INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Il est connu qu’un tel ventilo-convecteur nécessite d’être raccordé à une ligne d’alimentation électrique. Or, s’il est relativement aisé d’anticiper la position des ventilo-convecteurs dans un habitat neuf, il est en revanche nettement plus compliqué de placer les ventilo-convecteurs quand il s’agit de rénovation de bâtiment puisqu’alors l’installation d’un ventilo-convecteur à un endroit thermiquement stratégique peut se révéler impossible du fait qu’un accès à une ligne électrique n’est pas directement possible. Pour connecter le ventilo-convecteur, des travaux de rénovation doivent dans ce cas aussi comprendre l’installation d’une nouvelle ligne électrique proche de celui-ci, augmentant coûts et temps des travaux.
Le but de la présente invention est d’améliorer la situation.
Résumé A cet effet, la présente divulgation a pour objet un ventilo-convecteur équipé d’une turbine sur le flux hydraulique, génératrice de l’énergie électrique nécessaire à son fonctionnement. Ce ventilo-convecteur n’a pas besoin d’être branché à une ligne électrique.
En outre, ce ventilo-convecteur met en œuvre un agencement de ventilateurs lui offrant une meilleure compacité.
Selon un premier aspect, il est donc proposé un ventilo-convecteur pour un système thermique d’un logement, le système thermique comprenant un circuit d’un fluide caloporteur, le ventilo-convecteur comprenant : au moins un échangeur thermique pour assurer des échanges thermiques entre ledit fluide caloporteur et un flux d’air et au moins un ventilateur pour forcer un mouvement dudit flux d’air dans ledit au moins un échangeur thermique, et dans lequel il comprend en outre une ou plusieurs turbines hydrauliques génératrices d’électricité pour alimenter en électricité au moins ledit ou lesdits ventilateurs.
Comme évoqué plus haut, les applications d’électronique de puissance requièrent une excellente conduction électrique verticale dans la structure composite. La couche mince monocristalline peut ainsi être dopée, selon les besoins de l’application : par exemple, pour présenter un dopage de type n ou p et une résistivité inférieure à 30 mOhm.cm, à 10 mOhm.cm, voire inférieure à 1 mOhm.cm. L’interface d’assemblage de la structure composite doit être élaborée de manière à ne pas (ou très peu) augmenter la résistance électrique verticale. Enfin, une bonne conductivité électrique doit être assurée dans le substrat support de la structure composite. Il est donc requis de doper fortement (dopage de type n ou p) le substrat polycristallin pour atteindre une résistivité inférieure ou égale à 15 mOhm.cm, à 10 mOhm.cm, voire inférieure à 5 mOhm.cm. Cependant, il est connu qu’une concentration importante en dopants, par exemple azote, dans un matériau p-SiC peut être un facteur limitant pour obtenir une bonne planéité (faible déformation) du fait d’une densité importante de défauts générés.
Or, il est essentiel d’utiliser des substrats supports présentant une courbure ou déformation faible. La courbure correspond à la flèche ou « warp » selon la terminologie anglo-saxonne, lequel équivaut à la différence algébrique des déviations du substrat par rapport à un plan de référence. Une courbure réduite est requise d’une part, pour que ces substrats supports soient compatibles avec un assemblage direct de bonne qualité et une forte énergie de collage, et d’autre part pour qu’ils ne soient pas susceptibles de provoquer des dommages dans la couche mince monocristalline durant ou après le procédé de transfert, du fait de contraintes mécaniques importantes. Une courbure faible est également importante pour garantir les performances des étapes de fabrication (par exemple, photolithographie) des composants sur/dans la couche mince de la structure composite. Le rayon de courbure (proportionnel à l’inverse du « warp ») des substrats supports en p-SiC est typiquement visé supérieur à environ 25 m (soit un « warp » inférieur à 100 μm pour un substrat de 150mm de diamètre, voire inférieur à 50 μm, voire idéalement inférieur à 30 μm).
Enfin, un procédé de transfert de couche mince, basé sur un collage direct par adhésion moléculaire, est très dépendant de la qualité de surface des substrats assemblés. En particulier, une rugosité inférieure ou égale à 1 nm RMS (rugosité moyenne quadratique) est requise, couplée à une défectivité de surface (particules, trous... ou autres reliefs susceptibles de générer des défauts de collage) très faible, tant pour le substrat support que pour le substrat donneur. Notons que la dureté du SiC ainsi que la présence de grains à la surface du substrat support polycristallin complexifie grandement la préparation de surface et une qualité parfaite s’avère difficile à obtenir.
De surcroit, il apparait souvent important que le substrat support garantisse une bonne conductibilité thermique (typiquement supérieure à 200W/(m.K), voire supérieure à 250 W/(m.K)), pour évacuer efficacement la chaleur, notamment générée par des composants de puissance. Or, la conductibilité thermique peut être défavorablement impactée par un fort taux de dopants qui nuit à la propagation des phonons, notamment du fait de la génération de défauts cristallins supplémentaires.
L’ensemble de ces spécifications est très complexe à atteindre avec les substrats en p-SiC actuellement disponibles.
Le document US10934634 propose un substrat en p-SiC pour lequel le taux de changement de la taille des grains entre les deux faces du substrat est inférieur à 0,43%, ce qui lui procure un rayon de courbure supérieur à 142 m, soit une très faible déformation. En outre, une face au moins dudit substrat présente une rugosité moyenne arithmétique inférieure à 1 nm. Ce procédé demeure néanmoins dispendieux et très consommateur en énergie et en matière, car une importante portion du p-SiC initialement déposé sur un substrat de graphite est retirée et perdue pour obtenir le substrat proposé en p-SiC (typiquement 2 mm initialement déposés pour former un substrat en p-SiC de 350 μm).
Pour réduire les coûts de fabrication, il serait optimal de faire croître, par dépôt chimique en phase vapeur à vitesse élevée, une couche de p-SiC d’épaisseur la plus proche possible de l’épaisseur finale du substrat souhaité, avec une taille de grains très rapidement stabilisée après le début de la croissance de la couche, pour éviter toute surépaisseur inutile qui deviendrait nécessaire pour réduire ou éliminer le gradient de taille de grains dommageable à la planéité du substrat ; cela en assurant une concentration très élevée de dopants (par exemple de type n, tel que l’azote ou le phosphore), typiquement supérieur à 5 x 10 19 atomes/cm 3 , préférentiellement supérieur à 10 20 atomes/cm 3 , pour atteindre typiquement une résistivité du matériau inférieure à 15 mOhm.cm, voire inférieure à 10 mOhm.cm, et en autorisant une bonne conductibilité thermique.
La présente invention propose une structure composite comportant une couche mince en matériau monocristallin, en particulier en c-SiC, de haute qualité, disposée sur un substrat support en p-SiC présentant une très faible résistivité, une faible déformation et une bonne conductibilité thermique. Elle concerne également un procédé de fabrication d’une telle structure composite.
L’invention concerne une structure composite pour la fabrication de composants microélectroniques comprenant une couche mince monocristalline, disposée sur un substrat support en carbure de silicium polycristallin, ledit substrat support présentant, sur chacune de ses faces, une orientation cristalline préférentielle selon laquelle :
- la somme de coefficients de texture C 220 +C 200 +C 400 est supérieure à 50%, de préférence supérieure à 80%.
Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : le substrat support présente une résistivité électrique inférieure ou égale à 10 mOhm.cm, préférentiellement inférieure ou égale à 5 mOhm.cm, encore préférentiellement inférieure ou égale à 3 mOhm.cm ; le substrat support est dopé à l’azote avec une concentration, mesurée par spectroscopie de masse des ions secondaires, supérieure ou égale à 5,0x10 19 atomes/cm 3 , préférentiellement supérieure ou égale à 1,0x10 20 atomes/cm 3 , encore préférentiellement supérieure ou égale à 1,5x10 20 atomes/cm 3 , ou encore préférentiellement supérieure ou égale à 3x10 20 atomes/cm 3 ; le coefficient de texture C 422 est inférieur à 20%, préférentiellement inférieur à 15%, encore préférentiellement inférieur à 10% ; la somme des coefficients de texture C 200 +C 400 est supérieure à 1%, préférentiellement supérieure à 2%, encore préférentiellement supérieure à 5% ; la couche mince est composée de carbure de silicium ; la couche mince est composée de nitrure de gallium ; la couche mince est composée d’oxyde de gallium ; la couche mince est composée de diamant ; la structure composite comprend une couche intermédiaire continue ou discontinue, disposée entre la couche mince et le substrat support et composée d’au moins un matériau métallique ou semi-conducteur ; la couche intermédiaire est composée de silicium, de carbure de silicium, de tungstène, et/ou de titane ; le substrat support présente une épaisseur comprise entre 50 microns et 650 microns ; la structure composite comprend un composant électronique sur et/ou dans la couche mince et comprenant optionnellement un contact électrique au niveau de la face arrière du substrat support.
La illustre schématiquement un ensemble rotor 100 selon l'invention. L'ensemble rotor 100 comporte un élément de rotation 110. Une première pale 101 et une seconde pale 102 sont reliées à l'élément rotatif 110. Les pales 101 et 102 sont adaptées pour tourner autour de leur axe longitudinal pour ainsi modifier l’angle d’incidence des pales 101, 102 de façon cyclique pendant la rotation de l'élément rotatif 110 autour de l'axe de rotation 150. Cette modification de l’angle d’incidence s'effectue au moyen d'un plateau cyclique, comme cela est connu dans l’art antérieur pour les pales d'hélicoptère.
L'élément de rotation 110 est en outre pourvu d'un premier bras moteur 103 et d'un second bras moteur 104. Le premier bras moteur 103 est pourvu d'une ouverture d'entrée d'air 113 et d'une ouverture de sortie d’air 123. Le premier bras moteur 103 est creux et permet de conduire l'air sous pression de l'ouverture d'entrée d’air 113 à l'ouverture de sortie d’air 123. L'ouverture de sortie d’air 123 du premier bras moteur 103 est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du premier bras moteur 103. Cela signifie que l'air s'écoulant depuis l'ouverture d'entrée d’air 113 du premier bras moteur 103 exerce une force de réaction sur le premier bras moteur 103, près de son extrémité, dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du premier bras moteur 103. En raison de l’existence de cette force de réaction, l'élément rotatif 110 effectue une rotation dans une direction opposée à la direction de sortie du flux d'air de l’ouverture de sortie d'air 123. Cette rotation est indiquée schématiquement par la flèche 160 sur la .
Le second bras moteur 104 présente une ouverture d'entrée d’air 114 et une ouverture de sortie d’air 124. Le second bras moteur 104 est creux et capable de conduire l'air sous pression de l'ouverture d'entrée 114 à l'ouverture de sortie d’air 124. L'ouverture de sortie d’air 124 du second bras moteur 104 est sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du second bras moteur 104. Cela signifie que l'air s'écoulant depuis l'ouverture d’entrée d’air 114 du second bras moteur 104 exerce une force de réaction sur le second bras moteur 104, près de son extrémité, dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du second bras moteur 104. En raison de l’existence de cette force de réaction, l'élément rotatif 110 effectue une rotation dans une direction opposée à la direction de sortie du flux d'air de l’ouverture de sortie d'air 124. Cette rotation est indiquée schématiquement sur la par la flèche 160.
Les bras moteur 103, 104 sont formés de deux conduits concentriques. Ainsi, les bras moteur 103, 104 comprennent un canal interne, par exemple de forme tubulaire, permettant de conduire le flux d’air primaire (L1). Les bras moteur 103, 104 sont pourvus d’un canal externe, par exemple de forme aérodynamique, permettant de conduire le flux d’air secondaire (L2).
Comme illustré sur la , l’ouverture de sortie d’air 123 du premier bras moteur 103 et l’ouverture de sortie d’air 124 du deuxième bras moteur 104 font sensiblement un angle de 180⁰ degrés l'une par rapport à l'autre.
Selon l'exemple de réalisation de la , le flux d'air permettant la mise en rotation des bras moteurs 103, 104 est généré à l'aide d'un turbo réacteur 300. Ce turbo réacteur présente un axe de rotation 301 qui est aligné avec l'axe de rotation 150 de l'élément rotatif 110. Le gaz chaud qui sort du turbo réacteur 300 est dirigé vers une ouverture de sortie 310. Un élément de liaison 220, qui a sensiblement la forme d'un Y, est relié à cette ouverture de sortie 310 au moyen d’un joint pivotant 320. La branche centrale de l’élément de liaison 220 est reliée à l'ouverture de sortie 310 du turbo réacteur 300. Les branches supérieures de l’élément de liaison 220 sont reliées aux ouvertures d'entrée 113, 114 des premier et second bras moteur 103, 104, respectivement.
Ainsi, l’utilisation de la structure décrite ci-dessus de l'ensemble rotor 100 et, notamment l’alignement de l'axe de rotation 301 du turbo réacteur 300 avec l'axe de rotation 150 de l'élément rotatif 110, a pour conséquence que, lorsque les bras moteur 103 et 104 et les rotors 101 et 102 sont mis en rotation, aucun contre-couple ou seulement un contre-couple très limité est généré dans la direction opposée à la direction de rotation de l'ensemble rotor 100. Cela signifie que l'ensemble rotor 110 peut, en principe, être utilisé pour créer une portance pour un hélicoptère, sans que l'hélicoptère doive être équipé d'un rotor de queue pour neutraliser le contre-couple susmentionné.
La montre en outre que l’ouverture de sortie d’air 123 du premier bras moteur 103 est munie d'un éjecteur 125. De même, l’ouverture de sortie d’air 124 du second bras moteur 104 est munie d'un éjecteur 126. Les éjecteurs 125, 126 garantissent que le flux d'air primaire chaud généré par le turbo-actionneur 300 peut se mélanger à un flux d'air secondaire à proximité des ouvertures de sortie d’air 123, 124. Le principe du mélange d'un flux d'air primaire et d'un flux d'air secondaire à l'aide d'un éjecteur est décrit ci-dessus en référence à la .
Dans l'exemple de mise en œuvre de la , l'entrée des éjecteurs 125 et 126 est reliée au côté intérieur des bras moteurs 103 et 104, respectivement. Cela signifie que le flux d'air secondaire traversant les éjecteurs 125, 126 est prélevé à l’intérieur des bras moteur 103 et 104. Afin de permettre ce flux d'air secondaire, la surface extérieure des bras moteur 103 et 104 est pourvue d'une zone perforée 108. Cette zone perforée 108 comprend une ou plusieurs ouvertures permettant de faire passer l'air pour le flux d'air secondaire de la surface extérieure de chacun des bras moteur 103, 104 vers l’intérieur des bras moteur 103, 104. Ainsi, le flux d'air secondaire contribue, d’une part, au fonctionnement des éjecteurs 125, 126, comme déjà décrit ci-dessus, et d’autre part, à l’amélioration des performances aérodynamiques des bras moteur 103, 104, notamment en améliorant la capacité des bras moteur 103, 104 à générer une portance. L’éjecteur 125, 126 permet donc de récupérer l’énergie perdue contenue dans les gaz d’échappement sortant par les ouvertures de sortie d’air 123, 124, et de générer à l’intérieur des bras moteur 103, 104, une aspiration ou dépression utilisée pour aspirer le flux d’air secondaire. Cet aspect sera décrit ci-dessous en référence aux figures 4 à 7.
Il est noté que, selon un mode de réalisation de l’invention, non montré sur les figures, l’ensemble rotor 100 comprend une unique pale 101, 102, ensemble avec un unique bras moteur 103, 104. Ladite pale 101, 102 et ledit bras moteur 103, 104 sont, selon ce mode de réalisation, positionnés selon une direction diamétralement opposée (180°) par rapport à l’axe de rotation, les masses du bras moteur 103, 104 et de la pale 101, 102 s’équilibrant mutuellement. Ce mode de réalisation présente l’avantage de diminuer sensiblement le nombre de pièces mécaniques ainsi que la masse totale, ce qui résulte en une optimisation des performances et une sécurité accrue.
La montre en vue de dessus une forme de réalisation possible d'un bras moteur 103. Le bras moteur 103 comporte une entrée d’air 113 reliée à la sortie d'un turbo réacteur 300 (comme montré sur la ). A l'intérieur du bras moteur 103, l'air pressurisé s'écoule selon un flux d’air primaire avec un débit (Dp) à travers un canal primaire 106 vers l'ouverture de sortie d’air 123. L’ouverture de sortie d’air 123 est munie d'un éjecteur 125 qui fournit un flux d'air secondaire ayant un débit secondaire (Ds), comme décrit en référence à la .
L'éjecteur 125 est relié à l'intérieur du bras moteur 103. Cela signifie que l'extension de l'ouverture d'entrée 51 de l'éjecteur 125 forme un canal secondaire 107, qui entoure au moins partiellement le canal primaire 106. Le canal secondaire 107 est pourvu d'une zone perforée indiquée schématiquement par le numéro de référence 108. La fonction de la zone perforée 108 est de permettre à l'air de circuler depuis l'extérieur du bras moteur 103 vers le canal secondaire 107. A cet effet, la zone perforée 108 est pourvue d'une ou plusieurs perforations ou ouvertures 109. Selon le mode de réalisation de la , la zone perforée 109 comprend plusieurs ouvertures qui sont sensiblement alignées. Il est également possible de doter la zone perforée 108 d'une ouverture longitudinale. En outre, il est possible de prévoir des ouvertures disposées sous forme d’une pluralité de bandes, par exemple parallèles, dans la zone perforée 108.
L'air s'écoulant le long de la surface extérieure du bras moteur 103 peut s'écouler de la surface extérieure du bras moteur 103 vers l’intérieur du bras moteur 103, et en particulier vers le canal secondaire 107, à travers des ouvertures 109. Le fonctionnement de ces ouvertures 109 et l'effet de l'écoulement d’un flux d'air à travers ces ouvertures 109 sur les propriétés aérodynamiques des bras moteur 103, 104 sont discutés ci-dessus en référence aux figures 6 et 7.
La montre que le flux primaire est guidé à l’intérieur du canal primaire 106 positionné à l’intérieur du canal secondaire 107. La température du gaz circulant à l’intérieur du canal primaire 106 est relativement élevée alors que la température de l’air circulant à l’intérieur du canal secondaire 107 est relativement basse. Par conséquent, un échange de chaleur s’effectue entre le gaz et l’air lors du passage, respectivement du gaz dans le canal primaire 106 et de l’air dans le canal secondaire 107.
La montre que le flux d'air total s'écoulant de l'éjecteur 125 est un mélange de l'écoulement du flux d’air primaire par le canal primaire 106 et de l'écoulement d'un flux d’air secondaire par le canal secondaire 107. Le flux d'air primaire est formé par les gaz d'échappement du turbo réacteur 300 (comme montré sur la ). Ce flux d'air primaire est extrêmement chaud. Le flux d'air secondaire est formé par l'air ambiant. La température du flux d’air secondaire dépend de l'environnement dans lequel le dispositif 100 est utilisé. Cependant, quel que soit l’environnement du flux d’air secondaire, ce dernier possède en général une température beaucoup plus basse que celle du flux d'air primaire.
Comme expliqué en référence à la , la présence d'un éjecteur 125 a pour premier effet technique d'augmenter la puissance du bras moteur 103.
Ainsi, il est possible d’utiliser le canal de distribution pour refroidir des composants posés dessus. On peut ainsi disposer un plus grand nombre de composants au global, sur le dispositif de régulation thermique. Cela augmente la capacité de stockage d'énergie des composants pour une taille de dispositif de régulation thermique donnée, et ainsi augmente l'autonomie d'un véhicule alimenté par cette énergie.
Avantageusement, l’invention permet de réduire le déséquilibre de température tout en favorisant la réduction de la perte de charge par rapport à un canal sans cavité de ralentissement.
Par ailleurs, dans les applications de type pack batterie, il y a habituellement une forte contrainte de hauteur totale disponible (ou encombrement vertical disponible), ce qui peut donner une limitation de hauteur de canal. Un des aspects de l’invention permet d'augmenter la section de passage du canal de distribution, sans accroître la hauteur. Cela permet de favoriser la vitesse du fluide et le transfert de chaleur venant des cellules car plus la section de passage du canal de distribution augmente, plus le nombre de cellule en contact peut augmenter.
Selon l’un des aspects de l’invention, la branche de circulation de fluide caloporteur se raccorde sur la cavité de ralentissement de sorte que du fluide caloporteur ayant traversé la cavité de ralentissement soit distribué dans la branche de circulation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif comporte un canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la branche de circulation débouche sur le canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la branche de circulation de fluide caloporteur comporte au moins un canal de branche se raccordant au canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la branche de circulation comporte au moins un canal de branche de forme rectiligne se raccordant au canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la branche de circulation comporte au moins un canal de branche en forme de serpentin se raccordant au canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, la branche de circulation comporte au moins deux canaux de branche de forme rectiligne, chaque canal de branche se raccordant au canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, le canal de branche se raccorde au canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de régulation thermique comporte deux plaques, à savoir une plaque supérieure et une plaque inférieure.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins de ces plaques comprend des reliefs, notamment réalisés par emboutissage. Ces reliefs peuvent former, par exemple le canal de distribution, la cavité de ralentissement et la branche de circulation de fluide caloporteur ainsi que le canal d’évacuation de fluide caloporteur.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’une des plaques fait face aux composants. Cette plaque est définie comme étant la plaque supérieure et comporte au moins une zone de placement. L’autre des plaques dont la face s’oppose à celle de la plaque supérieure est définie comme étant la plaque inférieure.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif comporte deux plaques, à savoir une plaque supérieure et une plaque inférieure, la plaque supérieure étant la plaque faisant face aux composants et comportant la zone de placement et la plaque inférieure est l’une des plaques dont la face s’oppose à celle de la plaque supérieure.
Selon l’un des aspects de l’invention, la zone de placement est située sur l’une de ces plaques du dispositif de régulation thermique.
Comme mentionné ci-dessus, chaque dispositif 1 de liaison est interposable entre l'une des extrémités d'une pluralité de lames 21 et une ossature 22 pour la liaison entre elles de ladite pluralité de lames au niveau de leur extrémité et la fixation de ladite pluralité de lames à l'ossature 22. Deux dispositifs 1 de liaison en regard sont donc nécessaires pour la réalisation d'un panneau 20 à lames 21 conforme à celui représenté à la .