Brevet FR2552217A1 — publié le 19850322

L'invention concerne un échangeur de chaleur rotatif à régénération comportant un rotor cylindrique qui présente plusieurs compartiments sectoriels. Les compartiments contiennent une masse de matière absorbant la chaleur de manière qu'une rotation du rotor entre des canalisations distinctes, parcourues par des fluides chauds et froids, ait pour effet, sur la matière absorbant la chaleur, de lui faire d'abord absorber de la chaleur provenant du fluide chaud, puis de lui faire céder cette chaleur au fluide plus froid. Les compartiments du rotor sont formés entre des diaphragmes radiaux qui s 'étendent radialement vers l'extérieur, d'un arbre central du rotor jusqu'à une enveloppe de ce rotor, concentrique à l'arbre. Ce dernier et l'enveloppe du rotor comportent, à leurs bords extrêmes, des moyens d'étanchéité qui retiennent les différents fluides dans leurs compartiments respectifs. Dans de nombreuses centrales d'énergie modernes, de l'air à préchauffer est divisé en courants primaire et secondaire, le courant d'air primaire devant être utilisé dans un équipement auxiliaire sous une pression très supérieure à celle de l'air secondaire qui est utilisé pour la combustion. Attendu que les tuyauteries et besoins d'étanchéité des courants dgair sous différen- tes pressions peuvent différer considérablement, les courants d'air primaire et secondaire sont habituellement chauffés dans des réchauffeurs d'air séparés Cette pratique exige une redondance d'équipement, nettement désavantageuse d'un point de vue économique.Divers essais ont port sur le préchauffage à la fois de l'air primaire et de l'air secondaire dans un préchauffeur d'air rotatif unique à régénération, comme décrit dans les brevets des Etats-Unis dxAsérique NO 2 347 857, N" 2 795 213 et N 2 899 179. Cependant, la perte de rendement due à la fuite directe de 1 t air primaire sous haute pression vers le gaz et l'entrainement ou l'fuite entraînée" dû à la retenue d'une certaine quantité d'air sous haute pression dans les compartiments du rotor lorsque ce dernier passe d'une conduite d'air à une conduite de gaz ont rendu ces installations peu intéres- santes pour la plupart des applications. L'invention concerne donc un préchauffeur d'air rotatif unique à régénération qui préchauffe efficacement les deux courants d'air primaire et secondaire. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif qui évite toute fuite par entraSnement de l'air primaire sous haute pression vers la conduite de gaz. De plus, toute fuite directe de l'air primaire pénètre dans la conduite parcourue par l'air secondaire pour la combustion, ce qui maintient un rendement global élevé. Le dispositif selon l'invention comprend deux plaques classiques à secteurs placées aux extrémités opposées du rotor, recouvrant les extrémités des comparti mentis qui s'étendent entre les conduites faisant passer l'air et le gaz à travers le rotor. De plus, deux plaques a secteurs courts s'étendant à l'intFrteur de la canalisation d'air, sont reliées à leurs extrémités par des moyens circulaires d'étanchéité afin de renfermer le couloir d'air primaire qui s'étend en totalité à l'int6- rieur du courant d'air secondaire.Ainsi, toute fuite par entrainement de l'air primaire au-delà des plaques à secteurs courts et toute fuite directe au-delà du joint circulaire aboutissent dans le courant d'air secondaire où l'air de fuite est totalement utilisé dans le processus de combustion, et non perdu vers les gaz s'échappant vers l'atmosphère. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe axiale d'un préchauffeur d'air rotatif à régénération selon l'invention - la figure 2 est une vue en bout du rotor suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; et - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en bout montrant divers agencements utilisés pour former des couloirs séparés, à travers le préchauffeur d'air rotatif, pour l'air primaire et l'air secondaire. et pour les gaz chauds d'échappement. Le dispositif représenté sur le dessin est un échangeur rotatif de chaleur à régénération comportant une enveloppe de rotor cylindrique 10 et un arbre -central 12 de rotor duquel s'étendent radialement des diaphragmes 14 dont les extrémités sont reliées à l'arbre et à l'enveloppe du rotor afin que ces diaphragmes forment entre eux plusieurs ccapsctiments 15 en forme de secteurs. Les compartiments sont conçus pour contenir une masse de matière absorbant la chaleur qui est exposée alternativement à un gaz chauffant et à de l'air plus froid afin que l'élément puisse absorber de la chaleur du gaz et, à la suite d'une rotation du rotor, la céder à l'air plus froid. Le rotor est supporté par une butée axiale 18, à une extrémité, et par un palier 20 de guidage à l'autre extrémité, à l'intérieur d'un corps 22, et il est entraîné de façon à tourner sur son axe par tous moyens commodes d'entraînement, tels qu'un moteur 24. Le corps 22 du rotor comprend, entre ses extrémités opposées, des plaques 26 à secteurs s'étendant entre des ouvertures espacees 28-30 qui font passer le gaz chaud d'échappement et l'air froid à réchauffer à travers la matière d'absorption de chaleur du rotor. Les plaques 26 à secteurs s'étendent sur un arc de cercle afin de recouvrir les extrémités ouvertes de compartiments espacés en forme de secteurs du rotor de manière qu'elles ferment séquentiellement les compartiments espacés entre les conduites d'air et de gaz pour former des zones "mortes" ou d'étanchéité entre les couloirs destinés aux gaz à basse pression et à l'air à haute pression. De plus, les moyens circonférentiels classiques 32 d'étanchéité sont prévus sur la périphérie du rotor de façon à frotter contre le corps entourant le rotor et réduire ainsi la fuite d'air à l'extérieur de la conduite de gaz, vers l'intérieur de l'espace compris entre le rotor et son corps et donc vers l'interieur de la conduite de gaz.De façon similaire, des joints 34 d'arbre sont destinés à empêcher l'écoulement de l'air de chaque compartiment vers le couloir de gaz à basse pression. La figure 3 représente schématiquement un dispositif classique permettant le préchauffage de l'air primaire sous haute pression et de l'air secondaire sous une pression inférieure, séparément l'un de l'autre, dans un échangeur de chaleur rotatif à régénération. Dans ce cas, une plaque supplémentaire 36 à secteur identique aux plaques 26 à secteurs, est placée entre ces dernières et à u- certaine distance de celles-ci afin de former un couloir séparé 38 pour l'écoulement de l'air primaire. Cependant, toute fuite d'air primaire au-delà du joint 32 s'étendant entre les extrémités des plaques 26 et 36 à secteurs pénètre dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe 10 du rotor et le corps l'entourant avant de pénétrer dans le gaz d'échappement sous basse pression et d'entre perdue à l'atmosphère. Un autre dispositif, représenté sur la figure 4, nécessite l'utilisation d'une paroi de corps annulaire 44 dans le rotor, concentriquement à l'enveloppe extérieure 10. Cette paroi coopère avec des joints circonférentiels indiqués en 46 et un joint d'arbre indiqué en 48 afin de renfermer un couloir 52 entre les plaques 26 à secteurs. Dans ce cas, il existe un excédent d'air primaire fuyant du couloir 52 en raison de la grande longueur du joint circonférentiel 46 et du joint d'arbre 48. De plus, la quantité d'air primaire entratnée dans les compartiments du rotor, lorsqu'ils se déplacent au-dessous des plaques à secteurs 26, s'échappe directement dans la conduite de gaz où cet air est perdu vers l'atmosphère. Conformément à l'invention, le rotor comporte une paroi cylindrique 44 concentrique à l'enveloppe extérieure 10 du rotor. De plus, le corps comporte deux plaques à secteurs courts 54 qui sont alignées axialement avec les plaques à secteurs 26 et qui en sont espacées dans le couloir d'air traversant le rotor. Un espace ouvert 56 est délimité à l'extérieur des plaques à secteurs courts 54 et un espace 58 est délimité entre elles de façon à former un couloir pour l'air primaire (sous haute pression). Un joint d'arbre indiqué en 62, disposé le long de la periphérie intérieure de l'espace 58 et un joint circonférentiel intérieur 63, situé entre une membrane courbe 64 et la paroi 44, coopèrent avec les plaques à secteurs courts pour assurer l'étanchéité et fermer l'espace 58 afin d'empêcher l'air primaire d'en fuir . De plus, toute fuite directe de l'air primaire au-delà du joint 63 et toute fuite par entraSnement de l'air primaire contenu dans un compartiment du rotor, à son passage au-dessous d'une plaque à secteurs courts 54, sont dirigées vers l'intérieur du couloir d'air secondaire 56 oû cet air est utilisé comme air de combustion, et non perdu vers l'atmosphère. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil rotatif d'echange de chaleur à régénération, caractérisé en ce qu'il comporte une enveloppe cylindrique (10) de rotor et un arbre central (12) de rotor, plusieurs diaphragmes (14) non perforés reliant l'arbre à l'enveloppe du rotor afin de former entre eux plusieurs compartiments (15) en forme de secteurs, une masse de matière absorbant la chaleur contenue dans chaque compartiment du rotor, une paroi cylindrique (44) divisant concentriquement le rotor en un couloir intérieur et un couloir extérieur, des moyens (24) destinés à faire tourner le rotor sur son axe, un corps (22) entourant le rotor et comprenant deux plaques (26) à secteurs situées aux extrémités opposées du rotor et s'étendant radialement afin de séparer un courant de gaz chaud d'un courant d'air secondaire s'écoulant axialement à travers le rotor, deux plaques à secteurs courts (54) disposées dans le courant d'air secondaire, et des moyens circonférentiels (63) d'étanchéité qui s'étendent en arc de cercle afin de relier les extrémités des plaques a secteurs courts pour définir un couloir pour un courant d'air primaire sous haute pression, sensiblement entouré par l'air secondaire. 2. Appareil d'échange de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux premières plaques à secteurs et les plaques à secteurs courts s'étendent sur des arcs de cercle dimensionnés de façon å couvrir l'espace compris entre des diaphragmes adjacents du rotor. 3. Appareil d'échange de chaleur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les extrémités extérieures des plaques à secteurs courts sont situées radialement vers l'intérieur des extrémités des premières plaques à secteurs. 4. Appareil d'échange de chaleur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi cylindrique divisant le rotor est alignée concentriquement sur les moyens circonférentiels d'étanchéité reliant les extrémités des plaques à secteurs courts.