Brevet FR2511764A1 — publié le 19830225

Dans un échangeur de chaleur rotatif à récupé- ration, une masse,constituée d'un élément absorbant la chaleur et comprenant communément des plaques empilées, est d'abord positionnée dans un canal parcouru par un gaz chaud afin d'absorber de la chaleur cédée par les gaz chauds parcourant ce canal Après que les plaques ont été chauffées par les gaz chauds, elles sont déplacées, sou- vent par rotation, afin d'être placées dans un canal par- couru par de l'air froid et dans lequel les plaques ainsi chauffées transmettent leur chaleur à l'air froid ou à tout autre fluide parcourant ce canal. L'élément absorbant la chaleur est habituelle- ment porté par un rotor cylindrique qui tourne entre les fluides chaud et froid, tandis qu'un corps fixe, compre- nant des secteurs placés aux extrémités opposées du rotor, est conçu pour entourer ce dernier et pour maintenir les fluides chaud et froid dans des gaines séparées Pour empêcher le mélange des deux fluides, les bords extrêmes du rotor comportent habituellement des organes flexibles d'étanchéité qui sont destinés à frotter contre la sur- face adjacente du corps ou de l'enveloppe du rotor pour suivre élastiquement un degré limité d' "enfoncement" ou autre déformation due à la chaleur et à la sollicitation mécanique de l'échangeur de chaleur par suite de varia- tions de températures et de contraintes normales de flexion engendrées par la pesanteur. Initialement, le rotor et la structure du corps l'enveloppant étaient relativement petits et étaient donc supportés uniquement par les canalisations empruntées par les fluides pour arriver à l'échangeur de chaleur et en partir Lorsque la dimension de ce type d'appareil a augmenté, on a monté le rotor sur un palier qui a été lui-même monté sur une poutre horizontale de support, placée au-dessus ou au-dessous du rotor On a ensuite monté le corps directement ou indirectement sur la même poutre, de sorte que les déformations de cette poutre duesà la chaleur et aux contraintes mécaniques provoquaient un mouvement relatif du rotor et de la structure du corps l'enveloppant, entraînant une chute de fluide entre le rotor et la struc- ture Ensuite, lorsque l'on a augmenté encore plus la dimension de l'appareil, le poids du rotor et de la struc- ture du corps l'entourant a également augmenté,de sorte qu'il a fallu une poutre de support plus lourde pour évi- ter une déformation encore plus grande; cependant, dans le cas d'appareils de grande dimension tels que ceux pro- duits actuellement, une lourde poutre horizontale de support et une structure massive de plaques de fixation serb Ent essentielles pour supporter le rotor et le corps l'enveloppant. Les moyens d'étanchéité placés entre le rotor et la structure du corps l'enveloppant ont été notable- ment améliorés pour obturer les passages de fuite entre ces deux éléments, mais, dans un échangeur de chaleur du type rotatif à récupération, il subsiste des fuites exces- sives qui abaissent le rendement de travail de l'appareil. De plus, tout renfort ou raidisseur ajouté au rotor et à son enveloppe pour empêcher les déformations accroît nécessairement la dimension et le poids de l'échangeur de chaleur et tend donc à provoquer une déformation encore plus importante de la manière indiquée ci-dessus Il en résulte une fuite de fluide plus grande, une diminution de rendement et des coûts de fonctionnement plus élevés. Des brevets ont porté sur diverses formes de réalisation d'un échangeur de chaleur rotatif à récupéra- tion dans lequel un rotor et la structure du corps l'en- veloppant sont supportés de manière que la déformation relative se produisant entre eux soit minimale. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 2 224 787, NO 3 155 152 et N O 3 874 442 décrivent des exemples d'appareil dans lequel une poutre centrale de support est montée au sommet du rotor pour supporter à la fois ce dernier et son enveloppe Les brevets des Etats- Unis d'Amérique N O 2 352 717 et N O 3 802 489 décrivent une enveloppe de rotor supportée à sa partie inférieure, le rotor étant lui-même supporté par la structure de l'en- veloppe. Dans divers autres brevets tels que le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 016 231, le dispositif précis de support est sans rapport avec celui de l'inven- tion et il n'a donc pas à être davantage décrit Cependant, on suppose qu'en l'absence d'indications précises, l'en- semble de l'appareil est supporté par des moyens classi- ques. Dans la plupart des applications, on peut également supposer que l'appareil-décrit est destiné à des ensembles de dimensions moyennes et d'un poids infé- rieur à une valeur comprise entre 45 et 90 tonnes Cepen- dant, par comparaison, un échangeur de chaleur selon l'invention peut avoir un poids global compris entre 450 et 900 tonnes, le rotor pouvant constituer les trois quarts du poids total, tandis que l'enveloppe de ce rotor et son support constituent la partie restante du poids total Il apparaît donc que, lorsqu'elles sont transmises à une poutre transversale de support, ces forces provo- quent une flexion importante qui, lorsqu'elle est consi-' dérée avec la déformation causée par la déformation thermi- que et le poids de la poutre elle-même, engendre, entre le rotor et le corps l'enveloppant, un mouvement relatif qu'il est difficile, voire impossible, de maîtriser ou de contenir convenablement Par conséquent, les fuites de fluide de l'appareil restent insupportables. L'invention concerne donc un dispositif par- ticulier de support portant le rotor d'un échangeur de chaleur à récupération, tout à fait indépendamment des supports portant le corps enveloppant le rotor Les sup- ports du rotor et de la structure du corps l'enveloppant sont totalement indépendants l'un de l'autre, car ils exercent une charge de compression sur des supports ver- ticaux qui descendent jusqu'à des structures d'appui au sol indépendantes Par conséquent, un mouvement du rotor ou de la structure l'enveloppant ne provoque pas un mouve- ment correspondant entre eux, faisant varier la relation d'étanchéité. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel la figure unique est une coupe lon- gitudinale partielle de l'échangeur de chaleur rotatif à récupération selon l'invention. Dans l'appareil selon l'invention, un pré- chauffeur rotatif d'air à récupération comprend un'rotor 18 comportant une colonne centrale 12 montée sur un palier 14 de support et guidée à son extrémité supérieure par un palier 16 de guidage qui permet au rotor de tourner autour de son axe vertical sous l'action de moyens clas- siques qui ne sont pas représentés Le rotor comprend une coque cylindrique formée concentriquement autour de la colonne et conçue pour- porter une masse de matière absorbant la chaleur, qui est exposée alternativement aux courants d'un fluide de chauffage et d'un fluide à chauffer La matière absorbant la chaleur du rotor est habituellement portée dans une série de paniers en forme de secteur, juxtaposés les uns aux autres, une enveloppe 20-étant destinée à entourer le rotor pour contenir les divers fluides L'enveloppe comporte elle-même une gaine 22 d'entrée du fluide chauffant et une gaine 24 de sortie du fluide refroidi qui a traversé l'échangeur de chaleur, tandis qu'une gaine 26 d'entrée du fluide à chauffer et une gaine 28 de sortie du fluide chauffé sont disposées aux extrémités opposées de l'enveloppe Cet agencement permet l'écoulement simultané de fluides chaud et froid à travers la matière d'échange de chaleur portée sur les côtés opposés du rotor. Des moyens d'étanchéité sous la forme de joints à rubans flexibles 30 sont habituellement placés aux extré- mités opposées du rotor pour frotter contre la structure de l'enveloppe adjacente et pour empêcher ainsi les fluides de fuir de leurs gaines respectives Cependant, des flexions mécaniques et des déformationsthermiques du rotor et de l'enveloppe du rotor s'associent fréquemment pour rendre totalement inefficacesles dispositifs courants d'étanchéité. 2511764. Dans le passé, le rotor était fréquemment porté par sa propre enveloppe Ensuite, lorsque la dimen- sion de l'appareil s'est accrue, il s'est révélé néces- saire d'utiliser une structure spéciale de support sous la forme de poutres horizontales auxquelles le rotor et son enveloppe étaient suspendus Lorsque la dimension de l'appareil s'est élevée encore plus, des poutres plus grandes et plus lourdes de support sont devenues néces- saires ainsi que des plaques renforcées de fixation aux- quelles l'enveloppe était reliée Ces poutres et plaques de fixation entrent pour une part importante dans le poids total de l'appareil. Conformément à l'invention, une colonne indé- pendante 32 de support est placée au-dessous du palier 14 de support, et plusieurs pieds 34 de support, espacés diamétralement, sont placés au-dessous de l'enveloppe 20. Ces pieds de support de l'enveloppe et la colonne de support du rotor descendent verticalement jusqu'à une embase reposant sur le sol, de sorte qu'ils sont totale- ment indépendants les uns des autres Par conséquent, aucun support ne fléchit à la suite d'une flexion due à la charge ou à la chaleur d'un autre support La colonne 32 de sup- port peut être conçue pour porter les parties radialêment adjacentes des canalisations de fluides, tandis que les pieds 34 de support de l'enceinte peuvent être conçus pour porter les canalisations adjacentes, mais ces canalisations sont relativement légères, attendu qu'elles sont conçues uniquement pour le passage de fluides, et non pour suppor- ter l'enveloppe du rotor De plus, la compression de la colonne 32 et des pieds 34 est négligeable par rapport à la flexion de la poutre transversale habituelle. Un renfort 36 placé sur l'extrémité supérieure de la colonne 32 est destiné à répartir la charge du palier et du rotor de façon égale sur l'extrémité supérieure de la colonne 32 et pour constituer un support pour les cana- lisations adjacentes De plus, des cales 38 de dimensions appropriées peuvent être placées sur les extrémités des pieds 34 pour établir un jeu prédéterminé entre la péri- i phérie du rotor 18 et la structure 20 du corps l'enveloppant. Il est apparu que, par rapport à un préchauffeur d'air de taille 33, de type actuellement construit, cet appareil entraîne une économie d'environ 90 tonnes, équi- valant financièrement à une économie d'environ 700 000 francs. De plus, attendu que la déformation se produisant entre le rotor et la structure du corps l'enveloppant est beau- coup plus faible, les fuites de fluides sont également moins importantes, de sorte que le rendement de travail de l'échangeur de chaleur est notablement accru. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'échangeur de chaleur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. G REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur rotatif à récupération, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor ( 18) qui comprend une colonne verticale ( 12) de rotor et une coque concen- trique à cette colonne de laquelle elle est espacée pour former avec elle un espace annulaire, une masse de matière absorbant la chaleur portée dans l'espace annulaire formé entre la colonne et la coque du rotor, une enveloppe ( 20) entourant le rotor, à distance de ce dernier, des gaines espacées ( 22, 24, 26, 28), situées aux extrémités opposées du rotor et conçues pour permettre l'entrée et la sortie d'un fluide de chauffage et d'un fluide à chauffer, un palier ( 14) de support portant la colonne du rotor afin qu'elle puisse tourner, ainsi que la coque concentrique du rotor, autour de l'axe vertical de ce rotor, des moyens destinés à faire tourner le rotor autour de son axe verti- cal, une colonne ( 32) de support conçue pour porter le palier de support, et plusieurs pieds ( 34) de support placés au-dessous de l'enveloppe et indépendants structu- rellement de la colonne de support du rotor, de manière que l'enveloppe du rotor exerce une force de compression sur chaque pied, indépendamment de la force de compression exercée par le rotor sur la colonne de support, ce qui empêche tout mouvement correspondant entre les pieds et la colonne. 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colonne de support du rotor et les pieds de support de l'enveloppe du rotor descendent verticalement de ce rotor et de cette enveloppe. 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pieds de support de l'enve- loppe sont disposés à des extrémités diamétralement opposées de l'enveloppe du rotor. 4 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de sus- pension reposant sur les pieds de support et sur la colonne de support et portant entre eux des gaines adjacentes d'entrée et de sortie.