Brevet FR2462597A1 — publié le 19810213

L'invention concerne un appareil à transporter un flui- de liquide ou gazeux, comportant un corps servant à conduire le fluide et un rotor monté de manière à pouvoir tourner, en- traîné par moteur, servant à transporter le fluide à travCers le corps et portant, sur un arbre ou un élément qui joue le rôle d'arbre, un certain nombre de pales se succédant dans la direction de rotation et s'étendant, d'une part, en direction approximativement radiale vers l'extérieur, et, d'autre part, sur la longueur axiale du rotor. L'invention a pour but de fournir un appareil de l'es- pèce considérée, qui serve en même temps de système de récupé- ration d'énergie, en particulier de récupération de chaleur. Jusqu'ici, pour la récupération de chaleur, on a proposé les échangeurs thermiques qui constituent un élément essentiel dans la technique de l'aération et dans la construction d'appareils de climatisation, ainsi que dans le domaine du traitement des gaz résiduaires industriels. Dans tous les systèmes d'échange thermique connus, qu'ils fonctionnent selon le principe de ré- cupération ou de régénération ou qu'ils soient sous la forme de "tube de chaleur", un inconvénient est que la structure est compliquée et qu'il faut de grandes dépenses d'appareillage pour transporter le fluide servant au transfert d'énergie dans l'échangeur thermique, il faut prévoir une machine de transport séparée, conçue, par exemple, sous forme de ventilateur ou de pompe et placée avant ou après l'échangeur thermique, et en outre, il faut encore prévoir un système de canaux pour le flui- de. Il est évident que des dispositions de ce genre sont coûteu- ses à fabriquer et à monter, et en outre, encombrantes, ce qui entraîne des frais correspondants. Relativement à cela, l'inven- tion a pour but de fournir un appareil du genre considéré qui constitue en même temps un système de récupération de chaleur peu encombrant, de fonctionnement sûr, nécessitant peu d'entre- tien, simple et économique, et dans lequel on n'ait pas besoin d'appliquer une énergie supplémentaire pour le transfert d'éner- gie lui-même. Dans ce but, l'invention propose un appareil de l'espèce définie plus haut, caractérisé en ce que le débit volumétrique traversant le corps est subdivisé par une couche de séparation prévue à l'intérieur du rotor en un courant d'afflux, qui est, 2 2462597 par exemple, le courant d'air entrant ou d'air extérieur et un courant d'évacuation, qui est, par exemple, le courant d'air sortant ou d'air d'échappement, et en ce qu'à chacune des pales et adjoint de façon fixe au moins un tube de chaleur qui tourne avec la pale correspondante et dont l'une des régions thermina- les axiales est affectée au courant d'afflux, par exemple au courant d'air entrant ou d'air extérieur, tandis que sa deuxiè- me région terminale axiale est affectée au courant d'évacuation, par exemple au courant d'air sortant ou d'air d'échappement. Par exemple, le ou les tubes de chaleur peuvent être intégrés à-la pale et ils sont avantageusement logés dans la pale, et en outre, à chaque pale peuvent être adjoints plusieurs tubes de chaleur, les tubes de chaleur adjoints à chaque pale étant de préférence parallèles entre eux. On obtient ainsi une construction peu coûteuse puisqu'on n'a pas besoin d'échangeurs thermiques séparés, de machines de transport ni de systèmes de canaux de guidage, étant donné que tout est réuni en un seul appareil; d'autres avantages de l'ob- jet de l'invention sont l'encombrement réduit, la faible dépense de montage et surtout la sûreté de fonctionnement et l'absence d'entretien dans une large mesure. L'appareil peut être, par exemple, sous forme de venti- lateur radial, dans lequel les fluides participant à l'échange thermique sont chacun aspirés en direction axiale et au centre et refoulés en direction radiale vers l'extérieur, les tubes de chaleur étant de préférence parallèles ou approximativement parallèles à l'axe de rotation du rotor, mais l'appareil peut aussi tout de même être, par exemple, sous forme de ventilateur à courant transversal dans lequel les courants de fluide parti- cipant à l'échange thermique sont chacun aspirés en direction radiale et, après une déviation à l'intérieur du rotor, refoulés en direction radiale vers l'extérieur, les tubes de chaleur étant, de préférence, chacun parallèlos ou approximativement parallèles à l'axe de rotation du rotor, L'appareil peut aussi être sous forme de ventilateur axial; dans lequel les courants de fluide participant à l'échange thermique sont chacun aspirés en direc- tion axiale, mais concentriquement, et refoulés vers l'extérieur en direction axiale, à nouveau concentriquement, leurs tubes de chaleur étant de préférence, dans ce cas, alignés radialement à 3 2462597 l'axe de rotation du rotor, et enfin, l'appareil peut être aussi sous forme de pompe radiale ou axiale servant à transporter des fluides liquides tout en récupérant de l'énergie. Des exemples d'exécution de l'objet de l'invention sont représentés par les dessins, dans lesquels: la figure 1 montre schématiquement en élévation par l'avant un premier mode d'exécution de l'objet de l'invention, sous forme de ventilateur radial; la figure 2 est une vue en élévation latérale correspondant à la figure 1; la figure 3 est une vue en élévation schématique par l'avant montrant un deuxième mode d'exécution de l'invention sous forme de ventilateur à courant transversal; la figure 4 est une vue en élévation latérale correspondant à la figure 3; la figure 5 est une vue en élévation schématique par l'avant d'un troisième mode d'exécution de l'invention, sous forme de ventilateur axial, la figure 6 est une vue en élévation latérale correspondant à la figure 5, et les figures 7 à 10 montrent différentes possibilités de struc- ture concrète des pales des exemples d'exécution représentés par les figures 1 à 6. Le mode d'exécution des figures 1 et 2 est un ventilateur radial 1, dans lequel les fluides participant à l'échange ther- mique sont chacun aspirés en direction axiale et au centre selon les flèches 2, 3, les deux courants de fluide entrant en sens opposé (flèches 2 et 3) et sortant du rotor en direction radiale selon les flèches 4 et 5. Il s'agit donc d'une disposition de ventilateur à double flux. Selon l'invention, le débit volumétri- que de fluide qui traverse le corps de l'appareil est subdivisé, par une couche de séparation 7 prévue à l'intérieur du rotor 6 -une cloison- en un courant d'air entrant ou d'air extérieur 8 et un courant d'air sortant ou air d'échappement 9 et à chacune des pales 10, 11, etc., est adjoint un tube de chaleur 12 -de préférence plusieurs tubes de chaleur- tournant avec la pale correspondante et dont l'une des régions terminales axiales 12a est affectée au courant d'air entrant ou d'air extérieur et la deuxième région terminale axiale 12b au courant d'air sortant 4 246259.7 ou d'air d'échappement. La cloison est perpendiculaire à l'axe longitudinal 13 du rotor et subdivise l'espace intérieur du corps en un compartiment recevant l'air entrant ou l'air exté- rieur 8 et un compartiment recevant l'air sortant ou air d'é- chappement 9. Les tubes de chaleur sont parallèles ou approxi- mativement parallèles à l'axe de rotation du rotor, les tubes de chaleur adjoints à chaque pale sont parallèles entre eux. Les tubes de chaleur sont ou bien intégrés à la pale ou bien logés dans la pale. Des exemples d'exécution de la liaison en- tre les-tubes de chaleur et les pales sont représentés par les figures 7 à 10, qui montrent des exemples d'exécution dans les- quels les tubes de chaleur sont distribués uniformément sur la longueur des pales. Dans la disposition de la figure 7, les tubes de chaleur 14 traversent les pales 15 et des nervures 16 sont prévues pour augmenter l'intensité de l'échange thermique. Dans la disposition de la figure 8, les tubes de chaleur 17 sont enrobés dans le corps 18 de la pale, qui peut être, par exemple, formée de matière synthétique alvéolaire. Dans la disposition de la figure 9, le corps 19 des pales est sous forme de profilé creux contenant intérieurement les tubes de chaleur 20. Dans chacun de ces modes d'exécution, les tubes de chaleur sont for- més, de manière en elle-même connue, d'un tronçon de tube fermé hermétiquement à ses deux extrémités axiales, et qui est muni intérieurement d'un doublage de matière poreuse présentant des cavités en liaison ouverte entre elles de tous côtés, par exemple de matière métallique frittée, de tricots métalliques ou de tricots textiles similaires à des feutres, comportant plusieurs couches de réseaux à mailles fines, etc., le tube étant rempli d'un fluide de travail liquide en quantité exactement dosée selon sa puissance. Comme on le sait, la phase liquide et la phase vapeur du fluide de travail sont ici en équilibre à n'importe quelle température de travail. Si une extrémité du tronçon de tube, de préférence à nervures, est baignée par un courant d'air chaud, une partie du fluide de travail liquide, en équilibre avec sa vapeur, se vaporise en cet endroit, la vapeur afflue alors à l'autre extrémité du tube, baignée par un courant d'air plus froid et s'y condense en cédant une chaleur d'évaporation absorbée précédemment. Le niveau de température du fluide, c'est- à-dire la température de condensation et celle d'évaporation, 246259? s'établissent toujours de façon telle qu'il existe un équili- bre entre l'absorption de chaleur et la dissipation de chaleur du système. Dans le mode d'exécution de la figure 10, l'ensem- ble du corps 21 de la pale constitue un tube de chaleur, il présente la forme d'un corps creux fermé hermétiquement de tous côtés, présentant intérieurement un doublage 22 de matière poreuse, par exemple de matière métallique frittée, de tricots métalliques ou de tricots textiles similaires à des feutres, com- portant plusieurs couches de réseaux à mailles fines, etc., le tube étant rempli d'un fluide de travail liquide 23, en quantité exactement dosée selon sa puissance. Ainsi, dans sa rotation, le ventilateur radial de la fi- gure 1 transporte tout d'abord de l'air selon les flèches 2 et 4 et cet air, qui peut être, par exemple, chaud, cède de la chaleur au fluide contenu dans les tubes de chaleur 12 des pales qui, à leur tour, de la façon décrite plus haut, cèdent de la chaleur au fluide de travail transporté dans la deuxième partie du ventilateur radial à double flux, suivant les flèches 3 et 5. Ainsi, de façon simple et peu coûteuse, il s'effectue un bon transfert et un bon échange de chaleur. Les figures 3 et 4 montrent un appareil du genre ci- dessus sous forme de ventilateur à courant transversal 25, dans lequel les courants de fluide participant à l'échange thermique sont aspirés chacun en direction radiale suivant les flèches 26, 27 et sont refoulés du rotor vers l'extérieur en direction radiale suivant les flèches 28, 29, après une déviation à l'in- térieur du rotor. Ce ventilateur à courant transversal est éga- lement à double flux, l'espace intérieur du corps de ventilateur et du rotor étant subdivisé, par une cloison 31 perpendiculaire à l'axe longitudinal 30 du rotor, en un compartiment 32 qui reçoit l'air entrant ou l'air extérieur et un compartiment 33 qui reçoit l'air sortant ou air d'échappement. ici encore, les tubes de chaleur 34 sont parallèles ou approximativement paral- lèles à l'axe de rotation du rotor 35, ils peuvent ici aussi être reliés solidiairement aux pales, être intégrés aux pales ou être disposés entre les pales -l'écoulement étant toutefois perturbé en pareil cas- et ils doivent suivre la rotation du rotor et des pales correspondantes. Dans les deux cas -dans le cas du ventilateur radial 6 2462597 des figures 1 et 2, et dans le cas du ventilateur à courant transversal des figures 3 et 4 -la cloison est plane ou appro- ximativement plane et présente la forme d'un disque. Dans chacun des deux cas, la cloison est formée d'une partie centra- le 9a, 31a tournant avec le rotor, faisant saillie radialement à la circonférence du rotor, et d'une partie extérieure 31b, 9b entourant annulairement la précédente, disposée par sa cir- conférence extérieure sur le côté intérieur du corps (l'étan- chéité au rayon extérieur peut encore être augmentée notablement par un joint à lamelles) et chevauchant par sa circonférence intérieure la circonférence extérieure de la partie centrale, par exemple en l'entourant avec étanchéité à labyrinthe. En général, cette cloison est disposée au centre du rotor à double flux, mais pour des raisons thermodynamiques, elle peut aussi être excentrée. Dans la disposition des figures 5 et 6, il s'agit d'un ventilateur axial 40, qui est en quelque sorte à double flux, et dans lequel les courants de fluide participant à l'échange thermique sont chacun aspirés axialement suivant les flèches 41, 42, mais concentriquement, et refoulés axialement vers l'ex- térieur suivant les flèches 41, 42. Le courant d'air entrant ou d'air extérieur et le courant d'air sortant ou d'air d'échappe- ment sont cylindriques et concentriques entre eux, l'un entou- rant l'autre; on peut aussi éventuellement choisir pour les deux courants de fluide un sens opposé. Toutefois -selon un guidage obligatoire- le courant d'air, qui cède de la chaleur, se trouve à l'extérieur. Alors que dans les deux premiers modes d'exécution -ventilateur radial et ventilateur à courant trans- versal- les tubes de chaleur sont chacun dirigés parallèlement à l'axe longitudinal du rotor, ici, les tubes de chaleur 43, 44 sont disposés radialement à l'axe de rotation du rotor. On a prévu, en outre, une cloison 45 qui subdivise l'espace intérieur du corps du ventilateur et du rotor en un compartiment 46 rece- vant l'air entrant ou air extérieur et un compartiment 47 rece- vant l'air sortant ou air d'échappement, et qui présente la forme d'un cylindre concentrique au rotor et tournant avec celui-ci. Dans ce ventilateur axial, comme dans le ventilateur radial ou encore dans le ventilateur à courant transversal, les tubes de chaleur font partie des pales ou encore, constituent 7 2462597 eux-mêmes des pales. Pour agrandir la surface, on peut à nouveau disposer des lamelles ou nervures. Selon des exemples d'exécution non représentés plus spécialement, la disposition peut aussi être sous forme de pompe radiale ou axiale servant à transporter des fluides li- quides tout en récupérant de l'énergie. Pour le réglage, on peut, afin de modifier l'intensité du transfert de chaleur, faire basculer les tubes de chaleur hors de leur position normale, par exemple, dans le cas de machines radiales ou axiales, en faisant basculer le rotor ou encore, l'ensemble du ventilateur. Par suite de cette force centrifuge, le flux de condensat à l'intérieur du tube est accéléré, empêché ou dirigé autrement, selon l'angle de bascu- lement. 8 2462597 -R E V E N D I C A T I 0 N S- 1. Appareil à transporter un fluide liquide ou gazeux, comportant un corps servant à conduire le fluide et un rotor monté de manière à pouvoir tourner, entraîné par moteur, servant à transporter le fluide à travers le corps et portant, sur un arbre ou un élément qui joue le rôle d'arbre, un certain nombre de pales se succédant dans la direction de rotation et s'éten- dant, d'une part, en direction approximativement radiale vers l'extérieur, et, d'autre part, sur la longueur axiale du rotor, appareil caractérisé en ce que le débit volumétrique traversant le corps est subdivisé par une couche de séparation prévue à l'intérieur du rotor en un courant d'afflux, qui est, par exem- ple, le courant d'air entrant ou d'air extérieur et un courant d'évacuation, qui est, par exemple, le courant d'air sortant ou d'air d'échappement, et en ce-qu'à chacune des pales est adjoint de façon fixe au moins un tube de chaleur qui tourne avec la pale correspondante et dont l'une des régions terminales axiales est affectée au courant d'afflux, par exemple au courant d'air entrant ou d'air extérieur, tandis que sa deuxième région terminale axiale est affectée au courant d'évacuation, par exem- ple au courant d'air sortant ou d'air d'échappement. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un tube de chaleur est intégré à la pale; par exemple loge dans la pale. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à chaque pale sont adjoints plusieurs tubes de chaleur, par exemple parallèles entre eux, et de préfé- rence, distribuée uniformément sur la longueur de la pale. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes de chaleur (17) sont enrobés dans le corps des pales (18), formé, par exemple, de matière synthétique alvéolaire, ou que le corps des pales (19) constitue un corps profilé creux contenant intérieurement les tubes de cha- leur (20), ou encore, que les tubes de chaleur (14) traversent le corps des pales (15), ou encore, que tout le corps des pales (21) constitue un tube de chaleur. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les tubes de chaleur (14,- 17, 20) constituent chacun un tronçon de tube hermétiquement fermé à ses 9 2462597 deux extrémités axiales, muni intérieurement d'un doublage de matière poreuse présentant des cavités en liaison ouverte entre elles de tous côtés, par exemple de matière métallique frittée, de tricots métalliques ou textiles similaires à des feutres, de plusieurs couches de réseaux à mailles fines, etc., et est rem- pli d'un fluide de travail liquide en quantité exactement do- sée conformément à sa puissance. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps des pales (21) est sous la forme d'un corps creux lo fermé hermétiquement de tous côtés, muni intérieurement d'un doublage (22) de matière tissée poreuse, par exemple de matière métallique frittée, de tricots métalliques ou textiles similai- res à des feutres, de plusieurs couches de réseaux à mailles fines, etc., et est rempli d'un fluide de travail liquide (23) en quantité exactement dosée conformément à sa puissance. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il constitue un ventilateur radial (1), dans-lequel les courants de fluide participant à l'échange ther- mique sont chacun aspirés en direction axiale et au centre et refoulés en direction radiale vers l'extérieur, les tubes de chaleur (12) étant de préférence parallèles ou approximativement parallèles à l'axe de rotation du rotor. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ventilateur radial (1) est à double flux et l'espace inté- rieur du corps du ventilateur et du rotor est subdivisé par une cloison perpendiculaire à l'axe longitudinal du rotor en un com- partiment recevant l'air entrant ou air extérieur et un comparti- ment recevant l'air sortant ou air d'échappement (8 et 9), les deux courants étant de préférence aspirés, aux deux extrémités extérieures du rotor, en direction axiale et en sens opposé entre eux. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il constitue un ventilateur à courant transversal (23) dans lequel les courants participant à l'échange thermique sont aspirés chacun en direction radiale et, après une déviation à l'intérieur du rotor, refoulés en direction radiale vers l'extérieur, les tubes de chaleur étant de préférence pa- rallèles ou approximativement parallèles à l'axe de rotation du rotor. 2462597 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que le ventilateur à courant transversal (25) est à double flux, et l'espace intérieur du corps du ventilateur et du rotor est subdivisé par une cloison perpendiculaire à l'axe longitu- dinal du rotor en un compartiment recevant l'air entrant ou air extérieur et un compartiment recevant l'air sortant ou air d'échappement (32, 33), les deux courants étant de préférence aspirés en des endroits qui se correspondent, à la circonférence extérieure du rotor et traversant le rotor et le corps dans des directions approximativement parallèles. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 et 10, caractérisé en ce que la cloison (17, 31) est plane ou approximativement plane et présente la forme d'un disque, et elle est formée, par exemple, d'une partie centrale tournant avec le rotor, dépassant la circonférence du rotor en direction radiale, et d'une partie extérieure entourant annulairement la précédente, disposée par sa circonférence extérieure à l'inté- rieur du corps, et chevauchant par sa circonférence intérieure la circonférence extérieure de la partie centrale, par exemple avec étanchéité à labyrinthe. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il constitue un ventilateur axial (40), dans lequel les courants de fluide participant à l'échan- ge thermique sont aspirés chacun en direction axiale (41, 42), mais concentriquement et sont refoulés à l'extérieur à nouveau concentriquement, les tubes de chaleur (43, 44) étant de préfé- rence alignés radialement à l'axe de rotation du rotor. 13. Appardl selon la revendication 12, caractérisé en ce que le ventilateur axial est à double flux, et l'espace intérieur du corps et du rotor est subdivisé par une cloison cylindrique tournant avec le rotor et concentrique à celui-ci en un compar- timent recevant l'air entrant ou air extérieur et un comparti- ment recevant l'air sortant ou air d'échappement, le courant d'air entrant ou d'air extérieur et le courant d'air sortant ou d'air d'échappement, étant de préférence, chacun cylindrique et concentriques entre eux, l'un entourant l'autre, le courant d'air qui cède de la chaleur se trouvant de préférence à l'ex- térieur. 14. Appareil selon l'une quelconque des revendications il 25462597 1 à 16, caractérisé en ce qu'il constitue une pompe radiale ou axiale servant à transporter des fluides liquides en récupérant en même temps de la chaleur. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que pour faire varier l'intensité du transfert de chaleur, on fait basculer les tubes de chaleur hors de leur position normale, par exemple, dans les machines radiales ou axiales, en faisant basculer le rotor.