INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
6. Description détaillée de l’invention L'invention propose donc une approche nouvelle et inventive du refroidissement d'un radiateur, d'un condenseur et/ou d'éléments associés nécessitant un refroidissement, à l'aide de l'eau produit par une pile à combustible à hydrogène. Ainsi, l'invention repose sur une approche opposée et contre-intuitive par rapport à l'art antérieur, consistant à diffuser de l'eau pour le refroidissement d'un radiateur non pas vers et sur ce radiateur, mais dans une zone voisine de celui-ci, dite zone de pulvérisation. Ainsi, l'eau n'a pas besoin d'être pulvérisée sous forme de microgouttelettes de tailles très réduites, nécessitant des moyens de pulvérisation précis et coûteux, pour ne pas détériorer le radiateur. En effet, des gouttelettes de taille classique, telles que celles délivrées par exemple par un système de lave-glace dans un véhicule, peuvent être utilisées. Pour ceci, selon l'invention, les gouttelettes sont diffusées dans une zone de pulvérisation, dans laquelle, par contact avec l'air ambiant, elles se vaporisent d'elles-mêmes jusqu'à atteindre, en moyenne, le diamètre requis pour ne pas endommager le radiateur, avant d'être dirigées vers le radiateur, en exploitant un flux d'air généré par le déplacement du véhicule, si l'invention est mise en œuvre dans un véhicule, et/ou par un ou plusieurs ventilateurs.
Cette approche permet en outre de refroidir et d'humidifier l'air avant qu'il rentre en contact avec le radiateur.
Dans la présente description, l’invention est illustrée par un dispositif de refroidissement pour un véhicule, mais peut être appliqué à tout système à pile à combustible comprenant un élément nécessitant un refroidissement. La illustre schématiquement les principaux éléments d'un mode de réalisation de l'invention dans un véhicule automobile à pile à combustible à hydrogène comportant un dispositif de refroidissement selon l’invention.
Le système comprend une pile à combustible 1, produisant de l'électricité et de l'eau. Au moins une partie de cette eau est recueillie dans un réservoir d’eau 2. Des buses de pulvérisation 31 sont prévues, pour pulvériser cette eau en amont d'un radiateur 3, lorsqu'un besoin de refroidissement de celui-ci est identifié. Le véhicule se déplace selon un sens de déplacement 10, générant en amont du radiateur 3 (placé ici à l'avant du véhicule) un flux d'air 40 dans un sens opposé au sens de déplacement 10.
Comme déjà mentionné, l'approche de l'invention permet d'utiliser des buses standard, et ne nécessite pas de buses spécifiques et coûteuses configurées pour produire des microgouttelettes de diamètre réduit, nécessaire pour ne pas détériorer le radiateur selon l'art antérieur.
La couche d'électrode 26 peut être une couche en un matériau transparent et conducteur tel que de l'oxyde d'indium-étain (ou ITO, acronyme anglais pour Indium Tin Oxide), de l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou au gallium, ou du graphène. L'épaisseur de la couche d'électrode 26 peut être comprise entre 0,01 µm et 10 µm.
La couche d'encapsulation 34 peut être réalisée en un matériau inorganique au moins partiellement transparent au rayonnement émis par les particules photoluminescentes et/ou les diodes électroluminescentes LED. A titre d'exemple, le matériau inorganique est choisi parmi le groupe comprenant les oxydes de silicium, du type SiO x où x est un nombre réel qui varie de 1 à 2, les nitrures de silicium (Si x N y , où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du Si 3 N 4 ), les oxynitrures de silicium (notamment de formule générale SiO x N y , par exemple du Si 2 ON 2 ), l'oxyde de titane, les oxydes d'aluminium, par exemple Al 2 O 3 , et les mélanges de ces composés. La couche d'encapsulation 34 peut être réalisée en un matériau organique au moins partiellement transparent. A titre d'exemple, la couche d'encapsulation 34 est un polymère silicone, un polymère époxyde, un polymère acrylique ou un polycarbonate. La couche d'encapsulation 34 peut avoir une structure monocouche ou multicouches, et comprendre par exemple un empilement de couches organiques et/ou inorganiques.
Selon un mode de réalisation, le rayonnement émis par l'un des blocs photoluminescents correspond à de la lumière verte, c'est-à-dire un rayonnement dont la longueur d'onde est dans la plage de 490 nm à 580 nm. Selon un mode de réalisation, le rayonnement émis par un autre des blocs photoluminescents correspond à de la lumière rouge, c'est-à-dire un rayonnement dont la longueur d'onde est dans la plage de 590 nm à 720 nm.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, les diodes électroluminescentes sont de type radial, il est clair que les présents modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre avec des diodes électroluminescentes sont de type axial pour lesquelles la zone active de la diode électroluminescente n'est présente qu'au sommet du fil.
Procédé d'ajustement de la longueur d'onde centrale d'un dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes tridimensionnelles La présente demande concerne un procédé d'ajustement de la longueur d'onde centrale du rayonnement émis par les diodes électroluminescentes d'un dispositif optoélectronique, notamment un pixel d'affichage pour un écran d'affichage ou pour un panneau de rétroéclairage.
Un procédé de fabrication de dispositifs optoélectroniques comprend la formation de diodes électroluminescentes sur une plaque et la découpe de la plaque pour séparer les dispositifs optoélectroniques. Avec les procédés connus de fabrication de diodes électroluminescentes comprenant notamment des étapes de croissance par épitaxie, alors que les conditions de croissance devraient en théorie conduire à l'obtention sur une même plaque de diodes électroluminescentes identiques, on observe en pratique une dispersion globale des longueurs d'onde centrales des rayonnements émis par les diodes électroluminescentes formées sur une même plaque, en raison notamment d'une dispersion globale des dimensions et des compositions des diodes électroluminescentes. On observe également en pratique une dispersion globale des longueurs d'onde centrales des rayonnements émis par les diodes électroluminescentes formées sur des plaques différentes alors que les mêmes conditions de croissance ont été appliquées.
Pour la fabrication d'un dispositif optoélectronique tel qu'un pixel pour un écran d'affichage ou pour un panneau de rétroéclairage, il est généralement exigé une dispersion de la longueur d'onde centrale du rayonnement émis par le dispositif optoélectronique inférieure à 2 nm, ce qui est inférieur en général à la dispersion globale des longueurs d'onde centrales des rayonnements émis par les diodes électroluminescentes formées sur une même plaque. Il est alors nécessaire de tester chacun des dispositifs optoélectroniques formés à partir d'une même plaque pour sélectionner ceux qui ont les propriétés souhaitées. Cette étape de sélection augmente le coût de fabrication des dispositifs optoélectroniques.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs optoélectroniques à diodes électroluminescentes connus, notamment des pixels d'affichage, et des procédés d'ajustement de la longueur d'onde centrale du rayonnement émis par les diodes électroluminescentes du dispositif optoélectronique.
Selon un exemple, les têtes des boucles 35 sont solidarisées à la face inférieure 14 de la base 10 de manière à ne pas faire saillie de la face supérieure 12 de la base 10. Les boucles 35 ne traversent typiquement pas la totalité de la base 10. Les boucles 35 peuvent pénétrer en partie dans l’épaisseur de la base 10, notamment dans le cas où la base 10 est formée par un enchevêtrement de fibres ou de fils.
Selon un exemple, au moins 50% des boucles 35 de la bande d’ancrage 30 sont solidarisées à la face inférieure 14 de la base 30, ou typiquement au moins 75% des boucles 35 de la bande d’ancrage 30 sont solidarisées à la face inférieure 14 de la base 30, ou au moins 80% des boucles 35 de la bande d’ancrage 30 sont solidarisées à la face inférieure 14 de la base 30, ou au moins 90% des boucles 35 de la bande d’ancrage 30 sont solidarisées à la face inférieure 14 de la base 30 et dans un cas, 100% des boucles 35 de la bande d’ancrage 30 sont solidarisées à la face inférieure 14 de la base 30.
Selon un exemple, au moins 1% de la hauteur des boucles 35 est solidarisée à la base 10, ou au moins 2%, et au maximum 25%, en particulier au maximum 20% de la hauteur des boucles 35 est solidarisée à la base 10. Par solidarisée à la base 10, on désigne ici la partie d’une boucle 35 qui est fixée par un adhésif ou une colle à la base 10, et est par exemple enveloppée par l’adhésif ou la colle.
Le dispositif tel que proposé présente plusieurs avantages. Dans le cas où le dispositif est muni d’éléments de retenue 20, il permet notamment de s’affranchir des problématiques mentionnées en introduction et liées au conditionnement de produits sous forme de rouleaux ou de produits directement dans un carton après découpe de ce dernier. En effet, lorsque le produit est ici conditionné en rouleaux, les éléments de retenue 20 viennent au contact du fond 31 et non pas des boucles 35, ce qui évite ainsi de réaliser une liaison auto agrippante lors du conditionnement en rouleaux.
Par ailleurs, les propriétés d’ancrage dans un matériau en mousse injecté contre la face inférieure 14 de la base 10 sont conservées ; l’ancrage est assuré par les boucles 35 et par le fond 31. Plus généralement, le dispositif peut être associé à un matériau venant former une enveloppe entourant au moins en partie la bande d’ancrage 30, typiquement entourant ou enveloppant au moins en partie les boucles 35 de la bande d’ancrage 30 et/ou le fond 31 de la bande d’ancrage 30. L’enveloppe est typiquement formée de mousse, de plâtre et/ou de béton. Plus généralement, le dispositif tel que proposé est ainsi un dispositif d’ancrage, pouvant également être un dispositif de retenue dans le cas où ce dernier présente des éléments de retenue 20.
Le dispositif tel que proposé peut également présenter des avantages dans différents types d’application.
Par exemple, le dispositif 1 peut être employé pour la fixation d’un revêtement sur une surface, par exemple un revêtement de sol ou de mur ou encore pour un siège, typiquement de la mousse, du béton, du plâtre ou tout autre élément destiné à être fixé sur un support et pouvant par exemple être sous la forme de plaque. Le dispositif est typiquement surmoulé dans le matériau, qui forme une enveloppe entourant tout ou partie de la bande d’ancrage 30, typiquement entourant tout ou partie des boucles 35 de la bande d’ancrage 30 et/ou tout ou partie du fond 31 de la bande d’ancrage 30. Comme indiqué précédemment, cet enveloppement total ou partiel des boucles 35 et/ou du fond 31 de la bande d’ancrage 30 permet d’assurer un ancrage du dispositif dans le matériau, ou réciproquement.
La bande d’ancrage 30 présente typiquement une structure que l’on peut qualifier d’ouverte. Les ouvertures sont définies comme étant les zones ouvertes entre deux ensembles de fils de chaine adjacents, et entre deux fils de trame adjacents, selon une vue dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale MD et à la direction transverse CD, depuis la face inférieure 34 du fond 31 de la bande d’ancrage 30. On définit typiquement une ouverture comme étant une zone ayant une surface d’au moins 1 mm² dans ce plan, ou au moins 1,5 mm², ou encore au moins 1,8 mm².
Selon un exemple, la bande d’ancrage 30 présente selon une vue dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale MD et à la direction transverse CD, depuis la face inférieure 34 du fond 31 de la bande d’ancrage 30, un nombre d’ouvertures compris entre 5 et 100 ouvertures par cm², avec notamment chaque ouverture ayant une surface d’au moins 1,0 mm² ou un nombre d’ouvertures compris entre 5 et 60 ouvertures par cm², avec notamment chaque ouverture ayant une surface d’au moins 1,5 mm², ou un nombre d’ouvertures compris entre 5 et 50 ouvertures par cm², avec notamment chaque ouverture ayant une surface d’au moins 1,8 mm². Un exemple d’ouverture de la bande d’ancrage 30 a été représenté par un quadrillage sur la . Selon un exemple, la bande d’ancrage 30 présente selon une vue dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale MD et à la direction transverse CD, depuis la face inférieure 34 du fond 31 de la bande d’ancrage 30, un taux d’ouverture compris entre 50% et 90% par cm², en particulier entre 60% et 90% par cm², plus particulièrement entre 70% et 90% par cm², le taux d’ouverture étant défini comme étant le rapport entre la surface des ouvertures du fond 31 par rapport à la surface considérée.
Une telle structure ouverte de la bande d’ancrage 30, et plus précisément du fond 31 de la bande d’ancrage 30 permet d’assurer une bonne pénétration du matériau, par exemple du matériau injecté, et donc un bon ancrage du dispositif dans un matériau tel que de la mousse ou plus généralement tout autre matériau venant pénétrer dans la bande d’ancrage 30.
La illustre un tel type d’application.
On voit sur cette figure qu’un revêtement est solidarisé sur la face inférieure 34 du fond 31, ici au moyen d’une couche d’adhésif 45. Le produit ainsi formé peut être assemblé sur une contrepartie fixée sur un support tel qu’une paroi, un mur, un plancher, un plafond, ou une surface d’un objet.
La structure proposée qui assure un espacement non nul entre la base 10 et le fond 31 permet d’assurer la formation d’une lame d’air entre la base 10 et le fond 31, et par conséquent entre la base 10 et le revêtement 50, ce qui permet ainsi de réaliser une fonction d’amortisseur ou d’isolant.
De manière optionnelle, cet effet d’amortissement ou d’isolant peut être accentué en superposant plusieurs bandes d’ancrage 30.
La présente une variante de la , dans laquelle le dispositif 1 est solidarisé à un support 60. Le revêtement 50 est ici solidarisé à une contrepartie 54, ici une contrepartie à boucles, à l’aide d’une couche d’adhésif 52. Cette contrepartie 54 est adaptée pour venir former une liaison auto agrippante avec le dispositif 1, en engageant les éléments de retenue 20.
On retrouve dans cette variante les mêmes avantages que dans le mode de réalisation illustré en référence à la .
Dans la présente demande, on définit comme étant situé « en amont » tout objet positionné d’avantage vers l’avant du véhicule ou du système par rapport à un autre objet. De la même manière, on définit comme étant situé « en aval » tout objet positionné d’avantage vers l’arrière du véhicule ou du système par rapport à un autre objet.
a) Pile La pile à combustible 1 produit de l'énergie électrique par une réaction électrochimique entre le dihydrogène (H 2 ) et le dioxygène (O 2 ). Pour ce faire, la pile à combustible 1 est constituée d'un empilement de cellules, placées entre deux plaques d'extrémité (non représentées), et d’une membrane électrolyte polymère positionnée entre les deux plaques. Elle comprend, de manière usuelle, deux plaques bipolaires ou monopolaires. Les plaques monopolaires sont les premières et les dernières plaques de l'empilement des cellules. Elles ont généralement le même design qu'une plaque bipolaire, mais des entrées sont fermées de sorte que la plaque ne reçoit pas l'un des gaz. La pile comprend une plaque monopolaire cathodique ne recevant pas d'hydrogène (constituant la cathode) et une plaque monopolaire anodique ne recevant pas de dioxygène (constituant l’anode).
Les plaques bipolaires, empilées entre les deux plaques monopolaires, sont constituées par l'assemblage de deux parties de plaques métalliques (une demie-plaque anodique et une demie-plaque cathodique), qui peuvent être soudées, brasées ou collées.
Suite à la réaction électrochimique, l’eau produite par la pile 1 est souvent perdue. Elle peut cependant être récupérée, notamment pour participer au refroidissement du radiateur 3. Comme rappelé en préambule, il a ainsi été proposé d'exploiter cette eau pour refroidir le radiateur, en l'envoyant sous forme de microgouttelettes de diamètres très réduits, sur celui-ci. Une pompe récupère ainsi l’eau produite par la pile 1 afin de la stocker dans un réservoir d’eau 2.
b) Radiateur De façon classique, un véhicule est équipé d’un dispositif de refroidissement, mettant en œuvre un ou plusieurs radiateurs 3 dans lequel circule un liquide de refroidissement. Le circuit de refroidissement permet de refroidir un ou plusieurs éléments ayant tendance à chauffer en utilisation, tel que les moteurs, les batteries.
Le radiateur 3 présente, de façon classique, une grande surface de contact, sous la forme d'ailettes, vers laquelle est dirigée l'air pénétrant dans le véhicule lorsqu'il se déplace, pour refroidir cette surface, et par conséquent le fluide caloporteur circulant à l'intérieur du radiateur.
Dans les modes de réalisation représentés sur les Figures 1 à 3, le radiateur, classique en lui-même, s’étend dans un plan vertical.
c) Buses Selon la présente invention, on met en œuvre une approche différente de l'art antérieur, apportant un résultat plus efficace à l’aide de moyens moins coûteux. En effet, l’eau n’est pas directement projetée sur le radiateur, mais dans une zone de vaporisation, pouvant par exemple être en amont de celui-ci, pour humidifier et refroidir l'air présent avant que celui-ci entre en contact avec le radiateur. Ainsi, les gouttelettes projetées sont vaporisées avant le contact avec le radiateur, sans qu'il soit nécessaire de produire des gouttelettes de très petites tailles (ce qui est le cas lorsqu'elles sont directement projetées sur le radiateur). Plus précisément, les gouttelettes se vaporisent ou s’évaporent au contact de l’air non chargé en humidité. En outre, l'air en amont du radiateur et destiné à traverser le radiateur est non seulement rafraichi, mais également plus humide, ce qui augmente l'efficacité du refroidissement assuré par le radiateur.
Le dispositif de refroidissement comprend des moyens de pulvérisation de l’eau, appelées également « buses de pulvérisation », qui permettent de diffuser l’eau provenant du réservoir d’eau 2, par exemple à l'aide d'une pompe 6, vers une zone de pulvérisation ZP, placée ici en amont du radiateur. Dans la présente demande, on entend par « pulvérisation » de l’eau, la diffusion ou projection, ou vaporisation de l’eau en amont du radiateur par les moyens de pulvérisation. La zone ZP est placée à proximité du radiateur, mais suffisamment éloignée pour que les gouttelettes aient le temps de se vaporiser, et donc de voir leur diamètre moyen réduit, avant de venir en contact avec le radiateur. L'orientation des buses est donc adaptée, pour que les gouttelettes qu'elles projettent ne soient pas dirigées vers le radiateur, mais au contraire vers cette zone de pulvérisation ZP.
d) Air refroidi à l’avant du radiateur Premier mode de réalisation On représente en relation avec les Figures 2 et 3 , un premier mode de réalisation du dispositif de refroidissement selon l’invention, et notamment de distribution des buses.
Dans le mode de réalisation représenté sur ces figures, le radiateur 3 du dispositif de refroidissement présente une forme plane et s’étend dans un plan principal 300. Le plan principal 300 s’étend dans une direction sensiblement verticale, et est sensiblement perpendiculaire avec le sens de déplacement (10) du véhicule.
Des buses de pulvérisation 31 sont positionnées de part et d’autre du radiateur, et sont orientées vers l’avant du radiateur 3. Plus précisément, les buses de pulvérisation 31 sont positionnées au niveau de la face avant du radiateur 3, et sont fixées au niveau des bords verticaux du radiateur. Ces buses de pulvérisation 31 sont orientées vers l’avant du radiateur de façon à former avec le plan principal 300 du radiateur un angle supérieur ou égal à 20°.
A titre d’exemple, ces buses de pulvérisation 31 peuvent être au nombre d’une, de deux, ou de quatre. Les buses de pulvérisation 31, situées de part et d’autre du radiateur, sont alimentés par des moyens de pompage 6 qui récupèrent une quantité d’eau stockée dans le réservoir d’eau 2, et diffusent ensuite de l’eau en amont du radiateur. Au contact de l’air non chargé en humidité environnant, à proximité du radiateur 3, les gouttelettes (G) de cette eau se vaporisent en de plus petites microgouttelettes (g), et/ou en vapeur. En d’autres termes, en se vaporisant les gouttelettes perdent de l'eau liquide et, par conséquent, leur taille réduit. Cette vaporisation peut être partielle ou complète, c’est-à-dire que les gouttelettes peuvent se vaporiser au moins jusqu'à atteindre, en moyenne, la taille réduite nécessaire pour ne pas endommager le radiateur (sans l'utilisation de buses spéciales permettant d'obtenir directement cette taille), et le cas échéant jusqu'au point où les gouttelettes sont complètement vaporisées (toute leur eau est passée vers l'air sous forme de vapeur d'eau).
Les gouttelettes (G) d’eau se vaporisent d’autant plus facilement que l’air en amont du radiateur est sec, ou autrement dit, non saturé en eau ou non chargé en eau. Ainsi, le système de refroidissement est particulièrement efficace en cas de fortes chaleurs.
En effet, c’est au contact de l’air non saturé en eau que les gouttelettes (G) d’eau se vaporisent en microgouttelettes (g) d’eau. Autrement dit, la vaporisation ou évaporation des gouttelettes (G) en microgouttelettes (g) dépend de l’hygrométrie de l’air en amont du radiateur.
Dans la présente description, on considère l’hygrométrie comme étant la quantité d’eau qui peut être absorbée par kilogramme d’air. Une hygrométrie relative faible sera plus propice à vaporiser les gouttelettes en microgouttelettes d’eau.
En effet, l’injection séparée et pilotable de comburant au moyen du circuit d’approvisionnement de comburant 14 permet d’ajuster les proportions de débit massique de comburant et de combustible dans le four. Afin d’assurer une combustion en conditions sous-stœchiométriques, il est ainsi possible de réduire l’alimentation en comburant.
L’utilisation d’un tel brûleur permet donc de réduire les émissions de composés polluants, particulièrement les NOx, tout en réduisant la formation de monoxyde de carbone CO en améliorant la combustion par amélioration du mélange.
En outre, cela permet de stabiliser la flamme et de la raccourcir pour une puissance équivalente, donc d’augmenter la température moyenne de la flamme. Une flamme plus stable permet de développer une couche de dépôt (croûtage) plus homogène sur les parois d’un four utilisant un tel brûleur, ce qui améliore la durée de vie du matériau réfractaire qui recouvre la paroi du four.
Cela amène notamment un autre avantage dans un four de cimenterie, lors d’un procédé de formation de clinker, en permettant d’améliorer la cristallographie du clinker grâce à l’augmentation de la température moyenne de la flamme.
Avantageusement, l’alimentation en combustible solide 1 présente un mode de fonctionnement en combustible gazeux seul. Le combustible gazeux est injecté au moyen du premier ensemble d’injection 5 pour alimenter la flamme pilote, et au moyen du deuxième ensemble d’injection 6 dans des proportions plus importantes pour alimenter la combustion dans le four. Dans ce mode de réalisation, l’alimentation en combustible solide 1 comprend alors une deuxième conduite 12 raccordée en amont à une source d’approvisionnement en combustible solide d’une part, et une source d’approvisionnement en combustible gazeux d’autre part.
Un tel fonctionnement permet de conserver une puissance de chauffage du brûleur A équivalente lors d’une rupture d’approvisionnement en combustible solide, en substituant au débit de carburant solide un débit de carburant gazeux.
Une telle capacité d’adaptation du brûleur permet de conserver un mode de fonctionnement nominal, en termes de performances, dans un plus grand nombre de situations.