Brevet FR2010805A1 — publié le 19700220

Za présente invention a trait à un échangeur de chaleur destiné à refroidir ou à chauffer le fluide thermique des systèmes de circulation de refroidissement ou de chauffage d'autres appareils, l'é-changeur suivant l'invention comporte un corps fixe solidaire d'un 5 arbre non tournant qui en dépasse. Sur cet arbre sont montées d'une part une pompe comportant une chambre de pompage pourvue d'ailettes appropriées et une chambre collectrice du fluide thermique, d'autre part un certain nombre d'éléments d'échange préférablement équipés d'ailettes et qui possèdent des passages à profil en U pour l'écoule-10 ment du fluide. Ces éléments sont fixés à la pompe dont ils dépassent axialement® Ils sont disposés les uns par rapport aux autres suivant une rangée circulaire concentrique à l'axe de rotation de la pompe. Ils sont orientés par rapport aux rayons de manière à assurer la circulation forcée de l'air ambiant en vue d'augmenter l'efficacité de 15 l'échange de chaleur au cours de la rotation de la pompe qui les por- . te. le passage à profil en U de chaque élément est relié d'un côté à la chambre de pompage et de l'autre à la chambre collectrice. D'autre part le corps fixe comporte des passages d'entrée du fluide qui communiquent avec la chambre de pompage, et une sortie reliée à la 20 chambre collectrice, ces entrées et cette sortie pouvant être respectivement raccordées à la sortie et à l'entrée du système de circulation de chauffage ou de refroidissement de l'appareil auquel l'échan-geur est associé. Si le fluide thermique de ce système se trouve à une température supérieure à celle de l'air ambiant, l'échangeur agit 25 alors pour refroidir le fluide. Si au contraire ce dernier est à une température inférieure à celle de l'ambiance, il fonctionne en réchauffeur. le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les 30 avantages qu'elle est susceptible de procurer ï tiellement au plan de coupe 4 - 4 de fig. 2. Dans toutes les figures du dessin l'on a utilisé les mêmes réfé-40 rences pour désigner les mêmes pièces ou des pièces correspondante s. 35 69 17963 2 2010805 Suivant la forme d'exécution représentée, l'échangeur de chaleur 10 montré à titre d'exemple comprend un corps fixe 11 équipé d'une entrée 12 et d'une sortie 13» lesquelles correspondent respectivement à la sortie 140 et à l'entrée 141 du système de circulation d'un 5 autre genre d'appareil indiqué en 14» Cet appareil 14 peut par exemple être constitué par un moteur, par les éléments d'une installation de traitement chimique, par des machines-outils, par des réacteurs ou plus généralement par tout appareil exigeant le refroidissement ou le chauffage soit de fluides qui en proviennent, soit 10 d'un fluide thermique affecté à un système intérieur de refroidissement ou de chauffage. Pour la commodité des explications ci-dessus, on décrira l'invention dans son application à un échangeur de chaleur propre à refroidir le fluide thermique utilisé dans le système de refroidis-15 sement par circulation d'un appareil 14 de n'importe quel type. Il est toutefois évident que ce qui précède ne limite en aucune manière l'application d'un échangeur suivant l'invention. En outre si l'on utilise généralement l'air ambiant à sa température normale pour refroidir le fluide provenant de l'appareil 14, il va de soi qu'on 20 peut employer de l'air préalablement refroidi, ou au contraire préchauffé, toutes les fois que cela est exigé pour assurer le refroidissement ou le chauffage du fluide thermique provenant de l'appareil 14o Dans la forme d'exécution représentée à titre d'exemple, le 25 corps fixe 11 peut comporter toute conformation appropriée. Sur le dessin il a été représenté comme constitué par une bride 15 solidaire d'un manchon 16 qui en dépasse latéralement et à l'intérieur duquel est monté un arbre central fixe 17, lequel dépasse à son tour du manchon 16. La bride 15 du corps 11 porte contre une bride cor— 30 respondante 142 solidaire de l'enveloppe 143 de l'appareil 14, un joint d'étanchéité 18 étant interposé entre les deux brides» le serrage de ces dernières est préférablement assuré par le moyen de vis appropriées 151« L'échangeur 10 comporte un équipage tournant 20, lequel com-35 prend essentiellement d'une part une pompe 21 avec une chambre de pompage annulaire 22 et une autre chambre annulaire 23 formant collecteur* du fluide thermique refroidi, et d'autre part un certain nombre d'éléments d'échange 24 orientés parallèlement à l'axe et disposés suivant une circonférence. Chacun de ces éléments 24 compor-40 te un passage intérieur 240 à profil en U dont une extrémité eommu- 69 17963 3 2010805 nique avec la pompe 21» préférablement près de la périphérie de celle-ci, tandis que 1*autre est reliée à la chambre collectrice 23o Les éléments 24 sont pourvus d'ailettes extérieures appropriées 241 de manière à assurer un échange de chaleur efficace entre le fluide 5 qui les traverse et l'air ambiante La pompe 21 est de forme annulaire de manière à déterminer la chambre de pompage 22 précitéee Cette chambre comporte des passages 210 qui communiquent avec les entrées 12 du corps 11» La pompe 21 et sa chambre de pompage 22 sont définies par une paroi extérieure 10 annulaire 211 et par des flasques latéraux d'extrémité 212 et 213» La pompe fait partie de l'équipage tournant 20 de l'échangeur et à ce titre elle tourne autour de l'arbre central, fixe 17» Ce dernier, qui dépasse axialement à partir du manchon central 16 du corps 11, joue le rîtle de paroi annulaire intérieure de la pompe 210 15 La pompe 21 comporte un certain nombre d'ailettes 214 (quatre dans l'exemple représenté en fig. 4) et qui sont fixées à son intérieur avec une légère obliquité par rapport aux rayons correspondants. Les ailettes 214 divisent ainsi la chambre de pompage 22 en quatre sous-espaces 215. Leurs extrémités extérieures dans le sens 20 radial sont fixées à la paroi 211 de la chambre 22, tandis que leurs bords latéraux tournés vers l'appareil 14 (bords intérieurs dans le sens axial) se raccordent au flasque 21^Êe celle-ci.Les extrémités des ailettes 214 les plus rapprochées de l'axe (extrémités intérieures dans le sens radial) sont situées à une certaine distance 25 de l'arbre central 17, comme le montre bien fig. 4, tandis qu'il est également ménagé un certain espace entre leurs bords opposés au flasque 212 (bords extérieurs dans le sens axial) et le flasque 213, ainsi qu'on peut le voir en fig. 2. Si l'on se réfère à fig. 2 et 4 l'on peut en outre remarquer 30 que chaque ailette 214 de la pompe se trouve située près d'une sortie 220 de la chambre de pompage 22, abuutissant à la branche la plus extérieure dans le sens radial du passage en ïï 240 d'ua. élément d'échange 24» l'autre branche de ce passage étant reliée à la chambre collectrice établie dans l'équipage tournant 20 au voisinage 3 5 immédiat de la pompe 21• Près des extrémités intérieures des ailettes 214 de la pompe 21 sont disposés des nervures déflectrices 216 qui dépassent radiale-ment à partir de l'arbre central fixe 17» ces nervures étant toutefois décalées angulairement autour de l'axe général par rapport aux 40 ailettes, précitées. Les nervures 216 sont préférablement utilisées uRIGINAlJ 69 17963 4 2010805 pour s.»opposer a la tendance du fluide thermique à s'écouler librement autour de l'arbre 17 entre les extrémités intérieures des ailettes qui déterminait les sous-espaces 215» lorsqu'on fait tourner sur l'arbre 17 l'équipage tournant 20 avec la-pompe 21o Bien que le 5 type de pompe .21 décrit ci-dessus semble devoir être préféré9 il est évident qu'oa pourrait en utiliser d'autre s s. avantageusement soli= daires de l'équipage tournant 20. On utilise de préférence un roulement à billes 25 en guise de palier pour le montage à rotation de l'équipage 20 sur la partie de 10 l'arbre fixe 17 qui dépasse extérieurement dm nanchon centrai 16 du corps de l'appareil» Dans la forme d*'esécution particulière représentée au dessin annexé, cet arbre 17 se prolonge axialement vers l'extérieur soit sous la forme d'une tige 170 &© plus petit diamètre^ soit, suivant une variante non représentée^ en conservant son diamè-15 tre initial. Ïj8extrémité libre de la tige ou prolongement 170 porte préférablement un palier à rouleaux 26 de type combiné formant à la fois support et butée j elle est elle-même supportée par on bras ou équivalent 27, ainsi qu'on peut le voir en fig» 2* i^tour du manchon 16 da corps 11 est disposé un disque de butée 23 interposé 20 entre la bride 15 du corps et une portée annulaire 29 prévue sur le côté latéral intérieur d'un moyeu 30 solidaire de l'équipage tournent 20® 2es joints approprié® 202 assurent l'étancfeéité entre cet équipage et le corps fixe 11• Oet équipage 20 peut être entraîné par un moteur approprié non figuré3 la tx^asaissioE. pouvant eoaportss? .25 par exemple uae e-oarroie tr&pé.icïâale 200 qui s8enroule sur une poulie correspondante 201 directement solidaire d© la paroi extérieur© de la pompe 21. le fluide thermique à refroidir pro^saaat -ie la sorti® 140 cita système d@ circulation de l'appareil 14, pénètre dans la. pompe 21 30 par les passages 210 qui» comme sus-indiqué^ communiquent avec les entrées 12 du corps 11. Après refroidissement le fluide en question s'écoule à par-tir de la chambre collectrice 23 à travers des passages appropriés 230 (fig. 4) pour arriver à l'intérieur de l'alésage 1 700 de 1* arbre 17 qui dépassa du ses.ah.on 16 , cet alésage commuui-55 quant à son tour avec l'entrée 14'i du système de circulation de l'appareil 14® Dans la forme d'exécution parti salière représentée à titre, d'exemple, l-ss éléments d'échange 24 sont de forme tubulair© et sont pourvus d'ailettes extérie vires 241» Ils comportent un© cloison Ion» 40 gitudinale 242 et leurs sxti'émitéc Xi'orsr sont îonvensMemeat obtu- BAD ORIGINAL 69 1796.3 5 2010805 rées pouo/achever de définir le passage 240 à profil en U à l'intérieur de chacun d'eux. Comme montré en fig. 3, ils sont préférable-ment inclinés par rapport aux rayons de façon que lors de leur rotation ils assurent le déplacement radial de l'air ambiant dans l'es-5 pace central A qu'ils définissent. L'air provenant de cet espace A s'échappe ainsi râdialement entre les éléments 24. l'obturation de ces derniers est assurée par un couvercle 31 qui les recouvre tous simultanément en assurant la retenue de leurs extrémités extérieures suivant une circonférence identique à celle qui correspond à leurs 10 extrémités intérieures fixées à la chambre de pompage 22 et à la chambre collectrice 23 de la pompe 21. La bague extérieure du roulement à rouleaux 26 est fixée dans un moyeu 310 solidaire du centre du couvercle 31» tandis que sa bague intérieure est convenablement montée sur l'extrémité libre du 15 prolongement ou tige 170 de l'arbre 17. Cette extrémité est préféra-blement épaulée et filetée pour recevoir un écrou de blocage 32 qui assure ainsi la retenue du couvercle 31 par rapport aux éléments 24 et au bras porteur 27 tout en réalisant la fixation à celui-ci de la tige 170. On conçoit d'ailleurs que la construction et la disposition 20 des divers éléments peuvent varier en fonction des formes d'exécution et des exigences d'une fabrication en série. Le couvercle 31 comporte une série d'ouvertures dfentrée 310 à travers lesquelles l'air ambiant peut s'écouler longitudinalement pour parvenir à l'espace central A défini par les éléments 24, lors 25 de la rotation de l'équipage tournant, le sens de cette rotation étant indiqué par la flèche R en fig. 3 et 4. Cet air s'échappe ra-dialement de l'espace A entre les éléments 24 successifs, à la façon montrée par les flèches en fig. 1. Bien qu'on ne l'ait pas détaillé, il est évident que les dimensions, la conformation et la disposition 30 des éléments 24 autour de l'axe de rotation de l'équipage tournant, ainsi que leur orientation par rapport aux rayons, peuvent varier pour correspondre aux conditions spécifiques de chaque cas particuljer et aux desiderata de la fabrication. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède 35 n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant 1bs détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. 69 17963 6 2010805 EEYEIDICAÏIONS 1 - Echangeur de chaleur pour le refroidissement ou le chauffage du fluide thermique utilisé dans le système de circulation d'un 5 autre appareil, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de montage, tel qu'un arbre, solidaire d'un corps fixe comportant une entrée et une sortie propres à être reliées au système de circulation précité, et un équipage tournant monté à rotation sur ce corps, lequel équipage comprend à son tour d'une part une pompe avec une chambre 10 de pompage dont l'entrée communique avec celle du corps, et avec une chambre collectrice annulaire dont la sortie communique avec celle du corps précité , d'autre part un certain nombre d'éléments d'échange à profil en U, disposés suivant une rangée circulaire et dont chacun communique d'une part avec une sortie de la pompe, d'autre 15 part avec la chambre collectrice. 2 - Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle monté sur les éléments d'échange et convenablement perforé pour permettre à l'air ambiant de pénétrer dans l'espace axial défini par lesdits éléments pour s'échapper radiale- 20 ment entre ceux-ci lorsque l'équipage tournant est en rotation. 3 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pompe comprend des ailettes à orientation substantiellement radiale qui la divisent en un certain nombre de sous-espaces dont les extrémités intérieures se trouvent à une distance 25 appropriée de l'arbre central sur lequel l'équipage tournant est monté à rotation, chacune des sorties de la pompe communiquant avec l'un des sous-espaces mentionnés plus haut. 4 - Echangeur de chaleur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre central est solidaire de nervures déflectri- 30 ces qui s'étendent radialement dans chacun des sous-espaces en se trouvant décalées par rapport aux ailettes de la pompe, substantiellement en face de l'une des sorties de celle-ci.» 5 - Echangeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'échange sont pourvus d'ailettes extérieures et se 35 trouvent à un écartement approprié les uns par rapport aux autres et par rapport à l'axe de rotation de l'équipage tournant. 6 - Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments d'échange sont inclinés par rapport aux rayons de manière à contribuer à provoquer le courant d'air radial à travers les 40 espaces qui les séparent. 17963 7 2010805 7 - Echangeur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le couvercle monté sur les éléments d'échange est supporté à rotation par un prolongement axial de l'organe de montage.