Brevet FR2266135A1 — publié le 19751024

La présente invention concerne un rotor pour échangeur récupérateur de chaleur monté sur un arbre de rotor rotatif. Le rotor est formé de compartiments indépendants, en forme de secteur ciroculaire, qui transportent une masse de matériau absorbant la chaleur alternativement entre un fluide chauffant et un fluide à chauffer. Dans un échangeur récupérateur de chaleur rotatif de structure classique des cloisons disposées radialement s'étendent vers 1'extérieur à partir d'un arbre de rotor central pour former des compartiments ou nacelles en forme de secteur, entratnant une masse de matériau absorbant la chaleur. Ce matériau est soumis à des extrimes de température qui provoquent le transfert de la chaleur du fluide chaud au fluide moins chaud. Ces températures extrêmes provoquent des déformations thermiques du rotor, des fuites de fluide et une baisse d'efficacité de ltéchangeur de chaleur. On a conçu divers modèles d'échangeurs à arbre de rotor horizontal ou vertical en vue soit d'utiliser ou d'éviter les effets contraires de la déformation d'origine thermique. Le brevet US 3.182.715 décrit un moyen d'étanchéité propre à éviter les fuites résultant de la déformation du rotor et, selon le brevet US 3.088.518, on utilise les écarts de température subis par le rotor d'un échangeur récupérateur de chaleur rotatif pour actionner un moyen d'étanchéité qui interdit les fuites. En dépit des efforts faits pour éviter,neutraliser ou utiliser les effets des fuites dans le rotor d'un récupérateur rotatif de préchauffage d'air, les résultats obtenus laissent à désirer et les fuites de fluide continuenti poser un problème majeur. En conséquence, la présente invention propose un échangeur récupérateur de chaleur rotatif comportant un arbre de rotor et une coque de rotor concentriques, reliés par des cloisons ou plaques qui définissent des compartiments transportant une masse de matériau absorbant la chaleur alternativement entre un fluide chaud et un fluide froid. Ainsi, la chaleur du fluide chaud qui traverse la masse est transmise au fluide froid. L'invention vise notamment un rotor pour échangeur récupérateur de chaleur rotatif conçu pour que ses divers organes constitutifs puissent subir des dilatations thermiques qui ntaffectent ni la forme, ni le pouvoir dtabsorption de chaleur de l'échangeur.Plus particulièrement, le rotor est formé de compartiments indépendants, en forme de secteur, qui comportent deux parois circulaires extérieures définissant entre elles un espace de dilatation, où la paroi intérieure peut se dilater et la paroi extérieure se déformer librement, sans interférence mutuelle. En outre, la paroi intérieure est exposée des deux côtés à un écoulement de fluide à la même température que celui qui traverse la garniture 18-contenue dans les compartiments, de sorte que les cloisons 42, la paroi 44 et la garniture 18 subissent à peu près le mEme degré de dilatation thermique. L'ensemble du rotor est entouré par une enveloppe munie à ses deux extrémités de plaques percées de trous destinées à diriger si multanément du fluide chaud et du fluide froid à travers les compartiments espacés du rotor. Pour mieux faire comprendre l'invention, on va maintenant en décrire en détail, à titre d'exemple, un mode de réalisation préféré en se référant au dessin annexé, sur lequel Fig. 1 est une vue en coupe d'un échangeur récupérateur de chaleur rotatif à arbre horizontal réalisé selon l'invention, Fig. 2 représente le rotor en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, et Fig. 3 montre en perspective un compartiment de rotor, en forme de secteur, réalisé selon l'invention. On voit sur le dessin un échangeur récupérateur de chaleur rotatif comportant un arbre de rotor horizontal 12, monté dans des paliers 14 et qui tourne autour de son axe sous 1 t action d'un moteur d'entratnement 16, auquel il est accouplé par un train d'engrenages réducteur convenable. Le rotor est garni d'une masse 18 de matériau absorbant la chaleur, qui prélève la chaleur du fluide chaud la traversant, puis la cède à un fluide moins chaud, pendant que le rotor tourne lentement de façon à amener l'élément chauffé dans l'axe du courant de fluide moins chaud. Les compartiments en secteur 22 sont ouverts aux deux extrémités opposées pour que les fluides puissent les traverser et sont individuellement-articulés sur l'arbre 12 par un accouplement pivotant 24 qui autorise une certaine liberté de mouvement entre l'arbre de rotor et les compartiments. Le rotor, formé par des compartiments en secteurs 22 juxtaposés, est entouré par une enveloppe de rotor 28 comportant de part et d'autre du rotor des plaques d'extrémité percées de trous 32, 34, 35 et 57 d'entrée et de sortie du fluide chauffant et du fluide à chauffer.Pour empêcher les fluides de fuir à travers l'interstice séparant le rotor de son enveloppe, on pose sur les bords d'extrémité du rotor des joints à lèvre d'étanchéité fermant l'interstice qui sépare le rotor de son enveloppe.C'est ainsiqu on pose sur les bords de la paroi circulaire 46 du rotor des joints à lèvre d'étanchéité 50, boulonnes sur ces bords et qui frottent contre la face voisine de l'enveloppe 28, et qu'on interpose des joints à lèvre radiaux 48 entre les extrémités ouvertes des compartiments adjacents pour fermer l'interstice séparant le rotor de la plaque d'extrémité voisine. Les compartiments sont reliés les uns aux autres, sur leurs bords extérieurs, sur des rebords 60, par des boulons 62 pour former un corps de rotor composite qui entoure complètement 11 arbre de rotor. Quand les cloisons radiales 42 se dilatent sous l'effet d'une élévation de température, elles soumettent la coque extérieure 46 à un allongement provoquant un effet dit de "corde où les segments en arc de cercle de la coque situés entre deux cloisons s'allongent jusqu'à devenir plans. Si les compartiments du rotor sont bourrés avec un élément absorbant, lui-meme chauffé et soumis à une dilatation thermique, un effet n de corde " des segments de la coque d'un rotor construit selon la technique habituelle avec une seule coque va comprimer encore plus fortement l1élément de bourrage et allonger les soudures reliant les segments 46 aux parois radiales 42. Après de telles distensions répétées, ces soudures finissent par se fissurer et céder et toute la structure se détériore. Selon l'invention, il est prévu une chambre à double paroi où une seconde paroi en arc de cercle 44 est disposée concentriquement à l'intérieur de la paroi externe en arc de cercle 46, avec laquelle elle définit un espace de dilatation 55. Cet espace 55 est suffisant pour permettre à lélément 18 contenu dans chaque compartiment de repousser la paroi 44 vers ltextérieur du fait de la dilatation thermique de cet élément 18. Simultanément, la dilatation des parois radiales 42 va produire un effet de corde du rotor qui va ramener les segments 46, radialement vers l'intérieur,dans l'espace 55 sans interférence entre les deux parois. La coque intérieure 44 est de préférence un peu plus mince que la coque extérieure46, afin que le compartiment intérieur , contenant la garniture 18, présente une certaine élasticité. Bien~entendu, on pourra apporter au mode de réalisation décrit toutes modifications et variantes de détail sans sortir du cadre de l'invention, il est également évident que le mode particulier de réalisation décrit ci-dessus est donné à titre purement indicatif et non limitatif et ne saurait restreindre le champ d'application de l'invention. REVENDICATIONS 1. Rotor pour échangeur récupérateur de chaleur rotatif comportant un arbre de rotor central, une coque de rotor intérieure} concentrique à cet arbre auquel elle est reliée par des cloisons disposées radialement définissant entre elles une série de compartiments adjacents en forme de secteur et une garniture de matière absorbant la chaleur contenue dans lesdits compartiments du rotor, caractérisé en ce qu 1i1 comprend une coque de rotor extérieure, espacée de la coque de rotor intérieure pour définir avec celle-ci un espace qui permet une déformation de la coque extérieure sans entraver la dilatation thermique de la coque de rotor intérieure. 2. Rotor pour échangeur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la garniture absorbant la chaleur contenue dans les compartiments est tassée contre la coque de rotor intérieure pour former un rotor garni de manière compacte. 3. Rotor pour échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coques tant extérieure qu'intérieure du rotor sont supportées par les extrémités des cloisons disposées radialement. 4. Rotor pour échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coque extérieure est constituée par une paroi cylindrique concentrique à la coque intérieure du rotor. 5. Rotor pour échangeur récupérateur de chaleur rotatif comportant un arbre de rotor central et une coque de rotor intérieure concentrique à cet arbre, une série de cloisons disposées radialement reliant l'arbre de rotor à la coque de rotor pour former avec elle une série de compartiments en secteur et une garniture de matière absorbant la chaleur logée dans les multiples compartiments du rotor, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une enveloppe enfermant le rotor et munie, aux deux extrémités du rotor, de plaques d'extrémité percées de trous espacés dirigeant un fluide chauffant et un fluide à chauffer à travers la garniture contenue dans le rotor, des moyens faisant tourner le rotor autour de son axe dans l'enveloppe, et une coque de rotor extérieure, concentrique à la coque intérieure, dont elle est espacée pour former avec celle-ci un espace permettant au fluide qui traverse la coque intérieure de soumettre celle-ci des deux côtés à une variation de température uniforme qui communique le même degré de dilatation à la coque intérieure et aux cloisons disposées radialement. 6. Rotor pour échangeur selon la revendication 5,caractérisé en ce que la coque de rotor extérieure est plus robuste que la coque intérieure pour supporter la majeure partie des efforts appliqués aux deux coques.