INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ainsi, à la différence du procédé décrit Daniel et al . [1] qui, eu égard au solvant de l’encre utilisée, l’isopropanol, réactif vis-à-vis de la couche active, peut uniquement mettre en œuvre l’application de l’encre par pulvérisation (spray) de sorte à permettre une évaporation très rapide du solvant et réduire au minimum le temps de contact avec la couche active, l’encre selon l’invention est adaptée à une application par toute technique de dépôt, en particulier par pulvérisation ou par enduction.
De préférence, l’encre pour la formation de la MPL comprend un unique solvant organique, permettant à la fois la dispersion du ou des matériaux particulaires carbonés et la solubilisation du PVDF-HFP.
Dans un mode de réalisation préféré, l’encre comprend, à titre de solvant organique, en particulier à titre d’unique solvant organique, l’acétate d’éthyle.
Par ailleurs, de manière avantageuse, la préparation d’une couche microporeuse selon l’invention ne requiert pas d’étape de frittage. Comme indiqué précédemment, dans les méthodes habituellement proposées pour former la couche MPL, l’étape de frittage est nécessaire afin de modifier la structure cristalline du polymère de la couche MPL de sorte à atteindre l’hydrophobicité souhaitée pour la MPL. En revanche, la préparation d’une couche MPL à base d’un copolymère PVDF-HFP selon l’invention permet d’accéder à une couche présentant une bonne hydrophobicité sans avoir besoin de recourir à une étape de frittage.
Ainsi, comme détaillé dans la suite du texte, la préparation d’une encre, et la formation d’une MPL selon le procédé de l’invention, sont particulièrement aisées.
Au sens de l’invention, une couche est dite « hydrophobe » si la surface externe de son matériau constitutif est telle qu’une goutte d’eau déposée ne s’y étale pas. En particulier, l’interface liquide/gaz de la goutte d’eau forme un angle de contact avec la surface supérieure à 90°. Ce caractère hydrophobe est bien entendu également reproduit dans toute l’épaisseur de la couche, en particulier dans la porosité du matériau. Il peut notamment être contrôlé par analyse XPS de la surface d’une coupe transversale de cette couche.
Avantageusement, la couche microporeuse formée selon l’invention associe de bonnes propriétés d’hydrophobicité et de bonnes propriétés mécaniques. Le procédé de l’invention permet notamment d’accéder à des couches microporeuses homogènes, souples et résistantes aux fissures.
L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, une structure multicouche, utile pour la préparation d’un assemblage membrane/électrodes destiné à un convertisseur électrochimique, par exemple à une pile PEMFC, comprenant au moins une couche active supportée par une membrane d’électrolyte solide ; et plus particulièrement appartenant à une membrane à revêtement catalytique dite CCM (« Catalyst Coated Membrane ») ; ladite couche active étant en contact, au niveau de sa face opposée à ladite membrane solide, avec une couche microporeuse (MPL), électroconductrice et hydrophobe, obtenue par un procédé de l’invention, tel que défini précédemment, en particulier obtenue par dépôt à la surface de ladite couche active d’une encre selon l’invention.
Comme indiqué précédemment, la couche microporeuse est formée selon l’invention dans le cadre de la fabrication d’un assemblage membrane/électrodes, dit AME, destiné à un convertisseur électrochimique, par exemple à une PEMFC.
Ainsi, selon un autre de ses aspects, l’invention concerne l’utilisation d’une structure multicouche telle que définie précédemment pour la préparation d’un assemblage membrane/électrodes destiné à un convertisseur électrochimique, par exemple à une PEMFC.
L’invention concerne encore un assemblage membrane/électrodes, dit AME, destiné à un convertisseur électrochimique, par exemple à une PEMFC, comprenant une structure multicouche selon l’invention, ledit assemblage comprenant plus particulièrement l’empilement suivant : GDL/MPL/CCM/MPL/GDL, GDL désignant des couches de diffusion, typiquement de type substrat carboné, par exemple en papier carbone, imprégné par du PTFE ; MPL désignant des couches microporeuses ; CCM (« catalyst coated membrane ») désignant une membrane d’électrolyte revêtue de part et d’autre d’une couche catalytique cathodique (CCL) et d’une couche catalytique anodique (ACL pour « anode catalyst layer ») ; au moins l’une des couches MPL étant formée par un procédé selon l’invention, tel que défini précédemment, mettant en œuvre une encre telle que définie précédemment.
De manière avantageuse, la formation de la MPL directement en surface d’une couche active, en particulier au niveau de la structure CCM, permet de faire varier la nature de la GDL, afin d’optimiser l’assemblage membrane/électrodes.
L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une structure multicouche selon l’invention telle que définie précédemment ou d’un assemblage membrane/électrodes selon l’invention tel que défini précédemment, dans une cellule d’un convertisseur électrochimique, en particulier dans une cellule de pile à combustible et plus particulièrement dans une cellule de pile à combustible à membrane d’échange de protons (PEMFC).
De préférence, comme illustré sur les figures 3 et 4, le point neutre 14 s’étend de manière interne à un carter extérieur 40 de l’onduleur/redresseur 4. Autrement dit, le point neutre 14, élément fonctionnel du stator 1, s’étend physiquement dans l’onduleur/redresseur 4. Chaque branche de neutre 13 comporte ainsi une première extrémité reliée au bobinage 12 dans le stator 1 de la machine électrique 3 et une deuxième extrémité reliée au point neutre 14 dans l’onduleur/redresseur 4. Entre la première extrémité et la deuxième extrémité, chaque branche de neutre 13 comprend une portion externe au niveau de laquelle est monté l’organe de protection 5. Autrement dit, l’organe de protection 5 s’étend hors du stator 1 et hors de l’onduleur/redresseur 4, pour une plus grande facilité d’accès et de montage.
Selon un premier aspect de l’invention illustré sur les figures 3 et 4, chaque organe de protection 5 se présente sous la forme d’un dipôle électrique monté sur une unique phase 10 du stator 1. De préférence, la machine électrique 3 comporte N-1 ou N organes de protection 5 montés chaque sur une phase 10 du stator 1. Chaque organe de protection 5 pilote la circulation du courant électrique dans la phase 10 dans laquelle il est monté.
Selon un deuxième aspect de l’invention illustré sur la , la machine électrique 3 comprend un unique organe de protection 5 se présentant sous la forme d’un multipôle électrique. Un multipôle désigne ici un organe comportant plus de deux pôles électriques. L’organe de protection 5 est monté dans plusieurs phases 10 du stator 1, de préférence toutes, et est configuré pour permettre l’interruption de chaque phase 10 sur laquelle il est monté. Dans l’exemple de la , l’organe de protection 5 se présente sous la forme d’un hexapôle à trois interfaces pour être monté aux trois phases 10 du stator 1.
Comme illustré sur les figures 3, 4 et 8, chaque organe de protection 5 est de type commutateur à deux états différents, à savoir un état inactif P1 d’une part et un état de protection P2 d’autre part. L’état de protection P2 est configuré pour être déclenché uniquement lors de l’apparition d’un court-circuit, l’organe de protection 5 étant autrement dans l’état inactif P1.
Selon un aspect préféré, chaque organe de protection 5 comprend un interrupteur pour chaque phase 10 sur laquelle il est monté. Dans la forme de réalisation des figures 3 et 4, chaque organe de protection 5 dipolaire se présente sous la forme d’un interrupteur simple. Dans la forme de réalisation de la d’un organe de protection 5 multipolaire d’une pluralité de phases 10, chaque organe de protection 5 multipolaire comprend un ensemble d’interrupteurs, un par phase, configurés pour être déclenchés simultanément. Selon un aspect préféré, chaque interrupteur se présente sous la forme d’un contacteur statique (« Solid State Relay SSR »), d’un contacteur électromécanique (« Electromechanical Relay EMR ») ou d’un fusible pyrotechnique, également connu sous le terme « pyro-fuse ». De préférence, l’interrupteur se présente sous la forme d’un contrôleur de puissance à semi-conducteurs (« Solid State Power Controler SSPC »), qui présente avantageusement une masse et un volume réduits. De tels interrupteurs sont connus de l’homme du métier et ne sont pas décrits davantage.
Selon un aspect de l’invention illustré schématiquement sur les figures 3 et 4, la machine électrique 3 comprend également un organe de contrôle 7 configuré pour piloter chaque organe de protection 5. L’organe de contrôle 7 permet d’activer l’état de protection P2 de chaque organe de protection 5, l’organe de protection 5 étant autrement dans l’état inactif P1. De préférence, l’organe de contrôle 7 assure un pilotage identique de chaque organe de protection 5 et est configuré pour activer simultanément l’état de protection P2 de chaque organe de protection 5, pour protéger toutes les phases 10. De préférence, l’organe de contrôle 7 se présente sous la forme d’un calculateur. De préférence, l’organe de contrôle 7 est relié de manière filaire à chaque organe de protection 5 de manière à leur transmettre un signal de commande.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique 3 comprend également un ou plusieurs organes de mesure 6 configurés pour mesurer un paramètre de la machine électrique 3, tel que le courant électrique circulant dans les phases 10, la vitesse de rotation du rotor 2 ou la position du rotor 2. Selon un aspect préféré illustré sur les figures 3, 4, 7 et 8, la machine électrique 3 comprend un ou plusieurs organes de mesure 6 du courant électrique circulant dans les phases 10 du stator 1. L’organe de mesure 6 est monté au niveau de la branche de commande 11 (voir et 4) ou de la branche de neutre 13 (non représenté) d’au moins une phase 10.
Selon un premier aspect illustré sur les figures 3 et 4, chaque phase 10 du stator 1 est équipée d’un organe de mesure 6. En variante il peut être prévu qu’une ou plusieurs phases 10 pourraient être exemptes d’organe de mesure 6. Selon un deuxième aspect illustré sur les figures 7 et 8, la machine électrique 3 comprend un unique organe de mesure 6 de la somme des courants électriques circulant dans toutes les phases 10 du stator 1.
De préférence, en référence aux figures 3, 4, 7 et 8, l’organe de mesure 6 se présente sous la forme d’un capteur de courant magnétique comportant une boucle magnétique entourant une branche 11, 13 d’une phase 10 du stator 1 ( ) ou une branche 11, 13 de toutes les phases 10 du stator 1 ( ). De préférence, l’organe de mesure 6 se présente sous la forme d’un capteur à effet Hall.
Selon un aspect préféré illustré sur les figures 3 et 4, l’organe de contrôle 7 est relié à chaque organe de mesure 6 et est configuré pour détecter l’apparition d’un court-circuit à partir du paramètre mesuré, tel que le courant électrique. De préférence, l’organe de contrôle 7 est configuré pour comparer la mesure à une valeur seuil prédéterminée, stockée par exemple dans une base de données de l’organe de contrôle 7, afin de détecter un dépassement de seuil. De préférence, le pilotage des organes de protection 5 dans l’état de protection P2 est mis en œuvre de manière automatique à partir de l’analyse des paramètres mesurés, ce qui permet une protection rapide et efficace. De préférence, les paramètres sont mesurés de manière continue ou périodique pour une détection précoce et automatique de l’apparition d’un court-circuit. Le pilotage de l’état des organes de protection 5 peut alternativement ou de manière complémentaire être mis en œuvre de manière manuelle par un opérateur.
En référence aux figures 5 et 6, l’invention concerne également un procédé de protection, dans lequel chaque organe de protection 5 est initialement dans l’état inactif P1 de manière à laisser circuler le courant électrique dans chaque phase 10 du stator 1 de la machine électrique 3, le procédé comprenant : une étape de détection E1 d’un court-circuit CC entre deux phases 10 du stator 1, et une étape d’activation E2 de l’état de protection P2 d’un organe de protection 5, afin d’interrompre la circulation du courant électrique dans une phase 10 du stator 1 touchée par le court-circuit CC.
Le procédé de protection est mis en œuvre durant le fonctionnement de la machine électrique 3, le fonctionnement étant indifféremment de type moteur ou générateur. Avant l’étape de détection E1, l’ensemble des organes de protection 5 sont dans l’état inactif P1 de manière à permettre la circulation normale du courant électrique dans chaque phase 10 du stator 1.
En référence à la , l’étape de détection E1 est de préférence mise en œuvre à partir d’une ou plusieurs mesures d’un paramètre de la machine électrique 3, par exemple le courant électrique circulant dans chaque phase 10 du stator 1 ou la somme des courants électriques circulant dans toutes les phases 10. D’autres paramètres peuvent être mesurés, comme la vitesse de rotation et la position du rotor. Les organes de mesure 6, après avoir acquis ces mesures, les transmettent à l’organe de contrôle 7 qui les compare à un seuil prédéterminé, un dépassement du seuil correspondant à un court-circuit. Une telle détection est avantageusement automatique et précoce. De manière alternative ou complémentaire, la détection peut également être opérée par un opérateur.
En référence à la , l’étape d’activation E2 est mise en œuvre après l’étape de détection E1, de préférence immédiatement à la suite de cette étape. Selon un premier aspect de l’invention illustré sur la , l’organe de contrôle 7 transmet un signal de commande à l’organe de protection 5 d’une phase 10 touchée par le court-circuit CC pour activer l’état de protection P2. Les autres organes de protection 5 restent dans l’état inactif P1. L’activation de l’état de protection P2 d’un unique organe de protection 5 situé sur la boucle de court-circuit suffit avantageusement pour interrompre le courant électrique généré par le court-circuit. Dans l’exemple de la , le court-circuit CC touche deux phases 10 du stator 1, l’une équipée d’un organe de protection 5 et l’autre non, pour minimiser l’encombrement. L’étape d’activation E2 est ainsi mise en œuvre sur l’unique organe de protection 5 présent sur la boucle de court-circuit. Dans le cas d’un court-circuit affectant deux phases 10 équipées chacune d’un organe de protection 5, l’étape d’activation E2 peut être mise en œuvre sur l’un des deux organes de protection 5 uniquement, et suffit à isoler proprement la phase en défaut. Dans le cas d’une machine électrique 3 avec plus de trois phases 10, par exemple cinq ou six, si une phase sur les N phases de la machine est en défaut, cela permet en outre de continuer de fonctionner de manière dégradée sur les N-1 phases 10 restantes. Cela permet avec une machine électrique 3 conçue pour de continuer à fonctionner dès que la phase perdue est correctement isolée.
De préférence, l’étape de détection E1 permet également de déterminer les phases 10 du stator 1 touchées par le court-circuit, à savoir les deux phases où se trouve le point de court-circuit CC dans l’exemple de la d’un court-circuit entre deux bobinages 12. Dans l’exemple de la d’un organe de mesure dédié à chaque phase 10, ceci est avantageusement réalisé à partir de la position des organes de mesure 6 où une mesure anormale a été mesurée. La illustre un exemple où le point de court-circuit apparaît entre deux transistors de puissance de l’onduleur/redresseur 4.
Selon un deuxième aspect de l’invention, lors de l’étape d’activation E2, le courant électrique est interrompu dans toutes les phases 10 équipées d’un organe de protection 5. Ceci évite avantageusement de devoir localiser le court-circuit CC et permet une mise en protection d’autant plus rapide et fiable. Autrement dit, en reprenant l’exemple de la , l’état de protection P2 de chaque organe de protection 5 est activé. Dans l’exemple de la , l’activation de l’état de protection P2 de l’organe de protection 5 multipolaire permet à lui seul de suspendre le courant électrique dans toutes les phases 10.
L’invention concerne un procédé de production industrielle de chaux vive.
Chacun de ces ensembles industriels 300 ; 400 comprend de manière remarquable un four à micro-ondes 2 utilisé selon le procédé de l’invention pour calciner au moins partiellement le calcaire traité selon ce procédé.
Ce four à micro-ondes 2 est muni d’un corps de chauffe 4 s’étendant selon un axe longitudinal X-X entre deux extrémités longitudinales opposées, d’au moins un générateur de micro-ondes 24a et d’au moins un guide d’ondes 22 s’étendant suivant une direction longitudinale à l’intérieur du corps de chauffe 4 (voir figures 1 à 4). Ce corps de chauffe 4 est ici cylindrique et rotatif.
Selon le procédé de l’invention, on effectue les étapes suivantes : a) on introduit du calcaire à l’intérieur du corps de chauffe 4, b) on expose le calcaire introduit dans le corps de chauffe 4 aux micro-ondes émises par le générateur de micro-ondes 24a et acheminées dans le corps de chauffe par le guide d’ondes 22, de manière à produire la chaux vive, c) on extrait du corps de chauffe la chaux vive produite.
La chaux vive est le nom de l’oxyde de calcium de formule chimique CaO. Le calcaire contient du carbonate de calcium de formule chimique CaCO 3 . La calcination, c’est-à-dire le chauffage à hautes températures, du carbonate de calcium contenu dans le calcaire produit l’oxyde de calcium ou chaux vive par décarbonatation.
De manière générale, ledit guide d’ondes 22 est monté à l’intérieur du corps de chauffe 4. Il s’étend selon une direction longitudinale parallèle à l’axe longitudinal X-X du corps de chauffe 4 et est raccordé à l’une de ses deux extrémités F, F’ audit générateur de micro-ondes 24a, 24b (figures 1 et 13).
Le corps de chauffe 4 comprend une cavité interne qui accueille les matériaux introduits dans ce corps de chauffe. Un exemple de four à micro-ondes adapté à la mise en œuvre du procédé selon l’invention sera décrit plus en détails ultérieurement en référence aux figures 4 à 9.
A l’étape a), le calcaire introduit dans le corps de chauffe 4 du four 2 peut comprendre un unique composant ou plusieurs composants. Ces composants présentent différentes compositions chimiques et/ou différentes structures cristallographiques.
Le calcaire est une roche sédimentaire composées majoritairement de carbonate de calcium de formule chimique CaCO 3 .
Les paramètres suivants ont été relevés par chaque automate au niveau des rejets d’air de chaque cuve : teneur PID, teneur O 2 , teneur CO 2 et teneur CO. Des échantillons de terres ont été également prélevés à 56 jours et à 78 jours, sur chacune des cuves, et analysés pour observer l’état d’avancement de la biodégradation des hydrocarbures.
Les concentrations en hydrocarbures ont été mesurées par chromatographique en phase gazeuse et représentées dans le Tableau 4 ci-dessous
Analyse Unité État initial Cuve 1a 56 jours Cuve 1a 78 jours Cuve 1b 56 jours Cuve 1b 78 jours Cuve 1c 56 jours Cuve 1c 78 jours Cuve 1d 56 jours Cuve 1d 78 jours Fraction C10 – C12 mg/kg MS 31 12 13 19 11 17 14 17 10 Fraction C12 – C16 mg/kg MS 75 41 43 49 43 50 43 48 38 Fraction C16 – C21 mg/kg MS 1180 760 850 960 970 980 800 890 700 Fraction C21 – C35 mg/kg MS 23500 15000 16000 19000 19000 20000 19000 18000 17000 Fraction C35 – C40 mg/kg MS 490 290 270 350 350 350 380 320 360 Hydrocarbures totaux C10-C40 mg/kg MS 26000 16000 17000 -35% 20000 21000 -19% 21000 20000 -23% 19000 18000 -30%
On a observé un abattement moyen des hydrocarbures totaux C10 – C40 obtenu sur l’ensemble des cuves de 6 000 mg/kg MS, soit 77 mg/kg MS par jour.
. Les meilleurs résultats de biodégradation sont obtenus sur les cuves 1a et 1d, avec un abattement allant jusqu’à 9 000 mg/kg MS, soit 115 mg/kg MS par jour. Si l’on prend en compte que le seuil de réhabilitation pour ces terres a été défini à 5 000 mg/kg MS, environ 40 % de la dépollution a été effectuée dans les cuves 1a et 1d pendant ces 78 jours d’essais.
Le suivi des teneurs O 2 /CO 2 enregistrées par l’automate de chaque cuve dans l’air extrait présente les mêmes caractéristiques. La concentration en CO 2 initial dans la cuve 1d est élevée et augmente rapidement à cause de l’introduction de substrat, facilitant le mécanisme de biodégradation pour les micro-organismes. Nous observons que la masse consommée d’oxygène est environ deux fois plus importante que la masse de dioxyde de carbone extraite, pour l’ensemble des cuves.
Au cours des essais, les débits d’injection et d’extraction d’air ont été adaptés par les automates de chaque cuve afin de pouvoir maintenir un taux d’O2 autour de 16-17% en vue de garantir le fonctionnement de dégradation aérobie. Sur la cuve 1d, une diminution importante du taux d’oxygène sur les premiers jours d’essais est liée à une injection d’air insuffisante en fonction de l’activité de biodégradation (augmentée par l’apport en substrat et engrais). Après 14 jours, l’injection d’air a été augmentée de 0,14 m3 /h à 0,42 m3 /h, permettant de retrouver des valeurs stables en O2 autour de 17%.
Les débits d’extraction d’air étant connus, la quantité cumulée de CO2 créée et la quantité cumulée de O2 consommé par cuve au cours des essais ont été enregistrées par l’automate de chaque cuve et représentées sur la .
On a observé que la masse consommée d’oxygène est environ deux fois plus importante que la masse de dioxyde de carbone extraite pour l’ensemble des cuves. Les quantités les plus importantes de CO2 et O2 ont été extraites de la cuve 1d, une des deux cuves ayant obtenu les meilleurs résultats de biodégradation. Ces données confirment que l’activité des micro-organismes a été plus importante dans cette cuve que dans les autres.
Les teneurs en nutriments ont été mesurées : l’azote Kjeldahl par volumétrie, le phosphore par spectrophotométrie UV/visible et le potassium par spectrométrie d’émission atomique plasmatique inductive couplée, en fin d’essais. Les résultats obtenus, en comparaison avec l’état initial, sont présentés ci-dessous dans le tableau 5.
Azote Kjeldhal NTK (mg/kg MS) Phosphore P 2 O 5 (mg/kg ) Potassium échangeable K 2 O (mg/kg) État initial État final État initial État final État initial État final Cuve 1a 700 69 60 144 128 Cuve 1b 700 600 69 59 144 149 Cuve 1c 700 600 69 61 144 183 Cuve 1d 786 700 155 64 266 250
Une consommation des nutriments s’est produite sur l’ensemble des cuves au cours de l’essai. Sur la cuve 1a, la consommation d’azote a été la plus importante, en lien avec une meilleure dégradation des hydrocarbures dans les terres de cette cuve.
La consommation de nutriment, en lien avec la dégradation d’hydrocarbures, peut être estimée en fonction des résultats d’analyse tel que présenté dans le tableau 6.
Quantité de terre par cuve (kg) 1 700 % Matière sèche 82 Abattement moyen en HCT C10 – C40 (mg/kg MS) 6 000 Quantité moyenne d’azote consommée (g) 139.4 Quantité moyenne de phosphore consommée (g) 17 Quantité moyenne de potassium consommée (g) 25.5
Étant donné le seuil de réhabilitation retenu qui est de 5000 mg/kg MS et compte tenu de la quantité de terres à traiter, l’abattement en hydrocarbures totaux HCT doit atteindre 21000 mg/kg MS. Les quantités de nutriments par tonne de terre ont donc pu être estimées dans le tableau 7.
Quantité moyenne d’azote pour 1T de terres (g) 287 Quantité moyenne de phosphore pour 1T de terres (g) 35 Quantité moyenne de potassium pour 1T de terres (g) 53