Brevet FR2525336A1 — publié le 19831021

La présente invention concerne des éléments de transmis- sion de chaleur pour échange de chaleur par régénération dans un échangeur de chaleur gaz-gaz à couche tourbillonnaire. Des échangeurs de chaleur gaz-gaz conventionnels fonc- tionnent dans la plupart des cas en faisant intervenir des masses d'accumulation de chaleur de structure rigide se pré- sentant sous la forme de paquets de tôle, de tubes ou de lamelles. Du fait de leur bonne conductibilité thermique, on utilise fré- quemment des métaux ou des alliages métalliques Dans un environ- nement corrosif, comilie cela se présente dans de nombreuses applications, on doit utiliser, au détriment de la conductibi- lité thermique, des matériaux revêtus ou bien par exemple des matériaux céramiques Pour obtenir malgré tout une transmission de chaleur suffisante, on augmente la surface des plaques ou éléments d'échange de chaleur par des ondulations, des nervures ou des parties semblables Ce profilage augmente cependant, par exemple lors d'une utilisation dans des gaz contenant de la poussière, le risque d'incrustation et nécessite une dépense élevée correspondante en installations de nettoyage Le problème du risque d'incrustation ou de formation de dépôts existe également de façon atténuée lors de l'utilisation des éléments d'accumulation de chaleur sous la forme de couches en vrac (comme décrit par exemple dans le brevet allemand DE 914 049 et dans les brevets US 3 872 918 et 1 042 161). On peut résoudre ces problèmes en utilisant des éléments de transmission de chaleur placés dans une couche tourbillonnaire. D'une part, la transmission de la chaleur dans une couche tour- billonnaire est plus grande que sur les surfaces rigides d'échange de chaleur ou bien dans une couche en vrac et, d'autre part, les surfaces des éléments sont automatiquement nettoyées en cours de marche sous l'effet du frottement et des chocs (brevet allemand DE 2 951 279 6). Pour une application à des échangeurs de chaleur à couche tourbillonnaire, on a proposé essentiellement des éléments de forme sphérique car ils constituent une couche tourbillonnaire stable, ils possèdent de bonnes propriétés d'auto-nettoyage et ils peuvent être facilement chargés de substances d'accumulation de chaleur (brevets allemands DE 2 942 126; DE 3 035 386 7-16). Un inconvénient des corps de forme sphérique consiste en ce qu'ils possèdent la plus faible surface spécifique de tous les corps géométriques Lorsqu'on doit augmenter la surface d'échange de chaleur, cela n'est possible qu'en aug- mentant le nombre de pièces. L'invention a en conséquence pour but de fournir des éléments de transmission de chaleur qui ont une plus grande surface spécifique que des sphères, sans qu'on rencontre des inconvénients en ce qui concerne le comportement aérodynamique dans la couche tourbillonnaire ou bien le comportement d'auto- nettoyage. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que les éléments sont agencés en forme de selle Les éléments conforme à l'invention présentent un bon comportement dans la couche tourbillonnaire et la turbulence accrue par rapport à des corps de forme sphérique permet en outre d'améliorer sensi- blement le coefficient de transmission de chaleur Il est ainsi possible, dans tous les cas o la surface d'échange de chaleur a la grandeur déterminée pour l'application envisagée, de diminuer l'apport de matière, ce qui se traduit obligatoi- rement également par une réduction des pertes de charge dans l'échangeur de chaleur. Il s'ajoute à cela qu'avec ces éléments de grande sur- face, la transmission de chaleur peut s'effectuer des deux côtés dans l'élément d'une épaisseur par exemple comprise entre 1 et 3 mm, alors que, dans le cas d'une sphère creuse de même épaisseur de paroi, la transmission de chaleur ne s'effectue que d'un côté Il est par conséquent possible d'utiliser des matériaux de conductibilité thermique plus faible, ce qui peut être extraordinairement important lors- qu'on doit choisir, pour des raisons de corrosion, par exemple des matières plastiques. Lorsqu'on compare des corps en forme de selle avec des corps en forme de sphère, on rencontre les avantages suivants pour les paramètres considérés: Corps en forme de selle: 35 mm * Nombre par m 3 (couche en vrac) env 25 000 pièces * Surface totale (pour 1 m 3) env 180 m 2 * Volume libre 73 % * Poids (pour 1 m 3 dans le cas de polypropylène et d'une épaisseur de paroi de 2 mm) 164 kg Corps en formede sphère d'un diamètre de 35 mm * Nombre par m 3 (couche en vrac) env 22 000 pièces * Surface totale (pour 1 M 3) env 84,6 m 2 * Volume libre env 50 % * Poids (pour 1 M 3 dans le cas de polypropylène et d'une épaisseur de paroi de 2 mm) 137 kg D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:- les Fig 1 et 2 représentent différentes formes de réalisation d'éléments de transmission de chaleur selon l'invention, mis en évidence en 1 et la; la Fig 3 représente un élément lb comportant un trou 2, ces trous améliorant encore le comportement aérodynamique; les Fig 4 et 5 mettent en évidence des cavités 3 remplies de masses d'accumulation de chaleur 4 qui contiennent les éléments lc, ld. Pour une accumulation de chaleur à des températures peu élevées, il est approprié d'utiliser des corps en forme de selle en polypropylène contenant 40 % de talc Pour augmenter la capacité thermique, on peut incorporer aux éléments des matériaux appropriés, comme par exemple du nitrate de magnésium hydraté. REVENDICATIONS 1 Eléments de transmission de chaleur pour échange de chaleur par régénération dans un échangeur de chaleur gaz-gaz à couche tourbillonnaire, caractérisés en ce que ces éléments ( 1) sont agencés comme des corps en forme de selle, séparés et librement mobiles. 2 Eléments de transmission de chaleur selon la revendication 1, caractérisés en ce que les éléments en forme de selle comportent un ou plusieurs trous ( 2). 3 Eléments de transmission de chaleur selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que les éléments en forme de selle comportent une ou plusieurs cavités ( 3) qui sont remplies complètement ou partiellement de matériaux de plus grande capacité d'accumulation de chaleur et/ou de masse d'accumulation de chaleur latente ( 4). 4 Eléments de transmission de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisés en ce que les éléments se composent de matière plastique ou bien sont revêtus de matière plastique, et en ce que cette matière plastique est mélangée avec des matières de renforcement ou des charges pour améliorer les pro- priétés physiques et/ou chimiques. Eléments de transmission de chaleur selon la revendication 4, caractérisés en ce que les éléments se composent de matières syn- thétiques fluorées ou de polyoléfines chargées ou non chargées. 6 Eléments de transmission de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisés en ce que les éléments contiennent, comme masse d'accumulation de chaleur latente, dans une ou plusieurs cavités des selles hydratées, comme par exemple du nitrate de magnésium hydraté. 7 Eléments de transmission de chaleur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisés en ce que les substances introduites pour augmenter la capacité d'accumulation de chaleur sont incorporées aux éléments sous la formne de -particules enrobées.