La présente invention concerne un module thermo électrique, notamment destiné à faire partie d'un échangeur de chaleur.

Il a déjà été proposé des modules 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 modules comprennent un faisceau formé d'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 modules 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.

D'autres sources de chaleur perdue existent sur les véhicules à motorisation thermique ainsi que d'autres sources de refroidissement, comme par exemple l'air arrivant en face avant du véhicule. Cependant, les modules thermo électriques existants ne sont pas adaptés à ces fluides, en particulier à capter des frigories provenant de l'air. L'invention vise donc à améliorer la situation.

L'invention concerne un module thermo électrique, notamment pour véhicule automobile, comprenant des éléments thermo électriques permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température et un dispositif d'échange de chaleur destiné à être traversé par un fluide, ledit dispositif comprenant une première face, en relation d'échange thermique avec une première série desdits éléments thermo électriques, une deuxième face, en relation d'échange thermique avec une deuxième série desdits éléments thermo électriques, et un moyen d'échange de chaleur avec le fluide, en relation d'échange thermique avec lesdites première et deuxième faces.

L'invention permet ainsi, dans un encombrement limité, d'optimiser le contact entre les éléments thermo électriques et l'une des sources, chaude ou froide, définie par ledit fluide. On favorise de la sorte l'obtention d'un gradient de température le plus grand, voire le plus constant possible.

Selon un exemple de réalisation de l'invention, ledit moyen d'échange de chaleur comprend une zone destinée à être en contact avec le fluide de surface très supérieure à celle de ladite première face et/ou de ladite deuxième face. On entend ici par très supérieure une surface au moins cinq fois plus grande et notamment dix fois plus grande. Cette surface permet d'améliorer l'échange de chaleur entre le module de l'invention et le fluide le traversant, notamment la captation de frigories. Selon un aspect de l'invention, ledit dispositif d'échange de chaleur comprend une première ailette comportant ladite première face, et/ou une deuxième ailette comprenant ladite deuxième face. La première et/ou la deuxième ailettes comprennent une partie en relation d'échange thermique avec le moyen d'échange de chaleur d'un premier coté et avec les éléments thermo électriques d'un deuxième coté, opposé au premier coté.

Avantageusement, lesdites première et deuxième ailettes sont parallèles entre elles. Selon un exemple de réalisation de l'invention, ledit moyen d'échange de chaleur est rapporté entre ladite première ailette et ladite deuxième ailette. Ledit moyen d'échange est, notamment, brasé à ladite première ailette et à ladite deuxième ailette. Selon un aspect de l'invention, ledit moyen d'échange de chaleur est destiné à perturber l'écoulement du fluide. La perturbation du fluide améliore l'échange de chaleur, notamment, la captation de frigories. Avantageusement, ledit moyen d'échange de chaleur comprend un intercalaire. Dans le prolongement de ce qui a déjà été dit plus haut, l'intercalaire présente, notamment, une surface destinée à être en contact avec le fluide très supérieure à la surface des ailettes en contact avec les éléments thermo électriques. Selon un aspect de l'invention, l'intercalaire comprend des ondulations.

Selon un exemple de réalisation, l'intercalaire comprend des moyens de perturbations de l'écoulement du fluide. Avantageusement, lesdits moyens de perturbations de l'écoulement du fluide comprennent des persiennes.

Selon un aspect de l'invention, ledit moyen d'échange de chaleur se présente sous la forme d'un perturbateur, dit « offset ». Autrement dit, il comprend des bandes de matière ondulées, disposées parallèlement les unes par rapport aux autres selon une direction d'extension du perturbateur, lesdites bandes étant décalées les unes par rapport aux autres selon ladite direction de manière à ménager des passages pour ledit fluide d'une ondulation de l'une des bandes à une ondulation d'une bande voisine. Les ondulations sont ainsi décalées les unes par rapport aux autres, ce qui perturbe l'écoulement du fluide afin d'améliorer l'échange de chaleur. Selon un exemple de réalisation de l'invention, ledit module comprend des tubes chauds et des ailettes chaudes en relation d'échange thermique avec lesdits tubes chauds et une face active desdits éléments thermo électriques.

Avantageusement, lesdits dispositifs d'échange de chaleur sont configurés pour faire un écran thermique protégeant lesdites ailettes chaudes. Ce sont, notamment, ladite première et/ou deuxième ailettes qui sont configurées pour faire un écran thermique protégeant lesdites ailettes chaudes. Selon un exemple de réalisation, la première et/ou la deuxième faces ont une direction d'extension longitudinale et sont traversées par les tubes chauds, ledit module comprenant des moyens d'échange de chaleur distincts entre deux desdits tubes chauds distant l'un de l'autre selon la direction d'extension longitudinale et deux autres desdits tubes chauds, distant l'un de l'autre selon ladite direction d'extension longitudinale.

L'invention concerne aussi un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comprenant un module thermo électrique tel que défini précédemment.

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 a illustre de façon schématique, en perspective, un premier exemple de réalisation d'un échangeur comprenant un module thermo électrique selon l'invention, - la figure 1 b illustre de façon schématique, en perspective, un second exemple de réalisation de l'échangeur selon l'invention,

- la figure 2 illustre en perspective, une partie du module thermo électrique selon l'invention et

- la figure 3 illustre en perspective, une partie du module thermo électrique de la figure 2, certaines des pièces ayant été omises.

Comme illustré à la figure 1 a, l'invention concerne un échangeur de chaleur, notamment pour véhicule automobile, comprenant un faisceau 1 permettant, selon une première fonction, un échange de chaleur entre un premier fluide, dit chaud et un second fluide, dit froid. L'échangeur conforme à l'invention est ainsi destiné à accueillir en entrée deux fluides, le premier, à savoir le fluide chaud, présentant une température plus élevée que le second, à savoir le fluide froid. Le fluide chaud pourra être le fluide de refroidissement d'une boucle de refroidissement du moteur du véhicule et le fluide froid un flux d'air ambiant provenant de la face avant du véhicule, à travers sa calandre. D'autres types de fluides sont cependant envisageables, notamment d'autre types de fluide chauds. Il pourra s'agir, en particulier, de fluides chauds dont le circuit passe par la face avant du véhicule pour permettre leur refroidissement et/ou un changement de phase.

L'échangeur est configuré, notamment, pour que le fluide chaud traverse l'échangeur dans une première direction, illustré par la flèche repérée 3, et que le fluide froid traverse l'échangeur dans une seconde direction, illustrée par la flèche repérée 2, notamment sensiblement perpendiculaire à la première direction 3. Il est muni de boîtes collectrices 4 pour distribuer le liquide chaud dans le faisceau 1 et/ou pour collecter ledit fluide chaud sortant dudit faisceau 1 .

Les boîtes collectrices permettent ici une circulation du fluide chaud en U. La boîte collectrice supérieure 4 présente une cloison interne, non visible, divisant la boîte en deux parties, chacune munie d'une tubulure d'entrée/sortie du fluide chaud. Le fluide chaud pénètre ainsi dans une première partie de la boîte collectrice supérieure par la tubulure d'entrée, il parcourt le faisceau selon la direction 3, vers le bas, sur une première partie du faisceau, il est collecté par la boîte collectrice inférieure 4 et distribué dans l'autre partie du faisceau qu'il parcourt vers le haut, selon la direction 3, il est enfin collecté par la seconde partie de la boîte collectrice supérieure 4 et sort de l'échangeur par sa tubulure de sortie.

Le faisceau présente, par exemple, une forme globalement parallélépipédique. Les boîtes collectrices 4 sont situées sur deux côtés opposés du parallélogramme. Le faisceau présente deux premières faces 5, opposées, et deux secondes faces 6, opposées, reliant les boîtes 4. L'échangeur est configuré pour que le flux de fluide froid soit perpendiculaire aux premières faces 5. La dimension du faisceau selon la direction 2 du flux de fluide froid, à savoir sa profondeur est, par exemple, inférieure aux autres dimensions du faisceau, à savoir sa largeur et sa hauteur, c'est-à-dire aux dimensions des premières faces 5. Un échangeur ainsi configuré est destiné, par exemple, à être situé en face avant du véhicule. Il pourra cependant être placé en d'autres localisations du véhicule. De même les échangeurs conformes à l'invention pourront présenter d'autres configurations tout en restant destinés à être situés en face avant de véhicule.

L'échangeur comprend des éléments thermo électriques (référencé 15 sur les figures 2 et 3) permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température. 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, dites faces actives. De tels éléments permettent la création d'un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites faces actives. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi ₂ Te ₃ ).

Ici, le faisceau comprend une première zone 7 configurée pour permettre ledit échange de chaleur entre le fluide chaud et le fluide froid et une seconde zone 8 configurée pour permettre la génération dudit courant électrique. On dispose ainsi d'un échangeur réalisant à la fois une fonction classique d'échange de chaleur, le fluide froid refroidissant le fluide chaud et le fluide chaud réchauffant le fluide froid, dans la première zone 7, et une conversion de chaleur en courant électrique, dans la second zone 8. Selon un premier mode de réalisation, illustré à la figure 1 a, la seconde zone

8 est de préférence prévue dans la partie du faisceau 1 reliée à la boîte collectrice 4 comprenant les tubulures d'entrée/sortie, ici la boîte collectrice supérieure 4.

Selon un second mode de réalisation, illustré à la figure 1 b, la première zone 7 et la seconde zone 8 sont prévues en parallèles selon le sens de circulation du fluide chaud. Dans cet exemple de réalisation, le fluide entre par une des boîtes collectrices 4 et sort par l'autre des boîtes collectrices 4. En variante, non illustrée, ledit échangeur est entièrement dédié à une conversion de chaleur en courant électrique. Il est alors configuré pour maintenir le gradient de température entre le fluide chaud et le fluide froid plutôt que pour le réduire.

L'échangeur de chaleur comprend un module thermo électrique 10, conforme à l'invention, situé au niveau de la seconde zone de l'échangeur de chaleur.

Comme illustré aux figures 2 et 3, ledit module thermo électrique comprend les éléments thermo électriques 15 et un dispositif d'échange de chaleur 20 destiné à être traversé par le fluide froid. Ce dispositif 20 comprend une première face 21 en relation d'échange thermique avec une première série desdits éléments thermo électriques 15, une deuxième face 22, en relation d'échange thermique avec une deuxième série desdits éléments thermo électriques 15 et un moyen d'échange de chaleur 25 avec le fluide froid, en relation d'échange thermique avec lesdites première et deuxième faces 21 , 22. Le moyen d'échange de chaleur 25 assure un large contact avec le fluide froid et favorise le maintient d'un gradient de température au niveau des éléments thermo électriques 15 par l'intermédiaire des première et deuxième faces 21 , 22.

Les première et deuxième faces 21 , 22 ont une direction d'extension longitudinale D et sont traversées par des tubes chauds 30 sans être en relation thermique avec ces derniers. Les tubes chauds 30 sont, par exemple, de forme oblongue, parallèles entre eux et permettent le passage du fluide chaud. Ils débouchent par chacune de leurs extrémités dans les boîtes collectrices, par l'intermédiaire d'orifices de passage prévus sur celles-ci, par exemple au niveau de plaques collectrices desdites boîtes. L'échangeur comprend des moyens d'échange de chaleur 25 distincts entre deux tubes chauds 30 adjacent selon la direction d'extension longitudinale desdites première et deuxième face.

Les tubes chauds 30 sont en relation d'échange thermique avec des ailettes chaude 33 prévues planes, s'étendant perpendiculairement aux tubes chauds 30 et traversées par ces derniers. Les ailettes chaudes 33 sont maintenues sur les tubes chauds 30, par exemple, par sertissage. Les dispositifs 20 d'échange de chaleur selon l'invention s'étendent parallèlement aux ailettes chaudes 33, c'est-à-dire ici perpendiculairement aux tubes chauds 30. Les ailettes chaudes 33 s'étendent ainsi entre deux dispositifs 20 d'échange de chaleur adjacents. Une première face des ailettes chaude 33 est en vis-à-vis de la première face 21 d'un premier dispositif 20 et une deuxième face des ailettes chaudes 33, située à l'opposée de la première face des ailettes chaudes 33 est située en vis-à-vis de la deuxième face 22 d'un deuxième dispositif 20 adjacent au premier. La même ailette chaude 33 peut ainsi être en relation d'échange thermique avec une première série d'éléments thermo électriques 1 5 située entre la première face de l'ailette chaude 33 et la première face 21 d'un premier dispositif 20, et avec une deuxième série d'éléments thermo électriques 1 5, située entre la deuxième face de l'ailette chaude 33 et la deuxième face 22 d'un deuxième dispositif 20 adjacent au premier.

Autrement dit, la première face 21 du dispositif 20 est située en vis-à-vis d'une première ailette chaude 33 et une première série d'élément thermo électriques 1 5 est disposée entre la première face 21 et l'ailette chaude 33. La deuxième face 22 du même dispositif 20 est située en vis-à-vis d'une autre ailette chaude 33, adjacente à la première, et une deuxième série d'élément thermo électriques 1 5 est disposée entre la deuxième face 22 du dispositif 20 et cette ailette chaude 33. Le moyen d'échange de chaleur 25 est situé entre la première face 21 et la deuxième face 22 afin, notamment, de leurs fournir les frigories issues du fluide froid. Les dispositifs 20 et les ailettes chaudes 33 sont ainsi empilés de manière alternée.

Il est prévu ici, entre les premières faces et les deuxièmes faces 21 , 22 et les éléments thermo électriques 1 5, une couche de substrat 50. Le substrat 50 reçoit, par exemple, les éléments thermo électriques 1 5. Le substrat 50 est constitué d'un matériau isolant électrique et conducteur thermique, afin de diffuser la chaleur aux éléments thermo électriques 1 5. C'est, notamment, par l'intermédiaire du substrat 50 que les premières et deuxièmes faces 21 , 22 sont en relation d'échange thermique avec les éléments thermo électriques 1 5. Il peut contenir des pistes électriques reliant en série et/ou en parallèle les éléments thermo électriques 15 entre eux. Un tel substrat 50 peut également être situé entre les ailettes chaudes 33 et les éléments thermo électriques 15. Le dispositif 20 d'échange de chaleur comprend ici des premières et deuxièmes ailettes 31 , 32 en relation d'échange thermique avec le fluide froid et les éléments thermo électriques 15. La première ailette 31 comprend la première face 21 du dispositif et une face opposée en contact avec le moyen d'échange de chaleur 25 et la deuxième ailette 32 comprend la deuxième face 22 du dispositif et une face opposée en contact avec le moyen d'échange de chaleur 25. Lesdites première et deuxième ailettes 31 , 32 sont parallèles entre elles et parallèle aux ailettes chaudes 33.

Le moyen d'échange de chaleur 25 est rapporté entre la première ailette 31 et la deuxième ailette 32. Il comprend une zone destinée à être en contact avec le fluide froid de surface très supérieure à celle de ladite première face 21 et/ou de ladite deuxième face 22, notamment au moins cinq fois supérieur. Il est destiné à perturber l'écoulement du fluide froid lorsque ce dernier traverse le dispositif 20 afin d'améliorer l'échange de chaleur entre le fluide froid et le dispositif 20.

Le moyen d'échange de chaleur 25 comprend ici un intercalaire 40 et notamment, plusieurs intercalaires 40. Les intercalaires 40, prévues ondulés, c'est-à- dire comprenant des ondulations, sont disposés entre les premières et deuxièmes faces 21 , 22. Autrement dit, ils sont ici disposés entre les premières et deuxièmes ailettes 31 , 32, et sont, par exemple, au contact de celles-ci par les sommets de leurs ondulations. Le module thermo électrique 10 de l'invention est configuré pour que le flux de fluide froid passe entre les plis des ondulations des intercalaires 40. Plus particulièrement, lesdits intercalaires 40 sont orientés de manière à ce que les sommets de leurs ondulations s'étendent selon une direction orthogonale à la direction d'extension longitudinale des tubes 30 et des ailettes 31 , 32, 33. Les intercalaires 40 sont, par exemple, assemblés par brasage aux premières et deuxièmes ailettes 31 , 32. Selon un mode de réalisation illustré aux figures 2 et 3 l'intercalaire 40 comprend des moyens 45 de perturbations de l'écoulement du fluide. Ces moyens 45 de perturbations de l'écoulement du fluide comprennent ici des persiennes 46, prévues au niveau des plis reliant les sommets des ondulations. Les persiennes 46 sont des fentes permettant de faire passer le flux du fluide froid d'une ondulation à l'autre dans le but, notamment, d'augmenter le parcours du fluide froid pour traverser le dispositif 20 et d'augmenter l'échange de chaleur avec l'intercalaire 40.

L'intercalaire 40 peut être divisé en deux nappes distinctes, s'étendant parallèlement entre elles dans le sens de la direction d'extension longitudinale D des premières et deuxièmes faces 21 , 22. Une première des deux nappes est située au niveau de l'entrée du fluide froid dans le dispositif 20 alors que la deuxième des deux nappes est située au niveau de la sortie du fluide froid du dispositif 20. Selon un exemple de réalisation de l'invention non illustré, ledit moyen d'échange de chaleur 25 est réalisé sous la forme de perturbateur, dits « offset », comprenant des bandes de matière ondulées, disposées parallèlement les unes par rapport aux autres selon une direction d'extension, par exemple la direction d'extension longitudinale D des premières et deuxièmes faces 21 , 22. Ces bandes sont décalées les unes par rapport aux autres selon la direction d'extension de manière à ménager des passages pour le fluide froid d'une ondulation de l'une des bandes à une ondulation d'une bande voisine. On crée de la sorte un décalage de matière entre deux ondulations dans le but de perturber le flux du fluide froid et d'améliorer ainsi l'échange de chaleur.

Selon un aspect de l'invention, les dispositifs 20 d'échange de chaleur sont configurés pour faire un écran thermique 36 protégeant les ailettes chaudes 33. Ce sont en particulier les premières et deuxièmes ailettes 31 , 32 qui sont configurées pour faire un écran thermique 36 protégeant les ailettes chaudes 33.

Les premières et deuxièmes ailettes 31 , 32 comprennent, par exemple, des bords périphériques 37 relevés dans le sens des premières et deuxièmes faces 21 , 22. Ainsi, le bord périphérique relevé 37 d'une première ailette 31 d'un premier dispositif 20 se retrouve en vis-à-vis du bord périphérique relevé 37 d'une deuxième ailette 32 d'un deuxième dispositif 20 adjacent au premier dispositif de sorte que l'un des bords périphériques relevés 37 vient en contact avec l'autre et/ou chevaucher l'autre. Ce chevauchement permet d'éviter au fluide froid d'entrer en contact avec les ailettes chaudes 33. Les bords périphériques relevés 37 guident le fluide froid vers l'intérieur du dispositif 20, c'est-à-dire entre les premières et deuxièmes faces 21 , 22, de sorte qu'il passe par le moyen d'échange de chaleur 25. Autrement dit, les bords périphériques relevés 37 viennent coiffer les bords des ailettes chaudes 33.

De manière générale, par ailette, on entend un élément présentant deux grandes surfaces opposées planes et d'épaisseur très inférieure à sa largeur et à sa longueur, permettant d'établir un contact surfacique entre lesdites grandes surfaces et les éléments thermo électriques 15 au niveau de la ou de leurs faces actives. Les ailettes sont formées, par exemple, en aluminium et/ou alliage d'aluminium.