EP4565835A1 - Procédé de fabrication de canalisations pour un échangeur de chaleur - Google Patents

Procédé de fabrication de canalisations pour un échangeur de chaleur

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EP4565835A1
EP4565835A1 EP23761174.4A EP23761174A EP4565835A1 EP 4565835 A1 EP4565835 A1 EP 4565835A1 EP 23761174 A EP23761174 A EP 23761174A EP 4565835 A1 EP4565835 A1 EP 4565835A1
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EP
European Patent Office
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sheet
pipes
inert gas
sheets
female
Prior art date
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Pending
Application number
EP23761174.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Charles Caruel
Jean-Charles Michel Pierre Di Giovanni
Philippe Bienvenu
Pierre-François BEHAGHEL
Michel ROGNANT
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Safran Nacelles SAS
Original Assignee
Safran Nacelles SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/213—Heat transfer, e.g. cooling by the provision of a heat exchanger within the cooling circuit

Definitions

  • TITLE Process for manufacturing pipes for a heat exchanger
  • the present invention relates to the manufacture of heat exchangers.
  • the present invention relates to the production of a plate in which pipes are housed allowing heat exchange between a heat transfer fluid circulating in the pipes and an external environment.
  • the invention applies to any type of heat exchanger but is particularly relevant in the context of the manufacture of a heat exchanger arranged on a surface of revolution, and more particularly for an exhaust system of 'a turbomachine of an aircraft, the heat exchanger allowing the recovery of heat in the exhaust flow so as to heat fuel and/or air intended to enter a combustion chamber of the turbomachine.
  • the manufacturing of parts in the aeronautical field is generally subject to constraints on the mass and size of said parts.
  • said integration is carried out with difficulty after the manufacture of the parts of the turbomachine and is therefore preferentially carried out during the manufacture of said pieces.
  • a heat source located nearby is favored so as to increase the thermal efficiency of the turbomachine and thus contribute to reducing the environmental footprint of the turbomachine.
  • a heat source is for example constituted by the gases leaving through the exhaust system of the turbomachine.
  • the present invention therefore aims to manufacture pipes for compact and integrated heat exchangers.
  • the invention is the result of technological research aimed at very significantly improving the performance of aircraft and, in this sense, contributes to reducing the environmental impact of aircraft.
  • the subject of the present invention is a method of manufacturing a plate comprising pipes for a heat exchanger, the method comprising the following steps:
  • the method comprises a step of injecting an inert gas under pressure into a cavity between one of the first and second sheets and one of the male tooling and the female tooling after the welding step by diffusion and so as to form the first and the second sheet according to the shape of the desired plate.
  • the first sheet metal and the second welded sheet metal are positioned in a mold comprising a second male tool and a second female tool.
  • the first welded sheet and the second welded sheet are positioned in a mold comprising the male tooling and a second female tooling, the injection step into the cavity being extended and/or reiterated in a manner to be carried out simultaneously with the step of injecting an inert gas under pressure between the first sheet and the second sheet at the locations to which an anti-diffusing material has been applied, so that the pressure during the injection of inert gas is similar in the formed pipes and in the cavity.
  • the first sheet is placed in a constriction of the male tooling during the installation step, the constriction having a depth between the thickness of the first sheet and the sum of the thicknesses of the first and of the second sheet, and in which a step of injecting an inert gas under pressure is carried out between the second sheet and the female tooling so that the second sheet is partially pushed into the constriction and allows a welding step by diffusion without movement of the second sheet relative to the first sheet.
  • the method further comprises a step of forming a distributor and/or a collector between the first sheet and the second sheet, or between the first sheet and a third sheet.
  • the process comprises a final step of cooling the sheets and a step of stripping the sheets by sandblasting after forming the pipes.
  • the anti-scattering material comprises boron nitride.
  • the inert gas comprises argon.
  • the pipes formed have a cross section of semi-circular, or rectangular, or bell-shaped, or semi-elliptical, or triangular shape.
  • the sheets are made of a material comprising a titanium alloy and/or a nickel alloy.
  • the male tooling and the female tooling are made so that their expansion coefficient is different.
  • the invention also relates to an exhaust system comprising a heat exchanger comprising a plate obtained by the process as defined above.
  • FIG 1 is a schematic sectional view of an aircraft turbomachine
  • FIG 2 is a view of one embodiment of a turbomachine exhaust system
  • FIG 3 is a representation of the different stages of a first mode of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • FIG 4 is a schematic representation of the manufacturing environment for the manufacturing process in Figure 3.
  • FIG 5B are schematic sectional representations of a first and a second sheets welded during the manufacturing process of Figure 3;
  • FIG 6 is a representation of the different stages of a second mode of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • FIG 7C are schematic sectional representations of a first and a second sheet during the manufacturing process of Figure 6;
  • FIG 8 is a representation of the different stages of a third mode of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • FIG 9B are schematic sectional representations of a first and a second sheet during the manufacturing process of Figure 8.
  • FIG 10 is a representation of the first stages of the process according to the invention integrating a variant implementation of said process.
  • FIG 1 1 B are schematic sectional representations of a first and a second sheet during the manufacturing process of Figure 10.
  • FIG 12 is a representation of an annular male tool and female tool allowing the manufacture of pipes for a heat exchanger in a single sector.
  • a turbomachine 2 of an aircraft is shown schematically in Figure 1.
  • Fa turbomachine 2 comprises a fan 4 making it possible to recover air coming from the atmosphere outside the turbomachine 2, a compressor 6, a combustion chamber 8, a turbine 10, and an exhaust system 12.
  • the exhaust system 12 comprises a nozzle 14 and a central body 16 forming a gas exhaust stream 18 of annular section.
  • Ee exhaust system 12 includes a heat exchanger 20 configured to heat fuel in entry of the combustion chamber 8 and/or air at the outlet of the compressor 6 and before entry into the combustion chamber 8 from thermal exchanges between the gas exhaust stream 18 and the pipes 26 via the wall of the nozzle 14.
  • FIG. 2 shows schematically an embodiment of the exhaust system in which the heat exchanger 20 is positioned on the nozzle 14.
  • the heat exchanger 20 can be positioned on the body central (not shown in Figure 2) of the exhaust system.
  • the heat exchanger 20 comprises at least one distributor 22, at least one collector 24 and pipes 26.
  • the distributor 22 is configured to inject a heat transfer fluid into the pipes 26 themselves configured to circulate said heat transfer fluid in said pipes 26 to a collector 24 configured to recover the heated heat transfer fluid.
  • the pipes 26 are formed in a plate 28 forming the nozzle 14.
  • the nozzle 14 comprises an internal surface in contact with which the exhaust gases are expelled.
  • the plate 28 comprising the pipes 26 of the heat exchanger 20 is produced using the manufacturing process according to the invention described below.
  • FIG. 3 shows the different stages of a mode of implementation of the method of manufacturing a plate 28 comprising pipes 26 according to the invention.
  • reference will be made to the pipes 26 and more broadly to the heat exchanger 20 illustrated in FIG. 2.
  • other plates 28 of pipes 26 for other uses can also be made with the implementation of the process below.
  • Figure 4 shows a schematic representation of the manufacturing environment of said plate 28.
  • a step 30 of applying an anti-diffusing material is carried out on a first sheet 32 at locations on the first sheet 32 intended to form portions of pipes 26.
  • the first sheet 32 is for example a flat or curved fold of material whose thickness is significantly thinner than its other dimensions.
  • anti-diffuse material is meant a material which, once applied to the first sheet 32, prevents the first sheet 32 from being welded to a second sheet during diffusion welding.
  • the anti-scattering material includes, for example, boron nitride.
  • the anti-diffusing material is applied, for example periodically on the first sheet 32, so as to form an alternation of sheet metal covered with anti-diffusing material and bare sheet metal.
  • bare sheet metal we mean a portion of sheet metal devoid of a coating of anti-diffusing material.
  • first sheet 32 and the second sheet 36 superimposed are placed in a mold 38 comprising a male tool 40 and a female tool 42 forming said mold 38, the sheets 32 and 36 being in particular positioned between the male tooling 40 and the female tooling 42 illustrated in Figure 4.
  • the male tools 40 and female 42 each comprise a seal 43 positioned at the periphery of said tools 40 and 42 at the junction of the male tools 40 and the female tools 42, in order to ensure fluid tightness between the interior and exterior of mold 38.
  • the mold 38 makes it possible to bring together specific temperature and pressure conditions, for example conditions necessary for carrying out diffusion welding.
  • the mold 38 is for example included in a superplastic forming press.
  • the female tooling 42 comprises grooves 44 configured to give their shape to the pipes 26.
  • the male and female tools 40 and 42 have a shape similar to the shape of the sheets 32 and 36 so that the installation of the sheets 32 and 36 in the mold 38 does not deform said sheets 32 and 36.
  • 5A shows schematically the first and second sheets 32 and 36 welded in the mold 38.
  • a step 48 of injecting an inert gas under pressure is then carried out between the first sheet 32 and the second sheet 36.
  • the injection is carried out for example from openings 50 made in the mold 38, for example in the female tooling 42, and illustrated in Figure 4.
  • the openings 50 are for example configured to form the collectors 24 and/or the distributors 22.
  • the injected gas is directed in particular at the locations 51 to which the material has been applied anti-diffusing.
  • the pressure of the injected gas is configured to deform the second sheet 36 and press it against the grooves 44 of the female tool 42 so as to form the pipes 26.
  • the injected inert gas is maintained in the mold 38 using of the sealing of said mold 38 provided by the joints 43.
  • the inert gas is for example argon or a mixture comprising argon.
  • the pipes 26 formed take the shape of grooves 44 which can have different shapes.
  • the cross section of the pipes formed is semi-circular, as illustrated, or rectangular, or bell-shaped, or semi-elliptical, or triangular.
  • the first and second sheets 32 and 36 are made of a material resistant to high temperatures compared to most metals, for example in a material comprising a titanium alloy and /or a nickel alloy.
  • a step (not shown) of forming a distributor 22 and/or of a collector 24 by injecting an inert gas between the two sheets 32 and 36 in a suitable mold.
  • the pipes are formed between the first sheet 32 and the second sheet 36 and a distributor and/or a collector are formed between the first sheet 32 and a third sheet (not shown).
  • This last mode of implementation makes it possible to form a plate 28 comprising the pipes on one side of the plate, and the distributors and collectors on the other side of the plate.
  • a step 52 of cooling the sheets 32 and 36, and more generally the plate 28 comprising the pipes 26 and formed by the welding of the sheets 32 and 36 is also carried out.
  • a step 56 of forming the first sheet and the second sheet is optionally carried out prior to step 30 of applying the anti-diffusing material.
  • Step 56 allows, in the case where the sheets 32 and 36 do not have the appropriate shape to carry out their installation in the mold 38, to give them the shape of the desired plate 28, the mold 38 having a shape also adapted to the shape of the desired plate 28.
  • the forming of the first sheet 32 and the second sheet 36 is carried out during the manufacturing process according to the invention.
  • step 30 of applying an anti-diffusing material (not shown) to the first sheet 32 at locations on the first sheet 32 intended to form portions of pipes 26.
  • step 34 of placing the first sheet 32 in contact with the second sheet 36 as described previously.
  • the sheets 32 and 36 not being formed beforehand, they are placed in the mold 38 comprising a male tool 58 of neutral shape and a female tool 60 whose surface does not include of grooves 44 and corresponding to the final shape of the desired plate 28.
  • 7A shows schematically the first and second sheets 32 and 36 between the male tooling 58 and the female tooling 60.
  • step 46 of diffusion welding of the first sheet 32 with the second sheet 36 in the mold 38 is then carried out, the two sheets 32 and 36 thus becoming integral. and forming the plate 28 intended to comprise the pipes 26.
  • Inert gas is injected into the cavity 61 via the tooling 60 to press the first sheet 32 and the second sheet 36 against the male tooling 58 during welding by diffusion. Only the locations on which the anti-diffusing material has been applied do not include welding between the first sheet 32 and the second sheet 36.
  • a step 62 is carried out of injecting an inert gas under pressure into a cavity 64 via the tooling 58, for example between the male tooling 58 and the first sheet 32, so as to give the sheets 32 and 36 the shape of the desired plate 28.
  • the sheets 32 and 36 are shown in Figure 7B at the end of this step 62.
  • a step 66 of changing tools is then carried out in the mold 38.
  • the welded sheets 32 and 36 are thus positioned between a second male tool 40 and a second female tool 42 identical to the male tool and the female tool of the mode of implementation illustrated in Figure 3, the welded sheets 32 and 36 having the desired final shape.
  • the second female tool 42 comprises grooves 44 configured to give their shape to the pipes 26.
  • the sheets 32 and 36 are shown in Figure 7C at the end of this step 66.
  • Step 48 of injecting an inert gas under pressure is then carried out between the first sheet 32 and the second sheet 36 as described. previously, and so as to carry out the forming of the pipes, as illustrated in Figure 5B.
  • Steps 62 and 48 of injecting an inert gas are preferably carried out separately, step 62 of injecting into cavity 64 preferably being carried out before step 48 of injecting gas between the sheets 32 and 36.
  • the injected inert gas can be of the same composition during the implementation of steps 62 and 48, or of different composition.
  • cooling 52 and/or stripping 54 steps are finally carried out.
  • a step 68 of changing a single tool in the mold 38 is carried out.
  • the welded sheets 32 and 36 are thus positioned between the male tool 58 and the second female tool 42 identical to the female tooling of the mode of implementation illustrated in Figure 3.
  • the sheets 32 and 36 are shown in Figure 9A at the end of this step 68.
  • steps 48 and 62 of injecting inert gas under pressure into the cavity 64 are carried out simultaneously, so that the pressure during the injection of inert gas is similar in the pipes 26 formed and in the cavity 64 once the plate 28 and the pipes 26 are formed.
  • 9B shows the sheets 32 and 36 at the end of these steps 48 and 62.
  • cooling 52 and/or stripping 54 steps are finally carried out.
  • step 30 previously described of applying an anti-diffusing material is carried out, as well as step 34 of placing the first sheet 32 in contact of the second sheet 36 as described previously.
  • the sheets 32 and 36 are positioned between a male tool 70 comprising a constriction 72 and the female tooling 60 or 42. More precisely, the first sheet 32 is positioned in the constriction 72, the dimensions of the constriction 72 being substantially identical to the dimensions of the first sheet 32, as well as less than the dimensions of the second sheet 36, the constriction 72 having a dimension depth between the thickness of the first sheet 32 and the sum of the thicknesses of the first and second sheets 32 and 36.
  • the movements of the first sheet 32 are thus limited for the following stages of the process.
  • the sheets 32 and 36 are shown in Figure 1 1A at the end of this step 34.
  • a step 74 of injecting an inert gas under pressure is carried out between the second sheet 36 and the female tool 60 or 42 so that the second sheet 36 is partially pushed into the constriction, also limiting the movements of the second sheet 36.
  • the sheets 32 and 36 are shown in Figure 1 1B at the end of this step 34.
  • step 46 of the implementation modes previously described and illustrated in Figures 3, 6 and 8 can then be carried out.
  • Figure 12 shows schematically an annular male tool 40 and female tool 42 allowing the manufacture of pipes 26 of a heat exchanger 20 in a single sector according to the mode of implementation of the process illustrated in Figure 3.
  • the male tool 40 includes key tools.
  • the female tooling 42 and the male tooling are made of materials comprising different expansion coefficients, for example the male tooling 40 having a greater expansion coefficient than the female tooling 42 so as to apply more easily exert effort on the sheets 32 and 36 during heating for diffusion welding.

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Abstract

Ce procédé de fabrication d'une plaque comprenant des canalisations pour un échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Application d'un matériau anti-diffusant (étape 30) sur une première tôle à des emplacements de la première tôle destinés à former des portions de canalisations; - Mise en place de la première tôle au contact d'une deuxième tôle entre un outillage mâle et un outillage femelle formant un moule (étape 34); - Soudage par diffusion (étape 46) de la première tôle avec la deuxième tôle au sein du moule de manière à former la plaque; - Injection d'un gaz inerte sous pression (étape 48) entre la première tôle et la deuxième tôle aux emplacements auxquels a été appliqué le matériau anti- diffusant de manière à effectuer le formage des canalisations.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de fabrication de canalisations pour un échangeur de chaleur
Domaine technique
La présente invention concerne la fabrication des échangeurs de chaleur.
En particulier, la présente invention concerne la réalisation d’une plaque dans laquelle sont logées des canalisations permettant un échange de chaleur entre un fluide caloporteur circulant dans les canalisations et un milieu extérieur.
De manière générale, l’ invention s’ applique à tout type d’ échangeur de chaleur mais est particulièrement pertinente dans le cadre de la fabrication d’un échangeur de chaleur disposé sur une surface de révolution, et plus particulièrement pour système d’ échappement d’une turbomachine d’un aéronef, l’ échangeur de chaleur permettant la récupération de chaleur dans le flux d’ échappement de manière à réchauffer du carburant et/ou de l’ air destiné à entrer dans une chambre de combustion de la turbomachine.
Techniques antérieures
La fabrication de pièces dans le domaine aéronautique est généralement soumise à des contraintes de masse et d’ encombrement desdites pièces. Dans le cadre de l’ intégration d’échangeurs de chaleur dans un aéronef, et notamment dans une turbomachine d’un aéronef, ladite intégration s’ effectue difficilement après la fabrication des pièces de la turbomachine et est donc préférentiellement réalisée lors de la fabrication desdites pièces.
Dans une perspective d’ amélioration des performances des turbomachines, il est possible de réchauffer de l’ air et/ou du carburant avant leur entrée dans une chambre de combustion de la turbomachine. Une source de chaleur située à proximité est privilégiée de manière à augmenter le rendement thermique de la turbomachine et ainsi contribuer à réduire l’ empreinte environnementale de la turbomachine. Une source de chaleur est par exemple constituée par les gaz sortant par le système d’ échappement de la turbomachine.
Cependant, le positionnement d’un échangeur de chaleur dans le flux primaire d’ échappement de la turbomachine induit des pertes de charges de la turbomachine et impacte négativement la poussée de l’ aéronef. Le positionnement d’un échangeur de chaleur dans la turbomachine doit donc être parfaitement intégré afin de ne pas nuire à l’ efficacité et à la compacité de ladite turbomachine.
Exposé de l’invention
La présente invention a donc pour but la fabrication de canalisations pour échangeur de chaleur compact et intégré. A cet effet, l'invention est le résultat de recherches technologiques visant à améliorer de manière très significative les performances des aéronefs et, en ce sens, contribue à la réduction de l’ impact environnemental des aéronefs.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d’une plaque comprenant des canalisations pour un échangeur de chaleur, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- Application d’un matériau anti-diffusant sur une première tôle à des emplacements de la première tôle destinés à former des portions de canalisations ;
- Mise en place de la première tôle au contact d’une deuxième tôle entre un outillage mâle et un outillage femelle formant un moule ;
- Soudage par diffusion de la première tôle avec la deuxième tôle au sein du moule de manière à former la plaque ;
- Injection d’un gaz inerte sous pression entre la première tôle et la deuxième tôle aux emplacements auxquels a été appliqué le matériau anti-diffusant de manière à effectuer le formage des canalisations.
Avantageusement, le procédé comprend une étape d’ injection d’un gaz inerte sous pression dans une cavité entre l’une des première et deuxième tôle et l’un de l’ outillage mâle et de l’ outillage femelle après l’ étape de soudage par diffusion et de manière à former la première et la deuxième tôle selon la forme de la plaque souhaitée. Dans un mode de mise en œuvre, suite à l’ étape d’injection d’un gaz dans la cavité, et avant l’ étape d’ injection d’un gaz aux emplacements auxquels a été appliqué le matériau anti-diffusant, la première tôle et la deuxième tôle soudées sont positionnées dans un moule comprenant un deuxième outillage mâle et un deuxième outillage femelle.
Dans un autre mode de mise en œuvre, la première tôle et la deuxième tôle soudées sont positionnées dans un moule comprenant l’ outillage mâle et un deuxième outillage femelle, l’ étape d’injection dans la cavité étant prolongée et/ou réitérée de manière à être effectuée simultanément à l’ étape d’injection d’un gaz inerte sous pression entre la première tôle et la deuxième tôle aux emplacements auxquels a été appliqué un matériau anti-diffusant, de sorte que la pression durant l’ injection de gaz inerte est similaire dans les canalisations formées et dans la cavité.
Avantageusement, la première tôle est mise en place dans un rétreint de l’ outillage mâle lors de l’ étape de mise en place, le rétreint ayant une profondeur comprise entre l’ épaisseur de la première tôle et la somme des épaisseurs de la première et de la deuxième tôles, et dans lequel on effectue une étape d’injection d’un gaz inerte sous pression entre la deuxième tôle et l’ outillage femelle de sorte que la deuxième tôle est partiellement poussée dans le rétreint et permet une étape de soudage par diffusion sans mouvement de la deuxième tôle par rapport à la première tôle.
Dans un mode particulier de mise en œuvre, le procédé comprend en outre une étape de formage d’un distributeur et/ou d’un collecteur entre la première tôle et la deuxième tôle, ou entre la première tôle et une troisième tôle.
Avantageusement, le procédé comprend une étape finale de refroidissement des tôles et une étape de décapage par sablage des tôles après le formage des canalisations.
Avantageusement, le matériau anti-diffusant comprend du nitrure de bore.
Avantageusement, le gaz inerte comprend de l’ argon. Dans un mode de mise en œuvre, les canalisations formées ont une section transversale de forme semi-circulaire, ou rectangulaire, ou en cloche, ou semi-elliptique, ou triangulaire.
Avantageusement, les tôles sont réalisées dans un matériau comprenant un alliage de titane et/ou un alliage de nickel.
Dans un mode particulier de mise en œuvre, l’ outillage mâle et l’ outillage femelle sont réalisés de sorte que leur coefficient d’ expansion sont différents.
L’invention a également pour objet un système d’ échappement comprenant un échangeur de chaleur comprenant une plaque obtenue par le procédé tel que défini précédemment.
Brève description des dessins
D’ autres buts, caractéristiques et avantages de l’ invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’ exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig 1 ] est une vue schématique en coupe d’une turbomachine d’un aéronef ; et
[Fig 2] est une vue d’un mode de réalisation d’un système d’ échappement d’une turbomachine ; et
[Fig 3] est une représentation des différentes étapes d’un premier mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’ invention ; et
[Fig 4] est une représentation schématique de l’ environnement de fabrication pour le procédé de fabrication de la figure 3 ; et
[Fig 5A]
Et
[Fig 5B] sont des représentations schématiques en coupe d’une première et d’une deuxième tôles soudées durant le procédé de fabrication de la figure 3 ; et
[Fig 6] est une représentation des différentes étapes d’un deuxième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’ invention ; et
[Fig 7A]
Et [Fig 7B]
Et
[Fig 7C] sont des représentations schématiques en coupe d’une première et d’une deuxième tôles durant le procédé de fabrication de la figure 6 ; et
[Fig 8] est une représentation des différentes étapes d’un troisième mode de mise en œuvre du procédé de fabrication selon l’ invention ; et
[Fig 9A]
Et
[Fig 9B] sont des représentations schématiques en coupe d’une première et d’une deuxième tôles durant le procédé de fabrication de la figure 8 ; et
[Fig 10] est une représentation des premières étapes du procédé selon l’ invention intégrant une variante de mise en œuvre dudit procédé ; et
[Fig 1 1 A]
Et
[Fig 1 1 B] sont des représentations schématiques en coupe d’une première et d’une deuxième tôles durant le procédé de fabrication de la figure 10 ; et
[Fig 12] est une représentation d’un outillage mâle et d’un outillage femelle annulaires permettant la fabrication de canalisations d’un échangeur de chaleur en un seul secteur.
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
On a représenté schématiquement sur la figure 1 une turbomachine 2 d’un aéronef. Fa turbomachine 2 comprend une soufflante 4 permettant de récupérer de l’ air provenant de l’ atmosphère extérieure à la turbomachine 2, un compresseur 6, une chambre de combustion 8, une turbine 10, et un système d’échappement 12.
En particulier, le système d’ échappement 12 comprend une tuyère 14 et un corps central 16 formant une veine d’échappement 18 de gaz de section annulaire. Ee système d’ échappement 12 comprend un échangeur de chaleur 20 configuré pour réchauffer du carburant en entrée de la chambre de combustion 8 et/ou de l’ air en sortie du compresseur 6 et avant l’entrée dans la chambre de combustion 8 à partir d’ échanges thermiques entre la veine d’ échappement 18 de gaz et les canalisations 26 via la paroi de la tuyère 14.
On a représenté schématiquement sur la figure 2 un mode de réalisation du système d’ échappement dans lequel l’ échangeur de chaleur 20 est positionné sur la tuyère 14. En variante, par analogie, l’ échangeur de chaleur 20 peut être positionné sur le corps central (non représenté sur la figure 2) du système d’ échappement.
L’ échangeur de chaleur 20 comprend au moins un distributeur 22, au moins un collecteur 24 et des canalisations 26.
Le distributeur 22 est configuré pour injecter un fluide caloporteur dans les canalisations 26 elles-mêmes configurées pour faire circuler ledit fluide caloporteur dans lesdites canalisations 26 jusqu’ à un collecteur 24 configuré pour récupérer le fluide caloporteur réchauffé.
Les canalisations 26 sont formées dans une plaque 28 formant la tuyère 14. Dans le mode de réalisation représenté, la tuyère 14 comprend une surface interne au contact de laquelle sont expulsés les gaz d’ échappement.
En particulier, la plaque 28 comprenant les canalisations 26 de l’ échangeur de chaleur 20 est réalisée à l’ aide du procédé de fabrication selon l’ invention décrit ci-dessous.
On a représenté sur la figure 3 les différentes étapes d’un mode de mise en œuvre du procédé de fabrication d’une plaque 28 comprenant des canalisations 26 selon l’ invention. A titre d’exemple, il sera fait référence aux canalisations 26 et plus largement à l’ échangeur de chaleur 20 illustré sur la figure 2. Néanmoins, d’ autres plaques 28 de canalisations 26 pour d’ autres usages peuvent également être réalisées avec la mise en œuvre du procédé ci-dessous.
On a représenté sur la figure 4 une représentation schématique de l’ environnement de fabrication de ladite plaque 28.
Dans un premier temps, on effectue une étape 30 d’ application d’un matériau anti-diffusant (non représenté) sur une première tôle 32 à des emplacements de la première tôle 32 destinés à former des portions de canalisations 26. La première tôle 32 est par exemple un pli de matière plan ou courbé et dont l’ épaisseur est significativement plus fine que ses autres dimensions.
On entend par matériau anti-diffusant un matériau qui, une fois appliqué sur la première tôle 32, empêche la première tôle 32 d’ être soudée à une deuxième tôle lors d’un soudage par diffusion. Le matériau anti-diffusant comprend par exemple du nitrure de bore.
Autrement dit, on applique le matériau anti-diffusant, par exemple périodiquement sur la première tôle 32, de manière à former une alternance de tôle recouverte d’ anti-diffusant et de tôle nue. On entend par tôle nue une portion de tôle dépourvue d’un revêtement de matériau anti-diffusant.
Ensuite, on effectue une étape 34 de mise en place de la première tôle 32 au contact d’une deuxième tôle 36. Le contact doit s’ établir de sorte que le matériau anti-diffusant se retrouve pris entre la première tôle 32 et la deuxième tôle 36.
De plus, la première tôle 32 et la deuxième tôle 36 superposées sont mises en place dans un moule 38 comprenant un outillage mâle 40 et un outillage femelle 42 formant ledit moule 38, les tôles 32 et 36 étant en particulier positionnées entre l’ outillage mâle 40 et l’ outillage femelle 42 illustrés sur la figure 4.
Avantageusement, les outillages mâle 40 et femelle 42 comprennent chacun un joint 43 positionné à la périphérie desdits outillages 40 et 42 au niveau de la jonction de l’ outillage mâle 40 et de l’ outillage femelle 42, afin d’ assurer une étanchéité aux fluides entre l’ intérieur et l’ extérieur du moule 38.
Le moule 38 permet de réunir des conditions de températures et de pressions spécifiques, par exemple des conditions nécessaires à la réalisation d’un soudage par diffusion. Le moule 38 est par exemple compris dans une presse de formage superplastique. L’ outillage femelle 42 comprend des rainures 44 configurées pour donner leur forme aux canalisations 26. Les outillages mâle et femelle 40 et 42 ont une forme semblable à la forme des tôles 32 et 36 de sorte que la mise en place des tôles 32 et 36 dans le moule 38 ne déforme pas lesdites tôles 32 et 36. On effectue alors l’ étape 46 de soudage par diffusion de la première tôle 32 avec la deuxième tôle 36 dans le moule 38, les deux tôles 32 et 36 devenant ainsi solidaires et formant la plaque 28 destinée à comprendre les canalisations 26. Seuls les emplacements sur lesquels le matériau anti-diffusant a été appliqué ne comprennent pas de soudure entre la première tôle 32 et la deuxième tôle 36.
On a représenté schématiquement sur la figure 5A les première et deuxième tôles 32 et 36 soudées dans le moule 38.
On effectue ensuite une étape 48 d’ injection d’un gaz inerte sous pression entre la première tôle 32 et la deuxième tôle 36. L’injection s’ effectue par exemple à partir d’ ouvertures 50 pratiquées dans le moule 38, par exemple dans l’ outillage femelle 42, et illustrées sur la figure 4. Les ouvertures 50 sont par exemple configurées pour former les collecteurs 24 et/ou les distributeurs 22. Le gaz injecté est dirigé en particulier au niveau des emplacements 51 auxquels a été appliqué le matériau anti-diffusant. La pression du gaz injecté est configurée pour déformer la deuxième tôle 36 et la plaquer contre les rainures 44 de l’ outillage femelle 42 de manière à effectuer le formage des canalisations 26. Le gaz inerte injecté est maintenu dans le moule 38 à l’ aide de l’ étanchéification dudit moule 38 procurée par les joints 43.
On a représenté schématiquement sur la figure 5B les canalisations 26 formées à l’issue de cette étape 48 d’ injection de gaz inerte sous pression.
Par ailleurs, le gaz inerte est par exemple de l’ argon ou un mélange comprenant de l’ argon.
De plus, les canalisations 26 formées prennent la forme des rainures 44 qui peuvent avoir différentes formes. Par exemple, la section transversale des canalisations formées est de forme semi-circulaire, tel qu’ illustrée, ou rectangulaire, ou en cloche, ou semi-elliptique, ou triangulaire.
Dans un mode de mise en œuvre, par exemple pour une application aéronautique, les première et deuxième tôles 32 et 36 sont réalisées dans un matériau résistant à haute température comparé à la plupart des métaux, par exemple dans un matériau comprenant un alliage de titane et/ou un alliage de nickel. Dans un mode particulier de mise en œuvre, par exemple pour la fabrication d’un échangeur de chaleur 20 tel qu’ illustré sur la figure 2, on peut optionnellement effectuer une étape (non représentée) de formage d’un distributeur 22 et/ou d’un collecteur 24 en injectant un gaz inerte entre les deux tôles 32 et 36 dans un moule adapté. En variante, on forme les canalisations entre la première tôle 32 et la deuxième tôle 36 et on forme un distributeur et/ou un collecteur entre la première tôle 32 et une troisième tôle (non représentée) . Ce dernier mode de mise en œuvre permet de former une plaque 28 comprenant les canalisations d’un côté de la plaque, et les distributeurs et collecteurs de l’ autre côté de la plaque.
Optionnellement, on effectue également à la fin du procédé de fabrication une étape 52 de refroidissement des tôles 32 et 36, et plus généralement de la plaque 28 comprenant les canalisations 26 et formée par le soudage des tôles 32 et 36. Additionnellement, on effectue une étape 54 de décapage des tôles 32 et 36, par exemple par sablage, de manière à nettoyer les zones oxydées et/ou salies lors du procédé de fabrication.
Dans le mode de mise en œuvre précédemment décrit, on effectue optionnellement une étape 56 de formage de la première tôle et de la deuxième tôle préalablement à l’ étape 30 d’ application du matériau anti- diffusant. L’ étape 56 permet, dans le cas où les tôles 32 et 36 n’ ont pas la forme adéquate pour effectuer leur mise en place dans le moule 38, de leur donner la forme de la plaque 28 souhaitée, le moule 38 ayant une forme également adaptée à la forme de la plaque 28 souhaitée.
On a représenté schématiquement sur la figure 6 les étapes d’un autre mode de mise en œuvre du procédé selon l’ invention.
Dans ce mode de mise en œuvre, le formage de la première tôle 32 et de la deuxième tôle 36 est effectué durant le procédé de fabrication selon l’ invention.
On effectue ainsi en premier lieu l’ étape 30 d’ application d’un matériau anti-diffusant (non représenté) sur la première tôle 32 à des emplacements de la première tôle 32 destinés à former des portions de canalisations 26. Cette étape est menée à l’ identique du mode de mise en œuvre précédent illustré sur la figure 3. Puis, on effectue l’étape 34 de mise en place de la première tôle 32 au contact de la deuxième tôle 36 telle que décrite précédemment. Dans ce mode de mise en œuvre, les tôles 32 et 36 n’ étant pas formées préalablement, celles-ci sont mises en place dans le moule 38 comprenant un outillage mâle 58 de forme neutre et un outillage femelle 60 dont la surface ne comprend pas de rainures 44 et correspondant à la forme finale de la plaque 28 souhaitée. On a représenté schématiquement sur la figure 7A les première et deuxième tôles 32 et 36 entre l’ outillage mâle 58 et l’ outillage femelle 60.
De manière similaire au mode de mise en œuvre illustré sur la figure 3, on effectue ensuite l’ étape 46 de soudage par diffusion de la première tôle 32 avec la deuxième tôle 36 dans le moule 38, les deux tôles 32 et 36 devenant ainsi solidaires et formant la plaque 28 destinée à comprendre les canalisations 26. Du gaz inerte est injecté dans la cavité 61 par l’ intermédiaire de l’ outillage 60 pour plaquer la première tôle 32 et la deuxième tôle 36 contre l’ outillage mâle 58 pendant le soudage par diffusion. Seuls les emplacements sur lesquels le matériau anti-diffusant a été appliqué ne comprennent pas de soudure entre la première tôle 32 et la deuxième tôle 36.
Puis, on effectue une étape 62 d’ injection d’un gaz inerte sous pression dans une cavité 64 par l’ intermédiaire de l’ outillage 58, par exemple entre l’ outillage mâle 58 et la première tôle 32, de manière à donner aux tôles 32 et 36 la forme de la plaque 28 souhaitée. On a représenté sur la figure 7B les tôles 32 et 36 à l’ issue de cette étape 62.
On effectue ensuite une étape 66 de changement d’ outillages dans le moule 38. Les tôles 32 et 36 soudées sont ainsi positionnées entre un deuxième outillage mâle 40 et un deuxième outillage femelle 42 identiques à l’ outillage mâle et à l’ outillage femelle du mode de mise en œuvre illustré sur la figure 3, les tôles 32 et 36 soudées ayant la forme finale souhaitée. En particulier, le deuxième outillage femelle 42 comprend des rainures 44 configurées pour donner leur forme aux canalisations 26. On a représenté sur la figure 7C les tôles 32 et 36 à l’ issue de cette étape 66.
On effectue ensuite l’ étape 48 d’ injection d’un gaz inerte sous pression entre la première tôle 32 et la deuxième tôle 36 telle que décrite précédemment, et de manière à effectuer le formage des canalisations, tel qu’ illustré sur la figure 5B .
Les étapes 62 et 48 d’ injection d’un gaz inerte sont menées de préférence de façon distincte, l’ étape 62 d’ injection dans la cavité 64 étant de préférence mise en œuvre avant l’ étape 48 d’ injection de gaz entre les tôles 32 et 36. Par ailleurs, le gaz inerte injecté peut être de même composition lors de la mise en œuvre des étapes 62 et 48, ou de composition différente.
Optionnellement, on effectue finalement les étapes de refroidissement 52 et/ou de décapage 54.
On a représenté schématiquement sur la figure 8 les étapes d’un autre mode de mise en œuvre du procédé selon l’ invention.
Dans ce mode de mise en œuvre, on effectue les étapes d’ application d’un matériau anti-diffusant 30, de mise en place des tôles 34, de soudage par diffusion 46 et d’ injection d’un gaz inerte sous pression 62 telle que décrite dans le mode de mise en œuvre précédemment décrit et illustré sur la figure 6.
Dans ce mode de mise en œuvre, on effectue cependant une étape 68 de changement d’un seul outillage dans le moule 38. En particulier, les tôles 32 et 36 soudées sont ainsi positionnées entre l’ outillage mâle 58 et le deuxième outillage femelle 42 identique à l’ outillage femelle du mode de mise en œuvre illustré sur la figure 3. On a représenté sur la figure 9A les tôles 32 et 36 à l’issue de cette étape 68.
Puis, on effectue simultanément les étapes 48 et 62 d’ injection de gaz inerte sous pression dans la cavité 64, de sorte que la pression durant l’injection de gaz inerte est similaire dans les canalisations 26 formées et dans la cavité 64 une fois que la plaque 28 et les canalisations 26 sont formées. On a représenté sur la figure 9B les tôles 32 et 36 à l’ issue de ces étapes 48 et 62.
Optionnellement, on effectue finalement les étapes de refroidissement 52 et/ou de décapage 54.
On a représenté schématiquement sur la figure 10 les premières étapes du procédé selon l’ invention intégrant une variante de mise en œuvre dudit procédé. Dans cette variante, applicable à tous les modes de mises en œuvre, on effectue l’ étape 30 précédemment décrite d’ application d’un matériau anti-diffusant, ainsi que l’ étape 34 de mise en place de la première tôle 32 au contact de la deuxième tôle 36 telle que décrite précédemment.
Cependant, on positionne les tôles 32 et 36 entre un outillage mâle 70 comprenant un rétreint 72 et l’ outillage femelle 60 ou 42. Plus précisément, on positionne la première tôle 32 dans le rétreint 72, les dimensions du rétreint 72 étant sensiblement identiques aux dimensions de la première tôle 32, ainsi qu’ inférieures aux dimensions de la deuxième tôle 36, le rétreint 72 ayant une profondeur de dimension comprise entre l’ épaisseur de la première tôle 32 et la somme des épaisseurs de la première et de la deuxième tôles 32 et 36.
Les mouvements de la première tôle 32 sont ainsi limités pour les étapes suivantes du procédé. On a représenté sur la figure 1 1A les tôles 32 et 36 à l’issue de cette étape 34.
Puis, on effectue une étape 74 d’ injection d’un gaz inerte sous pression entre la deuxième tôle 36 et l’ outillage femelle 60 ou 42 de sorte que la deuxième tôle 36 est partiellement poussée dans le rétreint, limitant également les mouvements de la deuxième tôle 36. On a représenté sur la figure 1 1B les tôles 32 et 36 à l’ issue de cette étape 34.
On effectue ensuite l’ étape 46 de soudage précédemment décrite, cette étape 46 étant facilitée par l’ absence de mouvement et de frottement de la deuxième tôle 36 par rapport à la première tôle 32.
Les étapes suivant l’ étape 46 des modes de mise en œuvre précédemment décrits et illustrés sur les figures 3, 6 et 8 peuvent ensuite être effectuées.
Les différents modes de mise en œuvre décrits peuvent être mis en œuvre pour différents usages et différentes formes d’ échangeur de chaleur.
Pour la fabrication de canalisations pour un échangeur de chaleur 20 tel qu’illustré sur la figure 2, il est possible de fabriquer différents secteurs 76, puis de les assembler, par exemple par soudage TIG, autrement dit Tungsten Inert Gas en termes anglo-saxons, le soudage TIG étant connu de l’ Homme du Métier.
On a représenté schématiquement sur la figure 12 un outillage mâle 40 et un outillage femelle 42 annulaires permettant la fabrication de canalisations 26 d’un échangeur de chaleur 20 en un seul secteur selon le mode de mise en œuvre du procédé illustré sur la figure 3.
Avantageusement, l’ outillage mâle 40 comprend un outillage à clef.
Avantageusement, l’ outillage femelle 42 et l’ outillage mâle sont réalisés dans des matériaux comprenant des coefficients d’expansion différents, par exemple l’ outillage mâle 40 ayant un coefficient d’ extension supérieur à l’ outillage femelle 42 de manière à appliquer plus facilement un effort sur les tôles 32 et 36 durant la chauffe pour le soudage par diffusion.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d’une plaque (28) comprenant des canalisations (26) pour un échangeur de chaleur (20), caractérisé en ce qu’ il comprend les étapes suivantes :
Application d’un matériau anti-diffusant (étape 30) sur une première tôle (32) à des emplacements (51 ) de la première tôle (32) destinés à former des portions de canalisations (26)
Mise en place de la première tôle (32) au contact d’une deuxième tôle (36) entre un outillage mâle (40 ; 58 ; 70) et un outillage femelle (42 ; 60) formant un moule (38) (étape 34) ;
Soudage par diffusion (étape 46) de la première tôle (32) avec la deuxième tôle (36) au sein du moule (38) de manière à former la plaque (28) ;
Injection d’un gaz inerte sous pression dans une cavité (64) entre l’une des première et deuxième tôle (32 ; 36) et l’un de l’ outillage mâle (58) et de l’ outillage femelle (60) après l’ étape (46) de soudage par diffusion et de manière à former la première et la deuxième tôle selon la forme de la plaque (28) souhaitée (étape 62) ;
Injection d’un gaz inerte sous pression (étape 48) entre la première tôle (32) et la deuxième tôle (36) aux emplacements (51 ) auxquels a été appliqué le matériau anti-diffusant de manière à effectuer le formage des canalisations (26) .
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel, suite à l’ étape (62) d’injection d’un gaz dans la cavité, et avant l’ étape (48) d’injection d’un gaz aux emplacements (51 ) auxquels a été appliqué le matériau anti-diffusant, la première tôle et la deuxième tôle soudées sont positionnées (étape 66) dans un moule (38) comprenant un deuxième outillage mâle (40) et un deuxième outillage femelle (42), ou dans lequel la première tôle (32) et la deuxième tôle (36) soudées sont positionnées dans un moule comprenant l’ outillage mâle (58) et un deuxième outillage femelle (42), l’ étape (62) d’ injection dans la cavité (64) étant prolongée et/ou réitérée de manière à être effectuée simultanément à l’ étape (48) d’ injection d’un gaz inerte sous pression entre la première tôle (32) et la deuxième tôle (36) aux emplacements (51 ) auxquels a été appliqué un matériau anti-diffusant, de sorte que la pression durant l’ injection de gaz inerte est similaire dans les canalisations (26) formées et dans la cavité (64) .
3. Procédé selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la première tôle (32) est mise en place dans un rétreint (72) de l’ outillage mâle (70) lors de l’étape (34) de mise en place, le rétreint (72) ayant une profondeur comprise entre l’ épaisseur de la première tôle (32) et la somme des épaisseurs de la première et de la deuxième tôles, et dans lequel on effectue une étape (74) d’ injection d’un gaz inerte sous pression entre la deuxième tôle (36) et l’ outillage femelle (60) de sorte que la deuxième tôle (36) est partiellement poussée dans le rétreint (72) et permet une étape (46) de soudage par diffusion sans mouvement de la deuxième tôle (36) par rapport à la première tôle (32) .
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape de formage d’un distributeur et/ou d’un collecteur entre la première tôle (32) et la deuxième tôle (36), ou entre la première tôle et une troisième tôle.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une étape (52) finale de refroidissement des tôles (32 ; 36) et une étape (54) de décapage par sablage des tôles (32 ; 36) après le formage des canalisations (26) .
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le matériau anti-diffusant comprend du nitrure de bore, et/ou dans lequel le gaz inerte comprend de l’ argon.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les canalisations (26) formées ont une section transversale de forme semi-circulaire, ou rectangulaire, ou en cloche, ou semi- elliptique, ou triangulaire.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’ outillage mâle (40) et l’ outillage femelle (42) sont réalisés dans des matériaux de coefficient d’ expansion différents.
9. Système d’ échappement ( 12) comprenant un échangeur de chaleur (20) comprenant une plaque (28) obtenue par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
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