INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
la figure 4a représente une première coupe H2 d’une aube de stator de la turbomachine de la et la figure 4b représente une seconde coupe H1 de ladite aube de stator de la turbomachine de la ,
représente un troisième exemple de réalisation d’un assemblage d’une turbomachine sans carénage,
la figure 6a représente une première coupe H2 d’une aube de stator de la turbomachine de la et la figure 6b représente une seconde coupe H1 de ladite aube de stator de la turbomachine de la ,
Avantageusement, on effectue tout d’abord un étalonnage des signaux des jauges 16 sur un banc de test au cours duquel on mesure les valeurs fournies par les jauges en présence de contraintes prédéterminées. Pour cela, on exerce des efforts calibrés au moyen de deux vérins sur la machine 6 placée sur un banc d’étalonnage. Ce montage permet d’appliquer sur la machine des efforts identiques à ceux générés lors de son utilisation. La machine peut être à l’arrêt ou en fonctionnement. On acquiert alors les signaux fournis par les jauges 16. Cela permet d’obtenir une loi ou une table de correspondance donnant les efforts en fonction des signaux des jauges. Ensuite, sur la machine 6 en fonctionnement, notamment roulante, c’est-à-dire en utilisation, on recueille par les jauges une valeur de sollicitation ou de déformation, on consulte la table, et on obtient l’intensité de la sollicitation correspondante.
Le procédé permet d’identifier les roues qui sont plus ou moins chargées et de gérer la motricité (notamment en mode d’antipatinage). Il permet de connaitre l’état de charge du moteur et d’historiciser sa charge. Connaissant son endurance, on peut déterminer son vieillissement, c’est-à-dire son usure. On peut déterminer les charges vues par le moteur et estimer sa durée de vie pour gérer sa maintenance.
Machine de la figure 6 Dans le mode de réalisation de la , la machine comprend trois jauges 16 formant un triangle en vue depuis une extrémité de l’arbre 36 de la machine, comme sur la figure, l’arbre se trouvant dans le triangle. Les trois jauges 16 sont de préférence dans un même plan vertical perpendiculaire à l’axe Y-Y.
Cette disposition des jauges permet elle aussi une recomposition vectorielle des efforts vus par les jauges afin d’en déterminer la direction et l’intensité.
Machine de la figure 7 La montre plus en détail un exemple de réalisation d’une machine hydraulique 6 selon l’invention avec ses principaux constituants. Ses caractéristiques, sont applicables aux précédents modes de réalisation. Il en va de même pour les suivants,
La machine 6 comprend un carter 8 en deux parties 30, 32 fixées l’une à l’autre par des organes 34 tels que des vis. Elle comprend un arbre 36 dont un axe longitudinal forme l’axe Y-Y. La machine est globalement à symétrie de révolution autour de cet axe. Des paliers 20 servent au support de l’arbre monté mobile à rotation dans le carter 8. Les paliers 20 sont par exemple au nombre de deux et comprennent des roulements cylindriques ou tronconiques. Les deux paliers 20 sont en l’espèce en appui direct contre la partie 32 du carter.
La machine comprend un bloc-cylindres 38 présentant des logements 40 radiaux à l’axe, le bloc-cylindres étant solidaire en rotation de l’arbre 36. Des pistons 42 sont reçus dans les logements respectifs et montés mobile à coulissement radial à l’axe dans ces logements.
La machine comprend une came 44 rigidement fixée au carter 8 et qui présente une face interne formant une piste de roulement pour des galets reliés aux pistons respectifs 42. Les pistons sont en appui sur la came 44 par l’intermédiaire des galets. La piste présente des lobes dont l’alternance autour de l’axe correspond à un mouvement de va-et-vient des pistons lors de la rotation de l’arbre 36 par rapport au carter 8.
La machine comprend un distributeur 46 apte à mettre les logements 10 des pistons en communication avec un circuit de fluide à haute pression et avec un circuit de fluide à basse pression. Selon la commande qui lui est appliquée, la machine peut fonctionner en traction ou en retenue, c’est-à-dire fournir un couple de rotation positif ou négatif, et ce dans l’un au l’autre des deux sens de rotation possibles.
On trouvera une description plus détaillée de ces éléments de la machine dans la demande FR-2 796 886.
Le carter 8 est fixé au châssis 3 par sa bride 18 et l’arbre 36 est fixé à la roue 4 par sa propre bride 50. Les parties supérieure et inférieure de la figure présentent deux configurations différentes respectives de la bride 18 du châssis, respectivement reliée directement à la partie 30 du carter la plus éloignée de la roue et à sa partie 32 la plus proche de la roue.
La machine comprend au-dessus de l’axe Y-Y deux jauges 16 dont l’une est située au droit du pallier 20 le plus proche de la bride 50 de l’arbre et l’autre est située au droit d’une zone située entre les deux paliers 20. Elle comprend de préférence deux autres jauges symétriques des précédentes par rapport à l’axe Y-Y. Les quatre jauges sont dans le même plan vertical radial.
Le carter de la machine étant de forme globalement à symétrie de révolution, mais gauche, il est a priori difficile d’y placer des jauges qui sont portées par un support souple en forme de ruban. Elles ont naturellement une forme plate, et on peut également leur donner une flexion en forme d’arc sur une direction. Pour y remédier, comme illustré en partie supérieure de la , au moins certaines des jauges 16 s’étendent contre une facette 13 de forme plane ou cylindrique. La facette 13 est située dans une face du carter 8 ayant une forme autre qu’une forme plane ou cylindrique, par exemple conique. Ainsi, pour recevoir facilement ces jauges, des emplacements formant un plan ou une surface de cylindre sont usinés. Les surfaces gauches ou coniques du carter sont aménagées ainsi pour créer les emplacements de jauges désirés. Les autres machines présentées peuvent également recevoir ces aménagements. Les jauges peuvent former un ruban.
Machine de la figure 8 Dans cet exemple et le suivant, on ne présente que les différences entre l’exemple considéré et celui de la .
La machine comprend des disques formant un frein 52 de l’arbre 36 à l’encontre de sa rotation par rapport au carter. Les deux paliers 20 sont situés en l’espèce de part et d’autre du frein 52.
La machine comprend au-dessus de l’axe deux jauges 16 dont l’une est située au droit du pallier 20 le plus proche de la bride 50 de l’arbre et l’autre est située au droit du pallier 20 le plus éloigné de la bride 50 de l’arbre. Elle comprend de préférence deux autres jauges symétriques des précédentes par rapport à l’axe Y-Y.
Un réacteur DBD, ou à plasma DBD, implique un type spécifique de décharge en courant alternatif (CA) à la pression atmosphérique, fournissant un plasma non-équilibré, non-thermique, froid. Les principaux avantages du réacteur à plasma DBD sont sa capacité à produire un plasma hautement réactif à température ambiante avec une faible consommation d'énergie électrique et un temps de réponse court. Un gaz d’ammoniac peut alors être transformé en hydrogène et en azote (dihydrogène et diazote) dans un réacteur à plasma DBD avec des rendements élevés. A titre d'exemples pour l'utilisation du plasma non-thermique et plus particulièrement du réacteur à plasma DBD : M. El-Shafie a prouvé qu’un réacteur ''PPR'' (Plasma Plate Reactor) peut être utilisé à cette fin (M. El-Shafie et al, (2020), Hydrogen Production and Heat Transfer Distributions of Ammonia Decomposition in an Atmospheric Pressure Plasma Plate Reactor, Journal of Sustainable Development of Energy Water and Environment Systems). Le gaz ammoniac a été introduit entre deux électrodes à plaques parallèles. Du verre de quartz a été utilisé comme élément diélectrique avec une épaisseur de 2 mm. Une haute tension sinusoïdale (12-18 kV à 10 kHz) a été appliquée entre les deux électrodes. Le rendement en hydrogène a atteint 83% lorsque la distance entre les électrodes était de 4,5 mm. Le même auteur a étudié l'utilisation de la catalyse couplée au plasma pour améliorer le rendement de la production d'hydrogène. Des catalyseurs à base de zéolithe, de lithium ou de ruthénium ont permis de convertir le NH 3 en H 2 avec un taux supérieur à 99% (M. El-Shafie et al, Development of zeolite-based catalyst for enhancement hydrogen production from ammonia decomposition, Catalysis Today, 2021, ISSN 0920-5861).
L’avantage d’un tel module de conversion est qu’il permet de s’affranchir d’un besoin en chaleur élevée pour la conversion de l’ammoniac sous forme gazeuse en dihydrogène et diazote, contrairement aux méthodes classiques de craquage thermique pour lesquelles une chaleur importante est nécessaire, celle-ci dépendant du catalyseur utilisé.
Par « source de liquide comprenant de l’ammoniaque », il est entendu une source liquide dont la concentration en ammoniaque est supérieure à 0. Cependant, pour des raisons économiques et industrielles, une concentration minimale d’au moins 500 mg/l est préférée. La source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque selon la présente invention peut être un effluent d’une usine de traitement de l’eau, d’une exploitation industrielle, agricole ou tout autre effluent comprenant de l’ammoniaque. Notamment, la source liquide peut avoir subi des étapes préalables de transformation, de fermentation ou non. Par exemple, la source liquide 11 peut comprendre de l’urine fermentée, ou urine vieillie (connue en anglais sous le terme « lant ») mélangée ou non à un autre liquide, la fermentation augmentant la concentration en ammoniaque par décomposition de l’urée.
Encore plus préférentiellement, et pour des raisons économiques et industrielles, une concentration en ammoniaque d’au moins 3000 mg/l est préférée. Notamment, dans le cas d’une source liquide comprenant 500 mg/l d’ammoniaque, une source de chaleur fatale, par exemple des sites de production d’énergie émetteurs de chaleur, permettrait l’évaporation et permettrait d’atteindre une concentration économiquement réalisable. Tous les moyens permettant d’augmenter la concentration en ammoniaque d’une source liquide sont envisageables pour alimenter le système de la présente invention.
Ainsi, de manière optionnelle mais préférentielle, le système de traitement 10 d’une source liquide 11 de la présente invention comprend un module de concentration 16 de l’ammoniaque dans la source liquide. Ce module de concentration 16 permet d’augmenter la concentration en ammoniaque de la source liquide 11 de manière à rendre cette concentration suffisante pour que le traitement de la source liquide concentrée soit économiquement et industriellement intéressant.
Notamment, le module de concentration 16 de la présente invention peut comprendre un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou encore par électrodialyse. Une combinaison de ces modules peut également être mise en œuvre. Ces modules de filtration utilisées pour la présente invention, qui pourraient être appelés de manière interchangeable des modules de séparation membranaire, permettent notamment la séparation de matières dissoutes et ainsi l’obtention d’un flux concentré et d’un flux dilué, appelé également concentrat/rétentat et perméat respectivement.
La représente un système de traitement 20 d’une source liquide comprenant de l’ammoniaque, et optionnellement du phosphore, selon la présente invention. Le système de traitement de la comprend l’apport d’une source liquide 11 à un module d’extraction 12 sous forme d’ammoniac gazeux de l’ammoniaque compris dans la source liquide 11. L’ammoniac gazeux extrait est ensuite transféré vers un module de conversion 14 permettant la transformation de l’ammoniac gazeux extrait en diazote et dihydrogène 15, le module de conversion 14 étant un réacteur utilisant un plasma non-thermique couplé ou non à une catalyse, préférentiellement un réacteur DBD.
De manière optionnelle mais préférentielle, le système de traitement 20 d’une source liquide 11 de la présente invention comprend un module de concentration 16 de l’ammoniaque dans la source liquide, ce module de concentration 16 pouvant être un module de filtration par ultrafiltration, par nanofiltration, par osmose directe, par osmose inverse, ou encore par électrodialyse. Une combinaison de ces modules peut également être mise en œuvre.
Le système de traitement 20 d’une source liquide 11 selon la comprend également de manière optionnelle un module de purification et/ou de séparation 21 du diazote et du dihydrogène extrait par le module de conversion 14. Notamment, un tel module permet la réutilisation de dihydrogène sans diazote ou inversement.
Le système de traitement 20 d’une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore selon la peut comprendre de manière optionnelle un premier module de récupération 23 du phosphore compris dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11a après sa concentration par le module de concentration 16.
Par « comprenant du phosphore », il est entendu une source liquide dont la concentration en phosphore est supérieure à 0. Cependant, pour des raisons économiques et industrielles, une concentration minimale d’au moins 50 mg/l P-PO4 est préférée. La source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore selon la présente invention peut être un effluent d’une usine de traitement de l’eau, d’une exploitation industrielle, agricole ou tout autre effluent comprenant de l’ammoniaque et du phosphore. Notamment, la source liquide peut avoir subi des étapes préalables de transformation, de fermentation ou non. Par exemple, la source liquide 11 peut comprendre de l’urine fermentée, ou urine vieillie (connue en anglais sous le terme « lant ») mélangée ou non à un autre liquide, la fermentation augmentant la concentration en ammoniaque par décomposition de l’urée.
Encore plus préférentiellement, et pour des raisons économiques et industrielles, une concentration en ammoniaque d’au moins 150 mg/l est préférée. Tous les moyens permettant d’augmenter la concentration en phosphore d’une source liquide sont envisageables pour alimenter le système de la présente invention. Notamment le module de concentration 16 de la source liquide 11 peut permettre d’augmenter la concentration en ammoniaque et/ou en phosphore de manière à atteindre des concentrations économiquement et industriellement préférées.
Alternativement ou en complément, le système de traitement 20 d’une source liquide 11 comprenant de l’ammoniaque et du phosphore selon la peut comprendre de manière optionnelle un second module de récupération 24 du phosphore compris dans le liquide de décharge 13.
Le second module de récupération 24 du phosphore dans le liquide de décharge 13 permet la récupération du phosphore dans le liquide de décharge 13 par précipitation ou par cristallisation minérale ou métallique, pour la formation de struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, ou autres. Notamment les composés formés dépendent des matériaux disponibles pour les transformer avec le phosphore dans le liquide de décharge 13.
Le premier module de récupération 23 du phosphore permet la récupération du phosphore dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11a par précipitation ou par cristallisation minérale ou métallique, pour la formation de struvite, calcium phosphates, brushite, hydroxyapatite, ou autres. Notamment les composés formés dépendent des matériaux disponibles pour les transformer avec le phosphore dans la source liquide 11 ou la source liquide concentrée 11a.
Le premier module de récupération 23 du phosphore et/ou le second module de récupération 24 du phosphore permettent d’obtenir des éléments comprenant du phosphore, notamment des précipités ou des éléments cristallisés qui peuvent faire l’objet d’une réutilisation 25. Par réutilisation, il est entendu que le produit récupéré comprenant du phosphore, notamment un précipité ou un élément cristallisé, par le premier module de récupération 23 et/ou par le second module de récupération 24 du phosphore est exploité dans d’autres procédés, par exemple par emploi de la struvite formée comme engrais pour l’agriculture.
Cette méthode traditionnelle se poursuit par une deuxième étape, la dénitrification, qui comprend un processus anoxique dans lequel un groupe spécialisé de bactéries hétérotrophes (la plupart anaérobies facultatives) couple l'oxydation des substrats organiques à la réduction des nitrates en N 2 O ou N 2 . La dénitrification biologique peut être représentée comme suit (réaction globale) :
La digestion anaérobie est utilisée afin de traiter les eaux usées et les boues d’épuration. Des systèmes comprenant des digesteurs anaérobies produisent des liqueurs de digesteur, communément appelés centrats ou filtrats lorsqu’une séparation par centrifugation ou par filtration (avec par exemple un filtre à bande ou un filtre presse) est effectuée.
En fonction de la réglementation en vigueur, la limite d'autorisation de rejet de l'azote total a un impact significatif sur la configuration de la filière de traitement des eaux usées (charge élevée/moyenne/faible / aération prolongée). Plus la limite est basse, plus l'étape de nitrification et par conséquent les besoins en oxygène (par aération) sont longs et étendus. En outre, les faibles limites de rejet d'azote total sont difficilement réalisables par dénitrification biologique, nécessitant l'ajout d'une source de carbone exogène (carbonates, pour augmenter l’alcalinité, ou du méthanol) pour la post-dénitrification. Les exigences en matière de faible teneur en carbone nécessitent également la mise en œuvre d'un traitement tertiaire, car les traitements biologiques ne sont pas en mesure de traiter la matière organique récalcitrante.
Le temps de rétention des boues (dont l’acronyme « SRT » provient de l’anglais « sludge retention time ») est l'un des paramètres clés pour la conception des installations de traitement des eaux usées car les bactéries nitrifiantes autotrophes se développent lentement par rapport aux microorganismes hétérotrophes (à titre indicatif, le taux de croissance est d'environ 0,1 pour les bactéries nitrifiantes autotrophes contre 0,3 par jour pour les microorganismes hétérotrophes) et doivent être maintenues dans le système pour atteindre des efficacités de nitrification élevées (résultant en une meilleure élimination de l’azote total). Plus la température est basse, plus le temps de rétention des boues nécessaire pour atteindre la nitrification est long. Une limite stricte de l'autorisation de rejet d'azote total et/ou des températures de fonctionnement basses se traduit nécessairement par un âge élevé des boues, un temps de rétention hydraulique élevé et un encombrement important pour les systèmes de croissance en suspension tels que les bassins à boues activées.
En outre, l'élimination biologique de l'ammoniaque peut être facilement inhibée par un choc toxique, un changement de pH, un faible taux d'oxygène dissout ou encore une température basse en hiver. Cette méthode présente donc des faiblesses ou requiert au minimum des contrôles réguliers.
Par conséquent, la liqueur du digesteur anaérobie (digestat) à forte teneur en ammoniaque (généralement entre 500 et 3000 mg/L) qui retourne dans le collecteur de l'usine peut représenter un défi et une charge importante pour l'exploitation de l'usine, ce qui entraîne une augmentation de la consommation d'énergie et de produits chimiques (méthanol, bicarbonate). Ces inconvénients sont exacerbés lorsque des procédés avancés de digestion anaérobie sont mis en œuvre, car ils augmentent la teneur en ammoniaque de la liqueur issue de la digestion anaérobie en raison de l'augmentation de la concentration des boues et/ou des rendements d'élimination des solides volatils. Typiquement, la liqueur d’un atelier de digestion anaérobie ne représente qu’un flux hydraulique mineur (moins de 5% du flux total) mais peut contenir plus de 20% de la charge massique en azote à traiter. Le traitement biologique de l'ammoniaque entraîne généralement une oxydation complète ou partielle (en N 2 ou en NO 3 - / NO 2 - ) et ne permet pas la récupération d'un produit à valeur ajoutée.
Si l’azote est récupéré par stripping, i.e. un procédé de désorption visant à réduire la teneur en ammoniaque d'un flux d'eaux usées par l'utilisation de chaux ou de caustique, l'ammoniac peut être récupéré sous la forme 1) d’une solution concentrée d'hydroxyde d'ammonium (procédé ValeAz), utilisée comme engrais à des fins agricoles, minières (extraction de minéraux), ou dans le traitement des fumées et du nitrate de sodium utilisé dans la protection des réseaux d’assainissement, 2) de sels de sulfate ou de phosphate (par lavage à l'acide), utilisé comme engrais à des fins agricoles, 3) d’ammoniac anhydre (procédé Organics Group), généralement utilisé pour la production de H 2 par craquage thermique.
Cependant, ce procédé de stripping nécessite un changement de pH de la liqueur pour transformer le NH 4 + en NH 3 . Pour ce faire, il faut généralement ajouter des produits chimiques (soude caustique), de la chaleur (généralement 50 MJ/kg d'ammoniac éliminé) ou une combinaison des deux. Par conséquent, plus l'effluent est dilué, plus le besoin en produits chimiques ou en chaleur est élevé. C'est pourquoi les systèmes de stripping NH 3 sont généralement adaptés aux eaux usées à forte teneur en ammoniac (>1 000 mg/L).
L’ammoniac sous forme de gaz peut être utilisé pour des procédés de craquage. Le craquage de l'ammoniac est le processus par lequel l'ammoniac est décomposé en hydrogène et en azote sur un catalyseur. Cette étape peut être formulée comme suit :
Ce mélange gazeux obtenu est appelé « forming gas » en anglais. Il est généralement utilisé dans des applications où l'hydrogène est nécessaire soit comme source d'énergie, soit pour former des procédés de fabrication en aval. La réaction est endothermique, nécessitant 383 kJ/mol. Le processus est réalisé à une température élevée, comprise entre 850 et 950 °C, en présence de nickel comme catalyseur. Outre une consommation d'énergie élevée, les technologies de craquage existantes utilisent un catalyseur à base de nickel, ce qui les rend coûteuses tant du point de vue du CAPEX, c’est-à-dire des dépenses d’investissement, ainsi que de l'OPEX, c’est-à-dire les dépenses inhérentes à l’activité.
Concernant le traitement du phosphore ou sa récupération, le phosphore dissout contenu dans les liqueurs de digesteur anaérobie, qui retournent habituellement en tête de station d'épuration, peut représenter un défi et un fardeau important pour l'exploitation de la station, entraînant une augmentation de la consommation de produits chimiques et de la production de boues, puisque le PO 4 est éliminé de la filière de traitement de l’eau par précipitation physico-chimique en ajoutant des sels métalliques (sels à base de fer ou d'aluminium). Une autre solution consiste à doser le produit chimique dans les liqueurs de digesteur anaérobie, mais les boues physico-chimiques ainsi créées doivent encore être traitées dans la ligne de traitement des boues.
La récupération du phosphore sous une forme valorisable peut également être mise en œuvre dans les liqueurs de digesteur anaérobie en utilisant la cristallisation/précipitation de minéraux non métalliques, par exemple sous la forme de struvite (minéral composé de phosphate mono-ammonique, connu en anglais sous le nom « Magnesium Ammonium Phosphate » dont l’acronyme est « MAP »), de phosphates de calcium, de brushite, d'hydroxyapatite, etc.
Par exemple, la demande de brevet EP 2238081 divulgue un procédé de récupération du phosphore visant à limiter la précipitation indésirable du phosphore sous forme de struvite dans le digesteur et/ou les canalisations.