INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
où ΔT est la variation de la température du tuyau 4 ; et κ T est une sensibilité thermique des capteurs, égale à un coefficient de proportionnalité entre une variation relative de la grandeur de suivi et une variation de leur température.
Dans une telle configuration, la variation de température ΔT du tuyau déterminée est une température de contact de la surface externe du tuyau 4.
Dans le cas où les capteurs sont positionnés en surface interne du tuyau à un même rayon r 0,int :
Dans une telle configuration, la variation de température ΔT du tuyau 4 déterminée est une température de contact de la surface interne du tuyau 4.
Dans le cas où les capteurs sont positionnés dans l’épaisseur du tuyau à un même rayon r :
où ΔT est ici la variation de la température au rayon r ; er K P est une sensibilité intrinsèque à la pression hydrostatique du capteur seul, ladite sensibilité étant égale à un coefficient de proportionnalité entre une variation relative de la grandeur de suivi et une variation de la pression hydrostatique qui lui est directement appliquée.
Dans une telle configuration, la variation de température ΔT du tuyau 4 déterminée est une température de la paroi du tuyau 4 au rayon r.
Et dans le cas le plus général où les capteurs sont positionnés dans l’épaisseur de la portion 12 du tuyau 4, respectivement à un rayon r 1 et un rayon r 2 :
où r 1 est un rayon de la portion 12 du tuyau 4 à un instant de référence prédéterminé associé à l’angle φ 1 ; r 2 est un rayon de la portion 12 du tuyau 4 à un instant de référence prédéterminé associé à l’angle φ 2 ; K p est une sensibilité intrinsèque à la pression hydrostatique du capteur seul, ladite sensibilité étant égale à un coefficient de proportionnalité entre une variation relative de la grandeur de suivi et une variation de la pression hydrostatique qui lui est directement appliquée.
Dans une telle configuration, la variation de température ΔT du tuyau 4 déterminée est une température de la paroi du tuyau 4, intermédiaire entre les rayons r 1 et r 2 .
De même, et d’une manière identique que pour la détermination de la variation de pression, les valeurs des rayons r 0,int , r 0,ext , r, r 1 , et r 2 , indiquées ci-dessus, sont des valeurs de référence déterminées à instant de référence, comme un instant initial, puisque ces valeurs, compte tenu des efforts exercés sur le tuyau 4, sont amenées à évoluer.
Le matériau est placé dans des enceintes pour être isolé thermiquement de l’environnement. Les matériaux de stockage pouvant être utilisés sont naturels (par exemple des roches de type basaltique) ou produits industriellement à partir de matières minérales (par exemple des céramiques ou des matériaux réfractaires). À l’intérieur de chaque enceinte, le matériau est chauffé par le haut et refroidi par le bas, en considérant de plus la stratification naturelle entre le gaz chaud et le gaz froid, cela conduit à la formation d’un « front thermique », c’est-à-dire d’une zone de transition entre la température « haute » en haut de l’enceinte et la température « basse » en bas de l’enceinte. Pour le bon fonctionnement du procédé ce front doit être le moins large possible et doit rester le plus horizontal possible. Pour cela il est avantageux de disposer de plusieurs couches séparées de matériau de stockage, chacune séparées de la suivante par une lame d’air permettant au front de ne pas se déstabiliser.
Un système de stockage thermique de l'électricité est par exemple connu du brevet américain US4405010. Dans ce système, l'enceinte de stockage thermique est monobloc et se présente sous la forme d'un logement cylindrique comportant une entrée et une sortie pour la circulation d'un flux d'air. Ce logement est rempli notamment d'un matériau réfractaire formant des strates séparées par exemple par des tiges métalliques supportées par les parois de l'enceinte.
Cette structure monobloc est simple; cependant elle n'est pas adaptée à des enceintes d'une capacité en énergie importante car cela conduirait à devoir concevoir des parois renforcées pour résister aux efforts latéraux et verticaux exercés par les tiges et le grand volume de matériau correspondant.
Les zones les plus favorables au déploiement de capacités massives de stockage sont souvent des zones isolées. En effet, celles-ci disposent souvent d’un réseau électrique faible et dépendent d’une électricité majoritairement produite par des moyens fossiles (fioul en particulier). Le déploiement de moyens de production renouvelables obéit donc à une logique de réduction de la dépendance énergétique face aux énergies fossiles, de la facture énergétique et de l’empreinte carbone du secteur électrique. Cependant, la pénétration des énergies décarbonnées est limitée car il est nécessaire d’assurer l’approvisionnement en électricité quel que soit les conditions météorologiques. Ces zones sont donc propices au développement du stockage en remplacement d’une production thermique.
Cependant, il peut être problématique d’acheminer des installations comprenant des enceintes de stockage thermique monoblocs du type de celle décrite dans le brevet US4405010 dans des endroits isolés, car ils peuvent être difficiles d’accès.
Afin de pallier ces inconvénients, il existe donc un premier besoin d’une enceinte de stockage thermique présentant une structure allégée et optimisée pour faciliter son transport.
De plus, il peut être difficile de trouver dans ces endroits isolés des équipements ou de la main-d’œuvre spécifiques si le montage est complexe. Il existe donc également un second besoin d'un ensemble d'éléments de construction d'enceintes de stockage spécifique pour simplifier la construction et l’assemblage de celles-ci.
Présentation de l’invention Le but de la présente invention est par conséquent de satisfaire ces besoins en réalisant une enceinte de stockage thermique du type de celles s'étendant sensiblement verticalement et présentant une partie externe comportant une partie inférieure munie au moins d'une première prise d'un fluide caloporteur, une partie supérieure munie au moins d'une seconde prise de ce fluide et une partie intermédiaire de forme sensiblement cylindrique enveloppant une partie interne comprenant une ou plusieurs couches sensiblement horizontales d'un matériau de stockage thermique supportées par des moyens de séparation s'étendant sensiblement horizontalement.
Selon l'invention, cette partie interne forme de manière remarquable une structure flottante.
Les moyens de séparation sont formés, selon l'invention, d'une ou plusieurs plaques ajourées supportées par au moins trois supports verticaux s'appuyant sur des fondations extérieures à la partie externe.
La partie inférieure de l'enceinte de stockage thermique s'appuie également avantageusement sur ces fondations.
Selon l'invention, les plaques et les supports sont avantageusement munis respectivement de premières et secondes surfaces inclinées complémentaires en contact.
Selon l'invention encore, les supports sont fort avantageusement constitués d'un ou plusieurs segments d'un élément tubulaire présentant chacun une extrémité inférieure d'une dimension extérieure sensiblement plus petite qu'une dimension intérieure dudit élément tubulaire.
De préférence, les secondes surfaces sont formées de collerettes agencées à une extrémité supérieure de chacun des segments présentant une section radiale inclinée d'un angle compris entre 0° et 45° par rapport à un plan horizontal.
Dans l'enceinte de stockage thermique selon l'invention, les supports sont répartis régulièrement dans des directions tangentielle et radiale d'une section transversale de la structure flottante et, remarquablement, une projection verticale des plaques forme un pavage de la section transversale entre des traces de ces supports.
Selon l'invention, chacune des plaques adjacente à la partie intermédiaire est avantageusement munie d'une ailette périphérique en regard de cette partie intermédiaire coopérant intérieurement avec un bord inférieur d'une enveloppe cylindrique entourant chacune des couches du matériau de stockage thermique.
En variante, le capteur 6 est apte à réaliser la mesure de la grandeur de suivi sans être fixé à la zone de mesure 10 correspondante. C’est, par exemple, le cas d’un capteur de déformation par stéréo-corrélation.
Comme indiqué précédemment, le calculateur 8 est configuré pour déterminer la variation ΔP int de la pression interne du tuyau 4 à partir des signaux de mesure reçus en provenance des capteurs 6.
Plus précisément, pour chaque capteur 6, le calculateur 8 est configuré pour mesurer, à partir du signal de mesure qu’il délivre, la grandeur de suivi correspondante.
En outre, le calculateur 8 est configuré pour calculer la variation ΔP int de la pression interne du tuyau 4 à partir d’au moins une variation de déformation, chaque variation de déformation étant uniquement obtenue à partir de grandeurs de suivi mesurées obtenues directement depuis le tuyau 4 lui-même.
De préférence, outre les variations de déformation, le calculateur 8 est configuré pour mettre en œuvre une variation ΔP ext d’une pression externe P ext et une variation d’un effort longitudinal additionnel δF appliqué à la portion 12 du tuyau 4 pour le calcul de la variation ΔP int de la pression interne du tuyau 4.
Les grandeurs de suivi mesurées mises en œuvre par le calculateur 8 comprennent au moins une première grandeur de suivi mesurée associée au capteur 6A (c’est-à-dire pour laquelle la première direction de mesure respective définit le premier angle φ 1 avec le plan normal à l’axe longitudinal) et une deuxième grandeur de suivi mesurée associée au capteur 6B (c’est-à-dire pour laquelle la deuxième direction de mesure définit le deuxième angle φ 2 avec le plan normal à l’axe longitudinal X-X).
Ici, la variation de l’effort longitudinal additionnel δF est définie comme la variation d’un effort longitudinal s’exerçant sur la portion 12 du tuyau 4, et qui est distincte de la variation d’un effort longitudinal exercé sur ladite portion 12 par les seules variations des pressions interne P int et externe P ext .
Dans le cas particulier où la portion 12 du tuyau 4 présente une forme de cylindre de révolution, chaque zone de mesure 10 appartenant à une surface externe 20 de la portion 12 du tuyau, le tuyau étant fermé à ses extrémités, le calculateur 8 est configuré pour calculer la variation de la pression interne ΔP int selon :
où ΔΨ 1 et ΔΨ 2 sont respectivement une variation relative de la première grandeur de suivi et une variation relative de la deuxième grandeur de suivi ; r 0,ext est un rayon externe de la portion 12 du tuyau 4 ; r 0,int est un rayon interne de la portion 12 du tuyau 4 ; E et ν sont respectivement le module d’Young et le coefficient de Poisson du matériau dans lequel la portion 12 du tuyau 4 est réalisée ; κ ε est une sensibilité mécanique des capteurs, égale à un coefficient de proportionnalité entre une variation relative de la grandeur de suivi et une variation de déformation mécanique ; et δF est une variation d’un effort longitudinal additionnel appliqué à la portion du tuyau et distinct d’une variation d’un effort longitudinal exercé sur la portion du tuyau par la variation de la pression interne et la variation de la pression externe.
Dans le cas où les capteurs 6 sont positionnés dans l’épaisseur du tuyau à un même rayon r :
où r est un rayon auquel sont positionnés les premier et deuxième capteurs 6, et qui est donc associé à la première et la deuxième zone de mesure 10, autrement dit à la première et deuxième mesure.
Et dans le cas le plus général où les premier et deuxième capteurs 6 sont positionnés dans l’épaisseur ou en surface du tuyau, respectivement à un rayon r 1 et un rayon r 2 :
où r 1 est un rayon auquel est positionné le premier capteur 6, qui est donc associé à la première zone de mesure 10 et à la première mesure ; r 2 est un rayon auquel est positionné le deuxième capteur 6, qui est donc associé à la deuxième zone de mesure 10 et à la deuxième mesure.
On notera, bien entendu, que les valeurs des rayons r 0,int , r 0,ext , r, r 1 , et r 2 sont des valeurs de référence déterminées à instant de référence, comme un instant initial, puisque ces valeurs, compte tenu des efforts exercés sur le tuyau 4, sont amenées à évoluer.
En particulier, pour un capteur 6 formé par un segment de fibre optique 14 dans lequel est inscrit un réseau de Bragg 16, la sensibilité mécanique κ ε s’exprime comme :
où n eff est un indice effectif du guide optique de la fibre optique 18 ; et
De préférence, la partie externe est revêtue intérieurement d'un isolant thermique en contact avec cette enveloppe.
Afin de satisfaire plus particulièrement le second besoin, on tirera bénéfice d'un ensemble d'éléments de construction d'enceintes de stockage thermique selon l'invention, comprenant:
- des premiers tubes métalliques présentant une première extrémité évasée et une deuxième extrémité réduite, cette deuxième extrémité étant destinée à s'emboîter dans la première extrémité;
- un socle métallique sensiblement en forme d'un hémisphère comportant des seconds tubes métalliques traversants présentant chacun d'un côté concave de cet hémisphère une troisième extrémité apte à recevoir la deuxième extrémité d'un exemplaire des premiers tubes et d'un côté opposé au côté concave, une quatrième extrémité présentant une bride apte à être fixée à un ancrage, et comportant en outre une première ouverture apte à être reliée à un système de stockage thermique;
- un couvercle métallique sensiblement hémisphérique comportant une seconde ouverture apte à être reliée à ce système de stockage thermique;
- un ou plusieurs éléments de cylindres métalliques destinés à former une paroi extérieure de ces enceintes;
- des premiers éléments de grilles métalliques comportant chacun des premières pattes destinées à coopérer avec la première extrémité de chacun des premiers tubes;
- des seconds éléments de grilles métalliques comportant chacun des secondes pattes destinées à coopérer avec la première extrémité de chacun des premiers tubes et comportant chacun de plus en partie un rebord périphérique;
- des éléments de liner métalliques destinés à coopérer chacun avec ce rebord périphérique;
- un matériau de stockage de la chaleur;
- un matériau d'isolation thermique destiné à revêtir intérieurement le socle, le couvercle et la paroi des enceintes.
Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour l'homme de métier les avantages apportés par l'enceinte de stockage thermique, et l'ensemble d'éléments de construction d'enceintes de stockage correspondant, décrits ci-dessus par rapport à l'état de la technique antérieur, au plan des facilités de transport, de construction et d'assemblage.
Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés.
Il est à noter que ces dessins n'ont d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention.
Brève description des figures est une coupe axiale de l'enceinte de stockage thermique selon l'invention.
est une vue de détail de la zone A de l'enceinte de stockage thermique selon l'invention montrée sur la .
La capacité thermique de l'enceinte de stockage 1, son volume, ses dimensions sont indicatives. Il en est de même des dimensions des éléments de l'enceinte de stockage 1 et des matériaux cités à titre d'exemples.
L'invention embrasse donc au contraire toutes les variantes possibles de réalisation dans la limite de l’objet des revendications ci-après.
Procédé de mesure non intrusive de la variation de pression interne et/ou de variation de température d’un tuyau, dispositif de mesure et installation associés La présente invention concerne un procédé de mesure d’une variation d’une pression interne et/ou d’une variation de température d’un tuyau.
L’invention s’applique au domaine de l’instrumentation, et plus précisément à la mesure non intrusive d’une variation de pression hydrostatique régnant à l’intérieur d’un tuyau depuis son extérieur.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUR Il existe un besoin de réaliser une mesure non intrusive d’une variation de pression hydrostatique régnant à l’intérieur d’un tuyau depuis son extérieur. Un tel tuyau est, par exemple, un pipeline servant au transport d’hydrocarbures, un circuit primaire ou secondaire d’un réacteur nucléaire, un réseau d’alimentation en fluide (liquide ou gaz) sous pression (site industriel, agglomération, machine, etc.), ou encore un réservoir cylindrique sous pression, par exemple utilisé pour le stockage d’un fluide ( e.g. : hydrogène) sous haute pression.
Le document FR 2 864 202 B1 décrit un procédé de mesure d’une variation de la pression interne d’un tuyau mettant en œuvre des capteurs configurés pour mesurer une variation de déformation totale du tuyau (comprenant une composante mécanique de déformation et une composante thermique de déformation), et un capteur additionnel pour déterminer la composante thermique de variation de déformation et ainsi la soustraire de la mesure de variation de déformation totale.
Un tel capteur additionnel est collé sur un échantillon réalisé dans le même matériau que le tuyau, distinct de ce dernier, et soumis à la même température que ledit tuyau, de sorte que les variations de déformations totales mesurées par le capteur additionnel ne comprennent pas de composante mécanique de déformation.
La variation de la pression interne est calculée à partir de la composante mécanique de variation de déformation obtenue par soustraction de la composante thermique de la variation de déformation totale.
Néanmoins, un tel procédé de mesure ne donne pas entière satisfaction.
En effet, la mise en œuvre d’un tel capteur additionnel ne permet pas de compenser de manière satisfaisante les effets thermiques sur les capteurs de mesure de la variation de déformation mécanique du tuyau sous pression, et présente certains défauts qui conduisent à introduire un biais dans la mesure de variation de pression, qu’il est difficile de corriger.
D’abord, le procédé de l’état de la technique requiert au moins trois mesures indépendantes, ce qui multiplie les sources d’incertitudes.
Ensuite, il s’avère difficile, voire impossible, de se procurer un échantillon du matériau constituant le tuyau d’une installation déjà existante, en vue de déterminer la composante thermique de la variation de déformation totale. Or, il est primordial que l’échantillon présente le même coefficient d’expansion thermique que celui du tuyau, de façon à ce que la composante thermique de la variation de déformation totale puisse lui être retranchée de manière suffisamment parfaite dans toute la gamme de température considérée.
En outre, le recours à un tel capteur additionnel, du fait même de son inertie thermique, différente de celle des capteurs de déformation positionnés sur le tuyau (en particulier à cause de la présence de fluide sous pression à l’intérieur de celui-ci), introduit un délai variable dans la compensation des effets thermiques, et donc une erreur systématique de mesure dès lors que la température varie, même de façon lente.
Or dans le cadre de telles applications, où les températures peuvent varier de plusieurs dizaines de degrés Celsius, la composante mécanique de la déformation totale peut être occultée par un signal d’origine thermique devenant dominant, et il est dans un tel cas impossible de réaliser une mesure fiable de variation de pression.
Ainsi, par exemple, lorsque les capteurs de déformation sont des réseaux de Bragg collés en surface d’un tuyau en acier austénitique de diamètre 4 pouces en Schedule 160 (épaisseur de paroi de 13,49 mm), présentant un coefficient d’expansion thermique de l’ordre de 16,4x10 −6 K −1 (par kelvin), une incertitude de température d’un kelvin se traduit par une erreur de 28 bar sur la mesure de la variation de pression interne.
Un but de l’invention est donc de proposer un procédé de mesure de la variation de la pression interne et/ou d’une température d’un tuyau qui soit moins affecté par les effets des variations des déformations thermiques (induites par les variations de température, ou mécanique dans le cas de mesure de température) lors du calcul de la variation de la déformation mécanique / de la température du tuyau, aboutissant à une estimation plus fiable de la variation de la pression interne et/ou de la température du tuyau.
En d’autres termes, la valeur de contre-pression est déterminée au moment où l’élément testé du pack batterie est encore vide ou en cours de remplissage.
Il est à noter que ces mesures de pression sont faites par le capteur de pression.
Selon une autre caractéristique possible, le dispositif comprend un ou plusieurs capteurs d’environnement pour corriger les signaux de mesure lors de détections de fuites. Lesdits capteurs d’environnement sont par exemple un ou plusieurs capteurs de température, de pression atmosphérique, d’hygrométrie, etc.
Selon une autre caractéristique possible, le capteur de pression est un capteur de pression absolue ou relative. Ledit capteur est par exemple un capteur de pression piézoélectrique.
L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celles-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnée uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : Les figures 1 et 2, référencées respectivement et , sont des représentations très schématiques d’un dispositif de détection de fuites selon l’invention ; la , référencée , est une vue très schématique du circuit pneumatique du dispositif des figures 1 et 2 ; la , référencée , est une vue schématique de la configuration du circuit de la lors d’une étape de démarrage du dispositif ; la , référencée , est un graphique illustrant un exemple de variation de la pression au cours d’une procédure de détection de fuite réalisée par le dispositif des figures 1 et 2 ; la , référencée illustre les différentes configurations du circuit de la lors des différentes étapes d’une détection de fuites, en pression, réalisée au moyen dudit dispositif des figures 1 et 2 ; la , référencée illustre les différentes configurations du circuit de la lors des différentes étapes d’une détection de fuites, en vide, réalisée au moyen dudit dispositif des figures 1 et 2 ; La , référencée , est une représentation très schématique d’un module de commande du circuit pneumatique de la .
Les et sont des représentations très schématiques en perspective, respectivement de face et de derrière, d’un dispositif 1 de détection de fuites pour pack batterie de véhicules automobiles.
Le dispositif 1 de détection de fuites est un dispositif permettant de tester l’étanchéité d’au moins un élément de pack batterie par variation de pression. C’est-à-dire que le dispositif est configuré pour réaliser une procédure de détection de fuites dans laquelle il y a variation de la pression dans l’élément testé (soit en l’augmentant, soit en la diminuant) jusqu’à une valeur de pression prédéterminée, puis après un temps défini, il y a une mesure de la pression. Une variation de pression entre cette valeur prédéterminée et la valeur de pression finale indique alors que l’élément testé présente une fuite, le dispositif 1 étant configuré pour déterminer un taux de fuites en fonction de cette évolution de pression au cours du temps.
On entend par « pack batterie », les batteries de traction et/ou de fonction généralement disposées dans un carter et accompagnées d’un système de gestion thermique, cet ensemble formant un pack batterie destiné à être embarqué dans des véhicules et électriques et hybrides. Ledit système de gestion thermique, quant à lui, comprend par exemple réseau de conduits de fluides permettant de refroidir ou de réchauffer la batterie.
On notera que détecter des fuites sur un pack batterie est équivalent à tester l’étanchéité (ou le niveau de fuites) du carter et/ou du système de gestion thermique de la batterie.
Le volume du carter batterie présente généralement un volume compris entre 50 et 300 litres, tandis que le volume du système de gestion thermique présente généralement un volume compris entre 10 et 50 litres.