FR2538527A1 - HEAT EXCHANGE ELEMENT AND METHOD OF MAKING SAID ELEMENT - Google Patents
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Abstract
La présente invention se rapporte d'une part à un élément d'échange de chaleur pourvu en surface d'un revêtement augmentant le coefficient d'échange dans le cas où il y a ébullition et d'autre part à un procédé de réalisation de cet élément. L'élément d'échange de chaleur selon l'invention est constitué par une paroi métallique présentant superficiellement un revêtement métallique poreux 2 formé par un empilage de particules 21 d'un métal de structure liées par un alliage de brasage 22. Il est caractérisé par le fait que les particules 21 du métal de structure de ce revêtement sont des particules sensiblement sphériques et exemptes d'oxydes qui sont obtenues par atomisation dans un gaz ou par pulvérisation d'électrode tournante. Elle se rapporte en particulier aux tubes présentant à l'extérieur ou à l'intérieur un revêtement poreux. (CF DESSIN DANS BOPI)The present invention relates on the one hand to a heat exchange element provided on the surface with a coating increasing the heat exchange coefficient in the case where there is boiling and on the other hand to a process for producing this. element. The heat exchange element according to the invention is constituted by a metal wall having on the surface a porous metal coating 2 formed by a stack of particles 21 of a structural metal bound by a brazing alloy 22. It is characterized by the fact that the particles 21 of the structural metal of this coating are substantially spherical particles and free of oxides which are obtained by atomization in a gas or by spraying of a rotating electrode. It relates in particular to tubes having a porous coating on the outside or inside. (CF DRAWING IN BOPI)
Description
Element d'échange de chaleur et procédé de réalisation dudit élémentHeat exchange element and method for producing said element
La présente invention se rapporte d'une part à un élément d'échan- The present invention relates on the one hand to an exchange element
ge de chaleur pourvu en surface d'un revêtement augmentant le coefficient d'échange dans le cas o il y a ébullition et d'autre part à un procédé de heat generation provided on the surface with a coating increasing the exchange coefficient in the case of boiling and on the other hand with a method of
réalisation de cet élément Elle se rapporte en particulier aux tubes pré- realization of this element It relates in particular to the tubes
sentant à l'extérieur ou à l'intérieur un revêtement poreux. feeling on the outside or inside a porous coating.
Les éléments d'échange de chaleur comportent une paroi étanche sé- The heat exchange elements comprise a separate watertight wall
parant le fluide chaud et le fluide froid Certains de ces éléments compor- the hot fluid and the cold fluid. Some of these elements
tent une couche superficielle servant à augmenter le coefficient d'échange a superficial layer to increase the exchange coefficient
de chaleur.heat.
Certains éléments appropriés aux échanges de chaleur avec un li- Some elements suitable for heat exchange with a
quide à l'ébullition comportent superficiellement un revêtement métallique boiling water superficially comprise a metallic coating
poreux (pores reliés entre eux) mono ou multicouches c'est-à-dire d'épais- porous (interconnected pores) mono or multilayer that is to say thick
seur égale ou supérieure à l'épaisseur propre des grains métalliques consti- equal to or greater than the true thickness of the constituent metallic grains
tutifs Grâce à ce revêtement, l'ébullition reste du type nucléé même si l'écart de température entre le liquide et la paroi chauffante est faible et le nombre de cavités o se forment les bulles de vapeur est élevé La surface des cavités est constamment alimentée par un film liquide grâce aux Thanks to this coating, the boiling remains of the nucleate type even if the temperature difference between the liquid and the heating wall is small and the number of cavities o are formed the vapor bubbles is high The surface of the cavities is constantly fed by a liquid film thanks to
forces de tension superficielle.superficial tension forces.
Parmi les procédés pour obtenir ces revêtements poreux superfi- Among the methods for obtaining these porous surface coatings
ciels, certains font appel soit au frittage de particules métalliques soit some use either sintering metal particles or
encore au brasage de particules métalliques à l'aide d'un alliage de bra- brazing metal particles with a braze alloy.
sage. La présente invention a pour but de fournir un élément d'échange comprenant un revêtement superficiel poreux mono ou multicouches présentant une liaison particulièrement forte des particules métalliques entre elles wise. The present invention aims to provide an exchange element comprising a porous surface coating mono or multilayer having a particularly strong bond of metal particles together.
et avec le support.and with the support.
L'élément d'échange de chaleur selon l'invention est constitué The heat exchange element according to the invention consists of
par une paroi métallique présentant superficiellement un revêtement métalli- by a metal wall superficially having a metallic coating
que poreux formé par un empilage de particules d'un métal de structure that porous formed by a stack of particles of a structural metal
liées par un alliage de brasage Il est caractérisé par le fait que les par- linked by a brazing alloy It is characterized by the fact that
ticules du métal de structure de ce revêtement sont des particules sensible- The structural metal particles of this coating are
ment sphériques et exemptes d'oxydes qui sont obtenues par atomisation dans un gaz ou par pulvérisation d'une électrode tournantes Le procédé de fabrication selon l'invention consiste à exécuter sur la paroi métallique, un dép 8 t de particules de métal de structure et d'un alliage de brasage puis à effectuer une cuisson à haute température de manière à faire fondre l'alliage de brasage Il est caractérisé par le fait The manufacturing method according to the invention consists in carrying out on the metal wall a deposition 8 3 of particles of metal with a structure of metal and with no oxides which are obtained by atomization in a gas or by spraying of a rotating electrode. brazing alloy and then firing at a high temperature so as to melt the solder alloy. It is characterized by the fact that
qu'il consiste à prendre comme particules du métal de structure,des particu- it consists in taking as particles of the structural metal, particles
les sensiblement sphériques et exempte d'oxydes qui sont obtenues par atomi- the substantially spherical and oxide-free which are obtained by atomic
sation dans un gaz ou par pulvérisation d'une électrode tournante. in a gas or by spraying a rotating electrode.
Selon une caractéristique, le procédé consiste à effectuer le dé- According to one characteristic, the method consists in carrying out the de-
pôt de la couche à l'aide d'une barbotine, contenant dans une solution ac- deposit of the layer with a slurry, containing in a solution
queuse d'un liant organique, les particules du métal de structure et de l'alliage de brasage puis à lisser la couche puis à sécher la couche avant cuisson. Selon une autre caractéristique le procédé consiste à déposer la the organic metal binder, the particles of the structural metal and the brazing alloy and then smooth the layer and then dry the layer before baking. According to another characteristic, the method consists in depositing the
couche sur un élément du type tube en faisant couler la barbotine sur le tu- layer on a tube-type element by pouring the slip on the tube.
be et en la lissant pendant que celui-ci tourne autour de son axe longitudi- be and smoothing it as it rotates about its longitudinal axis
nal, en déplaçant relativement le jet de coulée par rapport au tube. nal, by relatively moving the casting jet relative to the tube.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- Other features and advantages of the invention are
tiront mieux de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés better from the following description which refers to the accompanying drawings
sur lesquels: la figure 1 représente une coupe d'un élément d'échange selon l'invention. la figure 2 est un schéma illustrant les différentes étapes du in which: Figure 1 shows a section of an exchange element according to the invention. FIG. 2 is a diagram illustrating the various stages of the
procédé selon l'invention.process according to the invention.
la figure 3 est un schéma illustrant l'opération de dépôt qui FIG. 3 is a diagram illustrating the filing operation which
est effectuée dans le procédé selon l'invention. is carried out in the process according to the invention.
En se référant à la figure 1, l'élément de chaleur comporte une Referring to FIG. 1, the heat element has a
paroi métallique étanche 1 qui sépare un liquide chaud et un liquide froid. sealed metal wall 1 which separates a hot liquid and a cold liquid.
Cette paroi métallique a par exemple la forme d'un tube. This metal wall has for example the shape of a tube.
L'élément métallique présente, en surface, du côté du liquide chaud un revêtement métallique poreux 2 Ce revêtement poreux est constitué par des particules 21 d'un métal de structure reliées les unes aux autres The metal element has, on the surface, on the hot liquid side a porous metal coating 2 This porous coating consists of particles 21 of a structural metal connected to each other
et à la paroi 1 par un enrobage 22 de liaison obtenu par brasage avec un al- and at the wall 1 by a bonding coating 22 obtained by brazing with a
liage de brasage Ce revêtement forme, entre les particules 21, des pores brazing bonding This coating forms, between the particles 21, pores
23 qui sont reliés entre eux et débouchent en surface. 23 which are interconnected and open to the surface.
Le revêtement est formé, perpendiculairement à la surface de la The coating is formed perpendicular to the surface of the
paroi, par un empilage de particules métalliques Dans le cas o le revête- wall, by a stack of metal particles In the case where the coating
ment est multicouches>les particules les plus extérieures ne sont pas acco- is multilayered> the outermost particles are not
lées à la paroi mais accolées à d'autres particules plus proches de la pa- walled but contiguous to other particles closer to the surface.
roi.King.
Les particules du métal de structure du revêtement sont sensible- The particles of the structural metal of the coating are sensitive
ment sphériques, ont des dimensions régulières et sont pratiquement exem- spherical, have regular dimensions and are practically
ptes d'oxydes sur leur surface extérieure On prendra à cet effet des pou- oxides on their outer surface.
dres obtenues par un procédé de fabrication de poudres par atomisation dans un gaz tel que le décrivent le brevet français 2 255 122 et le certificat d'addition 2 366 077 ou par pulvérisation 'électrode tournante tel que le décrit le brevet français 2 253 591. L'alliage de brasage servant à la liaison des particules du métal de structure fond à une température inférieure à la température d'infusion obtained by a method of manufacturing powders by atomization in a gas such as described in French Patent 2,255,122 and the certificate of addition 2,366,077 or by sputtering rotating electrode as described in French Patent 2,253,591. The brazing alloy used to bond the particles of the structural metal melts at a temperature below the infusion temperature
du métal de structure et du métal constituant la paroi. structural metal and metal constituting the wall.
A titre indicatif on peut prendre pour l'alliage de brasage une As an indication we can take for the brazing alloy a
poudre de brasage préalliée à base de nickel dont la composition est la sui- nickel-based pre-alloyed soldering powder, the composition of which is as follows:
vante 0,08 Z de carbone 0,7 % de silicium 3,32 % de bore 15 % de 0.08% carbon 0.7% silicon 3.32% boron 15%
chrome moins de 1 % de fer solde de nickel. chrome less than 1% iron nickel balance.
Le revêtement conforme à l'invention présente une bien meilleure The coating according to the invention has a much better
adhérence qu'un revêtement obtenu avec des poudres atomisées à l'eau. adhesion a coating obtained with powders atomized with water.
En se référant à la figure 2, le procédé selon l'invention présen- Referring to FIG. 2, the method according to the invention presents
te les étapes suivantes.the following steps.
On prépare tout d'abord une solution acqueuse d'un liant organi- First, an aqueous solution of an organic binder is prepared.
que qui entre dans la composition d'une barbotine constituée d'une suspen- that goes into the composition of a slurry consisting of a suspen-
sion de poudre de métal de structure et d'une poudre d'alliage de brasage sion of structural metal powder and a solder alloy powder
dans ladite solution.in said solution.
Ce liant est à titre indicatif constitué par une solution acqueu- This binder is indicative, constituted by a solution
se de méthylcellulose obtenue en dissolvant le méthylcellulose dans de l'eau chaude Ce liant influe sur la viscosité de la barbotine et donne une methylcellulose obtained by dissolving the methylcellulose in hot water This binder influences the viscosity of the slip and gives a
cohésion en cru à la couche déposée sur la paroi. cohesion in raw with the deposited layer on the wall.
On prépare la barbotine en mélangeant les différents constitu- The slip is prepared by mixing the various constituents
ants A titre indicatif on peut préparer par exemple une bartotine As an indication we can prepare for example a bartotine
contenant en poids 64 Z de poudre de métal de structure du type acier inoxy- containing 64% by weight of structural metal powder of the stainless steel type
dable, 16 % de poudre d'alliage de brasage du type défini ci-dessus et 20 % de solution acqueuse de méthylcellulose La granulométrie de la poudre de 16% of brazing alloy powder of the type defined above and 20% of aqueous methylcellulose solution. The particle size of the
brasage est inférieure à 110 microns et la granulométrie de la poudre de mé- brazing is less than 110 microns and the particle size of the
tal de structure inférieure à 200 microns. tal of structure less than 200 microns.
La paroi destinée à recevoir le revêtement est préalablement ren- The wall intended to receive the coating is previously covered by
due rugueuse et nettoyée.rough and cleaned.
On dépose ensuite en une seule fois une couche de barbotine sur la paroi par exemple en faisant couler un jet de barbotine La couche de A layer of slip is then deposited at once on the wall, for example by casting a slip of slip.
barbotine est lissée à l'aide d'un racloir qui permet de calibrer l'épais- slip is smoothed using a scraper that allows the thickness to be calibrated
seur du dépôt comprise à titre indicatif entre 200 et 300 microns Dans le cas d'un tube repéré 1 (figure 3), celui-ci est entraîné en rotation sous In the case of a tube marked 1 (FIG. 3), the latter is rotated under
2-5385272-538527
:4 une trémie 3 contenant la barbotine Le jet de barbotine qui s'écoule de la trémie forme une couche qui est lissée par le racloir 4 au fur et à mesure : 4 a hopper 3 containing the slip The slip of slip that flows from the hopper forms a layer which is smoothed by the scraper 4 as and when
du dép 8 t La trémie et le racloir sont animés longitudinalement d'un mouve- The hopper and scraper are animated longitudinally with a movement
ment relatif par rapport au tube.relative to the tube.
On durcit ensuite le dépôt par une opération de séchage. The deposit is then hardened by a drying operation.
La paroi revêtue de la couche crue déposée subi-t ensuite une cuis- The wall coated with the deposited green layer is then subjected to
son en deux phases sous atmosphère protégée La première phase dite de pré- in two phases under a protected atmosphere The first phase of pre-
chauffage a pour but de décomposer l'agent organique Ce préchauffage est heating is intended to decompose the organic agent This preheating is
effectué à une température de l'ordre de 4000 C La deuxième phase de cuis- at a temperature of around 4000 C The second phase of cooking is
son proprement dite est effectuée à une température plus élevée permettant de fondre l'alliage de brasage Elle est effectuée à une température de its proper is performed at a higher temperature to melt the brazing alloy It is carried out at a temperature of
l'ordre de 1065 C dans le cas o l'alliage de brasage a la composition dé- 1065 C in the case where the brazing alloy has the desired composition.
finie ci-dessus.finished above.
Il est bien entendu que l'on peut sans sortir du cadre de l'inven- It goes without saying that we can go beyond the scope of the invention
tion imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même imagining variants and refinements of detail and similarly
envisager l'emploi de moyens équivalents. consider the use of equivalent means.
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