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Perfectionnements aux échangeurs de chaleur récupérateurs.
Cette invention est relative à une disposition ou système de distribution à valves et concerne particulière- ment bien que non exclusivement l'application d'une telle distribution à un échangeur de chaleur de récupération du genre où des fluides présentant les conditions voulues pour l'échange de chaleur cèdent de la chaleur à un'.accumulateur ou matrice et en absorbent al'ternativement sous le contrôle de la distribution à valves.
Suivant l'invention, le ,système de distribution à valves'qui commande l'écoulement de l'un'des fluides au moins comprend une enveloppe présentant au moins deux par- ties de sections transversales de grandeurs différentes, chaque partie possédant des lumières pour l'écoulement du fluide, un élément'de valve tubulaire mobile placé à l'in-
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'trieur de l'enveloppe et présentant des ouvertures à cha- cune de ses extrémités, et des parties disposées longitudi- nalement, de section transversale appropriée, coulissant pour coopérer avec les parties de'1''enveloppe de manière à ouvrir et fermer les lumières qui y,sont ménagées.
Dans'une forme d'exécution préférée du système de distribution, l'enveloppe et l'élément devalve présentent chacun deux parties de plus faible section transversale et une partie'intermédiaire de plus grande section transversa- le. Les éléments de valve mobiles peuvent être agencées de façon à exécuter un mouvement de va-et-vient.
Dans une autre forme d'exécution préférée de l'inven- tion, deux éléments de valve disposes chacun dans leur en- veloppe ou boîtier propre sont reliés entre.eux pour un fonctionnement simultané.
Comme il a été dit précédemment, la distribution à valves suivant l'invention trouve une application particu- lière dans les échangeurs de chaleur récupérateurs dont une forme d'exécution est décrite dans la demande de brevet anglais de .la demanderesse n 18919/52 où l'échangeur de chaleur comprend une matrice accumulatrice ou accumulateur de chaleur et un manchon-valve destiné à commander l'écou- lement dans l'accumulateur du fluide chaud et 4u fluide froid entre lesquels l'échange de la chaleur doit se faire, l'accumulateur étant construit en deux sections espacées l'une de l'autre à l'intérieur d'une enveloppe,' de part et d'autre de se;
ligne centrale-, la disposition étant telle que le fluide chaud est admis entre les sections de l'accu- mulateur et que-pratiquement la totalité du fluide chaud est amenée à s'écouler par.l'une'au moins des sections de l'accmulateur à l'extérieur de l'enveloppe pour se rendre dans une sortie d'extrémité de celui-ci, tandis que le fluide froid est admis dans l'une au moins des sections d'accumulateur à une extrémité d'entrée de l'enveloppe
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et que pratiquement la totalité du fluide.
froid est amenée à s'écouler à l'intérieur'de l'enveloppe par les sections d'accumulateur pour se rendre tans une sortie' située entre les sections de l'accumulateur, les.sections d'accumulateurs étant'parcourues, sous le contrôle'du manchon-valve, alter- o nativement par le -fluide chaud et le fluide froid.
L'échangeur de chaleur décrit dans'cette demande de brevet consiste enun manchon unique 'qui se déplace de ma- nière à commander les entrées et les sorties de telle fa- çon que lorsqu'une section de l'accumulateur de chaleur ou matrice est soumise au fluide chaud l'autre section est soumise au fluide froid. Dans une autre disposition, les deux sections d'accumulateur sont soumises simultanément à un fluide et ensuite à 7.' autre fluide.
On y a aussi décrit des formes d'exécution où les sections d'accumulateur se: déplacent en même temps que le manchon, ou sont fixes.
Lorsque ces échangeurs de chaleur sont appelés à traiter de grandes masses, l'emploi d'un manchon pour com- mander les deux sections d'accumulateurs de chaleur, impli- que la similitude des dimensions des aires de lumières, les dimensions étant basées sur le volume maximum de fluide qui y circule et il s'ensuit'qu'on se trouve devant le pro- blême de maintenir dans des limites réduites les dimensions du récupérateur, spécialement des parties mobiles, et de maintenir la déformation à un minimum.
Un but de l'invention est de procurer un échangeur de chaleur de récupération commandé par un manchon-valve pouvant.être utilisé pour une large gamme de débits et ten- dant'-a supprimer ces difficultés.
'Suivant une forme d'exécution de l'invention, l'é- changeur de chaleur de récupération comprend un accumula-' teur de chaleur et une distribution à manchons-valves pour commander la circulation dans l'accumulateur,.de fluides .
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relativement chauds et de fluides relativement froids entre lesquels l'échange de chaleur doit se faire, l'accumula- teur de chaleur, d'une part, étant construit de manière à former deux sections espacées ¯l'une, de l'autre )
l'intérieur d'une enveloppe et pourvues d'entrées et de sorties dispo- sées de telle façon que le fluide chaud est admis au moins dans l'une des sections d'accumulateurs par une entrée pla- cée entre celles-ci et que' pratiquement la totalité du fluide chaud est forcée de s'écouler par la section d'accu- mulateur à l'intérieur de l'enveloppe dans'un orifice de sortie à l'extrémité de celle-ci, tandis que le fluide froi est admis au moins dans une des sections de l'accumulateur de chaleur par une entrée située à une extrémité de l'enve- loppe et que pratiquement la;
totalité du fluide froid est forcée de s'écouler à l'intérieur de l'enveloppe par la section d'accumulateur dans une sortié située entre les sections d'accumulateur, et la distribution.à manchons- valves, d'autre part, comprenant deux manchons-valves're- liés entre eux pour un fonctionnement simultané, l'un des manchons-valves commandant l'entrée et la sortie d'une section d'accumulateur de chaleur tandis que l'autre man- chon-valve commande l'entrée du fluide à refroidir à l'au- tre section d'accumulateur et sa sertie de'celle-ci,
cha- que manchon-valve comprenant un manchon tubulaire creux présentant des parties d'extrémité et une partie centrale de plus grand diamètre que les parties d'extrémite et coo- pérant avec une enveloppe de conformation similaire pour- vue de lu dières situées dans les parcours des fluides et susceptibles d'être couvertes ou découvertes par le manchon.
- Deux formes d'exécution de l'invention dans son application à un échangeur de chaleur récupérateur seront décrites ci-après, à titre d' exemple avec référence aux dessins annexés dans lesquels : la 1 montre la disposition générale on coupe
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d'un(.- première forme d'exécution de l'échangour de chaleur où deze manchons-valves sont situés dans une enveloppe commune. ..¯.¯. ' La figura -.m.o¯re¯ 1! envelohleo'h échangeur deTçha , leur dont une moitié est représentée"en coupe.
La figure 3 est une vue en bout de l'enveloppe, une moitié de celle-ci étant représentée en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure.2. '
La figure 4 montre en coupe un couvercle d'extrémité.
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La figttre 5 est une élévation de face du couvercle de la figure 4 vu dans le sens de la flèche F.
La figure 6 est une élévation en bout du,couvercle de la figure 4 vu dans le sens de la flèche G.
La figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 4.
La figure 8 représente-l'un des manchons en coupe.
La figure 9 est une vue de détail en coupe d'un renflement de graissage.
La figure 10 'est une coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 8.
La figure 11 est une vue en coupe d'une seconde forme d'exécution de l'invention où les manchons-valves sont si- tués dans des enveloppes séparées.
Les figures;12 et 13 montrent deux positions fond
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cour.. des manchons, pant fonctionnement, et". course des manchons, pen,lant le fonctionnement, et* L,a@figure-14 , représente un mécanisme de commande '' ap- P.our- mettre l'invention en pratique, suivant nne fol- me dlexecuion, par exemple, la forme d.exécution où les deux manchons-valves sont situés dans une enveloppe,commxne3 on emploie, comme le montre la figure 1, une enveloppe 1, ouverte . chaque extrémité, qui comprend dans sa partie cen- .trale deux cylindres 2 et 3, pourvus (le lumière qui forint
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des surfaces d"tlll t±éit<4 pour les parties centrales des
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manchons. Des plaques d'extrémité 4 et 5 sont boulonnées à chaque extrémité de l'enveloppe.
Chaque plaque d'extrémi- té est venue d'une pièce avec deux cylindres- à lumières de plus petit diamètre que les cylindresà lumières..-centraux
2 et 3: Les cylindres 6 et 7 sont associés avec la'plaque -d'extrémité 4, tandis que les cylindres 8 et 9 sont associé: avec la plaque d'extrémité 5. Les cylindres'd'extrémité 6 et 7 et les cylindres 8 et 9 forment'des surfaces,'d' étan- chéité pour'les parties d'extrémité des manchons et se prolongent à l'intérieur de l'enveloppe jusqu'à une faible distance des cylindres centraux 2 et 3, les cylindres 6 et
8 se trouvant dans le prolongement axial du cylindre central
2, tandis que les cylindres ,'7 et 9 se trouvent dans le pro- longement axial du cylindre central 3.
Un manchon 10 consis, tant en un tube creux présentant une partie centrale élargie ' 10a coulisse à ses extrémité 10b , 10c dans les cylindres
6 et 8 respectivement tandis que sa partie centrale 10a coulisse dans le cylindre.2. D'une manière similaire, le manchon 11 qui présente une partie élargie 11a coulisse à ses extrémités 11b, 11c dans de.3 cylindres 7 et 9 respecti- vement, tandis que sa partie centrale coulisse dans le cy- lindre 3.
Une section d'accumulateur thermique 12, consistant en des toiles métalliques; des treillis ou des tôles canne- lées est introduite dans un espace entre les cylindres 6 et
7 et l'enveloppe 1, de telle manière que vue en'élévation de face, elle présente une forme s'adaptant à celle de l'en- veloppe 1. Une section d'accumulateur 13 est disposée de la marne façon à l'autre extrémité de l'enveloppe, ,
Toutefois, les sections d'accumulateurs.peuvent être disposées de manière à entourer entièrement chaque manchon:.
L'accumulateur de chaleur est enfermé à sa périphérie extérieure dans un écran de rayonnement 14 qui est séparé de, l'enveloppe 1 par des pièces d'écartement 15 de façon à
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maintenir une couche d'air isolante entre l'écran et l'en- veloppe 1. Un écran semblable 1.6 est disposé à la périphé- rie extérieure de l'accumulateur 13.
L'échangeur de chaleur fonctionne de la manière suivante lorsqu'il est employé pour le préchauffage de l'air dans une installation de turbinera gaz.
L'air froid à haute pression, quittant le compres- seur, est conduit sur son,parcours vers une chambre de com- bustion à l'échangeur de chaleur par l'entrée A et, dans ;la position. qu'occupe les manchons sur le .dessin, il par- court le manchon 10 sur toute sa longueur et passe ensuite par les lumières 17 dans le 'cylindre 8 en pénétrant dans l'espace 18 avant d'entrer dans l'accumulateur de chaleur ou matrice 13 qui a été chauffé préalablement.
Dans l'accu- mulateur 13 il reçoit de la chaleur et pénètre ensuite dans l'espace 19 d'où il passe par les lumières 20 dans une garniture 21 du cylindre, central 2 et ,de là par les lumiè- res 22 du cylindre 2 qui coïncident avec les lumières 20 de la garniture 21 pour pénétrer dans l'espace 23 d'où il quitte l'échangeur de chaleur par un conduit non indiqué sur'cette figure mais représenté sur la figure 2 en 60, sur son parcours vers la chambre de combustion.
Tendant que ceci se produit, les gaz d'échappement de la turbine sont conduits dans l'espace 24 par un conduit d'entrée qui n'est.pas représenté sur la figure 1, mais qu' on peut apercevoir en 59 sur la figure 2,'et de cet espace les gaz d'échappement passent par les lumières25 dans le cylindre 3 et ensuite par-les-lumières coïcidantes 26 d'une garniture 27 du cylindre 3, dans l'espace 28 pour se rendre dans l'accumulateur 12 où ils codent leur chaleur) après quoi ils passent par des lumières 29 du cylindre 7 dans le centre de la partie d'@xtrémité tie. ce dernier d'où ils s'échappent de l'échangeur de chaleur par la sortie B.
Les manchons 10 et 11.restent dans cette position pendant un intervalle prédéterminé, qui est basé sur le
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emps nécessaire pour assurer un échan e de chaleur conve- table, et ils sont alors inversés, par un dispositif qui era décrit ultérieurement, ju.squ'à la limite de leur cours lans le sens opposé, c'est-à-dire que le manchon 10 est dé- placé vers la gauche, par rapport à la figure 1, jusqu'à ce que son extrémité de droite démasque les lumières 30 du cy- lindre et que le manchon 11 est déplacé vers la droite jusqu'à ce que les lumières 31 du cylindre 9 soient démas-' quées.
L'air qui pénètre dans l'échangeur de chaleur par l'entrée A peut alors pénétrer dans l'accumulateur 12 par les lumières 30 et l'espace 32. Apres avoir été chauffé dans l'accumulateur 12 il pénètre dans l'espace 28 d'où il passe par les lumières 20 et 22 de la garniture 21 et du cylindre 2, respectivement, dans l'espace 23 qu'il quitte par un conduit (comme il a été dit!' précédemment) pour se rendre dans la chambre .de combustion.
En même temps, les gaz d'échappement de.la turbine pénètrent dans l'espace 24, comme il a été dit pré- cédemment, passent par les lumières 25 et 26, pénètrent dans 1''espace 19 et.passent de là dans l'accumulateur 13 où ils cèdent leur chaleur avant de pénétrer dans l'espace 18, en passant par les lumières 31, d'où ils circulent sur toute la longueur du manchon 11 pour quitter l'échangeur de chaleur par la sortie B.
Ceci termine le cycle et le mouvement des manchons se fait à des intervalles réguliers pendant le fonctionne- ment, Il existe une -position pendant l'inversion du mouve- ment des manchons où toutes les lumières sont masquées, mais ceci est seulement momentané et n'affecte pas le fonc- tionnement continu de l'installation à turbine à gaz, le fonctionnement de l'échangeur de chaleur, tel qu'il est dé- crit, étant ainsi continu,
Une paroi 33 s'étendant perpendiculairement au plan du papier sur toute la largeur de l'enveloppe empêche les
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fuites entre l'espace 23 et l'espacé 24.
Chaque manchon est pourvu de bagues d'étanchéité 34 placées aux deux extrémités et dans la partie, centrale et ces bagues d'étanchéité empêchent la.fuite de gaz entre le manchon et le cylindre qui le renferme..
Dans la partie centrale de plus grand diamètre de chaque manchon des aubes radiales uniformément espacées sont venues d'une pièce-avec le manchon et se terminent dans un moyeu central.
Ces aubes sont indiquées en 35 dans le manchon 10 et le moyeu est désigné par le chiffre de référence 36, tandis que les aubes du manchon 11 sont désignées par le chiffre 37 et le moyeu central par le chiffre 38.
L'intérieur de chaque manchon est maintenu froid par l'air comprimé froid dans un cas, à savoir celui du manchon 10, tandis que l'intérieur du manchon 11 est main- tenu froid par les gaz d'échappement refroidis de la tur- bine, et la présence des aubes contribue à assurer une ré- partition convenable de l'air froid et des gaz froids dans la partie centrale de chaque manchon en vue du refroidisse- ment. ment.
Des écrans de 'rayonnement 39,40, 41 et 42, appuyés par de minces couches d'air isolant contribuent aussi à maintenir les manchons froids en les isolant des gaz chauds venant de la turbine ou de l'air lorsqu'il a été chauffé.
Des écrans de rayonnement peuvent aussi être aménagés sur les faces inclinées' de la partie élargie de chaque manchon
Chaque manchon est actionné par un piston à huile, le manchon 10 étant actionné pax le piston 43 et le manchon.
11 par 'le piston 44. Un levier 45 tournant autour du pivot 46 est.articulé aux deux pistons de manière à synchroniser leur mouvement,
Le piston 43 comporte une extrémité élargie 43a, une partie centrale creuse 43b et une autre partie 430 pourvue d'un conduit d'huile 47. Cette partie d'extrémité 430 passe
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dans un moyeu 36 auquel elle est fixée au moyen d'un écrou
48 de telle sorte que le mouvement du piston 43 a pour ef- fet de faire mouvoir le manchon 10. La partie d'extrémité
43a et une partie de la'section centrale 43b glissent dans un cylindre 49 venu d'une pièce avec un' couvercle d'extrémi- té en forme de cuvette 50 boulonné au fond 5 de'l'enveloppe
1.
Le piston'44 est' construit d'une manière similaire, est fixé au manchon 11 et coulisse dans un cylindre 50 venu d'une pièce avec un couvercle d'extrémité en forme de cuvet- te 52 qui est également boulonné au fond 5.
A l'extrémité 43c du piston 43 est fixée une valve mesureuse à trois voies 53 destinée à distribuer l'huile lubrifiante aux bagues d'étanchéité 34 par des tuyaux indi- qués en traits de chaînette dans le manchon 11.
Une valve semblable 54 est adaptée à l'extrémité du piston 44. En service, l'huile lubrifiante, lorsque les man- r chons occupent les positions représentées, est admise sous pression par des trous d'huile (semblables à ceux représen- tés en traits interrompus dans le manchon 11) du cylindre
49 dans,..un espace 55 entre la face inclinée du piston 43a et la tête du cylindre 49 en refoulant ainsi le piston 43 et par conséquent le manchon 10 ver la gauche par rappprt à la figure 1.
L'huile passe aussi par les lumières à.huile .56 dans la section 43b du piston ,43 et se rend alors, par le conduit 47 à la valve de mesurage à trois voies 53 d'où elle est conduite, par des tuyaux représentés dans le manchon
11 en traits de chaînette,' aux bagues d'étanchéité 34 du manchon 10.
Au moment où l'huile est admise dans l'espace 55 à l'intérieur du cylindre 49, l'huile sous pression qui se trouve dans l'espace 57 du cylindre 51 est dégagée et peut s'écouler par les trous du cylindre (représentés en traits interrompus) à proximité de la tête du cylindre, sous l'ac- tion de la .partie 44a du piston 44 qui par suite de se, liai-
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vers la droite du dessin en entraînant le manchon 11 avec lui.
Pendant le fonctionnement des manchons en sens in- verse, l'huile passe dans le conduit 58 de la partie 44c (lu piston 44 et pénètre dans la valve de mesurage 54.
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Si. l'on 13( réfère mainbenanb aux''fisses 2 et 3, ""; il%,j rewaigae une en.lr4ne pour 1<9ix g!ii; } .1 1,ndifiuée ony remarqu.c une entrée pour les c;<'l C la1.'!-utl indiquée un 59 et une sortie 60 pour l'air préchauffé, sur son parcours vers la chambre de combustion.
Une paroi 61, de forme tronconique, entoure complè- -tentent chacun des cylindres 2 et 3 et remplit l'espace entre ces cylindres et la paroi extérieure de l'enveloppe 1 de manière à séparer hermétiquement la partie d'extrémité de l'enveloppe de la partie centrale sauf par les cylindres 2 et 3.
Comme le montre la figure 4, le couvercle d'extrémité peut être employé pour l'un ou l'autre des couvercles d'ex- trémité désignés par les chiffres de référence 4 ou 5 'sur
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la .Pî.grlzo 1, 5surf que le couvercle; 5 de la fleure 1 es (; pourvu, de trous de boulais 62 pour le support du pivot du levier 45.
Comme Le montrent les figures 5 et 6, l' accumulateur
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de chaleur 12 peut êl;re introduit (larls l'espace 63 ou il est supmorté ',:m'Gre les parois 64 et l'enveloppe 1, la .fOl'illÚ de 1'accumulateur s'adaptant a celle de l'enveloppe 1. La paroi 65 de le figure 4 y est aussi représentée'.
La figure 7 ne nécessite pas d'explications.
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La fleure 8 't>.On L.i><; 'l'Ur1 .-leu mandions 10 ou 11 e.V\ cou- po (Je rüL"[',.;uünt'1 en <1 " t a 1. 1. le di8PO:ÜIJi.f employé pour .lm ;i';.t1 :5.-â;i dus J11;'i.l(;E1 d' c3tanchÓ:i té.
D:.zu:3 lu purbU-) Ct'nbralo du. piston se trouvu une unvur- but,(,, ' c1 do!'!; ru 1. Léo 8. la V".I.V<'> de mosurage à trois va l \::J du 1>.1." l<Jli cumntu e"{Jt; représonbé ;3t.tL :lt, fignre 1.
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interrompus sur la figure 1, est vissé dans l'ouverture pour amener les chute. de pression entre la valve de mesu- rahe à trois voies et les diverses bagues d'égtanchéité à ê- tre égales de manière à assurer une.répartition uniforme de l'huile lubrifiante. De l'ouverture 66 l'huile pénètre dans les conduits 67 d'où elle se rend'dans les rainures destinées aux bagues d'étanchéité.
Les bagues d'étanchéité situées dans la partie d'ex- trémité de¯chaque tube sont reliées aux valves de mesurage à trois voies parles bossages 68 et 69. On peut voir le bossage 68 sur cette figure, mais le bossage 69 est égale- ment visible sur la figure 9.
L'huile est conduite à chacun de ces bossages dont les détails sont représentés en coupe sur la figure 9, et passe par un étrangleur de mesurage vissé au renflement dans un trou 70 et de là par des trous d'huile 71, dans le fond des rainures pour bagues d'étanchéité.
La figure 10 montre aussi les aubes 35 de la figure et le moyeu 36.
Dans la forme de construction décrite ci-dessus, .l'emploi d'une seule enveloppe réduit les frais de fabrica- tion; les couvercles sont de construction identique ; lesmanchons sont identiques comme forme et dimensions, l'accu- mulateur de chaleur peut être fixé au couvercle d'extrémité et on peut l'enlever facilement pour le nettoyage en'enle- vant le couvercle d'extrémité; la lubrification des bagues d'étanchéité se fait de l'intérieur de chaque manchon qui est refroidi soit par de l'air froid soit par de l'air re- froidi;
la longueur des surfaces d'étanchéité peut être réduite, vu que les bagues d'étanohéité dans la partie centrale'de chaque manchon assurent l'étanchéité en tout temps., tandis .que les bagues d'étanchéité à chaque extré- mité du manchon sont en contact d'étanchéité alternativement de telle sorte que' sur un total de six jeux de bagues d'é-
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tanchéité effectives, par exemple, quatre seulement doivent assurer l'étanchéité à la fois.
On examinera maintenant la variante dé.l'échangeur de chaleur représenté sur les figures .11 à 14 en se réfé- rant en tout premier lieu à la figure 11. Cet échangeur - de chaleur comprend de anveloppes 101 et 102, chacune desquelles renferme un manchon. Tour le raccordement à chaque enveloppe il est fait usage de quatre conduits 103 à 106.
Dans l'enveloppe 101 s'éprouve un manchon 107 qui présente, comme c'est représenté, un plus petit diamètre que le manchon situé dans l'enveloppe 102, est creux et cylin- drique,et comprend une partie .centrale 107a de .plus grand diamètre. Le manchon 107 glisse au\moyen de bagues d'étan- chéité 108 dans un cylindre 109 moné dans l'enveloppe 101.
La partie centrale 107a du manchon 107 glisse dans un cylin- dre de plus grand diamètre 109a monte au centre de l'enve- loppe 101. Les parties d'extrémité du manchon masquent et démasquent des lumières 110 et 111 ménagées dans le cylindre
109, tandis que la partie centrale 107a couvre et découvre des lumières 112 du cylindre 109a. ' .
Dans l'enveloppe inférieure 102 se trouve un manchon
113 de forme semblable au manchon 107 mais de diamètre plus grand et qui comprend à son tour deux sections d'extrémité et une section centrale 113a de plus grand diamètre, le manchon coulissant au moyen de bagues d'étanchéité 114 dans un cylindre,115. Les parties d'extrémité du manchon 113 cou- vrent et découvrent des lumières 116 et 117 du cylindre 115, tandis que la partie centrale 113a couvre et découvre des lumières 118 du cylindre 115a.
Entre les parties d'extrémité du cylindre 115 et la paroi extérieure de l'enveloppe 102 se trouve une matrice ou masse accumulatrice de chaleur 119 en deux sections 119a et 119b. Cet accumulateur de chaleur est logé entre des pa-
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rois cylindriques intérieure et extérieure 120 et 121 qui sont maintenues ensemble par des tiges 122 jouant en même temps le rôle d'entretoises entre quatre couches constituant chacun des accumulateurs 119a, 119b. L'accumulateur consis- te en une grande quantité de petits carnaux parallèles pour la circulation des gaz et est établi sous une forme tronco- nique.
La paroi extérieure 121 est espacée de la paroi de l'enveloppe 102 de manière à former un espace annulaire 123 pour le passage des gaz allant à l'accumulateur. Un in- tervalle d'air 123 sépare la paroi intérieure 120 du cylin- dre 115 pour l'isoler de celui-ci.
En se référant aux figures 12 et 13 et d'abord à la figure 12, dans le cas où le récupérateur fait partie d'une installation à turbine à gaz, on voit que l'air pénètre dans le récupérateur en venant du compresseur et qu'il pé- nètre à l'intérieur du manchon 107 qu'il parcourt sur toute sa longueur et quitte par les lumières 110 du cylindre 109.
Il entre alors dans le conduit 103 et arrive dans l'espace annulaire 123 à l'intérieur de l'enveloppe 102. De la il pénètre dans la section d'accumulateur .119a par l'espace .125, circule dans les passages de la matrice où il est chauffé et est recueilli dans l'espace 126 qui se trouve en communication avec le conduit 104. Ce dernier envoie.l'air chauffé dans un espace 127 qui entoure le cylindre.109 d'où l'air passe par les lumières 112 pour se rendre ;dans l'es- pace annulaire 128 d'où il est dirigé vers la chambre de combustion.
En même temps les gaz d'échappement chauds de la turbine pénètrent dans l'espace 129 d'où ils passent par les lumières 118 dans l'espace 130 d'où ils pénètrent dans l'accumulateur 119b. Les gaz cèdent leur chaleur à l'accu- mulateur et quittent celui-ci pour entrer dans l'espace
131 d'où ils passent par les lumières 117 du cylindre dans l'espace 132 qui se trouve en communication avec une che-
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Au nout d'un temps prédéterminé on change la punition des manchons simultanément pour les amener dans la position
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représentée sur la figure 13.
Troxsq¯'ils¯ ocÇÛpent cette posi. tion, l'air du compresseur pénètrâ", 1L,.-IlintérieuV--du manchon
107, passe par les lumières 11, puis par le conduit 106 .pour se rendre dans l'espace annulaire 123 entourant la sec- tion d'accumulateur 119b ; de l'espace 123 il pénètre dans l'espace 131, circule a travers l'accumulateur 119b où il reçoit la chaleur précédemment cédée par les gaz chauds
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et s'échappe alors'dans'1'espaoe 130 d'où il se rend par le conduit 105 dans l'espace '1'33 et de là par les lumières 112 dans l'espace 128 d'où il est envoyé à la chambre de combustion comme précédemment.'
En même temps les gaz d'échappement chauds de la turbine pénètrent dans l'accumulateur 119a par l'espace 129, les lumières 118 et l'espace 126, cèdent leur chaleur et.
s'échappent dans l'atmosphère par'l'espace 125, les lu- mières 116, l'intérieur du manchon 113 etl'espace 132.
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Le fonctionnement du récupérGteur'nae fait ou est maintenu par le renversement intermittent des manchons si- multanément d'une position à l'autre.'
Si l'on'se réfère encore une fois à la figure 11, la partie centrale de chaque' manchon est refroidi .sur la face contenant les bagues d'étanchéité, pendant un demi cycle chaque fois, par les gaz d'échappement refroidis.dans le cas du manchon 113 et par l'air froid du'compresseur dans le cas du Manchon 107.
Des'nervures 134 dans'chaque manchon contribuent à ce refroidissement en faisant dévier le flux de gaz ou l'air.'
Le cylindre 115a est isolé des gaz entrant dans l'es- pace 129 par des écrans .isolants 135 'et le cylindre 109a dans l'enveloppe 101 est isolé par des écrans 136 de l'air
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""L''" cn;d.ut1 nur not. ii'L>COUr±3 tintre l'espace annuaire 128 6t 1? chambre de mbus ti o r1.
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On réduit les chutes de pression à l'entrée des di- verses lumières en découpant les parois délimitant les en- trées aux lumières de façon à produire un effet d'injecteur.
La répartition de la température dans chaque manchon est comme précédemment symétrique dû'fait que les extrémités de chaque manchon sont relativement froides, tandis que les parties centrales 107a et 113a sont chaudes. Ceci a pour ef- fet de réduire les déformations dans.les manchons\et l'enve- loppe.
Les parois coniques 137 sont fixées à i'enveloppe
102 et au cylindre 115a et séparent l'espace d'entrée' 129 des espaces 126 et 130. Les parois présentant une forme conique se dilatent symétriquement et maintiennent par con- séquent le manchon exactement centré dans le cylindre 115a.
La partie centrale 113a du manchon est également pro- tégée contre les gaz chauds dans les espaces 126,129 et 130 par des écrans isolants 138.
La partie centrale de l'enveloppe 102 est faite en deux pièces boulonnées le long des brides 139. En ce point l'enveloppe est protégée contre les gaz chauds pénétrant dans l'espacé annulaire 129 par un écran isolant 140 espacé de l'enveloppe par des bagues 141 et les espaces sont rem- plis de matière isolante. Cette parttie centrale de l'enve- loppe 102 est également susceptible-de se dilater axialement par suite de jeux non représentés, entre la bridé 139 et la paroi 137.
Le renversement des manchons 107 et 113 de la posi- tion représentée sur-la figure 12 à celle représentée sur la figure 13 est effectué par les forces exercées sur le manchon, par les gaz d'échange de chaleur eux-mêmes par sui- te de la différence des dimensions des manchons conjointe- ment avec un mécanisme de commande approprié dont la fonction est dé maintenir les manchons dans chaque position représen- tée pendant un temps prédéterminé et de les relâcher ensuite.
Le mécanisme de commande doit aussi, pendant-le déplacement,
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faire en sorte que les manchons soient synchronisés, c'est- à-dire qu'ils passent chacun par le point neutre en même temps. En d'autres termes, lorsque le manchon 107 se trouve dans une position où les lumières 112 sont masquées, le man- chon 113 doit occuper la position où les lumières 118 sont couvertes pour interrompre l'écoulement.-des gaz.
Lorsque les manchons occupent la position représen- tée sur la figure 12 l'air à haute pression dans l'espace 126 exerce sur le manchon 113 un effort tendant à le dépla- cer vers la droite-par rapport au dessin. Immédiatement le mécanisme de commande libère les manchons, le manchon 113 accélère vers la droite et en même temps le manchon 107 se déplace vers là gauche, accélérant aussi mais à l'encontre de l'effort exercé sur sa partie centrale 107a par les gaz à @ pression à l'intérieur de l'espace 127, et tendant à réduire l'accélération du manchon 107 et, par suite du mouvement du jeu de bielles, du manchon 113 aussi.
Lorsque chaque manchon passe par la position neutre, les conditions de pression sont renversées et le gaz à hau- te pression admis alors dans l'espace 130 résiste au dépla- cement du manchon 113, décélérant celui-ci jusqu'à ce Qu'il s'arrête dans la position représentée sur la figure 13. Les manchons sont maintenus dans cette position pendant un temps prédéterminé..et sont ensuite relâchés et reviennent dans la position représentée sur la figure 12 sous' l'action des ef- forts exercés par l'air à haute pression.
Un mécanisme de commande approprié est représenté schématiquement sur la figure 14/. L'accumulateur de chaleur, les enveloppes 101 et 102, et les conduits d'inter-communica' tion ont été omis et on n'a représenté que les manchons 107 et 113 dans leurs cylindres respectifs 109 et 115.
A l'extrémité de gauche de chaque enveloppe est adap- té un cylindre renfermant un piston qui est actionné hydrau- liquement par un Fluide pratiquement incompressible, tel due L'huile.
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Le cylindre 142 est fixe au cylindre 109 qui à son .tour est fixé à l'enveloppe 101 comme c'est représenté sur la figure 11. Le piston 143 dans le cylindre 142 est fixé a manchon 107 par une tige 144 qui peut être creuse, la tige étant boulonnée au moyeu central dans la partie élargie du manchon d'où rayonnent les nervures,.134 comme c'est re- présenté sur la figure 1.
Un cylindre similaire 145 contenant un piston 146 est fixé au cylindre 115 dans l'enveloppe 102 et est fixé ,d'une manière semblable au moyeu central dans. la partie
113a du manchon 113 par la tige 147.
Des.fonds 148et 149 ferment hermétiquement l'extré- mité de gauche de chaque cylindre 142 et 145 respectivement.
Une pompe à huile 150 fournit'l'huile à-une valve rotative à rotation continue 151 qui envoie l'huile alterna- tivement à la partie de.chacun des cylindres 142,145 qui se trouve à la droite de chaque piston, par des conduites
152 et 153. Remplissant l'espace à l'intérieur de chaque cylindre entre le piston et les couvercles de fond 148 et
149, une autre quantité d'huile peut être déplacée d'un cylindre à l'autre par la conduite 154 qui est toujours pleine d'huile.
. La valve 151 est construite de telle manière que, dans la position représentée, la conduite 152 est reliée à l'évacuation de 1 .'huile par la conduite-155, tandis,que la conduite 153 se trouve en communication avec la pompe
150.
Cette situation est maintenue pendant un laps de .temps prédéterminé qui est suffisant pour permettre un échange approprié de chaleur entre les gaz chauds, l'air froid à haute pression et-les sections 'des accumulateurs.
'Après que cet intervalle de temps. s'est écoulé, la valve.151 coupe l'arrivée de l'huile de la pompe 150 à la conduite 153 et met celle-ci en communication avec l'évacua-
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tion par la conduite 155. Le manchon 113 commence alors à se déplacer vers la droite sous l'action des efforts exer- cés par l'air à haute pression sur la partie élargie 113a, comme il a été dit précédemment et, en se déplaçant ainsi il entraîne le piston 146 vers la/droite en refoulant l'huis- le par la conduite 153 dans la conduite d'évacuation 155.
En même temps la pompe 150 envoie de l'huile par la condui- te. 152 sur le côté de droite du piston 143 en repoussant celui-ci vers la gauche et en refoulant l'huile par la con- duite 154 sur la face de gauche du piston 146 de manière à assurer la synchronisation,des mouvements des deux pis- tons.
Toute fuite aux pistons 1'45, '146, qui peut modifier le volume d'huile circulant dans la conduite 154, peut être compensée par un système de valves de retenue relié à la conduite 154 pour remplacer toute quantité d"huile perdue ou évacuer toute quantité d'huile occasionnant une augmentation de volume. Suivant une variante les valvés de retenue peuvent être montées dans les pistons mêmes.
Toutefois, dans la plupart des cas, ces fuites' sont tellement faibles qu'elles n'ont pas un effet appréciable sur la synchronisation des manchons.
Suivant un autre procédé, les manchbns sont reliés mécaniquement par un embiellage comprenant une tige fixée à chaque manchon à ses extrémités et articulée au'centre. Le maintien du manchon à l'extrémité de ses courses peut être assuré par le dispositif hydraulique.
On peut se rendre compte que dans les deux formes d'exécution représentées, la symétrie des températures est atteinte dans une direction axiale à l'intérieur de chaque' enveloppe. Dans chaque cas, la partie centrale d'un manchon commande l'entrée des gaz cédant leur chaleur avant le re- froidissement, tandis que la partie centrale de l'autre man- chon commande la sortie du gaz absorbant la chaleur, lors-
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qu'il a été chauffé. Les parties centrales de l'enveloppe sont par conséquent toujours soumises aux gaz chauds.
D'au- tre part, les parties situées aux extrémités sont toujours froides, un manchon commandant l'admission du gaz absorbant la chaleur avant qu'il ne soit chauffé tandis que l'autre commande la sortie des gaz cédant leur chaleur, après qu'il,- aient été refroidis. Ce fait joint au fait que les manchons jouent'également le rôle de conduits pour les-gaz froids, . notamment les '.gaz de cession de chaleur refroidis d'une ,part et les-gaz froids absorbant la chaleur d'autre part, signifie que la température augmente progressivement des extrémités de l'enveloppe vers'le centre.
En outre, les manchons dans les deux cas sont de construction très simple et sont légers, et le fait qu'ils ne renferment pas de lumières signifie que la déformation est maintenue à un minimum.
D'autres avantages sont obtenus du point de vue fa- brication si les manchons ont des dimensions identiques, mais ce facteur peut être dépassé en importance par l'op- portunité de construire le manchon à haute pression en de plus faibles, dimensions lorsque les masses en circulation sont très grandes.
Ainsi qu'il a.été dit le système de distribution en lui-même ..entre dans le' cadre d.e la présente- invention et la forme de construction préférée de'la 'distribution est celle décrite avec référence à la figure-8,..tandis qu'une forme préférée de la valve proprement dite est représentée sur les figures .8 et 10.
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Improvements to recuperative heat exchangers.
This invention relates to a valve distribution arrangement or system and relates particularly, though not exclusively, to the application of such distribution to a recovery heat exchanger of the type where fluids having the desired conditions for the exchange. heat transfer heat to an accumulator or matrix and absorb it alternately under the control of the valve distribution.
According to the invention, the valve distribution system which controls the flow of at least one of the fluids comprises a casing having at least two parts of cross-sections of different sizes, each part having openings for fluid flow, a movable tubular valve element placed at the
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sorter of the envelope and having openings at each of its ends, and parts arranged longitudinally, of suitable cross section, sliding to cooperate with the parts of the envelope so as to open and close the envelopes. lights which are there.
In a preferred embodiment of the distribution system, the casing and the valve element each have two portions of smaller cross section and an intermediate portion of larger cross section. The movable valve elements can be arranged to perform a reciprocating movement.
In another preferred embodiment of the invention, two valve elements each disposed in their own casing or housing are interconnected for simultaneous operation.
As has been said previously, the valve distribution according to the invention finds a particular application in recuperative heat exchangers, one embodiment of which is described in the applicant's English patent application no. 18919/52 where the heat exchanger comprises an accumulator matrix or heat accumulator and a valve sleeve intended to control the flow into the accumulator of the hot fluid and of the cold fluid between which the heat exchange must take place, 'accumulator being constructed in two sections spaced apart from one another inside a casing,' on either side of itself;
center line, the arrangement being such that the hot fluid is admitted between the sections of the accumulator and that substantially all of the hot fluid is caused to flow through at least one of the sections of the accumulator. 'accumulator outside the casing to go into an end outlet thereof, while the cold fluid is admitted into at least one of the accumulator sections at an inlet end of the 'envelope
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and that virtually all of the fluid.
The cold is caused to flow inside the casing by the accumulator sections to reach an outlet 'located between the sections of the accumulator, the accumulator sections being' traversed, under the control of the valve sleeve, alternately by hot and cold fluid.
The heat exchanger disclosed in this patent application consists of a single sleeve which moves to control the inlets and outlets in such a way that when a section of the heat accumulator or die is subjected to the hot fluid the other section is subjected to the cold fluid. In another arrangement, the two accumulator sections are subjected simultaneously to a fluid and then to 7. ' other fluid.
It has also described embodiments where the accumulator sections: move at the same time as the sleeve, or are fixed.
When these heat exchangers are called upon to treat large masses, the use of a sleeve to control the two sections of heat accumulators, implies the similarity of the dimensions of the light areas, the dimensions being based on the maximum volume of fluid circulating therein and it follows that one is faced with the problem of keeping the dimensions of the recuperator, especially of the moving parts, within reduced limits, and of keeping the deformation to a minimum.
An object of the invention is to provide a sleeve-valve-driven recovery heat exchanger which can be used for a wide range of flow rates and tends to overcome these difficulties.
In accordance with one embodiment of the invention, the recovery heat exchanger comprises a heat accumulator and a valve sleeve distribution for controlling the flow of fluids through the accumulator.
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relatively hot and relatively cold fluids between which the heat exchange must take place, the heat accumulator, on the one hand, being constructed in such a way as to form two spaced sections ¯ one, on the other)
inside a casing and provided with inlets and outlets so arranged that the hot fluid is admitted at least into one of the accumulator sections through an inlet placed between them and that substantially all of the hot fluid is forced to flow through the accumulator section inside the casing into an outlet at the end thereof, while the coolant is forced to flow. admitted at least into one of the sections of the heat accumulator through an inlet located at one end of the casing and that practically the;
all of the cold fluid is forced to flow inside the casing by the accumulator section into an outlet located between the accumulator sections, and the valve sleeve distribution, on the other hand, comprising two valve sleeves are linked together for simultaneous operation, one of the valve sleeves controlling the inlet and outlet of a heat accumulator section while the other valve sleeve controls the the inlet of the fluid to be cooled to the other accumulator section and its crimped therewith,
each valve sleeve comprising a hollow tubular sleeve having end parts and a central part of larger diameter than the end parts and cooperating with a casing of similar conformation provided with lights situated in the ends. fluid path and likely to be covered or uncovered by the sleeve.
- Two embodiments of the invention in its application to a recuperative heat exchanger will be described below, by way of example with reference to the appended drawings in which: Figure 1 shows the general arrangement.
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of a (.- first embodiment of the heat exchanger where deze valve sleeves are located in a common envelope. ..¯.¯. 'La figura -.mōrē 1! envelohleo'h exchanger deTçha, their half of which is represented "in section.
Figure 3 is an end view of the casing, one half of it being shown in section on line 2-2 of Figure.2. '
Figure 4 shows an end cover in section.
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Figure 5 is a front elevation of the cover of Figure 4 seen in the direction of arrow F.
Figure 6 is an end elevation of the cover of Figure 4 viewed in the direction of arrow G.
Figure 7 is a sectional view taken along line 7-7 of Figure 4.
Figure 8 shows one of the sleeves in section.
FIG. 9 is a detailed sectional view of a lubrication bulge.
Figure 10 'is a section taken on line 10-10 of Figure 8.
Figure 11 is a sectional view of a second embodiment of the invention where the valve sleeves are located in separate shells.
Figures; 12 and 13 show two bottom positions
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running of the sleeves, pant operation, and ". sleeve stroke, pen, operation, and * L, a @ Figure-14, shows a control mechanism" to apply the invention to practice, according to a fol- fule delxecuion, for example, the form of execution where the two valve sleeves are situated in an envelope, as shown in figure 1, an envelope 1, open at each end, which is used, as shown in FIG. comprises in its central part two cylinders 2 and 3, provided (the light which forint
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surfaces of tlll t ± éit <4 for the central parts of the
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sleeves. End plates 4 and 5 are bolted to each end of the casing.
Each end plate came in one piece with two lumen cylinders of smaller diameter than the central lumen cylinders.
2 and 3: The cylinders 6 and 7 are associated with the end plate 4, while the cylinders 8 and 9 are associated: with the end plate 5. The end cylinders 6 and 7 and cylinders 8 and 9 form sealing surfaces for the end portions of the sleeves and extend inside the casing to a small distance from the central cylinders 2 and 3, the cylinders 6 and
8 located in the axial extension of the central cylinder
2, while the cylinders, '7 and 9 lie in the axial extension of the central cylinder 3.
A sleeve 10 consisting of both a hollow tube having an enlarged central portion 10a slides at its ends 10b, 10c in the cylinders
6 and 8 respectively while its central part 10a slides in the cylinder. 2. Similarly, the sleeve 11 which has an enlarged part 11a slides at its ends 11b, 11c in cylinders 7 and 9 respectively, while its central part slides in cylinder 3.
A thermal accumulator section 12, consisting of wire mesh; mesh or corrugated sheets is introduced into a space between the cylinders 6 and
7 and the casing 1, in such a way that seen in front elevation, it has a shape matching that of the casing 1. An accumulator section 13 is arranged in the form of the casing. other end of the envelope,
However, the accumulator sections can be arranged so as to completely surround each sleeve :.
The heat accumulator is enclosed at its outer periphery in a radiation shield 14 which is separated from the casing 1 by spacers 15 so as to
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maintain an insulating layer of air between the screen and the casing 1. A similar screen 1.6 is arranged at the outer periphery of the accumulator 13.
The heat exchanger operates as follows when it is used for preheating the air in a gas turbine installation.
The high pressure cold air, leaving the compressor, is led on its way to a combustion chamber at the heat exchanger through inlet A and, in; position. occupied by the sleeves on the drawing, it runs through the sleeve 10 over its entire length and then passes through the openings 17 in the cylinder 8 entering the space 18 before entering the heat accumulator or die 13 which has been previously heated.
In the accumulator 13 it receives heat and then enters the space 19 from where it passes through the openings 20 in a gasket 21 of the central cylinder 2 and, from there through the lights 22 of the cylinder. 2 which coincide with the slots 20 of the gasket 21 to enter the space 23 from where it leaves the heat exchanger through a duct not indicated in this figure but shown in Figure 2 at 60, on its path to the combustion chamber.
As this occurs, the turbine exhaust gases are conducted into space 24 through an inlet duct which is not shown in Figure 1, but which can be seen at 59 in Figure 2, 'and from this space the exhaust gases pass through the ports 25 in the cylinder 3 and then through the coicidal openings 26 of a gasket 27 of the cylinder 3, into the space 28 to reach the accumulator 12 where they encode their heat) after which they pass through lumens 29 of cylinder 7 in the center of the tie end portion. the latter from which they escape from the heat exchanger through outlet B.
Sleeves 10 and 11 remain in this position for a predetermined interval, which is based on the
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time necessary to ensure a suitable heat exchange, and they are then reversed, by a device which will be described later, until the limit of their course in the opposite direction, that is to say that the sleeve 10 is moved to the left, with respect to figure 1, until its right end unmasks the ports 30 of the cylinder and the sleeve 11 is moved to the right until the lights 31 of cylinder 9 are unmasked.
The air which enters the heat exchanger through the inlet A can then enter the accumulator 12 through the ports 30 and the space 32. After having been heated in the accumulator 12 it enters the space 28 from where it passes through the openings 20 and 22 of the gasket 21 and of the cylinder 2, respectively, in the space 23 which it leaves by a duct (as it was said previously! ') to reach the chamber .of combustion.
At the same time, the turbine exhaust gases enter space 24, as previously said, pass through ports 25 and 26, enter space 19 and from there pass into the accumulator 13 where they release their heat before entering the space 18, passing through the openings 31, from where they circulate over the entire length of the sleeve 11 to leave the heat exchanger through the outlet B.
This completes the cycle and the movement of the sleeves is done at regular intervals during operation. There is a -position during the reversal of the movement of the sleeves where all the lights are masked, but this is only momentary and n 'not affect the continuous operation of the gas turbine plant, the operation of the heat exchanger, as described, thus being continuous,
A wall 33 extending perpendicular to the plane of the paper over the entire width of the envelope prevents
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leaks between space 23 and space 24.
Each sleeve is provided with sealing rings 34 placed at both ends and in the central part and these sealing rings prevent gas leakage between the sleeve and the cylinder which encloses it.
In the larger diameter central portion of each sleeve evenly spaced radial vanes are integrally formed with the sleeve and terminate in a central hub.
These vanes are indicated at 35 in the sleeve 10 and the hub is designated by the reference numeral 36, while the vanes of the sleeve 11 are designated by the numeral 37 and the central hub by the numeral 38.
The interior of each sleeve is kept cold by the cold compressed air in one case, namely that of the sleeve 10, while the interior of the sleeve 11 is kept cold by the cooled exhaust gases from the turbine. bine, and the presence of the vanes helps to ensure a suitable distribution of the cold air and cold gases in the central part of each sleeve for cooling. is lying.
Radiation shields 39, 40, 41 and 42, supported by thin layers of insulating air also help to keep the sleeves cold by isolating them from hot gases coming from the turbine or from the air when it has been heated. .
Radiation screens can also be arranged on the inclined faces' of the widened part of each sleeve.
Each sleeve is actuated by an oil piston, the sleeve 10 being actuated by the piston 43 and the sleeve.
11 by the piston 44. A lever 45 rotating around the pivot 46 est.articulé to the two pistons so as to synchronize their movement,
The piston 43 has an enlarged end 43a, a hollow central part 43b and another part 430 provided with an oil duct 47. This end part 430 passes
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in a hub 36 to which it is fixed by means of a nut
48 so that the movement of the piston 43 has the effect of moving the sleeve 10. The end part
43a and part of the central section 43b slide into a cylinder 49 formed integrally with a cup-shaped end cover 50 bolted to the bottom of the casing
1.
Piston 44 is constructed in a similar fashion, is attached to sleeve 11 and slides into a cylinder 50 integrally fitted with a cup-shaped end cover 52 which is also bolted to the bottom 5.
At the end 43c of the piston 43 is fixed a three-way measuring valve 53 intended to distribute the lubricating oil to the sealing rings 34 by pipes indicated in chain lines in the sleeve 11.
A similar valve 54 is fitted to the end of piston 44. In service, the lubricating oil, when the sleeves occupy the positions shown, is admitted under pressure through oil holes (similar to those shown. in dotted lines in the sleeve 11) of the cylinder
49 in, .. a space 55 between the inclined face of the piston 43a and the head of the cylinder 49, thus forcing the piston 43 and consequently the sleeve 10 to the left in relation to FIG. 1.
The oil also passes through the oil ports .56 in section 43b of the piston, 43 and then passes, through line 47 to the three-way metering valve 53 from where it is conducted, through the pipes shown in the sleeve
11 in chain lines, 'to the sealing rings 34 of the sleeve 10.
As the oil is admitted into the space 55 inside the cylinder 49, the pressurized oil in the space 57 of the cylinder 51 is released and can flow out through the holes in the cylinder ( shown in broken lines) near the head of the cylinder, under the action of the part 44a of the piston 44 which as a result of
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to the right of the drawing by bringing the sleeve 11 with it.
During operation of the sleeves in reverse direction, the oil passes through the line 58 of the part 44c (the piston 44 and enters the metering valve 54.
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If. One 13 (refers mainbenanb to''fisses 2 and 3, ""; il%, j rewaigae an en.lr4ne for 1 <9ix g! Ii;} .1 1, ndifiée ony remark.c an entry for the c; <'l C la1.'! - utl indicated a 59 and an outlet 60 for the preheated air, on its path to the combustion chamber.
A wall 61, of frustoconical shape, completely surrounds each of the cylinders 2 and 3 and fills the space between these cylinders and the outer wall of the casing 1 so as to hermetically separate the end part of the casing. from the central part except by cylinders 2 and 3.
As shown in Figure 4, the end cover may be used for either end cover designated by reference numerals 4 or 5 'on
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the .Pî.grlzo 1, 5surf that the cover; 5 of flower 1 es (; provided with bolt holes 62 for the support of the pivot of lever 45.
As shown in Figures 5 and 6, the accumulator
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heat 12 can be introduced (larls the space 63 where it is supmorté ',: m'Gre the walls 64 and the casing 1, the .fOl'illÚ of the accumulator adapting to that of the envelope 1. The wall 65 of FIG. 4 is also shown therein.
Figure 7 does not require explanation.
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The flower 8 't> .On L.i> <; 'Ur1.-leu mandions 10 or 11 eV \ cou- po (I rüL "[',.; uünt'1 in <1" ta 1. 1. the di8PO: ÜIJi.f used for .lm; i ' ; .t1: 5.-â; i dus J11; 'il (; E1 d' c3tanchÓ: i té.
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interrupted in Figure 1, is screwed into the opening to bring the falls. pressure between the three-way measuring valve and the various sealing rings to be equal so as to ensure a uniform distribution of the lubricating oil. From the opening 66 the oil enters the conduits 67 from where it goes into the grooves for the sealing rings.
The sealing rings in the end portion of each tube are connected to the three-way metering valves by bosses 68 and 69. Boss 68 can be seen in this figure, but boss 69 is also shown. can be seen in figure 9.
The oil is led to each of these bosses, the details of which are shown in section in Figure 9, and passes through a measuring choke screwed to the bulge in a hole 70 and from there through oil holes 71, in the bottom grooves for sealing rings.
Figure 10 also shows the vanes 35 of the figure and the hub 36.
In the form of construction described above, the use of a single shell reduces the cost of manufacture; the lids are of identical construction; the sleeves are identical in shape and dimensions, the heat accumulator can be attached to the end cover and can be easily removed for cleaning by removing the end cover; the lubrication of the sealing rings is carried out from the inside of each sleeve which is cooled either by cold air or by cooled air;
the length of the sealing surfaces can be reduced, as the sealing rings in the central part of each sleeve ensure the seal at all times., while the sealing rings at each end of the sleeve are in sealing contact alternately so that out of a total of six sets of sealing rings
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effective seals, for example, only four need to seal at a time.
We will now examine the variant of the heat exchanger shown in Figures 11 to 14 with first reference to Figure 11. This heat exchanger comprises shells 101 and 102, each of which contains a muff. Around the connection to each casing, four conduits 103 to 106 are used.
Within the casing 101 there is a sleeve 107 which has, as shown, a smaller diameter than the sleeve in the casing 102, is hollow and cylindrical, and includes a central portion 107a of. larger diameter. The sleeve 107 slides by means of sealing rings 108 in a cylinder 109 housed in the casing 101.
The central portion 107a of the sleeve 107 slides in a larger diameter cylinder 109a rises in the center of the casing 101. The end portions of the sleeve mask and unmask openings 110 and 111 in the cylinder.
109, while the central part 107a covers and uncovers openings 112 of the cylinder 109a. '.
In the lower casing 102 there is a sleeve
113 similar in shape to sleeve 107 but of larger diameter and which in turn comprises two end sections and a central section 113a of larger diameter, the sleeve sliding by means of sealing rings 114 in a cylinder, 115. The end portions of the sleeve 113 cover and uncover openings 116 and 117 of the cylinder 115, while the central portion 113a covers and uncover slots 118 of the cylinder 115a.
Between the end portions of the cylinder 115 and the outer wall of the casing 102 is a heat accumulating matrix or mass 119 in two sections 119a and 119b. This heat accumulator is housed between
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inner and outer cylindrical kings 120 and 121 which are held together by rods 122 at the same time acting as spacers between four layers each constituting the accumulators 119a, 119b. The accumulator consists of a large number of small parallel carnals for the circulation of gases and is established in a truncated form.
The outer wall 121 is spaced from the wall of the casing 102 so as to form an annular space 123 for the passage of gases going to the accumulator. An air gap 123 separates the inner wall 120 from the cylinder 115 to isolate it therefrom.
Referring to Figures 12 and 13 and first of all to Figure 12, in the case where the recuperator is part of a gas turbine installation, it can be seen that the air enters the recuperator from the compressor and that 'it penetrates inside the sleeve 107 which it traverses over its entire length and leaves through the openings 110 of the cylinder 109.
It then enters the duct 103 and arrives in the annular space 123 inside the casing 102. From there it enters the accumulator section .119a through the space .125, circulates in the passages of the matrix where it is heated and is collected in the space 126 which is in communication with the duct 104. The latter sends the heated air into a space 127 which surrounds the cylinder.109 from which the air passes through them. lights 112 to get into the annular space 128 from where it is directed to the combustion chamber.
At the same time the hot exhaust gases from the turbine enter the space 129 from where they pass through the openings 118 into the space 130 from where they enter the accumulator 119b. The gases give up their heat to the accumulator and leave it to enter space.
131 from where they pass through the holes 117 of the cylinder into the space 132 which is in communication with a plug.
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At the end of a predetermined time we change the punishment of the sleeves simultaneously to bring them into the position
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shown in figure 13.
Troxsq¯'ils¯ ocÇÛpent this position. tion, the air from the compressor penetrates ", 1L, .- The interior of the sleeve
107, passes through the openings 11, then through the conduit 106 to reach the annular space 123 surrounding the accumulator section 119b; from space 123 it enters space 131, circulates through accumulator 119b where it receives the heat previously released by the hot gases
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and then escapes' into 'space 130 from where it goes through conduit 105 into space' 1'33 and from there through lights 112 into space 128 from where it is sent to space. combustion chamber as before. '
At the same time, the hot exhaust gases from the turbine enter the accumulator 119a through the space 129, the ports 118 and the space 126, release their heat and.
escape into the atmosphere through space 125, light 116, the interior of sleeve 113 and space 132.
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The operation of the recuperator is effected or maintained by the intermittent reversal of the sleeves simultaneously from one position to another.
Referring again to Figure 11, the central part of each sleeve is cooled on the face containing the sealing rings, for half a cycle each time, by the cooled exhaust gases. in the case of sleeve 113 and by cold air from the compressor in the case of sleeve 107.
Ribs 134 in each sleeve aid in this cooling by deflecting the flow of gas or air.
Cylinder 115a is isolated from gases entering space 129 by insulating screens 135 'and cylinder 109a in casing 101 is isolated by screens 136 from air.
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"" L '' "cn; d.ut1 nur not. Ii'L> COUr ± 3 hold the directory space 128 6t 1? Mbus room ti o r1.
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Pressure drops at the inlet of the various ports are reduced by cutting the walls delimiting the inlets to the ports so as to produce an injector effect.
The temperature distribution in each sleeve is as previously symmetrical due to the fact that the ends of each sleeve are relatively cold, while the central parts 107a and 113a are hot. This has the effect of reducing the deformations in the sleeves \ and the casing.
The conical walls 137 are fixed to the casing
102 and the cylinder 115a and separate the inlet space 129 from the spaces 126 and 130. The conically shaped walls expand symmetrically and therefore keep the sleeve exactly centered in the cylinder 115a.
The central part 113a of the sleeve is also protected against the hot gases in the spaces 126, 129 and 130 by insulating screens 138.
The central part of the casing 102 is made in two pieces bolted along the flanges 139. At this point the casing is protected against hot gases entering the annular space 129 by an insulating screen 140 spaced from the casing by rings 141 and the spaces are filled with insulating material. This central part of the casing 102 is also capable of expanding axially as a result of clearances, not shown, between the flange 139 and the wall 137.
The reversal of the sleeves 107 and 113 from the position shown in figure 12 to that shown in figure 13 is effected by the forces exerted on the sleeve, by the heat exchange gases themselves as a result. the difference in the dimensions of the sleeves together with an appropriate control mechanism whose function is to hold the sleeves in each position shown for a predetermined time and then release them.
The operating mechanism must also, during movement,
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ensure that the sleeves are synchronized, that is to say that they each pass through the neutral point at the same time. In other words, when the sleeve 107 is in a position where the ports 112 are concealed, the sleeve 113 must occupy the position where the ports 118 are covered to interrupt the flow of gases.
When the sleeves occupy the position shown in Figure 12 the high pressure air in space 126 exerts a force on the sleeve 113 tending to move it to the right of the drawing. Immediately the control mechanism releases the sleeves, the sleeve 113 accelerates to the right and at the same time the sleeve 107 moves to the left, also accelerating but against the force exerted on its central part 107a by the gases to @ pressure inside the space 127, and tending to reduce the acceleration of the sleeve 107 and, as a result of the movement of the connecting rod set, of the sleeve 113 as well.
As each sleeve passes through the neutral position, the pressure conditions are reversed and the high pressure gas then admitted into space 130 resists displacement of sleeve 113, decelerating the latter until it is moved. stops in the position shown in figure 13. The sleeves are maintained in this position for a predetermined time and are then released and return to the position shown in figure 12 under the action of the forces exerted by high pressure air.
A suitable control mechanism is shown schematically in Figure 14 /. The heat accumulator, the casings 101 and 102, and the intercommunication conduits have been omitted and only the sleeves 107 and 113 have been shown in their respective cylinders 109 and 115.
At the left end of each casing is fitted a cylinder containing a piston which is actuated hydraulically by a practically incompressible fluid, such as oil.
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The cylinder 142 is fixed to the cylinder 109 which in its turn is fixed to the casing 101 as shown in FIG. 11. The piston 143 in the cylinder 142 is fixed to the sleeve 107 by a rod 144 which can be hollow. , the rod being bolted to the central hub in the widened part of the sleeve from which the ribs radiate, .134 as shown in figure 1.
A similar cylinder 145 containing a piston 146 is attached to cylinder 115 in casing 102 and is attached, in a manner similar to the central hub in. the part
113a of the sleeve 113 by the rod 147.
Bottoms 148 and 149 hermetically seal the left end of each cylinder 142 and 145 respectively.
An oil pump 150 supplies the oil to a continuously rotating rotary valve 151 which sends the oil alternately to the part of each of the cylinders 142,145 which is to the right of each piston, through lines.
152 and 153. Filling the space inside each cylinder between the piston and the bottom covers 148 and
149, another quantity of oil can be moved from one cylinder to the other through line 154 which is always full of oil.
. The valve 151 is constructed such that, in the position shown, the line 152 is connected to the oil discharge through the line 155, while the line 153 is in communication with the pump.
150.
This situation is maintained for a predetermined period of time which is sufficient to allow a suitable exchange of heat between the hot gases, the cold high pressure air and the sections of the accumulators.
'After this time interval. has elapsed, the valve. 151 cuts off the arrival of oil from pump 150 to line 153 and places this in communication with the evacuator.
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tion through line 155. The sleeve 113 then begins to move to the right under the action of the forces exerted by the high pressure air on the widened part 113a, as has been said previously and, by moving thus it drives the piston 146 to the right by pushing the oil through the line 153 into the discharge line 155.
At the same time, the pump 150 sends oil through the pipe. 152 on the right side of the piston 143 by pushing the latter towards the left and by discharging the oil through the pipe 154 on the left face of the piston 146 so as to ensure the synchronization of the movements of the two pistons. tones.
Any leakage at pistons 1'45, '146, which can alter the volume of oil flowing in line 154, can be compensated for by a check valve system connected to line 154 to replace any lost oil or drain off. any quantity of oil causing an increase in volume According to a variant the retaining valves can be mounted in the pistons themselves.
However, in most cases these leaks are so small that they do not have an appreciable effect on the timing of the sleeves.
According to another method, the sleeves are mechanically connected by a linkage comprising a rod fixed to each sleeve at its ends and articulated au'centre. Maintaining the sleeve at the end of its strokes can be provided by the hydraulic device.
It can be appreciated that in both embodiments shown, temperature symmetry is achieved in an axial direction within each envelope. In each case, the central part of one sleeve controls the entry of the gases releasing their heat before cooling, while the central part of the other sleeve controls the exit of the heat-absorbing gas, when
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that it was heated. The central parts of the casing are therefore always subjected to the hot gases.
On the other hand, the parts located at the ends are always cold, one sleeve controlling the admission of the heat-absorbing gas before it is heated while the other controls the exit of the gases releasing their heat, after it is heated. 'it, - have been cooled. This fact together with the fact that the sleeves also play the role of conduits for the cold gases. in particular the cooled heat transfer gases on the one hand and the cold heat-absorbing gases on the other hand, means that the temperature gradually increases from the ends of the casing towards the center.
In addition, the sleeves in both cases are very simple in construction and are lightweight, and the fact that they do not contain lumens means that the deformation is kept to a minimum.
Further advantages are obtained from the point of view of manufacture if the sleeves have identical dimensions, but this factor may be outweighed by the advisability of constructing the high pressure sleeve in smaller dimensions when the masses in circulation are very large.
As has been said the dispensing system itself is within the scope of the present invention and the preferred form of construction of the dispensing is that described with reference to Figure 8, ... while a preferred form of the valve proper is shown in Figures 8 and 10.
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