GE Research imprime en 3D un échangeur de chaleur pour une conversion d’énergie plus efficace

Dans le cadre d’une mission de deux ans et demi menée par Advanced Research Projects Agency, GE Research a lancé un projet de $2,5 millions pour imprimer en 3D un échangeur de chaleur haute température, haute pression et super compact. Celui-ci aurait pour objectif la production d’énergie plus propre et plus efficace pour les plateformes des centrales existantes et à venir. La division de recherche du groupe s’est rapprochée de l’Université de Maryland et du Oak Ridge National Laboratory (ORNL) afin de mener à bien ce projet ambitieux. Les partenaires ont pu présenter un premier prototype assez convaincant.

Un échangeur de chaleur est un appareil qui permet de réchauffer ou refroidir un fluide au moyen d’un autre fluide circulant à une température différente, sans que les deux fluides ne se mélangent. Ces dispositifs commencent à être conçus grâce à la fabrication additive, méthode qui offre davantage de complexité à la pièce tout en réduisant ses délais de production et ses coûts. On se souvient de l’entreprise italienne Aidro Hydraulics qui a eu recours à l’impression 3D métal pour fabriquer des échangeurs thermiques plus petits mais tout aussi efficaces.

Un échangeur de chaleur imprimé en 3D par GE Research

GE et ses partenaires expliquent que leur échangeur de chaleur devrait fonctionner dans des environnements atteignant les 900°C et 248 bar. Peter deBock, ingénieur thermique chez GE Research explique : “Nous utilisons nos connaissances approfondies dans la gestion des métaux et la gestion thermique et nous les appliquons comme jamais auparavant grâce à la puissance de l’impression 3D. Grâce à cette méthode, nous pouvons maintenant réaliser de nouvelles conceptions architecturales auparavant impossibles. Cela nous permettra de créer un dispositif «UPHEAT» pouvant fonctionner de manière rentable à des températures supérieures à celles des échangeurs de chaleur actuels (+250°C).”

Notons que les échangeurs de chaleur remplissent une fonction qui se rapproche de celle de nos poumons. DeBock précise : “Les poumons sont l’échangeur de chaleur ultime. Ils font circuler l’air que vous respirez pour permettre au corps de fonctionner à plein rendement tout en régulant sa température. Les échangeurs de chaleur dans les équipements de production d’énergie, tels que les turbines à gaz, remplissent essentiellement la même fonction, mais à des températures et des pressions beaucoup plus élevées. Grâce à la fabrication additive, GE et l’Université du Maryland exploreront désormais des formes et des conceptions biologiques plus complexes afin de permettre un changement radical des performances de l’échangeur thermique, offrant une efficacité accrue et des émissions réduites.” Les équipes devraient donc s’inspirer du corps humain, et plus particulier des poumons et du corps, pour modéliser leur échangeur.

Celui-ci devrait d’ailleurs être imprimé en 3D à partir d’un superalliage de nickel résistant à la cassure, aux températures élevées, conçu spécifiquement pour le processus de fabrication additive par l’équipe de GE Research. Les solutions développées par Concept Laser devraient être utilisées pour l’occasion, comme la M2 Cusing. L’ORNL devrait quant à lui mettre à profit son expertise en science de la corrosion pour tester et valider la performance à long terme des matériaux.

Les partenaires affirment qu’une fois terminé, l’échangeur de chaleur permettra d’augmenter l’efficacité thermique des cycles de puissance indirects tels que la production d’énergie Brayton au dioxyde de carbone supercritique (sCO2), réduisant ainsi la consommation d’énergie et les émissions. Il pourrait aussi ouvrir de nouvelles perspectives dans le secteur aérospatial, notamment pour des applications particulièrement avancées. Vous pouvez retrouver plus d’informations sur le projet ICI.

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