FR3132714A1 - Composition ininflammable et refroidissante. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne l’utilisation d’une composition comprenant : - au moins un fluide hydrocarboné ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C ou au moins une huile de base, - du bromure de perfluorooctyle, pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire. Figure pour l’abrégé : Néant
Description
La présente invention concerne le domaine des compositions refroidissantes et ininflammables pour des applications statiques ou mobiles, en particulier pour véhicules électriques ou hybrides, notamment pour refroidir les batteries et l’électronique de puissance mais également pour retarder et/ou éviter la propagation du feu.
L’évolution des normes internationales pour la réduction des émissions de CO2, mais également pour la diminution de la consommation d’énergie, pousse les constructeurs automobiles à proposer des solutions alternatives aux moteurs à combustion.
L’une des solutions identifiées par les constructeurs automobiles consiste à remplacer les moteurs à combustion par des moteurs électriques. Les recherches pour la réduction des émissions de CO2 ont donc mené au développement des véhicules électriques par un certain nombre de compagnies automobiles.
Par « véhicule électrique » au sens de la présente invention, on entend un véhicule comprenant un moteur électrique comme unique moyen de propulsion à l’inverse d’un véhicule hybride qui comprend un moteur à combustion et un moteur électrique comme moyens de propulsion combinés.
Par « système de propulsion » au sens de la présente invention, on entend un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule électrique. Le système de propulsion englobe ainsi plus particulièrement un moteur électrique comprenant l’ensemble rotor- stator, de l’électronique de puissance (dédié à la régulation de la vitesse), une transmission (appelée également réducteur) et une batterie.
D’une manière générale, il est nécessaire de mettre en œuvre, dans les véhicules électriques ou hybrides, des compositions pour répondre à la contrainte de lubrification et/ou de refroidissement des différentes pièces du système de propulsion rappelées ci-dessus. Selon les systèmes, une seule et même composition peut jouer le rôle de lubrification et de refroidissement tandis que, dans d’autres systèmes, il peut exister à la fois une composition lubrifiante dédiée à cette action vis-à-vis des éléments du système de propulsion, ainsi qu’il vient d’être décrit, et une composition refroidissante différente, en particulier pour les batteries et l’électronique de puissance.
Cette deuxième alternative est notamment utilisée lorsque des fluides hydrocarbonés présentant une température d’ébullition supérieure ou égale à 30°C, et notamment comprise entre 30°C et 350°C, en particulier entre 30°C et 250°C, sont mis en œuvre pour le refroidissement des batteries et de l’électronique de puissance comme cela sera détaillé ci-après. De tels fluides hydrocarbonés ne présentent pas de propriétés lubrifiantes.
Les compositions lubrifiantes, dites encore « les lubrifiants », sont communément mises en œuvre dans les systèmes de propulsion, tels que les moteurs électriques, à des fins principales de réduction des forces de frottement entre les différentes pièces métalliques en mouvement dans les moteurs. Elles sont en outre efficaces pour prévenir une usure prématurée voire un endommagement de ces pièces, et en particulier de leur surface.
Pour ce faire, une composition lubrifiante est classiquement composée d’une ou plusieurs huiles de base, auxquelles sont généralement associés plusieurs additifs dédiés à stimuler les performances lubrifiantes des huiles de base, comme par exemple des additifs modificateurs de frottement. D’autre part, les systèmes de propulsion électriques génèrent de la chaleur pendant leur fonctionnement via le moteur électrique, l’électronique de puissance et les batteries. La quantité de chaleur générée étant supérieure à la quantité de chaleur normalement dissipée à l’environnement, il est nécessaire d’assurer un refroidissement du moteur, de l’électronique de puissance et des batteries. De manière générale, le refroidissement s’effectue sur plusieurs parties du système de propulsion générant de la chaleur et/ou les parties dudit système sensibles à la chaleur, afin d’éviter d’atteindre des températures dangereuses, et notamment l’électronique de puissance et les batteries.
Traditionnellement, il est connu de refroidir les moteurs électriques par l’air ou par l’eau, éventuellement associée à du glycol. Ces refroidissements ne sont pas optimaux, voire insuffisants avec les nouvelles évolutions du système de propulsion des véhicules électriques et hybrides.
On connaît par ailleurs des retardateurs de flammes pouvant être mis œuvre dans des fluides, y compris huileux, notamment pour des applications industrielles, de type nettoyage.
Toutefois, certaines huiles quasiment ininflammables sont généralement composées d’halogénés lourds tels que des polychlorotrifluoroéthylènes (PCTFE). Par ailleurs, certains fluides organiques perfluorés de type éther ou cétone sont également connus comme fluide de refroidissement pour le système de propulsion des véhicules électriques.
Malgré les systèmes de refroidissement mis en œuvre dans le domaine de la lubrification des systèmes de propulsion des véhicules électriques ou hybrides, le risque ne peut être complètement écarté de voir la batterie surchauffer au niveau d’une cellule, ce qui peut conduire à une explosion et à un embrasement global de la batterie, appelé « effet emballement ».
C’est donc un objet de la présente invention que de fournir une composition à la fois refroidissante et ininflammable permettant de refroidir et ignifuger des systèmes mobiles ou stationnaires.
Plus précisément, la présente invention concerne l’utilisation d’une composition comprenant :
- au moins un fluide hydrocarboné ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C ou au moins une huile de base,
- du bromure de perfluorooctyle,
pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire.
- au moins un fluide hydrocarboné ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C ou au moins une huile de base,
- du bromure de perfluorooctyle,
pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire.
Selon un mode de réalisation, la composition comprend :
- de 15 à 99% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 85% en poids de bromure de perfluorooctyle,
par rapport au poids total de la composition.
Selon un mode de réalisation, la composition comprend en outre au moins un retardateur de flamme répondant à la formule (I) :
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone,
RH est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone, et
L est un linker choisi parmi les groupements suivants : -CH2-, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre au moins un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes tels que préférentiellement le fluor, le brome et/ou le chlore.
Selon un mode de réalisation, la composition comprend :
- de 15 à 94% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 75% en poids de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I),
par rapport au poids total de la composition.
Selon un mode de réalisation, la composition est en contact direct avec au moins un organe du système mobile ou stationnaire.
Selon un mode de réalisation, la composition est utilisée comme composition refroidissante de batterie, comme composition refroidissante de data center, comme fluide hydraulique, comme fluide de refroidissement pour antenne de type 5G, comme fluide caloporteur dans un système de chauffage, comme fluide caloporteur pour des bornes de recharge, y compris pour véhicules électriques, comme fluide caloporteur pour des systèmes de stockage de l’énergie, ou encore comme fluide caloporteur pour des panneaux photovoltaïques, comme fluide de travail pour pompe à chaleur.
Selon un mode de réalisation, le système mobile est un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, de préférence une batterie et/ou l’électronique de puissance d’un véhicule électrique ou hybride.
Selon un mode de réalisation, le système stationnaire est choisi parmi les data center, les systèmes de chauffage, les pompes à chaleur, les antennes relais de type 5G, les systèmes hydrauliques, les bornes de recharge, y compris pour véhicules électriques, les systèmes de stockage de l’énergie, ou les panneaux photovoltaïques.
L’invention a également pour objet une composition comprenant, par rapport au poids total de la composition :
- de 15 à 94% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 75% en poids de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I) :
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné,
RH est un groupe hydrocarboné, et
L est un linker choisi parmi les groupements suivants : -CH2-, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes,
composition dans laquelle la ratio massique bromure de perfluorooctyle sur fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base est inférieur à 1.
Selon un mode de réalisation de la composition selon l’invention, le ratio massique bromure de perfluorooctyle sur fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base est inférieur à 0,75, de préférence inférieur à 0,5.
La composition définie dans l’invention présente des propriétés conjointes de refroidissement et de retardateur de feu.
La composition définie dans l’invention présente en outre des propriétés de résistance à l’inflammation, appelée également ininflammabilité, ce qui présente son utilité vis-à-vis des batteries.
La présente invention propose plus particulièrement l’utilisation de la composition définie dans la présente invention pour satisfaire au moins le refroidissement, mais aussi retarder et/ou éviter la propagation du feu au sein des éléments du système de propulsion d’une part, ainsi que d’autre part assurer la sécurité des batteries, en particulier les batteries Lithium-ion (Li-ion) ou Nickel-Cadmium (Ni-Cd), en conférant une propriété de résistance à l’inflammation.
La composition définie dans le cadre de la présente invention présente en outre une stabilité améliorée. Elle se présente typiquement sous la forme d’une nano-émulsion, plus stable thermodynamiquement qu’une émulsion classique.
Dans la suite du texte, les expressions « compris entre … et … », « allant de … à … » et « variant de … à … » sont équivalentes et entendent signifier que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
Sauf indication contraire, les quantités dans un produit sont exprimées en poids, par rapport au poids total du produit.
La présente invention concerne l’utilisation d’une composition comprenant :
- au moins une huile de base ou au moins un fluide hydrocarboné ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C,
- du bromure de perfluorooctyle,
pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire.
- au moins une huile de base ou au moins un fluide hydrocarboné ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C,
- du bromure de perfluorooctyle,
pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire.
Au sens de la présente invention, on entend par « fluide hydrocarboné », tout fluide comprenant des molécules d'hydrocarbures linéaires, saturés ou insaturés, pouvant également comprendre des groupes aromatiques ou cycliques, ou encore des hétéroatomes.
Dans le cadre de la présente invention, les « paraffines » désignent les hydrocarbures à chaînes droites ou linéaires (encore appelées « paraffines normales ») et à chaînes ramifiées (encore appelées « isoparaffines »).
A titre d'hétéroatomes, dans le cadre de la présente invention, on peut notamment citer l'azote et l'oxygène.
Le fluide hydrocarboné mis en œuvre dans l’invention présente un point initial d’ébullition d’au moins 30°C, de préférence d’au moins 50°C.
Outre des fluides « liquides » classiques, des fluides de type « gaz » peuvent être mis en œuvre dans la composition selon l’invention qui pourra ensuite être utilisée comme fluide de travail dans des systèmes de type pompe à chaleur.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le fluide hydrocarboné a un point d'ébullition compris entre 50°C et 350°C, en particulier entre 60°C et 300°C, et encore plus particulièrement entre 80°C et 250°C.
De préférence, le fluide hydrocarboné mis en œuvre dans l'invention présente une teneur en carbone d'origine biologique supérieure ou égale à 90% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le fluide hydrocarboné comprend des alcanes, ou molécules linéaires d'hydrocarbures saturés à chaîne non cyclique, en particulier comprenant entre 12 et 30 atomes de carbone, dans une teneur comprise entre 80 et 100% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné, voire entre 90 et 100% en poids, et par exemple entre 95 et 100% en poids.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le fluide hydrocarboné mis en œuvre dans l'invention comprend plus de 50% en poids d’isoparaffines, de préférence plus de 75% en poids d’isoparaffines. De préférence, les composants du fluide hydrocarboné sont choisis parmi les isoparaffines comprenant de 10 à 30 atomes de carbone, préférentiellement de 11 à 24 atomes de carbone, et plus préférentiellement de 12 à 18 atomes de carbones.
Une composition refroidissante selon l'invention comprend avantageusement une teneur en poids en isohexadécane inférieure ou égale à 50%.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le fluide hydrocarboné comprend de 85 à 100% en poids d'isoparaffines, et une teneur de paraffines normales allant de 0 à 15% en poids.
Le fluide hydrocarboné comprend avantageusement une teneur en paraffines normales inférieure ou égale à 10% en poids, préférentiellement inférieure ou égale à 5% et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 2% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné.
Les isoparaffines sont avantageusement des isoparaffines non cycliques. De préférence, le fluide hydrocarboné présente un ratio massique isoparaffines sur paraffines normales d'au moins 12 :1, préférentiellement d'au moins 15 :1 et plus préférentiellement d'au moins 20 :1. Selon un mode de réalisation encore plus particulier, le fluide hydrocarboné ne comprend pas de paraffines normales.
Selon un mode de réalisation, le fluide hydrocarboné comprend de préférence une teneur en poids d'isoparaffines allant de 90 à 100% et une teneur en paraffines normales allant de 0 à 10%, préférentiellement de 95 à 100% d'isoparaffines choisies parmi les alcanes comportant de 12 à 30 atomes de carbone, de préférence de 12 à 24 atomes de carbone, de préférence encore de 12 à 22 atomes de carbone.
Selon un mode de réalisation particulier, le fluide hydrocarboné conforme à l'invention comprend une majorité, c'est-à-dire plus de 90% en poids, de molécules ayant de 12 à 18 atomes de carbone, telles que des isoparaffines.
Selon un autre mode de réalisation, le fluide hydrocarboné conforme à l'invention comprend de 60 à 95% en poids, de préférence de 80 à 98% en poids, d'isoparaffines choisies dans le groupe consistant en des isoparaffines en C15, des isoparaffines en C16, des isoparaffines en C17, des isoparaffines en C18 et leurs mélanges de deux ou de plusieurs d'entre eux.
Selon un mode de réalisation, le fluide hydrocarboné comprend :
- des isoparaffines ayant 15 atomes de carbone et des isoparaffines ayant 16 atomes de carbone en une quantité totale allant de 80 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné, ou
- des isoparaffines ayant 16 atomes de carbone, des isoparaffines ayant 17 atomes de carbone et des isoparaffines ayant 18 atomes de carbone en une quantité totale allant de 80 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné, ou
- des isoparaffines ayant 17 atomes de carbone et des isoparaffines ayant 18 atomes de carbone en une quantité totale allant de 80 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le fluide hydrocarboné comprend des isoparaffines ayant 17 atomes de carbone et des isoparaffines ayant 18 atomes de carbone en une quantité totale allant de 80 à 98% en poids, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné.
Des exemples de fluides hydrocarbonés préférés selon l'invention sont celles comprenant :
- de 30 à 70% en poids d'isoparaffines en C15 et de 30 à 70% en poids d'isoparaffines en C16, de préférence de 40 à 60% en poids d'isoparaffines en C15 et de 35 à 55% en poids d'isoparaffines en C16, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné,
- de 5 à 25% d'isoparaffines en C15, de 30 à 70% d'isoparaffines en C16 et de 10 à 40% d'isoparaffines en C17, de préférence de 8 à 15% d'isoparaffines en C15, de 40 à 60% d'isoparaffines en C16 et de 15 à 25% d'isoparaffines en C 17, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné,
- de 5 à 30% d'isoparaffines en C17 et de 70 à 95% d'isoparaffines en C18, de préférence de 10 à 25% d'isoparaffines en C17 et de 70 à 90% d'isoparaffines en C18, par rapport au poids total du fluide hydrocarboné.
Le fluide hydrocarboné comprend de préférence une teneur en poids de composés naphténiques inférieure ou égale à 3%, préférentiellement inférieure ou égale à 1%, plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,5% et encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 500 ppm, voire à 100 ppm ou 50 ppm.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le fluide hydrocarboné comprend une teneur en poids d'isoparaffines allant de 90 à 100%, une teneur en poids de paraffines normales allant de 0 à 10% et une teneur en poids de composés naphténiques inférieure ou égale à 1%. Préférentiellement le fluide hydrocarboné comprend une teneur en poids allant de 95 à 100% d'isoparaffines, de 0 à 5% de paraffines normales et une teneur en poids de composés naphténiques inférieure ou égale à 0,5%. Plus préférentiellement elle comprend une teneur en poids allant de 98% à 100% d'isoparaffines, de 0 à 2 % de paraffines normales et une teneur en poids de composé naphténiques inférieure ou égale à 100 ppm.
Le fluide hydrocarboné est avantageusement exempt de composés aromatiques. Par exemple, on entend une teneur en poids de composés aromatiques inférieure ou égale à 500 ppm, de préférence inférieure ou égale à 300 ppm, préférentiellement inférieure ou égale à 100 ppm, plus préférentiellement inférieure ou égale à 50 ppm et avantageusement inférieure ou égale à 20 ppm mesurée par exemple par spectrométrie UV.
La teneur en poids en isoparaffines, en paraffines normales, en composés naphténiques et/ou en aromatiques du fluide hydrocarboné peut être déterminée selon des méthodes bien connues de l'homme du métier. On peut citer à titre d'exemple non limitatif, une méthode par chromatographie en phase gazeuse.
Selon un autre mode de réalisation préféré, le fluide hydrocarboné comprend une teneur en poids d'isoparaffines allant de 90 à 100%, une teneur en poids de paraffines normales allant de 0 à 10%, une teneur en poids de composés naphténiques inférieure ou égale à 1% et une teneur en poids de composés aromatiques inférieure ou égale à 500 ppm. Préférentiellement le fluide hydrocarboné comprend une teneur en poids allant de 95 à 100% d'isoparaffines, de 0 à 5% de paraffines normales, une teneur en poids de composés naphténiques inférieure ou égale à 0,5% et une teneur en poids de composés aromatiques inférieure ou égale à 300 ppm, de préférence inférieure à 100 ppm, préférentiellement inférieure à 50 ppm et avantageusement inférieure à 20 ppm. Préférentiellement aussi le fluide hydrocarboné comprend une teneur en poids allant de 95 à 100% d'isoparaffines, de 0 à 5% de paraffines normales et une teneur en poids de composés aromatiques inférieure ou égale à 100 ppm. Plus préférentiellement elle comprend une teneur en poids allant de 98% à 100% d'isoparaffines, de 0 à 2 % de paraffines normales, une teneur en poids de composés naphténiques inférieure ou égale à 100 ppm et une teneur en poids de composés aromatiques inférieure ou égale à 100 ppm.
Le fluide hydrocarboné a également de préférence une teneur en poids de composés soufrés extrêmement basse, typiquement inférieure ou égale à 5 ppm, préférentiellement inférieure ou égale à 3 ppm et plus préférentiellement inférieure ou égale à 0,5 ppm à un niveau trop bas pour être détectée grâce à des analyseurs de basse-teneur en soufre conventionnels.
Le fluide hydrocarboné a également de préférence un point éclair supérieur ou égal à 110°C, préférentiellement supérieur ou égal à 120°C et plus préférentiellement supérieur ou égal à 140°C selon la norme EN ISO 2719. Un point éclair élevé, typiquement supérieure à 110°C permettant entre autres de pallier d'une part les problèmes de sécurité lors du stockage et du transport en évitant une inflammabilité trop sensible du fluide hydrocarboné.
Le fluide hydrocarboné a aussi de préférence une pression de vapeur à 20°C inférieure ou égale à 0,01kPa.
Selon un mode de réalisation, le fluide hydrocarboné a également de préférence un point éclair supérieur ou égal à 110°C selon la norme EN ISO 2719 et une pression de vapeur à 20°C inférieure ou égale à 0,01kPa. Préférentiellement le fluide hydrocarboné a un point éclair supérieur ou égal supérieur ou égal à 120°C et une pression de vapeur à 20°C inférieure ou égale à 0,01kPa. Et plus préférentiellement, elle a un point éclair supérieur ou égal à 140°C et une pression de vapeur à 20°C inférieure ou égale à 0,01kPa.
Le fluide hydrocarboné a en outre de préférence une viscosité cinématique à 40°C inférieure ou égale à 5 cSt, préférentiellement inférieure ou égale à 4 cSt et plus préférentiellement inférieure ou égale à 3,5 cSt selon la norme EN ISO 3104.
Le fluide hydrocarboné mis en œuvre dans l'invention présente une teneur en carbone d'origine biologique supérieure ou égale à 90% en poids, par rapport au poids total de l'huile hydrocarbonée qui est idéalement issue du traitement de matières premières d'origine biologique. Le carbone d'un biomatériau provient de la photosynthèse des plantes et donc du CO2 atmosphérique. La dégradation (par dégradation, on comprend également la combustion / l'incinération en fin de vie) de ces matériaux de CO2 ne contribue donc pas au réchauffement car il n'y a pas d'augmentation du carbone émis dans l'atmosphère. L'évaluation du CO2 des biomatériaux est donc nettement meilleure et contribue à réduire l'empreinte carbone des produits obtenus (seule l'énergie pour la fabrication doit être prise en compte). Au contraire, un matériau fossile d'origine également dégradé en CO2 contribuera à l'augmentation du taux de CO2 et donc au réchauffement climatique. Le fluide hydrocarboné mise en œuvre selon l'invention aura donc une empreinte carbone qui sera meilleure que celle des composés obtenus à partir d'une source fossile.
Le terme de « bio-carbone » indique que le carbone est d'origine naturelle et vient d'un biomatériau, comme indiqué ci-après. La teneur en bio-carbone et la teneur en biomatériau sont des expressions indiquant la même valeur. Un matériau d'origine renouvelable ou biomatériau est un matériau organique dans lequel le carbone est issu du CO2 fixé récemment (sur une échelle humaine) par photosynthèse à partir de l'atmosphère. Un biomatériau (Carbone 100% d'origine naturelle) présente un rapport isotopique14C/12C supérieur à 10-12, typiquement environ 1,2 x 10-12, tandis qu'un matériau fossile a un rapport nul. En effet, le14C isotopique est formé dans l'atmosphère et est alors intégré par photosynthèse, selon une échelle de temps de quelques dizaines d'années au maximum. La demi-vie du1 4C est 5730 années. Ainsi, les matériaux issus de la photosynthèse, à savoir les plantes d'une manière générale, ont nécessairement un contenu maximum en isotope1 4C.
La détermination de la teneur en biomatériau ou en bio-carbone est donnée conformément aux normes ASTM D 6866-12, la méthode B (ASTM D 6866-06) et ASTM D 7026 (ASTM D 7026-04). La norme ASTM D 6866 concerne la « détermination du contenu à base de substances biologiques de matériaux de la gamme naturelle utilisant l'analyse de la spectrométrie de masse du rapport des radiocarbures et des isotopes », tandis que la norme ASTM D 7026 concerne « l'échantillonnage et la déclaration des résultats pour la détermination du contenu à base de substances biologiques par analyse des isotopes du carbone ». La deuxième norme mentionne le premier dans son premier paragraphe.
La première norme décrit un test de mesure du rapport14C/12C d'un échantillon et le compare avec le rapport14C/12C d'un échantillon de référence d'origine 100% renouvelable, pour donner un pourcentage relatif de C d'origine renouvelable dans l'échantillon. La norme est basée sur les mêmes concepts que la datation avec 14C, mais sans appliquer les équations de datation. Le ratio ainsi calculé est indiqué comme « pMC » (pourcentage Modem Carbon). Si le matériau à analyser est un mélange de biomatériaux et de matériaux fossiles (sans isotope radioactif), la valeur de pMC obtenue est directement corrélée à la quantité de biomatériau présent dans l'échantillon. La valeur de référence utilisée pour la datation de14C est une valeur datant des années 1950. Cette année a été sélectionnée en raison de l'existence d'essais nucléaires dans l'atmosphère qui ont introduit de grandes quantités d'isotopes dans l'atmosphère après cette date. La référence 1950 correspond à une valeur pMC de 100. Compte tenu des tests thermonucléaires, la valeur actuelle à retenir est d'environ 107,5 (ce qui correspond à un facteur de correction de 0,93). La signature en carbone radioactif d'une plante actuelle est donc de 107,5. Une signature de 54 pMC et 99 pMC correspond donc à une quantité de biomatériau dans l'échantillon de 50% et 93% respectivement.
Le fluide hydrocarboné conforme à l'invention présente une teneur en biomatériau d'au moins 90%. Cette teneur est avantageusement plus élevée, en particulier supérieure ou égale à 95%, préférablement supérieure ou égale à 98% et avantageusement égale à 100%.
Selon un mode de réalisation, le rapport isotopique14C/12C du fluide hydrocarboné mise en œuvre dans l'invention est compris entre 1,15 et 1,2 x 10- 12.
En plus d'une teneur particulièrement élevée en biomatériau, le fluide hydrocarboné mis en œuvre dans l'invention peut présenter une biodégradabilité particulièrement bonne. La biodégradation d'un produit chimique organique se réfère à la réduction de la complexité des composés chimiques grâce à l'activité métabolique de micro-organismes. Dans des conditions aérobies, les micro-organismes transforment les substances organiques en dioxyde de carbone, eau et biomasse. La méthode OCDE 306, est utilisée pour l'évaluation de la biodégradabilité des substances individuelles dans l'eau de mer. Selon cette méthode, le fluide hydrocarboné présente selon un mode de réalisation une biodégradabilité à 28 jours d'au moins 60%, de préférence d'au moins 70%, plus préférablement d'au moins 75% et avantageusement d'au moins 80%.
La méthode OCDE 306 est la suivante :
La méthode de la bouteille fermée consiste à dissoudre une quantité prédéterminée de la substance à tester dans un milieu de contrôle à une concentration traditionnellement de 2-10 mg/L, une ou plusieurs concentrations étant éventuellement utilisées. La solution est maintenue dans une bouteille fermée remplie à l'abri de la lumière à une température constante dans la gamme 15-20°C. La dégradation est suivie par analyse de l'oxygène sur une période de 28 jours. 24 bouteilles sont utilisées (8 pour la substance à tester, 8 pour le composé de référence et 8 pour les nutriments). Toutes les analyses sont effectuées sur plusieurs bouteilles. Au moins 4 déterminations d'oxygène dissous sont effectuées (jour 0, 5, 15 et 20) en utilisant une méthode chimique ou électrochimique.
Le fluide hydrocarboné mis en œuvre dans l’invention peut être obtenu selon le procédé décrit dans la demande WO2016/185047.
En particulier, une composition utilisée selon l'invention comprend de 15 % à 99 % en poids, de préférence de 20 % à 95 %, encore plus préférentiellement de 25% à 90%, avantageusement de 30% à 90% en poids d'au moins un fluide hydrocarboné ayant un point d'ébullition d’au moins 30°C, par rapport au poids total de la composition.
La composition utilisée selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs huiles de base.
Ces huiles de base peuvent être choisies parmi les huiles de base conventionnellement utilisées dans le domaine des huiles lubrifiantes, telles que les huiles minérales, synthétiques ou naturelles, animales ou végétales ou leurs mélanges.
Il peut s’agir d’un mélange de plusieurs huiles de base, par exemple un mélange de deux, trois, ou quatre huiles de base.
Les huiles de base des compositions lubrifiantes considérées selon l’invention peuvent être en particulier des huiles d’origines minérales ou synthétiques appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) et présentées dans le tableau 1 ci-dessous ou leurs mélanges.
| Teneur en saturés | Teneur en soufre | Indice de viscosité (VI) | |
| Groupement I Huiles minérales |
< 90 % | > 0,03 % | 80 ≤VI < 120 |
| Groupement II Huiles hydrocraquées |
≥90 % | ≤0,03 % | 80 ≤VI < 120 |
| Groupement III Huiles hydrocraquées ou hydro-isomérisées |
≥90 % | ≤0,03 % | ≥120 |
| Groupement IV | Polyalphaoléfines (PAO) | ||
| Groupement V | Esters et autres bases non incluses dans les groupes I à IV |
Les huiles de base minérales incluent tous types d’huiles de base obtenues par distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d’opérations de raffinage telles qu’extraction au solvant, désalphatage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement, hydrocraquage, hydroisomérisation et hydrofinition.
Des mélanges d’huiles synthétiques et minérales, pouvant être biosourcées, peuvent également être employés.
Il n’existe généralement aucune limitation quant à l’emploi d’huiles de base différentes pour réaliser les compositions mises en œuvre selon l’invention, si ce n’est qu’elles doivent avoir des propriétés, notamment en termes de viscosité, d’indice de viscosité, ou de résistance à l’oxydation, adaptées à une utilisation pour des systèmes de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride.
Les huiles de bases des compositions mises en œuvre selon l’invention peuvent également être choisies parmi les huiles synthétiques, telles certains esters d’acides carboxyliques et d’alcools, les polyalphaoléfines (PAO), et les polyalkylène glycol (PAG) obtenus par polymérisation ou copolymérisation d’oxydes d’alkylène comprenant de 2 à 8 atomes de carbone, en particulier de 2 à 4 atomes de carbone.
Les PAO utilisées comme huiles de base sont par exemple obtenues à partir de monomères comprenant de 4 à 32 atomes de carbone, par exemple à partir d’octène ou de décène. La masse moléculaire moyenne en poids de la PAO peut varier assez largement. De manière préférée, la masse moléculaire moyenne en poids de la PAO est inférieure à 600 Da. La masse moléculaire moyenne en poids de la PAO peut également aller de 100 à 600 Da, de 150 à 600 Da, ou encore de 200 à 600 Da.
Avantageusement, l’huile ou les huiles de base de la composition lubrifiante selon l’invention peuvent être choisies parmi les huiles de base du groupe II ou III.
Selon un mode de réalisation alternatif, l’huile ou les huiles de base de la composition mise en œuvre selon l’invention sont choisies parmi les polyalphaoléfines (PAO), les polyalkylène glycol (PAG) et les esters d’acides carboxyliques et d’alcools.
En particulier, une composition utilisée selon l'invention comprend de 15 % à 99 % en poids, de préférence de 20 % à 95 %, encore plus préférentiellement de 25% à 90%, avantageusement de 30% à 90% en poids d’huile(s) de base, par rapport au poids total de la composition.
La composition utilisée selon l’invention comprend du bromure de perfluorooctyle (PFOB).
En particulier, une composition utilisée selon l'invention comprend de 1% à 85% en poids, de préférence de 5% à 80%, encore plus préférentiellement de 10% à 75%, avantageusement de 10% à 70% en poids de PFOB, par rapport au poids total de la composition.
Selon un mode de réalisation, la composition utilisée selon l’invention présente un ratio massique [PFOB] sur [fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base] inférieur à 1, de préférence inférieur ou égal à 0,75, de préférence encore inférieur ou égal à 0,50.
Selon un mode de réalisation, la composition utilisée selon l’invention comprend, par rapport au poids total de la composition :
- de 15 à 99% en poids, de préférence de 20 à 95% en poids, de préférence encore de 25 à 90% en poids, de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 85% en poids, de préférence de 5 à 80% en poids, de préférence encore de 10 à 75% en poids, de bromure de perfluorooctyle.
- de 1 à 85% en poids, de préférence de 5 à 80% en poids, de préférence encore de 10 à 75% en poids, de bromure de perfluorooctyle.
Selon un mode de réalisation, la composition utilisée selon l’invention comprend en outre au moins un retardateur de flamme répondant à la formule (I) :
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone,
RH est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone, et
L est un linker choisi parmi les groupes suivants : -CH2, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre au moins un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes tels que préférentiellement le fluor, le brome et/ou le chlore,
ledit retardateur de flamme étant distinct du bromure de perfluorooctyle.
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone,
RH est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone, et
L est un linker choisi parmi les groupes suivants : -CH2, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre au moins un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes tels que préférentiellement le fluor, le brome et/ou le chlore,
ledit retardateur de flamme étant distinct du bromure de perfluorooctyle.
Ce retardateur de flamme de formule (I) permet d’améliorer la stabilité de la composition, en particulier grâce à la formation d’une nano-émulsion stable.
Selon un mode de réalisation, le groupe RF est perfluoré ou partiellement fluoré. Dans le cadre de la présente invention, le terme « groupe partiellement fluoré » signifie que au moins 60% des atomes d'hydrogène dans le groupe concerné ont été remplacés par des atomes de fluor, par exemple entre 60 et 80%.
Selon un mode de réalisation particulier, le groupe RF comporte entre 1 et 22, de préférence entre 1 et 20, plus particulièrement entre 1 et 16 atomes de carbone. Ledit groupe peut éventuellement être interrompu par 1 à 4 hétéroatomes choisis parmi un atome d'azote et un atome d'oxygène. Ce groupe peut par ailleurs être linéaire ou ramifié.
Avantageusement il s'agit d'un groupe (C1-C16)alkyle perfluoré ou partiellement fluoré éventuellement interrompu par un ou deux hétéroatomes choisis parmi un atome d'azote et un atome d'oxygène.
Un tel groupe RF peut par exemple être choisi parmi les groupes suivants :
• CF3(CF2)m-,
• C(CF3)3(CF2)m-,
• (CF3)2CF(CF2)m-,
• (CF3)2CF-, et
• (CF3)CF2-,
• (CF3)(CF2)3-,
avec m étant un nombre entier pouvant être compris entre 1 et 15.
Ces exemples ne sont pas limitatifs.
Selon un mode de réalisation particulier, le groupe RH comporte entre 1 et 22 atomes de carbone, de préférence entre 1 et 20, encore plus préférentiellement entre 1 et 16 atomes de carbone. Selon un mode de réalisation particulier, ce groupe RH peut comprendre entre 1 et 4 hétéroatomes choisis parmi un atome d'azote et un atome d'oxygène. Ce groupe peut par ailleurs être linéaire ou ramifié. Il peut par ailleurs être saturé ou comprendre de 1 à 4 insaturations.
Avantageusement il s'agit d'un groupe (C1-C15)alkyle ou (C2-C15)alkényle, ledit groupe étant éventuellement substitué par un cycle hydrocarboné tel que le groupe (C3-C6)cycloalkyle, phényle ou benzyle.
Un tel groupe RH peut notamment être choisi parmi les groupes suivants, sans toutefois s'y limiter :
• -(CH2)nCH3,
• -(CH2)pC6H4,
• -(CH2)qO(CH2)rCH3, et
• -(CH2)sC=C(CH2)tCH3
avec n étant un nombre entier pouvant être compris entre 1 et 21, en particulier entre 7 et 21,
p étant compris entre 1 et 16, en particulier entre 2 et 10,
q et r étant indépendamment compris entre 1 et 16, avec q+r étant inférieur ou égal à 21 et avantageusement supérieur à 7,
s et t étant indépendamment compris entre 1 et 16, avec s+t étant inférieur ou égal à 19 et avantageusement supérieur à 5.
Selon un mode de réalisation particulier, le retardateur de flammes peut être choisi parmi les composés de formule (I) dans laquelle RF est un groupe (C2-C1 2)alkyle perfluoré ou partiellement fluoré, RH est un groupe (C1-C12)alkyle, en particulier (C6-C12) alkyle ou (C2-C1 2)alkényle, en particulier (C6-C1 2)alkényle, ledit groupe étant éventuellement substitué par un cycle hydrocarboné tel que le groupe (C3-C6)cycloalkyle, phényle ou benzyle, et ledit groupe pouvant être interrompu par 1 ou 2 hétéroatomes choisis parmi l'azote ou l'oxygène, et L est un linker choisi parmi -CH2-, -CH=CH- et -O-.
Il est entendu dans le cadre de la présente invention que le retardateur de flammes de formule (I) telle que définie précédemment peut être sous forme d'un mélange de retardateurs de flammes de formule (I) telle que définie précédemment.
Dans le cadre de la présente invention, les termes suivants sont définis comme suit :
- "(Ci-Cj) alkyle", se réfère à une chaîne hydrocarbonée saturée comportant de i à j atomes de carbone, linéaire ou ramifiée, par exemple un groupe (C1-C12)alkyle. A titre d'exemples non limitatifs on peut citer les groupes suivants : méthyle, éthyle, 1-propyle, 2-propyle, butyle, pentyle, hexyle, heptyle, et décyle,
- "(C2-Cx) alkényle", se réfère à une chaîne hydrocarbonée présentant des insaturations et comportant de 2 à x atomes de carbone, linéaire ou ramifiée, par exemple un groupe (C2-C1 2)alkyle. A titre d'exemples non limitatifs on peut citer les groupes suivants : éthylène, propylène, butylène, pentylène, héxylène et décylène
- "(C3-C6)cycloalkyle", à une chaîne hydrocarbonée saturée et cyclique. A titre d'exemples non limitatifs on peut citer les groupes suivants : cyclopropyle, cyclobutyle, cyclopentyle et cyclohexyle.
Selon la présente invention, le ou les retardateur(s) de flammes de formule (I) peu(ven)t être présent(s) dans une teneur comprise entre 5 à 35% en poids, par rapport au poids total de la composition utilisée selon la présente invention, en particulier dans une teneur comprise entre 7% et 30% en poids, encore plus particulièrement dans une teneur comprise entre 10% et 20% en poids.
Ainsi, selon un mode de réalisation, la composition utilisée selon l’invention comprend :
- de 15 à 90% en poids, de préférence de 40 à 90% en poids, de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 5 à 75% en poids, de préférence de 7 à 50% en poids, de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids, de préférence de 7 à 50% en poids, de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I),
par rapport au poids total de la composition.
Des additifs complémentaires peuvent être mis en œuvre dans la composition de refroidissement de l’invention. Parmi ces additifs, on peut citer les antioxydants, les additifs anti-corrosion, les additifs anti-mousse et les abaisseurs de point d’écoulement.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la composition de refroidissement selon l’invention comprend au moins un additif antioxydant.
L’additif antioxydant permet généralement de retarder la dégradation de la composition en service. Cette dégradation peut notamment se traduire par la formation de dépôts, par la présence de boues ou par une augmentation de la viscosité de la composition.
Les additifs antioxydants agissent notamment comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs d’hydropéroxydes. Parmi les additifs antioxydants couramment employés, on peut citer les additifs antioxydants de type phénolique, les additifs antioxydants de type aminé, les additifs antioxydants phosphosoufrés. Certains de ces additifs antioxydants, par exemple les additifs antioxydants phosphosoufrés, peuvent être générateurs de cendres. Les additifs antioxydants phénoliques peuvent être exempt de cendres ou bien être sous forme de sels métalliques neutres ou basiques. Les additifs antioxydants peuvent notamment être choisis parmi les phénols stériquement encombrés, les esters de phénol stériquement encombrés et les phénols stériquement encombrés comprenant un pont thioéther, les diphénylamines, les diphénylamines substituées par au moins un groupement alkyle en C1-C12, les N,N'-dialkyle-aryle-diamines et leurs mélanges.
De préférence selon l’invention, les phénols stériquement encombrés sont choisis parmi les composés comprenant un groupement phénol dont au moins un carbone vicinal du carbone portant la fonction alcool est substitué par au moins un groupement alkyle en C1- C10, de préférence un groupement alkyle en C1-C6, de préférence un groupement alkyle en C4, de préférence par le groupement tert-butyle.
Les composés aminés sont une autre classe d’additifs antioxydants pouvant être utilisés, éventuellement en combinaison avec les additifs antioxydants phénoliques. Des exemples de composés aminés sont les amines aromatiques, par exemple les amines aromatiques de formule NR4R5R6dans laquelle R4représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, R5représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, R6représente un atome d’hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle ou un groupement de formule R7S(O)zR8dans laquelle R7représente un groupement alkylène ou un groupement alkenylène, R8représente un groupement alkyle, un groupement alcényle ou un groupement aryle et z représente 0, 1 ou 2.
Des alkyl phénols sulfurisés ou leurs sels de métaux alcalins et alcalino-terreux peuvent également être utilisés comme additifs antioxydants.
Une autre classe d’additifs antioxydants est celle des composés cuivrés, par exemples les thio- ou dithio-phosphates de cuivre, les sels de cuivre et d’acides carboxyliques, les dithiocarbamates, les sulphonates, les phénates, les acétylacétonates de cuivre. Les sels de cuivre I et II, les sels d’acide ou d’anhydride succiniques peuvent également être utilisés.
La composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut contenir tous types d’additifs antioxydants connus de l’homme du métier.
La composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut comprendre de 0,1 à 2 % en poids d’au moins un additif antioxydant, par rapport au poids total de la composition.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention est exempte d’additif antioxydant de type amine aromatique ou de type phénol stériquement encombré.
La composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut comprendre au moins un additif anticorrosion.
L’additif anti-corrosion permet avantageusement de retarder ou empêcher la corrosion des pièces métalliques de la batterie.
Une composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 2 % massique ou de 0,01 à 5 % massique, préférentiellement de 0,1 à 1,5 % massique ou de 0,1 à 2 % massique d’agent anticorrosion, par rapport au poids total de la composition.
La composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut comprendre en outre au moins un agent antimousse.
L’agent antimousse peut être choisi parmi les polyacrylates ou encore les cires.
La composition de refroidissement selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 2 % massique ou de 0,01 à 5 % massique, préférentiellement de 0,1 à 1,5 % massique ou de 0,1 à 2 % massique d’agent antimousse, par rapport au poids total de la composition.
La composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut également comprendre au moins un additif abaisseur du point d’écoulement, (dits encore agents « PPD » pour « Pour Point Depressant » en langue anglaise).
En ralentissant la formation de cristaux de paraffine, les additifs abaisseurs de point d’écoulement améliorent généralement le comportement à froid de la composition. Comme exemple d’additifs abaisseurs de point d’écoulement, on peut citer les polyméthacrylates d’alkyle, les polyacrylates, les polyarylamides, les polyalkylphénols, les polyalkylnaphtalènes, les polystyrènes alkylés.
La composition refroidissante selon l'invention ou utilisée selon l’invention peut en outre comprendre au moins un inhibiteur de radicaux.
De tels inhibiteurs de radicaux sont en soi connus de l'homme de l'art et peuvent avoir différentes natures chimiques et en particulier appartenir à différentes familles chimiques.
En termes de formulation de la composition selon la présente invention ou utilisée selon l’invention, toutes les méthodes connues de l'homme de l'art peuvent être utilisées pour cette additivation du fluide ou de l’huile.
Parmi les inhibiteurs de radicaux, on peut notamment citer les inhibiteurs de radicaux phosphorés.
Parmi les inhibiteurs de radicaux phosphorés on distingue les composés pour lesquels le phosphore est un P(V) ou phosphore pentavalent et les composés pour lesquels le phosphore est un P(III) ou phosphore trivalent.
Parmi ces composés se présentant sous la forme d'un phosphore pentavalent, P(V), on peut notamment citer la famille des phosphates et en particulier, le triéthylphosphate, le triméthylphosphate, les alkylphosphates éventuellement fluorés ou encore les arylphosphates.
A titre d'alkylphosphate fluoré on peut notamment citer le tris (2,2,2-trifluoroéthyl)phosphate.
A titre d'arylphosphates, on peut notamment citer le triphénylphosphate, le tricresylphosphate ou encore le trixylenylphosphate.
Toujours parmi ces composés se présentant sous la forme P(V), on peut notamment citer la famille des phosphazènes. Dans cette famille, qui se caractérise par le fait que ses représentants comportent au moins une double liaison entre un atome de phosphore pentavalent et un atome d'azote, on privilégie les composés cycliques. On peut notamment citer l'hexaméthoxycyclotriphosphazène.
Parmi ces composés se présentant sous la forme d'un phosphore trivalent, P(III), on peut notamment citer la famille des phosphites. Dans cette famille, on peut notamment citer le tris(2,2,2-trifluoroéthyl)phosphite.
Lorsque la composition de refroidissement est mise en œuvre dans un système de lubrification, la composition de refroidissement selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut également comprendre en outre tous types d’additifs adaptés à une utilisation dans un lubrifiant pour système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride et pourra être appelée composition lubrifiante.
De tels additifs, connus de l’homme du métier dans le domaine de la lubrification des systèmes de propulsion de véhicules électriques ou hybrides, peuvent être choisis parmi, les modificateurs de frottements, les détergents, les additifs anti usure, les additifs extrême-pression, les dispersants, et leurs mélanges.
La composition utilisée selon l’invention ou utilisée selon l’invention peut être préparée par simple mélange des ingrédients.
La composition définie dans l’invention est utilisée pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire.
De préférence, la composition est en contact direct avec au moins un organe du système mobile ou stationnaire.
De préférence, la composition est utilisée comme composition refroidissante de batterie (pour des applications mobiles ou stationnaires), comme composition refroidissante de data center, comme fluide hydraulique, comme fluide de refroidissement pour antenne de type 5G, comme fluide caloporteur dans un système de chauffage, pour des bornes de recharge, y compris pour véhicules électriques, pour des systèmes de stockage de l’énergie, ou encore pour des panneaux photovoltaïques, comme fluide de travail pour pompe à chaleur.
Selon un mode de réalisation, le système mobile est un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, de préférence une batterie et/ou l’électronique de puissance d’un véhicule électrique ou hybride. La composition définie dans la présente invention peut être mise en contact direct avec le système de propulsion et refroidir le moteur, l’électronique de puissance et la batterie par le biais de ce contact direct de ladite composition sur ces organes, tout en assurant une sécurité accrue en cas d’emballement de ladite batterie. La composition ainsi en contact direct avec ces organes apporte un meilleur refroidissement que les refroidissements conventionnels par air et en contact indirect par eau. Cette mise en contact direct permet une meilleure dissipation de la chaleur.
En effet, le refroidissement par air de l’état de la technique permet un refroidissement direct mais l’air est un très mauvais fluide de dissipation de la chaleur. A l’inverse, l’eau est un fluide performant pour le refroidissement mais n’est pas compatible avec un contact direct avec le moteur, l’électronique de puissance et la batterie.
De manière avantageuse, la composition utilisée selon l’invention est mise en contact avec la batterie, par immersion ou semi-immersion pour jouer son double rôle vis-à-vis des batteries : de refroidissement et de protection anti-feu.
Par « immersion » on entend que l'intégralité de la batterie est entourée de la composition refroidissante selon la présente invention. Par « semi-immersion » on entend qu'une partie seulement de la batterie est au contact avec ladite composition.
Alternativement, la composition refroidissante selon l'invention est avantageusement mise en contact direct avec les batteries par des méthodes décrites ci-après. A titre de batteries adaptées pour les systèmes de propulsion d'un véhicule électrique ou hybride, on cite les batteries Li-ion ou encore les batteries au Nickel-Cadmium. Un moteur électrique est typiquement alimenté par une batterie électrique. Les batteries lithium-ion sont les plus répandues dans le domaine des véhicules électriques. Le développement de batteries de plus en plus puissantes et dont la taille est de plus en plus réduite implique l'apparition du problème de refroidissement de cette batterie. En effet, dès lors que la batterie dépasse des températures de l'ordre de 50 à 60°C, il existe un fort risque d'inflammation, voire d'explosion, de la batterie. Il existe également un besoin de maintenir la batterie à une température supérieure à environ 20 à 25°C afin d'éviter que la batterie ne se décharge trop rapidement et afin de prolonger sa durée de vie.
La batterie peut être en immersion ou semi-immersion, statique ou en circulation, dans la composition définie dans l’invention.
Comme exemples de mise en contact direct, on peut citer le refroidissement par injection, jet, par sprayage ou encore par formation d'un brouillard à partir de la composition selon l'invention sous pression et par gravité sur la batterie.
De manière avantageuse, la composition est injectée par jet sous assez haute pression dans les zones à refroidir du système de propulsion. Avantageusement, le cisaillement résultant de cette injection permet de réduire la viscosité du fluide au niveau de la zone d'injection, par rapport à la viscosité cinématique au repos, et ainsi, d'accroître encore le potentiel refroidissement de la composition.
Selon un mode de réalisation, la composition définie dans l’invention est utilisée à la fois pour refroidir et pour éviter ou retarder la propagation du feu au niveau de l’électronique de puissance et de la batterie dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride et pour lubrifier les transmissions dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride.
Selon un mode de réalisation, la composition définie dans l’invention est utilisée à la fois pour refroidir, pour éviter ou retarder la propagation du feu et pour lubrifier le moteur dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride.
Selon un mode de réalisation, le système stationnaire est choisi parmi les datacenters, les systèmes de chauffage, les pompes à chaleur, les systèmes hydrauliques, les antennes de type 5G, les bornes de recharge, y compris pour véhicules électriques, les systèmes de stockage de l’énergie, ou encore les panneaux photovoltaïques.
L’économie des données est en plein essor. Beaucoup d’aspects de notre vie quotidienne (appareils intelligents, maisons, villes et véhicules autonomes) dépendent de centres, appelés « data centers ». Ces centres ont un coût important en termes de consommation d'énergie. Traditionnellement, ces datacenters sont refroidis par air conditionné mais l’invention propose de refroidir ces data centers par la composition de l’invention, de préférence par immersion des organes de data centers dans la composition définie dans l’invention.
L’invention concerne également un procédé de refroidissement et/ou d’ignifugation d’un système mobile ou stationnaire, comprenant au moins une étape de mise en contact d’au moins un organe du système mobile ou stationnaire avec la composition définie dans la présente invention. En particulier, le procédé comprend au moins une étape d’échange thermique entre la composition et l’organe du système mobile ou stationnaire.
L'invention concerne encore un procédé de refroidissement et d'ignifugation d'une batterie d'un système de propulsion d'un véhicule électrique ou hybride comprenant au moins une étape de mise en contact d'au moins une batterie, en particulier une batterie Lithium-ion ou Nickel-Cadmium, avec une composition telle que définie ci-dessus. Selon un mode de réalisation particulier, l'étape de mise en contact consiste en une immersion ou en une semi-immersion de la batterie dans ladite composition ou encore en une injection de ladite composition à la surface de la batterie.
L’invention a également pour objet une composition en tant que telle, comprenant, par rapport au poids total de la composition :
- de 15 à 90% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 5 à 75% en poids de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I) :
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone,
RH est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone, et
L est un linker choisi parmi les groupements suivants : -CH2, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes tels que préférentiellement le fluor, le brome et/ou le chlore,
composition dans laquelle la ratio massique bromure de perfluorooctyle sur fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base est inférieur à 1.
Le(s) fluide(s) hydrocarboné(s) mis en œuvre dans la composition selon l’invention peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques définies dans le cadre de l’utilisation selon l’invention.
Le(s) huile(s) de base mise(s) en œuvre dans la composition selon l’invention peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques définies dans le cadre de l’utilisation selon l’invention.
Le(s) retardateur(s) de flamme de formule (I) mis en œuvre dans la composition selon l’invention peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques définies dans le cadre de l’utilisation selon l’invention.
La composition selon l’invention peut en outre comprendre un ou plusieurs additifs tels que définis dans le cadre de l’utilisation selon l’invention.
Selon un mode de réalisation de la composition selon l’invention, la ratio massique bromure de perfluorooctyle sur fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base est inférieur à 0,75, de préférence inférieur à 0,5.
Selon un mode de réalisation, la composition selon l’invention comprend :
- de 15 à 90% en poids, de préférence de 40 à 90% en poids, de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 5 à 75% en poids, de préférence de 7 à 50% en poids, de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids, de préférence de 7 à 50% en poids, de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I),
par rapport au poids total de la composition.
La composition selon l’invention peut être mise en œuvre selon la/les utilisation(s) et selon le(s) procédé(s) défini(e)(s) dans l’invention.
Exemple 1 : Préparation des compositions testées
F6H10 représente 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-Tridecafluorohexadecane.
PAO 2 désigne une polyalphaoléfine ayant une viscosité cinématique à 100°C d’environ 2.
Des compositions testées sont décrites dans les tableaux 2 et 3, où les proportions sont indiquées en pourcentage massique dans le tableau 2 et dans le tableau 3.
| CC1 | CC2 | CC3 | CC4 | CC5 | I1 | I2 | I3 | |
| Dodécane | 100% | 0% | 84% | 64% | 80% | 68% | 41% | 50% |
| F6H10 | 100% | 16% | 36% | 20% | 13% | 24% | 12% | |
| PFOB | 0% | 0% | 0% | 0% | 19% | 35% | 37% |
| CC6 | CC7 | I4 | |
| PAO 2 | 100% | 77,8% | 70% |
| F6H10 | 22,2% | 20% | |
| PFOB | 10% |
Exemple 2 : Mesure de la tension interfaciale
La tension interfaciale de différentes compositions a été mesurée avec un tensiomètre TECLIS selon la méthode suivante :
L'analyse axisymétrique de la forme des bulles a été appliquée à une bulle d'air ascendante (2-3 μL) formée à l'extrémité d'un capillaire en acier (diamètre de la pointe 1 mm) dans l’hydrocarbure, une solution de F6H10 pure, une solution de F6H10 dans l’hydrocarbure, ou dans une microémulsion ternaire placée dans la cellule de mesure (10 mL). La dépendance temporelle de la tension de surface pendant l'adsorption à l'interface air/eau a été mesurée à l'aide d'un tensiomètre Tracker® (Teclis Scientific, Lyon, France). Le volume des bulles a été maintenu constant pendant les mesures, à l'exception des expériences réalisées en mode oscillant (△A = 15%, t = 10s).
Mesures de bulles oscillantes : Les oscillations ont été produites par un moteur à codage de position et transmises par un piston couplé à la seringue qui porte le capillaire. Le régime oscillatoire a été appliqué lorsque le volume de bulle prévu a été atteint. Les valeurs s données sont des valeurs moyennes obtenues en traitant les données avec un filtre numérique passe-bas (papillon d'ordre 3). Les modules viscoélastiques ont été calculés comme E = dg/dlnA.
La tension de surface est indiquée dans le tableau 4.
| CC1 | CC2 | CC3 | CC4 | I1 | I2 | |
| Tension de surface (mN/m) | 26 | 20 | 24 | 23 | 19 | 19 |
Les compositions selon l’invention I1 et I2 présentent une tension de surface plus faible que les compositions CC1, CC2, CC3 et CC4 comprenant soit le fluide seul soit le mélange du fluide et d’un retardateur de flamme.
Une faible tension de surface permet une meilleure capacité à refroidir et limiter la propagation du feu puisque la composition aura alors une capacité à tapisser les surfaces d’intérêt lors d’une montée en température.
Exemple 3 : Mesure du module viscoélastique
Le module viscoélastique de différentes compositions a été mesuré selon la méthode décrite à l’exemple 2.
Le module viscoélastique est indiqué dans le tableau 5.
| CC1 | CC5 | CC6 | CC7 | I3 | I4 | |
| Module viscoélastique (mN/m) | 2,2 | 2,1 | 1,1 | 1,6 | 0,3 | 0,3 |
Les compositions selon l’invention I3 et I4 présentent un module viscoélastique nettement plus faible que les compositions CC1, CC5, CC6 et CC7 comprenant soit le fluide/huile de base seul(e) soit le mélange du fluide/huile de base et d’un retardateur de flamme.
Un faible module viscoélastique permet une meilleure capacité à refroidir et limiter la propagation du feu puisque la composition aura alors une capacité à tapisser les surfaces d’intérêt lors d’une montée en température.
Claims (10)
- Utilisation d’une composition comprenant :
- au moins un fluide hydrocarboné ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C ou au moins une huile de base,
- du bromure de perfluorooctyle,
pour le refroidissement au sein d’un système mobile ou stationnaire et/ou pour éviter ou retarder la propagation de l’emballement thermique au sein d’un système mobile ou stationnaire. - Utilisation selon la revendication 1, dans laquelle la composition comprend :
- de 15 à 99% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 85% en poids de bromure de perfluorooctyle,
par rapport au poids total de la composition. - Utilisation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la composition comprend en outre au moins un retardateur de flamme répondant à la formule (I) :
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone,
RH est un groupe hydrocarboné, en particulier comportant de 1 à 22, de préférence de 1 à 20, encore plus préférentiellement de 1 à 16 atomes de carbone, et
L est un linker choisi parmi les groupements suivants : -CH2-, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre au moins un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes tels que préférentiellement le fluor, le brome et/ou le chlore. - Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle la composition comprend :
- de 15 à 94% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 75% en poids de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I),
par rapport au poids total de la composition. - Utilisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la composition est en contact direct avec au moins un organe du système mobile ou stationnaire.
- Utilisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la composition est utilisée comme composition refroidissante de batterie, comme composition refroidissante de data center, comme fluide hydraulique, comme fluide de refroidissement pour antenne de type 5G, comme fluide caloporteur dans un système de chauffage, comme fluide caloporteur pour des bornes de recharge, y compris pour véhicules électriques, comme fluide caloporteur pour des systèmes de stockage de l’énergie, ou encore comme fluide caloporteur pour des panneaux photovoltaïques, comme fluide de travail pour pompe à chaleur.
- Utilisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le système mobile est un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, de préférence une batterie et/ou l’électronique de puissance d’un véhicule électrique ou hybride.
- Utilisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le système stationnaire est choisi parmi les data center, les systèmes de chauffage, les pompes à chaleur, les antennes relais de type 5G, les systèmes hydrauliques, les bornes de recharge, y compris pour véhicules électriques, les systèmes de stockage de l’énergie, ou les panneaux photovoltaïques.
- Composition comprenant, par rapport au poids total de la composition :
- de 15 à 94% en poids de fluide(s) hydrocarboné(s) ayant un point initial d’ébullition d’au moins 30°C et/ou d’huile(s) de base,
- de 1 à 75% en poids de bromure de perfluorooctyle,
- de 5 à 35% en poids de retardateur(s) de flamme répondant à la formule (I) :
RF-L-RH (I)
dans laquelle :
RF est un groupe hydrocarboné,
RH est un groupe hydrocarboné, et
L est un linker choisi parmi les groupements suivants : -CH2-, -CH=CH-, -O-, -S- ou -PO4-,
RF et/ou RH pouvant également comprendre un élément choisi parmi les éléments de la classe des halogènes,
composition dans laquelle la ratio massique bromure de perfluorooctyle sur fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base est inférieur à 1. - Composition selon la revendication 9, dans laquelle le ratio massique bromure de perfluorooctyle sur fluide(s) hydrocarboné(s) et/ou huile(s) de base est inférieur à 0,75, de préférence inférieur à 0,5.
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Family Applications (1)
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| WO1997021425A1 (fr) * | 1995-12-14 | 1997-06-19 | Alliance Pharmaceutical Corp. | Preparations huile hydrocarbure/composes fluores et methodes d'utilisation |
| WO2016185047A1 (fr) | 2015-05-20 | 2016-11-24 | Total Marketing Services | Procédé de production de fluides à base d'hydrocarbures biodégradables par hydrogénation |
| WO2020011888A1 (fr) * | 2018-07-13 | 2020-01-16 | Total Marketing Services | Composition de refroidissement et ignifugeante pour systeme de propulsion d'un vehicule electrique ou hybride |
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2022
- 2022-02-16 FR FR2201372A patent/FR3132714A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-02-15 WO PCT/EP2023/053705 patent/WO2023156426A1/fr unknown
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| WO2020011888A1 (fr) * | 2018-07-13 | 2020-01-16 | Total Marketing Services | Composition de refroidissement et ignifugeante pour systeme de propulsion d'un vehicule electrique ou hybride |
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| WO2023156426A1 (fr) | 2023-08-24 |
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