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Perfectionnements aux échangeurs de chaleur à régénération.
La présente invention concerne les échangeurs de chaleur à régénération qui comportent un rotor à nid d'abeilles servent au transfert de chaleur et parcourant un trajet circulaire* dans certaines parties duquel le nid d'abeilles se trouve dans le chemin d'un fluide de chauffage gazeux et absorbe de la chaleur de ce fluide et dans d'autres parties duquel le nid d'abeilles se trouve dans le chemin d'un fluide gazeux à chauffer et cède sa chaleur à se fluide.
Dans ces échangeurs de chaleur, il est en général néces- saire ou souhaitable d'éviter un mélange excessif d'un fluide 'gazeux avec l'autre et des dispositifs d'étanohéité sont prévus pour réduire
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le risque de fuite continue entre les trajets des fluides gazeux.
Afin d'empêcher que le nid d'abeilles servant au transfert de chaleur offre un passage constamment ouvert par lequel du fluide gazeux peut passer d'un trajet à l'autre, le rotor porte habituellement le nid d'abeilles dans des secteurs dont chacun, en passant d'un trajet de fluide gazeux à l'autre, coopère avec des parties appropriées des dispositifs d'étanchéité de manière à ne pas offrir au fluide gazeux Un passage continu lui permettant de passer d'un trajet à l'autre.
L'étanchéité entre les parties fixes et rotatives peut être assurée par la coopération d'éléments mobiles sur le rotor, par exemple associes aux cloisons délimitant les secteurs, et d'éléments fixes balayas par ces éléments mobiles. On rencontre des difficultés à maintenir efficace l'étanchéité entre les parties fixes et rotatives dans des échangeurs de chaleur à régénération rotatifs, du tait qu'un organe rotatif portant le nid d'abeilles de transfert de chaleur a tendance à se déformer sous l'effet des différences de température qui se produisent en fonctionnement ainsi ue celles qui se produisent au démarrage et à l'arrêt.
Plus particulièrement, lorsqu'on travaille avec les deux fluides gazeux qui circulent à contre-courant dans le nid d'abeilles de transfert de chaleur, une face de l'organe rotatif portant le nid d'abeilles atteint une température moyenne notablement supérieure à la température de l'autre face, de sorte que l'organe rotatif tend a se déformer d'une manière convexeconcave et la coopération entre les éléments fixes et mobiles assurant l'étancnéité peut cesser d'&tre adéquate pour empêcher tout mélange indésirable d'un fluide gazeux avec l'autre. L'invention a pour but de procurer un échangeur de chaleur à régénération rotatif qui coit capable de mieux maintenir l'étanchéité entre des trajets de circulation de fluides gazeux.
Un échangeur de chaleur à régénération rotatif dans lequel un nid d'abeilles servant au transfert de chaleur est supporté par un rotor divisé en secteurs et tournant dans une enveloppe en passant
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par le trajet l.O'I.Ol1 fluide de chauffage gazeux tt le trajet d'un fluide gazeux à chauffer est caractérisé suivant la présente inven-
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tion, en ce que le rotor comprend deux disques rotatifs à nid 4,abt11l les susceptibles de tourner ensemble autour d'un axe oammun et agen- ces de façon que le fluide de chauffage gazeux ainsi que le fluide gazeux à chauffer les traversent axialement en sens inverses,
et des entretoisés sont prévues entre ces deux disques à nid d'abeilles pour les empêcher de se déformer sous l'effet des différences de température, des moyens tent prévus pour tourner avec les disques
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et pour former entre ceux-ci plusieurs passages de gaz ansula1rfllunt répartis qui communiquent respectivement avec les secteurs des dis- ques, et les éléments d'étenenéité qui empêchent toute fuite entre les trajets de circuit ci on des deux fluides gazeux comprennent des 1 éléments d' t!incn(H té latéraux axiaux ainsi que des éléments d'étan- chéité dtextrè1té radiaux.
Les entretoises peuvent comprendre des organes qui s'étendent entre les aisques et qui sont capables de transmettre entre eux des forces axiales s'opposant aux déformations des disques en sens Inverses. Ces organes peuvent également être utilisés pour contribuer à former les passages de gaz dans 1' espace séparant les disques rotatifs qui portent le nid d'Abeille. et peuvent même for- mer ces passages à eux seuls.
L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels! la Fig. 1 est une vue en élévation en bout, en substance suivant la ligne 1-1 de la Fig. 2, d'un réchauffeur d'air . régéné- ration rotatif;
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1& Fig. 2 est une vue en élévation de coté du réohauffeur d'air en coupe suivant le ligne II-II de la Fig, 1;
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le 'lg. 3 est une vue en plan en coupe suivant la ligne IIMII ae la Fig. 1; la Fig.4 est une vue d'une partie du réchauffeur d'air
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en coupe suivant la ligne IV-IV de la Fige 1; la Fig. 5 est une coupe, à plus grande échelle, d'une partie du contenu d'un disque à nid d'abeilles rotatif du réchauf- feur d'air;
et la Fig. 6 est une vue à échelle encore plue grande d'un détail de la Fig. 5.
Le réchauffeur d'air à régénération représenté comprend un rotor en substance cylindrique formant un tout 10, dans lequel le nid d'abeilles de transfert de chaleur 11 est logé dans deux disques espaces 12 et 13 montés aux extrémités opposées du rotor, our l'arbre 15 de ce dernier. Le rotor comprend douze cloisons radiales 14 dont les plans intersectent l'axe de l'arbre, qui sont équiangulairement réparties autour de l'arbre, qui vont de l'arbre à la périphérie du rotor et dont les extrémités s'étendent à travers les deux disques pour les diviser en secteurs.
La périphérie du rotor est ouverte.. corne montré en 16, entre les disques 12 et 13 pour permettre aux gaz et à l'air de pénétrer radialement dans les espaces angulaires ou secteurs 18 entre les cloisons 14 et d'en sortir radialement.
Le rotor 10 peut tourner dans une enveloppe 20 qui com- porte des passages pour la circulation de gaz chaud et d'air entrant dans le rotor et en sortant. Ainsi, la partie supérieure de l'enve- loppe est pourvue d'un conduit d'entrée de gaz 21 et de deux conduits de sortie de gaz 22 et 23 tandis que la partie inférieure de l'en- veloppe est pourvus de deux conduits d'entrée d'air 24 et 25 et d'un conduit de sortie d'air 26. Comme décrit ci-agréa, le gaz chaud et l'air circulant dans le réchauffeur d'air à régénération sont sépa- rés et circulent à contre-courant à travers le nid d'abeilles de transfert de chaleur 11.
L'enveloppe comporte des plaques d'extrémité 27 et 28 qui forment respectivement certaines parois des conduits 23 et 25 et certaines parois des conduits 22 et 24, ainsi que des plaques latéra-
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les 30 et 32 qui forment certaines autres parois des conduits 23, 22, 25 et 24 et certaines parois des conduits 21 et 26. L'enveloppe comporte également des plaques 32 et 35 parallèles aux plaques 27 et 28 et formant les parois restantes des conduits 23 et 25 et 22 et 24, respectivement.
Les bords intérieurs des plaques 32 et 33 sont circulaires et sont réunis aux extraites respectives d'une plaque annulaire cintrée 36 coaxiale à l'arbre 15 du rotor et encerclant étroitement le disque à nid d'abeilles 12, et les bords intérieurs des plaques 34 et 35 sont circulaires et sont réunit aux extrémités respectives d'une plaque annulaire cintrée 37 encerclant étroitement la disque à nid d'abeilles 13.
Il y a des éléments d'étanchéité circonférentiels appropriés 38 et 40 entre les périphéries des disques à nid d'abeilles 12 et 13 et les plaques annulaires 36 et 37. res- pectivemnt, afin d'empêcher toute fuite entre l'entrée et les sorties de gaz et entre les entrées et la sortie d'air passant par les dis- ques à nid d'abeilles,
Pour séparer, à une extrémité du réchauffeur d'air, l'espace communiquant avec le conduit de sortie de gaz 23 de l'espace communiquant avec le conduit d'entrée d'air 25, il est prévu un dis- positifd'étanchéité 41 en deux parties, une de chaque cote de l'arbre, qui empêche, au moyen de plaques en forme de secteurs 141 situées près de la face extérieure du disque 12, le fluide de passer d'un espace à l'autre par un secteur quelconque du disque à nid d'abeilles.
Les plaques 141 doivent couvrir un angle au moins égal à celui d'un secteur du disque. De même, à l'autre extrémité du réchauffeur d'air, un dispositif d'étanchéité semblable 42 est prévu pour séparer l'espace communiquant avec le conduit 22 de l'es- pace communiquant avec le conduit 24, le dispositif d'étanchéité 42 comportant deux plaques en forme de secteurs 142.
Afin de séparer l'espace communiquant avec le conduit 21 de l'espace communiquant avec le conduit 26, deux dispositifs d'étan- chéité 43 et 44 sont prévus sur les côtés du réchauffeur d'air et
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comprennent près de la périphérie du rotor, des plaques cintrées longitudinales 143 et 144 qui empêchent le fluide de passer d'un es- pace à l'autre par l'un quelconque des Intervalles angulaires 118 entre deux cloisons raaiules. En fait,, la combinaison des dispositifs d'étanchéité et de l'arbre divise l'espace dans l'enveloppe en une chambre supérieure @ pour le passage du gaz chaud et une chambre inférieure @ pour le passage de l'air à chauffer.
Bien entendu, le réchauffeur d'air peut être modifié si on désira modifier les étendues angulaires relatives des chambres A et B, car les dispositifs d'étanchéité 41, 42, 43 et 44, ensemble avec les plaques correspondantes 141, 142, 143 et 144,peuvent être enlevas des endroits représentés et être remis en place à des endroits différents autour du réchauffeur. Il est évident aussi que l'enve..- loppe peut être facilement codifiée si on trouve plus commoce, suivant l'utilisation et l'emplacement désirés du réchauffeur, que les con- duits d'entrée et de sortie du gaz de chauffage et les conduits d'entrée et de sortie ce l'air occupent des positions angulaires autour du réchauffeur différentes de celles représentées.
L'arbre 15 au rotor tourillonne dans des paliers fixes 30 et 51 places à l'extérieur de 1' enveloppe et près de ses plaques d'about 27 et 26. Les paliers sont montas sur une charpente en acier comprenant par exe:aple des longerons horizontaux 52 qui sont à leur tour supportés par aes traverses et des contents indiquée d'une ma- nière générale en 53. Les supports des paliers sont attachés aux parois d'extrémité de l'enveloppe 20, de sorte que les extrémités de l'enveloppe auxquelles les dispositifs d'étanchéité 41 et 42 sont fixes s'écartent l'une ae l'autre ainsi que des consoles de support 54'et 55 fixées au milieu de l'enveloppe, sous l'effet de la dilata- tion thermique de l'arbre.
Le rotor cylindrique 10 peut être entraîne par tous moyens appropries, par exemple par une couronne dentée 45 encerclant le rotor et engrenée par une vis sans fin 46 montée sur un arbre d'entraînement transversal 47 qui peut être entraîné par un
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moteur 4lectri;u%à (non représente).
L'arbre l@ tourne avec le rotor cylindrique et ses extré- mités sont enfermes par des manchons cylindriques fixes 56 et 57
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qui sont attf ch ss aux plaques d'extraite 27 et 28 de l' enveloppe.
Les oxtrioités intérieures des manchons sont pourvues de joints d'étc.ci4hdit5 circonférentiels approprias 58 et 60. Les éléments d'etanchaité circunférentiels wentionnés plus haut 38 et 40 qui *n. pèchent le gaz et 1'ir de contourner les disques 12 et 13 à nid d'abeilles comprennent des places élastiques, par exemple, fixées aux disque de manière à tourner avec eux. Des éléments semblables 64 qui balaient les plaques 141, 142, 143 et 144 pour assurer l'étan-
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cheité en Isolant la cliwibre A ac la chbro 8, sont également fixés aux bords d'axtr.:znit radiaux des cloisons radiales 14 ainsi qu#à
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leurs bords extérieurs radiaux.
Tous les éléments dJétaneh6itè peuvent étru réglés à la .nain lorsqu'il faut par exemple compenser l'usure des parties.
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Le nid d'aoeilles servant au transfert de chaleur 11 comprend un er&na nombre %le Lêkîes natalli:;ucs parallèles 70 qui ont chacune 0,0:1. pouce (0,53 !un) d'épaisseur etqai sont disposées en groupes ou eniaila;cs 69 (voir Figes. 5 et 6) avec un carte.cuut entre les lauea de l'ordre au aouble de leur épaisseur. Les onpilagos de laiaes, par exemple de 12 x 12 pouces (30 x 30 c1n) peuvent être assen- ! blés en des usants ou cellules de 12 pouces (30 cm) de hauteur
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ddli.nitis par des purois 6ô parallèles à la circulation du gaz au de l'air dans le disque et supportées par des traverses 67 et 62 placées
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entre les cloisons radiales 14 au rotor 10. Les extrt'-uit,s des enpi- lages sont ouvertes pour laisser passer la gaz ou l'air dms le diam que 11 parall l.!nt 1.'axe de l'arbre 15.
Co.,za le montre la Fis. 6 les lames 70 sont espacées par des baguettes, des bossettes ou des
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fils in6t,-.111queî 71 pour former entre les lames des espaces ou inter- ' valles 72 en substance unifornes pour le pno3age des gaz ou de l'air. Bien entendu, tous les empilages 69 ne sont pas de section rectangu-
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laire mais certains sont trapézoïdaux comme en 11a sur la Fig. 1, de sort* que le nid d'abeilles servant au transfert de chaleur peut remplir complètement les secteurs des disques.
L'expérience a montré qu'un nid d'abeilles composé de lames disposées comme décrit possède des caractéristiques de transmission de la chaleur très efficaces et peut être efficacement main- tenu propre au moyen de ramoneurs à soufflage (non représentés), Le gaz et l'air traversent le nid d'abeilles dans des conditions d'écoulement laminaire entre les lames.
Dans le fonctionnement du réchauffeur d'air, du gaz chaud introduit par le conduit d'entrée de gaz 21 s'écoule radialement vers l'intérieur du rotor dans les espaces 18 qui se trouvent dans la chambre supérieure A d'où la moitié du gaz s'écoule dans le sens axial du rotor à travers les secteurs du disque à nid d'abeilles 12 qui se trouvent dans la chambre A et sort de l'appareil par le conduit de sortie de gaz 23 tandis que l'autre moitié du gaz s'écoule axialement à travers les secteurs du disque 13 qui se trouvent dans la chambre A et sort ensuite par le conduit do sortie de gaz 22.
Simultanément, la moitié de l'air à chauffer introduit par le conduit d'entrée d'air 25 s'écoule axialement par rapport au rotor à travers les secteurs du disque à nid d'abeilles 12 qui se trouvent dans la chambre inférieure B et pénètre dans les espaces en forme de secteurs 18 qui se trouvent dans la chambre B, le reste de l'air introduit par le conduit d'entrée d'air 24 circulant axialement par rapport au rotor à travers les secteurs du disque à nid d'abeil- les 13 qui se trouvent dans la chambre B pour pénétrer dans les espaces 18 qui se trouvent dans la chambre B, puis tout l'air s'écou- le radialement vers l'extérieur des espaces pour sortir par le conduit de sortie d'air 26.
La chaleur transmise par les gaz contenus dans la chambre A au nid d'abeilles de transfert de la chaleur est, par la rotation du rotor, continuellement transférée dans la chambre B pour être transmise à l'air.
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L'air dans enaque nid d'abeilles circule à contre-courant du gaz de sorte que la quantité de chaleur qui peut être échangée est supérieure à celle qui serait possible ai lea circulation$ étaient à équi-courant. Les gaz aux deux extrémités de l'espace supérieur A dans l'enveloppe sont Ion gaz qui ont été refroidis et non les gaz les plus chauds et ce fait diminue les portes par rayonnement ainsi que les température.
appliquées aux paliers de l'arbre* comme le nid d'abeilles servant au transfert de chaleur 11 assure une forte chute de la température du gaz et une montée cor- respondante de la température de l'air dans des disques à nid d'aballes relativement minces, et que dans chaque disque, la température moyenne de son extrémité intérieure balayée par les gaz plus chauds et l'air chauffé est supérieure à la température moyenne de son ex- trémité extérieure balayée par les gas refroidis et l'air à chauffer,
on pourrait s'attendre à une déformation appréciable de chaque disque sous l'action des forces résultantes tendant à lui donner une forme concave vers l'extérieur si cette déformation ainsi que d'autres déformations du disque à nid d'abeilles, dues à des causes thermiques, n'étaient pas contrecarrées par les cloisons radiales 14 qui raidissent le disque à nid d'abeilles en l'incorporant dans un rotor qui est plus long que la largeur ou l'épaisseur du disque lui-môme et dans lequel les tendances à la déformation des deux disque.
s'opposent mutuellement* Quoique les parties des cloisons 14 situées entre les disques 12 et 13 soient soumises à des températures variables lorsque le rotor tourne, les variations de température sont faibles et les disques 12 et 13 ont donc tendance à conserver leur forme plane, ce qui empêche toute fuite de gaz ou d'air par les dispositifs d'étanchéité d'about 41 et 42, due à une déformation des disques à nid d'abeilles.
Quant au risque d'une fuite de gaz ou d'air par les dispositifs d'étanchéité d'about 41 et 42 par suite d'une dilatation axiale de l'enveloppe supérieure à celle du rotor, il est prévu que
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le rotor se dilate normalement dans la même mesure que l'enveloppe; cependant, ces fuites sont empêchées par la particularité décrite plus haut suivant laquelle les dispositif* d'étanohéité fixés aux parois d'extrémité 27 et 28 de l'enveloppe se déplacent tous l'effet de la dilatation, ensemble avec les supports de palier des extrémités de l'arbre du rotor; la structure de support 33 fléchit dans la mesure nécessaire.
Une dilatation thermique radiale du rotor de l'état froid à l'état actif n'affecte pas sa forme cylindrique et les bords des cloisons 14 restât donc parallèles aux dispositifs d'étanchéité latéraux 43 et 44 qui se déplacent avec les parois latérales de l'enveloppe lors d'une dilatation égale à celle du rotor ou proche de celle-ci. Les fuites de gaz ou d'air par les dispositifs d'étan- chéité de gaz latéraux 43 et 44 sont ainsi empêchées, plus parti,au lièrement parce que le rayon du rotor peut être relativement petit.
Ce rayon peut être petit par suite de la petitesse du veiume du nid d'abeilles requis lorsque la transmission de la chaleur vers et depuis les fluides gazeux a lieu dans des conditions de circulation laminaire dans le nid d'abeilles.
REVENDICATIONS.
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