Brevet FR3133910A1 — publié le 20230929

L'invention porte sur un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur comprenant une étape d'assemblage par brasage d'une sonde de température (6) à un élément de l'échangeur (4), ladite sonde de température (6) comprenant une gaine, le procédé comprend en outre une étape préalable à l'étape d'assemblage, dans laquelle on dépose un revêtement mince sur ladite gaine pour éviter sa dissolution par un alliage utilisé comme métal d'apport pour le brasage. L'invention concerne également l'échangeur de chaleur susceptible d'être obtenu par le procédé, ainsi que la sonde de température (6) préparée pour réaliser le procédé ci-dessus. Figure pour l'abrégé : Figure 2 Procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur et échangeur de chaleur DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention appartient au domaine technique de l’instrumentation d’équipements en aluminium, comme par exemple, les échangeurs de chaleur destinés à la séparation des gaz de l’air et/ou à la distillation des hydrocarbures, assemblés lors d’une opération de brasage. Plus particulièrement, l'invention concerne une méthode d’assemblage permettant d’assembler de façon permanente un capteur de température au cœur de la structure d’un échangeur de chaleur, par exemple en aluminium. ETAT DE LA TECHNIQUE Il existe dans l'état de la technique des publications faisant état de la nécessité d’instrumenter des équipements du type mentionné ci-dessus, de façon à pouvoir en déduire leur état d’endommagement lorsque ceux-ci sont soumis à des chargements thermiques. Cependant, rares sont les publications qui traitent de la façon de les instrumenter, notamment lorsqu’il s’agit de disposer de données thermiques représentatives de la température des tôles qui séparent les fluides. L’utilisation d’une fibre optique à intégrer à l’intérieur de la structure de l’équipement est mentionnée par la littérature, mais son utilisation nécessite de modifier la structure de l’appareil en ajoutant une couche non active, dans laquelle est placée la fibre. Les températures mesurées, utilisées ensuite pour estimer la durée de vie de l’appareil sont peu fiables, car elles ne sont qu’une approximation de la température réelle à laquelle se trouve la structure de l’appareil mesurée. On connait aussi le document FR3110099A1, dont la solution proposée consiste à pratiquer sur une tôle des rainures, dans lesquels seront ultérieurement placées les sondes de température (thermocouples). La tôle, couverte ou non de brasure, est ensuite recouverte par une seconde tôle. L’ensemble est ensuite utilisé dans la structure comme une tôle unique séparant les fluides. Des cales sont en outre préalablement introduites dans les rainures et retirées à l’issue du brasage afin de pouvoir y introduire les sondes de température. Dans une variante décrite dans FR3110098A1, les sondes de température sont introduites dans les rainures avant brasage et le brasage de la structure est réalisé avec les sondes de température déjà positionnées dans les rainures. La fusion de la brasure, consécutive à la fabrication de l’équipement, permet de joindre les deux tôles et d’assembler de façon permanente les sondes de température à la structure et de combler les rainures dans lesquelles lesdites sondes ont été insérées. Si les deux solutions permettent de mesurer la température des tôles séparatrices, elles restent onéreuses et difficiles à mettre en œuvre, compte tenu de la dimension des tôles dans lesquelles doivent être réalisées les rainures. Elles entrainent inévitablement un épaississement notable de la tôle séparatrice où sont implantées les sondes de température. La réalisation de rainures sur des produits plats de faible épaisseur (de l’ordre du millimètre) et de grandes dimensions (de l’ordre du mètre) pose de sérieux problèmes d’usinage. En effet, rares sont les machines d’usinage qui permettent de réaliser ce type d’opération. D’autres difficultés demeurent concernant la fixation des sondes de température à la structure de l’appareil. Par exemple, l’introduction d’un thermocouple d’une section équivalente ou inférieure au millimètre dans une cavité d’un diamètre légèrement supérieur (comme dans FR3110099A1), sur une distance qui peut atteindre ou excéder le mètre, est compliquée. De plus, pour la solution où le thermocouple est pris en sandwich entre deux tôles qui seront par la suite assemblées l’une à l’autre par brasage avec le reste de la structure, Il existe un risque quant à l'intégrité de la sonde. En effet, les épaisseurs de gaine qui encapsulent la soudure chaude d’un thermocouple sont insuffisantes, typiquement environ 10 % de la valeur du diamètre, pour éviter d’être totalement dissoute par la brasure liquide. Cette conception ne permet donc pas de garantir la justesse de la mesure de température, voir l’acquisition d’une mesure, si les éléments thermosensibles du capteur sont également dissous. L’invention vise à remédier aux inconvénients mentionnés précédemment en proposant une méthode de fabrication d'un échangeur de chaleur instrumenté pour mesurer la température, sans modifier l'architecture de la structure et sans altérer les caractéristiques du capteur de température. A cet effet, l'invention propose un procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur comprenant une étape d'assemblage par brasage d'une sonde de température à un élément de l'échangeur, ladite sonde de température comprenant une gaine, le procédé comprend en outre une étape préalable à l'étape d'assemblage, dans laquelle on dépose un revêtement mince protecteur sur ladite gaine, ledit revêtement étant résistant à dissolution lors du brasage par un alliage utilisé comme métal d'apport. Le procédé de fabrication selon l'invention comprend une étape qui consiste à protéger la gaine de la sonde de température (qui peut être un thermocouple), par le dépôt d'un revêtement protecteur avant l'étape de brasage. Le traitement de surface par dépôt d’une couche mince protectrice permet de limiter les interactions entre la brasure liquide et la gaine de la sonde. Les interactions pouvant être, par exemple, une réaction chimique entre les matériaux formant la gaine et l'alliage d'apport. Le procédé selon l'invention permet ainsi d’assembler de façon permanente un capteur de température dans un échangeur de chaleur (par exemple en aluminium) sans modifier son architecture et sans altérer le fonctionnement du capteur. Par exemple, contrairement aux méthodes connues décrites précédemment, il n'est pas nécessaire de réaliser une rainure pour placer la sonde. Ainsi, il est possible de préserver l’intégrité de la sonde de température lors du brasage de la structure sans entrainer un épaississement notable de la tôle séparatrice pour implanter la sonde de température. La solution proposée est donc peu onéreuse et facile à mettre en œuvre, faiblement intrusive, tout en garantissant une bonne qualité de mesure in situ et pérenne. Selon des exemples de réalisation, l'échangeur de chaleur est un échangeur à plaques et ondes brasées, dans lequel la sonde de température est assemblée par brasage à une plaque séparatrice de fluides. Avantageusement, le revêtement peut être formé par une des méthodes PVD, CVD, ou électrodéposition. L'avantage de ces méthodes de fabrication de couches minces est qu'elles sont faciles à mettre en œuvre à une échelle industrielle. Avantageusement, le revêtement mince peut présenter une épaisseur comprise entre 5 µm et 50 µm. Cette épaisseur est suffisante pour protéger la gaine sans empêcher le brasage. Avantageusement, le revêtement mince peut comprendre un matériau métallique non réactif avec l'alliage utilisé comme métal d'apport pour le brasage. Ceci réduit ou empêche la réactivité avec l'alliage d'apport et assure une protection de la gaine. Selon des exemples de réalisation, le revêtement peut comprendre une superposition de deux couches de matériaux différents. Le matériau de revêtement peut être par exemple, le titane ou/et l’argent. Il peut être déposé en monocouche ou en deux couches distinctes, comprenant par exemple un premier revêtement d’argent, par exemple de 3 à 15 µm et un second revêtement de titane, par exemple d’épaisseur comprise entre 10 et 35 µm. L'invention porte selon un deuxième aspect sur un échangeur de chaleur obtenu par le procédé selon la description ci-dessus. L'invention porte également sur une sonde de température apte à être utilisée dans un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur tel que décrit ci-dessus, ladite sonde comprenant un revêtement mince formé sur la gaine pour éviter sa dissolution par un alliage utilisé comme métal d'apport pour le brasage. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : La est une représentation d'un exemple de matrice d'un échangeur de chaleur en cours d'empilage. La montre une partie de la matrice comprenant une sonde de température. La est une représentation schématique en coupe verticale illustrant la fixation par brasage de la sonde. Procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur (1) comprenant une étape d'assemblage par brasage d'une sonde (6) de température à un élément de l'échangeur (4), ladite sonde (6) de température comprenant une gaine (62), le procédé est caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape préalable à l'étape d'assemblage, dans laquelle on dépose un revêtement mince (64) protecteur sur ladite gaine (62), ledit revêtement étant résistant à une dissolution lors du brasage par un alliage utilisé comme métal d'apport de brasure. Procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur selon la revendication 1, dans lequel l'échangeur de chaleur (1) est un échangeur à plaques et ondes brasées et dans lequel la sonde (6) de température est assemblée par brasage à une plaque (4) séparatrice de fluides. Procédé de fabrication d’un échangeur de chaleur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (64) mince est formé par une des méthodes PVD, CVD ou électrodéposition. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (64) mince présente une épaisseur comprise entre 5 µm et 50 µm. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (64) mince comprend un matériau métallique non réactif avec l'alliage utilisé comme métal d'apport pour le brasage. Procédé selon la revendication précédente dans lequel le revêtement mince comprend du titane et/ou l’argent Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le revêtement (64) mince comprend une superposition de deux couches de matériaux différents. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le revêtement comprend une couche d’argent et une couche de titane. Echangeur de chaleur (1) obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes. Sonde (6) de température apte à être utilisée dans un procédé de fabrication d'un échangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications 1 à 8, ladite sonde (6) comprenant un revêtement (64) mince formé sur la gaine (62) pour éviter sa dissolution par un alliage utilisé comme métal d'apport pour le brasage.