Brevet FR2737556A1 — publié le 19970207

La présente invention concerne les conduits thermiques Un conduit thermique est un dispositif de transfert thermique comprenant un récipient hermétiquement clos contenant simultanément une vapeur condensable et des organes capillaires pouvant causer le transport de la vapeur condensée d'une zone froide du récipient à une zone plus chaude de ce récipient, la vapeur condensable étant transportée de la zone chaude à la zone froide par le gradient de pression de vapeur existant entre les deux zones, la vapeur étant condensée dans la zone froide Les organes capillaires des conduits thermiques comprennent généralement une couche de matière poreuse telle que du métal poreux ou un treillis métallique, une matière céramique poreuse ou du verre fritté, placée contre la paroi interne du récipient .Si la forme du conduit thermique est complexe, il est difficile, pendant sa fabrication, de s'assurer que les organes capillaires sont placés contre la paroi du récipient . Bien que ceci soit sans gravité tant qu'il s'agit des zones froides du conduit thermique, il est très important de s'assurer que les organes capillaires sont placés contre la paroi du récipient dans les zones plus chaudes du conduit thermique . Car, si les organes capillaires ne sont pas disposés de cette façon, la vapeur condensée ne peut pas être efficacement amenée à la paroi chaude du récipient .Il en résulte indubitablement que la vaporisation se produit avant que la vapeur condensée n'atteigne les zones de température les plus élevées, ce qui abaisse le rendement du conduit thermique et se répercute sur ses caractéristiques isothermes Le brevet britannique 1.118.468 propose de garnir la surface interne du récipient clos de rainures constituant des passages capillaires garantissanc le transport de la vapeur condensée jusqu'a la paroi du conduit thermique . Mais ces rainures sont difficiles et coûteuses à réaliser dans certaines formes de conduits thermiques tels que ceux ayant la forme d'une aube profilée aérodynamiquement pour moteur à turbine à gaz Pour cette raison, ces aubes profilées aérodynamiquement n'ont été décrites qu'avec une couche séparée d'organes capillaires, par exemple dans le brevet britannique 1.080.60 .Bien qu'une telle disposition soit efficace tant qu'il s'agit d'une fraction importante de la surface interne de l'aube, les difficultés surgissent lorsqu'il s'agit de s'assurer que les organes capillaires pénètrent dans la région du bord de fuite de l'aube . Cette région est malheureusement exposée à des flux thermiques plus élevés que la plus grande partie des autres régions et, en outre, elle a nécessairement une moindre épaisseur . Cette région de l'aube risque donc, plus que les autres, un échauffement exagéré et les dommages qui en découlent La présente invention a pour objet de réaliser un conduit thermique assez peu coûteux et assez facile à fabriquer mais éliminant substantiellement une partie des inconvénients des conduits thermiques munis d'organes capillaires constitués par une couche distincte de matière poreuse Le conduit thermique selon l'invention comprend un récipient clos contenant une matière capable de vaporisation et de condensation dans les limites de température entre lesquelles ce conduit est appelé à fonctionner, et des organes capillaires pouvant provoquer le transport de la vapeur condensée d'une zone froide à une zone chaude du récipient, ladite vapeur condensée étant transportée de la zone chaude à la zone froide par le gradient de pression de vapeur existant entre les deux zones, ladite vapeur étant condensée dans la zone froide, une partie au moins desdits organes capillaires étant constituée par une matière poreuse placée contre la paroi interne du récipient, le reste desdits organes capillaire étant constitué par des rainures directement creusées dans la paroi interne dudit récipient La matière susceptible de vaporisation et de condensation sera, de préférence, du sodium, du fait que ce corps possède a) une tension superficielle élevée donnant une attraction capillaire satisfaisante b) une bonne humectabilité avec les organes capillaires, é galement du fait de sa tension superficielle élevée c) une faible viscosité facilitant l'attraction du sodium liquide le long des organes capillaires d) une chaleur latente de vaporisation élevée, aidant au transfert thermique e) une conductibilité thermique élevée, aidant au transfert thermique entre le sodium liquide, la paroi du conduit thermique et les organes capillaires f) une densité élevée à l'état gazeux, diminuant la résistance à l'écoulement ; et g) une bonne stabilité chimique La partie, au moins unique, des organes capillaires constituée par une matière poreuse pourra être constituée par un treillis de mailles d'acier inoxydable Le conduit thermique selon l'invention pourra avoir la forme d'une aube profilée aérodynamiquement pour moteur à turbine à gaz, les organes capillaires en forme de rainures étant placés au moins dans la région du bord de fuite de ladite aube L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté d'un moteur à turbine à gaz équipé d'aubes de guidage de distribution en forme de con duits thermiques conformes à l'invention - la figure 2 est une vue de coté d'une des aubes de guidage de distribution du moteur a turbine à gaz de la figure 1 - la figure 3 est une coupe de l'aube de guidage selon la ligne A-A de la figure 2 ; et - la figure 4 est une coupe de l'aube de guidage selon la ligne B-b de la figure 3 Le moteur à turbine à gaz 10, représenté à la figure 1, comprend un compresseur 11, des chambres de combustion 12, et une turbine 13 .Ce moteur fonctionne de la façon usuelle, l'air comprimé par le compresseur 11 étant mélangé au carburant et brûlé dans les chambres de combustion 12, les gaz chauds résultant de cette combustion se dilatant dans la turbine 13 avant de s'échapper dans l'atmosphsre et faisant ainsi tourner la turbine, laquelle entraine à son tour le compresseur 11 . Les gaz chauds provenant des chambres de combustion 12 sont dirigés dans la turbine 13 par une couronne d'aubes de guidage fixes dont l'une est représentée sur la figure 2 Cette aube de guidage de distribution 14 comporte une partie 15, de section droite en forme de profil aérodynamique, comportant des bandages 16 et 17 radialement interne et externe, respectivement (par rapport à l'axe longitudinal du moteur 10). Le bandage radialement interne 16 comporte deux bossages 18 et 19 servant à l'imnlobiliser dans la turbine 13 La partie aérodynamiquement profilée 15 est creuse, comme le montre la figure 3 . Un treillis d'acier inoxydable 22 est soudé par points à la presque totalité de la paroi interne 20 de cette partie profilée 15, à l'exception de la partie de cette paroi interne proche du bord de fuite 21 . Mais cette dernière partie de la paroi interne, proche du bord de fuite 21, comporte une série de rainures 23 creusées dans la paroi 20 . Ces rainures 23, plus clairement visibles sur la figure 4, sont orientées selon la corde aérodynamique et touchent le treillis d'acier inoxydable 22 La cavité interne creuse 24 de la partie aérodynamiquement profilée 15 est vide d air et contient une faible quantité de sodium .Cette partie profilée 15 constitue donc un conduit thermique LOrsque le moteur fonctionne, les gaz chauds sortant des chambres de combustion 12 viennent frapper la couronne d'aubes de guidage 14 de sorte que chacune de ces aubes comporte, dans sa partie profilée, des zones de températures diverses L'échauffement des aubes 14 a pour résultat la fusion, puis la vaporisation, du sodium qu'elles renferment . Le sodium vaporisé dans les zones plus chaudes des aubes 14 est transporté, par les différences de pression de vapeur, vers les zones plus froides où il se condense . La chaleur requise pour vaporiser le sodium est donc extraite de ces zones chaudes et utilisée à échauffer les zones froides lorsque la vapeur de sodium se condense dans ces dernières .Après condensation, le sodium liquide est ramené, par attraction capillaire dans le treillis d'acier inoxydable 22 et les rainures 23, vers les zones plus chaudes et le cycle se répète De ce fait, la vaporisation et la condensation constantes du sodium produisent, dans chaque aube de guidage 14, une répartition essentiellement régulière de la température de sorte que chacune d'elles devient essentiellement isotherme Le treillis d'acier inoxydable 22 et les rainures 23 agissent de concert pour donner une surface capillaire essentiellement continue sur la totalité de la paroi interne de la partie aérodynamiquement profilée 15 . Du fait que les rainures 23 sont en contact avec le treillis d'acier inoxydable 22, un courant de sodium liquide est maintenu entre le bord de fuite 21 et le reste de la partie profilée 15 .En conséquence, ce bord de fuite 21 et ce reste de la partie profilée 15 sont maintenus dans un état essentiellement isotherme Comme le treillis d'acier inoxydable 22 ne recouvre que les zones facilement accessibles de la paroi interne 20 de la partie aérodynamiquement profilée 15, il est relativement simple de s'assurer que ce treillis 22 est virtuellement complètement en contact avec la paroi 20 . La présence des rainures 23 dans le bord de fuite 21 permet aux organes capillaires de s'avancer aussi loin que possible dans ce bord de fuite tout en maintenant le contact entre la paroi interne 20 et le sodium liquide .De plus, l'orientation des rainures 23 dans le sens de la corde aérodynamique permet de réaliser, dans une certaine mesure, le refroidissement directionnel du bord de fuite 21 L'emploi d'un treillis d'acier inoxydable 22 et de rainures 23 en combinaison permet donc d'obtenir les memes résultats que, par exemple, des rainures s'étendant sur la totalité de la paroi interne 20, à savoir le contact entre la totalité de la paroi 20 et le sodium liquide .Mais l'invention permet d'obtenir ce résultat sans les difficultés techniques et les frais qu'occasionnerait la réalisation de rainures couvrant la totalité de la paroi interne 20 Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à un conduit thermique constitué par une aube de guidage de distribution pour moteur à turbine à gaz, il est évident qu'elle s'applique à tout conduit thermique de forme telle que l'em- ploi exclusif d'une matière poreuse ou de rainures ne donnerait pas satisfaction tant en ce qui concerne le cout de la réalisation que le rendement De plus, l'invention n'est pas limitée aux conduits thermiques pourvuB- d'organes capillaires en treillis davier inoxydable et contenant de la vapeur de sodium . C'est ainsi qu'on pourra utiliser d'autres matières poreuses telles que les matières céramiques poreuses, et d'autres vapeurs condensaoles telles que les vapeurs de lithium et de potassium REVENDICATIONS 1. Conduit thermique comprenant un récipient hermétiquement clos contenant une matière capable de vaporisation et de condensation dans les limites de température entre lesquel les ce conduit est appelé à fonctionner, et des organes capillaires pouvant provoquer le transport de la vapeur condensée d'une zone froide a une zone chaude du récipient, ladite vapeur étant transportée de la zone chaude à la zone froide par le gradient de pression de vapeur existant entre les deux zones, ladite vapeur étant condensée dans la zone froide, caractérisé en ce qutune partie au oins desdits organes capillaires est constituée par une matière poreuse placée contre la paroi interne du récipient, le reste des dits organes capillaires étant constitué par des rainures directement creusées dans la paroi interne dudit récipient 2. Conduit thermique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la matière capable de vaporisation et de condensation est le sodium 3. Conduit thermique selon une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie, au moins unique, des organes capillaires constitués par une matière poreuse est constituée par un treillis de mailles d'acier inoxydable. 4. Conduit thermique selon une quelconque des Hevendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une aube profilée aérodynamiquement pour moteur à turbine à gaz 5. Conduit thermique selon la Revendication 4, caractérisé en ce que les organes capillaires en forme de rainures sont placés au moins dans la région du oord de fuite de l'aube