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" ECHANGEUR DE CHALEUR A REGENERATION ".
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L'invention est relative à un échangeur de cha- leur à régénération, consistant en un rotor monté dans un carter fixe et tournant dans celui-ci, qui est muni d'une masse d'accumulation traversée alternativement par l'agent cédant de la chaleur et celui qui'en reprend. Un tel échan- geur de chaleur à régénération est connu sous le nom de préchauffeur à régénération de Ijungstrôm (brevet allemand 822.245), en diverses formes de réalisation. Ce préchauffeur a, d'une part, l'avantage qu'on peut y loger de façon sim- ple des masses d'accumulation relativement grandes, mais il présente d'autre part une série d'inconvénients très grands qui annulent l'avantage mentionné ci-avant et qui influencent défavorablement l'aptitude à l'utilisation pratique de cet appareil.
Un inconvénient important et considérable en pratique de ce préchauffeur à régénération consiste essen- tiellement en ce qu'il faut de grandes masses d'accumula- tion à grande capacité thermique; car la masse d'accumula- tion, dans sa rotation du côté qui cède la chaleur au côté qui la reprend ne peut avoir que des différences de tempéra- ture relativement petites, de 20 C par exemple. Par analogie avec un échangeur de chaleur à parois de séparation rigides on peut dire donc que la masse d'accumulation, dans ce cas, se déplace en croisant les milieux mis en jeu dans l'échan- ge de chaleur.
L'invention a pour objet de procurer un échangeur de chaleur à régénération ayant l'avantage du préchauffeur de Ljugström connu, à savoir la.capacité de contenir des masses d'accumulation relativement grandes, sans cependant avoir les défauts de cet échangeur de chaleur à régénéra-
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tion connu, à savoir les chutes de température faibles seule- ment produites dans la masse d'accumulation se déplaçant perpendiculairement à la direction d'écoulement des deux milieux, donc suivant le principe des courants croisés.
Suivant l'invention, ce problème est résolu par le fait que la masse d'accumulation disposée en anneau à la périphérie du rotor est divisée en secteurs annulaires individuels en dépendance d'organes d'arrêt capables d'être commandés par la rotation du rotor, en sorte que ces sec- teurs soient parcourus lors de la réalisation de l'échange de chaleur, en sens opposé au sens de rotation du rotor par @ les milieux cédant et reprenant la chaleur . Alors; les masses d'accumulation présentant les plus hautes température. rencontrant -la partie du milieu à préchauffer qui a déjà repris la majeure partie de la chaleur et les masses d'ac- cumulation les plus fortement refroidies rencontrent la partie de l'autre milieu ayant cédé la majeure partie de la chaleur.
De cette manière, en considérant la masse d'ac- cumulation, le principe de l'écoulement à contre-courant est mis en oeuvre de façon idéale aussi bien en ce qui concerne la restitution de chaleur que la reprise de cha- . leur, ce qui, suivant la masse d'accumulation et le nombre de tours, signifie une transmission de chaleur maximum. Cet- te transmission de chaleur est alors si grande que par rap- port au préchauffeur de Ljungström connu, à chaque tour du rotor portant la masse d'accumulation, chaque particule de masse d'accumulation réalise une chute de température beaucoup plus grande, de 10 à 20 fois plus grande.
Si, par exemple, le nombre de tours du préchauffeur suivant l'in- vention est le même que dans le préchauffeur de Ljungström connu,,le poids des masses d'accumulation du préchauffeur suivant l'invention peut tomber à environ un dixième et jusqu'à un vingtième de sa valeur normale. Si, au contraire,
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dans le préchauffeur suivant l'invention, on utilise la même quantité de masses d'accumulation que dans le pré- chauffeur de Ljungstrôm, il faut, pour la transmission de la même quantité de chaleur des nombres de tours qui ne s'élèvent qu'à un dixième ou moins du nombre de tours ha- bituel.
Contrairement au préchauffeur de Ljungström connu, l'échangeur de chaleur à régénération suivant l'in- vention présente encore l'avantage qu'à chaque quantité de chaleur à transmettre s'associe une.vitesse de rotation de masse d'accumulation optimum parfaitement déterminée. On a ainsi la possibilité de faire tomber le rendement de la transmission de chaleur par changement de la vitesse de rotation du rotor portant la masse d'accumulation, ce qui peut être très intéressant par exemple lorsque la températu- re des masses d'accumulation ou du milieu reprenant la chaleur ne doit pas dépasser une valeur maximum.
Enfin, comme autre avantage de la masse d'accu- mulation tournant suivant le principe du contre-courant, il faut citer encore le fait reconnu tout particulièrement favorable que, comme la transmission de chaleur dépend, entre autres choses, 'aussi du produit de la masse d'accu- mulation et du nombre de tours, on peut, par un choix con- venable de la vitesse périphérique du rotor, et ainsi aussi de la masse d'accumulation, régler les températures de la surface de chauffe la plus faible (point de rosée) et la plus forte (point d'allumage) , dans une gamme très étendue.
Les manches d'admission et d'évacuation du mi- lieu cédant et du milieu restituant la chaleur peuvent alors être disposées sur le carter fixé entourant le rotor, de telle façon que les deux milieux pénètrent dans la masse d'accumulation d'abord en direction à peu près radiale, traversant cette masse en direction de la périphésie et ' sortent en direction à nouveau à peu près radiale.
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Suivant un autre développement de l'idée inven- tive fondamentale, les divers organes d'arrêt sont chaque fois fermés au bord intérieur des manches d'admission et ouverts à nouveau lorsque sont atteints les bords intérieurs des manches d'évacuation, ces organes restant ouverts dans les autres positions pendant le mouvement de rotation.
Par cet actionnement réglé dans le temps des organes d'ar- rêt on obtient que le trajet d'écoulement du milieu cédant la chaleur est complètement séparé du milieu reprenant la chaleur, sans qu'en un point quelconque de l'échangeur de chaleur à régénération puisse se produire un mélange des deux milieux.
L'invention se caractérise encore par le fait qu'avec les organes d'arrêt répartis à la périphérie du rotor, chacun de ces organes est fermé, pendant un tour du rotor, au moins pendant le temps d'1/8 de tour, et que l'écart entre les manches d'admission et d'évacuation voi- sines a au moins la grandeur d'l/n de la périphérie ex- térieure du rotor.
Afin que les organes d'arrêt salent actionnés chaque fois à l'instant voulu et que des manoeuvres erro- nées soient exclues dans le cas les plus défavorables, la commande des organes d'arrêt est réalisée avantageusement par le mouvement de rotation du rotor. La commande des or- ganes d'arrêt peut alors se faire mécaniquement, par exemple à l'aide de cames, de timoneries, de poussoirs ou analogues.
Il est cependant possible aussi de commander les organes d'arrêt à l'aide de contrepoids. De même, dans certains cas, il peut être avantageux aussi d'avoir une commande pneumatique, hydraulique ou électrique des organes d'arrêt.
Comme organes d'arrêt, on peut prévoir des van- nes d'arrêt ou des tiroirs d'arrêt. Il est possible aussi, cependant, de prévoir des clapets tournants ou des groupes
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de clapets tournants, les divers clapets de ces groupes étant disposés en direction radiale les uns derrière les autres et étant commandés en commun par une timonerie.
Alors, pour assurer une fermeture étanche des divers cla- pets, on peut agencer entre ces clapets et les timoneries communes des éléments élastiques.
Comme masse d'accumulation, on peut utiliser tout arrangement voulu d'une matière avantageuse dans ce but.
Il s'indique surtout d'agencer des ressorts à boudin qui, à cause du diamètre relativement petit seulement de leur fil donnent lieu à un passage de chaleur relativement élevé et transmettent ainsi des quantités de chaleur relativement grandes. Mais on peut aussi employer des paquets de tôles lisses équipées de dispositifs d'écartement ou avec des déformations saillant en forme de verrues. Be même, on peut encore employer dans ce but des paquets de tôles ondulées.
Sur les deux faces frontales du rotor, on agence avantageusement des plateaux qui présentent une étanchéité par rapport au carter fixe. L'étanchéité de l'intérieur du rotor par rapport à l'air extérieur s'obtient alors avan- tageusement à l'aide de bagues de frottement comportant des segments individuels , des paquets annulaires d'asbeste, des cprdons d'asbeste ou analogues, qui sont mis sous la ten- sion de ressorts et qui créent l'étanchéité en s'appliquent aussi bien à la paroi extérieure du carter fixe qu'aux surfaces intérieures des plateaux tournants.
L'entraînement du rotor dont la vitesse de rota- tion s'élève seulement à environ 5 à 15 tours par seconde suivant l'étendue de l'échangeur de chaleur à régénération, est réalisé avec avantage par des galets d'entraînement sur lesquels les plateaux du rotor non seulement tournent mais aussi s'appuient. Dans des formes de réalisation plus peti- tes et, par suite, plus légères, on peut concevoir natu-
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rellement d'entraîner le rotor par un arbre central servant à le monter.
Lorsque les milieux qui cèdent et qui reprennent la chaleur s'écoulent à contre-courant à travers la masse d'accumulation disposée dans le rotor, il se produit de ce fait des pertes de pression, ce qui entraîne des différences de pression entre les manches d'admission et d'évacuation placées l'un à côté de l'autre. Mais ceci signifie que les milieux s'écoulant dans le rotor, qui sont encore sous pression relativement élevée, exercent sur la paroi de séparation qui se trouve entre la manche d'admission et la manche d'évacuation avec les organes d'arrêt fermés, une pression opposée à leur direction d'écoulement et ainsi soutiennent la rotation du rotor.
Si les circonstances con- ditionnées par la conformation de l'échangeur de chaleur à régénération et l'allure de la pression des milieux entrants sont favorables, on peut même utiliser le fait précité pour ne plus prévoir aucun moteur d'entraînement et monter le rotor à rotation libre. Pour obtenir dans ce cas aussi une rotation uniforme du rotor, les galets qui servent de monture au rotor ou/l'arbre central peuvent alors avantageu- sement être rendus freinables.
Pour éviter d'une part des pertes de chaleur, d'autre part des charges thermiques trop élevées de la ma- tière du rotor, des deux plateaux frontaux et du carter fixe, la masse d'accumulation est protégée vers l'extérieur par des écrans isolants. A l'aide des dessins annexés, on exposera à présent un exemple de forme de réalisation de l'échangeur de chaleur à régénération suivant l'invention.
Un voit sur ces dessins, en représentation purement schéma- tiques, en
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- figure 1, une coupe verticale de l'échangeur de chaleur à régénération; .
- figure 2, une vue latérale de l'échangeur de chaleur à régénération avec une coupe partielle suivant la ligne A-B.
On a désigné par 1 le rotor en forme de cylindre creux, aux deux faces frontales duquel sont agencés les plateaux 2. Ce rotor 1 est entouré d'un carter 3 fixe, éga- . lement de forme cylindrique. Aussi bien le rotor avec les plateaux 2 qu'aussi le carter*3 sont protégéspar des couches isolantes 4,des températures des milieux soumis à l'échange de chaleur, en sorte que se trouvent évités des pertes de chaleur appréciables mais surtout des changements de longueur ou des tensions dans la matière, dus à des influences thermiques. pour
Dans le carter fixe 3 dévourchenr l'entrée et la sortie des deux milieux, des manches 5, 7 et 6,8 servant , par exemple au gaz de fumée à refroidir et à l'air à ré- chauffer.
Le rotor 1 repose par ses plateaux 2 sur des ga- lets d'entraînement 9 qui sont entraînés de l'extérieur et ' qui mettent le rotor 1 en mouvement de rotation dans le sens de la flèche 11. Il est cependant possible aussi, dans le cadre de l'invention, de produire le mouvement du rotor 1 à l'aide d'un arbre d'entraînement central, 12, indiqué sché matiquement en pointillés, cet arbre étant monté dans des paliers convenables.
L'espace creux de forme annulaire enfermé par les parties de construction 1, 2 et 3 est divisé par des orga- nes d'arrêt agencés par exemple sous forme de groupes de clapets pivotants 13, en secteurs annulaires individuels 14 dans lesquels sont disposées des masses d'accumulation de chaleur qui peuvent consister par exemple en des dispositifs qui ne sont représentés que schématiquement, assurant un
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passage de chaleur très grand et comprenant les groupes de ressorts à boudin 15.. les paquets de tôle 16 lisses équipées d'écarteurs ou analogues, ou des paquets de tôles ondulées 17 décalées de 90 les unes par rapport aux autres.
Pour éviter un échappement des milieux qui s'écoulent sous pression dans l'échangeur de chaleur, il faut fermer de façon étanche la fente annulaire existant entre le carter fixe 3 et les plateaux 2 du totor 1= La figure 2 montre deux possibilités qui existent en ce sens.
C'est ainsi que, d'une part, autour de l'enveloppe du carter 3 voisine de sa face frontale droite, on a plcé une bague de frottement 18 composée par exemple de plusieurs segments, cette bague se trouvant ainsi sous 'l'action des ressorts de pression désignés par 19, en sorte que son bord frontal extérieur s'applique à demeure et de manière étanche à la face intérieure du plateau 2. Comme cette bague de frottement 18 est agencée à la face extérieure du carter 3, elle est protégée également par l'isolant 4 de l'action des gaz chauds et peut être facilement lubrifiée au moyen d'huile, de graisse ou substance analogue.
Mais, d'autre part, on peut aussi utiliser pour la garniture étanche un cordon d'asbeste formant anneau @, placé autour de l'en- veloppe du carter 3; ce cordon 'peut, de la manière égale- ment montrée à la figure 2, être pressé par les ressorts désignés par 22 contre la fente dont il faut assurer la fermeture étanche.
L'appui du carter 3 Fixe¯.-- muni des manches d'entrée et de sortie 5 à 8, par rapport au rotor 1 qui tourne avec la masse d'accumulation 15/16/17 et les organes d'arrêt 13, n'est pas explosé plus en détail. On indiquera ici brièvement que le carter 3 est fait avantageusement en une construction mégère, donc en tôle mince, et prend
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appui à son tour à l'aide de galets de roulement qui sont en liaison avec lui, sur les plateaux latéraux 2. Les forces qui prennent naissance sont alors ramenées à la fondation par l'intermédiaire des plateaux 2 et des galets d'setrai- nement 9.
Le mode de fonctionnement de l'échangeur de cha- leur suivant l'invention ainsi que le déroulement dans le temps des processus de commande des organes diarrêt, est décrit ci-après : dans la position représentée à la figure 1, du otor qui ne tourne que très lentement en'sens con- traire au sens d'écoulement 23/24 des deux milieux cédant et reprenant la chaleur, et qui porte la masse d'accumula- tion 15/16/17, les deux groupes de clapets 13', après pas- sage des manches d'entrée 5 et 6, viennent de se fermer, en sorte que l'espace creux entouré par les parties construc- tives 1, 2 et 3 est subdivisé en deux canaux annulaires 25 et 26 s'étendant sur un arc d'environ 150 chaque fois, complètement séparés l'un de l'autre.
Si, par exemple du gaz de fumées chaud est amené par la manche 5 au canal annulaire 25, ce gaz s'écoule d'abord en direction à peu près radiale dans le paquet de masse d'accumulation voisin de la manche d'entrée 5, s'engage en direction de la flèche 23 à travers les groupes de clapets pivotants 13 ouverts qui se trouvent entre la manche d'entrée 5 et la manche d'entrée 6 et à travers les masses d'accumulation absorbant la chaleur pour finalement s'écouler à nouveau en direction à peu près radiale hors du paquet voisin tout juste de la manche de sortie 6, et sortir par la manche de sortie 6.
De même, mais dans la direction opposée indiquée par la flèche 24, l'air à échauffer s'écoule alors par la manche 7 dans le canal annulaire 26, reprend la chaleur emmaga- sinée par les masses d'accumulation et s'écoule à nouveau par les manches de sortie 8.
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Comme les groupes de clapets 13', les groupes de clapets 13" sont encore fermés à l'instant de la position représentée à la figure 1, en sorte que les deux milieux peuvent prendre le chemin qui leur est assigné, sans se mélanger entre eux, même en très petite quantité en un point quelconque. Au cours de la rotation du rotor, les divers groupes de clapets 13 se ferment chaque fois aux bords in- térieurs 5' et 7' des manches d'admission 5 et 7 et restent fermés jusqu'à ce qu'ils aient atteint les bords intérieurs 6' et 8' des manches de sortie 6 et 8. A ces bords inté- rieurs 6' et 8' se produit alors de nouveau une ouverture des groupes de clapets 13, afin que les milieux puissent traverser sans encombre les canaux annulaires 25 et 26.
Les groupes de clapets 13" représentés à la figure 1 s'ou- vriront ainsi à l'instant immédiatement suivant et livre- ront le passage au milieu s'écoulant chaque fois dans les manches de sortie 6 et 8. Cette position d'ouverture des groupes de clapets 13 reste alors maintenue jusqu'à ce que les divers groupes de clapets 13 aient de nouveau atteint les bords intérieurs 5' ou 7' àe la manche d'entrée suivan- te 5 ou 7.
Le mouvement de commande de ces groupes de cla- pets 13 est avantageusement pris au mouvement de rotation du rotor 1. Ceci peut se faire par exemple à l'aide de moyens mécaniques sous forme de cames fixes 27, de timonerie de poussoirs au dispositifs analogues, qui provoquent par l'intermédiaire chaque fois des timoneries 28 appartenant à un groupe de clapets 13 l'ouverture ou la fermeture des divers clapets. Il est possible aussi d'actionner les grou- pes de clapets 13 à l'aide de contrepoids, donc de réali- ser une commande dépendant du mouvement de rotation du rotor 1.
Bien entendu, une telle commande des groupes de clapets 13 peut être effectuée aussi à l'aide de moyens
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pneumatiques, hydrauliques ou électriques, comme représanté schématiquement à la figure 2 par l'intermédiaire d'une tringle de traction 31 commandée par un piston hydraulique 29.
Une variante, donnée à titre d'exemple de l'in- vention se caractérise par le fait qu'au lieu de l'entrée et de la sortie à peu près radiales des gaz dans le rotor 1 portant la masse d'accumulation, l'entrée et la sortie des gaz se font avec un décalage de 90 , les gaz entrant et sortant alors parallèlement à l'axe du rotor par des ou- vertures dans les plateaux 2 alors immobiles du rotor 1.
Dans ce cas, la masse d'accumulation 16,17 serait à tourner dans l'espace de 90 par rapport à la forme de réa- lisation exposée aux figures 1 et 2, afin que les gaz ve- nant de la manche d'entrée pénètrent aussi dans les canaux annulaires du rotor 1et, après avoir atteint les manches de sortie, puissent à nouveau sortir, et alors, lorsque la masse d'accumulation est en tôles, celles-ci seraient à disposer à la manière de pièces cylindriques concentriques.
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