Brevet FR3048554A1 — publié le 20170908

Dans le domaine automobile, il a déjà été proposé des dispositifs thermoélectriques utilisant des éléments, dits thermoélectriques, permettant de générer un courant électrique en présence d'un gradient de température entre deux de leurs faces opposées selon le phénomène connu sous le nom d'effet Seebeck. Ces dispositifs sont aussi appelés générateurs thermoélectriques. Il est connu de positionner ces générateurs thermoélectriques dans une ligne d'échappement de véhicule automobile, voire dans le circuit de gaz d'échappement recirculés pour les véhicules automobiles présentant un tel circuit entre l'échappement et l'admission du moteur thermique. L'objectif est l'utilisation de la chaleur des gaz d'échappement des véhicules automobile pour générer de l'énergie électrique. Le traitement des gaz d'échappement est ensuite nécessaire, notamment pour éviter que ne soient larguées des particules toxiques à l'air libre. Ce traitement des gaz est une fonction distincte de celle de la génération d'énergie électrique par les générateurs évoqués ci-dessus. Un des buts de la présente invention consiste à proposer une solution permettant d'améliorer l'existant, notamment à l'aide d'une combinaison de fonctions 20 au sein d'un même ensemble. L'invention concerne un dispositif thermoélectrique, comprenant un générateur thermoélectrique susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température au contact d'une source froide d'une part, et 25 d'une source chaude d'autre part. Selon l'invention, ledit dispositif comprend, en outre, une électrode, ledit dispositif étant configuré de manière à ce qu'une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique soit apte à alimenter ladite électrode, ladite électrode étant destinée à charger électriquement des particules toxiques d'un 30 premier fluide de manière à agglomérer lesdites particules toxiques entre elles. Le dispositif de l'invention est un dispositif thermoélectrique qui permet la génération d'un courant électrique à partir d'un gradient de température et, d'autre part, l'agglomération de particules toxiques d'un fluide participant à cette génération 3048554 2 de courant. En effet, il est prévu d'agglomérer ces particules toxiques au sein même dudit dispositif thermoélectrique, notamment en chargeant électriquement lesdites particules. Ainsi, le dispositif thermoélectrique de l'invention présente l'avantage 5 d'améliorer les dispositifs thermoélectriques existants en proposant de combiner, au sein d'un même ensemble, deux fonctions techniques jusqu'alors distinctes. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris 10 ensemble ou séparément : - ledit premier fluide constitue ladite source chaude, - ladite source froide est constituée par de l'air ambiant, - ladite électrode est disposée en amont dudit générateur, - le générateur électrique comprend une pluralité d'éléments 15 thermoélectriques susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leurs faces, - ladite pluralité d'éléments est en contact avec la source chaude via une première pluralité d'ailettes thermo-conductrices, - lesdites ailettes sont configurées de manière à retenir, à leurs surfaces, les agglomérats de particules toxiques, - lesdites ailettes sont métalliques, - lesdits éléments thermoélectriques sont des éléments parallélépipédiques, - ladite pluralité d'éléments est en contact avec la source froide via une seconde pluralité d'ailettes thermo-conductrices, notamment métalliques, - le dispositif thermoélectrique de l'invention est configuré de manière à ce qu'une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique soit apte à alimenter, en outre, la charge d'un condensateur, - le dispositif thermoélectrique de l'invention est destiné à être revêtu d'une enveloppe externe protectrice, dit boitier, de manière à être positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans ladite ligne définissent ledit premier fluide et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule 3048554 3 automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide. 5 L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence au dessin schématique annexé. 10 Sur ce dessin : - la figure 1 est une illustration schématique d'un exemple de réalisation d'un dispositif thermoélectrique selon l'invention, ledit dispositif étant représenté dans le sens longitudinal. 15 Comme illustré sur la figure 1, l'invention concerne un dispositif thermoélectrique 10, comprenant un générateur thermoélectrique 12 susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température au contact d'une source froide F1 d'une part, et d'une source chaude F2 d'autre part. 20 La figure 1 illustre schématiquement, en effet, un générateur thermoélectrique 12, en particulier lorsqu'il est positionné dans une ligne d'échappement de véhicule automobile 14 et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile. Les gaz d'échappement dudit véhicule automobile sont utilisés, ici, comme source chaude F2 afin de générer un 25 gradient de température avec la source froide F1. Ledit dispositif 10 comprend, en outre, une électrode 20. On entend par « électrode », un moyen électrique capable de charger de manière électrostatique des particules élémentaires, notamment des nanoparticules. 30 Selon l'invention, ledit dispositif 10 est configuré de manière à ce qu'une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique 10 soit apte à alimenter ladite électrode 20. Cela présente l'avantage d'utiliser localement l'énergie électrique générée par ledit générateur 12. 3048554 4 Ladite électrode 20 est destinée à charger électriquement des particules toxiques d'un premier fluide de manière à agglomérer lesdites particules toxiques entre elles. Avantageusement, ledit premier fluide constitue ladite source chaude F2 ; 5 dans l'exemple décrit ici, ledit premier fluide est formé par les gaz d'échappement. D'autre part, ladite source froide F1 est constituée par de l'air ambiant. Cela présente l'avantage d'éviter tout risque de court-circuit local, risque existant lorsque la source froide est, par exemple, sous forme liquide. Ici, cet air ambiant provient de 10 l'air qui circule sous le plancher de la voiture, notamment car la ligne d'échappement 14 est ainsi conçue qu'elle se trouve à la proximité dudit plancher. L'air ambiant pourra aussi provenir d'un tout autre endroit, par exemple de l'extérieur de l'habitacle de la voiture ; cela dépend de l'architecture choisie pour ladite ligne d'échappement. 15 Il est à noter que le générateur électrique comprend une pluralité d'éléments thermoélectriques 30 susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leurs faces. Les éléments 30 sont, avantageusement, de forme parallélépipédique. Cela leur permet une intégration optimale au sein du générateur thermoélectrique 12 ; cela permet aussi un contact 20 optimal avec une première et une seconde pluralité d'ailettes 32, 34 thermo- conductrices, elles aussi prévues de forme parallélépipédique. Il est à noter que de tels éléments 30 fonctionnent, selon l'effet Seebeck, en permettant de créer un courant électrique dans une charge connectée entre lesdites 25 faces soumises au gradient de température. De façon connue de l'homme du métier, de tels éléments 30 sont constitués, par exemple, de Bismuth et de Tellurium (Bi2Te3). Les éléments thermoélectriques 30 pourront être, pour une première partie, des éléments d'un premier type, dit P, permettant d'établir une différence de potentiel 30 électrique dans un sens, dit positif, lorsqu'ils sont soumis à un gradient de température donné, et, pour l'autre partie, des éléments d'un second type, dit N, permettant la création d'une différence de potentiel électrique dans un sens opposé, dit négatif, lorsqu'ils sont soumis au même gradient de température 3048554 5 Lesdits éléments thermoélectriques 30 présentent, par exemple, deux faces planes parallèles opposées, une première en contact avec la première pluralité d'ailettes 32 et une seconde, opposée, en contact avec la seconde pluralité d'ailettes 34. 5 La première pluralité d'ailettes 32 est destinée à faciliter les transferts thermiques entre la source chaude F2, ici les gaz d'échappement, et les éléments thermoélectriques 30, du moins avec la face qui est en contact avec lesdites ailettes 32. Ces ailettes 32 seront de préférence prévues métalliques. 10 D'autre part, lesdites ailettes 32 sont configurées de manière à retenir, à leurs surfaces, les agglomérats de particules toxiques. Autrement dit, l'électrode 20, disposée avantageusement en amont du générateur 12 dans le sens de circulation des gaz d'échappement, charge électriquement ces particules, qui s'attirent entre 15 elles. Elles forment alors des agglomérats de particules, agglomérats qui sont ensuite retenus à la surface desdites ailettes 32. Cela permet de dépolluer les gaz d'échappement, par filtration. Ainsi, le dispositif de l'invention utilise les gaz d'échappement comme source 20 chaude F2 pour le générateur thermoélectrique 12, et, dans le même temps, permet sa dépollution en filtrant les particules toxiques qu'il contient, ceci avant son largage hors de la ligne d'échappement 14 (repère F2' sur la figure 1). Il est à noter que le sens de circulation est représenté par des flèches sur la figure 1. 25 La régénération du générateur thermoélectrique 12 de l'invention, consistant à nettoyer les ailettes 32 des agglomérats de particules, notamment par pyrolyse, est initiée, localement, par un arc électrique généré par un condensateur (non illustré ici). Il est à noter que la charge d'un tel condensateur est avantageusement assurée 30 par le dispositif thermoélectrique 10 de l'invention. Cela participe à l'autonomie du dispositif 10 de l'invention, qui génère du courant, participe à la dépollution des gaz d'échappement qu'il utilise comme source chaude, et alimente électriquement les éléments permettant sa propre régénération. 3048554 6 Ainsi, le dispositif de l'invention 10 agit comme un filtre pour les gaz d'échappement, plus précisément comme un filtre à haute tension. C'est pourquoi il est avantageux que ledit dispositif soit le plus intégré et autonome possible, notamment car toute tension élevée, dans un véhicule automobile, doit rester locale. 5 A titre d'exemple, la tension générée ici pourra être de l'ordre d'environ 3 000 Volts. D'autre part, un boitier 40 sera avantageusement placé autour du générateur thermoélectrique 12 pour guider la source chaude F2. Ledit boitier 60 servira aussi 10 d'enveloppe externe protectrice, notamment de manière à permettre le positionnement dudit générateur 12 dans la ligne d'échappement 14 du véhicule automobile et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés du véhicule automobile (circuit non illustré ici). 15 Il est à noter que la pluralité d'éléments thermoélectriques 30 est en contact avec la source froide, l'air ambiant, via la seconde pluralité d'ailettes thermoconductrices 34. Ces ailettes 34 seront de préférence métalliques. Elles seront avantageusement montées sur le boitier 40. 20 A titre d'exemple, la source chaude F2 aura une température de plusieurs centaines de degrés, par exemple environ 700°C, tandis que la source froide F1 aura une température de quelques dizaines de degrés, tout en étant inférieure à, environ, 60°C. 25 II est à noter aussi que des variantes de réalisation sont bien sûr possibles. Notamment, dans un exemple de réalisation supplémentaire (non illustré), une telle électrode 20 de dépollution est configurée pour être positionné dans un échangeur de chaleur, ceci en faisant abstraction des éléments thermoélectriques insérés, ici, dans le boitier. 30 REVENDICATIONS1. Dispositif thermoélectrique (10), comprenant un générateur thermoélectrique (12) susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température au contact d'une source froide (F1) d'une part, et d'une source chaude (F2) d'autre part, ledit dispositif comprenant en outre une électrode (20), ledit dispositif étant configuré de manière à ce qu'une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique (12) soit apte à alimenter ladite électrode (20), ladite électrode (20) étant destinée à charger électriquement des particules toxiques d'un premier fluide de manière à agglomérer lesdites particules toxiques entre elles. 2. Dispositif thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit premier fluide constitue ladite source chaude (F2). 3. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel ladite source froide (F1) est constituée par de l'air ambiant. 4. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite électrode (20) est disposée en amont dudit générateur (12). 5. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le générateur électrique (12) comprend une pluralité d'éléments thermoélectriques (30) susceptible de générer un courant électrique sous l'action d'un gradient de température exercé entre deux de leurs faces. 6. Dispositif thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite pluralité d'éléments (30) est en contact avec la source chaude via une première pluralité d'ailettes (32) thermo-conductrices. 3048554 8 7. Dispositif thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel lesdites ailettes (32) sont configurées de manière à retenir, à leurs surfaces, les agglomérats de particules toxiques. 5 8. Dispositif thermoélectrique (10) selon la revendication précédente, dans lequel lesdites ailettes (32) sont métalliques. 9. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel lesdits éléments thermoélectriques (30) sont des éléments 10 parallélépipédiques. 10. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel ladite pluralité d'éléments (30) est en contact avec la source froide (F1) via une seconde pluralité d'ailettes (34) thermo-conductrices. 15 11. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, configuré de manière à ce qu'une partie du courant électrique généré par le générateur thermoélectrique (12) soit apte à alimenter, en outre, la charge d'un condensateur. 20 12. Dispositif thermoélectrique (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, destiné à être revêtu d'une enveloppe externe protectrice, dit boitier (40), de manière à être positionné dans une ligne d'échappement (14) de véhicule automobile de sorte que les gaz d'échappement circulant dans 25 ladite ligne (14) définissent ledit premier fluide et/ou dans un circuit de gaz d'échappement recirculés de véhicule automobile de sorte que lesdits gaz d'échappement recirculés circulant dans ledit circuit définissent ledit premier fluide.