INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
- la est une vue au MEB (Microscope Electronique à Balayage) d’un exemple de particules minérales utilisées (particules de verre).
Description détaillée de l’invention En référence à la , l’invention concerne un procédé 100 de dépôt d’un revêtement métallique par projection thermique. Le procédé de projection thermique utilisé dans le cadre de l’invention peut être un procédé Cold Spray (« pulvérisation à froid » en français). Comme indiqué dans la partie introductive de cette description, ce procédé se distingue des autres procédés de projection thermique par la possibilité de réaliser un revêtement à basse pression et à basse température.
Le procédé 100 de dépôt selon l’invention est mis en œuvre au moyen d’un dispositif 1 de projection comprenant au moins un élément chauffant 10 et une buse 20 de projection et comprend les étapes suivantes :
- fournir une surface S à revêtir 110, un réservoir 2 pour un mélange et le dispositif 1 de projection métallique, le dispositif de projection étant relié au réservoir,
- chauffer le mélange 120 à une température inférieure au point de fusion des particules métalliques PMe par l’intermédiaire du gaz neutre, de sorte à obtenir des particules métalliques partiellement ramollies et ductiles,
- projeter le mélange chauffé 130 à travers la buse 20 de sorte à former un jet de matière en direction de la surface S à revêtir et à former le revêtement métallique sur cette surface.
Dans la suite, nous reviendrons plus en détail sur les différentes étapes du procédé 100 de dépôt selon l’invention.
L’élément chauffant 10 permet de chauffer les particules contenues dans le réservoir 2 par l’intermédiaire du gaz neutre. Le mélange comprenant les particules est destiné à être projeté sur la surface S à revêtir afin de former un revêtement métallique. Ce revêtement métallique sert notamment à réparer des composants ayant subi de l’usure en fonctionnement mais il peut avoir d’autres usages. Dans le cadre de l’invention, ces composants sont essentiellement des composants d’un aéronef mais ceci n’est pas obligatoire, les composants pouvant être tout composant nécessitant un revêtement par dépôt métallique. En principe, le revêtement métallique R à déposer peut donc être fait de la même matière que le composant sur lequel il est destiné à être déposé mais ceci n’est pas obligatoire. Dans le cadre de l’invention, la surface S à revêtir désigne aussi bien la surface du composant (ou plus généralement de la pièce) que la surface du revêtement métallique en cours de formation.
L’élément chauffant 10 peut être toute source de chaleur permettant de porter le mélange à la température souhaitée par l’intermédiaire du gaz neutre. De préférence, l’élément chauffant 10 présente des dimensions réduites afin d’avoir un dispositif 1 de projection compact et maniable. L’élément chauffant 10 n’a pas nécessairement besoin d’être dans ou à proximité immédiate du, i.e. accolé au, réservoir 2 comprenant le mélange. En effet, ce qui importe est d’avoir une exposition appropriée du mélange à la chaleur émise par l’élément chauffant 10.
Par exemple lors d’une première sous-étape 112 de la première étape 110, l’opérateur fixe l’armature 32 sur un élément de châssis du véhicule, dans le compartiment moteur. La valve 3 est fixée dans cette première sous-étape, dans l’armature 32 et donc à l’élément de châssis, à une position prédéfinie dans le compartiment moteur.
Lors d’une deuxième sous-étape 114 de la première étape 110, l’opérateur fixe le socle 5 à l’élément de châssis du véhicule ou à un autre élément dans le compartiment moteur, en utilisant les plots antivibratoires 72, 74 et les boulons associés.
Enfin lors d’une troisième sous-étape 116 de la première étape 110, l’opérateur pré-positionne l’échangeur thermique 2 sur la surface d’appui 55 du socle 5.
Bien sûr l’ordre des sous-étapes 112 à 116 peut être modifié.
Lors d’une deuxième étape 120 du procédé de montage 100, l’opérateur raccorde le tuyau de climatisation 4 à la valve d’expansion 3 et à l’échangeur thermique 2 en ajustant la position de celui-ci selon la troisième direction X.
Par exemple lors d’une première sous-étape 122 de la deuxième étape 120, l’opérateur connecte de manière étanche une extrémité du tuyau de climatisation 4 à la valve d’expansion 3.
Lors d’une deuxième sous-étape 124 de la deuxième étape 120, l’opérateur déplace l’échangeur thermique 2 par rapport au socle 5 du support, dans la troisième direction X, de sorte à amener la connexion fluidique d’entrée 21 de l’échangeur thermique 2 contre l’autre extrémité du tuyau de climatisation et pouvoir connecter de manière étanche cette autre extrémité à la connexion fluidique d’entrée 21, sans avoir à contraindre le tuyau de climatisation.
Bien sûr l’ordre des sous-étapes 122, 124 peut être inversé.
Par ailleurs, il convient de comprendre que le découpage des première et deuxième étapes a ici été effectué pour faciliter la compréhension du lecteur, mais sans sortir du contexte de l’invention, on pourra prévoir que la première sous-étape 122 de la deuxième étape 120 pourrait avoir lieu au cours de la première étape 120, une fois la valve d’expansion rapportée sur le véhicule.
Lors d’une troisième étape 130 du procédé de montage 100, la portion amovible 6 est assemblée au socle 5 grâce aux premiers et deuxièmes moyens de retenue, qui sont des systèmes de clip. De ce fait il est à noter que la portion amovible 6 est démontable, est à distance du socle lors du montage de l’échangeur thermique et vise à bloquer la position de l’échangeur thermique une fois le raccordement du tuyau rigide de climatisation effectué.
Enfin une dernière étape 140 du procédé de montage 100 est la fixation d’autres éléments du système de climatisation sur le support 1, grâce aux moyens de réception d’agrafes que constituent les fenêtres 65, 67, 69 et les oreilles 61, 63, et grâce à l’orifice disposé dans la platine 58.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. Notamment les caractéristiques de différentes variantes de réalisation peuvent être combinées pour réaliser l’invention, dans la mesure où ces variantes ne sont pas incompatibles entre elles.
DISPOSITIF DE GENERATION DE FLUIDES FROID ET CHAUD DANS DES PHASES DISTINCTES L’invention se rapporte à un dispositif de génération de fluides thermiques chaud et froid à des instants distincts pour une utilisation dans les process industrielles.
L'invention peut être mise en œuvre dans un grand nombre de domaines techniques pour lesquels il est recherché de produire deux fluides caloporteurs à des températures distinctes et dans des phases distinctes. Par exemple, l'invention trouve une application particulièrement adaptée pour un process nécessitant un fluide chaud pour une phase de chauffage lors de l’élaboration d’un produit dans un réacteur et un fluide froid pour le refroidissement du produit fini avant conditionnement. En outre, la production de fluide chaud permet également la préparation d’eau chaude pour nettoyer l’atelier de production à l’issue de la phase de vidange.
Typiquement, dans le domaine de l'industrie pharmaceutique, cosmétique ou agroalimentaire, le processus de fabrication des produits inclut une phase de formulation avec un chauffage des produits à une température maîtrisée, typiquement entre 30 et 90°C. Ces températures sont obtenues généralement au moyen d’un circuit vapeur industrielle issus d’une chaudière gaz ou au fioul.
À l'issue de cette phase de formulation des produits, qui peut durer un ou plusieurs jours, le produit est refroidi pour être conditionné dans des emballages de commercialisation à température ambiante, et notamment entre 20 et 25°C. Cette phase de refroidissement utilise une eau glacée entre 6 et12°C issue d’un groupe frigorigène.
Le four 1002 peut comprendre une deuxième cuve 2005, par exemple une cuve d’affinage, dans laquelle la fonte 2004 s’écoule via une gorge 2006 aménagée à cet effet. La deuxième cuve 2005 peut être de munie d’une pluralité de brûleurs 2007 à flamme disposés au-dessus de la surface de la fonte 2004, d’électrodes immergées ou non et d’un moyen 2008 d’approvisionnement en agent affinant, oxydant et/ou réducteur. Le moyen 2088 d’approvisionnement en agent oxydant ou réducteur peut également être disposé dans la première cuve 2001.
Le séjour de la fonte 2004 dans la deuxième cuve en poursuit l’homogénéisation thermique et chimique et permet l’ajustement de son état rédox conformément aux spécifications. Au terme de ce séjour, la fonte 2004 constitue le verre ou la roche en fusion 1006 qui est ensuite acheminée vers des outils de formage, tels que des outils de fibrage 1005a-c via le canal 1004, des outils de manufacture de granulats verriers, ou encore des outils de moulage.
La cuve 2001 de fusion dispose d’un dispositif 2009 de mesure de la température, par exemple un thermocouple 2007, immergé ou non, configuré pour une mesure continue de la température, T, dudit mélange 1001a de matières premières en fusion, c’est-à-dire la fonte 2004. Le dispositif de mesure de température est généralement connecté à un dispositif d’asservissement 2010, tel qu’un régulateur Proportionnel – Intégral – Dérivé (PID), permettant la régulation du four selon une température de consigne, T 0 . La température de consigne, T 0 , peut être une valeur fixe ou un profil temporel.
Le dispositif d’asservissement 2010 est connecté aux contrôleurs (non représentés) des brûleurs immergés et en ajuste la puissance de sorte que la température, T, de la fonte 2004, atteigne la température, T 0 , de consigne. Dans le cas des brûleurs oxygène-carburant, la puissance des brûleurs est ajustée par variation des débits d’oxygène, de carburant et/ou du rapport de ces deux débits.
Le dispositif 2010 d’asservissement peut en outre être configuré pour contrôler la quantité ou le débit d’agent oxydant et réducteur acheminé via le moyen 2008 d’approvisionnement. Ce contrôle peut être exercé via une connexion au dispositif de commande (non représenté) du moyen 2008 d’approvisionnement. Par exemple, le moyen 2008 d’approvisionnement est un convoyeur, le dispositif de commande peut en varier la vitesse de convoyage selon une valeur de consigne fournie par le dispositif d’asservissement 2010.
En référence aux et 3, dans un premier aspect de l’invention, il est fourni une méthode 3000 pour calibrer les paramètres d’un dispositif d’asservissement 2010 d’un four 1002, de préférence à combustion immergée, pour la fusion d’un mélange 1001a de matière premières comprenant des déchets minéraux, - ledit four 1002 comprend au moins une cuve 2001 équipée d’au moins un moyen de chauffage 2002a-c, de préférence sous forme d’au moins un brûleur immergé, et au moins un dispositif 2010 d’asservissement configuré pour réguler la puissance dudit moyen de chauffage 2002a-c ; - ladite cuve 2001 est adaptée à la fusion 2004 d’un mélange 1001a de matières premières ; - ledit cuve 2001 comprend au moins un dispositif 2009 de mesure de température; - ledit dispositif 2009 de mesure de température est configuré pour la mesure continue de la température dudit mélange 1001a de matières premières en fusion 2004, et connecté audit dispositif d’asservissement 2010 ; ladite méthode 3000 comprend les étapes suivantes : (a) l’introduction 3001 continue d’un mélange 1001a de matières premières de composition donnée dans la cuve 2001 ; (b) la mesure 3002 continue de la température du mélange 1001a de matières premières en fusion 2004 à l’aide du dispositif 2009 de mesure de température; (c) la chauffe 3003 stationnaire du mélange 1001a de matières premières en fusion 2004 selon une température, T i , donnée ; (d) la modification 3004, pour une période donnée et limitée de temps, sans régulation active par le dispositif 2010 d’asservissement, d’au moins un paramètre de fonctionnement du four 1002 choisi parmi la teneur en humidité dans le mélange 1001a de matières premières, la tirée du four, la vitesse d’enfournement du mélange 1001a de matières premières, la puissance du moyen de chauffage 2002a-c, et/ou la quantité de composés organiques ou de combustibles carbonés dans le mélange 1001a de matières premières ; (e) la mesure 3005 des variations temporelles de la température, ΔT, du mélange de matières premières 1001a en fusion 2004; (f) la modélisation 3006, à l’aide d’un dispositif de traitement de données, du comportement thermique du four 1002 à l’aide d’une fonction H(s) de transfert de chaleur non-stationnaire avec, comme données d’entrée, les variations temporelles de la température, ΔT, du mélange 1001a de matières premières en fusion et du au moins un paramètre de fonctionnement modifié à l’étape (d) ; (g) la modélisation 3007, à l’aide d’un dispositif de traitement de données, des paramètres de la fonction de transfert C(s) du dispositif d’asservissement 2010 appliquée à la fonction H(s) de transfert modélisée à l’étape (f).
Le dispositif 2009 de mesure de température peut être un thermocouple ou un pyromètre.
Dans le cadre de l’invention, il est entendu par « combustibles carbonés » tout type de combustible organique minéral à base de carbone, de préférence solide, pouvant être ajouté au mélange 1001a de matières premières. Un exemple de combustible carboné peut être le coke de charbon ou de pétrole.
Les étapes (f) et (g) de modélisation sont généralement exécutées à l’aide d’un dispositif de traitement de données. Un exemple de dispositif peut être un dispositif configuré pour exécuter automatiquement des séquences d'opérations arithmétiques ou logiques pour réaliser des tâches ou des actions. Un tel dispositif, généralement appelé ordinateur, peut comprendre une ou plusieurs unités centrales de traitement (CPU) et au moins un dispositif de contrôle adaptés pour exécuter ces opérations.
Le dispositif peut également comprendre d'autres composants électroniques tels que des interfaces d'entrée/sortie, des dispositifs de stockage non volatils ou volatils, et des bus de communication pour le transfert de données entre les composants à l'intérieur du dispositif. L'un des dispositifs d'entrée/sortie peut être une interface utilisateur pour l'interaction homme-machine, par exemple une interface utilisateur graphique pour afficher des informations compréhensibles par l'homme.
Le dispositif de traitement des données peut avantageusement comprendre une ou plusieurs unités de traitement graphique (GPU) dont la structure parallèle les rend plus efficaces que les unités centrales de traitement dans l’exécution de calculs complexes.
L’étape (g) de modélisation du comportement thermique du four 1002 à l’aide d’une fonction H(s) de transfert de chaleur non-stationnaire permet d’avoir l’obtention d’un modèle numérique du four 1002 à partir duquel il est possible de modéliser les paramètres de la fonction de transfert C(s) du dispositif d’asservissement 2010 sans qu’il soit nécessaire d’intervenir physiquement sur le four 1002 pour mettre en œuvre cette modélisation. En d’autres termes, la fonction H(s) de transfert fournit un modèle du four 1002 sur lequel le dispositif d’asservissement 2010 peut être appliqué, via sa fonction C(s) de transfert, afin, dans l’étape (g), de déterminer les valeurs des paramètres dudit dispositif pour une régulation optimale du four 1002.
Grâce à la méthode selon le premier aspect de l’invention, il est donc possible de modéliser, ou encore de simuler, différentes valeurs pour les paramètres de la fonction de transfert C(s) et de sélectionner celles permettant une régulation optimale du four 1002 sans qu’il y ait nécessité d’implémenter physiquement des tests sur le four 1002 pour l’évaluer. Un avantage remarquable est que le four 1002 est considérablement moins sollicité pour le réglage du dispositif d’asservissement 2010.
Dans l’étape (f), le comportement thermique du four 1002 est modélisé à l’aide d’une fonction H(s) de transfert de chaleur non-stationnaire.
Selon un exemple de mode de réalisation, l’équilibre thermique du four 1002 peut être modélisé à l’aide de l’équation suivante : où T est la température du four 1002 y compris la fonte 2004, t est le temps, M est la masse du four 1002 y compris la fonte 2004 qu’il contient, c p est la capacité thermique massique du four y compris la fonte 2004, P(t) est la puissance du moyen de chauffe à l’instant t, φ est la puissance nécessaire pour fondre le mélange 1001a de matières premières selon une vitesse d’enfournement donnée, et I(t) = δ(t) + Ω(t) est la variation instantanée de puissance liée aux variations temporelles de la teneur, δ(t), en humidité δ et de la quantité Ω(t) de composés organiques ou combustibles carbonés dans le mélange 1001a de matières premières.
La puissance I(t) peut comprendre en outre les variations temporelles de la tirée ψ(t) du four et/ou la vitesse v(t) d’enfournement du mélange 1001a de matières premières.
Ainsi, selon l’exemple de réalisation illustré à la , le réservoir 2 est séparé du dispositif 1 de projection. L’avantage d’une telle configuration est d’avoir un réservoir de plus grande capacité, c’est-à-dire présentant un volume intérieur de stockage plus élevé. De plus, le volume interne du dispositif 1 de projection peut avantageusement présenter de plus faibles dimensions, ce qui permet d’avoir un dispositif 1 de projection plus compact. Dans cette configuration, le réservoir 2 peut être relié au dispositif 1 de projection par un conduit 11 d’acheminement du mélange. À cet égard, le dispositif 1 de projection peut être équipé d’une cavité interne (non visible) et d’un orifice 12 d’alimentation, relié à cette cavité interne, qui permet de recevoir le mélange venant du conduit 11 et de l’acheminer jusqu’à la cavité interne. Une fois qu’il se trouve dans la cavité interne, l’élément chauffant 10 est configuré pour chauffer le mélange.
Le réservoir 2 n’est pas nécessairement séparé du dispositif 1 de projection tel qu’illustré à la . Le réservoir 2 peut en effet être fixé sur une paroi externe du dispositif 1 de projection.
L’élément chauffant 10 est préférablement attenant de la cavité interne afin de permettre un chauffage efficace du mélange. En effet, plus l’élément chauffant 10 est proche de la cavité interne plus le chauffage du mélange est rapide.
Comme précédemment indiqué, le mélange comprend des particules métalliques PMe et des particules minérales PMi. Le mélange de particules peut avantageusement comprendre un gaz neutre par l’intermédiaire duquel sont chauffées les particules métalliques PMe et les particules minérales PMi. Le terme « gaz neutre » présente le sens conventionnel qui lui attribué dans le domaine de la chimie.
Les particules métalliques PMe sont le précurseur de métal pour le revêtement métallique à déposer sur la surface S à revêtir tandis que les particules minérales PMi sont destinées au nettoyage de la buse 20 de projection. Ainsi, les particules minérales ne sont pas destinées à entrer dans la composition du revêtement obtenu même si, en pratique, il n’est pas possible d’obtenir un revêtement complètement dépourvu de particules minérales. Nous y reviendrons plus précisément dans la suite de la présente description.
Les particules métalliques PMe doivent être ramollies afin de former un revêtement homogène sur la surface S à revêtir dû à la vitesse d’impact des particules métallique qui conduit à leur écrasement. À l’inverse, la structure des particules minérales PMi doit être préservée afin qu’elles produisent une force de frottement suffisante lorsqu’elles traversent un alésage de la buse 20 de projection. À cet égard, dans le cadre de l’invention, les particules minérales ont un point de fusion strictement supérieur au point de fusion des particules métalliques, ce qui permet lors d’une étape 120 du procédé 100 selon l’invention, de chauffer le mélange à une température inférieure au point de fusion des particules métalliques et donc inférieure au point de fusion des particules minérales, de sorte à obtenir un mélange dans lequel les particules métalliques sont partiellement ramollies et ductiles et dans lequel les particules minérales PMi sont intactes. C’est ainsi qu’il est possible à la fois d’obtenir un revêtement métallique homogène et un nettoyage efficace de l’alésage de la buse de projection.
Comme indiqué précédemment, le mélange de particules est chauffé à une température inférieure au point de fusion des particules métalliques et donc inférieure au point de fusion des particules minérales. Plus précisément, le mélange de particules peut être chauffé à une température comprise entre 50% du point de fusion des particules métalliques et 95% du point de fusion desdites particules métalliques selon la ductilité du matériau dont sont faites ces particules métalliques. Plus le matériau dont sont faites les particules métalliques est ductile plus la température de chauffage du mélange de particules pourra être faible. Ainsi, un chauffage du mélange de particules à une température représentant 95% du point de fusion des particules métalliques est préférable pour les matériaux peu ductiles.
À titre d’exemple, lorsque les particules métalliques sont faites à base d’aluminium pur, le mélange de particules peut être projeté à 300°C alors même que le point de fusion de l’aluminium pur est proche des 650°C. Lorsque les particules métalliques sont faites à base d’un alliage d’aluminium, par exemple un alliage de la série 7XXX, le mélange de particules peut être chauffé à 600°C pour être projeté sur la surface S à revêtir. Le choix de la température de chauffage du mélange de particules est un compromis entre le ramollissement du matériau et le rendement de projection.
De préférence, le point de fusion des particules métalliques diffère d’au moins 100°C par rapport au point de fusion des particules minérales, plus préférablement d’au moins 150°C et encore plus préférablement d’au moins 250°C. Ceci facilite le choix de la température de chauffage lors de l’étape 120 de chauffage et permet de réduire les effets de bords sur la structure des particules minérales lorsque le point de fusion des particules minérales est trop proche de celui des particules métalliques. Les conséquences de la fusion des particules minérales seraient nombreuses puisque d’une part le nettoyage de l’alésage de la buse 20 de projection serait inopérant et d’autre part la proportion du minéral dans le revêtement final serait très élevé ce qui n’est pas souhaitable. En pratique, le point de fusion des particules métalliques et celui des particules minérales dépendent respectivement de la nature du métal et du minéral choisis, si bien que l’écart de température entre ces deux points de fusion dépend avant tout du choix de matière préalablement effectué.
Une fois que le mélange a été chauffé lors de l’étape 120, la buse 20 de projection permet de former un jet de matière en direction de la surface S à revêtir et permet ainsi de former la couche de revêtement R sur cette surface. À cet égard, elle comprend avantageusement un orifice de sortie 21 et un alésage reliant la cavité interne à cet orifice de sortie 21.
Selon une variante de réalisation, l’élément chauffant 10 est situé à proximité immédiate de la buse 20 de projection de sorte qu’au moins la partie du mélange destinée à être projetée comprend des particules métalliques PMe partiellement ramollies. Il n’est donc pas nécessaire d’attendre que la totalité du mélange soit chauffé pour commencer la projection de la partie du mélange déjà chauffé. Toujours selon cette variante de réalisation, la cavité interne peut être formée de plusieurs compartiments. La cavité interne peut comprendre au moins un compartiment proximal de l’élément chauffant 10 qui est destiné à contenir la partie du mélange comportant les particules métalliques partiellement ramollies et, en outre, comprendre au moins un compartiment distal de l’élément chauffant 10 qui relie l’orifice 12 d’acheminement au compartiment proximal apte à recevoir l’autre partie du mélange, i.e. la partie du mélange non chauffée ou quasiment pas ou peu chauffée.