La présente invention concerne un dispositif de génération d'un courant d'air chaud.
Bien que la présente invention puisse être utilisée dans de nombreuses installations nécessitant un courant d'air chaud, comme par exemple des installations pour le contrôle de la tenue de matériaux ou pour des essais d'aérodynamique ou de validation de systèmes de refroidissement de parois, elle sera décrite plus particulièrement ci-après dans le cadre d'un banc d'essai pour la mise au point de statoréacteurs.
On sait que, pour une telle mise au point, en particulier de statoréacteurs destinés à fonctionner à des vitesses hypersoniques, il est nécessaire d'alimenter les statoréacteurs montés sur le banc d'essai, en air à la fois à haute température et le plus pur possible. De plus, une telle alimentation en air doit être effectuée en continu pendant une durée généralement très longue, de manière à simuler une trajectoire ou à vérifier la tenue thermique du statoréacteur en régime thermique permanent.
Pour la génération d'air chaud, on connaît des réchauffeurs statiques comportant un dispositif de chauffage, par exemple un brûleur à gaz ou un dispositif électrique, et destinés à chauffer un matériau présentant une forte capacité thermique, comme par exemple des billes d'alumine ou des tubes métalliques. Lorsque ledit matériau est chauffé, on fait passer de l'air pur dans le réchauffeur, ce qui permet d'obtenir de l'air à température élevée et de plus pur, puisque le passage à travers ledit réchauffeur ne modifie pas la composition de l'air utilisé.
Toutefois, comme la capacité calorifique du matériau utilisé est évidemment limitée, il est impossible d'engendrer de cette manière de l'air chaud pendant une durée très longue, et donc l'une des caractéristiques essentielles pour le fonctionnement de bancs d'essai du type décrit précédemment, à savoir une alimentation de façon continue en air, n'est pas satisfaite.
En outre, on connaît des réchauffeurs actifs qui permettent de chauffer l'air de façon continue par une combustion utilisant par exemple de l'hydrogène ou du kérosène, ainsi que l'oxygène de l'air à chauffer, l'oxygène consommé étant recomplété après le chauffage. L'air chaud ainsi obtenu est composé d'air et de produits engendrés lors de cette combustion. Cet air n'est donc pas pur, ce qui présente des inconvénients pour les études de combustion, en particulier dans les cas où la cinétique joue un rôle important, puisqu'il est alors très difficile de reproduire au sol des conditions de fonctionnement semblables à celles existant en vol.
Par ailleurs, le document EP-A-0343938 divulgue un dispositif de conditionnement d'air ou de climatisation d'un bâtiment, qui cherche à obtenir un courant d'air non pollué et chauffé.
Pour réaliser ledit conditionnement d'air, ce document connu prévoit un premier trajet d'air de l'extérieur vers l'intérieur du bâtiment et un second trajet d'air de l'intérieur vers l'extérieur du bâtiment, indépendants l'un de l'autre. Par conséquent, ce dispositif connu est complexe.
De plus, les traitements subis par l'air circulant selon ces trajets sont variés et ledit premier trajet qui utilise de l'air de l'environnement extérieur est notamment soumis à un réchauffement et à une humidification.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle concerne un dispositif de génération d'air chaud susceptible de fournir de l'air non vicié à haute température, et ceci sans limitation de durée.
A cette fin, selon l'invention, le dispositif de génération d'un courant d'air chaud, notamment pour la mise au point de statoréacteurs, comportant une source d'air engendrant un courant d'air à sa sortie, un système de chauffage à au moins un brûleur alimenté en fluide combustible et un système thermique comportant des éléments caloporteurs susceptibles d'emmagasiner de l'énergie thermique engendrée par ledit système de chauffage et de restituer cette énergie thermique audit courant d'air, ledit système thermique étant agencé sur un support mobile susceptible de faire passer ledit système thermique d'une première position pour laquelle il se trouve en regard dudit système de chauffage à une seconde position pour laquelle il se trouver en regard de la sortie de ladite source d'air est remarquable en ce que les éléments caloporteurs sont réalisés en un matériau à haute chaleur massique et répartis sur ledit support mobile de manière à renouveler de façon continue les éléments caloporteurs disposés dans ledit courant d'air et préalablement chauffés par le brûleur dudit système de chauffage, et en ce que ledit système de chauffage utilise, pour la combustion du fluide combustible, de l'air provenant de ladite source d'air et non utilisé pour la génération dudit courant d'air chaud.
Ainsi, grâce à l'invention, on remédie aux inconvénients précités.
En plus, comme le courant d'air ne subit pas l'action du système de chauffage, le courant d'air chaud engendré n'est pas vicié par ledit système de chauffage, ce qui permet d'obtenir de l'air chaud présentant la même pureté que l'air engendré à la sortie de la source d'air.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit support mobile est rotatif, ce qui permet de simplifier le dispositif conforme à l'invention.
De plus, de préférence, ledit support mobile présente la forme d'un récipient cylindrique, au moins partiellement rempli desdits éléments caloporteurs.
De façon avantageuse, ledit récipient cylindrique est muni dans la paroi supérieure d'une première ouverture annulaire concentrique à l'axe du récipient cylindrique et dans la paroi inférieure d'une seconde ouverture annulaire également concentrique à l'axe du récipient cylindrique, ladite seconde ouverture étant pourvue d'un treillis métallique, et la sortie du système de chauffage et la sortie de la source d'air étant agencées au-dessous de ladite seconde ouverture de façon diamétralement opposée relativement à l'axe du récipient cylindrique.
Par ailleurs, le dispositif conforme à l'invention comporte avantageusement une enceinte montée à poste fixe, ledit récipient étant mobile dans ladite enceinte et les sorties de ladite source d'air et dudit système de chauffage étant agencées dans ladite enceinte.
De plus, de façon avantageuse, ledit dispositif comporte des moyens d'isolation agencés entre le récipient et l'enceinte et destinés à empêcher une circulation d'air entre ledit récipient et ladite enceinte, ce qui permet d'éviter que de l'air non chauffé provenant directement de la source d'air, ou de l'air éventuellement vicié provenant du système de chauffage, se mélange au courant d'air chaud engendré.
En outre, de manière à permettre une bonne évacuation des différents courants d'air, ladite enceinte peut être munie dans sa paroi supérieure :
Ainsi, le courant d'air chaud engendré peut être évacué par la tuyère pour être transmis à un dispositif utilisateur, comme par exemple à une chambre de combustion d'un statoréacteur montée sur un banc d'essai, et le courant d'air provenant du système de chauffage, éventuellement vicié, peut être évacué par la conduite d'échappement, les deux courants d'air ne pouvant pas se mélanger ainsi l'un à l'autre.
Afin de pouvoir régler la répartition de l'écoulement d'air à travers ladite tuyère et ladite conduite d'échappement, de façon avantageuse, ladite conduite d'échappement est munie d'une vanne interne commandable susceptible de modifier l'ouverture destinée à l'échappement.
En outre, avantageusement, un passage est ménagé entre ledit récipient et ladite enceinte pour permettre une circulation d'air de la sortie de la source d'air vers le système de chauffage.
Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.
La figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue de dessous du dispositif de la figure 1 montré de façon partiellement arrachée.
La figure 3 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1.
Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté sur les figures 1 à 3 est destiné à engendrer un courant d'air chaud.
Ledit dispositif 1 comporte une enceinte externe 2 montée à poste fixe et un système mobile réalisé sous forme d'un récipient cylindrique 3 monté de façon mobile à l'intérieur de ladite enceinte 2.
A cet effet, ledit récipient cylindrique 3 est solidaire d'un arbre 4 d'axe X-X, monté de façon rotative dans la paroi supérieure 5 et la paroi inférieure 6 de l'enceinte 2 et susceptible d'être entraîné en rotation, comme indiqué par une flèche E, par un dispositif d'entraînement du type connu et non représenté. Ledit récipient 3 présente une symétrie de révolution autour dudit axe X-X et est muni dans sa paroi supérieure 7 d'une ouverture annulaire 8 concentrique à l'axe X-X et dans sa paroi inférieure 9 d'une ouverture annulaire 10 en regard de l'ouverture 8. Ladite ouverture annulaire 10 est recouverte d'un treillis métallique 12.
On notera que, dans le cadre de la présente invention, il est possible de réaliser toute la paroi inférieure 9 sous forme d'un treillis métallique.
Sous ladite ouverture annulaire 10, sont agencés :
Le courant d'air B est susceptible de s'écouler à travers ledit récipient 3, dans lequel il peut être chauffé comme on le verra ci-après, en direction de l'ouverture annulaire 8 pratiquée dans la paroi supérieure 7 dudit récipient 3, tandis que de l'air A dudit courant d'air B engendré par la source d'air est susceptible de s'écouler à travers un passage 19 formé entre les parois inférieures 6 et 9 de ladite enceinte 2 et dudit récipient 3, pour alimenter en air lesdits brûleurs 14 lors de la combustion du fluide combustible.
La paroi supérieure 5 de l'enceinte 2 est munie quant à elle :
Par ailleurs, ledit récipient 3 est rempli d'éléments caloporteurs 27, par exemple des billes ou des tubes, uniquement représentés dans le fond du récipient 3 sur la figure 1. De plus, pour des raisons de clarté du dessin, lesdits éléments caloporteurs 27 sont représentés de façon peu compacte sur cette figure 1. Bien entendu, ledit récipient 3 peut être entièrement rempli de tels éléments caloporteurs 27, et ceci de façon très compacte, le remplissage étant défini en fonction des résultats à obtenir, comme on le verra ci-après. Lesdits éléments caloporteurs 27 présentent de préférence un rapport élevé entre leur surface externe et leur volume et sont réalisés de préférence en un matériau présentant une chaleur massique élevée, comme par exemple du dioxyde de zirconium.
Pour engendrer un courant d'air chaud, le dispositif 1 conforme à l'invention fonctionne comme suit.
On effectue à cet effet tout d'abord les opérations suivantes :
Lesdits brûleurs 14 chauffent les éléments caloporteurs 27 situés au-dessus d'eux. Les gaz de combustion provenant desdits brûleurs 14 s'écoulent hors du récipient 3 et de l'enceinte 2 par les ouvertures 8 et 23, comme indiqué par des flèches C, et sont évacués par la conduite d'échappement 25.
Les éléments caloporteurs 27 emmagasinent ainsi de l'énergie au-dessus de la sortie 16 du système de chauffage 13. Ils restituent cette énergie emmagasinée, après la rotation d'un demi-tour du récipient 3 amenant lesdits éléments caloporteurs 27 dans ledit courant d'air B, audit courant d'air B. Ainsi, ledit courant d'air B est chauffé. En outre, la répartition de la chaleur dans le courant d'air chauffé F est rendue homogène par le passage dudit courant d'air F dans ledit système mélangeur 22 de sorte que l'on obtient, à la sortie de ladite tuyère 21, un courant d'air chauffé G de façon homogène.
Ainsi, grâce à l'invention, ledit courant d'air chaud G présente les caractéristiques suivantes :
On notera que l'air engendré par la source d'air peut de plus s'écouler directement par l'ouverture 23, comme indiqué par des flèches D, l'importance de cet écoulement dépendant en particulier de la résistance aérodynamique des éléments caloporteurs 27 placés dans le récipient 3. La répartition de l'écoulement hors du récipient 3, respectivement à travers la conduite d'échappement 25 et la tuyère 21, dépend en particulier de l'importance de leurs sections respectives. Cette répartition peut de ce fait être réglée en modifiant la section de la conduite d'échappement 25 par l'intermédiaire de la vanne commandable 26.
Par ailleurs, une isolation est établie entre le récipient 3 et l'enceinte 2, par exemple à l'aide de joints labyrinthes 28 agencés entre leurs parois verticales et d'une paroi mobile non représentée agencée entre leurs parois supérieures, ce qui permet d'empêcher une circulation d'air entre l'enceinte 2 et le récipient 3 de manière à éviter de mélanger audit courant d'air chaud, d'une part de l'air non chauffé provenant directement de la source d'air, et d'autre part de l'air éventuellement vicié provenant du système de chauffage 13.
On remarquera, par ailleurs, que la tuyère 21 présente dans sa partie médiane 29 une diminution du diamètre de manière à permettre une évacuation de l'air en veine forcée.
Ledit courant d'air chaud G disponible à la sortie de ladite tuyère 21 peut être utilisé, par exemple, pour le contrôle de la tenue de matériaux ou pour des essais d'aérodynamique ou de validation de systèmes de refroidissement de parois. Toutefois, de préférence, ledit courant d'air chaud est utilisé pour la mise au point de statoréacteurs, pour laquelle il présente les caractéristiques appropriées comme rappelé précédemment, le dispositif 1 conforme à l'invention étant associé à cet effet au banc d'essai utilisé pour cette mise au point.