INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Pour ces dimensionnements du stator 11 et du coulisseau 12, qui sont fixés ici pouvoir pour récupérer l’énergie produite par le passage d’un vélo sur le dispositif de récupération 1 : La force d’attraction magnétique qu’exerce chaque partie du stator sur le coulisseau 12 lorsqu’ils sont en contact l’un avec l’autre est sensiblement égale à 900 N (où, comme illustré sur la figure 11A, est la force d’attraction magnétique qui s’exerce entre la première partie 111 du stator 11 et le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel, du fait de l’aimant permanent 121 du coulisseau 12, et où, comme illustré sur la figure 11B, est la force d’attraction magnétique qui s’exerce entre la deuxième partie 112 du stator 11 et le coulisseau 12 dans la position de sollicitation des moyens de rappel), du fait de l’aimant permanent 121 du coulisseau 12), et L’énergie mécanique dite d’entrée du dispositif s’élève sensiblement à 2,25 J.
En outre, les bobines d’inductance du stator 11 sont paramétrée de sorte à présenter une inductance vérifiant s, notamment en termes de nombre d’enroulements, 2 x 2.5 H
Par ailleurs, pour ces dimensionnements du stator 11 et du coulisseau 12, les moyens de rappel 13 du prototype prennent avantageusement la forme de 4 ressorts hélicoïdaux présentant chacun une raideur sensiblement égale à N/mm.
Une vitesse équivalente au passage d’un véhicule de ∼2-5 km/h a été utilisée pour les tests en laboratoire, en donnant des performances comparables aux tests avec passage de voiture jusqu’à 20 km/h dans un parking.
Notamment du fait des différents agencements susmentionnés du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention, et en référence aux figures 13A à 13D et à la : lorsqu’une force mécanique, ou force extérieure , supérieure à un seuil déterminé, par exemple la valeur du seuil étant égale à celle de la force d’attraction magnétique qu’exerce la première partie 111 du stator sur le coulisseau 12 lorsqu’ils sont en contact l’un avec l’autre, est exercée sur la plateforme d’appui 14 : le coulisseau 11 quitte sa position de repos (Cf. figure 13A), en générant un pulse électrique 21 (Cf. figure 14) dans la première partie 111 du stator 12, c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’éloigne, et le coulisseau 11 approche de sa position de sollicitation des moyens de rappel 13 (Cf. figure 13B), en générant un pulse électrique 22 (Cf. figure 14) dans la deuxième partie 112 du stator 11, c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’approche ; puis lorsque la force mécanique, ou force extérieure , n’est plus exercée sur la plateforme d’appui 14 : le coulisseau 12 quitte sa position de sollicitation des moyens de rappel 13 (Cf. figure 13C) par détente des moyens de rappel 13, en générant un pulse électrique 23 (Cf. figure 14) dans la deuxième partie 112 du stator 11, c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’éloigne, et le coulisseau 12 revient dans la position de repos des moyens de rappel 13 (Cf. figure 13D), en générant un pulse électrique 24 (Cf. figure 14) dans la première partie 111 du stator 11, c’est-à-dire la partie du stator 11 dont le coulisseau 12 s’approche.
Notons ici que le temps entre la génération du pulse électrique 23 et la génération du pulse électrique 24 illustrés sur la est potentiellement directement proportionnelle à la seule raideur des moyens de rappel 13. Au contraire, le temps entre la génération du pulse électrique 21 et la génération du pulse électrique 22 illustrés sur la dépend lui de la valeur de la force d’appui exercée sur la plate-forme d’appui 14.
Comme illustré sur les figures 11A et 11B, le coulisseau 12 dans chacune parmi la position de repos et la position de sollicitation des moyens de rappel 13 forme, avec celle des première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11 dont il est le plus proche, un support pour un champ magnétique fermé 31 et 32 induit par l’aimant permanent 121 du coulisseau 12. De préférence, ledit support est d’une section sensiblement constante, de sorte à éviter des fuites de lignes de champ magnétique. Les figures 13A à 13D illustrent la façon dont se déforment les lignes de champ magnétique en passant du champ magnétique fermé 31 illustré sur la au champ magnétique fermé 32 illustré sur la , à différents stades d’un mouvement de translation du coulisseau 12 depuis la position de repos des moyens de rappel 13 jusqu’à la position de sollicitation des moyens de rappel 13.
Si, sur les figures 11A et 11B, chacune des positions de repos et de sollicitation des moyens de rappel 13 est une position de contact direct entre les deux éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12 et l’une correspondante des première et deuxième parties 111 et 112 du stator 11, cet exemple n’est pas limitatif du dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention. Notamment, et en référence à la figure 9, ce dernier peut comprendre en outre une butée 17 agencée de sorte à s’opposer à une mise en contact direct entre les deux éléments d’extension 122 et 123 du coulisseau 12 et la première partie 111 du stator 11. Il est ainsi permis de ménager un écart physique entre le coulisseau 12 et la première partie 111 du stator 11 de sorte que la force d’attraction magnétique entre le coulisseau 12 et la première partie 111 du stator 11, et donc la force d’appui nécessaire pour déplacer le coulisseau 12, puisse la cas échéant être ajustée, et en particulier réduite, de façon contrôlée.
En référence à la figure 5, le seuil au-delà duquel la force mécanique exercée sur la plateforme d’appui 14 induit le déplacement du coulisseau 12 peut être déterminé à partir de la force d’attraction électromagnétique (Cf. également figure 11A) entre le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13 et la première partie 111 du stator 11. Plus particulièrement, le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention peut être paramétré de sorte qu’il ne soit pas nécessaire de s’opposer à une force qu’exerceraient les moyens de rappel 13 sur le coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13. Pour ce faire, en notant l’entrefer 110 susmentionné, les moyens de rappel 13 peuvent être avantageusement paramétrés de sorte qu’ils ne génèrent pas, sur le coulisseau 12, une force de rappel vers la position de repos des moyens de rappel 13, avant que le coulisseau 12 ne se soit déplacé d’une distance non nulle , de préférence inférieure à la moitié de l’entrefer 110, soit inférieure à .
En alternative ou en complément, la raideur des moyens de rappel 13 peut être paramétrée pour appliquer, sur le coulisseau 12 dans sa position de sollicitation des moyens de rappel 13, une force de rappel vers sa position de repos supérieure à une force d’attraction électromagnétique (Cf. ) entre le coulisseau 12 et la deuxième partie 112 du stator 11 lorsqu’il est dans sa position de sollicitation des moyens de rappel 13.
La raideur des moyens de rappel 13 peut donc être avantageusement paramétrée de sorte à optimiser la conversion qu’autorise le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention, en n’augmentant pas artificiellement le seuil au-delà duquel la force mécanique exercée sur la plateforme d’appui 14 induit le déplacement du coulisseau 12, et tout en permettant le retour du coulisseau 12 dans la position de repos des moyens de rappel 13 depuis la position de sollicitation des moyens rappels 13 du seul fait de la force de rappel exercée sur la coulisseau 12 par les moyens de rappel 13.
Pour être récupérés, les quatre pulses générés à chaque aller-retour du coulisseau 12 doivent être intégrés. À cette fin, le circuit d’intégration 16 des pulses électrique 21, 22, 23 et 24 est prévu ; or, comme cela apparaît au vu des pulses électriques 21, 22, 23 et 24 illustrés sur la , chaque pulse électrique généré présente une même forme et correspond donc à une même quantité d’énergie, ce qui simplifie la conception du circuit d’intégration 16 à mettre en œuvre pour récupérer l’énergie produit par le dispositif de récupération selon le premier aspect de l’invention, notamment en comparaison aux dispositif de récupération oscillants mentionnés en introduction. Plus particulièrement, le circuit d’intégration 16 peut prendre ici la forme du circuit illustré sur la et comprendre alors un pont de diodes 162 et une capacité 163. Le pont de diodes 162 est alors de préférence agencé pour redresser les deux pulses électriques 21 et 23 générés qui ont une orientation opposée à l’orientation des deux pulses électriques 22 et 24, et obtenir les deux pulses électriques 21’ et 23’ tels qu’illustrés sur la . De la sorte, la capacité 163 reçoit un signal rectifié tel qu’illustré sur la , de sorte à pouvoir avantageusement intégrer les quatre pulses électriques 21’, 22, 23’ et 24 générés par le dispositif de récupération 1 à chaque aller-retour du coulisseau 12. Le résultat de cette intégration est illustré sur la qui montre l’accumulation des quantités d’énergie que représente chaque pulse électrique généré dans la capacité 163 du circuit d’intégration 16. Notons ici que le choix de la valeur de la capacité 163 peut influer sur la quantité d’énergie stockée, notamment de la façon illustrée sur la . Ce paramètre que constitue la valeur de la capacité 163 est donc à ajuster au cas par cas, d’une façon réputée connue de la personne du métier, pour optimiser la récupération. Notons ici que la a été obtenue pour un cas particulier selon lequel la bobine d’induction 1112, 1122 de chaque partie 111, 112 du stator 11 est en fait constituée de trois sous-bobines d’induction connectées entre elles en série et selon lequel la bobine d’induction 1112 de la première partie 111 du stator 11 et la bobine d’induction 1122 de la première partie 112 du stator 11 sont connectées entre elles en parallèle. On notera en outre, au vu du graphique de la , que le rendement (ou efficacité) du dispositif prototypé est directement proportionnelle à l’énergie stockée dans la capacité du dispositif d’intégration 16 et qu’il est envisagé que le dispositif de récupération 1, une fois optimisé, permettent d’atteindre des rendements supérieure à 6 %.
Il apparaît ainsi que, comme illustré sur les figures 4A et 4B, chaque bobine d’induction 1112, 1122 peut être constituée d’une pluralité de sous-bobines que la personne du métier peut selon l’application visée connectées entre elles en série (Cf. ). Observons en outre, sur la , que la broche de connexions électriques comprend alors au moins autant de connexion électrique que les sous-bobines présentent d’extrémités. La illustre, dans ce cas, une disposition possible des sous-bobines constituant chacune des bobines d’induction de chaque partie 111, 112 du stator 11 relativement à chacun des noyaux ferromagnétiques 1111 et 1121 du stator 11.
Des tests de performance ont été réalisés sur le prototype décrit ci-dessus, dont les résultats sont illustrés sur les figures 16 A à 16C, au moins pour chacune des quatre configurations de connexion électrique entre sous-bobines qui sont illustrés sur la figure 4B. Plus particulièrement, ces tests ont été réalisés par simulation ou par mesure du courant électrique et de la tension électrique parvenant à une résistance dite externe , telle qu’illustrée sur la , connectée aux parties restantes 1’ susmentionnées du dispositif de récupération prototypé en lieu et place du circuit d’intégration 16 illustré sur la .
On observe, sur les figures 16B et 16C, que le dispositif de récupération 1 selon le premier aspect de l’invention peut fonctionner en un mode dit de récupération de courant électrique lorsque la valeur de la résistance externe est relativement faible, et typiquement inférieure à 1000 Ω pour le prototype considéré, ou peut fonctionner en un mode dit de récupération de tension électrique lorsque la valeur de la résistance externe est relativement grande, et typiquement supérieure à 10 000 Ω pour le prototype considéré. On n’y observe également que le courant et la tension récupérés présentent des valeurs différentes selon les différentes configurations de connexion entre elles des sous-bobines de chaque partie 111, 112 du stator 11 ; ainsi, ces différentes configurations possibles offrent, à la personne du métier, une capacité d’adaptation au cas applicatif visé ou rencontré. On notera que comme l’illustre le graphe de la figure 16A, la puissance instantanée générée par le prototype atteint, en fonction de la valeur de la résistance externe , des valeurs plus ou moins équivalentes pour les différentes configurations envisagées de connexion entre elles des sous-bobines de chaque partie 111, 112 du stator 11.
La partie restante 39 du tube peut comprendre une partie d’un élément d’enroulement supplémentaire, qui présente seulement une première partie d’enroulement comme dans l’exemple de la , et/ou une partie de tube de forme ondulée ou serpentin destinée à venir autour et/ou contre la face externe du fond inférieur de la cuve (i.e. la paroi inférieure de la cuve).
Préférentiellement, la sortie 399 s’étend sensiblement parallèlement à l’entrée 301.
La sortie 399 qui remonte depuis le dernier élément d’enroulement, ou la partie restante du tube qui s’étend entre le dernier élément d’enroulement et la sortie 399, s’étend de préférence à écartement des éléments d’enroulement du tube pour éviter les échanges thermiques entre les éléments d’enroulement et ladite sortie.
Selon un mode de réalisation de l’invention préféré et comme proposé ci-dessus, les éléments d’enroulement et les retours de liaison sont formés d’une seule pièce les uns avec les autres. Autrement dit, les éléments d’enroulement sont dépourvus de soudure ou raccord entre eux. Les éléments d’enroulement sont formés par un tube extrudé qui est conformé, de préférence par cintrage :
pour former les retours en U qui relient entre eux les éléments d’enroulement,
et pour former, pour chaque élément d’enroulement, les retours en U qui relient entre eux les première et deuxième portion d’un élément d’enroulement.
Le tube extrudé est aussi conformé pour former l’entrée et la sortie, qui se présente de préférence sous la forme de portions droites, et pour former l’éventuelle partie restante 39 entre la sortie et les éléments d’enroulement.
Selon une variante de réalisation, moins avantageuse, on peut prévoir que le tube avec lequel est formé le condenseur soit réalisé par raccord, par exemple soudure de plusieurs parties entre elles. On peut ainsi prévoir que différentes parties du tube du condenseur soit formées séparément puis raccordées entre elles, tout en présentant une partie qui, à l’état à plat, forme un serpentin en étant déformable pour être applicable autour de la paroi périphérique de la cuve à la manière d’une ceinture et éventuellement sur la partie inférieure de la cuve.
Le tube du condenseur peut présenter une section circulaire ou allongée avec une partie plate, par exemple en D. La section peut varier le long du tube.
Ceinture
Le tube conformé de sorte que les éléments d’enroulement 31, 32, 33 forment – en configuration à plat - un serpentin 38 peut être utilisé comme une ceinture dont une extrémité est formée par les retours 311, 321, 331 (ou coudes) situés d’un même premier côté du serpentin, et dont l’extrémité opposée est formée par les retours 313, 323, 333 (ou coudes) situés d’un même deuxième côté du serpentin, opposé au premier côté.
La ceinture initialement plate formée par le tube extrudé cintré peut alors être appliquées et déformée (courbée) contre la cuve pour venir contre et autour de la paroi périphérique de la cuve de manière à la ceinturer. Eventuellement, une partie supplémentaire du condenseur qui prolonge le serpentin principal et qui forme un serpentin supplémentaire peut venir contre la partie inférieure de la cuve.
Il est de préférence prévu un système d’attache 4 pour permettre de faire se rapprocher ou s’imbriquer les extrémités de la ceinture qui sont formées, d’une part, par les coudes de liaison 313, 323 qui relient les éléments d’enroulement 31, 32, 33 entre eux et, d’autre part, par les coudes 311, 321, 331 internes de chaque élément d’enroulement 31, 32, 33.
Le système d’attache 4 permet de serrer la ceinture formée par le tube du condenseur 3 contre la cuve 2. Autrement dit, le système d’attache 4 agit sur le tube du condenseur 3 dans le sens d’une réduction du diamètre des éléments d’enroulement autour de la cuve pour leur permettre de venir au plus près de la paroi périphérique de la cuve, de préférence pour les plaquer contre la cuve.
Lorsque les bulles traversent le matériau de rétention physico-chimique, au moins une partie des contaminants, et tout particulièrement au moins une partie des contaminants chimiques, et notamment ceux adhérant à la surfaces des bulles, vont ainsi être retenus à la surface du matériau de rétention physico-chimique et/ou à l’intérieur de pores du matériau de rétention physico-chimique. Les bulles servent ainsi de vecteur aux contaminants. Sans vouloir être liée par une théorie, cette rétention physico-chimique peut résulter de l’adhésion des contaminants associés aux bulles à la surface interne et/ou externe du matériau de rétention physico-chimique, notamment par un mécanisme d’adsorption, d’absorption ou d’échange ionique. L’effluent aqueux traversant le système de rétention physico-chimique contenant également des contaminants, conformés ou non sous forme de agrégats, ces contaminants peuvent également être retenus à la surface du matériau de rétention physico-chimique et/ou à l’intérieur de pores du matériau de rétention physico-chimique. Par ailleurs, les contaminants conformés en agrégats qui n’ont pas été retenus par le système de rétention physico-chimique se retrouvent dans la phase flottante et sont ensuite séparés de la manière usuelle, et en partie renvoyés dans l’étape de flottation.
Ainsi, les contaminants, notamment les contaminant chimiques, et en particulier les molécules hydrophiles et/ou amphiphiles, formant facilement des agrégats (du fait de leurs propriétés intrinsèques et/ou des propriétés de l’effluent aqueux), comme les PFAS à longues chaînes, vont en priorité former des agrégats qui pourront en partie être retenus par le système de rétention physico-chimique et en partie s’accumuler à la surface de l’effluent aqueux dans la phase flottante. Cette configuration majoritairement en agrégats n’exclut pas que certains de ces contaminants adhèrent à la surface des bulles sans être conformés en agrégats.
Les contaminants, notamment les contaminant chimiques, et en particulier les molécules hydrophiles et/ou amphiphiles, ne formant pas facilement des agrégats (du fait de leurs propriétés intrinsèques et/ou des propriétés de l’effluent aqueux), telles que les PFAS à courtes chaînes, vont en priorité adhérer aux bulles de gaz qui pourront les amener au matériau de rétention physico-chimique et pourront ainsi être en partie retenus par le système de rétention physico-chimique et en partie s’accumuler à la surface de l’effluent aqueux dans la phase flottante. Certains de ces contaminants pourront néanmoins également former des agrégats.
Les contaminants tels que les contaminants biologiques pourront former des agrégats et/ou être transportés par les bulles et s’accumuler ainsi à la surface de l’effluent aqueux dans la phase flottante.
Par « rétention physico-chimique », on entend la capacité à retenir une molécule par adsorption, absorption, échange ionique et/ou par rétention stérique, de préférence au moins par adsorption, absorption et/ou échange ionique, et optionnellement par rétention stérique. La rétention physico-chimique au sens de la présente invention permet ainsi la rétention de molécules présentes à l’état dissous dans l’effluent aqueux liquide à traiter.
L’invention peut notamment être mise en œuvre avec tout type de matériau de rétention physico-chimique, y compris des matériaux non flottants, maintenu dans le réacteur au niveau du lit de bulles par un dispositif de maintien, servant de séparateur/fixateur selon la nature du matériau, la flottation étant obtenue par la génération de bulles de gaz, ce qui permet de choisir un matériau de rétention physico-chimique spécifiquement adapté au contaminant amphiphile et/ou hydrophile à éliminer.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, le procédé selon l’invention permet d’optimiser l’élimination des contaminants, et notamment des contaminants chimiques amphiphiles et/ou hydrophiles, tels que les PFAS, quelle que soit la propension de ces contaminants chimiques à former des agrégats, et notamment des micelles et/ou hémi-micelles. Il est notamment possible de sélectionner l’au moins un matériau de rétention physico-chimique du système de rétention physico-chimique en fonction de la nature des contaminants chimiques présents afin d’optimiser leur rétention. On peut notamment prévoir à cet effet deux ou plusieurs matériaux de rétention physico-chimique différents dans le système de rétention physico-chimique. Lorsque l’effluent aqueux à traiter contient des contaminants biologiques, et notamment des microorganismes photosynthétiques tels que des microalgues et/ou bactéries, le système de rétention physico-chimique peut être configuré pour ne pas retenir ces contaminants biologiques. On pourra par exemple privilégier à cet effet un ou plusieurs matériaux de rétention sous forme de fibres.
Quel que soit le mode de réalisation, lors de l’étape de flottation, les bulles sont générées par l’au moins un dispositif de génération de bulles. Typiquement, les bulles sont générées au moyen d’au moins un dispositif de génération de bulles qui va injecter, dans l’effluent aqueux liquide à l’intérieur de l’enceinte de flottation, un liquide sursaturé en gaz. Sous l’effet de la détente du gaz à l’intérieur de l’enceinte de flottation, des bulles de gaz se forment en remontant à la surface de l’enceinte de flottation, entraînant avec elles une partie des contaminants, notamment des contaminants chimiques, et formant un lit de bulles. Le liquide utilisé est généralement de l’eau (on parle alors « d’eau blanche ») ou un effluent aqueux, par exemple l’effluent aqueux traité sortant de l’enceinte de flottation.
Le gaz utilisé pour saturer le liquide injecté peut être choisi parmi de l’air, de l’ozone, du diazote, du dioxygène, du dichlore et du dioxyde de chlore. De préférence, l’air est utilisé.
La génération des bulles peut être obtenue par les techniques usuelles utilisées en flottation, par exemple par dissolution sous pression (dissolution du gaz dans un milieu liquide à pression plus élevée puis détente du mélange), par écoulement rotationnel (introduction du liquide par le haut dans un réservoir cylindrique, le liquide s’écoulant en spirale vers le bas, avec une aspiration de gaz en partie inférieure du réservoir), au moyen d’un mélangeur statique turbulent, au moyen d’une tuyère d’éjection ou encore au moyen d’un broyeur à marteaux.
Dans un mode de réalisation, la génération de bulles peut être discontinue dans le temps. La génération des bulles est alors intermittente. Ceci peut permettre de contrôler le transport des contaminants, notamment des contaminants chimiques.
Lors de l’étape a), les bulles (à savoir des cavités remplies de gaz) générées peuvent être des bulles fines de diamètre inférieur à 100µm, des microbulles présentant un diamètre de 1µm à 100µm, ou encore des bulles ultrafines présentant un diamètre d’au plus 1µm. Les bulles fines, les microbulles et les bulles ultrafines sont telles que définies selon la norme ISO 20480-1 :2017. Le diamètre d’une bulle correspond notamment au diamètre d’une sphère de même volume que la bulle.
De préférence, les bulles générées lors de l’étape de flottation de la présente invention sont de dimensions inférieures aux bulles utilisées dans les procédés de flottation classique. On utilisera ainsi de préférence des bulles ultrafines, présentant un diamètre d’au plus 200nm, de préférence d’au plus 100nm, davantage de préférence d’au plus 50nm, bien inférieur au diamètre des bulles utilisées dans les procédés de flottation classiques (de l’ordre de 50µm).
La taille des bulles peut être mesurée par une mesure de lumière diffusée par laser.