Brevet FR3101139A1 — publié le 20210326

Echangeur de chaleur gaz-gaz (10) pour turbomachine (101) configuré pour réchauffer un premier flux de gaz (108A) provenant d’un compresseur (104) de turbomachine au moyen d’un deuxième flux de gaz (108B) provenant d’une turbine (107) de turbomachine, l’échangeur (10) comprenant des parois primaires configurées pour séparer le premier flux de gaz (108A) du deuxième flux de gaz (108B) et des parois secondaires reliant deux parois primaires adjacentes, les parois primaires délimitant le premier flux gaz (108A) ou le deuxième flux de gaz (108B) étant espacées d’une distance d’espacement, les parois secondaires du flux de gaz délimité par les parois primaires espacées de la distance d’espacement présentant, en vue en coupe perpendiculaire au flux de gaz, un profil ondulé, le profil ondulé étant défini par trois arcs de cercle, le troisième arc de cercle reliant le premier et le deuxième arc de cercle, le troisième arc de cercle étant concave lorsque le premier et le deuxième arc de cercle sont convexes, ou inversement. Turbomachine comprenant un échangeur de chaleur gaz-gaz et procédé de fabrication de l’échangeur de chaleur gaz-gaz. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 ECHANGEUR DE CHALEUR POUR TURBOMACHINE, TURBOMACHINE ET PROCEDE DE FABRICATION DE L’ECHANGEUR Le présent exposé concerne des échangeurs de chaleur gaz-gaz pour une turbomachine, en particulier un échangeur de chaleur pour turbomachine dont un des flux parcourant l’échangeur est extrait d’une veine de turbomachine. On connait un échangeur de chaleur gaz-gaz pour une turbomachine permettant de réchauffer le gaz de la veine primaire sortant du compresseur haute pression par le gaz de la veine primaire sortant de la turbine basse pression. Cependant, on cherche à augmenter l’efficacité de ce type d’échangeur, d’en réduire l’encombrement et/ou d’en réduire la masse. En outre, il peut s’avérer intéressant de pouvoir avoir un échangeur dont la forme peut s’adapter à l’encombrement d’une turbomachine. Le présent exposé vise à remédier au moins en partie à ces inconvénients. A cet effet, le présent exposé concerne un échangeur de chaleur gaz-gaz pour turbomachine configuré pour réchauffer un premier flux de gaz provenant d’un compresseur de turbomachine au moyen d’un deuxième flux de gaz provenant d’une turbine de turbomachine, l’échangeur comprenant des parois primaires configurées pour séparer le premier flux de gaz du deuxième flux de gaz et des parois secondaires reliant deux parois primaires adjacentes, les parois primaires délimitant le premier flux gaz ou le deuxième flux de gaz étant espacées d’une distance d’espacement, les parois secondaires du flux de gaz délimité par les parois primaires espacées de la distance d’espacement présentant, en vue en coupe perpendiculaire au flux de gaz, un profil ondulé, le profil ondulé étant défini par trois arcs de cercle, le troisième arc de cercle reliant le premier et le deuxième arc de cercle, le troisième arc de cercle étant concave lorsque le premier et le deuxième arc de cercle sont convexes, ou inversement. Grâce à la paroi secondaire présentant, en vue en coupe perpendiculaire au flux de gaz s’écoulant entre deux parois primaires adjacentes, il est possible de réaliser l’échangeur de chaleur gaz-gaz par un procédé de fabrication additive, par exemple par fusion laser sur lit de poudre. En effet, en fabrication additive sur lit de poudre, il est très difficile de réaliser des parois horizontales sans utiliser des éléments de supportage qui soit entravent la circulation du flux ou soit doivent être retirées après la fabrication de la pièce. En outre, en réalisant l’échangeur de chaleur gaz-gaz par fabrication additive, il est possible de réaliser un échangeur de chaleur gaz-gaz relativement complexe et dont la forme extérieure peut être adaptée à l’encombrement dans la turbomachine. De plus, grâce à la forme des parois secondaires présentant un profil ondulé, il est possible de réduire la perte de charge au sein de l’échangeur de chaleur. Dans certains modes de réalisation, le premier arc de cercle et le deuxième arc de cercle ont un rayon identique. Dans certains modes de réalisation, le premier arc de cercle et le deuxième arc de cercle sont définis par un cercle de rayon R dont le centre est placé sur chacune des parois primaires et le troisième arc de cercle est défini par un cercle de rayon dont le centre est placé sur un plan parallèle au flux de gaz et disposé à une distance H/2 des parois primaires où H est distance d’espacement, la longueur du troisième arc de cercle étant égale à la somme des longueurs du premier et du deuxième arc de cercle et le rapport Ra = R/H étant supérieur ou égal à 1/3, de préférence supérieur ou égal à 1/2 et inférieur ou égal à 3, de préférence inférieur ou égal à 2, où H est distance d’espacement et R est le rayon des arcs de cercle. On comprend que le centre des cercles des premier et deuxième arcs de cercle étant placé sur chacune des parois primaires, l’angle formé par les premier et deuxième arcs de cercle et les parois primaires est égal à 90°. On comprend également que les centres des cercles des premier et deuxième arcs de cercle sont disposés sur une même droite perpendiculaire aux parois primaires, le plan parallèle au flux de gaz disposé à une distance H/2 des parois primaires formant un plan de symétrie pour les arcs de cercle. Dans certains modes de réalisation, la distance d’espacement entre deux parois primaires est supérieure ou égale à 0,8 mm (millimètre), de préférence supérieure ou égale à 1 mm et inférieure ou égale à 4 mm, de préférence supérieure ou égale à 2 mm. Dans certains modes de réalisation, le premier et le deuxième arc de cercle forment respectivement avec une paroi primaire un congé présentant un rayon de courbure supérieur ou égal à 0,05 mm et inférieur ou égal à 0,3 mm. La présence d’un congé peut permettre de faciliter la fabrication des parois secondaires. De plus, la présence d’un congé peut permettre d’éviter des angles dits vifs qui peuvent potentiellement être une source d’amorce de fissure. Dans certains modes de réalisation, les parois primaires et les parois secondaires sont réalisées en métal. A titre d’exemple non-limitatif de métal, on peut citer des alliages tels que l’Inconel, par exemple l’Inconel 718 et l’Inconel 625, l’acier, par exemple l’acier inox 316L ou un alliage à base de titane. Ces métaux ou alliages métalliques présentent une tenue au fluage satisfaisante aux températures d’utilisation de l’échangeur de chaleur gaz-gaz, en particulier aux températures des gaz chauds provenant de la turbine de la turbomachine. Dans certains modes de réalisation, l’échangeur est un échangeur à courants croisés. Dans un échangeur à courants croisés, en particulier au cours d’un procédé de fabrication additive, certaines ailettes sont horizontales. Aussi, la configuration des parois secondaires est particulièrement avantageuse. Dans certains modes de réalisation, l’épaisseur des parois secondaires ondulées est supérieure ou égale à 0,1 mm, de préférence supérieure ou égale à 0,2 mm et inférieure ou égale à 0,5 mm, de préférence inférieure ou égale à 0,4 mm. Dans certains modes de réalisation, le rapport d’aspect hauteur/espacement est inférieur ou égale à 3, de préférence inférieur ou égal à 2, encore plus de préférence inférieur ou égal à 1,5. En effet, en particulier pour le domaine technique aéronautique les températures en jeu sont importantes ainsi que les vitesses des flux parcourant l’échanger et ce, en comparaison au domaine automobile, par exemple. En particulier, pour les échangeurs dans le domaine de l’aéronautique, un matériau résistant aux hautes températures est généralement choisi. Ce matériau présente donc une conductivité faible. Grâce à ce rapport d’aspect, il est possible d’assurer un bon échange thermique tout en ayant des matériaux présentant généralement une faible conductivité thermique. Le présent exposé concerne également une turbomachine comprenant un échangeur tel que défini précédemment. Dans certains modes de réalisation, la turbomachine est un turboréacteur. Le turboréacteur peut être un turboréacteur simple flux ou un turboréacteur double flux. Le présent exposé concerne également un procédé de fabrication d’un échangeur tel que défini précédemment, l’échangeur étant réalisé par un procédé de fabrication additive sur lit de poudre. L’échangeur de chaleur gaz-gaz étant réalisé par un procédé de fabrication additive, par exemple par un procédé de fusion laser sur de poudre, il est possible d’adapter la forme de l’échangeur de chaleur gaz-gaz au volume et à la forme de l’espace disponible dans la turbomachine. D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. La figure 1 est une vue en coupe d’une turbomachine comprenant un échangeur de chaleur gaz-gaz. La figure 2 est une vue schématique en perspective d’un échangeur de chaleur gaz-gaz. La figure 3 est une vue schématique de face d’un échangeur de chaleur gaz-gaz selon un premier mode de réalisation. La figure 4 est une vue schématique partielle de la figure 3. La figure 5 est une vue schématique partielle d’un échangeur de chaleur gaz-gaz selon un deuxième mode de réalisation. Sur l’ensemble des figures, les éléments en commun sont repérés par des références numériques identiques. Echangeur de chaleur gaz-gaz (10) pour turbomachine (101) configuré pour réchauffer un premier flux de gaz (108A) provenant d’un compresseur (104) de turbomachine au moyen d’un deuxième flux de gaz (108B) provenant d’une turbine (107) de turbomachine, l’échangeur (10) comprenant des parois primaires (12) configurées pour séparer le premier flux de gaz (108A) du deuxième flux de gaz (108B) et des parois secondaires (14) reliant deux parois primaires (12) adjacentes, les parois primaires (12) délimitant le premier flux gaz (108A) ou le deuxième flux de gaz (108B) étant espacées d’une distance d’espacement (H), les parois secondaires (14) du flux de gaz délimité par les parois primaires (12) espacées de la distance d’espacement (H) présentant, en vue en coupe perpendiculaire au flux de gaz, un profil ondulé, le profil ondulé étant défini par trois arcs de cercle (14A, 14B, 14C), le troisième arc de cercle (14C) reliant le premier et le deuxième arc de cercle (14A, 14B), le troisième arc de cercle (14C) étant concave lorsque le premier et le deuxième arc de cercle (14A, 14B) sont convexes, ou inversement. Echangeur (10) selon la revendication 1, dans lequel le premier arc de cercle (14A) et le deuxième arc de cercle (14B) sont définis par un cercle de rayon (R) dont le centre est placé sur chacune des parois primaires (12) et le troisième arc de cercle (14C) est défini par un cercle de rayon (R) dont le centre est placé sur un plan (X) parallèle au flux de gaz et disposé à une distance H/2 des parois primaires (12) où H est distance d’espacement (H), la longueur du troisième arc de cercle (14C) étant égale à la somme des longueurs du premier et du deuxième arc de cercle (14a, 14B) et le rapport Ra = R/H étant supérieur ou égal à 1/3, de préférence supérieur ou égal à 1/2 et inférieur ou égal à 3, de préférence inférieur ou égal à 2, où H est distance d’espacement (H) et R est le rayon (R) des arcs de cercle (14a, 14B, 14C). Echangeur (10) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la distance d’espacement (H) entre deux parois primaires (12) adjacentes est supérieure ou égale à 0,8 mm, de préférence supérieure ou égale à 1 mm et inférieure ou égale à 4 mm, de préférence supérieure ou égale à 2 mm. Echangeur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier et le deuxième arc de cercle (14A, 14B) forment respectivement avec une paroi primaire (12) un congé (16) présentant un rayon de courbure (Rc) supérieur ou égal à 0,05 mm et inférieur ou égal à 0,3 mm. Echangeur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les parois primaires (12) et les parois secondaires (14) sont réalisées en métal. Echangeur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’échangeur (10) est un échangeur à courants croisés. Echangeur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’épaisseur des parois secondaires (14) ondulées est supérieure ou égale à 0,1 mm, de préférence supérieure ou égale à 0,2 mm et inférieure ou égale à 0,5 mm, de préférence inférieure ou égale à 0,4 mm. Echangeur (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rapport d’aspect hauteur/espacement est inférieur ou égale à 3, de préférence inférieur ou égal à 2, encore plus de préférence inférieur ou égal à 1,5. Turbomachine (101) comprenant un échangeur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. Procédé de fabrication d’un échangeur (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, l’échangeur (10) étant réalisé par un procédé de fabrication additive sur lit de poudre.