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La présente'invention se rapporte à un appa- reil échangeur de chaleur et en particulier à un disposa tif pour améliorer l'efficacité de fonctionnement d'un échangeur de chaleur du type régénérateur rotatif.
Dans un échangeur de chaleur de ce type, une masse de matériau d'échange de chaleur, portée par un rotor, est d'abord disposé sur le trajet de gaz chauds pour en absorber la chaleur, puis, par rotation du rotor, le matériau d'échange de chaleur est placé sur le trajet d t un fluide où il est , apte, à communiquer de la chaleur au fluide qui y passe. Fréquemment, le fluide à chauf- fer est de l'air comprimé, de sorte que lorsqu'une partie du rotor quitte le conduit d'air et vient dans le conduit du gaz à basse pression, l'air qui est emprisonné dans le rotor'se répand dans le. gaz en déplaçant une grande ..quantité de gaz et il en résulte aussi une perte d'une grande partie du travail nécessaire à la compression de l'air.
En conséquence, un but de la présente inven- (ion est de procurer une construction capable de diminuer sensiblement le transport d'air du conduit d'air au con- duit des gaz évacués et, en même temps, de réduire les fuites directes entre le courant d'air à haute pression et le courant de gaz à basse pression en prévoyant entre eux des régions de pression intermédiaire/,.
L'invention sera mieux comprise au cours de la description suivante en se référant aux dessins annexés dans lesquels : .. la figure 1 représente schématiquement en coupa élévation un pré-chauffeur d'air régénérateur rota- tif du type-conforme à la présente invention;
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- la figure'2 représente schématiquement, vu du dessus, un rotor comportant une plaque pourvue de secteurs fendus reliés par une conduite ; - les figures 3 à 8 inclusivement représentent schématiquement des phases successives de la rotation d'un rotor par rapport à une plaque fixe d'extrémité ou à secteurs; ... la figure 9 est une vue schématique en plan d'un échangeur de chaleur rotatif conforme à l'inven- tion;
la figure 10 est une coupé suivant la ligne
10-10 de la figure 9.
Dans les dessins, le chiffre 8 désigne la co-. quille cylindrique d'un rotor, qui est divisée en com- partiments en forme de secteurs par des cloisons radia- .,les 11 qui la relient à l'arbre 12 du rotor. entraîné par un moteur à travers un train d'engrenages réducteur
13 pour faire tourner le rotor lentement par rapport à son axe. Les compartiments du rotor contiennent une ,.substance de transfert et de régénération de chaleur comme par exemple des plaques métalliques 14 qui absor- bent la chaleur des gaz chauds qui pénètrent-dans le pré- chauffeur à travers une conduite 15 reliée à un échappe- ment de turbine ou autre source de chaleur.
Lorsque le rotor tourne lentement autour de son axe, les plaques chauffées 14 sont amenées dans un courant d'air comprimé admis à travers une conduite 17 où elles cèdent leur ' chaleur à l'air. Après être passé sur les 'plaques 14 et en avoir absorbé la chaleur, le courant d'air est' con- duit, par la.buse de sortie 18 à l'orifice d'admission d'air chaud d'un brûleur, à une chaudière ou autre point d'utilisation.
------- Afin que les courants de gaz et d'air ne puis-
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sent éviter la surface de transfert de chaleur 14 en s'écoulant à travers l'espace libre annulaire 24 exis- tant entre la coquille du rotor 8 et l'enveloppe 20 qui la contient, il est d'usage de prévoir, sur la coquille
8 des joints circonférentiels d'étanchéité représentés schématiquement en 25 dans la figure 1, qui frottent con- tre les plaques d'extrémités 21 ou autres pièces de l'en- veloppe, de façon à fermer hermétiquement l'espace 24 aux deux extrémités du rotor. Des joints radiaux 27 fi- xés sur les cloisons radiales, frottent contre les par- ties non perforées des plaques d'extrémités ou à sec- teurs 21 pour empêcher l'écoulement du fluide d'un com- partiment sectoriel à un autre.
La figure 2 représente schématiquement une pla,' que d'extrémité 21 superposée à un'rotor 8 divisé en ..compartiments en forme de secteurs par des-cloisons ra- diales 11. A un certain espace axial du rotor est dis- posée la plaque à secteurs 21 qui comprend une plaque unique ayant deux parties non perforées, en forme de secteurs, 21A et 21B, de grandeurs sensiblement égales et dont chacune est munie d'orifices, par une fente ra- diale 26 disposée à mi-chemin de ses côtés alignés radiaw lement avec les cloisons 11.
Les parties opposées, en forme de secteurs, sont déplacées circonférentiellement, d'une distance qui permet à une partie de recouvrir sen- siblement deux compartiments entiers du rotor à l'in- stant où l'autre partie de-la plaque à secteurs recouvre un compartiment entier et une moitié de chacun des com- partiments adjacents comme le montre la figure 2.
Comme les fentes 26 sont centrées dans les di- visions respectives de la plaque à secteurs, on peut voir qu'une fente 26 est,superposée à une cloison 11 à l'instant où la seconde fente 26 est à mi-chemin entre
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.une.paire de cloisons'adjacentes 11. Une conduite 28 relié les fentes 26A et 26B de façon à permettre un écou- lement de fluide entre les fentes et une égalisation des pressions dans les secteurs couverts par les fentes res- pectives. Des limitations pratiques ne permettent l'uti- lisation d'une plaque à secteurs fendue qu'à une extrémi- té seulement du rotor. Toutefois, des plaques à secteurs - munies d'orifices et placées aux extrémités opposées du rotor ne changeraient en rien le fonctionnement basique et resteraient dans le cadre de la présente invention.
La conduite 28.est représentée dans là figure 2 seule- ment ; il doit être entendu, toutefois, qu'elle doit être présente pour fournir un moyen pour l'égalisation des pressions dans les compartiments respectifs,,et elle a été omise dans les figures 3 à 8 seulement pour des rai- -sons de commodité.
Dans cette disposition, le gaz chaud qui pénè- tre dans la conduite 16 s'écoule sur les éléments 14 dans les secteurs du c8té gaz représentés.par le chiffre
10 dans les figures 3 à 8. La chaleur du gaz est absor- .bée par les éléments chauffants qui traversent le c8té gaz., après quoi ces éléments sont amenés par le rotor tournant, en contadt avec l'air comprimé froid qui entre dans l'enveloppe du rotor par la conduite 17 et qui.tra- verse les compartiments sectoriels représentés par ne numéro 40.
Le numéro 10 représente,une pression moyenne de gaz régnant dans 1.'un-quelconque des compartiments alignés avec la conduite de gaz 15 tandis que'le numéro 40 représente,une pression d'air moyenne dans les compar- timents diamétralement opposés quand ils sont en aligne- ment avec la conduite d'air 17.
Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, tout air comprimé restant dans l'un quelconque des comparti- ments en forme de secteurs du rotor, -lorsque ces compar-
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timents passent de la communication avec la conduite d'air 17 à la conduite de gaz 15, se répand dans ;le cou- rant de gaz et il en résulte une parte de travail néces- saire pour la compression de l'air. Pour éviter cette perte d'air comprimé, on utilise la conduite de dégage- ment 28 pour relier les fentes 26 formées dans des par- ties apposées de la plaque à secteurs.
Ainsi, alors que 'les.secteurs "b" et c" de la figure 5 sont en communica- tion directe avec l'alimentation en air comprimé, d'au- tres secteurs "e", "f", "g" et "h" sont en communication directe avec l'alimentation en gaz, et une paire de com- partiments "a" et "d", placés sensiblement à l'apposé l'un de l'autre et entre les passages d'air et de gaz, sont reliés par la conduite de dégagement 28 pour consti- tuer, comme le montre la figure 6, une paire'de pompar- timents disposés en opposition l'un à l'autre, dans les- quels règnent sensiblement des pressions égales.
Si on se reporte aux figures 3 à 8 du- dessin, on peut y suivre, graphiquement, un cycle complet de fonctionnement. Dans toutes les conditions représentées, le rotor tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et, comme on l'a mentionné précédemment, une conduite
28 relie à tout instant les fentes espacées 26A et 26B afin d'égaliser les pressions entre une paire de sec- teurs sensiblement opposés.
Les figures 3 à 8 représentent le moter d'un pré-chauffeur d'air, régénérateur rotatif, recevant un gaz chaud s'écoulant à travers le coté gaz à 0,7 kg/cm2 et communiquant de la chaleur aux élémentschauffants portés par le rotor. De l'air comprimé à 2,8 kg/cm2 s'écoule le long des éléments chauffés situés dans les secteurs alignés sur la conduite d'admission d'air 17 et en absorbe la chaleur. Les compartiments sectoriels
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"a" et "e" sonr représentes comme renfermant des pres- sions égales de 1,4 kg/cm2 car les fentes 26 reliées ré- ciproquement par la conduite 28 permettent une égalisa- tion complète de la pression entre le côté air à 2,8 kg/cm2 et le côté gaz à 0,7 kg/cm2.
A mesure que chaque compartiment sectoriel quitte le courant d'air, de l'air comprimé y est emprisonné par la partie non perforée ' de la plaque à secteurs 21B, et la pression reste sensi- blement à 2,8 kg/cm2 comme indiqué dans la figure 3 dans laquelle le secteur "d" est représenté un instant avant qu'il ait tourné et soit venu en communication avec la fente 26B. La figure 4 représente. le rotor peu de temps après, lorsqu'il a tourné d'une quantité additionnelle suffisante pour permettre à la cloison E de passer au de- là de la'fente 26B. A ce point, une fente'26 est à mi- chemin entre les cloisons A et B, sur le compartiment "a" établissant une communication directe avec le compar- timent "d" à travers la conduite du dégagement 28.
La pression, dans le compartiment "d" tombera de 2,8 à
2,46 kg/cm2 et finalement à 2,1 kg/cm2, tandis que la pression, dans le compartiment "a" augmentera de 1,4 à
1,76 kg/cm2 et s'établira à 2,1 kg/cm2 en équilibre avec la pression dans le compartiment "d". A ce point, si on se reporte à la figure 6 on voit que la cloison A a tour- né jusqu'à une fente 26 et que cette fente espacée 26 est maintenant à mi-chemin entre les cloisons D et E.
Une légère rotation du rotor donne la situation représen.. tée dans la figure 7 dans laquelle le compartiment "d" à 2,1 kg/cm2 est maintenant relié directement par la conduite 26 au compartiment "h" à 0,7 kg/cm2, permettant ainsi encore à la pression dans le secteur "h" d'augmen- ter de 0,7 1,05 kg/cm2 et finalement à 1,4 kg/cm2, tandis que la pression dans le compartiment "d" continue
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à baisser de 2,1 à 1,76 et finalement à 1,4 kg/cm2 va- leur à laquelle elle est en équilibre avec la pression dans le compartiment "h" comme représenté originellement dans la figure 3.
Les éléments radiaux d'étanchéité 27 qui s'é- tendent axialement par rapport au rotor dans l'espace créé entre les cloisons et le bord de chaque plaque d'ex- ' trémité ou plaque à secteurs 21 doivent avoir une dimen" sion suffisante pour chevaucher chaque fente 26'afin d'empêcher une perte additionnelle pendant l'intervalle de temps de passage d'un élément d'étanchéité par delà une fente.
Il est visible qu'une conduite de dégagement additionnelle convenablement orientée par rapport aux compartiments espacés, fournira un autre stade de pres sion intermédiaire entre la pression d'air élevée et la pression de gaz faible, et qu'une conduite additionnell de dégagement diminuera encore davantage les fuites en- traînées et les fuites directes.
On a détermina qu'un système de dégagement tel que défini ici qui église les pressions du fluide entraîné diminue les pertes d'entraînement d'une quantité qui est représente par la formule :
2n diminution de pertes 1+2n où n est le nombre des tuyaux de dégagement d'égalisation*
En outre en diminuant la,quantité d'air com- prima dans chaque compartiment entre les côtés aute et basse pression du rotor, les fuites d'air directes entre les côtés air et gaz seront diminuées du fait de la ré- duction de la différence de pressions entre les secteur adjacents.
En outre, une partie appréciable de l'air entraîné au delà de la conduite d'air 18 est renvoyée
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aux compartiments sectoriels dans lesquels règne Une pression plus faible et une certaine quantité d'air est ainsi ramenée dans le courant d'air principal. La cha- leur communiquée à cet air est récupérée de même que le travail de compression.