end of said flow conduit 28 of the first fluid.
  • said device may comprise a valve 58, for modulating the flow, here radial, of first fluid 1 through the beam 20 and the flow, in this case axial, of first fluid 1 along said stacking direction D.
  • Said valve 58 is arranged, for example, at an axial end of said flow duct opposite to that into which said axial inlet 54 opens.
  • the device further comprises exchange tubes 30 and hybrid fins 10.
  • said valve 58 When said valve 58 is closed, said first fluid passes firstly through said beam 20 and then between said exchange tubes 30, this between said hybrid fins 10. The heat of said exhaust gas is thus communicated to said modules 22 by said hybrid fins 10 and heat exchange takes place between said first fluid and said second fluid via said exchange tubes 30 and the same hybrid fins 10.
  • Said device may further include collectors 80 for the second fluid. They allow, for example, a series circulation of said second fluid first in said exchange tubes 30 and then in said modules 22.
  • the modules 20 may be connected together in series and / or in parallel, by connections, not shown, located at their longitudinal ends.
  • said device may also comprise second secondary exchange surfaces 70, thermally insulated from said electric thermo modules 22 and in thermal contact with said exchange tubes 30.
  • Said exchange fins 72 are intended to be parallel to the hybrid fins 10.
  • Said exchange fins and said hybrid fins are advantageously positioned so that their respective openings 76, 46 for the passage of the exchange tubes 30 are in the extension each other.
  • Said hybrid and / or exchange fins are, for example, metallic. They may advantageously comprise a catalytic coating for catalytic conversion of toxic components of the first fluid. In the case of exhaust gas, said module can in this way equip a catalytic converter in addition or substitution of the components conventionally used for catalysis in such equipment.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif thermo électrique comprenant un faisceau (20) de modules thermo électrique (22), lesdits modules comprenant au moins un élément thermo électrique (3, 3p, 3n) de forme annulaire, susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de ses faces, l'une (4a), dite première face, étant définie par une surface de périphérie extérieure et l'autre (4b), dite seconde face, étant définie par une surface de périphérie intérieure, lesdits modules étant configurés pour établir un échange thermique entre ladite première face (4a) et un premier fluide et pour établir un échange thermique entre ladite seconde face (4b) et un second fluide, ledit dispositif étant configuré pour dévier ledit premier fluide à travers ledit faisceau (20) selon une direction transversale à une direction d'empilement (24) desdits éléments thermo électriques (3, 3p, 3n) et/ou laisser ledit premier fluide s'écouler suivant ladite direction d'empilement. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel dispositif dans une ligne d'échappement et/ou un circuit de recirculation de gaz d'échappement.

Description

Module et dispositif thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile
La présente invention concerne un module et un dispositif thermo électrique, notamment destinés à générer un courant électrique dans un véhicule automobile.
Dans le domaine automobile, il a déjà été proposé des dispositifs thermo électriques utilisant des éléments, dits thermo électriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température entre deux de leurs faces opposées selon le phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Ces dispositifs comprennent un empilement de premiers tubes, destinés à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et de seconds tubes, destinés à la circulation d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermo électriques sont pris en sandwich entre les tubes de façon à être soumis à un gradient de température provenant de la différence de température entre les gaz d'échappement, chauds, et le fluide de refroidissement, froid. Des tels dispositifs sont particulièrement intéressants car ils permettent de produire de l'électricité à partir d'une conversion de la chaleur provenant des gaz d'échappement du moteur. Ils offrent ainsi la possibilité de réduire la consommation en carburant du véhicule en venant se substituer, au moins partiellement, à l'alternateur habituellement prévu dans celui-ci pour générer de l'électricité à partir d'une courroie entraînée par le vilebrequin du moteur.
Il a déjà été développé par la titulaire des éléments thermo électriques de forme annulaire, le gradient de température permettant de générer le courant électrique étant imposé entre deux de leurs faces cylindriques internes et externes. Le fluide chaud et le fluide froid circulent alors coaxialement, l'un circulant à l'intérieur de l'anneau et l'autre à l'extérieur. Cette solution présente cependant des difficultés d'intégration qui entraînent l'engagement d'une quantité de matière importante. Outre des conséquences sur le coût de revient, un tel engagement de matière augmente l'inertie thermique du dispositif et donc son efficacité, en particulier son temps de réponse. Il peut ainsi ne pas être capable de profiter de fortes mais trop courtes augmentation de chaleur du fluide chaud.
L'invention se propose d'améliorer la situation et concerne à cet effet un dispositif thermo électrique comprenant un faisceau de modules thermo électrique, lesdits modules comprenant au moins un élément thermo électrique de forme annulaire, susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de ses faces, l'une, dite première face, étant définie par une surface de périphérie extérieure et l'autre, dite seconde face, étant définie par une surface de périphérie intérieure, lesdits modules étant configurés pour établir un échange thermique entre ladite première face et un premier fluide et pour établir un échange thermique entre ladite seconde face et un second fluide, ledit dispositif étant configuré pour dévier ledit premier fluide à travers ledit faisceau selon une direction transversale à une direction d'empilement desdits éléments thermo électriques et/ou laisser ledit premier fluide s'écouler suivant ladite direction d'empilement.
Grâce à l'orientation transversale de la circulation de fluide, on peut limiter la matière engagée, en particulier côté premier fluide, pour augmenter les surfaces d'échanges. On réalise en outre un effet de canalisation du premier fluide lui permettant de conserver une température relativement constante tant qu'il n'a pas traversé le faisceau. On peut également noter que configurer le dispositif de manière à ce que ledit premier fluide puisse suivre deux directions différentes à travers le dispositif permet, en lui faisant longer le faisceau, de pouvoir limiter les pertes de charges imposés au premier fluide traversant le dispositif sans traverser le faisceau. Cela permet en outre de pouvoir disposer, si désiré, d'un dispositif comprenant une première partie, dédiée à la fonction thermo électrique, dans laquelle on conserve un gradient de température le plus constant possible entre les premier et second fluide et d'une seconde partie enrichissant le dispositif d'une fonction d'échange de chaleur entre les premier et second fluide, ceci avec un haut niveau d'intégration. Lesdits modules thermo électrique sont avantageusement configurés pour permettre une circulation desdits premier et second fluides, ledit second fluide présentant un coefficient d'échange thermique supérieure audit premier fluide. Le premier fluide est, notamment du gaz d'échappement. Le second fluide est, par exemple, un liquide de refroidissement.
L'invention propose ainsi un module dont l'efficacité est optimisée par le fait que la surface d'échange est plus grande au niveau du fluide présentant le coefficient d'échange le plus faible. On dispose de la sorte d'un rapport entre la résistance thermique côté premier fluide, par exemple du gaz, et la résistance thermique côté second fluide, notamment du liquide, plus équilibré, favorisant le fonctionnement de l'ensemble.
Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- ledit dispositif comprend une vanne permettant de moduler le débit de premier fluide à travers le faisceau et le débit de premier fluide le long de ladite direction d'empilement,
- ledit faisceau est tubulaire de manière à définir un conduit d'écoulement dudit premier fluide, s'étendant selon ladite direction d'empilement, - ledit faisceau présente une section sensiblement circulaire, ledit dispositif étant configuré pour dévier radialement ledit premier fluide à travers le faisceau depuis ledit conduit,
- ledit dispositif comprend des premières surfaces d'échange secondaire avec le premier fluide,
- lesdites premières surfaces d'échange secondaire relient les modules entre eux de sorte qu'elles sont traversées par lesdits modules,
- les surfaces d'échange secondaire sont des ailettes,
- lesdites ailettes comprennent un orifice central pour l'écoulement du premier fluide selon ladite direction d'empilement et une pluralité d'orifices de passage des modules,
- lesdites ailettes sont de forme annulaire,
- lesdites ailettes sont parallèle entre elles et/ou orthogonales à la direction d'empilement,
- ledit dispositif est configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit premier fluide et ledit second fluide, en aval du passage dudit premier fluide à travers ledit faisceau de modules thermo électrique selon le sens d'écoulement dudit premier fluide,
- ledit dispositif comprend des tubes de circulation dudit second fluide, dit tubes d'échange, pour permettre ledit échange de chaleur entre les premier et second fluides,
- lesdits tubes d'échange s'étendent selon ladite direction d'empilement,
- lesdits tubes d'échange sont situés radialement au-delà desdits modules thermo électriques,
- lesdites premières surfaces secondaires comprennent des orifices de passage desdits tubes d'échange, lesdits orifices de passage desdits des tubes d'échange étant situés en aval des orifices de passages des modules thermo électrique selon le sens d'écoulement du premier fluide à travers le faisceau, - lesdits orifices de passage desdits tubes d'échange sont situés radialement au-delà de ladite couronne d'orifices de passage desdits modules themo électrique,
- ledit dispositif comprend des secondes surfaces d'échange secondaire isolées thermiquement desdits modules thermo électriques et en contact thermique avec lesdits tubes d'écoulement du second fluide,
- lesdites secondes surfaces d'échange secondaires sont des ailettes planes, parallèles aux ailettes des premières surfaces d'échange secondaires,
- lesdites ailettes des secondes surfaces d'échange secondaire comprennent un passage central plus grand que l'orifice central des ailettes des premières surfaces d'échange secondaire de sorte que lesdits modules thermo électrique passent à travers ledit passage central,
- les surfaces d'échange secondaire comprennent un revêtement catalytique pour assurer une conversion catalytique de composants toxiques du premier fluide.
Selon un premier exemple d'application, ledit dispositif est utilisé dans une ligne d'échappement d'un moteur thermique, notamment de véhicule automobile, pour permettre une génération d'électricité grâce au gradient de température créé entre les gaz d'échappement et le second fluide. Il est ainsi configuré pour être positionné dans un conduit de gaz d'échappement du véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement circulant dans ledit conduit définissent ledit premier fluide. Selon un autre exemple d'application, ledit dispositif est utilisé dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement à l'admission du moteur pour permettre une génération d'électricité grâce au gradient de température créé entre les gaz d'échappement recirculés et le second fluide. Il est ainsi configuré pour être positionnée dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide. Dans une telle application, il sera alors particulièrement avantageux que, comme évoqué plus haut, ledit dispositif soit configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit premier fluide et ledit second fluide, en aval du passage dudit premier fluide à travers ledit faisceau de modules thermo électrique selon le sens d'écoulement dudit premier fluide. On dispose ainsi en effet d'un dispositif hybride procurant à la fois une fonction thermo électrique et une fonction de refroidissement des gaz d'échappement recirculés.
On pourra à ce sujet noter que l'invention concerne également un dispositif hybride procurant à la fois une fonction thermo électrique et une fonction de refroidissement des gaz d'échappement recirculés, sans que le ledit dispositif soit nécessairement configuré pour dévier ledit premier fluide à travers ledit faisceau selon une direction transversale à une direction d'empilement desdits éléments thermo électriques ni laisser ledit premier fluide s'écouler suivant ladite direction d'empilement.
Toujours dans la même application, il sera particulièrement avantageux, comme évoqué plus haut, que ledit dispositif comprenne une vanne permettant de moduler le débit de premier fluide à travers le faisceau et le débit de premier fluide le long de ladite direction d'empilement. On dispose alors d'un système intégré dans lequel les gaz d'échappement recirculés peuvent traverser le dispositif en by-passant le faisceau de modules thermo électriques. Ceci permet d'éviter une perte de charges trop importante sur les gaz d'échappement recirculés ce qui serait préjudiciable au bon fonctionnement moteur, en particulier à pleine charge moteur.
L'invention concerne encore un module thermo électrique pour dispositif thermo électrique tel que décrit plus haut, en particulier un module muni de surfaces d'échange secondaire avec le premier fluide en forme d'ailette de forme annulaire spécifiques audit module, notamment des ailettes en forme d'anneau circulaire.
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels :
- les figures 1 et 2 illustrent de façon schématique, en perspective, des étapes de montage d'un exemple de module thermo électrique d'un dispositif thermo électrique conforme à l'invention, - la figure 3 illustre partiellement et schématiquement, en perspective, le module des figures 1 et 2 après montage,
- la figure 4 et 5 illustrent de façon schématique, en perspective, un exemple de faisceau selon deux modes de réalisation du dispositif thermo électrique conforme à l'invention,
- la figure 6 illustre en vue de face un premier type d'ailettes destinées à être utilisées dans un dispositif thermo électrique conforme à l'invention,
- la figure 7 illustre un dispositif thermo électrique conforme à l'invention de façon schématique, selon un plan de coupe longitudinale, équipé d'un faisceau du type de la figure 5 et d'ailettes du type de la figure 6,
- la figure 8 illustre en vue de face un second type d'ailettes destinées à être utilisées dans un dispositif thermo électrique conforme à l'invention.
Comme illustré aux figures 1 et 2, l'invention concerne un module thermo électrique. Ledit module est apte à exploiter la différence de température entre un premier fluide 1 , dit chaud, notamment des gaz d'échappement d'un moteur, et un second fluide 2, dit froid, notamment un liquide caloporteur d'un circuit de refroidissement, de température inférieure à celle du premier fluide. Ledit second fluide présente un coefficient d'échange thermique supérieur audit premier fluide.
Le module comprend au moins des éléments thermo électrique 3p, 3n, de forme annulaire, susceptibles de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température entre deux de leurs faces, l'une 4a, dite première face, étant définie par une surface de périphérie extérieure, cylindrique, et l'autre 4b, dite seconde face, étant définie par une surface de périphérie intérieure, cylindrique.
Ledit module est avantageusement configuré pour établir un échange thermique entre ladite première face 4a et le premier fluide, circulant selon la flèche illustrée D, correspondant à une direction d'empilement desdits éléments thermo électrique 3p, 3n, et pour établir un échange thermique entre ladite seconde face 4b et le second fluide, circulant à l'extérieur desdits éléments thermo électrique 3. On favorise ainsi l'échange entre les éléments thermo électriques 3p, 3n et le fluide présentant le coefficient d'échange thermique le plus faible, ici, les gaz d'échappement. Lesdites première et seconde faces 4a, 4b sont, par exemple, de section arrondie, notamment circulaire et/ou ovale.
De tels éléments fonctionnent, selon l'effet Seebeck, en permettant de créer un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces 4a, 4b soumises au gradient de température. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3).
Les éléments thermo électriques pourront être, pour une première partie, des éléments 3p 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 3n d'un second type, dit N, permettant la création d'une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu'ils sont soumis au même gradient de température.
Aux figures 1 et 2, les éléments thermo électrique 3 représentés sont constitués d'un anneau en seule pièce. Ils pourront cependant être formés de plusieurs pièces formant chacune une portion angulaire de l'anneau. La première surface 4a présente, par exemple, un rayon compris entre 1 ,5 et 4 fois le rayon de la seconde surface 4b. Il pourra s'agir d'un rayon égal à environ 2 fois celui de seconde surface 4b.
Ledit élément thermo électrique présente, par exemple, deux faces planes 6a, 6b parallèles opposées. Autrement dit, l'anneau constituant l'élément thermo électrique est de section radiale rectangulaire.
On décrit dans la suite un exemple d'association des éléments thermo électriques entre eux dans le module conforme à l'invention.
Lesdits éléments thermo électriques 3p, 3n sont disposés, par exemple, dans le prolongement longitudinal l'un de l'autre, notamment de façon coaxiale, et les éléments thermo électriques de type P alternent avec les éléments thermo électriques de type N, selon la direction d'empilement D. Ils sont, notamment, de forme et de dimension identiques. Ils pourront cependant présenter une épaisseur, c'est-à-dire une dimension entre leurs deux faces planes, différente d'un type à l'autre, notamment en fonction de leur conductivité électrique. Lesdits éléments thermo électriques 3p, 3n sont, par exemple, groupés par paire, chaque paire étant formée d'un dit élément thermo électrique de type P et d'un dit élément thermo électrique de type N, et ledit module est configuré pour permettre une circulation de courant entre les premières surfaces des éléments thermo électriques d'une même paire et une circulation de courant entre les secondes surfaces de chacun des éléments thermo électriques de ladite même paire et l'élément thermo électrique voisin de la paire voisine. On assure de la sorte une circulation en série du courant électrique entre les éléments thermo électriques 3p, 3n disposés les uns à côtés des autres selon la direction d'empilement D. A nouveau pour faciliter la configuration des circuits de circulation de fluide 1 , 2, on pourra prévoir que lesdits éléments thermo électriques 3p, 3n soient disposés les uns par rapport aux autres de façon à ce que leur première et/ou seconde surface 4a, 4b soient dans le prolongement l'une de l'autre. Lesdites première et/ou seconde surfaces 4a, 4b sont ainsi inscrites, par exemple, dans une surface générée par une droite.
Pour la circulation des fluides, le module conforme à l'invention pourra comprendre un canal 7 de circulation de liquide froid au contact de ladite seconde surface 4b desdits éléments thermo électriques 3p, 3n. Le ou lesdits canaux 7 de circulation de liquide sont, par exemple, de section circulaire. Le ou lesdits canaux 7 comprennent ici un tube 12 de circulation du liquide froid sur lequel sont montés au moins des éléments thermo électriques du même type alternant selon la direction d'extension longitudinale du tube, qui correspond à ladite direction d'empilement D, avec des éléments thermo électrique de l'autre type. Les tubes 12 sont, notamment, métalliques. Selon ce qui précède, le canal 7 de circulation du liquide froid est unique et placé au centre du module. Selon une variante, il pourra être prévu une pluralité de canaux de circulation de liquide froid dans un même module. Ledit module pourra comprendre en outre des moyens d'isolation électrique 20 disposés entre deux faces 6a, 6b en vis-à-vis d'éléments thermo électriques voisins 3p, 3n selon la direction d'empilement D. A la figure 2, les éléments thermo électriques 3p, 3n, et les moyens d'isolation électrique 20 sont assemblés, de façon alternée, sur les tubes 12 de circulation de fluide froid.
Ledit module pourra en outre comprendre des premiers moyens 21 de connexion électrique reliant les surfaces de périphérie extérieur 4a de deux desdits éléments thermo électrique, prévus adjacents et de types différents. Lesdits premiers moyens 21 de connexion électrique comprennent, par exemple, une couche de matière électriquement conductrice, notamment en cuivre et/ou en nickel, de revêtement desdits éléments thermo électriques 3p, 3n. Sur la figure 2, une telle couche de matière est illustrée seulement sur les deux derniers éléments thermo électrique de droite. Entre ledit tube 12 et lesdits éléments thermo électriques 3p, 3n, sont également prévus des pistes de circulation du courant, non-représentées. Elles relient les surfaces de périphérie intérieure 4b de deux desdits éléments thermo électrique, prévus adjacents et de types différents, ceci de façon décaler au couche de matière prévues à la périphérie extérieure 4a des éléments thermo électriques de façon à permettre la circulation en série évoquée plus haut. Des couches de matière thermiquement conductrices et électriquement isolantes pourront également être prévues au niveau de la surface du tube 12 et/ou de couche de matière 21 pour éviter les courts-circuits entre conducteurs.
Comme illustré à la figure 3, ledit module pourra être muni de surfaces d'échange secondaire avec le premier fluide. Il s'agit, par exemple, d'ailettes 10 en contact thermique avec lesdits éléments thermo électrique 3, notamment d'ailettes planes parallèles les unes aux autres et transversales, en particulier orthogonales à la direction d'empilement D. Lesdites ailettes 10 sont ici de forme annulaire, notamment de section circulaire. Elles présentent ainsi un orifice central 1 1 pour le passage desdits modules. Lesdites ailettes 10 sont fixées, par exemple, sur lesdits modules, notamment par sertissage et/ou brasage. Elles sont ici positionnées parallèlement les unes aux autres avec un écartement permettant un bon échange de chaleur avec le premier fluide tout en limitant les pertes de charges. Cela étant, comme illustré à la figure 4, l'invention concerne également un dispositif thermo électrique comprenant un faisceau 20 de modules thermo électrique 22 tels que décrit plus haut, ici muni desdites ailettes 10. Selon l'invention, ledit dispositif est configuré pour dévier ledit premier fluide, ici depuis une direction incidente 24, à travers ledit faisceau 20 selon une direction transversale 26 à la direction d'empilement desdits éléments thermo électriques 3, ladite direction d'empilement correspondant ici à ladite direction incidente 24, et/ou laisser ledit premier fluide s'écouler suivant ladite direction d'empilement 24. En conférant une telle orientation au premier fluide, on le canalise avant qu'il rentre en contact avec les modules thermo électriques et on évite qu'il soit refroidi au contact d'autres éléments.
Ledit faisceau 20 pourra en particulier être tubulaire de manière à définir un conduit d'écoulement 28 dudit premier fluide, s'étendant selon ladite direction d'empilement. Ledit faisceau 20 présente, par exemple, une forme sensiblement cylindrique, notamment de section circulaire, ledit dispositif étant configuré pour dévier radialement ledit premier fluide 1 à travers le faisceau depuis ledit conduit. Lesdits modules 22 sont ainsi répartis selon une couronne, ledit conduit d'écoulement 28 se situant à l'intérieur de ladite couronne, et le premier fluide 1 est dévié à travers lesdits modules 22 depuis ledit conduit d'écoulement 28, ceci sur 360°. De son côté, le second fluide 2 s'écoule dans lesdits modules selon ladite direction d'empilement. Comme déjà évoqué, lesdits modules 22 pourront comprendre des premières surfaces d'échange secondaire avec le premier fluide. A la figure 4, il s'agit d'ailettes 10 telles que celles décrites dans le cadre de la figure 3, c'est-à-dire spécifique à chacun des modules 22.
Selon une variante de réalisation, lesdites premières surfaces d'échange secondaires relient les modules 22 entre eux. On renforce de la sorte la cohésion mécanique du dispositif et on limite le nombre de composants. Les ailettes pourront présenter un passage pour l'écoulement du premier fluide selon ladite direction d'empilement et une pluralité d'orifices de passage des modules au niveau desquels lesdites ailettes sont au contact thermique des modules. Un tel mode de réalisation sera développé plus bas en relation avec les figures 5 et 6 dans le cadre d'une application spécifique de l'invention, des surfaces d'échange secondaire, notamment des ailettes, reliant lesdits modules pouvant bien sûr être utilisées dans d'autres applications.
Comme illustré à la figure 5, ledit dispositif est avantageusement configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit premier fluide 1 et ledit second fluide 2, en aval du passage dudit premier fluide 1 à travers ledit faisceau 20 de modules thermo électrique 22, selon le sens d'écoulement dudit premier fluide 1 . On peut de la sorte réaliser un dispositif hybride remplissant à la fois une fonction de générateur thermo électrique et une fonction d'échangeur de chaleur, notamment de refroidissement de gaz d'échappement recirculés dans le cas d'un dispositif configurés pour être situé dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement.
Selon cet aspect de l'invention, ledit dispositif comprend des tubes 30 de circulation dudit second fluide 2, dit tubes d'échanges, s'étendant selon ladite direction d'empilement pour permettre ledit échange de chaleur entre les premier et second fluides. Lesdits tubes d'échange 30 sont situés, par exemple, radialement au-delà desdits modules thermo électrique 22, par exemple selon une ou plusieurs couronnes de diamètre plus grand que la couronne de modules thermo électrique 22.
Comme illustré à la figure 6, les ailettes 10 desdites premières surface d'échange secondaire pourront être communes à la fois aux modules thermo électrique 22 et auxdits tubes d'échange 30. Elles sont dites dans la suite ailettes hybrides. Lesdites ailettes hybrides 10 présentent, par exemple, un orifice central 42, notamment circulaire, pour le passage du premier fluide. Lesdites ailettes hybrides 10 présentent en outre les orifices 44 pour le passage desdits modules thermo électriques 22, lesdits orifices 44 étant ici distribués selon une couronne coaxiale à l'orifice central 42 et/ou régulièrement répartis angulairement. Lesdits orifices de passage 44 des modules 22 sont, par exemple, circulaires en correspondance de section avec la section desdits modules 22.
Lesdites premières surfaces d'échange secondaire, ici lesdites ailettes hybrides 10, sont en outre en contact thermiques avec lesdits tubes d'échange 30. Elles comprennent en ce sens, par exemple, des orifices 46 de passage desdits tubes d'échange 30. Lesdits orifices de passage 46 desdits des tubes d'échange 30 sont situés en aval des orifices de passages 44 des modules thermo électrique 22, selon le sens d'écoulement du premier fluide à travers le faisceau. Lesdits orifices de passage 46 desdits tubes d'échange 30 pourront être situés radialement au-delà de ladite couronne d'orifices 44 de passage desdits modules thermo électrique 22.
Ici, lesdits orifices de passage 46 desdits des tubes d'échange 30 sont répartis selon une première couronne épousant un contour externe de la couronne d'orifices de passage 44 desdits modules themo électrique 22 et une seconde couronne périphérique dans laquelle ils sont regroupés par pair pour augmenter la densité de tubes d'échange 30. Dans ce mode de réalisation également, lesdites ailettes 10 sont planes, parallèles entre elles et orthogonales à la direction d'empilement.
Comme illustré à la figure 7, ledit dispositif pourra comprendre un boîtier 50. Ledit boîtier 50 définit un logement 52 accueillant ledit faisceau 20 ici accompagné desdites premières surfaces d'échange secondaire, en particulier desdites ailettes hybrides 10. Ledit logement 52 est en outre configuré pour permettre la circulation dudit premier fluide 1 , selon ladite direction d'empilement, à l'intérieur dudit faisceau et/ou, selon les flèches repérées 26, entres lesdits modules thermo électrique 22.
Ledit logement 52 s'étend axialement, par exemple, selon ladite direction d'empilement D. Il comprend ici une entrée axiale 54 et/ou une sortie axiale 56 pour ledit premier fluide. Ladite entrée axiale 54 débouche axialement dans une extrémité axiale dudit conduit d'écoulement 28 du premier fluide.
Cela étant, ledit dispositif pourra comprendre une vanne 58, permettant de moduler le débit, ici radial, de premier fluide 1 à travers le faisceau 20 et le débit, ici axial, de premier fluide 1 le long de ladite direction d'empilement D. Ladite vanne 58 est disposée, par exemple, à une extrémité axiale dudit conduit d'écoulement opposée à celle dans laquelle débouche ladite entrée axiale 54. Ainsi, lorsque la vanne 58, notamment prévue de type papillon, est fermée, une majorité du premier fluide traverse ledit dispositif selon ladite direction d'empilement D, en restant à l'intérieur dudit conduit d'écoulement 28, et passe au niveau d'un orifice 60, rendu passant par l'ouverture de ladite vanne 58, ledit premier fluide sortant finalement par ladite sortie axiale 56. Lorsque ladite vanne 58 est fermée, le premier fluide est dévié du conduit d'écoulement 28 à travers le faisceau 20 pour ensuite s'écouler axialement le long du boîtier 50. Lorsqu'il atteint l'extrémité axiale du faisceau se trouvant en vis-à-vis de la sortie axiale 56, il est alors dévié vers cette dernière.
Dans l'exemple illustré figure 7, le dispositif comprend en outre des tubes d'échange 30 et des ailettes hybrides 10. Lorsque ladite vanne 58 est fermée, ledit premier fluide passe de la sorte d'abord à travers ledit faisceau 20 puis entre lesdits tubes d'échange 30, ceci entre lesdites ailettes hybrides 10. La chaleur desdits gaz d'échappement est ainsi communiquée auxdits modules 22 par lesdites ailettes hybrides 10 puis un échange de chaleur a lieu entre ledit premier fluide et ledit second fluide par l'intermédiaire desdits tubes d'échange 30 et des mêmes dites ailettes hybrides 10.
Ledit dispositif pourra en outre comprendre des collecteurs 80 pour le second fluide. Ils permettent, par exemple, une circulation en série dudit second fluide d'abord dans lesdits tubes d'échange 30 puis dans lesdits modules 22.
D'un point de vue électrique, les modules 20 pourront être connectés entre eux en série et/ou en parallèle, par des connexions, non représentées, situées à leurs extrémités longitudinales.
Comme illustré à la figure 8, ledit dispositif pourra encore comprendre des secondes surfaces d'échanges secondaires 70, isolées thermiquement desdits modules thermo électriques 22 et en contact thermique avec lesdits tubes d'échange 30.
Il s'agit, par exemple, d'ailettes, dite ailettes d'échange 72, planes. Elles comprennent un orifice de passage central 74 d'écoulement du premier fluide, plus grand que l'orifice central 42 des ailettes hybrides 10, ceci de sorte que lesdits modules 22 passent à travers le passage central 74 desdites ailettes d'échange 72. Lesdites ailettes d'échange 72 comprennent encore ici des orifices de passage 76 des tubes d'échange 30.
Lesdites ailettes d'échange 72 sont destinés à être parallèles aux ailettes hybrides 10. Lesdites ailettes d'échange et lesdites ailettes hybrides sont avantageusement positionnées de manière que leurs orifices respectifs 76, 46 de passage des tubes d'échange 30 soient dans le prolongement les uns des autres. Lesdites ailettes hybrides et/ou d'échange sont, par exemple, métalliques. Elles pourront avantageusement comprendre un revêtement catalytique pour assurer une conversion catalytique de composants toxiques du premier fluide. Dans le cas de gaz d'échappement, ledit module pourra de la sorte équiper un pot catalytique en complément ou substitution des composants servant classiquement à la catalyse dans de tels équipements.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif thermo électrique comprenant un faisceau (20) de modules thermo électrique (22), lesdits modules comprenant au moins un élément thermo électrique (3, 3p, 3n) de forme annulaire, susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de ses faces, l'une (4a), dite première face, étant définie par une surface de périphérie extérieure et l'autre (4b), dite seconde face, étant définie par une surface de périphérie intérieure, lesdits modules étant configurés pour établir un échange thermique entre ladite première face (4a) et un premier fluide et pour établir un échange thermique entre ladite seconde face (4b) et un second fluide, ledit dispositif étant configuré pour dévier ledit premier fluide à travers ledit faisceau (20) selon une direction transversale à une direction d'empilement (24) desdits éléments thermo électriques (3, 3p, 3n) et/ou laisser ledit premier fluide s'écouler suivant ladite direction d'empilement.
2. Dispositif selon la revendication 1 comprenant une vanne (58) permettant de moduler le débit de premier fluide à travers le faisceau (20) et le débit de premier fluide le long de ladite direction d'empilement (24).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ledit faisceau (20) est tubulaire de manière à définir un conduit d'écoulement (28) dudit premier fluide, s'étendant selon ladite direction d'empilement (24).
4. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel ledit faisceau (20) présente une section sensiblement circulaire, ledit dispositif étant configuré pour dévier radialement ledit premier fluide à travers le faisceau (20) depuis ledit conduit (28).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant des premières surfaces d'échange secondaire avec le premier fluide.
6. Dispositif thermo électrique selon la revendication 5, dans lequel lesdites premières surfaces d'échange secondaire relient les modules (20) entre eux.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lesquels les surfaces d'échange secondaire sont des ailettes (10).
8. Dispositif selon la revendication 7 dans lequel lesdites ailettes (10) comprennent un orifice central (42) pour l'écoulement du premier fluide selon ladite direction d'empilement (24) et une pluralité d'orifices (44) de passage des modules (22).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes configuré pour permettre un échange de chaleur entre ledit premier fluide et ledit second fluide, en aval du passage dudit premier fluide à travers ledit faisceau (20) de modules thermo électrique (22), selon le sens d'écoulement dudit premier fluide.
10. Dispositif selon la revendication 9 comprenant des tubes (30) de circulation dudit second fluide, s'étendant selon ladite direction d'empilement (24) pour permettre ledit échange de chaleur entre les premier et second fluides.
1 1 . Dispositif selon la revendication 10 comprenant des secondes surfaces d'échange secondaire (70) isolées thermiquement desdits modules thermo électriques (22) et en contact thermique avec lesdits tubes (30) d'écoulement du second fluide.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8 ou 1 1 , dans lequel les surfaces d'échange secondaire (10, 70) comprennent un revêtement catalytique pour assurer une conversion catalytique de composants toxiques du premier fluide.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes configuré pour être positionné dans un ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ledit conduit définissent ledit premier fluide.
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 configuré pour être positionné dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide.
15. Module thermo électrique pour dispositif thermo électrique selon l'un quelconques de revendications 1 à 14.
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