Brevet FR3069827A1 — publié le 20190208

Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine de la collecte d'eau, plus précisément des techniques de collecte d'eau destinée à diverses utilisations dans un véhicule automobile. L'invention concerne un système de collecte d'eau pour véhicule automobile, ainsi que son procédé de fonctionnement et ses diverses utilisations. Etat de la technique o Les régulations européennes concernant l'émission de CO2 ne cessent de se durcir. Un objectif de 95 grammes de CO2 par kilomètre est attendu d'ici 2020. Un poids non négligeable au sein du véhicule automobile engendrant une consommation importante de carburant et un niveau élevé d'émission de dioxyde de carbone (CO2), il semble important de limiter les poids de tous les composants présents dans les 15 véhicules automobiles. Le besoin en eau des véhicules automobiles est croissant puisque de plus en plus de composants nécessitent un rapprovisionnement constant. En effet, la taille du réservoir d'eau permettant de laver la pare brise est croissant. De plus, de nouvelles 20 technologies telles que les feux Xenon, les caméras de recul, les radars ont également besoin d'un nettoyage relativement fréquent de manière à assurer un fonctionnement optimal. Le gain en poids résultant de l'accroissement de la tailles des ou du réservoir(s) représente ainsi un inconvénient majeur dans l'industrie automobile actuelle. 25 Des systèmes de récupération des eaux de pluie ont été proposés. Ceux-ci sont particulièrement efficaces bien que tributaires du climat. Le document brevet DE4335829 propose également un système permettant de récupérer l'eau fabriquée par le circuit de climatisation afin de l'utiliser pour le nettoyage du pare brise. Un tel 30 système dépend toutefois, de la même manière que pour le système de récupération des eaux de pluie, des conditions climatiques. Ces deux types de systèmes ne peuvent donc pas assurer de manière suffisante la récupération d'eau lorsque le ou les réservoirs sont vides. 2 Objet de l'invention La présente invention vise à pallier au moins partiellement certains des inconvénients décrits ci-dessus. Un des objectifs de l'invention est de proposer un 5 système de collecte d'eau pour véhicule automobile permettant de fournir de l'eau en continu et indépendamment de la météo. Un second objectif de l'invention est de proposer un système de collecte d'eau permettant de réduire la taille du réservoir et par conséquent diminuer l'émission de lo CO2 du véhicule. Un autre objectif de l'invention est de proposer un système de collecte d'eau pour véhicule automobile pouvant fournir de l'eau pour diverses applications dans ledit véhicule. 15 L'invention concerne un système de collecte d'eau pour véhicule automobile comportant : un dispositif d'extraction d'eau à partir de l'air, un récipient destiné à recevoir ladite eau. 20 Ce système est remarquable en ce que le dispositif d'extraction d'eau se compose d'un dispositif thermoélectrique composé d'une surface chaude et d'une surface froide, lesquelles sont en contact avec un passage d'air, un courant électrique étant appliqué de manière à créer une différence de température entre lesdites 25 surfaces, les positions desdites surfaces froide et chaude étant apte à s'inverser de manière à passer d'un mode de fonctionnement de collecte d'eau par condensation à un mode de fonctionnement de collecte d'eau par dégivrage. Un tel système intégré à un véhicule automobile permet de collecter de l'eau en 30 continu et ainsi réduire la taille des réservoirs présents dans ledit véhicule. La diminution de la taille des réservoirs entrainant une perte de poids non négligeable, une diminution du CO2 émis est également observée. 3 De plus, la capacité d'un tel système de collecte d'eau à varier de mode de fonctionnement permet de garantir une récupération d'eau en continue quelles que soient les conditions climatiques. 5 Le système selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : - le système peut comporter un moyen d'inversement du courant électrique ; - le moyen d'inversement peut inverser le courant à partir d'une valeur donnée de la température extérieure, notamment à partir d'une valeur inférieure à la io température de rosée de l'air, ladite valeur étant également inférieure à 0°C. - le moyen d'inversement peut être relié à un capteur de manière à ce que le système passe automatiquement d'un mode de fonctionnement à l'autre ; - le système de récupération peut comporter en outre un ventilateur placé en amont et/ou aval du passage d'air ; 15 - le passage d'air peut comporter une première portion et une deuxième portion, les deux dites portions étant reliée l'une à l'autre par une portion de récupération de l'eau ; - la portion de récupération de l'eau peut faire partie intégrante des première et deuxième portions ; 20 - le système peut comporter une source d'alimentation électrique reliée audit dispositif d'extraction d'eau ; - la source d'alimentation électrique peut se composer de cellules photovoltaïques installées sur le véhicule automobile ; - La source d'alimentation électrique peut être le réseau électrique extérieur au 25 véhicule ou une batterie du véhicule, - le récipient peut être équipé d'un moyen de fourniture en liquide antigel, - le moyen de fourniture en liquide antigel peut être déporté du réservoir ou faire partie intégrante dudit réservoir. 30 L'invention concerne aussi un procédé de collecte d'eau par condensation utilisant le système de collecte d'eau selon l'invention, comprenant les étapes consistant à : 4 faire passer l'air extérieur dans la première portion du passage d'air, ladite première portion étant en contact avec la surface froide, récupérer l'eau formée dans la portion de récupération de l'eau, réchauffer l'air en le faisant passer dans la deuxième portion du 5 passage d'air, ladite deuxième portion étant en contact avec la surface chaude. L'invention concerne également un procédé de collecte d'eau par dégivrage utilisant le système de collecte d'eau selon l'invention, comprenant les étapes o consistant à: faire passer l'air extérieur dans la première portion du passage d'air, ladite première portion étant en contact avec la surface chaude, récupérer l'eau formée dans la portion de récupération de l'eau, 15 faire passer l'air dans la deuxième portion du passage d'air, ladite deuxième portion étant en contact avec la surface froide. L'invention concerne aussi un collecteur multi-entrées comportant un système de collecte d'eau selon l'invention, et au moins un des dispositifs suivants : collecteur 20 d'eau de pluie, collecteur de l'eau d'un bloc HVAC, collecteur des condensats liés aux gaz d'échappement, collecteur des condensats de la ligne d'aspiration. De plus l'invention couvre également l'utilisation du système de collecte d'eau pour véhicule automobile selon l'invention pour fournir en eau divers dispositifs, 25 notamment un lave-glace, un dispositif de nettoyage des capteurs, un dispositif d'injection d'eau dans le moteur, un dispositif de pulvérisation, un dispositif d'hydratation d'un passager. Description des figures 30 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description de l'invention, ainsi que des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique d'un système de collecte d'eau conforme à l'invention, ledit système étant représenté en mode de fonctionnement de collecte d'eau par condensation; 5 - La figure 2 est une représentation schématique d'un système de collecte d'eau conforme à l'invention, ledit système étant représenté en mode de fonctionnement de collecte d'eau par dégivrage; - La figure 3 est une représentation schématique d'une variante du système de 5 collecte d'eau de la figure 1. Description détaillée des modes de réalisation Les figures 1 et 2 représentent un système de collecte d'eau 1 selon l'invention. Celui-ci est composé d'un dispositif d'extraction d'eau 3 à partir de l'air extérieur. Le io dispositif 3 est relié à un récipient 2 destiné à recueillir l'eau extraite. Ce récipient 2 peut être indépendant des récipients déjà présents dans le véhicule. Il peut également se présenter sous la forme d'un récipient indépendant qui est raccordé aux différents composants du véhicule nécessitant l'utilisation d'eau. 15 Le dispositif d'extraction 3 se compose d'un dispositif thermoélectrique 31 en contact avec un passage d'air 32. Le dispositif thermoélectrique 31, préférentiellement sous la forme d'un module Peltier, comporte une surface chaude 312a, 311b et une surface froide 311a, 312b. Son 20 fonctionnement (décrit plus avant dans la description) est connu de l'homme du métier en ce qu'il transforme un courant électrique en une différence de température. Cette différence de température résulte en la création des surfaces chaude 312a, 311b et froide 311a, 312b. 25 L'effet Peltier, utilisé dans le dispositif thermoélectrique 31, a lieu lorsqu'un courant continu circule dans une succession de semi-conducteurs reliés entre eux. L'ensemble est pris en sandwich entre deux plaques d'un matériau conducteur de chaleur formant les deux surfaces 311a, 311b, 312a, 312b. L'une de ces surfaces se charge positivement et s'échauffe. L'autre se charge négativement et refroidit. 30 Les deux surfaces 311a, 311b, 312a, 312b peuvent avoir la même taille. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré, les tailles des surfaces sont différentes. La surface 312a est par exemple de plus grande taille de manière à avoir un rendement 6 maximal du système de collecte. Les tailles de chacune des surfaces est à optimiser en fonction de la puissance de refroidissement et/ou de chauffage. De manière à créer cette différence de température entre les deux surfaces 5 311a, 311b, 312a, 312b le dispositif thermoélectrique 31 est relié à une source d'alimentation électrique 5. Cette source 5 peut, par exemple, être la batterie de la voiture. Elle peut également se présenter sous la forme de cellules photovoltaïques dédiées uniquement à alimenter le module Peltier 31 ou une alimentation sur réseau électrique extérieur Comme illustré sur les figures 1 à 3, le dispositif thermoélectrique 31 est mis en contact avec un passage d'air 32. Ce passage d'air 32 est préférentiellement relié aux entrées d'air du véhicule automobile de manière à récupérer l'air extérieur humide AH et ainsi optimiser la quantité d'eau obtenue par condensation. Dans un mode de réalisation préféré représenté sur les figures 1 et 2, le passage d'air 32 est composé d'une première portion 321 et d'une deuxième portion 322, reliées l'une à l'autre par une portion de récupération d'eau 323 destinée à récupérer l'eau collectée. Cette portion de récupération d'eau 323 peut par exemple correspondre au récipient 2. Elle peut également, comme représenté sur la figure 1, se présenter sous la forme d'une pièce complètement distincte du récipient 2. Elle est alors raccordée audit récipient 2 grâce à des moyens de connexion hydrauliques connus de l'Homme du métier. La portion 323 peut être distincte des deux autres portions 321, 322 (figures 1 et 2) ou confondue avec la première 321 et la deuxième 322 portion comme représenté sur la figure 3. Il est évident que toute autre forme connue du passage d'air 32 peut être utilisée à partir du moment où celui-ci vient en contact avec les surfaces chaude et froide du dispositif thermoélectrique 31. Celles-ci sont, de préférence, directement en contact avec l'air circulant dans le passage 32. Toutefois, le passage d'air 32 peut éventuellement être constitué d'un conduit indépendant permettant de guider l'air. Dans ce cas précis, des ouvertures sont aménagées dans les portions 321, 322 afin de permettre à l'air de rentrer en contact avec les deux surfaces. 7 La première portion 321 possède une première extrémité en relation avec les entrées d'air du véhicule automobile, et une deuxième extrémité solidaire de la portion de récupération d'eau 323. 5 La deuxième portion 322 possède une première extrémité solidaire de la portion de récupération 323, et une deuxième extrémité en relation avec les sorties d'air du véhicule. o Le système de collecte d'eau 1 est préférentiellement équipé d'un ventilateur 6 placé à l'extrémité de sortie de la deuxième portion 322 du passage d'air 32. Ce ventilateur 6 permet d'améliorer le flux d'air dans le passage 32 et ainsi éviter que le dispositif thermoélectrique 31 ne surchauffe. Le rendement de celui-ci est par conséquent amélioré, permettant d'augmenter le volume d'eau récoltée. Bien que ce 15 mode de réalisation soit privilégié, le passage d'air 32 peut également être relié à un ventilateur différent de celui décrit précédemment, par exemple un ventilateur déjà existant dans le véhicule. Le système 1 présente deux modes de fonctionnement (figure 1 et figure 2). 20 D'une part, la figure 1 représente le mode de fonctionnement « normal » où Veau collectée est récupérée par condensation de l'air humide extérieur AH. D'autre part la figure 2 représente un mode alternatif de dégivrage pouvant être utilisé lorsque les températures extérieures sont inférieures à une température donnée. Les deux modes de fonctionnement sont décrits plus en détails dans les paragraphes suivants. 25 Mode de fonctionnement 1 : collecte d'eau par condensation Ce mode de fonctionnement, dit mode normal, est décrit sur les figures 1 et 3. Pour des températures de surface froide 311a supérieures à 0°C, le système de collecte d'eau 1 est utilisé en mode condensation. L'air extérieur humide AH entre dans 30 le conduit d'air 32 au niveau de la première portion 321. Dans ce mode de fonctionnement, la surface 311a est froide et positionnée en amont du réservoir 2. Le contact de la surface froide 311a avec la portion 321 permet de condenser l'eau 8 contenue dans l'air extérieur AH. L'eau ainsi condensée est ensuite récupérée dans la portion de récupération 323 du conduit d'air 32 pour être récoltée dans le récipient 2. L'air résultant, passe alors dans la deuxième portion 322 du conduit d'air 32. 5 Cette deuxième portion 322 est en contact avec la surface chaude 312a du dispositif thermoélectrique 31 et positionnée en aval du réservoir 2. Lors de son passage dans la portion 322, l'air va être réchauffé. De plus, la surface chaude 312a est refroidie par l'air résultant plus froid que l'air extérieur, permettant ainsi d'améliorer le rendement du système 1. 10 Mode de fonctionnement 2 : collecte d'eau par dégivrage Lorsque les températures de la surface froide atteignent durablement des valeurs en dessous de 0°C, le système de collecte 1 peut être utilisé en mode dégivrage. Lorsque la température de la surface froide 311a est inférieure à la fois à la température 15 de rosée de l'air et à 0°C, l'eau condensée forme une couche de givre sur ladite surface 311a. En effet, le contact de l'air AH froid avec la surface 311a va former du givre au niveau de ladite surface 311a ainsi que dans une partie du conduit 32. Afin de remédier à ce problème et faire fondre le givre formé, le sens du courant électrique est alors inversé de manière à inverser le positionnement des surfaces chaude et froide. Ainsi la 20 surface chaude 311b est placée en amont du réservoir 2 alors que la surface froide 312b se retrouve en aval dudit réservoir 2. Sur la figure 2, le système 1 est représenté dans un tel mode de fonctionnement. Dans ce mode, la surface 311b est chaude. Le contact de la surface chaude 311b avec 25 le givre formé dans la portion 321 permet à celui-ci de fondre de manière à pouvoir facilement récupérer l'eau. L'eau est ensuite récoltée dans la portion de récupération 323 du conduit d'air 32 pour être récupérée dans le récipient 2. La fréquence du passage du mode de fonctionnement « normal » au mode de 30 fonctionnement « dégivrage » est optimisée de manière à ce qu'aucun givre ne vienne obstruer le passage d'air 32. 9 Dans un mode de réalisation, l'eau collectée est mélangée à un antigel liquide, par exemple de l'éthylène glycol, concentré permettant ainsi de prévenir tout risque de gel lorsque les températures extérieures sont basses. Cet antigel peut être ajouté manuellement au réservoir 2. Il peut toutefois être ajouté automatiquement grâce à un 5 système de goutte à goutte, de manière à pouvoir gérer efficacement la concentration et permettre une meilleure gestion de la taille des différents réservoirs présents dans le véhicule automobile. Dans ce cas précis, le système 1 comporte un deuxième réservoir contenant de l'antigel et étant relié au premier réservoir 2 par une vanne qui s'ouvre, par exemple, en fonction du niveau d'eau dudit premier réservoir. Cette vanne peut, par 10 exemple, se présenter sous la forme d'un clapet anti retour, d'une vanne à piston, ou encore d'une vanne papillon. Le réservoir contenant de l'antigel peut être utilisé uniquement avec le système de collecte 1 de l'invention. Il peut toutefois être commun à d'autres systèmes 15 comportant de l'eau et déjà présents dans le véhicule automobile. Le système de collecte d'eau 1 est préférentiellement intégré à un collecteur multi-entrées installé dans le véhicule automobile. Ce collecteur permet de récupérer l'eau depuis divers dispositifs. L'eau récupérée à partir de tous les dispositifs peut être 20 récoltée dans le réservoir 2 ou dans des réservoirs dédicacés. Les dispositifs de récolte d'eau, déjà connus de l'Homme du métier, sont, par exemple, un collecteur d'eau de pluie, un collecteur d'eau provenant d'un bloc HVAC (unité de chauffage, ventilation et climatisation), un collecteur des condensats liés aux gaz d'échappement, ou encore un collecteur des condensats liés à la ligne d'aspiration. 25 La combinaison de tous ces dispositifs de récupération d'eau permet de fournir le véhicule en eau pour des applications diverses telles qu'un lave-glace, un dispositif de nettoyage des capteurs, un dispositif d'injection d'eau dans le moteur, un dispositif de pulvérisation, ou encore un dispositif d'hydratation du passager, un nébuliseur, un 30 dispositif de nettoyage des feux, ou encore un dispositif de nettoyage des caméras. Les modes de réalisation décrits précédemment ne représentent pas une liste exhaustive de toutes les possibilités couvertes par ce document. En outre, diverses 10 modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. En particulier : - Le système de collecte 1 peut comporter plusieurs dispositifs thermoélectriques 3; 5 - La forme du passage d'air 32 n'est pas limitée à celle décrite dans les paragraphes précédents ainsi que sur les figures, - Le système 1 peut être utilisé seul ou en combinaison d'autres moyens de collecte d'eau, - N'importe quel autre antigel connu de l'Homme REVENDICATIONS1 Système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile comportant : un dispositif d'extraction d'eau (3) à partir de l'air, au moins un récipient (2) destiné à recevoir ladite eau, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction d'eau (3) se compose d'un dispositif thermoélectrique (31) composé d'une surface chaude (312a, 311b) et d'une surface froide (311a, 312b), lesquelles sont en contact avec un passage d'air (32), un courant électrique étant appliqué de manière à créer io une différence de température entre lesdites surfaces (311a, 311b, 312a, 312b), les positions desdites surfaces froide (311a, 312b) et chaude (312a, 311b) étant apte à s'inverser de manière à passer d'un mode de fonctionnement de collecte d'eau par condensation à un mode de fonctionnement de collecte d'eau par dégivrage. 15 2. Système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'inversement du courant électrique. 20 3. Système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'inversement du courant électrique inverse le courant à partir d'une valeur donnée de la température de la surface froide (311a), notamment à partir d'une valeur inférieure à la température de rosée de l'air, ladite valeur étant également inférieure à 0°C. 25 4. Système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif d'extraction d'eau (3) comporte en outre un ventilateur (6) placé en sortie du passage d'air (32). 30 5. Système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le passage d'air (32) comporte une première portion (321) et une deuxième portion (322), les deux dites portions (321, 322) étant reliée l'une à l'autre par une portion de 12 récupération de l'eau (323). 6. Système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le récipient (2) est équipé 5 d'un moyen de fourniture en antigel liquide 7 Procédé de collecte d'eau par condensation utilisant le système de collecte d'eau (1) selon l'une des revendications 4 à 6, comprenant les étapes consistant à : o faire passer l'air extérieur (AH) dans la première portion (321) du passage d'air, ladite première portion (321) étant en contact avec la surface froide (311a), récupérer l'eau formée dans la portion de récupération de l'eau (323), 15 réchauffer l'air en le faisant passer dans la deuxième portion (322) du passage d'air (32), ladite deuxième portion étant en contact avec la surface chaude (312a). 8. Procédé de collecte d'eau par dégivrage utilisant le système de collecte d'eau 20 (1) selon l'une des revendications 4 à 6, comprenant les étapes consistant à: faire passer l'air extérieur (AH) dans la première portion (321) du passage d'air (32), ladite première portion (321) étant en contact avec la surface chaude (312b), récupérer l'eau formée dans la portion de récupération de l'eau 25 (323), faire passer l'air dans la deuxième portion (322) du passage d'air (32), ladite deuxième portion étant en contact avec la surface froide (311b). 30 9. Collecteur multi-entrées comportant un système de collecte d'eau (1) selon l'une des revendications 1 à 6, et au moins un des dispositifs suivants : collecteur d'eau de pluie, collecteur de l'eau d'un bloc HVAC, collecteur des condensats liés aux gaz d'échappement, collecteur des condensats de la ligne d'aspiration. 13 10. Utilisation du système de collecte d'eau (1) pour véhicule automobile selon la revendication 1 pour fournir en eau divers dispositifs, notamment un lave-glace, un dispositif de nettoyage des capteurs, un dispositif d'injection d'eau dans le moteur, un dispositif de pulvérisation, un dispositif d'hydratation d'un passager.