專利名稱：傳熱元件組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳熱元件組件，更具體地涉及用在換熱器中的吸熱板組件，在換熱器中，通過板裝置將熱量從熱的熱交換流體傳遞給冷的熱交換流體。更具體來說，本發(fā)明涉及一種適合用在旋轉(zhuǎn)交流式傳熱設(shè)備中的熱交換元件組件，在該傳熱設(shè)備中，通過與熱的氣態(tài)熱交換流體接觸，該熱交換元件組件被加熱，隨后該熱交換元件組件與冷的氣態(tài)熱交換流體接觸，將熱量放出給該冷流體。
本發(fā)明特別應(yīng)用的一種類型的熱交換設(shè)備為眾所周知的旋轉(zhuǎn)交流式加熱器。一般的旋轉(zhuǎn)交流式加熱器具有被分成幾個室的圓筒形轉(zhuǎn)子，其中裝有和支承有間隔開的熱交換板，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，該熱交換板交替地暴露于加熱氣流，然后隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動暴露于較冷的空氣或其它要被加熱的氣態(tài)流體。當(dāng)傳熱板暴露于加熱氣體時從氣體中吸收熱量，然后當(dāng)暴露于冷空氣或其它要被加熱的氣態(tài)流體時，傳熱板從加熱氣體吸收的熱量被傳遞給較冷的空氣。大多數(shù)這種類型的熱交換器具有互相間隔的緊密地層疊的傳熱板，以在相鄰板之間提供多個通道，讓熱交換流體從中流過。
在這種換熱器中，給定尺寸的熱交換器的傳熱能力為熱交換流體和板結(jié)構(gòu)之間的傳熱速率的函數(shù)。但對于商用設(shè)備，其效用不僅由所得的傳熱系數(shù)，還由其它因素如板結(jié)構(gòu)的造價和重量來決定。理想上，傳熱板將在其間通道中引起高度紊流的流動，以達到增加從熱交換流體到板的傳熱量的目的，并同時使通道間的流動具有較低的阻力，而且傳熱板還具有易于清潔的表面結(jié)構(gòu)。
為了清潔傳熱板，通常裝設(shè)有吹灰器，在層疊的傳熱板間的通道中吹入高壓空氣流或蒸汽風(fēng)，以從板表面除去任何顆粒堆積并將顆粒帶走而使表面較清潔。這種清潔方法遇到的一個問題是，高壓的鼓風(fēng)吹在較薄的熱交換板中部上的力，會導(dǎo)致板折斷，除非將傳熱板的層疊組件設(shè)計成具有一定的結(jié)構(gòu)硬度。
這個問題的一個解決辦法是，以頻繁的間隔摺皺各個傳熱板以提供雙凸起的槽，該槽具有沿一個方向從板伸展出去的一個凸起和沿相反方向從板伸展出去的另一個凸起。而后當(dāng)將板層疊在一起以形成傳熱元件組件時，這些槽用于支撐相鄰的板，以在吹灰操作過程中使作用在板上的力在組成傳熱元件組件的各板之間均衡。
在美國專利4,396,058中公開了這種類型的一個傳熱元件組件。在該專利中，槽沿?zé)峤粨Q流體的總體流動方向伸展，即軸向穿過轉(zhuǎn)子。除了槽以外，還將板弄皺，以在槽之間提供一系列沿與熱交換流體流動方向成銳角伸展的傾斜的溝槽或波紋。相鄰板上的波紋傾斜于流動線要么以對準(zhǔn)的方式要么彼此相反地伸展。雖然這樣的傳熱元件組件表現(xiàn)出很好的傳熱速率，但結(jié)果取決于槽和波紋的具體設(shè)計和相互之間的關(guān)系可能變化很大。
本發(fā)明的一個目的是提供一種改進的傳熱元件組件，其中，熱性能被優(yōu)化，以用體積和重量減少了的組件來提供所需的傳熱和壓降水平。根據(jù)本發(fā)明，傳熱元件組件的傳熱板具有縱向的雙凸起的槽和槽間的斜波紋，其中通過對由波紋提供的開口與由槽提供的開口之比、槽間的距離以及波紋和槽之間的角度給定具體的范圍，熱性能得以被優(yōu)化。相鄰板上的波紋以彼此相反的方向和流體流動的方向伸展。


圖1為含有傳熱板組成的傳熱元件組件的常規(guī)旋轉(zhuǎn)交流式空氣預(yù)熱器的透視圖。
圖2為常規(guī)傳熱元件組件的透視圖，圖中示出了層疊在組件中的傳熱板。
圖3為根據(jù)本發(fā)明用于傳熱元件組件的三個傳熱板的局部透視圖，圖中示出了槽的間隔和波紋的角度。
圖4為圖3中的一個板的端部視圖，圖中示出了槽和波紋的相關(guān)開口。
圖5表明在恒定傳熱量和壓降情況下，傳熱元件組件的體積和重量與基點的比率作為波紋開口與槽開口之比的函數(shù)的變化關(guān)系。
圖6為近似于圖3的本發(fā)明的一個變型。
如圖中的圖1所示，常規(guī)的旋轉(zhuǎn)交流式預(yù)熱器總體上用數(shù)字標(biāo)記10來表示。空氣預(yù)熱器10具有可轉(zhuǎn)動地安裝在外殼14中的轉(zhuǎn)子12。轉(zhuǎn)子12成形為從轉(zhuǎn)子桿18徑向伸展到轉(zhuǎn)子12外周邊的板或隔板16。隔板16界定了其間的室17，用來容納熱交換元件組件40。
外殼14界定了煙道氣體進口管道20和煙道氣體出口管道22以使加熱了的煙道氣體流穿過空氣預(yù)熱器10。外殼14另外還界定了空氣進口管道24和空氣出口管道26，以使燃燒空氣流經(jīng)預(yù)熱器10。扇形板28穿過外殼14伸展到靠近轉(zhuǎn)子12的上下表面。扇形板28將空氣預(yù)熱器分隔成空氣區(qū)和煙道氣體區(qū)。圖1中的箭頭表明煙道氣流36和空氣流38穿過轉(zhuǎn)子12的方向。經(jīng)煙道氣體進口管道20進入的熱的煙道氣流36將熱量傳遞給安裝在室17中的傳熱元件組件40。被加熱的傳熱元件組件40隨后旋轉(zhuǎn)到空氣預(yù)熱器10的空氣區(qū)32。傳熱元件組件40所儲存的熱量然后被傳遞給經(jīng)空氣進口管道24進入的燃燒空氣流38。冷的煙道氣流36經(jīng)煙道氣體出口管道22流出空氣預(yù)熱器10，而被加熱了的空氣流38通過空氣出口管道26流出空氣預(yù)熱器10。圖2示出了典型的傳熱元件組件或籃40，表示出層疊在該組件中的傳熱板42的總體圖。
圖3示出了本發(fā)明的一個實施例，示出了三個層疊的傳熱板44，46和48的局部。在圖3的這個實施例中，所有的傳熱板基本上相同，每相鄰的另一個板旋轉(zhuǎn)180°，就產(chǎn)生了圖中所示的形式。板是能卷起或沖壓成所需形狀的薄片金屬。每個板在每隔一段間隔的距離上有一系列的雙向凸起槽50，這些槽縱向伸展并平行于穿過空氣預(yù)熱器的轉(zhuǎn)子的熱交換流體流動方向。這些槽50保持相鄰的板間離預(yù)先設(shè)定的一段距離，并形成了相鄰板之間的流動通道。每個雙凸起的槽50包括一個從板的表面的一側(cè)向外凸起的凸起52和另一個從板的表面的另一側(cè)向外凸起的凸起54。每個凸起基本上為V形槽的形式，槽的頂點56從板以相對的方向朝外。如圖3所示，槽50的頂點56與相鄰板接合來保持板的間隔。另外，板是這樣布置的，使得一個板上的槽被放置在相鄰板上的槽之間的中間位置，以獲得最大的支撐。槽50的槽距，即槽之間的距離表示為Pn。
每個板在槽50之間的區(qū)段上具有波紋或皺褶58。這些波紋58在相鄰槽之間以與槽成標(biāo)為角Au的角度伸展。如圖3所示，相鄰板上的波紋沿彼此相反的方向及流體流動的方向伸展。從圖3中還可以看出，板44，46和48彼此相同，板46只是板44和48旋轉(zhuǎn)180°。因為只需要制造一種形式的板，這樣做是有益的。
圖4為圖3中一塊板的局部的端面圖，圖中示出了槽50，凸起52和54及波紋58。槽50的開口為從頂點56到底點57的距離On。波紋58的開口為從頂點58到底點59的距離Ou。根據(jù)本發(fā)明，形狀參數(shù)在如下的范圍內(nèi)0.5＞Ou/On＞0.3Pn＞2英寸40°＞Au＞20°可獲得最優(yōu)的熱性能和減小熱交換元件組件的體積和重量。
圖5為關(guān)于形狀參數(shù)之一的Ou比On的比率示出了本發(fā)明優(yōu)點的圖。圖中示出了具有不同Ou/On比率的樣品的測試結(jié)果。另外，圖中還示出了相鄰板上平行的波紋和相鄰板上角度相對的(交叉的)的波紋之間的差別。
圖中表明熱交換元件組件的體積和重量與基點體積和重量相比的比率為比率Ou/On的函數(shù)。在比率Ou/On＝0.375處所取為基點體積和重量。圖中可以看出，當(dāng)比率Ou/On從該基點減少時，體積和重量增大。根據(jù)本發(fā)明，比率Ou/On的下限為0.3，體積和重量在此處仍在可接受范圍內(nèi)。雖然比率Ou/On的增大產(chǎn)生更好的體積及重量比，但波紋的高度與槽的開口的比率的實用限度是到比率Ou/On＝0.5。其它的測試表明當(dāng)比率Ou/On從0.237增加到0.375時，傳熱系數(shù)(Coburnj系數(shù))增大了約47％。
采用本發(fā)明的參數(shù)，產(chǎn)生包括旋渦和第二流動模式的漩流。該流動沖擊板而提高傳熱。該漩流也用于攪渾流動的流體而提供更均勻的流動溫度。而后該漩流順流再次沖擊板。這個沖擊和攪渾的過程繼續(xù)進行并提高了傳熱速率而同時壓降并不增大，使得用于等量熱傳遞的裝置的體積和重量減小了。
圖6示出了本發(fā)明的一個改動，其中板44和48與圖3中的相應(yīng)的板相同。但圖6中的板60與圖3中的板46不同。如圖所示，板60中的槽66的凸起62和64與圖3中的相應(yīng)凸起52和54方向相反。因此板60與板44和48不同，但仍然運用與本發(fā)明相同的參數(shù)，且相鄰板上的波紋仍然以相反的方向伸展。
權(quán)利要求
1.一種用于熱交換器的傳熱組件，它包括多個互相間隔地交錯層疊的第一吸熱板和第二吸熱板，這種板間互相間隔在相鄰的第一和第二板之間提供了多個供熱交換流體在其間流動的通道，各所述第一板和第二板具有a.多個雙凸起的槽，所述槽相互平行并間隔開距離Pn，每個槽包括從所述板的一側(cè)向外突出的第一凸起和從所述板的另一側(cè)向外凸起的第二凸起，其中從在所述一側(cè)上的所述凸起的頂部到在所述另一側(cè)上的所述凸起的底部的所述槽的開口為On，所述槽形成了相鄰板間的間隔；b.多個以對所述槽成角度Au在所述槽之間伸展的波紋，所述波紋具有從一個波紋頂部到相鄰波紋底部的開口Ou；以及其特征在于，Ou/On的比率大于0.3而小于0.5，Pn大于2英寸而Au大于20℃而小于40℃，借此優(yōu)化了熱性能并使所述傳熱組件的體積和重量最小化，其特征還在于，相鄰板上的波紋關(guān)于所述的槽以相反的角度延伸。
全文摘要
用于旋轉(zhuǎn)交流式空氣預(yù)熱器(10)的傳熱元件組件(40)的熱性能被優(yōu)化以便在體積和重量減小情況下提供所需的傳熱和壓降水平。該組件(40)中的傳熱板(44,46,48)具有槽(50),用于保持板的間隔和槽(50)之間的斜波紋(58)。相鄰板(44,46,48)上的波紋(58)以相反的傾斜角延伸。波紋(58)的開口與槽(50)的開口之比大于0.3而小于0.5,槽間距大于2英寸,且波紋(58)對槽(50)的角度大于20°而小于40°。
文檔編號F28D19/04GK1330763SQ99814490
公開日2002年1月9日 申請日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月16日
發(fā)明者M·M·陳 申請人:阿爾斯托姆電力公司