FR2516229A1 - Matrice pour echangeur de chaleur regenerateur, destine a servir notamment de ventilateur, et echangeur de chaleur regenerateur equipe de la matrice - Google Patents

Abstract

UN ECHANGEUR DE CHALEUR REGENERATEUR ROTATIF COMPREND UNE MATRICE 18 EN MATIERE PLASTIQUE SYNTHETIQUE DONT LES DIMENSIONS SONT CONFORMES A CERTAINS PARAMETRES DIMENSIONNELS. SUIVANT UNE FORME DE REALISATION DE L'INVENTION LE RUBAN 10 FORMANT MATRICE EST MUNI DE GAUFRURES TRANSVERSALES 14, 15 PRESENTANT UNE LONGUEUR INFERIEURE A LA LARGEUR DU RUBAN POUR PERMETTRE DE FAIRE SUBIR AU RUBAN LA TENSION D'ENROULEMENT SANS QUE LES DIMENSIONS DES GAUFRURES S'EN TROUVENT MODIFIEES. LES PARAMETRES DE CONSTRUCTION AUTORISES GRACE A L'UTILISATION DE MATIERE PLASTIQUE PERMETTENT DE FABRIQUER DES ROUES A MATRICE D'UNE EPAISSEUR MINIMALE DE FACON A REDUIRE LES FUITES CIRCONFERENTIELLES A UN MINIMUM.

Description

i Matrice pour échangeur de chaleur régénérateur, destiné à

servir notamment de ventilateur, et échangeur de chaleur ré-

générateur équipé de la matrice.

En ce qui concerne la fabrication d'échangeurs de

chaleur régénérateurs rotatifs compacts il a été jugé sou-

haitable de réaliser leur matrice en une matière présentant

une conductibilité thermique relativement faible afin de ré-

duire à un minimum le transfert de chaleur entre les faces

opposées de l'échangeur régénérateur.

Cependant,il a également été jugé essentiel que la

matière constitutive de-lamatrice présente une conductibili-

té thermique suffisante pour permettre à la chaleur du gaz s'écoulant à travers la matrice de passer dans le corps des couches de la matrice à partir de la surface de celles-ci

puisque sans cela la matrice ne disposerait pas d'une capa-

cité suffisante d'accumulation de chaleur La matière con-

stitutive de la matrice doit également présenter une cha-

leur spécifique suffisamment élevée pour lui conférer une capacité suffisante d'accumulation de chaleur De l'acier

inoxydable est fréquemment utilisé en tant que matière con-

stitutive de la matrice d'échangeursde chaleur régénérateurs rotatifs, l'acier se présentant sous la forme d'un ruban

enroulé autour d'un moyeu central Outre son excellente ré-

sistance à la corrosion, l'acier inoxydable présente une con-

ductibilité thermique inférieure à celle d'autres métaux couramment disponibles Toutefois, son prix de revient est élevé de sorte que s'il est utilisé en tant que matière constitutive de la matrice dans des échangeurs de chaleur régénérateurs rotatifs de faible capacité fonctionnant à basse température tels qu'ils pourraient être utilisés dans

le domaine de la ventilation domestique,le prix du disposi-

tif ainsi obtenu est si élevé que celui-ci n'est pas commer-

cialisable pour des applications à volume important De plus, les paramètres de construction pour une roue en acier

inoxydable de faible capacité (moins de 14,158 m 3 par minu-

te) sont tels que la roue ainsi obtenue présente en direc-

tion transversale une épaisseur si faible que la conduction thermique entre ses faces devient notable, réduisant ainsi le rendement de l'échangeur régénérateur Le fait d'accroi- tre la largeur de la roue afin de réduire la transmission

de chaleur entre les faces se traduirait par une augmenta-

tion excessive du coût de fabrication, lequel est déjà trop élevé pour être acceptable du point de vue commercial, et peut également conduire à un accroissement des fuites de gaz

circonférentielles dans la matrice.

L'utilisation d'une matière présentant une conducti-

bilité aussi faible que celle d'une matière organique syn-

thétique en tant que matière constitutive de la matrice a

été généralement jugée impossible sur le plan pratique puis-

que sa conductibilité n'est que d'environ 0,074 à 0,149

kcal/m h OC contre 17,856 kcal/m h OC pour l'acier inoxyda-

ble En d'autres termes la matière plastique ne présente qu'une conductibilité thermique égale à environ 1/120 à 1/240 de celle de l'acier inoxydable En empêchant toute conduction notable entre les faces opposées de la matrice, cette faible conductibilité thermique empêche cependant vraisemblablement-d-e la même manière une conduction à partir de la surface de la matière plastique dans le corps de celle-ai de sorte que la matière plastique ne posséderait pas de capacité effective d'accumulation de chaleur De surcroît,'la chaleur spécifique d'une matière plastique,

exprimée par unité de volume, est égale seulement à la moi-

tié dé celle de l'acier inoxydable.

Les spires de la matrice d'un échangeur de chaleur régénérateur doivent présenter des moyens d'espacement afin de former des passages pour le gaz et ces spires doivent

être plates dans une direction transversale et être espa-

cées uniformément de sorte que les passages pour le gaz présentent sur toute leur longueur une hauteur uniforme de façon à obtenir le meilleur rendement possible En vue d'une construction compacte et pour des raisons d'ordre économique les passages pour le gaz doivent présenter un petit diamètre

hydraulique et un grand allongement (rapport largeur/hau-

teur). Il a été constaté que de nombreux types de feuilles minces en matière plastique disponibles sur le marché sous

forme de rubans n'étaient pas suffisamment planes pour for-

mer des passages de taille uniforme pour le gaz puisque les feuilles utilisées pour former de tels rubans ne sont pas

parfaitement planes, ce qui est apparemment dû à des con-

traintes résiduelles consécutives à l'extrusion et au pro-

cessus de fendage Par conséquent, des rubans obtenus à par-

tir de telles feuilles présentent fréquemment un bord ondu-

lé Le fait de former des gaufrures transversales dans le ruban en tant que moyens d'espacement afin de former des

passages pour le gaz et d'éviter des fuites de gaz circon-

férentielles dans la roue de l'échangeur régénérateur, de la

manière connue et adoptée dans des dispositifs de la techni-

que antérieure o le ruban formant matrice est en acier ino-

xydable, ne permet en aucune façon de remédier à ce problème puisque des gaufrures transversales formées dans un ruban en matière plastique tendent à se déformer de façon que leur hauteur diminue lorsque le ruban est soumis à une tension en

étant enroulé sur un moyeu pour former la matrice de l'échan-

geur de chaleur régénérateur Ceci a pour résultat de rédui-

re l'épaisseur des passages pour le gaz et en même temps

d'accentuer l'effet de parties non planes et de bords ondu-

lés du ruban sur les dimensions des passages pour le gaz.

Au point de vue de la fabrication il serait le plus facile

de former simplement de petits creux ou bosses dans le ru-

ban, ces bosses faisant saillie soit sur une surface, soit

sur les deux surfaces Cette structure offre un grand allon-

gement, tel qu'on le désire, mais permet malheureusement des fuites de gaz circonférentielles notables, réduisant ainsi

l'efficacité d'échange d'air de l'échangeur régénérateur.

Dans le cadre de la présente invention il s'est avéré

que la matrice d'un échangeur de chaleur régénérateur pou-

vait être formée d'un enroulement en spirale d'un ruban ob-

tenu à partir d'une feuille mince de matière plastique et que cette matrice présentait un rendement égal ou supérieur

à celui d'un échangeur régénérateur de même taille compor-

tant une matrice formée d'un ruban d'acier inoxydable Il s'est également avéré qu'il était possible de former des passages de dimensions précises pour le gaz dans une telle matrice et de conférer à celle-ci une résistance suffisante aux fuites de gaz ciroonférentielles en munissant le ruban de gaufrures transversales d'une longueur totale inférieure à la largeur du ruban et ne s'étendant de préférence pas jusqu'auxibords du ruban La configuration des gaufrures, dans une position longitudinale quelconque sur le ruban, peut être telle qu'il y ait une seule gaufrure s'étendant en direction transversale sur tout le ruban, à l'exception d'une faible distance préétablie à chaque bord du ruban, ou bien il peut y avoir deux ou plusieurs gaufrures alignées séparées et des parties non gaufrées situées aux bords du

ruban et dans une partie intermédiaire La présence des par-

ties non gaufrées permet de rendre le ruban mieux apte à rester plat et d'appliquer la tension d'enroulement au ruban sans changer la dimension verticale de la gaufrure, alors que le fait que'lesgaufrures s'étendent sensiblement sur tout le ruban en direction transversale empêche des fuites de gaz circonférentielles notables de se produire dans la matrice.

Il s'est en outre avéré que les paramètres de con-

struction qui découlent de l'utilisation d'une feuille mince de matière plastique en tant que matière constitutive de la

matrice permettaient de construire une roue d'échangeur ré-

générateur d'une épaisseur beaucoup plus faible que celle

possible en cas d'utilisation de métal comme matière consti-

tutive de la matrice, mais présentant néanmoins une efficaci-

té aussi grande ou supérieure à celle d'une roue de métal d'une épaisseur plusieurs fois plus grande L'utilisation d'une matrice plus mince exige non seulement moins de matière mais permet en outre de réduire les fuites circonférentielles au-delà des joints transversaux à un degré tel que dans bien des applications de simples bosses peuvent être utilisées en

tant que moyens d'espacement sans fuites excessives.

Il a également été constaté que même des rubans pré-

sentant un bord légèrement ondulé peuvent servir à obtenir

une matrice satisfaisante car, lorsqu'un tel ruban est en-

roulé en spirale autour d'un moyeu central, la courbure du ruban fait que les parties non planes du ruban deviennent

axialement plates et que les parties marginales ondulées de-

viennent parfaitement concentriques de sorte que l'espace-

ment des couches du ruban est uniforme.

Le ruban peut être réalisé en une matière plastique

appropriée quelconque présentant un module d'élasticité suf-

fisant, celui-ci étant par exemple supérieur à environ 10 500 kg/cm 2, et une résistance suffisante à la déformation

aux températures de fonctionnement du dispositif.

L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une vue de dessus en plan d'un ruban de matière plastique gaufré de manière appropriée pour le rendre apte à être utilisé comme matrice d'un échangeur de chaleur régénérateur rotatif;

la figure 2 est une vue du ruban de la figure 1, ob-

servé à partir d'un bord; la figure 3 est une vue en perspective du ruban de la figure 1 en voie d'être enroulé sur un moyeu avec un ruban non gaufré pour former une matrice d'échangeur régénérateur la figure 4 est une vue en perspective d'une matrice d'échangeur régénérateur finie obtenue en utilisant le ruban de la figure 1; la figure 5 est une vue à plus grande échelle, en coupe, d'une partie de la matrice d'échangeur régénérateur de la figure 4 la figure 6 est une vue à plus grande échelle, en élévation, d'une partie de la matrice d'échangeur régénéra- teur de la figure 4; la figure 7 est une vue en plan d'une autre forme de

réalisation d'un ruban destiné à être utilisé dans une ma-

trice d'échangeur régénérateur; la figure 8 est une vue à plus grande échelle, en coupe, d'une partie d'une matrice d'échangeur régénérateur fabriquée en utilisant le ruban de la figure 7; la figure 9 est une vue à plus grande échelle, en élévation, d'une face d'une matrice d'échangeur régénérateur

fabriquée en utilisant un ruban plus étroit comme celui re-

présenté sur la figure 10; et la figure 10 est une vue de dessus en plan du ruban

en matière plastique utilisé pour la fabrication de la ma-

trice de la figure 9 dans laquelle l'espacement des couches

du ruban est obtenu exclusivement par de petites bosses.

Sur les figures 1 et 2 est illustré un ruban 10 obte-

nu à partir d'une feuille ou d'un film en matière plastique

pour être utilisé en tant qu'enroulement spiral d'un échan-

geur de chaleur régénérateur rotatif du type destiné à ser-

vir de ventilateur domestique de faible capacité.

Le ruban 10 peut Ctre composé d'une matière plastique organique synthétique d'un type suffisamment flexible pour

être enroulé en une spirale du rayon désiré, tout en pré-

sentant une rigidité suffisante pour que les bords des cou-

ches du ruban restent correctement placées les uns par rap-

port aux autres dans la spirale et ne soient pas déformés par l'écoulement de gaz à travers la matrice; Comme exemples

non limitatifs de matières plastiques convenant à cette uti-

lisation (à condition que la température du gaz soit infé-

rieure à leur température de distorsion thermique) peuvent être citées les résines polystyrène, polycarbonate, chlorure

de polyvinyle et téréphtalate de polyéthylène.

Pour fabriquer des échangeurs de chaleur régénéra-

teurs rotatifs en enroulant en forme de spirale un ruban de matière autour d'un moyeu central il est nécessaire de pré- voir des moyens d'espacement entre les couches du ruban afin de former des passages pour le gaz Dans le cas de rubans en

métal,divers moyens d'espacement, y compris un certain nom-

bre de petites bosses formées dans le ruban ou une série de nervures ou plis transversaux espacés de façon appropriée,

ont été utilisés Dans la conception de tels échangeurs ré-

générateurs il importe entre autres de prévoir de petits dia-

mètres hydrauliques et des passages à allongement important pour le gaz, ainsi que de réduire à un minimum les fuites se

produisant autour des joints radiaux par suite d'un écoule-

ment circonférentiel du gaz à travers la matrice Un ruban présentant un certain nombre de petites bosses est facile à fabriquer et présente un allongement important mais, comme

on le savait déjà, de tels rubans ne présentent qu'une fai-

ble résistance à l'écoulement circonférentiel du gaz, ce qui

réduit l'efficacité de transfert d'air globale de l'échan-

geur régénérateur.

Comme indiqué plus haut, des courbures transversales ou gaufrures telles qu'elles étaient prévues auparavant en tant que moyens d'espacement dans des rubans en métal ne

sont pas acceptables dans le cas de rubans en matière plas-

tique puisque la tension à laquelle le ruban est soumis lors de l'enroulement tend à aplatir ces courbures ou gaufrures, ce qui a pour effet de changer les dimensions des passages

pour le gaz et de conférer au ruban une configuration ondu-

lée. C'est pourquoi, comme illustré sur les figures 1 et 2, le ruban 10 est muni d'une série de gaufrures 14 et 16

qui font saillie d'une distance déterminée sur les deux co-

tés opposés du ruban, comme expliqué plus loin Dans la for-

me de réalisation des figures 1 et 2 les gaufrures sont dis-

posées en rangées de trois courtes gaufrures alignées entre elles sur la largeur du ruban, les gaufrures étant espacées

les unes par rapport aux autres et les extrémités extérieu-

res des gaufrures extrêmes étant situées à une certaine dis- tance des bords latéraux du ruban, dans un but expliqué plus loin.

Une matrice 18 d'échangeur régénérateur peut être fa-

briquée à partir du ruban en enroulant des couches superpo-

sées de ruban gaufré 10 et de ruban non gaufré 20 autour

d'un moyeu 22 de façon à former une roue d'échangeur régéné-

rateur 24 présentant des passages 26 pour l'air formés entre

le ruban gaufré et le ruban non gaufré.

Dans la matrice d'échangeur régénérateur obtenue à partir du ruban des figures 1 et 2 la hauteur des passages pour le gaz est déterminée par la hauteur des gaufrures et leur largeur est déterminée par l'espacement longitudinal

des gaufrures Dans un cas typique les gaufrures sont for-

mées de façon à présenter une hauteur d'environ 0,762 mm au maximum et l'espacement des gaufrures est-d'au moins 15,24

mm, c'est-à-dire au moins à peu près vingt fois la hauteur.

La présence des gaufrures allongées permet non seule-

ment d'obtenir des passages pour le gazemais empêche en même

temps toute fuite de gaz circonférentielle notable.

Etant donné que les gaufrures ne s'étendent pas sur

toute la largeur du ruban mais sont disposées de façon à ob-

tenir des parties planes non gaufrées à chaque bord latéral du ruban et dans des parties intermédiaires, la tension à laquelle le ruban est soumis lors de son enroulement ne s'exerce pas à travers les gaufruresmais est transmise par l'intermédiaire des parties non gaufrées de sorte que la hauteur des gaufrures n'est pas influencée par l'opération d'enroulement. Bien que sur les figures 1 et 2 des gaufrures soient prévues sur les deux côtés du ruban, il va sans dire que le cas échéant le ruban peut être muni de gaufrures sur un côté seulement. Sur les figures 7 et 8 est illustré un ruban 30 qui, réalisé sous une autre forme et destiné à la fabrication d'un échangeur de chaleur régénérateur rotatif, présente des

gaufrures allongées uniques 32 situées en des endroits espa-

cés le long du ruban, lesquelles gaufrures 32 sont plus courtes que la largeur du ruban de façon à laisser subsister

des parties non gaufrées 34 entre les extrémités de la gau-

frure et les bords latéraux 36 du ruban.

Dans chacune des formes de réalisation de l'invention

décrites ci-dessus les gaufrures allongées peuvent être es-

pacées suffisamment sur la longueur du ruban pour que l'al-

longement soit aussi important qu'on le désire, et d'autres gaufrures en forme de petites bosses 38 peuvent être prévues

dans le ruban entre les gaufrures allongées Lorsque le ru-

ban est enroulé sous forme d'une spiraleles petites bosses 38, qui présentent de préférence la même hauteur que celle des gaufrures allongées, permettent aux couches de ruban de

conserver un espacement uniforme entre les gaufrures allon-

gées et confèrent de ce fait une épaisseur uniforme aux pas-

sages pour l'air à travers toute leur largeur, contribuant ainsi à accroître le rendement de la matrice en maintenant une répartition sensiblement uniforme de la vitesse du gaz

à travers bbute la miatrice.

Dans une autre forme de réalisation de l'invention,.

illustrée sur les figures 9 et 10, un ruban 40 est muni ex-

clusivement de petites bosses 42 et ce pour une raison à dé-

crire plus loin' Comme déjà indiqué, bien que le ruban puisse, avant

d'être enroulé, présenter un gauchissement et des ondula-

tions marginales indésirables, il s'est avéré de manière inattendue qu'en cas d'enroulement du ruban sous la forme

d'une spirale le gauchissement et les ondulations disparais-

saient de façon à conférer au ruban spiral une planéité sa-

tisfaisante dans la direction de sa largeur et à transformer

les bords ondulés du ruban en couches sensiblement concen-

triques espacées de manière approximativement uniforme.

Pour comparer l'efficacité d'une matrice d'échangeur régénérateur rotatif réalisée en matière plastique à celle d'une matrice d'échangeur régénérateur réalisée en acier

inoxydable il a été procédé à l'essai suivant.

Une matrice d'échangeur régénérateur d'une faible ca-

pacité ( 1,416 m 3/minute) est réalisée en enroulant un ruban

en acier inoxydable d'une largeur de 38,10 mm et d'une épais-

seur de 0,0762 mm sur un moyeu de 44,45 mm de diamètre de façon à obtenir un diamètre de matrice total de 132,08 mm et une aire d'écoulement ouverte de 99,997 cm Des saillies sont prévues sur le ruban afin de former entre les couches

-15 de ruban des passages d'environ 0,381 mm pour le gaz.

Une seconde matrice d'échangeur régénérateur est réa-

lisée de la même manière en utilisant un ruban de Mylar d'une largeur de 38,10 mm et d'une épaisseur de 0,1778 mm,

le ruban étant muni de saillies dimensionnées de façon à ob-

tenir des passages d'une épaisseur d'environ 0,381 mm pour le gas Le ruban en matière plastique est enroulé autour d'un moyeu présentant le même diamètre que celui utilisé

pour le ruban en acier inoxydable de façon à obtenir une ma-

trice de 146,05 mm de diamètre, ce qui donne la même aire

d'écoulement ouverte que celle de la matrice en acier inoxy-

dable, à savoir 99,996 cm 2.

Les dispositifs sont ensuite placés dans une enceinte appropriée équipée de ventilateurs soufflants et d'appareils chauffants pour forcer de l'air à une certaine température dans un sens à travers une moitié de la matrice et de l'air à une autre température en sens opposé à travers l'autre

moitié de la matrice.

Dans le cas de la matrice en acier inoxydablede l'air intérieur simulé à 19,71 C se trouve porté à 280 C en passant par la matrice, et de l'air extérieur sec simulé à

31,90 C se trouve refroidi à 22,2 O Par conséquent, le ren-

dement de la partie servant de sortie est de 70 % et le ren-

dement de la partie servant d'entrée de 79 % Etant donné

que les volumes d'air écoulé dans les deux sens sont sensi-

blement égaux, le rendement global est de 74,5 %. Dans le cas de la matrice d'échangeur régénérateur réalisée à partir d'un ruban en matière plastique de l'air intérieur simulé à 20,60 C est évacué à 39,90 O et de l'air extérieur sec simulé à 49,30 C est reçu à l'intérieur à 23,50 0, ce qui donne un rendement de 67 % pour l'air évacué,

un rendement de 89 % pour l'air entrant et un rendement glo-

bal de 78 %.

Cet essai met en évidence qu'un échangeur régénéra-

teur bien conçu utilisant une matrice en matière plastique

peut donner des résultats aussi bons ou meilleurs qu'une ma-

trice bien conçue en acier inoxydable qui fonctionne au voi-

sinage du seuil de perte de rendement due à la conductibili-

té thermique s'exerçant à travers la matrice entre les faces chaudes et froides par suite d'une conception prévoyant une quantité minimale de matière dans la matrice Etant donné

que le coût de la matière plastique dans la matrice ne re-

présente qu'environ 10 % du coût de l'acier inoxydable, l'utilisation de matière plastique est de toute évidence également souhaitable du point de vue commercial et peul permettre la fabrication d'un dispositif satisfaisant dans de nombreux domaines d'application-o il n'en serait pas de

même pour l'acier inoxydable.

Compte tenu du fait que dans la technique antérieure

il n'a pas été reconnu qu'une matrice d'échangeur régénéra-

teur réalisée en matière plastique est capable de transmet-

tre de la chaleur aussi efficacement qu'une matrice en mé-

tal, il a été procédé dans le cadre de la présente invention à un examen des raisons théoriques qui seraient susceptibles

d'expliquer le résultat apparemment surprenant décrit ci-

dessus.

Manifestement le facteur principal déterminant le transfert de chaleur à partir du gaz au corps du ruban n'est

pas la conductibilité du ruban,mais la conductibilité ef-

fective du film de gaz sur la surface du ruban Si la con-

duction thermique dans le ruban est forte par rapport à celle dans le film de gaz, la quantité de chaleur transmise est déterminée presque entièrement par la conductibilité du gaz et dans une faible mesure seulement, ou pas du tout, par la conductibilité de la matière constitutive du ruban Si la conduction thermique à partir de la surface du ruban vers l'intérieur de celui-ci est au moins dix fois plus grande

que la conduction thermique à partir du gaz jusqu'à la sur-

face du ruban, alors une matrice effective peut être con-

struite à partir de la matière en question sans que l'effi-

cacité s'en trouve réduite Pour les petits passages à al-

longement important prévus dans des échangeurs régénérateurs du genre décrit dans le cadre de la présente invention peut

être établi un paramètre sans dimension qui exprime le rap-

port de la conduction thermique dans le ruban à la conduc-

tion thermique dans le film de gaz Ce paramètre est Eg S o Kg t Ks représente la conductibilité de la matière constitutive du ruban, Kg la conductibilité du gaz passant par la matrice, S l'espacement des couches de la matrice et t l'épaisseur du

ruban formant la matrice.

A la température ambiante la conductibilité thermique de l'air, de l'acier inoxydable et de la matière plastique, exprimée en kcal/m h O C, est respectivement de 0,02158; 17,856 et 0,1488 Par conséquent, le nombre sans dimension résultant de la formule ci-dessus pour la matière plastique,

dans le cas d'une épaisseur de ruban de O,018 mmet d'un espa-

cement de ruban de 0,3 $ 1 mm, est 14,8 Ceci apporte une

explication théorique de l'excellente efficacité de la ma-

trice en matière plastique puisque, malgré la faible conduc-

tibilité de la matière plastique, la conduction thermique dans le ruban en matière plastique est néanmoins, dans les conditions géométriques indiquées, 14,8 fois plus grande que la conduction thermique effective à travers le film de gaz

vers la surface de la matière plastique.

Le nombre correspondant de conduction thermique pour l'acier inoxydable, dans le cas d'un ruban d'une épaisseur de 0,0762 mm (ce ruban plus mince étant possible en cas d'utilisation d'acier inoxydable) et pour le même espacement

de ruban, est 4100 Ce nombre élevé montre que la conducti-

* bilité de l'acier inoxydable est de nombreuses fois plus

grande que celle nécessaire pour fabriquer une matrice ef-

fective d'échangeur régénérateur En fait, l'excédent de

conductibilité de l'acier inoxydable par rapport à la con-

ductibilité nécessaire est souvent un inconvénient, en ce

qui concerne la fabrication d'un échangeur de chaleur régé-

nérateur efficace de faible capacité, en raison de la vites-

se de conduction élevée entre les deux faces de l'échangeur régénérateur, comme décrit ci-dessous Pour qu'une matrice d'échangeur régénérateur rotatif fonctionne avec une grande efficacité de transfert de chaleur,il faut que la matière

constitutive de la matrice au niveau de la face chaude fonc-

tionne à une température voisine de celle du gaz chaud en-

trant et que la matière constitutive de la matrice située à proximité de la face froide fonctionne à une température voisine de celle du gaz froid entrant En d'autres termes,

un gradient de température substantiel doit exister à tra-

vers l'épaisseur de la roue pour obtenir une grande effica-

cité de transfert de chaleur Si l'épaisseur requise de la roue est très faible (du fait que l'on prévoit des passages pour le gaz qui présentent un petit diamètre hydraulique) et

que du métal soit utilisé pour la matrice, alors la conduc-

tion thermique à travers la matrice entre les faces de celle-

ci sera excessive et le gradient de température nécessaire

entre les faces chaude et froide ne s'établira pas Pour re-

médier à ce problème, lors de la conception d'une roue à ma-

trice, les facteurs mentionnés plus haut (Ks, Kg, S et t)

ainsi que l'épaisseur L de la roue doivent être pris en con-

sidération.

Un nombre sans dimension qui exprime l'aptitude ef-

fective relative à empêcher un flux thermique entre les fa-

ces opposées d'une roue à matrice est le paramètre de résis-

tance aux flux thermiques K L' Sur la base de connaissan-

ces théoriques en matière de transfert de chaleur il peut être montré que le fait pour une matrice de voir son effica-

cité diminuée par suite de la conduction thermique entre ses faces est évité lorsque ce paramètre vaut au moins environ 50.

Si l'épaisseur L de la roue est de 38,10 mm, le nom-

bre exprimant la résistance aux flux thermiques, déterminé par ce paramètre, pour de l'acier inoxydable présentant une épaisseur de ruban de 0,0762 mm et un espacement de 0,381 mm entre les couches de ruban vaut 60 Il a été établi par voie expérimentale à l'aide de l'exemple décrit plus haut qu'une

matrice réalisée en acier inoxydable et présentant les di-

mensions citées était d'une efficacité suffisante mais non pas exceptionnelle pour un échangeur régénérateur de faible capacité, confirmant ainsi que le paramètre de résistance

aux flux thermiques de 50 doit être considéré comme un mini-

mum absolu.

Toutefois, le coût élevé de l'acier inoxydable ne

permet pas de l'utiliser sur le plan commercial dans de pe-

tits échangeurs régénérateurs à usage domestique.

Pour une matrice d'échangeur régénérateur réalisée à partir d'un film de matière plastique d'une épaisseur de

0,1778 mm la valeur de résistance aux flux thermiques déter-

minée par le paramètre défini ci-dessus est de 3100, ce qui indique qu'un échangeur régénérateur en matière plastique ne posera aucun problème de diminution d'efficacité due au

transfert de chaleur entre les faces de la matrice.

Afin de réduire à un minimum la quantité de matière dans la roue 9 il peut être souhaitable de prévoir un moindre

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espacement entre les couches de ruban, ce qui permet de con-

struire une roue d'une épaisseur réduite mais présentant la même efficacité de transfert de chaleur et la me&Me chute de pression. Par exemple, une roue peut être construite en, matière plastique de la même composition que dans l'exemple donnée plus haut, avec cependant un espacement de ruban de 0,1905

mm et une épaisseur de ruban de 0,127 mm, auquel cas il suf-

fit que la largeur L de la roue soit seulement de 9,525 mm pour obtenir la même efficacité de transfert de chaleur et la même chute de pression à travers la roue Une telle roue Ks S 1

présentera une valeur c de 10 et une valeur de 544.

Une roue d'échangeur de chaleur régénérateur d'une largeur réduite à ce point offre l'avantage supplémentaire de présenter moins de fuites de gaz circonférentielles dans la matrice, la voie de fuite étant réduite à tel point que dans bien des applications les moyens d'espacement entre

les couches peuvent être simplement un certain nombre de pe-

tites bosses, comme celles connues dans la technique anté-

rieure, plut 8 t que les gaufrures transversales décrites

dans le cadre de la présente inventions et ce sans perte no-

table d'efficacité d'échange d'air.

Il a ainsi pu être établi que la faible conductibili-

té de matières plastiques, au lieu d'être un inconvénient, s'avère en fait, de façon surprenante, avantageuse dans la fabrication d'échangeurs de chaleur régénérateurs compacts de faible capacité puisque la faible conductibilité de la matière plastique empêche, même dans des roues à matrice extrêmement étroites, une perte notable d'efficacité due au

phénomène de conduction thermique entre les faces de la ma-

trice Ceci et les dimensions pouvant être prévues pour la matrice grâce à l'utilisation d'un ruban de matière plasti

que permettent de fabriquer des roues à matrice d'une épaisi-

seur minimale qui se composent d'une quantité minimale de

matière formant matrice et présentent des fuites cîireonfé-

rentielles minimales, sans que pour autant la faible conduc-

tion thermique de la matrice en matière plastique nuise à

l'efficacité de l'échangeur régénérateur puisque la conduc-

tibilité thermique de la matière plastique est à tel point supérieure à la conductibilité thermique du gaz en direction

de la surface de la matrice.

Les différentes formes de réalisation de l'invention

illustrées et décrites en détail ne présentent aucun carac-

tère limitatif puisque diverses modifications peuvent y être

apportées sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur du ty-

pe à contre-courant comprenant des couches dont la surface présente des saillies ( 14,16; 32,38; 38,42) qui forment des passages pour le gaz à travers la matrice ( 18) entre les cou- ches, caractérisée en ce que les couches sont en matière

plastique synthétique présentée sous forme de feuille mince.

2 Matrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière plastique présente un module d'élasticité

de 10 500 kg/cm 2 ou plus.

3 Matrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matière plastique synthétique est choisie parmi des

résines telles que le polystyrène, le polycarbonate, le chlo-

rure de polyvinyle et le téréphtalate de polyéthylène.

4 Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur rota-

tif à contre-courant comprenant un ruban en matière plasti-

que ( 10; 30; 40) enroulé en spirale et muni de moyens d'es-

pacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour former des passages pour le gaz, caractérisée en ce que le paramètre -s est compris entre environ 10 et 100 ou:

Ks représente la conductibilité thermique de la ma-

tière plastique constitutive du ruban,

Kg représente la conductibilité thermique du gaz de-

vant passer par la matrice, S représente l'espacement des couches du ruban, et

t représente l'épaisseur du ruban.

Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur rota-

tif à contre-courant destinée à être utilisée pour transfé-

rer de l'air et comprenant un ruban en matière plastique synj, thétiqa ( 10; 30; 40) enroulé en spirale, le ruban étant muni de moyens d'espacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour

former des passages pour l'air à travers la matrice ( 18), ca-

ractérisée en ce que le paramètre Ki S est compris entre en-

viron 0,2083 et 2,0832 kcal/m h C,

Ks représentant la conductibilité thermique de la ma-

tière plastique synthétique, S représentant l'espacement des couches du ruban, et

t représentant l'épaisseur du ruban.

6 Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur rota-

tif à contre-courant comprenant un ruban en matière plasti- que synthétique ( 10; 30; 40) enroulé en spirale et muni

de moyens d'espacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour sépa-

rer les couches de ruban afin de former des passages pour le

gaz, caractérisée en ce que le paramètre Kg t est supéri-

eur à environ 500, o:

Kg représente la conductibilité thermique du gaz de-

vant passer à travers la matrice,

Ks représente la conductibilité thermique de la ma-

tière plastique, L représente la longueur des passages pour le gaz, S représente l'espacement des rubans, et

t représente l'épaisseur du ruban.

7 Echangeur de chaleur régénérateur rotatif destiné

à être utilisé pour transférer de l'air et comprenant un ru-

ban en matière plastique synthétique ( 10; 30; 40) enroulé en spirale et muni de moyens d'espacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour séparer les couches de ruban afin de former des passages pour l'air, caractérisé en ce que le paramètre L 2

Ks S t est supérieur à environ 10,4 m h C/kcal.

8 Echangeur de chaleur régénérateur rotatif à con-

tre-courant comprenant un ruban ( 10; 30; 40) obtenu à par-

tir de feuille mince en matière plastique synthétique et

enroulé en spirale, ladite feuille mince présentant à sa sui-

face des saillies ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) faisant partie intégrante de la feuille et formant des passages à travers l'échangeur régénérateur pour le gaz, caractérisé en ce que Ks S le paramètre est inférieur à environ 100 et en ce

que le paramètre K S est égal ou supérieur à environ 5 & 0.

9 Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur rota-

tif à contre-courant formée d'un ruban enroulé en spirale et composé d'une feuille mince en matière plastique synthétique présentant un module d'élasticité d'au moins 10 500 kg/cm 2,

caractérisée en ce que la matrice ( 18) est destinée à trans-

férer de l'air et présente des gaufrures transversales al-

longées ( 14, 16; 32) faisant partie intégrante du ruban ( 10; 30) et dont la longueur est inférieure à la largeur du ruban, et en ce que le paramètre Kg-t de la matrice ( 18) est égal ou supérieur à environ 2,0832 kcal/m h OC et en ce que T 2 le paramètre T -St est égal ou supérieur à environ 10,4

m h OC/kcal.

Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur du type à contre-courant, formée d'un ruban de feuille mince en matière plastique enroulé en spirale, caractérisée en ce que

le ruban ( 30) présente sur sa surface des saillies ( 32 >) si-

tuées à des endroits espacés le long du ruban, lesquelles saillies s'étendent transversalement au ruban de façon à former des passages transversaux ( 36) pour le gaz à travers la matrice ( 18) et présentent en chaque endroit une longueur inférieure à la largeur totale du ruban, 11 Matrice selon la revendication 10, caractérisée en ce que les saillies ( 32) sont espacées dans la direction

longitudinale du ruban d'une distance égale au moins à envi-

ron 20 fois leur hauteur.

12 Matrice d'échangeur de chaleur régénérateur à contre-courant formée d'un ruban de matière enroulé autour d'un moyeu, caractérisée en ce que le ruban ( 30) présente des gaufrures ( 32) en des endroits espacés dans la direction

longitudinale du ruban et en ce que les extrémités extéri-

eures des gaufrures ( 32) se terminent en chaque endroit à une certaine distance des bords marginaux du ruban de sorte qu'une partie continue du ruban le long des bords latéraux

n'est pas gaufrée.

13 Matrice selon la revendication 12, caractérisée en ce que les gaufrures comprennent en chaque endroit deux

ou plusieurs gaufrures transversales espacées ( 14, 16) sépa-

rées les unes des autres par des parties non gaufrées.

14 Echangeur de chaleur régénérateur rotatifà contre-

courant destiné à être utilisé pour transférer de l'air et comprenant une matrice formée d'un ruban en matière plastique synthétique enroulé et muni de moyens d'espacement pour sépa- rer les couches de ruban afin de former des passages pour l'air, caractérisé en ce que la largeur de la matrice ( 18)

est comprise entre environ 6,35 et 25,4 mm, en ce que l'é-

paisseur du ruban ( 10, 20; 30; 40) est comprise entre en-

viron 0,025 et 0,254 mm, en ce que l'espace libre entre les couches du ruban est compris entre environ 0,178 et 0,508 mm et en ce que l'épaisseur du ruban n'est pas supérieure à

l'espacement des couches du ruban.