La présente invention concerne un dispositif thermo électrique, notamment destiné à générer un courant électrique dans un véhicule automobile.

Il a déjà été proposé des dispositifs thermo électriques utilisant des éléments,

5 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, dits chauds, destinés à la circulation des gaz d'échappement d'un moteur, et de seconds tubes, dits froids, destinés à la circulation

10 d'un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement. Les éléments thermo

électriques sont intercalés 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.

15 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

20 d'une courroie entraînée par le vilebrequin du moteur.

L'encombrement disponible pour l'intégration du dispositif dans le véhicule et l'écoulement rectiligne des gaz entre l'entrée et la sortie conduisent à réaliser des tubes chauds de longueurs importantes. Cette longueur engendre alors une 25 différence de température importante le long des tubes chauds. Autrement dit, la

température du fluide en entrée des tubes chauds est nettement supérieure à sa température en sortie. Le gradient de température entre le fluide chaud et le fluide froid est donc susceptible de décroître fortement le long du dispositif.

30 Or, la performance électrique d'un thermo élément est directement liée au

gradient de température auquel il est soumis. Afin de s'adapter à l'importante évolution de la température le long des tubes chauds, il a été envisagé d'utiliser des thermo éléments dont la distribution ou les matériaux diffèrent entre l'entrée et la

FEUILLE DE REMPLACEMENT (RÈGLE 26) sortie du dispositif. Cependant, cette solution complexifie la fabrication du dispositif et engendre un surcoût de production.

L'invention vise à améliorer la situation.

Elle propose pour cela un dispositif thermo électrique, comprenant un premier circuit, dit chaud, apte à permettre la circulation d'un premier fluide, et un deuxième circuit, dit froid, apte à permettre la circulation d'un deuxième fluide de température inférieure à celle du premier fluide, et des éléments, dits thermo électriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température généré par le premier et le deuxième circuit.

Selon l'invention, le premier circuit comprend des tubes, dits chauds, d'une longueur inférieure ou égale à 150 mm. Avantageusement, la longueur des tubes chauds est inférieure à une limite sensiblement égale à 100 mm.

Ainsi, une longueur réduite des tubes permet de réduire la différence de température du fluide entre une entrée des tubes et une sortie des tubes. La différence de gradient de température entre les tubes chauds et le circuit froid, entre l'entrée et la sortie des tubes chaud est ainsi réduite, ce qui permet, notamment, de disposer les thermo élément le long des tubes chauds de manière homogène et d'utiliser, par exemple, des thermo éléments constitués de matériaux identique et/ou disposé selon une même distribution sur tout le dispositif. Un autre avantage de la réduction de longueur des tubes chauds est la réduction de la perte de charge du premier fluide les traversants, la perte de charge étant directement liée à la longueur du tube.

Selon un aspect de l'invention, les thermo éléments employés ont une efficacité électrique optimale lorsque le gradient de température est situé entre une première température et une deuxième température supérieure à la première température. Les tubes chauds sont, par exemple, prévus plats, c'est-à-dire, présentant deux grandes faces planes opposées au niveau desquels les éléments thermo électriques sont disposés. Selon un exemple de réalisation le dispositif comprend des ailettes en relation d'échange thermique avec ledit circuit froid, les éléments thermo électriques étant en contact desdits tubes chauds et desdites ailettes. Les ailettes sont des éléments sensiblement plans de sorte que le contact entre les thermo éléments et les ailettes est optimisé.

Avantageusement le dispositif comprend plusieurs rangées de tubes chauds superposées parallèlement selon une première direction, les tubes chauds d'une même rangée étant disposés parallèlement entre eux et s'étendant selon une deuxième direction, les ailettes étant superposées de manière alternée avec les rangées de tubes chauds selon la première direction. De cette manière, les thermo éléments peuvent avoir une face en contact avec les ailettes et une face en contact avec les tubes chauds.

Selon un aspect de l'invention, chacune des ailettes est traversée par des tubes froids du deuxième circuit, s'étendant selon la première direction. Les ailettes sont ainsi en contact thermique avec les tubes froids. Les tubes froids s'étendent transversalement aux ailettes et aux tubes chauds, et par exemple perpendiculairement aux ailettes et aux tubes chauds. Selon un exemple de réalisation lesdits tubes chauds sont plus courts que lesdits tubes froids. On dispose ainsi d'un dispositif de forme allongé, dans ladite première direction, et sa configuration reste favorable à l'intégration sous un véhicule. Avantageusement le dispositif comprend plusieurs rangs de tubes froids superposés parallèlement les uns aux autres selon une troisième direction, les tubes froids d'un même rang étant disposés parallèlement entre eux. Selon un aspect de l'invention, le dispositif comprend des rangs de tubes chauds superposés parallèlement les uns aux autres dans la troisième direction, les rangs de tubes chauds étant superposés de manière alternée avec les rangs de tubes froids selon la troisième direction.

Cela étant, selon une variante de réalisation, les éléments thermo électriques sont en contact avec des tubes de circulation du fluide froid. Lesdits éléments thermo électriques sont alors disposés entre lesdits tubes chauds et lesdits tubes froids, prévus plats.

Selon un exemple de réalisation, le dispositif est agencé pour guider le premier fluide d'une entrée du dispositif jusqu'au premier circuit selon une direction d'entrée et pour guider le premier fluide du premier circuit vers une sortie du dispositif selon une direction de sortie, lesdits tubes chauds s'étendant transversalement à la direction d'entrée et/ou à la direction de sortie. Le premier circuit défléchit de la sorte le parcourt du premier fluide et peut s'intégrer facilement le long d'une ligne d'échappement.

Avantageusement, le premier circuit est destiné à défléchir la circulation du premier fluide de sorte que ce dernier ait un parcourt en forme de S entre l'entrée et la sortie du dispositif.

Selon un aspect de l'invention, le dispositif comprend une boite collectrice d'entrée du premier fluide et une boite collectrice de sortie du premier fluide. La boite collectrice d'entrée du premier fluide guide ce dernier selon la direction d'entrée avant qu'il n'entre dans le premier circuit pour en sortir dans la boite collectrice de sortie qui le guide alors selon la direction de sortie.

Selon un exemple de réalisation, les boites collectrices sont situées sur des faces latérales du dispositif et sont traversées par les tubes chauds de sorte que ces derniers débouchent à l'intérieur des boites collectrices. Avantageusement, la boite collectrice d'entrée converge depuis une face d'entrée du dispositif vers une face de sortie du dispositif, la boite collectrice de sortie divergeant depuis la face d'entrée vers la face de sortie. Selon un aspect de l'invention, les tubes chauds sont configurés pour permettre la circulation d'un gaz et/ou le circuit froid est configuré pour permettre la circulation d'un liquide.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter, accompagnée des dessins joints parmi lesquels :

- la figure 1 illustre en perspective un exemple de réalisation du dispositif selon l'invention,

- la figure 2 illustre en perspective et de manière partielle le dispositif de la figure 1 .

Comme illustré aux figures 1 et 2, l'invention concerne un dispositif thermo électrique 10, comprenant un premier circuit 1 , dit chaud, apte à permettre la circulation d'un premier fluide, notamment des gaz d'échappement d'un moteur, et un deuxième circuit 2, dit froid, apte à permettre la circulation d'un deuxième fluide, notamment un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement, de température inférieure à celle du premier fluide. Le circuit chaud 1 comprend ici des tubes 8, dits chauds, pour la circulation du fluide chaud. Le dispositif comprend également des éléments 3, dits thermo électriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température généré par le premier et le deuxième circuit. Il s'agit, par exemple, d'éléments de forme sensiblement parallélépipédiques générant un courant électrique, selon l'effet Seebeck, lorsqu'ils sont soumis audit gradient entre deux de leurs faces opposées 4a, 4b, dites faces actives. De tels éléments permettent la création d'un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces actives 4a, 4b. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellure (Bi ₂ Te ₃ ) ou de Cérium, de Cobalt, de Fer et d'Antimoine (Ce _y Co _x Fe _4x Sbi2) ou de Plomb et de Tellure (PbTe) ou de Silicium et de Germanium (SiGe).

Le dispositif 10 comprend un faisceau se présentant, par exemple, sous une forme sensiblement parallélépipédique de sorte qu'il comprend six faces. Il comprend ainsi une face d'entrée 21 située du coté d'une entrée du premier fluide dans le dispositif 10, une face de sortie 22 située du coté d'une sortie du premier fluide du dispositif et opposée à la face d'entrée 21 , une première face latérale 23 et une deuxième face latérale 24 opposées entre elles par rapport au circuit chaud 1 et reliant la face d'entrée 21 à la face de sortie 22, un face supérieure 25 et une face inférieure (non visible) opposées entre elles et reliant la face d'entrée 21 à la face de sortie 22 et la première face latérale 23 à la deuxième face latérale 24. Les six faces 21 , 22, 23, 24, 25 du dispositif 10 définissent entre elle un volume interne à l'intérieur duquel se trouve le circuit chaud 1 , le circuit froid 2 et les thermo éléments 3.

On définit une première direction L dans le sens d'une longueur du dispositif 10, c'est-à-dire une direction perpendiculaire aux faces d'entrée 21 et de sortie 22, une deuxième direction I dans le sens de la largeur du dispositif 10, c'est-à-dire perpendiculaire aux première et deuxième faces latérales 23, 24, et une troisième direction H dans le sens de la hauteur du dispositif 10, c'est-à-dire perpendiculaire à la face inférieure et à la face supérieure 25. Les première, deuxième et troisième directions L, I, H sont donc ici perpendiculaires entre elles.

Selon l'invention, les tubes chauds 8 comprennent une longueur inférieure ou égale à 150 mm, en particulier la longueur des tubes chauds 8 est inférieure à une limite sensiblement égale à 100 mm. Le premier fluide parcourt alors moins que 150 mm, par exemple moins que 100 mm, entre une entrée et une sortie des tubes chauds 8. Les tubes chauds 8 s'étendent ici entre la première face latérale 23 et la deuxième face latérale 24, c'est-à-dire que leur longueur se mesure selon la deuxième direction I.

Le dispositif 10 comprend également des ailettes 5, ici en relation d'échange thermique avec le circuit froid 2. Un gradient de température est ainsi assuré entre lesdites ailettes 5 et le circuit chaud 1 . Lesdits thermo éléments 3 sont ici en contact avec les ailettes 5 au niveau, notamment, de leurs faces actives 4a, 4b. Autrement dit les éléments thermo électriques sont disposés entre les ailettes 5 et le circuit chaud 1 de manière à être en contact avec les ailettes 5 et le tubes chauds 8. On assure ainsi une génération de courant par les éléments thermo électriques 3.

Les thermo éléments 3 sont choisis de façon à avoir une efficacité électrique optimale lorsque le gradient de température entre les tubes chauds 8 et les ailettes 5 est situé entre une première température et une deuxième température supérieure à la première température. On comprend ici que les performances électriques des thermo éléments augmentent lorsque le gradient de température augmente pour atteindre un optimum avant de décroître lorsque le gradient de température continue d'augmenter.

Le fait de munir le dispositif 10 de tubes selon l'invention, c'est-à-dire de tubes de faible longueur, permet de restreindre la différence, entre deux extrémités des tubes, du gradient de température entre le circuit chaud 1 et le circuit froid 2. Avec cette différence restreinte, le gradient de température entre le circuit chaud 1 et le circuit froid 2 pourra rester au plus près de l'optimum d'efficacité des thermo éléments, et cela tout le long des tubes chauds 8. Le gradient de température entre le circuit chaud 1 et le circuit froid 2 sera, par exemple, situé d'un coté de l'optimum d'efficacité électrique du thermo éléments 3 au niveau d'une entrée des tubes chaud 8 alors qu'il sera situé de l'autre coté de cet optimum au niveau de la sortie des tubes chauds 8. On peut de la sorte choisir de maintenir une efficacité importante, par exemple supérieur à 80% de l'optimum, d'un même thermo éléments 3 dans le dispositif 10 quelque soit sa disposition le long des tubes chauds 8.

Par exemple, grâce à l'invention, on choisit de conserver un gradient de température entre le circuit chaud 1 et le circuit froid 2, qui ne varie pas beaucoup entre les entrées des tubes chauds 8 et leur sortie, notamment de pas plus de 200 degrés.

Les ailettes présentant deux grandes surfaces 7a, 7b opposées planes et permettant d'établir un contact surfacique entre l'une desdites grandes surfaces 7a, 7b et les éléments thermo électrique 3 au niveau de la ou de leurs faces actives opposées 4a. Par ailleurs, lesdites ailettes 5 peuvent présenter des pistes (non représentée) de conduction du courant généré par lesdits éléments thermo électriques 3. On pourra ainsi conduire le courant, selon toute topologie de circuit voulue, à la surface des ailettes 5 en regroupant les pistes en série et/ou en parallèle. De telles pistes peuvent également être prévues sur les tubes chauds 8 afin de remplir la même fonction que celle présentes sur le circuit froid 2.

Lesdites pistes pourront se prolonger jusqu'à la périphérie des ailettes 5 et/ou des tubes chauds 8 pour former des bornes de connexion qui autoriseront, par exemple, un branchement de connecteurs électriques prévus entre certaines au moins desdites ailettes 5. On permet de la sorte une mise au même potentiel des ailettes présentant lesdites bornes ou, plus précisément, des éléments thermo électriques en contact avec les pistes desdites ailettes reliées auxdites bornes. On peut également noter que lesdites ailettes 5 sont ici associées par paire, un matériau compressible pouvant prévu entre les ailettes d'une même paire. On peut ainsi assurer une absorption du stress mécanique généré par la dilatation des circuits chaud et/ou froid au niveau dudit matériau. Lesdits tubes chauds 8 sont, par exemple, des tubes plats, c'est-à-dire, des tubes de section sensiblement rectangulaire comprenant deux grandes faces opposées parallèles sur laquelle sont disposés les éléments thermo électriques 3 par l'une de leur face active 4a, 4b. Ils sont configurés pour permettre la circulation de gaz d'échappement et sont, notamment, en acier inoxydable. Ils sont formés, par exemple, par profilage, soudage et/ou brasage. Ils pourront présenter une pluralité de canaux de passage du premier fluide, séparés par des cloisons reliant les faces planes opposées des tubes.

Le circuit froid 2 comprend, par exemple, des tubes 9, dits froids, pour la circulation du fluide froid, notamment un liquide. Les ailettes 5 sont prévues en relation d'échange thermique avec les tubes froids 9. Les ailettes 5 sont ici traversées par les tubes froids 9. Les ailettes 5 présentent, par exemple, des orifices 12 pour le passage des tubes froids 9. Lesdits tubes froids 9 sont, par exemple, en aluminium ou en cuivre et présentent une section ronde et/ou ovale. Les tubes froids 9 s'étendent, par exemple, selon la première direction L, c'est-à-dire qu'ils s'étendent de la face d'entrée 21 à la face de sortie 22. Les tubes chauds 8 s'étendent ainsi de manière sensiblement perpendiculaire aux tubes froids 9 et de manière sensiblement parallèle aux ailettes 5.

Le contact entre les tubes froids 9 et les ailettes froides 5 est réalisé, par exemple, par une expansion de la matière des tubes froids 9 comme dans les échangeurs de chaleur connus sous le nom d'échangeurs mécaniques dans le domaine des échangeurs de chaleur pour les véhicules automobile.

Le dispositif comprend plusieurs rangées de tubes chauds 8 superposées parallèlement selon la première direction L. Les rangées de tubes chauds sont ainsi superposées de la face d'entrée 21 à la face de sortie 22. Les tubes chauds 8 d'une même rangée sont ici disposés parallèlement entre eux et s'étendent selon la deuxième direction I. On dispose les ailettes 5 entre chaque rangée de tube chaud, parallèlement à celle-ci, c'est-à-dire que les ailettes 5 sont superposées de manière alternée avec les rangées de tubes chauds 8 selon la première direction L.

Cette configuration permet ainsi d'avoir les tubes chauds 8 plus courts que les tubes froids 9. On pourra également disposer plus de tubes chauds 8 que de tubes froids 9 dans le dispositif 10.

Le dispositif 10 comprend également plusieurs rangs de tubes froids 9 superposés parallèlement les uns aux autres selon la troisième direction H. Les rangs de tubes froids 9 sont ainsi superposés de la face inférieure à la face supérieure 25 du dispositif 10. Les tubes froids 9 d'un même rang sont ici disposés parallèlement entre eux.

On appelle rang de tubes chauds 8 les tubes chauds 8 situées au même niveau selon la direction H et appartenant à des rangées de tubes chauds 8 différentes. Ainsi, les rangs de tubes chauds 8 sont superposés parallèlement les uns aux autres dans la troisième direction H, c'est-à-dire entre la face inférieure et la face supérieure 25 du dispositif 10. Les rangs de tubes chauds 8 sont ici superposés de manière alternée avec les rangs de tubes froids selon la troisième direction H. Les tubes froids 9 pourront également être positionnés, parallèle les uns aux autres, en rangées situées dans des plans parallèles aux directions L et H. Les rangées de tubes froids sont donc orthogonales aux tubes chauds. On constate alors que le nombre de rangées de tubes chauds 8 (selon I, H) est supérieure au nombre de rangées de tubes froids 9 (selon L, H). Cela étant, les tubes chauds et les tubes froids pourront aussi être inclinés les uns par rapport aux autres pour favoriser l'écoulement du liquide chaud et/ou froid. Le dispositif 10 comprend également une boite collectrice d'entrée 30 du premier fluide et une boite collectrice de sortie 31 du premier fluide. Les boites collectrices d'entrée et de sortie 30, 31 , possèdent chacune un collecteur (non visible) et un couvercle respectivement d'entrées et de sorties. Les collecteurs sont ici des plaques, disposées sur les faces latérales du dispositif 10 et de dimensions sensiblement identiques à ces dernières. Ce sont les collecteurs des boites collectrices d'entrée 30 et de sortie 31 qui sont traversés par les extrémités des tubes chauds 8. Les tubes chauds 8 s'étendent ainsi transversalement aux collecteurs, en particulier perpendiculairement aux collecteurs. La boite collectrice d'entrée est située au niveau de la première face latérale

23 du dispositif 30. Elle possède une ouverture d'entrée 33 définissant l'entrée du dispositif 10 par laquelle le fluide entre dans le dispositif 30. Elle guide le fluide chaud jusqu'aux entrées des tubes chauds 8. Une première extrémité des tubes chauds 8 pénètre ainsi la boite collectrice d'entrée 30 afin de déboucher à l'intérieur de celle-ci et de permettre au fluide d'entrer dans les tubes chauds. Un couvercle d'entrée 35 de la boite collectrice d'entrée 30 forme avec le collecteur d'entrée un volume interne à l'intérieur duquel le premier fluide circule depuis l'ouverture d'entrée 33 jusqu'à l'entrée dans les tubes chauds 8. Le couvercle d'entrée 35 possède une première partie faisant saillie par rapport à la face d'entrée 21 du dispositif 10 qui s'étend selon la première direction L et une deuxième partie en vis-à-vis du collecteur d'entrée. L'ouverture d'entrée 33 se situe au niveau de la première partie. Ainsi le premier fluide circule dans la boite collectrice d'entrée 35 selon une direction d'entrée sensiblement parallèle à la première direction L. La première partie du couvercle d'entrée 35 diverge, selon la direction H, de l'ouverture d'entrée 33 vers la face d'entrée 21 du dispositif 10 alors que sa deuxième partie converge, selon la direction I, de la face d'entrée 21 vers la face de sortie 22 du dispositif 10.

De la même manière, la boite collectrice de sortie est située au niveau de la deuxième face latérale 24 du dispositif 30. Elle possède une ouverture de sortie 34 définissant une sortie du dispositif 10 par laquelle le fluide sort du dispositif 30. Une deuxième extrémité des tubes chauds 8 pénètre la boite collectrice de sortie 31 afin de déboucher à l'intérieur de celle-ci et de permettre au fluide de sortir des tubes chauds 8. La boite collectrice de sortie guide ensuite le premier fluide jusqu'à l'ouverture de sortie 34 afin qu'il sorte du dispositif 10. Le couvercle de sortie 36 de la boite collectrice de sortie 31 forme avec le collecteur de sortie un volume interne à l'intérieur duquel le premier fluide circule depuis la sortie des tubes chauds 8 jusqu'à l'ouverture de sortie 34.

Le couvercle de sortie 36 possède une première partie faisant saillie par rapport à la face de sortie 22 du dispositif 10 qui s'étend selon la première direction L et une deuxième partie en vis-à-vis du collecteur de sortie. L'ouverture de sortie 34 se situe au niveau de la première partie. Ainsi le premier fluide circule dans la boite collectrice de sortie 36 selon une direction de sortie sensiblement parallèle à la première direction L. La première partie du couvercle de sortie 36 diverge, selon la direction H, de l'ouverture de sortie 34 vers la face de sortie 22 du dispositif 10 alors que sa deuxième partie diverge, selon la direction I de la face d'entrée 21 vers la face de sortie 22 du dispositif 10.

Comme déjà dit, les tubes chauds 8 s'étendent ici transversalement à la direction d'entrée et à la direction de sortie. Ils défléchissent de la sorte la circulation du premier fluide dans le dispositif 10 représentée par la flèche référencée 40. La circulation du premier fluide 40 possède alors un parcourt en forme de S entre l'ouverture d'entrée 33 et l'ouverture de sortie 34. La boite collectrice d'entrée 30 représente ici une première branche du S, les tubes chauds 8 une branche centrale du S et la boite collectrice de sortie 31 une troisième branche du S. On pourra noter que l'utilisation d'un liquide comme fluide froid permet d'éviter les déperditions de chaleur le long des tubes froids.

On décrit dans la suite un procédé de fabrication d'un dispositif conforme à l'invention. Selon un tel procédé, on prévoit une étape dans laquelle les éléments thermo électriques sont d'abord assemblés avec les tubes chauds 8 puis sont ensuite assemblés avec les ailettes 5, après empilement de ceux-ci. Les tubes froids 9 sont alors assemblés dans les ailettes 5. Les tubes chauds 8 sont ensuite reliés aux boites collectrices.