INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Les échangeurs thermiques 10, 12, 14, 18 et 22 peuvent être d’un même type ou de types différents et comportent tous plusieurs voies afin de permettre plusieurs passages du fluide réfrigérant en plus de la voie servant au passage du flux d’hydrogène.
Les figures suivantes 3 à 5 illustrent différents modes de fonctionnement du circuit de la suivant les différentes configurations commandées par le module de contrôle MC de la qui contrôle notamment l’état des différentes vannes V1 à V6, V7 et V8 ainsi que les paramètres de fonctionnement des compresseurs CP1 et CP2, turbines….
De manière générale, chaque configuration ainsi commandée permet de sélectionner un ou plusieurs dispositifs/voies de contournement du circuit afin de contourner un ou plusieurs dispositifs de conversion catalytique de la pluralité des dispositifs successifs de conversion catalytique ortho-->para du circuit. Le principe général consiste à contourner au moins le dernier dispositif (n) (dans l’exemple de la il s’agit du troisième catalyseur 24) et, éventuellement, un dispositif (n-1) précédant le dernier dispositif (n) ou plusieurs autres dispositifs successifs (n-1 et n-2 ; n-1, n-2 et n-3 ;…) précédant successivement le dernier dispositif (n) en remontant vers l’entrée E du circuit.
En pratique ici ( ), on sélectionne au moins la voie de contournement L6 du dernier dispositif pour contourner le catalyseur 24, ou les voies L4 et L6 pour contourner respectivement les catalyseurs 20 et 24, ou encore les voies L2, L4 et L6 pour contourner respectivement tous les catalyseurs 16, 20 et 24.
Comme représenté sur la , aucune voie de contournement n’est sélectionnée, les vannes V2, V4 et V6 sont toutes fermées tandis que les vannes V1, V3 et V5 sont toutes ouvertes. Ainsi, le flux d’hydrogène qui est liquéfié dans le circuit est délivré en sortie du dernier dispositif de conversion catalytique avec un taux final de para-H2 qui est celui du contenu isomérique de l’hydrogène liquéfié à l’équilibre thermodynamique à une température donnée. Dans cet exemple, le taux final de para-H2 est supérieur ou égal à 95% et peut, par exemple, atteindre 99%. La configuration modulable du circuit de la permet donc de choisir de ne pas contourner de dispositif de conversion afin de produire de l’hydrogène liquéfié à un contenu isomérique maximal en fonction des besoins identifiés préalablement (par exemple, ici, en cas de stockage de longue durée).
Dans cet exemple, la vanne V8 est par exemple ouverte afin que l’hydrogène liquéfié produit puisse remplir le réservoir R2, la vanne V7 étant, quant à elle, fermée.
On notera que dans l’exemple décrit, sans mettre en œuvre un quelconque dispositif de contournement d’un dispositif de conversion catalytique dans le circuit : -à 300K le contenu isomérique de l’hydrogène est 75% ortho et 25% para ; -à 80K (après le catalyseur 16) le contenu isomérique de l’hydrogène est d’environ 50% ortho et 50% para ; -à 50K (après l’échangeur 18 et le catalyseur 20) le contenu isomérique de l’hydrogène est d’environ 23% ortho et 77% para ; -à 28K (après l’échangeur 22 et le catalyseur 24) le contenu isomérique de l’hydrogène est d’environ 5% ortho et 95% para.
La température de l’hydrogène liquéfié en sortie du circuit (en sortie d’échangeur 26) est de l’ordre de 22K et à l’entrée des réservoirs elle est de l’ordre de 20K. On notera que la température dépend de la pression de stockage (ex : 1,2 bar).
Dans le présent exemple, l’actionneur de pilotage du flux d’air comporte des volets 12 adaptés à fermer ou ouvrir les passages d’entrée/sortie 11. Tout autre moyen complémentaire peut être prévu au sein de l’actionneur de pilotage du flux d’air, tels que vannes, volets, clapets, etc., et ces moyens peuvent être logés à l’intérieur ou à l’extérieur de l’appareil ventilateur 8.
Dans le présent exemple, l’actionneur de pilotage du flux d’air est logé dans l’appareil ventilateur 8, et permet donc de connecter sélectivement les passages d’entrée/sortie 11 les uns aux autres en permettant une circulation d’air entre ces passages d’entrée/sortie 11 via les moyens de ventilation de l’appareil ventilateur 8.
Le dispositif de gestion d’air comporte de plus un module de commande 13 (schématisé sur la par une carte électronique montée dans l’appareil ventilateur 8) adapté à commander l’actionneur de pilotage du flux d’air, ainsi que les moyens de ventilation de l’appareil ventilateur 8. Le module de commande 13 peut être réalisé par tout moyen de commande connu, notamment tout dispositif électronique programmable.
Selon ce premier mode de réalisation, le module de commande 13 est programmé pour comporter deux modes de fonctionnement : – un mode de fonctionnement diurne dans lequel l’appareil ventilateur 8 est à l’arrêt ; – un mode de fonctionnement nocturne dans lequel de l’air est extrait par les ouvertures de gestion d’air 10B de deuxième type et cet air est réinjecté par les ouvertures de gestion d’air 10A de premier type.
Ces deux modes de fonctionnement sont indépendants de la ventilation mécanique contrôlée, qui continue d’assurer sa fonction.
Le dispositif de gestion de l’air est donc adapté à ne pas intervenir dans la gestion de l’air durant la phase diurne, tandis que dans la phase nocturne, il extrait de l’air d’une ou plusieurs pièces 3, 4, 5, 6, 7, qui ne sont pas des chambres, et réinjecte cet air dans la ou les chambres 2 de l’habitation 1, indépendamment du fonctionnement de la ventilation mécanique contrôlée classique.
La respirabilité de l’air est ainsi améliorée dans les chambres, qui sont à priori les seules pièces occupées et dans lesquelles du dioxyde de carbone est produit en continu, par l’injection d’air issu de pièces à priori non occupées, et donc présentant un taux de dioxyde de carbone moindre.
La illustre un deuxième mode de réalisation du dispositif de gestion de l’air. Ce deuxième mode de réalisation est illustré en référence à la même habitation que la , et selon la même disposition de l’appareil ventilateur 8, des conduits 9, et des ouvertures de gestion d’air 10A, 10B. Cependant, selon ce deuxième mode de réalisation, l’appareil ventilateur 8 est différent. Cet appareil ventilateur 8 est illustré seul à la .
Selon ce deuxième mode de réalisation, l’appareil ventilateur 8 comporte une bouche de balayage de premier type 14 (qui, dans cet exemple, est une bouche d’extraction d’air) qui est reliée à un conduit externe (une cheminée d’extraction, dans cet exemple, non représentée) de l’habitation 1 permettant à l’appareil ventilateur 8 d’évacuer de l’air vers l’extérieur de l’habitation 1. L’appareil ventilateur 8 comporte de plus des conduits supplémentaires permettant de le raccorder aux bouches de balayage de deuxième type 17 (bouches d’extraction d’air dans cet exemple).
Le dispositif de gestion d’air selon ce deuxième mode de réalisation comporte également des moyens de ventilation, et un actionneur de pilotage du flux d’air, comme dans le premier mode de réalisation, si ce n’est c’est qu’en plus de permettre une aspiration et une insufflation d’air d’une ouverture de gestion d’air 10A, 10B à l’autre, le dispositif permet de plus la création d’un balayage entre les bouches de balayage de deuxième type 17 et la bouche de balayage de premier type 14. Dans cet exemple, il s’agit d’une extraction d’air par la bouche de balayage de deuxième type 17 et un rejet de cet air à l’extérieur par la bouche de balayage de deuxième type 14. L’appareil ventilateur 8 est ainsi adapté à remplir les fonctions de la ventilation mécanique contrôlée, par extraction ou insufflation d’air, en plus de ses fonctions de brassage d’air selon l’invention, et ce de manière indépendante.
L’actionneur de pilotage du flux d’air est donc adapté non seulement à mettre en communication fluidique, via les moyens de ventilation, les différents passages d’entrée/sortie 11 de l’appareil ventilateur 8 entre eux, mais aussi avec la bouche de balayage de premier type 14.
Selon ce deuxième mode de réalisation, le module de commande 13 est programmé pour comporter deux modes de fonctionnement : – un mode de fonctionnement diurne dans lequel l’appareil ventilateur 8 joue un rôle de ventilation mécanique contrôlée classique, par extraction ou insufflation d’air, et dans cet exemple en aspirant de l’air (de manière continue ou par intermittence) dans les pièces de service (ici cuisine 6 et salle de bains 7), et en rejetant cet air hors de l’habitation 1 par la bouche de balayage de premier type 14 ; – un mode de fonctionnement nocturne dans lequel, la fonction de ventilation mécanique contrôlée est maintenue ou interrompue, et dans lequel de l’air est extrait par les ouvertures de gestion d’air de deuxième type 10B et cet air est réinjecté par les ouvertures de gestion d’air de premier type 10A.
Le dispositif de gestion de l’air est donc ici complété par la ventilation mécanique contrôlée classique, grâce aux bouches 17 et les ouvertures d’entrée d’air 18. Ainsi, en mode de fonctionnement diurne, un balayage de l’habitation 1 est mis en œuvre par la circulation entre ces entrées d’air 18 et l’aspiration qui a lieu dans les bouches 17 des pièces de service.
Cependant, durant le mode de fonctionnement nocturne, ce balayage peut continuer ou être interrompu, tandis que, indépendamment, l’appareil ventilateur 8 assure un fonctionnement où l’air est extrait d’une ou plusieurs pièces 3, 4, 5, 6, 7 qui ne sont pas des chambres, et est réinjecté dans la ou les chambres 2.
Comme dans le premier mode de réalisation, la respirabilité de l’air est ainsi améliorée dans les chambres, qui sont à priori les seules pièces occupées et dans lesquelles du dioxyde de carbone est produit en continu. Cette respirabilité est améliorée par l’injection d’air issu de pièces à priori non occupées, et donc présentant un taux de dioxyde de carbone moindre. De plus, dans le cas d’un appartement régulé thermiquement (chauffé ou climatisé), le mode nocturne permet d’abaisser les échanges thermiques avec l’extérieur, en permettant de limiter voire supprimer le balayage de la ventilation mécanique contrôlée, et permet ainsi des économies d’énergie, en plus d’améliorer la respirabilité.
La illustre un troisième mode de réalisation de l’invention dans lequel le dispositif de gestion de l’air est disposé dans le même exemple d’habitation 1 que la .
Par « charges carbonées », on entend, dans l’invention, des charges à base d’un matériau carboné, typiquement nanométriques et se présentant sous forme de poudre, de grains, de paillettes, de particules, de fils, de fibres creuses, de filaments, de tubes, de rubans, de feuillets, de clusters ou d’un de leurs mélanges. A titre d’exemples plus particuliers de charges carbonées, on peut citer des grains de graphite, des paillettes de graphite, des particules de graphite, des grains de graphite pyrolytique hautement orienté, des feuillets de graphène, des feuillets d’oxyde de graphène, des feuillets d’oxyde de graphène réduit, du fullerène, des paillettes de carbone vitreux, des particules de carbone vitreux ou des nanotubes de carbone mono-paroi ou multi-parois.
Typiquement, le solvant du liant polymérique est un solvant organique, un mélange de solvants organiques, de l’eau ou d’un mélange d’eau et de solvant(s) organique(s). Par « solvant organique », on entend, dans le cadre de la présente invention, un solvant qui appartient à la famille des cétones, des éthers-oxydes, des esters, des alcools, des hydrocarbures notamment aromatiques ou des terpènes.
L’encre carbone utilisable dans le cadre de l’invention peut être préparée, de façon extemporanée, en mélangeant ensemble ses différents constituants. En variante, cette encre peut être une encre accessible dans le commerce. A titre d’exemples d’encres commerciales utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut citer l’encre à base de graphite C10903P14 (Gwent Electronic. Materials Ltd, Montypool, Royaume-Uni), l’encre à base de carbone BQ242 (DuPont, Bristol, Royaume-Uni) et l’encre à base de carbone pour impression jet d’encre telles que l’encre JR-700 (Novacentrix, Austin, US). Une encre commerciale plus particulièrement utilisable dans le cadre de la présente invention est l’encre à base de carbone BQ242 (DuPont, Bristol, Royaume-Uni).
Tout polymère semi-conducteur habituellement utilisé comme transducteur électrochimique et notamment comme transducteur électrochimique dans les capteurs de pH tout solide est utilisable dans le cadre de la présente invention. Typiquement, le polymère semi-conducteur à partir duquel le transducteur électrochimique de la couche sensible au pH de l’électrode selon l’invention est obtenu est du PEDOT :PSS ou du poly(3-octylthiophene-2,5-diyl) (ou « POT » de formule C 12 H 18 S, polymère conjugué semi-conducteur hydrophobe). Un polymère semi-conducteur plus particulièrement utilisable dans le cadre de la présente invention est le POT. En effet, comme illustré dans la partie expérimentale ci-après, ce polymère permet de préparer des électrodes sensibles au pH avec des propriétés reproductibles.
Dans la couche sensible au pH de l’électrode selon l’invention, outre le transducteur électrochimique, on trouve des éléments sensibles au pH choisis dans le groupe constitué par les oxydes de métaux de transition et les molécules redox sensibles au pH.
Les oxydes de métaux de transition dans l’électrode sensible au pH selon l’invention peuvent être n’importe quels oxydes de métaux de transition et notamment n’importe quels oxydes de métaux de transition typiquement utilisés dans les capteurs de pH tout solide. Avantageusement, les oxydes de métaux de transition utilisés dans l’invention sont choisis dans le groupe constitué par les oxydes de titane (TiO 2 ), les oxydes de ruthénium (RuO 2 ), les oxydes de palladium (PdO 2 ), les oxydes de platine (PtO 2 ), les oxydes d’iridium (IrO 2 ), les oxydes de tungstène (WO 2 ) et leurs mélanges. En particulier, les oxydes de métaux de transition utilisés dans l’invention sont choisis dans le groupe constitué par les oxydes de ruthénium (RuO 2 ), les oxydes d’iridium (IrO 2 ) les oxydes de tungstène (WO 2 ) et leurs mélanges. Dans un mode de réalisation particulier, les oxydes de métaux de transition utilisés dans l’invention sont des oxydes de ruthénium (RuO 2 ). Dans un autre mode de réalisation particulier, les oxydes de métaux de transition utilisés dans l’invention sont des oxydes d’iridium (IrO 2 ).
Avantageusement, les oxydes de métaux de transition utilisés dans l’invention se trouvent sous forme nanométrique et notamment sous forme de poudre, de grains, de paillettes, de particules ou d’un de leurs mélanges.
Les molécules redox sensibles au pH dans l’électrode sensible au pH selon l’invention peuvent être n’importe quelles molécules redox sensibles au pH et notamment n’importe quelles molécules redox sensibles au pH typiquement utilisées dans les capteurs de pH tout solide. Avantageusement, les molécules redox sensibles au pH utilisables dans la couche sensible au pH de l’électrode selon l’invention sont choisies dans le groupe constitué par les quinones comme, par exemple, la 1,2-napthaquinone (NQ), les anthraquinones comme, par exemple, la phénanthraquinone (PAQ), les anthracènes comme, par exemple, le 9,10-anthracène et le 9-nitroanthracène, l'azobenzène, la diphénylamine, le bleu de méthylène, le 3-nitrofluoranthène, le 6-nitrochrysène et la thionine.
Dans la couche sensible au pH de l’électrode selon l’invention, le ratio en matières sèches éléments sensibles au pH/transducteur électrochimique est compris entre 1% et 50%, notamment entre 2% et 20% et, en particulier, entre 4% et 8%.
Dans l’électrode sensible au pH selon l’invention, la couche sensible au pH a typiquement une épaisseur comprise entre 1 µm et 100 µm, notamment entre 1 µm et 50 µm et, en particulier, entre 2 µm et 30 µm.
La présente invention concerne également un procédé de préparation d’une électrode sensible au pH telle que précédemment définie. Ce procédé comprend :
- le dépôt, sur une couche conductrice de l’électricité déposée sur un support isolant, d’une solution ou d’une suspension comprenant un transducteur électrochimique ou un de ses précurseurs et des éléments sensibles au pH choisis dans le groupe constitué par les oxydes de métaux de transition et les molécules redox sensibles au pH puis
- le séchage de cette solution ou de cette suspension moyennant quoi on obtient une couche sensible au pH comprenant un transducteur électrochimique et dans laquelle des éléments sensibles au pH sont répartis.
Par « précurseur d’un transducteur électrochimique », on entend notamment un polymère semi-conducteur et une encre carbone tels que précédemment définis.
Dans le procédé selon l’invention, la solution ou la dispersion est déposée, sur la couche conductrice, via une technique choisie parmi un dépôt par sérigraphie ; un dépôt par immersion ou trempage, également connu sous la dénomination anglaise « dip coating » ; un dépôt par centrifugation ou dépôt à la tournette, également connu sous la dénomination anglaise « spin coating » ; un dépôt par vaporisation ou pulvérisation manuelle connu sous la dénomination anglaise « spray coating » ; un dépôt par contact utilisant un timbre imbibé par l’encre et connu sous la dénomination anglaise « contact printing » ; un dépôt de type « microgoutte », également connu sous la dénomination anglaise « drop coating » ; un dépôt par impression jet d’encre, également connue sous la dénomination anglaise « inkjet printing » ; un dépôt par typographie ; un dépôt par flexographie et un dépôt par impression offset.
Avantageusement, lors du procédé selon l’invention, la solution ou la dispersion est déposée sur la surface du support par sérigraphie, lorsque le précurseur du transducteur électrochimique est une encre carbone.
Les flèches de liaison en pointillés désignent des signaux électriques, et les flèches de liaison pleines désignent des flux de fluide caloporteur.
Description détaillée En référence à la , nous décrivons les caractéristiques essentielles d’un système d’échange thermique selon l’invention. La montre un mode de réalisation d’un système d’échange thermique selon l’invention qui comprend des composants, dispositifs et fonctions additionnels.
Le système d’échange thermique selon l’invention comporte au moins deux boucles superposées, et de préférence une pluralité de double-boucles superposées, formant un système à double-boucles 1 d’échange thermique. Chaque double-boucle est composée de deux boucles fermées, disposées de manière superposée, qui sont raccordées entre elles, fluidiquement et thermiquement, par des échangeurs thermiques 6 qui sont typiquement des échangeurs à plaques. Le système d’échange thermique comporte un système de conduits 1,1a,9,10, dont font partie desdites double-boucles superposées 1, dans lequel circule un fluide caloporteur 13.
Ledit fluide caloporteur 13 est transporté entre la ou les unités de production d’énergie thermique 2 (appelées aussi sources ou générateurs d’énergie thermique), les dispositifs de captage ou récupération de chaleur additionnelle 5, 3a, 3b, 11,18 (les deux derniers visibles sur la ) qui sont raccordées audit système de conduits, et au moins un dispositif utilisateur 7 également appelé consommateurs. Ledit dispositif utilisateur 7 peut être par exemple un convecteur ou un ventilo-convecteur, comme cela est symbolisé sur les figures 1 et 2. La montre un autre dispositif utilisateur, à savoir un ballon d’eau chaude sanitaire.
Chacune desdites doubles-boucles principales 1 peut comporter au moins une unité d’échange d’énergie thermique 1a. Ladite au moins une unité d’échange d’énergie thermique 1a est avantageusement un système d’échange géothermique dont le mode de réalisation est proche desdits double-conduits 1. Il s’agit donc en règle générale de boucles géothermiques horizontales, enterrées. On peut prévoir une ou plusieurs corbeilles géothermiques 5, qui sont typiquement des conduits en forme de boucles concentriques (possiblement en spirales) superposées. Ces conduits sont disposés dans le sol, s’étendant verticalement dans une certaine profondeur qui se situe typiquement comprise entre environ 1,5 m et environ 5 m, de préférence entre environ 4 m et environ 5 m. La longueur du conduit qui forme une corbeille géothermique 5 s’étendant verticalement dans le sol peut atteindre une ou plusieurs dizaines de mètres, voire même une centaine de mètres, avec un diamètre, de préférence constant, d’environ 25 mm à 35 mm. Lesdites corbeilles géothermiques 5 échangent de l’énergie thermique avec les couches plus profondes du sol (en dehors de toute interaction avec l’environnement immédiat de la boucle 1) afin d’assurer un apport complémentaire d’énergie thermique à la boucle 1 ou afin de dissiper la chaleur excessive de ladite boucle 1. Dans un mode de réalisation, chaque corbeille géothermique est dimensionnée pour représenter une capacité de captage comprise entre environ 0,7 kW et environ 1,2 kW, sachant que cette capacité dépende également de la nature du sol et de la climatologie.
Chacune desdites boucles principales 1 comporte au moins un point de soutirage 9 (boucle Aller) et un point d’injection 10 (boucle retour) qui est en communication fluidique avec un ou plusieurs dispositifs source ou générateurs d’énergie thermique 2 qui sont typiquement des pompes à chaleur. Il peut s’agir de dispositifs individuels ou collectifs. Dans le cas d’un dispositif source ou générateur d’énergie thermique 2 collectif, la répartition de l’énergie thermique prélevée est distribuée à l’intérieur d’un bâtiment, par exemple un immeuble résidentiel, en fonction de contraintes spécifiques liés à l’usage ou aux besoins de destination du bâtiment. Les conduits de soutirage 9 sont agencés pour prélever du fluide caloporteur 13 et pour le distribuer aux dispositifs source ou générateurs d’énergie thermique correspondants 2, et les conduits d'injection 14 sont agencés pour ramener le fluide caloporteur 13 sortant des dispositifs source ou générateurs d’énergie thermique 2 pour le réinjecter dans le réseau utilisateur 15. A la sortie de chaque point de soutirage 9 est disposée une pompe à chaleur 2 pour extraire de l’énergie thermique dudit fluide caloporteur 13 en vue de la délivrer au dispositif utilisateur 7 concerné.
Le système d’échange thermique représenté sur la comprend au moins un point de remplissage 16, qui est préférentiellement installé en position haute desdits conduits pour en faciliter le remplissage, et au moins un point de vidange 17, qui est préférentiellement installé en position basse desdits conduits pour en faciliter la vidange.
A titre d’exemple, une (ou plusieurs) unité(s) 2 générateurs d’énergie thermique, de type pompe à chaleur peuvent être raccordées à la boucle d’échanges thermiques 1 et est elle-même raccordée à des dispositifs de production d’eau chaude sanitaire (abrégé ECS) 8 de type ballon d’eau chaude ou autre système de diffusion de chaleur aéraulique 7 ou hydraulique de type plancher chauffant ou ventilo-convecteurs.
Ledit fluide caloporteur est avantageusement de l’eau, qui a été de préférence préalablement adoucie et ensuite filtrée (typiquement par osmose inverse), sans ajout de glycol, à pression atmosphérique, permettant, en cas de fuite d’une des boucles du réseau, d’éviter tout risque de pollution des sols. L’interconnexion 6 des boucles 1 entre elles permet un maillage du réseau 33 assurant une résilience de celui-ci en cas de défaillance de l’une des boucles 1 qui le compose.
Un ou plusieurs capteurs solaires thermiques 3b est/sont associé(s) au système d’échange thermique selon l’invention, afin d’apporter tout ou partie du complément thermique nécessaire à la régulation de la température de la boucle d’eau. On peut utiliser tout type de capteur solaire thermique connu, par exemple un système tubulaire ou un système à panneaux plats. Ces capteurs et systèmes peuvent être posés sur la toiture sur la façade, et/ou les systèmes tubulaires peuvent être intégrés dans la toiture ou dans la façade. Dans un mode de réalisation particulier, ces capteurs et systèmes sont enterrés sous une surface d’un revêtement routier thermiquement absorbant, qui est avantageusement un revêtement de bitume,