Brevet FR2482278A1 — publié le 19811113

Absorbeur de chaleur, en particulier absorbeur de rayonnement du plasma et procédé pour sa fabrication. La présente invention concerne un absorbeur de chaleur, en particulier un absorbeur de rayonnement du plasma et un procédé pour la fabrication d'un tel absorbeur, constitué essentiellement par une paroi intérieure en matière conduisant bien la chaleur, en particulier en cuivre, dans laquelle sont prévus des eanaux de refroidissement o circule un milieu ré- frigérant, qui sont recouverts par une paroi extérieure expo- sée à la chaleur ou frappée par le rayonnement du plasma, paroi également en matière conduisant bien la chaleur, en particulier en cuivre, dont la fabrication s'effectue en particulier par galvanoplastie, de façon telle que les canaux de refroidisse- ment sont remplis avec une cire électroconductrice, puis la paroi extérieure est appliquée par galvanoplastie puis la cire est fondue. D'après le brevet US n 3 595 025 et le brevet allemand n 1 751 691 on conatt des chambres de combustion de fusées qui, pour l'essentiel, sont constituées par une structure de base ou une paroi intérieure en matière conduisant bien la chaleur, en particulier en cuivre, dans laquelle des eanaux de refroidissement longitudinaux sont fraisés, qui sont recou- verts par galvanoplastie d'une paroi extérieure, également en matière bonne conductrice, en particulier en cuivre, Ceci s'effectue de façon qu'après le fraisage des canaux de refrol- dissement, ceux-ci sont remplis avee une cire électroconduc- trice, puis la paroi extérieure est appliquée par galvanoplas- tie, puis la cire est de nouveau fondue. Un composant carburant cryogène traverse les canaux pour enlever et transporter la chaleur formée et ainsi la paroi intérieure de la ehambre de combustion est refroidie intensivement pendant le fonctionnement de la fuséeeet simul- tanément le composant carburant est traité par vole thermique ou évaporé pour 8tre introduit dans la tête de la chambre de combustion. Pendant le fonctionnement de la fusée, la paroi intérieure dont la résistance est renforcée par ses nervures est par conséquent soumise thermiquement et fortement à des efforts,/par consquent en liaison avec la paroi extrieure efforts,/par conséquent en liaison avec la paroi extérieure présente un couple résistant élevé contre les gauchissements. Tandis que pour les chambres de combustion des fusées il est préférable d'absorber et d'éliminer une grande quantité de chaleur, dispersée d'une façon sensiblement uniforme au- dessus de l'espace intérieur de toute l'enveloppe, et qui se produit avec des gradients thermiques décroissants, après la tuyère de poussée et une zone relativement froide à la tête de la chambre de combustion à cause du refroidissement par évaporation qui y prédomine, le problème précédent se pose principalement du fait que l'absorbeurde chaleur en question est exposé en première ligne à des charges thermiques locales S'il s'agit d'un absorbeur de rayonnement du plasma, cet appareil est frappé localement par un rayonnement intense qui conduit également à de grandes dilatation thermiques. L'objet de la présente invention est la conception d'un absorbeur de chaleur, en particulier l'absorbeur de rayonnement du plasma, avec une forme telle que les tensions inévitables dues aux effets extrêmes et locaux de la chaleur, et les dilatations qui en résultent, puissent 8tre absorbées par cet appareil sans dommage pour cet élément constitutif ou puissent 9tre "traitées" à l'intérieur de celui-ci. Cet objet est réalisé selon l'invention par le fait que la paroi extérieure présente au-dessus des canaux de re- froidissement, et vues dans la direction de ceux-ci, des par- ties bombées (désignées par la suite par "bombements") élé- mentaires, avec des zones d'espacement intermédiaires. Grâce à l'invention on est sor que la paroi exté- rieure de toute la structure exposée directement et locale- ment à la chaleur extrême produite peut se dilater superfi- ciellement dans deux directions principales, (longueur et largeur ou dans le sens périphérique) et finalementjégalement dans le sens de la hauteur, c'est-à-dire pratiquement dans les trois dimensions sans auto-destruction, ce qui fait que ses tensions internes se réduisent sans dommages. Ce modèle de base selon l'invention peut 9tre encore perfectionné, en ce qui concerne l'effet recherché dans la mise au point de la présente invention, par le fait que les bombements élémentaires sont placés les uns derrière les autres avec unecertaine distance entre eux chaque fois qu'ils se trouvent au-dessus d'un des canaux de refroidissement, et ils sont décalés les uns par rapport aux autres chaque fois qu'ils se trouvent au-dessus de deux canaux de refroidissement voisins, quand on regarde dans le sens longitudinal des canaux de refroidissement ou dans le sens du courant du milieu de refroidissement. Il se conçoit ainsi qu'une diminution des tensions soit facilitée ou rendue possible géométriquement, même obli- quement par rapport aux deux directions principales mention- nées. Pour la fabrication des bombements proposés, on opère selon l'invention de façon telle queaprès l'avoir appliquée par galvanoplastie, la paroi extérieure encore non bombée n'est fixée vers l'extérieur, dans le sens radial, que sur les zones d'espacement entre les. futures bombements puis les canaux de refroidissement sont mis sous pression en vue de former les bombements élémentaires. Une forme de réalisation particulièrement avantageuse du procédé conforme à l'invention consiste à appliquer un en- roulement de fils métalliques à pas unique ou à pas multiples, -avec des distances appropriées entre chaque spire, sur la paroi extérieure encore non bombée afin de déterminer les zones d'espacement entre chacun des bombements, puis à chauf- fer l'absorbeur de chaleur, ou l'absorbeur de rayonnement du plasma, avec la cire encore non fondue, en vue d'engendrer la pression, cette cire se dilatant plus fortement que le métal de la paroi intérieure et de la paroi extérieure, et créant ainsi les bombements élémentaires dans la paroi extérieure statiquement plus faible, ensuite après le refroidissement, à enlever l'enroulement de fils et à faire fondre la cire. Un mode opératoire techniquement simplifié pour créer les bombements disposées à une certain distance les uns des autres, consiste à former tout d'abord des bombements con- tinus au-dessus des canaux de refroidissement en chauffant la cire se trouvant dans ces canaux, ensuite après le refroidis- sement et la fusion de la cire, à ramener les bombements continus mentionnés à l'état initial par déformation dans la région des zones futures d'espacement, en particulier par un roulage en oblique au moyen de rouleaux profilés, de sorte qu'il se forme ainsi les zones d'espacement. Un mode de constitution et de fabrication préféré d'un absorbeur de chaleur, ou d'un absorbeur de rayonnement du plasma, conforme à l'invention repose en outre sur le fait que la paroi intérieure présente, sous forme de nervures, de nombreux corps de fixation individuels en vue de l'application par galvanoplastie de la paroi extérieure à une légère dis- tance de la paroi intérieure, nervures qui sont disposées en rangées à une certaine distance les unes par rapport aux autres perpendiculairement à la direction du courant du milieu de refroidissement, les corps de fixation successifs d'une rangée, par rapport aux corps de fixation de l'autre rangée, observés dans le sens du courant, étant disposés en chicane, et après l'application par galvanôplastlede la paroi extérieure, les canaux de refroidissement sont mis sous pression pour former les bombements. En outre les corps de fixation individuels peuvent être disposés de façon à ce qu'avec leurs extrémités avant et leurs extrémités arrière ils pénètrent encore dans les vides se trouvant entre les autres corps de fixation. Ainsi le mo- dèle de bombements communiquant d'une façon superficielle est structuré d'une façon variée tellequ'à l'exception des grands bombements, des bosses se forment selon un niveau aux extrémités des corps de fixation entre les divers corps de fixation de chacune des rangées dans les zones mentionnées des vides, ce qui fait que le modèle de dilatation est étendu et varié. La pression sur la paroi extérieure, en vue de former les bombementspeut selon la présente invention etre obtenue d'une façon économique avec une autre technique de fabrication consistant à chauffer l'absorbeur de chaleur, ou l'absorbeur de rayonnement du plasma, avec la cire encore non fondue, une fois réalisée l'application de la paroi extérieure par galva- noplastie; comme cette cire se dilate plus fortement que le métal de la paroi intérieure et de la paroi extérieure, il se forme ainsi les bombements; après quoi la cire est fondue. Pour améliorer les débits du courant et en même temps augmenter ledegré d'échange de chaleur, il est proposé selon une autre caractéristique de l'invention de donner aux divers corps de fixation une forme aérodynamique. Grâce à la structuration mentionnée précédemment de la paroi extérieure à l'aide des corps de fixation individuels et à la situation de ceux-ci les uns par rapport aux autres, la paroi extérieure est préparée ou programmée au préalable selon une conception en particulier favorable pour mattriser sans destruction1la chaleur qui se produit, dans la mesure o sont donnés au préalable des rapports de dilatation sensible- ment égaux géométriquement ou superficiellement dans chaque direction, qui ne peuvent pas former de pointes de tension, ce qui fait que la durée de vie est augmentée d'une façon de- cisive. Comme indiqué, l'objet de la présente invention est appliqué en particulier pour capter le rayonnement du plasma dans les réacteurs thermonucléaires. Pour conserver la'struc- ture proposée dans ce cas extrême avant la surchauffe, il est proposé dans ce cas de prévoir la structure de la paroi con- forme à l'invention sur un support rotatif, de sorte qu'à chaque fois la région de la paroi soumise au rayonnement du plasma et fortement chauffée par celui-ci, est sortie de nou- veaupar rotationdu rayonnement et un tour a le temps de la faire se "séparer" du chauffage, c'est-à-dire de se refroidir, la chaleur produite étant enlevée par le milieu réfrigérant qui circule. La présente invention est illustrée par les exemples de réalisation non limitatifs représentés par les dessins ci- annexés et sur lesquels: - la figure 1 montre une coupe transversalement à la structure proposée; la figure 2 montre une vue en plan de la structure proposée avec un enroulement de fils appliqué pour ne fixer la paroi extérieure que par zones; la figure 3 montre une autre forme de réalisation ds la structure proposée; la figure 4 montre l'aspect d'un absorbeur de rayonne- ment du plasma de forme cylindrique ayant la structure proposée comme gaine extérieure, et la figure 5 montre la formation finale des bombements élémentaires au moyen d'un rouleau profilé. Dans une paroi intérieure i en matière conduisant bien la chaleur, en particulier en cuivre, sont prévus ou incorporés des canaux de refroidissement 2 continus qui sont remplis avec une cire électroconductrice en vue d'appliquer par galvanoplastie une paroi extérieure 3. Ensuitela paroi extérieure 3, en particulier également en cuivre, est appliquée par galvanoplastie qui, selon la forme de base cylindrique montrée sur la figure 1, relative à la paroi intérieure 1 et à une paroi porteuse 4, présente tout d'abord également d'une façon continue une forme de base cylindrique. Grâce à l'appli- cation par galvanoplastie, la paroi extérieure 3 adhère solide- ment par sa surface intérieure aux surfaces de fixation 5 des nervures 6 apparaissant radialenent vers l'extérieur. Pour les raisons données en détail dans l'introduc- tion de la description, la paroi extérieure 3 doit Atre munie de bombements 7. Cette obligation peut 8tre satisfaite par exemple en appliquant ou en tendant sur la paroi extérieure 3 encore cylindrique un enroulement de fils métalliques compor- tant des spires 8 séparées, après quoi on chauffe la citre se trouvant encore dans les canaux de refroidissement 2, qui se dilate ainsi plus fortement que la paroi intérieure 1 et la paroi extérieure 3 terminées en métal, en particulier le cuivre, ce qui fait qu'entre chacune des spires 8 la paroi extérieure 3 se bombe, de sorte que des bombements élémentaires 7 se for- ment, entre lesquels, restent des zones d'espacement 9 mainte- nues de force par les spires 8. Comme le représente la figure 3, la paroi intérieure 11 présente des corps de fixation 12a et 12b de forme aérody- namique, qui sont disposés en rangées R1 et R2, les corps de fixation 12a de rangée Rl étant disposés en chicane par rapport aux corps de fixation 12b de la rangée R2, et de telle façon que les extrémités avant et les extrémités arrière des corps de fixation 12a et 12b, vus dans le sens du courant du milieu réfrigérant K, pénètrent encore dans les vides. Pour faire bomber la paroi extérieure 13 après l'application par galvano- plastie de celle-ci, la cire est laissée de nouveau dans le système de canaux de refroidissement entre chacun des corps de fixation 12a et 12b et la structure est chauffée. Grace à la dilatation de la cire, plus forte que celle du métal de la paroi intérieure ll et de la paroi extérieure 13, des bom- bements 17 sont créés dans cette dernière entre chacun des corps de fixation 12a et 12b de chacune des rangées Rl et R2, bombements qui, observés au-dessus de toute la surfaces se transforment les uns dans les autres, et vers les zones d'extrémités de chacun des corps de fixation 12a et 12b présen- tent des renflements 17a selon un niveau, de sorte que super- ficiellement se constitue un système de bombemens continu. différent selon un niveauqui favorise pratiquement complète- ment le but visé d'élimination des tensions. Comme il ressort de la figure 4, la structure de paroi conforme à l'invention est disposée sur un cylindre Z, comme gaine extérieure, monté de façon pivotable. Les rayons calori- fiques, en particulier le rayonnement du plasma, sont alors désignés par P. Sur la figure 5 est représenté en principe comme moyen d'outil d'estampage, un rouleau W qui donne la forme définitive aux bombements élémentaires 7. Dans ce cas sur la figure 5 indiquée on peut voir audessus du rouleau W le bombement 7a encore continu formé précédement par la dilatation de la cire, tandis qu'au-dessous du rouleau W on peut reconnattre déjà le profilage définitif de la paroi extérieure 3. Le rouleau W tourne en hélice autour de la pièce cylindrique (absorbeur de chaleur). REVENDICATIONS 1. Absorbeur de chaleur, en particulier absorbeur de rayon- nement du plasma comprenant une paroi intérieure en matière bonne conductrice de la chaleur, en particulier en cuivre, dans.laquelle sont prévus des canaux de refroidissement o circule un milieu réfrigérant, qui sont recouverts par une paroi extérieure soumise, à la chaleur ou frappée par le rayonnement du plasma, également en une matière bonne conductrice de la chaleur, en particulier en cuivre, la fabrication de cette paroi s'effectuant en particulier par galvanoplastie, de telle sorte que les canaux de refroidissement sont remplis avec une cire électro-conductrice, puis la paroi extérieure est appliquée par galvanoplastie, puis la cire est fondue, caractérisé par le fait que la paroi extérieure (3) au-dessus des canaux de refroidissement (2), vue dans la direction de ceux-ci, présente des bombements élémentaires (7) avec des zones d'espacement (9) intermédiaires. 2. Absorbeur de chaleur, selon la revendication 1, compor- tant des canaux de refroidissement continus et des nervures continues délimitant ces canaux, caractérisé par le fait que les bombements élémentaires (7) sont placés à une certaine distance derrière les uns les autres chaque fois qu'ils se trouvent au-dessus d'un canal de refroidissement (2). 3. Procédé pour la fabrication de bombements dans l'absor- beur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'après l'application par galvanoplastie de la paroi extérieure (3), cette paroi (3) encore non bombée n'est fixée vers l'extérieur dans le sens radial que sur les zones d'espacement (9) entre les futurs bombements (7) et qu'ensuite les canaux de refroi- dissement (2) sont mis sous pression pour former les bombements (7) élémentaires. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que sur la paroi extérieure (3) encore non bombée un enroulement de fils métalliques à pas unique ou à pas multiples, est appliqué avec des distances appropriées entre chaque spire (8) en vue de fixer les zones d'espacement (9), qu'ensuite l'absorbeur de chaleur, ou l'absorbeur de rayonnement du plasma, est chauffé avec la cire encore non fondue qui est ensuite enfermée en vue d'engendrer la pression, la cire se dilatant plus fortement que le métal de la paroi intérieure (1) et de la paroi extérieure (3) et engendrant ainsi les bombements élémentaires (7) dans la paroi extérieure (3) statiquement plus faible, et qu'enfin, après refroidissement, l'enroulement de fils métalliques est enlevé et la cire est fondue. 5. Procédé pour la formation de bombements dans l'absorbeur de chaleur selon les revendications I et 2, caractérisé par le fait que la cire conductrice non fondue enfermée dans les canaux de refroi- disseminent (2) est chauffée, cette cire se dilatant plus fortement que le métal de la paroi intérieure (1) et de la paroi extérieure (3) et créant ainsi au-dessus des canaux de refroidissement (2) des bom- bements tout d'abord continus dans la paroi extérieure statiquement plus faible, après quoi après fusion de la cire, les bombements continus sont ramenés à l'état initial par déformation dans la région des futures zones d'espacement (9) en particulier par un roulage en oblique au moyen de rouleaux profilés. 6. Procédé pour la formation de bombements dans l'absorbeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que pour appliquer par galvanoplastie la paroi extérieure (13) à une certaine distance de la paroi intérieure (11), celle-ci présente un grand nombre de corps de fixation individuels (12a et 12b) sous forme de nervures, qui sont disposées à une certaine distance les unes par rapport aux autres en rangées (R1 et R2) transversalement à la direction du courant du milieu réfrigérant (K), et qu'après l'applica- tion par galvanoplastie de la paroi extérieure (13), le système de canaux de refroidissement (22) est mis sous pression pour créer les bombements (17). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'après l'application par galvanoplastie de la paroi extérieure (13), l'absorbeur de chaleur, ou l'absorbeur de rayonnement du plasma, est chauffé avec la cire renfermée non encore fondue, cette dernière se dilatant plus fortement que le métal de la paroi intérieure (11) et de la paroi extérieure (13) et créant ainsi les bombements (17) dans la paroi extérieure (13) statiquement plus faible, après quoi la cire est fondue. 8. Absorbeur de chaleur, en particulier absorbeur de rayon- nement dû plasma obtenu, selon le procédé de l'une des revendicationq 6 et 7, caractérisé par le fait que les corps de fixation (12a) de l'une des rangées (R1) sont disposés en chicane par rapport aux corps de fixation (12b) de l'autre rangée (R2) dans le sens du courant, et qu'ils pénètrent encore dans ces chicanes par leurs extrémités. 9. Absorbeur de chaleur, en particulier absorbeur de rayon- nement du plasma obtenu selon le procédé de l'une quelconque des reven- dications 6 à 8, caractérisé par le fait que chacun des corps de fixation (12a et 12b) a une forme aérodynamique. 10. Absorbeur de chaleur, en particulier absorbeur de rayon- nement du plasma obtenu selon la procédé de l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé par le fait que la structure des parois forme la gaine extérieure d'un cylindre qui est monté pivotable.