Brevet FR3000182A1 — publié le 20140627

Générateur thermo électrique. La présente invention concerne un générateur thermo électrique, notamment pour véhicule automobile. Il est connu des générateurs thermo électriques comprenant un faisceau d'échange de chaleur entre un premier fluide chaud et un deuxième fluide froid de température inférieure à celle du premier fluide chaud. Ils comprennent des éléments, dits thermo électriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température généré entre deux de leurs faces opposées. De tels générateur thermo électriques de chaleurs comprennent une boite collectrice d'entrée du premier fluide dans le faisceau et une boite collectrice de sortie de premier fluide du faisceau. Une tubulure d'entrée guide le premier fluide jusqu'à la boite collectrice d'entrée. Il est en particulier connu des générateurs thermo électriques présentant une extension longitudinale importante comparée à leurs extensions latérales, notamment dans le but d'une intégration du générateur thermo électrique sur une ligne de gaz d'échappement d'un véhicule automobile dans le sens de leur extension longitudinale. Dans ce domaine, la demanderesse a déposé une demande de brevet en 2011, non encore publiée à la date de dépôt de la présente demande, décrivant un générateur thermo électrique dans lequel le premier fluide chaud arrive par les cotés latéraux du générateur thermo électrique. Le premier fluide chaud traverse alors latéralement le faisceau selon une première direction de sorte que les boites collectrices d'entrée et de sortie sont situées sur des coté latéraux du faisceau. Afin de limiter l'encombrement de l'ensemble, les tubulures d'entrée et de sortie sont disposées dans le sens de l'extension longitudinale du générateur thermo électrique, c'est-à-dire perpendiculairement à l'écoulement du premier fluide chaud dans le faisceau. Bien qu'apportant déjà une amélioration par rapport à l'état de l'art, il a été constaté que l'efficacité d'un tel dispositif restait limitée. Sans prétendre être une explication exhaustive des phénomènes en cause, il a été analysé par le déposant qu'une telle limitation pouvait être attribuée à une répartition non-uniforme du fluide chaud dans le faisceau. Or, il semble que l'homogénéité de la répartition du fluide dans le faisceau soit particulièrement importante dans le cas d'un générateur thermo électrique. En effet, elle entraine une homogénéité du gradient de température entre l'entrée et la sortie du faisceau permettant, à partir de thermo éléments constitués de matériaux identique et/ou disposés régulièrement sur tout le faisceau, de favoriser le fonctionnement desdits thermo éléments. L'invention vise ainsi à améliorer la situation en proposant un générateur thermo électrique comprenant un faisceau comportant un premier circuit, dit chaud, apte à permettre à un premier fluide de traverser le faisceau selon une première direction, 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, une extension du faisceau selon une direction, dite deuxième direction, perpendiculaire à la première direction étant supérieure à une extension du faisceau selon la première direction, ledit générateur thermo électrique comprenant une boite collectrice d'entrée du premier fluide dans le faisceau, une tubulure d'entrée raccordée à ladite boite collectrice d'entrée, la tubulure d'entrée étant inclinée par rapport à la deuxième direction. L'inclinaison de la tubulure d'entrée favorise une meilleure répartition du premier fluide dans le faisceau en permettant de mieux alimenter la zone du faisceau située proche de la tubulure alors qu'il s'agissait de l'une des zones défavorisées du générateur évoqué plus haut. Une telle orientation de la tubulure permet ainsi d'homogénéiser la répartition du premier fluide entre les zones du faisceau proche de la tubulure et les zones plus éloignées. On a constaté une amélioration des performances des générateurs thermo électriques ainsi équipés. Selon un aspect de l'invention, ledit générateur thermo électrique comprend une boite collectrice de sortie du premier fluide du faisceau et une tubulure de sortie raccordée à ladite boite collectrice de sortie, la tubulure de sortie étant inclinée par rapport à la deuxième direction. La tubulure de sortie est, notamment, inclinée selon le même angle que la tubulure d'entrée par rapport à la deuxième direction. Avantageusement, la tubulure d'entrée et la tubulure de sortie s'étendent selon un axe commun. Selon un aspect de l'invention, la boite collectrice d'entrée est divergente depuis la tubulure d'entrée jusqu'au faisceau. La divergence de la boite collectrice d'entrée permet notamment à la boite collectrice d'entrée de présenter un volume important. Ce volume augmenté de la boite collectrice d'entrée permet de ralentir le premier fluide, notamment de manière à éviter qu'il soit exclusivement entrainé vers la partie la plus éloignée de faisceau par rapport à la tubulure d'entrée. Une telle augmentation du volume contribue ainsi également à améliorer l'homogénéité de la répartition du premier fluide dans le faisceau. Selon un exemple de réalisation de l'invention, la tubulure d'entrée s'étend selon un axe d'entrée, ladite boite collectrice d'entrée étant divergente de part et d'autre de l'axe d'entrée. Selon un aspect de l'invention, ladite boite collectrice d'entrée comprend un volume supérieur à celui de la boite collectrice de sortie. Avantageusement, le volume de la boite collectrice d'entrée est 1 à 2 fois, notamment sensiblement 1,5 fois, supérieur à celui de la boite collectrice de sortie. Ce volume augmenté présente les avantages décrits précédemment. Associé à l'orientation de la tubulure, il permet également de minimiser la perte de charge. Selon un aspect de l'invention, la tubulure d'entrée et/ou la tubulure de sortie est également inclinée par rapport à la première direction. La tubulure d'entrée ne s'étend donc pas selon une direction parallèle à la première direction, c'est-à-dire la direction d'écoulement du premier fluide dans le faisceau, de manière à limiter l'encombrement du générateur thermo électrique. Selon un exemple de réalisation, l'inclinaison de la tubulure d'entrée par rapport à la deuxième direction est comprise entre 200 et 45°. Avantageusement, l'inclinaison de la tubulure de sortie par rapport à la deuxième direction est comprise entre 20° et 45°. Cette inclinaison permet à la fois d'améliorer l'homogénéité de la répartition du premier fluide dans le réseau et de limiter l'encombrement du générateur thermo électrique. Selon un aspect de l'invention, ladite tubulure d'entrée débouche dans ladite boîte d'entrée en retrait du faisceau, selon ladite deuxième direction L et/ou ladite tubulure de sortie débouche dans ladite boîte de sortie au-delà du faisceau, selon ladite deuxième direction L. Autrement dit, en projection orthogonale sur ladite deuxième direction selon ladite première direction, ladite tubulure d'entrée débouche dans ladite boîte d'entrée et/ou ladite tubulure de sortie débouche dans ladite boîte de sortie en dehors de l'extension du faisceau selon ladite deuxième direction. 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 selon une vue de coté, un exemple de réalisation du générateur thermo électrique selon l'invention, - la figure 2 illustre en perspective et de manière partielle le générateur thermo électrique de la figure 1. Comme illustré aux figures 1 et 2, l'invention concerne un générateur thermo électrique, notamment un générateur thermo électrique 10. Un tel générateur thermo électrique 10 comprend un faisceau 11 comprenant un premier circuit 1, apte à permettre la circulation d'un premier fluide, notamment des gaz d'échappement d'un moteur, et un deuxième circuit 2, apte à permettre la circulation d'un deuxième fluide, notamment un fluide caloporteur d'un circuit de refroidissement, par exemple de température inférieure à celle du premier fluide. Le premier circuit 1 comprend ici des tubes, dits premiers tubes 8, pour la circulation du premier fluide. Avantageusement, les premiers tubes 8 sont de longueur inférieure à 150 mm. Le faisceau 11 se présente, 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 générateur thermo électrique 10, une face de sortie 22 située du coté d'une sortie du premier fluide du générateur thermo électrique 10 et opposée à la face d'entrée 21, une première face latérale 23 située du coté d'une entrée 37 du deuxième fluide dans le faisceau 11 et une deuxième face latérale 24 située du coté d'une sortie 38 du deuxième fluide du faisceau 11, opposée à la première face latérale par rapport au faisceau 11 et reliant la face d'entrée 21 à la face de sortie 22, un première face longitudinale 25 et une deuxième face longitudinale (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 faisceau 11 définissent entre elle un volume interne à l'intérieur duquel se trouve le premier et le deuxième circuits 1, 2. On définit une première direction H dans le sens de la hauteur du générateur thermo électrique 10, c'est-à-dire perpendiculaire à la face d'entrée 21 et à la face de sortie 22, une deuxième direction L dans le sens d'une longueur du générateur thermo électrique 10, c'est-à-dire une direction perpendiculaire aux première et deuxième faces latérales 23, 24 et une troisième direction I dans le sens de la largeur du générateur thermo électrique 10, c'est-à-dire perpendiculaire à la première et à la deuxième faces longitudinales. Les première, deuxième et troisième directions L, I, H sont donc ici perpendiculaires entre elles. Une extension du faisceau selon la deuxième direction L est supérieure à une extension du faisceau selon la première direction H. On assure de la sorte un volume suffisant au faisceau malgré la faible longueur des premiers tubes 8. Le deuxième circuit est apte à permettre au deuxième fluide de traverser le faisceau selon la deuxième direction. Le générateur thermo électrique 10 comprend également une boite collectrice d'entrée 30 du premier fluide communiquant avec la face d'entrée 21 du faisceau 11 et une boite collectrice de sortie 31 du premier fluide communiquant avec la face de sortie 22 du premier fluide. Le premier fluide est ainsi destiné à traverser le faisceau selon la première direction H. Les boites collectrices d'entrée et de sortie 30, 31, comprennent chacune un collecteur (non visible) et un couvercle respectivement d'entrée 35 et de sortie 36. Les collecteurs sont ici des plaques, disposées sur les faces d'entrée et de sortie 21, 22 du faisceau et de dimensions sensiblement identiques à ces dernières. Le couvercle d'entrée 35 forme avec le collecteur d'entrée une boîte collectrice définissant un volume interne à l'intérieur duquel le premier fluide circule. Une première extrémité des premiers tubes 8 pénètre la boite collectrice d'entrée 30, au niveau du collecteur d'entrée, afin de déboucher à l'intérieur de celle-ci et de permettre au premier fluide d'entrer dans les premiers tubes 8. Le générateur thermo électrique 10 comprend une tubulure d'entrée 33, raccordée à la boite collectrice d'entrée et définissant l'entrée du premier fluide dans la boite collectrice d'entrée 30. Elle guide le premier fluide en direction des entrées des premiers tubes 8, c'est-à-dire jusqu'à l'entrée du faisceau 11 située au niveau de la face d'entrée 21. Dans l'exemple illustré, le premier fluide entre dans la boite collectrice d'entrée au niveau d'un premier coté de la boite collectrice d'entrée 30 situé du coté de la 20 deuxième face latérale 24. Le couvercle de sortie 36 forme avec le collecteur de sortie une boîte collectrice définissant un volume interne à l'intérieur duquel le premier fluide circule. 25 Le générateur thermo électrique 10 comprend une tubulure de sortie 34, raccordée à la boite collectrice de sortie et définissant la sortie du premier fluide de la boite collectrice de sortie 31. Une deuxième extrémité des premiers tubes 8 pénètre le collecteur de sortie afin de déboucher à l'intérieur de la boite collectrice de sortie 31 et de permettre au premier fluide de sortir des premiers tubes 8 et d'entrer dans la 30 boite collectrice de sortie 31. La boite collectrice de sortie 31 guide ensuite le premier fluide jusqu'à la tubulure de sortie 34 afin qu'il sorte du générateur thermo électrique 10. Selon l'invention, la tubulure d'entrée est inclinée par rapport à la deuxième direction L. Ainsi le premier fluide circule dans la boite collectrice d'entrée 30 selon une direction d'entrée inclinée par rapport à la deuxième direction L, c'est-à-dire inclinée par rapport à une direction perpendiculaire au sens de circulation du premier fluide dans le faisceau 11. La tubulure d'entrée est ici également inclinée par rapport à la première direction H. Elle s'étend selon un axe d'entrée A. L'inclinaison de la tubulure d'entrée 33 par rapport à la deuxième direction L permet à la tubulure d'entrée 33 de guider d'avantage de premier fluide vers la ou les zones défavorisées, c'est-à-dire ici la zone de la face d'entrée 21 située du premier coté de la boite collectrice d'entrée 30, c'est-à-dire celui proche de la tubulure d'entrée 33. L'inclinaison de la tubulure d'entrée 33 participe ainsi à une meilleur répartition du premier fluide entre la ou les zones préférentielles et la ou les zones défavorisées. L'inclinaison de la tubulure d'entrée par rapport à la deuxième direction L est avantageusement comprise entre 20° et 45°. La tubulure d'entrée 33 présente un axe longitudinal orienté dans un plan parallèle aux directions H et L. Elle fait ici saillie par rapport à la deuxième face latérale 24 du faisceau 11. La tubulure de sortie 34 fait ici saillie par rapport à la première face latérale 23 du générateur thermo électrique 10. Ladite tubulure d'entrée 33 présente un axe longitudinal orienté dans un plan parallèle aux directions H et L. Elle pourra elle aussi être inclinée par rapport à la deuxième direction L. La tubulure de sortie 34 est ici également inclinée par rapport à la première direction H. Ainsi le premier fluide circule dans la boite collectrice de sortie 31 selon une direction de sortie inclinée par la deuxième direction L. L'inclinaison de la tubulure de sortie par rapport à la deuxième direction L est comprise entre 20° et 45°. La tubulure d'entrée 33 et la tubulure de sortie 34 sont ici notamment inclinées selon un même angle par rapport à la deuxième direction L (selon une variante de réalisation, on peut prévoir une inclinaison différente). La tubulure de sortie s'étend ici dans le prolongement de l'axe d'entrée A, c'est-à-dire que la tubulure d'entrée et la tubulure de sortie s'étendent selon un axe commun A. La boite collectrice d'entrée 30 comprend avantageusement une forme divergente, c'est-à-dire un volume augmentant, depuis la tubulure d'entrée 33 jusqu'au faisceau 11. La forme de la boite collectrice d'entrée et le positionnement de la tubulure d'entrée 33 par rapport à elle, permet d'augmenter son volume. La tubulure d'entrée 33 est ici positionnée et inclinée par rapport à la deuxième direction L de telles manières que la boite collectrice d'entrée 30 est divergente de part et d'autre de l'axe commun A. De la même manière, la boite collectrice de sortie 31 comprend ici une forme divergente, c'est-à-dire un volume augmentant, depuis la tubulure de sortie 34 jusqu'à la sortie du faisceau 11. Autrement dit, il s'agit d'une forme convergente selon le sens de circulation du premier fluide. L'angle de divergence desdites boîtes 30, 31 est, par exemple, inférieur à 900 . La boite collectrice d'entrée 30 comprend un volume supérieur à la boite collectrice de sortie 31, notamment sensiblement 1,5 fois supérieur à celui de la boite collectrice de sortie 31. Le générateur thermo électrique 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 (Bi2Te3) ou de Cérium, de Cobalt, de Fer et d'Antimoine (CeyCoxFe4xSb12) ou de Plomb et de Tellure (PbTe) ou de Silicium et de Germanium (SiGe). Le générateur thermo électrique 10 comprend, par exemple, des ailettes 5, ici en relation d'échange thermique avec le deuxième circuit 2, c'est-à-dire ici le circuit froid. Un gradient de température est ainsi assuré entre lesdites ailettes 5 et le premier circuit 1, ici 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 premier circuit 1 de manière à être en contact avec les ailettes 5 et les premiers tubes 8. On assure ainsi une génération de courant par les éléments thermo électriques 3. Les ailettes 5 présentent 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 premiers tubes 8 afin de remplir la même fonction que celle présentes sur le deuxième circuit. Lesdits premiers tubes 8 sont, par exemple, 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 deuxième circuit 2 comprend, par exemple, des deuxièmes tubes 9, pour la circulation du deuxième fluide, notamment un liquide. Les ailettes 5 sont prévues en relation d'échange thermique avec les deuxièmes tubes 9. Les ailettes 5 sont ici traversées par les deuxièmes tubes 9. Les ailettes 5 présentent, par exemple, des orifices pour le passage des deuxièmes tubes 9. Lesdits deuxième tubes 9 sont, par exemple, en aluminium ou en cuivre et présentent une section ronde, ovale et/ou plate. Les deuxièmes tubes 9 s'étendent, par exemple, selon la deuxième direction L, c'est-à-dire qu'ils s'étendent entre les faces latérales 23, 24. Les premiers tubes 8 s'étendent ainsi de manière sensiblement perpendiculaire aux deuxièmes tubes 9 et de manière sensiblement parallèle aux ailettes 5. Le deuxième fluide entre ici dans le générateur thermo électrique 10 par un orifice d'entrée 37 situé sur la première face latérale 23 parcourt le générateur thermo électrique 10 dans le sens de la deuxième direction L jusqu'à la deuxième face latérale 24, fait demi tour et sort du générateur thermo électrique 10 au niveau d'un orifice de sortie 38. 3 000 1 82 10 Le contact entre les premiers tubes 9 et les ailettes froides 5 est réalisé, par exemple, par une expansion de la matière des premiers tubes 9 comme dans les échangeurs de chaleur connus sous le nom d'échangeurs mécaniques dans le domaine des échangeurs de chaleur pour les véhicules automobiles. 5 Le générateur thermo électrique 10 comprend ici plusieurs rangées de premiers tubes 8 superposées parallèlement selon la deuxième direction L. Les rangées de premiers tubes 8 sont ainsi superposées de la première face latérale 23 à la deuxième face latérale 24. Les premiers tubes 8 d'une même rangée sont ici 10 disposés parallèlement entre eux et s'étendent selon la première direction H. On dispose les ailettes 5 entre chaque rangée de premier tube, parallèlement à celle-ci, c'est-à-dire que les ailettes 5 sont superposées de manière alternée avec les rangées de premiers tubes 8 selon la deuxième direction L. 15 Le générateur thermo électrique 10 comprend également plusieurs rangs de deuxième tubes 9 superposés parallèlement les uns aux autres selon la troisième direction I. Les rangs de deuxième tubes 9 sont ainsi superposés de la première face longitudinale à la deuxième face longitudinale du faisceau 11. Les deuxièmes tubes 9 d'un même rang sont ici disposés parallèlement entre eux selon la première 20 direction H. On appelle rang de premiers tubes 8, les premiers tubes 8 situés au même niveau selon la troisième direction I et appartenant à des rangées de premiers tubes 8 différentes. Ainsi, les rangs de premiers tubes 8 sont superposés parallèlement les 25 uns aux autres dans la troisième direction I, c'est-à-dire entre la première face longitudinale et la deuxième face longitudinale. Les rangs de premiers tubes 8 sont ici superposés de manière alternée avec les rangs de deuxièmes tubes 9 selon la troisième direction I. 30 Les deuxièmes tubes 9 pourront également être positionnés, en rangées situées dans des plans parallèles aux deuxième et troisième directions L et I. Les rangées de premiers tubes 9 sont donc orthogonales aux rangées de premiers tubes 8. REVENDICATIONS1. Générateur thermo électrique (10) comprenant un faisceau (11) comportant un premier circuit (1), dit chaud, apte à permettre à un premier fluide de traverser le faisceau selon une première direction (H), et un deuxième circuit (2), dit froid, apte à permettre la circulation d'un deuxième fluide de température inférieure à celle du premier fluide, et 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 (1, 2), une extension du faisceau selon une direction, dite deuxième direction (L), perpendiculaire à la première direction (H) étant supérieure à une extension du faisceau (11) selon la première direction (H), ledit générateur thermo électrique (10) comprenant une boite collectrice d'entrée (30) du premier fluide dans le faisceau (11), une tubulure d'entrée (33) raccordée à ladite boite collectrice d'entrée (30), la tubulure d'entrée (33) étant inclinée par rapport à la deuxième direction (L). 2. Générateur thermo électrique (10) selon la revendication 1, dans lequel ledit générateur thermo électrique (10) comprend une boite collectrice de sortie (31) du premier fluide du faisceau (11) et une tubulure de sortie (34) raccordée à ladite boite collectrice de sortie (31), la tubulure de sortie (34) étant inclinée par rapport à la deuxième direction (L). 3. Générateur thermo électrique (10) selon la revendication 2, dans lequel la tubulure d'entrée (33) et la tubulure de sortie (34) s'étendent selon un axe commun. 4. Générateur thermo électrique (10) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel ladite boite collectrice d'entrée (30) comprend un volume supérieur à celui de la boite collectrice de sortie (31). 5. Générateur thermo électrique (10) selon la revendication 4, dans lequel le volume de la boite collectrice d'entrée (30) est 1 à 2 fois supérieur à celui de la boite collectrice de sortie (31). 6. Générateur thermo électrique (10) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la boite collectrice d'entrée (30) est divergente depuis la tubulure d'entrée (33) jusqu'au faisceau (11). 7. Générateur thermo électrique (10) selon la revendication 6, dans lequel la tubulure d'entrée (33) s'étend selon un axe d'entrée (A), ladite boite collectrice d'entrée (30) étant divergente de part et d'autre de l'axe d'entrée (A). 8. Générateur thermo électrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'inclinaison de la tubulure d'entrée (33) est comprise entre 200 et 45°. 9. Générateur thermo électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel l'inclinaison de la tubulure de sortie (34) est 15 comprise entre 20° et 450 . 10. Générateur thermo électrique (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, dans lequel ladite tubulure d'entrée (33) débouche dans ladite boite d'entrée (30) en retrait du faisceau (11), selon ladite deuxième direction L et/ou 20 ladite tubulure de sortie (34) débouche dans ladite boîte de sortie (31) au-delà du faisceau (11), selon ladite deuxième direction L.