Composition de fluide caloporteur. Description.
La présente invention concerne le domaine des compositions de fluide caloporteur, et plus particulièrement les compositions de fluide caloporteur utilisé dans une boucle d'échange de chaleur à basse température. Dans une boucle d'échange de chaleur, de l'énergie calorifique est généralement prélevée au niveau d'une source de chaleur au moyen d'un échangeur de chaleur et est dissipée au moyen d'un dissipateur ou radiateur. Le transport de l'énergie calorifique entre la source de chaleur et le radiateur est réalisé par un fluide caloporteur.
Dans des boucles d'échange de chaleur dite à basse température, par exemple pour le refroidissement de l'air d'admission d'un moteur à explosion, il est commun d'utiliser une composition de fluide caloporteur comportant un mélange d'eau et d'éthylène glycol. Cependant, dans la plage de température d'échange d'une boucle d'échange de chaleur dite à basse température, c'est-à- dire de 40 à 95°C, la conductivité thermique d'un fluide caloporteur composé d'un mélange eau/éthylène glycol varie entre 0.4 et 0.55 W/mK selon les proportions de chacun de ces deux éléments. Par exemple, la conductivité thermique d'un mélange composé de 50% d'eau et de 50% d'éthylène glycol est de 0.44 W/mK à une température de 60°C.
Ces conductivités thermiques sont relativement faibles et peuvent ne pas être suffisantes pour un transfert de chaleur convenable dans une boucle d'échangeur de chaleur à basse température d'un véhicule automobile dont le débit de circulation du fluide caloporteur peut atteindre 6001/h. Une solution connue est de doper le mélange eau/éthylène glycol avec des additifs et notamment avec des nanoparticules sphériques d'alumine (A1203) ayant un diamètre supérieur ou égale à ionm. Néanmoins, de telles compositions de fluide caloporteur dopé ne 5 permettent pas d'atteindre une conductivité thermique suffisante pour des transferts de chaleur satisfaisants à basse température et avec un fort débit. Ainsi, un des buts de la présente invention est de répondre au moins partiellement aux inconvénients de l'art antérieur et de proposer une 10 composition de fluide caloporteur pour boucle d'échange de chaleur à température d'échange comprise entre 40 et 95°C à conductivité thermique améliorée. La présente invention concerne donc une composition de fluide 15 caloporteur pour boucle d'échange de chaleur à température d'échange comprise entre 40 et 95°C, ledit fluide caloporteur comprenant un mélange eau/éthylène glycol ainsi que des nanoparticules sphériques d'alumine : - la composition comportant en proportion 1 à 1.3% de nanoparticules sphériques d'alumine, lesdites nanoparticules sphériques d'alumine 20 ayant un diamètre moyen de l'ordre de 5nm, et - le mélange eau/éthylène glycol comportant en proportion 50 à 65% d'eau et 50 à 35% d'éthylène glycol. La présente composition de fluide caloporteur permet, du fait de la 25 présence de nanoparticules sphériques d'alumine d'un diamètre moyen de 5nm, une forte augmentation de la conductivité thermique et les proportions choisies permettent de limiter l'augmentation de la viscosité de la composition et surtout permette une augmentation de la conductivité thermique optimale en limitant les coûts de fabrication.
Selon un aspect de l'invention : - la composition peut comporter en proportion 1% de nanoparticules sphériques d'alumine, et - le mélange eau/éthylène glycol peut comporter en proportion 50% d'eau et 50% d'éthylène glycol. Selon un autre aspect de l'invention : - la composition peut comporter en proportion 1,14% de nanoparticules sphériques d'alumine, et - le mélange eau/éthylène glycol peut comporter en proportion 60% d'eau et 40% d'éthylène glycol. Selon un autre aspect de l'invention : - la composition peut comporter en proportion 1.3% de nanoparticules sphériques d'alumine, et - le mélange eau/éthylène glycol peut comporter en proportion 65% d'eau et 35% d'éthylène glycol.
L'invention concerne également l'utilisation d'une composition de fluide caloporteur comme décrit ci-dessus dans une boucle d'échange de chaleur d'un véhicule automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 25 clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 montre un graphique de l'évolution de la conductivité thermique de différentes compositions de fluide caloporteur en fonction de la proportion de nanoparticules présentes dans lesdites compositions, - la figure 2 montre un graphique de l'évolution de l'augmentation 5 de la conductivité thermique de différentes compositions de fluide caloporteur en fonction de la proportion de nanoparticules présentes dans lesdites compositions, - la figure 3 montre un graphique de l'évolution de la viscosité d'une composition de fluide caloporteur en fonction de la proportion de nanoparticule 10 présent dans ladite composition. La composition de fluide caloporteur pour boucle d'échange de chaleur à température d'échange comprise entre 40 et 95°C, proposée comprend : - en proportion 1 à 1.3% de nanoparticules sphériques d'alumine 15 (A1203), lesdites nanoparticules sphériques d'alumine ayant un diamètre moyen de l'ordre de 5nm, et - un mélange eau/éthylène glycol comportant en proportion 50 à 65% d'eau et 50 à 35% d'éthylène glycol. 20 La présente composition est particulièrement adaptée pour une utilisation dans une boucle d'échange de chaleur à basse température d'un véhicule automobile, par exemple pour le refroidissement d'air d'admission d'un moteur à explosion. 25 La figure 1 montre un graphique décrivant l'évolution de la conductivité thermique de deux compositions de fluide caloporteur en fonction de la proportion de nanoparticules d'alumine (A1203) pour une température d'échange comprise entre 40 et 95°C. 30 Une première courbe décrit notamment l'évolution de la conductivité thermique d'une composition de fluide caloporteur connu, comprenant un mélange eau (50%) / éthylène glycol (50%) avec des nanoparticules sphériques d'alumine d'un diamètre moyen de 4onm. Pour une proportion de nanoparticules comprise entre o et 1% la conductivité thermique augmente fortement pour atteindre une augmentation de l'ordre de 32.7% par rapport à un mélange eau (50%) / éthylène glycol (50%) pur. Une seconde courbe décrit notamment l'évolution de la conductivité thermique d'une composition de fluide caloporteur selon l'invention, comprenant un mélange eau (5o%) / éthylène glycol (5o%) avec des nanoparticules sphériques d'alumine d'un diamètre moyen de l'ordre de 5nm. Pour une proportion de nanoparticules comprise entre o et 1% la conductivité thermique augmente fortement pour atteindre une augmentation de l'ordre de 87.3% par rapport à un mélange eau (5o%) / éthylène glycol (5o%) pur. Ainsi, on voit bien que l'utilisation dans la composition de fluide caloporteur de nanoparticules sphériques d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm, confère à ladite composition une conductivité thermique nettement supérieure. La figure 2 montre un graphique décrivant l'évolution de l'augmentation de la conductivité thermique de trois compositions de fluide caloporteur par rapport à la conductivité thermique d'un mélange eau/éthylène glycol pur (c'est-à-dire avec les mêmes proportions d'eau et d'éthylène glycol que dans la composition de fluide caloporteur mesurée), en fonction de la proportion de nanoparticules sphériques d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm. Le choix de ces trois compositions de fluide caloporteur, notamment des proportions eau/éthylène glycol, est dicté par les cahiers des charges des constructeurs. Pour étudier ces courbes, il convient de définir une valeur optimale d'augmentation de la conductivité thermique au delà de laquelle la tangente de 30 la courbe tend vers o. Au delà de ce point pour avoir une valeur d'augmentation de la conductivité thermique supérieure, il est nécessaire d'augmenter fortement la proportion de nanoparticules dans la composition ce qui est peu intéressent d'un point de vue économique et peut même entrainer des problèmes de viscosité trop importante. De plus, les nanoparticules sphériques d'alumine sont onéreuses et limiter leur proportion permet également de limiter les coûts de fabrication de la composition. Cette valeur optimale d'augmentation de la conductivité thermique est ici de 81.8%. Une première courbe de la figure 2 décrit l'augmentation de la conductivité thermique d'une composition de fluide caloporteur comprenant une mélange eau (50%) / éthylène glycol (50%) avec des nanoparticules sphériques d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm. La proportion de nanoparticules pour laquelle la valeur optimale d'augmentation de la conductivité thermique de 81.8% est atteinte est de 1%.
Une seconde courbe de la figure 2 décrit l'augmentation de la conductivité thermique d'une composition de fluide caloporteur comprenant un mélange eau (6o%) / éthylène glycol (40%) avec des nanoparticules sphériques d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm. La proportion de nanoparticules pour laquelle la valeur optimale d'augmentation de la conductivité thermique de 81.8% est atteinte est de 1.14%. Une troisième courbe de la figure 2 décrit l'augmentation de la conductivité thermique d'une composition de fluide caloporteur comprenant une mélange eau (65%) / éthylène glycol (35%) avec des nanoparticules sphériques d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm. La proportion de nanoparticules pour laquelle la valeur optimale d'augmentation de la conductivité thermique de 81.8% est atteinte est de 1.31%. La figure 3 montre un graphique décrivant l'évolution de l'augmentation 30 de la viscosité d'un fluide caloporteur, en fonction de la proportion de nanoparticules sphériques d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm. On remarque alors que pour les proportions de nanoparticules décrites plus haut, l'augmentation de la viscosité n'est que de : - 8.5% pour une proportion de 1% de nanoparticules, dans le cas d'une composition de fluide caloporteur avec un mélange eau (50%) / éthylène glycol (50%), - 10% pour une proportion de 1.14% de nanoparticules, dans le cas d'une composition de fluide caloporteur avec un mélange eau (60%) / éthylène glycol (40%), et - 11.5% pour une proportion de 1.31% de nanoparticules, dans le cas d'une composition de fluide caloporteur avec un mélange eau (65%) / éthylène glycol (35%). L'application de telle proportion de nanoparticules permet ainsi de limiter l'augmentation de la viscosité et donc la composition de fluide 15 caloporteur selon l'invention peut circuler facilement dans la boucle d'échange de chaleur. Ainsi on voit bien que la composition de fluide caloporteur pour boucle d'échange de chaleur à température d'échange comprise entre 50 et 95°C selon 20 l'invention permet une augmentation significative de la conductivité thermique tout en conservant une faible viscosité et en limitant les coûts liés à l'ajout de nanoparticules sphérique d'alumine de diamètre moyen de l'ordre de 5nm.