WO2022053464A1 - Converter converting energy from at least one radiation emitting source, comprising a plate which has cutouts and horizontal faces and rotates horizontally in a cylindrical containment casing - Google Patents

Converter converting energy from at least one radiation emitting source, comprising a plate which has cutouts and horizontal faces and rotates horizontally in a cylindrical containment casing Download PDF

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WO2022053464A1
WO2022053464A1 PCT/EP2021/074608 EP2021074608W WO2022053464A1 WO 2022053464 A1 WO2022053464 A1 WO 2022053464A1 EP 2021074608 W EP2021074608 W EP 2021074608W WO 2022053464 A1 WO2022053464 A1 WO 2022053464A1
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WO
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converter
converter according
pairs
hub
coplanar surfaces
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/074608
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French (fr)
Inventor
Méryl BROTHIER
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N10/00—Electric motors using thermal effects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/008—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for characterised by the actuating element
    • F03G7/016—Photosensitive actuators, e.g. using the principle of Crookes radiometer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to the field of energy converters from any type of radiative emission source which may be solar or of the waste heat type.
  • the present invention aims mainly to improve the energy efficiency provided by the converters according to the state of the art.
  • the invention makes it possible to generate electrical energy even in the temporary absence of an external radiative source.
  • Radiant energy is the only energy that can propagate in a vacuum, in the absence of matter. It is based on the principle of electromagnetic radiation, itself based on the movement of photons. Light (visible wavelength range) and thermal (infrared) energy is radiative energy.
  • PV panels are the most widespread technology that converts radiative energy into electricity. Regardless of their intrinsic efficiency, which has been steadily increasing for many years, PV panels have several major drawbacks that can be summarized as follows:
  • FIG. 1 and 2 schematically show such a Crookes radiometer, generally designated by the reference 1.
  • the radiometer 1 comprises a confinement envelope 2 maintained under a rarefied atmosphere, a vertical axis 3 which forms a point pivot supporting a hub 4 that which is fixed a number of four blades 5 with a diamond section, which extend at 90 ° from each other and each vertically in the casing 2.
  • Each of the blades 5 comprises a main face 50 which is reflective (emissivity close to 0) and on the opposite side a main face 51 which is dark (emissivity close to 1).
  • a heat flux for example solar radiation
  • they begin to rotate around the pivot 3 according to the arrow symbolized in FIG. 2, so that the dark faces 51 are subjected to a resultant force normal to their area.
  • Crookes Radiometer 1 cannot generate a large enough mechanical torque to be considered a viable power generator for industrial or even practical applications. Indeed, it is possible to demonstrate that the radiometric force generated in line with the blades 5 is of the order of 10'6 N.
  • This force results from a so-called radiometric pressure which is a function of the radiation pressure (pressure exerted by the photons at the surface of the blade) to within one parameter, which is the ratio of the speed of light in the medium considered on the velocity of the gas molecules within the confinement envelope, as given by equation 1.
  • Patent US4410805 proposed to multiply the number of blades and thereby the sum of the forces generated. However, this increase in blades does not allow a sufficient increase in the recoverable energy.
  • equation 2 which connects the force exerted on the surface subjected to thermal gradient to the perimeter that it develops.
  • the perimeter developed is a first-order parameter for increasing the intensity of the forces making it possible to set the blades in rotation in a radiative energy conversion system.
  • Several patents, in particular US Pat. No. 4,397,150, have proposed increasing the developed perimeter of the blades by perforating them, and whether they are in an open environment or in a containment envelope.
  • n number of gas molecules per unit volume
  • ku Boltzmann constant
  • Te temperature of the cold face (reflecting).
  • the sum of the forces acting on a blade is a balance between the radiometric surface force, the edge forces, which are in the same direction as the surface force radiometric, the friction forces induced by the pivot, and finally, the braking force, also called shear force, which is another force opposing the movement.
  • the shearing force is induced by thermal transpiration and is applied to the side surface of the blade in the direction of the cold (reflecting) face towards the hot (dark) face, which in fact slows down the rotational movement of the blade. blade.
  • Patent US9705383B1 proposes a radiative energy converter with four blades which extend and whose rotation takes place in a horizontal plane, directly in contact with the external environment. Shear forces are only partially reduced in such a converter.
  • Patent US4926037 thus proposes a mechanical coupler.
  • Patent application US2014/159377A1 describes an electromagnetic converter.
  • the general aim of the invention is then to meet at least in part this (these) need(s).
  • the invention firstly relates to a converter of radiative energy into electrical energy, comprising:
  • the envelope being of axisymmetric shape around an axis of symmetry and of which at least a part is transparent vis-à-vis the radiative source to be recovered;
  • each elementary pattern being fixed to the hub , the main faces of the patterns being parallel to the plane of rotation, each elementary pattern comprising at least two pairs of rectangular coplanar surfaces, of distinct emissivity between them and of the same length between them, the at least two pairs being of different length between them and angularly distant from each other while being mechanically held together by at least one junction at the end closest to the hub and/or that farthest from the hub which defines the outside diameter of the chainring, the repetition of the elementary patterns being configured to have a surface of less emissivity angularly adjacent to a surface of greater emissivity you.
  • the axis of symmetry of the containment envelope is arranged vertically.
  • the plane of rotation of the perforated plate is therefore horizontal.
  • Two adjacent pairs of coplanar surfaces are spaced apart by an emerging recess or by a thermally insulating material interposed between them.
  • the fact of perforating or inserting a thermal insulator makes it possible to limit the thermal influence of a pair on the other adjacent one, which can be that of the same elementary pattern or that of an adjacent repeated pattern.
  • the invention essentially relates to a converter whose part which will generate the rotational forces from a source of radiative energy, is confined in a pressure-regulated envelope and which is formed from an openwork plate, whose openings are optionally filled with a thermal insulator and whose coplanar active surfaces with differentiated emissivity, which face the energy source, form a kind of blades all mechanically held together but not necessarily on the outside diameter of the plate.
  • a recess can be of reduced size, typically a few hundred nanometers or a few microns at a minimum or even a few millimeters to tens of millimeters depending on the characteristic length of the thermal gradient present above the faces. motifs. This makes it possible to optimize the rate of occupation of the patterns on a given apparent surface.
  • the width of the light face is preferably equal or almost equal to that of the dark face.
  • This width is advantageously of the order of magnitude of that of the thermal gradient to make it possible to exploit the radiative flux as efficiently as possible. Indeed, for very large face widths compared to those of the thermal gradient, a significant part of the surface of the patterns is not effective. Conversely, for pattern widths that are too small compared to that of the thermal gradient, the latter is not valued in an optimal way and disturbances from one side to the other may appear.
  • a converter configuration according to the invention develops a priori less forces than a configuration according to the state of the art with a plane of blades perpendicular to the plane of rotation, the multiplication of the interfaces between light/dark faces thanks to the repeated pattern over the entire circumference of the plate, allows them to be optimized with a very long developed perimeter and to adapt them to applications that cannot be reached by a configuration with perpendicular blades according to the state of the art. More particularly, a converter according to the invention makes it possible to recover a large part of a radiative flux emitted by a waste heat source by for example pressing against a surrounding wall by acting as thermal screening.
  • a preferred application may be an industrial installation such as an incinerator hearth, a cement factory, a foundry bath, etc.
  • each elementary pattern comprises at least four pairs of coplanar surfaces of different lengths between them and distributed over an angular sector of 45° of the plate, a first pair being of length equal to the radius R of the plate, a second couple being of length equal to %*R, a third couple being of length equal to 1/2*R, a fourth couple being of length equal to 1/8*R, the distribution of the couples being symmetrical on both sides of the pair of equal length 1/2*R with a linear distance (amin) between two adjacent pairs equal to approximately 1/11*R.
  • the containment envelope consists of a straight cylinder closed at its two longitudinal ends by a disc of which at least that facing the coplanar surfaces is transparent. At least one of the two disks can be crossed with sealing by the converter support.
  • the diameter D and the height H of the right cylinder are determined so that 1/100 ⁇ H/D ⁇ 1/10.
  • Such a ratio is advantageous because the confinement volume to be established around the perforated plate is thus minimized and the friction forces between the latter and the confinement envelope are reduced to a minimum.
  • an optimized volume of the right cylinder for the containment of the patterns of the plate allows to minimize the tangential braking forces.
  • the clearance between the patterns of the plate and the walls delimiting the confinement volume of the latter is as small as possible.
  • the impact of the size of a containment envelope has been shown: [4]. More precisely still, the radiometric force is inversely proportional to the distance between the wall of the containment envelope and the patterns of the plate.
  • the converter further comprises: - a plurality of permanent magnets fixed individually on one of the pairs of coplanar surfaces;
  • the coil(s) being arranged opposite the permanent magnets so that the rotation of the perforated plate generated by a radiative energy source generates an electromotive force in the coil(s).
  • the converter support is a rotatably mounted shaft around which the hub is fixed; the converter further includes:
  • the coil(s) being arranged opposite the permanent magnets being arranged so that the rotation of the perforated plate generated by a radiative energy source generates an electromotive force in the coil.
  • the converter comprises a single induction coil of toroidal shape.
  • the space between the permanent magnets and an induction coil being less than 1 mm.
  • Such a small space between the magnets and the coil turns makes it possible to optimize the conversion of the kinetic energy of the pairs of rotating rectangular coplanar surfaces into electrical energy.
  • the converter support may be a fixed support.
  • the connection between the fixed support and the hub is designed in such a way that it limits friction to facilitate the rotation of the platter.
  • the fixed support can be in a point connection with the hub.
  • materials are then chosen which induce very low coefficients of static and dynamic friction, typically of the order of 0.1 or even a few hundredths. These may be materials such as glass, polished steel, or even Teflon or other anti-friction polymers;
  • the fixed support and the hub can each comprise a magnetic sphere, the two magnetic spheres being in mutual contact. This variant can be chosen in particular when the perforated plate is of low weight;
  • the hub and the pairs of coplanar surfaces can be supported by at least one magnetic bearing, one part of which is fixed to the fixed support and the other to at least part of the pairs of rectangular coplanar surfaces.
  • the hub and the plate are advantageously arranged so that their center of gravity is at a vertical coast below the point or plane of connection with the converter support or the rotary shaft.
  • At least part of the pairs of rectangular coplanar surfaces can be made of porous material.
  • the porous material can be a ceramic, preferably chosen from alumina, mullite, tungsten carbide or a combination thereof.
  • the part of the pairs of rectangular coplanar surfaces is a polymer film.
  • the polymer of the film can be chosen from polyethylene (PE), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA) or a combination thereof.
  • the part of the pairs of rectangular coplanar surfaces is a sheet of ductile metal.
  • the ductile sheet metal can be chosen from gold or silver.
  • At least a part of the pairs of rectangular coplanar surfaces is coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an endo or exothermic reaction.
  • the surfaces of lower emissivity are coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an endothermic reaction while the surfaces of higher emissivity being coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an exothermic reaction .
  • the catalytic coating can be selected from chloride salts, hydrides or a combination thereof.
  • An alternative embodiment of the regulation system may consist of a means of non-contact measurement of the temperature of the pairs of coplanar surfaces, preferably a laser pyrometer and a means of heating at least the internal wall of the confinement envelope whose operation is slaved to the measurements of the non-contact temperature measuring means.
  • the invention also relates to the use of a converter as described above for converting the energy coming from a light source and/or from a thermal source into electricity.
  • the thermal source can be a fatal heat source such as an incinerator hearth, a cement plant, a foundry bath, etc.
  • Figure 1 is a schematic side view of a Crookes radiometer.
  • Figure 2 is a top view of Figure 1.
  • Figure 3 is a schematic perspective view of an example of a radiative energy to electrical energy converter according to the invention.
  • Figure 4 is a top view of a pair of coplanar surfaces with distinct emissivity forming a solid part of a perforated tray according to the invention.
  • FIG 5 is a schematic view from above of a perforated plate of the converter according to an advantageous embodiment.
  • Figure 5 A is a detail view of an angular portion of the plate according to Figure 5 showing the elementary patterns of coplanar surfaces.
  • figure 5B schematically repeats figure 5 A and shows the relative arrangement between coplanar surface couples.
  • Figure 6 is a representation from above of an angular portion of a perforated plate with the mechanical holding joints between pairs of adjacent coplanar surfaces.
  • FIG 7 is a schematic view from above showing an advantageous embodiment of an openwork top with elementary patterns of pairs of coplanar surfaces.
  • FIG 8 is an example of installation of a converter according to the invention near a source of waste heat as a source of radiative energy.
  • Figure 9 is a schematic perspective view of a converter variant according to the invention.
  • FIG 10 is a detail view showing an alternative embodiment of a point connection between a fixed converter support and the hub to which is fixed a part of the pairs of rectangular coplanar surfaces of the plate.
  • FIG 11 is a detail view showing another alternative embodiment of point connection between a fixed converter support and the hub to which is fixed part of the pairs of rectangular coplanar surfaces of the plate.
  • Figure 12 is a side view showing a variant of connection by magnetic bearing between a fixed converter support and the hub to which is fixed a part of the pairs of rectangular coplanar surfaces of the plate.
  • Figure 13 illustrates a variant with catalytic coating for endothermic and exothermic reactions within a pair of rectangular coplanar surfaces according to the invention.
  • Figure 14 illustrates in the form of a curve the evolution of the speed of rotation as a function of the pressure prevailing within a containment envelope in accordance with the invention.
  • figure 15 illustrates in the form of a curve the evolution of the mean free path as a function of the pressure, the temperature and the nature of the gas considered within a containment envelope in accordance with the invention .
  • FIG. 10 An example of radiative energy converter 10 according to the invention is illustrated in FIG. It comprises a containment envelope 2 with controlled internal pressure, in the form of a straight cylinder closed at its two longitudinal ends by a disc 20, 21.
  • a converter support 3 extends along the axis of symmetry of the envelope.
  • the support 3 is fixed in the example illustrated in FIG. 3, a hub 4 being rotatably mounted around the support. At least one of the two discs 20, 21 can be crossed with sealing by the support 3.
  • the converter 10 comprises a perforated plate 6, the solid part 5 of which is formed of elementary patterns (M) mechanically held together and repeated angularly all around the hub 4 while being arranged inside the casing of confinement 2.
  • elementary patterns M
  • at least a part of each elementary pattern M is fixed to the hub 4.
  • the main faces of the patterns are parallel to the horizontal plane of rotation, as shown in Figures 5 to 5B.
  • An elementary pattern M comprises four pairs 5.1; 5.2; 5.3; 5.4 of rectangular coplanar surfaces 50.51, of distinct emissivity between them and of the same length between them.
  • the repetition of the pattern M is configured to have over the entire periphery of the plate a surface of less emissivity 51 (dark side) angularly adjacent to a surface of greater emissivity 50 (light side).
  • the face 50 has the lowest possible emissivity, at least less than 0.2, to best reflect the radiative energy, while the face 51 has an emissivity greater than 0.8, preferably close to 1 in the target radiation wavelength ranges, ie the visible spectrum and the infrared.
  • each pattern M and between two adjacent patterns M two adjacent pairs are separated from each other by an opening recess 60.
  • This recess can also be filled with a heat insulating material interposed between them. This isolation makes it possible not to disturb the thermal gradient by conduction from one pattern to the other.
  • the disc of the confinement envelope which must allow the energy of the radiative source to pass for example the upper disc 20, is transparent to its radiation and the coplanar faces 50, 51 face it.
  • the transparent disc can be made of glass, quartz, polycarbonate depending on the temperature level on the transparent side.
  • the side wall 22 of the casing and the other disc 21 can be transparent or opaque and for example be made of metal, of the stainless steel type.
  • FIG. 4 schematically shows for a given pair of coplanar surfaces 50, 51, the resulting force, symbolized by the arrow, which directs the rotation of the plate 6 towards the leading edge of the clear face 50 because the temperature gradients F4 and F3 do not apply to the same surface.
  • the temperature gradient F3 is applied outside the surfaces, which leads to a resultant as represented by the arrow in FIG. 4.
  • the resultant of the thermal gradients F1 and F2 corresponds to a zero resultant force because the configuration in this case is fully symmetrical.
  • the diameter D and the height H of the right cylinder are determined so that the ratio H/D is 1/100 ⁇ H/D ⁇ 1/10.
  • a plurality of permanent magnets 7 are fixed individually on one of the pairs of coplanar surfaces which are plumb with a coil of fixed induction 8 in the form of a torus centered on the axis of the right cylinder 2.
  • the permanent magnets can for example be fixed by magnetic action on an annular armature arranged on the periphery of the plate, since the latter does not have a strong thickness limit.
  • each of the permanent magnets 7 which moves generates an electromotive force in the turns 80 of the coil 8 and therefore induces an electric current therein.
  • the optimum air gap A that is to say the spacing between the permanent magnets 7 and the turns 80 of the coil 7 is less than 1 mm.
  • FIG. 6 An example of junctions between two adjacent pairs 5.1, 5.2 of a pattern M and with the adjacent one is shown in FIG. 6.
  • a first mechanical junction 9.1 connects the inner end of the pair 5.2 of shorter length with a central portion of the couple 5.1 of greater length and a second mechanical junction 9.2 binds the outer end of the couple 5.2 of shorter length with that of the couple 5.1 of greater length.
  • the location of this second mechanical junction 9.2 may correspond to the outside diameter of the plate 6.
  • Figure 7 shows an optimal arrangement of pairs of different lengths 5.1 to 5.4 of the same pattern, which makes it possible to considerably increase the developed perimeter of the surfaces of the plate 6.
  • each elementary pattern M consists of at least four pairs 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 of coplanar surfaces of different lengths between them and distributed over an angular sector of 45° of the plate.
  • a first pair 5.1 is of length equal to the radius R of the plate.
  • a second pair 5.2 is of length equal to %*R.
  • a third pair 5.3 has a length equal to 1/2*R i.
  • the symmetrical distribution makes it possible both to simplify the manufacture of the plate 6 and to optimize the perimeter developed per unit area.
  • the power thus recovered by a perforated plate 6 according to the invention is of the order of 1 W.
  • the characteristic length and the associated thermal gradient are taken into account, from the characterization of a temperature profile, which the distance induces amin for a given surface.
  • Figure 8 is a block diagram of the installation of a converter 10 according to the invention near a source of fatal heat, which can be an incinerator hearth, foundry bath, etc.
  • the very compact converter 10 can easily be mounted on the ceiling of a refractory 11 and intercepts a solid angle 12 of the heat radiation from the hearth.
  • FIG. 9 is an alternative embodiment of the electromagnetic conversion part of the converter 10, which here is remote. More specifically, the support is a rotating shaft 3 and the permanent magnets 7 are offset from the plate 6 while being integral in rotation with the shaft 3. The permanent magnets 7 can for example be distributed angularly around a disc 30 at the end of rotary shaft 3. Coil 8 remains fixed. The optimum air gap A between the permanent magnets 7 and the coil 8 remains the same, ie less than 1 mm.
  • Figures 10 to 12 show different embodiments to minimize friction between fixed support 3 and hub 4/platter 6, in order to further optimize the rotational kinetic energy of the platter.
  • hub 4 can be in the form of a magnetizable sphere which comes into contact with a sphere 31 at the end of support 3, itself magnetized by a permanent magnet 32 within support 3.
  • connection between the pivot support 3 and the plate 6 to guarantee the latter a center of gravity at a level lower than that of the end of the pivot support 3 .
  • the coplanar surfaces 5 of the plate 6 are advantageously both very long, poorly thermally conductive, perforated with perforations of very small diameters while being rigid.
  • the porosity and at the same time the low transverse thermal conductivity can be ensured by a porous ceramic.
  • the porosity of the ceramic can advantageously be chosen so that the plate cut or produced according to a given thickness, of the order of a micron to a few microns, can develop without particular machining a through porosity with an average diameter of the order of the free path. gas medium. To do this, he It is possible to add ceramic powders with a porogen, then after uniaxial compaction, debinding/sintering the raw material obtained in order to achieve adequate through-porosity and a micrometric diameter.
  • the rigidity of the pairs of coplanar surfaces 5 can be ensured by the very structure of the constituent material, which is non-ductile.
  • the constituent material of the pairs of coplanar surfaces 5 can be a catalyst for reaction(s) exothermic(s) at the level of the dark faces 51 and endothermic(s) at the level of the light faces 50, in order to maintain or even amplify the difference in temperature between these faces due to the heat of reactions released or absorbed.
  • Figure 13 illustrates these reactions and the thermal and thermodynamic cycling exploited at the level of the faces 50, 51 of the pairs of coplanar surfaces respectively in constituent material, reactive A, C.
  • A By applying a quantity of heat to A, it is converted into B always solid which also generates a gas.
  • the face 50 where the endothermic reaction occurs being colder than the face 51 where the exothermic reaction occurs and knowing that the regime is that of thermal sliding, a flow of gaseous material will be established from the cold face 50 towards the face hot 51 and the gas produced at the cold face will be available to react with the constituent material C of the face 51 where the exothermic reaction occurs.
  • the gas will then be absorbed therein to give the reagent D and generate a quantity of heat which will reinforce the temperature gradient between the two faces 50, 51.
  • the finished volume of the confinement cylinder 2 has, during the operation of the converter, a pressure regulated at a target set point value. It is possible to use for this a pumping system capable of reaching secondary or primary vacuums or working at atmospheric pressure or even a few bars if necessary.
  • the system can comprise two distinct types of pump, for example a turbo-molecular pump and a vane pump, in depending on the pressure level to be reached.
  • This figure 14 shows a classic evolution of the speed of rotation of the blades of a radiometer according to the state of the art as a function of the pressure prevailing within the envelope surrounding it.
  • this figure 14 illustrates that there is a range of pressures for which the speed of rotation of the radiometer is optimal in all coherence with what can be shown theoretically.
  • a system for adjusting the pressure of the containment envelope volume makes it possible to control the value of the mean free path of the gas molecules contained within this volume.
  • Figure 15 shows this evolution of the mean free path as a function of the pressure but also of the temperature and the nature of the gas.
  • the diameter of the perforations of the pairs of coplanar surfaces 5 can vary from a hundred nanometers to a few microns for pressures varying respectively from bar to a few hundred Pa.

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Abstract

The invention essentially relates to an energy converter (10) which converts radiant energy into electrical energy and the portion of which generating the rotational forces from a radiant energy source is confined within a pressure-controlled casing (2), said portion being formed from a plate (6) having cutouts, the cutouts being optionally filled with a thermal insulator; the coplanar active surfaces of the plate, which have a differentiated emissivity (50, 51) and face the energy source, form some sort of blades that all held mechanically together, but not necessarily on the outer diameter of the plate.

Description

Description Description
Titre : Convertisseur d’énergie à partir d’au moins une source d’émission radiative, comprenant un plateau ajouré à faces horizontales, en rotation à l’horizontal dans une enveloppe cylindrique de confinement. Title: Energy converter from at least one radiative emission source, comprising a perforated plate with horizontal faces, rotating horizontally in a cylindrical confinement envelope.
Domaine technique Technical area
La présente invention concerne le domaine des convertisseurs d’énergie à partir de tout type de source d’émission radiative qui peut être solaire ou du type chaleur fatale. The present invention relates to the field of energy converters from any type of radiative emission source which may be solar or of the waste heat type.
La présente invention vise principalement à améliorer le rendement énergétique fourni par les convertisseurs selon l’état de l’art. The present invention aims mainly to improve the energy efficiency provided by the converters according to the state of the art.
L’invention permet de générer de l’énergie électrique même en l’absence ponctuelle de source radiative externe. The invention makes it possible to generate electrical energy even in the temporary absence of an external radiative source.
Technique antérieure Prior technique
L’énergie rayonnante, ou énergie radiative, est la seule énergie qui peut se propager dans le vide, en l’absence de matière. Elle repose sur le principe du rayonnement électromagnétique, lui-même basé sur un déplacement de photons. L’énergie lumineuse (domaine de longueur d’onde visible) et thermique (infrarouge) est de l’énergie radiative. Radiant energy, or radiative energy, is the only energy that can propagate in a vacuum, in the absence of matter. It is based on the principle of electromagnetic radiation, itself based on the movement of photons. Light (visible wavelength range) and thermal (infrared) energy is radiative energy.
A ce jour, les panneaux photovoltaïques (PV) constituent la technologie la plus répandue qui convertit l’énergie radiative en électricité. Quel que soit leur rendement intrinsèque qui n’a cessé d’augmenter depuis de nombreuses années, les panneaux PV, présentent plusieurs inconvénients majeurs que l’on peut résumer ainsi: To date, photovoltaic (PV) panels are the most widespread technology that converts radiative energy into electricity. Regardless of their intrinsic efficiency, which has been steadily increasing for many years, PV panels have several major drawbacks that can be summarized as follows:
- ils sont opérants et efficaces seulement pour des longueurs d’ondes particulières, - they are effective and efficient only for specific wavelengths,
- leurs temps de retour énergétique (temps de production nécessaire pour que l’énergie produite dépasse celle nécessairement dépensée pour élaborer les matériaux constitutifs des panneaux) est long, typiquement de l’ordre de 3 à 5 ans, - their energy payback time (production time required for the energy produced to exceed that necessarily spent to produce the constituent materials of the panels) is long, typically around 3 to 5 years,
- ils présentent une perte de rendement avec le temps, - they show a loss of yield over time,
- leur taux de disponibilité est relativement faible (environ 15%). - their availability rate is relatively low (about 15%).
D’autres systèmes ont été imaginés mais peu exploités industriellement ou seulement pour des applications de niche très spécifiques à rendement énergétique très réduit. Other systems have been imagined but little used industrially or only for very specific niche applications with very low energy efficiency.
Ces systèmes reposent sur l’exploitation de l’énergie radiative qui peut provoquer un glissement thermique susceptible de générer une force au droit de la surface sur laquelle s’applique le gradient thermique. Le brevet US 182172 divulgue l’un de ces systèmes le plus ancien, qui a été popularisé sous le terme de radiomètre de Crookes, sans qu’à l’époque de sa conception, l’ensemble des forces réellement mises en jeu pour induire la rotation des pales constitutives du système n’ait été de fait précisé. These systems are based on the exploitation of radiative energy which can cause a thermal slip likely to generate a force in line with the surface on which the thermal gradient is applied. US patent 182172 discloses one of these oldest systems, which was popularized under the term Crookes radiometer, without at the time of its design, all the forces actually brought into play to induce the rotation of the blades making up the system has not been specified.
On a schématisé en figures 1 et 2, un tel radiomètre de Crookes, globalement désigné par la référence 1. Le radiomètre 1 comprend une enveloppe de confinement 2 maintenue sous atmosphère raréfiée, un axe vertical 3 qui forme un pivot ponctuel supportant un moyeu 4 que lequel est fixé un nombre de quatre pales 5 à section en losange, qui s’étendent à 90° les unes des autres et chacune à la verticale dans l’enveloppe 2. Chacune des pales 5 comprend une face principale 50 qui est réfléchissante (émissivité proche de 0) et à l’opposé une face principale 51 qui est sombre (émissivité proche de 1). Lorsqu’elles sont soumises à un flux thermique, par exemple le rayonnement solaire, elles se mettent à tourner autour du pivot 3 selon la flèche symbolisée en figure 2, de telle sorte que les faces sombres 51 sont soumises à une force résultante normale à leur surface. Figures 1 and 2 schematically show such a Crookes radiometer, generally designated by the reference 1. The radiometer 1 comprises a confinement envelope 2 maintained under a rarefied atmosphere, a vertical axis 3 which forms a point pivot supporting a hub 4 that which is fixed a number of four blades 5 with a diamond section, which extend at 90 ° from each other and each vertically in the casing 2. Each of the blades 5 comprises a main face 50 which is reflective (emissivity close to 0) and on the opposite side a main face 51 which is dark (emissivity close to 1). When they are subjected to a heat flux, for example solar radiation, they begin to rotate around the pivot 3 according to the arrow symbolized in FIG. 2, so that the dark faces 51 are subjected to a resultant force normal to their area.
Tel que conçu initialement, le radiomètre 1 de Crookes ne peut pas générer un couple mécanique suffisamment important pour être considéré comme un générateur d’énergie viable pour des applications industrielles ou même pratiques. En effet, il est possible de démontrer que la force radiométrique générée au droit des pales 5 est de l’ordre de 10’6 N.As originally designed, Crookes Radiometer 1 cannot generate a large enough mechanical torque to be considered a viable power generator for industrial or even practical applications. Indeed, it is possible to demonstrate that the radiometric force generated in line with the blades 5 is of the order of 10'6 N.
Cette force résulte d’une pression dite radiométrique qui est fonction de la pression de radiation (pression exercée par les photons au droit de la surface de la pale) à un paramètre près, qui est le ratio de la vitesse de la lumière dans le milieu considéré sur la vitesse des molécules de gaz au sein de l’enveloppe de confinement, comme indiqué par l’équation 1. This force results from a so-called radiometric pressure which is a function of the radiation pressure (pressure exerted by the photons at the surface of the blade) to within one parameter, which is the ratio of the speed of light in the medium considered on the velocity of the gas molecules within the confinement envelope, as given by equation 1.
[Equ 1] [Eq 1]
Pi'adioiiiéti’iqtie - Pradiation . c u dans laquelle Pi'adioiiiéti'iqtie - Pradiation. c u in which
Pradiométrique : pression radiométrique exercée sur une surface donnée, Pradiometric: radiometric pressure exerted on a given surface,
Pradiation : pression de radiation exercée sur une surface donnée par une intensité de radiation donnée, c : vitesse de la lumière dans le vide, u : vitesse des molécules au proche voisinage de la surface soumise aux radiations. Pour augmenter l’énergie récupérable, le brevet US4410805 a proposé de multiplier le nombre de pales et par là la somme des forces générées. Néanmoins cette augmentation de pâles ne permet pas une augmentation suffisante de l’énergie récupérable. Pradiation: radiation pressure exerted on a given surface by a given radiation intensity, c: speed of light in vacuum, u: speed of molecules in the close vicinity of the surface subjected to radiation. To increase the recoverable energy, patent US4410805 proposed to multiply the number of blades and thereby the sum of the forces generated. However, this increase in blades does not allow a sufficient increase in the recoverable energy.
Il a également été proposé la concentration préalable du flux radiatif, par exemple dans la demande de brevet US2015/0013337. Ici encore, le rendement énergétique reste limité.Prior concentration of the radiative flux has also been proposed, for example in patent application US2015/0013337. Here again, the energy efficiency remains limited.
De manière générale, les performances théoriques visées par les systèmes de conversion d’énergie radiative qui ont déjà été proposé, ont été très loin d’être atteintes, du fait principalement d’une compréhension insuffisante des différents mécanismes mis en jeu, en particulier avant la publication [1] qui a pour la première fois explicité analytiquement l’influence des forces de résistance sur la poussée radiométrique. In general, the theoretical performances targeted by the radiative energy conversion systems which have already been proposed have been very far from being achieved, mainly due to an insufficient understanding of the various mechanisms involved, in particular before publication [1] which for the first time analytically explained the influence of resistance forces on radiometric thrust.
De fait, seule la force de surface radiométrique a réellement été prise en compte. In fact, only the radiometric surface force was really taken into account.
Et, il a pu être démontré que ce n’est pas tant la surface que le périmètre développé par la surface soumise aux radiations qui rentre en ligne de compte : [2] . And, it has been demonstrated that it is not so much the surface as the perimeter developed by the surface subjected to radiation that is taken into account: [2] .
Ainsi, plus que l’augmentation de la surface développée par les pales via leur nombre comme proposé par le brevet US4410805, une autre manière d’augmenter l’énergie récupérable est d’augmenter le périmètre des surfaces au droit desquelles un gradient de température est imposé. Thus, more than the increase in the surface developed by the blades via their number as proposed by patent US4410805, another way of increasing the recoverable energy is to increase the perimeter of the surfaces at the right of which a temperature gradient is imposed.
Ceci se traduit par l’équation 2 qui relie la force exercée sur la surface soumise à gradient thermique au périmètre qu’elle développe. This results in equation 2 which connects the force exerted on the surface subjected to thermal gradient to the perimeter that it develops.
[Equ 2] [Eq 2]
! Fradiométrique
Figure imgf000005_0001
! Fradiometric
Figure imgf000005_0001
P : pression moyenne au droit de la surface d’une pale, p : périmètre développé par la surface d’une pale, P: average pressure at the surface of a blade, p: perimeter developed by the surface of a blade,
X : libre parcours moyen du gaz, X: mean free path of the gas,
Th : Température de la face chaude (sombre), Th: Temperature of the hot face (dark),
Te : température de la face froide (réfléchissante), Te: temperature of the cold face (reflecting),
T : température moyenne de la pale, T: average temperature of the blade,
1 : épaisseur de la pale. 1: blade thickness.
Ainsi, le périmètre développé est un paramètre de premier ordre pour augmenter l’intensité des forces permettant de mettre en rotation des pales dans un système de conversion d’énergie radiative. Plusieurs brevets, notamment le brevet US 4397150, ont proposé d’augmenter le périmètre développé des pales en les perforant, et qu’elles soient en environnement ouvert ou dans une enveloppe de confinement. Thus, the perimeter developed is a first-order parameter for increasing the intensity of the forces making it possible to set the blades in rotation in a radiative energy conversion system. Several patents, in particular US Pat. No. 4,397,150, have proposed increasing the developed perimeter of the blades by perforating them, and whether they are in an open environment or in a containment envelope.
Avec le progrès de la micro voire la nano-fabrication, il est désormais possible de réaliser des perforations de diamètre voisin du libre parcours moyen du gaz. Il est par ailleurs nécessaire que l’épaisseur de la pale soit très faible, i.e. de l’ordre de grandeur du libre parcours moyen, tout en étant isolante et rigide, comme proposé dans les demandes de brevet US2006/001569A1 et W02007/002600A1. With the progress of micro or even nano-fabrication, it is now possible to produce perforations with a diameter close to the average free path of the gas. It is also necessary for the thickness of the blade to be very small, i.e. of the order of magnitude of the mean free path, while being insulating and rigid, as proposed in patent applications US2006/001569A1 and W02007/002600A1.
Pour le cas où une pale soumise à gradient aurait un taux de perforation égal à 50% et dont le diamètre des trous serait de l’ordre du libre parcours moyen des molécules de gaz présentes au proche voisinage de la pale, la poussée développée par unité de surface d’une telle pale est donnée par l’équation 3 suivante: For the case where a blade subjected to a gradient would have a perforation rate equal to 50% and whose diameter of the holes would be of the order of the mean free path of the gas molecules present in the close vicinity of the blade, the thrust developed per unit surface of such a blade is given by the following equation 3:
[Equ 3] [Eq 3]
P = ( 1 2+/. R.— > . ii. kB (Th-Tc) P = ( 1 2+/. R.— > . ii. kB (Th-Tc)
' 4.ir’ dans laquelle : n : nombre de molécules de gaz par unité de volume, ku : constante de Boltzmann, ' 4.ir’ in which: n: number of gas molecules per unit volume, ku: Boltzmann constant,
R : rayon des perforations de la pale, R: radius of the blade perforations,
À : libre parcours moyen du gaz, À: mean free path of the gas,
Th : Température de la face chaude (sombre), Th: Temperature of the hot face (dark),
Te : température de la face froide (réfléchissante). Te: temperature of the cold face (reflecting).
Néanmoins, les systèmes à pales perforées n’ont jamais été réellement opérationnels, du fait de performances réelles bien inférieures aux performances théoriques. Nevertheless, perforated blade systems have never really been operational, due to real performance being much lower than theoretical performance.
D’une part, certains systèmes à pales perforées décrits rajoutent des composants lourds qui en grèvent les performances. Par exemple, dans les demandes US2006/001569A1 et W02007/002600A1, des modules Peltier à fonction de refroidissement/chauffe sont intégrés dans les pales, et l’agencement des connectiques électriques en tant que tel est rédhibitoire pour augmenter les performances. On the one hand, certain systems with perforated blades described add heavy components which affect their performance. For example, in applications US2006/001569A1 and W02007/002600A1, Peltier modules with a cooling/heating function are integrated into the blades, and the arrangement of electrical connections as such is prohibitive to increase performance.
D’autre part, comme déjà évoqué, ces systèmes ne tiennent pas compte de la réalité des forces opposées à celles générant la rotation des pales. On the other hand, as already mentioned, these systems do not take into account the reality of the forces opposing those generating the rotation of the blades.
La somme des forces s’appliquant sur une pale est un équilibre entre la force de surface radiométrique, les forces de bord, qui sont dans le même sens que la force de surface radiométrique, les forces de frottement induites par le pivot, et enfin, la force de freinage, appelée également force de cisaillement, qui est une autre force s’opposant au mouvement. La force de cisaillement est induite par la transpiration thermique et s’applique sur la surface latérale de la pale dans la direction de la face froide (réfléchissante) vers la face chaude (sombre), ce qui freine de fait le mouvement de rotation de la pale. The sum of the forces acting on a blade is a balance between the radiometric surface force, the edge forces, which are in the same direction as the surface force radiometric, the friction forces induced by the pivot, and finally, the braking force, also called shear force, which is another force opposing the movement. The shearing force is induced by thermal transpiration and is applied to the side surface of the blade in the direction of the cold (reflecting) face towards the hot (dark) face, which in fact slows down the rotational movement of the blade. blade.
Il a été mis en évidence que cette force de cisaillement devient visible surtout à faible nombre de Knudsen (Kn) : voir la publication [3], notamment la figure 4. It has been demonstrated that this shear force becomes visible especially at low Knudsen number (Kn): see publication [3], in particular figure 4.
Le brevet US9705383B1 propose un convertisseur d’énergie radiative à quatre pales qui s’étendent et dont la rotation se fait dans un plan horizontal, directement en contact avec l’environnement extérieur. Les forces de cisaillement ne sont que partiellement réduites dans un tel convertisseur. Patent US9705383B1 proposes a radiative energy converter with four blades which extend and whose rotation takes place in a horizontal plane, directly in contact with the external environment. Shear forces are only partially reduced in such a converter.
Par ailleurs, différents moyens de conversion de l’énergie de rotation de pales en électricité ont déjà été envisagés. In addition, various means of converting the rotational energy of blades into electricity have already been considered.
Le brevet US4926037 propose ainsi un coupleur mécanique. Patent US4926037 thus proposes a mechanical coupler.
La demande de brevet US2014/159377A1 décrit un convertisseur électromagnétique. Patent application US2014/159377A1 describes an electromagnetic converter.
Le brevet US9705383B 1 précité divulgue l’agencement d’un aimant permanent en dessous du plan de rotation horizontal des pales qui intègrent chacune en leur sein un fil conducteur relié au support des pales formant un premier contact électrique, les pales étant entourées d’une couronne fixe électriquement conductrice reliée à un deuxième contact électrique. Lorsque les pales sont en rotation, leurs fils conducteurs sont soumis à un flux de champ magnétique variable à partir du flux de l’aimant permanent, et génèrent ainsi un courant électrique entre le premier et le deuxième contact. The aforementioned patent US9705383B 1 discloses the arrangement of a permanent magnet below the horizontal plane of rotation of the blades which each incorporate within them a conductive wire connected to the support of the blades forming a first electrical contact, the blades being surrounded by a fixed electrically conductive crown connected to a second electrical contact. When the blades are rotating, their conductive wires are subjected to a variable magnetic field flux from the flux of the permanent magnet, and thus generate an electric current between the first and the second contact.
Il existe un besoin pour améliorer encore les convertisseurs d’énergie radiative en énergie électrique, notamment afin d’augmenter encore les forces générant la rotation des pales relativement aux forces opposées, en vue d’augmenter leur rendement de conversion. There is a need to further improve the converters of radiative energy into electrical energy, in particular in order to further increase the forces generating the rotation of the blades relative to the opposing forces, with a view to increasing their conversion efficiency.
De manière plus générale, il existe un besoin d’un convertisseur d’énergie radiative en énergie électrique, qui puisse à la fois : More generally, there is a need for a converter of radiative energy into electrical energy, which can both:
- optimiser le niveau d’énergie récupérable pour une source radiative donnée, - optimize the level of recoverable energy for a given radiative source,
- être mis en œuvre aisément à une échelle supérieure à celle prévue jusqu’à présent, afin de générer des niveaux d’énergie électrique significatifs, - be easily implemented on a scale greater than that planned so far, in order to generate significant levels of electrical energy,
- générer de l’électricité en continu, même en cas de variation d’intensité ponctuelle de la source radiative. Le but général de l'invention est alors de répondre au moins en partie à ce(s) besoin(s).- generate electricity continuously, even in the event of a variation in the intensity of the radiative source. The general aim of the invention is then to meet at least in part this (these) need(s).
Exposé de l’invention Disclosure of Invention
Pour ce faire, l’invention a tout d’abord pour objet un convertisseur d’énergie radiative en énergie électrique, comprenant : To do this, the invention firstly relates to a converter of radiative energy into electrical energy, comprising:
- une enveloppe de confinement à pression interne contrôlée, l’enveloppe étant de forme axisymétrique autour d’un axe de symétrie et dont au moins une partie est transparente vis- à-vis de la source radiative à valoriser; - a containment envelope with controlled internal pressure, the envelope being of axisymmetric shape around an axis of symmetry and of which at least a part is transparent vis-à-vis the radiative source to be recovered;
- un support de convertisseur s'étendant selon l’axe de symétrie de l’enveloppe ; - a converter support extending along the axis of symmetry of the casing;
- un moyeu monté à l’extrémité libre du support en définissant un plan de rotation perpendiculaire à l’axe de symétrie; - a hub mounted at the free end of the support, defining a plane of rotation perpendicular to the axis of symmetry;
- un plateau ajouré dont la partie pleine est formée de motifs élémentaires maintenus mécaniquement entre eux et répétés angulairement tout autour du moyeu en étant agencés à l’intérieur de l’enveloppe de confinement, au moins une partie de chaque motif élémentaire étant fixée au moyeu, les faces principales des motifs étant parallèles au plan de rotation , chaque motif élémentaire comprenant au moins deux couples de surfaces coplanaires rectangulaires, d’émissivité distincte entre elles et de même longueur entres elles, les au moins deux couples étant de longueur différente entre eux et distants angulairement l’un de l’autre en étant maintenus mécaniquement entre eux par au moins une jonction au niveau de l’extrémité la plus proche du moyeu et/ou de celle la plus éloignée du moyeu qui définit le diamètre extérieur du plateau, la répétition des motifs élémentaires étant configurée pour avoir une surface de moindre émissivité angulairement adjacente à une surface de plus grande émissivité. - a perforated plate, the solid part of which is formed of elementary patterns held together mechanically and repeated angularly all around the hub, being arranged inside the confinement envelope, at least part of each elementary pattern being fixed to the hub , the main faces of the patterns being parallel to the plane of rotation, each elementary pattern comprising at least two pairs of rectangular coplanar surfaces, of distinct emissivity between them and of the same length between them, the at least two pairs being of different length between them and angularly distant from each other while being mechanically held together by at least one junction at the end closest to the hub and/or that farthest from the hub which defines the outside diameter of the chainring, the repetition of the elementary patterns being configured to have a surface of less emissivity angularly adjacent to a surface of greater emissivity you.
Selon une configuration avantageuse, l’axe de symétrie de l’enveloppe de confinement est agencé à la verticale. Dans cette configuration, le plan de rotation du plateau ajouré est donc horizontal. According to an advantageous configuration, the axis of symmetry of the containment envelope is arranged vertically. In this configuration, the plane of rotation of the perforated plate is therefore horizontal.
Deux couples adjacents de surfaces coplanaires sont distants par un évidement débouchant ou par un matériau isolant thermique intercalé entre eux. Le fait d’ajourer ou d’intercaler un isolant thermique permet limiter l’influence thermique d’un couple sur l’autre adjacent, qui peut être celui du même motif élémentaire ou celui d’un motif répété adjacent. Two adjacent pairs of coplanar surfaces are spaced apart by an emerging recess or by a thermally insulating material interposed between them. The fact of perforating or inserting a thermal insulator makes it possible to limit the thermal influence of a pair on the other adjacent one, which can be that of the same elementary pattern or that of an adjacent repeated pattern.
Ainsi, l’invention concerne essentiellement un convertisseur dont la partie qui va générer les forces de rotation à partir d’une source d’énergie radiative, est confinée dans une enveloppe régulée en pression et qui est formée à partir d’un plateau ajouré, dont les ajours sont éventuellement comblés par un isolant thermique et dont les surfaces actives coplanaires à émissivité différenciée, qui sont en regard de la source d’énergie, forment en quelque sorte des pales toutes maintenues mécaniquement entre elles mais pas nécessairement sur le diamètre extérieur du plateau. Thus, the invention essentially relates to a converter whose part which will generate the rotational forces from a source of radiative energy, is confined in a pressure-regulated envelope and which is formed from an openwork plate, whose openings are optionally filled with a thermal insulator and whose coplanar active surfaces with differentiated emissivity, which face the energy source, form a kind of blades all mechanically held together but not necessarily on the outside diameter of the plate.
Avec des surfaces actives parallèles au plan horizontal de rotation, les forces qui induisent la rotation le sont par le gradient de température entre les deux surfaces d’émissivité différenciée. With active surfaces parallel to the horizontal plane of rotation, the forces which induce the rotation are caused by the temperature gradient between the two surfaces of differentiated emissivity.
Ces forces induites par le gradient au droit de l’interface entre la face claire (réfléchissante) et la face foncée sont optimisées en multipliant les interfaces par la répétition des motifs élémentaires tout en imposant un isolement entre les motifs répétés, afin de ne pas perturber le gradient par conduction d’un motif sur l’autre. Cet isolement peut être assuré par un évidement débouchant ou un matériau isolant thermique, afin d’éviter la conduction et d’optimiser la quantité de motifs répétables par unité de surface. These forces induced by the gradient at the interface between the light face (reflecting) and the dark face are optimized by multiplying the interfaces by the repetition of the elementary patterns while imposing an isolation between the repeated patterns, so as not to disturb the gradient by conduction from one pattern to the other. This isolation can be ensured by a through recess or a thermal insulating material, in order to avoid conduction and to optimize the quantity of repeatable patterns per unit area.
Dans le cadre de l’invention, un évidement peut être de taille réduite, typiquement de quelques centaines de nanomètres ou quelques microns à minima voire à quelques millimètres à dizaines de millimètres en fonction de la longueur caractéristique du gradient thermique présent au-dessus des faces des motifs. Cela permet d’optimiser le taux d’occupation des motifs sur une surface apparente donnée. In the context of the invention, a recess can be of reduced size, typically a few hundred nanometers or a few microns at a minimum or even a few millimeters to tens of millimeters depending on the characteristic length of the thermal gradient present above the faces. motifs. This makes it possible to optimize the rate of occupation of the patterns on a given apparent surface.
Pour chaque couple de surfaces coplanaires, la largeur de la face claire est de préférence égales ou quasi-égale à celle de la face sombre. Cette largeur est avantageusement de l’ordre de grandeur de celle du gradient thermique pour permettre d’exploiter le plus efficacement possible le flux radiatif. En effet, pour des largeurs de faces très grandes par rapport à celles du gradient thermique, une part non négligeable de la surface des motifs n’est pas opérante. Inversement, pour des largeurs de motifs trop petites comparativement à celle du gradient thermique, ce dernier n’est pas valorisé d’une manière optimale et des perturbations d’une face à l’autre peuvent apparaître. For each pair of coplanar surfaces, the width of the light face is preferably equal or almost equal to that of the dark face. This width is advantageously of the order of magnitude of that of the thermal gradient to make it possible to exploit the radiative flux as efficiently as possible. Indeed, for very large face widths compared to those of the thermal gradient, a significant part of the surface of the patterns is not effective. Conversely, for pattern widths that are too small compared to that of the thermal gradient, the latter is not valued in an optimal way and disturbances from one side to the other may appear.
Si une configuration de convertisseur selon l’invention développe à priori moins de forces qu’une configuration selon l’état de l’art à plan de pales perpendiculaires au plan de rotation, la multiplication des interfaces entre faces claires/sombres grâce au motif répété sur toute la circonférence du plateau, permet de les optimiser avec un périmètre développé très long et de les adapter à des applications que ne peut pas atteindre une configuration à pales perpendiculaires selon l’état de l’art. Plus particulièrement, un convertisseur selon l’invention permet de récupérer une part importante d’un flux radiatif émis par une source de chaleur fatale en se plaquant par exemple contre une paroi environnante en faisant office d’écrantage thermique. If a converter configuration according to the invention develops a priori less forces than a configuration according to the state of the art with a plane of blades perpendicular to the plane of rotation, the multiplication of the interfaces between light/dark faces thanks to the repeated pattern over the entire circumference of the plate, allows them to be optimized with a very long developed perimeter and to adapt them to applications that cannot be reached by a configuration with perpendicular blades according to the state of the art. More particularly, a converter according to the invention makes it possible to recover a large part of a radiative flux emitted by a waste heat source by for example pressing against a surrounding wall by acting as thermal screening.
Une application privilégiée peut être une installation industrielle telle qu’un foyer d’incinérateur, une cimenterie, un bain de fonderie... A preferred application may be an industrial installation such as an incinerator hearth, a cement factory, a foundry bath, etc.
Selon un mode de réalisation avantageux, chaque motif élémentaire comprend au moins quatre couples de surfaces coplanaires de longueur différentes entre eux et répartis sur un secteur angulaire de 45° du plateau, un premier couple étant de longueur égale au rayon R du plateau, un deuxième couple étant de longueur égale à %*R, un troisième couple étant de longueur égale à 1/2*R, un quatrième couple étant de longueur égale à 1/8*R, la répartition des couples étant symétrique de part et d’autre du couple de longueur égale 1/2*R avec une distance linéaire (amin) entre deux couples adjacents égale à environ 1/11*R. According to an advantageous embodiment, each elementary pattern comprises at least four pairs of coplanar surfaces of different lengths between them and distributed over an angular sector of 45° of the plate, a first pair being of length equal to the radius R of the plate, a second couple being of length equal to %*R, a third couple being of length equal to 1/2*R, a fourth couple being of length equal to 1/8*R, the distribution of the couples being symmetrical on both sides of the pair of equal length 1/2*R with a linear distance (amin) between two adjacent pairs equal to approximately 1/11*R.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, l’enveloppe de confinement est constituée par un cylindre droit fermé à ses deux extrémités longitudinales par un disque dont au moins celui en regard des surfaces coplanaires est transparent. Au moins un des deux disques peut être traversé avec étanchéité par le support de convertisseur. According to another advantageous embodiment, the containment envelope consists of a straight cylinder closed at its two longitudinal ends by a disc of which at least that facing the coplanar surfaces is transparent. At least one of the two disks can be crossed with sealing by the converter support.
Selon ce mode, avantageusement, le diamètre D et la hauteur H du cylindre droit sont déterminés de sorte que 1/100 < H/D < 1/10. Un tel rapport est avantageux car on minimise ainsi le volume de confinement à établir autour du plateau ajouré et on réduit au maximum les forces de frottement entre ce dernier et l’enveloppe de confinement. Autrement dit, avec un volume optimisé du cylindre droit pour le confinement des motifs du plateau permet de minimiser les forces de freinage tangentielles. En effet, avec un rapport H/D comme ci- dessus, le jeu entre les motifs du plateau et les parois délimitant le volume de confinement de ces dernières est le plus faible possible. L’impact de la taille d’une enveloppe de confinement a été montré : [4]. Plus précisément encore, la force radiométrique est inversement proportionnelle à la distance entre la paroi de l’enveloppe de confinement et les motifs du plateau. According to this mode, advantageously, the diameter D and the height H of the right cylinder are determined so that 1/100<H/D<1/10. Such a ratio is advantageous because the confinement volume to be established around the perforated plate is thus minimized and the friction forces between the latter and the confinement envelope are reduced to a minimum. In other words, with an optimized volume of the right cylinder for the containment of the patterns of the plate allows to minimize the tangential braking forces. Indeed, with an H/D ratio as above, the clearance between the patterns of the plate and the walls delimiting the confinement volume of the latter is as small as possible. The impact of the size of a containment envelope has been shown: [4]. More precisely still, the radiometric force is inversely proportional to the distance between the wall of the containment envelope and the patterns of the plate.
Par ailleurs, lorsque la pression augmente, l’effet de la distance à la paroi tend à s’accroitre car le gradient thermique devient plus accentué. Moreover, when the pressure increases, the effect of the distance from the wall tends to increase because the thermal gradient becomes more accentuated.
Selon un premier mode de réalisation avantageux pour la conversion électromagnétique, le convertisseur comprend en outre : - une pluralité d’aimants permanents fixés individuellement sur un des couples de surfaces coplanaires; According to a first advantageous embodiment for the electromagnetic conversion, the converter further comprises: - a plurality of permanent magnets fixed individually on one of the pairs of coplanar surfaces;
- au moins une bobine d’induction fixe et centrée sur l’axe de symétrie de l’enveloppe, la(les) bobine(s) étant agencée(s) en regard des aimants permanents de sorte que la rotation du plateau ajouré générée par une source d’énergie radiative génère une force électromotrice dans la(les) bobine(s). - at least one fixed induction coil centered on the axis of symmetry of the casing, the coil(s) being arranged opposite the permanent magnets so that the rotation of the perforated plate generated by a radiative energy source generates an electromotive force in the coil(s).
Selon un deuxième mode de réalisation avantageux pour la conversion électromagnétique, le support de convertisseur est un arbre monté rotatif autour duquel est fixé le moyeu; le convertisseur comprend en outre : According to a second advantageous embodiment for the electromagnetic conversion, the converter support is a rotatably mounted shaft around which the hub is fixed; the converter further includes:
- une pluralité d’aimants permanents fixés et répartis angulairement tout autour de l’arbre rotatif; - a plurality of permanent magnets fixed and angularly distributed all around the rotating shaft;
- au moins une bobine d’induction et centrée sur l’axe de symétrie de l’enveloppe, la(les) bobine(s) étant agencée(s) en regard des aimants permanents en étant agencée de sorte que la rotation du plateau ajouré générée par une source d’énergie radiative génère une force électromotrice dans la bobine. - at least one induction coil and centered on the axis of symmetry of the envelope, the coil(s) being arranged opposite the permanent magnets being arranged so that the rotation of the perforated plate generated by a radiative energy source generates an electromotive force in the coil.
Ainsi le champ magnétique généré pas les aimants permanents en rotation juste à l’aplomb des spires de bobine d’induction génère un courant électrique induit dans celles-ci. Thus the magnetic field generated by the rotating permanent magnets just above the turns of the induction coil generates an induced electric current in them.
Selon une variante de réalisation, le convertisseur comprend une seule bobine d’induction de forme torique. According to a variant embodiment, the converter comprises a single induction coil of toroidal shape.
De préférence, l’espace entre les aimants permanents et une bobine d’induction étant inférieur à 1 mm. Un espace si faible entre les aimants et les spires de bobine permet d’optimiser la conversion de l’énergie cinétique des couples de surfaces coplanaires rectangulaires en rotation en énergie électrique. Preferably, the space between the permanent magnets and an induction coil being less than 1 mm. Such a small space between the magnets and the coil turns makes it possible to optimize the conversion of the kinetic energy of the pairs of rotating rectangular coplanar surfaces into electrical energy.
Le support de convertisseur peut être un support fixe. La liaison entre le support fixe et le moyeu est conçue de telle sorte qu’elle limite les frottements pour faciliter la rotation du plateau. The converter support may be a fixed support. The connection between the fixed support and the hub is designed in such a way that it limits friction to facilitate the rotation of the platter.
Plusieurs variantes avantageuses peuvent être prévues : Several advantageous variants can be provided:
- le support fixe peut être en liaison ponctuelle avec le moyeu. De préférence, on choisit alors des matériaux induisant des coefficients de frottement statique et dynamique très faibles, typiquement de l’ordre de 0,1 voire de quelques centièmes. Il peut s’agir de matériaux comme le verre, l’acier poli, voire le téflon ou d’autres polymères anti- frictionnels ; - le support fixe et le moyeu peuvent comprendre chacun une sphère aimantée, les deux sphères aimantées étant en contact mutuel. Cette variante peut être choisie notamment lorsque le plateau ajouré est de faible poids ; - the fixed support can be in a point connection with the hub. Preferably, materials are then chosen which induce very low coefficients of static and dynamic friction, typically of the order of 0.1 or even a few hundredths. These may be materials such as glass, polished steel, or even Teflon or other anti-friction polymers; - the fixed support and the hub can each comprise a magnetic sphere, the two magnetic spheres being in mutual contact. This variant can be chosen in particular when the perforated plate is of low weight;
- le moyeu et les couples de surfaces coplanaires peuvent être supportées par au moins un palier magnétique dont une partie est fixée au support fixe et l’autre à au moins une partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires. - the hub and the pairs of coplanar surfaces can be supported by at least one magnetic bearing, one part of which is fixed to the fixed support and the other to at least part of the pairs of rectangular coplanar surfaces.
Pour faciliter la stabilité de la rotation du plateau ajouré, le moyeu et le plateau sont avantageusement agencés de sorte que leur centre de gravité soit à une côte verticale en dessous du point ou plan de liaison avec le support de convertisseur ou l’arbre rotatif.To facilitate the stability of the rotation of the perforated plate, the hub and the plate are advantageously arranged so that their center of gravity is at a vertical coast below the point or plane of connection with the converter support or the rotary shaft.
Selon une première variante de réalisation, au moins une partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires peut être en matériau poreux. According to a first variant embodiment, at least part of the pairs of rectangular coplanar surfaces can be made of porous material.
Le matériau poreux peut être une céramique, de préférence choisie parmi l’alumine, la mullite, le carbure de tungstène ou une combinaison de ceux-ci. The porous material can be a ceramic, preferably chosen from alumina, mullite, tungsten carbide or a combination thereof.
Selon une deuxième variante, la partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires est un film polymérique. According to a second variant, the part of the pairs of rectangular coplanar surfaces is a polymer film.
Le polymère du film peut être choisi parmi le polyéthylène (PE), le polystyrène (PS), le polyméthacrylate de méthyl (PMMA) ou une combinaison de ceux-ci. The polymer of the film can be chosen from polyethylene (PE), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA) or a combination thereof.
Selon une troisième variante, la partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires est une feuille de métal ductile. According to a third variant, the part of the pairs of rectangular coplanar surfaces is a sheet of ductile metal.
Le métal ductile de la feuille peut être choisi parmi l’or ou l’argent. The ductile sheet metal can be chosen from gold or silver.
Selon un mode de réalisation avantageux, au moins une partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires est revêtue d’au moins un revêtement catalytique adapté pour mettre en œuvre une réaction endo ou exothermique. According to an advantageous embodiment, at least a part of the pairs of rectangular coplanar surfaces is coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an endo or exothermic reaction.
De préférence, les surfaces de moindre émissivité sont revêtues d’au moins un revêtement catalytique adapté pour mettre en œuvre une réaction endothermique tandis que les surfaces de plus grande émissivité étant revêtues d’au moins un revêtement catalytique adapté pour mettre en œuvre une réaction exothermique. Preferably, the surfaces of lower emissivity are coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an endothermic reaction while the surfaces of higher emissivity being coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an exothermic reaction .
Ces réactions endo et exothermique permettent d’entretenir voire amplifier l’écart de température entre les faces sombres et claires des couples de surfaces coplanaires du fait des chaleurs de réactions cédées ou absorbées. These endo and exothermic reactions make it possible to maintain or even amplify the temperature difference between the dark and light faces of the pairs of coplanar surfaces due to the heat of reactions transferred or absorbed.
Le revêtement catalytique peut être choisi parmi les sels de chlorure, les hydrures ou une combinaison de ceux-ci. Une variante de réalisation du système de régulation peut consister en un moyen de mesure sans contact de la température des couples de surfaces coplanaires, de préférence un pyromètre laser et un moyen de chauffage au moins de la paroi interne de l’enveloppe de confinement dont le fonctionnement est asservi aux mesures du moyen de mesure sans contact de la température. The catalytic coating can be selected from chloride salts, hydrides or a combination thereof. An alternative embodiment of the regulation system may consist of a means of non-contact measurement of the temperature of the pairs of coplanar surfaces, preferably a laser pyrometer and a means of heating at least the internal wall of the confinement envelope whose operation is slaved to the measurements of the non-contact temperature measuring means.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un convertisseur tel que décrit précédemment pour convertir l’énergie provenant d’une source lumineuse et/ou d’une source thermique en électricité. The invention also relates to the use of a converter as described above for converting the energy coming from a light source and/or from a thermal source into electricity.
La source thermique peut être une source de chaleur fatale telle qu'un foyer d’incinérateur, une cimenterie, un bain de fonderie... The thermal source can be a fatal heat source such as an incinerator hearth, a cement plant, a foundry bath, etc.
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes. Other advantages and characteristics will emerge better on reading the detailed description, given by way of illustration and not limitation, with reference to the following figures.
Brève description des dessins Brief description of the drawings
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique de côté d’un radiomètre de Crookes. [Fig 1] Figure 1 is a schematic side view of a Crookes radiometer.
[Fig 2] la figure 2 est une vue de dessus de la figure 1. [Fig 2] Figure 2 is a top view of Figure 1.
[Fig 3] la figure 3 est une vue schématique en perspective d’un exemple de convertisseur d’énergie radiative en énergie électrique selon l’invention. [Fig 3] Figure 3 is a schematic perspective view of an example of a radiative energy to electrical energy converter according to the invention.
[Fig 4] la figure 4 est une vue de dessus d’un couple de surfaces coplanaires à émissivité distincte formant une partie pleine d’un plateau ajouré conforme à l’invention. [Fig 4] Figure 4 is a top view of a pair of coplanar surfaces with distinct emissivity forming a solid part of a perforated tray according to the invention.
[Fig 5] la figure 5 est une vue schématique du dessus d’un plateau ajouré du convertisseur selon un mode de réalisation avantageux. [Fig 5] Figure 5 is a schematic view from above of a perforated plate of the converter according to an advantageous embodiment.
[Fig 5 A] la figure 5 A est une vue de détail d’une portion angulaire du plateau selon la figure 5 montrant les motifs élémentaires de surfaces coplanaires. [Fig 5 A] Figure 5 A is a detail view of an angular portion of the plate according to Figure 5 showing the elementary patterns of coplanar surfaces.
[Fig 5B] la figure 5B reprend schématiquement la figure 5 A et montre l’agencement relatif entre couples de surface coplanaires. [Fig 5B] figure 5B schematically repeats figure 5 A and shows the relative arrangement between coplanar surface couples.
[Fig 6] la figure 6 est une représentation du dessus d’une portion angulaire d’un plateau ajouré avec les jonctions de maintien mécaniques entre couples de surfaces coplanaires adjacents. [Fig 6] Figure 6 is a representation from above of an angular portion of a perforated plate with the mechanical holding joints between pairs of adjacent coplanar surfaces.
[Fig 7] la figure 7 est une vue schématique du dessus montrant une réalisation avantageuse d’un plateau ajouré avec des motifs élémentaires de couples de surfaces coplanaires. [Fig 7] Figure 7 is a schematic view from above showing an advantageous embodiment of an openwork top with elementary patterns of pairs of coplanar surfaces.
[Fig 8] la figure 8 est un exemple d’implantation d’un convertisseur selon l’invention à proximité d’un foyer de chaleur fatale en tant que source d’énergie radiative. [Fig 9] la figure 9 est une vue schématique en perspective d’une variante de convertisseur selon l’invention. [Fig 8] Figure 8 is an example of installation of a converter according to the invention near a source of waste heat as a source of radiative energy. [Fig 9] Figure 9 is a schematic perspective view of a converter variant according to the invention.
[Fig 10] la figure 10 est une vue de détail montrant une variante de réalisation de liaison ponctuelle entre un support fixe de convertisseur et le moyeu auquel est fixée une partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires du plateau. [Fig 10] Figure 10 is a detail view showing an alternative embodiment of a point connection between a fixed converter support and the hub to which is fixed a part of the pairs of rectangular coplanar surfaces of the plate.
[Fig 11] la figure 11 est une vue de détail montrant une autre variante de réalisation de liaison ponctuelle entre un support fixe de convertisseur et le moyeu auquel est fixée une partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires du plateau. [Fig 11] Figure 11 is a detail view showing another alternative embodiment of point connection between a fixed converter support and the hub to which is fixed part of the pairs of rectangular coplanar surfaces of the plate.
[Fig 12] la figure 12 est une vue de côté montrant une variante de liaison par palier magnétique entre un support fixe de convertisseur et le moyeu auquel est fixée une partie des couples de surfaces coplanaires rectangulaires du plateau. [Fig 12] Figure 12 is a side view showing a variant of connection by magnetic bearing between a fixed converter support and the hub to which is fixed a part of the pairs of rectangular coplanar surfaces of the plate.
[Fig 13] la figure 13 illustre une variante avec revêtement catalytique pour des réactions endothermique et exothermique au sein d’un couple de surface coplanaire rectangulaire selon l’invention. [Fig 13] Figure 13 illustrates a variant with catalytic coating for endothermic and exothermic reactions within a pair of rectangular coplanar surfaces according to the invention.
[Fig 14] la figure 14 illustre sous forme d’une courbe l’évolution de la vitesse de rotation en fonction de la pression régnant au sein d’une enveloppe de confinement conforme à l’invention. [Fig 14] Figure 14 illustrates in the form of a curve the evolution of the speed of rotation as a function of the pressure prevailing within a containment envelope in accordance with the invention.
[Fig 15] la figure 15 illustre sous forme d’une courbe l’évolution du libre parcours moyen en fonction de la pression, de la température et de la nature du gaz considéré au sein d’une enveloppe de confinement conforme à l’invention. [Fig 15] figure 15 illustrates in the form of a curve the evolution of the mean free path as a function of the pressure, the temperature and the nature of the gas considered within a containment envelope in accordance with the invention .
Description détaillée detailed description
Dans l’ensemble de la présente demande, les termes «dessous », « dessus», « inférieur» et «supérieur» sont à comprendre par référence par rapport à l’agencement horizontal du plateau ajouré du convertisseur selon l’invention et le support à la vertical dans une configuration à une côte en dessous du plateau. Throughout this application, the terms "below", "top", "lower" and "upper" are to be understood by reference to the horizontal arrangement of the perforated plate of the converter according to the invention and the support vertically in a single-rib configuration below the tabletop.
Un même élément selon l’état de l’art et selon l’invention est désigné par une même référence numérique. The same element according to the state of the art and according to the invention is designated by the same numerical reference.
Les figures 1 et 2 relatives à un radiomètre de Crookes ont déjà été décrites en préambule. Elles ne sont donc pas commentées ci-après. Figures 1 and 2 relating to a Crookes radiometer have already been described in the preamble. They are therefore not commented on below.
On a illustré à la figure 3 un exemple de convertisseur 10 d’énergie radiative selon l’invention. Il comprend une enveloppe de confinement 2 à pression interne contrôlée, sous la forme d’un cylindre droit fermé à ses deux extrémités longitudinales par un disque 20, 21. An example of radiative energy converter 10 according to the invention is illustrated in FIG. It comprises a containment envelope 2 with controlled internal pressure, in the form of a straight cylinder closed at its two longitudinal ends by a disc 20, 21.
Un support de convertisseur 3 s'étend selon l’axe de symétrie de l’enveloppe. Le support 3 est fixe dans l’exemple illustré de la figure 3, un moyeu 4 étant monté en rotation autour du support. Au moins un des deux disques 20, 21 peut être traversé avec étanchéité par le support 3. A converter support 3 extends along the axis of symmetry of the envelope. The support 3 is fixed in the example illustrated in FIG. 3, a hub 4 being rotatably mounted around the support. At least one of the two discs 20, 21 can be crossed with sealing by the support 3.
Selon l’invention, le convertisseur 10 comprend un plateau ajouré 6 dont la partie pleine 5 est formée de motifs élémentaires (M) maintenus mécaniquement entre elles et répétés angulairement tout autour du moyeu 4 en étant agencés à l’intérieur de l’enveloppe de confinement 2. En outre, au moins une partie de chaque motif élémentaire M est fixée au moyeu 4. According to the invention, the converter 10 comprises a perforated plate 6, the solid part 5 of which is formed of elementary patterns (M) mechanically held together and repeated angularly all around the hub 4 while being arranged inside the casing of confinement 2. In addition, at least a part of each elementary pattern M is fixed to the hub 4.
Les faces principales des motifs sont parallèles au plan de rotation horizontal, comme illustré aux figures 5 à 5B . The main faces of the patterns are parallel to the horizontal plane of rotation, as shown in Figures 5 to 5B.
Un motif élémentaire M comprend quatre couples 5.1 ; 5.2 ; 5.3 ; 5.4 de surfaces coplanaires rectangulaires 50,51, d’émissivité distincte entre elles et de même longueur entres elles.An elementary pattern M comprises four pairs 5.1; 5.2; 5.3; 5.4 of rectangular coplanar surfaces 50.51, of distinct emissivity between them and of the same length between them.
Ici tous quatre couples 5.1 ; 5.2 ; 5.3 ; 5.4 sont de longueur différente entre eux et distants angulairement l’un de l’autre en étant maintenus mécaniquement entre eux par au moins une jonction au niveau de l’extrémité la plus proche du moyeu et/ou de celle la plus éloignée du moyeu 4 qui définit le diamètre extérieur du plateau. Here all four couples 5.1; 5.2; 5.3; 5.4 are of different length from each other and angularly distant from each other, being mechanically held together by at least one junction at the end closest to the hub and/or that furthest from the hub 4 which defines the outer diameter of the plate.
Comme illustré, la répétition du motif M est configurée pour avoir sur toute la périphérie du plateau une surface de moindre émissivité 51 (face sombre) angulairement adjacente à une surface de plus grande émissivité 50 (face claire). De préférence, la face 50 est à émissivité la plus faible possible, au moins inférieure à 0,2, pour réfléchir au mieux l’énergie radiative alors que la face 51 est à émissivité supérieur à 0,8, de préférence proche de 1 dans les gammes de longueur d’ondes de rayonnement visées, i.e. le spectre visible et l’infrarouge.As illustrated, the repetition of the pattern M is configured to have over the entire periphery of the plate a surface of less emissivity 51 (dark side) angularly adjacent to a surface of greater emissivity 50 (light side). Preferably, the face 50 has the lowest possible emissivity, at least less than 0.2, to best reflect the radiative energy, while the face 51 has an emissivity greater than 0.8, preferably close to 1 in the target radiation wavelength ranges, ie the visible spectrum and the infrared.
Dans chaque motif M et entre deux motifs adjacents M, deux couples adjacents sont distants l’un de l’autre par un évidement débouchant 60. On peut aussi remplir cet évidement par un matériau isolant thermique intercalé entre eux. Cette isolement permet de ne pas perturber le gradient thermique par conduction d’un motif sur l’autre. In each pattern M and between two adjacent patterns M, two adjacent pairs are separated from each other by an opening recess 60. This recess can also be filled with a heat insulating material interposed between them. This isolation makes it possible not to disturb the thermal gradient by conduction from one pattern to the other.
Le disque de l’enveloppe de confinement qui doit laisser passer l’énergie de la source radiative, par exemple le disque supérieur 20, est transparent à son rayonnement et les faces coplanaires 50, 51 sont en regard de celui-ci. Le disque transparent peut être réalisé en verre, quartz, polycarbonate en fonction du niveau de température au droit de la face transparente. La paroi latérale 22 de l’enveloppe et l’autre disque 21 peuvent être transparents ou opaques et par exemple être en métal, de type acier inoxydable. The disc of the confinement envelope which must allow the energy of the radiative source to pass, for example the upper disc 20, is transparent to its radiation and the coplanar faces 50, 51 face it. The transparent disc can be made of glass, quartz, polycarbonate depending on the temperature level on the transparent side. The side wall 22 of the casing and the other disc 21 can be transparent or opaque and for example be made of metal, of the stainless steel type.
La figure 4 montre schématiquement pour un couple donné de surfaces coplanaires 50, 51, la force résultante, symbolisée par la flèche, qui oriente la rotation du plateau 6 vers le front d’attaque de la face claire 50 car les gradients de température F4 et F3 ne s’appliquent pas sur la même surface. Le gradient de température F3 est appliqué en dehors des surfaces ce qui conduit à une résultante comme représentée par la flèche de la figure 4. La résultante des gradients thermiques Fl et F2 correspond quant à eux à une force résultante nulle car la configuration dans ce cas est pleinement symétrique. FIG. 4 schematically shows for a given pair of coplanar surfaces 50, 51, the resulting force, symbolized by the arrow, which directs the rotation of the plate 6 towards the leading edge of the clear face 50 because the temperature gradients F4 and F3 do not apply to the same surface. The temperature gradient F3 is applied outside the surfaces, which leads to a resultant as represented by the arrow in FIG. 4. The resultant of the thermal gradients F1 and F2 corresponds to a zero resultant force because the configuration in this case is fully symmetrical.
Le diamètre D et la hauteur H du cylindre droit sont déterminés de sorte que le rapport H/D est 1/100 < H/D < 1/10. The diameter D and the height H of the right cylinder are determined so that the ratio H/D is 1/100 < H/D < 1/10.
Pour assurer la conversion de l’énergie cinétique de rotation du plateau 6 en énergie électrique, il est prévu une pluralité d’aimants permanents 7 sont fixés individuellement sur une des couples de surfaces coplanaires qui sont à l’aplomb d’une bobine d’induction fixe 8 sous la forme d’un tore centré sur l’axe du cylindre droit 2. Les aimants permanents peuvent par exemple être fixées par action magnétique sur une armature annulaire disposée en périphérie du plateau, puisque celui-ci n’a pas une limite forte d’épaisseur. To ensure the conversion of the kinetic energy of rotation of the plate 6 into electrical energy, there is provided a plurality of permanent magnets 7 are fixed individually on one of the pairs of coplanar surfaces which are plumb with a coil of fixed induction 8 in the form of a torus centered on the axis of the right cylinder 2. The permanent magnets can for example be fixed by magnetic action on an annular armature arranged on the periphery of the plate, since the latter does not have a strong thickness limit.
Ainsi, lors de la rotation du plateau ajouré 6, chacun des aimants permanents 7 qui se déplace, génère une force électromotrice dans les spires 80 de la bobine 8 et donc induit un courant électrique dans celle-ci. Thus, during the rotation of the perforated plate 6, each of the permanent magnets 7 which moves, generates an electromotive force in the turns 80 of the coil 8 and therefore induces an electric current therein.
L’entrefer optimal A, c’est-à-dire l’espacement entre les aimants permanents 7 et les spires 80 de la bobine 7 est inférieur à 1mm. The optimum air gap A, that is to say the spacing between the permanent magnets 7 and the turns 80 of the coil 7 is less than 1 mm.
Un exemple de jonctions entre deux couples adjacents 5.1, 5.2 d’un motif M et avec celui adjacent est montré en figure 6. Au sein d’un motif M, une première jonction mécanique 9.1 lie l’extrémité intérieure du couple 5.2 de moindre longueur avec une portion centrale du couple 5.1 de plus grande longueur et une deuxième jonction mécanique 9.2 lie l’extrémité extérieure du couple 5.2 de moindre longueur avec celle du couple 5.1 de plus grande longueur. L’emplacement de cette deuxième jonction mécanique 9.2 peut correspondre au diamètre extérieur du plateau 6. La figure 7 montre un agencement optimal de couples de longueur différente 5.1 à 5.4 d’un même motif, qui permet d’augmenter considérablement le périmètre développé de surfaces du plateau 6. An example of junctions between two adjacent pairs 5.1, 5.2 of a pattern M and with the adjacent one is shown in FIG. 6. Within a pattern M, a first mechanical junction 9.1 connects the inner end of the pair 5.2 of shorter length with a central portion of the couple 5.1 of greater length and a second mechanical junction 9.2 binds the outer end of the couple 5.2 of shorter length with that of the couple 5.1 of greater length. The location of this second mechanical junction 9.2 may correspond to the outside diameter of the plate 6. Figure 7 shows an optimal arrangement of pairs of different lengths 5.1 to 5.4 of the same pattern, which makes it possible to considerably increase the developed perimeter of the surfaces of the plate 6.
Ici, chaque motif élémentaire M est constitué d’au moins quatre couples 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 de surfaces coplanaires de longueur différentes entre eux et répartis sur un secteur angulaire de 45° du plateau. Here, each elementary pattern M consists of at least four pairs 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 of coplanar surfaces of different lengths between them and distributed over an angular sector of 45° of the plate.
Un premier couple 5.1 est de longueur égale au rayon R du plateau. A first pair 5.1 is of length equal to the radius R of the plate.
Un deuxième couple 5.2 est de longueur égale à %*R. A second pair 5.2 is of length equal to %*R.
Un troisième couple 5.3 est de longueur égale à 1/2*R,. A third pair 5.3 has a length equal to 1/2*R i.
Enfin, un quatrième couple 5.4 de longueur égale à 1/8*R. Finally, a fourth couple 5.4 of length equal to 1/8*R.
La répartition des couples étant symétrique de part et d’autre du couple 5.3 de longueur égale 1/2*R avec une distance linéaire (amin) entre deux couples adjacents égale à environ 1/11*R. The distribution of the pairs being symmetrical on either side of pair 5.3 of equal length 1/2*R with a linear distance (amin) between two adjacent pairs equal to approximately 1/11*R.
La répartition symétrique permet à la fois de simplifier la fabrication du plateau 6 et d’optimiser le périmètre développé par unité de surface. The symmetrical distribution makes it possible both to simplify the manufacture of the plate 6 and to optimize the perimeter developed per unit area.
A titre d’exemple, pour une distance minimale entre deux couples adjacents d’un même motif de l’ordre du centimètre, on peut obtenir un périmètre développé de l’ordre de 60 m/m2. By way of example, for a minimum distance between two adjacent pairs of the same pattern of the order of a centimeter, it is possible to obtain a developed perimeter of the order of 60 m/m 2 .
Pour une vitesse de rotation de l’ordre de 10 m/s, la puissance ainsi récupérée par un plateau ajouré 6 selon l’invention est de l’ordre de 1 W. For a speed of rotation of the order of 10 m/s, the power thus recovered by a perforated plate 6 according to the invention is of the order of 1 W.
Pour dimensionner le plateau 6, on prend en compte la longueur caractéristique et le gradient thermique associé, à partir de la caractérisation d’un profil de température, ce qui la distance induit amin pour une surface donnée. To size the plate 6, the characteristic length and the associated thermal gradient are taken into account, from the characterization of a temperature profile, which the distance induces amin for a given surface.
La figure 8 est un schéma de principe de l’implantation d’un convertisseur 10 selon l’invention à proximité d’une source de chaleur fatale, qui peut être un foyer d’incinérateur, bain de fonderie,... Figure 8 is a block diagram of the installation of a converter 10 according to the invention near a source of fatal heat, which can be an incinerator hearth, foundry bath, etc.
Le convertisseur 10 très compact peut être aisément monté au plafond d’un réfractaire 11 et intercepte un angle solide 12 du rayonnement thermique du foyer. The very compact converter 10 can easily be mounted on the ceiling of a refractory 11 and intercepts a solid angle 12 of the heat radiation from the hearth.
Un alternateur 13 agencé à proximité du convertisseur 10, à l’extérieur du réfractaire 11 fournir du courant électrique généré dans la bobine 8. An alternator 13 arranged near the converter 10, outside the refractory 11 supply electric current generated in the coil 8.
La figure 9 est une variante de réalisation de la partie conversion électromagnétique du convertisseur 10, qui est ici déportée. Plus précisément, le support est un arbre rotatif 3 et les aimants permanents 7 sont déportés du plateau 6 en étant solidaire en rotation avec l’arbre 3. Les aimants permanents 7 peuvent par exemple être répartis angulairement autour d’un disque 30 en bout d’arbre rotatif 3. La bobine 8 quant à elle reste fixe. L’entrefer optimal A entre les aimants permanents 7 et la bobine 8 reste le même, i.e. inférieur à 1mm. FIG. 9 is an alternative embodiment of the electromagnetic conversion part of the converter 10, which here is remote. More specifically, the support is a rotating shaft 3 and the permanent magnets 7 are offset from the plate 6 while being integral in rotation with the shaft 3. The permanent magnets 7 can for example be distributed angularly around a disc 30 at the end of rotary shaft 3. Coil 8 remains fixed. The optimum air gap A between the permanent magnets 7 and the coil 8 remains the same, ie less than 1 mm.
Dans cette variante, on veille à ce que le passage de l’arbre 3 au travers de l’enveloppe de confinement 2 soit étanche pour maintenir le niveau de dépression souhaitable au sein du volume de l’enveloppe 2. Pour obtenir une bonne étanchéité dynamique, on peut définir un accouplement entre moyeu 4/plateau 6 et l’arbre rotatif 3 par un système de pallier magnétique. In this variant, care is taken to ensure that the passage of the shaft 3 through the containment envelope 2 is sealed in order to maintain the desired level of depression within the volume of the envelope 2. To obtain good dynamic sealing , it is possible to define a coupling between hub 4/platter 6 and rotary shaft 3 by a magnetic bearing system.
Les figures 10 à 12 montrent différentes variantes de réalisation pour minimiser les frottements entre support fixe 3 et moyeu 4/plateau 6, afin d’optimiser encore l’énergie cinétique de rotation du plateau. Figures 10 to 12 show different embodiments to minimize friction between fixed support 3 and hub 4/platter 6, in order to further optimize the rotational kinetic energy of the platter.
Sur la figure 10, le moyeu 4 peut être sous la forme d’une sphère magnétisable qui vient en contact avec une sphère 31 en bout de support 3, elle-même aimantée par un aimant permanent 32 au sein du support 3. In Figure 10, hub 4 can be in the form of a magnetizable sphere which comes into contact with a sphere 31 at the end of support 3, itself magnetized by a permanent magnet 32 within support 3.
Sur la figure 11, une aiguille pivot 33 en bout de support 3 est en contact ponctuel avec le moyeu 4. In Figure 11, a pivot needle 33 at the end of support 3 is in point contact with hub 4.
Sur la figure 12, un système 14 de paliers magnétiques dont une partie est fixée sur le plateau ajouré et l’autre est solidaire du support 3 permet de garantir la rotation du plateau à l’horizontal sans contact mécanique. In Figure 12, a system 14 of magnetic bearings, one part of which is fixed to the perforated plate and the other is integral with the support 3 makes it possible to guarantee the rotation of the plate horizontally without mechanical contact.
Pour faciliter la stabilité de la rotation du plateau 6, on prévoit avantageusement que la liaison entre le support-pivot 3 et le plateau 6 garantit à ce dernier un centre de gravité à une cote inférieure à celle de l’extrémité du support-pivot 3. To facilitate the stability of the rotation of the plate 6, provision is advantageously made for the connection between the pivot support 3 and the plate 6 to guarantee the latter a center of gravity at a level lower than that of the end of the pivot support 3 .
Les surfaces coplanaires 5 du plateau 6 sont avantageusement à la fois de grande longueur, faiblement conductrices thermiques, perforés avec des perforations de très faibles diamètres tout en étant rigides. The coplanar surfaces 5 of the plate 6 are advantageously both very long, poorly thermally conductive, perforated with perforations of very small diameters while being rigid.
La porosité et en même temps la faible conductivité thermique transversale peuvent être assurées par une céramique poreuse. La porosité de la céramique peut avantageusement choisie de telle sorte que la plaque découpée ou élaborée selon une épaisseur donnée, de l’ordre du micron à quelques microns, peut développer sans usinage particulier une porosité traversante de diamètre moyen de l’ordre du libre parcours moyen des gaz. Pour ce faire, il est envisageable d’additiver des poudres céramiques avec un porogène, puis après une compaction uniaxiale, réaliser un déliantage/frittage du cru obtenu afin aboutir à des porosités traversante adéquate et de diamètre micrométrique. The porosity and at the same time the low transverse thermal conductivity can be ensured by a porous ceramic. The porosity of the ceramic can advantageously be chosen so that the plate cut or produced according to a given thickness, of the order of a micron to a few microns, can develop without particular machining a through porosity with an average diameter of the order of the free path. gas medium. To do this, he It is possible to add ceramic powders with a porogen, then after uniaxial compaction, debinding/sintering the raw material obtained in order to achieve adequate through-porosity and a micrometric diameter.
La rigidité des couples de surfaces coplanaires 5 peut être assurée par la structure même du matériau constitutif, qui est non ductile. The rigidity of the pairs of coplanar surfaces 5 can be ensured by the very structure of the constituent material, which is non-ductile.
On peut aussi partir de matériaux souples, tel qu’un film polymère, par exemple en PTFE, que l’on rigidifie par un support et/ou une tension radiale donnée et/ou par réticulation. Bien entendu, l’intensité de cette tension ne doit pas provoquer sa rupture. It is also possible to start from flexible materials, such as a polymer film, for example PTFE, which is stiffened by a support and/or a given radial tension and/or by crosslinking. Of course, the intensity of this tension must not cause it to break.
On peut aussi envisager d’adjoindre d’une armature rigide qui permet également de mieux maîtriser le jeu entre la paroi du volume clos de l’enveloppe de confinement 2 et les couples de surfaces coplanaires 5. La maîtrise de ce jeu permet de limiter les forces de freinage induites par le gradient de température, c’est-à-dire la force tangentielle. It is also possible to consider adding a rigid reinforcement which also makes it possible to better control the play between the wall of the closed volume of the containment envelope 2 and the pairs of coplanar surfaces 5. The control of this play makes it possible to limit the braking forces induced by the temperature gradient, i.e. the tangential force.
Le matériau constitutif des couples de surfaces coplanaires 5 peut être un catalyseur de réaction(s) exothermique(s) au niveau des faces sombres 51 et endothermique(s) au niveau des faces claires 50, afin d’entretenir voire amplifier l’écart de température entre ces faces du fait des chaleurs de réactions cédées ou absorbées. The constituent material of the pairs of coplanar surfaces 5 can be a catalyst for reaction(s) exothermic(s) at the level of the dark faces 51 and endothermic(s) at the level of the light faces 50, in order to maintain or even amplify the difference in temperature between these faces due to the heat of reactions released or absorbed.
La figure 13 illustre ces réactions et le cyclage thermique et thermodynamique exploité au niveau des faces 50, 51 des couples de surfaces coplanaires respectivement en matériau constitutif, réactif A, C. En appliquant une quantité de chaleur à A, il se convertit en B toujours solide qui génère également un gaz. La face 50 où se produit la réaction endothermique étant plus froide que la face 51 où se produit la réaction exothermique et sachant que le régime est celui du glissement thermique, un flux de matière gazeux va s’établir de la face froide 50 vers la face chaude 51 et le gaz produit au niveau de la face froide va se trouver disponible pour réagir avec le matériau C constitutif de la face 51 où se produit la réaction exothermique. Le gaz va alors s’y absorber pour donner le réactif D et générer une quantité de chaleur qui va renforcer le gradient de température entre les deux faces 50, 51. Figure 13 illustrates these reactions and the thermal and thermodynamic cycling exploited at the level of the faces 50, 51 of the pairs of coplanar surfaces respectively in constituent material, reactive A, C. By applying a quantity of heat to A, it is converted into B always solid which also generates a gas. The face 50 where the endothermic reaction occurs being colder than the face 51 where the exothermic reaction occurs and knowing that the regime is that of thermal sliding, a flow of gaseous material will be established from the cold face 50 towards the face hot 51 and the gas produced at the cold face will be available to react with the constituent material C of the face 51 where the exothermic reaction occurs. The gas will then be absorbed therein to give the reagent D and generate a quantity of heat which will reinforce the temperature gradient between the two faces 50, 51.
Le volume fini du cylindre de confinement 2 a, lors du fonctionnement du convertisseur, une pression régulée à une valeur consigne cible. On peut utiliser pour cela un système de pompage pouvant atteindre des vides secondaires, primaires ou travailler à pression atmosphérique voire quelques bars le cas échéant. Le système peut comprendre deux types distincts de pompe, par exemple une pompe turbo-moléculaire et une pompe à palette, en fonction du niveau de pression à atteindre. On peut prévoir en outre un système d’alimentation en gaz relié à l’intérieur du cylindre de confinement. Le gaz et la pression sont avantageusement choisis de telle sorte d’ajuster la valeur du libre parcours moyen de ce gaz. The finished volume of the confinement cylinder 2 has, during the operation of the converter, a pressure regulated at a target set point value. It is possible to use for this a pumping system capable of reaching secondary or primary vacuums or working at atmospheric pressure or even a few bars if necessary. The system can comprise two distinct types of pump, for example a turbo-molecular pump and a vane pump, in depending on the pressure level to be reached. It is also possible to provide a gas supply system connected to the inside of the confinement cylinder. The gas and the pressure are advantageously chosen so as to adjust the value of the mean free path of this gas.
Par ailleurs, il existe un optimum de de force globale résultante en fonction de la pression, comme montré sur la figure 14, issue de la publication [6]. En effet, en l’absence de molécules de gaz, les couples de surfaces coplanaires ne sont pas soumises à des impacts moléculaires permettant la rotation du plateau et inversement, en cas de pression trop importante, la transpiration thermique est réduite et les forces de frottements (trainée) plus importantes. Moreover, there is an optimum of the resulting global force as a function of the pressure, as shown in figure 14, taken from the publication [6]. Indeed, in the absence of gas molecules, the couples of coplanar surfaces are not subjected to molecular impacts allowing the rotation of the plate and conversely, in the event of too great a pressure, thermal transpiration is reduced and the friction forces (drag) greater.
Cette figure 14 présente une allure classique d’évolution de la vitesse de rotation des pales d’un radiomètre selon l’état de l’art en fonction de la pression régnant au sein de l’enveloppe l’entourant. Au même titre que le convertisseur selon la présente invention, cette figure 14 illustre qu’ il existe une gamme de pressions pour laquelle la vitesse de rotation du radiomètre est optimale en toute cohérence avec ce qui peut être montré théoriquement.This figure 14 shows a classic evolution of the speed of rotation of the blades of a radiometer according to the state of the art as a function of the pressure prevailing within the envelope surrounding it. In the same way as the converter according to the present invention, this figure 14 illustrates that there is a range of pressures for which the speed of rotation of the radiometer is optimal in all coherence with what can be shown theoretically.
Un système de réglage de la pression du volume de l’enveloppe de confinement permet de piloter la valeur du libre parcours moyen des molécules de gaz contenu au sein de ce volume. La figure 15 présente cette évolution du libre parcours moyen en fonction de la pression mais aussi de la température et de la nature du gaz. A system for adjusting the pressure of the containment envelope volume makes it possible to control the value of the mean free path of the gas molecules contained within this volume. Figure 15 shows this evolution of the mean free path as a function of the pressure but also of the temperature and the nature of the gas.
Il est ainsi possible de montrer que le diamètre de perforations des couples de surfaces coplanaires 5 peut varier d’une centaine de nanomètres à quelques microns pour des pressions variant respectivement du bar à quelques centaines de Pa. It is thus possible to show that the diameter of the perforations of the pairs of coplanar surfaces 5 can vary from a hundred nanometers to a few microns for pressures varying respectively from bar to a few hundred Pa.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. The invention is not limited to the examples which have just been described; it is in particular possible to combine together characteristics of the examples illustrated within variants not illustrated.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Liste des références citées Other variants and improvements can be envisaged without departing from the scope of the invention. List of cited references
[1] : M. Scandurra et ali., Physical Review E 75 026308 (2007). [1]: M. Scandurra et al., Physical Review E 75 026308 (2007).
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Gas Flows », 27th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Monterey, CA, 10- 15 July 2010. Gas Flows”, 27th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Monterey, CA, 10-15 July 2010.
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[6] : http://www.u3p.net/projets/contrib/TIPE Vivien Parmentier.pdf. [6]: http://www.u3p.net/projets/contrib/TIPE Vivien Parmentier.pdf.

Claims

Revendications Claims
1. Convertisseur (10) d’énergie radiative en énergie électrique, comprenant : 1. Converter (10) of radiative energy into electrical energy, comprising:
- une enveloppe de confinement (2) à pression interne contrôlée, l’enveloppe étant de forme axisymétrique autour d’un axe de symétrie et dont au moins une partie est transparente vis- à-vis de la source radiative à valoriser; - a containment envelope (2) with controlled internal pressure, the envelope being of axisymmetric shape around an axis of symmetry and of which at least a part is transparent vis-à-vis the radiative source to be recovered;
- un support de convertisseur (3) s'étendant selon l’axe de symétrie de l’enveloppe ; - a converter support (3) extending along the axis of symmetry of the casing;
- un moyeu (4) monté à l’extrémité libre du support en définissant un plan de rotation perpendiculaire à l’axe de symétrie; - a hub (4) mounted at the free end of the support, defining a plane of rotation perpendicular to the axis of symmetry;
- un plateau ajouré (6) dont la partie pleine est formée de motifs élémentaires (M) maintenus mécaniquement entre eux et répétés angulairement tout autour du moyeu en étant agencés à l’intérieur de l’enveloppe de confinement, au moins une partie de chaque motif élémentaire étant fixée au moyeu, les faces principales des motifs étant parallèles au plan de rotation , chaque motif élémentaire comprenant au moins deux couples (5 ; 5.1 ; 5.2 ; 5.3 ; 5.4) de surfaces coplanaires rectangulaires (50, 51), d’émissivité distincte entre elles et de même longueur entres elles, les au moins deux couples étant de longueur différente entre eux et distants angulairement l’un de l’autre en étant maintenus mécaniquement entre eux par au moins une jonction au niveau de l’extrémité la plus proche du moyeu et/ou de celle la plus éloignée du moyeu qui définit le diamètre extérieur du plateau, la répétition des motifs élémentaires étant configurée pour avoir une surface de moindre émissivité angulairement adjacente à une surface de plus grande émissivité. - a perforated plate (6) whose solid part is formed of elementary patterns (M) held together mechanically and angularly repeated all around the hub while being arranged inside the confinement envelope, at least a part of each elementary pattern being fixed to the hub, the main faces of the patterns being parallel to the plane of rotation, each elementary pattern comprising at least two pairs (5; 5.1; 5.2; 5.3; 5.4) of rectangular coplanar surfaces (50, 51), of distinct emissivity between them and of the same length between them, the at least two pairs being of different length between them and angularly distant from each other while being held mechanically between them by at least one junction at the end the closest to the hub and/or to that furthest from the hub which defines the outer diameter of the plate, the repetition of the elementary patterns being configured to have a surface of less emissivity angularly ad adjacent to a surface of greater emissivity.
2. Convertisseur (10) selon la revendication 1, deux couples adjacents de surfaces coplanaires, étant distants par un évidement débouchant (60) ou par un matériau isolant thermique intercalé entre eux. 2. Converter (10) according to claim 1, two adjacent pairs of coplanar surfaces being spaced apart by an emerging recess (60) or by a heat insulating material interposed between them.
3. Convertisseur (10) selon la revendication 1 ou 2, chaque motif élémentaire comprenant au moins quatre couples (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) de surfaces coplanaires de longueur différentes entre eux et répartis sur un secteur angulaire de 45° du plateau, un premier couple étant de longueur égale au rayon R du plateau, un deuxième couple étant de longueur égale à %*R, un troisième couple étant de longueur égale à 1/2*R, un quatrième couple étant de longueur égale à 1/8*R, la répartition des couples étant symétrique de part et d’autre du couple de longueur égale 1/2*R avec une distance linéaire (amin) entre deux couples adjacents égale à environ 1/11*R. 3. Converter (10) according to claim 1 or 2, each elementary pattern comprising at least four pairs (5.1, 5.2, 5.3, 5.4) of coplanar surfaces of different lengths between them and distributed over an angular sector of 45° of the plate, a first couple being of length equal to the radius R of the plate, a second couple being of length equal to %*R, a third couple being of length equal to 1/2*R, a fourth couple being of length equal to 1/8 *R, the distribution of the pairs being symmetrical on either side of the pair of equal length 1/2*R with a linear distance (amin) between two adjacent pairs equal to approximately 1/11*R.
4. Convertisseur (10) selon l’une des revendications précédentes, l’enveloppe de confinement étant constituée par un cylindre droit fermé à ses deux extrémités longitudinales par un disque (20, 21) dont au moins celui (20) en regard des surfaces coplanaires est transparent. 4. Converter (10) according to one of the preceding claims, the containment envelope being constituted by a straight cylinder closed at its two longitudinal ends by a disc (20, 21) of which at least that (20) facing the surfaces coplanar is transparent.
5. Convertisseur selon la revendication 4, le diamètre D et la hauteur H du cylindre droit étant déterminés de sorte que 1/100 < H/D < 1/10. 5. Converter according to claim 4, the diameter D and the height H of the right cylinder being determined so that 1/100<H/D<1/10.
6. Convertisseur selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre : 6. Converter according to one of the preceding claims, further comprising:
- une pluralité d’aimants permanents fixés individuellement sur un couples de surfaces coplanaires ; - a plurality of permanent magnets fixed individually on a pair of coplanar surfaces;
- au moins une bobine d’induction fixe et centrée sur l’axe de symétrie de l’enveloppe, la(les) bobine(s) étant agencée(s) en regard des aimants permanents de sorte que la du plateau ajouré générée par une source d’énergie radiative génère une force électromotrice dans la(les) bobine(s). - at least one induction coil fixed and centered on the axis of symmetry of the envelope, the coil(s) being arranged facing the permanent magnets so that the perforated plate generated by a radiative energy source generates an electromotive force in the coil(s).
7. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 5, le support de convertisseur étant un arbre monté rotatif autour duquel est fixé le moyeu; le convertisseur comprenant en outre :7. Converter according to one of claims 1 to 5, the converter support being a rotatably mounted shaft around which the hub is fixed; the converter further comprising:
- une pluralité d’aimants permanents fixés et répartis angulairement tout autour de l’arbre rotatif; - a plurality of permanent magnets fixed and angularly distributed all around the rotating shaft;
- au moins une bobine d’induction et centrée sur l’axe de symétrie de l’enveloppe, la(les) bobine(s) étant agencée(s) en regard des aimants permanents en étant agencée de sorte que la rotation du plateau ajouré générée par une source d’énergie radiative génère une force électromotrice dans la bobine. - at least one induction coil and centered on the axis of symmetry of the envelope, the coil(s) being arranged opposite the permanent magnets being arranged so that the rotation of the perforated plate generated by a radiative energy source generates an electromotive force in the coil.
8. Convertisseur selon l’une des revendications 6 ou 7, comprenant une seule bobine d’induction de forme torique. 8. Converter according to one of claims 6 or 7, comprising a single induction coil of toroidal shape.
9. Convertisseur selon l’une des revendications 6 à 8, l’espace (A) entre les aimants permanents et une bobine d’induction étant inférieur à 1mm. 9. Converter according to one of claims 6 to 8, the space (A) between the permanent magnets and an induction coil being less than 1mm.
10. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 6, le support de convertisseur étant un support fixe. 10. Converter according to one of claims 1 to 6, the converter support being a fixed support.
11. Convertisseur selon la revendication 10, le support fixe étant en liaison ponctuelle avec le moyeu. 11. Converter according to claim 10, the fixed support being in point connection with the hub.
12. Convertisseur selon la revendication 10, le support fixe et le moyeu comprenant chacun une sphère aimantée, les deux sphères aimantées étant en contact mutuel. 12. Converter according to claim 10, the fixed support and the hub each comprising a magnetic sphere, the two magnetic spheres being in mutual contact.
13. Convertisseur selon la revendication 10, le moyeu et les couples de surfaces coplanaires étant supportés par au moins un palier magnétique dont une partie est fixée au support fixe et l’autre à au moins une partie de couples de surfaces coplanaires. 13. Converter according to claim 10, the hub and the pairs of coplanar surfaces being supported by at least one magnetic bearing, one part of which is fixed to the fixed support and the other to at least a part of the pairs of coplanar surfaces.
14. Convertisseur selon l’une des revendications précédentes, le moyeu et le plateau ajouré étant agencés de sorte que leur centre de gravité soit à une côte verticale en dessous du point ou plan de liaison avec le support de convertisseur ou l’arbre rotatif. 14. Converter according to one of the preceding claims, the hub and the perforated plate being arranged so that their center of gravity is at a vertical dimension below the point or plane of connection with the converter support or the rotary shaft.
15. Convertisseur selon l’une des revendications précédentes, au moins une partie des couples de surfaces coplanaires étant un matériau poreux. 15. Converter according to one of the preceding claims, at least some of the pairs of coplanar surfaces being a porous material.
16. Convertisseur selon la revendication 15, le matériau poreux étant une céramique, de préférence choisie parmi l’alumine, la mulite, le carbure de tungstène ou une combinaison de ceux-ci. 16. Converter according to claim 15, the porous material being a ceramic, preferably chosen from alumina, mulite, tungsten carbide or a combination thereof.
17. Convertisseur selon l’une des revendications 1 à 15, au moins une partie des couples de surfaces coplanaires étant un film polymérique. 17. Converter according to one of claims 1 to 15, at least part of the pairs of coplanar surfaces being a polymeric film.
18. Convertisseur selon la revendication 17, le polymère du film étant choisi parmi le polyéthylène (PE), le polystyrène (PS), le polyméthacrylate de méthyl (PMMA) ou une combinaison de ceux-ci. 18. Converter according to claim 17, the polymer of the film being chosen from polyethylene (PE), polystyrene (PS), polymethyl methacrylate (PMMA) or a combination thereof.
19. Convertisseur selon la revendication 18, au moins une partie des couples de surfaces coplanaires étant une feuille de métal ductile. 19. Converter according to claim 18, at least a part of the pairs of coplanar surfaces being a sheet of ductile metal.
20. Convertisseur selon la revendication 19, le métal ductile de la feuille étant choisi parmi l’or ou l’argent. 20. Converter according to claim 19, the ductile metal of the sheet being chosen from gold or silver.
21. Convertisseur selon l’une des revendications précédentes, au moins une partie des couples de surfaces coplanaires étant revêtue d’au moins un revêtement catalytique adapté pour mettre en œuvre une réaction endo ou exothermique. 21. Converter according to one of the preceding claims, at least some of the pairs of coplanar surfaces being coated with at least one catalytic coating suitable for implementing an endo or exothermic reaction.
22. Convertisseur selon la revendication 21, les surfaces de moindre émissivité étant revêtues d’au moins un revêtement catalytique adapté pour mettre en œuvre une réaction endothermique tandis que les surfaces de plus grande émissivité étant revêtues d’au moins un revêtement catalytique adapté pour mettre en œuvre une réaction exothermique. 22. Converter according to claim 21, the surfaces of lower emissivity being coated with at least one catalytic coating suitable for carrying out an endothermic reaction while the surfaces of greater emissivity being coated with at least one catalytic coating suitable for carry out an exothermic reaction.
23. Convertisseur selon la revendication 21 ou 22, le revêtement catalytique étant choisi parmi les sels de chlorure, les hydrures ou une combinaison de ceux-ci. 23. Converter according to claim 21 or 22, the catalytic coating being chosen from chloride salts, hydrides or a combination thereof.
24. Convertisseur selon l’une des revendications précédentes, comprenant un système de régulation en température de l’enveloppe de confinement 24. Converter according to one of the preceding claims, comprising a system for regulating the temperature of the containment envelope
25. Convertisseur selon la revendication 24, le système de régulation comprenant un moyen de mesure sans contact de la température des couples de surfaces coplanaires , de préférence un pyromètre laser et un moyen de chauffage au moins de la paroi interne de l’enveloppe de confinement dont le fonctionnement est asservi aux mesures du moyen de mesure sans contact de la température. 25. Converter according to claim 24, the control system comprising means for measuring the temperature of the pairs of coplanar surfaces without contact, preferably a laser pyrometer and a means for heating at least the internal wall of the confinement envelope. whose operation is slaved to the measurements of the non-contact temperature measuring means.
26. Utilisation d’un convertisseur selon l’une des revendications précédentes pour convertir l’énergie provenant d’une source lumineuse et/ou d’une source thermique en électricité. 26. Use of a converter according to one of the preceding claims to convert energy from a light source and / or a heat source into electricity.
27. Utilisation selon la revendication 26, la source thermique étant une source de chaleur fatale telle qu'un foyer d’incinérateur, une cimenterie, un bain de fonderie... 27. Use according to claim 26, the heat source being a waste heat source such as an incinerator hearth, a cement plant, a foundry bath, etc.
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