專利名稱：用于旋轉再生式熱交換器的傳熱元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及旋轉再生式熱交換器中存在的類型的傳熱元件。
背景技術：
旋轉再生式熱交換器常常用于將熱量從離開爐的煙氣傳遞至進入的燃燒空氣。常規(guī)的旋轉再生式熱交換器，諸如圖I中顯示為I的旋轉再生式熱交換器，具有安裝在殼體14中的轉子12。殼體14限定了煙氣入口管道20和煙氣出口管道22，用于使加熱的煙氣36流過熱交換器I。殼體14還限定了空氣入口管道24和空氣出口管道26，用于使燃燒空氣38流過熱交換器I。轉子12具有在其間限定了用干支撐傳熱元件的籠(框架)40的隔室17的徑向分隔物16或隔板。旋轉再生式熱交換器I被分區(qū)板28分成空氣區(qū)和煙氣區(qū)，分區(qū)板28在鄰近轉子12的上表面和下表面處延伸跨越殼體14。
圖2描繪了包括疊置在其中的幾個元件10的元件籠40的示例的端部正視圖。雖然僅示出幾個元件10，但將理解，籠40將典型地填充有元件10。如在圖2中可見，元件10以間隔關系緊密疊置在元件籠40內以在元件10之間形成用于流過空氣或煙氣的通道70。參照圖I和2，熱煙氣流36被引導通過熱交換器I的(畑)氣區(qū)并將熱量傳遞到連續(xù)旋轉的轉子12上的元件10。元件10接著圍繞軸線18旋轉至熱交換器I的空氣區(qū)，在這里燃燒空氣流38被引導經(jīng)過元件10并且由此被加熱。在其它形式的旋轉再生式熱交換器中，元件10是靜止的，并且殼體14的空氣和(煙)氣入口和出口部分旋轉。圖3描繪了具有疊置關系的常規(guī)元件10的部分，并且圖4描繪了常規(guī)元件10中的一個的截面。典型地，元件10為鋼板，其被成形為包括一個或多個各種凹ロ 50和波紋65。當元件10如圖3所示疊置吋，以大致相等地隔開的間隔從元件10向外延伸的凹ロ 50在相鄰元件10之間保持間距，并且由此在元件10之間形成用于空氣或煙氣的通道70的側面。典型地，凹ロ 50相對于通過轉子(圖I的12)的流體流以預定角度(例如90度)延伸。除了凹ロ 50之外，元件10典型地成波狀以提供一系列波紋(折皺)65，波紋65在相鄰凹ロ 50之間延伸、相對于圖3中標以“A”的箭頭所指的熱交換流體的流動成銳角Au。波紋65具有高度Hu并且起作用來増加流過通道70的空氣或煙氣中的湍流，以及從而中斷否則將存在于鄰近元件10的表面的那部分流體介質(或者空氣或者煙氣)中的熱邊界層。未中斷的流體邊界層的存在趨向于阻礙流體和元件10之間的熱傳遞。相鄰元件10上的波紋65相對于流動線傾斜地延伸。這樣，波紋65改進了元件10和流體介質之間的熱傳遞。此外，元件10可包括平坦部分(未示出)，該平坦部分平行于相鄰元件10的凹ロ 50并與其充分接觸。對于其它傳熱元件10的示例，對美國專利No. 2，596，642、No. 2，940，736、No. 4，396，058、No4, 744，410、No. 4，553，458 和 No. 5，836，379 進行參照。雖然這些元件表現(xiàn)出有利的傳熱速率，但根據(jù)具體設計和凹ロ與波紋之間的尺寸關系，結果可很大范圍地變化。例如，雖然波紋提供了改善的熱傳遞程度，但其也増加了跨過熱交換器(圖I的I)的壓降。理想地，元件上的波紋將在鄰近元件的那部分流體介質中引起相對較高程度的湍流，而凹ロ則將被尺寸加工成使得不鄰近元件的流體介質(即在通道中心附近的流體)將經(jīng)受較低程度的湍流，且因而經(jīng)受小得多的流動阻力。然而，從波紋獲得最佳水平的湍流可能是難以實現(xiàn)的，因為熱傳遞和壓力損失兩者都傾向于與由波紋產(chǎn)生的湍流的程度成比例。升高熱傳遞的波紋設計傾向于也升高壓カ損失，并且相反地，降低壓カ損失的形狀傾向于也降低熱傳遞。元件的設計必須也提供能夠容易地清潔的表面構造。為了清潔元件，通常提供吹灰器，該吹灰器遞送高壓空氣或蒸汽的風通過疊置的元件之間的通道，以從元件表面移走任何粒狀沉積物并將這些沉積物帶走以離開相對清潔的表面。為了適應吹灰，有利的是元件被成形為使得當疊置在籠中時通道被充分打開，以提供在元件之間的視線，這允許吹灰器射流在板之間穿透以進行清潔。ー些元件不提供這樣的開放通路，并且雖然它們具有良好的熱傳遞和壓降特性，但其未被常規(guī)吹灰器很好地清潔。這樣的開放通路也允許用于測量離開元件的紅外輻射的量的傳感器工作。紅外輻射傳感器可用來檢測“熱點”的存在，該熱點通常被看作是籠(圖2的40)中火災的先兆。通常稱為“熱點”檢測器的這樣的傳感器可用于防止火災的發(fā)生和發(fā)展。不具有開放通路的元件阻礙紅外輻射離開元件并阻礙其被熱點檢測器檢測到。因此，存在對于這樣ー種旋轉再生式熱交換器傳熱元件的需要，該傳熱元件對于給定量的熱傳遞提供減小的壓カ損失，并且其可容易地通過吹灰器清潔以及與熱點檢測器相客。

發(fā)明內容
本發(fā)明可被實施為用于旋轉再生式熱交換器[I]的傳熱元件[100]，其包括凹ロ [150]，其平行于彼此延伸并構造為在相鄰傳熱元件[100]之間形成通道[170]，各個凹ロ [150]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[151]并具有峰到峰高度Hn ；第一波紋[165]，其在凹ロ [150]之間平行于彼此延伸，各個第一波紋[165]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[161]并具有峰到峰高度Hul ;和第二波紋[185]，其在凹ロ [150]之間平行于彼此延伸，各個第二波紋[185]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[181]并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hul。本發(fā)明也可被實施為用于旋轉再生式熱交換器[I]的傳熱元件[100]，其包括凹ロ [150]，其平行于彼此延伸并構造為在相鄰傳熱元件[100]之間形成通道[170]，各個凹ロ [150]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[151]；第一波紋[165]，其設置在凹ロ [150]之間，第一波紋[165]平行于彼此延伸并具有寬度Wul ；第二波紋[185]，其設置在凹ロ [150]之間，第二波紋[185]平行于彼此延伸并具有寬度Wu2，其中Wul不等于Wu2。本發(fā)明也可被實施為用于旋轉再生式熱交換器[I]的籠[4 0]，其包括多個傳熱元件[100]，該多個傳熱元件[100]以間隔關系疊置，從而在相鄰傳熱元件[100]之間提供多個通道[170]，以用于使熱交換流體在其間流過，各個傳熱元件[100]包括
凹ロ [150]，其平行于彼此延伸并構造為在相鄰傳熱元件[100]之間形成通道，各個凹ロ [150]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[151]并具有峰到峰高度Hn ；第一波紋[165]，其在凹ロ [150]之間平行于彼此延伸，各個第一波紋[165]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[161]并具有峰到峰高度Hul ;和第二波紋[185]，其在凹ロ [150]之間平行于彼此延伸，各個第二波紋[185]包括從傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉[181]并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hul，并且Hul小于Hn。


在說明書的結論部分處的權利要求中特別指出并清楚地聲明了被視為本發(fā)明的主題。根據(jù)結合附圖得到的以下詳細描述，本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點顯而易見，在附圖中圖I是現(xiàn)有技術旋轉再生式熱交換器的局部剖開透視圖；圖2是包括幾個傳熱元件的現(xiàn)有技術元件籠的俯視平面圖；圖3是處于疊置構造中的三個現(xiàn)有技術傳熱元件的一部分的透視圖；圖4是現(xiàn)有技術傳熱元件的剖面正視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳熱元件的剖面正視圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳熱元件的一部分的透視圖。
具體實施例方式圖5和6描繪了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的傳熱元件100的一部分。元件100可代替常規(guī)元件10在旋轉再生式熱交換器(圖I的I)中使用。例如，元件100可如圖3所示疊置并如圖2中描繪的那樣插入籠40中，以便在圖I所描繪的類型的旋轉再生式熱交換器I中使用。將結合對圖5和6兩者的參照來描述本發(fā)明。元件100由能夠被軋制或沖壓成所需構造的金屬薄板形成。元件100具有處于一定的隔開間隔的一系列凹ロ 150，其沿縱向且大致平行于流過元件100的熱交換流體的流動方向(如標以“A”的箭頭所指示)延伸。這些凹ロ 150使相鄰元件100保持隔開預定距離并且當元件100被疊置時在相鄰元件100之間形成流動通道170。各個凹ロ 150包括在一側從元件100的表面向外突出的ー個葉151和在相反側從元件100的表面向外突出的另ー個葉151。各個葉151可以是U形凹槽的形式，并且使凹ロ 150的峰153在相反的方向上從元件100指向外側。凹ロ 150的峰153接觸相鄰元件100以保持元件100的間距。如也指出的，元件100可被布置成使得在ー個元件100上的凹ロ 150位于在相鄰的元件100上的凹ロ 150之間的大約中間處以進行最大支撐。雖然未示出，但構想到元件100可包括平行于凹ロ 150延伸的平坦區(qū)域，相鄰元件100的凹ロ 150擱置在該平坦區(qū)域上面。各個凹ロ 150的葉151之間的峰到峰高度標示為Hn。設置在元件100上、凹ロ 150之間的是具有兩個不同高度的波紋(折皺)165、185。這些波紋中的各個分別包括多個波紋165、185。雖然僅示出元件100的一部分，但將理解，元件100可包括若干凹ロ 150和設置在各對凹ロ 150之間的波紋165和185。
各個波紋165平行于凹ロ 150之間的其它波紋165延伸。各個波紋165包括在一側從元件100的表面向外突出的ー個葉161和在相反側從元件100的表面向外突出的另ー個葉161。各個葉161可以是U形通路的形式，其中通路的峰163在相反的方向上從元件100指向外側。各個波紋165具有在峰163之間的峰到峰高度Hul。各個波紋185平行于凹ロ 150之間的其它波紋185延伸。各個波紋185包括在一側從元件100的表面向外突出的ー個葉181和在相反側從元件100的表面向外突出的另ー個葉181。各個葉181可以是U形通路的形式，使該通路的峰183在相反的方向上從元件 100指向外側。各個波紋185具有在峰183之間的峰到峰高度Hu2。在本發(fā)明的ー個方面，Hul和Hu2具有不同高度。Hul/Hn的比率是關鍵參數(shù)，因為其限定了形成用于使流體流過的通道170的相鄰元件100之間的開放區(qū)域的高度。在所示實施例中，Hu2小于Hul，并且Hul和Hu2兩者都小于Hn。優(yōu)選地，Hu2/Hul的比率大于約0. 20且小于約0. 80 ;并且更優(yōu)選地，Hu2/Hul的比率大于約0. 35且小于約0. 65。Hu2/Hn的比率優(yōu)選地大于約0. 06且小于約0. 72，并且Hul/Hn的比率優(yōu)選地大于約0. 30且小于約0. 90。當Hu2/Hul比率下降至0. 20以下時，越小的波紋對形成湍流所具有的影響越小，并且越不有效。當Hu2/Hul比率高于0. 80時，這兩個波紋高度幾乎相等，并且與現(xiàn)有技術相比有最小的改進。一旦選擇了 Hul/Hn比率和Hu2/Hul比率，Hu2/Hn比率就固定了。在本發(fā)明的另一方面，各個波紋165的個體寬度可以不同于各個波紋185的個體寬度，如Wul和Wu2所指。優(yōu)選地，比率Wu2/Wul大于0. 20且小于I. 20 ;并且更優(yōu)選地，Wu2/fful大于0. 50且小于I. 10。Wul和Wu2的選擇很大程度上取決于用于Hul和Hu2的值。本發(fā)明的優(yōu)選實施例的總體目的之一是在元件表面附近形成最佳量的湍流。這意味著如在剖面中看到的兩種類型的波紋的形狀需要根據(jù)該目的而設計，并且各個波紋的形狀很大程度上取決于其高度與其寬度的比率。此外，波紋寬度的選擇也可影響由元件提供的表面積的量，并且表面積也對流體和元件之間的傳熱量有影響。相反，如圖4所示，在常規(guī)元件10中的波紋65全部都具有相同高度Hu，并且全部都具有相同寬度Wu。風洞試驗已驚人地顯示，用本發(fā)明的波紋165和185代替常規(guī)均一波紋65能顯著減小(約14%)壓カ損失，同時保持相同的傳熱速率和流體流量。這轉變?yōu)閷?jīng)營者的成本節(jié)約，因為在空氣和煙氣流過旋轉再生式熱交換器時減小空氣和煙氣的壓力損失將減少用于迫使空氣和煙氣流過熱交換器的風機所消耗的電功率。雖然不期望受理論的約束，但認為，傳熱介質在其于元件100之間流過時遇到的波紋165和185之間的高度和/或寬度的差值在與元件100的表面相鄰的流體邊界層中產(chǎn)生更多湍流，而在更遠離元件100的表面的通道170的開放段中產(chǎn)生更少湍流。在邊界層中增加的湍流增加了流體和元件100之間的傳熱速率。遠離元件100的表面的減少的湍流用來在流體流過通道170時減小壓カ損失。通過調整這兩個波紋的高度Hul和Hu2，對于所傳遞的相同總熱量而言減小流體壓カ損失是可行的。本發(fā)明的元件100的優(yōu)良熱傳遞和壓降性能還具有這樣的優(yōu)點，即可以在一定程度上減小波紋165和傳熱流體的主要流動方向之間的角度，同時與具有常規(guī)均一波紋65的元件10相比，仍然保持相等量的熱傳遞。這對于波紋185和傳熱流體的主要流動方向之間的角度也是正確的。這允許更好地由吹灰器射流進行清潔，因為波紋165和185與射流更好地對齊。此夕卜，由于減小的波紋角度在元件100之間提供了更好的視線，本發(fā)明與紅外輻射(熱點)檢測器相客。
雖然已參照示例性實施例描述了本發(fā)明，但本領域的技術人員將會理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可進行各種更改并可用等同物替代本發(fā)明的元件。此外，本領域的技術人員將理解許多修改，以使特定的工具、狀態(tài)或材料適應于本發(fā)明的教導，而不脫離其實質范圍。因此，本發(fā)明意圖不限于作為用于實現(xiàn)本發(fā)明而構思到的最佳模式而公開的特定實施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權利要求范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用于表現(xiàn)出高效率和低維護的旋轉再生式熱交換器的傳熱元件，包括 平行于彼此延伸并構造為在相鄰傳熱元件之間形成通道的凹口，所述凹口中的各個包括從所述傳熱元件的相反側向外突出的葉并具有峰到峰高度Hn ； 在所述凹口之間平行于彼此延伸的第一波紋，所述第一波紋中的各個包括從所述傳熱元件的所述相反側向外突出的葉并具有峰到峰高度Hul ;以及 在所述凹口 [150]之間平行于彼此延伸的第二波紋，所述第二波紋中的各個包括從所述傳熱元件的所述相反側向外突出的葉并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hul。
2.根據(jù)權利要求I所述的傳熱元件，其特征在于，Hul小于Hn。
3.根據(jù)權利要求I所述的傳熱元件，其特征在于，Hu2/Hul的比率大于O.2且小于O. 8。
4.根據(jù)權利要求3所述的傳熱元件，其特征在于，Hu2/Hn的比率大于約O.06且小于約O.72。
5.根據(jù)權利要求4所述的傳熱元件，其特征在于，Hul/Hn的比率大于約O.30且小于約O.9 ο
6.根據(jù)權利要求I所述的傳熱元件，其特征在于，所述第一波紋具有寬度Wul，所述第二波紋具有寬度Wu2，并且Wul不等于Wu2。
7.根據(jù)權利要求6所述的傳熱元件，其特征在于，Wu2/fful大于約O.2且小于約I. 2。
8.根據(jù)權利要求I所述的傳熱元件，其特征在于，所述傳熱元件還包括設置在所述凹口之間且平行于所述凹口延伸的平坦區(qū)域。
9.一種用于表現(xiàn)出高效率和低維護的旋轉再生式熱交換器的傳熱元件，包括 平行于彼此延伸并構造為在相鄰傳熱元件之間形成通道的凹口，所述凹口中的各個包括從所述傳熱元件的相反側向外突出的葉； 設置在所述凹口之間的第一波紋，所述第一波紋平行于彼此延伸并具有寬度Wul ；設置在所述凹口之間的第二波紋，所述第二波紋平行于彼此延伸并具有寬度Wu2，其中Wul不等于Wu2。
10.根據(jù)權利要求9所述的傳熱元件，其特征在于，所述第一波紋具有高度Hul，所述第二波紋具有高度Hu2，并且Hul不等于Hu2。
11.根據(jù)權利要求I所述的傳熱元件，其特征在于，Hul小于Hn。
12.根據(jù)權利要求I所述的傳熱元件，其特征在于，Hu2/Hul的比率大于O.2且小于O.8。
13.根據(jù)權利要求3所述的傳熱元件，其特征在于，Hu2/Hn的比率大于約O.06且小于約 O. 72。
14.根據(jù)權利要求4所述的傳熱元件，其特征在于，Hul/Hn的比率大于約O.30且小于約 O. 9。
15.一種用于表現(xiàn)出高效率和低維護的旋轉再生式熱交換器的籠，包括 多個傳熱元件，以間隔關系疊置，從而在相鄰傳熱元件之間提供多個通道，以用于使熱交換流體在它們之間流過，所述傳熱元件中的各個包括 平行于彼此延伸并構造為在相鄰傳熱元件之間形成通道[170]的凹口，所述凹口中的各個包括從所述傳熱元件的相反側向外突出的葉并具有峰到峰高度Hn ； 在所述凹口之間平行于彼此延伸的第一波紋，所述第一波紋中的各個包括從所述傳熱元件的所述相反側向外突出的葉并具有峰到峰高度Hul ;以及 在所述凹口之間平行于彼此延伸的第二波紋，所述第二波紋中的各個包括從所述傳熱元件[100]的相反側向外突出的葉并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hul，并且Hu2小于Hn。
16.根據(jù)權利要求15所述的旋轉再生式熱交換器籠，其特征在于，Hu2/Hul的比率大于約O. 20且小于約O. 80。
17.根據(jù)權利要求16所述的旋轉再生式熱交換器籠，其特征在于，Hul/Hn的比率大于約O. 3且小于約O. 9。
18.根據(jù)權利要求15所述的傳熱元件，其特征在于，所述第一波紋具有寬度Wul，所述第二波紋具有寬度Wu2，并且Wul不等于Wu2。
19.根據(jù)權利要求18所述的傳熱元件，其特征在于，Wu2/Wul大于約O.2且小于約I. 2。
20.根據(jù)權利要求15所述的傳熱元件，其特征在于，所述傳熱元件還包括設置在所述凹口之間且平行于所述凹口延伸的平坦區(qū)域。
全文摘要
一種旋轉再生式熱交換器[1]采用傳熱元件[100]，該傳熱元件[100]被成形為包括在相鄰元件[100]之間提供了間距的凹口[150]和在凹口150之間的區(qū)段中的波紋(折皺)[165，185]。本文所述的元件[100]包括在高度和/或寬度上不同的波紋[165，185]。這些在流過元件[100]之間的空氣或煙氣中賦予湍流以改善熱傳遞。
文檔編號F28D19/04GK102625900SQ201080047982
公開日2012年8月1日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權日2009年8月19日
發(fā)明者J·D·西鮑爾德 申請人:阿爾斯通技術有限公司