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Gene Or Protein
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Etre
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Tif
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Tre
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Sepa
(3)
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Tir
(2)
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Apte
(2)
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Cou
(2)
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Est-a
(2)
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Tric
(1)
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Glo
(1)
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Pe A
(1)
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Synj
(1)
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Physical
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500 kg/cm
(3)
[20][_]
de 38,10 mm
(3)
[21][_]
de 0,0762 mm
(3)
[22][_]
0,381 mm
(2)
[23][_]
2,0832 kcal/m
(2)
[24][_]
de 14,158 m
(1)
[25][_]
17,856 kcal/m
(1)
[26][_]
0,762 mm
(1)
[27][_]
1,416 m
(1)
[28][_]
de 44,45 mm
(1)
[29][_]
de 132,08 mm
(1)
[30][_]
de 99,997 cm
(1)
[31][_]
de 0,1778 mm
(1)
[32][_]
de 146,05 mm
(1)
[33][_]
99,996 cm
(1)
[34][_]
de 70 %
(1)
[35][_]
de 79 %
(1)
[36][_]
de 74,5 %
(1)
[37][_]
de 67 %
(1)
[38][_]
de 89 %
(1)
[39][_]
de 78 %
(1)
[40][_]
10 %
(1)
[41][_]
1 mm
(1)
[42][_]
de 0,381 mm
(1)
[43][_]
0,1778 mm
(1)
[44][_]
de 0,127 mm
(1)
[45][_]
de 9,525 mm
(1)
[46][_]
10,4 m
(1)
[47][_]
25,4 mm
(1)
[48][_]
0,254 mm
(1)
[49][_]
0,508 mm
(1)
[50][_]
Polymer
(5/ 8)
[51][_]
Polystyrene
(2)
[52][_]
Polycarbonate
(2)
[53][_]
Polyethylene Terephthalate
(2)
[54][_]
Rayon
(1)
[55][_]
Mylar
(1)
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Generic
(1/ 6)
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metals
(6)
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Molecule
(4/ 5)
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DES
(2)
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chloride
(1)
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minee
(1)
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Me
(1)
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Organism
(1/ 1)
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Disease
(1/ 1)
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Tic
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2516229A1
Family ID 2403647
Probable Assignee Airxchange Inc
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title MATRICE POUR ECHANGEUR DE CHALEUR REGENERATEUR, DESTINE A
SERVIR NOTAMMENT DE VENTILATEUR, ET ECHANGEUR DE CHALEUR REGENERATEUR
EQUIPE DE LA MATRICE
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 echangeur de chaleur regenerateur, destine a
servir notamment de ventilateur, et echangeur de chaleur re-
generateur equipe de la matrice.
En ce qui concerne la fabrication d'echangeurs de
chaleur regenerateurs rotatifs compacts il a ete juge sou-
haitable de realiser leur matrice en une matiere presentant
une conductibilite thermique relativement faible afin de re-
duire a un minimum le transfert de chaleur entre les faces
opposees de l'echangeur regenerateur.
Cependant,il a egalement ete juge essentiel que la
matiere constitutive de-lamatrice presente une conductibili-
te thermique suffisante pour permettre a la chaleur du gaz s'ecoulant
a travers la matrice de passer dans le corps des couches de la matrice
a partir de la surface de celles-ci
puisque sans cela la matrice ne disposerait pas d'une capa-
cite suffisante d'accumulation de chaleur La matiere con-
stitutive de la matrice doit egalement presenter une cha-
leur specifique suffisamment elevee pour lui conferer une capacite
suffisante d'accumulation de chaleur De l'acier
inoxydable est frequemment utilise en tant que matiere con-
stitutive de la matrice d'echangeursde chaleur regenerateurs rotatifs,
l'acier se presentant sous la forme d'un ruban
enroule autour d'un moyeu central Outre son excellente re-
sistance a la corrosion, l'acier inoxydable presente une con-
ductibilite thermique inferieure a celle d'autres metals couramment
disponibles Toutefois, son prix de revient est eleve de sorte que s'il
est utilise en tant que matiere constitutive de la matrice dans des
echangeurs de chaleur regenerateurs rotatifs de faible capacite
fonctionnant a basse temperature tels qu'ils pourraient etre utilises
dans
le domaine de la ventilation domestique,le prix du disposi-
tif ainsi obtenu est si eleve que celui-ci n'est pas commer-
cialisable pour des applications a volume important De plus, les
parametres de construction pour une roue en acier
inoxydable de faible capacite (moins de 14,158 m 3 par minu-
te) sont tels que la roue ainsi obtenue presente en direc-
tion transversale une epaisseur si faible que la conduction thermique
entre ses faces devient notable, reduisant ainsi le rendement de
l'echangeur regenerateur Le fait d'accroi- tre la largeur de la roue
afin de reduire la transmission
de chaleur entre les faces se traduirait par une augmenta-
tion excessive du cout de fabrication, lequel est deja trop eleve pour
etre acceptable du point de vue commercial, et peut egalement conduire
a un accroissement des fuites de gaz
circonferentielles dans la matrice.
L'utilisation d'une matiere presentant une conducti-
bilite aussi faible que celle d'une matiere organique syn-
thetique en tant que matiere constitutive de la matrice a
ete generalement jugee impossible sur le plan pratique puis-
que sa conductibilite n'est que d'environ 0,074 A 0,149
kcal/m h OC contre 17,856 kcal/m h OC pour l'acier inoxyda-
ble En d'autres termes la matiere plastique ne presente qu'une
conductibilite thermique egale a environ 1/120 A 1/240 de celle de
l'acier inoxydable En empechant toute conduction notable entre les
faces opposees de la matrice, cette faible conductibilite thermique
empeche cependant vraisemblablement-d-e la meme maniere une conduction
a partir de la surface de la matiere plastique dans le corps de
celle-ai de sorte que la matiere plastique ne possederait pas de
capacite effective d'accumulation de chaleur De surcroit,'la chaleur
specifique d'une matiere plastique,
exprimee par unite de volume, est egale seulement a la moi-
tie de celle de l'acier inoxydable.
Les spires de la matrice d'un echangeur de chaleur regenerateur
doivent presenter des moyens d'espacement afin de former des passages
pour le gaz et ces spires doivent
etre plates dans une direction transversale et etre espa-
cees uniformement de sorte que les passages pour le gaz presentent sur
toute leur longueur une hauteur uniforme de facon a obtenir le
meilleur rendement possible En vue d'une construction compacte et pour
des raisons d'ordre economique les passages pour le gaz doivent
presenter un petit diametre
hydraulique et un grand allongement (rapport largeur/hau-
teur). Il a ete constate que de nombreux types de feuilles minces en
matiere plastique disponibles sur le marche sous
forme de rubans n'etaient pas suffisamment planes pour for-
mer des passages de taille uniforme pour le gaz puisque les feuilles
utilisees pour former de tels rubans ne sont pas
parfaitement planes, ce qui est apparemment du a des con-
traintes residuelles consecutives a l'extrusion et au pro-
cessus de fendage Par consequent, des rubans obtenus a par-
tir de telles feuilles presentent frequemment un bord ondu-
le 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'eviter des fuites de gaz circon-
ferentielles dans la roue de l'echangeur regenerateur, de la
maniere connue et adoptee dans des dispositifs de la techni-
que anterieure o le ruban formant matrice est en acier ino-
xydable, ne permet en aucune facon de remedier a ce probleme puisque
des gaufrures transversales formees dans un ruban en matiere plastique
tendent a se deformer de facon que leur hauteur diminue lorsque le
ruban est soumis a une tension en
etant enroule sur un moyeu pour former la matrice de l'echan-
geur de chaleur regenerateur Ceci a pour resultat de redui-
re l'epaisseur des passages pour le gaz et en meme temps
d'accentuer l'effet de parties non planes et de bords ondu-
les 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 desire, mais permet malheureusement des fuites de
gaz circonferentielles notables, reduisant ainsi
l'efficacite d'echange d'air de l'echangeur regenerateur.
Dans le cadre de la presente invention il s'est avere
que la matrice d'un echangeur de chaleur regenerateur pou-
vait etre formee d'un enroulement en spirale d'un ruban ob-
tenu a partir d'une feuille mince de matiere plastique et que cette
matrice presentait un rendement egal ou superieur
a celui d'un echangeur regenerateur de meme taille compor-
tant une matrice formee d'un ruban d'acier inoxydable Il s'est
egalement avere qu'il etait possible de former des passages de
dimensions precises pour le gaz dans une telle matrice et de conferer
a celle-ci une resistance suffisante aux fuites de gaz
ciroonferentielles en munissant le ruban de gaufrures transversales
d'une longueur totale inferieure a la largeur du ruban et ne
s'etendant de preference pas jusqu'auxibords du ruban La configuration
des gaufrures, dans une position longitudinale quelconque sur le
ruban, peut etre telle qu'il y ait une seule gaufrure s'etendant en
direction transversale sur tout le ruban, a l'exception d'une faible
distance preetablie a chaque bord du ruban, ou bien il peut y avoir
deux ou plusieurs gaufrures alignees separees et des parties non
gaufrees situees aux bords du
ruban et dans une partie intermediaire La presence des par-
ties non gaufrees permet de rendre le ruban mieux apte a 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'etendent sensiblement sur tout le ruban en direction transversale
empeche des fuites de gaz circonferentielles notables de se produire
dans la matrice.
Il s'est en outre avere que les parametres de con-
struction qui decoulent de l'utilisation d'une feuille mince de
matiere plastique en tant que matiere constitutive de la
matrice permettaient de construire une roue d'echangeur re-
generateur d'une epaisseur beaucoup plus faible que celle
possible en cas d'utilisation de metal comme matiere consti-
tutive de la matrice, mais presentant neanmoins une efficaci-
te aussi grande ou superieure a celle d'une roue de metal d'une
epaisseur plusieurs fois plus grande L'utilisation d'une matrice plus
mince exige non seulement moins de matiere mais permet en outre de
reduire les fuites circonferentielles au-dela des joints transversaux
a un degre tel que dans bien des applications de simples bosses
peuvent etre utilisees en
tant que moyens d'espacement sans fuites excessives.
Il a egalement ete constate que meme des rubans pre-
sentant un bord legerement ondule peuvent servir a obtenir
une matrice satisfaisante car, lorsqu'un tel ruban est en-
roule 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 ondulees de-
viennent parfaitement concentriques de sorte que l'espace-
ment des couches du ruban est uniforme.
Le ruban peut etre realise en une matiere plastique
appropriee quelconque presentant un module d'elasticite suf-
fisant, celui-ci etant par exemple superieur a environ 10 500 kg/cm 2,
et une resistance suffisante a la deformation
aux temperatures de fonctionnement du dispositif.
L'invention est expliquee plus en detail ci-dessous a l'aide des
dessins annexes sur lesquels la figure 1 est une vue de dessus en plan
d'un ruban de matiere plastique gaufre de maniere appropriee pour le
rendre apte a etre utilise comme matrice d'un echangeur de chaleur
regenerateur rotatif;
la figure 2 est une vue du ruban de la figure 1, ob-
serve a partir d'un bord; la figure 3 est une vue en perspective du
ruban de la figure 1 en voie d'etre enroule sur un moyeu avec un ruban
non gaufre pour former une matrice d'echangeur regenerateur la figure
4 est une vue en perspective d'une matrice d'echangeur regenerateur
finie obtenue en utilisant le ruban de la figure 1; la figure 5 est
une vue a plus grande echelle, en coupe, d'une partie de la matrice
d'echangeur regenerateur de la figure 4 la figure 6 est une vue a plus
grande echelle, en elevation, d'une partie de la matrice d'echangeur
regenera- teur de la figure 4; la figure 7 est une vue en plan d'une
autre forme de
realisation d'un ruban destine a etre utilise dans une ma-
trice d'echangeur regenerateur; la figure 8 est une vue a plus grande
echelle, en coupe, d'une partie d'une matrice d'echangeur regenerateur
fabriquee en utilisant le ruban de la figure 7; la figure 9 est une
vue a plus grande echelle, en elevation, d'une face d'une matrice
d'echangeur regenerateur
fabriquee en utilisant un ruban plus etroit comme celui re-
presente sur la figure 10; et la figure 10 est une vue de dessus en
plan du ruban
en matiere plastique utilise 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 illustre un ruban 10 obte-
nu a partir d'une feuille ou d'un film en matiere plastique
pour etre utilise en tant qu'enroulement spiral d'un echan-
geur de chaleur regenerateur rotatif du type destine a ser-
vir de ventilateur domestique de faible capacite.
Le ruban 10 peut Ctre compose d'une matiere plastique organique
synthetique d'un type suffisamment flexible pour
etre enroule en une spirale du rayon desire, tout en pre-
sentant une rigidite suffisante pour que les bords des cou-
ches du ruban restent correctement placees les uns par rap-
port aux autres dans la spirale et ne soient pas deformes par
l'ecoulement de gaz a travers la matrice; Comme exemples
non limitatifs de matieres plastiques convenant a cette uti-
lisation (a condition que la temperature du gaz soit infe-
rieure a leur temperature de distorsion thermique) peuvent etre citees
les resines polystyrene, polycarbonate,
chloride
de polyvinyle et polyethylene terephthalate.
Pour fabriquer des echangeurs de chaleur regenera-
teurs rotatifs en enroulant en forme de spirale un ruban de matiere
autour d'un moyeu central il est necessaire de pre- voir des moyens
d'espacement entre les couches du ruban afin de former des passages
pour le gaz Dans le cas de rubans en
metal,divers moyens d'espacement, y compris un certain nom-
bre de petites bosses formees dans le ruban ou une serie de nervures
ou plis transversaux espaces de facon appropriee,
ont ete utilises Dans la conception de tels echangeurs re-
generateurs il importe entre autres de prevoir de petits dia-
metres hydrauliques et des passages a allongement important pour le
gaz, ainsi que de reduire a un minimum les fuites se
produisant autour des joints radiaux par suite d'un ecoule-
ment circonferentiel du gaz a travers la matrice Un ruban presentant
un certain nombre de petites bosses est facile a fabriquer et presente
un allongement important mais, comme
on le savait deja, de tels rubans ne presentent qu'une fai-
ble resistance a l'ecoulement circonferentiel du gaz, ce qui
reduit l'efficacite de transfert d'air globale de l'echan-
geur regenerateur.
Comme indique plus haut, des courbures transversales ou gaufrures
telles qu'elles etaient prevues auparavant en tant que moyens
d'espacement dans des rubans en metal ne
sont pas acceptables dans le cas de rubans en matiere plas-
tic puisque la tension a laquelle le ruban est soumis lors de
l'enroulement tend a aplatir ces courbures ou gaufrures, ce qui a pour
effet de changer les dimensions des passages
pour le gaz et de conferer au ruban une configuration ondu-
lee. C'est pourquoi, comme illustre sur les figures 1 et 2, le ruban
10 est muni d'une serie de gaufrures 14 et 16
qui font saillie d'une distance determinee sur les deux co-
tes opposes du ruban, comme explique plus loin Dans la for-
me de realisation des figures 1 et 2 les gaufrures sont dis-
posees en rangees de trois courtes gaufrures alignees entre elles sur
la largeur du ruban, les gaufrures etant espacees
les unes par rapport aux autres et les extremites exterieu-
res des gaufrures extremes etant situees a une certaine dis- tance des
bords lateraux du ruban, dans un but explique plus loin.
Une matrice 18 d'echangeur regenerateur peut etre fa-
briquee a partir du ruban en enroulant des couches superpo-
sees de ruban gaufre 10 et de ruban non gaufre 20 autour
d'un moyeu 22 de facon a former une roue d'echangeur regene-
rateur 24 presentant des passages 26 pour l'air formes entre
le ruban gaufre et le ruban non gaufre.
Dans la matrice d'echangeur regenerateur obtenue a partir du ruban des
figures 1 et 2 la hauteur des passages pour le gaz est determinee par
la hauteur des gaufrures et leur largeur est determinee par
l'espacement longitudinal
des gaufrures Dans un cas typique les gaufrures sont for-
mees de facon a presenter une hauteur d'environ 0,762 mm au maximum et
l'espacement des gaufrures est-d'au moins 15,24
mm, c'est-a-dire au moins a peu pres vingt fois la hauteur.
La presence des gaufrures allongees permet non seule-
ment d'obtenir des passages pour le gazemais empeche en meme
temps toute fuite de gaz circonferentielle notable.
Etant donne que les gaufrures ne s'etendent pas sur
toute la largeur du ruban mais sont disposees de facon a ob-
tenir des parties planes non gaufrees a chaque bord lateral du ruban
et dans des parties intermediaires, la tension a laquelle le ruban est
soumis lors de son enroulement ne s'exerce pas a travers les
gaufruresmais est transmise par l'intermediaire des parties non
gaufrees de sorte que la hauteur des gaufrures n'est pas influencee
par l'operation d'enroulement. Bien que sur les figures 1 et 2 des
gaufrures soient prevues sur les deux cotes du ruban, il va sans dire
que le cas echeant le ruban peut etre muni de gaufrures sur un cote
seulement. Sur les figures 7 et 8 est illustre un ruban 30 qui,
realise sous une autre forme et destine a la fabrication d'un
echangeur de chaleur regenerateur rotatif, presente des
gaufrures allongees uniques 32 situees en des endroits espa-
ces le long du ruban, lesquelles gaufrures 32 sont plus courtes que la
largeur du ruban de facon a laisser subsister
des parties non gaufrees 34 entre les extremites de la gau-
frure et les bords lateraux 36 du ruban.
Dans chacune des formes de realisation de l'invention
decrites ci-dessus les gaufrures allongees peuvent etre es-
pacees suffisamment sur la longueur du ruban pour que l'al-
longement soit aussi important qu'on le desire, et d'autres gaufrures
en forme de petites bosses 38 peuvent etre prevues
dans le ruban entre les gaufrures allongees Lorsque le ru-
ban est enroule sous forme d'une spiraleles petites bosses 38, qui
presentent de preference la meme hauteur que celle des gaufrures
allongees, permettent aux couches de ruban de
conserver un espacement uniforme entre les gaufrures allon-
gees et conferent de ce fait une epaisseur uniforme aux pas-
sages pour l'air a travers toute leur largeur, contribuant ainsi a
accroitre le rendement de la matrice en maintenant une repartition
sensiblement uniforme de la vitesse du gaz
a travers bbute la miatrice.
Dans une autre forme de realisation de l'invention,.
illustree sur les figures 9 et 10, un ruban 40 est muni ex-
clusivement de petites bosses 42 et ce pour une raison a de-
crire plus loin' Comme deja indique, bien que le ruban puisse, avant
d'etre enroule, presenter un gauchissement et des ondula-
tions marginales indesirables, il s'est avere de maniere inattendue
qu'en cas d'enroulement du ruban sous la forme
d'une spirale le gauchissement et les ondulations disparais-
saient de facon a conferer au ruban spiral une planeite sa-
tisfaisante dans la direction de sa largeur et a transformer
les bords ondules du ruban en couches sensiblement concen-
tric espacees de maniere approximativement uniforme.
Pour comparer l'efficacite d'une matrice d'echangeur regenerateur
rotatif realisee en matiere plastique a celle d'une matrice
d'echangeur regenerateur realisee en acier
inoxydable il a ete procede a l'essai suivant.
Une matrice d'echangeur regenerateur d'une faible ca-
pacite ( 1,416 m 3/minute) est realisee en enroulant un ruban
en acier inoxydable d'une largeur de 38,10 mm et d'une epais-
seur de 0,0762 mm sur un moyeu de 44,45 mm de diametre de facon a
obtenir un diametre de matrice total de 132,08 mm et une aire
d'ecoulement ouverte de 99,997 cm Des saillies sont prevues 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'echangeur regenerateur est rea-
lisee de la meme maniere en utilisant un ruban de Mylar d'une largeur
de 38,10 mm et d'une epaisseur de 0,1778 mm,
le ruban etant muni de saillies dimensionnees de facon a ob-
tenir des passages d'une epaisseur d'environ 0,381 mm pour le gas Le
ruban en matiere plastique est enroule autour d'un moyeu presentant le
meme diametre que celui utilise
pour le ruban en acier inoxydable de facon a obtenir une ma-
trice de 146,05 mm de diametre, ce qui donne la meme aire
d'ecoulement ouverte que celle de la matrice en acier inoxy-
dable, a savoir 99,996 cm 2.
Les dispositifs sont ensuite places dans une enceinte appropriee
equipee de ventilateurs soufflants et d'appareils chauffants pour
forcer de l'air a une certaine temperature dans un sens a travers une
moitie de la matrice et de l'air a une autre temperature en sens
oppose a travers l'autre
moitie de la matrice.
Dans le cas de la matrice en acier inoxydablede l'air interieur simule
a 19,71 C se trouve porte a 280 C en passant par la matrice, et de
l'air exterieur sec simule a
31,90 C se trouve refroidi a 22,2 O Par consequent, le ren-
dement de la partie servant de sortie est de 70 % et le ren-
dement de la partie servant d'entree de 79 % Etant donne
que les volumes d'air ecoule dans les deux sens sont sensi-
blement egaux, le rendement global est de 74,5 %. Dans le cas de la
matrice d'echangeur regenerateur realisee a partir d'un ruban en
matiere plastique de l'air interieur simule a 20,60 C est evacue a
39,90 O et de l'air exterieur sec simule a 49,30 C est recu a
l'interieur a 23,50 0, ce qui donne un rendement de 67 % pour l'air
evacue,
un rendement de 89 % pour l'air entrant et un rendement glo-
bal de 78 %.
Cet essai met en evidence qu'un echangeur regenera-
teur bien concu utilisant une matrice en matiere plastique
peut donner des resultats aussi bons ou meilleurs qu'une ma-
trice bien concue en acier inoxydable qui fonctionne au voi-
sinage du seuil de perte de rendement due a la conductibili-
te thermique s'exercant a travers la matrice entre les faces chaudes
et froides par suite d'une conception prevoyant une quantite minimale
de matiere dans la matrice Etant donne
que le cout de la matiere plastique dans la matrice ne re-
presente qu'environ 10 % du cout de l'acier inoxydable, l'utilisation
de matiere plastique est de toute evidence egalement 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
meme pour l'acier inoxydable.
Compte tenu du fait que dans la technique anterieure
il n'a pas ete reconnu qu'une matrice d'echangeur regenera-
teur realisee en matiere plastique est capable de transmet-
tre de la chaleur aussi efficacement qu'une matrice en me-
tal, il a ete procede dans le cadre de la presente invention a un
examen des raisons theoriques qui seraient susceptibles
d'expliquer le resultat apparemment surprenant decrit ci-
dessus.
Manifestement le facteur principal determinant le transfert de chaleur
a partir du gaz au corps du ruban n'est
pas la conductibilite du ruban,mais la conductibilite ef-
fective du film de gaz sur la surface du ruban Si la con-
duction thermique dans le ruban est forte par rapport a celle dans le
film de gaz, la quantite de chaleur transmise est determinee presque
entierement par la conductibilite du gaz et dans une faible mesure
seulement, ou pas du tout, par la conductibilite de la matiere
constitutive du ruban Si la conduction thermique a partir de la
surface du ruban vers l'interieur de celui-ci est au moins dix fois
plus grande
que la conduction thermique a partir du gaz jusqu'a la sur-
face du ruban, alors une matrice effective peut etre con-
struite a partir de la matiere en question sans que l'effi-
cacite s'en trouve reduite Pour les petits passages a al-
longement important prevus dans des echangeurs regenerateurs du genre
decrit dans le cadre de la presente invention peut
etre etabli un parametre sans dimension qui exprime le rap-
port de la conduction thermique dans le ruban a la conduc-
tion thermique dans le film de gaz Ce parametre est Eg S o Kg t Ks
represente la conductibilite de la matiere constitutive du ruban, Kg
la conductibilite du gaz passant par la matrice, S l'espacement des
couches de la matrice et t l'epaisseur du
ruban formant la matrice.
A la temperature ambiante la conductibilite thermique de l'air, de
l'acier inoxydable et de la matiere plastique, exprimee en kcal/m h O
C, est respectivement de 0,02158; 17,856 et 0,1488 Par consequent, le
nombre sans dimension resultant de la formule ci-dessus pour la
matiere plastique,
dans le cas d'une epaisseur de ruban de O,018 mmet d'un espa-
cement de ruban de 0,3 $ 1 mm, est 14,8 Ceci apporte une
explication theorique de l'excellente efficacite de la ma-
trice en matiere plastique puisque, malgre la faible conduc-
tibilite de la matiere plastique, la conduction thermique dans le
ruban en matiere plastique est neanmoins, dans les conditions
geometriques indiquees, 14,8 fois plus grande que la conduction
thermique effective a travers le film de gaz
vers la surface de la matiere plastique.
Le nombre correspondant de conduction thermique pour l'acier
inoxydable, dans le cas d'un ruban d'une epaisseur de 0,0762 mm (ce
ruban plus mince etant possible en cas d'utilisation d'acier
inoxydable) et pour le meme espacement
de ruban, est 4100 Ce nombre eleve montre que la conducti-
* bilite de l'acier inoxydable est de nombreuses fois plus
grande que celle necessaire pour fabriquer une matrice ef-
fective d'echangeur regenerateur En fait, l'excedent de
conductibilite de l'acier inoxydable par rapport a la con-
ductibilite necessaire est souvent un inconvenient, en ce
qui concerne la fabrication d'un echangeur de chaleur rege-
nerateur efficace de faible capacite, en raison de la vites-
se de conduction elevee entre les deux faces de l'echangeur
regenerateur, comme decrit ci-dessous Pour qu'une matrice d'echangeur
regenerateur rotatif fonctionne avec une grande efficacite de
transfert de chaleur,il faut que la matiere
constitutive de la matrice au niveau de la face chaude fonc-
tionne a une temperature voisine de celle du gaz chaud en-
trant et que la matiere constitutive de la matrice situee a proximite
de la face froide fonctionne a une temperature voisine de celle du gaz
froid entrant En d'autres termes,
un gradient de temperature substantiel doit exister a tra-
vers l'epaisseur de la roue pour obtenir une grande effica-
cite de transfert de chaleur Si l'epaisseur requise de la roue est
tres faible (du fait que l'on prevoit des passages pour le gaz qui
presentent un petit diametre hydraulique) et
que du metal soit utilise pour la matrice, alors la conduc-
tion thermique a travers la matrice entre les faces de celle-
ci sera excessive et le gradient de temperature necessaire
entre les faces chaude et froide ne s'etablira pas Pour re-
medier a ce probleme, lors de la conception d'une roue a ma-
trice, les facteurs mentionnes plus haut (Ks, Kg, S et t)
ainsi que l'epaisseur L de la roue doivent etre pris en con-
sideration.
Un nombre sans dimension qui exprime l'aptitude ef-
fective relative a empecher un flux thermique entre les fa-
ces opposees d'une roue a matrice est le parametre de resis-
tance aux flux thermiques K L' Sur la base de connaissan-
ces theoriques en matiere de transfert de chaleur il peut etre montre
que le fait pour une matrice de voir son effica-
cite diminuee par suite de la conduction thermique entre ses faces est
evite lorsque ce parametre vaut au moins environ 50.
Si l'epaisseur L de la roue est de 38,10 mm, le nom-
bre exprimant la resistance aux flux thermiques, determine par ce
parametre, pour de l'acier inoxydable presentant une epaisseur de
ruban de 0,0762 mm et un espacement de 0,381 mm entre les couches de
ruban vaut 60 Il a ete etabli par voie experimentale a l'aide de
l'exemple decrit plus haut qu'une
matrice realisee en acier inoxydable et presentant les di-
mensions citees etait d'une efficacite suffisante mais non pas
exceptionnelle pour un echangeur regenerateur de faible capacite,
confirmant ainsi que le parametre de resistance
aux flux thermiques de 50 doit etre considere comme un mini-
mum absolu.
Toutefois, le cout eleve de l'acier inoxydable ne
permet pas de l'utiliser sur le plan commercial dans de pe-
tits echangeurs regenerateurs a usage domestique.
Pour une matrice d'echangeur regenerateur realisee a partir d'un film
de matiere plastique d'une epaisseur de
0,1778 mm la valeur de resistance aux flux thermiques deter-
minee par le parametre defini ci-dessus est de 3100, ce qui indique
qu'un echangeur regenerateur en matiere plastique ne posera aucun
probleme de diminution d'efficacite due au
transfert de chaleur entre les faces de la matrice.
Afin de reduire a un minimum la quantite de matiere dans la roue 9 il
peut etre souhaitable de prevoir un moindre
25162-29
espacement entre les couches de ruban, ce qui permet de con-
struire une roue d'une epaisseur reduite mais presentant la meme
efficacite de transfert de chaleur et la me&Me chute de pression. Par
exemple, une roue peut etre construite en, matiere plastique de la
meme composition que dans l'exemple donnee plus haut, avec cependant
un espacement de ruban de 0,1905
mm et une epaisseur 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 meme efficacite de transfert de chaleur et la meme chute de
pression a travers la roue Une telle roue Ks S 1
presentera une valeur c de 10 et une valeur de 544.
Une roue d'echangeur de chaleur regenerateur d'une largeur reduite a
ce point offre l'avantage supplementaire de presenter moins de fuites
de gaz circonferentielles dans la matrice, la voie de fuite etant
reduite a tel point que dans bien des applications les moyens
d'espacement entre
les couches peuvent etre simplement un certain nombre de pe-
tites bosses, comme celles connues dans la technique ante-
rieure, plut 8 t que les gaufrures transversales decrites
dans le cadre de la presente inventions et ce sans perte no-
table d'efficacite d'echange d'air.
Il a ainsi pu etre etabli que la faible conductibili-
te de matieres plastiques, au lieu d'etre un inconvenient, s'avere en
fait, de facon surprenante, avantageuse dans la fabrication
d'echangeurs de chaleur regenerateurs compacts de faible capacite
puisque la faible conductibilite de la matiere plastique empeche, meme
dans des roues a matrice extremement etroites, une perte notable
d'efficacite due au
phenomene de conduction thermique entre les faces de la ma-
trice Ceci et les dimensions pouvant etre prevues pour la matrice
grace a l'utilisation d'un ruban de matiere plasti
que permettent de fabriquer des roues a matrice d'une epaisi-
seur minimale qui se composent d'une quantite minimale de
matiere formant matrice et presentent des fuites ciireonfe-
rentielles minimales, sans que pour autant la faible conduc-
tion thermique de la matrice en matiere plastique nuise a
l'efficacite de l'echangeur regenerateur puisque la conduc-
tibilite thermique de la matiere plastique est a tel point superieure
a la conductibilite thermique du gaz en direction
de la surface de la matrice.
Les differentes formes de realisation de l'invention
illustrees et decrites en detail ne presentent aucun carac-
tere limitatif puisque diverses modifications peuvent y etre
apportees sans sortir du cadre de l'invention.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur du ty-
pe a contre-courant comprenant des couches dont la surface presente
des saillies ( 14,16; 32,38; 38,42) qui forment des passages pour le
gaz a travers la matrice ( 18) entre les cou- ches, caracterisee en ce
que les couches sont en matiere
plastique synthetique presentee sous forme de feuille mince.
2 Matrice selon la revendication 1, caracterisee en ce que la matiere
plastique presente un module d'elasticite
de 10 500 kg/cm 2 ou plus.
3 Matrice selon la revendication 1, caracterisee en ce que la matiere
plastique synthetique est choisie parmi des
resines telles que le polystyrene, le polycarbonate, le chlo-
rure de polyvinyle et le polyethylene terephthalate.
4 Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur rota-
tif a contre-courant comprenant un ruban en matiere plasti-
que ( 10; 30; 40) enroule en spirale et muni de moyens d'es-
pacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour former des passages pour le
gaz, caracterisee en ce que le parametre -s est compris entre environ
10 et 100 ou:
Ks represente la conductibilite thermique de la ma-
tiere plastique constitutive du ruban,
Kg represente la conductibilite thermique du gaz de-
vant passer par la matrice, S represente l'espacement des couches du
ruban, et
t represente l'epaisseur du ruban.
Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur rota-
tif a contre-courant destinee a etre utilisee pour transfe-
rer de l'air et comprenant un ruban en matiere plastique synj, thetiqa
( 10; 30; 40) enroule en spirale, le ruban etant muni de moyens
d'espacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour
former des passages pour l'air a travers la matrice ( 18), ca-
racterisee en ce que le parametre Ki S est compris entre en-
viron 0,2083 et 2,0832 kcal/m h C,
Ks representant la conductibilite thermique de la ma-
tiere plastique synthetique, S representant l'espacement des couches
du ruban, et
t representant l'epaisseur du ruban.
6 Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur rota-
tif a contre-courant comprenant un ruban en matiere plasti- que
synthetique ( 10; 30; 40) enroule en spirale et muni
de moyens d'espacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour sepa-
rer les couches de ruban afin de former des passages pour le
gaz, caracterisee en ce que le parametre Kg t est superi-
eur a environ 500, o:
Kg represente la conductibilite thermique du gaz de-
vant passer a travers la matrice,
Ks represente la conductibilite thermique de la ma-
tiere plastique, L represente la longueur des passages pour le gaz, S
represente l'espacement des rubans, et
t represente l'epaisseur du ruban.
7 Echangeur de chaleur regenerateur rotatif destine
a etre utilise pour transferer de l'air et comprenant un ru-
ban en matiere plastique synthetique ( 10; 30; 40) enroule en spirale
et muni de moyens d'espacement ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) pour separer
les couches de ruban afin de former des passages pour l'air,
caracterise en ce que le parametre L 2
Ks S t est superieur a environ 10,4 m h C/kcal.
8 Echangeur de chaleur regenerateur rotatif a con-
tre-courant comprenant un ruban ( 10; 30; 40) obtenu a par-
tir de feuille mince en matiere plastique synthetique et
enroule en spirale, ladite feuille mince presentant a sa sui-
face des saillies ( 14, 16; 32, 38; 38, 42) faisant partie integrante
de la feuille et formant des passages a travers l'echangeur
regenerateur pour le gaz, caracterise en ce que Ks S le parametre est
inferieur a environ 100 et en ce
que le parametre K S est egal ou superieur a environ 5 and 0.
9 Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur rota-
tif a contre-courant formee d'un ruban enroule en spirale et compose
d'une feuille mince en matiere plastique synthetique presentant un
module d'elasticite d'au moins 10 500 kg/cm 2,
caracterisee en ce que la matrice ( 18) est destinee a trans-
ferer de l'air et presente des gaufrures transversales al-
longees ( 14, 16; 32) faisant partie integrante du ruban ( 10; 30) et
dont la longueur est inferieure a la largeur du ruban, et en ce que le
parametre Kg-t de la matrice ( 18) est egal ou superieur a environ
2,0832 kcal/m h OC et en ce que T 2 le parametre T -St est egal ou
superieur a environ 10,4
m h OC/kcal.
Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur du type a contre-courant,
formee d'un ruban de feuille mince en matiere plastique enroule en
spirale, caracterisee en ce que
le ruban ( 30) presente sur sa surface des saillies ( 32 &#x003E;) si-
tuees a des endroits espaces le long du ruban, lesquelles saillies
s'etendent transversalement au ruban de facon a former des passages
transversaux ( 36) pour le gaz a travers la matrice ( 18) et
presentent en chaque endroit une longueur inferieure a la largeur
totale du ruban, 11 Matrice selon la revendication 10, caracterisee en
ce que les saillies ( 32) sont espacees dans la direction
longitudinale du ruban d'une distance egale au moins a envi-
ron 20 fois leur hauteur.
12 Matrice d'echangeur de chaleur regenerateur a contre-courant formee
d'un ruban de matiere enroule autour d'un moyeu, caracterisee en ce
que le ruban ( 30) presente des gaufrures ( 32) en des endroits
espaces dans la direction
longitudinale du ruban et en ce que les extremites exteri-
eures des gaufrures ( 32) se terminent en chaque endroit a une
certaine distance des bords marginaux du ruban de sorte qu'une partie
continue du ruban le long des bords lateraux
n'est pas gaufree.
13 Matrice selon la revendication 12, caracterisee en ce que les
gaufrures comprennent en chaque endroit deux
ou plusieurs gaufrures transversales espacees ( 14, 16) sepa-
rees les unes des autres par des parties non gaufrees.
14 Echangeur de chaleur regenerateur rotatifa contre-
courant destine a etre utilise pour transferer de l'air et comprenant
une matrice formee d'un ruban en matiere plastique synthetique enroule
et muni de moyens d'espacement pour sepa- rer les couches de ruban
afin de former des passages pour l'air, caracterise en ce que la
largeur de la matrice ( 18)
est comprise entre environ 6,35 et 25,4 mm, en ce que l'e-
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'epaisseur du ruban n'est pas superieure a
l'espacement des couches du ruban.
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