Brevet FR2065580A1 — publié le 19710730

î 2065580 La présente invention concerne un échangeur de chaleur desti_ né à transférer des calories entre deux fluides dont l'un est à une pression relativement élevée et l'autre est à une pression relativement faible. 5 Un échangeur de chaleur de ce type trouve son emploi, par exemple, dans un turbo-moteur à gaz comportant un moyen d'alimentation en combustible de la chambre à combustion, un compresseur pour alimenter en air cette chambre de combustion, une première turbine pour entraîner le compresseur, elle-même entraînée par les gaz 10 chauds quittant la chambre de combustion, et une deuxième turbine, ou turbine de travail, fournissant une énergie de sortie mécanique. Dans un tel moteur, il est souhaitable d'assurer un échange de chaleur entre les gaz d'échappement ayant traversé les turbines et l'air pénétrant dans la chambre de combustion. Toutefois, cet 15 échange présente une difficulté du fait que la contre-pression imposée aux gaz d'échappement perdus doit être aussi faible que possible, tandis que l'air qui pénètre dans la chambre de combustion se trouve à une pression élevée. Du fait que cet air est à une pression élevée, le transfert de chaleur par convection entre l'air 20 et la paroi du conduit dans lequel il se trouve sera élevé, mais il sera faible entre les gaz d'échappement perdus et les parois d'un conduit environnant, car ces gaz sont à faible pression. En conséquence, de tels échangeurs thermiques étaient jusqu'ici de grandes dimensions, afin d'obtenir le transfert de chaleur désiré. 25 la présente invention a pour objet un échangeur de chaleur du type considéré, de forme simple et appropriée. L'échangeur de chaleur du type considéré comporte, selon l'invention, un conduit traversé par le fluide sous pression relativement élevée et un lit de particules d'un matériau résistant à 30 la chaleur, entourant le conduit et traversé par le fluide sous pression relativement basse, le passage du fluide à travers ce lit de particules provoquant la fluidification de celles-ci et augmentant ainsi le transfert de chaleur entre le fluide et les dites particules, les particules elles-mêmes pouvant transférer leur cha-35 leur au fluide à l'intérieur du conduit à travers la paroi de ce dernier. Sur le dessin annexé : la fig. 1 illustre un exemple d'échangeur de chaleur selon l'invention, associé à une première forme de turbo-moteur à gaz; 40 la fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne 2-2 de la fig.lj 70 39073 2 2065580 la fig. 3 est une vue similaire à la fig. t, représentant lléchangeur de chaleur de la fig. 1 associé à une deuxième forme de turbo-moteur, et la fig. 4 est une vue en coupe selon la ligne 4-4 de la fig.3» 5 L'échangeur représenté à la fig. 1 comporte une chambre de combustion cylindrique creuse 10 à l'intérieur de laquelle est monté un dispositif stabilisateur de flamme de forme classique auquel est associé un injecteur de combustible 11, également de forme classique. La chambre de combustion 10 est montée à l'intérieur d'une 10 enveloppe, ou carter, 12 qui est à son tour montée à l'intérieur d'une deuxième enveloppe 13. les gaz chauds quittent la chambre de combustion 10 par une sortie 14 du carter 12 et cette sortie est raccordée à l'entrée d' une turbine 15. La turbine 15 est agencée pour entraîner un com-15 presseur 16 qui envoie de l'air sous pression à une chambre d'admission 17 entourant le carter 13. L'air passe de la chambre d'admission 17 à la chambre de combustion 10 par une pluralité de tubes 20 s'étendant entre des ouvertures formées dans les carters 12 et 13. 20 La sortie de la turbine 15 est raccordée à lrentrée d'une autre turbine 18, dont l'arbre de sortie peut être monté pour fournir rme énergie de sortie mécanique. Par exemple, la turbine 18 peut être raccordée au mécanisme de transmission d'un véhicule routier. Les gaz quittent la turbine 18 par un conduit 19 qui communi-25 que avec l'espace annulaire délimité entre les carters 12 et 13» Le fonctionnement du turbo-moteur à gaz décrit ci-dessus est bien connu; afin d'améliorer son rendement, il est souhaitable de réaliser un échange de chaleur entre les gaz d'échappement perdus quittant la turbine 18 et l'air pénétrant dans la chambre de com-30 bustion 10. Dans ce but, un lit de particules 22 thermorésistantes entoure les "fcubes 20 et le poids de ces particules est choisi en fonction de la contre-pression limite pouvant être imposée aux gaz d'échappement quittant la turbine et de la nécessité de maintenir les particules à 1!intérieur du lit. Les gaz d'échappement quittant 35 la turbine 18 passent par le conduit de sortie 19 dans la partie inférieure du lit de particules, et ils quittent le lit par le tuyau d'échappement 23. Lors de leur passage à travers le lit, les gaz d'échappement provoquent une fluidification des particules 22, ce qui entraîne un degré de turbulence élevé qui accroît le transfert 40 de chaleur entre les gaz d'échappement et les particules. Du fait 70 39073 3 2065580 que ces dernières entourent étroitement les tubes 20, la chaleur est transférée des particules aux parois des tubes et, de là, à l'air sous pression. On obtient ainsi tm taux élevé de transfert de chaleur entre les gaz d'échappement et l'air. 5 le poids des particules 22 est choisi de façon à réduire au minimum la contre-pression, tandis qu'en même temps il est essentiel de retenir les particules à l'intérieur du lit. Un matériau céramique ou un matériau analogue thermo-résistant, sous forme de copeaux ou fragments, donne satisfaction. Les particules sont rete-10 nues dans le lit lorsque le moteur est à l'arrêt, grâce à une plaque perforée 24 s'étendant entre les carters 12 et 13* Dans l'agencement représenté sur la fig. 3, 1'échangeur de chaleur est exactement le même que dans l'exemple de la fig. 1 et la seule différence provient du type de moteur. Dans le moteur re-15 présenté sur la fig. 3, il est prévu un autre compresseur 25 qui sert à envoyer un mélange air/combustible à un brûletir 26 monté à l'intérieur de la chambre de combustion 10. Un combustible liquide ou gazeux peut être introduit, de toute manière appropriée, dans l'air pénétrant dans le compresseur 25. 70 39073 4 2065580 ■EBVBKDICAIIOUS 1. Echangeur de chaleur destiné à transférer des calories entre deux fluides dont l'un est à une pression relativement élevée et l'autre est à une pression relativement faible, caractérisé en 5 ce (»'il comporte un conduit traversé par le fluide sous pression relativement élevée et un lit de particules d'un matériau résistant à la chaleur, entourant le conduit et traversé par le fluide sous pression relativement basse, le passage du fluide à travers ce lit de particules provoquant la fluidification de celles-ci et 10 augmentant ainsi le transfert de chaleur entre le fluide et les dites particules» les particules elles-mêmes pouvant transférer leur chaleur au fluide à l'intérieur du conduit à travers la paroi de ce dernier. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé 15 en ce que les particules sont des fragments de céramique. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux carters tubulaires disposés l'un à l'intérieur de l'autre et délimitant entre eux vin espace annulaire, et une pluralité de tubes s'étendant entre des ouvertures ménagées dans 20 les carters, les particules étant logées dans cet espace annulaire. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3» caractérisé en ce que les axes des carters sont verticaux, l'extrémité inférieure de l'espace annulaire étant fermée par une plaque perforée qui sert à supporter les particules lorsqu'il n'y a pas d'écoulement de 25 fluide à travers cet espace annulaire. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une chambre d'admission est ménagée autour du carter extérieur. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5» caractérisé 30 en ce qu'une sortie est prévue à l'extrémité supérieure de l'espace annulaire* T. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 à 6, 70 39073 5 2065560 caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de combustion montée à l'intérieur du carter interne et des moyens pour envoyer un courant d'air par les tubes jusqu'à, la chambre de combustion, ainsi que des moyens grâce auxquels les produits de combustion se trouvant dans la chambre de combustion sont envoyés à l'extrémité inférieure de l'espace annulaire.