Dispositivo termoeléctrico, especialmente destinado a generar una corriente eléctrica en un vehículo automóvil.

Dispositivo termoeléctrico, que comprende un primer circuito (1), denominado caliente, apto para permitir la circulación de un primer fluido y un segundo circuito

(2), denominado frío, apto para permitir la circulación de un segundo fluido de temperatura inferior a la del primer fluido y unos elementos (3, 3p, 3n), denominados termoeléctricos, que permiten generar una corriente eléctrica en presencia de un gradiente de temperatura, caracterizado porque comprende unas aletas (5f, 6f, 6c) en relación de intercambio térmico con dicho circuito caliente (1) y/o dicho circuito frío (2), estando los elementos termoeléctricos (3, 3p, 3n) en contacto con al menos dichas aletas (5f, 6f, 6c), al menos ciertas de dichas aletas (5f, 6f, 6c), estando asociadas por par, estando previsto un material compresible (11) entre las aletas (5f, 6f, 6c) de un mismo par.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/063033.

Solicitante: VALEO SYSTEMES THERMIQUES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 8 rue Louis Lormand, La Verrière 78320 Le Mesnil Saint Denis FRANCIA.

Inventor/es: SIMONIN, MICHEL, TONDELLI,STÉPHANE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > Elementos tubulares; Conjuntos de elementos tubulares... > F28F1/32 (teniendo los medios partes que se engarzan con otros elementos tubulares)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos termoeléctricos que tienen una unión... > H01L35/30 (caracterizados por los medios de cambio de calor de la unión)

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo termoeléctrico, especialmente destinado a generar una corriente eléctrica en un vehículo automóvil.

5 [0001] La presente invención se refiere a un dispositivo termoeléctrico, especialmente destinado a generar una corriente eléctrica en un vehículo automóvil.

[0002] Ya se han propuesto unos dispositivos termoeléctricos que utilizan unos elementos, denominados termoeléctricos, que permiten generar una corriente eléctrica en presencia de un gradiente de temperatura entre dos

10 de sus caras opuestas según el fenómeno conocido con el nombre de efecto Seebeck. Estos dispositivos comprenden un apilamiento de primeros tubos, destinados a la circulación de gases de escape de un motor y de segundos tubos, destinados a la circulación de un fluido transmisor de calor de un circuito de refrigeración. Los elementos termoeléctricos se intercalan entre los tubos de forma que estén sometidos a un gradiente de temperatura procedente de la diferencia de temperatura entre los gases de escape calientes y el fluido de refrigeración, frío.

[0003] Tales dispositivos son particularmente interesantes ya que permiten producir electricidad a partir de una conversión del calor procedente de los gases de escape del motor. Ofrecen así la posibilidad de reducir el consumo de carburante del vehículo en sustitución de, al menos parcialmente, el alternador habitualmente previsto en estos para generar electricidad a partir de una correa accionada por el cigüeñal del motor.

[0004] Un inconveniente de los dispositivos conocidos es que requieren que se garantice un muy buen contacto entre los elementos termoeléctricos y los tubos. Hace falta así disponer los tubos que presentan una planeidad y un estado de superficie que repercute en el coste de producción del dispositivo.

25 [0005] Se ha probado una primera solución, que consiste en reforzar el contacto gracias a unos tirantes que ejercen un esfuerzo sobre el apilamiento de tubos. Esta solución necesita sin embargo utilizar unos tubos que no corren el riesgo de aplastarse sobre ellos mismo bajo el efecto de este esfuerzo, conduciendo a un consumo

excesivo de materia.

30 [0006] Los elementos termoeléctricos conocidos son además frágiles, en particular a los esfuerzos de clzallamlento y la dilatación térmica de los tubos los puede deteriorar.

[0007] W02009/156361 divulga un dispositivo termoeléctrico que comprende un primer y segundo circuito

para circular unos fluidos. La Invención pretende mejorar la situación proponiendo un dispositivo termoeléctrico, que 35 comprende un primer circuito, denominado caliente, apto para permitir la circulación de un primer fluido, y un segundo circuito, denominado frío, apto para permitir la circulación de un segundo fluido de temperatura inferior a la del primer fluido y unos elementos, denominados termoeléctricos, que permiten generar una corriente eléctrica en presencia de un gradiente de temperatura.

40 [0008] Según la invención, comprende unas aletas en relación de intercambio térmico con dicho circuito callente y/o dicho circuito frío, estando dichos elementos termoeléctricos en contacto al menos con dichas aletas.

[0009] Asociando los elementos termoeléctricos a unas aletas, se facilita la intimidad del contacto entre estos y los componentes, calientes y/o fríos, del dispositivo al contacto de los cuales deben encontrarse para estar

45 sometidos a un gradiente de temperatura. En efecto, la obligación de establecer una estrecha vinculación entre los elementos termoeléctricos y el o los componentes que crean el gradiente de temperatura necesario para su funcionamiento ya no está a cargo de los tubos de circulación de fluido sino de un componente específico, las aletas, que se puede seleccionar por tanto para ello, al menos para uno de dichos circuitos caliente o frío. Las soluciones técnicas utilizadas para establecer un puente térmico eficaz entre, por una parte, las aletas y los tubos y, por otra 50 parte, las aletas y los elementos termoeléctricos, se podrán optimizar por tanto por separado.

[0010] Al menos ciertas de dichas aletas están asociadas por par y un material compresible está previsto entre las aletas de un mismo par. Previendo un material compresible entre las aletas, se dispone de una solución que permite absorber al nivel de dicho material compresible el estrés mecánico generado por la dilatación térmica de los tubos.

55 Se evita de ese modo que se propague hasta los elementos termoeléctricos.

[0011] Dicho material compresible se podrá prever eléctricamente aislante. Los elementos termoeléctricos podrán, por una primera parte, ser de un primer tipo, denominado P, que permite establecer una diferencia de potencial eléctrico en un sentido, denominado positivo, cuando están sometidos a un gradiente de temperatura dado, y, por la

otra parte, ser de un segundo tipo, denominado N, que permite la creación de una diferencia de potencial eléctrico en un sentido opuesto, denominado negativo, cuando están sometidos al mismo gradiente de temperatura.

[0012] Según un primer modo de realización:

- el circuito caliente comprende unos tubos, denominados calientes, para la circulación del fiuido caliente,

- dicho circuito frío comprende unos tubos, denominados fríos, para la circulación del fluido frío,

10 - dichas aletas están en relación de intercambio térmico con los tubos fríos,

- los elementos termoeléctricos están en relación de intercambio térmico, por una parte, con los tubos calientes y, por otra parte, con las aletas frías,

15 - dichas aletas frías se agrupan por par, estando previsto dicho material compresible entre las aletas de un mismo par.

[0013] Según un segundo modo de realización:

20 - dicho circuito caliente comprende unos tubos, denominados caliente, para la circulación del fiuido caliente,

- dicho circuito frío comprende unos tubos, denominados fríos, para la circulación del fluido frío,

- por una primera parte, dichas aletas, denominadas frías, están en relación de intercambio térmico con dichos tubos 25 fríos,

- por la otra parte, dichas aletas, denominadas calientes, están en relación de intercambio térmico con dichos tubos

calientes,

30 - dichos elementos termoeléctricos están previstos en relación de intercambio térmico, por una parte, con las aletas frías y, por otra parte, con las aletas calientes.

[0014] Dichos tubos fríos y dichos tubos callentes se extienden, por ejemplo, según una misma dirección, denominada Y, y las aletas callentes y las aletas frías están dispuestas paralelamente unas a otras en unos planos,

35 ortogonales a la dirección Y, extendiéndose las aletas según una primera dirección, denominada Z y según una segunda dirección, denominada X.

[0015] Según un primer ejemplo de aplicación de este segundo modo de realización, solo las aletas frías se agrupan por par, denominado par frío, y dicho material compresible está previsto entre las aletas de un mismo par

40 para los pares fríos.

[0016] Según este primer ejemplo de aplicación:

- los pares fríos alternan con las aletas callentes según la dirección Y de forma que al menos un denominado par frío 45 esté situado a ambos lados de una aleta denominada callente, estando prevista dicha aleta callente frente a una

aleta fría, del o de los pares fríos, denominados anteriores, situados a un lado de dicha aleta callente, estando dicha aleta callente opuesta Igualmente a una aleta fría del o de los otros pares fríos, denominados posteriores, situados del otro lado de dicha aleta callente,

50 - se prevén al menos dos pares fríos en la prolongación el uno... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo termoeléctrico, que comprende un primer circuito (1), denominado caliente, apto para permitir la circulación de un primer fluido y un segundo circuito (2), denominado frío, apto para permitir la circulación

5 de un segundo fluido de temperatura inferior a la del primer fluido y unos elementos (3, 3p, 3n), denominados termoeléctricos, que permiten generar una corriente eléctrica en presencia de un gradiente de temperatura, caracterizado porque comprende unas aletas (5f, 6f, 6c) en relación de intercambio térmico con dicho circuito caliente (1) y/o dicho circuito frío (2), estando los elementos termoeléctricos (3, 3p, 3n) en contacto con al menos dichas aletas (5f, 6f, 6c), al menos ciertas de dichas aletas (5f, 6f, 6c), estando asociadas por par, estando previsto 10 un material compresible (11) entre las aletas (5f, 6f, 6c) de un mismo par.

2. Dispositivo según la reivindicación 1 en el cual dicho material compresible (11) está previsto eléctricamente aislante.

15 3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2 en el cual los elementos termoeléctricos son por, una primera

parte (3p), de un primer tipo, denominado P, que permite establecer una diferencia de potencial eléctrico en un sentido, denominado positivo, cuando están sometidos a un gradiente de temperatura dado y, por la otra parte (3n), de un segundo tipo, denominado N, que permite la creación de una diferencia de potencial eléctrico en un sentido opuesto, denominado negativo, cuando están sometidos al mismo gradiente de temperatura.

4. Dispositivo según la reivindicación 3 en el cual:

- el circuito callente comprende unos tubos (8), denominados callentes, para la circulación del fluido caliente,

25 - dicho circuito frío comprende unos tubos (9), denominados fríos, para la circulación del fluido frío,

- dichas aletas (5f), denominadas frías, están en relación de intercambio térmico con los tubos fríos (9),

- los elementos termoeléctricos (3p, 3n) están en relación de intercambio térmico, por una parte, con los tubos 30 calientes (8) y, por otra parte con las aletas frías (5f),

- dichas aletas frías 5f se agrupan por par, estando previsto dicho material compresible (11) entre las aletas de un mismo par.

35 5. Dispositivo según la reivindicación 3 en el cual:

- dicho circuito caliente comprende unos tubos (17), denominados calientes, para la circulación del fluido caliente,

- dicho circuito frío comprende unos tubos (18), denominados fríos, para la circulación del fluido frío,

- para una primera parte (6f), dichas aletas, denominadas frías, están en relación de intercambio térmico con dichos tubos fríos (18),

- para la otra parte (6c), dichas aletas, denominadas calientes, están en relación de intercambio térmico con dichos 45 tubos calientes (17),

- dichos elementos termoeléctricos (3p, 3n) están previstos en relación de intercambio térmico, por una parte, con las aletas frías (6f) y, por otra parte, con las aletas calientes (6c).

50 6. Dispositivo según la reivindicación 5 en el cual dichos tubos fríos (17) y dichos tubos calientes (18) se

extienden según una misma dirección, denominada Y, y las aletas calientes (6c) y las aletas frías (6f) están dispuestas paralelamente unas a las otras en unos planos, ortogonales a la dirección Y, extendiéndose las aletas (6f, 6c) según una primera dirección, denominada Z y según una segunda dirección, denominada X.

55 7. Dispositivo según la reivindicación 6 en el cual solo las aletas frías (6f) se agrupan por par (30),

denominado par frío, y dicho material compresible (11) está previsto entre las aletas (6f) de un mismo par para los pares fríos (30).

8. Dispositivo según la reivindicación 7 en el cual los pares fríos (30) alternan con las aletas calientes

(6c) según la dirección Y de forma que al menos un denominado par frío (30) esté situado a ambos lados de una denominada aleta caliente (6c), estando prevista dicha aleta caliente frente a una aleta fría (6f), del o de los pares fríos (30), denominados anteriores, situados a un lado de dicha aleta callente (6c), estando dicha aleta callente (6c) Igualmente opuesta a una aleta fría (6f) del o de los otros pares fríos (30), denominados posteriores, situados al otro 5 lado de dicha aleta callente (6c).

9. Dispositivo según la reivindicación 8 en el cual están previstos al menos dos pares fríos (30) en la

prolongación uno del otro según la dirección Xy eléctricamente aislados uno del otro.

10 10. Dispositivo según la reivindicación 9 en el cual:

- uno o varios elementos (3p) de tipo P están previstos entre dicha aleta callente (6c) y la aleta fría (6f-u1), situada frente a frente, de un primer par de los pares fríos (30) anteriores, denominado primer par frío anterior,

15 - uno o varios elementos (3n) de tipo N están previstos entre dicha aleta callente y la aleta fría (6f-u2), situada frente a frente, de otro, denominado segundo par frío anterior, de los pares fríos (30) anteriores, situado en la prolongación de dicho primer par frío anterior,

- uno o varios elementos (3p) de tipo P están previstos entre la aleta callente (6c) y la aleta fría 6f-d1, situada frente 20 a frente, de un primer par de los pares fríos (30) posteriores, denominado primer par frío posterior,

- uno o varios elementos (3n) de tipo N están previstos entre la aleta callente (6c) y la aleta fría (6f-d2), situada frente a frente, de otro, denominado segundo par frío posterior, de los pares fríos (30) posteriores, situado en la prolongación de dicho primer par frío posterior,

- los elementos termoeléctricos (3p) de tipo P, respectivamente (3n) de tipo N, están opuestos a ambos lados de la aleta callente (6c).

11. Dispositivo según la reivindicación 10 en el cual:

- la aleta fría (6f-u2) del segundo par frío anterior y la aleta fría (6f-d2) del segundo par frío posterior están colocadas al mismo potencial, y

- la aleta fría (6f-u1) del primer par frío anterior y la aleta fría (6f-d1) del primer par frío posterior están colocadas al 35 mismo potencial.

12. Dispositivo según la reivindicación 11 en el cual:

- las aletas (6f-u1, 6f-d1) de los primeros pares fríos anterior y posterior de una de dichas aletas calientes (6c) están 40 colocadas al mismo potencial que las asociadas a las aletas calientes 6c siguientes, según la dirección Y,

- las aletas (6f-u2, 6f-d2) de los segundos pares fríos anteriores y posteriores de una de dichas aletas calientes (6c) están colocadas al mismo potencial que las asociadas a las aletas calientes (6c) siguientes, según la dirección Y.

45 13. Dispositivo según la reivindicación 6 en el cual las aletas frías (6f) y las aletas calientes (6c) están

agrupadas por par, denominado respectivamente par frío (19), par caliente (20) y dicho material compresible (11) está previsto entre las aletas (6f, 6c) de un mismo par para los pares fríos (19) y los pares calientes (20).

14. Dispositivo según la reivindicación 13 en el cual los pares calientes (20) y los pares fríos (19) se 50 alternan según la dirección Y de forma que al menos un denominado par frío (19) esté situado a ambos lados de un

denominado par caliente (20), estando prevista una aleta caliente (6c-u) de dicho par caliente frente a una aleta fría, del o de los pares fríos (19), denominado anterior, situados a un lado de dicho par caliente (20), estando la otra aleta (6c-d) del mismo par callente (20) opuesta a una aleta fría del o de los otros pares, denominado posterior, de dichos pares fríos (19) situados al otro lado de dicho par caliente (20).

15. Dispositivo según la reivindicación 14 en el cual se han previsto al menos dos pares fríos (19) en la prolongación uno del otro según la dirección X y eléctricamente aislados uno del otro, formando un rango de aletas frías según la dirección X.

16. Dispositivo según la reivindicación 15 en el cual:

- uno o varios elementos (3p) de tipo P están previstos entre una primera (6c-u) de las aletas callentes de un denominado par callente y la aleta fría (6f-u1), situada frente a frente, de un primer par de los pares fríos anteriores,

5 denominado primer par frío anterior,

- uno o varios elementos de tipo N están previstos entre dicha primera aleta de las aletas calientes (6c-u) y la aleta fría (6f-u2), situada frente a frente, de otro, denominado segundo par frío anterior, de los pares fríos anteriores, situado en la prolongación de dicho primer par frío anterior,

- un elemento (3n) de tipo N está previsto entre la otra aleta caliente (6c-d) de dicho par caliente y la aleta fría (6f- u1), situada frente a frente, de un primer par de los pares fríos posteriores, denominado primer par frío posterior,

- un elemento (3p) de tipo P está previsto entre dicha otra aleta caliente (6c-d) de dicho par callente y la aleta fría (6f- 15 u2), situada frente a frente, de otro, dicho segundo par frío posterior, de los pares fríos posteriores, situado en la

prolongación de dicho primer par frío posterior,

- los elementos termoeléctricos (3p) de tipo P opuestos a unos elementos termoeléctricos (3n) de tipo N a ambos lados del par caliente (20).

17. Dispositivo según la reivindicación 16 que comprende una pluralidad de pares calientes (20) en la prolongación uno del otro según la dirección X y eléctricamente aislados uno del otro de forma que formen una serie de pares calientes según la dirección X.

25 18. Dispositivo según la reivindicación 17 en el cual dichos pares calientes (20) están igualmente

distribuidos por rango en los cuales se suceden unos con respecto a otros según la dirección Y.

19. Dispositivo según la reivindicación 18 en el cual los pares fríos están igualmente distribuidos por rango en los cuales se suceden unos con respecto a otros según la dirección Y, estando previstos los pares calientes y los

30 pares fríos al tresbolillo.

20. Dispositivo según la reivindicación 19 en el cual los tubos calientes (17), respectivamente los tubos fríos (18), se agrupan por rangos que se extienden en unos planos ortogonales a la dirección X.

35 21. Dispositivo según la reivindicación 20 en el cual los tubos calientes (17) están previstos entre dos

rangos, según la dirección Y, de pares fríos (19) y/o los tubos fríos (18) están previstos entre dos rangos, según la dirección Y, de pares calientes (20).

22. Dispositivo según una de las reivindicaciones 20 ó 21 que comprende unas cajas colectoras (23) para 40 el fluido caliente en el cual los tubos calientes (17) desembocan por sus extremos.

23. Dispositivo según una de las reivindicaciones 20 ó 21 en el cual los tubos fríos (18) están distribuidos igualmente en rangos que se extienden en unos planos ortogonales a la dirección Z y los tubos fríos (18) de un mismo rango ortogonal a Z están unidos de dos en dos por unos conductos acodados (27) de forma que se defina

45 una circulación del fluido frío en serpentín en dicho rango ortogonal a Z.

24. Dispositivo según la reivindicación 23 en el cual los extremos de los serpentines están unidos a ambos lados a una caja colectora (28) en la cual desembocan.

50 25. Dispositivo según una de las reivindicaciones de 19 a 24 en el cual:

- la aleta fría (6f-u2) del segundo par frío anterior y la aleta fría (6f-d2) del segundo par frío posterior están colocadas al mismo potencial, para las aletas de los pares fríos que se encuentran en un primer extremo de las series de pares fríos,

- la aleta fría (6f-d1) del primer par frío posterior de uno de los pares calientes está colocada al mismo potencial que la aleta fría (6f-u1) de dicho primer par frío anterior del par caliente siguiente en la dirección Y, formando parte dichas aletas frías (6f-d1, 6f-u1) del mismo par de aletas frías, para las aletas de los pares fríos que se encuentran en el otro extremo de las series de pares fríos.

26. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones de 20 a 25 en el cual las aletas de los pares fríos

presentan a lo largo de uno y/u otro de sus lados longitudinales un borde plegado (29) que permite aislar térmicamente el resto de aleta de una radiación de calor desde los tubos calientes opuestos.