FR2499703A1 - Echangeur de chaleur rotatif - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR POUR LA RECUPERATION DE CHALEUR ETOU D'HUMIDITE DE COURANTS D'AIR, COMPRENANT UN BOITIER 3 FORMANT UNE PORTION DE CONDUIT POUR L'ECOULEMENT D'AIR, DANS LEQUEL EST MONTE TOURNANT UN ROTOR 7 CONTENANT DES PASSAGES D'ECOULEMENT D'AIR SENSIBLEMENT PARALLELES A L'AXE DE ROTATION DU ROTOR. LE ROTOR 7 AVEC SON PALIER 16 EST MOBILE SUR OU DANS UN GUIDAGE MONTE DANS LE BOITIER 3, SENSIBLEMENT PERPENDICULAIREMENT A L'AXE DU CONDUIT, DE FACON A POUVOIR ETRE SORTI DU BOITIER ET RENTRE DANS CELUI-CI. LE MOTEUR 21 D'ENTRAINEMENT DU ROTOR 7 PEUT ETRE DEPLACABLE CONJOINTEMENT AVEC LE ROTOR. LE PALIER DE ROTOR EVENTUELLEMENT EN COMMUN AVEC LE MOTEUR DE COMMANDE SONT MONTES SUR UN ORGANE PORTEUR 10, 11 RIGIDE EN TORSION ET EN FLEXION QUI EST MOBILE DANS OU SUR LE GUIDAGE ET S'ETEND PAR DEUX BARRES, LONGRINES OU POUTRES 10 A COTE DES DEUX FACES FRONTALES DU ROTOR 7 EN ETANT DEPLACABLES DANS DES RAILS DE GUIDAGE 9 DANS LE BOITIER 3. L'INVENTION EST APPLICABLE A DES INSTALLATIONS DE VENTILATION OU D'AERATION.

Description

La présente invention concerne généralement et a essentiellement pour
objet un dispositif formant échangeur de chaleur en particulier rotatif, du type destiné à la récupération de chaleur et/ou d'humidité d'écoulements d'air, avec un boUtier ou une enveloppe formant une portion de conduit pour le courant d'air et dans lequel est monté de façon tournante un rotor qui comporte un certain nombre de passages d'écoulement d'air s'étendant sensiblement parallèlement à son axe de rotation, lequel rotor est susceptible d'être mis en
rotation par une commande motrice ou d'entraînement.
L'invention se rapporte également aux diverses applications et utilisations résultant de la mise en oeuvre d'un tel dispositif ainsi qu'aux systèmes, ensembles, appareils,
machines, équipements et installations qui en sont pourvus.
Des échangeurs de chaleur tournants existent suuvent dans des installations de ventilation ou d'aération pour la récupération de chaleur et/ou d'humidité de l'air sortant, d'évacuation ou d'échappement. La partie active de l'échangeur de chaleur, à savoir le rotor, est pourvue de canaux ou conduits axiaux qui permettent un écoulement traversant de l'air. Pour l'adaptation à des quantités d'air différentes, le rotor est réalisé avec différents diamètres compris entre 500 mm et 5000 mm. Même dans le cas d'exigences très sévères de rendement ou d'efficacité, le rotor peut être maintenu très court en direction axiale,
soit habituellement d'une longueur d'environ 200 mm.
Le rotor est entouré par un boîtier formant enveloppe en forme de portion de canal ou de conduit dns leq le rotor est suspendu et qui possède des tubulures de raccordement pour l'air fraisetpoxrlir sortant, évacué ou vicié, respectivement avant et après leur passage
d'écoulement traversant à travers l'échangeur de chaleur.
Pour empêcher un pur ou simple mélange d'air frais et d'air d'évacuation dans le boîtier, il est nécessaire que le rotor possède des dispositifs ou garnitures d étanchéité ou d' obturation hermétique efficaces, en
partie sur le diamètre entre les a oo- - oLts.ac....d.
et en partie autcur de la. p6ip!iç-5 ou rtoro Les dispositifs ou gasotiittue *' -t à,-.- de-, deux cotés du ro'tor. D ra ú 0eni dte da olo deim enonr d u rotor en direction &xiale estob'tenz î3 grband a in'tge
que l'éohangeur de chbalcur -o.e t *;- etre fabriiqu.
avec tur- longueur de oonstrucitioi tr?,: l mitée En cnsquene de ce rque.. .-mde chaleur fonctitume =elon. le principe de- la cira;tior méthodiqe,
c'est-à-dire à conrcoure>t, les.....s.-.. Cair reepectL-
vement frais et d'6evcuati on,:ui s'Soo,.ang respectivem-rtl dans des sens mutellemen1 cont.raires ou opposes, provrcquent un moment ou couple de r.tation qui tend à placer le rotor obliquement cu en biais par rapport au bolttier formant enveloppeet àses gantiwres d'ltanchéité. Ce moment ou couple de rotation augmente très vite azvec un, diamètre de roteor croissant. En môme temps augmentelt lez s-'x ces d'un montage de roteor stable sur la beze du fú-ictc-ur géométrique, c'est-à-dire du rapport entre le die.mè-tre de rotor et la
longueur de l'échangeur de chaleur. L ftanchO-it- de I 'chan-
geur de chaleur contre des fuites dP=vient sensiblemernt plus mauvaise avec le degr6 de position încline ou oblique du rotor. Pour cette raison, le montage du rotor dans le bottier est à immobiliser pour empêcher des mises en position biaise ou oblique. De ce fait, l'échangeur de chaleur est habituellement réalisé avec -un bati ou chassis entièrement soudé qui comporte jusqu?à quatre poutres
qui se rejoignent ou se rencontrent dans la partie médiane.
D'autres renforcements de la structure de bâti ou de châssis sont obtenus au moyen d'écharpes ou d betes o eltses diagonales. Les plaques de recouvrement du bottier sont soudées ou vissées à la structure de bati. Le palier ou support de rotor, servant à la suspension rotative du rotor, est assemblé par soudage ou par des boulons à cette
structure solide de bati.
En raison de ce genre de suspension de rotor, la surveillance ou le contrôle ainsi que l'entretien et la réparation doivent s'effectuer de l'intérieur du système de conduit. Indépendamment de certains contrôles simples des surfaces de rotor ainsi que d'ajustements ou de réglages éventuels des garnitures d'étanchéité, les travaux d'entretien sont difficiles et fréquemment non sans danger car ils doivent être exécutés dans des portions de conduit étroites et souvent en pente descendante ou inclinée. Ceci est valable pour des activités telles que le nettoyage, l'échange ou le remplacement d'éléments ou de pièces de
secteur ou l'échange ou le remplacementdu palier.
L'invention est donc basée sur la tache de créer un échangeur de chaleur du genre mentionné dans l'introductio
de la présente description, dans lequel]É inconvénient préci-
fi _xlent évités sans qu'existe le risque d'inclinaison ou de 1 mise en position biaise ou oblique du rotor par son axe dans son bottier. Ceci est obtenu conformément à l'invention par le fait que le rotor avec son support ou palier de rotor est mobile sur ou dans un guidage disposé dans le bottier, sensiblement perpendiculairement à l'axe de conduit, de façon à pouvoir sortir du bottier et rentrer dans celui-ci
Le moteur d'entrainement peut alors être mobile conjoin-
tement avec le rotor. Dans ce but, le palier ou support de rotor et le moteur d'entraînement pour le rotor peuvent être montés en commun sur ou dans un organe porteur mobile dans le moyen de guidage. Cet organe porteur peut avoir des tiges,barres ou poutres mutuellement reliées entre elles par une traverse et qui s'étendent latéralement par rapport aux deux côtés ou faces frontaux du rotor et sont mobiles dans ou sur des moyens de guidage y disposés. Les moyens de guidage peuvent consister en des rails disposés latéralement par rapport aux deux côtés ou faces frontaux 3 du rotor et sur lesquels les tiges, barres ou poutres de l'organe support sont montées de façon glissante ou roulante. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts,
caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaî-
tront plus clairement à la lecture de la description explica-
tive qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs illustrant divers modes de réalisation spécifiques actuellement préférés de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente une vue oblique ou en perspective de l'échangeur de chaleur avec des conduits ou canaux pour l'air frais et pour l'air d'évacuation raccordés à celui-ci, le rotor étant partiellement sorti du bottier d'échangeur; - la figure 2 représente une vue de côté du
système de guidage et de l'organe porteur pour le rotor et -
la commande d'entraînement de rotor, déplaçable en transla-
tion sur ledit système; - la figure 3 montre l'organe porteur suivant une vue oblique ou en perspective selon une représentation agrandie; - la figure 4 est une coupe axiale à travers la partie médiane du rotor et de son montage dans des paliers; - la figure 5 montre, également selon le même mode de représentation que la figure 3, le système de guidage pour l'organe porteur; - la figure 6 illustre, selon une représentation schématique, le système de guidage et l'organe porteur sorti et montre que ces deux éléments de l'échangeur de chaleur se complètent pour former une unité de montage extraordinairement rigide en flexion; et
- la figure 7 montre, également selon une repré-
sentation schématique, des possibilités pour un accroissemeit
supplémentaire de la rigidité en flexion de l'unité repré-
sentée sur la figure 6.
De la figure 1 ressort l'agencement de l'échangeur thermique dans une paire de conduits 1, 2 respectivement pour l'air frais et pour l'air usé, vicié ou d'évacuation. Par des ajutages ou tubulures de raccordement 4, 5 disposés sur son bottier 3, l'échangeur de chaleur est raccordé aux conduits précités 1, 2 qui présentent des fenêtres d'inspection 6, respectivement des deux c&tés de l'échqn-
geur de chaleur.
La figure 1 représente le rotor 7 de cet échangeur de chaleur partiellement retiré ou sorti du bottier 3. A cet effet, un rail ou une glissière de guidage 9 est monté respectivement sur chacune des deux parois latérales 8 du bottier d'échangeur 3, dans lesquels rails ou glissières de guidage un organe-support pour le rotor 7 est monté de façon déplaçable en translation. Cet organe porteur se compose de deux barres, long-rines ou poutres 10 se trouvant respectivement près d'une surface différente parmi les deux surfaces frontales de rotor et qui sont reliées mutuellement entre elles, à leur extrémité, par une traverse 11. Sur les longrines ou poutres est fixé le palier pour le montage tournant du rotor. A l'organe porteur 10, 11 est reliée la paroi latérale avant (sur la figure 1) 12 du bottier 3 de l'échangeur thermique, à laquelle est
raccordé un pont 13 sur leauel est monté le moteur d'en-
trainement 21 pour le rotor 7. Sur la figure 1 est montrée la paroi latérale avant 12 du bottier avec son pont 13 et le moteur 21, selon une représentation décomposée ou éclatée par l'organe porteur formé par les longrines 10 et la traverse 11, afin de rendre clairement visibles les éléments individuels constitutifs de l'échangeur de chaleur. Sur cette figure n'est pas représentée la liaison
du moteur de commande 21 avec l'arbre du rotor 7.
La figure 2 représente l'agencement des paliers 16 pour l'arbre du rotor 7 sur les deux côtés ou faces internes, mutuellement opposées ou en regard, des longrines ou poutres latérales 10 de l'organe porteur précité. Dans l'exemple de réalisation représenté sur cette figure, les rails ou glissières de guidage 9, servant à l'agencement mobile et guidé des longrines ou poutres latérales 10> sont également reliés par une traverse 25 qui e.st aoese 2 a -averse précitée 'I ou, ern regard de z:.liL yn e geloagT î
9 îOxrmSrn, enasenib:le aiec 10 5,.r -
gUdage Pour le:CCîoOr et. le C'U s d ce2icw-cilqu o rgane dc Piza" __ daws le bo 3tler 3 Dans lorgaee. ..........e selon une représeniraticn plr:e grandeq l-}< &ri: longrL-:É ou poutres 10,, séte-ndant reseesfeme es u. s du rotor, sont constituées pa? des Uife: J dornt s cotes ouve.rts s<,b,i6t-ournés!n de ' eo traverse est également constitauée par z îJ oflf sn 7 qui est r-elié, d'une façon immobile en rote. io: ar.: dex i:ngriaes oA poutres 10. Ceoi est réal!sé par des bzres de liaison 1; dans l'exemple d excution représem;ni :.a- les faces iéreieuPes orientées tuellement l'fune vert lautrelo Luelogries ououtres -D-en des disques ou plaeaux c orou aires 15 oozaire sç;ueis sort fixés les aliers 16 Dour le mj5ntage to-zm:t du
moyeu 17 du rotor 7.
L'org-ane de guidage, monip8 surmatúquezent sur la figure 2, est représenté selon un tracé plus grand sur la figure e5. Dans cet organe de gLidageg les deux rils ou glissières latéraux 9 sont eglemen, constenés par des
profilés en IU Cui, dans ce cas sont orientés l'n vrers 1 au-
tre par leurs c8tês ouverts, aXfn quails puissent recevoir, entre eux,ies longriies ou poutres 10 de l'organe porteur , 110 La traverse 25, entretoisant ces rails ou glissières de guidage 9, est également formée a un profilé en U qui est détourné, par son cOté ouvert, des rails ou glissières 9. Au bord de son c8té ouvert, ce profilé 25 à section transversale droite en forme de U possède des rebords ou ailes 19 orientés vers l'extérieur par.esquels l'torgane de
guidage 9, 25 est fixé contré le bottier 3. Il est cepen-
dant aussi possible de fixer les rails latéraux directement contre le bottier 3 de l'échangeur de chaleur. La fixation
peut s'effectuer par des vis mais aussi par soudage.
Les profilés en U des poutres ou longrines 10 de l'organe porteur et des rails 9 de l'organe de guidage sont évidemment dimensionnés de telle façon que les longrits ou poutres 10sient guidées de façon glissante dans les rails ou glissières 9 sans qu'ainsi un basculement du rotor autour de son axe de rotation ainsi qu'autour d'un axe s'étendant perpendiculairement à son axe de rotation puisse
se produire.
Grâce à l'agencement de l'organe porteur 10, 11 et de l'organe de guidage 9, 25 insérés ou enfilés l'un dans l'autre, ces deux organes forment un cadre fermé (voir figure 2) à grande rigidité de torsion et de flexion résistant à des moments ou couples de rotation autour de l'axe Y-Y représenté sur la figure 6. Afin d'obtenir une rigidité aussi grande dans la direction Z de la figure 6, les poutres ou longrines ou rails de ces deux organes sont réalisés avec un moment d'inertie approprié par le choix de la hauteur h. Un accroissement supplémentaire de cette rigidité se laisse obtenir en rapportant des entretoisements
, tels qu'ils sont illustrés par exemple sur la figure 7.
L'axe ds Zsbeni àl'argle drctparbqEprtàl'aoedes X etàl'axedesY.
L'idée fondamentale de l'invention consiste donc
dans le fait que le rotor est monté sur des paliers suscep -
tibles d'être sortis hors du bottier sur un guidage. Dans l'exemple de réalisation représenté, lespaliers 16 sont fixés à cet effet sur un organe porteur en forme de fourche , 11, sous la forme d'une charpente de poutres rigide en torsion et en flexion, qui s'étend des deux côtés du rotor 7. Cet organe porteur est guidé selon un montage ajusté dans un organe de guidage 9, 25 qui est également
réalisé en forme de fourche selon une charpente ou structu-
re de poutres rigide en torsion et en flexion. Des garni-
tures d'étanchéité diamétrales et/ou périphériques (non
représentées) sont fixées de préférence directement ou in-
directement à l'organe porteur et sont mobiles conjointe-
ment avec le rotor. Les figures 2 à 7 sont évidemment à interpréter de telle façon que le palier 16, dans la position rentrée ou insérée de l'organe porteuxest espacé de la traverse d'une distance correspondant au moins au rayon du rotor. Les entretoises 20 peuvent être agencées, dans un cas
particulier, comme cela est représenté sur la figure 7.
Normalement elles doivent cependant partir de la région
médiane des rails 9.
R E v E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif formant échangeur de chaleur pour' la récupération de chaleur et/ou d'humidité de courants d'air, comprenant un boîtier formant une portion de conduit pour l'écoulement d'air, dans lequel un rotor est monté tournant et contient un certain nombre de passages d'écoulement d'air s'étendant sensiblement parallèlement à son axe de rotation, ce rotor pouvant être mis en rotaion par une commande d'entraînement, caractérisé en ce que le rotor (7) avec son palier de rotor (16) est mobile sur ou dans un guidage (9) monté dans le bottier (3), sensiblement perpendiculairement à l'axe de conduit, de façon à pouvoir
être sorti du bottier et rentré dans celui-ci.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri-
sé en ce que le dispositif de commande ou d'entraînement
(21) est mobile en commun avec le rotor (7).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le palier de rotor (16) et le dispositif de commande ou d'entraînement (21) sont montés en commun sur un organe porteur (10, 11) mobile sur ou dans
le guidage (9).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'organe porteur, déplaçable en translation dans le guidage (9), comporte des barres, longrines ou poutres (10) rigidement reliées entre elles par au moins une traverse (11) et qui sont montées à côté des deux faces frontales du rotor (7) et sont mobiles sur ou dans des guidages (9) se trouvant à côté des deux faces
frontales du rotor.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe porteur mobile (10, 11) porte
au moins une paroi latérale (12) du bottier (3).
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guidage (9) consiste en des rails ou glissières disposés latéralement par rapport aux deux faces frontales du rotor (7) et sur ou dans lesquels les barres, longrines ou poutres (10) de l'organe porteur
sont montées de façon glissante ou roulante.
7. Dispositif selon la revenl a tion 6, caractérisé en ce que les deux rails de idage (9, eont rigidement reliés, à leurs e.ré ité ?i- un traeiie (23) et formen.t, avec celle-ci, tri organe d; g!idage quie
ensemble avec l'organe porteur (1i0 5', un oie une ité-sup-
port en forme de cadre rigide en torzisc et en flexicn
(figure 6).
8. Dispositif selon la revendiation l, caractérisé en ce que les deux rails de gudage la-éra (9) sont fixés rigidement au bo!tier (3) et constituent, conjointsment avec les barres, poutbres ou longtrines (10) guidées sur ceux-ci et avec la traverse ('11) -eliant ceils-ci,
une unité rigide en torsion et en flexion.
9. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par des garnitures d:Stanchéité diametrales et/ou périphériques, fixées directement ou indirectement à l'organe porteur (10, 11) et montées de façon à ttre
mobiles conijointement avec le rotor (7).
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