Brevet FR2538527A1 — publié le 19840629

Element d'échange de chaleur et procédé de réalisation dudit élément La présente invention se rapporte d'une part à un élément d'échan- ge de chaleur pourvu en surface d'un revêtement augmentant le coefficient d'échange dans le cas o il y a ébullition et d'autre part à un procédé de réalisation de cet élément Elle se rapporte en particulier aux tubes pré- sentant à l'extérieur ou à l'intérieur un revêtement poreux. Les éléments d'échange de chaleur comportent une paroi étanche sé- parant le fluide chaud et le fluide froid Certains de ces éléments compor- tent une couche superficielle servant à augmenter le coefficient d'échange de chaleur. Certains éléments appropriés aux échanges de chaleur avec un li- quide à l'ébullition comportent superficiellement un revêtement métallique poreux (pores reliés entre eux) mono ou multicouches c'est-à-dire d'épais- seur égale ou supérieure à l'épaisseur propre des grains métalliques consti- tutifs Grâce à ce revêtement, l'ébullition reste du type nucléé même si l'écart de température entre le liquide et la paroi chauffante est faible et le nombre de cavités o se forment les bulles de vapeur est élevé La surface des cavités est constamment alimentée par un film liquide grâce aux forces de tension superficielle. Parmi les procédés pour obtenir ces revêtements poreux superfi- ciels, certains font appel soit au frittage de particules métalliques soit encore au brasage de particules métalliques à l'aide d'un alliage de bra- sage. La présente invention a pour but de fournir un élément d'échange comprenant un revêtement superficiel poreux mono ou multicouches présentant une liaison particulièrement forte des particules métalliques entre elles et avec le support. L'élément d'échange de chaleur selon l'invention est constitué par une paroi métallique présentant superficiellement un revêtement métalli- que poreux formé par un empilage de particules d'un métal de structure liées par un alliage de brasage Il est caractérisé par le fait que les par- ticules du métal de structure de ce revêtement sont des particules sensible- ment sphériques et exemptes d'oxydes qui sont obtenues par atomisation dans un gaz ou par pulvérisation d'une électrode tournantes Le procédé de fabrication selon l'invention consiste à exécuter sur la paroi métallique, un dép 8 t de particules de métal de structure et d'un alliage de brasage puis à effectuer une cuisson à haute température de manière à faire fondre l'alliage de brasage Il est caractérisé par le fait qu'il consiste à prendre comme particules du métal de structure,des particu- les sensiblement sphériques et exempte d'oxydes qui sont obtenues par atomi- sation dans un gaz ou par pulvérisation d'une électrode tournante. Selon une caractéristique, le procédé consiste à effectuer le dé- pôt de la couche à l'aide d'une barbotine, contenant dans une solution ac- queuse d'un liant organique, les particules du métal de structure et de l'alliage de brasage puis à lisser la couche puis à sécher la couche avant cuisson. Selon une autre caractéristique le procédé consiste à déposer la couche sur un élément du type tube en faisant couler la barbotine sur le tu- be et en la lissant pendant que celui-ci tourne autour de son axe longitudi- nal, en déplaçant relativement le jet de coulée par rapport au tube. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront mieux de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une coupe d'un élément d'échange selon l'invention. la figure 2 est un schéma illustrant les différentes étapes du procédé selon l'invention. la figure 3 est un schéma illustrant l'opération de dépôt qui est effectuée dans le procédé selon l'invention. En se référant à la figure 1, l'élément de chaleur comporte une paroi métallique étanche 1 qui sépare un liquide chaud et un liquide froid. Cette paroi métallique a par exemple la forme d'un tube. L'élément métallique présente, en surface, du côté du liquide chaud un revêtement métallique poreux 2 Ce revêtement poreux est constitué par des particules 21 d'un métal de structure reliées les unes aux autres et à la paroi 1 par un enrobage 22 de liaison obtenu par brasage avec un al- liage de brasage Ce revêtement forme, entre les particules 21, des pores 23 qui sont reliés entre eux et débouchent en surface. Le revêtement est formé, perpendiculairement à la surface de la paroi, par un empilage de particules métalliques Dans le cas o le revête- ment est multicouches>les particules les plus extérieures ne sont pas acco- lées à la paroi mais accolées à d'autres particules plus proches de la pa- roi. Les particules du métal de structure du revêtement sont sensible- ment sphériques, ont des dimensions régulières et sont pratiquement exem- ptes d'oxydes sur leur surface extérieure On prendra à cet effet des pou- dres obtenues par un procédé de fabrication de poudres par atomisation dans un gaz tel que le décrivent le brevet français 2 255 122 et le certificat d'addition 2 366 077 ou par pulvérisation 'électrode tournante tel que le décrit le brevet français 2 253 591. L'alliage de brasage servant à la liaison des particules du métal de structure fond à une température inférieure à la température d'infusion du métal de structure et du métal constituant la paroi. A titre indicatif on peut prendre pour l'alliage de brasage une poudre de brasage préalliée à base de nickel dont la composition est la sui- vante 0,08 Z de carbone 0,7 % de silicium 3,32 % de bore 15 % de chrome moins de 1 % de fer solde de nickel. Le revêtement conforme à l'invention présente une bien meilleure adhérence qu'un revêtement obtenu avec des poudres atomisées à l'eau. En se référant à la figure 2, le procédé selon l'invention présen- te les étapes suivantes. On prépare tout d'abord une solution acqueuse d'un liant organi- que qui entre dans la composition d'une barbotine constituée d'une suspen- sion de poudre de métal de structure et d'une poudre d'alliage de brasage dans ladite solution. Ce liant est à titre indicatif constitué par une solution acqueu- se de méthylcellulose obtenue en dissolvant le méthylcellulose dans de l'eau chaude Ce liant influe sur la viscosité de la barbotine et donne une cohésion en cru à la couche déposée sur la paroi. On prépare la barbotine en mélangeant les différents constitu- ants A titre indicatif on peut préparer par exemple une bartotine contenant en poids 64 Z de poudre de métal de structure du type acier inoxy- dable, 16 % de poudre d'alliage de brasage du type défini ci-dessus et 20 % de solution acqueuse de méthylcellulose La granulométrie de la poudre de brasage est inférieure à 110 microns et la granulométrie de la poudre de mé- tal de structure inférieure à 200 microns. La paroi destinée à recevoir le revêtement est préalablement ren- due rugueuse et nettoyée. On dépose ensuite en une seule fois une couche de barbotine sur la paroi par exemple en faisant couler un jet de barbotine La couche de barbotine est lissée à l'aide d'un racloir qui permet de calibrer l'épais- seur du dépôt comprise à titre indicatif entre 200 et 300 microns Dans le cas d'un tube repéré 1 (figure 3), celui-ci est entraîné en rotation sous 2-538527 :4 une trémie 3 contenant la barbotine Le jet de barbotine qui s'écoule de la trémie forme une couche qui est lissée par le racloir 4 au fur et à mesure du dép 8 t La trémie et le racloir sont animés longitudinalement d'un mouve- ment relatif par rapport au tube. On durcit ensuite le dépôt par une opération de séchage. La paroi revêtue de la couche crue déposée subi-t ensuite une cuis- son en deux phases sous atmosphère protégée La première phase dite de pré- chauffage a pour but de décomposer l'agent organique Ce préchauffage est effectué à une température de l'ordre de 4000 C La deuxième phase de cuis- son proprement dite est effectuée à une température plus élevée permettant de fondre l'alliage de brasage Elle est effectuée à une température de l'ordre de 1065 C dans le cas o l'alliage de brasage a la composition dé- finie ci-dessus. Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'inven- tion imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. REVENDICATIONS 1. Elément d'échange de chaleur constitué par une paroi métalli- que présentant superficiellement un revêtement métallique poreux constitué par un empilage de particules d'un métal de structure liées par un alliage de brasage, caractérisé par le fait que les particules du métal de struc- ture de ce revêtement sont des particules sensiblement sphériques exemptes superficiellement d'oxydes, obtenues par atomisation dans un gaz ou par pulvérisation d'une électrode tournante. 2. Procédé de fabrication de l'élément selon la revendication 1, consistant à déposer sur la paroi métallique, une couche de particules d'un métal de structure et d'un alliage de brasage puis à effectuer une cuisson à haute température de la paroi ainsi revêtue de manière à faire fondre l'alliage de brasage, caractérisé par le fait qu'il consiste à prendre com- me métal de structure des particules sensiblement sphériques et exemptes d'oxydes obtenues par atomisation dans un gaz ou par pulvérisation d'une électrode tournante. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer le dépôt de la couche à l'aide d'une barbotine contenant, dans une solution acqueuse d'un liant organique, les particules du métal de structure et de l'alliage de brasage, puis à sécher la couche déposée avant cuisson. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à effectuer un premier chauf- fage de la paroi revêtue de la couche déposée de manière à décomposer le liant organique puis à effectuer un second chauffage de la couche déposée à une température assurant la fusion de l'alliage de brasage - Procédé selon l'une des revendications précédentes dans le- quel l'élément d'échange est constitué par un tube, caractérisé par le fait qu'il consiste à déposer la couche de revêtement en faisant couler la barbo- tine sur le tube et en la lissant pendant que celui-ci tourne autour de son axe longitudinal,-en déplaçant relativement le jet de coulée par rapport au tube. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait qu'il consiste à utiliser une poudre de mé- tal de structure ayant une granulométrie inférieure à 200 microns et une poudre d'alliage de brasage ayant une granulométrie inférieure à 110 microns.