INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Avantageusement, un tel commutateur 60 est fermé au repos., ce qui permet de protéger les semi-conducteurs.
De préférence, le dispositif de coupure 2 est intégré dans un boîtier dédié.
Les figures 5, 6 et 7 illustrent le fonctionnement des premier et deuxième systèmes de protection, selon divers états du dispositif de coupure 2.
Le dispositif de coupure 2 est représenté à l’état « ON » à la .
En fonctionnement nominal, lorsque le courant électrique qui traverse le conducteur principal 8 est inférieur à un seuil de courant de coupure, le dispositif de coupure 2 est à l’état « ON », le sectionneur 16 est fermé, le premier commutateur 34 est fermé, et, dans le mode de réalisation dans lequel il est présent, le deuxième commutateur 44, est ouvert. Le commutateur principal 10 à semi-conducteurs est en état fermé.
Cela permet de pouvoir disposer les entrées / sorties à n'importe quel endroit dans le volume fonctionnel du récepteur de chaleur, ou les changer en fonction dudit volume fonctionnel du récepteur solaire. Ainsi, l’échangeur est adaptable à différentes configurations de concentrateurs solaires.
Le récepteur solaire comporte une enveloppe rigide qui assure le maintien mécanique des tubes et la minimisation des pertes optiques et thermiques. Ainsi les flux solaires qui fuient à travers les tubes et les inter-distances entre les tubes, sont convergés de nouveau sur l’autre surface des tubes à travers l’enveloppe rigide.
Selon une variante, le récepteur solaire a une structure composite comprenant de l’aluminium ou autre type de matériaux dans une première section, du cuivre ou autre type de matériaux dans une deuxième section de transferts thermiques de moins de 600°C, et des alliages métalliques ou d’acier dans une section à contraintes thermiques de plus de 650°C.
Cela permet d’adapter le type des matériaux pour augmenter les performances d'échanges thermiques et minimiser la masse du récepteur solaire.
Selon une variante, le récepteur solaire est connectable à au moins trois circuits de fluides différents.
Avantageusement, dans le cadre du concentrateur solaire, avoir un échange avec un troisième (voire en outre un quatrième) fluide de travail, permet de faire fonctionner plusieurs types de machines thermodynamiques et permet d'augmenter l’efficacité globale de récupération thermique. Plus généralement, cela permet d’assurer des échanges thermiques avec d’autres fluides et de récupérer un maximum d’énergie.
Selon une variante, le récepteur solaire est connectable à une machine à cycle organique de Rankine ou à une machine de type turbogénérateur fonctionnant selon un cycle Brayton.
Selon une variante, le récepteur solaire est connectable à un turbogénérateur opérant selon un cycle thermodynamique à compression refroidie et réchauffe intermédiaire avec récupérateur. Ce cycle thermodynamique porte le nom en anglais « Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine ». Dans ce cas, le récepteur solaire assure la fonction de la première et la deuxième chambre de combustion. Ainsi, le récepteur solaire est caractérisé en ce qu’il comprend au moins une entrée et au moins une sortie de sorte que ladite entrée et ladite sortie peuvent être disposées de façon à assurer la fonction de réchauffe primaire et réchauffe secondaire d’un cycle thermodynamique de type Brayton avec réchauffe intermédiaire.
Selon une variante, le récepteur solaire sert à réchauffer uniquement un fluide de travail pour produire de l’énergie thermique chaude.
Ainsi le récepteur solaire est caractérisé en sa capacité à réchauffer au moins un fluide de travail pour au moins un cycle thermique ou une machine thermodynamique.
Un autre objet de l’invention concerne un concentrateur solaire comprenant au moins une machine thermodynamique équipée d’au moins un récepteur solaire selon l’invention.
Un autre objet de l’invention concerne un récepteur solaire caractérisé en sa capacité à utiliser au moins deux fluides de travail pour au moins deux cycles thermodynamiques différents et plusieurs flux de circulation des fluides de travail.
L’invention porte en outre sur un procédé de fabrication d’un récepteur solaire pour un concentrateur solaire selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - réaliser lesdits premiers enroulements de tubes caloporteurs au niveau du convergent externe, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un premier spécimen ayant la forme du convergent externe, et
- réaliser lesdits enroulements de tubes caloporteurs au niveau du divergent interne, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un spécimen ayant la forme du divergent interne, et
- réaliser lesdits enroulements de tubes caloporteurs au niveau du convergent interne, en enroulant un tube ou plusieurs tubes adjacents, sur un spécimen ayant la forme du convergent interne, et - réaliser une architecture d’échange thermique à contre-courant en couplant l’entrée du fluide caloporteur du côté du convergent externe du récepteur solaire et en positionnant la sortie au niveau de la section conique, et
La est une vue en coupe d’un appareil 4 selon un quatrième mode de réalisation. Sur la , les éléments identiques ou analogues à des éléments déjà décrits portent les mêmes signes de référence et ne sont pas décrits à nouveau.
L’appareil 4 se distingue de l’appareil 2 en cela que la portion distale 72 de la mèche 70 comporte une paroi d’extrémité 75 obturant l’évidement 74. De préférence, l’élément chauffant 110 est en contact avec la paroi d’extrémité 75. La surface supérieure 75A de la paroi d’extrémité 75 forme une surface d’évaporation supplémentaire pour la substance. Le fonctionnement de l’appareil 4 est sinon identique au fonctionnement de l’appareil 2.
Dans les exemples représentés sur les figures 2 à 4, la portion proximale 71 de la mèche 70 traverse la paroi de fond 68 du récipient de stockage 60. Par exemple la portion proximale 71 est enfoncée en force dans une ouverture traversante pratiquée dans la paroi de fond 68. Un ou plusieurs joints d’étanchéité (non représentés) peuvent être disposés de façon à garantir une étanchéité autour de la portion proximale 71 au niveau de la paroi de fond 68. En variante, la portion proximale 71 peut être en contact avec la paroi de fond 68, éventuellement munie de la rainure 64, ou espacée de la paroi de fond 68 comme on l’a décrit ci-dessus en référence à la .
La est un agrandissement d’une partie de la vue en coupe de la , et montre que l’appareil 1 peut présenter une paroi de séparation interne 49. La paroi de séparation interne 49 est disposée dans l’espace interne 26, entre la paroi latérale 67 du récipient de stockage 60 et la paroi interne 25.
La portion distale 72 n’est pas entourée par la paroi de séparation interne 49, tandis que la paroi latérale 67 est entourée entièrement par la paroi de séparation interne 49. Ainsi, le flux d’air F chargé en substance évaporée au niveau de la surface périphérique 73 ne circule pas le long de la paroi latérale 67, mais le long de la paroi de séparation interne 49. Par conséquent, s’il se produit une recondensation de la substance évaporée dans l’espace interne 26, cette recondensation ne se produit pas sur la paroi latérale 67, mais sur la paroi de séparation interne 49. Le risque qu’un utilisateur de l’appareil 1 touche accidentellement la substance ainsi recondensée est donc appréciablement limité.
En variante, la paroi latérale 67 du récipient de stockage 60 peut n’être entourée que partiellement par la paroi de séparation interne 49 ; il est toutefois préférable dans ce cas que la surface de la paroi latérale 67 non entourée par la paroi de séparation interne 49 soit limitée, afin de limiter la recondensation de la substance évaporée sur la paroi latérale 67.
La paroi de séparation interne 49 est à demeure dans l’appareil 1. Par exemple la paroi de séparation interne 49 est reliée à la paroi 25 via une ou plusieurs nervures non représentées.
Le récipient de stockage 60 peut être fixé à l’appareil 1 via la paroi de séparation interne 49, par exemple par vissage, par une fixation de type baïonnette, par clipsage ou par encliquetage. Le récipient de stockage 60 peut ainsi être fixé à la paroi de séparation interne 49 alors que la mèche 70 est déjà fixée au récipient de stockage 60. En d’autres termes, l’ensemble amovible 50 est inséré d’un seul tenant dans l’espace interne 26, et le récipient de stockage 60 est fixé à la paroi de séparation interne 49 pendant l’insertion de l’ensemble amovible 50 dans l’espace interne 26. La paroi de séparation interne 49 définit à son extrémité supérieure une ouverture permettant le passage de la portion distale 72 de la mèche 70 jusqu’à une position où l’élément chauffant 110 est reçu dans l’évidement 74.
Bien que la montre la paroi de séparation interne 49 mise en œuvre dans l’appareil 1, il est envisageable que la paroi de séparation interne 49 soit mise en œuvre dans l’appareil 2, 3 ou 4.
La est une vue partielle de l’appareil 1, ensemble avec un diagramme-blocs fonctionnel montrant divers éléments de l’appareil 1. Sur cette figure, les traits en pointillés indiquent des connexions entre les éléments représentés.
Un dispositif de commande 140, tel qu’un microprocesseur, commande l’élément chauffant 110 en fonction d’une température relevée par un capteur de température 141 convenablement disposé dans l’appareil 1. Par exemple, comme représenté sur la , le capteur de température 141 est disposé sur la surface périphérique 73 de la mèche 70 de façon à mesurer une température de la surface périphérique 73. En variante, le capteur de température 141 est noyé dans la mèche 70. Le dispositif de commande 140 peut alors commander l’élément chauffant 110 en fonction d’une température de consigne de la mèche 70 relevée par le capteur de température 141.
En variante, le capteur de température 141 peut être disposé ailleurs dans l’appareil 1, par exemple dans ou sur l’élément chauffant 110.
Le dispositif de commande 140 est par exemple agencé sur une carte électronique 150, la carte électronique 150 pouvant aussi assurer l’alimentation électrique de l’élément chauffant 110. Le dispositif de commande 140 peut en outre commander le ventilateur 90, notamment une vitesse de fonctionnement du ventilateur 90.
Il est à noter que les éléments décrits ci-dessus en rapport à la sont représentés de façon schématique et peuvent être situés à divers emplacements dans l’appareil 1. En outre, bien que la montre ces éléments mis en œuvre dans l’appareil 1, il est envisageable qu’ils soient mis en œuvre dans l’appareil 2, 3 ou 4.
Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont que des exemples. De nombreuses autres constructions sont envisageables.
Selon des variantes non représentées, plusieurs ventilateurs 90 peuvent être prévus. En complément ou en alternative, plusieurs sorties d’air 99 peuvent être prévues. Dans ce cas, le ou les ventilateurs 90 entraînent le flux d’air F vers chacune de ces sorties d’air 99.
En référence à la , il est représenté le schéma d’un cycle micro-turbine à compression refroidie avec réchauffe intermédiaire et récupérateur (en anglais « IRReGT » ou « Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine ») où le récepteur solaire double flux (variantes des figures 3 et 4) est utilisé à la place des chambres de combustions (CC1 et CC2) ou en série avec les chambres de combustion (CC1 et CC2). Le cycle comprend au moins un compresseur (C1, C2), au moins une turbine (Tu1, Tu2), un récepteur solaire R à double flux permettant de réchauffer le fluide de travail en sortie du récupérateur G et en sortie de la première turbine de détente Tu1, ledit récupérateur de chaleur G permet de récupérer l’énergie en sortie de la turbine Tu2 pour préchauffer le fluide de travail en entrée du récepteur solaire R. Le récepteur solaire peut fonctionner en mode seul sans les chambres de combustions ou bien en série avec des chambres de combustion (CC1, CC2).
En référence à la , le récepteur solaire décrit peut contenir deux parcours :
- Un parcours d’un premier fluide F1 : Dans le cas de l'application turbogénérateur, ce premier fluide F1 est de l'air pressurisé en sortie du compresseur C2. Ce fluide pressurisé circule dans les tubes 2’ (figures 3 et 4).
- Un parcours d’un deuxième fluide F2 : dans le cas de l'application turbogénérateur, ce fluide correspond aux gaz chauds en sortie de la turbine Tu2. Ce fluide pressurisé circule dans des tubes 2’’ (figures 3 et 4).
En références à la , il est présenté le schéma d’un cycle combiné turbogénérateur avec un cycle de Rankine RK utilisant un récepteur solaire multi-flux et multi-fluides de travail. Le récepteur solaire est utilisé comme bouilleur pour cycle Rankine et comme chambres de combustions pour le turbogénérateur. Le récepteur solaire est caractérisé en sa capacité à utiliser au moins deux fluides de travail de deux cycle thermodynamique différents et plusieurs flux de circulation des fluides de travail.
En référence à la , le récepteur solaire décrit contient trois parcours :
- Un parcours d’un premier fluide F1. Ce premier fluide F1 est par exemple de l'air pressurisé en sortie du compresseur C2.
- Un parcours d’un deuxième fluide F2. Ce deuxième fluide F2 est par exemple les gaz chauds en sortie de la turbine Tu2.
- Un parcours d’un troisième fluide F3. Ce troisième fluide F3 est un fluide de type eau ou éthanol ou un fluide organique compatible avec le cycle Rankine.
Donc finalement, ce récepteur solaire pourra être utilisé pour échanger avec plusieurs fluides, on peut donc imaginer avoir une architecture qui combine à la fois un cycle Rankine RK (type ORC par exemple) avec un cycle turbogénérateur (type IRReGT par exemple). Dans ce cas, le récepteur solaire servira à la fois comme bouilleur évaporateur pour le cycle Rankine RK et comme des chambres de combustion pour le cycle turbogénérateur.
Les différents fluide F1, F2 et F3 peuvent être collecté pour échapper en sortie du récepteur solaire. Les entrées et sorties du récepteur solaire sont de côtés opposés ( ).
Le nombre total de tubes (4) dans chaque section est variable. Le diamètre définissant la surface de passage du fluide dans les tubes (4) dans chaque section du récepteur (1) est aussi variable. On peut adapter le nombre de tubes (4) et la section des tubes (4) en fonction des caractéristiques du fluides (température atteinte) au niveau de chaque section. C'est un paramètre important qui nous permet d'optimiser le récepteur solaire (1) et de minimiser les pertes de charges dans les tubes (4).
On peut également adapter les matériaux dans chaque section. Par exemple, on peut utiliser de l'aluminium qui a des bonnes caractéristiques d'échange thermique et qui n'est pas lourd, dans la première section convergente externe (5). On peut utiliser le cuivre dans la section divergente interne (6) sachant que le cuivre à des bons coefficients de transfert thermique mais qui commence à perdre de ses caractéristiques de tenue mécanique à des températures supérieures à 700°C. On peut finalement utiliser des inconel ou des aciers dans la section convergente interne (7) où on a des contraintes thermiques élevées. C'est une caractéristique intéressante permettant d'optimiser les échanges thermiques et le poids du récepteur solaire.
La longueur des tubes (4) est variable et dépend des échanges thermiques.
En ce qui concerne le procédé de fabrication préféré, on peut réaliser des spécimens de formes de convergent, divergent, puis on peut venir enrouler des tubes, espacés d’une certaine distance autour de ces spécimens pour former le convergent externe, le divergent interne et le convergent interne.
Ensuite, on peut souder les tubes aux différentes sections entre les convergents et le divergent.
Selon un premier mode de réalisation de la première étape 100, la valeur d’eau 12 est projetée de manière successive sur l’une puis sur l’autre des deux faces 8, 10 de la membrane polymère 2, comme cela est illustré sur le schéma disposé à gauche sur la . Selon un deuxième mode de réalisation de la première étape 100 selon l’invention, la vapeur d’eau 12 est projetée de manière simultanée sur les deux faces 8, 10 de la membrane polymère 4, comme illustré sur le schéma de droite. Le dispositif de production de vapeur 16 est configuré de telle sorte qu’il produise une vapeur 12 à partir d’eau déionisée de telle sorte que ladite vapeur présente une température comprise entre 100°C et 300°C, selon la nature chimique de la membrane utilisée dans le CCM.
Selon un exemple de l’invention, la température de la vapeur d’eau 12 est comprise entre 130°C et 180°C. On comprend donc que la température évoquée correspond à la température de la vapeur produite et non pas de la température de l’eau à l’état liquide.
Toujours selon l’invention, la vapeur d’eau 12 présente avantageusement au moins une pression comprise entre 1bar et 8bar. La pression préférée de la vapeur d’eau 12 est de 7bar. On tire avantage d’une telle pression de la vapeur d’eau 12 en ce qu’elle permet de préserver l’intégralité de membrane polymère 4 d’un point de vue structurelle, tout en pénétrant dans l’épaisseur des couches catalytiques. Cette pression favorise également le décollement de la couche catalytique en agissant de manière mécanique sur celle-ci.
Préférentiellement, la vapeur d’eau 12 est une vapeur d’eau humide, c’est-à-dire qui comporte des gouttelettes d’eau à l’état liquide en suspension dans la phase vapeur. En effet, la présence d’eau liquide chaude modifie suffisamment la microstructure des couches catalytiques pour permettre la délamination.
Encore préférentiellement, lors de la première étape 100, la vapeur sèche chaude est à une température supérieure à la température de transition vitreuse de la membrane polymère 4. Comme il existe plusieurs types de membranes polymère, et donc faites de matériaux présentant des températures de transition vitreuse différentes, il apparaîtra de manière évidente à un homme du métier, sur la base de la description de l’invention, comment adapter la température de la vapeur d’eau et la durée de la première étape en fonction du type de membrane et de son épaisseur.
Selon un exemple d’application de l’invention, la première étape 100 est avantageusement mise en œuvre durant une période comprise entre 8min et 12min. De manière préférée, la première étape 100 est mise en œuvre durant 10min. On comprend que lors de la première étape 100, chacune des faces 8, 10 de la membrane polymère 4 est soumise à la vapeur d’eau 12 durant environ 10min, que cela soit simultanément ou successivement.
De manière plus globale, la durée évoquée ci-dessus est un temps de délamination qui est proportionnel à la surface à délaminer.
Concomitamment à la première étape 100, le procédé comprend une deuxième étape 200 au cours de laquelle on désolidarise au moins la couche catalytique anodique 6a et/ou la couche catalytique cathodique 6b de la face 8, 10 de la membrane polymère 4 pendant ou juste après la première étape 100 du procédé.
Selon un exemple de l’invention, lors de la deuxième étape 200, on détache la couche catalytique anodique 6a et/ou la couche catalytique cathodique 6b de la membrane polymère 4. On comprend alors que selon une première alternative de la deuxième étape 200, on désolidarise la couche catalytique anodique 6a et la couche catalytique cathodique 6b de manière simultanée ou de manière successive. On tire avantage de la première étape 100 et de la deuxième étape 200 en ce qu’elles permettent de désolidariser, et donc de récupérer de manière séparée la couche catalytique anodique 6a par rapport à la couche catalytique cathodique 6b, permettant ainsi d’éviter de les mélanger l’une avec l’autre.
Par ailleurs, selon une deuxième alternative de la deuxième étape 200 faisant suite à la première ou à la deuxième alternative de la première étape 100, on désolidarise la couche catalytique anodique 6a et la couche catalytique cathodique 6b de manière simultanée. On comprend alors que, lors de cette deuxième alternative de la deuxième étape 200 du procédé, des moyens de séparation sont disposés afin d’éviter de mélanger la couche catalytique anodique 6a avec la couche catalytique cathodique 6b, lorsque celles-ci sont décollées de la membrane polymère 4.
Selon un exemple, la deuxième étape 200 est effectuée par grattage de la face 8, 10 de la membrane polymère 4 opéré simultanément avec la première étape 100. Le grattage de la face 8, 10 de membrane polymère 4 peut s’effectuer par tout organe de grattage 22 permettant d’assurer un décollage efficace de la ou des couches catalytiques 6 tout en préservant l’intégrité de la membrane polymère 4. Lorsque la deuxième étape 200 est réalisée par grattage, il est possible de considérer une pression de vapeur plus faible, par exemple de l’ordre de 1-2 bar, mais une pression plus élevée de la vapeur d’eau ne sortirait pas du cadre de l’invention. L’action de la vapeur permet de ramollir voire de gélifier le liant polymère contenu dans les couches catalytiques et l’étape de grattage contribue à séparer les couches catalytiques de la membrane polymère.
On comprend qu’à l’issue de la deuxième étape 200, la membrane polymère 4, la couche catalytique anodique 6a et la couche catalytique cathodique 6b sont séparées les unes des autres. La deuxième étape 200 permet donc de récupérer de manière séparée chacun des composants de l’ensemble 2 à savoir, la membrane polymère 4, la couche catalytique anodique 6a et la couche catalytique cathodique 6b.
Par ailleurs, à l’issue de la deuxième étape 200, il est possible que la membrane polymère 4 contienne en elle des résidus de contaminants. Ainsi, après la deuxième étape 200, une étape facultative et non représentée, peut être mise en œuvre au cours de laquelle la membrane polymère est nettoyée par une immersion dans une solution aqueuse acide ou basique selon le type de membrane (c’est-à-dire solution aqueuse acide pour une membrane polymère à conduction cationique et solution aqueuse basique pour une membrane polymère à conduction anionique), une telle solution assurant la désorption des résidus sans détérioration de la membrane polymère. De même, il est possible que les encres récupérées soient aussi contaminées et aient, elles aussi, besoin d’un nettoyage acide ou basique adapté.
La Demanderesse a réalisé une campagne de tests de mesure d’adhérence de couches catalytiques avec un adhérence-mètre, sur un CCM sans traitement et ayant fait l’objet d’un traitement avec un procédé de l’art antérieur et avec le procédé selon l’invention, afin de voir l’impact des conditions du traitement. La représente les résultats d’essais de cette campagne de tests. Dans chacun des graphes de la , on a représenté l’élongation E en millimètres sur l’axe des abscisses et l’unité de force F en gf/mm² (grammes-force par mm²) sur l’axe des ordonnées. L’unité gramme-force est une unité métrique de force gravitationnelle. Le gramme-force est égal à la force exercée par un gramme de masse dans un champ gravitationnel uniforme. Par conséquent, un gramme-force est par définition égal à 9,80665 mN. La valeur d’un gramme-force est égale au poids d’un objet ayant une masse de 1 g.
Pour les tests, une vitesse d’élongation constante a été choisie (100 millimètres par minute).