傳熱與傳質元件組件的製作方法

2023-06-08 04:50:51 2

專利名稱：傳熱與傳質元件組件的製作方法
背景技術：
本發明涉及傳熱與傳質板組件，該組件與任何壓降增加相比，改善了傳熱水平。更具體地說，組件具有在相鄰板件之間的間隙中流動的氣流，由此使熱量在各板件和流體之間傳遞和/或板件以如催化作用的方式作用於流體上，以便在流體內部進行傳質。更具體地說，組件用於在迴轉再生式空氣預熱器中傳熱，或用於一種供支持催化劑用的襯底，該催化劑減少在板件上方流動的煙道氣流中的NOx。
本發明對其有特殊應用的一種類型熱交換裝置，是眾所周知的迴轉再生式加熱器。一般的迴轉再生式加熱器具有一圓柱形轉子，該圓柱形轉子分成若干隔段，在這些隔段中設置和支承間隔開的傳熱板，當轉子運行時，各傳熱板交替式暴露於熱氣流中，然後在轉子旋轉時暴露在較冷的空氣流或其它待加熱的氣態流體中。當傳熱板暴露於熱的氣體中時，它們由其吸收熱量，而然後暴露於冷空氣或其它待加熱的氣態流體中時，通過傳熱板將從熱的氣體中吸收的熱量轉移到較冷的氣體中。大多數這種類型的熱交換器都具有它們的傳熱板，這些傳熱板以間隔開的關係緊密地疊置，以便在相鄰的板件之間提供若干通道，用於使熱交換流體在其間流動。
在這種熱交換器中，規定尺寸的熱交換器其傳熱能力隨熱交換流體和板件結構之間的傳熱速率而變。然而對於商業裝置，裝置的應用不僅是由所得到的傳係數決定，而且還由其他因素決定如板件結構的成本和重量等。理想情況是，傳熱板將通過它們之間的通道產生很大的紊流，以便增加從熱交換流體傳熱到各板件，而同時對通道之間的流動提供比較低的阻力並且還存在一種可容易清洗的表面形狀。
為了清潔傳熱板，通常是設置煙垢吹淨器。該煙垢吹淨器在疊加的傳熱板之間的通道中送進高壓空氣或汽流的鼓風，以便從其表面驅走任何顆粒沉積物，並將它們運走，同時留下比較清潔的表面。用這種清潔方法所遇到的一個問題是，高壓鼓風介質加到比較薄的傳熱板上的力，除非將傳熱板的疊加組件設計成一定量的結構剛度，否則會導致板件破裂。
這個問題的一個解決方案是，以經常的間隔將各個傳熱板捲曲，以便提供雙凸起式凹槽，該雙凸起式凹槽有一個凸起朝一個方向延伸離開板，並且有另一個凸起朝相反方向上延伸離開板件。那麼當各板件疊加在一起以便形成傳熱元件組件時，這些凹槽用於如此保持相鄰的板件，以便在煙垢吹淨操作期間施加在板件上的力可以在製成傳熱元件組件的各種板件之間平衡。
在美國專利No.4,396,058中公開了一種這種類型的傳熱元件組件。在該專利中，凹槽在熱交換流體流動的總體流動方向上延伸，亦即在軸向上穿過轉子延伸。除了凹槽之外，將板件製成波紋狀，以便提一系列斜槽或起伏，這些斜槽或起伏在凹槽之間與熱交換流體的流動方向成銳角延伸。相鄰板件上的起伏或是以對準的方式，或是以彼此相反的方式相對流線傾斜延伸。儘管這種傳熱元件組件顯示良好的傳熱速率，但根據特殊的設計和凹槽與起伏之間的關係，結果可能變化相當大。
圖2是一種常規傳熱元件組件的透視圖，它示出在組件中疊加的傳熱板。
圖3是按照本發明所述傳熱元件組件的三塊傳熱板各部分的透視圖，它示出各凹槽和V形凸肋的間距。
圖4是圖3中板件之一的頂視圖，它示出V形凸肋的方向和尺寸。
圖5是兩塊圖4中板件的頂視圖，兩塊板件疊加在一起成V形凸肋關係。
圖6是典型V形凸肋設計的剖視圖。
圖7是與圖4相同的視圖，它示出本發明的一種變化。
圖8是兩塊板件在頂板局部斷開情況下的頂視圖，它示出本發明的另一種變化。
優先實施例說明參看附圖中的

圖1，一種常規的迴轉式可再生預熱器一般用標號10表示。空氣預熱器10具有一個轉子12，轉子12迴轉式安裝在外殼14上。轉子12由若干膜片或隔板16形成，它們在徑向上從轉子支杆18延伸到轉子12的外周邊上。這些隔板16在它們之間限定若干隔間17，用於安裝熱交換元件組件40。
外殼14限定一個煙道氣進氣管道20的一個煙道氣出氣管道22，用於熱煙道氣流過空氣預熱器10。外殼14還限定一個空氣進行管道24和一個空氣出氣管道26，用於燃燒的空氣流過預熱器10。扇形板28鄰近轉子12的上和下端面延伸跨過外殼14。各扇形板28將空氣預熱器分成空氣扇形區和熱煙道氣扇形區。圖1中的箭頭表示煙道氣流36和空氣流38通過轉子12的方向。熱煙道氣流36通過煙道氣進氣管道20進入，將熱傳送到安裝在隔間17內的傳熱元件組件40上。然後將被加熱的傳熱元件組件40旋轉到空氣預熱器10的空氣扇形區32處。然後將傳熱元件組件40蓄集的熱傳送到通過空氣進氣管道24進入的燃燒空氣流38中。冷的煙道氣流36經由煙道氣出氣管道22排出預熱器10，而被加熱的空氣流38經由空氣出氣管道26排出預熱器10。圖2示出一種典型的傳熱元件中籃件40，該籃件40示出疊加在組件中的傳熱板42的一般表示法。
圖3示出三塊按照本發明所述分別形成的傳熱板42。這些板件以間隔開的關係疊加，以便在它們之間提供若干個通道44。這些通道44提供用於熱交換流體的流動路線，以便向各板件提供熱交換。每塊板件42都是平面的，並且含有若干平行間隔開的凹槽46，正如現有技術中所已知的，這些凹槽46是隔離物，以便使相鄰的板件保持隔開一預定的距離，這些凹槽46通過將各板件捲曲形成，以便提供雙凸式凹槽，這些凹槽具有凸出部47，它們從板件的表面朝相反方向向外伸出。凸出部的頂端接觸相鄰的板件，以便保持間距。這些凹槽已經公開，例如在美國專利4,396,058中。儘管這個圖3公開了雙凸式凹槽46以便將各板件間隔開，但本發明不限於這些特殊的隔離物。任何類型的間隔裝置都可以與本發明一起應用。另外，儘管圖3把這些凹槽46顯示成在相鄰的板件上交錯排列，但這種交錯排列用其它形式的隔離物可能就不需要。
按照本發明，板件42形成帶有多個V形凸肋48和50，它們從每塊板材相對的平表面中突出，並且跨過各板件在從一側到另一側和凹槽之間垂直於流動方向延伸。每個凸肋都將在一塊板件其中一個平表面上作為凸起出現而在該板件相反的平表面上作為凹陷或凹坑出現。多個V凸肋式樣在流動方向上從一端到另一端以後面說明的選定節距(間距)Pr重複。在兩個凸起的凸肋之間的是一個凹陷的凸肋，它提供板件另一側上的多個V形凸肋式樣。這已在圖3中示出，此處各凸肋48從板件朝上延伸，而各凸肋50朝下延伸。每排V形凸肋都包括一系列的V形凸肋分段；這些V形凸肋分段又每個都包括形成V的兩個直的分段。如圖3所示及下面圖4和5所述，相鄰各排的V形凸肋分段朝相反的方向定向。
圖4是單塊板件一側的示意平面圖，此處朝上伸出的各凸肋48用實線表示，而朝下伸出的各凸肋50用虛線表示。圖5示出兩塊疊加的板件，並用圖說明所有的板件都相同，並在一塊板件上的各凸緣與相鄰板件上各凸緣對準的情況下疊加。圖6是沿著圖4中線段6-6所作的凸肋剖視圖，它示出各凸緣的優選形狀和基本尺寸。本發膽的基本幾何形狀參數，在圖3，4和6這些圖中表示，其中板件間距＝H凸肋高度＝h凸肋半徑＝r相對凸肋高度＝h/H凹槽節距＝Pn凸肋節距＝Pr相對凸肋節距＝Pr/h凸肋角 ＝θV形凸肋長度 ＝2W縱橫比 ＝W/H
用於本發明的最相關的參數和比例的取值範圍如下0.1≤h/H≤0.48≤Pr/h≤5015°≤θ≤45°各排V形凸肋其中每個V分段的長度，2W，是板件間距，H的函數。本發明的範圍是0.5H＜W＜4H理想情況是，W等於H。作為一種典型裝置的特殊例子，尺寸可以如下H ＝ 6mmPr＝ 30mmPr/H ＝ 5θ＝ 45°h ＝ 0.6mmh/H ＝ 0.1W ＝ 6mmW/H ＝ 1.0Pr/h ＝ 50在本發明中，多個V形凸肋形成一系列的平行的縱向旋渦，這些旋渦在由於壓降增加而有比較小損失的情況下，提供顯著的平均傳熱量增加。各縱向旋渦具有它們的旋轉軸線，這些軸線與通過各板件之間的通道的中央液流對準。結果，在位於遠離旋轉軸的那一點處的流體流速與中央流方向成一個角度。由於這些平行的旋渦存在，相鄰的旋渦必須反方向旋轉。另外，這些旋渦在它們旋轉軸中部處的平面中彼此相反起作用。現有的板件設計在每個板面處都產生湍流，但沒有特定的將兩塊板上的流體作用聯合來產生有利流動型態的板件幾何形狀設計。
圖7示出本發明的另一個實施例，其中各凸肋在V形的頂端處是不連續的，因此在每個V形凸肋48和50分段之間都提供間隙52。在製造過程中，當形成多個V形凸肋時，這些間隙在金屬中將產生較少的應力。另外，各間隙可通過提供用於凹槽46的定位點，用來在垂直於主氣流的方向上將疊加的傳熱板42排齊。圖8示出另一個實施例，此處突入凸肋50的式樣與板件上凸出凸肋的式樣方向相同，而不是象圖3，4和7那樣顛倒或翻轉。儘管所有的板件都可以相同，但每塊另外的板件都在析件的平面中轉動180°，導致了同時結果造成由圖8中兩塊板材所示的結構。正如可以看到的，在兩塊板材底部的頂面上的各排凸出的凸肋基本上是除了V』翻轉180°外，與頂部板材的頂面上各排凸肋對準。這種式樣具有每單位壓降比圖3和4所示的裝置有更好的傳熱增加。這是由於一塊板上凸緣的谷底與那塊板上上遊和下遊的相鄰凸肋排成一行，並因而形成較小的壓降。缺點是以連續軋製法製造的板件不能只疊加在彼此頂面上。每塊其它的板件在疊加之前，都必須轉動180°。
權利要求
1.一種用於熱交換器的傳熱組件，包括若干吸熱板件，每塊板件都具有側面和端面及兩個相對的平表面，並且以間隔開的關係疊置，因而提供若干在相鄰板件之間的通道，供熱交換流體從一端到另一端在它們之間流動，上述板件每塊都具有a.從上述對置的平表面中至少一個表面延伸的裝置，它形成隔離物以便接合相鄰的板件並保持上述板件間隔一個距離H；和b.若干排間隔開的V形凸肋，它們在上述板件上從一側到另一側延伸，同時每排都包括一系列的V形凸肋區，上述凸肋區從上述平表面中之一伸出一個距離h，該距離h小於距離H，並且上述若干相鄰排從上述板件對置的平表面中突出。
2.如權利要求1所述的一種傳熱組件，其特徵在於比值h/H的取值範圍是0.1-0.4，並且相鄰排的V形凸肋間隔開一定距離Pr/2，比值Pr/h的取值範圍是8-50，上述各排V形凸肋的每個V形區的長度是2W，W與H的關係是0.5H＜W＜4H。
3.如權利要求2所述的一種傳熱組件，其特徵在於上述凸肋區相對於從一邊到另一邊方向的角度是15°-45°。
4.如權利要求1所述的一種傳熱組件，其特徵在於上述每塊板件中若干相鄰排中V形凸肋區系列朝相反方向上定向。
5.如權利要求4所述的一種傳熱組件，其特徵在於上述若干板件都相同，並且上述各板件疊置，因而上述相鄰板件上的各排相互對準，並且上述對準的各排從上述相鄰的板件朝相同方向上突出。
6.如權利要求4所述的一種傳熱組件，其特徵在於每個V形凸肋區都包括形成上述V形的兩個直的區，並且還包括上述V形凸肋區之間及上述直區之間上述各排V形凸肋中的間隙。
7.如權利要求1所述的一種傳熱組件，其特徵在於上述若干排中相鄰排的各系列V形凸肋區，都朝相同方向上定向。
8.如權利要求7所述的一種傳熱組件，其特徵在於上述若干板件相同，並且相鄰的板件旋轉180°，因而相鄰板件的V形凸肋區朝相反方向上定向。
9.如權利要求8所述的一種傳熱組件，其特徵在於上述相鄰板件上的各排相互對準，並且上述對準的各排從上述相鄰的板件中朝相同方向上突出。
全文摘要
一種用於迴轉再生式空氣預熱器(10)的傳熱組件(40),具有若干傳熱板(42),傳熱板(42)包括用於將板件(42)間隔開以便形成流動通道(44)的裝置和若干排跨越流動通道延伸的V形凸肋(48,50)。每塊板件(42)上交替式的V形凸肋(48,50)排從板件(42)相對的表面向外伸出。把用於使一塊板件(42)上的凸肋(48,50)與相鄰板材(42)上的凸肋(48,50)對準的幾種安排說成是每塊板材(42)上交替改變相鄰排的凸肋(48,50)的方向。凸肋(48,50)的高度與板件(42)間距的關係說成是凸肋間距與凸肋高度(h)和板件間距(H)與V形凸肋部分長度(2W)的關係。
文檔編號F28D19/04GK1335926SQ99816213
公開日2002年2月13日 申請日期1999年12月20日 優先權日1999年2月17日
發明者M·M·陳, C·－O·E·奧爾松 申請人:阿爾斯託姆電力公司