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Perfectionnements aux échangeurs de chaleur.
Cette invention se rapporte aux échangeurs de chaleur du type régénérateur qui comportent un élément rotatif pourvu d'un corps d'échangeur en matière conductrice de la chaleur subdivisé en compartiments et traversé par deux courants de fluide qu'on y fait circuler alternativement. L'un de ces courants transmet de la chaleur au corps d'échangeur, tandis que l'autre en retire, la ro- tation du corps d'échangeur amenant chaque partie de celui-ci suc- cessivement dans les positions voulues pour que le corps d'échangeur soit traversé alternativement par les deux courants de fluide.
Jusqu'ici ce type de régénérateur était employé dans les cas ou les-pressions des deux courants defluidene présentaient que peu de diffé -rence ou n'en présentaient pas,etoùil était par conséquent très facile de réduire au minimum les fuites d'un courant à l'autre, en em-
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ployant par exemple un dispositif relativement simple pour rendre le système étanche.
Toutefois, dans une installation de turbine à gaz, où les gaz d'échappement de la turbine sont employés pour chauffer le gaz froid fourni par un compresseur, et dans d'autres appareils aussi, tels qu'une installation de production d'hydrogène, les pressions des fluides dans les deux courants qui traversent l'échangeur de chaleur peuvent être fort différentes et des moyens d'étanchéité plus efficaces deviennent nécessaires.
Le but de la présente invention est de créer une cons- truction et une disposition particulières permettant d' obtenir une grande section de passage de fluide pour un encombrement déterminé de la forme d' exécution perfectionnée de l'échangeur de chaleur du type ci-desaus mentionne qui est décrite dans le brevet belge n 471.216 du Demandeur.
Cet échangeur de chaleur perfectionné comprend les carac- téristiques suivantes en combinaison. Il comporte un rotor annu - laire à corps d'echangeur, une enveloppe toroide dans laquelle le rotor s'adapte et est monté de manière à pouvoir tourner, une série de cloissons en forme de disques qui, espacées l'une de loutre circonférentiellement, subdivisent le corps d'échangeur en compartiements ou sections, ces cloisons s'etendant en travers du corps d'échangeur de l'intérieur de l'enveloppe dans une direc- tion radiale par rapport à l'axe autour duquel le corps d'échan- geur est susceptible de tourner ,
âeux ouvertures à travers chacune des parois de l'enveloppe diamétralement opposées au approximativement par rapport à l'axe de l'appareil et les ou- vertures de l'une des parois se trouvant en regard des ouvertures de l'autre parole ces ouvertures servant respectivement à l'entrée et à la sortie des deux fluides qui traversent alternativement de part en part le corps d'échangeur lorsque les comparti/ments de celui-ci sont successivement amenés dans des positions en re- gard de ces ouvertures pendant la rotation du corps, et des pas 1,-
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sages en forme de galeries s'étendant circonférentiellement à l'intérieur du contour du rotor.d'échangeur et autour des compar- timents de celui-ci,
les cloisons étant établies transversalement à ces passages. De préférence les cloisons entre les compartiements du rotor à corps d'échangeur portent des bagues à ressort ressem- blant à des segments de piston qui constituent des dispositifs d'é- tanchéité empêchant le fluide de circuler circonférentiellement en- tre les courants de fluide circulant à travers le corps d'ébhangeur.
De préférence, dans le bùt de transmettre le mouvement de rotation âu rotor d'échangeur, celui-ci porte une couronne dentée qui se trouve dans un plan perpendiculaire à l'axe du rotor et au moins deux pignons dentés se trouvent dans le même plan et engrènent cette couronne pour transmettre lorsqu'ils sont actionnés le mou-' vement de rotation au rotor.Ces pignons sont reliés entre eux par un engrenage et chacun d'eux présente'une partie découpée de ma- nière à dégager les cloisons lorsqu'ils passent devant, en permet- tant ainsi de maintenir la commande du rotor en action.
La section transversale de 1?enveloppe toroidale et le contour correspondant du rotas à corps d'échangeur sont de pré- férence circulaires pour la commodité de la fabrication, mais ils peuvent être elliptiques ou présenter'toute autre forme semblable ..constituant une courbe unie continue dont 1-',étanchéité puisse être assurée par des disques et des bagues de la manière décrite.'
La rotation peut être impriméeau rotor à corps d'échangeur de différentes manières depuis une source d'énergie convenable.
Par exemple, dans le cas où l'échangeur de chaleur est employé en combinaison avec une turbine à gaz, la rotation peut être trans- mise aux pignons ci-dessus au moyen de l'arbre de la turbine, par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur. La rotation du rotor à corps d'échangeur peut être continue ou intermittents suivant qu'on le juge nécessaire dans l'appareil où l'échangeur de chaleur est employé.
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Suivant cette invention l'installation comprend en con- binaison deux ou plusieurs rotors constitués chacun d'un corps d'échangeur annulaire tournant dans une enveloppe toroïdale et construits et disposes comme c'est indiqué ci-dessus, les rotors étant tous montés sur un axe commun, soit coaxialement soit con- centriquement, un dispositif pour faire tourner simultanément tous les rotors, et une enveloppe externe renfermant tous les rotors et leurs enveloppes individuelles et pourvue'de passages à.travers quels on peut faire circuler les gaz chauds et les gaz froids respectivement et les faire passer à travers les rotors en sens op- poses.
Si les rotors sont disposés coaxialement ils peuvent avoir le même diamètre ou des diamètre différents et ils peuvent être établis respectivement de manière à se trouver dans des plans qui sont espacés 1'un== de l'autre de quantités égales ou autrement dans la direction: axiale. D'autre part des rotors ayant des diamètres différents peuvent être disposés concentriquement .
L'enveloppe externe et les pas-sages qui y sont ménagés peuvent être établis de différentes manières suivant la disposition des divers rotors.
Les dessins annexés représentent quelque peu schémati- quenient différentes formes de construction qui peuvent être adoptées dans la mise en pratique de l'invention. Dans ces dessins:
Fig. 1 est une coupe verticale longitudinale d'une forme de construction de l'échangeur de chaleur perfectionnée où trois rotors à coros d'échangeur sont disposés coaxialement,
Fig. est une vue semblable dans laquelletrois rotors à corps cI'échangeur sont disposés concentriquement,
Fig. est une coupe partielle suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2, vue dans le sens des flèches.
Sur la Fig. 1, on voit que les trois rotors annulsires .séparés A, B et C présentent tous des diamètres différents et sont @ --
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aménagés dans des enveloppes toroidales séparées D, E et F.
Les différents rotors peuvent être convenablement désignés le plus petit par A, celui de dimensions moyennes par B et celui de diamètre le plus grand par rapport.à l'axe commun par C.
De préférence, comme c'est représenté, les enveloppes toroïdales D, E et F renfermant les rotors A, B et C présentent toutes une section transversale circulaire et toutes ces sections ont les mê- mes dimensions. Les rotors sont tous montés autour d'un axe com- mun et sont actionnés de manière à tourner ensemble et ils sont de préférences disposés à des distances égales l'une de l'autre d dans la direction axiale. Tous les rotons sont placés dans une enve -loppe ou'un carter commun 9 où se trouve une cloison centrale Gl autour de laquelle les rotors tournent. A l'intérieur du carter G des passages jumelés sont établis de part et d'autre de la cloi- son Gl; H' est l'entrée de l'un des passages dont la sortie se trouve en Hl, le second passage ayant sont entrée en J et sa sortie en J1.
En travers de ces passages est établie une cloi- son,. à savoir K dans le-. passager HH1 et Ldans le passage JJ1.
Ces cloisons sont relativement inclinées de telle sorte qu'elles apparaissent sur la Fig. 1 comme formant un V. Dans ces cloisons sont ménagées des ouvertures K1L1 à travers lesquelles les gaz passent lorsqu'ils circulent à travers la matière du corps d'é- changeur dans les différents rotors. Par ces ouvertures on peut voir, par exemple dans le cas diz rotor C, les cloisons Cl avec leurs bagues d'étanchéité C2 qui s'étendent radialement à tra- vers la matière du corps d'échangeur 6 et la divisent en com- parti hents. Entre les ouvertures K1 et Ll il existe sur chaque face de la cloison G1 une partie qui forme une zone morte derriè- re laquelle l'étanchéité réalisée par les cloisons G1 entre les comparti ments du corps d'échangeur empêche l'écoulement ou la fuite de gaz entre les passages HH1 et JJ1.
Les enveloppes toroidales, D, E' et F à l'intérieur desquelles se trouvent les
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rotors toroldaux A, B et C sont montées dans ces cloisons K, L et on fait tourner les rotors dans leurs enveloppes resoectives.
La commande est transmise aux divers rotors d'abord par l'inter- médiaire d'un arbre M qui sort de l' enveloppe G et est pourvue à son extrémité interne d'un pignon conique M1. Ce pignon engrè- ne un pignon conique N monté à l'extrémité d'un arbre N1 qui porte à des distances convenables l'une de l'autre sur toute sa longueur des roues dentées N2 légèrement, inclinces, dont chacune engrene uneroue dentée correspondante 0 montée sur un arbre O1.
Sur ce dernier sont montées à des distances convenables l'une de l'autre trois roues dentées O2, par l'intermédiaire desquelles la commande est transmise à des crémaillères dentées portées par les rotors A, B et C.
Un gaz pénétrant dans le carter G par l'entrée J passe- ra à travers tous les corps d'échangeur des rotors A, B et C et s'échapDera en J1, la chaleur étant cédée aux divers corps d'é- changeur dans les rotors? Un second gaz pénétrant dans lecarter G en H passera à traversles corps d'échangeur des rotors A, B et C en sens inverse et s'échappera par la sortie H1le gaz absor- bant au cours de son passage de la chaleur des corps d'échangeur des rotors auxquels cette chaleur avait eté transmise, commeil a été dit, par le gaz circulant à travers le passage JJ1.
Dans cette forme de construction Les gaz en circulant à travers les passages du carter G s'écoulent dans une direction approximativement radiale à travers les différents rotors.
Les roues dentées de l'arbre O1 par l'intermédiaire des- quelles les couronnes dentées des rotors sont actionnées présen- tent des diamètres différents, cette disposition assurant la commande des différents rotors A, B et C à peu près à la même vitesse.
Le carter ou enveloppe externe 0 qui renferme tous les rotors peut présenter extérieurement une òrne sensiblement
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cylindrique, les ouvertures jumelées H et J1 pour les flux de gaz se trouvant à une extrémité et les ouvertures jumelées Hl et J à 1(autre extrémité.
Dans certains cas.tous les rotors A, B et C et leurs enveloppes individuelles D, E et F peuvent avoir le même diamètre et ils peuvent alors être convenablement espacés l'un de l'autre le long de leur axe commun @ de telle sorte que le carter G dans lequel les rotors sont enfermés et se déplacent peut présen- ter une forme générale cylindrique. Le courant de gaz à travers les corps d'échangeur des rotors s'établit alors dans une direction positivement radiale.
Fig. 2 montre une variante où les rotors A1, B1 et C1 ont des diamètres différents et sont disposés conjointement avec leurs enveloppes toroïdales D1, El et E1, concentriquement autour de leur axe commun. Dans ce cas,. le courant de gaz est représenté comme s'effectuant à travers des passages jumelés qui sont distincts, étant constitués par des carters séparés conve- nablement assemblés, l'un des carters comportant les parties assemblées P, Q et l'autre les parties assemblées P1, Q1. Le passage P2 dans le carter P est celui par lequel le gaz pénètre .pour passer à travers les rotors dans un sens, pour s'échapper par le passage Q2 du carter Q. Le flux dans le sens opposé pénètre dans le carter Q1 par le passage Q3 et s'échappe par le passage P3 dans le carter P1.
Les rotors sont actionnés séparément dans ce cas, de la même manière que dans la forme de contruction représentée sur la Fig.l, c'est-à-dire que la commande est transmise initialement par uneroue dentée à l'extrémité .d'un arbre N1 qui porte trois
2 pignons N engrenant respectivement les roues dentées 0 d'un arbre O1 qui porte à son tour des pignons par l'intermédiaire desquels les crémaillères aménagées sur les rotors sont actionnées d'une manière qui sera décrite mantenant.
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Une disposition pareille à celle représentée sur la fig.2 peut être employée pour constituer un rotor multiple dans lequel deux ou plusieurs systèmes échangeurs de chaleur semblables à ce- lui représentée sur la Fig. 2 peuvent être montes à proximité des rotors, le tout actionna convenablement et simultanément. Les courants de gaz s'établissent alors en ordre successif à travers les rotors ce tous les systèmes, en sens opposés, de la même ma- nière que décrit avec référence à. la Fig. 2.
Bien que pour des raisons de simplicité de la construc- tion il puisse être désirable que tous les rotors soient sembla- bles au point de vue des dimensions des corps d'échangeur annu- laires et de leurs enveloppes toroi±dales comme on le voit en coupe transversale, il peut d'autre part --être utile de donner aux rotors conjugués des dimensions différentes en coupe transver- sale
La transmission de mouvement des pignons de l'arbre 01 aux rotors dans chacune des formes de construction ci-dessus dé- crites, est effectuée de la même manière que dans l'appareil Chérit dans le Brevet belge n 471.216. Cette transmission, est représentée sur la Fig. 3 des dessins annexés.
Chaque rotor porte une couronne dentée: R qui s'étend sur la périphérie du rotor, la continuité de chacune de ces couronnes étant interrompue par des cloisons dans lesrotors, les cloisons s'étendant transversalement à travers la matière des coros d'Échangeur dans les rotors. Des pignons S et T, montés de manière à pouvoir tourner et de pré- férence enfermes engrènent cette couronne. Ces pignons se trouvent dans le même plan et sont convenablement écartés l'un, de l'autre le long de la couronne. Chaque pi@non présente une partie découpée SI T1, de manière à lui permettre lors de sa rotation de dégager chaque cloison U d'un rotor.
Chaque pignon mutilé SS1 et TT1 porte un pignon semblable S2 T2 et ces pignons engrènent tous dex un pignon O2 mont^ sur l'arbre O1. Les pignons S e.t T sont A
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ainsi:.actionnés simultanément et sont d'autre part disposée à une telle distance l'un de l'autre et présentent leurs parties découpées S1 T1 la 'des distances vectorielles telles que lors- qu'ils sont actionnés et qu'ils font tourner à leur tour la couronne R, la continuité de la transmission au rotor à corps d'échangeur est maintenue. Lorsque la partie découpée T1 du pignon T est en train de ;.dégager une paroi U on voit que l'autre pignon S se trouve encore en prise avec la couronne R et main-
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tient le rotor à corps d'éohangeur'en rotation.
REVENDICATIONS
1.- Echangeur de chaleur du type indiqué comportant en combinaison deux ou plusieurs rotors, chacun constitué par un corps d'échangeur annulaire susceptible de tourner dans une en- veloppe toroldale et .construit et disposé comme c'est déprit dans le brevet belge N 471.216, les rotors étant tous montés sur un axe commun, soit coaxia.lement,'soit concentriquement, un dispositif pour faire tourner simultanément tous les rotors, et un carter ou enveloppe externe renfermant tous les rotors et leurs enveloppes individuelles et pourvu de passages à travers lesquels on peut faire circuler respectivement les gaz chaudset les gaz froids et les faire passer à travers tous les rotors en sens oppo- sés.