FR 2120091 A1 19720811 FR 7147175 A 19711228 71 47175 1 2120091 La présente invention concerne des éléments métalliques compo-destijiés sixes/a constituer des echangeurs de chaleur pour des liquides en ébullition, et plus particulièrement des échangeurs favorisant 1'ébullition germinée, c'est-à-dire la formation de bulles iso-5 lées de très faibles dimensions dans le liquide en ébullition. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ces éléments. Les éléments classiques destinés à favoriser l1ébullition germinée des liquides sont en général fabriqués en liant des 10 poudres métalliques à des substrats métalliques de manière à créer des pores reliés les uns aux autres, débouchant dans la surface extérieure de l'élément par des orifices de rétention, et dont le diamètre est inférieur à environ 0,15 mm. Un tel élément est décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amé-15 rique n° 3 384 154. Un autre élément classique est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 454 081. Dans cet élément, on creuse des sillons dans une paroi métallique, et les arêtes extérieures de ces sillons sont partiellement déformées pour créer des cavités sous-jacentes dont les bords extérieurs 20 délimitent des ouvertures. Les inconvénients représentés par ces dispositifs classiques résident en ce qu'ils doivent être usinés sur des machines extrêmement coûteuses, et en ce que, par ailleurs, il est impossible d'obtenir à partir de poudres métalliques des orifices de rétention d'une dimension suffisante, notamment pour 25 le traitement de liquide d'indice de Kelvin très élevé. L'invention a donc pour objet des éléments de transfert de chaleur par effet d'ébullition germinée, ces éléments étant efficaces et peu coûteux. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de ces éléments. 30 Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'élé ment de transfert de chaleur comprend un substrat métallique imperméable et présentant une surface lisse, et un revêtement constitué par une feuille métallique liée au substrat métallique. Cet 2 élément comporte au moins quatre cavités par cm de surface de 35 substrat, chaque cavité ayant un diamètre réel d'au moins 0,076 mm et débouchant à l'extérieur de la feuille par un ou plusieurs orifices de rétention dont le diamètre est inférieur à 0,8 fois 71 47175 2 2120091 le diamètre réel de la cavité. Le terme "diamètre réel" R de l'orifice de rétention correspond au plus grand diamètre d'une sphère pouvant sortir de la cavité par l'ouverture débouchant dans la surface extérieure de 5 la feuille de recouvrement. Par exemple, le diamètre réel peut être la plus petite dimension d'une ouverture ovoïde ou elliptique. Par ailleurs, le "diamètre réel" C de la cavité est le diamètre de la sphère la plus grande qui peut être contenue dans la cavité, même si cette cavité n'est pas sphérique. 10 Le procédé de fabrication de ces éléments échangeurs de cha leur, consiste à appliquer par pression un poinçon dont la surface comporte de multiples empreintes en relief très voisines les unes des autres contre une feuille métallique reposant sur la surface d'un support élastique, de manière à constituer des alvéo-15 les multiples dans la feuille, à percer les extrémités des alvéoles pour délimiter des trous de contour irréguliers, et à lier la feuille ainsi déformée par emboutissage et percée, sur la surface lisse d'un substrat métallique. La feuille peut être liée au substrat soit le long des parois séparant les alvéoles, soit le 20 long des surfaces transversales entourant les trous des alvéoles. L'invention sera décrite en détail en regard des dessins annexés, à titre d'exemples non limitatifs, sur lesquels : la figure 1 est une vue en plan d'un élément de l'invention comprenant une feuille de revêtement comprenant des alvéoles py-25 ramidaux dont les bases sont liées au substrat et dont la pointe est percée ; la figure 2 est une coupe longitudinale de l'élément représenté sur la figure 1 ; la figure 3 représente un élément dans lequel les alvéoles 30 pyramidaux sont liés au substrat à leur sommet ; la figure 4 est une coupe longitudinale de l'élément de la figure 3 ; la figure 5 est une vue en perspective d'une feuille de revêtement comportant des ondulations segmentées ; 35 la figure 6 est une coupe transversale d'un élément dont la feuille de revêtement comporte des bossages arrondis et percés ; 71 47175 3 2120091 la figure 7 est une coupe transversale d'un élément comportant une feuille de revêtement plane dont les ouvertures sont constituées par des venturi ; la figure 8 est un graphique de la caractéristique d'ébulli-5 tion de l'eau obtenu au moyen des éléments représentés respectivement sur les figures 1 et 2, 3 et 4 et 5 et 6 ; . la figure 9 est un graphique de la caractéristique d'ébullition de l'eau obtenu au moyen de l'élément représenté sur la figure 7 ï et 10 la figure 10 est le graphique de la caractéristique d'ébulli tion du fluorotrichlorométhane obtenu au moyen des éléments représentés respectivement sur les figures 1 et 2, et 7. Dans les exemples représentés sur les figures 1 à 4# les échangeurs de chaleur de l'invention comprennent une feuille de 15 revêtement 11 métallique et imperméable, d'une'épaisseur comprise par exemple entre 0,051 et 0,076 mm et qui peut être facilement emboutie pour constituer de nombreux alvéoles en relief. Les alvéoles peuvent délimiter des pyramides 12 comportant des faces latérales en pente 13, ou être coniques et comporter une base plutôt 20 circulaire / que carree ou rectangulaire comme les alvéoles pyramidaux. Comme on le voit notamment sur les figures 1 et 2, les pyramides 12 sont disposées en rangées parallèles orientées à 90° les unes par rapport aux autres. Les alvéoles d'une rangée peuvent être également décalés par rapport aux alvéoles des ran-25 gées voisines. Les alvéoles sont séparés et entourés par des parois horizontales communes 14. Chaque alvéole comporte au moins de rétention une ouverture 15/.Cette ouverture peut être circulaire ou non, et elle est de préférence ménagée dans le fond/de ï°alveole 12. Pour former ces alvéoles, la feuille métallique de revêtement 11 30 est par exemple emboutie au moyen d'un poinçon métallique comportant des empreintes en saillie séparées et disposées selon la répartition que l'on désire donner aux pyramides et selon le nombre de pyramides par unité de surface que doit comporter l'élément. I>a feuille est placée à plat sur un support élastique, par 35 exemple en caoutchouc mousse et le poinçon est appliqué sur la feuille pour que cette dernière se conforme aux surfaces des empreintes en relief du poinçon. Les ouvertures 15 peuvent être 71 47175 4 2120091 percées dans la pointe de chaque alvéole 12 par la pointe du poinçon en exerçant une pression suffisante pour que cette dernière traverse la paroi de la feuille et délimite des ouvertures irrégulières 15 entourées par un bord délimitant des fentes 16. Les 5 ouvertures ainsi percées sont de section en X ou en étoile lorsqu'elles sont vues en plan comme sur la figure 1. les bords déchirés 16 des ouvertures 15 s'étendent environ jusqu'à mi-hauteur des arêtes/des sections pyramidales 12 (voir figure 2). La dimension des ouvertures peut être modifiée par rapport à la dimension 10 des alvéoles en réglant la pénétration du poinçon à la fin de l'emboutissage de la feuille 11. De même, la dimension de l'ouverture 15 peut être modifiée en faisant varier l'épaisseur ou les caractéristiques mécaniques de la feuille de revêtement 12. Par exemple, si le revêtement est constitué par une feuille mé-15 tallique, les ouvertures seront plus petites si la matière est ductile ou recuite, que si la matière est moins ductile ou que la feuille est écrouie. Le revêtement 11, qui comprend de nombreuses'sections 12 en saillie séparées par des plages 14,est lié au substrat métal- 20 lique 17pour constituer l'élément. Il est solidarisé à ce » dernier de manière que les pointes des pyramides soient orientées soit vers le haut (figures 1 et 2), soit vers le bas (figures 3 et 4). Pour lier la feuille au substrat, on peut par exemple déposer une couche de poudre à braser d'une épaisseur d'en-25 viron 0,05 à 0,75 mm sur le substrat, placer le revêtement embouti 11 sur ce dernier, puis chauffer l'ensemble dans un four de brasage. Dans l'exemple représenté sur les figures 1 et 2, la liaison est établie entre les plages communes 14 bordant les sections surélevées 12 et le substrat 17. 71 47175 5 2120091 Le mode de réalisation des figures 3 et 4 en matière composite métallique peut être réalisé de la même manière que le mode de réalisation des figures 1 et 2, mais les extrémités des bouts sont disposées contre la surface du substrat et la liaison est réalisée entre celle-cj/et les bords déchirés 16 des orifices 15. Il y a cependant des différences importantes entre les ensembles des figures 1 et 2 et 3 et 4 en ce qui concerne les caractéristiques de transfert thermique depuis des surfaces chauffées à des liquides bouillants. Dans le mode de réalisation à bout tourné vers le haut, les cavités 18 où se forment les bulles de vapeur et où elles sont retenues, sont délimitées par les bords inclinés 13 de chaque section 12 et la face supérieure du substrat 17. Il existe de préférence au moins une faible communication, c'est-à-dire des passages de communication pour le fluide, entre au moins certaines des cavités 18, grâce aux fentes laissées dans la liaison entre la surface inférieure des plages 14 et la face supérieure du substrat 17. Dans le mode de réalisation en bout.tourné vers le bas des figures 3 et 4, les orifices de section réduite sont formés par des fentes 15 non liées entre les bords 16 et la face supérieure du substrat 17. Par exemple, l'opération de perçage donne habituellement quatre déchirures 19 de coin s'étendant sur une distance considérable le long des bords 13, la partie inférieure de ces déchirures étant remplie de matière 20 de liaison au cours de l'opération de brasage. La partie supérieure est ouverte et comprend l'orifice réduit du mode de réalisation à bout tourné vers le bas. Les cavités 18 comprennent l'espace délimité par la face supérieure du substrat 17» les faces inclinées 13 des pyramides tournées vers le haut inversées voisines (par exemple 12 et 12b) et la partie des plages/ placée entre elles. Il faut également noter que les cavités 18, dans cet exemple, sont disposées directement sous les ouvertures 15, tandis que dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 4* ces cavités sont disposées entre les ouvertures des pointes des pyramides voisines telles que 12a et 12b. On voit que , dans ce cas également, plusieurs canaux de passage sont délimités par l'intersection des .plages orientées vers le haut. 71 47175 e 2120091 Comme on l'a mentionné précédemment, les cavités de l'élément sont d'un diamètre réel d'au moins 0,76 mm, et les nombreuses ouvertures de rétention percées dans le revêtement et qui communiquent avec les cavités, sont d'un diamètre réel tel que 5 le rapport R/0 est inférieur à 0,8. Ces cavités constituent des chambres dans lesquelles se forment les nombreuses bulles du liquide en ébullition. Au fur et à mesure de la formation des bulles, la vapeur engendrée dans les alvéoles s'échappe par l'orifice de rétention correspondant, se dégage de la surface exté-10 rieure de la feuille de revêtement et s'élève dans le liquide, le liquide qui continue à pénétrer dans les cavités forme en permanence une pellicule de liquide interposée entre la surface métallique du fond de la cavité et la vapeur emprisonnée dans cette dernière. Cette pellicule est extrêmement mince, et de ce 15 fait, le coefficient de transfert de chaleur est très favorable. Les diamètres réels des cavités doivent être au moins supérieurs à 0,076 mm et de préférence à 0,15 mm pour que les bulles se forment rapidement, le rapport du diamètre réel de l'ouverture de rétention à celui des cavités doit être inférieur à 20 0,8 et de. préférence à 0,7 pour que les bulles r soient retenues' suffisamment longtemps dans les cavités pour engendrer 1'ébullition germinée. Les éléments 2 comportent au moins quatre cavités par cm de substrat afin de délimiter un nombre de points de germination suffisant pour dé-25 terminer un taux de transfert élevé. En général, les cavités et les orifices de rétention plus grands améliorent le coefficient maximal d'ébullition des liquides caractérisés par un indice de Eelvin relativement élevé. L'indice de Kelvin est déterminé par la relation suivante : 30 K = 2C S dans laquelle : G- = tension superficielle T = température de saturation du liquide en ébullition cor- S respondant à la tension de vapeur du liquide à 0°C 35 absolu fV = tension de vapeur, g/cm = chaleur latente du liquide en ébullition, g/calorie C = facteur de conversion, 0,000233 cal, x mm cm2 x g 71 47175 7 2120091 Inversement, des cavités et des orifices plus petits donnent un meilleur rendement pour des liquides caractérisés par un indice de Kelvin relativement faible. Cependant, dans les éléments de l'invention, le diamètre réel des cavités est de préférence d'au 5 moins 0,15 mm pour éviter les colmatages lors du brasage du revêtement sur le substrat métallique. Ces relations sont illustrées par le tableau A. TABLEAU A 10 Fluide Indice de Kelvin Pression Diamètre réel optimal des cavités mm°C kg/cm2 mm Eau 0,25 0,105 0,457 Eau 0,032 1,033 0,170 Eydrazine 0,031 1,033 0,122 15 Ammoniaque 0,014 1,033 ' 0,105 Ethylène-glycol 0,018 1,033 0,081 Eluorotri-chlorométhane - 0,011 1,033 0,038 20 Ethylène 0,0045 1,033 0,036 Difluorodi-chlorométhane 0,0078 1,033 0,032 Propylène 0,0060 1,033 0,028 Ethane 0,0055 1,033 0,022 25 Azote 0,0016 1,033 0,017 Méthane 0,0031 1,033 0,015 Oxygène 0,0024 1,033 0,012 Dans une forme de réalisation avantageuse de l'élément métallique composite de l'invention, la feuille de revêtement est 30 emboutie de manière à ménager des canaux tels qu'une cavité communique au moins avec plusieurs des cavités voisines. Ces canaux ont pour but d'introduire le liquide dans les cavités émettant -continuellement des bulles, même si le liquide ne peut pas pénétrer simultanément par leur orifice de sortie obstrué par la 35 vapeur. Dans ce cas, les cavités sont alimentées par le liquide pénétrant librement dans les cavités voisines. Comm il a été mentionné précédemment, l'élément représenté sur les figures 1 et 2 comporte un nombre limité de tels canaux, tandis que dans l'élément inversé représenté sur les figures 3 et 4, de nombreux ca 71 47175 8 2120091 naux relient les cavités ou chambres voisines. Par ailleurs, il est préfézable que les ouvertures de rétention soient de contour irrégulier. Dans ce cas, le liquide pénètre dans la cavité au moins par une partie du contour de l'ori-5 fice même lorsque la vapeur émerge de ce dernier. Ceci est dû au fait que les bulles tendent à prendre une forme sphérique et n'obturent pas entièrement une ouverture de contour non circulaire. l'arrivée continue de liquide dans une cavité déterminant un point de germination assure une formation continue de vapeur. 10 De ce fait, si l'ouverture de rétention est de contour irrégulier, il n'est pas nécessaire que de nombreux canaux relient une cavité à de nombreuses cavités voisines, et inversement. Cependant, pour obtenir le nombre maximal de points de germination par unité de surface et assurer un coefficient de transfert maximal, 15 il est préférable de ménager a la fois des ouvertures de contour irrégulier en même temps que de nombreux canaux reliant les chambres voisines. Dans l'exemple de la figure 5» la feuille métallique 11 comporte des lignes parallèles d'ondulation 22 séparées par des 20 vallées 23 dont la face extérieure est soudée sur le substrat. Chaque ondulation 22 est divisée longitudinalement par des fentes 25. et 26 traversales 24 qui délimitent des segments/ alignés décalés transversalement en sens opposés. Autrement dit, les segments 25 alternés sont décalés d'un côté de l'axe longitudinal de l'ondulation 25 22, et les segments alternés voisins 26 sont décalés de l'autre côté de cet axe. Les cavités ou chambres 18 sont délimitées par -l'enceinte recouverte par les sections supérieures 25 et 26 des parois pratiquement verticales. Les ouvertures de rétention 15 sont délimitées par le décalage des segments, et de ce fait, elles 30 ©ont disposées pratiquement sur toute la hauteur de chaque cavité, et chaque cavité comporte deux ouvertures. L'élément représenté sur la figure 6 diffère de l'élément représenté sur les figures 1 à 4 en ce que les sections, isolées en saillie 12 ne sont pas séparées par des plages planes alignées 35 en rangées parallèles. Les sections en saillie 12 sont constituées par des bossages circulaires emboutis dans les empreintes convenablement réparties d'une matrice. Les ouvertures 15 peuvent être 9 71 47175 2120091 percées dans les bossages 12 par un poinçon pointu. Comme on le voit sur la figure 6, les ouvertures 15 ont été percées de haut en bas de manière à rabattre le bord du trou vers l'intérieur de la cavité 18 délimitée dans chaque bossage 12. Chaque bossage 5 peut comporter plusieurs trous différents. Par ailleurs, ces trous peuvent être percés dans la paroi latérale du bossage et non dams sa paroi supérieure. _ „. différent , Dans 1'exemple/represente sur la figure 7, le revêtement est constitué par une feuille 11 qui n'est pas déformée par em-10 boutissage pour constituer des cloches au-dessus de la surface lisse du substrat métallique 17. Dans ce cas, les cavités 18 sont ménagées directement dans la feuille de recouvrement, par exemple par usinage chimique à partir de ses deux faces opposées, de manière à délimiter un étranglement entre les deux extrémités de 15 chaque trou. Il faut noter qu'un tel perçage chimique engendre normalement un trou de section circulaire. Ainsi, étant donné que la face inférieure de la feuille 11 porte directement contre la face supérieure du substrat 17 et qu'elle est liée à ce der-. nier, cet élément ne peut comporter qu'un petit nombre de canaux 20 ae passage reliant les cavités. De ce fait, l'émission de bulles dans chaque cavité est en général intermittente, au contraire des éléments comportant des ouvertures de contour irrégulier ou un certain nombre de canaux de passage. Dans l'élément représenté sur la figure 7» le liquide tombe dans une cavité particulière 25 par son orifice d'émission, ce liquide se transforme en vapeur en un temps pendant lequel une très faible quantité de liquide pénètre dans la cavité, les bulles de vapeur s'échappent par l'orifice, puis le cycle recommence. On peut considérer que dans cette forme de réalisation, la feuille de revêtement liée au 30 substrat est traversée par de très nombreux venturi, dont l'ouverture de plus grand diamètre est limitée par la surface du substrat pour constituer la cavité et dont l'ouverture de plus petite section débouche dans la surface extérieure et constitue l'orifice de rétention. Les exemples suivants illustrant les avantages 35 des échangeurs de chaleur de l'invention. 71 47175 10 2120091 EXEMPEE 1 Une plaque métallique comportant 7,9 poinçons pyramidaux uniformément répartis par cm linéaire dans chaque sens, c'est-à- dire 62 poinçons par cm , est appliquée contre une feuille de 5 laiton d'une épaisseur de 0,051 mm reposant sur une feuille de caoutchouc, de manière à emboutir des alvéoles pyramidaux sépa- / à rés, dont les parois sont inclinées à 45° et finalement/percer le sommet de chaque pyramide et constituer 1*ouverture non circulaire par déchirage des parois. On obtient ainsi une ouverture 10 en étoile. Les angles des pyramides sont ainsi ouverts sur environ la moitié de leur hauteur à partir de leur sommet. Le pas P ou espacement entre les vallées des alvéoles est d'environ 1,3 mm et le diamètre réel R du trou est d'environ 0,2 mm. La largeur de chaque pyramide est d'environ 0,99 mm à la "base et sa hauteur 15 est d'environ 0,3 mm. Le rapport R/C est d'environ 0,2/0,3 = 0,67, p et la densité des cavités est d'environ 62 par cm . Les poinçons d'emboutissage sont disposés en rangées parallèles perpendiculaires les unes aux autres, et la feuille emboutie finale est identique à la feuille 11 représentée sur les figures 1 et 2. 20 La feuille ainsi emboutie est brasée sur un substrat cons titué par une plaque lisse de cuivre d'une épaisseur de 0,89 mm. Elle est disposée de manière que les pointes ouvertes des pyramides soient orientées vers le haut. A cet effet, une couche de poudre de brasage d'environ 0,05 à 0,075 mm est projetée sur la 25 surface du substrat, la feuille emboutie est placée sur ce dernier et l'ensemble est chauffé dans un four à braser. De ce fait,-les vallées séparant les pyramides sont seules liées au substrat. L'examen au microscope montre que seuls quelques canaux relient les pyramides voisines dans les zones où le brasage est incomplet. 30 EXEMPLE 2 Un élément composite est préparé comme dans l'exemple 1 en utilisant le même procédé, sauf en ce que les sommets ouverts des pyramides sont placés contre la surface lisse du substrat métallique. Comme on le voit sur les figures 3 et 4, le diamètre 35 réel des cavités pyramidales et le nombre de canaux de passage sont différents par rapport à l'exemple 1 . Les sommets ouverts sont brasés sur la surface lisse du substrat de cuivre, 71 47175 n 2120091 et le métal de brasage remplit pratiquement l'ouverture centrale, le diamètre réel R de l'orifice de rétention correspond à la largeur des sections déchirées longues et étroites orientées vers le haut, comme on le voit sur les figures 3 et 4, et R est égal 5 à environ 0,090. Le diamètre réel C est d'environ 0,40 mm, et dans ce cas le rapport R/C est d'environ 0,22. Le pas P, c'est-à-dire l'entr'axe de deux parties brasées voisines, est d'environ 1,3 mm. La longueur de la base de chaque pyramide est d'environ 0,89 mm, et sa hauteur est d'environ 0,41 mm. Les cavités voisi-10 nés communiquent librement. La densité des cavités est d'environ p 185 par cm dans ce cas. EXEMPLE 3 Le revêtement est constitué par une feuille de cuivre d'une épaisseur de 0,13 mm emboutie au moyen du même outillage que dans 15 l'exemple 1, et de ce fait, la densité des cavités est également de 62 par cm . Cette feuille relativement épaisse est cependant plus ductile et de ce fait les ouvertures ne sont pas de la même dimension que dans l'exemple 1. Dans ce cas, R est égal à 0,13 mm dans au lieu de 0,20 mm/ l'exemple précédent. Le diamètre réel C étant 20 également de 0,30 mm,/rapport R/C est donc de 0,42. La feuille emboutie percée est ensuite brasée sur une plaque de cuivre lisse d'une épaisseur de 6,35 mm, de manière que les pointes ouvertes soient orientées vers le haut, comme dans l'exemple 1. L'épaisseur de la poudre à braser avant chauffage est d'environ 0,076 mm. 25 L'examen au microscope montre que certaines des déchirures étroites des angles sont colmatées par le brasage. Ce fait est dû au diamètre relativement faible des ouvertures combiné à un excès des poudres à braser. EXEMPLE 4 30 Une feuille de cuivre d'une épaisseur de 0,051 mm est embou tie comme dans l'exemple 1, mais dans ce cas, l'épaisseur-de la poudre à braser déposée sur le substrat est d'environ 0,076 à 0,10 mm, (au lieu de 0,051 mm). L'examen au microscope montre que l'épaisseur de poudre à braser est trop importante car la ma-35 jorité des ouvertures est complètement colmatée. 71 47175 12 2120091 EXEMPLE 5 L'élément composite est préparé à partir d'une feuille ondulée en aluminium d'une épaisseur de 0,15 mm et d'une plaque lisse d'aluminium d'une épaisseur de 6,35 mm. Le pas entre les 5 ondulations est d'environ 4,2 mm et leur hauteur est d'environ 1,65 mm. Les ondulations sont fendues transversalement tous les 3,2 mm, et les sections sont décalées alternativement dans le sens latéral. Les ouvertures ainsi ménagées ont une largeur maximale de 0,91 mm, et cette dimension correspond au diamètre réel 10 R. Le diamètre réel C des cavités ainsi formées est d'environ 0,16 mm, et de ce fait, le rapport R/C est d'environ 0,57. La ^ 2 densité des cavités est d'environ 7,5 par cm . La feuille ainsi préparée est brasée sur la plaque imperméable d'aluminium qui constitue le substrat, par un dépôt d'une poudre de brasage épais 15 de 0,076 mm. L'élément obtenu est du type représenté sur la figure 5. Il faut noter que les parois latérales des cavités sont sensiblement verticales et que les pentes constituant les ouvertures de rétention sont ménagées sur toute la hauteur des cavités. 20 EXEMPLE 6 Dans ce cas, l'élément est du type représenté sur la figure 6. Une feuille de cuivre, d'une épaisseur'de 0,10 mm,constitue le revêtement et une plaque de cuivre, d'une épaisseur de 6,35 mm constitue le substrat. Pour emboutir les bossages, la feuille 25 de cuivre est placée sur une plaque perforée, une feuille de caoutchouc est appliquée sur le cuivre et une pression est exercée vers le bas sur cette dernière de manière à déformer des sections dv la feuille de cuivre en les faisant pénétrer dans les perforations de la plaque perforée. Ces perforations sont réparties en 30 lignes étagées. Le pas P ou entr'axe des bossages est d'environ 3,2 mm, leur diamètre est d'environ 2,5 mm et leur hauteur est comprise entre 0,25 et 0,38 mm. Cette feuille est fixée sur le substrat en soudant la section principale de la feuille sur ce dernier. Une aiguille d'un diamètre de 0,13 mm perce ensuite 1 à 35 3 trous par bossage dans la partie supérieure de ce dernier. Le diamètre réel R des ouvertures est d'environ 0,13 mm, et leurs bords extérieurs sont rabattus vers le bas, comme on le voit sur 71 47175 13 2120091 la figure 6. Le diamètre réel C est d'environ 0,25 à 0,38 mm, et dans ce cas le rapport R/C est compris entre environ 0,3 et 0,5 * p La densité des cavités est d'environ 9,3 par cm . EXEMPLE; 7 5 Dans ce cas, l'élément est du type représenté sur la figure 7. La feuille de cuivre du recouvrement est d'une épaisseur de 0,38 mm et le substrat est constitué par une plaque de cuivre d'une épaisseur de 6,3 mm. Les ouvertures ou venturi sont percées par usinage chimique,en rangées parallèles, à la fois longi-10 tudinales et transversales à raison de treize ouvertures par cm p linéaire. De ce fait, la densité est de 169 trous par cm . Le pas est d'environ 0,76 mm. Dans cet exemple, la feuille est usinée chimiquement à partir de ses deux faces. L'ouverture supérieure du venturi ainsi constitué est d'un diamètre de 0,33 mm et son 15 ouverture inférieure est de 0,48 mm et il comporte une section intermédiaire resserrée R d'un diamètre compris entre 0,13 et 0,20 mm. Le diamètre réel R de la cavité est d'environ 0,25 mm et le rapport R/C est d'environ 0,5 à 0,8. Au contraire des exemples décrits en regard des figures 1 à 6, la section des ouver-20 tures est pratiquement circulaire par le fait du mode d'usinage utilisé. La feuille de revêtement plane qui comporte les ouvertures en forme de venturi est liée au substrat par une couche mince de poudre de brasage déposée sur ce dernier. La plaque de revêtement est appliquée contre cette couche, sous une pression 25 légère, et l'ensemble est chauffé dans un four. L'examen au microscope montre que la liaison des deux plaques est inégale •. Dans certaines zones, la feuille n'est pas liée au substrat, et des intervalles d'une largeur comprise entre 0,025 et 0,050 mm sont ménagés entre les deux plaques. De ce fait, 30 de nombreux canaux relient au moins certaines des cavités voisines . EXEMPLE 8 L'élément est du même type que dans l'exemple précédent, et il est préparé de la même manière sauf qu'en ce qu'une couche 35 mince de poudre à braser et de fibres poreuses est intercalée entre la feuille et le substrat et que l'ensemble est chargé pour uniformiser la liaison et supprimer les passages entre les cavités 71 47175 14 2120091 voisines. l'examen microscopique montre que la liaison est plus uniforme "bien que certaines zones soient incomplètement liées. On peut en déduire qu'un petit nombre de canaux relient les cavités voisines. 5 EXEMPLE q L'élément d'échangeur thermique est préparé à partir des mêmes matières et au moyen du même procédé que dans les exemples 7 et 8, sauf en ce que, dans ce cas, la feuille de revêtement est chargée uniformément. L'examen microscopique montre que la liai-10 son est pratiquement uniforme et qu'environ 1,2 i<> de la plage de contact n'est pas remplie par le métal de brasage. Les éléments des exemples 8 et 9 ont été étudiés pour déterminer si ledit liquide pouvait pénétrer librement dans les cavités isolées. Il est intéressant d'étudier ce point, car les canaux 15 de réalimentation présentés par les dispositifs classiques et qui notamment, relient les cavités voisines, ont été pratiquement supprimés dans cette forme de réalisation. De même, toute la section circulaire des ouvertures de rétention des cavités des exemples 8 et 9 est pratiquement totalement occupée par les bulles 20 de vapeur émergeant de la cavité correspondante, et de ce fait, le liquide ne dispose que d'une très faible section de passage pour pénétrer dans la cavité (à l'inverse des ouvertures de section irrégulière des exemples 1 à 6 déterminées par le perçage et la rupture du métal). 25 A cet effet, on utilise un produit qui, lorsqu'il est mis en présence d'une surface des éléments en cuivreJ'r^^j'î:8 avec6"ce8^. dernier en formant un dépôt noir d'oxyde de cuivre ..Le produit réactif qui est une solution basique concentrée d'hypochlorite de soude est mélangé au liquide dans lequel les éléments composites 30 sont immergés pendant les essais d'ébullition. Ce produit réactif n'est additionné au liquide que lorsque 1'ébullition est stabilisée. Après les 15 mn qui sont nécessaires à noircir les surfaces du cuivre, le liquide est vidangé et les éléments soumis à l'essai sont lavés immédiatement à l'eau fraîche. Etant donné que le 35 réactif n'agit sur les surfaces que lorsqu'il est à l'état liquide, toutes les plages restées sèches pendant l'ébullition ne présentent aucune trace d'oxyde. 71 47175 15 2120091 Lorsqu'on découpe transversalement l'échantillon 8, on constate la présence d'oxyde à l'intérieur de toutes les cavités, y compris celles qui sont correctement isolées par le plan de brasage des cavités voisines. Le dépôt est aussi épais dans ces 5 cavités isolées que dans les cavités non isolées^ ce qui indique que le liquide pénètre très facilement dans les chambres par le bord circulaire des orifices de rétention. On constate également, qu'en raison de leur mode d'usinage, les ouvertures de l'exemple 8 ne sont pas parfaitement circulai-10 res et que leur bord n'est pas véritablement lisse. Pour vérifier si une ouverture parfaitement circulaire et lisse délimite une cavité sèche isolée du liquide par la bulle de vapeur, une série de 36 ouvertures d'un échantillon de l'exemple 9 sont calibrées au moyen d'un fil métallique d'un diamètre de 0,2 mm. Après ébul-15 lition dans le liquide engendrant J.'oxyde de cuivre, l'échantillon 9 est sectionné transversalement. On constate que l'épaisseur du dépôt d'oxyde est identique dans les cavités dont l'ouverture a été calibrée et dans celles dont l'ouverture n'a pas été alésée. Ceci démontre que, premièrement la présence de canaux reliant 20 les cavités voisines n'est pas indispensable, et deuxièmement, que la présence d'un bord lisse parfaitement circulaire n'empêche pas le liquide de pénétrer dans la cavité sous-jacente. Le graphique de la figure 8 représente- le rendement en / pour les éléments des exemples 1 a 6 fonction de l'apport de chaleur sous une pression de 1 bai/. Les 25 chiffres identifiant les différentes courbes correspondent aux numéros des exemples décrits précédemment, et la courbe représentée en pointillé indique le rendement d'un élément à surface lisse, à titre de comparaison. On voit sur la figure 8 que chacun des exemples 1 à 6 donne des résultats très supérieurs à ceux obtenus 30 par la surface lisse, c'est-à-dire que les différences de température (AT) nécessaires pour un apport de chaleur donnée; ne sont qu'une faible fraction de l'apport nécessaire lorsqu'on utilise une surface lisse. Le tableau B donne les rendements des différents éléments de l'invention, pour un apport de chaleur identi-35 que, par exemple 9080 kcal/k°C. VI h-A Type 1.(Pyramide à sommet ouvert) 2. (Pyramide inversée à sommet ouvert) 3. (Pyramide à sommet ouvert) 4. (Pyramide à sommet ouvert) 5. (Feuille ondulée) 6. (Bossages ouverts) Surface lisse TABLEAU B Diamètres réels Cavité (C) Ouverture (R) R/C Cavités Coefficient d * 2 par cm kcal/hm2°C 0,30 0,20 0,67 62 ~ 23 300 0,41 0,09 0,22 185 58 300 0,30 0,13 0,42 62 14 100 0,30 0,20 0,67 62 15 100 1,60 0,91 0,57 75 30 600 0, 25-0,38 0,13 0,3-0,5 99 16 000 Néant Néant Néant Néant 3 010 ■P* I—* H CT> ro O O VO 71 47175 17 2120091 Les mêmes essais ont été effectués sur les éléments des exemples 7 et 9 et les résultats de ces essais sont illustrés par le schéma de la figure 9. Cette dernière montre également en pointillé la courbe correspondante d'un élément à surface lisse. Le tableau C montre que les éléments des exemples 7 à 9 ont un rendement très supérieur, pour un apport de calories identique , soit 9080 kcal/hoC. Exemple Canaux Cavités (C) mm 7 Nombreux 0,25 8 Peu nom- 0,25 breux 9 Néant 0,25 lisse Néant Néant TA B LE Aïï C Diamètre réel (R) R/C mm 0,13-0,20 0,13-0,20 0,13-0,20 Néant 0,5-0,8 0,5-0,8 ' 0,5-0,8 Néant Cavités Coefficient d'ébul- _________ lition p 2 par cm kcal/hm °C 169 26 700 169 34 500 169 25 800 Néant 3 010 VI M 4> vj M VI U1 H 03 l\D O O \o \r-> 71 47175 19 2120091 Les rendements des éléments de l'invention, dans le cas d'ébullition de liquides à la température ambiante, sont vérifiés sur les éléments des exemples 4» 7 et 9» dans le cas de 1'ébullition du fluorotrichlorométhane sous une pression de 1 bar et sous divers taux d'apport de chaleur (température d'ébullition 23,2°C). Les résultats sont indiqués par les courbes du schéma de la figure 10, qui montre également la courbe d'un élément à surface lisse. Les résultats obtenus à débit de chaleur constant^soit 908 kcal/h.°C/ sont représentés sur le tableau D. tZEâ TABLEAU D Diamètres réels Cavité (G) Ouverture (R!) R/C mm mm 4. Pyramide à sommet ouvert 0,30 7 Orifice dé rétention en venturi à couvercle 0,25 plat 0,20 0,13-0,20 0,67 0,5- 0,8 0,25 0,13-0,20 0,5- 0,8 Surface lisse Néant Néant Néant Cavités Coefficient d ' ébull i t Irm 2 ? par cm kcal/hm °C 62 6800 169 8750 169 3990 Néant 2670 71 47175 21 2120091 La comparaison des coefficients d1 ébullition indiqués sur les tableaux B et D avec les valeurs correspondantes des disposi- intéressants tifs classiques donnant les mêmes résultat^permet de constater que les rendements des éléments de l'invention sont au moins équi-5 valents. Cependant, pour une même surface, le prix de revient de l'élément à chambres pyramidales de l'invention ne représente qu'environ le tiers du prix de revient de l'élément à sillons déformés décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 454 081 cité ci-dessus. 10 II va de soi que les dispositifs décrits peuvent recevoir de nombreuses modifications, sans sortir du cadre de l'invention. 71 47175 22 2120091 KETOHDICATIOIIS 1. Elément métallique composite pour échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement constitué par une feuille métallique solidarisée à un substrat métallique imperméa- ' ' 2 5 ble, cet élément comportant au moins quatre cavités par cm de surface du substrat, chaque cavité ayant un diamètre réel d'au moins 0,076 mm et communiquant avec l'extérieur par au moins une ouverture de rétention ménagée dans la feuille du revêtement, le diamètre réel de chaque ouverture étant inférieur à 0,8 fois le 10 diamètre réel de la cavité. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités sont constituées par de multiples sections de la feuille séparées et surélevées par rapport à la surface du substrat. 15 3• Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que la feuille de revêtement est associée au substrat par ses plages non surélevées entourant chacune des sections surélevées. 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que la feuille de revêtement est de forme telle qu'elle ménage des 20 canaux reliant certaines cavités aux cavités voisines. 5. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sections surélevées de la feuille de revêtement sont constituées par des plages embouties en forme de pyramides s'écartant de la surface du substrat et en ce que les ouvertures de rétention 25 sont chacune constituées par un trou de contour irrégulier ménagé au sommet de"la pyramide." 6. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sections surélevées de la feuille de revêtement sont constituées par des parties de la feuille disposées entre les sommets 30 de bossages pyramidaux emboutis dans la feuille, dirigés vers la surface du substrat et liés à ce dernier, les ouvertures de rétention étant constituées par des fentes ménagées entre legéommets des pyramides liés au substrat et orientées vers la base des pyramides . 35 7. Elément selon la revendication 3, caractérisé en ce que les sections surélevées de la feuille du revêtement sont constituées par des segments d'ondulations parallèles en saillie au- 71 47175 23 2120091 dessus du substrat, les segments des ondulations voisines étant alignés en rangées transversales, et les segments voisins de chaque ondulation étant successivement décalés transversalement les uns par rapport aux autres, et les ouvertures de rétention 5 étant constituées par les fentes délimitées par les parois non alignées des segments voisins. 8. Elément selon la revendication 7, caractérisé en ce que les segments voisins de chaque ondulation sont décalés transversalement en sens opposés. 10 9. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cavités sont constituées par des canaux constituant des venturi et traversant la feuille de revêtement, chacun des passages comportant une partie de section relativement grande voisine du substrat et délimitant une cavité avec ce dernier, et une partie 15 de section plus petite débouchant dans la surface extérieure de la feuille et délimitant l'orifice de rétention. 10. Procédé de fabrication d'un élément métallique composite pour échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à placer une feuille métallique mince sur une feuille élastique de sup- 20 port, à exercer sur la feuille métallique une pression au moyen d'une plaque comportant de nombreux poinçons disposés très près les uns des autres de manière à' former par emboutissage de la feuille de nombreux alvéoles complémentaires des poinçons dans cette dernière, à percer le fond de chaque alvéole pour délimiter 25 un trou de contour irrégulier, et à souder la feuille emboutie sur la surface lisse d'un substrat métallique. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce quçies alvéoles emboutis dans la feuille sont pyramidaux et en ce que les poinçons sont appliqués avec une force suffisante pour 30 fracturer les sommets des pyramides de manière à ménager une ouverture de contour irrégulier dans le fond de chaque alvéole. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la feuille est soudée au substrat par ses plages entourant les alvéoles. 35 13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la feuille est soudée au substrat le long de bords transversaux entourant les trous ménagés dans le sommet des bossages pyramidaux.