INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Si l’échangeur de chaleur se trouve dans la cuve d’une colonne de distillation, il peut constituer un vaporiseur-condenseur fonctionnant en thermosiphon pour lequel l’échangeur est immergé dans un bain d’oxygène liquide descendant la colonne ou un vaporiseur fonctionnant en vaporisation à film descendant alimenté directement par le liquide tombant de la colonne et/ou par une pompe de recirculation.
La présente invention peut également s’appliquer à un échangeur de chaleur qui vaporise au moins un débit de mélange liquide-gaz, en particulier un débit de mélange à plusieurs constituants, par exemple un mélange d’hydrocarbures, par échange de chaleur avec au moins un autre fluide, par exemple du gaz naturel.
La présente invention peut aussi trouver application dans le domaine de la liquéfaction de l’hydrogène. En particulier, l’invention peut s’appliquer à un échangeur de chaleur, en particulier un échangeur catalytique, dans lequel un débit d’hydrogène gazeux est refroidi, voire liquéfié en tout ou partie, par échange de chaleur avec un débit de fluide frigorigène ainsi qu’au procédé de refroidissement et/ou de liquéfaction mettant en œuvre ledit échangeur.
La technologie couramment utilisée pour un échangeur est celle des échangeurs en aluminium à plaques et à ailettes ou ondes brasés, qui permettent d’obtenir des dispositifs très compacts offrant une grande surface d’échange. Ces échangeurs comprennent des plaques séparatrices un empilement de passages pour les différents fluides à mettre en relation d’échange thermique. Des structures d’échange thermique, généralement des structures ondulées ou ondes formées d’une succession d’ailettes ou jambes d’onde, sont insérées entre les plaques, délimitant dans les passages des canaux dans lesquels s’écoulent les fluides et formant des surfaces d’échange thermique supplémentaires.
Dans le cas des vaporiseurs-condenseurs fonctionnant en vaporisation en film descendant, une partie de l’appareil est consacrée à la distribution du fluide frigorigène liquide dans les passages de vaporisation. En fonctionnement, le liquide passe par des trous assurant une distribution primaire du liquide sur toute la largeur du passage. Le liquide ainsi pré-distribué s’écoule ensuite à travers des ondes à génératrice horizontale qui assure une distribution plus fine dite secondaire en vue de répartir le liquide entre les canaux formés par des ondes d’échange thermique à génératrice horizontale agencés en aval. Le liquide aborde ainsi ces structures en ruisselant de façon la plus homogène possible sur toutes les parois du passage qui lui est affecté, c'est-à-dire en formant sur ces parois un film continu descendant.
En même temps, le fluide frigorigène gazeux parvient dans l’échangeur par une boîte d’alimentation puis s’écoule vers le bas le long des passages de condensation. Ce faisant, le fluide calorigène cède progressivement de la chaleur au fluide frigorigène qui se trouve dans les passages adjacents, de sorte que le fluide frigorigène se vaporise et que le fluide calorigène se condense. En conséquence, un film de fluide calorigène liquide s'établit à la surface des structures d’échange garnissant les passages de condensation et s'écoule vers le bas. L'écoulement est dit en film ruisselant.
Notons que dans le cas des vaporiseurs-condenseurs fonctionnant en thermosiphon, l'oxygène liquide pénètre par le bas du corps d'échangeur dans les passages de vaporisation et s’y écoule dans un sens ascendant, l'azote gazeux pénétrant par le haut dans les passages de condensation et s'écoulant vers le bas en film ruisselant.
Les performances d’un échangeur sont liées au coefficient d’échange thermique des structures d’échange thermique se trouvant en contact avec les fluides. Le coefficient d’échange thermique d’une structure dépend notamment de la nature du matériau la constituant, de la porosité de ce matériau, de son état de surface et du régime d’écoulement des fluides.
En condensation en film ruisselant, la résistance au transfert de chaleur est sensiblement proportionnelle à l'épaisseur du film liquide. D’après la théorie de Nusselt, la résistance au transfert de chaleur varie en puissance 1/3 du débit, ce qui conduit à une augmentation rapide de la résistance aux emplacements des structures d’échange thermique où le fluide se condense. Il s’ensuit une diminution de la capacité de transfert de chaleur entre le fluide à condenser et la structure d’échange thermique.
On a donc intérêt à drainer le maximum de liquide vers une partie réduite de la surface d’échange afin d’assécher au maximum l’autre partie de ladite surface, tout en essayant de maximiser cette partie de surface asséchée.
De la même manière, la résistance au transfert de chaleur en vaporisation en film ruisselant est sensiblement proportionnelle à l’épaisseur de film liquide. On a donc intérêt à drainer le maximum de débit liquide tombant vers une partie réduite de la surface d’échange afin de minimiser l’épaisseur de film liquide sur l’autre partie de la surface d’échange.
Pour ce faire, on connait notamment du document FR-A-2834783 une structure d’échange thermique ondulée permettant de drainer régulièrement le liquide dans les coins des canaux formés par les ondes. La structure comprend des perforations, des fentes ou des reliefs agencés sur la hauteur des jambes d’onde afin d’assécher une partie de leur surface.
Toutefois, ces solutions ne donnent pas entière satisfaction. En effet, même si l’épaisseur de film liquide est rendue plus importante dans les coins des canaux, il subsiste néanmoins une épaisseur de film liquide sur les jambes d’onde qui limite le coefficient d’échange en condensation ou en vaporisation. De plus, ces solutions sont limitées car elles ne permettent pas d’assécher en totalité la surface des jambes d’onde mais uniquement les parties qui sont situées juste au-dessous des perforations ou reliefs installés dans les canaux. En outre, l’azote liquide qui se condense présente un pouvoir mouillant élevé et recouvre rapidement la surface d’échange.
La présente invention a pour but de résoudre en tout ou partie les problèmes mentionnés ci-avant, notamment de proposer un échangeur de chaleur du type à plaques et ailettes dans lequel le coefficient d’échange thermique des structures d’échange thermique est augmenté.
: Représentation par carte en mode code couleur des COV déterminés dans le type sauvage et dans 9 mutants ILV - de S. suaveolens obtenus par mutagenèse UV. Les données sont représentées sous forme de ratio de la valeur des COV dans le mutant par rapport au type sauvage. Les COV ont été classés comme provenant principalement de la voie d'Ehrlich (EP), des intermédiaires acyl-COA ou enoyl-COA de la voie d'oxydation.
PARTIE EXPERIMENTALE EXEMPLE 1 : Criblage de la biodiversité des levures provenant des fèces d'animaux sauvages d'Afrique du Sud pour la production d'esters α-insaturés volatils
Matériels et méthodes
Matériaux biologiques Le type sauvage Saccharomyces cerevisiae CEN.PK 112-2N (van Dijken) et al. , 2000) a été utilisé dans cette étude. Une souche de Saprochaete suaveolens (anciennement Geotrichum fragrans ) précédemment isolée de fruits de Pitaya ( Hylecereus polyrhisus ) à l'île de la Réunion, en France (Grondin et al. , 2015a) a également été utilisée.
Des fèces fraîches d'animaux sauvages ont été collectées de manière aseptique dans différents endroits des zoos, des réserves et des parcs nationaux d'Afrique du Sud. La collecte a été effectuée en conditions stériles et les échantillons ont ensuite été conservés à 4°C jusqu'à leur utilisation. En outre, des échantillons lyophilisés de fèces d'animaux sauvages ont été obtenus par un donateur anonyme. Un total de 118 échantillons a été étudié.
Isolement et sélection des souches de levure ILV+.
Pour les échantillons sur écouvillon, les écouvillons étaient ajoutés directement à 10 ml de solution de Ringer stérile. Pour les échantillons en tube, 1 g de fèces a été pesé au préalable et dissous dans la solution de Ringer. Des dilutions en série ont ensuite été préparées et 100 µL de chaque dilution ont été étalés à la surface d'un milieu agar Yeast-Peptone-Dextrose (Biolab diagnostics LTD, Afrique du Sud) complété par 0,1 g.L -1 de chloramphénicol (EMDQ Millipore Corp. Billerica, MA USA) (YPD-chloramphénicol) pour favoriser la croissance et la sélection des levures. Les boîtes de Pétri ont ensuite été incubées à 30°C pendant 48 heures jusqu'à ce que les colonies cellulaires soient complètement formées. Les colonies ont ensuite été isolées en répétant la sous-culture sur milieu gélosé YPD-chloramphénicol et conservées à 4°C. Pour les échantillons lyophilisés, 1 g de fèces a été remis en suspension dans 10 ml de bouillon nutritif stérile (Merck, Afrique du Sud) et mélangé au vortex avant d'être incubé à 25°C pendant 5 jours avant d'être ensemencé sur un milieu YPD-chloramphénicol.
La sélection des souches capables de se développer sur des milieux contenant uniquement des acides aminés à chaîne ramifiée (isoleucine, leucine et valine) comme seule source de carbone (souches ILV+) a été effectuée comme suit. 5 ml de bouillon YPD ont été inoculés avec chaque souche isolée et la culture a été incubée pendant la nuit à 30°C sous agitation. Après centrifugation de la culture (13 000 rpm, 5min), le culot cellulaire a été lavé deux fois avec 5 mL d'eau physiologique stérile et remis en suspension dans 10 mL d'eau physiologique stérile. Ensuite, une culture de 10 6 cellules.mL -1 a été préparée dans de l'eau physiologique stérile et des cultures de 10 5 et 10 4 cellules.mL -1 ont été préparées par dilution en série. 5µL de chaque suspension ont été déposés deux fois sur un milieu YNB (base levure - azote) complété par 1g.L -1 d'isoleucine, leucine ou valine ou par 2 g. L -1 de glucose (YNB-Ile, YNB-Leu, YNB-Val , YNB-Glc respectivement). Les souches S. suaveolens et S. cerevisiae ont été préparées selon le même protocole et ont été utilisées comme témoins positifs et négatifs, respectivement. Les boîtes de Pétri ont ensuite été incubées pendant 48 heures à 30°C avant lecture.
Analyse qualitative et semi-quantitative des composés organiques volatils (COV)
Les souches ont été inoculées dans un tube à vis de 20 mL contenant 15 mL de milieu YPD-agar penché et incubées à 30°C pendant 24 heures. Ensuite, les flacons ont été scellés et incubés pendant 24 heures à 30°C. Pour l'analyse qualitative, l'espace de tête des cultures inclinées a été directement soumis à une microextraction en phase solide (HS-SPME) à l'aide d'une fibre de 2 cm de long recouverte de 50/30 µm de divinylbenzène/Carboxène sur polydiméthylsiloxane lié à un noyau flexible de silice fondue (Supelco). Pour l'analyse semi-quantitative, avant la microextraction, 10 µL d'octan-1-ol (à 0,5 g.L -1 dans du dichlorométhane) ont été ajoutés dans les tubes scellés comme standard interne. La fibre a ensuite été exposée à l'espace de tête des souches pendant 15 min à 30°C et insérée dans le port d’injection à 250°C pendant 2 min. Les métabolites ont été séparés par chromatographie en phase gazeuse (GC) à l'aide d'une colonne ZB-5MSI (30m * 0,32mm * 0,25 µm d'épaisseur de film), couplée à un spectromètre de masse (Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra). Le gaz vecteur (H 2 ) a été réglé à un débit de 1,4 mL.min -1 . La température de la colonne a été maintenue à 45°C pendant 2 min et a été portée à 230°C à raison de 4°C.min -1 . Cette température a été maintenue pendant 5 min avant la fin. Les composés organiques volatils ont été identifiés en comparant leurs spectres de masse et leur indice de Kovats expérimental avec la base de données NIST (www.chemdata.nist.gov).
PCR en colonie La PCR de colonie a été réalisée en utilisant des cellules fraîches comme modèle amplifiable. Les cellules ont été prélevées directement d'une colonie de levure fraîche à l'aide d'une anse de 1µL. Les cellules ont été mises en suspension dans 100µL de mélange réactionnel PCR contenant 0,5µM d'amorces ITS1 (5' TCCGTAGGTGAACCTGCGG 3') ou NL1 (5′-GCATATCAATAAGCGGAGGAAAAG), 0.5 µM d'amorce ITS4 (5' -TCCTCCGCTTATTGATATGC 3') ou NL4 (5′-GGTCCGTGTTTCAAGACGG), 200 µM de chaque désoxynucléotide, 1 x de tampon et 2,5 unités d'ADN polymérase (Qiagen). Les conditions de PCR étaient les suivantes : dénaturation initiale à 95°C pendant 5 min ; 35 cycles de dénaturation à 94°C pendant 1 min, 1 min de recuit des amorces à 55,5°C pendant 1min,1 min d'extension à 72°C, et une extension finale à 72°C pendant 10min.
Les produits PCR ont été analysés par électrophorèse sur des gels d'agarose à 2%, avec un tampon TAE 1 x à 100V pendant 20 min. Les gels ont été colorés avec du Midori Green (Nippon Genetics Europe) et visualisés sous lumière UV. Les tailles ont été estimées par comparaison avec une échelle d'ADN de 1 kbp (1 kbp ladder, Gene O'ruler, ThermoFischer). L'identification des souches a été réalisée par séquençage des produits PCR obtenus par Eurofins Genomics (Allemagne). Les séquences ont été analysées en utilisant BLAST au NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/blast).
Analyse statistique Les données expérimentales ont été soumises à une analyse factorielle (méthode d'analyse en composantes principales) et à une analyse en grappes (méthode de Ward) à l'aide du logiciel XLStat Applied Sensory (2020.1.3)
II - Résultats et discussion Sélection de souches à forte capacité de production de COV
En 2015, Grondin et ses collègues ont montré que les esters α-insaturés étaient produits par S. suaveolens par estérification de l'intermédiaire énoyl-CoA de la voie de la β-oxydation des acides aminés à chaîne ramifiée (Grondin et al ., 2015). Le catabolisme de l'intermédiaire énoyl-CoA par la voie de la β-oxydation conduit à la production d'acétyl-CoA qui peut ensuite être métabolisé via le cycle TCA et le shunt glycoxylique. Cette propriété spécifique du métabolisme de S. suaveolens a été utilisée comme base pour le développement d'une méthode de sélection utilisant la capacité des levures à se développer sur des milieux contenant uniquement des acides aminés à chaîne ramifiée (isoleucine, leucine et valine) comme seule source de carbone (souches ILV+). En faisant l'hypothèse que cette méthode permettrait de sélectionner des souches surproduisant des esters α-insaturés, nous avons recherché des souches ILV+ parmi les 119 souches isolées des fèces d'animaux sauvages, tout en utilisant S. suaveolens et S. cerevisiae comme contrôle positif et négatif respectivement. De manière surprenante, nous avons constaté que 43 des 119 souches testées présentaient les critères ILV+.
Les volatilomes des souches sélectionnées, c' est-à-dire les composés organiques volatils produits par toutes les souches ILV+ (43 souches isolées des fèces et le témoin positif S. suaveolens S0) ont été extraits par microextraction en phase solide de l'espace de tête, et analysés par chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur de spectrométrie de masse (HS-SPME-GC/MS) après 48h de croissance sur un milieu YPD à 30°C. Parmi les 43 souches ILV+, 21 souches, à savoir S4, S17, S22, S28, S33, S40, S44, S58, S60, S62, S63, S65, S72, S78, S92, S97, S117, S121, S123, S124 et S125, n'ont produit aucun COV. Cela suggère que pour ces souches, la voie d’Ehrlich est inactive. De plus, cela démontre que l'assimilation de l'isoleucine, de la leucine et de la valine dans la voie de la β-oxydation ne peut pas être strictement liée à la production d'arômes. Un total de 50 COV différents a été détecté dans le volatilome des 22 souches restantes et de S. suaveolens . Ces COV ont été classés en quatre catégories, à savoir les acides, les alcools, les esters et les esters α-insaturés.
Une autre authentification AUTH_2 peut être mise en œuvre entre le terminal utilisateur et le dispositif de communication, de sorte que seul un terminal autorisé soit capable de récupérer les informations mémorisées dans le dispositif de communication.
10 : capteur d’humidité
12 : substrat de support
14 : première face
16 : deuxième face
18 : électrodes
20 : moyens de détection
22 : circuit imprimé électrique
24 : résine d’encapsulation
26 : trou métallisé
28 : orifice traversant
30 : couple d’électrodes
32 : antenne
34 : antenne
36 : liquide
Un des buts de la présente invention est de proposer une pompe à vide turbomoléculaire résolvant au moins partiellement un inconvénient de l’état de la technique.
A cet effet, l’invention a pour objet une pompe à vide turbomoléculaire comportant un stator et un rotor configuré pour tourner dans le stator, des rainures hélicoïdales étant ménagées dans un stator haute pression du stator en regard d’une jupe Holweck du rotor, caractérisée en ce que la pompe à vide comporte en outre au moins une tige chauffante comportant au moins une partie de maintien et une partie chauffante par effet Joule lorsque la tige chauffante est alimentée électriquement, la partie de maintien formant une gaine des fils électriques d’alimentation de la partie chauffante, au moins un conduit de connectique étant au moins en partie ménagé dans le stator haute pression pour le passage de la partie de maintien, la partie chauffante étant reçue le long d’au moins une rainure hélicoïdale du stator haute pression.
En fonctionnement, les parties chauffantes rayonnent dans l’infrarouge à des températures supérieures ou égales à 200°C dans le chemin de pompage des gaz lorsqu’elles sont alimentées électriquement. Les surfaces internes de la pompe à vide dans le chemin des gaz pompés, en général réfléchissantes, réfléchissent la chaleur rayonnée en l’absence de dépôt tandis que les dépôts, en général en matériau organique et de plus forte émissivité, supérieure à 0,5, absorbent la chaleur. Les dépôts absorbent donc plus de chaleur et leur température s’élève plus que les parois de la pompe à vide. La chaleur réfléchie par les parois internes de la pompe à vide revient en outre sur les parties chauffantes des tiges chauffantes ou sur les dépôts. Les dépôts chauffés à haute température peuvent alors être évaporés et entrainés sous forme gazeuse vers l’orifice de sortie sans surchauffe du rotor ou des parois internes du stator. Dès que l’épaisseur du dépôt est suffisamment faible pour ne plus absorber les rayonnements infrarouges, ceux-ci sont réfléchis par les parois de la pompe à vide. L’élimination des dépôts peut donc être réalisée de manière automatique, sans pilotage ou cyclage du chauffage qui peut rester à haute température. Le chauffage est en outre ciblé et donc efficace, sans être nuisible pour l’intégrité du rotor.
L’agencement des parties chauffantes des tiges chauffantes dans les rainures hélicoïdales permet de réchauffer les dépôts par rayonnement et de les évaporer bien avant l’échauffement du stator haute pression. Les parties chauffantes des tiges chauffantes sont en outre situées du côté haute pression du stator de la pompe à vide dans la direction de circulation des gaz, c’est à dire dans un emplacement où la pression est la plus élevée et où le risque de dépôt est plus grand. Les parties chauffantes prennent peu de place dans les rainures hélicoïdales et ne perturbent pas le pompage moléculaire du fait qu’elles suivent la courbure des rainures hélicoïdales. Seules les parties chauffantes chauffent dans la zone dans laquelle circulent les gaz pompés. Les parties de maintien reçues dans les conduits de connectique ne sont pas chauffées et ne sont donc pas susceptibles d’entrainer la fonte ou l’endommagement des fils électriques d’alimentation du fait des hautes températures. Il est alors possible de garantir une bonne tenue mécanique du stator haute pression et une isolation thermique suffisante pour permettre aux tiges chauffantes de monter en température et de rayonner dans le chemin d’écoulement des gaz pompés.
La pompe à vide turbomoléculaire peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison.
La pompe à vide comporte par exemple entre une et douze tiges chauffantes.
Chaque tige chauffante est formée d’au moins une partie de maintien à une extrémité, accolée à une partie chauffante. La partie de maintien est « non chauffante », c’est-à-dire qu’elle est configurée pour présenter une température inférieure à 150°C lorsque la tige chauffante est alimentée électriquement. La partie chauffante comporte une résistance électrique configurée pour présenter une température de surface supérieure ou égale à 200°C lorsque la tige chauffante est alimentée électriquement.
Les tiges chauffantes comportent par exemple une gaine réalisée dans un matériau résistant aux gaz pompés potentiellement corrosifs, tel qu’une gaine en alliage, tel qu’en acier inoxydable ou une gaine en nickel.
Les fils électriques d’alimentation peuvent être uniquement reliés d’un côté de la tige chauffante, du côté de la partie de maintien. L’extrémité de la partie chauffante est alors laissée libre, ou autrement dit, n’est pas reliée électriquement, la résistance électrique formant une boucle dans la gaine reliée aux fils électriques d’alimentation du côté de la partie de maintien.
En solution alternative, les fils électriques d’alimentation peuvent être reliés deux côtés de la tige chauffante, chaque extrémité de la tige chauffante comportant une partie de maintien. Dans ce cas, seule la partie chauffante centrale peut chauffer avec efficacité son environnement par rayonnement infrarouge.
Le(s) conduit(s) de connectique est/sont par exemple ménagé(s) dans une extrémité du stator haute pression, par exemple sur un pourtour annulaire plan du stator haute pression, par exemple du côté de l’entrée du stator haute pression où entrent les gaz à pomper. Lorsqu’il y a plusieurs conduits de connectique, ils sont par exemple régulièrement répartis sur la périphérie de cette extrémité du stator haute pression.
Selon un exemple de réalisation, la pompe à vide comporte au moins autant de tiges chauffantes que le stator haute pression comporte de rainures hélicoïdales, au moins une partie chauffante étant reçue dans une rainure hélicoïdale associée respective.
Selon un autre exemple de réalisation, la partie chauffante est reçue le long d’au moins deux rainures hélicoïdales.
La partie chauffante s’étend de préférence au-delà de la rainure hélicoïdale du stator haute pression, dans un espace annulaire de refoulement situé entre une sortie du stator haute pression et un orifice de refoulement de la pompe à vide et/ou dans un étage turbomoléculaire de la pompe à vide. Il est alors possible de chauffer également l’espace annulaire de refoulement et/ou l’étage turbomoléculaire, par rayonnement radiatif.
La pompe à vide peut également comporter au moins une tige chauffante additionnelle comportant au moins une partie de maintien et une partie chauffante par effet Joule lorsque la tige chauffante additionnelle est alimentée électriquement, la partie de maintien formant une gaine des fils électriques d’alimentation de la partie chauffante. La partie de maintien de la tige chauffante additionnelle est située dans au moins un conduit de connectique, la partie chauffante étant reçue dans l’espace annulaire de refoulement situé entre une sortie du stator haute pression et un orifice de refoulement de la pompe à vide et/ou dans un étage turbomoléculaire de la pompe à vide. On prévoit par exemple que les parties de maintien d’au moins une tige chauffante et d’au moins une tige chauffante additionnelle soient reçues dans un même conduit de connectique.
Une gorge peut être ménagée dans un fond de la rainure hélicoïdale pour recevoir la partie chauffante.
En effet, l’épaisseur hors plan du substrat 3 pour des applications dans l’aéronautique notamment lorsque le thermocouple est disposé sur une aube d’une turbomachine doit être inférieure à 50µm afin de ne pas perturber le flux aérodynamique