EP2679946A1 - Structure poreuse pour fluide incorporant un conduit - Google Patents

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EP2679946A1
EP2679946A1 EP13290151.3A EP13290151A EP2679946A1 EP 2679946 A1 EP2679946 A1 EP 2679946A1 EP 13290151 A EP13290151 A EP 13290151A EP 2679946 A1 EP2679946 A1 EP 2679946A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
heat exchanger
metal foam
conduit
block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13290151.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric POGGI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sogefi Filtration SA
Original Assignee
Filtrauto SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Filtrauto SA filed Critical Filtrauto SA
Publication of EP2679946A1 publication Critical patent/EP2679946A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • B22C9/26—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles for ribbed tubes; for radiators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/005—Casting metal foams
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/083—Foaming process in molten metal other than by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/08—Alloys with open or closed pores
    • C22C1/083—Foaming process in molten metal other than by powder metallurgy
    • C22C1/086—Gas foaming process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials

Definitions

  • the technical sector of the present invention is that of heat exchangers comprising metal pipes.
  • Heat exchangers generally comprise two circuits in which circulate a fluid to be cooled or heated and a fluid capable of capturing or delivering heat energy. This energy is transmitted from one fluid to another by walls separating the circuits from one another.
  • the patent application FR-2880106 provides, in a circulation space, a metal foam having a network of pores allowing a fluid passage. This metal foam in connection with a partition wall improves the heat exchange.
  • the patent application WO-2005/054768 discloses a heat exchanger arranged to trap metal foam blocks through which flows a fluid to increase heat exchange.
  • a disadvantage of such heat exchangers is that their structure is complex and cumbersome because of the need to develop one or more fluid circulation chambers to receive a block of foam promoting heat exchange.
  • a heat exchanger comprising at least one metal conduit in which a first fluid circulates and against which at least one block of metal foam is disposed through which a second fluid circulates, characterized in that said metal conduit is fixed in an open housing made on an outer surface of said metal foam block conforming to the shape of said metal conduit.
  • the heat exchanger comprises a plurality of metal foam blocks each comprising at least one open housing in each of which said metal conduit is fixed, these blocks of metal foam leaning against each other and surrounding said metal conduit.
  • the heat exchanger comprises a plurality of metal conduits, each metal foam block comprising one or more open receiving housings of one or more of said metal conduits.
  • the heat exchanger comprises several layers of metal foam blocks sandwiching metal conduits, the metal foam blocks consisting of two different types including a type of end foam block comprising housings on one side and a type of intermediate foam block comprising housings on two opposite faces.
  • said metal foam block is delimited by flat faces, said open housing extending from one face to the other of said metal foam block between two parallel faces one to the other. other and / or between two faces perpendicular to each other.
  • said open housing of shape corresponding to that of said metal conduit, comprises at least one bent portion disposed between two openings opening on either side of the metal foam block.
  • the heat exchanger comprises a chamber enclosing said block of metal foam and comprising an inlet and an outlet for the second fluid.
  • said metal conduit is attached to said metal foam block by brazing.
  • brazing is obtained by brazing cords arranged longitudinally on each metal conduit, the cords being arranged successively at equal distances.
  • said metal conduit is attached to said metal foam block by welding performed by electromagnetic pulse.
  • said metal conduit is attached to said metal foam block by gluing by means of a thermally conductive adhesive.
  • said metal conduit is fixed to said metal foam block by a mechanical connection obtained by deformation of said metal conduit by passing a core inside said metal conduit or by magnetoforming.
  • said block of metal foam is of the type obtained by molding from a set of precursors in the form of beads consisting of a mixture of 12 to 25% of organic binder, 87% sodium chloride and 1-3% kalinite.
  • the precursors have a diameter of the order of 1 to 10 mm and preferably 4 mm, the metal foam having a porosity of between 62% and 85%.
  • the precursors comprise 17% grain flour, 81% sodium chloride and 2% kalinite or 13% grain flour, 84% sodium chloride and 3% kalinite, or 24% grain flour, 74 , 5% sodium chloride and 1.5% kalinite.
  • the molding is carried out by at least one holding step at a temperature of between 300 ° C. and 600 ° C. to activate the kalinite before the introduction of molten metal.
  • the metal foam constituting said block of metal foam is made of aluminum.
  • a first advantage of the invention is that the heat exchanger according to the invention is simple to manufacture while maintaining adaptability to many configurations.
  • Another advantage is the possibility of providing generic metal foam blocks depending on the diameters and shapes of metal conduits with which they are used to manufacture a wide variety of heat exchangers.
  • Another advantage is that the invention allows the realization of a metallographic bond, also referred to as intimate bond, which optimizes the thermal performance by eliminating thermal bridges.
  • the figure 1 is a perspective view of a heat exchanger 1 comprising a metal conduit 2 fixed in a block of metal foam 5.
  • a first fluid F3 flows in the metal conduit 2 and second fluid F4 flows through the metal foam block 5.
  • the fluids F3 and F4 can be in the liquid or gaseous, or liquid and gaseous form such as phase-change fluids.
  • the first liquid is guided in the metal conduit 2 and a chamber is disposed around the foam block 5.
  • a chamber is disposed around the foam block 5. An example of a chamber disposed around a block of foam will be described later.
  • the metal conduit 2 is disposed partially inside an open housing 7 made in recess, on an outer surface of the metal foam block 5 and against this housing.
  • Fixing the metal foam block in its housing is for example made by brazing.
  • Solder 6 is particularly represented at the contact zone between the block of metal foam 5 and the metal duct 2. It is expected strips of filler material for soldering, at a distance from each other. A contact is made at the level of the brazing strips.
  • the metal conduit is heated with the filler metal disposed on a surface in contact with the metal foam block.
  • the filler metal such as for example aluminum alloy son, may be already in place or attached to the conduit or ducts, before heating.
  • the solder for brazing may be in the form of cords or strips of aluminum alloy. In the case of cords, the filler material spreads by capillarity.
  • a bi-material tube may be in the form of a two-layer tube of two different aluminum alloys, the melting temperature of the outer alloy being lower than that of the inner alloy.
  • a bi-material tube may also be in the form of an aluminum alloy tube covered with a heat-activated layer and destroying the aluminum oxide layer.
  • Brazing can also be accomplished by heating the metal conduit and melting the metal foam locally.
  • This attachment can also be made according to another type of welding and in particular electromagnetic pulse welding.
  • the electromagnetic pulse welding is advantageously particularly fast and performed without the addition of metal.
  • An intimate bond is thus created between a block of metal foam and the metal conduit to a thickness of a few hundredths of a millimeter.
  • This link Intimate is usually in the form of wavelets.
  • Fixing the metal conduit with the metal foam block can also be achieved by bonding with a thermally conductive adhesive.
  • thermally conductive adhesives generally incorporate carbon particles or metal particles.
  • the duct 2 is of circular section and the open housing, of arcuate section, corresponds to the shape of the duct.
  • the open housing is provided for an optimized contact surface. It is also possible to use metal ducts of oval section and oval section housing. It is also possible to use metal conduits and their housings according to other types of rounded or polygonal section such as rectangular, hexagonal, octagonal or decagonal.
  • the figure 2 represents a top view of the metal foam block 5 and the metal duct 2 of the heat exchanger of the figure 1 .
  • the shape of the open housing 7 in plan view also corresponds to the shape of the duct 2.
  • the open housing is still provided for an optimized contact surface. The entire surface of the housing comes in particular in contact with the metal conduit.
  • the open housing 7 comprises a bent portion 9 disposed between two openings 10 opening on either side of the metal foam block 5.
  • the duct 2 also comprises a bent portion 16 intended to be fixed against the bent portion 9 of the open housing 7 .
  • the figure 3 is a perspective view of a heat exchanger 1a in which a metal conduit 2 is disposed in an open housing 7a of a metal foam block 5a.
  • the metal conduit 2 is of circular section and sinuous shape in plan view.
  • the open housing 7a is sinuous in plan view, corresponding to that of the metal conduit 2.
  • the open housing 7a comprises a lower portion 14 in a circular arc fixed, for example by soldering, to the metal conduit 2.
  • This lower portion 14 extends tangentially by an upper portion 15 which follows by elsewhere the curvatures of the metal conduit to allow its insertion and its attachment to the lower portion 14.
  • the metal foam block 5a used can be made in various forms, depending on the needs.
  • another method of fixing the metal conduit with the metal foam block can be achieved by the passage of a core in the metal conduit 2.
  • the metal conduit is thus expanded to deform the block of metal foam and achieve fixation.
  • the core may have an olive shape or a spherical shape.
  • the metal conduit is blocked by a block of complementary metal foam or by another temporary mechanical locking member.
  • FIGS. 4 and 5 each represent a front view of a heat exchanger in which the metal conduit 2 is completely surrounded by means of several blocks of metal foam.
  • the two blocks of metal foam 5b and 5c each comprise a housing 7b and 7c of semicircle section to surround the metal conduit 2 of circular section. These two blocks are arranged against each other along a junction plane 17.
  • the housings 7b and 7c form a continuous contact surface around the metal conduit 2.
  • Heat flows D18 are represented. Heat flows D18 extend mainly radially. Failure to weld metal foam blocks 5b and 5c together does not interfere with heat exchange.
  • the figure 5 represents a metal conduit completely surrounded by four blocks of metal foam.
  • Each of the metal foam blocks 5d, 5e, 5f and 5g comprises a surface 7d, 7e, 7f and 7g forming a housing and matching the shape of the metal conduit 2.
  • the metal conduit has a circular section and the housing 7d, 7e, 7f and 7g have a quarter-circle section.
  • the blocks of metal foam are fixed to the metal conduit for example by brazing. The welds of all the metal conduits can be made simultaneously or sequentially.
  • the contact planes 19 between the metal blocks are arranged radially and do not interfere with the exchange of heat taking place mainly in radial flows D18.
  • the figure 6 represents a perspective view of a heat exchanger comprising two metal ducts.
  • the figure 7 represents, in top view, the block of metal foam and the two metal conduits of the heat exchanger of the figure 6 before assembly.
  • the metal conduits 2c and 2b are fixed, for example by soldering, to the metal foam block 5h.
  • the metal foam block 5h comprises two open housings 7c and 7b each made to conform to the shape of one of the two metal conduits 2c or 2b.
  • the open housing 7c is rectilinear and of semicircular section to fit the shape of the rectilinear metal conduit 2c and circular section.
  • the open housing 7b is sinuous and of semicircular section to fit the shape of the metal duct 2b sinuous and circular section. In some applications it may be advantageous to provide a heat exchanger on a portion of sinuous metal conduit comprising several successive bends.
  • a block of metal foam can advantageously be obtained directly by molding.
  • a block of metal foam may also include a larger number of dwellings and be fixed, for example by brazing, to a corresponding number of metal conduits.
  • the figure 8a represents a heat exchanger 64 made from two types of metal foam blocks 66 and 67.
  • the end metal foam blocks 66 comprise a determined number of housings on one of their faces.
  • Intermediate metal foam blocks 67 comprise the same determined number of housings on two of their opposite faces.
  • the housing sections cover half a section of the metal ducts.
  • the metal conduits 2 are thus sandwiched.
  • the number of housing can be 2, 3, 4 or even a few tens.
  • the number of layers can be adjusted during the manufacture of the heat exchanger.
  • the thermal power of the heat exchanger can thus be adjusted during its manufacture from generic metal foam blocks 66 and 67. It is particularly advantageous to size the heat exchanger to integrate a given number of ducts. metal.
  • the conduits may be arranged aligned from one layer to another or in staggered rows as shown in FIG. figure 8b .
  • the figure 8b also represents a heat exchanger 65 constructed using two types of metal foam blocks 68 and 69.
  • the metal conduits 2 staggered allow an optimization of the contact surface between the fluid flowing in the metal foam and the ducts metal.
  • the turbulence inside the metal foam blocks 68 and 69, due to the obstacles constituted by the metal ducts 2 are also optimized.
  • the figure 9 represents a front view of ducts equipped with metal foam blocks to produce a heat exchanger.
  • the assembly was made with four types of foam blocks metallic arranged on four layers.
  • a lower foam block 31, on the first layer, comprises two housings of semicircular section.
  • the second, third and fourth layers of foam blocks are made using foam blocks 32 and 33 each comprising a quadrant section housing.
  • a foam block 34 extending over the fourth and third layers comprises two quarters of quarter-circle section. Four layers of foam blocks can thus completely surround the four metal ducts.
  • the heat in a block of metal foam is then transported by the second fluid passing through the metal foam blocks.
  • the figure 10a represents a perspective view of the foam blocks used in the figure 9 .
  • Such blocks of metal foam can be obtained directly by molding. It is advantageously possible to make generic metal foam blocks that can adapt to multiple configurations.
  • the foam block 32 is delimited by six flat faces parallel in pairs and joining at right angles.
  • the open housing 40 of quarter-circle section extends from one face to the other of said metal foam block 32 between two faces 8a and 8b parallel to each other and between two faces 8c and 8d perpendicular to each other.
  • the metal foam block 33 is delimited by four flat faces 46 and 47 parallel in pairs and joining at right angles. These faces 46 and 47 are perpendicular to a base 49 of the metal foam block 33. These faces 46 and 47 are also extended by a housing 48 of quarter-circle section.
  • the metal foam block 34 comprises a prolonged rectangular planar upper surface 44, on two opposite edges, by two rectangular flat faces 43 and on two other opposite edges, by two flat faces 46 in T. edges of this T-shaped surface also extend by two housings 41 of quarter-circle section. These two housings 41 are each arranged in the extension of a rectangular flat surface 42.
  • the base 45 of the T-shaped foam block is parallel to the upper surface 44 of the T-foam block.
  • the metal foam block 31 is delimited by plane parallel side faces in pairs and joining perpendicularly. These lateral faces are extended perpendicularly by a base 52 as well as by housings 50 and 51 and by upper surfaces 53.
  • the base 52 of the metal foam block 31 is parallel to the three rectangular flat upper surfaces 53 between which are arranged the two open housings 50 and 51. These open housings 50 and 51 each have a semicircular section.
  • the figure 10b represents metal foam blocks 57, 58, 59 and 60 of the same shapes as those of the figure 10a and comprising housings 40, 41, 48, 50 and 51 which themselves comprise indentations 61 for receiving soldering cords.
  • metal foam blocks previously described in connection with the figures 9 , 10a and 10b are made for straight metal ducts but it is also possible to provide metal foam blocks for a set of metal ducts having one or more curvatures, as previously described.
  • the figure 11 is a schematic side view of a heat exchanger comprising a chamber 11 disposed around the two metal foam blocks 54 and 55 themselves arranged around a metal conduit 2.
  • the metal conduit 2 is in communication with a body of input 62 and an output member 63 which may be in the form of collectors.
  • the collectors allow communication with several metal conduits arranged in the chamber 11.
  • the chamber 11 is formed by external surfaces of the metal conduit 2, a casing 56 and the members 62 and 63 input and output.
  • the housing 56 may in particular be linked to the inlet and outlet manifolds.
  • the casing 56 also comprises an inlet 12 and an outlet 13 for the second fluid.
  • the second fluid flowing through the metal foam may in particular be in liquid, gaseous or liquid and gaseous form.
  • the metal foam has for example a porosity between 62 and 85%. It goes without saying that the porosity corresponds to the percentage of the volume of free spaces relative to the total volume of the metal foam.
  • the metal foam may advantageously be free of residues and exhibit an absence of corrosion by the use of a particular preform.
  • precursors will be understood to mean the beads formed from a mixture based on sodium chloride.
  • the organic binder can be a carbohydrate, for example grain meal.
  • the flour can be that commonly obtained from cereal grains such as wheat, barley, sorghum or rye. Of course, other flours can be used. This flour is, of course, sieved to obtain a substantially constant particle size. It is possible to use a flour having a particle size of about 200 ⁇ m and advantageously less than 150 ⁇ m.
  • the sodium chloride used has a grain diameter of less than or equal to 200 ⁇ m, advantageously less than 150 ⁇ m.
  • a grain size of the flour and sodium chloride will be chosen close to one another.
  • the initial mixture consists of 12 to 25% organic binder, for example grain meal, 72 to 87% sodium chloride and 1 to 3% kalinite. This is of course percentage by mass.
  • the mixture is made by pouring the organic binder into the salt with stirring and kalinite.
  • the block of metal foam is then of the type obtained by molding from a set of particular precursors.
  • the intimate mixture thus obtained is then spread and subjected to granulation on a fluidized air bed.
  • This way of proceeding makes it possible to obtain a regular and controlled precursor particle size, of the order of 1 to 10 mm.
  • the diameter of the precursors is of the order of 4 mm.
  • the precursors obtained are dry and rigid and are in the form of ellipsoids or spheres.
  • kalinite makes it possible to obtain a metal foam which first of all has the advantage of the absence of corrosion or oxidation of the metal foam.
  • Another advantage lies in the control of the porosity that can be adjusted according to the size of the precursors and possible connections between the precursors (agglomeration for example by humidification).
  • kalinite is a mineral sulphate or potassium alum of formula KAl (SO 4 ) 2 ⁇ 11H 2 O or KAl (SO 4 ) 2 ⁇ 12H 2 O whose melting point is of the order of 92 ° C. at 93 ° C. It has been advantageously noted that the kalinite becomes anhydrous at a temperature of the order of 200 ° C. It makes it possible to evacuate all the residual water molecules present in the precursors during the temperature rise of the mold and thus to release intermolecular spaces in the precursors.
  • the preform may for example consist of precursors comprising 17% grain flour, 81% sodium chloride and 2% kalinite.
  • the preform may for example consist of precursors comprising 13% of grain flour, 84% of sodium chloride and 3% of kalinite.
  • the preform may for example consist of precursors comprising 24% of grain flour, 74.5% of sodium chloride and 1.5% of kalinite.
  • Precursors are introduced into a mold without are agglomerated together and the preform thus obtained has the shape of the mold used.
  • the internal shape of the mold depends on the final shape of the metal foam block that is desired.
  • the precursors may be optionally densified by mechanical vibration of the mold in order to reduce the free space between these precursors.
  • the mold containing the preform is then placed in an oven and the mold is passed through by a stream of air.
  • the mold is then gradually heated to a temperature of between 300 and 600 ° C. and this temperature is maintained for 10 to 40 minutes. Throughout the heating period, a stream of air is circulated through the preform. This circulation of air in the mold allows the rapid activation of kalinite and participates in the pyrolysis of precursors.
  • the molten metal is then introduced to fill the free spaces between the precursors, and then allowed to cool before washing the metal foam.
  • kalinite can be activated before precursors are introduced into the mold.
  • the rise in temperature in the atmosphere of the precursors is carried out for 15 minutes, then the precursors are introduced into the mold, densified and cast molten metal.
  • the pyrolysis of the preform is carried out which allows the activation of the kalinite and consequently a better dissolution of the preform after the formation of the porous medium of metal foam. This dissolution is very rapid and appears in effervescent form and the precursors are then evacuated without difficulty.
  • the surface state of the metal foam obtained has no saline or carbonaceous residue and its surface state shows no corrosion and / or oxidation. There is therefore no reaction between the metal and the sodium chloride, unlike the metal foams obtained according to the methods of the prior art.
  • the foam block is advantageously better resistant to welding. Indeed, such a block of foam has a structure that does not collapse under the effect of heat. In addition, the surfaces free of residues allow for a stronger bonding by welding as well as by bonding.
  • the metal foam blocks may be made of aluminum or aluminum alloy.
  • the alloy referenced AS7 is for example used for this purpose. Of course, other metals can be used to make blocks of metal foam such as zinc or magnesium. In general, metal or metal alloys having a melting point of less than 750 ° C. can be used.
  • Foundry cores can be arranged within the preform to make particular paths.
  • the molten metal can be introduced under pressure by being injected into the mold or by natural gravity.
  • a moistening step and drying precursors Humidification makes it possible to agglomerate the precursors together and to increase the relative density of the preform, to control the morphological characteristics of the metal foam, in particular at the level of the neck and strand diameter.
  • the neck corresponds to the opening between the pores of the foam which corresponds to the cavity left free by the precursor spheres after extraction.
  • the strand is the skeleton of the metal foam, that is to say the space between the spheres of precursors.
  • This humidification is carried out with 3 to 10% water relative to the mass of the precursors. It goes without saying that the drying can be carried out during the pyrolysis because of the current of air circulating within the preform.

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Abstract

L'invention concerne une structure poreuse (1) comprenant au moins un conduit métallique (2) dans lequel circule un premier fluide (F3) et contre lequel est disposé au moins un bloc de mousse métallique (5) à travers lequel circule un deuxième fluide (F4), caractérisé en ce que ledit conduit métallique (2) est fixé dans un logement ouvert réalisé sur une surface externe dudit bloc de mousse métallique (5) épousant la forme dudit conduit métallique (2).

Description

  • Le secteur technique de la présente invention est celui des échangeurs de chaleur comprenant des canalisations métalliques.
  • Les échangeurs de chaleur comprennent généralement deux circuits dans lesquels circulent un fluide à refroidir ou à réchauffer et un fluide capable de capter ou céder de l'énergie calorifique. Cette énergie est transmise d'un fluide à l'autre par des parois séparant les circuits l'un de l'autre.
  • Pour améliorer les échanges de chaleur la demande de brevet FR-2880106 prévoit, dans un espace de circulation, une mousse métallique ayant un réseau de porosités permettant un passage de fluide. Cette mousse métallique en liaison avec une paroi de séparation permet d'améliorer les échanges de chaleur.
  • La demande de brevet WO-2007/126474 enseigne des plaques traversées par des canalisations et délimitant un espace de circulation dans lequel un bloc de mousse de profil trapézoïdal est maintenu. Le passage forcé du fluide dans un bloc de mousse augmente la surface d'échanges thermiques et ralentit sa vitesse de circulation tout en augmentant les turbulences.
  • La demande de brevet WO-2005/054768 décrit un échangeur de chaleur agencé pour emprisonner des blocs de mousse métallique au travers desquels circule un fluide afin d'augmenter les échanges de chaleur.
  • Un inconvénient de tels échangeurs de chaleur est que leur structure est complexe et encombrante du fait de la nécessité d'aménager une ou plusieurs chambres de circulation de fluide pour recevoir un bloc de mousse favorisant les échanges de chaleur.
  • La demande de brevet US-2010/0266391 enseigne l'utilisation de mousse métallique comme barrière thermique. Elle enseigne notamment un élément creux comprenant une tête élargie permettant la fixation d'un bloc de mousse et formant des canaux internes de refroidissement. Le bloc de mousse percé et serré contre l'élément creux permet l'évacuation de la chaleur. Un inconvénient de ce type de montage des blocs de mousse percés et associés à des conduites creuses est qu'il impose d'utiliser des conduites creuses rectilignes au coeur de la mousse.
  • Il apparait ainsi un besoin de fournir un échangeur de chaleur à la fois simple dans son mode de fabrication et permettant une adaptation à des configurations variées.
  • Cet objectif est atteint grâce à un échangeur de chaleur comprenant au moins un conduit métallique dans lequel circule un premier fluide et contre lequel est disposé au moins un bloc de mousse métallique à travers lequel circule un deuxième fluide, caractérisé en ce que ledit conduit métallique est fixé dans un logement ouvert réalisé sur une surface externe dudit bloc de mousse métallique épousant la forme dudit conduit métallique.
  • Selon une particularité de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une pluralité de blocs de mousse métallique comprenant chacun au moins un logement ouvert dans chacun desquels ledit conduit métallique est fixé, ces blocs de mousse métallique s'appuyant les uns contre les autres et entourant ledit conduit métallique.
  • Selon une autre particularité de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une pluralité de conduits métalliques, chaque bloc de mousse métallique comprenant un ou plusieurs logements ouverts de réception d'un ou plusieurs desdits conduits métalliques.
  • Selon une autre particularité de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend plusieurs couches de blocs de mousse métallique prenant en sandwich des conduits métalliques, les blocs de mousses métallique étant constitués de deux types différents dont un type de bloc de mousse d'extrémité comprenant des logements sur une face et un type de bloc de mousse intermédiaire comprenant des logements sur deux faces opposées.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit bloc de mousse métallique est délimité par des faces planes, ledit logement ouvert s'étendant d'une face à l'autre dudit bloc de mousse métallique entre deux faces parallèles l'une à l'autre et/ou entre deux faces perpendiculaires l'une à l'autre.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit logement ouvert, de forme correspondant à celle dudit conduit métallique, comprend au moins une portion coudée disposée entre deux ouvertures débouchant de part et d'autre du bloc de mousse métallique.
  • Selon une autre particularité de l'invention, l'échangeur de chaleur comprend une chambre renfermant ledit bloc de mousse métallique et comprenant une entrée et une sortie pour le deuxième fluide.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par brasage.
  • Selon une autre particularité de l'invention, le brasage est obtenu par des cordons de brasage disposés longitudinalement sur chaque conduit métallique, les cordons étant disposés successivement à égale distance.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par soudage réalisé par impulsion électromagnétique.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par collage au moyen d'une colle thermiquement conductrice.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par une liaison mécanique obtenue par déformation dudit conduit métallique par passage d'un noyau à l'intérieur dudit conduit métallique ou par magnétoformage.
  • Selon une autre particularité de l'invention, ledit bloc de mousse métallique est du type obtenu par moulage à partir d'un ensemble de précurseurs se présentant sous la forme de billes constituées d'un mélange de 12 à 25% de liant organique, 72 à 87% de chlorure de sodium et de 1 à 3% de kalinite.
  • Selon une autre particularité de l'invention, les précurseurs présentent un diamètre de l'ordre de 1 à 10 mm et préférentiellement de 4 mm, la mousse métallique ayant une porosité comprise entre 62% et 85%.
  • Selon une autre particularité de l'invention, les précurseurs comprennent 17% de farine de grains, 81% de chlorure de sodium et 2% de kalinite ou 13% de farine de grains, 84% de chlorure de sodium et 3% de kalinite, ou bien 24% de farine de grains, 74,5% de chlorure de sodium et 1,5% de kalinite.
  • Selon une autre particularité de l'invention, le moulage est réalisé par au moins une étape de maintien à une température comprise entre 300°C et 600°C pour activer la kalinite avant l'introduction de métal fondu.
  • Selon une autre particularité de l'invention, la mousse métallique constituant ledit bloc de mousse métallique est réalisée en aluminium.
  • Un tout premier avantage de l'invention est que l'échangeur de chaleur selon l'invention est de fabrication simple tout en conservant une adaptabilité à de nombreuses configurations.
  • Un autre avantage réside dans la possibilité de prévoir des blocs de mousse métallique génériques en fonction des diamètres et des formes de conduits métalliques avec lesquels ils sont utilisés, pour fabriquer une grande variété d'échangeurs de chaleur.
  • Un autre avantage est que l'invention permet la réalisation d'une liaison métallographique, également désignée par liaison intime, qui optimise les performances thermiques en supprimant les ponts thermiques.
  • D'autres caractéristiques, avantages et détails de l'invention seront mieux compris à la lecture du complément de description qui va suivre de modes de réalisation donnés à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels :
    • la figure 1 représente une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention;
    • la figure 2 représente une vue de dessus du bloc de mousse métallique et du conduit métallique de l'échangeur de la figure 1;
    • la figure 3 représente une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention ;
    • les figures 4 et 5 représentent chacune une vue de face d'un échangeur de chaleur selon l'invention ;
    • la figure 6 représente une vue en perspective d'un échangeur de chaleur selon l'invention équipé de deux conduits métalliques ;
    • la figure 7 représente une vue de dessus montrant le bloc de mousse métallique et les deux conduits métalliques de l'échangeur de chaleur de la figure 6 ;
    • les figures 8a et 8b représentent chacune une vue de face d'un échangeur de chaleur obtenu à partir de deux types de blocs de mousse métallique générique ;
    • la figure 9 représente une vue de face d'un échangeur de chaleur selon l'invention;
    • les figure 10a et 10b représentent chacune une vue en perspective de blocs de mousse pouvant être utilisés pour réaliser l'échangeur de chaleur de la figure 9 ;
    • la figure 11 représente une vue de côté d'un échangeur de chaleur selon l'invention comprenant une chambre disposée autour de deux blocs de mousse métallique.
  • L'invention va à présent être décrite avec davantage de détails.
  • La figure 1 représente une vue en perspective d'un échangeur de chaleur 1 comprenant un conduit métallique 2 fixé dans un bloc de mousse métallique 5. Un premier fluide F3 circule dans le conduit métallique 2 et deuxième fluide F4 circule à travers le bloc de mousse métallique 5.
  • Les fluides F3 et F4 peuvent se présenter sous la forme liquide ou gazeuse, ou liquide et gazeuse tels que les fluides à changement de phase. Dans le cas de deux fluides sous forme liquide, le premier liquide est guidé dans le conduit métallique 2 et une chambre est disposé autour du bloc de mousse 5. Un exemple de chambre disposée autour d'un bloc de mousse sera décrit par la suite.
  • Le conduit métallique 2 est disposé partiellement à l'intérieur d'un logement ouvert 7 réalisé, en creux, sur une surface externe du bloc de mousse métallique 5 et contre ce logement.
  • La fixation du bloc de mousse métallique dans son logement est par exemple réalisée par brasage. De la brasure 6 est notamment représentée à la zone de contact entre le bloc de mousse métallique 5 et le conduit métallique 2. On prévoit des bandes de matière d'apport pour le brasage, à distance les unes des autres. Un contact est réalisé au niveau des bandes de brasage.
  • Pour la fixation par brasage, on chauffe le conduit métallique avec le métal d'apport disposé sur une surface en contact avec le bloc de mousse métallique.
  • Pour la fixation par brasage, le métal d'apport tel que par exemple des fils d'alliage d'aluminium, peut être déjà en place ou rapporté sur le ou les conduits, avant leur chauffage.
  • Le métal d'apport pour le brasage peut se présenter sous forme de cordons ou de feuillards d'alliage d'aluminium. Dans le cas de cordons, la matière d'apport se répand par capillarité.
  • On peut également chauffer le ou les blocs de mousse métallique et le ou les conduits métalliques avant leur fixation.
  • On peut également utiliser des conduits métalliques avec la couche de brasage déjà présente sur ces derniers, ces conduits étant désignés par tubes bi-matières. Un tube bi-matière peut se présenter sous la forme d'un tube à deux couches de deux alliages d'aluminium différents, la température de fusion de l'alliage externe étant inférieure à celle de l'alliage interne. Un tube bi-matière peut également se présenter sous la forme d'un tube en alliage d'aluminium recouvert d'une couche activée par la chaleur et détruisant la couche d'oxyde d'aluminium.
  • Le brasage peut aussi être réalisé en chauffant le conduit métallique et en faisant fondre la mousse métallique localement.
  • Cette fixation peut aussi être réalisée selon un autre type de soudure et notamment la soudure par impulsion électromagnétique. La soudure par impulsion électromagnétique est avantageusement particulièrement rapide et réalisée sans apport de métal. Une liaison intime est ainsi créée entre un bloc de mousse métallique et le conduit métallique sur une épaisseur de quelques centièmes de millimètres. Cette liaison intime se présente généralement sous la forme de vaguelettes.
  • La fixation du conduit métallique avec le bloc de mousse métallique peut aussi être réalisée par collage au moyen d'une colle thermiquement conductrice. De telles colles thermiquement conductrices incorporent généralement des particules de carbones ou des particules de métal.
  • Le conduit 2 est de section circulaire et le logement ouvert, de section en arc de cercle, correspond à la forme du conduit. Ainsi le logement ouvert est prévu pour une surface de contact optimisée. On peut aussi utiliser des conduits métalliques de section ovale et des logements de section en arc d'ovale. On peut aussi utiliser des conduits métalliques et leurs logements selon d'autres types de section arrondie ou polygonales telles que rectangulaires, hexagonales, octogonales ou décagonales.
  • La figure 2 représente une vue de dessus du bloc de mousse métallique 5 et du conduit métallique 2 de l'échangeur de la figure 1. La forme du logement ouvert 7 en vue de dessus correspond également à la forme du conduit 2. Ainsi le logement ouvert est encore prévu pour une surface de contact optimisée. Toute la surface du logement vient notamment en contact avec le conduit métallique.
  • Le logement ouvert 7 comprend une portion coudée 9 disposée entre deux ouvertures 10 débouchant de part et d'autre du bloc de mousse métallique 5. Le conduit 2 comprend également une portion coudée 16 destinée à être fixée contre la portion coudée 9 du logement ouvert 7.
  • La figure 3 représente une vue en perspective d'un échangeur de chaleur la dans lequel un conduit métallique 2 est disposé dans un logement ouvert 7a d'un bloc de mousse métallique 5a. Le conduit métallique 2 est de section circulaire et de forme sinueuse en vue de dessus.
  • Le logement ouvert 7a est de forme sinueuse, en vue de dessus, correspondant à celle du conduit métallique 2. Le logement ouvert 7a comprend une portion inférieure 14 en arc de cercle fixée, par exemple par brasage, au conduit métallique 2. Cette portion inférieure 14 se prolonge tangentiellement par une portion supérieure 15 qui suit par ailleurs les courbures du conduit métallique pour permettre son insertion puis sa fixation à la portion inférieure 14.
  • Comme représenté à la figure 3 le bloc de mousse métallique 5a utilisé peut être réalisé selon diverses formes, en fonction des besoins.
  • Dans le cas d'un logement ouvert 7a d'une profondeur plus importante que le demi-diamètre du conduit métallique 2, tel que représenté à la figure 3, un autre mode de fixation du conduit métallique avec le bloc de mousse métallique peut être réalisé par le passage d'un noyau dans le conduit métallique 2. Le conduit métallique est ainsi élargi pour déformer le bloc de mousse métallique et réaliser la fixation. Le noyau peut présenter une forme en olive ou une forme sphérique. Avant la déformation mécanique, on bloque le conduit métallique par un bloc de mousse métallique complémentaire ou par un autre organe mécanique de blocage temporaire.
  • Les figures 4 et 5 représentent chacune une vue de face d'un échangeur de chaleur dans lequel le conduit métallique 2 est entouré complètement au moyen de plusieurs blocs de mousse métallique.
  • Sur la figure 4, les deux blocs de mousse métallique 5b et 5c comprennent chacun un logement 7b et 7c de section en demi-cercle pour entourer le conduit métallique 2 de section circulaire. Ces deux blocs sont disposés l'un contre l'autre selon un plan de jonction 17. Les logements 7b et 7c forment une surface de contact continue autour du conduit métallique 2.
  • Pour le montage on réalise une fixation, par exemple par brasage, du conduit métallique avec les blocs de mousse métallique 5c et 5b. De la brasure 6 est représentée autour du conduit 2.
  • La liaison par soudure ou par collage entre le conduit métallique 2 et les blocs de mousse métallique 5b et 5c permet une diffusion efficace de la chaleur. Des flux de chaleurs D18 sont représentés. Les flux de chaleurs D18 s'étendent principalement radialement. Le fait de ne pas souder l'un à l'autre les blocs de mousse métallique 5b et 5c ne gêne donc pas les échanges de chaleur.
  • La figure 5 représente un conduit métallique complètement entouré par quatre blocs de mousse métallique. Chacun des blocs de mousse métallique 5d, 5e, 5f et 5g, comprend une surface 7d, 7e, 7f et 7g formant un logement et épousant la forme du conduit métallique 2. Le conduit métallique présente une section circulaire et les logements 7d, 7e, 7f et 7g présentent une section en quart de cercle. Les blocs de mousse métallique sont fixés au conduit métallique par exemple par brasage. Les soudures de tous les conduits métalliques peuvent être réalisées simultanément ou séquentiellement.
  • Les plans de contact 19 entre les blocs métalliques sont disposés radialement et ne gênent pas les échanges de chaleur se déroulant principalement selon des flux radiaux D18.
  • La figure 6 représente une vue en perspective d'un échangeur de chaleur comprenant deux conduits métalliques. La figure 7 représente, en vue de dessus, le bloc de mousse métallique et les deux conduits métalliques de l'échangeur de chaleur de la figure 6 avant leur assemblage.
  • Les conduits métalliques 2c et 2b sont fixés, par exemple par brasage, au bloc de mousse métallique 5h. Le bloc de mousse métallique 5h comprend deux logements ouverts 7c et 7b réalisé chacun de façon à épouser la forme d'un des deux conduits métalliques 2c ou 2b.
  • Le logement ouvert 7c est rectiligne et de section en demi-cercle pour épouser la forme du conduit métallique 2c rectiligne et de section circulaire.
  • Le logement ouvert 7b est sinueux et de section en demi-cercle pour épouser la forme du conduit métallique 2b sinueux et de section circulaire. Dans certaines applications il peut être avantageux de réaliser un échangeur de chaleur sur une portion de conduit métallique sinueux comprenant plusieurs coudes successifs.
  • Un bloc de mousse métallique peut avantageusement être obtenu directement par moulage.
  • Un bloc de mousse métallique peut aussi comprendre un nombre plus important de logements et être fixé, par exemple par brasage, à un nombre correspondant de conduits métalliques.
  • La figure 8a représente un échangeur de chaleur 64 réalisé à partir de deux types de blocs de mousse métallique 66 et 67.
  • Les blocs de mousse métallique 66 d'extrémité comprennent un nombre déterminé de logements sur une de leur face.
  • Les blocs de mousse métallique 67 intermédiaires comprennent le même nombre déterminé de logements sur deux de leurs faces opposées.
  • Les sections des logements couvrent une demi-section des conduits métalliques. Les conduits métalliques 2 sont ainsi pris en sandwich.
  • Le nombre de logements peut être de 2, 3, 4 voire d'une à quelques dizaines.
  • Par ailleurs le nombre de couches peut être réglé lors de la fabrication de l'échangeur de chaleur. De façon avantageuse la puissance thermique de l'échangeur de chaleur peut ainsi être réglée lors de sa fabrication à partir de blocs de mousse métalliques génériques 66 et 67. Il est notamment avantageux de dimensionner l'échangeur de chaleur pour intégrer un nombre déterminé de conduits métalliques.
  • Les conduits peuvent être disposés alignés d'une couche à l'autre ou en quinconce comme représenté à la figure 8b.
  • La figure 8b représente également un échangeur de chaleur 65 construit à l'aide de deux types de blocs de mousse métallique 68 et 69. Les conduits métalliques 2 disposés en quinconce permettent une optimisation de la surface de contact entre le fluide circulant dans la mousse métallique et les conduits métalliques. Par ailleurs les turbulences à l'intérieur des blocs de mousse métallique 68 et 69, dues aux obstacles constitués par les conduits métalliques 2 sont également optimisées.
  • La figure 9 représente une vue de face de conduits équipés de blocs de mousse métallique pour réaliser un échangeur de chaleur. Pour la clarté du dessin, la brasure ou d'autres moyens de fixation n'ont pas été représentés. Le montage a été réalisé avec quatre types de blocs de mousse métallique disposés sur quatre couches. Un bloc de mousse 31 inférieur, sur la première couche, comprend deux logements de section en demi-cercle. Les deuxième, troisième et quatrième couches de blocs dé mousse sont réalisées à l'aide de blocs de mousse 32 et 33 comprenant chacun un logement de section en quart de cercle. Un bloc de mousse 34 s'étendant sur les quatrième et troisième couches comprend deux logements de section en quart de cercle. Quatre couches de blocs de mousse peuvent ainsi entourer complètement les quatre conduits métalliques.
  • Les logements ouverts qui épousent la forme des conduits, permettent une bonne diffusion radiale de la chaleur entre un conduit métallique et un bloc de mousse métallique. La chaleur dans un bloc de mousse métallique est ensuite transportée par le deuxième fluide traversant les blocs de mousse métallique.
  • La figure 10a représente une vue en perspective des blocs de mousse utilisés à la figure 9. De tels blocs de mousse métallique peuvent être obtenus directement par moulage. Il est avantageusement possible de réaliser des blocs de mousse métallique génériques pouvant s'adapter à de multiples configurations.
  • Le bloc de mousse 32 est délimité par six faces planes parallèles deux à deux et se joignant à angle droit. Le logement ouvert 40, de section en quart de cercle, s'étend d'une face à l'autre dudit bloc de mousse métallique 32 entre deux faces 8a et 8b parallèles l'une à l'autre et entre deux faces 8c et 8d perpendiculaires l'une à l'autre.
  • Le bloc de mousse métallique 33 est délimité par quatre faces planes 46 et 47 parallèles deux à deux et se joignant à angle droit. Ces faces 46 et 47 sont perpendiculaire à une base 49 du bloc de mousse métallique 33. Ces faces 46 et 47 sont également prolongées par un logement 48 de section en quart de cercle.
  • Le bloc de mousse métallique 34 comprend une face supérieure 44 plane rectangulaire prolongée, sur deux bords opposés, par deux faces planes rectangulaires 43 et sur deux autres bords opposés, par deux faces planes 46 en T. Les bords de cette surface en T se prolongent par ailleurs par deux logements 41 de section en quart de cercle. Ces deux logements 41 sont disposés chacun dans le prolongement d'une surface plane rectangulaire 42. La base 45 du bloc de mousse en T est parallèle à la surface supérieure 44 du bloc de mousse en T.
  • Le bloc de mousse métallique 31 est délimité par des faces planes latérales parallèles deux à deux et se joignant perpendiculairement. Ces faces latérales sont prolongées perpendiculairement par une base 52 ainsi que par des logements 50 et 51 et par des surfaces supérieures 53.
  • La base 52 du bloc de mousse métallique 31 est parallèle aux trois surfaces supérieures planes rectangulaires 53 entre lesquelles sont aménagés les deux logements ouverts 50 et 51. Ces logements ouverts 50 et 51 présentent chacun une section en demi-cercle.
  • La figure 10b représente des blocs de mousse métalliques 57, 58, 59 et 60 de mêmes formes que ceux de la figure 10a et comprenant des logements 40, 41, 48, 50 et 51 comprenant eux-mêmes des empreintes 61 de réception de cordons de brasage.
  • Les blocs de mousse métallique précédemment décrits en relation avec les figures 9, 10a et 10b sont réalisés pour des conduits métalliques droits mais on peut aussi prévoir des blocs de mousse métalliques pour un ensemble de conduits métalliques présentant une ou plusieurs courbures, comme précédemment décrit.
  • La figure 11 représente une vue de côté schématisée d'un échangeur de chaleur comprenant une chambre 11 disposée autour des deux blocs de mousse métallique 54 et 55 eux-mêmes disposés autour d'un conduit métallique 2. Le conduit métallique 2 est en communication avec un organe d'entrée 62 et un organe de sortie 63 qui peuvent être réalisés sous la forme de collecteurs. Les collecteurs permettent une communication avec plusieurs conduits métalliques disposés dans la chambre 11.
  • La chambre 11 est formée par des surfaces extérieures du conduit métallique 2, par un carter 56 et par les organes 62 et 63 d'entrée et de sortie. Le carter 56 peut notamment être lié aux collecteurs d'entrée et de sortie.
  • Le carter 56 comprend également une entrée 12 et une sortie 13 pour le deuxième fluide. Le deuxième fluide circulant à travers la mousse métallique peut notamment être sous forme liquide, gazeuse ou liquide et gazeuse.
  • Un type de mousse métallique va maintenant être décrite plus en détails.
  • La mousse métallique a par exemple une porosité comprise entre 62 et 85%. Il va de soi que la porosité correspond au pourcentage du volume d'espaces libres par rapport au volume total de la mousse métallique.
  • La mousse métallique peut avantageusement être exempte de résidus et présenter une absence de corrosion par l'utilisation d'une préforme particulière.
  • Dans la suite de la description, on entendra par précurseurs les billes formées à partir d'un mélange à base de chlorure de sodium. Le liant organique peut être un hydrate de carbone, par exemple de la farine de grains.
  • Dans la suite de la description, on s'attachera plus particulièrement à la farine, sans que cela constitue une limitation de l'invention tant que le composé utilisé joue son rôle de liant organique.
  • Ainsi, la farine peut être celle communément obtenue à partir de grains de céréale tels le blé, l'orge, le sorgho ou le seigle. Bien entendu, d'autres farines végétales peuvent être utilisées. Cette farine est, bien entendu, tamisée afin d'obtenir une granulométrie sensiblement constante. On peut utiliser une farine ayant une granulométrie de l'ordre de 200 µm et avantageusement inférieure à 150 µm.
  • Le chlorure de sodium utilisé présente un diamètre de grains inférieur ou égal à 200 µm, avantageusement inférieure à 150 µm. On choisira de préférence une granulométrie de la farine et du chlorure de sodium proche l'une de l'autre.
  • Pour réaliser les précurseurs en vue de constituer la préforme, on opère de la manière suivante ou équivalente. Le mélange initial est constitué de 12 à 25% de liant organique, par exemple de la farine de grains, de 72 à 87% de chlorure de sodium et de 1 à 3% de kalinite. Il s'agit bien entendu de pourcentage en masse. Le mélange est réalisé en versant le liant organique dans le sel sous agitation puis la kalinite.
  • Le bloc de mousse métallique est alors du type obtenu par moulage à partir d'un ensemble de précurseurs particuliers.
  • Le mélange intime ainsi obtenu est ensuite répandu et soumis à une granulation sur lit d'air fluidisé. Cette manière de faire permet d'obtenir une granulométrie des précurseurs régulière et contrôlée, de l'ordre de 1 à 10 mm. Avantageusement, le diamètre des précurseurs est de l'ordre de 4 mm. Les précurseurs obtenus sont secs et rigides et se présentent sous la forme d'ellipsoïdes ou de sphères.
  • Le choix de la kalinite permet d'obtenir une mousse métallique présentant tout d'abord comme avantage l'absence de corrosion ou d'oxydation de la mousse métallique. Un autre avantage réside dans le contrôle de la porosité qu'il est possible d'ajuster en fonction de la taille des précurseurs et des connections possibles entre les précurseurs (agglomération par exemple par humidification).
  • On sait que la kalinite est un sulfate minéral ou alun de potassium de formule KAl(SO4)2.11H2O ou KAl(SO4)2.12H2O dont le point de fusion est de l'ordre de 92°C à 93°C. On a noté avantageusement que la kalinite devient anhydre à une température de l'ordre de 200°C. Elle permet d'évacuer toutes les molécules d'eau résiduelles présentes dans les précurseurs lors de la montée en température du moule et ainsi de libérer des espaces intermoléculaires dans les précurseurs.
  • La préforme peut par exemple être constituée de précurseurs comprenant 17% de farine de grains, 81% de chlorure de sodium et 2% de kalinite. La préforme peut par exemple être constituée de précurseurs comprenant 13% de farine de grains, 84% de chlorure de sodium et 3% de kalinite. La préforme peut par exemple être constituée de précurseurs comprenant 24% de farine de grains, 74,5% de chlorure de sodium et 1,5% de kalinite.
  • Pour mettre en oeuvre la préforme, on s'y prend de la manière suivante ou de façon équivalente.
  • On introduit les précurseurs dans un moule sans qu'ils soient agglomérés entre eux et la préforme ainsi obtenue a la forme du moule utilisé. Bien entendu, la forme interne du moule dépend de la forme finale du bloc de mousse métallique qu'on veut obtenir. Les précurseurs peuvent être éventuellement densifiés par vibration mécanique du moule afin de réduire l'espace libre entre ces précurseurs.
  • On place alors le moule renfermant la préforme dans un four et de façon à ce que le moule soit traversé par un courant d'air. Le moule est alors chauffé progressivement à une température comprise entre 300 et 600 °C et on maintient cette température pendant 10 à 40 mn. Pendant toute la durée du chauffage, on fait circuler un courant d'air à travers la préforme. Cette circulation d'air dans le moule permet l'activation rapide de la kalinite et participe à la pyrolyse des précurseurs.
  • On introduit ensuite le métal en fusion pour remplir les espaces libres entre les précurseurs, puis on laisse refroidir avant de laver la mousse métallique.
  • En variante, on peut activer la kalinite avant l'introduction des précurseurs dans le moule. Dans ce cas, la montée en température sous atmosphère des précurseurs s'effectue pendant 15 mn, puis on introduit les précurseurs dans le moule, on densifie et on coule le métal fondu.
  • Les conditions d'utilisation du métal en fusion sont bien connues dans les opérations de fonderie et il n'est pas nécessaire de les décrire en détail.
  • Durant la montée en température, on réalise la pyrolyse de la préforme qui permet l'activation de la kalinite et en conséquence une meilleure dissolution de la préforme après la formation du milieu poreux de mousse métallique. Cette dissolution est très rapide et apparaît sous forme effervescente et les précurseurs sont alors évacués sans difficulté.
  • Après lavage, l'état de surface de la mousse métallique obtenue ne présente aucun résidu salin ou carboné et son état de surface ne présente aucune corrosion et/ou oxydation. Il n'y a donc pas de réaction entre le métal et le chlorure de sodium contrairement aux mousses métalliques obtenues suivant les procédés de l'art antérieur.
  • Le bloc de mousse est avantageusement mieux résistant à la soudure. En effet un tel bloc de mousse présente une structure qui ne s'écroule pas sous l'effet de la chaleur. En outre les surfaces exemptes de résidus permettent une jonction par soudure plus résistante ainsi que par collage. Les blocs de mousse métallique pourront être réalisés en aluminium ou en alliage d'aluminium. L'alliage référencé AS7 est par exemple utilisé à cette fin. Bien entendu, d'autres métaux peuvent être utilisés pour fabriquer des blocs de mousse métallique comme par exemple le zinc ou le magnésium. De façon générale, on peut utiliser les métaux ou alliages métalliques dont le point de fusion est inférieur à 750 °C.
  • Des noyaux de fonderie peuvent être disposés au sein de la préforme pour réaliser des chemins particuliers. Le métal en fusion peut être introduit sous pression en étant injecté dans le moule ou par gravité naturelle.
  • On peut prévoir avant introduction de la préforme dans le moule, une étape d'humidification et de séchage des précurseurs. L'humidification permet d'agglomérer entre eux les précurseurs et d'augmenter la densité relative de la préforme, de contrôler les caractéristiques morphologiques de la mousse métallique en particulier au niveau du diamètre de col et de brin.
  • Le col correspond à l'ouverture entre les pores de la mousse qui correspond à la cavité laissée libre par les sphères de précurseurs après extraction. Le brin constitue le squelette de la mousse métallique, c'est-à-dire l'espace entre les sphères de précurseurs. Cette humidification est réalisée avec 3 à 10% d'eau par rapport à la masse des précurseurs. Il va de soi que le séchage peut être réalisé pendant la pyrolyse en raison du courant d'air circulant au sein de la préforme.
  • I1 doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention permet d'autres variantes de réalisation. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés comme illustrant l'invention définie par les revendications jointes.

Claims (15)

  1. Echangeur de chaleur (1) comprenant au moins un conduit métallique (2) dans lequel circule un premier fluide (F3) et contre lequel est disposé au moins un bloc de mousse métallique (5) à travers lequel circule un deuxième fluide (F4), caractérisé en ce que ledit conduit métallique (2) est fixé dans un logement ouvert (7) réalisé sur une surface externe dudit bloc de mousse métallique (5) épousant la forme dudit conduit métallique (2).
  2. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de blocs de mousse métallique (5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) comprenant chacun au moins un logement ouvert (7b, 7c, 7d, 7e, 7f) dans chacun desquels ledit conduit métallique (2) est fixé, ces blocs de mousse métallique (5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g) s'appuyant les uns contre les autres et entourant ledit conduit métallique (2).
  3. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de conduits métalliques (2a, 2b), chaque bloc de mousse métallique (5h) comprenant un ou plusieurs logements ouverts (7a, 7b) de réception d'un ou plusieurs desdits conduits métalliques (2a, 2b).
  4. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs couches de blocs de mousse métallique prenant en sandwich des conduits métalliques (2), les blocs de mousse métallique étant constitués de deux types différents dont un type de bloc de mousse d'extrémité (66, 68) comprenant des logements sur une face et un type de bloc de mousse intermédiaire (67, 69) comprenant des logements sur deux faces opposées.
  5. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bloc de mousse métallique (32) est délimité par des faces planes (8a, 8b, 8c, 8d), ledit logement ouvert (40) s'étendant d'une face à l'autre dudit bloc de mousse métallique (32) entre deux faces (8a, 8b) parallèles l'une à l'autre et/ou entre deux faces (8c, 8d) perpendiculaires l'une à l'autre.
  6. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit logement ouvert (7), de forme correspondant à celle dudit conduit métallique (2), comprend au moins une portion coudée (9) disposée entre deux ouvertures (10) débouchant de part et d'autre du bloc de mousse métallique (5).
  7. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre (11) renfermant ledit bloc de mousse métallique (54, 55) et comprenant une entrée (12) et une sortie (13) pour le deuxième fluide.
  8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par brasage.
  9. Echangeur de chaleur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le brasage est obtenu par des cordons de brasage disposés longitudinalement sur chaque conduit métallique, les cordons étant disposés successivement à égale distance.
  10. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par soudage réalisé par impulsion électromagnétique.
  11. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par collage au moyen d'une colle thermiquement conductrice.
  12. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit conduit métallique est fixé audit bloc de mousse métallique par une liaison mécanique obtenue par déformation dudit conduit métallique par passage d'un noyau à l'intérieur ou par magnétoformage dudit conduit métallique.
  13. Echangeur de chaleur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit bloc de mousse métallique (5) est du type obtenu par moulage à partir d'un ensemble de précurseurs se présentant sous la forme de billes constituées d'un mélange de 12 à 25% de liant
    organique, 72 à 87% de chlorure de sodium et de 1 à 3% de kalinite.
  14. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce que les précurseurs présentent un diamètre de l'ordre de 1 à 10 mm et préférentiellement de 4 mm, la mousse métallique ayant une porosité comprise entre 62% et 85%.
  15. Echangeur de chaleur (1) selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le moulage est réalisé par au moins une étape de maintien à une température comprise entre 300°C et 600°C pour activer la kalinite avant l'introduction de métal fondu.
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