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La présente invention concerne des échangeurs de chaleur du type rotatif à régénération, et plus parti- culièrement à des perfectionnements à de tels échangeurs utilisés pour l'échange de chaleur entre les gaz chauds de combustion et l'air plus froid de combustion, dans 'un cycle de turbine à gaz
Dans un échangeur de chaleur rotatif régénéra- teur, une masse de matériau emmagasineur de chaleur'est portée par 'un rotor et est d'abord exposée aux gaz chauds qui sont dirigés à travers le rotor puis est placée ensui- te sur le trajet d'un courant d'air ou d'un autre fluide destiné à être chauffé.
Il est particulièrement avantageux dans un échangeur de chaleur utilisé dans les domaines/de haute température d'une turbine à gaz, que la masse de ma- , tériau emmagasineur de chaleur soit fortement absorbante de la chaleur de manière à absorber de façon appropriée une quantité importante de la chaleur présente dans les gaz d'échappement de ladite turbine. Des matériaux ayant un rapport surface/masse élevé, tels que. par exemple dés par- ticules finement divisées, de la laine métallique ou des tamis fins conviennent à cet égard et ces derniers se prê- tent particulièrement bien à leur application dans un pré- chauffeur d'air rotatif régénérateur du type défini ci-des- sus quand on l'utilise conjointement avec une turbine à gaz fonctionnant à des températures relativement élevées.
Dans Le fonctionnement normal d'un dispositif utilisant une conbostion de combustibles comme source de chaleur, il y a dans les gaz d'échappement, des quantités variables de résidus qui contiennent certains produits de
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combustion et du combustible résiauel provenant d'une cou- bustion il'complète du combustible qui a été fourni à la chambre de combustion* Ces résidus sont présents en quanti- tés plus grandes dans les gaz d'échappement lorsque le dis- positif est mis en fonctionnement ou lorsque divers facteurs qui influent sur la combustion se combinent pour produire des conditions qui n'entretiendront pas une combustion com- plète de tout le combustible fourni.
Normalement, ces com- bustibles passent dans l'atmosphère où ils se dissipent fa- cilement . Cependant, avec l'emploi d'un matériau fin, en filament, comme éléments d'échange de chaleur, ce matériau peut se charger tellement de résidus combustibles qutil entretienne librement la combustion et lorsque la températu- re du gaz d'échappement est maintenue à une valeur élevée, comme c'est le cas dans la pratique des turbines à gaz, le dispositif tout entier peut devenir tellement sujet à l'al- lumage que son emploi devient extrêmement...dangereux .
En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un dispositif d'éléments ammagasineurs de chaleur dans un échangeur de chaleur rotatif régénérateur , qui absorbe fortement la chaleur mais qui ne soit pas sujet à l'allumage même quand il est soumis aux températures extrêmement élevées d'un échappement de turbine à gaz .
L'invention est décrite en détail ci-après en se référant au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe tra.nsversale d'un échangeur de chaleur rotatif régénérateur représentant une forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est une vue en élévation latérale, partiellement en coupe représentant une forme légèrement moli- fiée de l'invention;
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- la figure 3 est une vue en élévation de face du dispositif de la figure 2; - la figure 4 est une vue en cousp transversale d'une légère variante de la présente invention.
Dans la figure 1 le chiffre 10 désigne la coquille cylindrique d'un rotor qui est divisé en,compartiments en forme de secteurs par des cloisons radiales qui le relient avec un arbre de rotor 12 qui est entraîné lentement en ro- tation autour de son axe par un moteur, à travers un engre- nage de réduction 13.
Les compartiments'du rotor contiennent un matériau régénérateur de transfert de chaleur qui absorbe la chaleur des gaz chauds qui arrivent dans le pré-chauffeur à travers une conduite 26 partant de l'échappement d'une turbine ou d'une autre source de chaleur. Après être passé sur le matériau de transfert de chaleur porté dans les com- partiments du rotor 10 et après lui avoir transmisune partie fil de leur chaleur, les gaz refroidis s'échappent par la buse de sortie 28, A mesure que lé rotor tourne lentement ,'sur' son axe,
les éléments de transfert de chaleur chauffés sont ame- nés dans le vourant d'air admis par la conduite 34 et après être passé sur le matériau de transfert de chaleur et en a- voir absorbé de la chaleur, le courant d'air chauffé est conduit à une chambre de combustion ou à un autre lieu dtem- ploi à travers une conduite de sortie 32. Une enveloppe 14 abritant le rotor est munie, à chaque extrémité, de plaques d'extrémités ou plaques à secteurs 16 qui sont ajourées en 18 et 20 pour permettre aux courants de gaz et d'air d'en- trer dans l'échangeur de chaleur et d'en sortir .
Le matériau principal de transfert de chaleur porté par le rotor comprend plusieurs couches de tamis fins 36 ou d'autres matériau filamenteux ou poreux ayant un grand rapport
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surface/volume et placé dans le fotor près de son extrémité froide ou de sortie des gaz. fiais, dans la partie du rotor adjacente à l'extrémité chaude ou d'entrée des gaz, sont placées plusieurs couches d'éléments sphériques 38 ou autres objets ayant un faible rapport surface/volume par comparai- son avec le matériau fin situé à l'extrémité froide du rotor.
Comme ces éléments sphériques ont un faible rapport surface/ volume, ils n'absorbent pas facilement la chaleur et ne trasnmettent pas facilement la chaleur absorbée , bien que la capacité d'absorption de chaleur des éléments soit direc- tement proportionnelle à leur masse et par conséquent soit très élevée .
A titre d'exemple, le matériau principal de trans- fert de chaleur peut être un grillage métallique fin tissé au. moyen de fils de 0,34 mm de diamètre et comportant 94 fils au centimètre. Un/grillage métallique de ce type présen- te une superficie de 3,25 m2 par décimètre cube et pèse 2,22 kg par décimètre cube. Le rapport de la surface/masse est donc de 1,45 m2 par kg.
Des sphères métalliques de 2,38 mm de diamètre ont une superficie de 1,78 m2 par dm de matériau et un poids de 4,75 kg/dm3 .Ceci donne un rapport surface/masse de 0,37 m2 par kg.
Le grillage métallique fin a par conséquent un rap- port surface/volume relativement élevé, à peu près*quatre fois celui des sphères métalliques. Cependant il est signalé que les proportions relatives des éléments d'échange de cha- leur telles qu'elles sont spécifiées ici ne sont données qu'à titre d'exemple et ne doivent pas être interprétées comme constituant une limitation spécifique .
Quand l'appareil est mis en fonctionnement, sa con- duite d'arrivée de gaz 26 étant reliée à une sortie de turbi-
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ne à gaz et sa conduite d'arrivée d'air 34 recevant de l'air de combustion d'un compresseur ou d'une autre source non re- présentée, une grande quantité de combustible résiduel s'ac- cumule sur les sphères 38. Quand la température des sphères
38 augmente pour approcher de la température de l'échappe- ment de la turbine, le résidu se vaporise partiellement et se dissipe dans l'atmosphère.
Si une augmentation brusque de température venait à enflammer le résidu de combustible sur les sphères, ce dernier brûlerait sans danger avant que la température des sphères s'élève à un point tel que leur contenu métallique fonde ou soit détérioré physiquement d'u- ne façon quelconque. Mais si le résidu de combustible s'était accumulé sur les grillages ou tamis à mailles fines, en l'absence d'éléments sphériques de ce genre, l'allumage ul- térieur du résidu élèverait rapidement la température des grillages à un point suffisamment haut pour les fondre ou endommager de quelqu'autre façon leur forme filamenteuse.
Comme il est désirable d'utiliser un élément de transfert de chaleur régénérateur ayant un rapport' surface/ masse élevé, l'emploi d'éléments sphériques ayant un faible rapport surface/masse conjointement avec des'tamis ou autres matériaux dilamenteux ayant un rapport surface/masse élevé tendre à abaisser le rapport 'moyen d'ensemble surface/masse; et ainsi en diminuant également l'efficacité d'ensemble de la masse régénératrice. Ceci étant présent à l'esprit, on a proposé la variante de la figure 2 pour rendre les éléments sphériques disponibles seulement lors de la mise en marche de l'échangeur de chaleur.
Dans cette variante, la masse des éléments sphériques est introduite de façon amovible en tra- vers de la conduite chaude d'arrivée des gaz seulement pen- dant le démarrage et lorsque les conditions normales de
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fonctionnement, sont établies, la niasse des éléments sphéri. ques est enlevée de la conduite en ne laissant que lés gril- lages ou tamis relativement fins du rotor .
Dans la figure 2 l'enveloppe de rotor'14 comporte une buse usuelle d'admission desgaz 26 et une buse de sortie .des gaz 28 espacées circonférentiellement de l'air qui pénè- tre en contre-courant dans l'enveloppe par une buse dtadmis, sion 34 et qui en sort par une conduite de sortie 32 d'oà il est libéré dans l'atmosphère. Dans la buse ou conduite d'arrivée de gaz 26, un caisson 40 est formé sur un côté de la conduite, d'une dimension suffisante pour recevoir une mase d'éléments sphériques 42 contenus dans un châssis 41 ayant sensiblement la même configuration que la surface de section dorite de la conduite 26.
Des éléments d'actionne- ,ment 44 reliés par des tiges 46 au châssis 41 permettant de ;placer celui-ci, avec ses éléments sphériques en communica- tion ou hors de communication avec la conduite 26.
Les éléments sphériques sont maintenus dans leurs châssis respectifs par des feuilles.espacées de matériau de retenue perforé 48 qui permettent le passage du gaz.vers et à travers la masse des sphères .métalliques .
' La figure 4 représente encore une autre ' variante.
Ici, le châssis 41, contenant leséléments sphériques 42 est articulé en 50 de sorte qu'on peut le faire tourner pour l'amener en position 'en travers de la conduite '26..pendant les périodes de démarrage ou bien il peut être escamoté dans une paroi 52 placée sur le côté de la conduite 26 pendant les périodes de fonctionnement normal .
Il est peu nécessaire d'utiliser des poyens d'ac- tîonnement autre que des moyens manuels puisque les périodes d'arrêt et les périodes ultérieures de démarrage sont extrê- mement peu fréquentes dans l'utilisation pratique des tur-
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