FR2526229A1 - NEW THERMOELECTRIC DEVICES AND APPARATUS - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION A POUR OBJET UN DISPOSITIF THERMOELECTRIQUE PEU COUTEUX, COMPACT, EFFICACE ET NE COMPORTANT PAS DE PIECES MOBILES, POUR LA CONVERSION DE LA CHALEUR EN ENERGIE ELECTRIQUE. CE DISPOSITIF COMPREND UN ORGANE DE RECUPERATION DE LA CHALEUR COMPORTANT DES AILETTES COLLECTRICES 72 ET DES TUBES CHAUFFANTS 66 POUR LE CAPTAGE ET LA TRANSMISSION DE LA CHALEUR PERDUE A L'UN DES COTES D'UN APPAREIL THERMOELECTRIQUE 56 SITUE A L'EXTERIEUR DU FLUX DE CHALEUR PERDUE. L'AUTRE COTE DE L'APPAREIL THERMOELECTRIQUE EST REFROIDI A L'EAU OU A L'AIR DE MANIERE A REALISER UN GRADIENT DE TEMPERATURE A L'INTERIEUR POUR LA PRODUCTION D'ENERGIE ELECTRIQUE.THE SUBJECT OF THE PRESENT INVENTION IS A CHEAP, COMPACT, EFFICIENT THERMOELECTRIC DEVICE NOT INCLUDING MOVABLE PARTS, FOR THE CONVERSION OF HEAT INTO ELECTRIC ENERGY. THIS DEVICE INCLUDES A HEAT RECOVERY CONTAINING COLLECTOR FINS 72 AND HEATING TUBES 66 FOR THE COLLECTION AND TRANSMISSION OF THE HEAT LOST AT ONE SIDE OF A THERMOELECTRIC APPLIANCE 56 LOCATED OUTSIDE OF THE FLOW OF LOST HEAT. THE OTHER SIDE OF THE THERMOELECTRIC APPLIANCE IS WATER OR AIR COOLED SO AS TO ACHIEVE A TEMPERATURE GRADIENT INSIDE FOR THE PRODUCTION OF ELECTRIC ENERGY.

Description

La présente invention est relative à des dispositifs thermoélectriquesThe present invention relates to thermoelectric devices

nouveaux et améliorés et à des matériaux thermoélectriques plus efficaces  new and improved and more efficient thermoelectric materials

destinés à être utilisés avec ces dispositifs.  intended for use with these devices.

On a pris conscience du fait que les res- sources mondiales en combustibles fossiles pour la production d'énergie sont en voie d'épuisement de plus en plus rapide Cette constatation a donné lieu  It has become apparent that the world's resources of fossil fuels for energy production are running out more and more quickly This finding has given rise to

à une crise de l'énergie qui ne se répercute pas seu-  to an energy crisis that does not only affect

lement sur l'économie mondiale, mais constitue aussi  on the world economy, but also constitutes

une menace pour la paix et la stabilité du monde.  a threat to world peace and stability.

"La solution du problème implique la mise au point de nouveaux combustibles et de techniques permettant  "The solution to the problem involves the development of new fuels and techniques allowing

de les utiliser d'une manière plus efficace La pré-  to use them more effectively The pre-

sente invention a donc pour objet la conservation de l'énergie, la production d'énergie, la lutte contre la pollution et l'ouverture de nouvelles perspectives  sente invention therefore relates to energy conservation, energy production, the fight against pollution and the opening of new perspectives

industrielles par la mise au point de nouveaux dispo-  industrialists by developing new

sitifs thermoélectriques produisant davantage d'élec-  thermoelectric sitives producing more electricity

tricité.tricity.

Le problème de la transformation permanente de l'énergie dans des conditions économiques peut être résolu en grande partie par la thermoélectricité, qui permet la production d'énergie électrique à partir de chaleur On estime que plus des deux tiers de l'énergie dont nous disposons, par exemple dans les gaz d'échappement des moteurs d'automobile ou des centrales productrices d'énergie, sont gaspillés et se perdent dans l'atmosphère Jusqu'à présent, cette pollution thermique n'a pas eu d'effets sérieux sur les conditions climatiques Cependant, on a calculé que  The problem of the permanent transformation of energy under economic conditions can be largely solved by thermoelectricity, which allows the production of electric energy from heat It is estimated that more than two thirds of the energy we have , for example in the exhaust fumes of automobile engines or power plants, are wasted and lost in the atmosphere So far, this thermal pollution has not had any serious effects on Climatic conditions However, it has been calculated that

si la consommation d'énergie dans le monde continue à aug-  if global energy consumption continues to increase

menter, la pollution thermique finira par provoquer une fusion partielle de la calotte glaciaire aux pôles et une élévation correspondante du niveau des mers.  lying, thermal pollution will eventually cause a partial fusion of the ice cap at the poles and a corresponding rise in sea level.

La présente invention a pour objet la réalisa-  The object of the present invention is the realization

tion d'un dispositif permettant, à peu de frais et d'une manière efficace et économique, de produire de l'énergie électrique à partir de la chaleur perdue provenant des  tion of a device making it possible, inexpensively and in an efficient and economical manner, to produce electrical energy from the waste heat from the

centrales thermiques, des sites géothermiques, des auto-  thermal power plants, geothermal sites, cars

mobiles, des camions et des autobus L'utilisation de la  mobiles, trucks and buses The use of

chaleur perdue provenant de ces sources ou d'autres sour-  waste heat from these or other sources

ces permet de produire de l'électricité tout en réduisant la pollution thermique et en contribuant à la conservation  these makes it possible to produce electricity while reducing thermal pollution and contributing to conservation

de sources d'énergie limitées.limited energy sources.

L'efficacité d'un dispositif thermoélectrique  The efficiency of a thermoelectric device

dépend en partie des caractéristiques de rendement des ap-  depends in part on the performance characteristics of the ap-

pareils thermoélectriques et des appareils qui les cons-  such thermoelectrics and the devices that make them up

tituent Le rendement d'un appareil thermoélectrique peut  The efficiency of a thermoelectric device can

s'exprimer par un facteur de mérite (Z) du matériau cons-  express itself by a merit factor (Z) of the material

tituant les appareils, Z étant défini par l'expression  titling the devices, Z being defined by the expression

Z = S 2 0-Z = S 2 0-

dans laquelle Z est exprimé en unité x 103 S est la force électromotrice de Seebeck, en V/ C K la conductibilité calorifique, en m W/Cm OC crla conductibilité électrique, en (JL -Cm)1 On voit, d'après ce qui précède, que, pour qu'un matériau convienne à la transformation thermoélectrique de l'énergie, il doit présenter une valeur élevée de force  in which Z is expressed in unit x 103 S is the Seebeck electromotive force, in V / CK the heat conductivity, in m W / Cm OC crla electrical conductivity, in (JL -Cm) 1 We see, from what precedes, that for a material to be suitable for the thermoelectric transformation of energy, it must have a high value of force

thermoélectrique de Seebeck (S), une conductilibité élec-  thermoelectric from Seebeck (S), an electric conductivity

trique (a-) élevée et une faible conductibilité calorifi-  high (a-) size and low heat conductivity

que (K) De plus, la conductibilité calorifique K com-  that (K) In addition, the heat conductivity K com-

prend deux composantes, la composante de réseau KL et la  takes two components, the network component KL and the

composante électrique Ke Dans les matériaux non métal-  electrical component Ke In non-metallic materials-

liques, Kt est prédominante et c'est cette composante qui détermine en général la valeur de K.  lics, Kt is predominant and it is this component which generally determines the value of K.

En d'autres termes pour qu'un matériau soit ef-  In other words for a material to be effective

ficace comme matériau thermoélectrique, il importe qu'il permette à des porteurs de charge de diffuser facilement de la jonction chaude à la jonction froide en maintenant le gradient de température Il faut donc à la fois une  as a thermoelectric material, it is important that it allows charge carriers to easily diffuse from the hot junction to the cold junction while maintaining the temperature gradient.

conductibilité électrique élevée et une faible conductibi-  high electrical conductivity and low conductivity

lité calorifique.calorific lity.

La transformation thermoélectrique de l'énergie n'a guère été utilisée dans le passé Cette circonstance s'explique par le fait que, dans l'état de l'art antérieur, les matériaux thermoélectriques qui convenaient tout à fait aux applications industrielles avaient une structure cristalline Or, les solides à structure cristalline ne peuvent pas avoir une conductibilité électrique élevée tout en ayant une faible conductibilité calorifique Mais  Thermoelectric energy transformation has hardly been used in the past This circumstance is explained by the fact that, in the state of the prior art, the thermoelectric materials which were entirely suitable for industrial applications had a structure However, solids with a crystalline structure cannot have a high electrical conductivity while having a low heat conductivity.

surtout, en raison de la symétrie des cristaux, la conduc-  above all, due to the symmetry of the crystals, the conduc-

tibilité calorifique ne peut pas être réglée par une mo-  heat output cannot be adjusted by a

dification.dification.

Lorsqu'on envisage une solution impliquant l'uti-  When considering a solution involving the use of

lisation de matériaux de structure polycristalline classi-  use of polycrystalline structure materials classi-

que, les problèmes des matériaux monocristallins sont en-  that the problems of monocrystalline materials are

core prédominants Cependant, de nouveaux problèmes se posent également du fait que, dans les polycristaux, les  However, new problems also arise from the fact that, in polycrystals, the

limites de grain font que ces matériaux ont une conducti-  grain limits make these materials conducti-

bilité calorifique assez faible De plus, la préparation de ces matériaux est difficile en raison de la complexité de leur structure cristalline La modification chimique  fairly low calorific value In addition, the preparation of these materials is difficult due to the complexity of their crystal structure Chemical modification

ou dopage de ces matériaux est, à cause des problèmes ci-  or doping of these materials is, because of the above problems

dessus, particulièrement difficile.  above, particularly difficult.

Parmi les matériaux thermoélectriques courants,  Among the common thermoelectric materials,

les plus connus sont le (Bi, Sb)2 Te 3, le Pb Te et le Si -  the best known are (Bi, Sb) 2 Te 3, Pb Te and Si -

Ge Les matériaux en (Bi, Sb)2 Te 3 donnent les meilleurs résultats entre 100 C et + 1500 C, la valeur optimale de Z correspondant à 300 C environ Le (Bi, Sb)2 Te 3 est un  Ge The materials in (Bi, Sb) 2 Te 3 give the best results between 100 C and + 1500 C, the optimal value of Z corresponding to approximately 300 C Le (Bi, Sb) 2 Te 3 is a

système continu de solution solide dans laquelle les te-  continuous system of solid solution in which the te-

neurs en Bi et Sb varient de O à 100 % Le matériau en Si-Ge donne les meilleurs résultats aux températures éle-  Bi and Sb values vary from O to 100% The Si-Ge material gives the best results at high temperatures.

vées entre 600 et 1000 l C, la valeur de Z étant satisfai-  between 600 and 1000 l C, the value of Z being satisfied

sante au-dessus de 7000 C Le matériau polycristallin Pb Te a son meilleur facteur de mérite entre 300 et 5000 C. On n'a étudié aucun de ces matériaux en vue d'utilisations entre 100 et 3000 C C'est dommage, car c'est précisément dans ce domaine que l'on a trouvé des possibilités variées d'utilisation de la chaleur perdue Parmi ces utilisations figurent celle de la chaleur perdue d'origine géothermique, celle de la chaleur perdue des moteurs à combustion interne,  health above 7000 C The polycrystalline material Pb Te has its best merit factor between 300 and 5000 C. We have not studied any of these materials with a view to uses between 100 and 3000 C It's a shame, because c It is precisely in this field that we have found various possibilities of using waste heat. Among these uses are that of waste heat of geothermal origin, that of waste heat from internal combustion engines,

par exemple des camions, des autobus et des automobiles.  for example trucks, buses and automobiles.

Les utilisations de ce type sont importantes parce qu'il s'agit vraiment de chaleur perdue La chaleur dégagée aux températures plus élevées est obtenue intentionnellement à partir d'autres combustibles et n'est donc pas vraiment de  Uses of this type are important because it is really waste heat The heat given off at higher temperatures is intentionally obtained from other fuels and therefore is not really of

la chaleur perdue.the waste heat.

De nouveaux matériaux thermoélectriques ayant des  New thermoelectric materials with

propriétés améliorées ont été découverts en vue d'une uti-  improved properties have been discovered for use

lisation dans les domaines de température définis ci-dessus.  reading in the temperature ranges defined above.

Ces matériaux sont définis dans la demande de brevet USA N O 341 864, déposée le 22 janvier 1982 aux noms de Tumkur S.  These materials are defined in the patent application USA N O 341 864, filed on January 22, 1982 in the names of Tumkur S.

Jayadev et On Van Nguyen sous le titre "New multiphase ther-  Jayadev and On Van Nguyen under the title "New multiphase ther-

moelectric alloys and method of making sane" (Nouveaux al-  moelectric alloys and method of making sane "(New al-

liages thermoélectriques à plusieurs phases et procédé de  multi-phase thermoelectric bonding and method of

fabrication de ces matériaux).manufacture of these materials).

Les matériaux thermoélectriques décrits dans ce  The thermoelectric materials described in this

brevet peuvent être utilisés dans les systèmes envisagés.  patent can be used in the systems envisaged.

Ces matériaux ne sont pas des matériaux à une seule phase cristalline, mais, au contraire, sont en désordre De plus,  These materials are not materials with a single crystalline phase, but, on the contrary, are in disorder In addition,

ces matériaux sont des matériaux à plusieurs phases compor-  these materials are materials with several phases comprising

tant à la fois des phases amorphes et des phases multicris-  both amorphous and multi-phase phases

tallines Les matériaux de ce type sont de bons isolants  tallines Materials of this type are good insulators

thermiques Ils comportent des limites de grains de dif-  thermal They contain grain limits of diff-

férentes phases de transition dont la composition varie depuis la composition des cristallites de matrice jusqu'à la composition des différentes phases dans les zones des limites des grains Les limites de grainssont très en désordre, les phases de transition incluant des phases de  different transition phases whose composition varies from the composition of the matrix crystallites to the composition of the different phases in the grain boundary zones The grain boundaries are very disorganized, the transition phases including

grande résistivité thermique, ce qui donne une grande ré-  high thermal resistivity, which gives great

sistance à la conduction de la chaleur A l'inverse des matériaux classiques, le matériau est constitué de telle manière que les limites de grains comprenant des zones contenant des phases conductrices comportent de nombreux trajets de conduction électrique à travers le matériau en vrac de manière à augmenter la conductibilité électrique sans affecter d'une manière importante la conductibilité calorifique Par nature, ces matériaux présentent tous  resistance to heat conduction Unlike conventional materials, the material is constructed in such a way that the grain boundaries comprising zones containing conductive phases have numerous paths of electrical conduction through the bulk material so as to increase electrical conductivity without significantly affecting heat conductivity By nature, these materials all have

les avantages de matériaux polycristallins en ce qui con-  the advantages of polycrystalline materials with regard to

cerne les faibles valeurs de la conductibilité calorifique  identifies low values of heat conductivity

et l'effet Seebeck dans les cristaux Cependant, à la dif-  and the Seebeck effect in the crystals However, unlike

férence des matériaux polycristallins classiques, ces ma-  standard polycrystalline materials, these materials

tériaux à plusieurs phases en désordre ont également une conductibilité électrique élevée Par conséquent, comme on l'explique dans la demande de brevet déjà citée, le produit 526 dans le facteur de mérite de ces matériaux peut être  messy multi-phase materials also have high electrical conductivity Therefore, as explained in the patent application already cited, the product 526 in the merit factor of these materials can be

augmenté au maximum de manière indépendante tout en conser-  increased to the maximum independently while conserving

vant de faibles valeurs de la conductibilité calorifique  with low values of heat conductivity

pour la production d'énergie thermoélectrique.  for the production of thermoelectric energy.

Des matériaux amorphes, qui représentent le plus  Amorphous materials, which represent the most

fort degré de désordre, ont été réalisés pour des utilisa-  high degree of disorder, have been made for users

tions thermoélectriques Ces matériaux et les procédés permettant de les fabriquer ont été décrits d'une manière complète dans les brevsts USA 4 177 473, 4 177 474 et 4 178 415 publiés au nom de Stanford R Ovshinsky Les matériaux décrits par ces brevets comprennent une matrice amorphe solide comportant des configurations structurelles  thermoelectric materials These materials and the processes for their manufacture have been fully described in US Patents 4,177,473, 4,177,474 and 4,178,415 published in the name of Stanford R Ovshinsky The materials described by these patents include a matrix solid amorphous with structural configurations

ayant un ordre local plutôt qu'à longue portée et des con-  having a local rather than long range order and con-

figurations électroniques ayant un intervalle de bande ou  electronic figurations having a band gap or

bande interdite et une énergie électrique d'activation.  forbidden band and an electrical activation energy.

S'ajoutant à la matrice amorphe de base, un matériau mo-  In addition to the basic amorphous matrix, a mo-

dificateur comporte des orbitales qui s'associent à la matrice amorphe de base et les unes aux autres de manière à réaliser des états électroniques dans l'intervalle de bande Cette interaction modifie d'une manière sensible les configurations électroniques de la matrice amorphe de base de manière à réduire l'énergie d'activation et,  difier includes orbitals which associate with the base amorphous matrix and with each other so as to achieve electronic states in the band interval This interaction appreciably changes the electronic configurations of the base amorphous matrix so as to reduce the activation energy and,

de ce fait, à augmenter d'une manière sensible la conduc-  therefore, to significantly increase the conduc-

tibilité électrique du matériau La conductibilité élec-  electrical sensitivity of the material Electrical conductivity

trique résultante peut être réglée en faisant varier la  resulting size can be adjusted by varying the

quantité de matériau modificateur ajouté à la matrice.  amount of modifier material added to the matrix.

La matrice amorphe est normalement du type à conduction quasi intrinsèque et le matériau modifié devient de même du  The amorphous matrix is normally of the quasi-intrinsic conduction type and the modified material likewise becomes

type à conduction quasi extrinsèque.  almost extrinsic conduction type.

Comme on l'a vu également la matrice amorphe peut avoir des couples de solitaires ayant des orbitales avec lesquelles les orbitales du matériau modificateur agissent de manière à former les nouveaux états électroniques dans l'intervalle de bande En d'autres termes, la matrice peut avoir une liaison primitivement tétraédrique à laquelle  As we have also seen the amorphous matrix can have pairs of solitaires having orbitals with which the orbitals of the modifying material act so as to form the new electronic states in the band interval In other words, the matrix can have a primitively tetrahedral bond to which

le matériau modificateur est ajouté d'abord sans substitu-  the modifier material is added first without substitution-

tion, ses orbitales agissant sur celles de la matrice et réciproquement Les matériaux des bandes d et f ainsi que le bore et le carbone, qui offrent des possibilités pour plusieurs orbitales, peuvent être utilisés pour former les  tion, its orbitals acting on those of the matrix and vice versa The materials of the d and f bands as well as boron and carbon, which offer possibilities for several orbitals, can be used to form the

nouveaux états électroniques dans l'intervalle de bande.  new electronic states in the band interval.

Il résulte de ce qui précède que ces matériaux thermoélectriques amorphes possèdent une conductibilité électrique nettement supérieure Cependant, du fait qu'ils restent amorphes après la modification, ils conservent leurs faibles valeurs de conductibilité calorifique, ce qui les  It follows from the above that these amorphous thermoelectric materials have a significantly higher electrical conductivity However, because they remain amorphous after modification, they retain their low values of heat conductivity, which

rend très intéressants pour des utilisateurs thermoélectri-  makes it very interesting for thermoelectric users

ques, particulièrement aux températures élevées, au-  especially at high temperatures,

dessus de 4000 C.above 4000 C.

Ces matériaux sont modifiés et amenés à un ni-  These materials are modified and brought to a level

veau atomique ou microscopique o les configurations ato-  atomic or microscopic calf where the ato-

miques sont nettement modifiées de manière à leur donner  mics are clearly modified so as to give them

les valeurs de conductibilité électrique qui sont aug-  the electrical conductivity values which are increased

mentées d'une manière indépendante, comme on l'a vu Par  independently lied to, as we saw Par

contraste, les matériaux décrits dans la demande de bre-  contrast, the materials described in the patent application

vet déjà citée ne sont pas modifiés au niveau atomique.  vet already mentioned are not modified at the atomic level.

Ils sont plutôt fabriqués de manière à introduire du dé-  Rather, they are manufactured to introduce de-

sordre dans le matériau au niveau microscopique Ce dé-  twist in the material at the microscopic level This

sordre permet l'introduction de phases diverses, y compris  twisting allows the introduction of various phases, including

des phases conductrices, dans le matériau de la même ma-  conductive phases, in the material of the same ma-

nière qu'une modification atomique dans des matériaux en  denies that an atomic modification in materials in

phase purement amorphe, de manière à obtenir une conduc-  purely amorphous phase, so as to obtain a conduc-

tibilité électrique élevée contrôlée' tandis que le dé-  controlled high electrical sensitivity while the

sordré dans les autres phases donne une faible conducti-  sordered in the other phases gives low conducti-

bilité calorifique Ces matériaux sont donc intermédiai-  heat bility These materials are therefore intermediai-

res,en ce qui concerne leur conductibilité calorifique,  res, with regard to their heat conductivity,

entre des matériaux amorphes et des matériaux polycris-  between amorphous materials and polycrystallized materials

tallins Réguliers.Regular tallins.

Un appareil thermoélectrique produit de l'élec-  A thermoelectric device produces electricity

tricité en réalisant une différence de température dans  tricity by realizing a temperature difference in

le matériau qu'il contient Les appareils thermoélectri-  the material it contains Thermoelectric devices

ques comprennent généralement des éléments de matériaux à la fois du type p et du type n Dans le matériau du type p, la différence de température déplace les porteurs de charges chargés positivement du côté chaud au côté froid des éléments tandis que, dans le matériau du type n, la différence de température déplace les porteurs de charge chargés négativement du côté chaud au côté froid  ques generally include elements of materials of both type p and type n In the material of type p, the difference in temperature moves the carriers of positively charged charges from the hot side to the cold side of the elements while, in the material of type n, the temperature difference moves the negatively charged charge carriers from the hot side to the cold side

des éléments.elements.

Les échangeurs de température classiques utili-  Conventional temperature exchangers used

sés pour transmettre la chaleur à l'appareil thermoélectri-  to transmit heat to the thermoelectric device

que sont volumineux, lourds et inefficaces Ils compren-  that are bulky, heavy and ineffective They understand

nent beaucoup de surfaces collectrices de la chaleur très  a lot of very heat collecting surfaces

rapprochées qui délimitent des passages qui sont facile-  close together which delimit passages which are easy-

ment encrassés par le flux de liquide chaud qui y circule.  fouled by the flow of hot liquid flowing through it.

De plus, les échangeurs de chaleur classiques ont une structure telle que les appareils thermoélectriques en constituent une partie intégrante et inséparable Du fait  In addition, conventional heat exchangers have a structure such that thermoelectric devices form an integral and inseparable part thereof.

que ces appareils thermoélectriques ne sont pas sépara-  that these thermoelectric devices are not separated

bles, il est difficile, sinon impossible, d'assurer leur'  it is difficult, if not impossible, to ensure their

nettoyage et leur entretien.cleaning and maintenance.

Les échangeurs de température classiques sont également construits généralement en utilisant une grande quantité de cuivre, d'aluminium ou d'acier inoxydable, par exemple On ne peut donc les fabriquer qu'à grands  Conventional temperature exchangers are also generally constructed using a large quantity of copper, aluminum or stainless steel, for example. They can therefore only be manufactured with large

frais Ils exercent également une forte pression de re-  fresh They also exert strong pressure to re-

tour dans les canalisations d'évacuation des moteurs à combustion interne sur lesquelles ils sont montés Il est alors difficile d'obtenir un fonctionnement correct de ces  turn in the exhaust pipes of the internal combustion engines on which they are mounted It is therefore difficult to obtain correct operation of these

moteurs Enfin, du fait que les appareils thermoélectri-  motors Finally, because thermoelectric devices

ques font partie intégrante des échangeurs de température,  which are an integral part of the heat exchangers,

ces appareils thermoélectriques risquent de subir une pol-  these thermoelectric devices may be subject to pol-

lution due aux gaz d'échappement évacués par les canalisa-  lution due to the exhaust gases evacuated through the pipes

tions d'échappement.exhaust tions.

Le but de la présente invention est de permettre la réalisation de dispositifs thermoélectriques nouveaux et améliorés permettant de produire de l'électricité à  The object of the present invention is to allow the production of new and improved thermoelectric devices making it possible to produce electricity at

partir de la chaleur perdue Ces dispositifs ont un vo-  from waste heat These devices have a

lume ramassé et ne comportent pas de parties mobiles De plus, ces dispositifs doivent permettre d'utiliser de la chaleur perdue provenant de différentes sources de chaleur perdue, y compris la chaleur perdue provenant des moteurs  lume picked up and have no moving parts In addition, these devices must allow the use of waste heat from different sources of waste heat, including waste heat from engines

à combustion interne.internal combustion.

Les dispositifs thermoélectriques qui font l'ob-  The thermoelectric devices which are the object

jet de la présente invention comprennent des dispositifs  jet of the present invention include devices

collecteurs de la chaleur constitués par des ailettes col-  heat collectors constituted by collared fins

lectrices de la chaleur placées dans le courant de fluide  heat scanners placed in the fluid stream

amenant la chaleur perdue provenant d'une source quelcon-  bringing waste heat from any source

que et de dispositifs de transmission de la chaleur.  and heat transfer devices.

Ces dispositifs de transmission de la chaleur sont cons-  These heat transmission devices are

titués de manière à aller extérieurement depuis le cou-  sorted so as to go outside from the neck

rant de fluide chauffé jusqu'à au moins un appareil thermoélectrique qui est complètement séparé du courant  rant of heated fluid to at least one thermoelectric device which is completely separated from the current

de fluide chaud Cette disposition permet la transmis-  hot fluid This arrangement allows the transmission

sion de la chaleur à l'un des côtés d'au moins un appa-  heat on one side of at least one appliance

reil thermoélectrique tout en maintenant cet appareil à part, donc à l'abri d'une possible contamination par le courant de fluide chaud L'autre côté de l'appareil thermoélectrique est soumis à l'action d'un milieu de refroidissement de manière à réaliser une différence de température au travers de l'appareil thermoélectrique et,  thermoelectric device while keeping this device separate, therefore protected from possible contamination by the current of hot fluid The other side of the thermoelectric device is subjected to the action of a cooling medium so as to realize a temperature difference through the thermoelectric device and,

de ce fait, permettre la production d'énergie électrique.  therefore, allow the production of electrical energy.

Le dispositif de transmission de la chaleur  The heat transfer device

utilisé pour réaliser le côté chaud de l'appareil thermo-  used to create the warm side of the thermo-appliance

électrique est constitué de préférence par un échangeur  electric preferably consists of an exchanger

de chaleur qui comprend un ou plusieurs tubes chauffants.  that includes one or more heating tubes.

Les tubes chauffants sont des cylindres creux fermés con-  The heating tubes are closed hollow cylinders con-

tenant le fluide actif Ce fluide actif intervient pour transporter d'une manière efficace la chaleur, prélevée dans le fluide chauffé, jusqu'au côté chaud de l'appareil thermoélectrique L'opération s'effectue en mettant à profit les mécanismes thermodynamiques de vaporisation et de condensation du fluide de travail De plus, les tubes  holding the active fluid This active fluid is used to efficiently transport the heat, taken from the heated fluid, to the hot side of the thermoelectric device. The operation is carried out by taking advantage of the thermodynamic vaporization mechanisms and of the working fluid In addition, the tubes

chauffants étant scellés, on a affaire à un système réa-  heaters being sealed, we are dealing with a system

lisant un cycle continu sans contamination.  reading a continuous cycle without contamination.

L'utilisation de ces tubes chauffants associés à des ailettes collectant la chaleur permet de réaliser un dispositif de transmission de la chaleur efficace peu  The use of these heating tubes associated with fins collecting the heat makes it possible to produce an efficient heat transmission device that is not very

coûteux et compact tel que le fluide soit à faible pres-  expensive and compact such that the fluid is low pressure

sion de retour Ce dispositif de transmission de la cha-  return flow This heat transmission device

leur a une durée -de service plus longue et est plus fa-  has a longer service life and is more

cile à nettoyer et à entretenir que les échangeurs de chaleur classiques, du fait qu'il est facile de séparer le  easier to clean and maintain than conventional heat exchangers, because it is easy to separate the

dispositif de transmission de la chaleur des appareils ther-  heat transfer device of ther-

moélectriques.moelectric.

Le dispositif qui fait l'objet de la présente in-  The device which is the subject of the present in-

vention assure le refroidissement du côté froid de l'appa- reil thermoélectrique par une circulation d'eau ou d'un  vention cools the cold side of the thermoelectric device by circulating water or a

autre liquide à sa périphérie En variante, le refroidis-  other liquid at its periphery Alternatively, the coolant

sement du côté froid de l'appareil thermoélectrique peut  the cold side of the thermoelectric device may

être assuré par contact avec l'air.  be ensured by contact with air.

Le dispositif qui fait l'objet de la présente invention utilise de préférence les matériaux nouveaux  The device which is the subject of the present invention preferably uses new materials

et perfectionnés qui sont décrits dans la demande de bre-  and advanced which are described in the patent application

vet USA 341 864 Ces matériaux sont particulièrement  vet USA 341 864 These materials are particularly

avantageux comme éléments du type p des appareils thermo-  advantageous as p-type elements of thermo-devices

électriques.electric.

Les éléments des appareils thermoélectriques sont thermiquement reliés en parallèle et électriquement  The elements of thermoelectric devices are thermally connected in parallel and electrically

en série Donc, suivant un aspect ultérieur de l'inven-  in series So, according to a later aspect of the invention

tion, la résistance thermique (Rte) des éléments thermo-  tion, the thermal resistance (Rte) of the thermo-

électriques est assortie à la résistance thermique (Rhx)  is matched with thermal resistance (Rhx)

du dispositif de transmission de la chaleur de l'échan-  heat transfer device

geur de chaleur de manière à réduire la consommation d'é-  heat absorber so as to reduce the consumption of

nergie pour une quantité donnée de matériau thermoélec-  energy for a given quantity of thermoelectric material

trique nécessaire aux appareils.required for the devices.

L'invention a également pour objet la réalisa-  The invention also relates to the realization

tion d'un dispositif thermoélectrique permettant de pro-  tion of a thermoelectric device for pro-

duire de l'énergie électrique à partir d'un courant de fluide qui a été chauffé à une température élevée Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un appareil thermoélectrique pour la production d'énergie électrique en fonction d'une différence de température  draw electrical energy from a stream of fluid which has been heated to a high temperature The device is characterized in that it comprises at least one thermoelectric device for the production of electrical energy as a function of a difference of temperature

réalisée dans l'appareil, un premier dispositif de trans-  made in the device, a first trans-

mission de la chaleur comprenant au moins un tube chauf-  heat mission including at least one heating tube

fant disposé dans le courant de fluide et s'étendant jus-  fant disposed in the fluid stream and extending to

qu'à l'extérieur de ce courant de fluide et étant relié thermiquement à au moins un appareil thermoélectrique pour  that outside this fluid stream and being thermally connected to at least one thermoelectric device for

lui transmettre au moins une partie de la chaleur prove-  transmit at least part of the heat

nant du courant de fluide et un deuxième dispositif de  from the fluid stream and a second device

transmission de la chaleur relié thermiquement à cet ap-  heat transfer thermally connected to this unit

pareil thermoélectrique pour réaliser, avec le premier dispositif de transmission de la chaleur, la différence  similar thermoelectric to make the difference with the first heat transfer device

de température dans cet appareil thermoélectrique.  temperature in this thermoelectric device.

L'invention a également pour objet de créer un dispositif thermoélectrique pour produire de l'énergie électrique à partir d'un courant de chaleur perdue Le  The object of the invention is also to create a thermoelectric device for producing electrical energy from a stream of waste heat.

dispositif est caractérisé par un appareil thermoélectri-  device is characterized by a thermoelectric device

que pour produire de l'énergie électrique en réponse à une différence de température qui lui est appliquée, un premier dispositif de transmission de chaleur comportant plusieurs conduits de chauffage dont des parties sont disposées dans le courant de chaleur perdue et qui sont reliées à l'appareil thermoélectrique pour le transfert  that to produce electrical energy in response to a temperature difference applied thereto, a first heat transmission device comprising several heating ducts, parts of which are arranged in the waste heat stream and which are connected to the thermoelectric device for transfer

d'une partie de la chaleur perdue à l'appareil thermoélec-  part of the heat lost to the thermoelectrical device

trique et un second dispositif de transmission de chaleur relié à l'appareil therméolectrique pour appliquer à cet appareil thermoélectrique une température qui est infé-r  stick and a second heat transmission device connected to the thermoelectric device to apply to this thermoelectric device a temperature which is inf-r

rieure à la température transférée à cet appareil ther-  lower than the temperature transferred to this ther-

moélectrique par le premier dispositif de transmission de chaleur en appliquant ainsi la différence de température  moelectric by the first heat transmission device thereby applying the temperature difference

à cet appareil thermoélectrique.to this thermoelectric device.

L'invention a également pour objet la réalisa-  The invention also relates to the realization

tion d'un dispositif thermoélectrique pour la production  tion of a thermoelectric device for production

d'énergie électrique à partir d'un courant de fluide préa-  of electrical energy from a stream of fluid previously

lablement porté à une température élevée Ce dispositif est caractérisé par au moins un appareil thermoélectrique pour la production d'énergie électrique en fonction d'une différence de température réalisée dans l'appareil loin du courant du fluide chaud, par un premier dispositif de  lably brought to a high temperature This device is characterized by at least one thermoelectric device for the production of electrical energy as a function of a temperature difference produced in the device far from the current of the hot fluid, by a first device

transmission de la chaleur placé dans ce courant de flui-  heat transmission placed in this stream of fluid

de, s'étendant à l'extérieur du courant de fluide et étant  of, extending outside the fluid stream and being

relié thermiquement à au moins un appareil thermoélectri-  thermally connected to at least one thermoelectric device

que pour transmettre au moins une partie de la chaleur du courant de fluide à au moins un appareil, et par un deuxième dispositif de transmission de la chaleur relié thermiquement à l'appareil thermoélectrique pour réaliser, avec le premier dispositif de transmission de la chaleur,  that to transmit at least part of the heat of the fluid stream to at least one device, and by a second heat transmission device thermally connected to the thermoelectric device to achieve, with the first heat transmission device,

la différence de température nécessaire à travers cet ap-  the temperature difference required through this ap-

pareil thermoélectrique.similar thermoelectric.

L'invention est décrite ci-dessous, dans un mode  The invention is described below, in a mode

de réalisation préféré, au moyen d'un exemple en se réfé-  preferred embodiment, by means of an example with reference to

rant au dessin.rant to the drawing.

La fig 1 est une vue latérale d'un dispositif  Fig 1 is a side view of a device

thermoélectrique constituant un premier mode de réalisa-  thermoelectric constituting a first embodiment

tion de l'invention.tion of the invention.

La fig 2 est une coupe transversale suivant la  Fig 2 is a cross section along the

ligne 2 2 de la fig 1.line 2 2 of fig 1.

La fig 3 est une coupe transversale suivant la  Fig 3 is a cross section along the

ligne 3 3 de la fig 2.line 3 3 of fig 2.

La fig 4 est une coupe transversale suivant la  Fig 4 is a cross section along the

ligne 4 4 de la fig 3.line 4 4 of fig 3.

La fig 5 est une vue latérale d'un dispositif thermoélectrique constituant un autre mode de réalisation  Fig 5 is a side view of a thermoelectric device constituting another embodiment

*de l'invention.* of the invention.

La fig 6 est une coupe transversale suivant la  Fig 6 is a cross section along the

ligne 6 6 de la fig 5.line 6 6 of fig 5.

La fig 7 est une vue latérale, partiellement  Fig 7 is a side view, partially

en coupe transversale, d'un appareil thermoélectrique per-  in cross section, of a thermoelectric device

mettant l'application du système suivant l'invention.  applying the system according to the invention.

La fig 8 est une coupe transversale suivant la  Fig 8 is a cross section along the

ligne 8 8 de la fig 7.line 8 8 of fig 7.

La fig 9 est une coupe transversale suivant la  Fig 9 is a cross section along the

ligne 9 9 de la fig 7.line 9 9 of fig 7.

La fig 10 est un schéma analogique correspondant  Fig 10 is a corresponding analog diagram

à une partie du dispositif suivant l'invention.  to a part of the device according to the invention.

La fig 11 est un schéma d'une partie du dispo-  Fig 11 is a diagram of part of the arrangement

sitif suivant l'invention.sitive according to the invention.

Les fig 1 et 2 représentent un dispositif ther-  Figs 1 and 2 show a thermal device

moélectrique 10 correspondant à un premier mode de réa-  moelectric 10 corresponding to a first mode of reaction

lisation de la présente invention Ce dispositif ther-  The present invention.

moélectrique 10 comprend un organe de récupération de la  10 includes a device for recovering the

chaleur 12, qui se subdivise en une chambre de récupéra-  heat 12, which is subdivided into a recovery chamber

tion de la chaleur 14, et une chambre de refroidissement 16, séparées par une paroi 18 L'organe de récupération 12 porte des conduits 20 et 22 montés à poste fixe Les conduits 20 comprennent des conduits 46 et 48 qui font  tion of the heat 14, and a cooling chamber 16, separated by a wall 18 The recovery member 12 carries conduits 20 and 22 mounted in a stationary position The conduits 20 comprise conduits 46 and 48 which form

passer le courant de fluide, chauffé par la chaleur per-  pass the current of fluid, heated by the heat per-

due, à travers la chambre de récupération 14 Les con-  due, through the recovery chamber 14 The

duits 22 comprennent des conduits 50 et 52 qui font pas-  duits 22 include conduits 50 and 52 which do not

ser un fluide de refroidissement à travers la chambre de  ser a coolant through the chamber

refroidissement 16.cooling 16.

La chaleur récupérée à partir du fluide dans la  The heat recovered from the fluid in the

chambre de récupération 14 est transmise depuis la cham-  recovery chamber 14 is transmitted from the chamber

bre de récupération 14 jusqu'à l'un des côtés de plusieurs appareils thermoélectriques 24 montés dans la chambre de  recovery bre 14 to one of the sides of several thermoelectric devices 24 mounted in the

refroidissement 16 La chaleur transmise dans ces con-  cooling 16 The heat transmitted in these con-

ditions maintient l'un des côtés des appareils thermoé-  ditions maintains one of the sides of thermo

lectriques à une température élevée Le courant de li-  high temperature

quide de refroidissement à travers la chambre de refroi-  what cooling through the cooling chamber

dissement 16 maintient l'autre côté des appareils thermoé-  Dissement 16 maintains the other side of thermo

lectriques 24 à une température plus basse Il en ré-  24 at a lower temperature

sulte une différence de température à travers l'appareil  a temperature difference across the device

thermoélectrique et, par conséquent, une production d'é-  thermoelectric and, consequently, a production of

lectricité.electricity.

Les fig 7, 8 et 9 représentent un appareil ther-  Figs 7, 8 and 9 show a thermal appliance

moélectrique 24 pour la production d'électricité Cet ap-  24 for electricity production This device

pareil 24 comprend des éléments thermoélectriques de type  similar 24 includes thermoelectric elements of the type

n et de type p désignés respectivement par les réfé-  n and type p respectively designated by the references

rences 26 et 28 Les éléments 26 et 28 de type N et de  rences 26 and 28 Elements 26 and 28 of type N and

type p sont thermiquement reliés en parallèle et électri-  type p are thermally connected in parallel and electrically

quement reliés en série par une liaison alternée.  only connected in series by an alternating link.

Il est préférable d'utiliser comme éléments 28 du type p les matériaux nouveaux et améliorés décrits  It is preferable to use as elements 28 of type p the new and improved materials described.

dans la demande de brevet USA N O 341 864 Un alliage dé-  in USA patent application N O 341 864 An alloy

crit dans cette demande de brevet et ayant un facteur de mérite (Z) élevé pour un domaine de températures de à 300 'C contient environ 10 à 20 pour cent de bismuth, à 30 pour cent d'antimoine, 60 pour cent de tellure et  written in this patent application and having a high merit factor (Z) for a temperature range from to 300 ° C. contains approximately 10 to 20 percent of bismuth, to 30 percent of antimony, 60 percent of tellurium and

moins de 1 pour cent d'argent eta de préférence pour for-  less than 1 percent silver is preferably for-

mule (Bilo Sb 30 Te 60) 99 % + (Ag 25 Sb 25 Te 5 o) 1 % De plus, cet alliage (Bi 10 Sb 30 Te 30) 99 % + (AG 25 Sb 25 Te 50) 1 % est transformé en élément du type p par incorporation d'un matériau de dopage comme l'iodure de tellure (Te I 4) dans la proportion de 2 pour cent environ Les éléments 26 du type N peuvent comprendre des matériaux classiques comme un matériau contenant du bismuth (Bi), du tellure  mule (Bilo Sb 30 Te 60) 99% + (Ag 25 Sb 25 Te 5 o) 1% In addition, this alloy (Bi 10 Sb 30 Te 30) 99% + (AG 25 Sb 25 Te 50) 1% is transformed as a p-type element by incorporation of a doping material such as tellurium iodide (Te I 4) in the proportion of approximately 2 percent The N-type elements 26 can include conventional materials such as a material containing bismuth ( Bi), tellurium

(Te) et du selenium (S) dans des proportions correspon-  (Te) and selenium (S) in corresponding proportions

dant à Bi 40 Te 54 Se 6.in Bi 40 Te 54 Se 6.

Ces éléments 26 et 28 de type N et de type p sont soudés sur un substrat 30 qui comporte un écran de matrice ou de modèle 32 conducteur en cuivre, imprimé ou  These elements N and of type N and of type p are welded onto a substrate 30 which comprises a matrix or model screen 32 conductive in copper, printed or

appliqué d'une manière quelconque sur lui Un autre subs-  somehow applied to it Another subs-

trat 34,qui comporte un écran de matrice ou de modèle 36 conducteur en cuivre, imprime ou autrement est appliqué  trat 34, which has a conductive matrix or model 36 screen made of copper, prints or otherwise is applied

sur lui par ressuage sur les éléments Les modèles con-  on him by penetrant on the elements The models con-

ducteurs en cuivre 32 et 34 sont montés de manière à re-  copper conductors 32 and 34 are mounted so as to

lier les éléments de type N et de type p en série élec-  link type N and type p elements in an electro-series

triquement en liaison alternée On peut constater aussi que les éléments 26 et 28 de type N et de type p sont montés en liaison thermique parallèle entre les substrats  tric in alternating connection It can also be seen that the elements 26 and 28 of type N and of type p are mounted in parallel thermal connection between the substrates

30 et 34.30 and 34.

Les substrats 30 et 34 ont une conductibilité calorifique élevée de manière à maintenir la différence de température au travers des éléments 26 et 28 et à avoir  The substrates 30 and 34 have a high heat conductivity so as to maintain the temperature difference across the elements 26 and 28 and to have

une faible conductibilité électrique, de manière à fonc-  low electrical conductivity, so that

tionner comme un isolant électrique et à assurer l'isola-  operate as an electrical insulator and provide insulation

tion électrique entre les modèles conducteurs Les subs-  between the conductive models The sub-

trats 30 et 34 sont constitués par une matière céramique comme l'alumine ou des produits analogues.  trats 30 and 34 are made of a ceramic material such as alumina or similar products.

La chaleur perdue amenée par les gaz d'échappe-  The waste heat brought by the exhaust gases-

ment dus au fonctionnement des moteurs à combustion interne  due to the operation of internal combustion engines

peut produire une différence de température de 2000 à tra-  can produce a temperature difference of 2000 through

vers les appareils thermoélectriques 24 Si les éléments 26 et 28 de l'appareil 24 présentent un coefficient de  to thermoelectric devices 24 If elements 26 and 28 of device 24 have a coefficient of

Seebeck de 0,15 m V/OC, la tension produite par chaque élé-  Seebeck 0.15 m V / OC, the voltage produced by each element

ment peut être déterminée à partir de l'expression Vte = SA Tt Pour une différence de température A Tte de 200 'C Vte = 0,15 m V/0 C x 2000 C ou 30 m V Le nombre d'éléments  ment can be determined from the expression Vte = SA Tt For a temperature difference A Tte of 200 'C Vte = 0.15 m V / 0 C x 2000 C or 30 m V The number of elements

26 et 28 nécessaires à la production de 14 V, tension uti-  26 and 28 necessary for the production of 14 V, utility voltage

lisée dans les automobiles et les camions, peut être dé-  can be found in cars and trucks

terminé par la formule: n = 14 V = 467 m V Tout groupe comprenant 467 éléments en série peut être monté en parallèle pour obtenir le courant sous une tension de 14 V nécessaire au système Il est évident que chacun des  ended with the formula: n = 14 V = 467 m V Any group comprising 467 elements in series can be mounted in parallel to obtain the current at a voltage of 14 V necessary for the system It is obvious that each of the

appareils thermoélectrique 24 comprend moins de 467 éléments.  thermoelectric devices 24 includes less than 467 elements.

Le nombre d'appareils qu'il faut monter en série pour obte-  The number of devices that must be connected in series to obtain

nir les 14 V est égal au nombre total d'éléments nécessai-  the 14 V is equal to the total number of elements required

res divisé par le nombre des éléments de chacun des appa-  res divided by the number of elements of each of the devices

reils Si, par exemple, chacun des appareils contient 32 éléments, il faudra un nombre d'appareils égal à 467 divisé  reils If, for example, each device contains 32 elements, a number of devices equal to 467 will be required

par 32 Dans cet exemple, 467 divisé par 32 égale 14,6.  by 32 In this example, 467 divided by 32 equals 14.6.

Il faudra donc monter en série 15 appareils pour obtenir un voltage de sortie d'au moins 14 V. Comme le montrent les fig 2, 3 et 4, la chaleur perdue est captée, dans la chambre de récupération 14,par  15 devices must therefore be connected in series to obtain an output voltage of at least 14 V. As shown in Figs 2, 3 and 4, the waste heat is captured in the recovery chamber 14 by

plusieurs ailettes collectrices de la chaleur 38 parallè-  multiple heat-collecting fins 38 parallel

les et espacées dans le sens horizontal Ces ailettes col-  them and spaced horizontally These fins coll-

lectrices 38 sont reliées dans le sens perpendiculaire aux  readers 38 are connected in a direction perpendicular to the

tubes chauffants 40 Les tubes chauffants 40 sont consti-  heating tubes 40 The heating tubes 40 are made up of

tués par un matériau bon conducteur de la chaleur, comme, par exemple, le cuivre, l'acier inoxydable, l'aluminium ou un matériau analogue Ils sortent de la chambre de récupération 14, traversent la paroi de séparation 18 et pénètrent dans la chambre de refroidissement 16.  killed by a material which is a good conductor of heat, such as, for example, copper, stainless steel, aluminum or the like They exit the recovery chamber 14, pass through the partition wall 18 and enter the chamber cooling 16.

Les tubes chauffants 40 sont, d'une manière gé-  The heating tubes 40 are, in a general manner

nérale, cylindriques, creux et scellés à leurs extrémi-  mineral, cylindrical, hollow and sealed at their ends

tés Leur volume intérieur est occupé, pour 5 à 10 % en-  Their interior volume is occupied, for 5 to 10% in-

viron, par un fluide actif 42 constitué par exemple par de  roughly, by an active fluid 42 constituted for example by

l'eau On a constaté que ce mode de construction des tu-  water We have found that this method of building

bes chauffants transfère de la chaleur de la chambre de ré-  heating bes transfers heat from the cooling chamber

cupération 14 à la chambre de refroidissement 16 plus ef-  cup 14 to the cooling chamber 16 plus ef-

ficacement que des tubes solides ou tout autre mode de construction En transférant la chaleur depuis la chambre  as solid tubes or any other construction method By transferring heat from the room

de récupération de chaleur 14 jusqu'à la chambre de re-  heat recovery 14 to the recovery chamber

froidissement 16, le fluide actif 42 se vaporise dans la partie du tube chauffant 40 qui se trouve dans la chambre de récupération 14 Le fluide à l'état de vapeur 42 passe ensuite dans la partie du tube chauffant 40 qui est située à l'intérieur de la chambre de refroidissement 16 o il cède sa chaleur aux appareils thermoélectriques 24 Le fluide actif 42 se condense ensuite et revient dans la partie du tube chauffant 40 qui se trouve dans la chambre  cooling 16, the active fluid 42 vaporizes in the part of the heating tube 40 which is in the recovery chamber 14 The fluid in the vapor state 42 then passes into the part of the heating tube 40 which is located inside from the cooling chamber 16 where it transfers its heat to the thermoelectric devices 24 The active fluid 42 then condenses and returns to the part of the heating tube 40 which is in the chamber

de récupération 14 et le cycle de transmission de la cha-  14 and the heat transmission cycle

leur peut recommencer.them can start again.

Les éléments de montage 44 sont reliés aux tubes  The mounting elements 44 are connected to the tubes

chauffants 40 à l'intérieur de la chambre de refroidisse-  heaters 40 inside the cooling chamber

ment 16 Ils s'étendent verticalement à l'intérieur de la chambre de refroidissement 16 et sont disposés dans le sens de la longueur de l'organe de récupération 12, en bon contact thermique avec le côté chaud des appareils  ment 16 They extend vertically inside the cooling chamber 16 and are arranged lengthwise of the recovery member 12, in good thermal contact with the hot side of the devices

thermoélectriques 24 Les éléments de montage 44 sont éga-  thermoelectric 24 The mounting elements 44 are also

lement constitués par un matériau bon conducteur de la chaleur de manière à assurer une transmission efficace de la chaleur depuis les tubes chauffants jusqu'au côté chaud  They are made of a material which is a good conductor of heat so as to ensure efficient transmission of heat from the heating tubes to the hot side.

des appareils thermoélectriques 24 montés sur eux.  thermoelectric devices 24 mounted on them.

Le côté froid des appareils thermoélectriques  The cold side of thermoelectric devices

24 comporte des éléments plats 45 en bon contact thermi-  24 has flat elements 45 in good thermal contact

que avec eux Ces éléments plats 45 s'étendent vertica-  that with them These flat elements 45 extend vertica-

lement à l'intérieur de la chambre de refroidissement 16, sont orientés dans le sens de la longueur de l'organe de récupération de la chaleur 12 et sont parallèles aux  LEMENT inside the cooling chamber 16, are oriented in the longitudinal direction of the heat recovery member 12 and are parallel to the

éléments de montage 44 Des éléments plats contigus dé-  mounting elements 44 Adjoining flat elements

limitent des passages 47 qui guident le milieu réfrigé-  limit passages 47 which guide the refrigerated environment

rant à travers la chambre de refroidissement de manière  rant through the cooling chamber so

à refroidir le côté froid des appareils thermoélectri-  to cool the cold side of thermoelectric devices

ques 24 De plus, les éléments de montage 44 et les élé-  ques 24 In addition, the mounting elements 44 and the elements

ments plats 45 forment une enveloppe isolant les appa-  flat elements 45 form an envelope insulating the apparatuses

reils thermoélectriques 24 du milieu réfrigérant.  thermoelectric reils 24 of the refrigerating medium.

Au cours du fonctionnement du dispositif ther-  During the operation of the ther-

moélectrique 10, les gaz d'échappement chauds produits par les moteurs à combustion interne sont envoyés, par la chambre de récupération de la chaleur 14, dans les conduits 46 et 48 du dispositif 20 La chaleur y est  moelectric 10, the hot exhaust gases produced by internal combustion engines are sent, by the heat recovery chamber 14, in the conduits 46 and 48 of the device 20 The heat is there

captée par les ailettes collectrices 38 des tubes chauf-  picked up by the collecting fins 38 of the heating tubes

fants 40 Le fluide actif 42 est alors vaporisé et trans-  gloves 40 The active fluid 42 is then vaporized and trans-

met sa chaleur au côté chaud des appareils thermoélectri-  puts its heat on the warm side of thermoelectric devices

ques 24 montés sur les organes de montage 44 à l'intérieur  ques 24 mounted on the mounting members 44 inside

de la chambre de refroidissement 16.  of the cooling chamber 16.

Le côté froid de chacun des appareils thermoélec-  The cold side of each of the thermoelectrical devices

triques 24 est refroidi par un milieu réfrigérant de ma-  triques 24 is cooled by a cooling medium

nière à réaliser une différence de température à travers chacun des appareils Dans ce mode de réalisation, le  to achieve a temperature difference across each of the devices In this embodiment, the

milieu réfrigérant utilisé est de l'eau L'eau est en-  cooling medium used is water Water is

voyée par les passages 47 de la chambre de refroidisse-  seen through passages 47 of the cooling chamber

ment 16 dans les conduits 50 et 52 du dispositif 22 Les  ment 16 in the conduits 50 and 52 of the device 22 The

passages 47 donnent sur le côté froid de chacun des appa-  passages 47 overlook the cold side of each of the devices

reils 24 Dans ces conditions, l'eau baigne et refroidit  reils 24 Under these conditions, the water bathes and cools

le côté froid des appareils 24.the cold side of the appliances 24.

L'utilisation de la chaleur perdue pour réaliser une différence de température au travers des appareils thermoélectriques 24 oblige à modifier le dispositif pour  The use of waste heat to achieve a temperature difference through thermoelectric devices 24 requires modifying the device to

réaliser, dans des conditions économiquement avanta-  to realize, under economically advantageous conditions

geuses, un appareil produisant une grande quantité d'é-  geuses, an apparatus producing a large quantity of

nergie électrique Lorsque la source de chaleur est libre ou assez peu coûteuse, le principe de la méthode  electrical energy When the heat source is free or fairly inexpensive, the principle of the method

doit être d'augmenter la puissance électrique en rédui-  must be to increase the electric power by reducing

sant au minimum la quantité de matériau thermoélectrique  at least the quantity of thermoelectric material

utilisé de manière à réduire le prix de revient.  used so as to reduce the cost price.

Comme l'indique le schéma analogique de la fig 10, pour augmenter le rendement à travers une résistance (R 2) dans un circuit en série contenant une source d'énergie  As shown in the analog diagram in fig 10, to increase the efficiency through a resistor (R 2) in a series circuit containing an energy source

(V), une résistance (R 1) et la résistance (R 2), la résis-  (V), resistance (R 1) and resistance (R 2), resistance

tance de R 2 doit être égale à la résistance de R 1 De  tance of R 2 must be equal to the resistance of R 1 De

même, la fig 11 représente le diagramme thermique schéma-  even, fig 11 represents the schematic thermal diagram

tique du dispositif thermoélectrique Pour une différence  thermoelectric device tick For a difference

de température ( t) donnée, le rendement électrique maxi-  given temperature (t), the maximum electrical efficiency

mal correspond à une quantité donnée de matériau thermoé-  poorly corresponds to a given quantity of thermo-material

lectrique lorsque la résistance thermique de l'appareil thermoélectrique (RTE) est égale à la résistance thermique  electric when the thermal resistance of the thermoelectric device (RTE) is equal to the thermal resistance

du dispositif échangeur de chaleur (RHX).  of the heat exchanger device (RHX).

La résistance thermique s'exprime par la formule suivante R dans laquelle R est la résistance thermique, Y, l'épaisseur du matériau A, la surface du matériau K, la conductibilité calorifique du matériau. On a vu que, pour obtenir un rendement électrique maximal, il faut donc que:TE  The thermal resistance is expressed by the following formula R in which R is the thermal resistance, Y, the thickness of the material A, the surface of the material K, the heat conductivity of the material. We have seen that, to obtain maximum electrical efficiency, it is therefore necessary that: TE

RHX = RTE = A TEKRHX = RTE = A TEK

RHX peut être calculé ou mesuré Du fat U que KTE peut être  RHX can be calculated or measured From fat U than KTE can be

mesuré, on peut choisir plusieurs valeurs pour LTE et ATE.  measured, several values can be chosen for LTE and ATE.

Il est préférable que la valeur de RHX soit aussi faible que possible pour augmenter la transmission de chaleur RHX étant faible et devant être égale à RTE pour que le rendement électrique soit maximal, comme on  It is preferable that the value of RHX is as low as possible to increase the heat transmission RHX being low and having to be equal to RTE for the electrical efficiency to be maximum, as one

l'a vu, t TE doit être petit et ATE grand.  saw it, t TE must be small and ATE large.

Les fig 5 et 6 représentent un dispositif ther-  Figs 5 and 6 show a thermal device

moélectrique 54 correspondant à un autre mode de réalisa-  Moelectric 54 corresponding to another embodiment

tion de l'invention Le dispositif thermoélectrique 54  tion of the invention The thermoelectric device 54

comprend un organe de récupération de la chaleur 56, com-  includes a heat recovery device 56,

portant une chambre de récupération de la chaleur 58.  carrying a heat recovery chamber 58.

Cet organe de récupération de la chaleur 56 porte, fixés sur lui, des conduits 60 et 62 qui dirigent le courant  This heat recovery member 56 carries, attached to it, conduits 60 and 62 which direct the current

d'un fluide chauffé par la chaleur perdue et le font pas-  of a fluid heated by waste heat and do not-

ser dans la chambre de récupération de la chaleur 58.  be in heat recovery chamber 58.

Comme dans le mode de réalisation précédent, la chambre de récupération de la chaleur 58 comprend un  As in the previous embodiment, the heat recovery chamber 58 includes a

grand nombre de tubes chauffants 66 comportant des ailet-  large number of heating tubes 66 comprising fins

tes intégrées 64 qui captent la chaleur et sont orientées perpendiculairement à partir des tubes chauffants 66 La chaleur récupérée par les ailettes 64 à partir des tubes chauffants 66 est transmise à une surface extérieure de  the integrated 64 which collect heat and are oriented perpendicularly from the heating tubes 66 The heat recovered by the fins 64 from the heating tubes 66 is transmitted to an external surface of

la chambre de récupération 58 Les appareils thermoélec-  the recovery chamber 58 Thermoelectrical devices

triques 68 y sont associés aux parois latérales planes des tubes chauffants 66 Les appareils 68 sont donc chauffés sur un de leurs côtés par la chaleur amenée par  three 68 are associated with the flat side walls of the heating tubes 66 The devices 68 are therefore heated on one of their sides by the heat supplied by

les tubes chauffants 66 et les organes de montage 70.  the heating tubes 66 and the mounting members 70.

On utilise l'air ambiant froid pour refroidir l'autre côté des appareils thermoélectriques 68 Pour  Cold ambient air is used to cool the other side of thermoelectric devices 68 To

faciliter l'utilisation de l'air ambiant pour le refroi-  facilitate the use of ambient air for cooling

dissement des appareils thermoélectriques, le dispositif comporte des ailettes de refroidissement 72 orientées dans le sens horizontal et séparées dans le sens vertical et fixées perpendiculairement aux appareils 74 en bon  of thermoelectric devices, the device comprises cooling fins 72 oriented in the horizontal direction and separated in the vertical direction and fixed perpendicular to the devices 74 in good

contact thermique avec eux.thermal contact with them.

Le fonctionnement du dispositif correspondant  The operation of the corresponding device

à ce mode de réalisation est parallèle à celui du dis-  to this embodiment is parallel to that of the dis-

positif précédent sauf que l'on utilise l'air ambiant pour  positive previous except that we use ambient air to

le refroidissement du côté froid des appareils thermoélec-  cooling the cold side of thermoelectrical devices

triques Les remarques faites précédemment en ce qui concerne les formes et les matériaux sont valables de la même manière pour les deux modes de réalisation sauf que  triques The remarks made previously with regard to the forms and the materials are valid in the same way for the two embodiments except that

dans ce deuxième mode de réalisation il faut une tempé-  in this second embodiment, a temperature

rature de fonctionnement plus élevée puisque le côté  higher operating strike since the side

froid des appareils est à une température plus élevée.  appliance cold is at a higher temperature.

On peut évidemment apporter à l'invention des  We can obviously bring to the invention

modifications diverses sans s'écarter de son principe.  various modifications without departing from its principle.

Il va de soi, par conséquent,que, compte tenu des reven-  It goes without saying, therefore, that, taking into account the

dications annexes, l'invention peut être réalisée autrement  additional information, the invention can be realized otherwise

que dans les conditions précédemment indiquées.  than under the conditions previously indicated.

Claims (15)

REVENDICATIONS 1 Dispositif thermoélectrique pour la produc-  1 Thermoelectric device for production tion d'énergie électrique à partir d'un courant de fluide  tion of electrical energy from a fluid stream préalablement porté à une température élevée, caracté-  previously brought to a high temperature, risé en ce qu'il comprend: au moins un appareil thermoélectrique ( 24, 68) pour  laughed at in that it comprises: at least one thermoelectric device (24, 68) for la production d'énergie électrique en fonction d'une dif-  the production of electrical energy according to a diff- férence de température qui lui est appliquée; un premier dispositif de transmission de la chaleur ( 38, 40, 64, 66) comprenant au moins un tube 'chauffant  temperature reference applied to it; a first heat transmission device (38, 40, 64, 66) comprising at least one heating tube ( 40, 66) qui est monté dans le courant de fluide, s'éten-  (40, 66) which is mounted in the fluid stream, extends dant à l'extérieur de ce courant et étant relié thermi-  dant outside this current and being thermally connected quement à cet appareil thermoélectrique pour transférer au moins une partie de la chaleur du courant de fluide à cet appareil;  only to this thermoelectric device for transferring at least part of the heat of the fluid stream to this device; et un deuxième dispositif de transmission de la cha-  and a second heat transmission device leur ( 22, 47, 72, 74) relié thermiquement à cet appareil  their (22, 47, 72, 74) thermally connected to this device thermoélectrique pour réaliser, avec le premier dispo-  thermoelectric to realize, with the first dispo- sitif de transmission de la chaleur, la différence de  difference in heat transmission, the difference température nécessaire dans cet appareil thermoélectrique.  temperature required in this thermoelectric device. 2 Dispositif selon la revendication 1, ca-  2 Device according to claim 1, ca- ractérisé en ce que le tube chauffant ( 40, 66) contient un fluide actif ( 42) qui occupe de 5 à 10 pour cent du volume intérieur du tube chauffant lorsque le fluide est  characterized in that the heating tube (40, 66) contains an active fluid (42) which occupies 5 to 10 percent of the interior volume of the heating tube when the fluid is complètement condensé.completely condensed. 3 Dispositif selon la revendication 1, ca-  3 Device according to claim 1, ca- ractérisé en ce que le deuxième dispositif de transfert de la chaleur comprend un dispositif de refroidissement à l'air ( 72, 74) de manière à obtenir, à un appareil ( 65), une température inférieure à celle qui y est réalisée par  characterized in that the second heat transfer device comprises an air cooling device (72, 74) so as to obtain, at an apparatus (65), a temperature lower than that produced therein by le premier dispositif de transmission de la chaleur.  the first heat transfer device. 4 Dispositif selon la revendication 1, ca-  4 Device according to claim 1, ca- ractérisé en ce que le deuxième dispositif de transmis-  characterized in that the second transmission device sion de la chaleur comprend un dispositif ( 22, 47) de refroidissement par l'eau de manière à obtenir à cet appareil une température inférieure à celle qui y est réalisée par le premier dispositif de transmission de la chaleur.  The heat comprises a device (22, 47) for cooling with water so as to obtain a temperature in this apparatus which is lower than that which is produced there by the first device for transmitting heat. Dispositif selon l'une des revendications  Device according to one of the claims 1 à 4, caractérisé en ce que le courant de fluide est isolé du deuxième dispositif ( 72, 74) de transmission  1 to 4, characterized in that the fluid stream is isolated from the second transmission device (72, 74) de la chaleur.heat. 6 Dispositif selon l'une des revendications  6 Device according to one of claims 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif  1 to 5, characterized in that it comprises a device ( 18) isolant le courant de fluide des appareils thermoé-  (18) isolating the flow of fluid from thermo- lectriques ( 24, 68).electric (24, 68). 7 Dispositif selon la revendication 1, ca-  7 Device according to claim 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend une première chambre ( 14) conduisant le courant de fluide et une deuxième chambre ( 16) hermétiquement séparée de la première chambre et contenant le deuxième dispositif de transmission de la  characterized in that it comprises a first chamber (14) conducting the flow of fluid and a second chamber (16) hermetically separated from the first chamber and containing the second device for transmitting the chaleur et l'appareil thermoélectrique ( 24, 68).  heat and the thermoelectric device (24, 68). 8 Dispositif selon la revendication 7, ca-  8 Device according to claim 7, ca- ractérisé en ce que les tubes chauffants ( 40, 66) s'éten-  characterized in that the heating tubes (40, 66) extend dent, en partant de la première chambre ( 14), jusque  tooth, starting from the first chamber (14), up to dans la deuxième chambre ( 16).in the second bedroom (16). 9 Dispositif selon l'une des revendications  9 Device according to one of claims 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins un appareil thermoé-  1 to 8, characterized in that at least one thermo- lectrique ( 24, 68) comprend au moins un élément thermoé-  electric (24, 68) comprises at least one thermo-element lectrique ( 26) de type N et au moins un élément thermoé-  type N electric circuit (26) and at least one thermo-electric element lectrique ( 28) de type p, ces éléments de type N et de  electric (28) type p, these elements of type N and type p étant reliés électriquement en série et thermique-  type p being electrically connected in series and thermal- ment en parallèle, et en ce que ces éléments theromélec-  in parallel, and in that these thermoelec- triques de type N et du type p sont réglés de manière à  triques of type N and of type p are adjusted so as to adapter leur résistance thermique au premier et au deu-  adapt their thermal resistance to the first and second xième dispositif de transmission de la chaleur pour la  xth heat transfer device for production d'un maximum d'énergie électrique par l'appa-  maximum electrical energy produced by the appliance reil thermoélectrique ( 24, 68).thermoelectric eye (24, 68). Dispositif selon la revendication 9, carac-  Device according to claim 9, charac- térisé en ce que l'appareil thermoélectrique ( 24, 68) comprend également deux plaques ( 30, 34) sensiblement  terized in that the thermoelectric device (24, 68) also comprises two plates (30, 34) substantially planes constituées par un matériau ayant une conductibi-  planes made of a material having a conductivity lité calorifique élevée et une faible conductibilité électrique, les éléments ( 26, 28) de type N et de type p étant disposés en sandwich.  high heat content and low electrical conductivity, the elements (26, 28) of type N and of type p being arranged in a sandwich. 11 Dispositif selon la revendication 10, ca-  11 Device according to claim 10, ca- ractérisé en ce que les plaques ( 30, 34) comportent un modèle de matrice ( 32, 36) pour la liaison électrique en série de ces éléments ( 26, 28) '  characterized in that the plates (30, 34) include a matrix model (32, 36) for the electrical connection in series of these elements (26, 28) ' 12 Dispositif selon la revendication 9, ca-  12 Device according to claim 9, ca- ractérisé en ce que l'élément thermoélectrique ( 28) de type p est constitué par environ 10 à 20 pour cent de bismuth, 20 à 30 pour cent d'antimoine, 60 pour cent de  characterized in that the p-type thermoelectric element (28) consists of about 10 to 20 percent bismuth, 20 to 30 percent antimony, 60 percent tellure et moins de 1 pour cent d'argent.  tellurium and less than 1 percent silver. 13 Dispositif selon la revendication 9, ca-  13 Device according to claim 9, ca- ractérisé en ce que l'élément thermoélectrique ( 28) de type p est constitué par environ 10 à 20 pour cent de bismuth, 20 à 30 pour cent d'antimoine, 60 pour cent de tellure, moins de 1 pour cent d'argent et environ deux dizièmes de un pour cent d'iodure de tellure (Te I 4) utilisé comme dopant de type p. 14 Dispositif selon la revendication 9, ca ractérisé en ce que l'élément thermoélectrique ( 28) de type p est constitué par environ 40 pour cent de bismuth,  characterized in that the p-type thermoelectric element (28) consists of about 10 to 20 percent bismuth, 20 to 30 percent antimony, 60 percent tellurium, less than 1 percent silver, and about two tenths of one percent tellurium iodide (Te I 4) used as a p-type dopant. 14 Device according to claim 9, ca characterized in that the p-type thermoelectric element (28) consists of approximately 40 percent bismuth, 54 pour cent de tellure et environ 6 pour cent de selenium.  54 percent tellurium and about 6 percent selenium.