Brevet FR2868471A1 — publié le 20051007

SYSTEME DE RECUPERATION DE CHALEUR DE GAZ D'ECHAPPEMENT La présente invention concerne un système de récupération de chaleur d'échappement qui est disposé dans un conduit d'échappement d'un moteur à combustion interne dans une automobile, pour récupérer la chaleur d'échappement transportée par des gaz d'échappement. Le rendement énergétique d'une automobile équipée par exemple d'un moteur à essence est faible et de l'ordre de 15 à 20%. L'un des principaux facteurs qui réduisent le rapport de rendement énergétique tient à ce qu'une grande partie de l'énergie thermique est emportée avec des gaz d'échappement. Pour faire face à ceci, on a proposé de façon classique des techniques pour améliorer le rapport de rendement énergétique total en utilisant fortement la chaleur d'échappement transportée par les gaz d'échappement (voir par exemple la Publication de Brevet Japonais Non Examinée n 2000-286469). Dans la technique classique, il est proposé un système de récupération de chaleur d'échappement dans lequel des thermoéléments qui peuvent convertir une différence de température en électricité (ou produire de l'électricité) sont disposés dans un passage d'échappement. Cependant, le rapport de rendement de récupération d'énergie du système de récupération de chaleur d'échappement conforme à la technique classique n'est pas satisfaisant, et par conséquent on a souhaité le développement de nouveaux systèmes de récupération de chaleur d'échappement qui peuvent augmenter le rapport de rendement de récupération d'énergie. La présente invention a été faite en vue du problème inhérent aux techniques classiques, et un but de celle-ci est de procurer un système de récupération de chaleur d'échappement qui est capable de récupérer efficacement de la chaleur d'échappement transportée par des gaz d'échappement évacués d'un moteur à combustion interne. La présente invention procure un système de récupération de chaleur de gaz d'échappement ayant un conduit d'échappement qui per-met le passage à travers lui de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, et un module thermoélectrique disposé dans le conduit d'échappement, le module thermoélectrique ayant: une partie de tuyau d'échappement qui est un espace pour per- mettre le passage des gaz d'échappement à travers lui, des semiconducteurs de type p et des semiconducteurs de type n qui constituent conjointement des thermoéléments pour convertir en électricité une différence de température entre des parties d'extrémité du côté de température élevée et des parties d'extrémité du côté de tempéra- ture basse, des parties d'échange de chaleur du côté de température basse disposées aux parties d'extrémité du côté de température basse, et des parties d'échange de chaleur du côté de température élevée disposées aux parties d'extrémité du côté de température élevée,qui se caractérise en ce que, dans le module thermoélectrique, les semiconducteurs de type n et les semiconducteurs de type p sont empilés en alternance dans une direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement, avec des or- ganes de support thermiquement isolants interposés entre eux, et sont connectés électriquement les uns aux autres, par l'intermédiaire de structures d'électrodes, aux parties d'extrémité du côté de température élevée et aux parties d'extrémité du côté de température basse. Le module thermoélectrique du système de récupération de cha- leur d'échappement conforme à la présente invention est tel que les semiconducteurs de type n et les semiconducteurs de type p sont empilés en alternance dans la direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement, avec les organes de support thermiquement isolants interposés entre eux. A cause de ceci, dans le module thermoélectrique, il est possi- ble d'éviter la convection d'air entre les parties d'extrémité du côté de température élevée et les parties d'extrémité du côté de température basse. Par conséquent, la différence de température entre les parties d'extrémité du côté de température élevée et les parties d'extrémité du côté de température basse peut être maintenue à une valeur élevée, ce qui permet d'améliorer davantage le rendement de récupération de cha- leur d'échappement. Ainsi, conformément à la présente invention, il est possible de procurer un système de récupération de chaleur d'échappement qui a des caractéristiques supérieures représentées par un rendement de récupération de chaleur d'échappement élevé et par une bonne fiabilité électrique. Comme décrit ci-dessus, le module thermoélectrique du système de récupération de chaleur d'échappement conforme à la présente invention a des thermoéléments pour convertir la différence de température en électricité. Il est possible d'utiliser comme thermoélément un thermoélément connu, constitué d'une combinaison d'un semiconducteur de type n et d'un semiconducteur de type p. De plus, il est préférable que les parties d'échange de chaleur du côté de température élevée et les parties d'échange de chaleur du côté de température basse présentent des formes d'ailettes qui ont une grande aire de surface. En outre, en ce qui concerne les organes de support thermiquement isolants, on peut utiliser par exemple des fibres de silice ou d'alumine, et d'autres types de matériaux d'isolation thermique. En outre, dans la partie de tuyau d'échappement, par exemple, une tubulure qui permet le passage de gaz d'échappement peut être disposée à proximité des parties d'échange de chaleur du côté de température élevée. En outre, les structures d'électrodes, qui connectent électrique- ment les semiconducteurs de type n aux semiconducteurs de type p aux parties d'extrémité du côté de température élevée et aux parties d'extrémité du côté de température basse, peuvent être disposées sur une sur-face de circonférence extérieure du module thermoélectrique qui constitue une structure empilée, ou peuvent être empilées respectivement entre les semiconducteurs de type p et les semiconducteurs de type n, parallèle-ment aux organes de support thermiquement isolants. En particulier, dans le cas où les structures d'électrodes sont empilées conjointement aux organes de support thermiquement isolants entre les semiconducteurs de type p et les semiconducteurs de type n, des contacts électriques avec les structures d'électrodes peuvent être établis sur les surfaces d'empilement des semiconducteurs respectifs, et par conséquent la fiabilité électrique peut être aisément assurée dans le module thermoélectrique. De plus, dans le module thermoélectrique, il est préférable que le thermoélément soit constitué d'une combinaison d'une multiplicité de thermoéléments séparés qui ont des valeurs différentes de températures de crête auxquelles on peut obtenir un rendement thermoélectrique maxi-mal, et que les semiconducteurs respectifs qui constituent les thermoélé- ments séparés ayant une température de crête supérieure soient disposés près de la partie de tuyau d'échappement. Dans ce cas, les caractéristiques des thermoéléments séparés respectifs peuvent se manifester plus efficacement en disposant près de la partie de tuyau d'échappement les semiconducteurs respectifs qui constituent les thermoéléments séparés ayant la température de crête supérieure, à laquelle on peut obtenir le rendement thermoélectrique maxi-mal, ce qui permet d'améliorer le rendement de récupération d'énergie. De plus, dans le module thermoélectrique, il est préférable que deux combinaisons, ou plus, du semiconducteur de type n et du semi-conducteur de type p soient empilées ensemble dans la direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement, et que l'arrangement des thermoéléments respectifs soit modifié de façon qu'un rapport (A/B) d'une épaisseur A dans une direction radiale des semiconducteurs respectifs, qui constituent un élément à température élevée qui est le thermoélément séparé ayant une température de crête la plus élevée, et d'une épaisseur B dans une direction radiale des semiconducteurs respectifs, qui constituent un élément à température basse ayant une température de crête la plus basse, devienne plus grand en direction d'un côté amont de la partie de tuyau d'échappement. Dans ce cas, le module thermoélectrique est tel que le rapport d'épaisseur radiale (A/B) des thermoéléments séparés respectifs soit modifié conformément à sa distribution de température, dans laquelle la température de gaz d'échappement devient plus élevée en direction d'un côté amont d'un écoulement de gaz d'échappement. Par conséquent, les thermoéléments séparés respectifs qui constituent le module thermoélectrique peuvent être utilisés dans des régions de température appropriées dans lesquelles un rendement élevé peut être obtenu, grâce à quoi il de-vient possible d'améliorer davantage le rendement de récupération de chaleur. De plus, il est préférable que le semiconducteur de type n, le semiconducteur de type p et l'organe de support thermiquement isolant soient respectivement réalisés avec une forme annulaire ayant un trou traversant formé dans une partie de circonférence intérieure de ceux-ci, et que la partie de tuyau d'échappement soit formée sur un côté de circonférence intérieure du semiconducteur de type n, du semiconducteur de type p et de l'organe de support thermiquement isolant qui sont empilés ensemble, d'une manière telle que les trous traversants respectifs communiquent les uns avec les autres. Dans ce cas, il est possible de réaliser une construction dans laquelle de la chaleur d'échappement transportée par des gaz d'échappe- ment s'écoulant à travers la partie de tuyau d'échappement, peut être transmise directement au thermoélément et, par conséquent, le système de récupération de chaleur d'échappement peut avoir un rendement de récupération d'énergie plus élevé. De plus, il est préférable que la structure d'électrode soit une 10 couche conductrice qui est disposée sur une partie d'une surface externe de l'organe de support thermiquement isolant. Dans ce cas, le semiconducteur de type p et le semiconducteur de type n, qui sont empilés de façon à être disposés face à face avec interposition des structures d'électrodes qui sont constituées des couches conductrices disposées sur les surfaces externes de l'organe de support thermiquement isolant, peuvent être connectés électriquement l'un à l'autre d'une manière très sûre. De plus, il est préférable que la structure d'électrode soit constituée de la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée et de la partie d'échange de chaleur du côté de température basse. Dans ce cas, un échange de chaleur efficace peut être réalisé au moyen des parties d'échange de chaleur respectives qui constituent la structure d'électrode pour connecter électriquement le semiconducteur de type n et le semiconducteur de type p, ce qui permet d'augmenter davan- tage le rendement de récupération de chaleur d'échappement. De plus, il est préférable que la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée fasse saillie à l'intérieur de la partie de tuyau d'échappement. Dans ce cas, l'échange de chaleur entre les gaz d'échappement et la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée est favorisé, ce qui permet d'augmenter le rendement de récupération de chaleur d'échappement du système de récupération de chaleur d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de réalisation préférés de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La suite de la description se réfère aux dessins annexés, dans lesquels: 2868471 6 La figure 1 est une vue explicative montrant un système de récupération de chaleur d'échappement (une partie indiquée par A) conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, qui est incorporé dans un conduit d'échappement d'un moteur à combustion interne; La figure 2 est une vue explicative montrant le système de récupération de chaleur d'échappement conforme au premier mode de réalisation; La figure 3 est une coupe partielle montrant un module thermoélectrique (une partie indiquée par B sur la figure 2) conforme au premier mode de réalisation; La figure 4 est une coupe agrandie montrant une structure en coupe, selon une direction longitudinale, du module thermoélectrique conforme au premier mode de réalisation; La figure 5 est une vue explicative montrant une structure empilée du module thermoélectrique conforme au premier mode de réalisation; La figure 6 est une coupe montrant des composants empilés qui constituent le module thermoélectrique conforme au premier mode de réalisation; La figure 7 est une coupe montrant des composants empilés qui constituent le module thermoélectrique conforme au premier mode de ré-20 alisation; La figure 8 est une coupe agrandie contrant une structure en coupe d'un autre module thermoélectrique conforme au premier mode de réalisation; La figure 9 est une coupe montrant aune forme en coupe d'un 25 module thermoélectrique supplémentaire conforme au premier mode de réalisation; La figure 10 est une coupe montrant une structure en coupe d'un module thermoélectrique conforme au premier mode de réalisation; La figure 11 est une coupe montrant un autre module thermoé-30 lectrique conforme au premier mode de réalisation; La figure 12 est une coupe montrant des semiconducteurs respectifs conformes à un second mode de réalisation de l'invention (la figure 12A montre un semiconducteur constituant un élément à température basse, et la figure 12B montre un semiconducteur constituant un élément à température élevée); La figure 13 est une coupe montrant un composant comprenant une combinaison du semiconducteur constituant l'élément à température basse et du semiconducteur constituant l'élément à température élevée, en conformité avec le second mode de réalisation; La figure 14 est une coupe partielle montrant un module thermoélectrique conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel le rapport d'épaisseur (A/B) de thermoéléments séparés est modifié le long de sa direction longitudinale; et La figure 15 est une coupe agrandie montrant une structure en coupe du module thermoélectrique conforme au troisième mode de réalisation. Premier Mode de Réalisation On décrira en référence aux figures 1 à 11 un système de récupération de chaleur d'échappement conforme à un premier mode de réalisation de l'invention. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le système de récupé- ration de chaleur d'échappement conforme au mode de réalisation a un conduit d'échappement 10 qui permet le passage de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne 6, et des modules thermoélectriques 2 qui sont disposés dans le conduit d'échappement 10. Comme représenté sur les figures 3 et 4, le module thermoélec- trique 2 comporte une partie de tuyau d'échappement 20 à travers la- quelle les gaz d'échappement peuvent passer, des semiconducteurs de type p, 3p, et des semiconducteurs de type n, 3n, qui constituent conjointement des thermoéléments 3 convertissant chacun en électricité une différence de température entre une partie d'extrémité à température élevée 21 et une partie d'extrémité à température basse 22, des parties d'échange de chaleur du côté de température basse 220 disposées aux parties d'extrémité du côté de température basse 22 du module thermoélectrique 2, et des parties d'échange de chaleur du côté de température élevée, 210, disposées aux parties d'extrémité du côté de température élevée 21 du module thermoélectrique 2. Dans le module thermoélectrique 2, les semiconducteurs de type n, 3n, et les semiconducteurs de type p, 3p, sont empilés en alternance dans une direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement 20, avec des organes thermiquement isolants 4 interposés entre eux. De plus, les semiconducteurs de type n, 3n, et les semiconducteurs de type p, 3p, sont connectés électriquement les uns aux autres par l'intermédiaire de structures d'électrodes 301, 302 aux parties d'extrémité du côté de température élevée 21 et aux parties d'extrémité du côté de température basse 22. On décrira ci-dessous les détails de la structure du module thermoélectrique 2. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le système de récupération de chaleur d'échappement 1 conforme au mode de réalisation est un système incorporé dans un conduit d'échappement 61 du moteur 6 d'une automobile et comprend, comme décrit ci-dessus, le conduit d'échappement 10 qui est raccordé au conduit d'échappement 61, et le module thermoélectrique 2. On notera que dans le système de récupération de chaleur d'échappement 1 conforme au mode de réalisation, une partie du conduit d'échappement 10 est constituée des parties de tuyau d'échappement 20 des modules thermoélectriques 2. Comme représenté sur les figures 3 à 5, le module thermoélec- trique 2 présente une structure empilée qui résulte de l'empilement en alternance des semiconducteurs de type n 3n ayant chacun pratiquement une forme semblable à une plaque plane annulaire, des semiconducteurs de type p 3p ayant chacun pratiquement une forme semblable à une plaque plane annulaire, et des organes de support thermiquement isolants 4 ayant chacun pratiquement une forme semblable à une plaque plane annulaire. Ensuite, la partie de tuyau d'échappement 20 est formée d'un côté de circonférence intérieure de l'élément thermoélectrique 2 pour per-mettre le passage de gaz d'échappement à travers elle. Dans le module thermoélectrique 2, une unité minimale d'un thermoélément 3 est formée grâce à une combinaison de l'organe de support thermiquement isolant 4 et de la structure d'électrode 301, 302 (dans ce mode de réalisation, les structures d'électrodes sont formées par un processus de pulvérisation cathodique, et par conséquent ces structures sont également décrites, au besoin, comme des couches de pulvérisation cathodique 301, 302) et du semiconducteur de type n, 3n, et du semi-conducteur de type p, 3p, qui sont empilés respectivement sur les côtés des organes de support thermiquement isolants 4. Ensuite, dans le module thermoélectrique 2 conforme au mode de réalisation, une multiplicité d'unités minimales résultant de la combinaison précitée sont empilées dans la direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement 20. L'organe de support thermiquement isolant 4 est d'un type dans lequel on donne pratiquement la forme semblable à une plaque plane an- nulaire à des fibres consistant en silice / alumine, ayant d'excellentes propriétés d'isolation électrique. Pour cet organe de support thermique- ment isolant 4, il existe un organe de support thermiquement isolant primaire 41 dans lequel la partie d'échange de chaleur du côté de tempéra- ture élevée, 210, formée d'un matériau consistant en cuivre ou acier inoxydable SVS, est ajustée sur un côté de circonférence intérieure de cet organe, et un organe de support thermiquement isolant secondaire, 42, dans lequel la partie d'échange de chaleur du côté de température basse, consistant en un matériau consistant en cuivre ou acier inoxydable SVS, est ajustée sur un côté de circonférence extérieure de cet organe. Ensuite, dans ce mode de réalisation, en ce qui concerne les structures d'électrodes 301, 302 pour connecter électriquement le semiconducteur de type n, 3n, et le semiconducteur de type p, 3p, des couches formées par pulvérisation cathodique (qu'on appelle ci-après, au besoin, couches de pulvérisation cathodique 301, 302) sont formées sur une partie de sur- faces externes des organes de support thermiquement isolants 41, 42. Dans l'organe de support thermiquement isolant primaire 41, la couche de pulvérisation cathodique 301 est formée le long de parties de bord de circonférence extérieure sur les deux faces et sur une surface de circonférence extérieure de celui-ci, par pulvérisation cathodique de platine, qui est un matériau conducteur, sur les parties respectives et la sur-face. De plus, dans l'organe de support thermiquement isolant secondaire, 42, la couche de pulvérisation cathodique 302 est formée le long de parties de bord de circonférence intérieure sur les deux faces et sur une surface de circonférence intérieure de celui-ci, par pulvérisation cathodique de platine, qui est un matériau conducteur, sur les parties respectives et la surface. Ici, les couches de pulvérisation cathodique 301, 302 qui sont formées sur les surfaces de circonférence intérieure et extérieure et une partie des faces des organes de support thermiquement isolants 4 respectifs fonctionnent, comme décrit ci-dessus, comme les structures d'électrodes qui connectent électriquement les semiconducteurs de type n, 3n, aux semiconducteurs de type p, 3p. La partie d'échange de chaleur du côté de température élevée, 210, est un organe qui présente une forme semblable à un anneau. En- suite, une forme de circonférence extérieure de celui-ci coïncide pratiquement avec une forme de circonférence intérieure de l'organe de sup- 2868471 10 port thermiquement isolant primaire 41, de façon que la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée, 210, puisse être ajustée dans l'organe de support thermiquement isolant primaire 41 du côté de la circonférence intérieure de ce dernier. De plus, une forme de circonférence intérieure de la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée, 210, est une forme dans laquelle une multiplicité de nervures 215, qui font saillie en direction d'un centre et qui ont respectivement la forme d'une arête qui s'étend dans la direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement 20, sont formées dans une direction de la circonfé- rence. Les nervures 215 fonctionnent comme des ailettes d'absorption de chaleur, contribuant à améliorer le rendement d'échange de chaleur. On notera qu'un catalyseur (non représenté) constitué de platine, de palladium et de rhodium peut être placé sur les surfaces des nervures 215 respectives sur la partie d'échange de chaleur du côté de tem- pérature élevée 210. Lorsque c'est le cas, de la chaleur correspondant à des températures plus élevées peut être absorbée sous l'effet du dégagement de chaleur se produisant lorsque des gaz d'échappement réagis- sent avec le catalyseur pour l'activation. De plus, la partie d'échange de chaleur du côté de température basse 220 est un organe qui présente une forme semblable à un carré dans lequel un trou sensiblement circulaire, qui coïncide sensiblement avec la forme externe de l'organe de support thermiquement isolant secondaire 42, est formé sur un côté de circonférence intérieure de cet organe, de façon que la partie d'échange de chaleur du côté de température basse 220 s'ajuste sur un côté de circonférence extérieure de l'organe de support thermiquement isolant secondaire 42. On notera que, dans ce mode de réalisation, pour éviter l'apparition d'un court-circuit électrique entre le semiconducteur de type n, 3n, et le semiconducteur de type p, 3p, qui sont empilés de façon mutuelle- ment adjacente avec interposition des parties d'échange de chaleur respectives, 210, 220, sur les surfaces externes des parties d'échange de chaleur respectives 210, 220, une couche d'alumine pulvérisée à la flamme (non représentée) est formée au moins sur les faces (surfaces d'empilement) de celles-ci dans le but d'assurer l'isolation électrique exi- gée, ainsi que pour maintenir la conductivité thermoélectrique. Comme représenté sur les figures 3 à 5, le module thermoélectrique 2 a une structure dans laquelle jusqu'à 46 ensembles comprenant 2868471 11 les organes de support thermiquement isolants secondaires 42 ayant les parties d'échange de chaleur du côté de température basse 220 qui sont ajustées sur leurs circonférences extérieures, les semiconducteurs de type p, 3p, les organes de support thermiquement isolants primaires 41 ayant les parties d'échange de chaleur du côté de température élevée 210 qui sont ajustées dans leurs circonférences intérieures, et les semi- conducteurs de type n, 3n, sont empilés ensemble tout en maintenant cet ordre d'empilement. Dans ce module thermoélectrique 2, les semiconducteurs 3p, 3n respectifs sont placés en contact avec la couche de pulvérisation cathodique 302 formée le long des parties de bord de circonférence intérieure et de la surface de circonférence intérieure de l'organe de support thermiquement isolant secondaire 42 adjacent, à ses parties d'extrémité du côté de température élevée, 21, et avec la couche de pulvérisation cathodique 301 formée le long des parties de bord de circonférence extérieure et de la surface de circonférence extérieure de l'organe de support thermique- ment isolant primaire 41 adjacent, qui se trouve sur un côté opposé à l'organe de support électriquement isolant secondaire 42 dans la direction d'empilement, à ses parties d'extrémité du côté de température basse. D'autre part, les propriétés d'isolation électrique sont assurées sur les parties des surfaces d'empilement des organes de support thermiquement isolants 4 respectifs où les couches de pulvérisation cathodique 301, 302 ne sont pas formées, ainsi que sur ses deux faces qui correspondent aux surfaces d'empilement des parties d'échange de chaleur 210, 220 respectives sur lesquelles les couches d'alumine pulvérisées à la flamme sont formées. Par conséquent, dans le module thermoélectrique 2, il est formé un chemin électrique unidirectionnel qui est dirigé de façon à traverser l'intérieur du semiconducteur de type p, 3p, grâce au contact électrique entre la couche de pulvérisation cathodique 302 de l'organe de support thermiquement isolant secondaire 42 et la partie d'extrémité du côté de température élevée 21 du semiconducteur de type p, 3p, puis à passer à travers l'intérieur du semiconducteur de type n, :3n, grâce au contact électrique entre la partie d'extrémité du côté de température basse 22 du se- miconducteur de type p, 3p, et la couche de pulvérisation cathodique 301 de l'organe de support thermiquement isolant primaire 41, et à atteindre la partie d'extrémité du côté de température élevée 21 du semiconducteur 2868471 12 de type p, 3p, suivant, grâce au contact électrique entre la partie d'extrémité du côté de température élevée 21 du semiconducteur de type n, 3n, et la couche de pulvérisation cathodique 302 de l'organe de support thermiquement isolant secondaire 42. En outre, comme représenté sur la figure 4, le thermoélément 3 conforme au mode de réalisation est constitué de deux thermoéléments séparés ayant des valeurs différentes de température de crête à laquelle un rendement thermoélectrique maximal peut être obtenu. De façon spécifique, une combinaison d'un semiconducteur de type p, 31p, et d'un semi- conducteur de type n, 31n, qui constituent tous deux un thermoélément ayant une température de crête élevée, est disposée radialement vers l'intérieur du module thermoélectrique 2, ou est disposée de façon à être plus proche du côté de la partie de tuyau d'échappement 20, tandis qu'une combinaison d'un semiconducteur de type p, 32p, et d'un semi- conducteur de type n, 32n, qui constituent tous deux un thermoélément ayant une température de crête faible, est disposée radialement vers l'extérieur du modulethermoélectrique 2 ou est disposée de façon à être séparée de la partie de tuyau d'échappement 20. On notera que, dans ce mode de réalisation, on utilise respecti- vement CoSb et ZnSb pour le semiconducteur de type n, 31n, et le semi- conducteur de type p, 31p, qui constituent le thermoélément à température élevée, tandis qu'on utilise Bi2Te3 à la fois pour le semiconducteur de type n, 32n, et le semiconducteur de type lp, 32p, qui constituent le thermoélément à température basse. On va maintenant décrire de façon plus détaillée la structure du module thermoélectrique 2, et on décrira brièvement un processus de fabrication de celui-ci. Premièrement, on a préparé un composant pratiquement semblable à une plaque plane annulaire dans lequel un organe de support thermiquement isolant primaire 41 ayant une couche de pulvérisation cathodique 301 formée de façon à couvrir une surface de circonférence extérieure et des parties de bord de circonférence extérieure sur ses deux faces, est combiné avec une partie d'échange de chaleur du côté de température élevée 210, ayant des couches d'alumine pulvérisées à la flamme formées sur ses deux faces. Ensuite, on a pulvérisé à la flamme du ZnSb sur une face avant du composant pratiquement semblable à une plaque plane annulaire qu'on faisait tourner comme un disque, sur une plage s'étendant à partir d'une position radiale prédéterminée jusqu'à un côté de circonférence intérieure de celui-ci, de façon à former un semi- conducteur de type p, 31p. Ensuite, on a pulvérisé à la flamme du Bi2Te3 sur la face avant du même composant, sur une plage s'étendant à partir de la position prédéterminée jusqu'à une partie de bord de circonférence extérieure de celui-ci, de façon à former un semiconducteur de type p, 32p. Ensuite, on a effectué un traitement de pulvérisation à la flamme sur une face arrière du composant d'empilement 20a. On a pulvérisé à la flamme du CoSb sur la face arrière du composant d'empilement 20a qu'on a fait tourner d'une manière similaire à celle décrite ci- dessus, sur une plage s'étendant à partir d'une position radiale prédéterminée jusqu'à une partie de bord de circonférence intérieure de celui-ci, de façon à former un semiconducteur de type n, 31n. Ensuite, on a pulvérisé à la flamme du Bi2Te3 sur la face arrière du même composant, sur une plage s'étendant à partir de la position prédéterminée jusqu'à un côté de circonférence extérieure de celui-ci, de façon à former un semiconducteur de type n, 32n. En effectuant les traitements de pulvérisation à la flamme comme décrit ci-dessus, on a obtenu un composant d'empilement 20a, comme représenté sur la figure 6, dans lequel les semiconducteurs respectifs sont disposés sur les deux faces de l'organe de support thermiquement isolant primaire 41, dans lequel la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée 210 est ajustée. Sur la face avant du composant d'empilement 20a, le semiconducteur de type p, 31p, consistant en ZnSb, est formé du côté de sa circonférence intérieure, tandis que le semiconducteur de type p, 32p, consistant en Bi2Te3, est formé du côté de sa circonférence extérieure. En outre, sur la face arrière du composant d'empilement 20a, le semiconducteur de type n, 31n, consistant en CoSb, est formé du côté de sa circonférence intérieure, tandis que le semi- conducteur de type n, 32n, consistant en Bi2Te3, est formé du côté de sa circonférence extérieure. On notera que, dans les traitements de pulvérisation à la flamme mentionnés ci-dessus, les matériaux peuvent être changés progressivement à la partie de frontière entre le semiconducteur de type p, 31p (le semiconducteur de type n, 31n) et le semiconducteur de type p, 32p (le semiconducteur de type n, 32n), de façon à augmenter l'épaisseur dans la direction radiale à la partie de frontière, ou bien l'épaisseur dans 2868471 14 la direction radiale à la partie de frontière peut être diminuée de façon que les matériaux changent de façon abrupte dans la direction radiale. D'autre part, en tant que composant d'empilement 20b (figure 7) qui doit être empilé conjointement au composant d'empilement 20a, un organe de support thermiquement isolant secondaire 42 ayant une couche de pulvérisation cathodique 302 formée de façon à couvrir une surface de circonférence intérieure et des parties de bord de circonférence intérieure sur ses deux faces, est combiné avec une partie d'échange de chaleur du côté de température basse 220 ayant des couches d'alumine pulvérisées à la flamme formées sur ses deux faces en tant que couches isolantes. Ensuite, dans ce mode de réalisation, on a empilé en alternance 46 composants d'empilement 20a et 46 composants d'empilement 20b de façon à obtenir un module thermoélectrique 2. On notera qu'en empilant les composants d'empilement 20a et les composants d'empilement 20b, les composants d'empilement 20a, 20b respectifs étaient joints les uns aux autres en utilisant une colle à l'argent résistant à des température élevées. On décrira ci-dessous la structure et le fonctionnement du système de récupération de chaleur d'échappement 1 dans lequel sont incor- porés les modules thermoélectriques 2 qui sont obtenus comme décrit ci- dessus. Comme représenté sur la figure 1, dans le système de récupération de chaleur d'échappement 1, une paire de fils conducteurs 14 qui sont connectés électriquement aux thermoéléments 3 des modules thermoélectriques 2 respectifs, est connectée à une batterie 16 par l'intermédiaire d'un circuit de conversion 17. De plus, le circuit de conversion 17 est connecté électriquement à une unité de commande électronique (UCE) 18 et est constitué de façon à mettre en oeuvre un mode de génération d'énergie, pour le module thermoélectrique 2, à un moment approprié, en commutant des circuits sur la base d'une instruction provenant de PUCE 18. On notera que le mode de génération d'énergie du module thermoélectrique 2 signifie un mode pour effectuer une opération pour convertir en électricité une différence de température entre la partie d'extrémité du côté de température élevée 21 et la partie d'extrémité du côté de tempé- rature basse 22 du thermoélément 3. Ensuite, dans ce mode de réalisation, le mode de génération d'énergie dans lequel de l'énergie est générée par les thermoéléments 3 2868471 15 est mis en oeuvre par une instruction provenant de PUCE 18 dans le cas où la température des gaz d'échappement mesurée par un capteur de température 19 est égale ou supérieure à une température prédéterminée. On notera que la température prédéterminée est telle qu'elle corresponde à une température à laquelle des composants de catalyseur d'un conver- tisseur catalytique 62 sont placés dans un état activé. Ainsi, le système de récupération de chaleur d'échappement 1 conforme au mode de réalisation ne met pas en oeuvre la génération d'énergie par les modules thermoélectriques 2 dans le cas où le conver- tisseur catalytique 62 disposé en aval des modules thermoélectriques 2 n'est pas chauffé jusqu'à la température à laquelle l'état activé est pro- duit. D'autre part, dans le cas où le convertisseur catalytique 62 disposé en aval des modules thermoélectriques 2 est suffisamment activé, les thermoéléments 3 des modules thermoélectriques 2 sont commandés de façon à effectuer des opérations de génération d'énergie, grâce à quoi la température de gaz d'échappement peut être diminuée dans une certaine mesure, de façon à atténuer une augmentation de température inutile du convertisseur catalytique 62, permettant ainsi de maintenir des performances de purification stables. Par conséquent, avec le système de récupération de chaleur d'échappement 1 conforme au mode de réalisation, un échange de chaleur direct peut être réalisé entre des gaz d'échappement traversant la partie de tuyau d'échappement 20 formée du côté de la circonférence intérieure du module thermoélectrique 2, et les thermoéléments 3 qui sont disposés de manière à entourer le côté de circonférence extérieure de la partie de tuyau d'échappement 20. Ainsi, avec le système de récupération de chaleur d'échappement conforme au mode de réalisation, le rendement de récupération de chaleur d'échappement peut être augmenté. En outre, les thermoéléments 3 du module thermoélectrique 2 sont construits de façon que les thermoéléments séparés du côté de température élevée 31p, 31n et les thermoéléments séparés du côté de température basse 32p, 32n soient empilés dans la direction radiale du côté de la circonférence extérieure de la partie de tuyau d'échappement 20. Ainsi, dans le module thermoélectrique 2, une grande différence de tem- pérature entre la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée 210 et la partie d'échange de chaleur du côté de température basse 220 est couverte par les deux types différents, en ce qui concerne des 2868471 16 propriétés de température, de thermoéléments séparés qui ont des température de crête différentes. A cause de ceci, dans le module thermoélectrique 2, les thermoéléments séparés respectifs qui constituent ses thermoéléments peuvent être utilisés avec un rendement élevé. Par consé- quent, le système de récupération de chaleur d'échappement 1 conforme au mode de réalisation peut procurer des caractéristiques supérieures, incluant un rendement de récupération élevé de la chaleur d'échappement qui est transportée par les gaz d'échappement. De plus, des fentes peuvent être formées dans les semiconduc- teurs respectifs 3p, 3n qui constituent les therrnoéléments 3, les organes de support thermiquement isolants 4, les parties d'échange de chaleur du côté de température élevée 210 ou les parties d'échange de chaleur du côté de température basse 220, de manière qu'ils soient séparés dans la direction de la circonférence. Dans ce cas, une contrainte de déformation générée à cause de la dilatation ou de la contraction thermique peut être absorbée par les fentes ainsi formées, pour atténuer ainsi la génération de contraintes à l'intérieur de chaque organe. En outre, les couches de pulvérisation cathodique (désignées par les numéros de référence 301, 302 sur la figure 4) sur les surfaces externes des organes de support thermiquement isolants respectifs 41, 42 qui constituent le module thermoélectrique 2 peuvent être omises, et à la place des couches de pulvérisation cathodique, les parties d'échange de chaleur du côté de température élevée 210 et les parties d'échange de chaleur du côté de température basse 220 peuvent être utilisées comme les structures d'électrodes, comme représenté sur la figure 8. Dans ce cas, les couches d'alumine pulvérisées à la flamme, remplissant la fonction de couches d'isolation entre les parties d'échange de chaleur 210, 220 respectives et les semiconducteurs 3n, 3p respectifs peuvent être supprimées pour augmenter ainsi davantage le rendement de récupération d'énergie. Par conséquent, en ce qui concerne le module thermoélectrique, le rendement de récupération d'énergie peut être augmenté davantage. De plus, la forme de section du module thermoélectrique n'est pas limitée à la forme circulaire employée dans ce mode de réalisation, et le module peut avoir diverses formes, incluant une forme polygonale, comme représenté sur la figure 9. Sur la figure 9, un module thermoélectrique 2 a une section transversale octogonale constituée d'organes respectifs, chacun d'eux étant divisé en 8 morceaux par sept fentes 209 dis- 2868471 17 posées à des intervalles égaux dans la direction de la circonférence. En outre, comme représenté sur la figure 10, une partie d'échange de chaleur du côté de température basse 220 sensiblement semblable à une plaque plane circulaire, peut être formée à la place de la partie d'échange de chaleur du côté de température basse sensiblement semblable à un carré, et les nervures 215 dans la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée peuvent être remplacées par des éléments en saillie, dans ce cas quatre éléments en saillie, qui font saillie en direction du centre de la partie de tuyau d'échappement 20. De plus, comme représenté sur la figure 11, des ailettes 225, qui sont formées par des éléments en saillie qui font saillie vers l'extérieur en direction radiale, peuvent être formées à la place de la partie d'échange de chaleur du côté de température basse semblable à une plaque plane. Second Mode de réalisation Dans un second mode de réalisation, le processus de fabrication du module thermoélectrique 2 est modifié sur la base du système de récupération de chaleur d'échappement conforme au premier mode de réalisation. On décrira le contenu du second mode de réalisation en utilisant les figures 6, 7, 12 et 13. Dans ce mode de réalisation, comme représenté sur la figure 12, des semiconducteurs respectifs 31p, 32p (31n, 32n) ayant sensible-ment des formes semblables à des plaques planes annulaires ont été pré-parés à l'avance, et un semiconducteur 3p (3n) représenté sur la figure 13 a été obtenu en combinant les semiconducteurs respectifs ainsi préparés. Ensuite, des organes de support thermiquement isolants respectifs 41, 42, et les semiconducteurs 3p, 3n ont été empilés ensemble pour obtenir ainsi un module thermoélectrique. Ici, en ce qui concerne les semiconducteurs respectifs 31p, 32p, 31n, 32n, des formes désirées peuvent être obtenues directement par cal- cination, ou bien des formes désirées peuvent être réalisées par usinage de produits calcinés. De plus, comme représenté sur la figure 13, en combinant le semiconducteur 31p (31n) avec le semiconducteur 32p (32n), les deux éléments peuvent être amenés en contact direct l'un avec l'autre, ou bien peuvent être amenés en contact l'un avec l'autre par l'in- termédiaire d'une matière pâteuse consistant en une colle conductrice, telle qu'une colle à l'argent. Ensuite, comme représenté sur la figure 6, les semiconducteurs 2868471 18 3p et 3n pratiquement semblables à des plaques planes annulaires sont joints à des faces de l'organe de support thermiquement isolant primaire 41 à l'intérieur duquel est ajustée une partie d'échange de chaleur du côté de température élevée 210, pour obtenir ainsi un composant d'empilement 20a. Ensuite, on empile en alternance un nombre prédéterminé de composants d'empilement 20a ainsi obtenus et le nombre prédéterminés de composants d'empilement 20b (figure 7) constitués d'organes de support thermiquement isolants secondaires 42 sur lesquels sont ajustées des parties d'échange de chaleur du côté de température basse 220, grâce à quoi on obtient un module thermoélectrique similaire à celui du premier mode de réalisation. On notera que les autres structures, fonctions et avantages du second mode de réalisation restent similaires à ceux du premier mode de 15 réalisation. Troisième Mode de Réalisation Dans un troisième mode de réalisation, la configuration de thermoéléments séparés est modifiée sur la base du système de récupération de chaleur d'échappement conforme au premier mode de réalisa- tion. On décrira le contenu du troisième mode de réalisation en utilisant les figures 14 et 15. Dans un module thermoélectrique 2 conforme à ce mode de réalisation, comme représenté dans une partie (A) sur la figure 14 et la figure 15, un rapport (A/B) entre l'épaisseur radiale A (figure 15) des élé- ments de température élevée 31p, 31n qui sont des thermoéléments séparés d'une partie d'extrémité du côté de température élevée 21, et l'épaisseur radiale B (figure 15) d'éléments de température basse 32p, 32n qui sont des thermoéléments séparés d'une partie d'extrémité du côté de température basse 22, est changé conformément à l'emplacement dans une direction longitudinale d'une partie de tuyau d'échappement 20. Ainsi, comme représenté dans une partie (B) sur la figure 14, la température T de gaz d'échappement change en fonction de positions dans la direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement 20, et elle est la plus élevée à une extrémité la plus en amont (a) du module thermoélectrique 2. Ensuite, la température T de gaz d'échappement diminue vers une extrémité aval du module thermoélectrique 2 et elle est la plus basse à une extrémité la plus en aval (b) de celui-ci. Ensuite, dans 2868471 19 ce mode de réalisation, comme représenté dans une partie (c) sur la figure 14, le rapport (A/B) entre l'épaisseur radiale A des éléments de température élevée et l'épaisseur radiale B des éléments de température basse est changé conformément aux positions dans la direction longitudi- nale dans la partie de tuyau d'échappement 20. Dans ce mode de réalisation, comme représenté dans la partie (B) et la partie (C) sur la figure 14, le rapport d'épaisseur (A/B) est augmenté en direction de l'extrémité (a) du module thermoélectrique 2 et, par conséquent, au fur et à mesure que la température T des gaz d'échappement augmente, l'épaisseur radiale des éléments de température élevée 31p, 31n devient plus grande. Au contraire, le rapport d'épaisseur (A/B) est diminué en direction de l'extrémité (b) du module thermoélectrique 2, et par conséquent au fur et à mesure que la température T des gaz d'échappement diminue, l'épaisseur radiale des éléments de température basse 31p, 31n devient plus faible. On notera que, comme représenté dans la partie (C) sur la figure 14, le rapport d'épaisseur (A/B) devient égal à zéro à l'extrémité (b) du module thermoélectrique 2, de façon qu'un thermoélément 3 constitué seulement par les éléments de température basse 32p, 32n soit formé à cette même extrémité du module thermoélec- trique 2. Dans ce cas, une récupération de chaleur d'échappement plus efficace peut être réalisée conformément à des températures des gaz d'échappement avec lesquels des parties d'échange de chaleur du côté de température élevée sont mises en contact. On notera que les autres structures, fonctions et avantages du troisième mode de réalisation restent similaires à ceux du premier mode de réalisation. En outre, on notera que, dans le but de réduire le nombre de types de composants exigés pour constituer le module thermoélectrique 2, il est efficace de diviser le module thermoélectrique 2 en plusieurs segments longitudinaux, et de maintenir le rapport d'épaisseur (A/B) à la même valeur dans chaque segment. Bien que l'invention ait été décrite en référence aux modes de réalisation spécifiques choisis dans des buts d'illustration, il apparaîtra que de nombreuses modifications pourraient y être apportées par l'homme de l'art, sans s'écarter du concept de base et du cadre de l'invention. 2868471 20 REVENDICATIONS 1. Système de récupération de chaleur d'échappement (1) comprenant un conduit d'échappement (10) qui permet le passage à travers lui de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (6), et un module thermoélectrique (2) disposé dans le conduit d'échappement (10), le module thermoélectrique incluant: une partie de tuyau d'échappement (20) qui est un espace pour permettre le passage des gaz d'échappement à travers lui; des semiconducteurs de type p (3p) et des semiconducteurs de type n (3n) qui constituent conjointement des thermoéléments (3) pour convertir en électricité une différence de température entre des parties d'extrémité du côté de température élevée (21) et des parties d'extrémité du côté de température basse (22); des parties d'échange de chaleur du côté de température basse (220) disposées aux parties d'extrémité du cô- té de température basse (22); et des parties d'échange de chaleur du côté de température élevée (210) disposées aux parties d'extrémité du côté de température élevée (21); caractérisé en ce que, dans le module thermoélectrique (2), les semiconducteurs de type n (3n) et les semiconducteurs de type p (3p) sont empilés en alternance dans une direction longitudinale de la partie de tuyau d'échappement (20), avec des organes de support thermiquement isolants (41, 42) interposés entre eux, et sont connectés électriquement les uns aux autres, par l'intermédiaire de structures d'électrodes (301, 302), aux parties d'extrémité du côté de température élevée (21) et aux parties d'extrémité du côté de température basse (22). 2. Système de récupération de chaleur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le module thermoélectrique (2), le thermoélément (3) est constitué d'une combinaison d'une multiplicité de thermoéléments séparés (31n, 32n, 31p, 32p) qui ont des valeurs différentes de température de crête auxquelles un rendement thermoélectrique maximal peut être obtenu, et en ce que les semiconducteurs respectifs (31n, 31p) qui constituent les thermoéléments séparés ayant une température de crête supérieure sont disposés près de la partie de tuyau d'échappement (20). 3. Système de récupération de chaleur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le module thermoélectrique (2), deux combinaisons, ou plus, du semiconducteur de type n (3n) et du semiconducteur de type p (3p) sont empilées ensemble dans la direction 2868471 21 longitudinale de la partie de tuyau d'échappement (20), et en ce que l'arrangement des thermoéléments respectifs est modifié de façon qu'un rapport (A/B) entre une épaisseur A dans une direction radiale des semi- conducteurs respectifs (31n, 31p) qui constituant un élément à tempéra- ture élevée qui est le thermoélément séparé ayant une température de crête la plus élevée, et une épaisseur B dans une direction radiale des semiconducteurs respectifs (32n, 32p) qui constituent un élément à température basse ayant une température de crête la plus basse, devienne plus grand vers un côté amont de la partie de tuyau d'échappement (20). 4. Système de récupération de chaleur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le semiconducteur de type n (3n), le semiconducteur de type p (3p) et l'organe de support thermiquement isolant (41, 42) ont respectivement une forme annulaire ayant un trou traversant formé dans une partie de circonférence intérieure de ceux-ci; et en ce que la partie de tuyau d'échappement (20) est formée sur un côté de circonférence intérieure du semiconducteur de type n (3n), du semiconducteur de type p (3p) et de l'organe de support thermiquement isolant (41, 42) qui sont empilés ensemble, d'une manière telle que les trous traversants respectifs communiquent les uns avec les autres. 5. Système de récupération de chaleur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'électrode est une couche conductrice (301, 302) qui est disposée sur une partie d'une sur- face externe de l'organe de support thermiquement isolant (41, 42). 6. Système de récupération de chaleur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure d'électrode est la partie d'échange de chaleur du côté de température élevée (210) et la partie d'échange de chaleur du côté de température basse (220). 7. Système de récupération de chaleur d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie d'échange de chaleur du 30 côté de température élevée (210) fait saillie à l'intérieur de la partie de tuyau d'échappement (20).