Brevet FR2529315A1 — publié le 19831230

La présente invention a pour objet un procédé d'obturation d'au moins une extrémité d'un module alvéolaire ainsi qu'un module dont l'obturation a été réalisée par ce procédé. De nombreuses applications industrielles utilisent des modules alvéolaires comportant des ran- gées de canaux dans lesquels circulent au moins deux fluides différents On rencontre de tels dispositifs notamment dans des échangeurs de chaleur ou des instal- lations d'ultra-filtration Etant donné que ces modules permettent de véhiculer des fluides différents, il est nécessaire d'obturer sélectivement leurs extrémités afin de permettre la séparation des fluides Divers procédés d'obturation ont été proposés à ce jour mais les solutions sont souvent compliquées et coûteuses. Une solution a été proposée dans le brevet français 79 21542 du 28 août 1979, appartenant au dépo- sant Sur la figure 1 de la présente demande, qui il- lustre ce procédé, on voit un module alvéolaire portant la référence générale 1 et comportant d'une part des rangées 2 de canaux individuels 4 dans lesquels circule un premier fluide et d'autre part des rangées 6 de ca- naux 8 dans lesquels circule un deuxième fluide Selon ce procédé, on réalise d'abord par usinage des encoches 10 aux extrémités des rangées 6 puis on dépose un maté- riau étanche d'obturation 12 sur toute la surface de l'extrémité à obturer du module 1 Le matériau d'obtu- ration ne pénétrant que partiellement à l'intérieur des canaux et restant pour l'essentiel en surface, on ob- tient une obturation complète des canaux 4 appartenant aux rangées 2 tandis que le fluide circulant dans les canaux 8 des rangées 6 peut sortir latéralement par les encoches 10. La présente invention a pour objet un procédé B 7408 3 JR d'obturation d'une extrémité d'un module alvéolaire qui élimine toute opération d'usinage préalable et se dé- marque donc du brevet précédent. D'autre part l'admission des fluides dans les canaux dont les extrémités restent libres s'effectue frontalement et non plus latéralement, configuration qui occasionnait des pertes de charges importantes. Cette invention permet aussi d'obtenir n'importe quelle géométrie d'obturation. La principale caractéristique du procédé ob- jet de l'invention est que le dépôt du matériau d'obtu- ration est précédé d'une opération de précolmatage con- sistant à colmater les canaux devant être obturés à l'aide d'un matériau de précolmatage uniquement destiné à servir de support mécanique pendant le dépôt du maté- riau d'obturation C'est au niveau du précolmatage que la configuration géométrique désirée est choisie. Selon un premier mode de mise en oeuvre, le matériau de précolmatage se présente sous la forme d'une poudre sèche et l'opération de précolmatage com- porte les étapes suivantes: on colmate tous les canaux débouchant sur l'extrémité à obturer du module avec le matériau de précolmatage, on applique une grille sur l'une des extrémités du module, la géométrie de cette grille étant telle qu'elle présente des ouvertures correspondant aux rangées de canaux devant rester ouverts, et on insuffle un gaz comprimé dans les canaux du module afin d'éliminer le matériau de précolmatage se trou- vant dans les canaux devant rester ouverts. Selon un autre mode de réalisation de ce pro- cédé, le matériau de précolmatage se présente sous for- me de pâte visqueuse et il est déposé par sérigraphie ou une méthode analogue. Dans certains cas, il peut être utile de fai- B 7408 3 JR re suivre l'opération de précolmatage d'un traitement thermique de consolidation du matériau de précolmatage. Il peut également s'avérer nécessaire, avant le dépôt du matériau d'obturation, de soumettre la face précolmatée du module à une opération d'usinage ou de dressage afin d'améliorer l'état de surface frontale des canaux colmatés. Le dépôt du matériau étanche d'obturation se fait généralement par projection à haute température, le module étant animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à la direction définie par les ca- naux. L'angle de projection du matériau étanche d'obturation par rapport à la direction définie par les canaux est de l'ordre de 40 à 500, et de préférence voisin de 450, et la projection peut se faire de maniè- re alternative, un disque animé d'un mouvement de rota- tion et comporta&t au moins une encoche étant placé devant l'extrémité à obturer du module alvéolaire. Quant au matériau de précolmatage, il peut soit subsister, soit être éliminé, après dépôt du maté- riau d'obturation. Enfin, l'invention a également pour objet un module alvéolaire dont au moins une des extrémités a été obturée sélectivement par le procédé qui vient d'être défini. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va sui- vre, donnée à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1, déjà décrite, est une vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une extrémité d'un module alvéolaire obturé selon un procédé de l'art antérieur, B 7408 3 JR la figure 2 est une vue en perspective d'une extrémité d'un module alvéolaire à obturer, la figure 3 est une vue schématique en cou- pe illustrant une extrémité du module précolmaté, la figure 4 a est une vue semblable à la figure 3 montrant l'extrémité du module après dép 8 t du matériau d'obturation, la figure 4 b est une vue en perspective de l'extrémité obturée du module de la figure 4 a, et la figure 5 est une vue schématique en perspective montrant comment on réalise le dépôt du ma- tériau d'obturation par projection sur une extrémité du module, Sur la figure 2, on voit l'extrémité à obtu- rer ll du module 13 qui présente des rangées 12 de canaux 14 à obturer et des rangées 16 de canaux 20 devant rester ouverts Les canaux peuvent avoir des sections carrées ou rectangulaires dont les côtés ont des longueurs de l'ordre du millimètre tandis que l'épaisseur des cloisons séparant les canaux est de l'ordre de 100 à 250 microns. Dans un premier exemple, le matériau de pré- colmatage se présente sous la forme d'un mélange pulvé- rulent comprenant, en poids, 75 % de poudre d'aluminium présentant une granulométrie moyenne de 45 microns et % de poudre de PFA (perfluoro-alkoxyle), cette der- nière ayant de préférence une granulométrie inférieure à 100 microns Ce mélange est préparé à sec au mortier puis introduit par simple bourrage dans les extrémités de tous les canaux débouchant sur la face à obturer du module. L'étape suivante consiste à éliminer la pou- dre des canaux dont les extrémités doivent rester ou- vertes Pour cela, on applique une grille de configura- tion géométrique appropriée à l'extrémité du module op- posée à l'extrémité à obturer 11 La géométrie de la B 7408 3 JR grille est telle qu'elle bouche l'entrée des canaux 14 qui doivent être obturés et laisse libre l'entrée des canaux 20 qui doivent rester ouverts Un courant ga- zeux, par exemple de l'azote comprimé sous une pression de quelques bars, est envoyé à travers le module par l'extrémité sur laquelle est appliquée la grille Ceci a pour effet d'éliminer le matériau de précolmatage présent à l'extrémité des canaux qui doivent rester ou- verts. Le matériau de précolmatage devant jouer le rôle d'un support mécanique lors du dépôt ultérieur du matériau d'obturation, il est nécessaire de le consoli- der par un traitement thermique approprié Dans le cas du mélange de poudre d'aluminium et de PFA, ce dernier joue le rôle d'un liant et a une température de fusion de l'ordre de 3100 C C'est pourquoi on effectue un traitement thermique à une température légèrement supé- rieure à cette valeur, par exemple 3201 C Une première méthode consiste à introduire le module 13 dans un four que l'on chauffe progressivement à la vitesse de 1001 C par heure, puis à observer, à la température de traite- ment, un palier d'une durée comprise entre 15 et 30 minutes, le tout étant suivi d'un retour lent à la tem- pérature ambiante Une autre méthode consiste à soumet- tre uniquement l'extrémité 11 du module 13 à un traite- ment thermique rapide par passage pendant 5 minutes dans un four prérèglé à 3400 C Ces types de traitements thermiques ont été choisis afin de permettre une conso- lidation mécanique suffisante tout en limitant le re- trait du au matériau plastique (un tel retrait pourrait entraîner des décollements locaux du matériau de colma- tage vis-à-vis des parois du module ou même des fissu- rations) On arrive ainsi au résultat illustré sur la figure 3 o l'on voit le matériau de précolmatage 15 bouchant les extrémités des canaux tels que 14 tandis qu'il a été éliminé des extrémités des canaux 20. B 4708 3 JR Les figures 4 a et 4 b illustrent le dépôt du matériau d'obturation une fois que le précolmatage a été réalisé Si nécessaire, la face précolmatée du mo- dule a subi un dressage ou un rodage destiné à éliminer la surépaisseur du matériau de précolmatage ou tout simplement à obtenir une surface suffisamment plane On dépose ensuite le matériau d'obturation 17 pour parve- nir au résultat illustré sur les figures 4 a et 4 b Dans l'exemple décrit ici, le matériau d'obturation est de l'aluminium de haute pureté déposé au pistolet oxyacé- tylénique. La méthode de projection est illustrée à la figure 5 On voit que le module 1 est animé d'un mouve- ment de rotation autour d'un axe parallèle à la direc- tion définie par les canaux tandis que le pistolet oxyacétylénique 18, alimenté par l'aluminium sous forme de fil, est disposé au voisinage de l'extrémité 11 du module et fait avec l'axe de rotation de celui-ci un angle a dont la valeur est comprise entre 400 et 500 et de préférence voisine de 45 La distance entre l'ex- trémité du pistolet 18 et la face 11 du module est de l'ordre de 15 cm Une buse 19 envoie de l'air comprimé pour éliminer en partie l'apport de calories dû au pro- cédé de dépôt Le dépôt du matériau d'obturation peut se faire en continu et, dans ce cas, la durée du dépôt est de l'ordre de 90 secondes pour que l'obturation partielle des canaux devant rester ouverts reste infé- rieure à 50 % En effet, on voit sur la figure 4 b qu'au cours de la projection une partie du matériau de colma- tage 17 a pénétré dans les canaux 20 et s'est déposée sur les extrémités des cloisons séparant ces canaux. Cependant, malgré cette diminution de la section, le fluide contenu dans les canaux 20 peut encore s'écouler dans des conditions satisfaisantes On peut également réaliser une projection discontinue avec interposi- B 7408 3 JR tion, entre l'extrémité il du module et le pistolet 18, d'un disque tournant présentant une ou plusieurs enco- ches. La durée du dépôt est plus longue avec cette deuxième méthode (de 3 à 6 mn), mais il est des cas ou la fragilité du module est incompatible avec la techni- que de projection en continu. Dans un deuxième exemple de réalisation, le précolmatage est réalisé avec un verre soluble afin de pouvoir éliminer celui-ci après dépôt du matériau d'ob- turation On peut utiliser, par exemple, du silicate de soude mis en place dans les canaux à obturer par séri- graphie Les éléments ainsi préobturés sont portés à 1100 C pendant une heure dans une étuve, puis soumis à un refroidissement lent (refroidissement à l'air) On obtient ainsi un verre qui adhère parfaitement aux pa- rois du module On réalise ensuite un revêtement d'alu- minium comme dans l'exemple précédent puis les éléments sont rincés à l'eau chaude, ce qui a pour effet d'éli- miner le verre qui est soluble dans l'eau. Dans un troisième exemple de réalisation, on procède au précolmatage comme dans les exemples précé- dents (mélange de poudre d'aluminium et de PFA ou uti- lisation d'un verre soluble) mais le revêtement déposé est de l'alumine Dans ce cas, l'opération de projec- tion est plus longue pour obtenir une épaisseur compa- rable à celle d'un dépôt d'aluminium et l'élévation de température plus importante On utilise en conséquence la projection alternative avec interposition d'un dis- que fendu animé d'un mouvement de rotation à la vitesse de deux tours par minute Pour une durée totale de pro- jection de l'ordre de 8 mn, la qualité de l'obturation est comparable à celle obtenue avec les revêtements d'aluminium. Dans un quatrième exemple le précolmatage est B 7408 3 JR fait avec des verres chargés par exemple d'alumine. Dans ce cas, le verre joue uniquement le rôle d'un liant et le dépôt dans les canaux est réalisé par séri- graphie On effectue ensuite un traitement thermique de consolidation à une température qui peut varier entre 600 et 11000 C suivant la nature du verre utilisé et son point de fusion Le dépôt du matériau d'obturation est ensuite effectué avec de l'aluminium ou de l'alumine comme illustré dans les exemples précédents. B 7408 3 JR REVENDICATIONS 1 Procédé d'obturation sélective d'au moins une extrémité ( 11) d'un module alvéolaire ( 13) compre- nant des rangées ( 12, 16) de canaux parallèles ( 14, 20) destinés à véhiculer au moins deux fluides différents, du genre de ceux dans lesquels on dépose un matériau étanche d'obturation ( 17) sur ladite extrémité ( 11) du module ( 1), caractérisé en ce que le dépôt dudit maté- riau d'obturation ( 17) est précédé d'une opération de précolmatage consistant à colmater les canaux devant être obturés à l'aide d'un matériau de précolmatage ( 15) uniquement destiné à servir de support méccanique pendant le dépôt du matériau d'obturation ( 22). 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le matériau de précolmatage ( 15) se pré- sente sous la forme d'une poudre sèche. 3 Procédé selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'opération de précolmatage comporte les étapes suivantes: on colmate tous les canaux débouchant sur l'extrémité à obturer ( 11) du module ( 13) avec le matériau de précolmatage ( 15), on applique une grille sur l'une des extrémités du module ( 13), la géométrie de cette grille étant telle qu'elle présente des ouvertures correspondant aux rangées de canaux devant rester ouverts, et on insuffle un gaz comprimé dans les canaux du module ( 13) afin d'éliminer le matériau de précolmatage se trouvant dans les canaux ( 20) devant rester ouverts. 4 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le matériau de précolmatage se présente sous la forme d'une pâte visqueuse. Procédé selon la revendication 4, caracté- B 7408 3 JR 2-29315 risé en ce que le matériau de précolmatage est appliqué sur l'extrémité à obturer ( 11) du module ( 13) par séri- graphie ou une méthode analogue. 6 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que l'opération de précolmatage est suivie d'un traitement thermique de consolidation du matériau de précolmatage. 7 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que l'opération de précolmatage est suivie d'un usinage de la face corres- pondante ( 11) du module alvéolaire ( 13). 8 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que le matériau de précolmatage est éliminé après dépôt du matériau étan- che d'obturation ( 17). 9 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que le dépôt du matériau étanche d'obturation ( 17) se fait par projec- tion à haute température. 10 Procédé selon la revendication 9, carac- térisé en ce que, pendant la projection du matériau d'obturation ( 17), le module alvéolaire ( 13) est animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe parallèle à la direction définie par les canaux ( 14, 20). 11 Procédé selon la revendication 10, carac- térisé en ce que l'angle de projection du matériau étanche d'obturation ( 17) par rapport à la direction définie par les canaux ( 14, 20) est de l'ordre de 40 à 500 et de préférence voisin de 45 . 12 Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 9 à 11, caractérisé en ce que la projection du matériau étanche d'obturation ( 17) se fait de ma- nière alternative, un disque, animé d'un mouvement de rotation et comportant au moins une encoche étant placé devant l'extrémité à obturer ( 11) du module alvéolaire ( 13) B 7408 3 JR 13 Module alvéolaire caractérisé en ce qu'au moins une de ses extrémités a été obturée par le procé- dé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. B 7408 3 JR