INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’hydrogène est un vecteur énergétique qui joue un rôle croissant dans la décarbonation de différents secteurs, notamment les transports et l’industrie. L’hydrogène peut être produit à partir de la réaction de reformage du gaz naturel (dans des fours SMR – « Steam Methane Reforming » ou reformage de méthane à la vapeur d’eau) ou par électrolyse de l’eau. L’électrolyse de l’eau a l’avantage de ne pas produire de gaz à effet de serre mais consomme beaucoup d’électricité (décarbonée si possible). Dans les SMR, la production d’hydrogène s’accompagne d’une production importante de CO2. Une unité de capture CO2 peut être ajoutée à un SMR afin de réduire l’empreinte carbone de la production d’hydrogène par SMR. La capture de CO2 (e.g. traitement et liquéfaction CO2 pour usage alimentaire ou pour séquestration) peut être réalisée par voie cryogénique ou par voie non cryogénique (par exemple, lavage aux amines).
Les fumées sont extraites du four SMR via une conduite et traversent ensuite un certain nombre d’échangeurs dont le but est de récupérer une partie de la chaleur des fumées, puis les fumées sont aspirées par une soufflante (ou “blower” en anglais) et envoyées via une cheminée (ou “stack” en anglais) vers l’air extérieur. Dans ce cas, il n’y a pas de capture de CO2.
Lorsqu’on connecte une unité de traitement ou de capture CO2 en sortie d’un SMR, il est important de garantir que des perturbations sur l’unité aval n’engendrent pas de mode défaut du SMR en amont. De plus, dans le cas où plusieurs SMR sont connectés à une même unité aval de traitement, une perturbation ou le mode défaut d’un SMR ne doit pas engendrer le mode défaut des autres SMR. Sur un SMR sans capture CO2, la pression en aval de la soufflante est imposée par la pression atmosphérique du fait que la soufflante est reliée fluidiquement à l’air extérieur via la cheminée. Cette pression est donc stable et permet un contrôle fin par la soufflante de la pression dans le four SMR.
Il existe un besoin pour traiter la quasi-totalité de la fumée sortant par exemple d’un SMR, notamment pour réduire l'empreinte carbone des unités industrielles produisant une fumée contenant du CO2.
L’invention a ainsi pour objet un procédé de traitement d’une fumée produite dans au moins une unité amont fonctionnant à une pression de fonctionnement nominale, cette fumée contenant de 5% à 90% molaire de dioxyde de carbone (CO2) en base humide et étant à une pression comprise entre 0.5 et 2 bar absolu, préférentiellement entre 0.9 et 1.1 bar absolu, ce procédé comportant les étapes suivantes :
traiter par au moins une unité aval de traitement la totalité ou la quasi-totalité du courant de fumée provenant de l’unité amont ou des unités amont, pour produire, à partir de ladite fumée, un courant gazeux ou liquide riche en CO2 qui contient plus de 50% molaire, de préférence plus de 75%, voire plus de 95% molaire de CO2, permettre que le courant de fumée communique, entre l’unité amont et l’unité aval, via une ligne de sortie, avec une cheminée débouchant sur l’atmosphère, et cette ligne de sortie est laissée ouverte ou partiellement ouverte en fonctionnement nominal de sorte à permettre d’équilibrer la pression dans le courant de fumée à la pression atmosphérique.
L’invention présente divers avantages :
- un signal optique d’une fibre optique est non dégradé par la technique d’impression auditive ; - la technique selon l’invention peut être adaptée à tout type d’objet que l’on voudrait réaliser par fabrication additive métallique ; - elle permet, grâce au capteur intégré selon l’invention, de mesurer une pièce dans laquelle celui-ci est intégré.
PROCEDE D’ASSEMBLAGE PAR BRASAGE D’UNE PIECE EN CERAMIQUE DE GRENAT DE GALLIUM SUR UNE PIECE METALLIQUE OU SUR UNE AUTRE PIECE EN CERAMIQUE DE GRENAT DE GALLIUM La présente invention se rapporte au domaine général des procédés d’assemblage.
L’invention concerne un procédé d’assemblage hétérogène d’une pièce en grenat de gallium et d’une pièce en cuivre ainsi qu’un procédé d’assemblage homogène de deux pièces en grenat de gallium.
L’invention concerne également un assemblage comprenant une première pièce en grenat de gallium et une deuxième pièce en cuivre ou en grenat de gallium.
L’invention concerne également un dispositif de refroidissement, par exemple un réfrigérateur à désaimantation adiabatique comprenant un tel assemblage.
L’invention est particulièrement intéressante puisqu’elle permet de fabriquer des assemblages homogènes ou hétérogènes ayant des interfaces fortes et donc présentant de bonnes propriétés mécaniques.
L’invention trouve des applications dans de nombreux domaines industriels, et notamment dans le domaine de l'énergie, du spatial et de la cryogénie.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE L’utilisation de matériau paramagnétique, et notamment l’utilisation de grenat sous forme cristalline ou sous forme de céramique, est particulièrement intéressante pour fabriquer des dispositifs de refroidissement. L’effet frigorifique est obtenu en associant le matériau paramagnétique (dit magnétocalorique) à un champ magnétique externe variable.
Généralement, le matériau paramagnétique est assemblé à un élément métallique (bus thermique) pour améliorer la conduction thermique et le fonctionnement du dispositif.
Dans le document EP 3 671 065 A1, il est indiqué que l’assemblage d’une céramique de grenat de gallium et d’une pièce métallique en cuivre peut être réalisé par collage avec une colle époxy ou par brasage. L’utilisation d’une colle époxy est simple à mettre œuvre, mais la conductivité thermique de l’assemblage obtenu n’est pas suffisante pour des dispositifs de refroidissement. Ce document ne décrit pas le procédé de brasage ni la brasure pouvant être utilisée.
Le brasage d’un système hétérogène céramique/métal peut être abordé suivant deux approches.
La première approche consiste à métalliser la céramique afin de faciliter son mouillage par l’alliage d’apport ou brasure. Toutefois, le processus de métallisation de la céramique est complexe et couteux, puisqu’il se fait en plusieurs étapes alternant dépôts et traitements thermiques.
La seconde approche consiste à réaliser un brasage dit actif. Ce type de brasage utilise une brasure contenant un élément réactif (tel que Ti, Zr) qui favorise le mouillage de la céramique. L’avantage du brasage actif réside dans le fait qu’il ne nécessite qu’une seule étape et donc qu’un seul cycle de traitement thermique.
Par exemple dans l’article de S. Gambaro et al. (‘ Brazing transparent YAG to Ti6Al4V: reactivity and characterization ’, Journal of the European Ceramic Society 36 (2016) 4185–4196), un grenat d’Aluminium est brasé avec une pièce en alliage Ti6Al4V. Ce brasage est mis en œuvre sous flux d’argon à des températures comprises entre 850°C et 1050°C avec les brasures suivantes : Ag, eutectique AgCu à 780°C et AgCuTi de composition 70,5% Ag 26,5%Cu et 3%Ti (% en poids). Cette étude vise à assembler des fenêtres optiques étanches au vide pour une application dans la marine.
Cependant, l’une des difficultés majeures liées au brasage impliquant le grenat de gallium ytterbium à des températures supérieures à 800°C est la variation de son taux d’oxygène même lorsqu’il est traité en atmosphère inerte, en atmosphère réductrice ou sous vide secondaire. L’oxygène libéré lors du procédé de brasage peut modifier la pression partielle d’oxygène et donc influencer les réactions chimiques à l’interface métal/grenat. Cette particularité est aussi présente chez certains grenats d’aluminium. Cependant, elle s’opère à plus haute température (typiquement vers 1200°C).
Selon l’un des aspects de l’invention, sont prévus un dispositif élévateur de pression capable d’élever la pression du courant gazeux de fumée entre l’unité amont et l’unité aval et/ou un dispositif de vanne disposé entre l’unité amont et l’unité aval et ayant une section de passage variable pour le courant de fumée, pour réguler le débit de fumée entre l’unité amont et l’unité aval.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif élévateur de pression comporte un compresseur ou une soufflante et la vitesse de rotation de ce compresseur ou de cette soufflante est contrôlable par une unité de contrôle notamment pour être augmentée, respectivement diminuée, pour réguler le débit de fumée dans le sens d’une augmentation, respectivement d’une diminution.
Le fait de mesurer les débits de gaz, par exemple d’air et de méthane et éventuellement de gaz d’échappement d’un PSA entrant dans l’unité amont, permet d’anticiper des variations de débit de fumée à la sortie de l’unité amont et/ou des variations de pression dans cette unité amont. Cette anticipation permet de mieux réguler le débit à traiter dans l'unité aval et d’éviter des modes défaut pouvant conduire à l’arrêt de l’unité amont et/ou de l’unité aval, notamment lorsque la quasi-totalité des fumées sont traitées dans l’unité aval.
Cette anticipation vient compléter le contrôle de la pression en sortie de l’unité amont et/ou le contrôle sur le débit des fumées à l’unité aval, en vue d’une régulation efficace, sans attendre par exemple de détecter une augmentation de pression qui peut s’avérer problématique, du fait du temps de réaction du système et de sa sensibilité à une variation de pression.
Dans une manière de faire différente, le débit de fumée entre l’unité amont et l’unité aval de traitement est, en fonctionnement nominal, isolé de l’atmosphère, notamment isolé d’une cheminée dans laquelle de la fumée provenant de l’unité amont peut être envoyée en cas de nécessité.
Dans cet exemple, un dispositif de vanne est disposé sur une ligne de sortie qui communique entre une cheminée et une ligne de circulation de fumée entre l’unité amont et l’unité aval, ce dispositif de vanne étant agencé pour être fermé pour isoler la cheminée de la ligne de circulation de fumée entre l’unité amont et l’unit aval.
Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif de vanne comprend une vanne papillon telle qu’une vanne papillon de type Damper.
réguler le débit de fumée vers l’unité aval de traitement en vue de maintenir la pression de fonctionnement en sortie de l’unité amont à la pression de fonctionnement nominale, la pression de fonctionnement nominale étant notamment régi par la pression atmosphérique.
De préférence, la pression de fonctionnement nominale correspond à la pression atmosphérique.
mesurer la pression dans le débit de gaz entre l’unité amont et l’unité aval, notamment la pression en sortie de l’unité amont, cette mesure de pression étant une information de prédiction, réguler le débit de fumée en fonction de cette mesure de pression, en vue de maintenir la pression de fonctionnement en sortie de l’unité amont à sa valeur nominale.
Selon l’un des aspects de l’invention, l’unité aval comporte un compresseur, notamment un compresseur dont l’entraînement est au moins partiellement transmis par un moteur électrique, et la vitesse de rotation de ce compresseur est contrôlable par une unité de contrôle, notamment pour être augmentée, respectivement diminuée, pour réguler le débit de fumée entrant dans l’unité aval dans le sens d’une augmentation, respectivement d’une diminution, afin de faire baisser, respectivement faire augmenter, la pression de fonctionnement dans l’unité amont.
Dans le cas où le débit de fumée entre l’unité amont et l’unité aval de traitement est, en fonctionnement nominal, isolé de l’atmosphère, la pression dans l’unité amont ne peut pas s’équilibrer avec la pression atmosphérique. Dans ce cas, il est possible de s’assurer que la pression de fonctionnement nominale de l’unité amont soit maintenue, à un intervalle de tolérance près, par exemple de quelques millibars. En effet, pour des raisons de sécurité, lorsque la pression de fonctionnement de l’unité amont sort de cet intervalle de tolérance, une séquence d’alarme peut s’engager et l’unité amont peut potentiellement subir un arrêt d’urgence, ce qui est, bien entendu, à éviter.
Lorsque l’unité amont comporte une soufflante pour évacuer le débit de fumée, la pression de refoulement de la soufflante n’est pas imposée par la pression atmosphérique (puisqu’isolé de l’atmosphère) mais par la pression d’aspiration de l’unité aval. Une perturbation ou un mode défaut, par exemple un arrêt d’urgence, de l’unité aval peut alors provoquer un mode défaut de l’unité amont, laquelle unité amont présente une grande sensibilité dans le sens où les écarts tolérés par rapport à la pression de fonctionnement nominale sont très faibles. Le contrôle de la pression de fonctionnement de l’unité amont est ainsi à faire de manière réactive grâce à la régulation du débit de fumée.
Le fait d’isoler le débit de fumée de l’atmosphère, notamment de la cheminée, permet en outre de supprimer ou limiter fortement des entrées d’air dans les fumées via la cheminée. Ceci permet de garantir que la totalité ou quasi-totalité de la fumée soit traitée dans l’unité aval de traitement, et éviter que de l’air extérieur qui s’ajouterait au débit de fumée à traiter n’entraîne un besoin de capacité supplémentaire de traitement dans l’unité aval du fait de ce surplus de débit d’air indésirable. De plus, il est évité que de la fumée ne s’échappe dans l’atmosphère via la cheminée.
Selon l‘un des aspects de l’invention, le procédé comporte les étapes suivantes :
mesurer au moins un débit de gaz entrant dans l’unité amont, notamment le débit des différents gaz entrant dans l’unité amont qui représentent au moins 80% de la totalité des gaz entrant dans l’unité amont, ces débits mesurés faisant partie d’une information de prédiction de la variation d’un débit de fumée sortant de l’unité amont, réguler le débit de fumée entre l’unité amont et l’unité aval en fonction de l’information de prédiction que sont ce ou ces débits mesurés, notamment en augmentant le débit de fumée sortant de l’unité amont en aspirant davantage la fumée, notamment en augmentant la section de passage d’un dispositif de vanne et/ou en augmentant la vitesse de rotation du compresseur ou de la soufflante et/ou en modifiant la position d’un aubage variable du compresseur ou de la soufflante.
Pour réduire la quantité d’air entrant dans l’unité aval, la régulation consiste notamment à diminuer la section de passage d’un dispositif de vanne et/ou à réduire la vitesse de rotation du compresseur ou de la soufflante et/ou à modifier la position de l’aubage variable du compresseur ou de la soufflante. Pour réduire la quantité de fumée qui s’échappe dans l’atmosphère, la régulation consiste notamment à augmenter la section de passage d’un dispositif de vanne et/ou à augmenter la vitesse de rotation du compresseur ou de la soufflante et/ou à modifier la position de l’aubage variable.
Selon l‘un des aspects de l’invention, il est pris en compte un mode défaut ou une perturbation ou une alarme du dispositif amont pour réguler le débit de fumée arrivant dans l’unité aval de traitement, une information de prédiction de la variation d’un débit de fumée sortant de l’unité amont étant alors la détection ce mode défaut ou cette perturbation ou cette alarme.
Selon l‘un des aspects de l’invention, l’unité amont de traitement comporte un dispositif d’adsorption par modulation de pression, ou en anglais « Pressure Swing Adsorption » (PSA), et il est pris en compte un mode défaut ou une perturbation ou une alarme de ce dispositif PSA pour réguler le débit de fumée arrivant dans l’unité aval de traitement, une information de prédiction de la variation d’un débit de fumée sortant de l’unité amont étant alors la détection ce mode défaut ou cette perturbation ou cette alarme.
Selon l‘un des aspects de l’invention, l’unité amont ou l’une au moins des unités amont est une unité de reformage de méthane à la vapeur d’eau (SMR).
Selon l‘un des aspects de l’invention, l’unité aval comporte une ou plusieurs unités de purification du CO2 par voie cryogénique, ou une unité ou plusieurs unités de lavage aux amines.
Selon l‘un des aspects de l’invention, les unités amont et unités aval sont connectées à un même réseau de fumée.
Selon l’un des aspects de l’invention, le procédé comporte les étapes suivantes:
traiter par une unité aval de traitement la totalité ou la quasi-totalité du courant de fumée provenant de l’unité amont ou des unités amont, pour produire, à partir de ladite fumée, un courant gazeux ou liquide riche en CO2 qui contient plus de 50% molaire, de préférence plus de 75% voire 95% molaire de CO2, détecter une information de prédiction de la variation d’un débit de fumée sortant de l’unité amont, réguler le débit de fumée entre l’unité amont et l’unité aval de traitement en fonction de cette information de prédiction.
L’invention permet, grâce à cette régulation de débit de la fumée, d’agir sur la pression de fonctionnement de l’unité amont et/ou d’agir sur la proportion de fumée qui est traitée par l’unité aval, comme cela est expliqué plus bas.
Comme la quasi-totalité de la fumée sortant de l’unité amont est traitée dans l’unité aval, le débit de fumée a un impact sur le fonctionnement de l’unité amont, notamment avec un risque d’avoir des modes défaut de l’unité amont. L’invention permet ainsi d’éviter ce type de déclenchement de mode défaut, pouvant conduire à un arrêt non souhaité de l’unité amont. L’invention propose ainsi d’utiliser une anticipation rendue possible grâce à l’information de prédiction de la variation d’un débit de fumée sortant de l’unité amont.
mesurer au moins un débit de gaz entrant dans l’unité amont, notamment le débit des différents gaz entrant dans l’unité amont qui représentent au moins 80% de la totalité des gaz entrant dans l’unité amont, ces débits mesurés faisant partie de l’information de prédiction, réguler le débit de fumée entre l’unité amont et l’unité aval en fonction de ce ou ces débits mesurés, notamment en augmentant le débit de fumée sortant de l’unité amont en aspirant davantage la fumée.
Cependant, l’intégration de capteurs par fabrication additive est très complexe. Une technique d’intégration connue est décrite dans le document de Stoll, P. et al. intitulé: “Embedding fibre optical sensors into SLM parts’, in: 27th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, pp. 1815–1825 (2016). Mais les contraintes de l’impression dégradent fortement le capteur et conduisent souvent à sa destruction.
D’autres solutions connues consistent à protéger des capteurs à fibre (comme des réseaux de Bragg) par des couches denses de matériaux comme le Chrome/Nickel ; voir à ce sujet, notamment, l’article de Dirk Haverman et al., intitulé : “Embedding optical fibers into stainless steel using laser additive manufacturing”, ICALEO 2013, 381 (2013); doi: 10.2351/1.5062904.
Ces solutions connues sont complexes, leur mise en œuvre a un coût élevé, et elles impliquent un grand isolement du capteur (fibre) par rapport à l’environnement de mesure ; elles introduisent ainsi des erreurs de mesure considérables.
Un problème qui se pose donc est de trouver un capteur capable de résister à un procédé de fabrication additive (haute température, contrainte mécanique, haute densité laser…) et/ou de minimiser sa dégradation afin d’obtenir des bonnes performances de mesure durant et après l’intégration.
Un autre problème est l’optimisation des paramètres d’un procédé d’intégration d’un tel capteur ; particulier, si une technique d’impression additive est mise en œuvre, il convient de trouver les paramètres tels que la vitesse et la stratégie de balayage, et/ou la puissance du laser, et/ou les paramètres concernant la géométrie d’intégration, c’est – à – dire la forme de la pièce dans laquelle la fibre va venir se positionner avant l’intégration (demi-cercle, rectangle…).
Encore un autre problème réside dans le choix, l’adaptation et l’optimisation d’un capteur et de la technique de mesure correspondante (choix des matériaux, choix du capteur, principe physique de la mesure …).
Encore un autre problème est de trouver un procédé de réalisation qui soit rapide : les techniques connues sont longues, il faut par exemple au moins 24h pour réaliser le dépôt de nickel autour de la fibre mise en œuvre dans la technique décrite dans l’article de P.Stoll et al. mentionné ci-dessus.
L’invention vise à résoudre tout ou partie de ces problèmes.
Elle concerne d’abord un procédé d’intégration d’un capteur dans une pièce métallique, comportant : a) - la réalisation par impression additive, d’une première partie de la pièce, comportant un volume d’accueil d’un capteur, ce volume ayant une largeur supérieure à celle du capteur ; b) - le dépôt du capteur dans ledit volume d’accueil ; c) - la réalisation par impression additive d’une deuxième partie de la pièce, recouvrant le capteur et la formation d’un bain de fusion dans le volume d’accueil, de part et d’autre du tube métallique du capteur.
Le métal du bain de fusion va permettre, en refroidissant, d’accrocher le capteur aux parois du volume d’accueil.
Le capteur peut être ou comporter par exemple un capteur optique, comportant par exemple une cavité Fabry-Pérot, ou un réseau de Bragg, ou une fibre optique, par exemple pour la mesure de la température et/ou des contraintes et/ou d’une dose de radiation, par exemple par réflectométrie, et/ou un capteur de température et/ou un capteur chimique à base de fibre optique pour la mesure des gaz, et/ou du PH, et/ou de la corrosion. Le capteur peut également être ou comporter un capteur à fibre optique basée sur la diffusion Rayleigh ou Raman. Par exemple il comporte une fibre optique et éventuellement un miroir dans un tube.
Une fibre optique peut être revêtue d’un revêtement, par exemple en Al ou Au ou Cu, d’épaisseur inférieure à 20 µm.
L’impression additive peut être réalisée en balayant la surface d’un lit de poudre, comportant le volume d’accueil. L’impression additive peut être réalisée par fusion laser sur lit de poudre, ou fusion laser de fil ou projection de poudre sur laser (technique dite « DED ») ou par impression additive par faisceau d’électrons, ou par DED (« Directed Energy Deposition », ou « dépôt sous énergie concentrée »).
Par exemple, un laser balaye la surface des couches successives d’un lit de poudre.
Le volume d’accueil peut avoir une forme convexe, il a par exemple la forme d’un canal dans lequel le capteur peut être déposé.
L’impression additive peut mettre en œuvre, lors de l’étape c) : - le dépôt de couches de poudre métallique balayées par un laser, de manière perpendiculaire à une direction d’extension du capteur; - au moins un balayage, par faisceau laser, de la surface de la première couche qui recouvre le capteur et selon une direction parallèle à direction d’extension de celui-ci.
L’espace entre la pièce et la paroi peut être rempli tout ou partie (ou non) par une matière de remplissage (organique et/ou inorganique) éventuellement adhésive (notamment résine, notamment polymère réticulé, monocomposant ou bicomposant par exemple polyuréthane bicomposant, époxy, acrylate etc). L’épaisseur de cette matière est par exemple inférieure à l’épaisseur de la deuxième feuille et/ou de la pièce.
Il peut s’agit d’une matière identique ou similaire à celle pour la matrice réticulée (cas a) de la couche masquante selon l’invention.
Le vitrage peut comporter un insert entre la paroi du trou traversant et la pièce notamment insert fermé si le trou traversant est fermé. Un insert (annulaire, de type bague etc) par exemple en matière souple, polymère (polycarbonate etc) peut être logé, monté sur (notamment collé ou en force) sur la paroi de la deuxième feuille de verre :
-pour servir de renfort mécanique,
-et/ou pour la fixation d’une pièce ou d’un module optique entre la pièce et le système de vision infrarouge (LIDAR),
cet insert pouvant s’étendre au-delà du trou traversant, notamment sur la face F4.
L’insert selon l’invention est de préférence espacé du système de vision infrarouge (LIDAR) et ne sert pas à sa fixation.
Le (premier) trou traversant est par exemple fermé (par opposition à débouchant comme une cavité pratiquée dans la tranche de la deuxième feuille) notamment espacé de la tranche de la deuxième feuille d’au moins 2cm, 5cm, 10cm ou plus encore.