FR2522802A1

FR2522802A1 - HEAT EXCHANGER ROTATING

Info

Publication number: FR2522802A1
Application number: FR8303316A
Authority: FR
Inventors: Karl Heinz Gottschalk; Wolfgang Dressler
Original assignee: Babcock Textilmaschinen GmbH
Current assignee: Babcock Textilmaschinen GmbH
Priority date: 1982-03-03
Filing date: 1983-03-01
Publication date: 1983-09-09
Also published as: GB8304741D0; ES520205A0; DE3207518A1; IT1161586B; IT8319815A0; GB2115914A; ES8401239A1

Abstract

L'ECHANGEUR THERMIQUE TOURNANT COMPORTE UN ROTOR 13, QUI TOURNE DANS UN CARTER 10 POURVU D'ORIFICES D'ENTREE 15, 17, ET DE SORTIE 16, 18, POUR LES DEUX FLUIDES ENTRE LESQUELS S'EFFECTUE L'ECHANGE THERMIQUE. L'UN DES FLUIDES CALOPORTEURS EST UN LIQUIDE 19, QUI CIRCULE DANS LA PARTIE INFERIEURE 11 DU CARTER, ET TRAVERSE LA PARTIE 13 DU ROTOR PLONGEE DANS CE LIQUIDE; L'AUTRE FLUIDE CALOPORTEUR EST UN GAZ, QUI CIRCULE DANS LA PARTIE SUPERIEURE 12 DU CARTER, ET QUI TRAVERSE LA PARTIE 13 DU ROTOR SITUEE A CET ENDROIT. APPLICATION AUX ECHANGEURS THERMIQUES TOURNANTS, POUR EN AMELIORER LE RENDEMENT ET EN REDUIRE L'ENCOMBREMENT.THE ROTATING HEAT EXCHANGER INCLUDES A ROTOR 13, WHICH ROTATES IN A CASING 10 PROVIDED WITH INPUT 15, 17, AND OUTLET 16, 18, FOR THE TWO FLUIDS BETWEEN WHICH THE HEAT EXCHANGE IS CARRIED OUT. ONE OF THE HEAT-TRANSFER FLUIDS IS A LIQUID 19, WHICH CIRCULATES IN THE LOWER PART 11 OF THE CRANKCASE, AND CROSSES PART 13 OF THE ROTOR IMMERSION IN THIS LIQUID; THE OTHER HEAT TRANSFER FLUID IS A GAS, WHICH CIRCULATES IN THE UPPER PART 12 OF THE CRANKCASE, AND WHICH CROSSES PART 13 OF THE ROTOR LOCATED AT THIS LOCATION. APPLICATION TO ROTATING HEAT EXCHANGERS, TO IMPROVE EFFICIENCY AND REDUCE OVERALL CONSTRUCTION.

Description

1. La présente invention concerne un échangeur thermique tournant,1. The present invention relates to a rotating heat exchanger,

comportant un rotor qui tourne dans un carter pourvu d'orifices d'entrée et de sortie pour les fluides having a rotor which rotates in a housing having inlet and outlet ports for fluids

entre lesquels s'effectue l'échange thermique. between which is carried out the heat exchange.

On connaît des échangeurs thermiques de ce genre qui sont utilisés, par exemple, pour le préchauffage de l'air Heat exchangers of this type are known which are used, for example, for the preheating of the air

frais, grace à une circulation d'air vicié, dans des sé- fresh, thanks to a stale air circulation, in

choirs de l'industrie textile Mais, même dans d'autres cas d'utilisation, ces échangeurs n'ont été mis en oeuvre que However, even in other cases of use, these exchangers were only

pour un échange thermique gaz/gaz Lorsque dans le cas d'ap- for a gas / gas heat exchange When in the case of

plication indiqué ci-dessus des agents d'avivage ou analo- above-mentioned application of brighteners or similar

gues sont contenus dans le courant d'air vicié, il n'est pas possible de laisser échapper directement à l'atmosphère ce courant d'air vicié qui sort de l'échangeur thermique, mais il est nécessaire auparavant d'en assurer l'épuration, dans des tours de lavage spéciales Cette opération est In the exhaust air stream, it is not possible to let this stale air stream coming out of the heat exchanger escape directly to the atmosphere, but it is necessary beforehand to ensure that it is exhausted. purification, in special washing towers This operation is

laborieuse et onéreuse.laborious and expensive.

Le principe de l'invention repose sur cette observa- The principle of the invention is based on this observation

tion que, dans la plupart des entreprises, il existe tou- that in most companies there is always

jours un besoin assez important en eau; si bien qu'il semble judicieux d'utiliser l'air vicié qui s'échappe des installations de réchauffage pour chauffer de l'eau d'usage industriel, en utilisant simultanément l'eau à réchauffer days a sizeable need of water; so that it seems sensible to use the exhaust air that escapes from the heating systems to heat industrial water, while simultaneously using the water to heat up

pour purifier l'air vicié qui s'échappe. to purify the stale air that escapes.

Le but de l'invention est donc de réaliser un disposi- The object of the invention is therefore to provide a device

tif simple qui permette, non seulement de récupérer de ma- tif simple, which allows not only to recover from

nière utile la chaleur contenue dans l'air vicié qui s'é- useful the heat contained in the stale air which

chappe d'installations industrielles, telles que des séchoirs industrial plants, such as dryers

de l'industrie textile, mais qui assure en méme temps l'é- the textile industry, but at the same time

puration de l'air vicié, en le débarrassant des impuretés purifying stale air, removing impurities

qu'il contient.that it contains.

Selon l'invention, on obtient un tel résultat au moyen d'un échangeur thermique tournant du genre indiqué plus According to the invention, such a result is obtained by means of a rotating heat exchanger of the kind indicated above.

haut, et caractérisé en ce que l'un des fluides calopor- high, and characterized in that one of the caloporic fluids

teurs est un liquide, qui circule dans la partie inférieure du carter, et traverse la partie du rotor plongée dans ce liquide, et que l'autre fluide caloporteur est un gaz, qui circule dans la partie supérieure du carter, et traverse 2. It is a liquid, which circulates in the lower part of the housing, and passes through the part of the rotor immersed in this liquid, and that the other coolant is a gas, which circulates in the upper part of the housing, and passes through 2.

la partie du rotor située à cet endroit. the part of the rotor located there.

Pour faciliter l'écoulement de l'eau hors du rotor To facilitate the flow of water out of the rotor

lorsque celui-ci émerge de l'eau qui remplit le bas du car- when it emerges from the water that fills the bottom of the car-

ter, le rotor constitue, de préférence, un caisson perméable aux gaz et aux liquides, et dont le volume interne contient des corpuscules de remplissage L'expérience a montré qu'il ter, the rotor is preferably a box permeable to gases and liquids, and whose internal volume contains filler corpuscles Experience has shown that

était intéressant de prévoir à l'intérieur du rotor des pa- was interesting to provide inside the rotor

rois de séparation définissant des secteurs et séparant l'un de l'autre les secteurs adjacents Pour ce faire, les cloisons de séparation peuvent être constituées par des separation zones defining sectors and separating adjacent areas to one another. To do this, the partition walls can be constituted by

tôles perforées, disposées dans le rotor dans un sens sen- perforated sheets disposed in the rotor in a sense direction

siblement radial Mais les cloisons de séparation peuvent aussi être constituées par des plaques d'écoulement montées obliquement dans le rotor, et inclinées vers le bas du côté de la face postérieure du rotor, par rapport à l'écoulement des gaz qui traversent le rotor Grâce à cette obliquité, l'eau peut s'écouler dans le sens de l'écoulement des gaz, par la face avant du rotor, pendant le mouvement ascendant radially but the partition walls can also be constituted by flow plates mounted obliquely in the rotor, and inclined downwards on the side of the rear face of the rotor, with respect to the flow of gases passing through the rotor Grace at this obliquity, the water can flow in the direction of the gas flow, through the front face of the rotor, during the upward movement

du rotor qui tourne en sortant de l'eau. of the rotor that turns out of the water.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, In a preferred embodiment of the invention,

une plaque de protection est prévue dans la partie de l'é- a protective plate is provided in the part of the

changeur thermique o passent les gaz, cette plaque de pro- heat exchanger where the gases pass, this plate of pro-

tection étant disposée sur le côté du rotor par o arrivent les gaz, dans la zone du secteur qui sort du liquide, pour empêcher les gaz de pénétrer dans ce secteur du rotor On réduit ainsi considérablement l'humidification de l'air, car lorsque le courant gazeux peut passer librement, la plus grande partie de l'eau s'est déjà égouttée en se séparant In the region of the sector that exits the liquid, the pressure is arranged on the side of the rotor to prevent the gases from entering this sector of the rotor. Thus, the humidification of the air is considerably reduced, since when the gaseous current can pass freely, most of the water has already drained by separating

des corpuscules de remplissage.filling corpuscles.

Les corpuscules de remplissage, pour des vitesses de The filling corpuscles, for speeds of

rotation importantes du rotor, ont avantageusement une sur- rotation of the rotor, advantageously have a greater

face importante et une faible masse, tandis que, pour de faibles vitesses de rotation du rotor, ces corpuscules de remplissage ont avantageusement une surface relativement plus faible et une masse relativement plus importante, comme, par exemple, dans le cas de corpuscules en forme de billes Pour que les corpuscules de remplissage absorbent peu d'eau et se nettoyent facilement d'eux-mêmes dans l'eau, 3. pour se débarrasser automatiquement des agents d'avivage contenus dans l'eau, les corpuscules de remplissage sont, large face and low mass, whereas, for low rotational speeds of the rotor, these filling corpuscles advantageously have a relatively smaller surface area and a relatively larger mass, such as, for example, in the case of corpuscles in the form of For the filling corpuscles to absorb little water and easily clean themselves in the water, 3. To automatically get rid of brighteners contained in the water, the filling corpuscles are,

de préférence, en céramique.preferably ceramic.

Comme les coefficients de transfert thermique sont différents dans le cas des gaz et dans celui des liquides, il est avantageux de compenser par construction le flux thermique intéressant le rotor vis-à-vis des deux fluides caloporteurs, en ajustant en conséquence la partie du rotor Since the heat transfer coefficients are different in the case of the gases and in that of the liquids, it is advantageous to compensate by construction the thermal flux of interest to the rotor vis-à-vis the two heat transfer fluids, adjusting accordingly the part of the rotor

traversée par le liquide et la partie traversée par le cou- crossed by the liquid and the part through which the

rant gazeux, pour ne laisser, par exemple, que moins de la moitié du rotor immergée dans le liquide A cet effet, un anneau-flotteur plongé dans le liquide est prévu dans la gas, for example leaving less than half of the rotor immersed in the liquid For this purpose, a float ring immersed in the liquid is provided in the

zone du moyeu du rotor.rotor hub area.

Si l'on souhaite conserver la propreté du liquide à If you want to keep the liquid clean

réchauffer, on peut associer à l'échangeur thermique con- heat, we can associate with the heat exchanger con-

forme à l'invention un échangeur thermique auxiliaire, d'un form to the invention an auxiliary heat exchanger, a

genre quelconque au choix, pour assurer le chauffage du li- any kind of choice, to ensure the heating of the

quide que l'on veut conserver propre, au moyen d'une circu- which one wants to keep clean, by means of a circular

lation d'eau provenant de l'échangeur thermique tournant water from the rotating heat exchanger

conforme à l'invention.according to the invention.

D'autres particularités et avantages de l'invention Other features and advantages of the invention

ressortiront encore de la description d'un mode de réalisa- again from the description of a method of

tion préféré, présenté ci-après à titre d'exemple non limi- tion, presented below as a nonlimited example.

tatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: tative, with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig 1 est une coupe verticale d'un échangeur thermi- Fig 1 is a vertical section of a heat exchanger

que tournant; Fig 2 est une vue latérale du rotor et du carter; et that turning; Fig 2 is a side view of the rotor and the housing; and

Fig 3 montre des exemples de corpuscules de remplis- Fig 3 shows examples of corpuscles

sage. Dans un carter 10, constitué d'une partie inférieure 11 et d'une partie supérieure 12, est logé un rotor 13, wise. In a housing 10, consisting of a lower part 11 and an upper part 12, is housed a rotor 13,

monté sur un arbre d'entrainement 14 Dans la partie supé- mounted on a drive shaft 14 In the upper section

rieure 12 du carter, se trouvent l'arrivée 15 du gaz et le départ 16 du gaz, tandis que, dans la partie inférieure 11 du carter se trouvent l'arrivée 17 du liquide, et la sortie 18 du liquide Les sens d'écoulement des gaz et du liquide 12 of the casing, there are the arrival 15 of the gas and the departure 16 of the gas, while, in the lower part 11 of the casing are the arrival 17 of the liquid, and the outlet 18 of the liquid The directions of flow gases and liquid

sont indiqués par des flèches La partie inférieure du car- are indicated by arrows The lower part of the car-

ter est remplie en permanence d'un liquide 19, jusqu'à la 4. ter is filled permanently with a liquid 19, until the 4.

marque indiquée.mark indicated.

Le rotor 13 est divisé en secteurs 20 par des cloi- The rotor 13 is divided into sectors 20 by compartments

sons 22, de manière à empêcher les corpuscules de remplis- sounds 22, so as to prevent the corpuscles from filling

sage 21 de se déplacer à travers tout le rotor, en les maintenant rassemblés dans un volume déterminé Les cloi- sons de séparation 22, constituées par des t Oles perforées, comme indiqué à la partie supérieure de la Fig 1, sont dans un même plan que l'arbre d'entraînement, et orientées dans le sens de l'axe de rotation Mais les cloisons de séparation, comme indiqué en traits mixtes sur la Fig 1, peuvent aussi être constituées par des plaques d'écoulement The separating partitions 22, consisting of perforated holes, as indicated in the upper part of FIG. 1, are in the same plane. as the drive shaft, and oriented in the direction of the axis of rotation But the partition walls, as shown in phantom in Fig 1, may also be constituted by flow plates

23, orientées obliquement par rapport à l'axe de rotation. 23, oriented obliquely with respect to the axis of rotation.

En ce cas, comme on le voit sur la Fig 1, le côté qui se trouve enfoncé le plus profondément doit être orienté à In this case, as seen in FIG. 1, the side which is depressed most deeply must be oriented to

l'opposé de l'écoulement des gaz.the opposite of the flow of gases.

L'expérience montre qu'il est commode de prévoir sur le côté du rotor 13 une plaque de protection 24, en regard de l'écoulement des gaz, pour protéger contre l'arrivée des gaz sensiblement la zone du premier secteur qui sort du liquide De cette manière, la masse du liquide s'est déjà écoulée hors du rotor avant que les gaz puissent pénétrer dans le rotor Ils en enlèvent donc moins d'humidité On peut alors tirer profit aussi complètement que possible de la différence qui existe entre les températures en cause, et on ne perd ainsi qu'une faible quantité d'énergie de la Experience shows that it is convenient to provide on the side of the rotor 13 a protection plate 24, opposite the gas flow, to protect against the arrival of the gas substantially the zone of the first sector which comes out of the liquid In this way, the mass of the liquid has already flowed out of the rotor before the gases can penetrate the rotor They thus remove less moisture We can then take advantage as fully as possible of the difference that exists between the temperatures in question, and one thus loses a small amount of energy from the

partie récupérable, du fait de l'humidification des gaz. recoverable part, due to the humidification of the gases.

Sur la Fig 3, on a représenté différents genres de corpuscules de remplissage Les corpuscules 21 présentent une surface importante pour une faible masse, tandis que FIG. 3 shows different kinds of filling corpuscles. The corpuscules 21 have a large surface area for a low mass, whereas

les corpuscules 25 présentent au contraire une faible sur- the corpuscles 25 have on the contrary a weak

face pour une masse relativement importante, 5. face for a relatively large mass, 5.

Claims

R E V E N D I C A T IO N S

1 rotating heat exchanger, comprising a rotor which rotates in a casing provided with inlet and outlet orifices for the fluids between which the heat exchange takes place, characterized in that one of the heat-exchange fluids

is a liquid (19) circulating in the lower part of the

(11) of the housing, and passes through the portion (13) of the rotor

dipped in this liquid; and that the other heat fluid

carrier is a gas, which flows in the upper part (12) of the housing, and passes through the portion (13) of the rotor located

in this location.

2 heat exchanger rotating according to the claim

1, characterized in that the rotor (13) constitutes a

gas and liquid-proof caisson, and whose

internal lume contains filler corpuscles (21

or 25).

3 Heat exchanger rotating according to one of the

1 or 2, characterized in that the rotor (13) is internally provided with partition walls (22, 23) constituting sectors (20), to separate from one another the adjacent sectors filled with corpuscles of

filling (21 or 25).

4 Heat exchanger rotating according to the claim

3, characterized in that the partition walls (22) consist of perforated plates arranged

in the rotor (13) in a substantially radial direction.

Rotary heat exchanger according to Claim 3, characterized in that the partition walls (23) are constituted by flow plates mounted obliquely in the rotor (13) and inclined downwards on the side of the rear face. of the rotor with respect to

the flow of gases.

6 Heat exchanger rotating according to one of the

1 to 5, characterized in that a cover plate

(24) is provided in the part of the heat exchanger.

where the gas passes, this protection plate being arranged on the side of the rotor (13) where the gases arrive, in the zone of the sector coming out of the liquid, to prevent 6,

the gases enter this sector of the rotor.

7 Heat exchanger rotating according to one of the

Claims 1 to 6, characterized in that the filling corpuscles (21) of the exchanger rotor (13) have a large surface area and a low mass for high rotational speeds of the rotor (13), the corpuscles of

filling (25) having, on the contrary, a surface

latively weak and a relatively large mass for

low rotational speeds of the rotor (13).

8 Heat exchanger rotating according to one of the

Claims 1 to 7, characterized in that the filling corpuscles (21, 25) are ceramic corpuscles having a low absorption capacity with respect to water,

and repelling stains.

9 Heat exchanger rotating S e 1 o N one of the

Claims 1 to 8, characterized in that the solicitations

imposed on the rotor (13) by the heat flux of the heat transfer fluids are compensated by

substantially identical heat transfer.

10 Heat exchanger rotating according to one of the

Claims 1 to 9, characterized in that a float ring (26) immersed in the liquid is provided in the hub area

of the rotor.

11 exchanger according to one of claims 1 to 10,

characterized in that, for using a dirty liquid as heat transfer fluid, a heat exchanger is associated with it

auxiliary (dirty water / clean water).