Brevet FR2806932A1 — publié le 20011005

L'invention concerne un corps hydrodynamique muni d'une paroi et d'un canal d'écoulement ménagé à l'intérieur de la paroi, pour un fluide, le canal d'écoulement présentant dans la zone d'entrée du fluide dans le corps hydrodynamique, dans la direction d'écoulement, le long d'un axe central, une première zone, dont l'évolution de la section transversale est convergente et, s'y raccordant, une deuxième zone dont l'évolution de la section transversale est divergente. L'invention concerne en outre, un procédé pour la fabrication d'un tel corps hydrodynamique de fabrication d'un corps hydrodynamique avec une paroi et un canal d'écoulement, à l'intérieur de la paroi pour un fluide, dans le canal d'écoulement, une section transversale 1-5 d'évolution convergente et, s'y raccordant, une section transversale d'évolution divergente étant réalisées dans la zone d'entrée du fluide dans le corps hydrodynamique, en observant dans la direction le long d'un axe' central Le procédé concerne également l'utilisation d'un corps hydrodynamique, tel que défini ci-dessus. La fabrication de buses d'allure convergente-divergente, telles que ce qu'on appelle les buses ou tuyères de laval ou de venturi, se fait usuellement par usinage d'une ébauche. Indépendamment du matériel utilisé, tel que le métal, la céramique, la matière synthétique, l'usinage de la section transversale convergente-divergente offerte à l'écoulement est très coûteux. Les buses en métal sont le plus souvent fabriquées par un processus à enlèvement de copeaux, par usinage de tournage ou d'érosion. Les buses en céramiqẻ peuvent être fabriquées par moulage par injection de poudre ou frittage; les buses en matière synthétique peuvent être fabriquées par moulage par injection. Il est alors nécessaire, en particulier pour les buses en céramique ou en matière synthétique, de réaliser un outil de moulage coûteux pour fabriquer la forme en contredépouille créée par le perçage convergent-divergent. Les buses de laval et les buses analogues à celles de Laval sont constitués d'un corps axialement symétrique ayant une partie en forme de buse, allant en s'effilant, et un élargissement concave ou conique, s'y raccordant. De tels corps hydrodynamiques donnent un débit masse de fluide constant, tant que le rapport entre la pression à l'endroit d'étranglement maximal de la buse et la pression en amont de la buse ne dépassent pas la valeur le 0,5283 (pour les gaz diatomiques). Du fait du gain de pression que l'on observe dans la partie élargie de la buse, il est possible, en ayant une pression amont constante, de maintenir constant le débit de fluide, tant que le rapport, entre la pression régnant à l'extrémité de l'élargissement et la pression amont, ne dépasse pas une valeur de 0,85 à 0,9. le - débit-masse de fluide peut donc, par exemple être manipulé simplement par le biais de la pression amont de la buse ou bien par le biais de la masse volumique du fluide ou bien par une modification de l'aire de la surface de la section correspondant à l'étranglement maximal. Dans le DE 196 43 054 Ai est décrit une soupape munie d'une buse de laval, qui convient en particulier pour l'addition dosée d'un gaz de processus dans un processus de réaction dans un système à pile à combustible. L'invention a comme but de fournir un corps hydrodynamique de forme convergente-divergente, dont la fabrication soit simplifiée, ainsi que son utilisation. Ce problème est résolu, pour un corps hydrodynamique, par le fait que le corps hydrodynamique est constitué, le long de son axe, au moins d'un premier segment et d'un deuxième segment, le premier segment présentant une évolution de section transversale convergente et le deuxième segment présentant une évolution de section transversale divergente. Pour ce qui concerne le procédé de fabrication d'un corps hydrodynamique, l'invention est résolue par le fait que, d'abord, sont fabriqués des segments individuels, un premier segment, ayant un premier tronçon de canal d'écoulement se trouvant à l'intérieur d'un paroi, dont la section transversale évolue de façon convergente est fabriqué et un deuxième segment, ayant un deuxième tronçon de canal d'écoulement se trouvant à l'intérieur de la paroi, dont la section transversale est d'une évolution divergente est fabriqué, en ce que le premier segment est mis en butée avec et relié rigidement, par une première surface d'ajustement, avec une deuxième surface d'ajustement du deuxième segment, de sorte que l'évolution convergente de la section transversale dans la zone des surfaces d'ajustement se transforme en l'évolution divergente de la section transversale. - Pour ce qui concerne l'utilisation d'un corps hydrodynamique, l'invention est résolue par le fait qu'il est utilisé dans un système à piles à combustible. Selon l'invention, un corps hydrodynamique est constitué en observant le long de son axe d'au moins deux segments. Le premier segment présentant une section transversale d'évolution convergente et le deuxième segment présentant une section transversale d'évolution divergente. L'avantage particulier de l'invention réside en ce que, pour la fabrication de la forme de buses très complexe, il n'y a plus aucunement nécessité de prévoir d'outils pour fabriquer les formes en contredépouille créées dans le corps de buse. La fabrication de telles buses est ainsi notablement simplifiée et rendue plus économique. D'autres avantages et modes de réalisation de l'invention ressortent de la description et sont caractérisées, pour le corps hydrodynamique, par le fait que - le premier et le deuxième segment se rejoignent par mise en butée l'un sur l'autre à l'emplacement de la transition entre l'évolution convergente de section transversale et l'évolution divergente de section transversale. - le deuxième segment constitue, par un troisième segment, si on observe dans la direction d'écoulement, la deuxième zone du corps hydrodynamique, dont l'évolution de la section transversale est divergente. Pour le procédé de fabrication du corps hydrodynamique, les avantages sont caractérisés par le fait que: - la première surface d'ajustement et la deuxième surface d'ajustement sont configurées de manière à s'engager l'une dans l'autre au moins par zones. - la zone ayant l'évolution de section transversale divergente est constituée d'au moins deux segments, le deuxième segment étant mis en butée avec et relié rigidement, par une troisième surface d'ajustement, à une quatrième surface d'ajustement. - la troisième surface d'ajustement est réalisée avec la quatrième surface d'ajustement, de manière à s'engager l'une dans l'autre au moins par zones. L'invention va être décrite plus en détail ci-après à l'aide d'un dessin dans lequel: la figure 1 est une représentation de principe d'un corps hydrodynamique selon l'invention, et la figure 2 est une représentation de principe de segments d'un corps hydrodynamique préféré. L'invention convient particulièrement pour fabriquer des buses de laval ou bien des buses analogues aux buses venturi. De telles buses sont utilisées de façon particulièrement préférées dans les systèmes à piles à combustible. Sur la figure 1 est représenté un corps d'écoulement préféré. Un corps d'écoulement 1 présente une paroi 2, 3, 4 et un canal d'écoulement 5, 6, 7 à l'intérieur de la paroi 2, 3, 4 pour un fluide 2. Dans la zone d'entrée 8 du fluide dans le corps hydrodynamique 1, en observant dans la direction de l'écoulement R, le long d'un axe central 9, le canal d'écoulement 5, 6, 7 présente une première zone 10 dont l'évolution de la section transversale est convergente, c'est-à-dire que la section transversale va en diminuant constamment en allant dans la direction de l'écoulement. S'y raccorde une deuxième zone 11 dont l'évolution de la section transversale est divergente, c'est-à-dire que la section transversale est agrandie lorsque l'on évolue dans la direction de l'écoulement R. Le corps hydrodynamique 1 est constitué,le long de son axe 9, au moins d'un premier segment 12 et d'un deuxième segment 13, l'aire de la section transversale du premier segment 12 évoluant de façon convergente et l'aire de la section transversale du deuxième segment 13 évoluant de façon divergente. La transition entre la zone convergente et la zone divergente du canal d'écoulement réside précisément au point de contact, là o le premier segment 12 touche le deuxième segment 13. Un troisième segment 14, dont l'évolution de section transversale est divergente comme pour le deuxième segment 13, se raccorde à ce deuxième segment. On a représenté sur la figure 2 des segments d'un corps hydrodynamique préféré. Le corps hydrodynamique 1 est constitué de 3 segments 12, 13, 14. Le premier segment 12 présente une section transversale d'évolution convergente dans le tronçon de canal d'écoulement 5, le deuxième segment 13 et un troisième segment 14 peuvent être regroupés dans la direction de l'écoulement, les deux segments 13, 14 constituant la deuxième zone 11 du corps hydrodynamique 1, dont l'allure de la section transversale est divergente. Le corps hydrodynamique selon l'invention, muni d'une paroi 2, 3, 4 et d'un canal d'écoulement 5, 6, 7 à l'intérieur de la paroi 2, 3, 4 pour un fluide, est fabriqué en fabriquant des segments 12, 13, 14 individuels. Les segments peuvent être fabriqués sous la forme de pièces tournées, de pièces moulées par injection, ou analogues, simples. Le premier segment 12 est fabriqué avec une aire de section transversale dont l'évolution est convergente dans le tronçon de canal d'écoulement 5. Un deuxième segment 13 ou d'autres segments 14 sont fabriqués avec un tronçon de canal d'écoulement 6 ayant une aire de section transversale dont l'évolution est divergente. Ensuite, les segments sont mis en butée l'un avec l'autre et reliés ensemble rigidement par leurs surfaces d'ajustement. Chaque fois deux segments 12, 13 ou 13, 14 qui doivent être reliés sont munis à cette fin de surfaces d'ajustement configurées de manière qu'elles s'engagent les unes dans les autres lors du contact. Les segments peuvent ainsi être centrés simplement. Le premier segment 12 est muni d'une première surface d'ajustement 16, 17, sur sa surface opposée à l'ouverture d'entrée 8. Dans le cas o l'on a à faire à une pièce tournée, ceci peut se faire d'une façon très simple, par exemple en enlevant de la matière sur cette surface pour former une collerette 16 et en laissant au centre un bossage 17. Le deuxième segment 13 reçoit une deuxième surface d'ajustement 18, 19 qui coopère de manière correspondante avec la première surface d'ajustement 16, 17. Pour le bossage 17, une cavité 19, et pour la collerette 16, une bordure 18, sont prévues sur la surface du deuxième segment 13. Les deux segments 12, 13 sont alors mis en butée l'un avec l'autre et relié rigidement par leurs faces d'ajustement 16, 17, 18, 19, de préférence ceci faisant appel à une soudure et/ou à un pressage avec déformation élastique et/ou à un collage. L'évolution convergente de la section transversale dans la zone des surfaces d'ajustement 16, 17, 18, 19, en l'évolution divergente de la section transversale se fait avantageusement au niveau du point de contact. Les surfaces d'ajustement 16, 17, 18, 19 peuvent être réalisées également en répondant à une symétrie spéculaire par rapport aux surfaces d'ajustement représentées sur la figure 2. Il est avantageux de former la zone 11, qui a une section transversale d'évolution divergente, à partir d'au moins deux segments 13, 14, le deuxième segment 13, avec un troisième surface d'ajustement 20, 21, étant mis en butée avec et reliée rigidement à une quatrième surface d'ajustement 22, 23 du troisième segment 14. La troisième surface d'ajustement 20, 21 coopère avec la quatrième surface d'ajustement 22, 23 de la même manière que les faces d'ajustement 16, 17, 18, 19 du premier segment 12 et du deuxième segment 13. L'avantage est que la face intérieure des tronçons de canal d'écoulement 6, 7 est plus simple à fabriquer. Concernant la fabrication des différents segments, il n'y a aucune forme correspondant à des contre-dépouilles. La fabrication de tels corps hydrodynamiques 1 de forme convergentedivergente est ainsi simplifiée et rendue plus économique. Bien que, du fait de l'assemblage le long de la surface intérieure, puissent se constituer des décrochements qui peuvent influer sur l'écoulement se produisant le long de la surface intérieure; il s'avère de façon surprenante que les décrochements se formant du fait des surfaces de contact des segments de buse ne diminuent qu'à peine la valeur du rendement de la buse. REVENDICATIONS 1. Corps hydrodynamique muni d'une paroi (2, 3, 4) et d'un canal d'écoulement (5, 6, 7) ménagé à l'intérieur de la paroi (2, 3, 4), pour un fluide, le canal d'écoulement (5, 6, 7) présentant dans la zone d'entrée (8) du fluide dans le corps hydrodynamique (1), dans la direction d'écoulement (R), le long d'un axe central (9), une première zone (10), dont l'évolution de la section transversale est convergente et, s'y raccordant, une deuxième zone (11) dont l'évolution de la section transversale est divergente, caractérisé en ce que le corps hydrodynamique est constitué, le long de son axe (9), au moins d'un premier segment (12) et d'un deuxième segment (13), le premier segment (12) présentant une évolution. de section transversale convergente et le deuxième segment (13) présentant une évolution de section transversale divergente. 2. Corps hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le deuxième segment (12, 13) se rejoignent par mise en.butée l'un sur l'autre à l'emplacement de la transition (15) entre l'évolution convergente de section transversale et l'évolution divergente de section transversale. 3. Corps hydrodynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième segment (13) constitue, par un troisième segment (14), si on observe dans la direction d'écoulement, la deuxième zone (11) du corps hydrodynamique (1), dont l'évolution de la section transversale est divergente. 4. Procédé de fabrication d'un corps hydrodynamique (1) avec une paroi (2, 3, 4) et un canal d'écoulement (5,6,7), à l'intérieur de la paroi (2, 3, 4) pour un fluide, dans le canal d'écoulement (5, 6, 7), une section transversale d'évolution convergente et, s'y raccordant, une section transversale d'évolution divergente étant réalisées dans la zone d'entrée (8) du fluide dans le corps hydrodynamique (1), en observant dans la direction (R) le long d'un axe central (9), caractérisé en ce que, d'abord, sont fabriqués des segments individuels (12,13), un premier segment (12), ayant un premier tronçon de canal d'écoulement (5) se trouvant à l'intérieur d'un paroi (2), dont la section transversale évolue de façon convergente est fabriqué et un deuxième segment (13), ayant un deuxième tronçon de canal d'écoulement (6) se trouvant à l'intérieur de la paroi (6), dont la section transversale est d'une évolution divergente est fabriqué, en ce que le premier segment (12) est mis en butée avec et relié rigidement, par une première surface d'ajustement (16, 17), avec une deuxième surface d'ajustement (18, 19) du deuxième segment (13), de sorte que l'évolution convergente de la section transversale dans la zone des surfaces d'ajustement (16, 17, 18, 19) se transforme en l'évolution divergente de la section transversale. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première surface d'ajustement (16, 17) et la deuxième surface d'ajustement (18, 19) sont configurées de manière à s'engager l'une dans l'autre au moins par zones. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone (11) ayant l'évolution de section transversale divergente est constituée d'au moins deux segments (13, 14), le deuxième segment (13) étant mis en butée avec et relié rigidement, par une troisième surface d'ajustement (20, 21), à une quatrième surface d'ajustement (22, 23). 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la troisième surface d'ajustement (20, 21) est réalisée avec la quatrième surface d'ajustement (22, 23), de manière à s'engager l'une dans l'autre au moins par zones. 8. Utilisation du corps hydrodynamique selon la revendication 1 dans un système à piles à combustible.