WO2023118251A2 - Power converter device - Google Patents

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WO2023118251A2
WO2023118251A2 PCT/EP2022/087152 EP2022087152W WO2023118251A2 WO 2023118251 A2 WO2023118251 A2 WO 2023118251A2 EP 2022087152 W EP2022087152 W EP 2022087152W WO 2023118251 A2 WO2023118251 A2 WO 2023118251A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
energy
current
josephson junctions
electric current
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/087152
Other languages
French (fr)
Inventor
Nicolas Labbe
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/008Alleged electric or magnetic perpetua mobilia
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N60/00Superconducting devices
    • H10N60/99Alleged superconductivity

Definitions

  • the present invention relates to an energy converter device capable of supplying electrical energy.
  • the invention aims in particular to provide usable electrical energy, in particular for electric mobility, which requires neither having to store all or almost all of the source of useful electrical energy during the operation of the vehicle, nor having to replenish all or part of this stock, in particular by recharging.
  • the invention also aims to come as close as possible to, or even achieve, carbon neutrality, both for the transport of people or goods, and for the associated electrical energy production.
  • the subject of the invention is thus an energy converter device capable of supplying electrical energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, in particular a land, air, sea or space vehicle, this device comprising:
  • this cell additionally containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or carbide silicon, - two electrodes, for example copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure a passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the device is put into operation, converter device energy in which:
  • the Josephson junctions of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered in pulsed form having , at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
  • each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to an end of a chain of junctions Josephson connected in series, these loops being able to produce a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
  • the second semiconductor material is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which provides a excess free electrical charges adding to the electrical current flowing through the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification as it passes through the chains of series-connected Josephson junctions.
  • each chain of Josephson junctions connected in series can be likened to a succession of LC (inductance and capacitance) electrical diagrams with variable L (inductance).
  • L inductance
  • a Josephson junction is usually assimilated to a non-linear inductance, and the series connection of such junctions being considered as forming a non-linear transmission line (also called NLTL meaning in English “Non-Linear Transmission Line”) capable of parametrically amplifying the electric current passing through it.
  • non-linear transmission lines NLTL are formed at such Josephson junctions operating as traveling wave parametric current amplifiers (also called TWPA, meaning “Travelling wave parametric amplifier”).
  • TWPA traveling wave parametric current amplifier
  • A. Zorin IEEE, 2017, 16th International Superconductive Electronics Conference, ISEC.
  • energies are, in general, of non-identically zero level in the initial condition for such a system which is the seat of an amplification, interaction or parametric excitation.
  • the energies are of non-identically zero level in particular, for the energy background relating to the DCE effect, which has been demonstrated experimentally since 2011, that the latter can be achieved by parametric excitation on a background with a fluctuating level of energy, even extremely low.
  • the JJP loops are not used as these SQUIDs which serve as a measuring instrument but to generate photons as explained above, each of these photons, characterized by a naked frequency, being also carrying a quantum of energy of level equal to the product (hx nu), where h is Planck's constant, approximately equal to 6.626 x10 A -34 Joule. second.
  • the fundamental energy level of the quantum field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics is also called “quantum vacuum”. It exhibits fluctuations which can be subjected to parametric excitation, the energy density of these field fluctuations relative to the vacuum being estimated at the colossal level of 10 A 94 g/cm A 3, in comparison to the nuclear densities of the order of 10 A 14 g/cm A 3 in the relativistic framework where the equivalence between mass and energy is established, as explained in the work Geometrodynamics” by J. Wheeler (Academie Press, 1962), himself quoted in chapter “44.3 - Vacuum fluctuations: their prevalence and final dominance” in the work “Gravitation” by C. Misner and J.
  • the present invention uses an energy extraction (hx nu) relating to the photons produced by the parametric excitation of a non-identically zero energy level, the latter forming very real particles observed, and not virtual particles such as the pairs of particles and antiparticles of which it is well known that the quantum fluctuations of the vacuum give rise to them in extremely short durations (these virtual particles being non-exploitable) by virtue of the uncertainty relation dealing with time and energy.
  • hx nu energy extraction
  • the superconducting and Josephson coupling behaviors between superconducting regions are advantageously manifested for at least a predetermined temperature range which has a lower limit equal to - approximately 30° Celsius and/or an upper limit equal to approximately 100° Celsius.
  • a predetermined temperature range which has a lower limit equal to - approximately 30° Celsius and/or an upper limit equal to approximately 100° Celsius.
  • other lower and/or upper bounds can be used.
  • the invention makes it possible in particular to avoid having to resort to complex and expensive cooling systems which many superconductors need for their superconducting operation.
  • the invention thus allows electrical energy to be made available in situ, for example, allows electricity production, carbon neutral, on a vehicle.
  • the converter device is capable of supplying electrical energy in response to dynamic current stimulation, in a certain frequency range.
  • the current is delivered in pulse form, with a rising edge in absolute value that is sufficiently abrupt for its spectrum to contain sufficient components at sufficiently high frequency, for example at least 100 or 150 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell.
  • the first material made to have granular superconducting behavior at its interfaces comprises grains of graphite, preferably having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains remaining mixed with pure water after having been stirred beforehand for a predetermined period, for example of the order of 24 hours.
  • the Josephson effect at the interfaces of the first material consists in particular of a tunnel effect between two superconducting zones distant from each other by a distance in particular of the order of a nanometer or several nanometers, and superconductivity is a granular superconductivity at the interfaces of graphite grains.
  • superconductivity is a granular superconductivity at the interfaces of graphite grains.
  • the electric current which crosses the cell presents a pseudo-periodic variation, that is to say in damped harmonic oscillation.
  • these current variations have a substantially damped sinusoidal shape.
  • the outgoing electric current is in the form of pulses having a duration of between 10 and 200 microseconds, for example between 60 and 120 microseconds, being for example approximately 10, 30, 50 or 200 microseconds.
  • the outgoing electrical current pulse (ia) has a maximum intensity greater than 100 Amps, or even 1,000 Amps or even 1,500 Amps, in particular an intensity greater than 2 000 amperes, this maximum being able in particular to be between 2500 and 3000 amperes, and in which the outgoing electrical current pulse (ia) has in absolute value a rising slope greater than 100 amperes per microsecond, or even 500 or 1000 amperes per microsecond .
  • the electric current entering the cell comes from an electric source external to the cell, for example an electric storage source such as a capacitor, and the electric current leaving of the cell carries an amount of electrical energy greater than the amount of energy carried by the incoming electrical current, for a predetermined cycle.
  • an electric source external to the cell for example an electric storage source such as a capacitor
  • the electric current leaving of the cell carries an amount of electrical energy greater than the amount of energy carried by the incoming electrical current, for a predetermined cycle.
  • the electrical source external to the cell comprises a power capacitor initially charged to a voltage of between 100 Volts and 900 Volts.
  • the electrical source external to the cell comprises a controlled current source with a predetermined di/dt slope increase.
  • the power relative to the electric current simultaneously under an electric voltage, or non-zero electric potential difference at the terminals of the cell is greater than 10 or 50 kiloWatts.
  • the power relative to the electric current and to the electric charge conveyed when passing through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.
  • the device is arranged so that a single external contribution is made to the cell from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from a source of external current controlled with a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses provided by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, only to come from a source exterior.
  • an external voltage source such as a battery or a capacitor
  • the cell is connected to a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch being arranged to control a discharge of a capacitor or an increase in predetermined slope of the current in the cell, with discharge pulses of 10 to 200 microseconds each.
  • a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor
  • the device is arranged so that, when starting up this device, the capacitor is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, effected by excess current generated by the cell during each discharge, in particular to at least 100 V and at least 100 A simultaneously.
  • the capacitor is arranged, in the converter device of the invention, to serve to initiate, supply and recover electrical energy.
  • the first material is placed between the electrodes which are metallic, in particular copper, in particular copper alloy, and porous immersed in distilled water such as that mixed with the first material, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials in an incorporation into an aqueous gel.
  • the first material is incorporated into a fluid based on a highly absorbent hydrophilic polymer.
  • the first material is based on water-activated graphite, the graphite grains being as much as possible in contact with water in order to retain the properties of the granular superconductor type at its interfaces.
  • these grains come in particular from a graphite powder.
  • the graphite grains have a characteristic diameter of the order of 10 micrometers.
  • the cell has at least one dimension greater than 1 cm.
  • the cell has a thickness of at least 1 mm, in particular at least 5 mm, this thickness being in particular between 1 mm and 100 mm.
  • the volume of the first material is at least 1 cm3, in particular at least 5 cm3, for example 10 or even 100 cm3.
  • the electrodes are placed on two opposite sides of the cell so that these electrodes are separated by the thickness of the cell.
  • the second semiconductor material can be provided in the form of grains.
  • the present invention finds applications in particular in electrotechnical applications, for example as a source of electrical energy to power the electric propulsion or traction motor of a vehicle, land, air, sea or space.
  • a land vehicle it may include any number of wheels, for example two, three, four or more wheels.
  • Another subject of the invention is a method for converting energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, this method comprising the steps:
  • this cell also containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide, - ensure a passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the device is put into operation, using two electrodes, for example copper, placed in contact with the cell, process in which:
  • the Josephson junctions of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered in pulsed form having , at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
  • each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to an end of a chain of junctions Josephson connected in series, these loops being able to produce a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
  • the operation initiating the supply of excess electricity is carried out by applying to the cell an internal electric field by means of an electric voltage at its terminals via its electrodes, in particular greater than 100 Volts, in particular by the discharge of a capacitor, or by an increase in current with a predetermined slope, in particular greater than 100 amperes per microsecond.
  • the capacitor is recharged, for example using a battery or a precharging power supply, only once, at the start, its subsequent recharges being maintained, performing by excess current generated by the cell during discharges in particular at at least 100 Volts and at least 100 Amps simultaneously.
  • a predetermined external energy supply is made to the cell from a controlled current source with a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations by going back to the initial excitation, only to come from an external source.
  • the first material is made in the manner described below.
  • Ultra pure graphite powder is mixed in distilled water and this mixture is continuously stirred or stirred at room temperature.
  • the graphite grains swim on the surface of the water due to their highly hydrophobic property.
  • the graphite powder forms a suspension within the water, which is quite homogeneous approximately one hour later.
  • the powder obtained is recovered by filtration with a clean non-metallic filter and drying is carried out at 100° C. for approximately 8 to 12 hours.
  • FIG.1 is a simplified electrical diagram of a converter device according to an example of the invention
  • FIG.2 represents, schematically and partially, a cell of the device of the converter according to figure 1
  • FIG.3 represents, schematically and partially, chains of Josephson junctions appearing in the first material of the device of the converter according to figure 1,
  • FIG.6 is a diagram illustrating the sequence of phenomena at work in the converter device in figure 1 .
  • FIG. 1 An energy converter device 1 capable of supplying electrical energy and arranged to be embarked on a land, air, sea or space vehicle, for example an electric car.
  • this device 1 comprises:
  • a cell 2 comprising a first material 3 made to have granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions 8 at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions manifesting itself for at least a predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material 4 mixed with the first material, in particular this second semiconductor material 4 being grains of silicon or silicon carbide ,
  • the Josephson junctions 8 of the first material 3 form chains of series-connected Josephson junctions 7 such that the electric current is subject to parametric amplification when passing through these chains of series-connected Josephson junctions, this current being delivered in the form pulse having, at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell.
  • One of these chains 7 is illustrated in the form of an electrical diagram in Figure 3.
  • Pairs of Josephson junctions are formed, each pair being formed of two Josephson junctions 8 connected in parallel forming a loop 9 called J JP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to a termination of a chain 7 of Josephson junctions connected in series operating in NLTL, these loops 9 being capable of producing parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitements.
  • the second semiconductor material 4 here formed of grains of silicon or silicon carbide, is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which brings an excess of free electric charges adding to the electric current which crosses the cell 2, this additional current being in its turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.
  • the first material 3 is manufactured in the manner described below. Ultra pure graphite powder is mixed in distilled water and this mixture is continuously stirred or stirred at room temperature. At the beginning of the preparation, the graphite grains swim on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After approximately one hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension within the water, which is quite homogeneous approximately one hour later. After a new agitation or a new stirring for approximately 22 hours, the powder obtained is recovered by filtration with a clean non-metallic filter and drying is carried out at 100° C. for approximately 8 to 12 hours.
  • each chain 7 of Josephson junctions 8 connected in series can be likened to a succession of LC (inductance and capacitance) electrical diagrams with variable L (inductance), as shown in Figure 3.
  • the superconducting behavior advantageously manifests itself for at least a predetermined temperature range which has a lower limit equal to approximately -30° Celsius and an upper limit equal to approximately 100° Celsius.
  • the device according to the invention is capable of operating at ambient temperature, for example at 20°.
  • the invention makes it possible in particular to avoid having to resort to complex and expensive cooling systems which many superconductors need for their superconducting operation.
  • the first material 3 with granular superconducting behavior at its interfaces comprises graphite grains having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains being mixed with pure water.
  • the Josephson effect at the interfaces of the first material 3 consists in particular of a tunnel effect between two superconducting zones distant from each other by a distance in particular of the order of a nanometer or several nanometers.
  • Cell 2 is connected to a switch 10, here a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch 10 being arranged to control the discharge of a capacitor 11 in cell 2 with pulses discharge from 10 to 200 microseconds each.
  • a switch 10 here a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch 10 being arranged to control the discharge of a capacitor 11 in cell 2 with pulses discharge from 10 to 200 microseconds each.
  • An inductor 17 represents the fact that the entire current making circuit is in a closed loop, therefore characterized by an inductance, even low, as here, not exceeding a few microhenry.
  • a resistor 18 represents the fact that a conductive loop traversed by a current is characterized by a resistance, even low, as here, of the order of a few milli-Ohms.
  • a capacitor 11 is useful in that it makes it possible to carry out a capacitive discharge, following an initial charge of the latter.
  • the device 1 is arranged so that a single external supply is made to the cell from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from an external current source controlled at a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations going back to the initial excitation, the only one coming from an external source.
  • an external voltage source such as a battery or a capacitor
  • the device 1 is arranged so that, when starting up this device, the capacitor 11 is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, taking place by excess current generated by the cell during each discharge, in particular to at least 100 V and at least 100 A simultaneously.
  • the capacitor 11 is arranged, in the converter device 1 of the invention, to serve to initiate, supply and recover electrical energy.
  • the first material 3 is placed between the electrodes 5 which are metallic, in particular copper, and porous immersed in distilled water like that mixed with the first material 3, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials 3 and 4 in an incorporation into an aqueous gel.
  • the disc-shaped electrodes 5 each cover one face 14 of this cell 2.
  • the first material 3 is based on water-activated graphite, the graphite grains being in contact with water as much as possible in order to retain the properties of the granular superconductor type at its interfaces.
  • These grains come in particular from a graphite powder.
  • Graphite grains have a characteristic diameter of around 10 micrometers.
  • Cell 2 has at least one dimension greater than 1 cm.
  • cell 2 has a thickness of at least 1 mm, in particular at least 5 mm, this thickness being in particular between 1 mm and 100 mm.
  • the volume of the first material is at least 1 cm3, in particular at least 5 cm3, for example 10 or even 100 cm3.
  • the electrodes 5 are placed on two opposite faces 14 of the cell so that these electrodes are separated by the thickness of the cell, as shown in Figure 2.
  • the second semiconductor material for example silicon or silicon carbide, can be provided in the form of grains.
  • Figure 4 illustrates, by curve 25, the variation of the electric current ia which crosses the active cell during a pulse regime.
  • the current curve ia has a substantially damped sinusoidal shape.
  • Each current pulse lasts, in the example described, 50 microseconds.
  • the pulsed current regime is the result of a capacitive discharge through the active cell 2, such that it becomes accounted for more electrical charge carried Q at the end of the pulse process of 50 microseconds, than electrical charge stored in capacitor 11 prior to discharge, this capacitor 11 being well insulated after having been charged by an external power supply 19 by actuating switch 10 which is for example a thyristor.
  • the power relative to the electric current simultaneously under an electric voltage, or non-zero electric potential difference at the terminals of the cell (2) is greater than 10 or 50 kiloWatts.
  • the power relative to the electric current and to the electric charge conveyed when passing through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.
  • this power is evaluated via the energy, the latter being calculated via that of the charge Q, itself being calculated by measuring the area bounded by the curve of current measured as a function of time.
  • curve 26 has been added in FIG. 4 which shows the current obtained by the circuit of FIG. 1, from which cell 2 is removed. [93] Thus curve 26 corresponds to a classic RLC circuit in which the capacitance is discharged into the inductance L and the resistance R.
  • Cell 2 added in series presents an additional static resistance level, the latter being of the same order as the resistance level of circuit 1 without cell 2, that is to say between 10 and 15 milliOhms.
  • the effect of the presence or absence of cell 2 in circuit 1 cannot in any way be confused with a measurement uncertainty on the resistance of the circuit since this amounts to varying from simple to double in static resistance.
  • the y-axis on the right represents the energy in Joules linked to the electrical charges in play (while the y-axis on the left represents, as in figure 4, the intensity of the current in Amps).
  • NLTL non-linear transmission lines
  • TWPA parametric current amplifiers with traveling wave
  • All of the terminal NLTL, TWPA, and JJP string pieces are excited by the application of an electrical pulse in hundreds of Volts or Amps per microprobe, with a front sufficiently abrupt for the frequency content of the pulse includes harmonics up to high levels, which make them suitable for exciting series-connected Josephson Junction chains and JJP loops at frequencies related to their parametric amplification.
  • a positive feedback loop is set up and activated, with:
  • step 100 of FIG. 6 which can be carried out in particular by discharging a capacitor, - a parametric amplification of current through the multiple chains of Josephson junctions arranged in NLTL lines (step 101 of FIG. 6) with TWPA effect if the initial current supply has been made with a sufficient increase in time,
  • step 102 a generation of photons at the JJP loop terminations of the Josephson junction chains (step 102) which results from step (101),
  • step 103 which gives rise to an extraction of free electrons (step 103) delivered in a current of additional intensity (step 104) established under the potential difference previously existing between the two electrodes,
  • step 101 to achieve device operation which is self-powered for a period of a few tens of microseconds, that is to say with continuous amplification during this period, until until its limit corresponding to the cancellation of the increase in current is reached, that is to say the reaching of the peak current level.
  • the present invention serves as a source of electrical energy to power the electric propulsion or traction motor of a land, air, sea or space vehicle.
  • the energy produced by means of the energy converter device comes from a significant flux of photons, which are very real, created by the parametric excitation of vacuum fluctuations in the sense of quantum electrodynamics, as confirmed by the article
  • the energy converter device according to the invention should not be considered in isolation from the surrounding vacuum in the quantum electrodynamic sense, being well known that even at the atomic level, the inter-constituent distances are such that there is proportionally much more vacuum than matter.

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Description

Dispositif convertisseur d’énergie Energy converter device
[1] La présente invention concerne un dispositif convertisseur d’énergie apte à fournir de l’énergie électrique. [1] The present invention relates to an energy converter device capable of supplying electrical energy.
[2] Actuellement, pour faire fonctionner le moteur électrique d’un véhicule à propulsion électrique, la source d’énergie doit être stockée dans des batteries d’accumulateurs électrochimiques ou plus généralement des réservoirs, à embarquer dans ledit véhicule. [2] Currently, to operate the electric motor of an electric-powered vehicle, the energy source must be stored in electrochemical storage batteries or more generally tanks, to be carried in said vehicle.
[3] Ces dispositifs de stockage sont coûteux et encombrants. [3] These storage devices are expensive and bulky.
[4] L’invention vise notamment à mettre à disposition une énergie électrique utilisable, notamment pour la mobilité électrique, qui ne nécessite ni d’avoir à stocker toute ou quasiment toute la source d’énergie électrique utile lors du fonctionnement du véhicule, ni d’avoir à reconstituer tout ou partie de ce stock, notamment par recharge. [4] The invention aims in particular to provide usable electrical energy, in particular for electric mobility, which requires neither having to store all or almost all of the source of useful electrical energy during the operation of the vehicle, nor having to replenish all or part of this stock, in particular by recharging.
[5] L’invention vise également à approcher le plus, voire atteindre, la neutralité carbone, à la fois pour le transport de personnes ou de marchandises, et pour la production d’énergie électrique associée. [5] The invention also aims to come as close as possible to, or even achieve, carbon neutrality, both for the transport of people or goods, and for the associated electrical energy production.
[6] L’invention a ainsi pour objet un dispositif convertisseur d’énergie apte à fournir de l’énergie électrique, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, notamment un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, ce dispositif comportant : [6] The subject of the invention is thus an energy converter device capable of supplying electrical energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, in particular a land, air, sea or space vehicle, this device comprising:
- une cellule comportant un premier matériau fait de grains de graphite, rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium, - deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact électrique avec la cellule, de manière à assurer un passage de courant électrique à travers la cellule, notamment à travers toute la cellule, lorsque le dispositif est mis en fonctionnement, dispositif convertisseur d’énergie dans lequel : - a cell comprising a first material made of graphite grains, rendered to granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions being manifested for at least one predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell additionally containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or carbide silicon, - two electrodes, for example copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure a passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the device is put into operation, converter device energy in which:
- les jonctions Josephson du premier matériau forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule,- the Josephson junctions of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered in pulsed form having , at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
- des paires de jonctions Josephson, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson connectées en parallèle formant une boucle appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne de jonctions Josephson connectées en série, ces boucles étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations, - pairs of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to an end of a chain of junctions Josephson connected in series, these loops being able to produce a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
- le deuxième matériau semiconducteur est capable de convertir, par effet photoélectrique interne, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série. - the second semiconductor material is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which provides a excess free electrical charges adding to the electrical current flowing through the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification as it passes through the chains of series-connected Josephson junctions.
[7] D’un point de vue électrique, chaque chaîne de jonctions Josephson connectées en série, présentes de fait dans le matériau granulaire, peut être assimilée à une succession de schémas électriques LC (inductance et capacitance) avec L (inductance) variable. [8] Une jonction Josephson est habituellement assimilée à une inductance non- linéaire, et la connexion en série de telles jonctions étant considérée comme formant une ligne de transmission non-linéaire (encore appelée NLTL désignant en anglais « Non-Linear Transmission Line ») apte à amplifier de manière paramétrique le courant électrique qui la traverse. Ainsi, le long de trajets entre les électrodes, se forment des lignes de transmission non-linéaires NLTL à telles jonctions Josephson fonctionnant en amplificateurs paramétriques de courant à onde progressive (encore appelés TWPA désignant en anglais « Traveling wave parametric amplifier »). On peut se référer, à ce sujet, à l’article « Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial » par A. Zorin (IEEE, 2017, 16th International Superconductive Electronics Conference, ISEC). [7] From an electrical point of view, each chain of Josephson junctions connected in series, actually present in the granular material, can be likened to a succession of LC (inductance and capacitance) electrical diagrams with variable L (inductance). [8] A Josephson junction is usually assimilated to a non-linear inductance, and the series connection of such junctions being considered as forming a non-linear transmission line (also called NLTL meaning in English “Non-Linear Transmission Line”) capable of parametrically amplifying the electric current passing through it. Thus, along the paths between the electrodes, non-linear transmission lines NLTL are formed at such Josephson junctions operating as traveling wave parametric current amplifiers (also called TWPA, meaning “Travelling wave parametric amplifier”). On this subject, reference can be made to the article “Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial” by A. Zorin (IEEE, 2017, 16th International Superconductive Electronics Conference, ISEC).
[9] Comme on peut s’en apercevoir en se référant à l’article « Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage » par J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015), où en amplification de tension électrique, cette fois avec capacitances non-linéaires, il peut être obtenu avec 24 motifs périodiques en série une amplification d’un facteur 10 environ, de 7 à 75 kV, il est remarquable qu’une amplification de 22 décibels en courant a été ainsi mesurée par A. Zorin avec 300 motifs périodiques LC en série avec inductances non-linéaires représentant habituellement des jonctions Josephson. [9] As can be seen by referring to the article “Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage” by J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015), where in voltage amplification electric, this time with non-linear capacitances, it can be obtained with 24 periodic patterns in series an amplification of a factor of approximately 10, from 7 to 75 kV, it is remarkable that an amplification of 22 decibels in current was thus measured by A. Zorin with 300 periodic LC patterns in series with non-linear inductors usually representing Josephson junctions.
[10] Pour chaque paire de jonctions Josephson qui se trouvent être connectées électriquement en parallèle plutôt qu’en série dans le matériau constitué, il est formé un agencement en SQUID, désignant en anglais un « Superconducting Device Quantum Interference Device». [10] For each pair of Josephson junctions that happen to be electrically connected in parallel rather than in series in the material formed, a SQUID arrangement is formed, designating in English a “Superconducting Device Quantum Interference Device”.
[11] Alors que ces agencements de jonctions Josephson (c’est-à-dire à effet tunnel entre régions supraconductrices), en boucles dites « SQUID » sont le plus souvent considérés comme des instruments de mesure -- notamment des interféromètres -- extrêmement sensibles pour le champ magnétique, on s’intéresse ici à une tout autre de leurs propriétés dynamiques remarquables, qui est de générer des photons par extraction depuis le niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, ce dernier étant en moyenne de niveau nul comme pour le vide au sens de la physique classique, mais présentant des fluctuations de caractère exclusivement quantique, dont il est alors possible d’obtenir un effet à partir d’une excitation paramétrique, en l’occurrence à partir d’un dispositif de type SQUID fonctionnant en régime micro-ondes en terminaison de ligne de transmission. Il s’agit de l’effet Casimir dynamique (ou effet DCE), comme cela est expliqué en référence soit à l’article « Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit » par C. Wilson et P. Delsing (Nature, 2011 ), soit à l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lâhteenmâki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), soit à l’article « Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits » par P. Nation et F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modem Physics, 2012). Il est important de noter que ces trois articles font état de résultats expérimentaux en validation de théories émises plusieurs décennies auparavant, et que dans ce cadre le mode opératoire par boucle de jonctions Josephson en terminaison de ligne pour générer des photons est évalué plus efficace de plusieurs ordres de grandeur, comparativement à la disposition initiale de principe à miroir mobile, pour l’effet DCE dont il est question. Il s'agit, dans ces publications, d'un mécanisme d'excitation paramétrique qui aboutit à un résultat expérimental de création d'un flux de photons réels à partir du vide. On peut encore citer la publication "Parametric resonance", in "Course of theoretical physics" par Lev Landau, Acad. Sc. URSS, pp. 80-81 (tome 1 parmi 10, Elsevier, 3ème édition, 1976). Cette dernière publication se réfère à un système dans lequel, à l'équilibre, à x = 0 (x étant par exemple une position), le système est en équilibre instable, et tout écart même très faible suffit à une croissance rapide de x et dx/dt (voir notamment la solution avec termes en exp(+t/T), et pas seulement en exp(-t/T)). Ce système est non-fermé, pour lequel l'action extérieure revient à une variation temporelle d'au moins un ou de ses paramètres x. Ainsi, dans ce cadre très général, les positions x sont par nature généralisables en d'autres variables d'état comme par exemple le flux magnétique et la charge électrique (dont on peut définir des expressions d'énergies faisant intervenir x ou x2). Ces énergies sont, de manière générale, de niveau non-identiquement nul en condition initiale pour un tel système qui est le siège d'une amplification, interaction ou excitation paramétrique. Les énergies sont de niveau non-identiquement nul en particulier, pour le fond énergétique relatif à l'effet DCE dont il est démontré expérimentalement depuis 2011 , que ce dernier peut être réalisé par excitation paramétrique sur un fond de niveau fluctuant d'énergie, même extrêmement faible. [11] While these arrangements of Josephson junctions (i.e. tunneling between superconducting regions), in so-called "SQUID" loops, are most often considered as measuring instruments -- in particular interferometers -- extremely sensitive to the magnetic field, we are interested here in quite another of their remarkable dynamic properties, which is to generate photons by extraction from the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, the latter being on average of zero level as for the vacuum in the sense of classical physics, but presenting fluctuations of character exclusively quantum, from which it is then possible to obtain an effect from a parametric excitation, in this case from a SQUID type device operating in microwave mode at the end of a transmission line. This is the dynamic Casimir effect (or DCE effect), as explained with reference either to the article “Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit” by C. Wilson and P. Delsing (Nature, 2011), either in the article “Dynamic Casimir Effect in a Josephson metamaterial” by P. Lâhteenmâki and P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), or in the article “Stimulating uncertainty : Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits” by P. Nation and F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modem Physics, 2012). It is important to note that these three articles report experimental results in validation of theories put forward several decades earlier, and that in this context the operating mode by loop of Josephson junctions at the end of the line to generate photons is evaluated as more efficient by several orders of magnitude, compared to the initial provision of principle with moving mirror, for the DCE effect in question. It is, in these publications, a mechanism of parametric excitation which leads to an experimental result of creation of a flow of real photons starting from the vacuum. We can also cite the publication "Parametric resonance", in "Course of theoretical physics" by Lev Landau, Acad. Sc. USSR, pp. 80-81 (volume 1 among 10, Elsevier, 3rd edition, 1976). This last publication refers to a system in which, at equilibrium, at x = 0 (x being for example a position), the system is in unstable equilibrium, and any deviation, even very small, is sufficient for a rapid growth of x and dx/dt (see in particular the solution with terms in exp(+t/T), and not only in exp(-t/T)). This system is non-closed, for which the external action amounts to a temporal variation of at least one or of its parameters x. Thus, in this very general framework, the positions x are by nature generalizable in other state variables such as for example the magnetic flux and the electric charge (of which one can define expressions of energies involving x or x 2 ) . These energies are, in general, of non-identically zero level in the initial condition for such a system which is the seat of an amplification, interaction or parametric excitation. The energies are of non-identically zero level in particular, for the energy background relating to the DCE effect, which has been demonstrated experimentally since 2011, that the latter can be achieved by parametric excitation on a background with a fluctuating level of energy, even extremely low.
[12] En conclusion, dans la présente invention, les boucles JJP ne sont pas utilisées comme ces SQUID qui servent d’instrument de mesure mais pour générer des photons comme expliqué plus haut, chacun de ces photons, caractérisé par une fréquence nu, étant aussi porteur d’un quantum d’énergie de niveau égal au produit (h x nu), où h est la constante de Planck, environ égale à 6,626 x10A-34 Joule. seconde. [12] In conclusion, in the present invention, the JJP loops are not used as these SQUIDs which serve as a measuring instrument but to generate photons as explained above, each of these photons, characterized by a naked frequency, being also carrying a quantum of energy of level equal to the product (hx nu), where h is Planck's constant, approximately equal to 6.626 x10 A -34 Joule. second.
[13] Le niveau énergétique fondamental du champ quantique correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique est également appelé « vide quantique ». Il présente des fluctuations qui peuvent faire l’objet d’une excitation paramétrique, la densité d’énergie de ces fluctuations de champ relatif au vide étant estimée au niveau colossal de 10A94 g/cmA3, en comparaison aux densités nucléaires de l’ordre de 10A14 g/cmA3 dans le cadre relativiste où est établie l’équivalence entre masse et énergie, comme expliqué dans l’ouvrage Geometrodynamics » par J. Wheeler (Academie Press, 1962), lui-même cité au chapitre « 44.3 - Vacuum fluctuations: their prevalence and final dominance » dans l’ouvrage « Gravitation » par C. Misner et J. Wheeler (Princeton University Press, 1973). Il convient d’insister sur le fait que la présente invention fait appel à une extraction d'énergie (h x nu) relative aux photons produits par l'excitation paramétrique d'un niveau énergétique non-identiquement nul, ces derniers formant des particules bien réelles observées, et non des particules virtuelles comme les paires de particules et antiparticules dont il est bien connu que les fluctuations quantiques du vide leur donnent naissance en des durées extrêmement brèves (ces particules virtuelles étant non-exploitables) en vertu de la relation d'incertitude portant sur le temps et l'énergie. A titre d’exemple, les notions de fluctuations du vide, ou d'énergie de point zéro, de niveau non- identiquement nul, sont développées dans deux ouvrages, à savoir "Processus d'interaction entre photons et atomes" par Claude Cohen-Tannoudji, pp. 109, 111 , 157, 251 , 302, 304, 307, 381 , 521 et 549, parmi 628 pages (EDP Sciences, CNRS, 1988, qui est la suite de "Photons et atomes : Introduction à l'électrodynamique quantique", par les mêmes auteur et éditeur, 1987) et "Physique quantique, Tome II" par Michel Le Bellac, pp. 716 et 758, parmi 1002 (EDP Sciences, CNRS, 2013). Les fluctuations du vide en ce sens qu'elles donnent naissance à des paires particule-antiparticule virtuelles sont décrites dans l’ouvrage "Quantum field theory in a nutshell" par Anthony Zee, pp. 59-60, parmi 576 (Princeton University Press, 2010). Quant à la relation d'incertitude temps-énergie, on peut se référer notamment à l’ouvrage "Mécanique quantique", par Jean-Louis Basdevant et Jean Dalibard, pp. 367-368, parmi 520 pages (Editions de l'Ecole Polytechnique, 2004). [13] The fundamental energy level of the quantum field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics is also called “quantum vacuum”. It exhibits fluctuations which can be subjected to parametric excitation, the energy density of these field fluctuations relative to the vacuum being estimated at the colossal level of 10 A 94 g/cm A 3, in comparison to the nuclear densities of the order of 10 A 14 g/cm A 3 in the relativistic framework where the equivalence between mass and energy is established, as explained in the work Geometrodynamics” by J. Wheeler (Academie Press, 1962), himself quoted in chapter “44.3 - Vacuum fluctuations: their prevalence and final dominance” in the work “Gravitation” by C. Misner and J. Wheeler (Princeton University Press, 1973). It should be emphasized that the present invention uses an energy extraction (hx nu) relating to the photons produced by the parametric excitation of a non-identically zero energy level, the latter forming very real particles observed, and not virtual particles such as the pairs of particles and antiparticles of which it is well known that the quantum fluctuations of the vacuum give rise to them in extremely short durations (these virtual particles being non-exploitable) by virtue of the uncertainty relation dealing with time and energy. For example, the concepts of vacuum fluctuations, or zero point energy, of non-identically zero level, are developed in two works, namely "Interaction process between photons and atoms" by Claude Cohen- Tannoudji, pp. 109, 111, 157, 251, 302, 304, 307, 381, 521 and 549, among 628 pages (EDP Sciences, CNRS, 1988, which is the continuation of "Photons and atoms: Introduction to quantum electrodynamics", by the same author and editor, 1987) and "Physique quantique, Tome II" by Michel Le Bellac, pp. 716 and 758, among 1002 (EDP Sciences, CNRS, 2013). Vacuum fluctuations in that they give rise to virtual particle-antiparticle pairs are described in the book "Quantum field theory in a nutshell" by Anthony Zee, pp. 59-60, among 576 (Princeton University Press, 2010). the relationship of time-energy uncertainty, one can refer in particular to the work "Mécanique quantique", by Jean-Louis Basdevant and Jean Dalibard, pp. 367-368, among 520 pages (Editions de l'Ecole Polytechnique, 2004 ).
[14] Concernant le premier matériau qui a subi un traitement (matériau non à l’état naturel), les comportements supraconducteur et de couplage Josephson entre régions supraconductrices se manifestent avantageusement pour au moins une plage de température prédéterminée qui présente une borne inférieure égale à - 30° Celsius environ et/ou une borne supérieure égale à 100° Celsius environ. Bien entendu, d’autres bornes inférieures et/ou supérieures peuvent être utilisées. [14] Concerning the first material which has undergone a treatment (material not in its natural state), the superconducting and Josephson coupling behaviors between superconducting regions are advantageously manifested for at least a predetermined temperature range which has a lower limit equal to - approximately 30° Celsius and/or an upper limit equal to approximately 100° Celsius. Of course, other lower and/or upper bounds can be used.
[15] Ainsi les comportements supraconducteur et de couplage Josephson entre régions supraconductrices se manifestent dans des conditions facilement maîtrisables, notamment pouvant se manifester à température ambiante. [15] Thus superconducting behavior and Josephson coupling between superconducting regions occur under easily controllable conditions, in particular being able to occur at room temperature.
[16] L’ invention permet notamment d’éviter d’avoir recours à des systèmes de refroidissement complexes et onéreux dont beaucoup de supraconducteurs ont besoin pour leur fonctionnement supraconducteur. [16] The invention makes it possible in particular to avoid having to resort to complex and expensive cooling systems which many superconductors need for their superconducting operation.
[17] L’ invention permet ainsi une mise à disposition d’énergie électrique in situ, par exemple permet une production électrique, à neutralité carbone, sur un véhicule. [17] The invention thus allows electrical energy to be made available in situ, for example, allows electricity production, carbon neutral, on a vehicle.
[18] Selon l’invention, le dispositif convertisseur est apte à fournir de l’énergie électrique en réponse à une stimulation dynamique en courant, dans une certaine plage de fréquence. Le courant est délivré sous forme impulsionnelle, de front montant en valeur absolue suffisamment abrupte pour que son spectre contienne suffisamment de composantes à suffisamment haute fréquence, par exemple au moins 100 ou 150 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule. [18] According to the invention, the converter device is capable of supplying electrical energy in response to dynamic current stimulation, in a certain frequency range. The current is delivered in pulse form, with a rising edge in absolute value that is sufficiently abrupt for its spectrum to contain sufficient components at sufficiently high frequency, for example at least 100 or 150 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell.
[19] Selon l’un des aspects de l’invention, le premier matériau rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces comprend des grains de graphite, de préférence ayant une taille caractéristique de 10 microns, ces grains de graphite restant mélangés avec de l’eau pure après avoir été préalablement brassés pendant une durée prédéterminée, par exemple de l’ordre de 24 heures. [19] According to one of the aspects of the invention, the first material made to have granular superconducting behavior at its interfaces comprises grains of graphite, preferably having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains remaining mixed with pure water after having been stirred beforehand for a predetermined period, for example of the order of 24 hours.
[20] Ces propriétés supraconductrices granulaires et surtout la présence de couplages Josephson à ces interfaces granulaires pour le graphite est décrit dans l’article « Evidence of Josephson-coupled superconducting regions at the interfaces of highly oriented pyrolytic graphite » par A. Ballestar et P. Esquinazi (New Journal of Physics, 2013). [20] These granular superconducting properties and especially the presence of Josephson couplings at these granular interfaces for graphite is described in the article "Evidence of Josephson-coupled superconducting regions at the interfaces of highly oriented pyrolytic graphite" by A. Ballestar and P Esquinazi (New Journal of Physics, 2013).
[21] L’ effet Josephson aux interfaces du premier matériau consiste notamment en un effet tunnel entre deux zones supraconductrices distantes l’une de l’autre d’une distance notamment de l’ordre du nanomètre ou plusieurs nanomètres, et la supraconductivité est une supraconductivité granulaire aux interfaces des grains de graphite. Compte tenu des tailles des jonctions Josephson et boucles JJP en présence, dans un volume cylindrique défini par un diamètre de l’ordre de plusieurs centimètres et une épaisseur de l’ordre de plusieurs millimètres, ces jonctions et boucles sont facilement présentes à des millions d’exemplaires. Cette évaluation est à rapporter à une amplification connue « x10 en tension » avec 24 motifs en série à capacitance non-linéaire (voir l’article « Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage » par J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015)), et « +22 dB en courant » avec 300 motifs en série à inductance non-linéaire (voir l’article [21] The Josephson effect at the interfaces of the first material consists in particular of a tunnel effect between two superconducting zones distant from each other by a distance in particular of the order of a nanometer or several nanometers, and superconductivity is a granular superconductivity at the interfaces of graphite grains. Given the sizes of the Josephson junctions and JJP loops present, in a cylindrical volume defined by a diameter of the order of several centimeters and a thickness of the order of several millimeters, these junctions and loops are easily present at millions of copies. This evaluation is to be related to a known "x10 in voltage" amplification with 24 series patterns with nonlinear capacitance (see the article "Soliton production with nonlinear homogeneous lines, with ability to amplify voltage" by J. Elizondo (IEEE Transactions on Plasma Science, 2015)), and "+22 dB in current" with 300 series patterns with non-linear inductance (see the article
« Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial » par A. Zorin (IEEE, 2017)). Les processus non- linéaires d’amplification paramétrique ayant précisément pour caractéristique de présenter un effet de cumul multiplicatif plutôt qu’additif, donc d’amplitude à croissance exponentielle, on peut s’attendre raisonnablement dans le cadre de l’invention, à un effet significatif en courant et charge électrique du fait qu’on procède par millions de motifs élémentaires enchaînés à inductance non-linéaire, alors que chaque effet individuel est seulement quasi infinitésimal. L’effet en seule amplification paramétrique de courant sur plusieurs ordres de grandeur pour un seul motif LC élémentaire avec inductance non-linéaire, à l’échelle d’un circuit électrique macroscopique, étant décrit notamment par la société déposante dans le brevet FR3077439B1 , "Dispositif de transmission de puissance sans contact par couplage inductif à résonance pour recharger un véhicule automobile". Le déposant démontre ainsi qu’il est possible d’avoir ici accès à des puissances électriques de l’ordre du kiloWatt à partir de mécanismes élémentaires de l’ordre du nanoWatt : cela, d’une part, en raison de la rétroaction positive mise en place, donc à auto-alimentation, où la conversion d’énergie de photons (issus d’une excitation paramétrique) en courant électrique supplémentaire donne lieu à une amplification paramétrique de ce courant elle- même en supplément ; et d’autre part, en raison des possibilités colossales prouvées expérimentalement depuis plusieurs années, en gain d’amplification lorsque sont mis en œuvre ces mêmes procédés paramétriques en électrodynamique non-linéaire ou optique quantique, comme exposé par exemple par N. Forget dans son mémoire de thèse de doctorat « Des amplificateurs laser aux amplificateurs paramétriques : études de l'amplification paramétrique optique (...) » (Ecole Polytechnique, 2005), ou par G. Mourou dans l’article « Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications » (Optics Communications, Volume 285, Issue 5, pp. 720-724, 2012). Un ZettaWatt valant 10A21 Watt ou un milliard de milliards de kiloWatts. “Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial” by A. Zorin (IEEE, 2017)). The non-linear processes of parametric amplification having precisely the characteristic of presenting a multiplicative rather than additive cumulation effect, therefore of exponentially growing amplitude, one can reasonably expect within the framework of the invention, an effect significant in terms of current and electric charge due to the fact that one proceeds by millions of elementary patterns linked to non-linear inductance, whereas each individual effect is only quasi infinitesimal. The effect in single parametric current amplification over several orders of magnitude for a single elementary LC pattern with non-linear inductance, at the scale of a macroscopic electrical circuit, being described in particular by the company applicant in the patent FR3077439B1, "Device for the transmission of power without contact by resonant inductive coupling for recharging a motor vehicle". The applicant thus demonstrates that it is possible here to have access to electrical powers of the order of a kiloWatt from elementary mechanisms of the order of a nanoWatt: this, on the one hand, because of the positive feedback in place, therefore self-powered, where the conversion of photon energy (resulting from a parametric excitation) into additional electric current gives rise to a parametric amplification of this current itself in addition; and on the other hand, because of the colossal possibilities proven experimentally for several years, in gain of amplification when these same parametric processes are implemented in non-linear electrodynamics or quantum optics, as exposed for example by N. Forget in his doctoral dissertation "From laser amplifiers to parametric amplifiers: studies of optical parametric amplification (...)" (Ecole Polytechnique, 2005), or by G. Mourou in the article "Exawatt-Zettawatt pulse generation and applications (Optics Communications, Volume 285, Issue 5, pp. 720-724, 2012). A ZettaWatt is worth 10 A 21 Watt or a billion billion kiloWatts.
[22] Selon l’un des aspects de l’invention, l’excédent de charges électriques apporté par le dispositif permet que la quantité d’énergie électrique récupérée en sortie de ce dispositif soit plus grande que la quantité d’énergie entrant par les électrodes, sur un cycle de fonctionnement prédéterminé, cela en raison de l’expression de l’énergie électrique E en question, proportionnelle à Q2 si elle est rapportée à une capacitance de valeur C, Q étant la charge électrique véhiculée, égale à l’intégrale temporelle du courant i(t) variable dans le temps (on a E = 1/2.Q2/C, avec Q = S(i(t).dt) , S étant le symbole de l’intégrale). [22] According to one of the aspects of the invention, the excess electrical charge provided by the device allows the quantity of electrical energy recovered at the output of this device to be greater than the quantity of energy entering through the electrodes, over a predetermined operating cycle, this because of the expression of the electrical energy E in question, proportional to Q 2 if it is related to a capacitance of value C, Q being the electrical charge conveyed, equal to l time integral of the current i(t) variable over time (we have E = 1/2.Q 2 /C, with Q = S(i(t).dt), S being the symbol of the integral).
[23] Selon l’un des aspects de l’invention, le courant électrique qui traverse la cellule présente une variation pseudo-périodique, c'est-à-dire en oscillation harmonique amortie. [23] According to one of the aspects of the invention, the electric current which crosses the cell presents a pseudo-periodic variation, that is to say in damped harmonic oscillation.
[24] Selon l’un des aspects de l’invention, ces variations du courant présentent une forme sensiblement sinusoïdale amortie. [25] Selon l’un des aspects de l’invention, le courant électrique sortant se présente sous la forme d’impulsions ayant une durée comprise entre 10 et 200 microsecondes, par exemple entre 60 et 120 microsecondes, étant par exemple d’environ 10, 30, 50 ou 200 microsecondes. [24] According to one aspect of the invention, these current variations have a substantially damped sinusoidal shape. [25] According to one of the aspects of the invention, the outgoing electric current is in the form of pulses having a duration of between 10 and 200 microseconds, for example between 60 and 120 microseconds, being for example approximately 10, 30, 50 or 200 microseconds.
[26] Selon l’un des aspects de l’invention, l’impulsion de courant électrique (ia) sortant présente un maximum d’intensité supérieure à 100 Ampères, voire 1 000 Ampères voire 1 500 ampères, notamment une intensité supérieure à 2 000 ampères, ce maximum pouvant notamment être compris entre 2 500 et 3000 ampères, et dans lequel l’impulsion de courant électrique (ia) sortant présente en valeur absolue une pente montante supérieure à 100 ampères par microseconde, voire 500 ou 1000 ampères par microseconde. [26] According to one of the aspects of the invention, the outgoing electrical current pulse (ia) has a maximum intensity greater than 100 Amps, or even 1,000 Amps or even 1,500 Amps, in particular an intensity greater than 2 000 amperes, this maximum being able in particular to be between 2500 and 3000 amperes, and in which the outgoing electrical current pulse (ia) has in absolute value a rising slope greater than 100 amperes per microsecond, or even 500 or 1000 amperes per microsecond .
[27] Selon l’un des aspects de l’invention, le courant électrique entrant dans la cellule provient d’une source électrique externe à la cellule, par exemple une source de stockage électrique telle qu’un condensateur, et le courant électrique sortant de la cellule transporte une quantité d’énergie électrique plus grande que la quantité d’énergie transportée par le courant électrique entrant, pour un cycle prédéterminé. [27] According to one of the aspects of the invention, the electric current entering the cell comes from an electric source external to the cell, for example an electric storage source such as a capacitor, and the electric current leaving of the cell carries an amount of electrical energy greater than the amount of energy carried by the incoming electrical current, for a predetermined cycle.
[28] Selon l’un des aspects de l’invention, la source électrique externe à la cellule comprend un condensateur de puissance initialement chargé à une tension comprise entre 100 Volts et 900 Volts. Selon un autre aspect de l’invention, la source électrique externe à la cellule comprend une source de courant pilotée à accroissement de pente di/dt prédéterminé. [28] According to one of the aspects of the invention, the electrical source external to the cell comprises a power capacitor initially charged to a voltage of between 100 Volts and 900 Volts. According to another aspect of the invention, the electrical source external to the cell comprises a controlled current source with a predetermined di/dt slope increase.
[29] Selon l’un des aspects de l’invention, la puissance relative au courant électrique simultanément sous une tension électrique, ou différence de potentiel électrique non-nulle aux bornes de la cellule est supérieure à 10 ou 50 kiloWatts. Selon l’un des aspects de l’invention, la puissance relative au courant électrique et à la charge électrique véhiculée à la traversée de la cellule est supérieure au ratio de 1 Joule par 100 microsecondes ou 2 Joules par 40 microsecondes, c'est- à-dire supérieure à 10 ou 50 kiloWatts. [29] According to one of the aspects of the invention, the power relative to the electric current simultaneously under an electric voltage, or non-zero electric potential difference at the terminals of the cell is greater than 10 or 50 kiloWatts. According to one of the aspects of the invention, the power relative to the electric current and to the electric charge conveyed when passing through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.
[30] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif est agencé de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule depuis une source de tension extérieure, comme une batterie ou un condensateur, ou depuis une source de courant extérieure pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure. [30] According to one of the aspects of the invention, the device is arranged so that a single external contribution is made to the cell from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from a source of external current controlled with a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses provided by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, only to come from a source exterior.
[31] Selon l’un des aspects de l’invention, la cellule est connectée à un interrupteur statique de puissance tel qu’un thyristor ou un transistor IGBT, cet interrupteur étant agencé pour commander une décharge d’un condensateur ou un accroissement de pente prédéterminée du courant dans la cellule, avec des impulsions de décharge de 10 à 200 microsecondes chacune. [31] According to one of the aspects of the invention, the cell is connected to a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch being arranged to control a discharge of a capacitor or an increase in predetermined slope of the current in the cell, with discharge pulses of 10 to 200 microseconds each.
[32] Selon l’un des aspects de l’invention, le dispositif est agencé de sorte que, lors de la mise en route de ce dispositif, le condensateur est rechargé une seule fois au début, ses recharges suivantes étant entretenues, s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de chaque décharge, notamment à au moins 100 V et au moins 100 A simultanément. [32] According to one of the aspects of the invention, the device is arranged so that, when starting up this device, the capacitor is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, effected by excess current generated by the cell during each discharge, in particular to at least 100 V and at least 100 A simultaneously.
[33] Selon l’un des aspects de l’invention, le condensateur est agencé, dans le dispositif convertisseur de l’invention, pour servir à amorcer, fournir et récupérer de l’énergie électrique. [33] According to one of the aspects of the invention, the capacitor is arranged, in the converter device of the invention, to serve to initiate, supply and recover electrical energy.
[34] Selon l’un des aspects de l’invention, lors du fonctionnement électrique, le premier matériau est placé entre les électrodes qui sont métalliques, notamment en cuivre, notamment en alliage de cuivre, et poreuses immergées dans de l’eau distillée comme celle mélangée au premier matériau, ou ces électrodes sont pleines, imperméables et séparées par une disposition des premier et deuxième matériaux en une incorporation à un gel aqueux. [34] According to one of the aspects of the invention, during electrical operation, the first material is placed between the electrodes which are metallic, in particular copper, in particular copper alloy, and porous immersed in distilled water such as that mixed with the first material, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials in an incorporation into an aqueous gel.
[35] En variante, lors du fonctionnement électrique, le premier matériau est incorporé à un fluide à base de polymère hydrophile hautement absorbant. [35] Alternatively, during electrical operation, the first material is incorporated into a fluid based on a highly absorbent hydrophilic polymer.
[36] Par exemple le premier matériau est à base de graphite activé à l’eau, les grains de graphite étant le plus possible en contact avec de l’eau en vue de conserver les propriétés de type supraconducteur granulaire à ses interfaces. [36] For example, the first material is based on water-activated graphite, the graphite grains being as much as possible in contact with water in order to retain the properties of the granular superconductor type at its interfaces.
[37] Selon l’un des aspects de l’invention, ces grains proviennent notamment d’une poudre de graphite. [37] According to one of the aspects of the invention, these grains come in particular from a graphite powder.
[38] Selon l’un des aspects de l’invention, les grains de graphite présentent un diamètre caractéristique de l’ordre de 10 micromètres. [39] Selon l’un des aspects de l’invention, la cellule présente au moins une dimension supérieure à 1 cm. [38] According to one of the aspects of the invention, the graphite grains have a characteristic diameter of the order of 10 micrometers. [39] According to one of the aspects of the invention, the cell has at least one dimension greater than 1 cm.
[40] Par exemple, la cellule présente une épaisseur d’au moins 1 mm, notamment d’au moins 5 mm, cette épaisseur étant notamment comprise entre 1 mm et 100 mm. [40] For example, the cell has a thickness of at least 1 mm, in particular at least 5 mm, this thickness being in particular between 1 mm and 100 mm.
[41] Par exemple le volume du premier matériau est d’au moins 1 cm3, notamment d’au moins 5 cm3, par exemple 10 voire 100 cm3. [41] For example, the volume of the first material is at least 1 cm3, in particular at least 5 cm3, for example 10 or even 100 cm3.
[42] Selon l’un des aspects de l’invention, les électrodes sont placées sur deux côtés opposés de la cellule de sorte que ces électrodes soient séparées par l’épaisseur de la cellule. [42] According to one aspect of the invention, the electrodes are placed on two opposite sides of the cell so that these electrodes are separated by the thickness of the cell.
[43] Selon l’un des aspects de l’invention, le deuxième matériau semiconducteur peut être fourni sous forme de grains. [43] According to one of the aspects of the invention, the second semiconductor material can be provided in the form of grains.
[44] La présente invention trouve des applications notamment dans des applications électrotechniques, par exemple comme source d’énergie électrique pour alimenter le moteur de propulsion ou traction électrique d’un véhicule, terrestre, aérien, maritime ou spatial. Lorsqu’il s’agit d’un véhicule terrestre, il peut comprendre un nombre de roues quelconque, par exemple deux, trois, quatre roues ou plus. [44] The present invention finds applications in particular in electrotechnical applications, for example as a source of electrical energy to power the electric propulsion or traction motor of a vehicle, land, air, sea or space. In the case of a land vehicle, it may include any number of wheels, for example two, three, four or more wheels.
[45] L’ invention a encore pour objet un procédé pour convertir de l’énergie, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, ce procédé comportant les étapes : [45] Another subject of the invention is a method for converting energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, this method comprising the steps:
- fournir une cellule comportant un premier matériau rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium, - assurer un passage de courant électrique à travers la cellule, notamment à travers toute la cellule, lorsque le dispositif est mis en fonctionnement, l’aide de deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact avec la cellule, procédé dans lequel : - providing a cell comprising a first material rendered with granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions manifesting itself for at least one range of predetermined temperature, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell also containing a second semiconductor material mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide, - ensure a passage of electric current through the cell, in particular through the entire cell, when the device is put into operation, using two electrodes, for example copper, placed in contact with the cell, process in which:
- les jonctions Josephson du premier matériau forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule,- the Josephson junctions of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered in pulsed form having , at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
- des paires de jonctions Josephson, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson connectées en parallèle formant une boucle appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne de jonctions Josephson connectées en série, ces boucles étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations, - pairs of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to an end of a chain of junctions Josephson connected in series, these loops being able to produce a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
- convertir par effet photoélectrique interne, à l’aide du deuxième matériau semiconducteur, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série. - converting by internal photoelectric effect, using the second semiconductor material, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which brings an excess of free electrical charges adding to the electrical current flowing through the cell, this additional current being in turn subject to parametric amplification as it passes through the chains of series-connected Josephson junctions.
[46] Selon l’un des aspects de l’invention, la mise en fonctionnement initiant l’apport d’excédent électrique est réalisée en appliquant à la cellule un champ électrique interne par l’intermédiaire d’une tension électrique à ses bornes via ses électrodes, notamment supérieure à 100 Volts, notamment par la décharge d’un condensateur, ou par un accroissement de courant de pente prédéterminée, notamment supérieure à 100 ampères par microseconde. [46] According to one of the aspects of the invention, the operation initiating the supply of excess electricity is carried out by applying to the cell an internal electric field by means of an electric voltage at its terminals via its electrodes, in particular greater than 100 Volts, in particular by the discharge of a capacitor, or by an increase in current with a predetermined slope, in particular greater than 100 amperes per microsecond.
[47] Selon l’un des aspects de l’invention, le condensateur est rechargé, par exemple à l’aide d’une batterie ou une alimentation de précharge, une seule fois, au début, ses recharges suivantes étant entretenues, s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de décharges notamment à au moins 100 Volts et au moins 100 Ampères simultanément. En variante, est réalisé un apport d’énergie externe prédéterminé vers la cellule depuis une source de courant pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure. [47] According to one of the aspects of the invention, the capacitor is recharged, for example using a battery or a precharging power supply, only once, at the start, its subsequent recharges being maintained, performing by excess current generated by the cell during discharges in particular at at least 100 Volts and at least 100 Amps simultaneously. As a variant, a predetermined external energy supply is made to the cell from a controlled current source with a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations by going back to the initial excitation, only to come from an external source.
[48] Selon l’un des aspects de l’invention, le premier matériau est fabriqué de la manière décrite ci-après. De la poudre de graphite ultra pure est mélangée dans de l’eau distillée et ce mélange est agité ou brassé en continu à température ambiante. Au début de la préparation, les grains de graphite nagent à la surface de l'eau en raison de leur propriété hautement hydrophobe. Après une heure environ, on peut observer que la poudre de graphite forme une suspension au sein de l'eau, qui est bien homogène environ une heure plus tard. Après une nouvelle agitation ou un nouveau brassage pendant 22 heures environ, la poudre obtenue est récupérée par filtration avec un filtre non métallique propre et il est procédé au séchage à 100 °C pendant 8 heures à 12 heures environ. [48] According to one aspect of the invention, the first material is made in the manner described below. Ultra pure graphite powder is mixed in distilled water and this mixture is continuously stirred or stirred at room temperature. At the beginning of the preparation, the graphite grains swim on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After approximately one hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension within the water, which is quite homogeneous approximately one hour later. After a new agitation or a new stirring for approximately 22 hours, the powder obtained is recovered by filtration with a clean non-metallic filter and drying is carried out at 100° C. for approximately 8 to 12 hours.
[49] Pour la fabrication du premier matériau, il est possible de se référer à l’article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” par T. Scheike, W. Bôhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831 , 2012). [49] For the manufacture of the first material, it is possible to refer to the article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” by T. Scheike, W. Bôhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831, 2012).
[50] D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et d’un exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : [50] Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge more clearly on reading the detailed description given below, and an example of embodiment given by way of indication and not limitation with reference to the appended schematic drawings. , on which ones :
[51] [Fig.1 ] est un schéma électrique simplifié d’un dispositif convertisseur selon un exemple de l’invention, [52] [Fig.2] représente, schématiquement et partiellement, une cellule du dispositif du convertisseur selon la figure 1 , [51] [Fig.1] is a simplified electrical diagram of a converter device according to an example of the invention, [52] [Fig.2] represents, schematically and partially, a cell of the device of the converter according to figure 1,
[53] [Fig.3] représente, schématiquement et partiellement, des chaînes de jonctions Josephson se manifestant dans le premier matériau du dispositif du convertisseur selon la figure 1 , [53] [Fig.3] represents, schematically and partially, chains of Josephson junctions appearing in the first material of the device of the converter according to figure 1,
[54] [Fig.4] représente le courant électrique obtenu à l’aide du dispositif convertisseur la figure 1 , [54] [Fig.4] represents the electric current obtained using the converter device in Figure 1,
[55] [Fig.5] représente l’excédent d’énergie obtenu à l’aide du dispositif convertisseur la figure 1 , [55] [Fig.5] represents the excess energy obtained using the converter device in Figure 1,
[56] [Fig.6] est un schéma illustrant l’enchaînement des phénomènes à l’œuvre dans le dispositif convertisseur la figure 1 . [56] [Fig.6] is a diagram illustrating the sequence of phenomena at work in the converter device in figure 1 .
[57] On a représenté sur la figure 1 un dispositif convertisseur d’énergie 1 apte à fournir de l’énergie électrique et agencé pour être embarqué sur un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, par exemple une voiture électrique. [57] There is shown in Figure 1 an energy converter device 1 capable of supplying electrical energy and arranged to be embarked on a land, air, sea or space vehicle, for example an electric car.
[58] Comme mieux visible sur la figure 2, ce dispositif 1 comporte : [58] As best seen in Figure 2, this device 1 comprises:
- une cellule 2 comportant un premier matériau 3 rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson 8 à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur 4 mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur 4 étant des grains de silicium ou de carbure de silicium, - a cell 2 comprising a first material 3 made to have granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions 8 at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions manifesting itself for at least a predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material 4 mixed with the first material, in particular this second semiconductor material 4 being grains of silicon or silicon carbide ,
- deux électrodes 5 en forme de disque, par exemple en cuivre, placées en contact électrique avec la cellule, de manière à assurer un passage de courant électrique à travers toute la cellule 2 lorsque le dispositif est mis en fonctionnement. - two disc-shaped electrodes 5, for example copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure a passage of electric current through the entire cell 2 when the device is put into operation.
[59] Les jonctions Josephson 8 du premier matériau 3 forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série 7 de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule. L’une de ces chaînes 7 est illustrée sous forme de schéma électrique sur la figure 3. [59] The Josephson junctions 8 of the first material 3 form chains of series-connected Josephson junctions 7 such that the electric current is subject to parametric amplification when passing through these chains of series-connected Josephson junctions, this current being delivered in the form pulse having, at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach for example at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell. One of these chains 7 is illustrated in the form of an electrical diagram in Figure 3.
[60] Le symbole en croix schématise une jonction Josephson. [60] The cross symbol schematizes a Josephson junction.
[61] Des paires de jonctions Josephson se forment, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson 8 connectées en parallèle formant une boucle 9 appelée boucle J JP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne 7 de jonctions Josephson connectées en série fonctionnant en NLTL, ces boucles 9 étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations. [61] Pairs of Josephson junctions are formed, each pair being formed of two Josephson junctions 8 connected in parallel forming a loop 9 called J JP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to a termination of a chain 7 of Josephson junctions connected in series operating in NLTL, these loops 9 being capable of producing parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitements.
[62] Le deuxième matériau semiconducteur 4, ici formé des grains de silicium ou de carbure de silicium, est capable de convertir, par effet photoélectrique interne, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule 2, ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série. [62] The second semiconductor material 4, here formed of grains of silicon or silicon carbide, is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which brings an excess of free electric charges adding to the electric current which crosses the cell 2, this additional current being in its turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.
[63] Le premier matériau 3 est fabriqué de la manière décrite ci-après. De la poudre de graphite ultra pure est mélangée dans de l’eau distillée et ce mélange est agité ou brassé en continu à température ambiante. Au début de la préparation, les grains de graphite nagent à la surface de l'eau en raison de leur propriété hautement hydrophobe. Après une heure environ, on peut observer que la poudre de graphite forme une suspension au sein de l'eau, qui est bien homogène environ une heure plus tard. Après une nouvelle agitation ou un nouveau brassage pendant 22 heures environ, la poudre obtenue est récupérée par filtration avec un filtre non métallique propre et il est procédé au séchage à 100 °C pendant 8 heures à 12 heures environ. [63] The first material 3 is manufactured in the manner described below. Ultra pure graphite powder is mixed in distilled water and this mixture is continuously stirred or stirred at room temperature. At the beginning of the preparation, the graphite grains swim on the surface of the water due to their highly hydrophobic property. After approximately one hour, it can be observed that the graphite powder forms a suspension within the water, which is quite homogeneous approximately one hour later. After a new agitation or a new stirring for approximately 22 hours, the powder obtained is recovered by filtration with a clean non-metallic filter and drying is carried out at 100° C. for approximately 8 to 12 hours.
[64] Pour la fabrication du premier matériau 3, il est possible de se référer à l’article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” par T. Scheike, W. Bôhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826- 5831 , 2012). [64] For the manufacture of the first material 3, it is possible to refer to the article “Can doping graphite trigger room temperature superconductivity? Evidence for granular high-temperature superconductivity in water-treated graphite powder” by T. Scheike, W. Bôhlmann, P. Esquinazi, J. Barzola-Quiquia, A. Ballestar, A. Setzer (Advanced Materials, Volume 24, Issue 43, pp. 5826-5831, 2012).
[65] D’un point de vue électrique, chaque chaîne 7 de jonctions Josephson 8 connectées en série peut être assimilée à une succession de schémas électriques LC (inductance et capacitance) avec L (inductance) variable, comme illustré sur la figure 3. [65] From an electrical point of view, each chain 7 of Josephson junctions 8 connected in series can be likened to a succession of LC (inductance and capacitance) electrical diagrams with variable L (inductance), as shown in Figure 3.
[66] Concernant le premier matériau 3, le comportement supraconducteur se manifeste avantageusement pour au moins une plage de température prédéterminée qui présente une borne inférieure égale à -30° Celsius environ et une borne supérieure égale à 100° Celsius environ. De préférence, le dispositif selon l’invention est capable de fonctionner à température ambiante, par exemple à 20°. [66] As regards the first material 3, the superconducting behavior advantageously manifests itself for at least a predetermined temperature range which has a lower limit equal to approximately -30° Celsius and an upper limit equal to approximately 100° Celsius. Preferably, the device according to the invention is capable of operating at ambient temperature, for example at 20°.
[67] L’ invention permet notamment d’éviter d’avoir recours à des systèmes de refroidissement complexes et onéreux dont beaucoup de supraconducteurs ont besoin pour leur fonctionnement supraconducteur. [67] The invention makes it possible in particular to avoid having to resort to complex and expensive cooling systems which many superconductors need for their superconducting operation.
[68] Le premier matériau 3 à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces comprend des grains de graphite ayant une taille caractéristique de 10 microns, ces grains de graphite étant mélangés avec de l’eau pure. [68] The first material 3 with granular superconducting behavior at its interfaces comprises graphite grains having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains being mixed with pure water.
[69] L’ effet Josephson aux interfaces du premier matériau 3 consiste notamment en un effet tunnel entre deux zones supraconductrices distantes l’une de l’autre d’une distance notamment de l’ordre du nanomètre ou plusieurs nanomètres. [69] The Josephson effect at the interfaces of the first material 3 consists in particular of a tunnel effect between two superconducting zones distant from each other by a distance in particular of the order of a nanometer or several nanometers.
[70] La cellule 2 est connectée à un interrupteur 10, ici un interrupteur statique de puissance tel qu’un thyristor ou un transistor IGBT, cet interrupteur 10 étant agencé pour commander la décharge d’un condensateur 11 dans la cellule 2 avec des impulsions de décharge de 10 à 200 microsecondes chacune. [70] Cell 2 is connected to a switch 10, here a static power switch such as a thyristor or an IGBT transistor, this switch 10 being arranged to control the discharge of a capacitor 11 in cell 2 with pulses discharge from 10 to 200 microseconds each.
[71] Une inductance 17 figure le fait que l’ensemble du circuit d’établissement du courant est en une boucle fermée donc caractérisée par une inductance, même faible, comme ici, ne dépassant pas les quelques microhenry. Une résistance 18 figure le fait qu’une boucle conductrice parcourue par un courant est caractérisée par une résistance, même faible, comme ici, de l’ordre de quelques milli-Ohm. Un condensateur 11 est utile en ce qu’il permet de réaliser une décharge capacitive, à l’issue d’une charge initiale de ce dernier. [71] An inductor 17 represents the fact that the entire current making circuit is in a closed loop, therefore characterized by an inductance, even low, as here, not exceeding a few microhenry. A resistor 18 represents the fact that a conductive loop traversed by a current is characterized by a resistance, even low, as here, of the order of a few milli-Ohms. A capacitor 11 is useful in that it makes it possible to carry out a capacitive discharge, following an initial charge of the latter.
[72] Le dispositif 1 est agencé de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule depuis une source de tension extérieure, comme une batterie ou un condensateur, ou depuis une source de courant extérieure pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure. [72] The device 1 is arranged so that a single external supply is made to the cell from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from an external current source controlled at a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations going back to the initial excitation, the only one coming from an external source.
[73] Le dispositif 1 est agencé de sorte que, lors de la mise en route de ce dispositif, le condensateur 11 est rechargé une seule fois au début, ses recharges suivantes étant entretenues, s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de chaque décharge, notamment à au moins 100 V et au moins 100 A simultanément. [73] The device 1 is arranged so that, when starting up this device, the capacitor 11 is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, taking place by excess current generated by the cell during each discharge, in particular to at least 100 V and at least 100 A simultaneously.
[74] Le condensateur 11 est agencé, dans le dispositif convertisseur 1 de l’invention, pour servir à amorcer, fournir et récupérer de l’énergie électrique. [74] The capacitor 11 is arranged, in the converter device 1 of the invention, to serve to initiate, supply and recover electrical energy.
[75] Lors du fonctionnement électrique, le premier matériau 3 est placé entre les électrodes 5 qui sont métalliques, notamment en cuivre, et poreuses immergées dans de l’eau distillée comme celle mélangée au premier matériau 3, ou ces électrodes sont pleines, imperméables et séparées par une disposition des premier et deuxième matériaux 3 et 4 en une incorporation à un gel aqueux. [75] During electrical operation, the first material 3 is placed between the electrodes 5 which are metallic, in particular copper, and porous immersed in distilled water like that mixed with the first material 3, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials 3 and 4 in an incorporation into an aqueous gel.
[76] Les électrodes 5, en forme de disque, couvrent chacun une face 14 de cette cellule 2. [76] The disc-shaped electrodes 5 each cover one face 14 of this cell 2.
[77] Le premier matériau 3 est à base de graphite activé à l’eau, les grains de graphite étant le plus possible en contact avec de l’eau en vue de conserver les propriétés de type supraconducteur granulaire à ses interfaces. [77] The first material 3 is based on water-activated graphite, the graphite grains being in contact with water as much as possible in order to retain the properties of the granular superconductor type at its interfaces.
[78] Ces grains proviennent notamment d’une poudre de graphite. [78] These grains come in particular from a graphite powder.
[79] Les grains de graphite présentent un diamètre caractéristique de l’ordre de 10 micromètres. [79] Graphite grains have a characteristic diameter of around 10 micrometers.
[80] La cellule 2 présente au moins une dimension supérieure à 1 cm. [80] Cell 2 has at least one dimension greater than 1 cm.
[81] Par exemple, la cellule 2 présente une épaisseur d’au moins 1 mm, notamment d’au moins 5 mm, cette épaisseur étant notamment comprise entre 1 mm et 100 mm. [82] Par exemple le volume du premier matériau est d’au moins 1 cm3, notamment d’au moins 5 cm3, par exemple 10 voire 100 cm3. [81] For example, cell 2 has a thickness of at least 1 mm, in particular at least 5 mm, this thickness being in particular between 1 mm and 100 mm. [82] For example, the volume of the first material is at least 1 cm3, in particular at least 5 cm3, for example 10 or even 100 cm3.
[83] Les électrodes 5 sont placées sur deux faces opposées 14 de la cellule de sorte que ces électrodes soient séparées par l’épaisseur de la cellule, comme illustré sur la figure 2. [83] The electrodes 5 are placed on two opposite faces 14 of the cell so that these electrodes are separated by the thickness of the cell, as shown in Figure 2.
[84] Le deuxième matériau semiconducteur 4, par exemple du silicium ou du carbure de silicium, peut être fourni sous forme de grains. [84] The second semiconductor material 4, for example silicon or silicon carbide, can be provided in the form of grains.
[85] La figure 4 illustre, par la courbe 25, la variation du courant électrique ia qui traverse la cellule active lors d’un régime impulsionnel. [85] Figure 4 illustrates, by curve 25, the variation of the electric current ia which crosses the active cell during a pulse regime.
[86] L’ ordonnée du graphique de la figure 4 est l’intensité du courant électrique en ampères, et l’abscisse est le temps en secondes. [86] The ordinate of the graph in Figure 4 is the intensity of the electric current in amperes, and the abscissa is the time in seconds.
[87] La courbe du courant ia présente une forme sensiblement sinusoïdale amortie. [87] The current curve ia has a substantially damped sinusoidal shape.
[88] Chaque impulsion de courant dure, dans l’exemple décrit, 50 microsecondes. [88] Each current pulse lasts, in the example described, 50 microseconds.
[89] Le régime impulsionnel en courant, observé ici par mesure sur banc, est le résultat d’une décharge capacitive à travers la cellule active 2, tel qu’il devient comptabilisé davantage de charge électrique véhiculée Q à l’issue du processus impulsionnel de 50 microsecondes, que de charge électrique emmagasinée dans le condensateur 11 préalablement à la décharge, ce condensateur 11 étant bien isolé après avoir été chargé par une alimentation externe 19 en actionnant l’interrupteur 10 qui est par exemple un thyristor. [89] The pulsed current regime, observed here by measurement on a bench, is the result of a capacitive discharge through the active cell 2, such that it becomes accounted for more electrical charge carried Q at the end of the pulse process of 50 microseconds, than electrical charge stored in capacitor 11 prior to discharge, this capacitor 11 being well insulated after having been charged by an external power supply 19 by actuating switch 10 which is for example a thyristor.
[90] La puissance relative au courant électrique simultanément sous une tension électrique, ou différence de potentiel électrique non-nulle aux bornes de la cellule (2) est supérieure à 10 ou 50 kiloWatts. Selon l’un des aspects de l’invention, la puissance relative au courant électrique et à la charge électrique véhiculée à la traversée de la cellule est supérieure au ratio de 1 Joule par 100 microsecondes ou 2 Joules par 40 microsecondes, c'est-à-dire supérieure à 10 ou 50 kiloWatts. [90] The power relative to the electric current simultaneously under an electric voltage, or non-zero electric potential difference at the terminals of the cell (2) is greater than 10 or 50 kiloWatts. According to one of the aspects of the invention, the power relative to the electric current and to the electric charge conveyed when passing through the cell is greater than the ratio of 1 Joule per 100 microseconds or 2 Joules per 40 microseconds, i.e. i.e. greater than 10 or 50 kiloWatts.
[91] De manière classique, cette puissance est évaluée par l’intermédiaire de l’énergie, cette dernière étant calculée par l’intermédiaire de celle de la charge Q, elle-même étant calculée par la mesure de l’aire délimitée par la courbe de courant mesurée en fonction du temps. [91] Conventionally, this power is evaluated via the energy, the latter being calculated via that of the charge Q, itself being calculated by measuring the area bounded by the curve of current measured as a function of time.
[92] On a ajouté sur la figure 4 une courbe 26 qui montre le courant obtenu par le circuit de la figure 1 , duquel la cellule 2 est retirée. [93] Ainsi la courbe 26 correspond à un circuit RLC classique dans lequel la capacité se décharge dans l’inductance L et la résistance R. [92] A curve 26 has been added in FIG. 4 which shows the current obtained by the circuit of FIG. 1, from which cell 2 is removed. [93] Thus curve 26 corresponds to a classic RLC circuit in which the capacitance is discharged into the inductance L and the resistance R.
[94] La cellule 2 ajoutée en série présente un niveau de résistance statique additionnelle, ce dernier étant du même ordre que le niveau de résistance du circuit 1 sans cellule 2, c’est-à-dire entre 10 et 15 milliOhms. Ainsi l’effet de la présence ou de l’absence de la cellule 2 dans le circuit 1 ne peut aucunement être confondu avec une incertitude de mesure sur la résistance du circuit puisque cela revient à varier du simple au double en résistance statique. [94] Cell 2 added in series presents an additional static resistance level, the latter being of the same order as the resistance level of circuit 1 without cell 2, that is to say between 10 and 15 milliOhms. Thus the effect of the presence or absence of cell 2 in circuit 1 cannot in any way be confused with a measurement uncertainty on the resistance of the circuit since this amounts to varying from simple to double in static resistance.
[95] De manière tout à fait surprenante, l’ajout de la cellule 2 n’a pas pour effet de faire chuter le maximum de courant, comme on pourrait le prévoir (du fait de l’ajout d’une résistance), ni faire chuter l’ensemble du signal de courant par dissipation par effet Joule R.i2. [95] Quite surprisingly, the addition of cell 2 does not have the effect of causing the maximum current to drop, as one might expect (due to the addition of a resistor), nor cause the entire current signal to drop by dissipation by the Joule effect Ri 2 .
[96] Ceci est visible sur la courbe 25 qui présente, au contraire, un pic de courant supérieur au pic de courant de la courbe 26, cet écart entre pics étant ici de l’ordre de 440 ampères. Il est également visible un autre fait expérimental tout à fait remarquable, en ceci que vers 550 Ampères pour t = 3.5 microsecondes, en présence de la cellule 2 ajoutée au circuit 1 , la même condition de tension appliquée par le même condensateur en cours de décharge donne lieu à une rupture de pente, ou un point anguleux, sur l’évolution du courant. Ainsi entre 550 ampères à t = 3.5 microsecondes et le pic de courant (où la dérivée de ce dernier s’annule), la caractérisation du régime transitoire du dispositif indique que tout se passe comme si un terme d’inductance négative avait subitement été introduit. Cela alors qu’entre le pic de courant et l’annulation du courant vers t = 50 microsecondes, le niveau global d’inductance qui caractérise le régime transitoire redevient identique à celui du circuit 1 sans cellule 2 ajoutée. [96] This is visible on curve 25 which, on the contrary, shows a current peak greater than the current peak of curve 26, this difference between peaks being here of the order of 440 amperes. It is also visible another quite remarkable experimental fact, in that around 550 Amps for t = 3.5 microseconds, in the presence of cell 2 added to circuit 1, the same voltage condition applied by the same capacitor being discharged gives rise to a break in slope, or an angular point, on the evolution of the current. Thus between 550 amps at t = 3.5 microseconds and the current peak (where the derivative of the latter cancels out), the characterization of the transient state of the device indicates that everything happens as if a negative inductance term had suddenly been introduced. . This while between the current peak and the cancellation of the current around t = 50 microseconds, the overall level of inductance which characterizes the transient state becomes identical to that of circuit 1 without added cell 2.
[97] En supplément, il est constaté une fourniture d'un excédent énergie telle que collectée par l’électrode du condensateur 11 , opposée à l’électrode qui a fourni la charge initiale. Cela, comme visible par simple comparaison des aires entre les courbes 25 et 26 avant et après leur intersection vers t = 40 microsecondes, sans avoir besoin de faire de calcul de post-traitement des signaux de mesure. Ainsi on observe que, partant du régime transitoire 26, ajouter la cellule 2 occasionne d’abord un dépassement par le régime 25, sensiblement supérieur au rattrapage qui lui succède, lorsque c’est le régime 26 qui dépasse le régime 25 après t = 40 microsecondes. L’aire évaluée entre des courbes d’évolution temporelle de courants i25(t) et i26(t) fournissant par définition la différence de charge électrique véhiculée Qd, avec Qd = S(i25(t) - i26(t).dt. [97] In addition, a supply of excess energy is observed as collected by the electrode of capacitor 11, opposite the electrode which supplied the initial charge. This, as visible by simple comparison of the areas between the curves 25 and 26 before and after their intersection around t=40 microseconds, without the need to perform any post-processing calculation of the measurement signals. Thus we observe that, starting from the transient regime 26, adding the cell 2 first causes an overrun by the regime 25, substantially greater than the catch-up which follows it, when it is the regime 26 which exceeds the regime 25 after t = 40 microseconds. The area evaluated between curves of time evolution of currents i25(t) and i26(t) providing by definition the difference in electric charge carried Qd, with Qd = S(i25(t) - i26(t).dt.
[98] Sur la figure 5, la courbe 40 schématise l’énergie apportée par la décharge du condensateur 11 , c’est une sorte d’axe de référence qui situe l’hypothèse d’une absence de toute perte d’énergie entre la condition initiale à t = 0 avant décharge, et la fin du régime transitoire mesuré. Sur ce graphe, l’axe des ordonnées à droite représente l’énergie en Joules liée aux charges électriques en jeu (alors que l’axe des ordonnées à gauche représente comme à la figure 4 l’intensité du courant en Ampères). [98] In Figure 5, the curve 40 schematizes the energy provided by the discharge of the capacitor 11, it is a sort of reference axis which situates the hypothesis of an absence of any loss of energy between the initial condition at t = 0 before discharge, and the end of the measured transient state. On this graph, the y-axis on the right represents the energy in Joules linked to the electrical charges in play (while the y-axis on the left represents, as in figure 4, the intensity of the current in Amps).
[99] Comme visible sur la figure 5 en référence à la courbe 42, il est comptabilisé, restitué davantage d’énergie 1/2.Q2/C après le processus de décharge à travers la cellule 2, qu’avant que commence cette décharge. Cette cellule 2 se trouve ainsi être active au sens de fournisseuse d’énergie lorsqu’elle est convenablement excitée : un excédent apparaît (ici de 2 Joules par impulsion de 50 microsecondes), comparativement à ce qui peut être fourni via les électrodes 5 connectées aux électrodes du condensateur dans leur état d’avant l’amorçage par impulsion de courant à accroissement temporel de niveau suffisant. Dans ce cas où l’excédent est de 2 Joules par impulsion de 50 microsecondes, pour une énergie en entrée de 17,6 Joules (énergie en entrée représentée par le trait en pointillés C.Uo2/2 sur la figure 5), on conclut à un coefficient de performance COP de (17.6+2)/17.6=1 ,11 , supérieur à 1 . Ceci traduit un bilan énergétique positif. On note que le coefficient de performance COP est habituellement utilisé pour les pompes à chaleur, et ayant des valeurs supérieures à 1 . [99] As can be seen in FIG. 5 with reference to curve 42, more energy 1/2.Q 2 /C is counted and returned after the discharge process through cell 2 than before this start. dump. This cell 2 thus happens to be active in the sense of supplying energy when it is suitably excited: an excess appears (here of 2 Joules per pulse of 50 microseconds), compared to what can be supplied via the electrodes 5 connected to the electrodes of the condenser in their state of before starting by current impulse with temporal increase of sufficient level. In this case where the excess is 2 Joules per 50 microsecond pulse, for an input energy of 17.6 Joules (input energy represented by the dotted line C.Uo 2 /2 in FIG. 5), we concludes with a COP performance coefficient of (17.6+2)/17.6=1.11, greater than 1. This reflects a positive energy balance. It is noted that the coefficient of performance COP is usually used for heat pumps, and having values greater than 1.
[100] En référence à la figure 5, il est visible que pour le régime i(t) mesuré avec cellule 2, la comptabilisation des seules pertes R.i2 dues à la résistance R de circuit, cela sans ajouter la résistance statique mesurée de la cellule 2 (qui est du même ordre que celle du circuit avant l’ajout de la cellule), aboutit à un déficit de 2 Joules, au lieu d’un excédent de 2 Joules quand on ajoute la cellule 2, et cela dans des conditions identiques de décharge capacitive et de mesure. Ce même déficit de 2 Joules en raison des pertes R.i2, directement par mesure de régime de décharge sans cellule 2, se retrouve par ailleurs en post-traitement de la mesure correspondante. On en conclut que l’effet intrinsèque de l’introduction d’une cellule 2 convenablement excitée, dans ces mêmes conditions d’essai, revient à fournir, en introduction dans le dispositif, 4 Joules en 50 microsecondes. [100] With reference to figure 5, it is visible that for the regime i(t) measured with cell 2, the accounting of the only losses Ri 2 due to the resistance R of the circuit, this without adding the measured static resistance of the cell 2 (which is of the same order as that of the circuit before the addition of the cell), leads to a deficit of 2 Joules, instead of an excess of 2 Joules when we add cell 2, and this under conditions identical capacitive discharge and measurement. This same deficit of 2 Joules due to the losses Ri 2 , directly by measurement of the discharge rate without cell 2, is also found in post-processing of the corresponding measurement. We conclude that the intrinsic effect of the introduction of a suitably excited cell 2, under these same test conditions, amounts to supplying, when introduced into the device, 4 Joules in 50 microseconds.
[101] Les phénomènes à l’œuvre pour obtenir l’excédent sont repris ci-après. [101] The phenomena at work to obtain the surplus are summarized below.
[102] Le long de trajets entre les électrodes, sont formées, de fait, des lignes de transmission non-linéaires (NLTL) à jonctions Josephson fonctionnant en amplificateurs paramétriques de courant à onde progressive (TWPA), par millions de motifs. [102] Along paths between the electrodes, are formed, in fact, non-linear transmission lines (NLTL) with Josephson junctions operating in parametric current amplifiers with traveling wave (TWPA), by millions of patterns.
[103] Quand, pour une telle ligne, se trouve disposée en terminaison une boucle JJP opérant en régime micro-ondes, c'est alors propice à de la génération de photons par excitation paramétrique produisant l'effet Casimir dynamique DCE, c'est-à-dire une production à partir des fluctuations du vide au sens de l'électrodynamique quantique (QED, pour « Quantum Electrodynamics »), et qui se trouve excité paramétriquement. [103] When, for such a line, a JJP loop operating in the microwave regime is located at the end, it is then conducive to the generation of photons by parametric excitation producing the dynamic Casimir effect DCE, it is that is to say a production from the fluctuations of the vacuum in the sense of quantum electrodynamics (QED, for “Quantum Electrodynamics”), and which is excited parametrically.
[104] L'ensemble des NLTL, TWPA, et JJP terminaux des morceaux de chaînes est excité par l'application d'une impulsion électrique en centaines de Volts ou d'Ampères par microsonde, de front suffisamment abrupt pour que le contenu fréquentiel de l'impulsion comporte des harmoniques jusque des niveaux élevés, et qui les rendent aptes à exciter les chaînes de Jonctions Josephson connectées en série et les boucles JJP à des fréquences en lien avec leur amplification paramétrique. [104] All of the terminal NLTL, TWPA, and JJP string pieces are excited by the application of an electrical pulse in hundreds of Volts or Amps per microprobe, with a front sufficiently abrupt for the frequency content of the pulse includes harmonics up to high levels, which make them suitable for exciting series-connected Josephson Junction chains and JJP loops at frequencies related to their parametric amplification.
[105] Des grains de semi-conducteur comme SiC par exemple, aptes à la tenue à la haute tension, sont ajoutés au mélange eau / graphite activé, et donnent lieu à une extraction d'électrons situés dans leur bande de conduction, cela sous l'action de l’énergie des photons générés à partir de l'excitation paramétrique du vide, en résultat de l'effet photoélectrique interne. [105] Semiconductor grains such as SiC for example, capable of withstanding high voltage, are added to the water/activated graphite mixture, and give rise to an extraction of electrons located in their conduction band, this under the action of photon energy generated from parametric vacuum excitation, as a result of the internal photoelectric effect.
[106] Ces électrons libres supplémentaires s'ajoutent au courant qui traverse déjà le milieu constitué de pâte contenant (eau - grains de graphite - grains de SiC) de la cellule 2. [106] These additional free electrons are added to the current which already crosses the medium consisting of paste containing (water - grains of graphite - grains of SiC) of cell 2.
[107] Ainsi est mise en place et activée une boucle de rétroaction positive, avec : [107] Thus, a positive feedback loop is set up and activated, with:
- un apport de courant avec suffisamment d’accroissement temporel lors de l’amorçage (étape 100 de la figure 6) qui peut être effectué notamment par décharge d’un condensateur, - une amplification paramétrique de courant à travers les multiples chaînes de jonctions Josephson agencées en lignes NLTL (étape 101 de la figure 6) avec effet TWPA si l’apport de courant initial a été fait avec suffisamment d’accroissement temporel, - a supply of current with a sufficient increase in time during ignition (step 100 of FIG. 6) which can be carried out in particular by discharging a capacitor, - a parametric amplification of current through the multiple chains of Josephson junctions arranged in NLTL lines (step 101 of FIG. 6) with TWPA effect if the initial current supply has been made with a sufficient increase in time,
- une génération de photons en les terminaisons à boucles JJP des chaînes de jonctions Josephson (étape 102) qui résulte de l’étape (101 ), - a generation of photons at the JJP loop terminations of the Josephson junction chains (step 102) which results from step (101),
- et qui donne lieu à une extraction d’électrons libres (étape 103) délivrés en un courant d’intensité supplémentaire (étape 104) établi sous la différence de potentiel existant préalablement entre les deux électrodes, - and which gives rise to an extraction of free electrons (step 103) delivered in a current of additional intensity (step 104) established under the potential difference previously existing between the two electrodes,
- ce courant supplémentaire se trouvant lui-même amplifié paramétriquement dans l’étape 101 - this additional current being itself parametrically amplified in step 101
- et ainsi de suite, repartant de cette étape 101 , pour aboutir à un fonctionnement de dispositif qui s’autoalimente pendant une durée de quelques dizaines de microsecondes, c’est-à-dire avec une amplification continuelle pendant cette durée, jusqu’à ce que soit atteinte sa limite correspondant à l’annulation de l’accroissement du courant, c’est-à-dire l’atteinte du niveau de courant pic. - and so on, starting from this step 101, to achieve device operation which is self-powered for a period of a few tens of microseconds, that is to say with continuous amplification during this period, until until its limit corresponding to the cancellation of the increase in current is reached, that is to say the reaching of the peak current level.
[108] D'où, à l'issue d'une impulsion électrique individuelle, il apparait un excédent d'électrons sortant (comptabilisés en la charge totale Qs) vers une électrode de condensateur, comparativement à la quantité d'électrons entrant (charge totale Qe) et, en conséquence, un excédent d'énergie pour Qs2/(2.C) comparativement à l'énergie Qe2/(2.C). [108] Hence, at the end of an individual electric pulse, there appears a surplus of electrons leaving (counted in the total charge Qs) towards a capacitor electrode, compared to the quantity of electrons entering (charge total Qe) and, consequently, an energy surplus for Qs 2 /(2.C) compared to the energy Qe 2 /(2.C).
[109] Cet excédent peut atteindre quelques Joules pour une impulsion de quelques kilo-Ampères kA pendant quelques dizaines de microsecondes. [109] This excess can reach a few Joules for a pulse of a few kilo-Amperes kA for a few tens of microseconds.
[110] D'où, ensuite, vient la possibilité via un pilotage par circuit électronique, d'enchaîner en trains d'impulsions ces impulsions individuelles, le même excédent unitaire de l'ordre de quelques Joules pendant quelques dizaines de microsecondes, revenant à exprimer, en régime établi, un excédent de puissance exploitable, de l'ordre de quelques dizaines de kiloWatts, cela pendant une durée souhaitée, par exemple des secondes, des minutes, ou des heures. [110] Hence, then, comes the possibility, via electronic circuit control, of linking these individual pulses into pulse trains, the same unit excess of the order of a few Joules for a few tens of microseconds, amounting to expressing, in steady state, a usable excess power, of the order of a few tens of kiloWatts, for a desired duration, for example seconds, minutes or hours.
[111] La présente invention sert comme source d’énergie électrique pour alimenter le moteur de propulsion ou traction électrique d’un véhicule, terrestre, aérien, maritime ou spatial. [112] En résumé, dans l’invention, l'énergie produite au moyen du dispositif convertisseur d’énergie, comme expliqué plus haut par des résultats expérimentaux est issue d’un flux significatif de photons, qui sont bien réels, créé par l'excitation paramétrique des fluctuations du vide au sens de l'électrodynamique quantique, comme cela est confirmé par l’article [111] The present invention serves as a source of electrical energy to power the electric propulsion or traction motor of a land, air, sea or space vehicle. [112] In summary, in the invention, the energy produced by means of the energy converter device, as explained above by experimental results, comes from a significant flux of photons, which are very real, created by the parametric excitation of vacuum fluctuations in the sense of quantum electrodynamics, as confirmed by the article
« Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit » par C. Wilson et P. Delsing (Nature, 2011 ) qui décrit l’observation expérimentale de la création d'un flux significatif de photons. De l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lâhteenmâki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), on peut comprendre que le flux de photons substantiel créé et observé ne peut pas être relié à des fluctuations thermiques, mais relève bel et bien d'un point spécifique de la théorie des champs quantique (dit autrement, l'électrodynamique quantique). “Observation of the Dynamical Casimir Effect in a superconducting circuit” by C. Wilson and P. Delsing (Nature, 2011) which describes the experimental observation of the creation of a significant flux of photons. From the article "Dynamic Casimir Effect in a Josephson metamaterial" by P. Lâhteenmâki and P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), it can be understood that the substantial photon flux created and observed cannot be linked to thermal fluctuations, but does come under a specific point of quantum field theory (in other words, quantum electrodynamics).
[113] Enfin, la notion d'excitation paramétrique, générale en physique non-linéaire et ici invoquée en électrodynamique quantique, se rapporte à exciter des modes particuliers d'un système possédant déjà au départ un niveau d'énergie non-nul ; et au bout d'un certain temps on obtient en résultat la manifestation d'un niveau très fortement amplifié (pour le niveau d'énergie préexistant, pas celui de la pompe), et exploitable. Ainsi, précisément dans ces termes et ce cadre d'amplification paramétrique tels que spécifiés par les publications de résultats expérimentaux comme l’article « Dynamical Casimir Effect in a Josephson metamaterial » par P. Lâhteenmâki et P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), et l’article « Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits » par P. Nation et F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012) rappelées plus haut, il est clair qu'implicitement, l'énergie du flux de photons produits par l'effet Casimir dynamique DCE se comptabilise par un ajout, et n'est pas comprise dans l'apport où les circuits de test sont alimentés en énergie, thermique et électrique. [113] Finally, the notion of parametric excitation, general in non-linear physics and invoked here in quantum electrodynamics, relates to exciting particular modes of a system already having a non-zero energy level at the start; and after a certain time, the result is the manifestation of a very strongly amplified level (for the pre-existing energy level, not that of the pump), and usable. Thus, precisely in these terms and this parametric amplification framework as specified by publications of experimental results such as the article "Dynamic Casimir Effect in a Josephson metamaterial" by P. Lâhteenmâki and P. Hakonen (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 2012), and the article “Stimulating uncertainty: Amplifying the quantum vacuum with superconducting circuits” by P. Nation and F. Nori (American Physical Society, Reviews of Modern Physics, 2012) mentioned above, it is clear that implicitly, the energy of the flow of photons produced by the dynamic Casimir effect DCE is counted by an addition, and is not included in the contribution where the test circuits are supplied with energy, thermal and electric.
[114] Le dispositif convertisseur d’énergie selon l’invention ne doit pas être considéré isolément du vide environnant au sens électrodynamique quantique, étant bien connu que même au niveau atomique, les distances inter-constituants sont telles qu'il y a en proportion beaucoup plus de vide que de matière. [114] The energy converter device according to the invention should not be considered in isolation from the surrounding vacuum in the quantum electrodynamic sense, being well known that even at the atomic level, the inter-constituent distances are such that there is proportionally much more vacuum than matter.

Claims

25 Revendications 25 Claims
[Revendication 1 ] Dispositif convertisseur d’énergie (1 ) apte à fournir de l’énergie électrique, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, notamment un véhicule terrestre, aérien, maritime ou spatial, ce dispositif comportant : [Claim 1] Energy converter device (1) capable of supplying electrical energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, in particular a land, air, sea or space vehicle, this device comprising:
- une cellule (2) comportant un premier matériau (3) fait de grains de graphite, rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur (4) mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium, - a cell (2) comprising a first material (3) made of graphite grains, rendered to granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by junctions Josephson between superconducting regions occurring for at least a predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell further containing a second semiconductor material (4) mixed with the first material, in particular this second semiconductor material being grains of silicon or silicon carbide,
- deux électrodes (5), par exemple en cuivre, placées en contact électrique avec la cellule, de manière à assurer un passage de courant électrique à travers toute la cellule lorsque le dispositif est mis en fonctionnement, dispositif convertisseur d’énergie dans lequel : - two electrodes (5), for example copper, placed in electrical contact with the cell, so as to ensure passage of electric current through the entire cell when the device is put into operation, energy converter device in which:
- les jonctions Josephson (8) du premier matériau forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule, - the Josephson junctions (8) of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being delivered under pulse form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach, for example, at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
- des paires (9) de jonctions Josephson, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson connectées en parallèle formant une boucle appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne de jonctions Josephson connectées en série, ces boucles étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations, - pairs (9) of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called JJP loop, including at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to a termination of a chain of Josephson junctions connected in series, these loops being able to produce a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitements,
- le deuxième matériau semiconducteur (4) est capable de convertir, par effet photoélectrique interne, l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule (2), ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série.- the second semiconductor material (4) is capable of converting, by internal photoelectric effect, the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor, which brings an excess of free electric charges adding to the electric current which passes through the cell (2), this additional current being in turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.
[Revendication 2] Dispositif convertisseur selon la revendication 1 , dans lequel le premier matériau (3) à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces comprend des grains de graphite ayant une taille caractéristique de 10 microns, ces grains de graphite restant mélangés avec de l’eau pure après avoir été préalablement brassés pendant une durée prédéterminée, par exemple de l’ordre de 24 heures. [Claim 2] Converter device according to claim 1, in which the first material (3) with granular superconducting behavior at its interfaces comprises graphite grains having a characteristic size of 10 microns, these graphite grains remaining mixed with water pure after having been stirred beforehand for a predetermined period, for example of the order of 24 hours.
[Revendication 3] Dispositif convertisseur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’excédent de charges électriques apporté par le dispositif (1 ) permet que la quantité d’énergie électrique récupérée en sortie de ce dispositif soit plus grande que la quantité d’énergie entrant par les électrodes (5) dans le dispositif, sur un cycle de fonctionnement prédéterminé. [Claim 3] Converter device according to one of the preceding claims, in which the excess electrical charges provided by the device (1) allows the quantity of electrical energy recovered at the output of this device to be greater than the quantity of energy entering through the electrodes (5) into the device, over a predetermined operating cycle.
[Revendication 4] Dispositif convertisseur selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le courant électrique qui traverse la cellule (2) présente une variation périodique amortie. [Claim 4] Converter device according to one of the preceding claims, in which the electric current which passes through the cell (2) has a damped periodic variation.
[Revendication 5] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le courant électrique sortant se présente sous la forme d’impulsions ayant une durée comprise entre 10 et 200 microsecondes, par exemple entre 60 et 120 microsecondes, étant par exemple d’environ 10, 30, 50 ou 200 microsecondes. [Claim 5] Device according to one of the preceding claims, in which the outgoing electric current is in the form of pulses having a duration of between 10 and 200 microseconds, for example between 60 and 120 microseconds, being for example of approximately 10, 30, 50 or 200 microseconds.
[Revendication 6] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’impulsion de courant électrique (ia) sortant présente un maximum d’intensité supérieure à 100 Ampères, voire 1 000 Ampères voire 1 500 ampères, notamment une intensité supérieure à 2 000 ampères, ce maximum pouvant notamment être compris entre 2 500 et 3000 ampères, et dans lequel l’impulsion de courant électrique (ia) sortant présente en valeur absolue une pente montante supérieure à 100 ampères par microseconde, voire 500 ou 1000 ampères par microseconde. [Claim 6] Device according to one of the preceding claims, in which the outgoing electrical current pulse (ia) has a maximum intensity greater than 100 Amps, or even 1,000 Amps or even 1,500 Amps, in particular an intensity greater than 2,000 amperes, this maximum possibly being between 2,500 and 3,000 amperes, and in which the outgoing electrical current pulse (ia) has, in absolute value, a rising slope greater than 100 amperes per microsecond, or even 500 or 1000 amperes per microsecond.
[Revendication 7] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le courant électrique entrant dans la cellule provient d’une source électrique externe à la cellule, par exemple une source de stockage électrique telle qu’un condensateur (11 ), et le courant électrique sortant de la cellule (2) transporte une quantité d’énergie électrique plus grande que la quantité d’énergie transportée par le courant électrique entrant, pour un cycle prédéterminé. [Claim 7] Device according to one of the preceding claims, in which the electric current entering the cell comes from an electric source external to the cell, for example an electric storage source such as a capacitor (11), and the electric current leaving the cell (2) carries a greater quantity of electric energy than the quantity of energy carried by the incoming electric current, for a predetermined cycle.
[Revendication 8] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, agencé de sorte qu’un seul apport externe est effectué vers la cellule (2) depuis une source de tension extérieure, comme une batterie ou un condensateur, ou depuis une source de courant extérieure pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure. [Claim 8] Device according to one of the preceding claims, arranged so that a single external supply is made to the cell (2) from an external voltage source, such as a battery or a capacitor, or from a current source controlled with a predetermined increase in slope, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses provided by the effect of the previous excitations going back to the initial excitation, the only one coming from an external source .
[Revendication 9] Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel la cellule (2) est connectée à un interrupteur statique de puissance tel qu’un thyristor (10) ou un transistor IGBT, cet interrupteur étant agencé pour commander une décharge d’un condensateur ou un accroissement de pente prédéterminée du courant dans la cellule, avec des impulsions de décharge de 10 à 200 microsecondes chacune. [Claim 9] Device according to the preceding claim, in which the cell (2) is connected to a static power switch such as a thyristor (10) or an IGBT transistor, this switch being arranged to control a discharge of a capacitor or a predetermined slope increase of the current in the cell, with discharge pulses of 10 to 200 microseconds each.
[Revendication 10] Dispositif selon la revendication précédente, agencé de sorte que, lors de la mise en route de ce dispositif, le condensateur (11 ) est rechargé une seule fois au début, ses recharges suivantes étant entretenues, 28 s’effectuant par excédent de courant généré par la cellule lors de chaque décharge, notamment à au moins 100 V et au moins 100 A simultanément.[Claim 10] Device according to the preceding claim, arranged so that, when starting up this device, the capacitor (11) is recharged only once at the start, its subsequent recharges being maintained, 28 taking place by excess current generated by the cell during each discharge, in particular at least 100 V and at least 100 A simultaneously.
[Revendication 11] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors du fonctionnement électrique, le premier matériau (3) est placé entre les électrodes qui sont métalliques, notamment en cuivre, et poreuses immergées dans de l’eau distillée comme celle mélangée au premier matériau, ou ces électrodes sont pleines, imperméables et séparées par une disposition des premier et deuxième matériaux (3, 4) en une incorporation à un gel aqueux. [Claim 11] Device according to one of the preceding claims, in which, during electrical operation, the first material (3) is placed between the electrodes which are metallic, in particular copper, and porous immersed in distilled water as that mixed with the first material, or these electrodes are solid, impermeable and separated by an arrangement of the first and second materials (3, 4) in an incorporation into an aqueous gel.
[Revendication 12] Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la cellule (2) présente au moins une dimension supérieure à 1 cm. [Claim 12] Device according to one of the preceding claims, in which the cell (2) has at least one dimension greater than 1 cm.
[Revendication 13] Procédé pour convertir de l’énergie, notamment agencé pour être embarqué sur un véhicule, ce procédé comportant les étapes : [Claim 13] Process for converting energy, in particular arranged to be carried on board a vehicle, this process comprising the steps:
- fournir une cellule (2) comportant un premier matériau (3) fait de grains de graphite, rendu à comportement supraconducteur granulaire à ses interfaces, avec présence de couplages par jonctions Josephson à ces interfaces entre régions supraconductrices, ce comportement supraconducteur et de couplage par jonctions Josephson entre régions supraconductrices se manifestant pour au moins une plage de température prédéterminée, notamment cette plage de température incluant une température de 20° Celsius, cette cellule contenant en outre un deuxième matériau semiconducteur (4) mélangé au premier matériau, notamment ce deuxième matériau semiconducteur étant des grains de silicium ou de carbure de silicium, - providing a cell (2) comprising a first material (3) made of graphite grains, rendered to granular superconducting behavior at its interfaces, with the presence of couplings by Josephson junctions at these interfaces between superconducting regions, this superconducting behavior and coupling by Josephson junctions between superconducting regions occurring for at least a predetermined temperature range, in particular this temperature range including a temperature of 20° Celsius, this cell also containing a second semiconductor material (4) mixed with the first material, in particular this second material semiconductor being grains of silicon or silicon carbide,
- assurer un passage de courant électrique à travers toute la cellule lorsque le dispositif est mis en fonctionnement, l’aide de deux électrodes, par exemple en cuivre, placées en contact avec la cellule, procédé dans lequel : - ensure a passage of electric current through the entire cell when the device is put into operation, using two electrodes, for example copper, placed in contact with the cell, process in which:
- les jonctions Josephson (8) du premier matériau forment des chaînes de jonctions Josephson connectées en série de sorte que le courant électrique soit sujet à une amplification paramétrique lorsqu’il passe dans ces chaînes de jonctions Josephson connectées en série, ce courant étant 29 délivré sous forme impulsionnelle ayant, au début de chaque impulsion, une pente montante choisie suffisamment grande pour atteindre par exemple au moins 100 ampères par microseconde au début de l’impulsion apportée à la cellule, - the Josephson junctions (8) of the first material form chains of Josephson junctions connected in series so that the electric current is subject to parametric amplification when it passes through these chains of Josephson junctions connected in series, this current being 29 delivered in pulse form having, at the start of each pulse, a rising slope chosen sufficiently large to reach, for example, at least 100 amperes per microsecond at the start of the pulse supplied to the cell,
- des paires (9) de jonctions Josephson, chaque paire étant formée de deux jonctions Josephson connectées en parallèle formant une boucle appelée boucle JJP, dont au moins l’une des jonctions Josephson, ou les deux jonctions, appartient à une terminaison d’une chaîne de jonctions Josephson connectées en série, ces boucles étant capables de produire une excitation paramétrique du niveau énergétique fondamental du champ correspondant au vide au sens de l’électrodynamique quantique, de manière à générer des photons de ces excitations, - pairs (9) of Josephson junctions, each pair being formed of two Josephson junctions connected in parallel forming a loop called JJP loop, of which at least one of the Josephson junctions, or both junctions, belongs to a termination of a chain of Josephson junctions connected in series, these loops being capable of producing a parametric excitation of the fundamental energy level of the field corresponding to the vacuum in the sense of quantum electrodynamics, so as to generate photons of these excitations,
- convertir par effet photoélectrique interne, à l’aide du deuxième matériau semiconducteur (4), l’énergie des photons générés par les boucles JJP terminales, en une source de courant électrique supplémentaire par extraction d’électrons dans la bande de conduction du semiconducteur, qui apporte un excédent de charges électriques libres s’ajoutant au courant électrique qui traverse la cellule (2), ce courant supplémentaire étant à son tour sujet à amplification paramétrique lorsqu’il passe dans les chaînes de jonctions Josephson connectées en série. - converting by internal photoelectric effect, using the second semiconductor material (4), the energy of the photons generated by the terminal JJP loops, into a source of additional electric current by extraction of electrons in the conduction band of the semiconductor , which brings an excess of free electric charges adding to the electric current which passes through the cell (2), this additional current being in turn subject to parametric amplification when it passes through the chains of Josephson junctions connected in series.
[Revendication 14] Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la mise en fonctionnement initiant l’apport d’excédent électrique est réalisée en appliquant à la cellule un champ électrique interne par l’intermédiaire d’une tension électrique à ses bornes via ses électrodes, notamment supérieure à 100 Volts, notamment par la décharge d’un condensateur, ou par un accroissement de courant de pente prédéterminée, notamment supérieure à 100 ampères par microseconde. [Claim 14] Method according to the preceding claim, in which the operation initiating the supply of excess electricity is carried out by applying to the cell an internal electric field by means of an electric voltage at its terminals via its electrodes , in particular greater than 100 Volts, in particular by the discharge of a capacitor, or by an increase in current of predetermined slope, in particular greater than 100 amperes per microsecond.
[Revendication 15] Procédé selon la revendication 13, dans lequel est réalisé un apport d’énergie externe prédéterminé vers la cellule (2) depuis une source de courant pilotée à accroissement de pente prédéterminée, les quantités d’énergie pour les excitations suivantes de la cellule provenant toutes des excédents procurés par l’effet des précédentes excitations en 30 remontant jusqu’à l’excitation initiale, seule à provenir d’une source extérieure. [Claim 15] A method according to claim 13, in which a predetermined external energy supply is made to the cell (2) from a controlled current source with a predetermined slope increase, the quantities of energy for the following excitations of the cell all coming from the surpluses procured by the effect of the preceding excitations in 30 going back to the initial excitation, only to come from an external source.
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