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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX, ÉCHANGEURS DE CHALEUR ROTATIFS.
Il est aonnu de se servir d'échangeurs de chaleur rotatifs pour transmettre de la chaleur depuis un fluide gazeux, à une température plus élevée, à un autre fluide gazeux, à une température plus basse, les deux fluides étant à une pression égale ou sensiblement égale.. Les échan- geurs de chaleur de ce genre, connus jusqu'ici,ne conviennent, toutefois, pas à un usage pour des installations avec turbines à gaz ou dans d'autres cas pour lesquels la transmission de la chaleur se fait entre deux fluides gazeux dont les pressions respectives sont nettement différentes,
L'invention a pour but de rendre ces appareils tels qu'ils puissent fonctionner, d'une manière satisfaisante, avec des fluides ga- zeux dont un est à une pression considérablement plus élevée que celle de l'autre, par exemple une et demie fois plus élevée ou davantage.
L'échangeur de chaleur auquel on se réfère est du genre de ceux comprenant un corps rotatif (rotor) logé dans une enveloppe et qui comporte des cavités ou porosités réduites formant un grand nombre de pas- sages d'écoulement, ladite enveloppe comprenant deux chambres séparées l'une de l'antre et dans lesquelles passent respectivement le fluide plus chaud et le fluide plus froid,lesdites chambres étant subdivisées par le rotor, chaque chambre étant ainsi divisée, dans le sens de l'écoule- ment, en deux parties qui..' se trouvent de part et d'autre du rotor et ce- lui ci, par son passage dans le fluide- chaud, absorbe de la chaleur four- nie par ce fluide afin qu'il puisse, à son tour, fournir la chaleur ab- sorbée au fluide froid quand il passe dans celui-ci,
l'échangeur compre- nant en outre et de part et d'autre du rotor, des boites à labyrinthe à plusieurs passages pour empêcher l'écoulement du fluide d'une des chambres de l'enveloppe à l'autre, Une telle boite à labyrinthe, quand elle est constituée comme à l'ordinaire, n'est toutefois pas capable d'empêcher les fuites du fluide d'une chambre dans l'autre quand il existe une différence
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relativement grande entre les pressions des 'deux chambres car une détente peut se produire constamment dans les passages des labyrinthes,
Pour pouvoir appliquer 1'échangeur de chaleur dans les cas où les deux fluides en écoulement ont des pressions différentes et pour évi- ter l'inconvénient susdit,
on agence selon l'invention les passages des labyrinthes de manière telle qu'ils s'étendent de part et d'autre d'un plan axial de l'échangeur de chaleur., de préférence le plan central commun des chambres pour les deux fluides, chaque passage s'étendant sans interruption depuis le contour du rotor., en longeant le moyen de celui-ci, jusqu'au cô- té opposé dudit contour., afin que., pendant le fonctionnement de l'échan- geur de chaleur,, on obtienne constamment un équilibrage des pressions dans la direction longitudinale de chaque passage, de manière à éviter les fui- tes.
Dans un échangeur de chaleur,. établi selon l'invention, on peut, en outre,, constituer le rotor de manière telle que dans le rotor pro- prement dit il ne puisse se produire aucun écoulement depuis les endroits où règnent des pressions plus élevées vers des endroits où les pressions sont moindres. A cet effet on peut., par exemple., faire comporter comme con- nu au rotor un nombre approprié de parois sensiblement radiales qui s'éten- dent dans la direction de l'écoulement ou., de toute façon, dans une direc- tion ayant une composante orientée dans la direction de l'écoulement. Ces parois ne doivent pas s'étendre axialement, les bords avant et arrière de chaque paroi pouvant être décalés dans le sens de la rotation.
Les inter- valles entre ces parois peuvent alors être remplis avec une matière qui., d'une part,, permet le passage du fluide gazeux avec une perte de charge aussi réduite que possible et., d'autre part, présente une grande surface pour la transmission de la chaleur. Cette matière poreuse peut être con- stituée, par exemple,, par des grains métalliques ou de céramique frittés ensemble, par du treillis en métal ou par des plaques ou feuilles minces ondulées ou pliées en zigzag.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 montrent, respectivement, en coupe axiale et en coupe transversale selon II-II figure 1, un échangeur de chaleur établi selon l'invention.
La figure 3 montre, en vue en bout, le rotor.
La figure 4 montre, en coupe transversale selon IV-IV figure 1, le même échangeur.
Les figures sont dessinées en partie schématiquement et la figure 3 montre seulement une partie des parois radiales du rotor avec les matières intercalées entre ces parois.
On a désigné par 1 l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, dans laquelle peut tourner un rotor 2 entraîné par un arbre 3, ce dernier repo- sant dans des paliers 4. Le rotor comprend un moyeu 5 et une jante annu- laire 6, ces pièces étant reliées entre elles par des parois ou plaques ra- diales 7 réparties régulièrement sur tout le contour du rotor. Dans les intervalles, séparant les plaques 7, sont intercalées des feuilles 8, ondu- lées ou pliées en zigzag de manière à former un grand nombre de passages 8a dans la direction longitudinale du rotor afin que le- fluide puisse s'écou- ler suivant cette direction alors qu'un écoulement dans une direction per- pendiculaire aux'plaques radiales 7 est empêché.
L'enveloppe de l'échangeur de chaleur est divisée en deux chambres 9a-9b et 10a-10b de part et d'autre du rotor à l'aide d'une cloison 13. Comme chacune de ces chambres est subdivisée par le rotor 2, elle com-
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prend deux parties désignées par 9a-9b pour la chambre supérieure et 10a- 10b pour la chambre inférieure, La chambre supérieure peut, par exemple, être destinée au passage du fluide froid dans la direction indiquée par les flèches, l'entrée se faisant par l'ouverture 11 d'un des fonds de l'envelop- pe et la sortie par l'ouverture 12 de l'autre fond. Le fluide chaud s'écou- le en sens inverse, par exemple depuis l'ouverture 13 de ce dernier fond jusqu'à la sortie 14 ménagée dans l'autre fond.
La cloison 15 est élargie en son milieu pour former un manchon 16 (fig. 1) dans laquelle sont établis des joints à labyrinthe ordinaires pour l'arbre 3.
Le dispositif d'étanchéité à labyrinthe, qui caractérise l'in- vention, comprend plusieurs passages 17 et 18 établis les uns à côté des autres et qui s'étendent depuis le contour du rotor, d'un côté de l'enve- loppe, sans interruption et en longeant le moyeu du rotor, jusqu'au con- tour du rotor de l'autre côté de l'enveloppe. Chacun de ces passages com- prend des parties sensiblement radiales 17 et 18 établies reliées entre elles par des canaux 19 et elles sont'délimitées par des parois 20 qui, sur les côtés et à la périphérie du rotor, se trouvent à proximité de celui- ci avec-un jeu aussi réduit que possible.
L'échangeur de chaleur, ainsi constitué, fonctionne comme suit.
On admet que le rotor tourne dans le sens dela flèche montrée sur la figure 2. Chacun des deux fluides, qui traverse l'échangeur, doit passer par la partie du rotor qui, à un moment quelconque, se trouve dans la chambre 9a, 9b ou 10a, lOb réservée à ce fluide particulier. Dans ce cas la partie du rotor, qui se trouve dans la chambre 10a, 10b traversée par le fluide chaud, est chauffée alors que la partie du rotor, qui se trouve dans la chambre 9a, 9b, traversée par le fluide froid, est refroidie et, de cette manière, la chaleur est transmise, à l'aide du rotor, depuis le fluide chaud au fluide froid.
Si, par exemple, le fluide chaud est à une pression plus élevée que le fluide froid et si les passages 17 et 18 ne -communiquaient pas entre eux, il se produirait, à l'endroit où le rotor traverse la cloison 15, un écoulement du fluide à haute pression vers ce- lui à basse pression, c'est-à-dire depuis les cavités du rotor vers les passages 17 du dispositif à labyrinthe et la pression, dans ces passages 17,serait rapidement égale à la pression élevée, ce qui signifie que le rotor transporterait constamment une quantité nullement négligeable du fluide chaud depuis la chambre 10a, 10b vers la chambre 9a, 9b du fluide froid.
A cause de la communication existant, par les canaux 19, entre les passages 17 du labyrinthe et les passages 18 qui se trouvent de l'au- tre côté du rotor, on obtient un équilibrage continuel de la pression dans le sens longitudinal de chaque chambre 17, 18 c'est-à-dire entre les passa- ges 17 et 18, considérés deux à deux. Comme le rotor passe devant les pas- sages 18 après que les cavités du rotor ont été en communication avec la .chambre 9a, 9b pour le fuide froid et à basse pression, la pression dans les passages 18 tend à s'adapter d'elle-même à cette basse pression, une pression plus élevée dans les passages 18 étant équilibrée pour la raison que ces passages cèdent une partie de leur contenu aux cavités du rotor.
Ceci signifie que la pression plus élevée dans les passages 17 diminue par l'écoulement du fluide depuis ces passages 17 par les canaux 19 dans les passages 18 hors desquels le fluide est, à son tour, cédé au rotor et ramené par celui-ci à la chambre 10a, 10b pour le fluide chaud. En d'au- tres mots, le dispositif d'étanchéité à labyrinthe, établi selon l'invention, intervient pour recueillir une certaine quantité du fluide à pression éle- vée depuis la chambre contenant ce fluide, et pour ramener, par le rotor proprement dit, cette quantité du fluide à la chambre réservée à celui ci.
La pression dans les passages 17 du labyrinthe s'ajuste d'elle-même de ma- nière à diminuer uniformément dans la direction de rotation depuis la pres- sion élevée jusqu'à la basse pression alors que la pression dans les passa- ges 18 du labyrinthe augmente progressivement, dans la direction de rota- tion du rotor depuis la basse pression jusqu'à la pression élevée.
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Par l'objet de l'invention les fuites résultant de la différen- ce des pressions des deux fluides sont évitées pratiquement car à une déten- te, qui se produit dans les passages 17, correspond une compression égale dans les passages 18.
La constitution du rotor avec ses parois radiales 7 est telle que, dans le rotor proprement dit, il ne puisse se produire également aucun écoulement depuis le milieu à haute pression vers le milieu à basse pression.
Le rotor tel que montré a, en substance, la forme d'un disque épais mais l'invention vise également toutes autres formes pour les corps rotatifs de même que les détails de l'invention peuvent être réalisés d'une manière dif- férente de celle montrée et décrite.