熱交換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在第一材料或材料流與第二材料或材料流之間交換熱量的熱交換器，其包括至少一個將材料或材料流分隔開的壁，其中，該壁的表面至少局部地具有2至20μm、優(yōu)選為10μm的算術(shù)平均粗糙度值Ra或具有10至50μm、優(yōu)選為30μm的粗糙高度Rz。
【專利說明】熱交換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的熱交換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)電廠設(shè)備中例如既使用DACC(Direct Air Cooled Condenser,直接空冷冷凝器)冷卻系統(tǒng)也使用間接冷卻系統(tǒng)。所述冷卻系統(tǒng)最終涉及的是熱交換器(也被稱為傳熱器或換熱器)，這些熱交換器將熱能從一種材料或材料流轉(zhuǎn)移到另一種材料或材料流上。在這些材料或材料流之間通常存在一個分隔的、然而導(dǎo)熱的壁。在發(fā)電廠運行中優(yōu)選所述一種材料流涉及水蒸氣。所述另一種材料流例如可以涉及空氣，特別是環(huán)境空氣。
[0003]應(yīng)用空冷式熱交換器的背景在于這種系統(tǒng)具有保護環(huán)境和節(jié)省用水的效果。按標(biāo)準(zhǔn)中只存在一套冷卻循環(huán)系統(tǒng)。熱量通過熱交換器被直接排放到循環(huán)空氣中。散熱例如通過焊有鋁制翼片的鋼管進行。出于腐蝕原因以及為了能夠工藝可靠地對鋁進行焊接，例如管件可以由鍍鋁的鋼制成。
[0004]為了保護環(huán)境，這種發(fā)電廠設(shè)備優(yōu)選使用在缺水的地區(qū)以及溫度高和空氣濕度大的地區(qū)。在這種類型的發(fā)電廠中，發(fā)電廠的效能的一個主要因素是渦輪機(約200bar)與冷卻系統(tǒng)中負壓(盡可能< IOObar)前的壓差。眾所周知，冷卻系統(tǒng)內(nèi)微弱的壓力上升以及與此相關(guān)地幾個mbar壓差的減少將導(dǎo)致整個發(fā)電廠的效能明顯下降。
[0005]冷卻系統(tǒng)內(nèi)的負壓主要是通過水蒸氣的冷凝產(chǎn)生。這意味著:在冷卻管內(nèi)產(chǎn)生了一個氣體-冷凝物-系統(tǒng)，在該氣體-冷凝物-系統(tǒng)中出現(xiàn)不同的物態(tài)。在管件的上部區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)水蒸氣混合物，該水蒸氣混合物從渦輪機中被引向冷卻系統(tǒng)。在冷卻過程期間以及在相關(guān)聯(lián)的、基于水蒸氣冷凝的體積減小(壓力降低)期間，在管件的中間區(qū)域內(nèi)存在多種物態(tài)的混合物。在管件的下部區(qū)域內(nèi)，冷凝基本結(jié)束并且冷凝水流入為此所設(shè)的容器中。
[0006]例如2X60(MW發(fā)電廠用的冷卻系統(tǒng)所用面積可以輕易地達到數(shù)公頃之尺寸規(guī)模，其中，冷卻系統(tǒng)出于效能原因而安設(shè)于高度直到80m的鋼結(jié)構(gòu)上。必要的冷卻系統(tǒng)的尺寸規(guī)模尤其是取決于冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，因此也就取決于管件的冷卻能力。目前已知的、在冷卻系統(tǒng)內(nèi)所使用的熱交換器需要很大的面積。
[0007]熱交換器效力的一個決定性的參量尤其是熱交換器的傳熱能力
[0008]Q = k.A.Δ Θ
[0009]其中:
[0010]K-導(dǎo)熱系數(shù)
[0011]A-接觸面
[0012]Λ Θ-平均溫差。
[0013]在尺寸不變或更小的情況下提高熱交換器的傳熱能力是值得追求的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是，提供一種改進的熱交換器，特別是提出這樣一種熱交換器，該熱交換器在尺寸較小的情況下具有較高的或至少不變的傳熱能力。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過具有權(quán)利要求1特征部分所述特征的熱交換器得以實現(xiàn)。由于壁的表面至少局部地具有2至20 μ m、優(yōu)選為10 μ m的算術(shù)平均粗糙度值Ra或具有10至50 μ m、優(yōu)選為30 μ m的粗糙高度Rz，所以該熱交換器可以在傳熱能力不變的情況下減小其體積，并使整個發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到改善。通過較高的平均粗糙度值或較高的粗糙高度改變了壁表面上的流動，特別是由空氣和水蒸氣-混合物組成的氣流，這導(dǎo)致往所述壁上更高的熱傳導(dǎo)。另外，通過這種粗糙結(jié)構(gòu)增加了熱交換器接觸面。特別是在發(fā)電廠區(qū)域內(nèi)使用這樣構(gòu)造的熱交換器的情況下，便可以提高該發(fā)電廠的效率。
[0016]本發(fā)明熱交換器的其他一些有益設(shè)計特別是得自各從屬權(quán)利要求的特征。原則上各從屬權(quán)利要求的特征可以相互任意組合。
[0017]在本發(fā)明的熱交換器的一種有益設(shè)計中可以規(guī)定:壁的表面至少局部地具有2至20 μ m、優(yōu)選為10 μ m的算術(shù)平均粗糙度值Ra并具有10至50 μ m、優(yōu)選為30 μ m的粗糙高度Rz。通過這種方式，熱交換器可以在傳熱能力不變的情況下更加有益地減小其體積，并使整個發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到改善。通過較高的平均粗糙度值和較高的粗糙高度改變了壁表面上的流動，特別是由空氣和水蒸氣-混合物組成的氣流，這導(dǎo)致往所述壁上更高的熱傳導(dǎo)。另外，通過粗糙結(jié)構(gòu)增加了熱交換器接觸面。特別是在發(fā)電廠區(qū)域內(nèi)使用這樣構(gòu)造的熱交換器的情況下，便可以提高該發(fā)電廠的效率。
[0018]在本發(fā)明的熱交換器的另一種有益設(shè)計中可以規(guī)定:熱交換器具有至少一個管件，其中，該管件的內(nèi)側(cè)面和/或外側(cè)面至少局部地具有所指定的平均粗糙度值和/或粗糙高度。在本發(fā)明的熱交換器的這種設(shè)計中，分隔壁由管壁構(gòu)成。就此而言，在這個結(jié)構(gòu)形式中規(guī)定:為了在管件尺寸不變甚至更小的情況下實現(xiàn)更高的傳熱能力，管壁被相應(yīng)地糙化。
[0019]在本發(fā)明的熱交換器的另一種有益設(shè)計中可以規(guī)定:管件配備有翼片，特別是由鋁構(gòu)成的翼片。利用管件的這種設(shè)計可以構(gòu)建所謂的冷卻排管放熱器(KUhlregister)或者根據(jù)使用情況還可以構(gòu)建加熱排管放熱器(Heizregister)。這種熱交換器以特別有益的方式適合于使用在發(fā)電廠的DACC(Direct Air Cooled Condenser)冷卻系統(tǒng)中,其中,這里通過根據(jù)本發(fā)明的管件設(shè)計可以在熱交換器結(jié)構(gòu)尺寸較小的情況下實現(xiàn)較高的傳熱能力。在使用于發(fā)電廠區(qū)域內(nèi)的情況下，通過這種方式還可以改善該發(fā)電廠的效能。
[0020]在本發(fā)明的熱交換器的另一種有益設(shè)計中可以規(guī)定:管件至少局部地由鍍鋁的鋼構(gòu)成。優(yōu)選地，鋁構(gòu)成管件的外側(cè)面，從而，例如同樣由鋁構(gòu)成的翼片能夠以簡單的方式方法、例如通過焊接安裝于此。
[0021]在本發(fā)明的熱交換器的另一種有益設(shè)計中可以規(guī)定:熱交換器具有至少一塊板，其中，該板的內(nèi)側(cè)面和/或外側(cè)面至少局部地具有所指定的平均粗糙度值和/或粗糙高度。這種結(jié)構(gòu)形式最終構(gòu)成了板式熱交換器的基礎(chǔ)。通過分隔的和熱交換的板的按照本發(fā)明的粗糙度，也使這種板式熱交換器在結(jié)構(gòu)空間更小或不變的情況下效能更高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點參照附圖借助下文對優(yōu)選實施例的說明變得清晰明了。附圖中不出:
[0023]圖1為本發(fā)明熱交換器的帶有翼片的第一實施方式；[0024]圖2為本發(fā)明熱交換器的作為套管式熱交換器的另一實施方式。
[0025]在附圖中使用下列附圖標(biāo)記:
[0026]I管件/內(nèi)部管件
[0027]2 翼片
[0028]3外部管件或者說套管
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明的熱交換器包括至少一個將材料或者材料流分隔開的壁。就此而言，本發(fā)明的熱交換器優(yōu)選涉及一種間接傳遞熱的熱交換器，所述熱傳遞的特征是:材料流在空間上被一個導(dǎo)熱的壁分隔開。這類熱交換器也被稱為熱量回收器(Rekuperator)。也可以考慮交流換熱器(Regenerator)的結(jié)構(gòu)形式。
[0030]根據(jù)本發(fā)明規(guī)定:所述分隔壁的表面至少局部地具有2至20 μ m、優(yōu)選為10 μ m的算術(shù)平均粗糙度值Ra和/或具有10至50 μ m、優(yōu)選為30 μ m的粗糙高度Rz。
[0031]常用簡略符號Ra代表算術(shù)平均粗糙度值并且執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)DIN EN IS04287:1998。所述平均粗糙度值是粗糙度輪廓的多個量值的算術(shù)平均值，并且描述的是一個工藝表面的粗糙度。為了求出這個平均值，在一定的測量區(qū)段上對表面進行抽樣并且記錄粗糙表面的所有的高度差和深度差。在對測量區(qū)段上這個粗糙度分布進行定積分計算之后，最終將該結(jié)果除以測量區(qū)段的長度。
[0032]由標(biāo)記符號Rz表示的所謂的平均粗糙高度按如下方式求得。將工件表面上一定的測量區(qū)段分成七個相同大小的單測量區(qū)段。但是只對這些區(qū)段中的5個進行分析處理，因為所采用的高斯濾波需要有半個單測量區(qū)段的超前或拖后，或者更確切地說，卷積具有不應(yīng)低估的始端和終端特性(Ein-und Auslaufverhalten)。由這些單測量區(qū)段中的每一個求出輪廓的最大值與最小值之差。從由此獲得的五個值中產(chǎn)生平均值。據(jù)此，Rz被定義為相繼的單測量區(qū)段的各單個粗糙高度的算術(shù)平均值。
[0033]按照本發(fā)明糙化的分隔壁根據(jù)熱交換器的結(jié)構(gòu)形式可以采取不同的設(shè)計和位置。
[0034]在第一實施方式中，熱交換器包括一個管件1，該管件配備有翼片2，優(yōu)選由鋁構(gòu)成的翼片。這種結(jié)構(gòu)形式的熱交換器也被稱為冷卻排管放熱器或者根據(jù)使用情況也被稱為加熱排管放熱器。導(dǎo)熱的分隔壁相應(yīng)地由管壁所構(gòu)成。在此規(guī)定:管件I的內(nèi)壁具有上述按照本發(fā)明的平均粗糙度值Ra和粗糙高度Rz。內(nèi)壁的某些部分、如連接/接頭區(qū)域不必具有前述的平均粗糙度值Ra或粗糙高度Rz。這樣構(gòu)造的熱交換器以有益方式適合于通過空氣、特別是環(huán)境空氣對流過管件的流體進行冷卻。
[0035]在另一實施方式中，熱交換器包括至少兩個管件1，例如一個內(nèi)部管件I和一個外
部管件3。這種結(jié)構(gòu)形式被稱為套管式傳熱器(MantelrohrwSrmetibertrager )。
具有所提出之粗糙度的導(dǎo)熱及分隔壁相應(yīng)地由內(nèi)部管件I的管壁構(gòu)成。可以規(guī)定:不僅內(nèi)部管件的內(nèi)壁而且其外壁都具有上述按照本發(fā)明的平均粗糙度值Ra和粗糙高度Rz。在圖2中材料流由框式箭頭示出。這里隨機地選擇了對流/逆流作用原理，而順流當(dāng)然同樣是可以的。管件優(yōu)選由合適的鋼構(gòu)成，這里也可以使用其他的材料，特別是也可以使用復(fù)合材料。
[0036]對于本發(fā)明的熱交換器，可以設(shè)想許多種其他的結(jié)構(gòu)形式。因此，本發(fā)明的熱交換器例如可以構(gòu)造成板式傳熱器、管束式傳熱器、U形管式傳熱器、對流-層式傳熱器等等。前述結(jié)構(gòu)形式的羅列并非為窮舉?？梢栽O(shè)想其他的結(jié)構(gòu)形式。也可考慮采取一些組合，例如管-板式熱交換器。通常本發(fā)明的熱交換器還包括一定數(shù)量的管件或板件，它們被聯(lián)合組成所謂的“Bundles”(束)。
[0037]作為在本發(fā)明的熱交換器中使用的材料或材料流，既可以采用液態(tài)的介質(zhì)，也可以采用氣態(tài)的介質(zhì)，諸如空氣、水、水蒸氣等等。
【權(quán)利要求】
1.用于在第一材料或材料流與第二材料或材料流之間交換熱量的熱交換器，其包括至少一個將材料或材料流分隔開的壁，其特征在于:所述壁的表面至少局部地具有2至20 μ m、優(yōu)選為10 μ m的算術(shù)平均粗糙度值Ra或具有10至50 μ m、優(yōu)選為30 μ m的粗糙高度Rz0
2.如權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于:所述壁的表面至少局部地具有2至20 μ m、優(yōu)選為10 μ m的算術(shù)平均粗糙度值Ra并具有10至50 μ m、優(yōu)選為30 μ m的粗糙高度Rz0
3.如前述權(quán)利要求之至少一項所述的熱交換器，其特征在于:該熱交換器具有至少一個管件(I)，其中，該管件的內(nèi)側(cè)面和/或外側(cè)面至少局部地具有所指定的平均粗糙度值和/或粗糙高度。
4.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于:所述管件(I)配備有翼片(2)，特別是由招構(gòu)成的翼片。
5.如權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于:所述管件(I)至少局部地由鍍鋁的鋼構(gòu)成。
6.如前述權(quán)利要求之至少一項所述的熱交換器，其特征在于:該熱交換器具有至少一塊板，其中，該板的內(nèi)側(cè)面和/或外側(cè)面至少局部地具有所指定的平均粗糙度值和/或粗糙高度。
【文檔編號】F28F13/18GK103959006SQ201280059002
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月2日
【發(fā)明者】H-J·高格爾, B·施特雷布, H·康珀納斯, T·科特納 申請人:維克德威斯特法蘭鋼鐵有限公司