Brevet FR2522802A1 — publié le 19830909

1. La présente invention concerne un échangeur thermique tournant, comportant un rotor qui tourne dans un carter pourvu d'orifices d'entrée et de sortie pour les fluides entre lesquels s'effectue l'échange thermique. On connaît des échangeurs thermiques de ce genre qui sont utilisés, par exemple, pour le préchauffage de l'air frais, grace à une circulation d'air vicié, dans des sé- choirs de l'industrie textile Mais, même dans d'autres cas d'utilisation, ces échangeurs n'ont été mis en oeuvre que pour un échange thermique gaz/gaz Lorsque dans le cas d'ap- plication indiqué ci-dessus des agents d'avivage ou analo- gues sont contenus dans le courant d'air vicié, il n'est pas possible de laisser échapper directement à l'atmosphère ce courant d'air vicié qui sort de l'échangeur thermique, mais il est nécessaire auparavant d'en assurer l'épuration, dans des tours de lavage spéciales Cette opération est laborieuse et onéreuse. Le principe de l'invention repose sur cette observa- tion que, dans la plupart des entreprises, il existe tou- jours un besoin assez important en eau; si bien qu'il semble judicieux d'utiliser l'air vicié qui s'échappe des installations de réchauffage pour chauffer de l'eau d'usage industriel, en utilisant simultanément l'eau à réchauffer pour purifier l'air vicié qui s'échappe. Le but de l'invention est donc de réaliser un disposi- tif simple qui permette, non seulement de récupérer de ma- nière utile la chaleur contenue dans l'air vicié qui s'é- chappe d'installations industrielles, telles que des séchoirs de l'industrie textile, mais qui assure en méme temps l'é- puration de l'air vicié, en le débarrassant des impuretés qu'il contient. Selon l'invention, on obtient un tel résultat au moyen d'un échangeur thermique tournant du genre indiqué plus haut, et caractérisé en ce que l'un des fluides calopor- teurs est un liquide, qui circule dans la partie inférieure du carter, et traverse la partie du rotor plongée dans ce liquide, et que l'autre fluide caloporteur est un gaz, qui circule dans la partie supérieure du carter, et traverse 2. la partie du rotor située à cet endroit. Pour faciliter l'écoulement de l'eau hors du rotor lorsque celui-ci émerge de l'eau qui remplit le bas du car- ter, le rotor constitue, de préférence, un caisson perméable aux gaz et aux liquides, et dont le volume interne contient des corpuscules de remplissage L'expérience a montré qu'il était intéressant de prévoir à l'intérieur du rotor des pa- rois de séparation définissant des secteurs et séparant l'un de l'autre les secteurs adjacents Pour ce faire, les cloisons de séparation peuvent être constituées par des tôles perforées, disposées dans le rotor dans un sens sen- siblement radial Mais les cloisons de séparation peuvent aussi être constituées par des plaques d'écoulement montées obliquement dans le rotor, et inclinées vers le bas du côté de la face postérieure du rotor, par rapport à l'écoulement des gaz qui traversent le rotor Grâce à cette obliquité, l'eau peut s'écouler dans le sens de l'écoulement des gaz, par la face avant du rotor, pendant le mouvement ascendant du rotor qui tourne en sortant de l'eau. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une plaque de protection est prévue dans la partie de l'é- changeur thermique o passent les gaz, cette plaque de pro- tection étant disposée sur le côté du rotor par o arrivent les gaz, dans la zone du secteur qui sort du liquide, pour empêcher les gaz de pénétrer dans ce secteur du rotor On réduit ainsi considérablement l'humidification de l'air, car lorsque le courant gazeux peut passer librement, la plus grande partie de l'eau s'est déjà égouttée en se séparant des corpuscules de remplissage. Les corpuscules de remplissage, pour des vitesses de rotation importantes du rotor, ont avantageusement une sur- face importante et une faible masse, tandis que, pour de faibles vitesses de rotation du rotor, ces corpuscules de remplissage ont avantageusement une surface relativement plus faible et une masse relativement plus importante, comme, par exemple, dans le cas de corpuscules en forme de billes Pour que les corpuscules de remplissage absorbent peu d'eau et se nettoyent facilement d'eux-mêmes dans l'eau, 3. pour se débarrasser automatiquement des agents d'avivage contenus dans l'eau, les corpuscules de remplissage sont, de préférence, en céramique. Comme les coefficients de transfert thermique sont différents dans le cas des gaz et dans celui des liquides, il est avantageux de compenser par construction le flux thermique intéressant le rotor vis-à-vis des deux fluides caloporteurs, en ajustant en conséquence la partie du rotor traversée par le liquide et la partie traversée par le cou- rant gazeux, pour ne laisser, par exemple, que moins de la moitié du rotor immergée dans le liquide A cet effet, un anneau-flotteur plongé dans le liquide est prévu dans la zone du moyeu du rotor. Si l'on souhaite conserver la propreté du liquide à réchauffer, on peut associer à l'échangeur thermique con- forme à l'invention un échangeur thermique auxiliaire, d'un genre quelconque au choix, pour assurer le chauffage du li- quide que l'on veut conserver propre, au moyen d'une circu- lation d'eau provenant de l'échangeur thermique tournant conforme à l'invention. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description d'un mode de réalisa- tion préféré, présenté ci-après à titre d'exemple non limi- tatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Fig 1 est une coupe verticale d'un échangeur thermi- que tournant; Fig 2 est une vue latérale du rotor et du carter; et Fig 3 montre des exemples de corpuscules de remplis- sage. Dans un carter 10, constitué d'une partie inférieure 11 et d'une partie supérieure 12, est logé un rotor 13, monté sur un arbre d'entrainement 14 Dans la partie supé- rieure 12 du carter, se trouvent l'arrivée 15 du gaz et le départ 16 du gaz, tandis que, dans la partie inférieure 11 du carter se trouvent l'arrivée 17 du liquide, et la sortie 18 du liquide Les sens d'écoulement des gaz et du liquide sont indiqués par des flèches La partie inférieure du car- ter est remplie en permanence d'un liquide 19, jusqu'à la 4. marque indiquée. Le rotor 13 est divisé en secteurs 20 par des cloi- sons 22, de manière à empêcher les corpuscules de remplis- sage 21 de se déplacer à travers tout le rotor, en les maintenant rassemblés dans un volume déterminé Les cloi- sons de séparation 22, constituées par des t Oles perforées, comme indiqué à la partie supérieure de la Fig 1, sont dans un même plan que l'arbre d'entraînement, et orientées dans le sens de l'axe de rotation Mais les cloisons de séparation, comme indiqué en traits mixtes sur la Fig 1, peuvent aussi être constituées par des plaques d'écoulement 23, orientées obliquement par rapport à l'axe de rotation. En ce cas, comme on le voit sur la Fig 1, le côté qui se trouve enfoncé le plus profondément doit être orienté à l'opposé de l'écoulement des gaz. L'expérience montre qu'il est commode de prévoir sur le côté du rotor 13 une plaque de protection 24, en regard de l'écoulement des gaz, pour protéger contre l'arrivée des gaz sensiblement la zone du premier secteur qui sort du liquide De cette manière, la masse du liquide s'est déjà écoulée hors du rotor avant que les gaz puissent pénétrer dans le rotor Ils en enlèvent donc moins d'humidité On peut alors tirer profit aussi complètement que possible de la différence qui existe entre les températures en cause, et on ne perd ainsi qu'une faible quantité d'énergie de la partie récupérable, du fait de l'humidification des gaz. Sur la Fig 3, on a représenté différents genres de corpuscules de remplissage Les corpuscules 21 présentent une surface importante pour une faible masse, tandis que les corpuscules 25 présentent au contraire une faible sur- face pour une masse relativement importante, 5. R E V E N D I C A T I O N S 1 Echangeur thermique tournant, comportant un rotor qui tourne dans un carter pourvu d'orifices d'entrée et de sortie pour les fluides entre lesquels s'effectue l'échange thermique, caractérisé en ce que l'un des fluides calopor- teurs est un liquide ( 19), qui circule dans la partie infé- rieure ( 11) du carter, et traverse la partie ( 13) du rotor plongée dans ce liquide; et en ce que l'autre fluide calo- porteur est un gaz, qui circule dans la partie supérieure ( 12) du carter, et traverse la partie ( 13) du rotor située à cet endroit. 2 Echangeur thermique tournant selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le rotor ( 13) constitue un caisson perméable aux gaz et aux liquides, et dont le vo- lume interne contient des corpuscules de remplissage ( 21 ou 25). 3 Echangeur thermique tournant selon l'une des re- vendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rotor ( 13) est pourvu intérieurement de cloisons de séparation ( 22, 23) constituant des secteurs ( 20), pour séparer l'un de l'autre les secteurs adjacents garnis de corpuscules de remplissage ( 21 ou 25). 4 Echangeur thermique tournant selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que les cloisons de séparation ( 22) sont constituées par des tôles perforées, disposées dans le rotor ( 13) dans un sens sensiblement radial. Echangeur thermique tournant selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que les cloisons de séparation ( 23) sont constituées par des plaques d'écoulement montées obliquement dans le rotor ( 13), et inclinées vers le bas du côté de la-face postérieure du rotor par rapport à l'écoulement des gaz. 6 Echangeur thermique tournant selon l'une des re- vendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une plaque de pro- tection ( 24) est prévue dans la partie de l'échangeur ther- mique o passent les gaz, cette plaque de protection étant disposée sur le côté du rotor ( 13) par o arrivent les gaz, dans la zone du secteur qui sort du liquide, pour empêcher 6, les gaz de pénétrer dans ce secteur du rotor. 7 Echangeur thermique tournant selon l'une des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce que les corpuscules de remplissage ( 21) du rotor ( 13) de l'échangeur présentent une surface importante et une faible masse pour des vites- ses de rotation élevées du rotor ( 13), les corpuscules de remplissage ( 25) présentant, au contraire, une surface re- lativement faible et une masse relativement importante pour des vitesses de rotation faibles du rotor ( 13). 8 Echangeur thermique tournant selon l'une des re- vendications 1 à 7, caractérisé en ce que les corpuscules de remplissage ( 21, 25) sont des corpuscules en céramique ayant un pouvoir d'absorption faible à l'égard de l'eau, et repoussant les salissures. 9 Echangeur thermique tournant S e 1 o N l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les sollicita- tions imposées au rotor ( 13) par le flux thermique des fluides caloporteurs sont compensées par des conditions de transfert thermique sensiblement identiques. 10 Echangeur thermique tournant selon l'une des re- vendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'un anneau-flotteur ( 26) plongé dans le liquide est prévu dans la zone du moyeu du rotor. 11 Echangeur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, pour utiliser un liquide sale comme fluide caloporteur, on lui associe un échangeur thermique auxiliaire (eau sale/eau propre).