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La présente invention concerne de façon générale des préchauffeurs d'air à régénération du type rotatif et en particulier l'agencement et le mon- tage du rotor et du carter fixe qui enferme le rotor de façon à réduire les ef- fets d'une déformation mécanique et thermique.
Dans des préohauffeurs d'air de ce type général, un rotor porte un élément absorbant la chaleur qui, lorsqu'il est placé dans un passage de gaz chaud absorbe de la chaleur qui est ensuite transférée à de l'air plus froid lors- que le rotor tourne pour amener l'élément absorbant la chaleur dans un autre pas- sage d'air. Le rotor est enfermé dans un carter auquel sont raccordés des con- duits de gaz et d'air, et le carter est pourvu de plaques d'extrémité qui com- portent des ouvertures espacées en ligne avec les passages d'air et de gaz qui traversent le rotor.
Des joints d'étanchéité circonférentiels sont prévus pour empêcher l'air de dévier à travers l'espace séparant le rotor du carter et des joints d'étanchéité radiaux sont prévus le long des cloisons radiales qui divi- sent le rotor en compartiments afin d'empêcher le gaz et l'air de se mélanger.
Comme la température du rotor varie fortement entre les ouvertures d'entrée et de sortie, le gradient thermique est souvent suffisant pour amener une déforma- tion substantielle du rotor, déséquilibrant ainsi la relation précise qui a été établie entre les organes d'étanchéité et leurs parties de carter coopérantes.
On a souvent essayé de compenser une dilatation relative ou de pré- voir des dispositifs permettant cette dilatation relative entre des surfaces d'étanchéité, sans en perdre complètement les effets bénéfiques; cependant, on n'a pas fait grand chose pour réduire la déformation et limiter les effets de la déformation à un seul plan afin de simplifier ainsi le problème de l'étanchéi- té entre des surfaces relativement mobiles.
L'invention a pour but de procurer un préchauffeur régénérateur rota- tif qui ne soit pas soumis aux excès habituels de déformation thermique.
L'invention a encore pour but de procurer un échangeur de chaleur ré- générateur rotatif dont toute l'opération d'étanchéité soit effectuée sur un seul plan.
Ces buts et d'autres encore de la présente invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 est une coupe en élévation schématique d'un échangeur de cha- leur régénérateur rotatif suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue en plan de l'échangeur de chaleur suivant la li- gne 2-2 de la Fig. 1;
Dans les dessins, le chiffre 10 désigne un rotor annulaire monté sur un tourillon 12 qui est supporté par un palier 14 de façon à pouvoir tourner au- tour de son axe vertical grâce à un moteur ou une autre source d'énergie motri- ce. Le rotor est enfermé par un carter cylindrique 16 comportant une plaque d'extrémité non perforée 18 à une extrémité et une plaque d'extrémité perforée 22 à son extrémité opposée.
La plaque d'extrémité perforée 22 comporte des ouver- tures radialement alignées 24 et 26 d'un côté, séparées par une partie courbe 38 de la plaque d'extrémité perforée tandis que des ouvertures semblables 28 et 30 diamétralement espacées des premières sont radialement espacées l'une de l'autre par une bande courbe 40 de la même plaque d'extrémité. Les ouvertures 24 et 26 situées d'un côté de la plaque d'extrémité ainsi que les ouvertures diamétrale- ment espacées 28 et 30 peuvent être raccordées aux conduits d'entrée et de sortie destinés aux fluides froid et chaud respectivement.
Le rotor 10 comprend une enveloppe annulaire 32 présentant une section en substance en V qui comprend des côtés annulaires inclinés reliés par un rayon annulaire 34 à leur partie inférieure et par une série de supports radiaux 36 qui sont fixés au tourillon 12 de façon à tourner avec ce dernier autour de l'axe
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du palier de support 14. Le rotor est entraîné en rotation autour de son axe par n'importe quel dispositif approprié tel qu'un moteur à réducteur représenté en 35.
Le rotor est divisé en compartiments en forme de secteurs par des cloisons 42 qui s'étendent radialement entre des côtés inclinés en sens opposés du rotor. Le rayon 34 de chaque compartiment peut supporter un bloc de matière de transfert de la chaleur régénératrice 44, dont des blocs circonférentiellement adjacents se combinent pour former un nid d'abeilles en substance annulaire axia- lement aligné avec les parties arrondies 38 et 40 de la plaque d'extrémité supé- rieure 28.
Afin d'empêcher les courants de gaz et d'air de se mélanger, la plaque d'extrémité perforée comporte des parties non perforées en forme de secteur 38 placées entre les ouvertures de gaz et d'air qui sont au moins égales mais habi- tuellement légèrement supérieures en étendue circonférentielle à un comparti- ment du rotor afin d'être attaquées par des joints d'étanchéité 50 qui sont fi- xés au bord d'extrémité de chaque membrane. Les joints d'étanchéité radiaux ser- vent à isoler au moins un compartiment lorsqu'il est placé entre des passages d'air et de gaz de façon que le fluide ne puisse pas s'écouler directement entre eux.
Pour empêcher des courants de gaz et d'air de contourner la surface de transfert de la chaleur 44 en s'écoulant directement entre les conduits d'entrée et de sortie ou en s'écoulant axialement dans l'espace 45 prévu entre le rotor et le carter, des joints d'étanchéité circonférentiels sont prévus en 46, 47 et 48 et frottent contre des surfaces correspondantes de la plaque d'extrémité ad- jacente. Les organes d'étanchéité 46 et 48 sont fixés aux bords circonférentiels intérieur et extérieur du rotor tandis que l'organe d'étanchéité 47 est prévu au bord axial de la cloison cylindrique 49.
L'appareil assemblé peut être supporté verticalement sur des poutrelles 52 ou sur une autre construction de support semblable; cependant, en prévoyant simplement un palier de support à l'extrémité inférieure du carter pour suppor- ter le tourillon horizontalement, on peut facilement adapter l'appareil à une installation horizontale.
Dans l'agencement ainsi défini, des gaz chauds pénétrant dans le rotor par la lumière d'entrée 28 sont dirigés vers le bas et radialement vers l'inté- rieur à travers le nid d'abeilles 44 ou ils abandonnent leur chaleur. En traver- sant le nid d'abeilles absorbant la chaleur, le courant de gaz est complètement inversé de sorte qu'il s'écoule vers le haut et est évacué par la lumière de sortie 32. Lorsque le rotor tourne, les sections chauffées du nid d'abeilles sont déplacées vers le côté air froid du rotor où elles chauffent l'air froid qui pé- nètre dans le rotor par la lumière d'entrée 24. Après avoir absorbé de la cha- leur du nid d'abeilles 44, le courant d'air chauffé est dirigé vers l'extérieur vers n'importe quel point d'utilisation prédéterminé à travers la lumière de sor- tie 26.
En plaçant des lumières d'entrée et de'sortie pour les fluides froid et chaud à une extrémité du rotor, on peut réaliser toute l'étanchéité dans un seul plan à une extrémité du rotor ce qui simplifie fortement les conditions d'étanchéité et réduit les risques de fuite possibles. L'extrémité du rotor 34 ainsi que la périphérie extérieure 32 ont suffisamment de jeu entre des organes adjacents du carter pour permettre une déformation substantielle du rotor sans contact indésirable avec le carter.
Quoique l'invention ait été décrite avec référence à la forme d'exécu- tion représentée dans les dessins, il est clair qu'elle n'y est pas limitée et que de nombreux changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir de son cadre.
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The present invention relates generally to regenerative air preheaters of the rotary type and in particular to the arrangement and mounting of the rotor and of the fixed housing which encloses the rotor so as to reduce the effects of deformation. mechanical and thermal.
In air preheaters of this general type, a rotor carries a heat absorbing element which when placed in a hot gas passage absorbs heat which is then transferred to cooler air when placed in a hot gas passage. the rotor rotates to bring the heat absorbing element into another air passage. The rotor is enclosed in a housing to which are connected gas and air conduits, and the housing is provided with end plates which have openings spaced in line with the air and gas passages which. pass through the rotor.
Circumferential seals are provided to prevent air from deflecting through the space between the rotor and the housing, and radial seals are provided along the radial bulkheads which divide the rotor into compartments in order to keep the rotor in place. prevent gas and air from mixing.
As the temperature of the rotor varies greatly between the inlet and outlet openings, the thermal gradient is often sufficient to cause substantial deformation of the rotor, thus unbalancing the precise relationship which has been established between the seals and their seals. cooperating housing parts.
Attempts have often been made to compensate for a relative expansion or to provide devices allowing this relative expansion between sealing surfaces, without completely losing the beneficial effects; however, little has been done to reduce the strain and limit the effects of single-plane strain to thereby simplify the problem of sealing between relatively moving surfaces.
The object of the invention is to provide a rotary regenerative preheater which is not subjected to the usual excess of thermal deformation.
Another object of the invention is to provide a rotary regenerative heat exchanger in which the entire sealing operation is carried out on a single plane.
These and other objects of the present invention will emerge from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic sectional elevation of a rotary regenerative heat exchanger according to the invention; Fig. 2 is a plan view of the heat exchanger taken along line 2-2 of FIG. 1;
In the drawings, the numeral 10 denotes an annular rotor mounted on a journal 12 which is supported by a bearing 14 so as to be able to rotate about its vertical axis by means of a motor or other motive power source. The rotor is enclosed by a cylindrical housing 16 having an unperforated end plate 18 at one end and a perforated end plate 22 at its opposite end.
The perforated end plate 22 has radially aligned openings 24 and 26 on one side, separated by a curved portion 38 of the perforated end plate while similar openings 28 and 30 diametrically spaced from the former are radially spaced apart. one from the other by a curved strip 40 of the same end plate. The openings 24 and 26 located on one side of the end plate as well as the diametrically spaced openings 28 and 30 may be connected to the inlet and outlet conduits for cold and hot fluids respectively.
The rotor 10 comprises an annular casing 32 having a substantially V-shaped section which comprises inclined annular sides connected by an annular spoke 34 at their lower part and by a series of radial supports 36 which are fixed to the journal 12 so as to rotate with it. the latter around the axis
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of the support bearing 14. The rotor is driven in rotation about its axis by any suitable device such as a reduction motor shown at 35.
The rotor is divided into sector-shaped compartments by partitions 42 which extend radially between opposing inclined sides of the rotor. The spoke 34 of each compartment can support a block of regenerative heat transfer material 44, of which circumferentially adjacent blocks combine to form a substantially annular honeycomb axially aligned with the rounded portions 38 and 40 of the shell. upper end plate 28.
In order to prevent gas and air streams from mixing, the perforated end plate has unperforated sector-shaped portions 38 placed between the gas and air openings which are at least equal but usually. slightly greater in circumferential extent than a compartment of the rotor so as to be attacked by seals 50 which are attached to the end edge of each membrane. Radial seals serve to isolate at least one compartment when placed between air and gas passages so that fluid cannot flow directly between them.
To prevent gas and air streams from bypassing the heat transfer surface 44 by flowing directly between the inlet and outlet conduits or by flowing axially into the space 45 provided between the rotor and the housing, circumferential seals are provided at 46, 47 and 48 and rub against corresponding surfaces of the adjacent end plate. The sealing members 46 and 48 are fixed to the inner and outer circumferential edges of the rotor while the sealing member 47 is provided to the axial edge of the cylindrical wall 49.
The assembled apparatus may be supported vertically on joists 52 or other similar supporting construction; however, by simply providing a support bearing at the lower end of the housing to support the journal horizontally, the apparatus can easily be adapted for horizontal installation.
In the arrangement thus defined, hot gases entering the rotor through inlet lumen 28 are directed downwardly and radially inwardly through honeycomb 44 where they give up heat. As it passes through the heat-absorbing honeycomb, the gas flow is completely reversed so that it flows upward and is discharged through exit lumen 32. As the rotor rotates, the heated sections of the Honeycombs are moved to the cold air side of the rotor where they heat the cold air entering the rotor through the inlet lumen 24. After absorbing heat from the honeycomb 44, the heated air stream is directed outward to any predetermined point of use through the outlet lumen 26.
By placing inlet and outlet ports for cold and hot fluids at one end of the rotor, all sealing can be achieved in a single plane at one end of the rotor which greatly simplifies sealing conditions and reduces the possible risks of leakage. The end of the rotor 34 as well as the outer periphery 32 have sufficient clearance between adjacent members of the housing to allow substantial deformation of the rotor without undesirable contact with the housing.
Although the invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, it is clear that it is not limited thereto and that many changes and modifications can be made to it without departing from its scope. .