Brevet FR2214095A1 — publié le 19740809

b! in-îention concerne un échangeur ae chaleur rotatif à bras de rotor partant d'un arbre mené et en matériau bon conducteur de la chaleur et dont la température est déterminée par celle d'un premier fluide, ces bras se déplaçant dans un second fluide dont la température diffère de celle du premier.Un article de la revue "Kältetechnik-Klimatisierung", fascicule 12, 1970, page 403 décrit un montage d'essai réalisé de cette manière et comprenant des bras de rotor constitués en ailettes chauffées à la vapeur et les résultats essentiels de l'essai indiquent que ces échangeurs rotatifs permettent d'obtenir des coefficients de transfert de chaleur à la surface des bras du rotor qui sont supérieurs à ceux des échangeurs stationnaires. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur rotatif du tWpe mentionné, réalisé de manière à trouver un vaste champ d'application et conçu de manière que le coefficient de transmission de chaleur des bras de son rotor soit particulièrement favorable. Selon une particularité essentielle de l'échangeur de chaleur rotatif de l'invention, les bras de son rotor sont constitués en conduits en étriers sans aucun revêtement, destinés à la circulation du premier fluide et raccordés à des conduits situés dans l'arbre. Donc, la longueur de chaque bras de rotor selon l'invention disponible pour le transfert de chaleur est pratiquement doublée, car le premier fluide circule radialement vers l'extérieur dans l'le de deux ailes de chaque conduit en étrier et radialement vers l'intérieur dans l'autre de ces ailes. Ce mode de réalisation des bras du rater a cependant encore d'autres avantages.L'un de ceux-ci est qu'il permet de réaliser les conduits de l'arbre de manière parti- culièrement simple. Ainsi, les deux ailes du conduit de circulation e étrier peuvent être disposées l'une derrière l'autre dans le sens de l'axe de l'arbre et ce dernier peut comporter une cavité qui forme les conduits et qu'une cloison transversale @@tuée entre les deux ailes de tous les conduits en étrier divise en une arrivée et un départ du premier fluide. Cette cavité va de préférence d'une extrémité à l'autre de l'arbre de @@nière que d'autres conduits puiss@@t déboucher dans les extré@@@@ de cet arbre.Cette @@vité peut bi@n entendeu aussi ne @@@ @tt@i@@@ les @xtrémités de l'arbre qui peut comporter alors des tro@s @@@@@@@ et de lépart du pr@mier fluide situés sur sa périphérie. Il est bien évident que le premier fluide peut être aussi bien un liquide qu'un gas ou une vapeur. Selon un mode d'application avantageux de l'ìnvention, le premier fluide est celui de refroidissement d'un moteur à combustion interne, tandis que le second est de l'air. -Alors que, dans ce cas, le premier fluide est refroidi par le second, l'invention est aussi applicable au cas inverse dans lequel le premier fluide absorbe de la chaleur du second par l'interne médiaire de l'échangeur. Les conduits de circulation peuvent avantageusement avoir une section allongée, par exemple rectangulaire, de maniere que l'énergie de commande de l'échangeur rotatif de chaleur soit très faible et que ses conduits aient une surface qui soit grande par rapport à leur volume et la disposition est de préférence telle que les cotés longs de la section des deux ailes des conduits en étrier soient placés face à face. Lorsque le premier fluide du mode avantageux d'application de l'invention, mentionné plus haut, est celui de refroidissement d'un moteur à combustion interne, l'air de refroidissement formant le second fluide balaie les bras du rotor au moins approximativement dans la direction de l'axe de l'arbre de l'échangeur pendant la marche du véhicule. Lorsque celui-ci est à l'arret, ce mouvement de l'air de refroidissement n'existe pratiquement pas. Il est avantageux, pour provoquer ce mouvement artificiellement, de disposer le plan des conduits en étriers à section allongée obliquement par rapport à l'axe de l'arbre, de manière qu'ils constituent en quelque sorte des pales de ventilateur. Les surfaces des conduits de circulation peuvent comporter des ailettes qui augmentent l'aire des bras du rotor qui participe à l'échange de chaleur. Ces ailettes peuvent dtre réalisées par formage directement dans le matériau des conduits, mais il est aussi possible de les réaliser sous forme de pièces indépendantes fixées de manière à conduira la chaleur sur la surface des conduits. Les éléments rotatifs d'une pompe du premier fluide peuvent être fixés sur l'arbre rotatif, de manière à éviter la nécessité d'une commande indépendante -pour la pompe. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe axiale schématique partielle d'un échangeur rotatif de chaleur du liquide de refroidisse ment d'un moteur à combustion interne de véhicule. Les éléments essentiels de l'échangeur rotatif de chaleur sont un arbre portant la référence générale 1 ainsi que plusieurs bras de rotor dont l'un est représenté sur le dessin et porte la référence générale 2. L'arbre 1 comporte entre ses extrémités 3 et 4 une cavité divisée par une cloison transversale 5 en une arrivée 6 et un départ 7 du fluide de refroidissement. Des conduits stationnaires 8 et 9 entourent de manière étanche les extrémités 5 et 4 de l'arbre 1. Ces conduits font partie du circuit de refroidissement du moteur å com bustion interne qui entre pas dans le cadre de l'invention. L'arbre 1 est rotatif dans des roulements à billes 10 et 11 et la force nécessaire à le faire tourner lui est transmise par une poulie 12. Les bras de rotor sont constitués de conduits en étriers dé circulation du fluide de refroidissement, les deux ailes 13 et 14 de ces étriers débouchant dans l'arbre 1 de part et d'autre de la cloison 5 La circulation a donc lieu de manière indiquée par des flèches. Les bras du rotor sont formés uniquement par ces conduits, c'est-à-dire ne ne comportent aucun revêtement. Dans exemple representé, des ailettes 15 formées dans le cas particulier directement dans le matériau des conduits en augmentent la surface. Un élément fixe 16 de couverture entoure l'espace dans lequel les bras du rotor tournent et protège ce dernier. La forme en étrier des conduits de circulation double la~longueur de refroidissement de chaque bras du rotor. Les conduits de circulation n'ont pa's une section circulaire, mais allongée et, dans le cas particulier représenté, ils ont une section rectangulaire qui augmente la surface disponible pour l'échange de chaleur. Cette section pourrait bien entendu être aussi par exemple elliptique. Les conduits en étriers sont disposés de manière que les cotés longs des deux ailes 13 et 14 soient situés face à face. par ailleurs, le plan des conduits en étrier n'est pas-parallèle à l'axe 17 de l'arbre 1, mais inscrit un angle avec lui, et donc la section des ailes 13 et 14 est aussi oblique par rapport à cet axe. Cet angle sous lequel les bras ainsi formés du-rotor sont disposés provoque une circulation, indiquée par une flèche 18, de l'air de refroidissement formant le second fluide parallèlement à l'axe 17 meme lorsque le véhicule qui comprend le moteur à combustion interne est immobile. Une pompe du premier fluide peut être reliée à l'arbre 1. Cette pompe se monte dans la zone de l'extrémité 3 de l'arbre dans le cas représenté du refroidissement du premier fluide, mais par contre elle se monte dans la région de ltextrémité 4 de l'arbre dans le cas du réchauffement du premier fluide. Ainsi, aucune commande individuelle n'est nécessaire à cette pompe. Les bras du rotor sont avantageusement en métal léger. Les conduits de circulation peuvent avantageusement être en matériau à ailettes tel qu'utilisé pour les condenseurs des installations de climatisation. Les ailes de chaque conduit de circulation en étrier peuvent éventuellement être torsadées. Il va de soi que l'échangeur de chaleur décrit et représenté peut subir diverses autres modifications sans sortir du cadre- de l'invention. 1. Echangeur de chalour rotatif à bras de rotor en matériau bon conducteur de la chaleur montés sur un arbre mené et dont la température est déterminée par celle d'un premier fluide, ce rotor se déplaçant dans un second fluide dont la température diffère de celle du pr@mier, ledit échangeur étant caractérisé en ce que les bras du rotor sont formés de-conduits en étriers, sans aucun revêtement et destinés à la circulation du premier fluide, ces conduits étant prolongés par des conduits de l'arbre. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux ailes des conduits de circulation en étriers sont disposées l'une derrière l'autre par rapport à la direction de l'axe de l'arbre et ce dernier comprend une cavité qui forme les conduits de prolongement de ceux du rotor et qu'une cloison transversale disposée entre les deux ailes de tous les conduits de circulation en étriers divise en une arrivée et un départ du premier fluide. 3. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les conduits de circulation ont une section allongée et les côtés longs des sections des deux exiles de ces conduits en étrier sont situés face à face. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plan des conduits de circulation en étriers est disposé obliquement par rapport à l'axe de l'arbre. 5. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface des conduits de circulation comporte des ailettes. 6. Changeur de chaleur selon l'une quelconque des revendication3 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments rotatifs d'une pompe @@ premier fluide sont reliés à l'arbre. 7. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications à .i 6, caractérisé en ce que le premier fluide est celui --e refr@idissement d'un moteur à combustion interne et le second, de l'air. 8. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les ailes de chacun des con@@@@ de circulation en étrier sont torsadées.