Brevet FR2654503A1 — publié le 19910517

Le rendement d'une turbine à gaz dépend en partie de la température de l'air à l'entrée du brûleur. Pour augmenter cette valeur de façon significative, l'air d'admission, après la phase de compression, est préchauffé dans un échangeur thermique qui peut être fixe ou tournant. Dans un véhicule automobile où le volume disponible est limité, cet échangeur ou régénérateur est tournant. Un échangeur thermique tournant comporte une paroi animée d'un mouvement de rotation qui traverse successivement un conduit parcouru par des gaz chauds, par exemple les gaz de combustion de la turbine, et un conduit parcouru par de l'air froid. Cette paroi, en tournant absorbe une partie des calories des gaz chauds et les cède ensuite à l'air froid. Elle est généralement constituée en un matériau réfractaire à structure en nids d'abeilles. L'efficacité de l'échangeur dépend du taux de fuite des différents joints séparant les zones d'admission et d'échappement, chaude et froide, sous pression et à l'atmosphère. Ce taux de fuite ne doit pas se dégrader dans le temps pour éviter une perte de rendement. La présente invention a pour objet un échangeur thermique dans lequel la résistance à l'usure de la paroi tournante est particulièrement grande. Cet échangeur est caractérisé en ce que les pores résiduels de la surface de l'élément réfractaire tournant situé du côté de l'arrivée des gaz chauds sont remplis et la surface recouverte d'oxyde de chrome totalement ou partiellement. La présente invention a également pour objet un perfectionnement au procédé de fabrication de l'élément réfractaire tournant de l'échangeur. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on imprègne par de l'acide chromique ladite surface de l'élément réfractaire et qu'on fait ensuite subir un traitement thermique à l'élément réfractaire de façon à transformer l'acide chromique en oxyde de chrome. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront dans la description d'un mode de réalisation d'un échangeur thermique tournant donnée ci-après avec référence au dessin annexé dans lequel La Figure 1 est une vue en coupe axiale de l'échangeur; La Figure 2 est une vue en plan d'une partie de la paroi tournante de l'échangeur. Tel qu'il est représenté au dessin, l'échangeur selon l'invention est constitué par un boîtier cylindrique 1 dans lequel est monté à rotation un disque régénérateur 2 en une matière réfractaire, par exemple en cordiérite. Ce disque est interposé entre deux joints fixes annulaires 3 et 4; il comporte des canaux 2a disposés en nids d'abeilles de l'ordre du millimètre avec des parois dont l'épaisseur est de l'ordre du dizième de millimètre. I1 est muni d'un anneau métallique 11 collé ou scellé et comportant une denture périphérique 2b qui traverse une ouverture du boîtier 1. Cette denture est en prise avec un pignon 5 calé sur un arbre 6 pouvant être entraîné en rotation par des moyens non représentés au dessin.Au delà des joints 3 et 4, le boîtier 1 comporte deux cloisons diamétrales 7 et 8 qui séparent l'intérieur du boîtier en deux passages 9a et 9b, lOa et lOb. Le passage lOb est relié à une source d'air chaud, par exemple au conduit d'échappement d'une turbine à gaz et communique avec le passage 9b par les canaux 2a du disque 2; de son côté, le passage 9a est relié à une source d' air frais et communique avec le passage 10a par d'autres canaux 2a du disque 2. En fonctionnement, la partie du disque régénérateur 2 qui est en regard des passages 9b et lOb absorbe une partie des calories des gaz de combustion en les refroidissant; cette partie ainsi réchauffée arrive en regard des passages 9a et l0a et cède à l'air froid les calories qu'elle a accumulées. La surface 2c du disque régénérateur 2 située du côté du joint 4 a été traitée par de l'oxyde de chrome, de façon que cet oxyde recouvre l'extrémité des parois et remplisse en tout ou partie les pores résiduels du disque. A cet effet, on peut imprégner avec de l'acide chromique, sur une épaisseur de quelques millimètres, la surface de la céramique constituant le nid d'abeilles, et faire ensuite subir un traitement thermique vers 5500 C au disque imprégné; l'acide chromique se transforme alors en oxyde de chrome. Plusieurs imprégnations successives sont nécessaires pour boucher les pores résiduels; mais l'acide chromique se déposant également à la surface des canaux 2a, il ne faut pas que le nombre d'imprégnations soit trop élevé, ce qui pourrait réduire de façon sensible la section de ces canaux. On peut, par exemple, procéder à cinq imprégnations successives, avec séchage à 120 - 1500 C entre deux imprégnations, le disque étant porté après les imprégnations à 550 - 6000 C pendant quelques minutes. L'imprégnation de la surface du disque peut être réalisée en posant le disque sur un matériau poreux, papier buvard par exemple, imbibé d'acide chromique. L'acide monte le long des parois et pénètre dans les pores par capillarité. Le temps de contact entre le disque et le matériau poreux détermine la hauteur d'imprégnation. Un lubrifiant solide, par exemple du nitrure de bore, peut être dispersé dans la solution d' acide chromique. I1 va de soi que la: présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. Revendications 1. Echangeur thermique tournant comportant un élément (2), en un matériau réfractaire à structure en nid d'abeilles, qui peut être animé d'un mouvement de rotation de façon à traverser successivement un passage (lOb-9b) parcouru par des gaz chauds, par exemple les gaz de combustion d'une turbine à gaz, et un passage (9a-lOa) parcouru par de l'air froid, caractérisé en ce que les pores résiduels de la surface de l'élément réfractaire tournant (2) sont remplis totalement ou partiellement d'oxyde de chrome. 2. Procédé de fabrication de l'élément réfractaire tournant de l'échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on imprègne par de l'acide chromique ladite surface de l'élément réfractaire et qu'on fait ensuite subir un traitement thermique à l'élément réfractaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on procède à plusieurs imprégnations successives suivies d'un séchage à 120 - 1500C, l'élément étant porté après les imprégnations à 550 - 600" C pendant quelques minutes. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on procède à l'imprégnation en posant l'élément réfractaire sur un matériau poreux imbibé d'acide chromique. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on disperse un lubrifiant solide dans l'acide chromique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le lubrifiant solide est du nitrure de bore.