FR2468012A2

FR2468012A2 - Appareil a transporter un fluide liquide ou gazeux

Info

Publication number: FR2468012A2
Application number: FR8022638A
Authority: FR
Inventors: Wolfgang Pozsicsanyi; Friedrich Koger; Heinz Wieland
Original assignee: Wilhelm Gebhardt GmbH
Current assignee: Wilhelm Gebhardt GmbH
Priority date: 1979-10-24
Filing date: 1980-10-20
Publication date: 1981-04-30
Also published as: DE2942975A1; GB2065290A; DK452680A; SE8007429L; GB2065290B; NL8005324A; NO803002L; CA1150207A

Abstract

La présente invention concerne un appareil à transporter un fluide liquide ou gazeux. Appareil caractérisé en ce qu'au corps sont adjoints de façon fixe plusieurs tubes calorifiques ou éléments allongés similaires à des tubes calorifiques, placés transversalement au courant de fluide, dont la direction longitudinale est approximativement parallèle à la direction longitudinale des pales, qui sont montés chacun sur le corps par leurs extrémités, et qui sont affectés chacun, en l'une de leurs régions terminales axiales, au courant de fluide d'afflux qui est, par exemple, le courant d'air entrant ou d'air extérieur et en leur autre région terminale axiale, au courant de fluide d'évacuation qui est, par exemple, le courant d'air sortant ou d'iar d'échappement.

Description

Le brevet principal concerne un appareil à transporter un fluide liquide

ou gazeux, comportant un corps servant à conduire

le fluide et un rotor monté de manière à pouvoir tourner, en-

traîné par moteur, servant à transporter le fluide à travers le corps et portant, sur un arbre ou un élément qui joue le rôle

d'arbre, un certain nombre de pales se succédant dans la direc-

tion de rotation et s'étendant, d'une part, en direction appro-

ximativement radiale vers l'extérieur, et, d'autre part, sur la

longueur axiale du rotor, appareil dans lequel le débit volumé-

trique traversant le corps est subdivisé par une couche de sé-

paration prévue à l'intérieur du rotor en un courant d'afflux,

qui est, par exemple, le courant d'air entrant ou d'air exté-

rieur et un courant d'évacuation, qui est, par exemple, le cou-

rant d'air sortant ou d'air d'échappement.

Le brevet principal a pour but de fournir un appareil de

l'espèce considérée qui serve en même temps de système de récu-

pération d'énergie, en particulier de récupération de chaleur,

en réalisant un système de récupération de chaleur peu encom-

brant, de fonctionnement sûr, nécessitant peu d'entretien, simple et pratiquement avantageux, dans lequel on n'ait pas besoin

d'appliquer une énergie supplémentaire pour le transfert d'éner-

gie lui-même.

La présente invention a pour but, en développant l'idée

qui est à la base du brevet principal, de fournir une disposi-

tion de l'espèce considérée dans laquelle les pertes d'énergie, c'est-àdire les pertes d'écoulement soient encore évitées plus

largement et dont la fabrication soit plus simple et moins coû-

teuse, avec amélioration des propriétés de résistance.

Dans le but ci-dessus, l'invention propose un appareil ca-

ractérisé en ce qu'au corps sont adjoints de façon fixe plusieurs tubes calorifiques ou éléments allongés similaires à des tubes calorifiques, placés transversalement au courant de fluide, dont la direction longitudinale est approximativement parallèle à la direction longitudinale des pales, qui sont montés chacun sur le corps par leurs extrémités, et qui sont affectés chacun, en l'une de leurs régions terminales axiales, au courant de fluide d'afflux qui est, par exemple, le courant d'air entrant ou d'air extérieur et en leur autre région terminale axiale, au courant de fluide d'évacuation qui est, par exemple, le courant d'air sortant ou d'air d'échappement. Les tubes calorifiques ou les éléments allongés similaires à des tubes calorifiques peuvent être, par exemple, alignés parallèlement à l'axe de rotation

du rotor et de préférence, ils sont disposés le long de la pa-

roi intérieure du corps. Dans cette constitution, on obtient un avantage notable, à savoir que l'on évite les perturbations

d'écoulement dans le rotor. D'autres avantages, outre le fabri-

cation plus simple et moins coûteuse, résident encore dans le

fait que les problèmes de résistance sont réduits ou résolus.

Si l'appareil est sous la forme d'un ventilateur à cou-

rant radial ou transversal, les tubes calorifiques peuvent avan-

tageusement se succéder à des espacements égaux sur la paroi intérieure du corps ou bien ils sont disposés, sur cette paroi, en plusieurs rangées qui se succèdent en direction radiale. En pareil cas, obligatoirement, les tubes calorifiques ne sont

atteints que d'un côté, car il n'est pas possible de les bai-

gner complètement d'air froid ou chaud. Toutefois, dans une autre disposition possible, les tubes calorifiques ou éléments allongés similaires à des tubes calorifiques sont étroitement

rapprochés et forment eux-mêmes la paroi du corps qui, en pa-

reil cas, est recouverte extérieurement d'une couche de ma-

tière calorifuge; pour améliorer le transfert de chaleur, des

ailettes de refroidissement dirigées radialement vers l'inté-

rieur peuvent être prévues du côté intérieur des tubes calori-

fiques ou éléments allongés similaires.

Avantageusement aussi, les tubes calorifiques sont prévus dans la région de sortie du corps et de préférence, le nombre des rangées de tubes calorifiques qui se succèdent en direction radiale augmente vers la sortie ou vers l'extrémité de la région de sortie. Par exemple, les tubes calorifiques peuvent avoir

une disposition relative telle au sein des rangées et les ran-

gées peuvent avoir entre elles une disposition relative telle

que les tubes calorifiques forment ensemble une espèce de dis-

positifs directeurs d'air qui obligent le courant de fluide sortant à suivre une espèce de trajectoires logarithmiques. Avec cette disposition, dans laquelle les tubes calorifiques forment ensemble des dispositions en forme de filets d'écoulement, les pertes d'écoulement peuvent être réduites parce que, d'une part, les perturbations existent seulement sur une partie limitée de la circonférence du rotor, et que, d'autre part, l'écoulement

en lui-même est amélioré.

Avantageusement aussi, les tubes calorifiques sont dispo-

sés concentriquement autour du rotor - en une seule rangée ou en plusieurs rangées concentriques - et de préférence, la paroi

extérieure du corps, qui recouvre les tubes calorifiques exté-

rieurement, est formée de deux moitiés de corps se succédant en

direction axiale, séparées dans la région de la paroi de sépa-

ration, qui sont montées de façon mobile sur les autres moitiés de corps et que l'on peut faire tourner relativement. L'avantage de ce mode d'exécution est que pour chacun des courants d'air, chaud et froid, on peut faire tourner une moitié de corps en volute autour de la partie intérieure fixe, les deux moitiés pouvant être orientées relativement de façon quelconque de sorte que l'on peut diriger en sens opposé l'un à l'autre les courants d'air entrant et sortant, ou encore, leur faire faire entre eux

un angle quelconque, selon les conditions du cas d'espèce.

Si l'appareil est sous forme de ventilateur axial, les tubes calorifiques peuvent être, par exemple, alignés radialement et, vus dans le sens d'écoulement, ils peuvent se trouver en

aval ou en amont du rotor, par exemple dans le dispositif direc-

teur. Des exemples d'exécution de l'objet de l'invention sont représentés par les dessins, dans lesquels: la figure 1 montre schématiquement en élévation latérale un premier mode d'exécution de l'invention; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, montrant une variante de réalisation de l'invention; la figure 3 montre schématiquement en élévation latérale une autre variante de l'invention;

la figure 4 est une vue partielle en élévation par l'avant corres-

pondant à la figure 3, à plus grande échelle; la figure 5 montre la disposition de la figure 3, à plus petite échelle, et à un autre stade de fonctionnement; la figure 6 montre en élévation latérale en coupe verticale, à plus grande échelle, un détail d'une variante de la disposition de la figure 1, la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 6, et la figure 8 est une vue en élévation latérale d'une autre variante

de l'invention.

La figure 1 montre un appareil sous forme de ventilateur

radial, servant à transporter un fluide liquide ou gazeux, com-

portant un corps 1, qui sert à conduire le fluide, et un rotor 2 monté de manière à pouvoir tourné, entraîné par moteur, et muni d'un axe 3, servant à transporter le fluide à travers le corps

et portant, sur un arbre ou sur un élément jouant le rôle d'ar-

bre (axe de rotation 3), un certain nombre de pales 4, qui se succèdent en direction circonférentielle, se dirigent, d'une part, vers l'extérieur en direction approximativement radiale et s'étendent, d'autre part, sur la longueur axiale du rotor. En outre, la disposition est telle que le débit volumétrique de fluide qui traverse le corps de l'appareil est subdivisé, par une couche de séparation prévue à l'intérieur du rotor, dirigée perpendiculairement à l'axe du rotor et donc parallèle au plan du dessin dans l'exemple d'exécution représenté, en un courant de fluide d'afflux, par exemple le courant d'air entrant ou d'air extérieur, et un courant de fluide d'évacuation, par exemple le

courant d'air sortant ou air d'échappement. Les premières fi-

gures ne laissent pas bien voir la cloison mais elle est indiquée

en 5 sur la figure 4. Par ailleurs, la constitution et la dispo-

sition de la cloison sont indiquées par le brevet principal o elle est représentée en 7 sur la figure 1, en 31 sur la figure

3 et en 45 sur la figure 5.

Selon l'invention, au corps sont adjoints de façon fixe plusieurs tubes calorifiques 6 ou éléments allongés similaires, dont la direction longitudinale est approximativement parallèle à la direction longitudinale des pales, comme on peut le voir par la figure 1, et qui sont disposés chacun sur le corps par

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leurs extrémités. En outre, la disposition est telle qu'à l'une des régions terminales axiales de chacun des tubes est affecté le courant de fluide d'afflux, par exemple d'air entrant ou d'air extérieur, et qu'à l'autre région terminale axiale de chacun est affecté le courant de fluide d'évacuation, par exemple d'air sor-

tant ou d'air d'échappement.

Comme déjà expliqué dans le brevet principal, chacun des tubes calorifiques constitue de manière en elle-même connue un tronçon de tube fermé hermétiquement à ses deux extrémités axiales, muni intérieurement d'un doublage d'une matière poreuse présentant des cavités, qui communiquent librement entre elles de tous côtés, par exemple de métal fritté, de toiles métalliques

ou de tricots textiles similaires à un feutre, de plusieurs cou-

ches de réseaux à mailles fines, etc., et rempli d'un fluide de travail liquide en quantité exactement dosée correspondant à sa

puissance. Comme on le sait, à toute température de fonctionne-

ment, les phases liquide et vapeur du fluide de travail sont en

équilibre. Lorsqu'une extrémité du tronçon de tube, de préfé-

rence sous forme de tronçon de tube à ailettes, est baignée par un courant d'air chaud, une partie du fluide de travail liquide qui s'y trouve en équilibre avec sa vapeur s'évapore, la vapeur se rend alors à l'autre extrémité du tube qui est baignée par

un courant d'air plus froid et s'y condense en cédant une cha-

leur d'évaporation absorbée précédemment. Le niveau de tempéra-

ture du fluide de travail, c'est-à-dire les températures de con-

densation et d'évaporation, s'établissent toujours de telle sorte qu'il existe un équilibre entre l'absorption de chaleur et le débit de chaleur du système. Dans l'exemple d'exécution de la figure 1, comme on l'a déjà décrit dans le brevet principal, le ventilateur radial de préférence à double flux commence, lors de sa rotation, par transporter de l'air radialement vers l'extérieur et, par exemple, cet air, qui peut être chaud, cède de la chaleur au fluide contenu dans les tubes calorifiques du corps qui, à leur tour, de la façon décrite plus haut, cèdent à nouveau de la chaleur au fluide transporté dans la deuxième partie du ventilateur radial à double flux. Ainsi, de façon b simple et peu coûteuse, un bon transport et un bon échange de

chaleur sont assurés.

Dans la variante de la figure 1, les tubes calorifiques sont alignés parallèlement à l'axe de rotation du rotor, ils sont disposés le long de la paroi intérieure du corps. Ici,

les tubes calorifiques se succèdent de préférence à des espa-

cements uniformes sur la paroi intérieure du corps; ils peu-

vent être disposés en plusieurs rangées se succédant en direc-

tion radiale ou encore en une seule rangée.

Dans la variante des figures 6 et 7, les tubes calorifi-

ques ne sont pas prévus en tant qu'éléments indépendants fixés

à la paroi du corps, ils forment eux-mêmes la paroi du corps.

Ces tubes calorifiques 7 ou éléments allongés similaires sont étroitement juxtaposés et forment la paroi du corps qui est revêtue extérieurement d'une couche 8 de matière calorifuge;

ils ont une section rectangulaire ou carrée. Ces tubes calori-

fiques ou éléments allongés similaires qui se succèdent étroi-

tement peuvent être fixés au corps par leurs extrémités, mais

ils peuvent aussi être reliés entre eux. Selon le mode d'exécu-

tion de la figure 6a, la paroi du corps est en nid d'abailles

et composée de deux moitiés 9, 10 présentant chacune une sec-

tion sinueuse dont les creux 11, 12 sont chaque fois opposés à ceux de l'autre moitié, et qui sont assemblées de telle sorte que les creux 11, 12 des deux moitiés sont opposés entre eux et

forment ensemble les tubes calorifiques ou éléments allongés si-

milaires 13 à section rectangulaire ou carrée. Dans tous ces

exemples d'exécution selon les figures 6 et 7, les tubes calori-

fiques ou éléments allongés similaires portent chacun, intérieu-

rement, des ailettes de refroidissement 14 dirigées radialement

vers l'intérieur, transversales à l'axe, situées dans la direc-

tion circonférentielle du rotor et assurant une meilleure trans-

mission de chaleur.

Si l'on veut obtenir des avantages quant à la technique d'écoulement dans un ventilateur radial ou éventuellement aussi

un ventilateur à courant transversal, on peut adopter la dispo-

sition de la figure 2, dans laquelle les tubes calorifiques 15 ou éléments allongés similaires sont prévus dans la région de sortie 16 du corps 17, qui entoure le rotor 18. Le nombre des

rangées de tubes calorifiques qui se succèdent en direction ra-

diale augmente en direction de la sortie ou de l'extrémité de la

région de sortie, comme on peut le voir par la figure 2, sur la-

quelle sont prévues, juste dans la région de sortie, quatre ran- gées de ces tubes calorifiques et plus en arrière, un nombre sans cess décroissant jusqu'à ce qu'il ne reste qu'une rangée. Les tubes ont une disposition relative telle au sein des rangées et les rangées ont entre elles une disposition relative telle que les tubes calorifiques forment ensemble un genre de dispositifs directeurs d'air comme indiqué en 19, qui impose à l'écoulement

de fluide sortant de suivre une espèce de trajectoires logari-

thmiques. De cette manière, on peut arriver à ce que les pertes

d'écoulement soient faibles.

Dans la variante de la figure 3, les tubes calorifiques 20, 21 sont disposés concentriquement autour du rotoret sur au moins une partie de la circonférence du rotor ils sont disposés autour

de celui-ci en une seule rangée ou encore, ils peuvent être dis-

posés en plusieurs rangées concentriques comme on le voit par la figure 3. L'avantage de cette disposition est que l'on peut faire tourner relativement à volonté les volutes de corps des côtés

chaud et froid et que les courants d'air peuvent avoir des direc-

tions différentes. Dans le but susdit, comme on le voit à plus grande échelle sur la figure 4, la paroi extérieure 22 du corps qui recouvre extérieurement les tubes calorifiques 20 est formée de deux moitiés de corps 23, 24, qui se suivent en direction

axiale, sont séparées dans la région de la cloison 5 et sont mon-

tées de façon mobile sur les autres moitiés de corps comme indi-

qué en 25 et 26, de sorte que l'on peut les faire tourner rela-

tivement. Sur la figure 3, les directions du courant entrant et

du courant sortant coïncident, sur la figure 5 ces deux direc-

tions 27 et 28 divergent, elles sont parallèles, mais de sens opposé. On peut voir qu'en faisant tourner relativement les deux moitiés 23 et 24, on peut former des angles quelconques entre les

directions de l'air entrant et de l'air sortant.

La variante de la figure 8 montre l'application de l'inven-

tion à un ventilateur axial. Ici, les tubes calorifiques 30 sont alignés radialement et, vus dans le sens d'écoulement, ils peuvent se trouver en amont ou en aval du rotor, par exemple dans le dispositif directeur. Les tubes calorifiques sont fixés par une extrémité, l'extrémité extérieure 31, à la paroi circon- férentielle 32 du corps et par leur extrémité intérieure 33 à un élément porteur 34 solidaire du corps, disposé coaxialement

au moyeu 35, qui porte les pales 36. La cloison ou couche de sé-

paration n'est pas, dans ce cas, perpendiculaire à l'axe de ro-

tation du corps comme dans les autres exemples d'exécution, mais

concentrique à l'axe 37, elle est indiquée en 38. L'élément por-

teur 34 peut, par exemple, porter le moteur d'entraînement du rotor qui peut, par exemple, entraîner le moyeu qui porte les pales. Dans le cas présent, selon des exemples d'exécution non représentés plus spécialement, l'appareil peut être sous forme de pompe radiale ou axiale qui sert à transporter des fluides

liquides tout en récupérant de l'énergie.

Claims

-R E V E N D I C A T I 0 N S-

1. Appareil à transporter un fluide liquide ou gazeux, com-

portant un corps servant à conduire le fluide et un rotor monté

de manière à pouvoir tourner, entraîné par moteur, servant à trans-

porter le fluide à travers le corps et portant, sur un arbre ou un élément qui joue le rôle d'arbre, un certain nombre de pales se succédant dans la direction de rotation et s'étendant, d'une part, en direction approximativement radiale vers l'extérieur, et, d'autre part, sur la longueur axiale du rotor, appareil dans lequel le débit volumétrique traversant le corps est subdivisé par

une couche de séparation prévue à l'intérieur du rotor en un cou-

rant d'afflux, qui est, par exemple, le courant d'air entrant ou d'air extérieur et un courant d'évacuation, qui est, par exemple, le courant d'air sortant ou d'air d'échappement, suivant l'une

quelconque des revendications 1 à 15 du brevet principal, appa-

reil caractérisé en ce qu'au corps sont adjoints de façon fixe plusieurs tubes calorifiques ou éléments allongés similaires à des tubes calorifiques, placés transversalement au courant de fluide, dont la direction longitudinale est approximativement parallèle à la direction longitudinale des pales, qui sont montés chacun sur le corps par leurs extrémités, et qui sont affectés chacun,

en l'une de leurs régions terminales axiales, au courant de flui-

de d'afflux qui est, par exemple, le courant d'air entrant ou dtair extérieur et en leur autre région terminale axiale, au courant de fluide d'évacuation qui est, par exemple, le courant

d'air sortant ou d'air d'échappement.

2. Appareil selon la revendication 1, sous forme de venti-

lateur à courant radial ou transversal, caractérisé en ce que

les tubes calorifiques ou éléments allongés similaires sont ali-

gnés parallèlement à l'axe de rotation du rotor.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce

que les tubes calorifiques sont disposés le long de la paroi in-

térieure du corps, en plusieurs rangées se succédant en direction

radiale ou en une seule rangée.

4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 et

3, caractérisé en ce que les tubes calorifiques, en plusieurs ran-

gées se succédant en direction radiale ou en une seule rangée, se succèdent de préférence à des espacements uniformes le long de la 1O

paroi du corps.

5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1

et 2, caractérisé en ce que les tubes calorifiques ou éléments

allongés similaires, présentant, par exemple, une section rec-

tangulaire ou carrée, sont étroitement juxtaposés et forment eux-mêmes la paroi du corps, recouverte extérieurement d'une

couche de matière calorifuge.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes calorifiques ou éléments allongés similaires qui se succèdent étroitement sont fixés par leurs extrémités

au corps et/ou peuvent,par exemple, être reliés entre eux.

7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la paroi du corps, en nid d'abeilles, est composée de deux

moitiés ayant chacune une section sinueuse, les creux étant cha-

que fois opposés à ceux de l'autre moitié, les moitiés étant assemblées de telle sorte que les creux des deux moitiés sont opposés entre eux et forment ensemble les tubes calorifiques ou

éléments allongés similaires à section rectangulaire ou carrée.

8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 5

à 7, caractérisé en ce que les tubes calorifiques ou éléments

allongés similaires portent intérieurement des ailettes de re-

froidissement dirigées radialement vers l'intérieur.

9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1

et 2, caractérisé en ce que les tubes calorifiques sont prévus dans la région de sortie du corps et que de préférence, le nombre des rangées de tubes calorifiques qui se succèdent en direction radiale augmente vers la sortie ou vers l'extrémité

de la région de sortie.

10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les tubes calorifiques ont une disposition relative telle

au sein des rangées et que les rangées ont entre elles une dis-

position relative telle que les tubes calorifiques forment entre eux une espèce de dispositifs directeurs d'air qui obligent le courant de fluide sortant à suivre une espèce de trajectoires

logarithmiques.

11. Appareil selon l'une quelconque des revendications

1 et 2, caractérisé en ce que les tubes calorifiques sont dis-

il posés horizontalement autour du rotor, en une seule rangée ou

en plusieurs rangées concentriques.

12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce

que la paroi extérieure du corps, recouvrant les tubes calori-

fiques vers l'extérieur, est formée de deux moitiés de corps se succédant en direction axiale, séparées dans la région de la cloison, montées de façon mobile sur les autres moitiés de

corps et que l'on peut faire tourner relativement.

13. Appareil selon la revendication 1, sous forme de ven-

tilateur axial, caractérisé en ce que les tubes calorifiques sont alignés radialement, et de préférence, vus dans le sens d'écoulement, ils se trouvent en aval ou en amont du rotor et/

ou dans le dispositif directeur.

14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce

que les tubes calorifiques sont fixés par leur extrémité exté-

rieure à la paroi circonférentielle du corps et par leur extré-

mité intérieure à un élément porteur solidaire du carter, coaxial

au moyeu et pouvant avantageusement contenir le moteur d'entraî-

nement du rotor.