FR3101132A1 - Système de décondensation surfacique - Google Patents

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Abstract

L’invention se rapporte à un système de décondensation d’une surface à décondenser. Selon l’invention, le système comprend au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge possédant une longueur d’onde donnée, pour venir chauffer localement ladite surface afin d’empêcher la formation de la condensation ou de provoquer sa disparition. Figure pour l’abrégé : Fig. 3

Description

Système de décondensation surfacique
La présente invention concerne un système de décondensation surfacique. Un tel système est particulièrement mais non exclusivement adapté à la décondensation de certaines surfaces d’un véhicule automobile, sujettes à de la condensation, comme par exemple, les glaces transparentes des pièces d’éclairage.
La condensation est un phénomène naturel qui se produit lorsque l’air chaud chargé d’humidité entre en contact avec une surface froide. Cette surface refroidit localement l’air qui est en contact avec elle. Or, l’air froid est capable de transporter moins d’humidité que l’air chaud. Il en résulte que l’air dépose son excédent d’eau sur la surface froide, engendrant la formation de micro gouttelettes d’eau liquide, voire la formation d’un film d’eau liquide.
Les pièces d’éclairage automobile avec leur glace transparente, qui est une tendance design très en vogue actuellement, sont sujettes à ce phénomène. Or la présence de ces gouttelettes d’eau sur les pièces d’éclairage, donne l’impression que ces pièces ont un défaut de fabrication et contribue à dégrader leur aspect visuel. Il en résulte que des clients peuvent être refroidis à l’idée d’acquérir un véhicule dont les pièces d’éclairage sont recouvertes par de la condensation.
Dans le passé, les dispositifs d’éclairage de véhicule impliquaient des ampoules fonctionnant à partir d’un filament. Le passage du courant électrique dans le filament engendrait le chauffage dudit filament, qui se comportait alors comme un corps gris. Ce chauffage local avait pour conséquence de générer beaucoup de chaleur et donc de chauffer rapidement l’air dans le dispositif d’éclairage, diminuant voire empêchant, la formation de condensation dans ledit dispositif d’éclairage. Cette solution est certes efficace mais engendre une consommation électrique élevée.
Depuis les années 90, les dispositifs d’éclairage des véhicules automobiles, passent progressivement aux LED comme sources lumineuses au détriment des ampoules. Or, les LED chauffant beaucoup moins que les ampoules, le phénomène de condensation dans les dispositifs d’éclairage demeure présent si aucune mesure particulière n’est prise pour empêcher la formation de celle-ci.
Une solution actuellement retenue pour empêcher la formation de la condensation, est l’application d’un vernis spécifique anti condensation sur les pièces transparentes sujettes au dépôt de condensation, et pour lesquelles la condensation est problématique. Ces vernis agissent sur la tension de surface de l’eau afin que cette dernière forme un film continu en épaisseur sur la surface, rendant donc la condensation invisible. Ces vernis peuvent être rangés en deux catégories :
- Soit, ils sont très efficaces mais leur tension de surface importante provoque en cas de chaleur leur agglomération et la formation de dépôts blanchâtres ou de coulures disgracieuses,
- Soit, leur tension de surface n’est pas optimum afin d’éviter ce problème, mais leur effet se dissipe dans le temps, au bout de quelques années. Cette solution donne au client un sentiment d’être floué, avec l’apparition d’une panne après la période de garantie.
Un système de décondensation selon l’invention permet d’empêcher la formation de la condensation ou de la supprimer rapidement lorsqu’elle s’est déjà formée, tout en étant peu visible pour le consommateur, peu consommateur d’énergie, rapide à mettre en œuvre et adaptable à un grand nombre de configurations.
L’invention a pour objet un système de décondensation d’une surface à décondenser.
Selon l’invention, le système comprend au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge possédant une longueur d’onde donnée, afin de venir chauffer localement ladite surface et empêcher la formation d’une condensation ou provoquer sa disparition. Un tel procédé permet ainsi d’empêcher la formation d’une condensation sur la surface d’un objet qui est sujette au dépôt de la condensation ou de supprimer rapidement une condensation qui se serait déposée sur ladite surface. Le terme « rapidement » signifie « en quelques secondes ». Le principe d’un procédé selon l’invention, consiste en l’utilisation d’au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge, afin de venir chauffer localement la surface sur laquelle on veut éviter la formation de la condensation ou provoquer sa disparition. L’idée est de ne pas chauffer l’intégralité du volume d’air ou la totalité de l’épaisseur de matière transparente, mais de chauffer localement l’eau formée par la condensation et/ou la surface du matériau sur laquelle est susceptible de se produire la condensation, afin que l’air placé à proximité de ladite surface soit lui aussi chauffé. Il en découle une augmentation de son point de rosée, et donc par équilibre des vapeurs partielles locales, l’air va absorber une partie de l’eau ou ne pas avoir à se décharger d’une partie de son humidité à l’endroit où se trouve le système de décondensation. Dans le cas où de la condensation se serait déjà déposée sur la surface, la longueur d’onde du rayonnement infrarouge est choisie de manière à engendrer un maximum d’absorption afin qu’un maximum de lumière traversant le film d’eau liquide soit absorbé et donc qu’elle absorbe un maximum d’énergie pour une efficacité maximum. Pour maximiser le fonctionnement du système de décondensation selon l’invention en termes de rapidité et d’efficacité énergétique, il est essentiel de bien choisir la longueur d’onde que l’on va utiliser. La source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge peut par exemple être constituée par au moins une LED, ou par un laser, ou par au moins une SLED.
Selon une caractéristique possible de l’invention, la longueur d’onde du rayonnement infrarouge émis par ladite au moins une source lumineuse est centrée sur 1.45µm et/ou 3µm.
L’invention a pour autre objet un ensemble comprenant un système de décondensation selon l’invention et une surface à décondenser.
Selon l’invention, la surface à décondenser appartient à une paroi réalisée dans un matériau présentant une bonne résistance au rayonnement infrarouge dans le temps et un maximum d’absorption pour la longueur d’onde choisie. De cette manière, la lumière infrarouge émise par la source lumineuse va chauffer le matériau de la paroi afin de prévenir la formation de la condensation ou provoquer sa disparition si la condensation s’est déjà déposée sur la surface. Le chauffage de la paroi va s’ajouter au chauffage local direct engendré par la source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge, pour prévenir la formation de la condensation ou provoquer sa disparition.
Selon une caractéristique possible de l’invention, le matériau de la paroi est un polycarbonate auquel a été ajouté au moins un colorant pour le rendre plus absorbant pour la longueur d’onde choisie. En effet, le polycarbonate peut avoir subi un traitement pour augmenter sa capacité à être chauffé plus facilement par le rayonnement infrarouge émis par la source lumineuse.
Selon une caractéristique possible de l’invention, le matériau de la paroi est un polycarbonate auquel a été ajouté au moins un additif pour le rendre plus absorbant pour la longueur d’onde choisie. Cet additif peut par exemple être choisi parmi les éléments suivants : LaB6, NdB6, PrB6, CeB6, GdB6, TbB6, DyB6, HoB6, YB6, SmB6, EuB6, LaB6, TmB6, YbB6, LuB6, SrB6, TiB2, ZrB2, HfB2, VB2, TaB2, CrB, CrB2, MoB2, Mo2B5, MoB, W2B5, K(WO3)3, Rb (WO3)3, Cs (WO3)3, Tl (WO3)3. Cet additif aura des effets analogues à ceux provoqués par une coloration du polycarbonate, en matière de montée en température dudit polycarbonate sous l’effet du rayonnement infrarouge.
Selon une caractéristique possible de l’invention, la paroi délimite un espace clos, dans lequel est placée ladite au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge. Cet espace clos peut par exemple être constitué par l’espace interne d’une pièce d’éclairage d’un véhicule.
Selon une caractéristique possible de l’invention, l’ensemble constitue un dispositif d’éclairage d’un véhicule, au moins une LED apte à émettre une lumière blanche étant placée dans l’espace clos délimité par la paroi. De cette manière, la source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge peut être positionnée à côté de la LED apte à émettre une lumière blanche ou peut être noyée parmi plusieurs LED aptes à émettre de la lumière blanche.
Selon une caractéristique possible de l’invention, un système optique est inséré entre la source lumineuse émettrice d’un rayonnement infrarouge et la surface à décondenser afin de modifier l’orientation dudit rayonnement, son intensité ainsi que sa géométrie. Ce système peut par exemple comprendre au moins un élément à choisir parmi une lentille optique et un miroir.
L’invention a pour autre objet un procédé de décondensation d’une surface au moyen d’un système de décondensation selon l’invention.
Selon l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes :
-Une étape de placement d’au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge à proximité d’une zone de la surface à décondenser,
-Une étape d’activation de la source lumineuse,
-Une étape de décondensation de ladite zone.
Pour un tel procédé, ladite au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge est orientée le plus précisément possible afin de diriger ledit rayonnement vers la zone de la surface à décondenser. Un tel procédé vise, soit à empêcher la formation d’une condensation sur la surface d’une paroi qui serait sujette à un dépôt potentiel de condensation, soit à provoquer la disparition d’une condensation si celle-ci s’était déjà déposée sur ladite surface.
Un système de décondensation selon l’invention, présente l’avantage de ne pas nécessiter une source énergétique importante pour alimenter la source lumineuse destinée à émettre le rayonnement infrarouge, car bien souvent cette source lumineuse sera constituée par une LED. Il a de plus l’avantage d’être particulièrement efficace car il permet de chauffer en quelques secondes la surface d’une paroi pour empêcher la formation de la condensation, ou pour provoquer la disparition de la condensation qui se serait déposée sur ladite surface. Un procédé selon l’invention présente l’avantage d’être simple à mettre en œuvre en limitant le nombre de pièces impliquées, et de ne nécessiter aucun espace de dégagement particulier, en raison des dimensions réduites de la source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge.
On donne ci-après une description détaillée d’un mode de réalisation préféré d’un procédé selon l’invention en se référant aux figures suivantes :
représente un diagramme de l’humidité absorbée en fonction de la température,
représente un diagramme de l’absorption de l’eau en fonction de la longueur d’onde du rayonnement émis,
représente le pourcentage du rayonnement transmis à travers une épaisseur de polycarbonate en fonction de la longueur d’onde,
représente le pourcentage du rayonnement transmis à travers une épaisseur de plexiglas de 3mm en fonction de la longueur d’onde,
Dans un véhicule automobile, certaines pièces sont sujettes au dépôt de la condensation. Pour rappel, la condensation est un phénomène naturel qui se produit lorsque de l’air chaud chargé d’humidité entre en contact avec une surface froide d’une paroi d’un objet. Cette surface refroidit localement l’air qui est en contact avec celle-ci. Or, l’air froid est capable de transporter moins d’humidité que l’air chaud. Il en résulte que l’air dépose son excédent d’eau sur la surface froide, générant la formation de micro gouttelettes d’eau, voire d’un film d’eau liquide.
Les pièces d’éclairage automobile avec leur glace transparente, sont sujettes à ce phénomène. Or, la présence de ces gouttelettes d’eau sur les pièces d’éclairage, donne l’impression que ces pièces ont un défaut de fabrication et contribue à dégrader leur aspect visuel. Il en résulte que des clients peuvent être refroidis à l’idée d’acquérir un véhicule dont les pièces d’éclairage sont recouvertes par de la condensation.
Un système de décondensation selon l’invention permet, soit d’empêcher la formation de la condensation sur une paroi d’un objet, soit de supprimer cette condensation, qui se serait malencontreusement déposée sur cette paroi. Pour permettre cette décondensation, un système selon l’invention comprend au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge invisible vers une zone d’une paroi d’un objet, qui serait sujette au dépôt de la condensation. Cette source lumineuse peut par exemple être constituée par au moins une LED, par un laser ou par au moins une SLED.
Pour la suite de la description, nous considérerons que la source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge est représentée par une LED.
En se référant à la figure 2, il est préférable de choisir une longueur d’onde invisible pour des questions de compatibilité avec la réglementation, soit dans les ultraviolets soit dans les infrarouges. Le choix s’est porté sur les infrarouges, car ils causent moins de soucis avec les matériaux plastiques, et ils sont moins dangereux pour la santé humaine que les ultraviolets qui peuvent causer des cancers de la peau. De plus, la fabrication de LED à infrarouges est plus commune.
Dans le cadre d’un dispositif d’éclairage d’un véhicule, délimité au moins partiellement par une paroi transparente, la LED apte à émettre dans l’infrarouge est placée à l’intérieur de la paroi transparente en étant, soit placé à côté d’une LED apte à émettre de la lumière blanche, soit noyé au milieu d’une pluralité de LED aptes à émettre de la lumière blanche.
L’utilisation de sources lumineuses infrarouges permet de venir chauffer localement la surface sur laquelle on veut éviter la formation de la condensation ou sa disparition. L’idée est de ne pas chauffer l’intégralité du volume d’air ou la totalité de l’épaisseur de matière transparente. En utilisant les infrarouges on va pouvoir chauffer l’eau de la condensation et/ou la surface du matériau de la paroi sur laquelle est susceptible de venir se déposer la condensation, afin que l’air à proximité de ladite paroi soit lui aussi chauffé. Ceci a pour conséquence d’augmenter son point de rosée, et donc par équilibre des vapeurs partielles locales, l’air va absorber une partie de l’eau ou ne pas avoir à se décharger d’une partie de son humidité à l’endroit où se trouve le système de décondensation.
Pour maximiser l’efficacité du système de décondensation, il est essentiel de bien choisir la longueur d’onde à laquelle va émettre la LED infrarouge.
La longueur d’onde est choisie pour correspondre à un maximum d’absorption afin qu’un maximum de lumière traversant le film d’eau soit absorbé. Pour la paroi dont une surface est sujette à la formation de la condensation, un matériau transparent dans le visible est aussi choisi afin que lui aussi présente une bonne résistance aux infrarouges dans le temps, et qu’il engendre un maximum d’absorption pour la longueur d’onde choisie. De cette manière, le rayonnement infrarouge va chauffer la surface où est susceptible de se déposer la condensation, afin de prévenir la formation de la condensation. Dans le cas où un film d’eau se serait déjà déposé sur la paroi, le rayonnement IR produit par la LED va être absorbé par ledit film et contribuer à sa disparition. Une partie du rayonnement IR va également être transmis à la paroi, qui va alors localement chauffer en absorbant ledit rayonnement. Les effets combinés du chauffage engendré directement par le rayonnement sur le film d’eau et du chauffage par conduction engendré par la paroi sur ledit film, vont permettre de faire disparaitre rapidement et complètement ledit film d’eau.
En se référant aux figures 3 et 4, un matériau couramment utilisé pour constituer la paroi transparente d’un projecteur automobile est le polycarbonate ou le PMMA (polyméthacrylate de méthyle) encore dénommé PLEXIGLAS. Or, on se rend compte que pour un rayonnement ayant une longueur d’onde de 1,45µm correspondant à un pique d’absorption d’eau, la transmission du rayonnement par ces matériaux est de l’ordre de 80%, démontrant que ces matériaux sont peu absorbants et sont donc assez inefficaces vis-à-vis de la formation de la condensation ou par rapport à sa disparition. Afin d’améliorer les performances d’absorption de ces matériaux au rayonnement infrarouges, des colorants ou des additifs peuvent être ajoutés à ceux-ci pour réduire la transmission du rayonnement et la ramener à une valeur faible, par exemple inférieure à 20%.
De façon plus générale, on observe des pics d’absorption de l’eau pour des rayonnements ayant des longueurs d’onde égales à 1,45µm, 2,0µm et 3.0µm.
Pour obtenir un rayonnement ayant une longueur d’onde de 1.45µm, on peut utiliser des technologies Er : Glass (laser Erbium) ou à base d’InGaAs, ou en combinaison des 2.
Pour obtenir un rayonnement ayant une longueur d’onde de 3.0µm on peut utiliser des technologies à base de lasers Er : YAG utilisés par les dentistes pour leurs longueurs d’onde absorbées par l’eau. Quand il est pompé à 980nm, l’Er : YAG présente d’avantage d’émettre vers 1.5µm et 3.0µm, et son utilisation est commune dans les télécommunications.
Une fois que la source a été choisie pour émettre un rayonnement ayant une longueur d’onde donnée, on sélectionne un polycarbonate transparent dans le visible auquel est adjoint un additif pour le rendre absorbant aux longueurs d’onde supérieures à 1.2µm et spécialement aux longueurs d’onde du laser Er : YAG.
Entre la LED apte à émettre un rayonnement IR et la paroi dont l’une des surfaces est concernée par un potentiel dépôt de condensation, il peut être interposés des systèmes optiques tels que par exemple des miroirs, des déflecteurs ou des lentilles afin d’ajuster l’intensité du rayonnement émis et son orientation dans l’espace.
En se référant à la figure 1, on peut calculer la puissance qui est nécessaire pour faire disparaitre de la condensation qui se serait déposée sur la surface d’une paroi.
D’après le graphique, pour une augmentation de 10°C de la température ambiante entre +5°C et +15°C, on augmente la capacité de l’air à contenir de l’humidité de 5gr/kg à 10gr/kg. Or, la glace d’un projecteur possède une surface approximative de 200cm² et le film d’eau fait 5µm. La masse d’eau présente sur la glace du projecteur est donc de 1gr.
Il faut donc 10 calories pour élever la température de 10°C, soit 42Joules.
L’eau à une absorption de 104/m à 1.5µm et de 106/m à 3.0µm. Via la loi de Beer-Lambert on obtient qu’à 1.5µm, 90% de la lumière est transmise par le film d’eau, et qu’à 3.0µm seulement 4.5 pour dix millièmes sont transmis.
Si on pose la contrainte que l’augmentation doit se faire en 10s, on a alors
A 1.5µm : 42[J]/0.1[%] /10[s] = 42W.
Donc avec une efficacité de 85% du réflecteur, il faut 50W optiques pendant 10sec pour faire monter de 10°C le film d’eau.
A 3.0µm : 45[J]/1[%] /10[s]= 4.5W.
Sur le même principe il faut compter 5W optiques pendant 10sec pour faire monter de 10°C le film d’eau.
On va donc sélectionner une source pour ces valeurs à 3.0µm et on peut estimer que le système va consommer 15W pendant 10sec pour faire disparaitre la condensation puis ensuite passer dans un mode qui maintient simplement la température le temps que le moteur et les LED aient chauffé suffisamment l’air dans la pièce d’éclairage.

Claims (10)

  1. Système de décondensation d’une surface à décondenser, caractérisé en ce qu’il comprend au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge possédant une longueur d’onde donnée, afin de venir chauffer localement ladite surface et empêcher la formation d’une condensation ou provoquer sa disparition.
  2. Système de décondensation selon la revendication 1, caractérisé en que la longueur d’onde du rayonnement infrarouge émis par ladite au moins une source lumineuse est centrée sur 1.45µm et/ou 3µm.
  3. Système de décondensation selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source lumineuse est à choisir parmi au moins une LED, un laser et au moins une SLED.
  4. Ensemble comprenant un système de décondensation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, et une surface à décondenser, caractérisé en ce que la surface à décondenser appartient à une paroi réalisée dans un matériau présentant une bonne résistance au rayonnement infrarouge dans le temps et un maximum d’absorption pour la longueur d’onde choisie.
  5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau de la paroi est un polycarbonate auquel a été ajouté au moins un colorant pour le rendre plus absorbant pour la longueur d’onde choisie.
  6. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le matériau de la paroi est un polycarbonate auquel a été ajouté au moins un additif pour le rendre plus absorbant pour la longueur d’onde choisie.
  7. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la paroi délimite un espace clos, dans lequel est placée ladite au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge.
  8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il constitue un dispositif d’éclairage d’un véhicule, au moins une LED apte à émettre une lumière blanche étant placée dans l’espace clos délimité par la paroi.
  9. Ensemble selon l’une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu’un système optique est inséré entre la source émettrice d’un rayonnement infrarouge et la surface à décondenser afin de modifier l’orientation dudit rayonnement, son intensité ainsi que sa géométrie.
  10. Procédé de décondensation d’une surface au moyen d’un système de décondensation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
    -Une étape de placement d’au moins une source lumineuse apte à émettre un rayonnement infrarouge à proximité d’une zone de la surface à décondenser,
    -Une étape d’activation de la source lumineuse,
    -Une étape de décondensation de ladite zone.
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