Brevet FR2053132A1 — publié le 19710416

La présente invention concerne une forme particulière de matrice absorbant la chaleur, destinée aux échangeurs rotatifs de chaleur par régénération. Dans les échangeurs classiques munis de plaques métalliques 5 ondulées constituant les éléments d'absorption, les plaques comportent souvent un émail céramique qui permet d'accroître la résistance à la corrosion et à l'érosion. Cependant, à moins qu'on ait appliqué le revêtement d'émail sur une base métallique soigneusement préparée, il n'existe qu'une adhérence faible entre le métal de la 10 base de l'élément et le revêtement émaillé en porcelaine. Ceci est particulièrement vrai le long des parties courbes de chaque tôle d'élément où l'émail de porcelaine a tendance à s'écailler rapidement et à se briser en se séparant de la tôle métallique ; ceci soumet le métal de base placé au-dessous aux effets érosifs et cor-15 rosifs des gaz qui viennent à son contact. La présente invention concerne une matrice absorbant la chaleur, destinée à un échangeur de chaleur par régénération et qui comprend plusieurs plaques métalliques superposées munies d'ondulations espacées laissant des passages entre elles, et un revêtement 20 résistant à la corrosion et à l'érosion à leur surface, les ondulations des plaques ayant un rayon de courbure supérieur à 2,38 mm, permettant de fournir ainsi une bonne base au revêtement. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, 25 donnée en référence aux dessins annexés sur lesquels ; la figure 1 est une vue en perspective d'un exemple d'échangeur rotatif de chaleur par régénération ; la figure 2 est une vue agrandie d'une plaque qui absorbe la chaleur et réalisée selon l'invention ; 30 la figure 3 est une coupe agrandie d'une tôle d'élément selon l'invention ; la figure 4 est une coupe agrandie d'une tôle d'élément selon les normes habituellement utilisées ; et la figure 5 est une coupe très agrandie d'ion élément de plaque, 35 montrant les caractéristiques particulières d'une ondulation. La figure t représente un échangeur de chaleur dont le carter 10 enferme un rotor 12 contenant une masse de matière d'é-change thermique 14 placée au contact du courant de gaz chauds BAD ORIGINAL 70 27325 2 2053132 pénétrant dans le carter par un canal d'entrée 16 et en ressortant par un canal 18 après avoir balayé la matière d'échange thermique dans le compartiment compris entre ces deux canaux.'. De l'air ou un autre gaz froid pénétrant dans le carter par l'entrée 22 ressort 5 par le canal 24 après avoir balayé la matière d'échange thermique qui se trouve dans le compartiment compris entre eux; Pendant que les gaz passent dans leurs passages respectifs, un dispositif d'entraînement 20 fait tourner le rotor 12 autour de son axe de façon que chaque partie de l'élément qui absorbe la chaleur contenu à 10 l'intérieur soit alternativement soumise au gaz chaud et à l'air de refroidissement. La matière qui absorbe la chaleur portée par le rotor comprend habituellement plusieurs plaques absorbantes 26 qui comportent des ondulations ou d'autres'saillies 27 servant d'entre-15 toises entre les plaques en formant des passages permettant aux fluides chaud et froid de s'y écouler. Un panier métallique tient en place les plaques assemblées de façon à former un réseau régulier exposé à l'intérieur de 1'échangeur de chaleur. Bien qu'on ait utilisé à peu près exclusivement des 20 éléments métalliques en plaques dans les échangeurs de chaleur par régénération du type décrit, on a proposé d'utiliser un matériau comme la brique réfractaire qui résiste mieux à la corrosion, à l'érosion et aux températures élevées rencontrées. Cependant ce.matériau présente des inconvénients bien déterminés et il n'est pas 25 devenu d'un emploi courant. L'un des principaux inconvénients de l'emploi de matériaux tels que des blocs de brique réfractaire est que la matrice formée a un rapport volume/masse élevé qui contribue à accroître la taille de lféchangeur de chaleur, ce qui en limite les applications. 30 Les plaques d'acier ondulées émaillées possèdent des qualités souhaitables d'absorption de la chaleur, un faible encombrement et une faible résistance à 1'écoulement, une résistance exceptionnelle à la corrosion et à lf érosion et on peut les nettoyer facilement, pour enlever les dépôts anciens » Cependant, les eondi-35 tions qui régnent dans un échangeur de ehalsur sont tellss que les plaques d'élément j sont soumises continuellement au choc, aux vibrations, à la corrosion et à érosion fa.çc si sévère que l'émail s'écaille rapidement et se brise, si bien quo le métal de base BAD ORIGINAL 70 27325 3 2053132 est lui-même bientôt soumis aux effets nuisibles des gaz corrosifs et érosifs. Les vibrations et les chocs continuels entraînent les plaques elles-mêmes à se briser aux points de plus grande concentration de forces. 5 Ceci est particulièrement vrai au creux de chaque ondulation où il est très difficile d'obtenir un recouvrement efficace par le revêtement d'émail ; ce qui adhère au métal de base est facilement emporté après écaillage. De plus, lorsque l'émail s'en va, l'acier de la base lui-même est soumis à la concentration des forces et ce-10 la entraîne rapidement la fatigue et la rupture des plaques des éléments. Des plaques d'élément plates seraient évidemment moins soumises à la fatigue et à la rupture, mais elles ont une efficacité bien inférieure comme corps d.'échange thermique, et on les em-15 ploie peu. La présente invention concerne une forme ou une configuration particulière de plaque métallique en forme absorbant la chaleur, destinée à un échangeur de chaleur par régénération, qui donne une surface idéale pour un émail de porcelaine ou pour -un autre type de revêtement et qui possède de bonnes propriétés de 20 transfert de chaleur. La configuration d'élément de transfert de chaleur perfectionnée de l'invention est celle de la plaque ondulée en acier 32 ; la juxtaposition de plusieurs de ces plaques donne une matrice absorbant la chaleur du type qui convient à un échangeur de 25 chaleur par régénération. Les plaques d'acier ondulées comportent plusieurs plis ou ondulations arrondis dont le rayon de courbure "r" n'est nulle part inférieur à 2,38 mm, ni supérieur à 3,97 mm. Une telle limite des dimensions et de la forme des ondulations permet d'obtenir une plaque d'élément qui conserve une 30 efficacité presque maximum pour le transfert de chaleur, tout en donnant simultanément une structure de base qui permet un recouvrement efficace d'émail de porcelaine, en le retenant dans une grande mesure. De plus, en arrondissant les sommets et les creux de chaque ondulation, on réduit la concentration de forces, ce qui augmente 35 considérablement la durée de vie escomptée. On soumet alors une plaque absorbant la chaleur ainsi formée à un procédé de dépôt de revêtement d'émail de porcelaine sur la totalité de sa surface extérieure. On peut effectuer cette 70 27325 4 2053132 opération par un procédé de revêtement connu, par exemple par pulvérisation, peinture ou trempage, puisque le procédé de dépôt n'a aucun effet sur le produit final obtenu. On chauffe la plaque recouverte d'émail à une température 5 au moins égale à la température de fusion de l'émail du revêtement, qui se trouve en général comprise entre 840 et 900°C. Après la fusion, on refroidit rapidement la plaque et son revêtement de façon à obtenir une solidification rapide ; la couche externe atteint une s température basse prédéterminée bien avant les zones internes. 10 Ainsi, la surface externe du revêtement d'émail se solidifie bien avant sa partie interne et on a déterminé que ceci donne une compression élevée de la surface externe de l'émail. Ensuite, on refroidit la surface absorbante entière avant de la mettre en place dans un échangeur de chaleur. Comme les températures de travail 15 d'un échangeur de chaleur classique du type défini ci-dessus dépassent rarement 430°C, la surface externe du revêtement en émail de porcelaine reste toujours en compression et n'est pas sujette à se briser comme dans les éléments émaillés par les procédés habituels. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite 20 ci-dessus qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra y apporter toutes variantes entrant dans son cadre et son esprit. BAD ORIGINAL 70 27325 5 2053132 REVENDICATIONS 1 - Appareil rotatif d'échange de chaleur par régénération, comportant un rotor placé dans un carter et supportant une matrice formée de plaques ondulées absorbant la chaleur et placées alterna- 5 tivement dans un fluide de chauffage et dans un fluide à chauffer, caractérisé en ce que les ondulations des plaques ont un rayon de courbure supérieur à 2,38 mm. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques d'absorption de la chaleur ondulées comportent un 10 revêtement en émail. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques comportent un revêtement en émail de porcelaine. 4 - Appareil selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que toutes les surfaces courbes des plaques ondu- 15 lées ont un rayon supérieur à 2,38 mm. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayon de courbure des plaques ondulées est inférieur à 3,97 mm. 6. Appareil selon l'une des revendications 3 et 5, 20 caractérisé en ce que le coefficient de dilatation thermique des plaques ondulées est supérieur à celui du revêtement d'émail de porcelaine qu'elles portent. BAD ORIGINAL