Brevet FR2237155A1 — publié le 19750207

La présente invention concerne la réalisation d'un échangeur de chaleur permettant particulièrement, mais non exclusivement, de chauffer un fluide gazeux tel que de l'air au moyen d'un autre fluide gazeux. La présente invention concerne un échangeur de chaleur comportant une roue motrice portant des aubes à l'intérieur desquelles sont ménagés des conduits internes centrifugateurs, des moyens pour fournir du fluide aux extréit-es internes desdits conduits quand la roue motrice tourne, et des moyens pour isoler le fluide qui émerge des extrémités externes desdits conduits par les surfaces extérieures des - aubes de la roue. La roue motrice- fonctionne de manière à pousser le fluide en contact avec la surface extérieure de ses aubes, et à centrifuger ce fluide, radialement et vers Itextérieur, à travers les conduits internes des aubes.l"échange de chaleur s'effectue entre les deux fluides sans qu'ils se mélangent. Les conduits centrifugats aboutissent préférablement à des orifices de sortie situés aux sommets des aubes et débouchent dans une chambre collectrice qui entoure la roue motrice. La chambre collectrice a aussi5 préférablement, la forme d'une volute. La volute fait fonction de diffuseur, le fluide s'échap pant par les orifices de sortie des sommets des aubes dans la volute, circulant autour de celle-ci, et sortant finalement par l'orifice de sortie tangentielle de la volute avec une vitesse décroissante et une pression statique croissante, ce qui favorise encore davantage le courant de fluide vers l'extérieur, à travers les conduits internes des aubes. Il est commode que les conduits centrifugateurs partent dlorifices d'entrée placés aux extrémités radiales internes des aubes et s'ouvrant dans moyeu creux de la roue motrice. Les aubes peuvent porter à leurs sommets un bandeau annulaire tournant avec elles, et séparé par un petit espace libre courant dè la périphérie interne de la volute. L' échangeur de chaleur peut comporter, de plus, un dispositif de chauffage servant à chauffer le fluide entraîné dans le moyeu creux, par le fonctionnement de la roue motrice, pour être centrifugé vers l'extérieur à travers les conduits internes des aubes. L'échangeur de fluide fonctionne dans ce cas en chauffant le fluide poussé par les surfaces extérieures des aubes. Le dispositif de chauffage peut fonctionner par combustion, le fluide centrifugé étant composé dair et des gaz de combustion. Le flux d'air de combustion verse dispositif de chauffage peut être aussi produit par l'air et les gaz de combustion centrifugés. On va maintenant décrire, à titre d'exemple, des réalisations spécifiques de la présente invention en se référant aux planches de dessins ci-annexées sur lesquelles - la Fig. 1 représente de fanon quelque peu schématique un échangeur de chaleur selon la présente invention utilisable dans un dispositif de chauffage d'espace, servant à assurer le chauffage dudit espace. - la Fig. 2 est une vue frontale d'un dispositif de chauffage selon la présente invention utilisant un échangeur de chaleur selon celle-ci, représenté avec le panneau avant-de son carter enlevé pour faire voir des détails internes, et - la Fig. 3 est une vue latérale, en élévation, du même dispositif, partiellemeent en coupe passant par la ligne A-A de la Fig. 2. Eri se référant à la Fig. 1, un carter 1 possédant un bâti 2 renferme un propulseur ayant la forme d'un ventilateur entrainé par moteur électrique et comportant une roue motrice désignée de facon générale par 10. La roue motrice possède un moyeu creux 11 ou 11t et des aubes creuses 12 renfermant des conduits internes 13 allant chacun d'une ouverture d' admission 14 située à son extrémité radiale interne à une ouverture d'échappement 15 située à son sommet. L'ouverture d'admission 14 stouvre . dans l'intérieur du moyeu 11 ou-111 et l'ouverture d'échappement 15 s'ouvre dans un bandeau annulaire 16, entourant les aubes et porté par celles-ci, et s'étendant dans la périphérie interne d'une chambre fixe en volute 17 portée par le carter au moyen d'une plaque profilée 4, portée elle-meme par un châssis intermédiaire 5. L'orifice de sortie 18 de la chambre en volute, dirigée tangentiellement, communique avec un conduit d'évacuation sortant du carter. Un brûleur de combustible liquide ou gazeux, mais de préférence gazeux, est placé dans un conduit 21 allant dans le carter, d'un orifice d'entrée d'air de combustion 22 percé dans la paroi frontale externe 6 de celui-ci jusqu'à l'intérieur du moyeu creux 11 ou 11. Le moyeu comporte, suivant un exemple, un manchon cylindrique d'entrée 11 a débouchant dans une chambre tronconique divergente 11 b dont l'extrémité de plus grand diamètre est fermée par une paroi terminale. Suivant un antre exemple, le manchon cylindrique d'entrée 11' a débouche dans une chambre cylindrique creuse 24. La flamme du brûleur est dirigée vers Itintérieur du manchon d'admission 11 a ou lit a avec flair de combustion et un excès d1 air entraîné par greffez du propulseur rotatif à travers l'orifice d'admission d'air de combustion 22 et le moyeu creux. Le fonctionnement est le suivant Le ventilateur entrain par sa rotation l'air de la pièce dans le carter, à travers des passages latéraux d'entrée flair situés sur les c8tés opposés du carter, en face de la plaque profilée 4. Un de ces passages d'air est figuré en 26.Les passages d'entrée d' air 26 sont distincts des orifices dladmission d'air de combustion 22, et Itair qui les traverse passe sur les surfaces extérieures des aubes, en contact dtéchange de chaleur avec elles, et il est poussé vers lavant par les aubes, traverse un conduit de décharge 27, sort du carter par une ouverture de décharge 28 faite dans sa paroi postérieure 7, et pénètre dans l'espace environnant que le dispositif de chauffage a pour but de chauffer, L'air de combustion est entrainé, de façon à ce qu'il pénètre dans l'orifice d'admission d'air de combustion 22, par l'air centri- fugué et par les gaz de combustion circulant vers 1 'extérieur, dans les conduits internes 13, puis il pénètre dans la volute 17 et enfin dans le conduit d'évacuation 19. l'air chaud et les gaz de combustion sont refroidis pendant leur passage à travers les aubes, vers l'extérieur, par échange de chaleur avec l'air de chauffage d'espace. Le moteur électrîque (non représenté) peut entrainer directement le propulseur, et il est supporté dans ce cas par le carter, par l'intermédiaire d'entretoises appropriées dans la conduite de décharge 27. Le moteur peut aussi être entraîné par le propulseur par ltantermédiaire d'une courroie ou d'un élément du même genre, le propulseur étant monté sur paliers supportés par le carter et placés, dans ce cas, devant et derrière lui. Un palier frontal du moteur est indiqué en 30. On peut apprécier le fait que le dispositif décrit nlim- plique l'emploi que d'un seul moteur pour entraîner l'air de la pièce à chauffer et l'air de combustion qui participe à la combustion du carburant servant à chauffer la pièce On appréciera aussi le fait que le propulseur à ventilation pourrait être muni d'une bien plus grande quantité d'aubes propulsives que celles qui sont représentées sur la Fig. 1. Pour augmenter les surfaces d'échange de chaleur, les aubes propulsives pourraient avoir une dimension de semelle comparable à l'écartement des aubes. Le propulseur à ventilation est préférablement un propulseur à flux axial ayant des aubes de section en forme de voilure. Le dispositif de chauffage par air décrit est petit et compact. Les gaz d'échappement sont entrainés par le propulseur dans le conduit d'évacuation. On a maintenu un petit jeu courant entre le bandeau 16 et la volute 17, le bandeau ménageant, avec des rebords opposés, en direction axiale, délimités par la périphérie interne de la volute, détroits passages 31 annulaires, dirigés axialement . Llair de la pièce, pénetrant dans le carter par les passages 31, ainsi que les produits de combustion, ne peuvent s'échapper de la volute à travers les passages 31 à cause de ltinflux flair de la pièce dans ces passages Cela résulte de ce que la pression dans la volute est inférieure à la pression atmosphérique du fait de la diffusion de 1' air circulant autour de la volute et à travers l'orifice de sortie de volute 18. Un échangeur de chaleur selon la présente invention peut utiliser toute source de fluide chauffant à la place des produits de combustion fournis dans le moyeu du propulseur. On peut donc utiliser, par exemple, la chaleur perdue normalement entrainée dans ltéçhappement d'un moteur primaire. Un échangeur de chaleur selon la présente invention peut aussi être utilisé pour refroidir un fluide, tel que de lair, passant au contact des surfaces extérieures des aubes, le fluide centrifugé pouvant être, par exemple, del1 air froid ou du bioxlrde de carbone liquide, qui peut être mis en circulation, par fraction centrifuge du propulseur rotatif, dans un système de circulation fermé, incluant le moyeu creux du propulseur. Un joint étanche aux liquides appropriés serait placé dans ce cas, entre le bandeau mobile t6 et la volute fixe 17, en remplacement des espaces libres courants 31. Le propulseur peut être utilise pour propulser un milieu liquide au lieu d'un milieu gazeux tel que de lt air. Le propulseur- peut fonctionner, par exemple, dans une conduite remplie de liquide pour faire mouvoir le liquide dans cette conduite, le liquide passant sur les surfaces extérieures des aubes du propulseur en relation échange de chaleur avec le fluide centrifugé à travers les conduits internes creux des aubes. Un tel fluide peut autre gazeux ou liquide et il peut, soit chauffer, soit refroidir le liquide mis en circulation dans la conduite par le propulseur. Lorsque le propulseur fonctionne dans une conduite de liquide froid, il est nécessaire qu'une autre conduite, amenant le fluide à centrifuger dans les aubes creuses du propulseur, traverse en quelque endroit la paroi dela conduite de liquide froid, et il faut donc prévoir un autre joint rotatif à un emplacement convenable, par exemple dans l'in- térieur de la conduite de liquide froid et entre le moyeu du propulseur et Il autre conduite, laquelle supporte un des paliers du rotor du propulseur. On peut placer un dispositif de chauffage ou de refroidissement, qui peut faire partie dtun autre système d'échange de chaleur, -à 11 endroit du passage du fluide à centrifuger circulant en système fermé dans les aubes creuses du propulseur dans le~moyeu de celui-ci. Le système peut ainsi constituer un système de refroidissement pour engin automoteur, le fluide refroidissant cet engin et--fournissant à son tour de la chaleur à lair passant sur les -surfaces extérieures des aubes du propulseur. L'invention peut être appliquée pour réaliser un échange de chaleur entre deux courants de fluide, dont chacun peut être liquide ou gazeux, sans que ces courants se mélangent, et pour mettre simultanément en mouvement les deux courants afin de les amener en situation d'échange de chaleur, en ntutilisant qu'un seul élément entraineur, c'est-à-dire un propulseur à aubes creuses. L'un des courants, ou les deux, peuvent circuler dans une boucle fermée incluant une des voies de courant de fluide de ltéchan- geur de chaleur de la présente invention. REVENDICARIONS 1. Echangeur de chaleur caractérisé en ce qu?il comporte un propulseur m m;-dlaubes renfermant des conduits centrifugé gateurs internes, des moyens pour fournir du fluide aux extrémités radiales internes desdits conduits lorsque le propulseur tourne, et des moyens pour isoler le fluide émergeant, par les extrémités radiales externes desdits conduits, des surfaces externes des aubes du propulseur. 2. Echangeur de chaleur selon la revendication I, caractérise en ce que les conduits centrifugateurs débouchent sur des orifices de sortie aux sommets des aubes, et s'ouvrent dans une chambre collectrice, entourant le propulseur. 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2, caracterisé en ce que la chambre collectrice a la forme d'une volute. 4. Echangeur de chaleur selon l'une ou autre des revendications précédentes1 caractérisé en ce que les conduits centrifugateurs partent d'orifices d'admission situés aux extrémités radiales internes des aubes, et s'ouvrant dans un moyeu creux du propulseur. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les aubes portent à leurs sommets un bandeau annulaire, qui tourne avec les aubes, et qui possède un petit espace libre courant le séparant de la périphérie-interne de la volute. 6. Echangeur de chaleur selon ltune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qulil comporte un dispositif de chauffage du fluide, entraîné dans le moyeu creux par ltaction du propulseur, avant qu'il soit centrifugé radialement vers 11 extérieur dans les conduits internes des aubes. 7. Echangeur de. chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage est un -dispositif à combustion, le fluide centrifugé étant composé d' air - et des gaz de combustion. 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le flux d'air de combustion vers le dispositif - de chauffage est provoqué par ltair centrifugé et les gaz de combustion. 9. Echangeur de chaleur selon l1une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aubes ont une dimension de semelle de dimension comparable à leur espacement. 10. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendicationsî à 9, caractérisé en ce que le propulseur comporte une roce motrice à flux axial munie d'aubes de section en forme de voilure. 11. Dispositif de chauffage d'un espace caractérisé en ce qutil comporte un échangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications 6, 7, 8 ou 9 ou selon la revendication 10 en ce quelle dépend des revendications 6, 7 ou 8.