INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La première partie 52A comprend une face de contact 524A en contact avec la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 et une face interne 522A délimitant le canal de refroidissement 54 du bloc de refroidissement liquide 50.
La deuxième partie 52B comprend une première face interne 522B en regard de la face interne 522A délimitant ensemble le canal de refroidissement 54 du bloc de refroidissement liquide 50, et une deuxième face interne 524B opposée à la face interne 522B de la deuxième partie 52B du corps de refroidissement 52.
La première partie 52A et la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 séparent le canal de refroidissement 54 de la chambre à vapeur 44.
La chambre de vapeur 44 est une enceinte étanche au vide qui abrite l'isolant électrique. La première partie 442 de la chambre de vapeur 44 s'étend, dans une direction longitudinale L, sur une longueur L1, entre deux surfaces de la face interne 480 du support d'isolant électrique 48.
La face interne 480 du support d'isolant électrique 48 peut avoir une section circulaire, par exemple être cylindrique ou conique, ou elle peut avoir une section de polygone, par exemple rectangulaire, et être un polyèdre.
L'ouverture 46 formant la deuxième partie 444 de la chambre de vapeur 44 est délimitée, dans la direction longitudinale L, entre deux surfaces de la face interne 346 de la couche d'isolant électrique 34 du substrat 30, selon une longueur L2.
En outre, la longueur L2 de l'ouverture 46 est égale ou supérieure à la longueur L10 de la surface de contact entre la ou les puces de puissance 20 et la face externe 324 de la couche de connexion électronique 32 du substrat 30.
Par conséquent, la zone de contact thermique comprend au moins une partie de la surface d'évaporation 322V de la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32, correspond à la partie chauffante du substrat 30, est directement en contact avec la première partie 442 de la chambre à vapeur 44. La longueur L1 de la première partie 442 de la chambre de vapeur 44 est supérieure à la longueur L2 de la seconde partie 442 de la chambre de vapeur 44 pour fournir une grande chambre de vapeur 44.
L'ouverture 46 peut avoir une section circulaire, par exemple être cylindrique ou conique, ou elle peut avoir une section d'un polygone, par exemple rectangulaire, et être un polyèdre.
La face interne 480 du support d'isolant électrique 48 du bloc de refroidissement 40 s'étend de la face de chambre 342 de la couche d'isolant électrique 34 à la face de condensation 424 de la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42.
Avantageusement, la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 du bloc de refroidissement 40 est constituée d'un matériau thermiquement conducteur, tel que le cuivre et le support d'isolant électrique 48 est constitué d'un matériau électriquement non conducteur, tel que le plastique. De préférence, le fluide électrique isolant est un liquide de refroidissement tel que de l'eau traitée sans aucune impureté qui est de l'eau électriquement non conductrice.
Selon les premier et deuxième modes de réalisation illustrés sur les figures 1 à 6, chaque puce de puissance 20 est située sous le substrat 30 qui est situé sous le bloc de refroidissement 40 du module de puissance 10, selon la direction verticale V. Ainsi, le fluide électrique isolant, à l'état liquide, est distribué, par gravité, vers la face évaporatrice 322V de la couche de connexion électrique 32 pour refroidir la puce de puissance 20 du module de puissance 10.
La illustre un module de puissance 10 selon un premier exemple de réalisation comprenant une seule puce de puissance 20. La longueur L10 de la surface de contact entre la puce de puissance 20 et la face externe 324 de la couche de connexion électronique 32 du substrat 30 correspond à la longueur de la seule puce de puissance 20 du module de puissance 10. En outre, la surface d'évaporation 322V de la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32 du substrat 30 est opposée à la seule puce de puissance 20. En particulier, la surface d'évaporation 322V correspond à la surface (de la face interne 322 ) de la zone de contact thermique de la couche de connexion électronique 32. Par conséquent, la longueur L2 est égale à la longueur L10.
La montre un module de puissance 10 selon un deuxième exemple du premier mode de réalisation. Cet exemple diffère du premier exemple du premier mode de réalisation en ce qu'il comprend trois puces de puissance 20 et une plaque isolante supplémentaire 45.
Les trois puces de puissance 20 sont disposées dans cet exemple longitudinalement sur la face externe 324 de la couche de connexion électrique 32 du substrat de sorte qu'une puce de puissance centrale 20 est située entre deux puces de puissance latérales 20 séparées l'une de l'autre par un espace. Ainsi, la longueur L10 de la surface de contact entre les puces de puissance 20 et la face externe 324 de la couche de connexion électronique 32 du substrat 30 correspond à l'addition de la longueur des trois puces de puissance 20 et de la longueur des espaces qui les séparent. Par ailleurs, la surface d'évaporation 322V de la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32 du substrat 30 est en regard des trois puces de puissance 20. En particulier, la surface d'évaporation 322V est supérieure à, mais comprend, la surface (de la face interne 322) de la zone de contact thermique de la couche de connexion électronique 32. En conséquence, la longueur L2 est supérieure à la longueur L10.
La plaque isolante supplémentaire 45 est disposée sur la face de condensation 424 de la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42, en face de l'ouverture 46 du bloc de refroidissement 40. Dans le cas où la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 est en contact direct avec le corps de refroidissement 52 du bloc de refroidissement de liquide 50, l'utilisation d'une plaque isolante supplémentaire 45 permet d'éviter la formation d'arcs électriques entre la couche de connexion électrique 32 du substrat 30 et la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 du bloc de refroidissement 40. De préférence, la plaque isolante supplémentaire 45 a une épaisseur inférieure à l'épaisseur de la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 et doit être aussi mince que possible. De plus, la plaque isolante supplémentaire 45 est faite d'un matériau électriquement non-conducteur, tel que la céramique.
Le matériau envisagé pour la cuve de réacteur 4, et les échangeurs 49 est de l’acier inoxydable.
La conception assistée par ordinateur (CAO) donne un volume d’eau secondaire d’environ 200 m 3 pour sa température froide T1 et d’environ 100 m 3 pour sa température chaude T2.
La température moyenne de l’eau secondaire se situe autour de 85 °C, soit une température inférieure à la température d’ébullition de l’eau à l’atmosphère.
Le volume d’eau primaire est de l’ordre de 30 m 3 , soit un facteur 10 environ inférieur à celui du volume d’eau secondaire.
Il en résulte donc une inertie thermique très importante contribuant fortement à la sûreté de fonctionnement du bloc réacteur 4, 102, à la fois en termes d’absorption des éventuels échauffements de l’eau primaire, mais également vis-à-vis de la montée en pression de l’eau primaire en cas de défaut d’évacuation de la puissance résiduelle.
Le tableau 2 suivant illustre caractéristiques du dimensionnement thermo hydraulique des circuits secondaires et tertiaires. La CAO indique un nombre de trois échangeurs 200, qui pourrait être réduit à deux, pour des questions d’optimum économiques.
Paramètres Valeurs Température T1 en entrée d’échangeurs 49 65°C Température T2 en sortie d’échangeurs 49 105°C Débit de l’eau secondaire 119,1 kg/s Pression de l’eau secondaire 5 bars Température T3 en entrée 201 d’échangeurs 200 35°C Température T4 en sortie 202 d’échangeurs 200 90°C Débit de l’eau tertiaire 86,9 kg/s Hauteur motrice d’équilibre de convection naturelle S d’eau secondaire 2,7 m
Un nombre de trois échangeurs identiques 200 est retenu avec pour chacun un volume d’échange thermique utile d’environ 1,1 m 3 et une hauteur d’échange entre circuits secondaire et tertiaire de 1,7m.
Le pincement dans un échangeur 200 est augmenté comparativement à celui d’un échangeur 49 du fait de l’écart de température entre la couche d’eau froide à 35°C dans la fosse 9, et la couche d’eau chaude à 90°C.
La hauteur motrice de convection naturelle de l’eau secondaire est d’au moins 2.7 m, ce qui fixe la position maximale en altitude de la thermocline 1. On peut envisager une hauteur d’environ 3,5 m afin de prendre des marges de dimensionnement concernant les pertes de charge en tuyauterie, et avoir des marges de réglage en modulant le débit de de l’eau tertiaire.
La hauteur motrice minimale nécessaire à l’établissement de la convection naturelle de l’eau tertiaire correspond à la différence d’altimétrie entre la position médiane d’un échangeur 200, et la position de la thermocline de séparation entre couche froide et couche chaude dans la fosse 9. Cette thermocline évolue de façon saisonnière et en fin de période estivale, avant la mise en route de la fourniture de chaleur au réseau 300, la couche d’eau froide est minimale et comme cela ressort déjà de ce qui précède, la valeur conservative choisie est l’altitude du collecteur de soutirage 211 de l’eau tertiaire. Le pré dimensionnement réalisé se base sur la minimisation des pertes de charge permettant l’établissement de la convection naturelle à hauteur motrice modérée. La hauteur calculée minimale est de l’ordre de 2 m, ce qui permet une implantation compacte, malgré les conditions cumulées de convection naturelle des circuits primaire, secondaire et tertiaire qui conduisent à un enfouissement relativement profond du bloc réacteur 4.
Le niveau du radier 103 du puits de cuve se situe à environ 50 m par rapport au sol, lorsque le puits de cuve 100 est totalement excavé, c’est-à-dire enterré complètement en-dessous du fond 91 de la fosse 9. Dans la conception CAO, le fond de la fosse 9 se situe à 32 m de la surface du sol. Dans l’hypothèse d’une fosse 9 plus profonde, par exemple 40 m, la profondeur du radier serait alors plus proche de 60 m, à cause de la nécessité d’établissement d’une convection naturelle de l’eau tertiaire.
Les injections d’eau dans la fosse de stockage thermique 9 et de soutirage vers le réacteur 4 sont prévues pour avoir des débits constants toute l’année correspondant à un fonctionnement du réacteur à 100% de puissance.
Les débits aller et retour du réseau de chaleur 300 sont quant à eux variables selon l’appel de puissance du réseau. Les variations de charge hydrostatique dans la fosse 9 pendant l’année peuvent nécessiter l’ajout d’un dispositif de régulation du débit de soutirage vers le réacteur pour maintenir ce dernier constant.
Pour la compréhension de l'invention, les orientations verticale, longitudinale et transversale sont adoptées selon la référence VLT représentée sur les figures, où les axes longitudinal L et transversal T s'étendent dans un plan horizontal.
Les figures 2 à 8 montrent un module de puissance 10 dans lequel les figures 2 à 5 correspondent à différents exemples d'un premier mode de réalisation, la correspond à un deuxième mode de réalisation, et les figures 7 et 8 correspondent à deux exemples d'un troisième mode de réalisation.
Les modules de puissance 10 selon les premier, deuxième et troisième modes de réalisation comprennent au moins une puce de puissance 20 et un substrat 30 comprenant au moins un : couche de connexion électrique 32 comprenant une face externe 324 connectée à la puce de puissance 20 pour l'alimenter, et comprenant une face interne 322 opposée à la puce de puissance 20, et couche d'isolation électrique 34 comprenant une face de contact 344 disposée contre la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32, et une face de chambre 342 opposée à la couche de connexion électrique 32.
Les modules de puissance 10 selon les premier, deuxième et troisième modes de réalisation comprennent également un bloc de refroidissement 40 comprenant une paroi de délimitation de chambre à vapeur 42 comprenant une face de condensation 424 et une face de contact 422 et une chambre à vapeur 44 délimitée par la paroi de délimitation de chambre à vapeur 42.
La chambre à vapeur 44 comprend : : une première partie 442 délimitée, dans la direction verticale V, entre la face de chambre 342 de la couche d'isolant électrique 34 et la face de condensation 424 de la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42, une ouverture 46 formant une seconde partie 444 de la chambre à vapeur 44, s'étendant de la première partie 442 à travers la couche d'isolation électrique 34 jusqu'à une surface d'évaporation 322V de la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32, en face de la puce de puissance 20,
Le bloc de refroidissement 40 de chaque module de puissance 10 selon les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, comprend également : un support d'isolant électrique 48 séparant la paroi de délimitation de la chambre de vapeur 42 de la couche d'isolant électrique 34. Le support d'isolation électrique 48 comprend une face interne 480 délimitant la première partie 442 de la chambre de vapeur 44, selon la direction longitudinale L, à travers le support d'isolation électrique 48.
Le bloc de refroidissement 40 de chaque module de puissance 10 selon les premier, deuxième et troisième modes de réalisation, comprend également : un bloc de refroidissement de liquide 50, comprenant un corps de refroidissement 52 et un canal de refroidissement 54, à travers lequel circule le liquide de refroidissement, et un fluide électrique isolant dans la chambre à vapeur 44, le fluide électrique isolant étant dans un état liquide ou gazeux.
Chaque puce de puissance 20 correspond à un composant électrique formant la source de chaleur du module de puissance 10, tel qu'un commutateur électronique de puissance ou un processeur ou une DEL.
Le contact entre la ou les puces de puissance 20 et la face externe 324 de la couche de connexion électrique 32 du substrat 30, délimite une surface de contact sur la face externe 324 d'une zone de contact thermique de la couche de connexion électrique 32. La zone de contact thermique de la couche de connexion électrique 32 s'étend depuis cette surface de contact de la face externe 324 jusqu'à au moins une partie de la surface d'évaporation 322V en faisant saillie verticalement de cette surface de contact. Cette zone de contact thermique s'étend, dans la direction longitudinale L, sur une longueur L10 représentée sur les figures 2 et 3 (mais est également délimitée par une longueur dans la direction transversale T non représentée.
Le substrat 30 correspond à un substrat en cuivre à liaison directe (DBC) fournissant les interconnexions pour former un circuit électrique. En particulier, la couche de connexion électrique 32 du substrat 30 comprend des traces 326 (représentées sur la ) maintenues en position sur la couche d'isolation électrique 34 du substrat 30 pour être connectées à différents connecteurs de la puce de puissance 20.
La couche d'isolation électrique 34 du substrat 30 comprend une face interne 346 qui s'étend depuis la face de contact 344 de la couche d'isolation électrique 34, en contact avec la face interne 322 de la couche de connexion électrique 32, jusqu'à la face de chambre 342 de la couche d'isolation électrique 34. La face interne 346 délimite l'ouverture 46 formant une deuxième partie 444 de la chambre à vapeur 44.
La face de la chambre 342 de la couche d'isolation électrique 34 fait face à la face de condensation 424 de la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42 du bloc de refroidissement 40.
La première partie 444 s'étend depuis la seconde partie 442 de la chambre à vapeur 44 et comprend une portion délimitée dans la direction verticale, entre la face de chambre 342 de la couche d'isolation électrique 34 et la face de condensation 424 de la paroi de délimitation de la chambre à vapeur 42.
De préférence, la couche de connexion électrique 32 du substrat 30 est constituée d'un matériau thermiquement conducteur, tel que le cuivre, et la couche d'isolation électrique 34 du substrat 30 est constituée d'un matériau électriquement non conducteur, tel que la céramique.
Le bloc de refroidissement 40 est conçu pour refroidir les composants électroniques, c'est-à-dire la puce de puissance 20 du module de puissance 10.
Selon un exemple illustré sur les figures 2 à 8, le corps de refroidissement 52 du bloc de refroidissement liquide 50 du bloc de refroidissement 4 comprend une pluralité de parties (seules deux sont représentées sur la ) dont une première partie 52A et une deuxième partie 52B formant entre elles le canal de refroidissement 54.
Les demi-cadres 32 et 34 définissent chacun une ouverture centrale 32C, respectivement 34C, qui les traverse de part en part et en regard desquels est disposée la membrane CCM 25 en configuration montée de cette membrane sur le cadre 30. Les ouvertures centrales 32C et 34C des demi-cadres 32 et 34 sont donc délimitées par des bords internes de ces demi-cadres. La réunion des ouvertures centrales 32C et 34C définit une ouverture centrale 30C du cadre 30, qui est obturée par la membrane CCM en configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2. Les demi-cadres 32 et 34, et donc le cadre 30 qu’ils constituent, présentent un contour fermé autour de l’ouverture centrale correspondante.
On note 32D les bords transversaux de l’ouverture centrale 32C du demi-cadre 32, chaque bord transversal étant parallèle à l’axe B32. On note 34D les bords transversaux de l’ouverture centrale 34C du demi-cadre 34, chaque bord transversal étant parallèle à l’axe B32.
Avantageusement, l’assemblage membrane-électrode 2 comprend également une première couche de diffusion de gaz 28 et une deuxième couche de diffusion de gaz 29 qui peuvent être dénommées GDL et qui ont pour fonction de favoriser les échanges entre la membrane CCM 25 et les fluides circulant entre les deux demi-plaques bipolaires 42 et 44 d’un sous-ensemble 6 auquel appartient cet assemblage membrane-électrode.
Avantageusement, l’épaisseur des couches de diffusion 28 et 29 est comprise entre 0,050 et 0,320 mm, de préférence de l’ordre de 0,250 mm.
En configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2, les couches de diffusion 28 et 29 recouvrent la membrane CCM 25 et une partie du cadre 30, au voisinage de l’ouverture centrale 30C, chacune d’un côté de la membrane CCM25.
Pour permettre l’immobilisation des demi-plaques bipolaires 42 et 44 sur le cadre 30 équipé de la membrane CCM 25, chacun des demi-cadres 32 et 34 est équipé de premiers orifices 320, respectivement de deuxièmes orifices 340, qui sont disposés de part et d’autre de son ouverture centrale 32C ou 34C, selon son axe longitudinal A32 ou A34, et de part et d’autre de ses ouvertures individuelles 36 2 ou 36 4 selon son axe transversal B32 ou B34. Les premiers orifices 320 sont destinés à être recouverts par la demi-plaque bipolaire 42, alors que les deuxièmes orifices 340 sont destinés à être recouverts par la demi-plaque bipolaire 44, en configuration montée du sous-ensemble 6. Ainsi, en configuration montée du sous-ensemble 6, les orifices 320 et 340 sont disposés en regard des demi-plaques bipolaires 42 et 44, selon une direction parallèle à l’axe A30, c’est-à-dire selon une direction perpendiculaire aux plans π22 et π30.
Dans l’exemple, les orifices 320 du demi-cadre 32 sont au nombre de 4, de même que les orifices 340 du demi-cadre 34.
En variante non représentée, un nombre différent d’orifices 320 et 340 peut être prévu, voire des orifices en nombres différents sur les deux demi-cadres.
Le demi-cadre 32 comprend deux rangées de deux orifices 320 qui s’étendent respectivement à proximité des extrémités 32A et 32B du demi-cadre 32, de part et d’autre des ouvertures individuelles 36 2 , et qui relient la surface S32 du demi-cadre 32 à une surface S’32 du demi-cadre 32 qui est opposée à la surface S32 et sur laquelle viennent en appui la première demi-plaque bipolaire 42 et la couche de diffusion 28. Les orifices 320 traversent donc l’épaisseur du demi-cadre 32.
De la même façon, le demi-cadre 34 comprend deux rangées de deux orifices 340 qui s’étendent respectivement à proximité des extrémités 34A et 34B du demi-cadre 34, de part et d’autre des ouvertures individuelles 36 4 , et qui relient la surface S34 du demi-cadre 34 à une surface S’34 du demi-cadre 34 qui est opposée à la surface S34 et sur laquelle vient en appui la deuxième demi-plaque bipolaire 42 et la couche de diffusion 28. Les orifices 340 traversent donc l’épaisseur du demi-cadre 34.
Avantageusement, les orifices 320 sont répartis sur le premier demi-cadre 32 de façon symétrique par rapport aux axes A32 et B32. De la même façon, les orifices 340 sont répartis sur le premier demi-cadre 34 de façon symétrique par rapport aux axes A34 et B34.
Avantageusement, les orifices 320 sont plus éloignés des bords transversaux 32D que les orifices 340 sont éloignés des bords transversaux 34D. Ainsi, les orifices 320 et 340 sont décalés les uns par rapport aux autres, selon une direction parallèle aux axes longitudinaux A32 et A34, de sorte qu’il n’existe pas de superposition entre ces orifices selon la direction de l’axe A30.
On note d32 une distance mesurée parallèlement à l’axe A32 entre l’axe B32 et une droite passant par les centres géométriques des orifices 320. On note d34 une distance mesurée parallèlement à l’axe A34 entre l’axe B34 et une droite passant par les centres géométriques des orifices 340. Les distances d32 et d34 sont différentes. Dans l’exemple, la distance d32 est supérieure, d’un écart Δ24 non nul, par rapport à la distance d34 et cet écart Δ24 induit un décalage entre les orifices 320 et 340, parallèle aux axes longitudinaux A32 et A34, tel qu’il n’existe pas de superposition entre eux.
Selon une variante non représentée de l’invention, en plus ou à la place du décalage selon une direction parallèle aux axes longitudinaux A32 et A34, les orifices 320 et 340 sont décalés les uns par rapport aux autres, selon une direction parallèle aux axes transversaux B32 et B34, ce qui évite également une superposition entre ces orifices selon une direction parallèle à l’axe A30.
On note S42 la surface de la première demi-plaque bipolaire 42 tournée vers le cadre 30 en configuration assemblé du sous-ensemble 6. On note S44 la surface de la deuxième plaque bipolaire 44 tournée vers le cadre 30 en configuration assemblée du sous-ensemble 6.
En configuration assemblée du sous-ensemble 6, chaque orifice 320 s’étend, à travers le demi-cadre 32, entre les surfaces S34 et S42, alors que chaque orifice 340 s’étend, à travers le demi-cadre 34, entre les surfaces S32 et S44.
Le puit de cuve excavé ou posé peut comprendre une paroi en béton formant la paroi de séparation avec le sol et le volume de la fosse.
La hauteur He du puits de cuve excavée en dessous du fond de la fosse est avantageusement au moins égale à 15m.
Avantageusement, le réacteur est un réacteur de type SMR calogène.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement à positionner un réacteur de type REP au fond d’une fosse de stockage thermique délimitant une thermocline et à les coupler thermiquement.
Pour ce faire, le circuit tertiaire du réacteur est constitué par la fosse en elle-même et un (des) échangeur(s) avec le circuit secondaire dont l’entrée est reliée fluidiquement dans une zone à température froide en-dessous de la thermocline et la sortie est reliée fluidiquement dans une zone à température chaude en-dessus de la thermocline de sorte à assurer une convection naturelle ou forcée de l’eau dans ledit circuit tertiaire et ce quelle que soit la saison de l’année et l’appel de puissance du réseau de chaleur dont les entrées et sortie sont reliées de préférence respectivement aux zones à températures froide et chaude.
Le réseau de chaleur comprend en lui-même un circuit de pompage et de rejet d’eau et d’échange thermique avec le réseau.