FR3026323A1 - SYSTEM AND METHOD FOR ULTRASONIC CLEANING OF A SURROUNDED SURFACE COMPRISING A ULTRASONIC WAVE GENERATING DEVICE - Google Patents
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Abstract
L'objet principal de l'invention est un système de nettoyage (1) par ultrasons d'une surface encrassée (M), comportant une structure principale (2), un réservoir (4) de liquide de nettoyage, et un dispositif (5) générateur d'ondes ultrasonores, comportant une pluralité de transducteurs piézo-électriques (6), dont les faces actives sont fixées à une plaque pour la transmission de la puissance acoustique au liquide de nettoyage, une structure support (8) dans laquelle sont situés les transducteurs (6), au moins un élément souple de nettoyage (9a, 9b) s'étendant depuis au moins un bord (8a, 8b) de la structure support (8) et délimitant, avec un ou plusieurs éléments de fermeture (10a, 10b), une cavité (11) d'écoulement du liquide de nettoyage, les ondes ultrasonores étant émises dans la cavité (11) au contact du liquide de nettoyage par les transducteurs piézo-électriques (6), et un dispositif d'écoulement du liquide de nettoyage dans la cavité (11).The main object of the invention is a system for cleaning (1) by ultrasound of a fouled surface (M), comprising a main structure (2), a reservoir (4) of cleaning liquid, and a device (5). ) an ultrasonic wave generator, comprising a plurality of piezoelectric transducers (6), the active faces of which are attached to a plate for transmitting the acoustic power to the cleaning liquid, a support structure (8) in which are located the transducers (6), at least one flexible cleaning element (9a, 9b) extending from at least one edge (8a, 8b) of the support structure (8) and delimiting with one or more closure elements (10a). , 10b), a cavity (11) for the flow of the cleaning liquid, the ultrasonic waves being emitted into the cavity (11) in contact with the cleaning liquid by the piezoelectric transducers (6), and a flow device cleaning liquid in the cavity (11).
Description
SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE NETTOYAGE PAR ULTRASONS D'UNE SURFACE ENCRASSÉE COMPORTANT UN DISPOSITIF GÉNÉRATEUR D'ONDES ULTRASONORES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes de nettoyage de surfaces encrassées, et tout particulièrement au domaine des systèmes de nettoyage des surfaces de miroirs pour des centrales solaires, et plus spécifiquement pour de telles centrales solaires comportant des réflecteurs à miroirs de Fresnel linéaires (ou encore « CLFR » pour « Compact Linear Fresnel Reflector »). L'invention trouve des applications dans différents domaines, par exemple pour le nettoyage de surfaces planes encrassées situées sur des bâtiments tels que des habitats, des locaux industriels ou encore des serres. De telles surfaces peuvent par exemple être en polymère, en aluminium ou le plus souvent en verre. Il peut par exemple s'agir de surfaces de panneaux photovoltaïques. Toutefois, de façon privilégiée, l'invention s'applique au domaine du solaire thermique à concentration (ou encore domaine du « CSP » pour « Concentrated Solar Power » anglais), et plus particulièrement au domaine des collecteurs linéaires de Fresnel, voire encore au domaine des héliostats des centrales à tour.Field of the Invention The present invention relates to the general field of fouled surface cleaning systems, and more particularly to the field of surface cleaning systems. mirrors for solar power plants, and more specifically for such solar power plants comprising linear Fresnel mirror reflectors (or "CLFR" for "Compact Linear Fresnel Reflector"). The invention has applications in various fields, for example for cleaning fouled flat surfaces located on buildings such as habitats, industrial premises or greenhouses. Such surfaces may for example be made of polymer, aluminum or most often glass. It can for example be surfaces of photovoltaic panels. However, in a preferred manner, the invention applies to the field of concentrated solar thermal (or "CSP" area for "Concentrated Solar Power" English), and more particularly to the field of Fresnel linear collectors, or even to field of heliostats of tower plants.
L'invention propose ainsi un système de nettoyage par ultrasons d'une surface encrassée comportant un dispositif générateur d'ondes ultrasonores, une centrale solaire comportant un tel système de nettoyage, ainsi qu'un procédé de nettoyage associé. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Parmi les technologies connues de la filière du solaire thermodynamique, il existe la technologie du solaire thermique à concentration (CSP) qui utilise des miroirs pour concentrer le rayonnement solaire sur une petite surface. La technologie CSP consiste plus précisément à utiliser le rayonnement solaire pour chauffer un fluide caloporteur servant de source chaude dans un cycle thermodynamique. La concentration permet d'atteindre des températures plus ou moins élevées, et ainsi de bénéficier de rendements de conversion thermodynamique plus ou moins importants. Les techniques développées autour de la technologie CSP se distinguent par leur méthode de concentration des rayons solaires, leur méthode de transport, et éventuellement de stockage, de la chaleur, notamment par le biais d'un ou plusieurs fluides caloporteurs, et leur méthode de conversion thermodynamique, par exemple par le biais de turbines à vapeur, de turbines à gaz, de moteurs du type Stirling, entre autres. On rencontre ainsi typiquement quatre familles de systèmes solaires à concentration appartenant à la technologie CSP, à savoir : les collecteurs cylindro- paraboliques à foyer linéaire, les collecteurs linéaires de Fresnel, les centrales à tour à récepteur central, et les collecteurs paraboliques à foyer mobile. Les collecteurs cylindro-paraboliques et les collecteurs linéaires de Fresnel constituent des systèmes solaires à concentration linéaire, tandis que les centrales à tour et les collecteurs paraboliques constituent des systèmes solaires à concentration ponctuelle. Par ailleurs, les centrales à tour et les collecteurs linéaires de Fresnel constituent des systèmes solaires à concentration avec récepteurs fixes, tandis que les collecteurs paraboliques et les collecteurs cylindro-paraboliques constituent des systèmes solaires à concentration avec récepteurs mobiles.The invention thus proposes a system for ultrasonic cleaning of a fouled surface comprising an ultrasonic wave generating device, a solar power station comprising such a cleaning system, and an associated cleaning method. STATE OF THE PRIOR ART Among the known technologies of the solar thermodynamic sector, there is the technology of solar thermal concentration (CSP) that uses mirrors to focus solar radiation on a small area. The CSP technology is more precisely to use solar radiation to heat a heat transfer fluid used as a hot source in a thermodynamic cycle. The concentration makes it possible to reach higher or lower temperatures, and thus to benefit from more or less significant thermodynamic conversion efficiencies. The techniques developed around the CSP technology are distinguished by their method of concentration of the solar rays, their method of transport, and possibly storage, of the heat, in particular by means of one or more heat-transfer fluids, and their conversion method. thermodynamics, for example by means of steam turbines, gas turbines, Stirling type engines, among others. Thus, four families of concentrating solar systems belonging to the CSP technology are typically encountered: linear focus cylindro-parabolic collectors, Fresnel linear collectors, central receiver tower plants, and movable focus parabolic collectors. . Fresnel parabolic collectors and linear collectors are linear concentration solar systems, while tower plants and parabolic collectors are point-focused solar systems. In addition, Fresnel tower plants and linear collectors constitute concentrating solar systems with fixed receivers, while parabolic collectors and cylindro-parabolic collectors constitute concentrating solar systems with mobile receivers.
Un élément clé de tels systèmes solaires à concentration est le champ de réflecteurs primaires. Par exemple, dans le cas des collecteurs linéaires de Fresnel (technologie CLFR), le champ de réflecteurs primaires, en suivant la course du soleil d'est en ouest au cours d'une journée, reçoit les rayons lumineux directs et les réfléchit en direction du récepteur fixe. Le facteur de concentration pour de tels collecteurs linéaires de Fresnel est typiquement de l'ordre de 50, ce qui signifie que le flux solaire au récepteur est égal à environ 50 fois le flux solaire qui impacte le sol. Les fonctions des réflecteurs à miroirs de Fresnel linéaires sont de réfléchir, de concentrer et d'orienter le flux solaire incident. La réflexion des miroirs doit donc être spéculaire. Par « réflexion spéculaire », on désigne la quantité de lumière réfléchie dans une direction précise d'incidence. En particulier, le rayon de lumière réfléchi de façon spéculaire est le rayon qui se trouve à la symétrie du rayon incident par rapport à la normale de la surface réfléchissante. Par ailleurs, l'expression « réflexion diffuse » désigne toute la quantité de lumière réfléchie autre que celle réfléchie de façon spéculaire. Ainsi, la réflexion totale d'un miroir correspond à la somme de la réflexion spéculaire et de la réflexion diffuse. Or, lorsque ces miroirs de Fresnel sont sales, leur réflexion totale baisse légèrement mais surtout leur réflexion spéculaire diminue considérablement, impactant ainsi les fonctionnalités premières de tels miroirs. En effet, une réflexion diffuse importante procure certes une réflectivité élevée, mais elle n'assure pas la fonction d'orientation et de concentration vers la cible précise qu'est celle du récepteur. Ces fonctionnalités et besoins en nettoyage associés, exposés ci-dessus pour les collecteurs linéaires de Fresnel, se retrouvent pour les quatre familles de la technologie CSP. En effet, pour toute cette technologie, les réflecteurs ont pour fonction de réfléchir et de concentrer l'ensemble de l'irradiation solaire directe incidente vers le récepteur, situé à quelques mètres ou quelques dizaines de mètres des réflecteurs. Ils sont composés de miroirs assemblés à une structure montée sur des systèmes de rotation permettant de suivre la course du soleil au cours de la journée. Toutes les familles de la technologie CSP utilisent donc des miroirs similaires, soumis aux mêmes conditions environnementales et aux mêmes exigences de durabilité.A key element of such solar concentrating systems is the field of primary reflectors. For example, in the case of Fresnel linear collectors (CLFR technology), the field of primary reflectors, following the path of the sun from east to west during a day, receives direct light rays and reflects them in the direction fixed receiver. The concentration factor for such linear collectors of Fresnel is typically of the order of 50, which means that the solar flux at the receiver is equal to about 50 times the solar flux that impacts the ground. The functions of the linear Fresnel mirror reflectors are to reflect, focus and orient the incident solar flux. The reflection of the mirrors must therefore be specular. By "specular reflection" is meant the amount of light reflected in a precise direction of incidence. In particular, the specularly reflected ray of light is the ray which lies at the symmetry of the incident ray with respect to the normal of the reflecting surface. On the other hand, the term "diffuse reflection" refers to the amount of reflected light other than specularly reflected light. Thus, the total reflection of a mirror corresponds to the sum of specular reflection and diffuse reflection. However, when these Fresnel mirrors are dirty, their total reflection decreases slightly but especially their specular reflection decreases considerably, thus impacting the primary functions of such mirrors. Indeed, a large diffuse reflection certainly provides a high reflectivity, but it does not ensure the function of orientation and concentration towards the precise target that of the receiver. These features and associated cleaning needs, discussed above for Fresnel linear collectors, are found for the four families of CSP technology. Indeed, for all this technology, the reflectors have the function of reflecting and concentrating all the incident direct solar radiation to the receiver, located a few meters or tens of meters from the reflectors. They are composed of mirrors assembled to a structure mounted on rotation systems to follow the course of the sun during the day. All families of CSP technology therefore use similar mirrors, subject to the same environmental conditions and sustainability requirements.
Aussi, toutes les technologies issues de la technologie CSP requièrent un nettoyage des miroirs pour leur bon fonctionnement. En particulier, des trois familles de matériaux existantes pour la conception des miroirs, à savoir en polymère, en aluminium et en verre, les miroirs en verre représentent plus de 80 % des miroirs installés sur les centrales solaires thermodynamiques. C'est ainsi pour ce type de miroirs que les problématiques de nettoyage sont les plus critiques pour les industriels ayant mis en oeuvre, ou envisageant d'installer, une centrale solaire thermique à concentration. Dans le cas de la technologie CLFR des collecteurs linéaires de Fresnel, les spécificités de celle-ci doivent être prises en compte lors de l'élaboration de solutions de nettoyage des miroirs. En particulier, les lignes de réflecteurs présentent une longueur importante, par exemple de l'ordre de 100 à 300 m, voire jusqu'à 900 m. De plus, environ entre 10 et 20 lignes de réflecteurs sont montées en parallèle, illuminant le même récepteur. Les miroirs de Fresnel sont en outre peu courbés (les rayons de courbure sont compris entre environ 15 et 30 m), contrairement par exemple aux miroirs des collecteurs cylindro-paraboliques. Par ailleurs, les miroirs de Fresnel d'une même ligne forment une surface non continue, car il existe un espace entre réflecteurs tous les 6 à 10 m du fait que les réflecteurs sont supportés par des structures métalliques fixées au sol sur lesquelles ils sont mis en rotation. Des solutions de nettoyage des miroirs de centrales solaires, et notamment de miroirs de centrales solaires comportant des réflecteurs à miroirs de Fresnel linéaires, ont déjà été envisagées dans l'art antérieur. De façon générale, ces solutions doivent pouvoir répondre aux problématiques posées par le nettoyage des miroirs. En particulier, les miroirs se salissant, cela diminue leur réflectivité et donc la puissance thermique et électrique générée par une centrale solaire. Les salissures peuvent provenir de nombreuses sources, et par exemple de particules d'aérosols, de matières non organiques provenant de l'érosion du sol (terres agricoles à proximité), de matières organiques (telles que pollen, bactéries, algues, lichen, fientes), ou encore de sable et/ou de poussière d'un environnement désertique. Une revue des sources d'encrassement possibles, de leur effet et des possibilités de nettoyage a d'ailleurs été réalisée dans l'ouvrage intitulé « A comprehensive review of the impact of dust on the use of solar energy : History, investigations, results, literature, and mitigation a pproaches », T. Sa rver et al, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, juin 2013, pages 698-733. Dans la technologie CSP, la perte de réflectivité est particulièrement sensible aux dépôts de poussière en surface puisque seule la réflectivité spéculaire est exploitée. La présence de poussière sur un miroir ayant tendance à faire diffuser la lumière réfléchie, le problème d'encrassement a des conséquences bien plus fortes que dans le cas d'un système photovoltaïque sur la productivité, à savoir la puissance thermique générée, d'une centrale CSP puisqu'il impacte directement la ressource solaire exploitable.Also, all the technologies resulting from the CSP technology require a cleaning of the mirrors for their good functioning. In particular, of the three families of existing materials for the design of mirrors, namely polymer, aluminum and glass, glass mirrors represent more than 80% of the mirrors installed on thermodynamic solar power plants. It is for this type of mirror that cleaning issues are the most critical for manufacturers who have implemented, or planning to install, a concentrated solar thermal plant. In the case of the CLFR technology for Fresnel linear collectors, the specificities of Fresnel must be taken into account when developing mirror cleaning solutions. In particular, the reflector lines have a significant length, for example of the order of 100 to 300 m, or even up to 900 m. In addition, about 10 to 20 lines of reflectors are connected in parallel, illuminating the same receiver. The Fresnel mirrors are also slightly curved (the radii of curvature are between about 15 and 30 m), contrary for example to the mirrors of the cylindro-parabolic collectors. In addition, the Fresnel mirrors of the same line form a non-continuous surface, since there is a space between reflectors every 6 to 10 m because the reflectors are supported by metal structures fixed to the ground on which they are placed. in rotation. Solutions for cleaning the mirrors of solar power plants, and in particular solar power plant mirrors comprising linear Fresnel mirror reflectors, have already been envisaged in the prior art. In general, these solutions must be able to answer the problems posed by the cleaning of the mirrors. In particular, the mirrors get dirty, this decreases their reflectivity and therefore the thermal and electrical power generated by a solar power plant. Soils can come from many sources, for example aerosol particles, inorganic matter from soil erosion (agricultural land nearby), organic matter (such as pollen, bacteria, algae, lichen, droppings). ), or sand and / or dust from a desert environment. A review of the possible sources of fouling, their effect and the possibilities of cleaning has been carried out in the book "A comprehensive review of the impact of dust on the solar energy: History, investigations, results, literature, and mitigation at pproaches, T. Sa rver et al, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, June 2013, pages 698-733. In the CSP technology, the loss of reflectivity is particularly sensitive to surface dust deposits since only the specular reflectivity is exploited. The presence of dust on a mirror tends to scatter the reflected light, the fouling problem has consequences much stronger than in the case of a photovoltaic system on productivity, namely the thermal power generated, a CSP plant since it directly impacts the exploitable solar resource.
Comme indiqué précédemment, les miroirs en verre sont les plus utilisés dans les installations de centrales solaires à concentration. De tels miroirs se composent d'un substrat de verre, d'une épaisseur d'environ 2 à 5 mm, sur lequel est déposée une fine couche d'argent réflectrice protégée par une couche métallique en face arrière. Un système de plusieurs couches de peinture est appliqué en face arrière du miroir pour protéger les couches métalliques contre la corrosion. Nettoyer un miroir revient donc à nettoyer du verre généralement, voire une couche dure déposée en surface pour les miroirs en aluminium et en polymère. Les centrales solaires à concentration (CSP) sont généralement installées dans des zones du monde où l'ensoleillement est fort, mais le plus souvent des zones arides et sèches où l'encrassement des miroirs peut être rapide. Dans ces zones, le nettoyage « naturel » des miroirs par la pluie est peu présent, même s'il peut y avoir la présence de rosée au matin sur les miroirs. Ainsi, le nettoyage régulier des miroirs est requis pour maintenir la performance du champ solaire, à moindre coût et à moindre consommation d'eau qui est une ressource rare dans les zones adaptées à la technologie CSP. Il est en effet à noter que les pertes de réflectivité peuvent aller de moins de 1 % par semaine à plus de 10 % en fonction notamment du lieu, de la présence de vent ou d'une tempête de sable par exemple. La méthode de nettoyage la plus employée depuis les années 1980, sur les champs solaires consiste à pulvériser, sous pression ou non, de l'eau distillée sur les miroirs et à les brosser. Elle n'est néanmoins pas entièrement satisfaisante, notamment du fait du besoin d'eau en grande quantité qu'elle implique et du fait du risque d'abrasion dans la durée au contact des brosses. En outre, des techniques préventives ont également été étudiées pour envisager des traitements de surface pour rendre les miroirs hydrophobes ou autonettoyants. Toutefois, ces techniques supposent la mise au point de traitements de surface qui n'altèrent pas la réflectivité des miroirs et qui résistent dans le temps aux conditions climatiques, telles que les fortes variations de température, l'abrasion ou les rayonnements ultra-violets. Par ailleurs, d'autres technologies de procédés de nettoyage de miroirs de centrales solaires ont été décrites dans l'art antérieur. Elles sont présentées ci-après.As mentioned above, glass mirrors are the most used in concentrating solar power plants. Such mirrors consist of a glass substrate with a thickness of about 2 to 5 mm, on which is deposited a thin layer of reflective silver protected by a metal layer on the rear face. A multi-layer paint system is applied to the back of the mirror to protect the metal layers against corrosion. Cleaning a mirror therefore amounts to cleaning glass generally, or even a hard layer deposited on the surface for aluminum and polymer mirrors. Concentrating solar power plants (CSPs) are generally installed in areas of the world where sunshine is strong, but most often dry and arid areas where clogging of mirrors can be rapid. In these areas, the "natural" cleaning of the mirrors by the rain is not very present, although there may be the presence of dew in the morning on the mirrors. Thus, the regular cleaning of the mirrors is required to maintain the performance of the solar field, at lower cost and with less water consumption which is a scarce resource in the areas adapted to the CSP technology. It should be noted that the reflectivity losses can range from less than 1% per week to more than 10%, depending in particular on the location, the presence of wind or a sandstorm, for example. The most used cleaning method since the 1980s, on solar fields is to spray, under pressure or not, distilled water on the mirrors and brush them. It is nevertheless not entirely satisfactory, in particular because of the need for large quantities of water that it involves and because of the risk of abrasion in the time in contact with the brushes. In addition, preventive techniques have also been studied to consider surface treatments to make the mirrors hydrophobic or self-cleaning. However, these techniques require the development of surface treatments that do not alter the reflectivity of mirrors and that withstand weather conditions such as temperature variations, abrasion or ultraviolet radiation over time. In addition, other technologies for cleaning solar power plant mirrors have been described in the prior art. They are presented below.
Ainsi, la demande de brevet US 2012/0152281 Al, la demande internationale WO 2010/106195 Al et la demande internationale WO 2011/106665 A2 décrivent par exemple des techniques de nettoyage utilisées sur les champs solaires de type cylindroparabolique, mettant en oeuvre un véhicule, de type camion ou tracteur, qui porte un bras de nettoyage et transporte une grande quantité d'eau. Avec de tels systèmes, le bras de nettoyage nettoie le miroir par aspersion d'eau, couplée ou non à un brossage mécanique. Toutefois, ces systèmes n'ont été mis au point que pour les centrales cylindro-paraboliques. Ils sont également très consommateurs d'eau, celle-ci n'étant généralement pas récupérée et/ou recyclée. De plus, lorsque des brosses sont utilisées en plus de la pulvérisation d'eau distillée, le nettoyage est amélioré mais le risque de casse est important. Les véhicules utilisés sont également très lourds car ils doivent emporter beaucoup d'eau, ce qui nécessite une préparation du sol adaptée au roulage répété de lourds engins. Or, cette préparation de sol peut être difficile, voire impossible, par exemple dans le désert. De plus, elle est également très coûteuse. Le nettoyage régulier avec de tels véhicules engendre l'apparition d'ornières sur le sol. Par ailleurs, lorsqu'ils se déplacent, les véhicules soulèvent de la poussière qui peut se redéposer sur les miroirs et les encrasser de nouveau. En outre, ces solutions nécessitent la présence d'un opérateur. On connaît également le système de nettoyage « PARIS» (PARabolic trough cleaning System), développé par la société SENER Aerospace, qui prévoit l'utilisation d'un engin autonome, sans conducteur, et moins lourd que les véhicules décrits précédemment. Le nettoyage s'effectue également par brossage avec pulvérisation d'eau, et la consommation d'eau est importante. Les systèmes décrits ci-dessus, utilisant des véhicules avec des bras déportés pour le nettoyage, ne sont pas adaptés au champ solaire de miroirs du type Fresnel, du fait justement de l'utilisation de bras déportés. En effet, un champ solaire de miroirs de Fresnel comporte plusieurs lignes de miroirs parallèles qui sont placés sous le récepteur, la largeur totale de ces lignes dépassant les 10 m et pouvant aller jusqu'à 20 m. Un véhicule, par exemple un camion, circulant sur le bord du champ solaire aurait donc à déplier un bras de nettoyage d'une longueur très importante pour pouvoir nettoyer les miroirs, ce qui paraît difficilement réalisable. De plus, le récepteur est soutenu en hauteur par des pieds, ou poutres, avec dans la plupart des cas des câbles de renfort ancrés au sol, ce qui gêne l'accès par les côtés du champ solaire en périphérie de celui-ci et gêne également l'accès entre deux lignes de miroirs.Thus, patent application US 2012/0152281 A1, international application WO 2010/106195 A1 and international application WO 2011/106665 A2 for example describe cleaning techniques used on solar fields of cylindroparabolic type, using a vehicle. , truck or tractor type, which carries a cleaning arm and carries a large amount of water. With such systems, the cleaning arm cleans the mirror by water spraying, coupled or not with mechanical brushing. However, these systems have only been developed for parabolic troughs. They are also very water-consuming, as it is generally not recovered and / or recycled. In addition, when brushes are used in addition to the spraying of distilled water, the cleaning is improved but the risk of breakage is important. The vehicles used are also very heavy because they have to carry a lot of water, which requires a preparation of the ground adapted to the repeated rolling of heavy vehicles. However, this soil preparation can be difficult or impossible, for example in the desert. In addition, it is also very expensive. Regular cleaning with such vehicles causes ruts to appear on the ground. On the other hand, when they move, the vehicles raise dust that can be redeposited on the mirrors and dirty them again. In addition, these solutions require the presence of an operator. Also known is the cleaning system "PARIS" (PARabolic trough cleaning System), developed by the company SENER Aerospace, which provides for the use of an autonomous machine without driver, and lighter than the vehicles described above. Cleaning is also done by brushing with water spray, and water consumption is important. The systems described above, using vehicles with remote arms for cleaning, are not adapted to the solar field of Fresnel type mirrors, precisely because of the use of remote arms. Indeed, a solar field of Fresnel mirrors has several lines of parallel mirrors which are placed under the receiver, the total width of these lines exceeding 10 m and up to 20 m. A vehicle, for example a truck, traveling on the edge of the solar field would have to unfold a cleaning arm of a very large length to be able to clean the mirrors, which seems difficult to achieve. In addition, the receiver is supported in height by feet, or beams, with in most cases reinforcement cables anchored to the ground, which hinders access from the sides of the solar field at the periphery of the latter and hinders also access between two rows of mirrors.
D'autres technologies sont apparues dans l'art antérieur pour le nettoyage spécifique des champs solaires de type Fresnel. Ainsi, la demande internationale WO 2011/113555 A2, en lien avec le système « HECTOR» (HEliostats Cleaning Team Oriented Robot) développé par la société SENER Aerospace, décrit un robot autonome en énergie destiné à rouler sur un miroir pour le nettoyer, guidé par un système optique et n'emportant que la quantité d'eau nécessaire au nettoyage d'une ligne de miroirs. Le nettoyage se fait par brossage et aspersion d'eau. Ce système est coûteux et complexe, car il requiert la gestion d'une flotte de petits robots avec un système de transport, chaque robot devant être rempli en eau et rechargé en énergie en bout de lignes de réflecteurs de Fresnel. De plus, le guidage par système optique implique un contrôle de commande fiable, un entretien du système optique et comporte des risques de défaillance, par exemple en cas de chute du robot. Le brevet US 8,240,320 B2 décrit encore un robot guidé sur la structure du réflecteur, nettoyant les miroirs par brossage avec eau. Ce système présente l'inconvénient d'utiliser une brosse et donc de générer un contact mécanique entre le moyen de nettoyage et le miroir. Ce système induit ainsi un risque sur le long terme d'abrasion du miroir à cause du frottement de la brosse. Le risque est même amplifié si, au cours de l'exploitation, il arrive que l'alimentation en eau de la brosse soit défaillante. Dans ce cas, un brossage à sec du miroir empoussiéré conduit rapidement à sa dégradation.Other technologies have appeared in the prior art for the specific cleaning of Fresnel solar fields. Thus, the international application WO 2011/113555 A2, in connection with the system "HECTOR" (HEliostats Cleaning Team Oriented Robot) developed by the company SENER Aerospace, describes an autonomous energy robot for rolling on a mirror for cleaning, guided by an optical system and carrying only the amount of water needed to clean a line of mirrors. Cleaning is done by brushing and spraying water. This system is expensive and complex because it requires the management of a fleet of small robots with a transport system, each robot to be filled with water and recharged with energy at the end of Fresnel reflector lines. In addition, the guidance by optical system involves a reliable control control, maintenance of the optical system and carries the risk of failure, for example in case of fall of the robot. US Patent 8,240,320 B2 still describes a guided robot on the reflector structure, cleaning the mirrors by brushing with water. This system has the disadvantage of using a brush and thus generating a mechanical contact between the cleaning means and the mirror. This system thus induces a long-term risk of abrasion of the mirror because of the friction of the brush. The risk is even amplified if, during operation, it happens that the water supply of the brush is faulty. In this case, dry brushing of the dusted mirror quickly leads to its degradation.
Enfin, le modèle d'utilité CN 202 336 465 U décrit l'utilisation d'un nettoyage par soufflage d'air, autoporté sur le miroir. Le nettoyage par soufflage d'air est toutefois très consommateur d'énergie, pour comprimer l'air, et inefficace pour les poussières collées au miroir. Par ailleurs, l'art antérieur a également envisagé d'utiliser les ondes ultrasonores pour effectuer le nettoyage de miroirs de centrales solaires. Ainsi notamment, des travaux ont été réalisés pour les laboratoires Sandia dans une publication intitulée « Preliminary Design Report : New ldeas For Heliosat Reflector Cleaning Systems », J. Schumacher et al, décembre 1979, Schumacher and Associates, Inc. Dans ces travaux, il est imaginé d'utiliser un robot qui se déplace à la surface des miroirs avec des inducteurs ultrasonores placés à faible distance de la surface des miroirs, l'idée étant que les ondes ultrasonores peuvent réduire les forces d'adhésion entre la poussière et la surface du miroir. Associé à un soufflage par air comprimé pour chasser la poussière rendue mobile par l'action des ondes ultrasonores, cette technique peut donc conduire au nettoyage de cette surface. Néanmoins, cette technique n'est pas entièrement satisfaisante. En effet, elle induit un échauffement du système d'inducteur ultrasonore et une difficulté à transmettre les ondes dans l'air. En effet, l'air est un milieu peu adapté à la propagation des ondes ultrasonores. De plus, même lorsque l'action des ondes ultrasonores propagées dans l'air est suffisante pour déstabiliser la couche encrassante à la surface du miroir, le fait de souffler les poussières par un jet d'air incliné entraîne des inconvénients majeurs : les poussières soufflées peuvent se redéposer à la surface des miroirs à proximité des miroirs nettoyés ; le fait de générer de l'air comprimé nécessite beaucoup d'énergie et semble peu compatible avec le fait d'avoir un robot mobile pas trop lourd et apte à rouler sur les miroirs. Une autre technique utilisant les ondes ultrasonores a été développée par l'université de Cranfield et présentée à la conférence SolarPACES en septembre 2013, intitulée « A Comparison of Polymer Film and Glass Collectors for Concentrating Solar Power », C. Sa nsom et al. L'idée est de projeter de l'eau à la surface du miroir, et de créer des bulles dans une buse d'injection par un inducteur ultrasonore placé en sortie de buse. Les bulles ainsi créées et projetées à la surface du miroir avec l'eau doivent ainsi caviter et créer un impact sur la surface bien supérieur à celui d'un simple jet d'eau. Il ne s'agit donc pas véritablement d'un nettoyage par ultrasons, mais d'un nettoyage par jet d'eau avec effet de bulles créées par ultrasons. Cette technique présente l'inconvénient de consommer beaucoup d'eau, de ne traiter qu'une faible surface de miroir, et de nécessiter beaucoup d'énergie pour la compression de l'eau. De plus, cette technique de laboratoire est très difficilement transposable sur un système de nettoyage d'un champ solaire. En outre, une autre technique de nettoyage par ultrasons a été exposée dans la thèse de Gérald Mazue pour le nettoyage de coques de bateaux, intitulée « Caractérisation de l'activité ultrasonore forte puissance à basse fréquence en présence d'une hydrodynamique perturbée », soutenue le 21 décembre 2012 à l'Université de Franche Comté. L'idée est de nettoyer les coques de bateaux par un système à ultrasons immergé et positionné au bout d'un bras articulé. Cette technique n'est pas adaptée au nettoyage de miroirs de centrales solaires et n'envisage pas le déplacement d'une lame d'eau pour le nettoyage. EXPOSÉ DE L'INVENTION Il existe par conséquent un besoin pour proposer une solution alternative pour permettre le nettoyage de surfaces encrassées, et notamment le nettoyage des surfaces des miroirs de centrales solaires, en particulier des centrales solaires comportant des réflecteurs à miroirs de Fresnel linéaires. Plus spécifiquement, il existe un besoin pour concevoir un système de nettoyage de miroirs permettant de maintenir efficacement la réflectivité uniforme et à haut niveau sur le champ de miroirs, de minimiser ou de supprimer la consommation d'eau, et de ne pas endommager les miroirs par abrasion. Un tel système de nettoyage doit également être prévu pour être économe en énergie, et pour ne pas casser les miroirs (absence de contact mécanique entre le moyen de nettoyage et la surface des miroirs) et ne pas endommager le terrain environnant. De même, il doit pouvoir être d'un coût de fabrication faible, et apte à tolérer les conditions climatiques, telles que la pluie ou le vent, tout en pouvant fonctionner jour et nuit. L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un système de nettoyage par ultrasons d'une surface encrassée, caractérisé en ce qu'il comporte : - une structure principale formant châssis comportant des moyens de déplacement du système de nettoyage sur la surface encrassée, - un réservoir de liquide de nettoyage porté par la structure principale, - un dispositif générateur d'ondes ultrasonores pour le nettoyage de la surface encrassée, porté par la structure principale et comportant : - une pluralité de transducteurs piézo-électriques, aptes à générer des ondes ultrasonores, dont les faces actives sont fixées à au moins une plaque de transmission pour la transmission de la puissance acoustique au liquide de nettoyage, - une structure support, solidarisée à la structure principale, dans laquelle sont situés les transducteurs piézo-électriques, - au moins un élément souple de nettoyage, en particulier au moins un élément souple de nettoyage arrière ou proximal, situé de manière la plus rapprochée du réservoir de liquide de nettoyage, s'étendant depuis au moins un bord de la structure support et délimitant, avec un ou plusieurs éléments de fermeture s'étendant depuis le ou les autres bords de la structure support, une cavité, ainsi sensiblement fermée, d'écoulement du liquide de nettoyage provenant du réservoir de liquide de nettoyage, les ondes ultrasonores étant émises dans la cavité au contact du liquide de nettoyage par les transducteurs piézo-électriques, - un dispositif d'écoulement du liquide de nettoyage dans la cavité, prélevé depuis le réservoir de liquide de nettoyage. Grâce à l'invention, il peut être possible d'obtenir une grande efficacité de nettoyage de surfaces encrassées par le biais de l'utilisation des ultrasons. Le nettoyage peut se faire sans contact mécanique entre les moyens de nettoyage formés par les ultrasons et la surface encrassée, évitant ainsi tout risque de dégradation de la surface encrassée. De plus, le système de nettoyage selon l'invention peut ne nécessiter qu'une très faible consommation en énergie (absence d'air) et ainsi présenter une importante autonomie. Les salissures décollées par ultrasons de la surface encrassée sont par ailleurs confinées dans la cavité (absence de projection), avant d'être le cas échéant évacuées au passage entre deux surfaces encrassées adjacentes. Le système de nettoyage peut en outre être utilisé pendant la nuit afin de ne pas nuire à l'exploitation d'une centrale solaire, par exemple. Le besoin en main d'ceuvre est également très réduit, voire quasiment inexistant. Enfin, la consommation en liquide de nettoyage, notamment en eau, est très réduite en comparaison avec les solutions de l'art antérieur, par exemple de 0,15 L/m2 jusqu'à moins de 0,03 L/m2. Le système de nettoyage selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles. De façon avantageuse, la surface encrassée n'est jamais en contact avec la plaque de transmission de sorte à ne pas détériorer celle-ci. Préférentiellement, le dispositif générateur d'ondes ultrasonores peut comporter au moins deux éléments souples de nettoyage s'étendant sensiblement parallèlement depuis au moins deux bords opposés de la structure support et délimitant, avec un ou plusieurs éléments de fermeture s'étendant depuis le ou les autres bords de la structure support, la cavité d'écoulement du liquide de nettoyage. Le système de nettoyage est par ailleurs avantageusement configuré pour que le volume de la cavité d'écoulement du liquide de nettoyage soit totalement rempli par du liquide de nettoyage en fonctionnement, afin de mettre en contact la plaque de transmission, à partir de laquelle sont émises les ondes ultrasonores, avec le liquide de nettoyage. Les moyens de déplacement du système de nettoyage sur la surface encrassée peuvent comporter des roues.Finally, the utility model CN 202 336 465 U describes the use of air-blast cleaning, self-supporting on the mirror. Air-blast cleaning, however, consumes a lot of energy, compresses the air, and is inefficient for the dust adhered to the mirror. Furthermore, the prior art has also considered using ultrasonic waves to perform the cleaning of solar power plant mirrors. In particular, work was carried out for Sandia Laboratories in a publication entitled "Preliminary Design Report: New for Heliosat Reflector Cleaning Systems", J. Schumacher et al, December 1979, Schumacher and Associates, Inc. In this work, he is imagined to use a robot that moves on the surface of the mirrors with ultrasonic inductors placed a short distance from the surface of the mirrors, the idea being that the ultrasonic waves can reduce the adhesion forces between the dust and the surface of the mirror. Associated with a blow by compressed air to drive out the dust made mobile by the action of the ultrasonic waves, this technique can thus lead to the cleaning of this surface. Nevertheless, this technique is not entirely satisfactory. Indeed, it induces a heating of the ultrasound inductor system and a difficulty in transmitting the waves into the air. Indeed, air is a poor medium for the propagation of ultrasonic waves. Moreover, even when the action of the ultrasonic waves propagated in the air is sufficient to destabilize the fouling layer on the surface of the mirror, the fact of blowing the dust by an inclined air jet causes major drawbacks: the blown dust can be redeposited on the surface of the mirrors near the cleaned mirrors; the fact of generating compressed air requires a lot of energy and seems not very compatible with having a mobile robot not too heavy and able to roll on the mirrors. Another technique using ultrasonic waves was developed by Cranfield University and presented at the SolarPACES conference in September 2013, entitled "A Comparison of Polymer Film and Glass Collectors for Concentrating Solar Power", C. Sa nsom et al. The idea is to project water on the surface of the mirror, and create bubbles in an injection nozzle by an ultrasonic inductor placed at the outlet of the nozzle. The bubbles thus created and projected on the surface of the mirror with the water must thus cavitate and create an impact on the surface much greater than that of a simple jet of water. It is therefore not really an ultrasonic cleaning, but a water jet cleaning with effect of bubbles created by ultrasound. This technique has the disadvantage of consuming a lot of water, treating a small mirror surface, and requiring a lot of energy for the compression of water. In addition, this laboratory technique is very difficult to transpose on a cleaning system of a solar field. In addition, another ultrasonic cleaning technique was described in Gérald Mazue's thesis for the cleaning of boat hulls, entitled "Characterization of high power ultrasonic activity at low frequency in the presence of disturbed hydrodynamics", supported December 21, 2012 at the University of Franche Comté. The idea is to clean the hulls of boats by an ultrasound system immersed and positioned at the end of an articulated arm. This technique is not suitable for cleaning mirrors of solar power plants and does not consider moving a blade of water for cleaning. SUMMARY OF THE INVENTION There is therefore a need to provide an alternative solution to allow the cleaning of fouled surfaces, and in particular the cleaning of the surfaces of the mirrors of solar power plants, in particular solar power plants comprising linear Fresnel mirror reflectors. More specifically, there is a need to design a mirror cleaning system to effectively maintain uniform and high reflectivity on the mirror field, to minimize or eliminate water consumption, and not to damage mirrors. by abrasion. Such a cleaning system must also be provided to be energy efficient, and not to break the mirrors (no mechanical contact between the cleaning means and the surface of the mirrors) and not to damage the surrounding terrain. Similarly, it must be low manufacturing cost, and able to tolerate climatic conditions, such as rain or wind, while being able to work day and night. The object of the invention is to remedy at least partially the needs mentioned above and the drawbacks relating to the embodiments of the prior art. The invention thus has, according to one of its aspects, an ultrasonic cleaning system for a fouled surface, characterized in that it comprises: a main chassis structure comprising means for moving the transmission system; cleaning on the fouled surface, - a reservoir of cleaning liquid carried by the main structure, - an ultrasonic wave generating device for cleaning the fouled surface carried by the main structure and comprising: - a plurality of piezoelectric transducers electric, capable of generating ultrasonic waves, the active faces of which are attached to at least one transmission plate for transmitting the acoustic power to the cleaning liquid, - a support structure, secured to the main structure, in which the piezoelectric transducers, - at least one flexible cleaning element, in particular at least one flexible cleaning element or proximal, located closest to the cleaning fluid reservoir, extending from at least one edge of the support structure and defining, with one or more closure elements extending from the other edge or edges of the support structure, a cavity, thus substantially closed, flow of the cleaning liquid from the cleaning liquid reservoir, the ultrasonic waves being emitted into the cavity in contact with the cleaning liquid by the piezoelectric transducers, flow of the cleaning liquid into the cavity, taken from the cleaning liquid reservoir. Thanks to the invention, it can be possible to obtain a high cleaning efficiency of dirty surfaces through the use of ultrasound. The cleaning can be done without mechanical contact between the cleaning means formed by the ultrasound and the fouled surface, thus avoiding any risk of degradation of the fouled surface. In addition, the cleaning system according to the invention may require only very low energy consumption (lack of air) and thus have a significant autonomy. The ultrasonic etched dirt from the fouled surface is moreover confined in the cavity (absence of projection), before being optionally evacuated at the passage between two adjacent fouled surfaces. The cleaning system can also be used during the night so as not to interfere with the operation of a solar power plant, for example. The need for labor is also very small, if not almost non-existent. Finally, the consumption of cleaning liquid, especially water, is very small in comparison with the solutions of the prior art, for example from 0.15 L / m2 to less than 0.03 L / m2. The cleaning system according to the invention may further comprise one or more of the following characteristics taken separately or in any possible technical combinations. Advantageously, the fouled surface is never in contact with the transmission plate so as not to damage it. Preferably, the ultrasonic wave generating device may comprise at least two flexible cleaning elements extending substantially parallel from at least two opposite edges of the support structure and delimiting, with one or more closure elements extending from the one or more other edges of the support structure, the flow cavity of the cleaning liquid. The cleaning system is moreover advantageously configured so that the volume of the flow cavity of the cleaning liquid is completely filled with cleaning liquid in operation, in order to put in contact the transmission plate, from which are emitted the ultrasonic waves, with the cleaning liquid. The means for moving the cleaning system on the fouled surface may comprise wheels.
Le réservoir de liquide de nettoyage peut comporter de l'eau. L'eau peut par exemple être une eau déminéralisée à une température inférieure ou égale à 60°C, notamment comprise entre 40 et 60°C. Le système de nettoyage peut encore comporter des moyens d'alimentation en énergie du dispositif générateur d'ondes ultrasonores, notamment une batterie et/ou des panneaux solaires, embarqués sur la structure principale. En particulier, les moyens d'alimentation en énergie peuvent comporter une batterie, éventuellement rechargée par des cellules photovoltaïques de panneaux solaires pouvant couvrir la surface supérieure du système de nettoyage, notamment du réservoir. Les cellules photovoltaïques peuvent permettre de recharger la batterie hors fonctionnement du système mais également d'apporter un peu d'énergie lors du fonctionnement en journée. Il peut également s'agir d'un groupe électrogène portatif. La plaque de transmission peut être métallique, notamment réalisée en acier inoxydable.The cleaning liquid reservoir may include water. The water may for example be demineralized water at a temperature of less than or equal to 60 ° C., in particular between 40 and 60 ° C. The cleaning system may further comprise means for supplying power to the device generating ultrasonic waves, in particular a battery and / or solar panels, embedded on the main structure. In particular, the power supply means may comprise a battery, possibly recharged by photovoltaic cells solar panels that can cover the upper surface of the cleaning system, including the tank. The photovoltaic cells can make it possible to recharge the battery out of operation of the system but also to bring a little energy during the operation during the day. It can also be a portable generator. The transmission plate may be metallic, in particular made of stainless steel.
Le ou les éléments souples de nettoyage peuvent être réalisés en matériau élastique, notamment en caoutchouc, formant ainsi des raclettes de nettoyage. Le ou les éléments souples de nettoyage peuvent présenter une hauteur, entre la plaque de transmission et la surface encrassée, comprise entre 2 et 20 mm, notamment d'environ 10 mm.The flexible cleaning element or elements may be made of elastic material, in particular rubber, thus forming cleaning squeegees. The flexible cleaning element or elements may have a height, between the transmission plate and the fouled surface, of between 2 and 20 mm, in particular of about 10 mm.
Les transducteurs piézo-électriques peuvent par exemple présenter une puissance électrique d'environ 75 W et une fréquence comprise entre 20 et 28 kHz. En outre, l'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, une centrale solaire, caractérisée en ce qu'elle comporte une pluralité de réflecteurs solaires et un système de nettoyage tel que défini précédemment, le système étant apte à permettre le nettoyage de miroirs encrassés des réflecteurs solaires. La centrale solaire peut notamment correspondre à un collecteur linéaire de Fresnel, comportant une pluralité de lignes parallèles de réflecteurs du type à miroir de Fresnel linéaire. Par ailleurs, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de nettoyage par ultrasons d'une surface encrassée, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre par l'intermédiaire d'un système de nettoyage tel que défini précédemment, et en ce qu'il comporte l'étape de déplacement du système de nettoyage sur la surface encrassée. Le système de nettoyage peut être utilisé pour permettre le nettoyage d'au moins deux surfaces encrassées consécutives, espacées l'une de l'autre par un vide. De plus, le liquide de nettoyage présent dans la cavité d'écoulement du liquide de nettoyage et chargé en salissures peut être évacué dans ledit vide lors du passage du système de nettoyage d'une surface encrassée à l'autre.The piezoelectric transducers may for example have an electric power of about 75 W and a frequency of between 20 and 28 kHz. In addition, the invention also has, according to another of its aspects, a solar power plant, characterized in that it comprises a plurality of solar reflectors and a cleaning system as defined above, the system being able to allow cleaning mirrors clogged with solar reflectors. The solar power plant may in particular correspond to a linear Fresnel collector, comprising a plurality of parallel lines of reflectors of the linear Fresnel mirror type. In another aspect, the subject of the invention is also a method of ultrasonic cleaning of a fouled surface, characterized in that it is implemented by means of a cleaning system. as defined above, and in that it comprises the step of moving the cleaning system on the fouled surface. The cleaning system can be used to allow cleaning of at least two consecutive fouled surfaces spaced from one another by a vacuum. In addition, the cleaning liquid present in the flow cavity of the cleaning liquid and loaded with dirt can be discharged into said void during the passage of the cleaning system from one fouled surface to another.
En particulier, le système de nettoyage peut être utilisé pour le nettoyage d'une ligne de plusieurs réflecteurs d'une centrale solaire et le vide peut correspondre à l'espace formé entre deux réflecteurs consécutifs. En outre, la vitesse de déplacement du système de nettoyage peut être réduite à proximité dudit vide, juste avant de parvenir audit vide et juste après franchissement dudit vide, pour amplifier le nettoyage des surfaces encrassées à proximité dudit vide. En effet, lorsque le système de nettoyage arrive par exemple au niveau de l'espace entre deux réflecteurs d'une centrale solaire, au moins un élément souple de nettoyage peut se retrouver dans cet espace de sorte que le liquide de nettoyage peut être au moins en partie perdu par écoulement dans cet espace. Dans ce cas, le nettoyage optimal peut nécessiter une durée de nettoyage plus longue à proximité de cet espace. Le système de nettoyage, la centrale solaire et le procédé de nettoyage selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'a l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente, en perspective et de façon partielle, un exemple de système de nettoyage conforme à l'invention, placé sur la surface encrassée d'un miroir de réflecteur de type CLFR, - la figure 2 illustre, en perspective et partiellement, un détail de réalisation du dispositif générateur d'ondes ultrasonores du système de nettoyage de la figure 1, - la figure 3 illustre, en perspective et partiellement, une autre représentation sous forme éclatée d'un détail du dispositif générateur d'ondes ultrasonores du système de nettoyage de la figure 1, - la figure 4A représente, en coupe, un exemple de transducteur piézoélectrique utilisé dans le dispositif générateur d'ondes ultrasonores du système de nettoyage de la figure 1, avec présence d'une plaque de transmission, et - la figure 4B représente, en perspective, l'exemple de transducteur piézo- électrique de la figure 4A. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.In particular, the cleaning system can be used for cleaning a line of several reflectors of a solar power plant and the vacuum can correspond to the space formed between two consecutive reflectors. In addition, the speed of movement of the cleaning system can be reduced near said vacuum, just before reaching said vacuum and just after crossing said vacuum, to amplify the cleaning of fouled surfaces near said vacuum. Indeed, when the cleaning system arrives for example at the space between two reflectors of a solar power plant, at least one flexible cleaning element can be found in this space so that the cleaning liquid can be at least partly lost by flow in this space. In this case, the optimal cleaning may require a longer cleaning time near this space. The cleaning system, the solar power station and the cleaning method according to the invention may comprise any of the features set forth in the description, taken alone or in any technically possible combination with other features. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be better understood on reading the following detailed description of an example of non-limiting implementation thereof, and the examination of the figures, diagrammatic and partial. of the accompanying drawing, in which: - Figure 1 shows, in perspective and in part, an example of a cleaning system according to the invention, placed on the dirty surface of a reflector mirror type CLFR, - the FIG. 2 illustrates, in perspective and in part, a detail of embodiment of the ultrasonic wave generating device of the cleaning system of FIG. 1; FIG. 3 illustrates, in perspective and partially, another exploded representation of a detail; of the ultrasonic wave generator device of the cleaning system of FIG. 1, FIG. 4A represents, in section, an example of a piezoelectric transducer used in the ultrasonic wave generator device 1, with the presence of a transmission plate; and FIG. 4B shows, in perspective, the example of a piezoelectric transducer of FIG. 4A. In all of these figures, identical references may designate identical or similar elements. In addition, the different parts shown in the figures are not necessarily in a uniform scale, to make the figures more readable.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER En référence aux figures 1 à 4B, il est présenté ci-après un exemple de réalisation d'un système de nettoyage 1 par ultrasons de surfaces encrassées M conforme à l'invention. Dans cet exemple, on considère que la surface encrassée est constituée par un miroir M d'un réflecteur du type CLFR, c'est-à-dire un réflecteur à miroir de Fresnel linéaire, d'une centrale solaire du type Fresnel. Ce miroir M comporte par exemple une surface à nettoyer constituée par du verre. La figure 1 représente ainsi, en perspective et de façon partielle, le système de nettoyage 1 selon l'invention placé sur la surface du miroir du réflecteur du type CLFR. Sur cette figure 1, les panneaux photovoltaïques 17 n'ont pas été représentés par souci de clarté. Par ailleurs, la figure 2 illustre, en perspective et partiellement, un détail de réalisation du dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores du système de nettoyage 1 de la figure 1. Sur cette figure 2, seuls l'élément de fermeture 10b et la raclette de nettoyage 9a ont été représentés, et pas la raclette de nettoyage 9b et l'élément de fermeture 10a. La figure 3 illustre quant à elle, en perspective et partiellement, une autre représentation du dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores du système de nettoyage 1 de la figure 1.DETAILED DESCRIPTION OF A PARTICULAR EMBODIMENT With reference to FIGS. 1 to 4B, an exemplary embodiment of an ultrasound cleaning system 1 of contaminated surfaces M according to the invention is presented below. In this example, it is considered that the fouled surface is constituted by a mirror M of a reflector of the CLFR type, that is to say a linear Fresnel mirror reflector, a Fresnel solar power plant. This mirror M comprises for example a surface to be cleaned consisting of glass. Figure 1 thus shows, in perspective and partially, the cleaning system 1 according to the invention placed on the mirror surface of the reflector type CLFR. In this FIG. 1, the photovoltaic panels 17 have not been represented for the sake of clarity. Furthermore, FIG. 2 illustrates, in perspective and in part, a detail of embodiment of the ultrasonic wave generating device 5 of the cleaning system 1 of FIG. 1. In this FIG. 2, only the closure element 10b and the squeegee cleaning 9a have been shown, and not the cleaning squeegee 9b and the closure member 10a. FIG. 3 illustrates, in perspective and partially, another representation of the device 5 generating ultrasonic waves of the cleaning system 1 of FIG.
Les figures 4A et 4B représentent enfin un exemple de transducteur piézoélectrique 6 utilisé dans le dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores du système de nettoyage 1 de la figure 1. Plus précisément, la figure 4A représente, en coupe, un tel exemple de transducteur piézo-électrique 6 avec présence de la plaque de transmission 7, et la figure 4B représente, en perspective, cet exemple de transducteur piézo-électrique 6. Conformément à l'invention, le système de nettoyage 1, ou robot de nettoyage 1, comporte un châssis 2 comportant des moyens de déplacement 3, sous la forme de roues, du système de nettoyage 1 sur la surface du miroir M. Le châssis 2 a pour fonction de devoir supporter l'ensemble des composants du robot de nettoyage 1. Le déplacement des roues 3 sur la surface du miroir M peut se faire de façon automatisé, notamment avec un guidage assuré de manière mécanique, par exemple par des galets, ou encore de manière optique. La figure 3 illustre par le biais de la flèche F le déplacement du robot de nettoyage 1 sur la surface du miroir M.Finally, FIGS. 4A and 4B show an example of a piezoelectric transducer 6 used in the ultrasonic wave generating device 5 of the cleaning system 1 of FIG. 1. More precisely, FIG. 4A represents, in section, such an example of a piezo transducer. 6 with the presence of the transmission plate 7, and FIG. 4B represents, in perspective, this example of a piezoelectric transducer 6. According to the invention, the cleaning system 1, or cleaning robot 1, comprises a frame 2 comprising means 3 for moving the cleaning system 1 in the form of wheels on the surface of the mirror M. The function of the chassis 2 is to support all the components of the cleaning robot 1. The movement of the Wheels 3 on the surface of the mirror M can be automated, in particular with a guide provided mechanically, for example by rollers, or optically. FIG. 3 illustrates, by means of the arrow F, the movement of the cleaning robot 1 on the surface of the mirror M.
De plus, sur cette structure principale formant châssis 2, sont situés un réservoir 4 d'eau de nettoyage et une batterie 12, éventuellement rechargeable par des panneaux photovoltaïques 17 (visibles uniquement sur les figures 2 et 3 par souci de clarté de la figure 1) placés sur la surface extérieure du réservoir 4, pour l'alimentation en énergie électrique d'un dispositifs générateur d'ondes ultrasonores pour le nettoyage de la surface du miroir M. Cette batterie 12 peut également, de façon plus générale, être utilisée pour l'alimentation électrique de tous les composant électriques du robot de nettoyage 1. Ce dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores est porté par la structure principale 2, et comporte une pluralité de transducteurs piézo-électriques 6, qui sont aptes à générer des ondes ultrasonores. Les faces actives 6a des transducteurs piézo-électriques sont fixées à une plaque de transmission 7 métallique, par exemple en acier inoxydable, pour la transmission de la puissance acoustique à l'eau de nettoyage. Ceci permet de ne pas mettre directement en contact l'eau de nettoyage, les salissures du miroir M et les bulles de cavitation, avec les matériaux céramiques des transducteurs piézo-électriques 6 pour ne pas les détériorer. La fixation des matériaux céramiques piézo-électriques à une surface métallique est bien connue par l'Homme du métier du domaine des bains de nettoyage ultrasonore. En outre, le dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores comporte une structure support 8, solidarisée à la structure principale 2, dans laquelle sont situés les transducteurs piézo-électriques 6. Afin de permettre le nettoyage du miroir M, deux raclettes souples de nettoyage 9a et 9b s'étendent depuis les deux bords longitudinaux opposés 8a et 8b de la structure support 8, de façon parallèle. Ces raclettes de nettoyage 9a, 9b sont par exemple semblables à des raclettes du type essuie-glace ou des raclettes industrielles de laveuses de supermarché. Elles peuvent notamment se présenter sous la forme de lamelles striées en caoutchouc, avec un renflement supérieur pour le positionnement. La raclette de nettoyage 9a est optionnelle. En effet, la raclette de nettoyage 9a pourrait, le cas échéant, entraîner un risque d'abrasion de la surface du miroir M.In addition, on this main chassis structure 2, are located a tank 4 of cleaning water and a battery 12, possibly rechargeable by photovoltaic panels 17 (visible only in Figures 2 and 3 for the sake of clarity of Figure 1 ) placed on the outer surface of the tank 4, for supplying electrical power to an ultrasonic wave generating device for cleaning the surface of the mirror M. This battery 12 can also, more generally, be used to the power supply of all the electrical components of the cleaning robot 1. This ultrasonic wave generator device 5 is carried by the main structure 2, and comprises a plurality of piezoelectric transducers 6, which are capable of generating ultrasonic waves . The active faces 6a of the piezoelectric transducers are fixed to a metal transmission plate 7, for example made of stainless steel, for transmitting the acoustic power to the cleaning water. This makes it possible not to directly contact the cleaning water, the soiling of the mirror M and the cavitation bubbles, with the ceramic materials of the piezoelectric transducers 6 so as not to damage them. The attachment of piezoelectric ceramic materials to a metal surface is well known to those skilled in the field of ultrasonic cleaning baths. In addition, the ultrasonic wave generating device 5 comprises a support structure 8, secured to the main structure 2, in which the piezoelectric transducers 6 are located. In order to allow the cleaning of the mirror M, two flexible cleaning squeegees 9a are provided. and 9b extend from the two opposite longitudinal edges 8a and 8b of the support structure 8, in parallel fashion. These cleaning squeegees 9a, 9b are for example similar to squeegees of the wiper type or industrial squeegees of supermarket washers. They may in particular be in the form of striated strips of rubber, with a larger bulge for positioning. The cleaning squeegee 9a is optional. Indeed, the cleaning squeegee 9a could, if necessary, cause a risk of abrasion of the surface of the mirror M.
De ce fait, la raclette de nettoyage avant ou distale 9a (la plus éloignée du réservoir 4) peut éventuellement être remplacée par un rouleau en mousse, apte à assurer une étanchéité correcte avec un roulement privilégié par rapport aux frottements et donc moins d'endommagement potentiel. La raclette de nettoyage 9a peut également selon une variante non représentée ne pas équiper le système de nettoyage selon l'invention. En effet, la présence seule de la raclette de nettoyage 9b et des deux éléments de fermeture 10a, 10b va créer un « mascaret », c'est-à-dire une vague d'eau poussée vers l'avant, lors du déplacement du système. On peut alors, lors de la réalisation, positionner le dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores de façon suffisamment proche de la raclette de nettoyage 9b afin d'avoir les transducteurs 6 toujours dans une partie d'eau poussée par la raclette de nettoyage 9b. Ces raclettes de nettoyage 9a, 9b, et tout particulièrement la raclette de nettoyage arrière ou proximale 9b (la plus proche du réservoir 4), ont une fonction très importante sur la qualité du nettoyage. En effet, si celles-ci n'assurent pas une étanchéité correcte, le niveau d'eau de nettoyage peut baisser, remplaçant ainsi l'eau par de l'air.As a result, the front or distal cleaning blade 9a (the furthest away from the tank 4) can optionally be replaced by a foam roller capable of ensuring a correct seal with a preferred bearing with respect to friction and therefore less damage. potential. The cleaning squeegee 9a can also according to a variant not shown do not equip the cleaning system according to the invention. Indeed, the mere presence of the cleaning squeegee 9b and the two closure elements 10a, 10b will create a "tidal bore", that is to say a wave of water pushed forward, during the movement of the system. It is then possible, during the embodiment, to position the ultrasonic wave generating device 5 sufficiently close to the cleaning scraper 9b in order to have the transducers 6 always in a portion of water pushed by the cleaning scraper 9b. These cleaning squeegees 9a, 9b, and especially the rear or proximal cleaning squeegee 9b (the closest to the tank 4), have a very important function on the quality of the cleaning. Indeed, if they do not ensure a proper seal, the level of cleaning water can drop, replacing the water with air.
Ceci aurait alors pour effet d'augmenter l'impédance au niveau de la surface active formée par la plaque de transmission 7, dégradant irrémédiablement et à court terme les transducteurs piézo-électriques 6. De plus, l'eau viendrait à stagner sur le miroir M et alors l'encrasserait de nouveau, rendant ainsi le nettoyage inutile.This would then have the effect of increasing the impedance at the active surface formed by the transmission plate 7, irreparably degrading and short-term piezoelectric transducers 6. In addition, the water would stagnate on the mirror M and then would foul it again, thus rendering the cleaning useless.
De plus, les autres bords de la structure support 8, à savoir les deux bords transversaux opposés, sont fermés par deux éléments de fermeture 10a et 10b. De cette façon, les deux éléments de fermeture 10a, 10b et les deux raclettes de nettoyage 9a, 9b définissent ensemble une cavité 11 fermée d'écoulement de l'eau de nettoyage, provenant du réservoir 4.In addition, the other edges of the support structure 8, namely the two opposite transverse edges, are closed by two closure elements 10a and 10b. In this way, the two closure elements 10a, 10b and the two cleaning scrapers 9a, 9b together define a closed cavity 11 for flushing the cleaning water, coming from the tank 4.
Ainsi, le volume de la cavité 11 est entièrement occupé par l'eau de nettoyage, de sorte que la plaque de transmission 7 soit au contact de l'eau de nettoyage. Les ondes ultrasonores sont alors émises par les transducteurs piézo-électriques 6 au contact de l'eau de nettoyage. La cavité 11 étant fermée ou délimitée par les raclettes de nettoyage 9a, 9b, voire uniquement délimitée par la raclette de nettoyage 9b, et les éléments de fermeture 10a, 10b, toute perte d'eau peut être évitée ou du moins limitée. De façon avantageuse, cela permet alors de former un « coussin d'eau » ou une « lame d'eau » qui se déplace le long de la surface du miroir M et dans laquelle les ondes ultrasonores sont émises afin d'éliminer la saleté située sur le miroir M. Les raclettes de nettoyage 9a, 9b permettent le maintien uniforme de cette lame d'eau et son déplacement le long du miroir M en même temps que le robot de nettoyage 1. La longueur L des raclettes de nettoyage 9a, 9b, représentée sur la figure 3, peut par exemple être de l'ordre d'1 m. La hauteur H des raclettes de nettoyage 9a, 9b, représentée également sur la figure 3, est de façon optimale proche de 10 mm. Elle définit également l'épaisseur de la lame d'eau.Thus, the volume of the cavity 11 is entirely occupied by the cleaning water, so that the transmission plate 7 is in contact with the cleaning water. The ultrasonic waves are then emitted by the piezoelectric transducers 6 in contact with the cleaning water. The cavity 11 being closed or delimited by the cleaning scrapers 9a, 9b, or even limited by the cleaning scraper 9b, and the closure elements 10a, 10b, any water loss can be avoided or at least limited. Advantageously, this then makes it possible to form a "water cushion" or a "water slide" which moves along the surface of the mirror M and in which the ultrasonic waves are emitted in order to eliminate the dirt located on the mirror M. The cleaning squeegees 9a, 9b allow the uniform maintenance of this blade of water and its movement along the mirror M at the same time as the cleaning robot 1. The length L of the cleaning squeegees 9a, 9b , shown in Figure 3, may for example be of the order of 1 m. The height H of the cleaning squeegees 9a, 9b, also shown in FIG. 3, is optimally close to 10 mm. It also defines the thickness of the water slide.
Cette épaisseur de la lame d'eau, ou encore distance entre la plaque de transmission 7 et la surface du miroir M, doit être suffisante pour éviter tout contact accidentel entre la surface active de la plaque de transmission 7 et le miroir M, qui serait destructeur pour le miroir M. Toutefois, cette épaisseur doit aussi être choisie pour garantir la densité des bulles de cavitation nécessaire au nettoyage efficace par ultrasons.This thickness of the water layer, or the distance between the transmission plate 7 and the surface of the mirror M, must be sufficient to avoid any accidental contact between the active surface of the transmission plate 7 and the mirror M, which would be However, this thickness must also be chosen to guarantee the density of the cavitation bubbles necessary for efficient ultrasonic cleaning.
Par ailleurs, pour un nettoyage optimal de la surface du miroir M, il est préférable de prévoir que le dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores présente une forme épousant la forme du miroir M. En particulier, la plaque de transmission 7 peut être prévue plane ou courbée en fonction de la forme du miroir M. Elle peut notamment suivre le même rayon de courbure que le miroir, soit par exemple entre 15 et 30 m. De cette façon, il peut être possible de garantir que les transducteurs piézo-électriques 6 soient constamment à la même distance du miroir M. La taille typique des transducteurs piézo-électriques 6, d'une puissance égale à environ 75 W et d'une fréquence de 20 ou 28 kHz, est par exemple de 70 mm de diamètre. Les figures 4A et 4B sont spécifiques à un exemple d'un tel transducteur piézo-électrique 6. Celui-ci comporte une vis de serrage 13, une contre-masse 14 métallique, un empilement céramique/cuivre 15 comprenant une couche céramique 15b entre deux couches d'électrodes 15a et 15c en cuivre, et un cône de diffusion 16 métallique. Le cône de diffusion 16 est fixé sur la plaque de transmission 7 métallique par l'intermédiaire d'un moyen adhésif 6a, notamment d'une colle. Pour pouvoir réaliser le dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores du robot de nettoyage 1, et les transducteurs piézo-électriques 6, de nombreux systèmes susceptibles de produire des ultrasons sont déjà connus. De façon générale, un appareil produisant des ultrasons est communément appelé transducteur ou convertisseur d'ultrasons. La technologie des transducteurs peut être basée sur des générateurs pneumatiques, tels que des sifflets ou des sirènes, électrodynamiques, tels que des haut-parleurs, ou électriques. Dans ce dernier cas, on utilise des matériaux magnétostrictifs ou piézoélectriques pour convertir l'énergie électrique en une énergie mécanique ultrasonore. Les matériaux les plus utilisés actuellement sont les matériaux piézoélectriques. Ces matériaux ont l'avantage, par rapport aux autres systèmes, de présenter de bonnes performances et d'être disponibles dans des géométries très diverses. L'inconvénient de ces matériaux est toutefois qu'ils sont sensibles à la chaleur et peuvent cesser de fonctionner lorsque l'on atteint leur température de Curie, soit entre environ 60 et 70°C. Aussi, dans le système de nettoyage 1 selon l'invention, l'eau présente sous le dispositif 5 générateur d'ondes ultrasonores peut éventuellement être utilisée pour permettre un refroidissement de celui-ci. L'eau peut alors s'écouler du réservoir jusqu'à la cavité 11 en s'écoulant sur la surface externe des transducteurs 6 pour les refroidir. On peut aussi intégrer la contre-masse 14 du générateur à l'intérieur du réservoir d'eau pour créer ainsi un puits de chaleur qui permet de refroidir l'empilement 15 qui génère la chaleur. Par ailleurs, ces matériaux se présentent le plus souvent sous la forme d'un disque ou d'un anneau sur les faces duquel sont déposées deux électrodes métallisées.Furthermore, for optimum cleaning of the surface of the mirror M, it is preferable to provide that the ultrasonic wave generator device 5 has a shape matching the shape of the mirror M. In particular, the transmission plate 7 may be provided flat or curved depending on the shape of the mirror M. It may in particular follow the same radius of curvature as the mirror, for example between 15 and 30 m. In this way, it may be possible to ensure that the piezoelectric transducers 6 are constantly at the same distance from the mirror M. The typical size of the piezoelectric transducers 6, with a power of about 75 W and a frequency of 20 or 28 kHz, is for example 70 mm in diameter. FIGS. 4A and 4B are specific to an example of such a piezoelectric transducer 6. This comprises a clamping screw 13, a metal counter-mass 14, a ceramic / copper stack 15 comprising a ceramic layer 15b between two copper electrode layers 15a and 15c, and a metal diffusion cone 16. The diffusion cone 16 is fixed on the metal transmission plate 7 via an adhesive means 6a, in particular an adhesive. In order to be able to produce the ultrasound generator device 5 of the cleaning robot 1, and the piezoelectric transducers 6, many systems capable of producing ultrasound are already known. In general, a device producing ultrasound is commonly called ultrasonic transducer or converter. Transducer technology can be based on pneumatic generators, such as whistles or sirens, electrodynamics, such as speakers, or electric. In the latter case, magnetostrictive or piezoelectric materials are used to convert electrical energy into ultrasonic mechanical energy. The most used materials today are piezoelectric materials. These materials have the advantage over other systems of having good performance and being available in very diverse geometries. The disadvantage of these materials, however, is that they are heat sensitive and may stop working when their Curie temperature is reached, at about 60 to 70 ° C. Also, in the cleaning system 1 according to the invention, the water present under the ultrasonic wave generating device 5 may optionally be used to allow cooling thereof. The water can then flow from the reservoir to the cavity 11 by flowing on the outer surface of the transducers 6 to cool them. It is also possible to integrate the counter-mass 14 of the generator inside the water tank, thereby creating a heat sink that can cool the stack 15 which generates the heat. Moreover, these materials are most often in the form of a disk or a ring on whose faces are deposited two metallized electrodes.
Lorsqu'une tension électrique est appliquée sur ces deux électrodes, le matériau se dilate ou se comprime selon l'orientation de la tension par rapport à la polarisation de la céramique. Pour fournir une onde ultrasonore, le principe consiste à fournir aux systèmes ultrasons une tension électrique dont la fréquence est égale à leur fréquence de résonance. Un générateur électrique doit être utilisé pour transformer la tension secteur (220 V - 50/60 Hz) en une tension alternative à la fréquence de résonance du système ultrasons (par exemple 20 kHz - 1000 V). Un contrôle permanent des conditions de résonance est nécessaire pour corriger les déviations entre la fréquence fournie par le générateur électronique et la fréquence de résonance ultrasons, ceci afin d'éviter une mauvaise transmission de la puissance. Les sons sont émis par des corps animés d'un mouvement vibratoire et se propagent sous la forme d'ondes mécaniques susceptibles de subir des réflexions, des réfractions et des interférences. Les ultrasons se propagent à une vitesse qui sera fonction de la nature du milieu, indépendamment de la fréquence d'onde. La propagation des sons ne peut se faire que dans la matière. Le milieu traversé subit des phénomènes de compression et de relaxation successifs. Les matériaux présentent une certaine résistance au passage des ultrasons. Cette résistance, appelée impédance, sera fonction du module d'élasticité et de la densité du milieu considéré. L'impédance est différente d'un matériau à l'autre et la limite entre deux corps constitue une interface. L'onde sonore en déplacement dans un milieu donné est caractérisée par sa fréquence et sa longueur d'onde. L'énergie développée par la cavitation ultrasonore combine plusieurs effets, produisant le développement de forces près de la surface à nettoyer qui induisent l'apparition de violents micro-jets liquides orientés vers la surface à nettoyer, produisant également le nettoyage dans les pores et crevasses de la surface, et produisant aussi la dispersion des contaminants dans le fluide sous l'influence de mouvements turbulents provoqués par le champ ultrasonore. Le nettoyage par ultrasons présente de nombreux avantages par rapport aux procédés conventionnels. En effet, la taille microscopique des bulles de cavitation permet le nettoyage de pièces aux surfaces irrégulières et complexes, sans trace de brossage, et induit aussi l'élimination de manipulations pénibles. Pour obtenir de bons résultats de nettoyage, il faut tenir compte de plusieurs paramètres, tels que les puissances et fréquences ultrasonores engendrant le phénomène de cavitation dans le liquide, la température du bain, la composition du bain, et la durée du traitement ultrasonore. Les principes physiques du nettoyage par ultrasons sont exposés ci-après. Les ultrasons, lorsqu'ils sont émis dans un fluide tel que l'eau, dont les propriétés physiques lui permettent de caviter facilement, génèrent différents phénomènes hydrodynamiques.When a voltage is applied to these two electrodes, the material expands or compresses depending on the orientation of the voltage with respect to the polarization of the ceramic. To provide an ultrasonic wave, the principle consists in providing the ultrasound systems with an electrical voltage whose frequency is equal to their resonance frequency. An electrical generator must be used to transform the mains voltage (220 V - 50/60 Hz) into an AC voltage at the resonance frequency of the ultrasound system (eg 20 kHz - 1000 V). A permanent control of the resonance conditions is necessary to correct the deviations between the frequency supplied by the electronic generator and the ultrasonic resonance frequency, in order to avoid a bad transmission of the power. The sounds are emitted by bodies animated by a vibratory movement and propagate in the form of mechanical waves likely to undergo reflections, refractions and interferences. Ultrasound is propagated at a rate that will depend on the nature of the medium, regardless of the wave frequency. The propagation of sounds can only be done in the material. The medium traversed undergoes successive compression and relaxation phenomena. The materials have some resistance to the passage of ultrasound. This resistance, called impedance, will be a function of the modulus of elasticity and the density of the medium considered. The impedance is different from one material to another and the boundary between two bodies is an interface. The moving sound wave in a given medium is characterized by its frequency and wavelength. The energy developed by ultrasonic cavitation combines several effects, producing the development of forces near the surface to be cleaned which induce the appearance of violent liquid micro-jets directed towards the surface to be cleaned, also producing cleaning in the pores and crevices of the surface, and also producing the dispersion of contaminants in the fluid under the influence of turbulent movements caused by the ultrasonic field. Ultrasonic cleaning has many advantages over conventional methods. Indeed, the microscopic size of the cavitation bubbles allows the cleaning of parts with irregular and complex surfaces, without brushing, and also induces the elimination of painful manipulations. To obtain good cleaning results, it is necessary to take into account several parameters, such as the ultrasonic powers and frequencies generating the phenomenon of cavitation in the liquid, the temperature of the bath, the composition of the bath, and the duration of the ultrasonic treatment. The physical principles of ultrasonic cleaning are discussed below. Ultrasound, when emitted in a fluid such as water, whose physical properties allow it to cavitate easily, generate different hydrodynamic phenomena.
Le premier consiste en la génération et l'implosion de bulles de cavitation sous l'effet du champ ultrasonore, sous réserve de dépasser le seuil de puissance acoustique nécessaire. Ces bulles, en implosant près des parois à nettoyer, induisent la génération de puissants micro-jets de fluide capables de décoller la poussière cimentée. Ces bulles de cavitation, comme toutes formes d'entités générant des interfaces entre milieux d'états différents, ont besoin de nucléi préexistants pour apparaître. Or, les poussières ainsi que la crasse présentes à la surface des miroirs sont constellées d'anfractuosités dans lesquelles se nichent des bulles de gaz. Ceci permet de dire qu'une forte activité cavitationnelle se concentrera au niveau de la surface encrassée des miroirs. Le deuxième phénomène physique mis en jeu consiste en un courant acoustique induit par la dissipation visqueuse au second ordre de l'énergie acoustique dans le fluide. Ce phénomène, bien qu'incapable de décoller la crasse cimentée, permet néanmoins de générer des courants convectifs agitant le milieu. Ceci permet d'empêcher que la pellicule de crasse précédemment décollée ne se redépose sur les miroirs par sédimentation.The first consists in the generation and implosion of cavitation bubbles under the effect of the ultrasonic field, provided that it exceeds the threshold of acoustic power required. These bubbles, imploding near the walls to be cleaned, induce the generation of powerful micro-jets of fluid able to take off the cemented dust. These cavitation bubbles, like all forms of entities generating interfaces between different states media, need preexisting nuclei to appear. However, the dust and dirt present on the surface of the mirrors are dotted with crevices in which bubbles of gas are nestled. This allows to say that a strong cavitational activity will be concentrated at the level of the dirty surface of the mirrors. The second physical phenomenon involved consists of an acoustic current induced by the viscous second-order dissipation of acoustic energy in the fluid. This phenomenon, although unable to take off cemented dirt, nevertheless makes it possible to generate convective currents stirring the medium. This makes it possible to prevent the film of dirt previously peeled from being redeposited on the mirrors by sedimentation.
Enfin, le troisième phénomène est dû au micro courant lié à l'interaction entre les bulles de cavitation et le champ acoustique. Cet effet induit un déplacement des bulles de cavitation dans le champ acoustique. Il s'en suit alors la génération d'un fort cisaillement au niveau de l'interface liquide/gaz de la paroi de la bulle. Le cisaillement est également bénéfique au nettoyage de la surface des miroirs. Ce phénomène est en effet utilisé dans les échangeurs de chaleur de type spirale pour prévenir et traiter l'encrassement. Par ailleurs, de manière générale, la puissance ultrasonore utilisée est de l'ordre de 10 à 20 W/litre de bain pour les basses fréquences ultrasonores, soit entre 20 et 40 kHz. La fréquence ultrasonore influence la taille des bulles de cavitation et le type d'effet généré par leur implosion. Les hautes fréquences ultrasonores, soit entre 400 kHz et 10 MHz, sont en effet reconnues pour libérer des entités radicalaires du type OH et sont utilisées en sonochimie, notamment en traitement des effluents. Les ultrasons permettent ainsi de dégrader des molécules organiques polluantes comme les phénols. Les basses fréquences quant à elles génèrent des effets mécaniques importants capables d'éroder des surfaces métalliques ou de décoller des couches de crasse cimentée ou de graisse. Ainsi, pour les applications de dégraissage et autres applications nécessitant le décapage des surfaces à nettoyer, les ondes ultrasonores sont générées avec des fréquences de l'ordre de 20 à 40 kHz. Sachant que plus la fréquence augmente, et plus la taille des bulles diminue, les fréquences autour de 20 kHz sont plutôt utilisées pour décoller les salissures en surface alors que les fréquences autour de 40 kHz, voire autour de 100 kHz, permettent de décaper jusque dans les anfractuosités et les pores des pièces. A basse fréquence, autour de 20 kHz, les effets du courant acoustique sont plus faibles qu'a haute fréquence, autour de 1 MHz. Cependant, comme ce dernier n'a qu'un effet jouant un rôle secondaire dans le nettoyage des miroirs, cet inconvénient est minime. Enfin, les hautes fréquences ultrasonores, notamment autour de 1 MHz, génèrent des ondes acoustiques très directives, voire focalisées. En effet, les dimensions caractéristiques de longueurs d'ondes pour ces fréquences sont de l'ordre du millimètre. Par conséquent, un transducteur de quelques centimètres de diamètre émet plusieurs sources d'ondes qui, par un jeu d'interférences destructives et constructives, vont se focaliser à un point précis pour diverger derrière ce point. A basses fréquences, ce phénomène est bien moins prononcé car les dimensions du transducteur sont de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde émise. Par conséquent, le champ acoustique est très peu directif, irradiant une zone plus importante que celle du transducteur. Aussi, de façon préférentielle, la meilleure fréquence des ondes ultrasonores est située entre 20 et 28 kHz. En effet, les miroirs présentant un état de surface relativement lisse, il n'y a pas de besoin pour des fréquences plus élevées. Malgré un courant acoustique plus faible à ces fréquences, l'agitation au sein du milieu sera largement suffisante pour empêcher tout nouveau dépôt de salissures à condition de choisir les dimensions du bac à ultrasons convenablement. En outre, il est généralement admis que pour les applications de nettoyage à basse fréquence, la meilleure efficacité est obtenue pour des températures de bain de l'ordre de 40 à 60°C. De manière générale, l'ajout d'un détergent dans l'eau du bain, qui s'il est de type surfactant diminue la tension superficielle de l'eau et favorise également la cavitation, est importante afin d'attaquer chimiquement les salissures et de favoriser leur enlèvement par l'implosion des bulles de cavitation. Cependant, il faut veiller à ce que le produit n'attaque pas la pièce à nettoyer.Finally, the third phenomenon is due to the micro current linked to the interaction between the cavitation bubbles and the acoustic field. This effect induces a displacement of the cavitation bubbles in the acoustic field. It then follows the generation of a strong shear at the liquid / gas interface of the wall of the bubble. Shear is also beneficial for cleaning the surface of mirrors. This phenomenon is indeed used in spiral heat exchangers to prevent and treat fouling. Furthermore, in general, the ultrasonic power used is of the order of 10 to 20 W / liter of bath for low ultrasonic frequencies, between 20 and 40 kHz. The ultrasonic frequency influences the size of the cavitation bubbles and the type of effect generated by their implosion. The high ultrasonic frequencies, ie between 400 kHz and 10 MHz, are in fact recognized for releasing radical entities of the OH type and are used in sonochemistry, especially in the treatment of effluents. Ultrasound thus makes it possible to degrade polluting organic molecules such as phenols. Low frequencies generate significant mechanical effects that can erode metal surfaces or loosen layers of cemented grime or grease. Thus, for degreasing applications and other applications requiring the stripping of the surfaces to be cleaned, the ultrasonic waves are generated with frequencies of the order of 20 to 40 kHz. Knowing that the more the frequency increases, and the more the size of the bubbles decreases, the frequencies around 20 kHz are rather used to take off the dirt on the surface whereas the frequencies around 40 kHz, or even around 100 kHz, allow to strip even in the anfractuosities and the pores of the pieces. At low frequency, around 20 kHz, the effects of the acoustic current are lower than at high frequency, around 1 MHz. However, since the latter has only one effect playing a secondary role in cleaning the mirrors, this disadvantage is minimal. Finally, high ultrasound frequencies, especially around 1 MHz, generate highly directive or even focused acoustic waves. Indeed, the characteristic wavelength dimensions for these frequencies are of the order of one millimeter. Therefore, a transducer a few centimeters in diameter emits several sources of waves that, by a game of destructive and constructive interference, will focus at a specific point to diverge behind this point. At low frequencies, this phenomenon is much less pronounced because the dimensions of the transducer are of the order of magnitude of the emitted wavelength. Therefore, the acoustic field is very directional, irradiating a larger area than the transducer. Also, preferably, the best frequency of the ultrasonic waves is between 20 and 28 kHz. Indeed, the mirrors having a relatively smooth surface state, there is no need for higher frequencies. Despite a lower acoustic current at these frequencies, stirring in the medium will be largely sufficient to prevent further deposition of dirt provided you choose the dimensions of the ultrasonic tray properly. In addition, it is generally accepted that for low frequency cleaning applications, the best efficiency is obtained for bath temperatures of the order of 40 to 60 ° C. In general, the addition of a detergent in the bath water, which if it is of the surfactant type decreases the surface tension of the water and also promotes cavitation, is important in order to chemically attack the soiling and to encourage their removal by the implosion of cavitation bubbles. However, care must be taken that the product does not attack the part to be cleaned.
La durée nécessaire au nettoyage dépend du bain, de sa température, du type et du degré de salissures. Elle peut varier de quelques secondes à plusieurs dizaines de minutes. De façon préférentielle, le système de nettoyage 1 utilise de l'eau déminéralisée à une température proche de la température ambiante ou encore légèrement supérieure lorsque le réservoir comporte de l'eau entre 40 et 60°C. Toutefois, la température de l'eau déminéralisée ne doit préférentiellement pas dépasser 60 à 70°C car les matériaux céramiques de type PZT (Titano-Zirconate de Plomb) pouvant être utilisés dans les inducteurs piézoélectriques pour les ultrasons présentent une température de Curie de 60 à 70°C. Au-delà d'une telle température, l'effet piézoélectrique est perdu. Par ailleurs, le système de nettoyage 1 est préférentiellement prévu pour ne pas utiliser de détergent lors du nettoyage, car la face arrière des miroirs, typiquement une couche d'argenture et des couches de peinture, est sensible à la dégradation chimique par les produits nettoyants. En particulier, les miroirs ne sont qualifiés en vieillissement qu'au contact d'eau déminéralisée. Lors du procédé d'utilisation du robot de nettoyage 1, les espèces encrassantes du miroir M sont décollées par l'effet des ondes ultrasonores. Elles sont alors mises en suspension dans la lame d'eau et déplacées en même temps que le robot de nettoyage 1. La lame d'eau est préférentiellement déchargée, ou vidangée, entre deux réflecteurs. Toutefois, en variante, on peut aussi imaginer un système de circulation de l'eau dans la lame, avec aspiration, filtration et retour de l'eau dans la lame d'eau. Cela nécessiterait alors de mettre le robot de nettoyage 1 sur une pompe et d'utiliser un filtre, mais l'avantage en consommation d'eau serait conséquent puisque celle-ci pourrait être recyclée.The time required for cleaning depends on the bath, its temperature, type and degree of soiling. It can vary from a few seconds to several tens of minutes. Preferably, the cleaning system 1 uses deionized water at a temperature close to ambient temperature or slightly higher when the reservoir comprises water between 40 and 60 ° C. However, the temperature of the demineralised water should preferably not exceed 60 to 70 ° C because the ceramic materials of the type PZT (Titano-Lead Zirconate) that can be used in the piezoelectric inductors for ultrasound have a Curie temperature of 60 at 70 ° C. Beyond such a temperature, the piezoelectric effect is lost. Furthermore, the cleaning system 1 is preferably designed not to use detergent during cleaning, because the rear face of the mirrors, typically a silver coating and paint layers, is sensitive to chemical degradation by cleaning products . In particular, the mirrors are qualified in aging only in contact with demineralised water. In the method of using the cleaning robot 1, the fouling species of the mirror M are peeled off by the effect of the ultrasonic waves. They are then suspended in the water layer and moved at the same time as the cleaning robot 1. The water blade is preferably discharged, or drained, between two reflectors. However, alternatively, one can also imagine a system of circulation of water in the blade, with suction, filtration and return of water into the water layer. This would then require putting the cleaning robot 1 on a pump and using a filter, but the benefit in water consumption would be substantial since it could be recycled.
En ce qui concerne la puissance électrique fournie aux transducteurs piézo- électriques 6, il faut tenir compte de plusieurs aspects. Tout d'abord, il faut apporter une densité de puissance suffisante pour dépasser le seuil de cavitation en dessous duquel la cavitation n'est pas transitoire, donc non implosive, ce qui signifie non nettoyante. Il ne faut cependant pas atteindre une densité de puissance qui induise une dégradation de la surface du miroir M. Ensuite, les transducteurs 6 ont des rendements de conversion mécanique de l'énergie électrique apportée de 50 à 60 % maximum. Par conséquent, si l'on souhaite mettre par exemple sept transducteurs 6 fonctionnant à une puissance acoustique de 30 W sur une longueur d'1 m, soit un transducteur 6 tous les 3 cm, il faudra fournir une puissance électrique de 420 W.With regard to the electrical power supplied to the piezoelectric transducers 6, there are several aspects to be taken into account. First, it is necessary to provide a sufficient power density to exceed the cavitation threshold below which the cavitation is not transient, so not implosive, which means non-cleaning. However, it is not necessary to achieve a power density which induces a degradation of the surface of the mirror M. Then, the transducers 6 have mechanical conversion efficiencies of the electric energy brought from 50 to 60% maximum. Therefore, if it is desired to put for example seven transducers 6 operating at an acoustic power of 30 W over a length of 1 m, a transducer 6 every 3 cm, it will provide an electrical power of 420 W.
En ce qui concerne par ailleurs la vitesse d'avancement du robot de nettoyage 1 sur le miroir M, elle peut être comprise entre 0,1 et 0,5 m/s. La cavitation est en effet pas ou peu impactée par les vitesses d'écoulement. Seule le courant acoustique est impacté. Aussi, le fait de nettoyer le miroir M par ultrasons n'a pas d'impact sur la vitesse du robot de nettoyage 1. Ainsi, de façon avantageuse, l'invention permet le nettoyage de miroirs M de centrales solaires par le biais d'ultrasons dans une lame d'eau de faible épaisseur, générée temporairement entre la plaque de transmission 7 et la surface du miroir M, entre les deux raclettes de nettoyage 9a, 9b entraînées en mouvement. On combine ainsi l'effet bénéfique de l'eau et des ultrasons, l'eau permettant de limiter la puissance des ultrasons car c'est un excellent milieu pour la propagation. Les poussières décollées restent dans le volume de la lame d'eau pendant un temps correspondant au déplacement sur le miroir M d'un réflecteur, la lame d'eau étant ensuite vidangée dans l'espace inter-réflecteurs de sorte à recréer une lame d'eau propre pour le prochain réflecteur à nettoyer. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier. L'expression « comportant un » doit être comprise comme étant synonyme de « comportant au moins un », sauf si le contraire est spécifié.20Regarding also the speed of advance of the cleaning robot 1 on the mirror M, it can be between 0.1 and 0.5 m / s. Cavitation is indeed not or only slightly affected by the flow velocities. Only the acoustic current is impacted. Also, the fact of cleaning the mirror M by ultrasound does not have an impact on the speed of the cleaning robot 1. Thus, advantageously, the invention makes it possible to clean mirrors M of solar power plants by means of ultrasound in a thin layer of water, generated temporarily between the transmission plate 7 and the surface of the mirror M, between the two cleaning blades 9a, 9b driven in motion. This combines the beneficial effect of water and ultrasound, the water to limit the power of ultrasound because it is an excellent medium for propagation. The unstuck dusts remain in the volume of the water layer for a time corresponding to the movement on the mirror M of a reflector, the water slide being then drained into the inter-reflector space so as to recreate a blade of water. clean water for the next reflector to clean. Of course, the invention is not limited to the embodiment which has just been described. Various modifications may be made by the skilled person. The phrase "with one" should be understood as being synonymous with "having at least one" unless the contrary is specified.
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