CN1013302B - 传热元件组件 - Google Patents

Abstract

一种回转式再生式热交换器用来通过传热元件组件交替跟热冷流体接触将热从一种热流体传给一种冷流体。传热元件组件包含多张传热板带间距交替叠装。相邻板间的间距用定距件来保持。定距件含有在板上按一定间距压成双面凸起的折叠形式的折叠以防止相邻板间出现套合。每张板上不超过半数的双面凸起折叠的倾斜腹板部份的斜角跟板上至少是半数的双面凸起折叠的倾斜腹板部份的斜角是相反对向的。

Description

本发明涉及传热元件，特别是涉及用在一种热量通过板子从热的热交换流体传到冷的热交换流体去的热交换器里的吸热板组件。更具体地说，本发明涉及一种用于回转式再生式传热装置的热交换元件组件，在这种传热装置中，传热元件通过跟热的气态热交换流体接触被加热，随后被带去跟一种冷的气态热交换流体接触将热量传给该冷的气态热交换流体。

具体应用本发明的一种热交换装置是众所周知的回转式再生式加热器。一种典型的回转式再生式加热器具有一个分成间隔的圆筒形转子，在间隔内设置有并支撑着隔开设置的传热板，这些传热板在转子旋转时轮流地暴露在一股加热气体流里，然后在转子继续旋转时暴露在一股要被加热的较冷的空气或其它气体流里。当传热板暴露在加热气体里，它们从加热气体吸取热量，随后在暴露在要被加热的冷的空气或其它气体里时，传热板从加热气体吸收的热量就传给较冷的气体。大多数这种类型的热交换器的传热板是带间隔地紧密地叠装在一起以在相邻板间提供多条通道让热交换流体在板间流通。

在这样一种热交换器中，一个给定大小的热交换器的传热能力是热交换流体与板结构间的传热率的函数。但是对商用装置来说，一种装置的应用不单是决定于所取得的传热系数，而且也决定于其它因素，诸如热交换流体通过该装置的流阻，即压力降，清理流道的难易程度，传热板的结构牢固度，以及诸如板结构的成本与重量等因素。理想的传热板将诱发一个强湍流通过其间的通道以提高从热交换流体到板上的热传导而同时在通道间保持比较低的流阻，并且也提供一个容易清理的表面构 造。

习惯上用除烟灰压气机来清理传热板，这种除烟灰压气机送出一股高压空气或蒸汽通过在叠装的传热板之间的通道从其表面上除去任何颗粒状堆积物并将它们带走，留下一个比较干净的表面。曾经发展出很多种板结构，企图取得可清理的结构并有合适的热传导。见下列的美国专利：1，823，481;2，023，965;2，438，851;2，983，486;与3，463，222。

这种清理方法遇到的一个问题是，高压喷吹介质加到比较薄的传热板上的力可能导致板破裂，除非在设计上考虑使传热板的叠装组件有一定的结构坚固度。美国专利2，596，642提供了这个问题的一个解决方案，其中单个的传热板按较密的间隔折弯以产生双面凸起槽筋，一面凸起沿一个方向从板向外伸展，另一面凸起沿相反方向从板向外伸展。于是，当板子叠装在一起来形成传热元件时，这些槽筋不单用来在相邻板之间维持正确的距离，而且提供相邻板间的支撑使板在除烟灰喷吹作业中加到板上的力在构成传热元件组件的各板子之间得到平衡。

但是，在一个含有多张具有相同槽筋的板子叠装成组的传热元件组件中，存在着相邻板的槽筋套合在一起的可能性。即所有的对应槽筋可能相互重叠在一起使相邻板间的间距消失，相邻板沿其全长或其长度的一大部分接触上。这种情况之所以可能发生在正常运行中或在除烟灰喷吹过程中是由于不正确的装配或者是由于板子间有相对运动。在任何情况下这种套合都应当避免，因为板子套合后就阻挡了相邻板间的流体流通。

在美国专利4，396，058中，提供了一种消除了相邻板套合的用于一种回转式再生式热交换器的传热元件组件。其中传热元件组件含有多张第一与第二吸热板，交替地带间距地叠装在一起从而提供了多条在相邻第一与第二板间的通道让热交换流体流经其间，板上有定距件在板间伸展以保持一个预定的相邻板间距离。定距件包含有在第一与第二板上的 双面凸起折叠。为了消除套合，在第一板上的折叠的第一凸起沿一个第一方向从板向外伸出，而其第二凸起沿着一个跟第一方向相反的第二方向从板向外伸出，同时在第二板上的折叠的第一凸起沿第二方向从板向外伸展，而其第二凸起沿第一方向从板向外伸出。这样，第二板上的折叠的斜角跟第一板上的折叠的斜角对向。因为相邻板的折叠的斜角对向，相邻板的折叠就不可能重叠起来。可惜，装配这样的传热元件组劳动量很大，因此这样的板组制造起来比具有相同槽筋的板组贵得多。

因此，本发明的一个目的是要提供一种改进的传热元件组件，其中传热板的结构牢固度由于将板子折弯成设计来消除套合的折叠而提高了，同时提供一种，它的板子制造起来比较简单并且容易装配成叠装起来的板组的传热元件组件。

为了实现本发明所提出的此目的以及其它目的，本发明的传热组件含有多张制出折叠的传热板带间距地叠装在一起从而提供多条在相邻板之间的通道让一种热交换流体在板间流通。在板上制出带一定间距设置的折叠，呈双面凸起折叠形状，这些折叠平行于流过板子的流体的流向横跨着板子伸展。折叠的凸起部形成定距件，在相邻板间伸展以保持一个预定的相邻板间的分隔距离。

每个双面凸起折叠是这样一个折叠，它具有一个沿第一方向从板向外伸出的第一凸起，一个沿跟第一方向相反的第二方面从板向外伸出的第二凸起，与及一个在折叠的第一与第二凸起的顶峰之间伸展的倾斜腹板部分。按照本发明，组件的每张板的双面凸起折叠中至少有一个的腹板部分在横向上是跟板上其余折叠的倾斜腹板部分反向伸展的。因此，在每张板上不超过半数的双面凸起折叠的倾斜腹板部分的斜角跟板上至少半数的双面凸起折叠的倾斜腹板部分的斜角朝反向倾斜的。

图1是一个回转式再生式热交换器的透视图，

图2是按本发明设计的一种传热元件组件的实施例的放大透视图，

图3是按本发明设计的另一种传热元件组件的实施例的放大透视图，

图4是按本发明设计的又一种传热元件组件的实施例的放大透视图。

参看图1，图上示出一种可采用本发明的传热元件组件的再生式热交换装置2。这再生式热交换器2含有一个壳体10，它包围着一个带有本发明的传热元件组件的转子12。这转子12含有一个圆筒形壳壁14，用径向伸展隔板连接到转子支柱16上。加热流体通过管道18进入壳体10，同时被加热流体从对面端通过管道22进入壳体10。

转子12由没在这里示出的一个电动机通过合适的减速装置接到转子支柱16来转动。在转子12旋转时，其中所带的传热板首先转动去跟通过管道18进入壳体的加热流体接触，从中吸取热量，然后跟通过管道22进入壳体的被加热流体接触。当加热流体通过传热板时，传热板从其中吸取热量。当被加热流体随后通过传热板时，该流体从传热板上吸取这些板在跟加热流体接触时吸收的热量。

如图1所示，再生式热交换器2常常用作一个空气预热器，在其中吸热元件用来将热量从在一个燃煤炉子里产生的热烟囱气体传到作为燃烧空气供应给炉子的环境空气，这样作为将燃烧空气预热并提高燃烧效率的一种手段。常常，离开炉子的烟囱气体充满着燃烧过程中产生的颗粒。这些颗粒会附着在传热板上，特别在热交换器的冷端上，在那里可能出现烟囱气体的水分凝结。

为了给传热元件组件提供定期的清理，这种热交换器配备有一个清理喷咀20，设置在被加热流体的通道里靠近转子12冷端的地方，并对着传热元件组件的开放端。这清理喷咀20在传热板慢慢旋转时引导一股高压清洗流体-典型的如水蒸汽、水或空气-通过传热板，同时喷咀本身扫过转子的端面。在高压流体通过分隔开的传热板时，流体流里的湍流引致传热板振动将粘附在传热板上的飞灰和其它的颗粒沉积振松。松落的颗粒被卷入高压流体流中被带出转子。

参看图2、3与4，示出了按本发明设计的传热元件组件30的三种不同的实施例。如图所示，每个传热元件组件由多块带间隔地交替叠装在一起以提供多条通道的传热板32组成。这些通道36提供流径让热交换流体在其间流过跟传热板进行热交换。传热板32上制出折叠38A、38B以提供定位架来保持相邻传热板按预定间距分开并使流道36开放。

传热板32通常用能够滚轧或冲压成所需形状的薄金属板制成，但是本发明并不限定用金属板。传热板32可以有不同的表面形状，诸如图2所示的平表面，但不限于平表面，最好像图3或4所示那样的波纹表面。波纹板上设置一连串的倾斜沟槽，这些沟槽跟相邻板间距离相比是比较浅的。典型的情况是这些沟槽跟流过传热板的热交换流体流成锐角倾斜，如图3与4所示。相邻传热板的波纹可倾斜于传热板间热交换流体流动路线来伸展，如图3所示那样同向排列，或者也可以如图4所示那样相互反向排列。

将传热板弯折，在板上制出带一定间距设置的双面凸起的折叠38A与38B。这些双面凸起折叠38A，38B具有从板表面分别朝相反方向向外突出的第一和第二凸起40与50以及一个伸展在一般称为峰脊或顶峰的凸起40与50的最外表面34之间的斜腹板部分。典型的情况，每个凸起40、50是基本上V形或U形凸起，从板往外伸出，其峰脊34跟组件中相邻板接触。而且，折叠38A与38B最好跟通过元件组件的流体流向平行排列，使流体流沿着凸起流动，这样，凸起对流过元件组件的流体流不产生较大的阻力，并且不会在清理时干扰高压流动介质在板间通过。

热交换板32上的折叠38A与38B的斜角是相对向的。就是，在板32上每个折叠38A的第一凸起40沿第一方向从板上外伸，而其第二凸起50则朝跟第一方向相反的第二方向从板上外伸。同时，在板32上每个折叠38B的第一凸起40沿第二方向从板上外伸，而其第二凸起50则朝跟第二方向相反的第一方向从板上外伸。这样每一个在板32上的折叠38B的腹 板部分60的斜角，即倾斜角，跟在板32上每个折叠38A的腹板部分60的斜角对向或横向。

为了防止相邻板套起来，每块板32要有至少一个其倾斜腹板部分横向于板上折叠38A的倾斜腹板部分伸展的折叠38B。在本发明的传热组件30的每块板32上的构成板上折叠总数至少一半的第一部分折叠是双面凸起的折叠38A，而在本发明的传热组件30的每块板32上的构成板上折叠总数不多于一半的第二部分折叠是双面凸起的折叠38B，这折叠38B如前所述具有一个腹板部分60，其斜角对向于双面凸起折叠38A的腹板部分60的斜角。

因为板32上每个折叠38B具有一个横向于板32上每个折叠38A的腹板部分60伸展的腹板部分60，即使相邻板的折叠对正，只要一块板上的一个折叠38B对上其相邻板的一个折叠38A，本发明的组件里的相邻板之间就不会出现套起来的现象，如果折叠38A跟折叠38B具有相同的斜角，相邻板之间就可能出现100%的套合，从而完全封闭相邻板间的流道36。

虽然设想只需用少到一个含有一个具有相反斜角的腹板部分60的折叠38B来防止相邻板间出现套合，但是最好将带反斜角的折叠38B按一定间距布置在构成板上大多数折叠的折叠38A之间。考虑每隔开两个、三个或四个折叠有一个折叠38B，而插在其间的其余折叠为折叠38A，这就足以实际上保证防止任何元件叠装组的相邻传热板间出现套合。当然，在折叠38A之间在非均匀间距的顺序位置上制出折叠38B也是可行的。例如，在每块板32上制出的隔开的折叠中，每10个为一组的折叠中第2、第5与第10折叠是折叠38B，这个10个折叠一组的其余的折叠是折叠38A，这样也会实际上防止任何叠组里相邻传热元件板之间出现套合。

设想传热元件板32可从一条做出折叠的材料的连续片材切割下来并且按工业习惯做法装配到一个元件容器框架内。美国专利4，553，458公开了一种传热元件板的制造方法，这种传热元件板用来堆叠成组以形成 传热元件板组件用来设置在一个回转式再生式热交换器的元件容器里，这种热交换器特别适宜使用那种适于成形一种按本发明的传热元件组件30的传热元件板组，这专利的内容通过引证结合到本申请中。

该专利公开了单个的传热元件板是从一条连续的传热元件材料的片材上切割下来的，随后装配在一个设置在装配线端头的一个元件容器里。制造过程开始时，一条连续的、单个元件板从其上切下的特定传热元件材料的片材从一个料卷上拉出来，通过成形压机将任何所需表面形状-最常用的是一种连续的浅波浪状的波纹-压在其上，并沿连续片材按一定间距形成所需的分隔开的折叠。在本发明的传热元件板32的制造过程中，制折叠的滚子应能在上述给定数目的一组折叠里的所需位置上制出所需数目的、具有相反斜角的腹板部分的折叠38B。制折叠的滚子每转一转就会形成连续的所需的折叠图案，这所需折叠图案随着制折叠的滚子旋转而连续重复下去。

如美国专利4，553，458详细讨论的那样，切割工序是通过连续监测一个上游折叠相对于剪刀裁切元件单板前沿的切刀线的位置来控制，所以在顺序地切出的元件单板的折叠间始终保持着至少一个预选定最小数值的错位。第一张单板的前沿沿着第一条线切下，一个特定的上游折叠、例如第一个上游折叠相对于前沿切下的第一条线的位置被检测出并存贮起来。这材料然后被推进一个等于第一张单板的指定长度的距离，然后沿第二条线切下后沿。在待切下的下一张单板内的相应于刚切下来的单板上的特定上游折叠的上游折叠的相对于沿着它切下后沿的第二条线的位置被检测出来。两个被检测折叠跟其相应基准线距离之差被计算出来并跟一个象征相邻元件单板的折叠间的最小可接受错位的预选定最小容差进行比较，以保证当板子一张叠一张地叠装在一个在装配线端头的元件容器里时，接连着的板子的折叠不会互相对正，而是像图2、3与4那样互相错开。

虽然传热元件组件30是一直按在一个回转式再生式热交换器里的实施例来描述，但是内行人应理解到本发明的传热元件组件可以用在很多其他热交换装置上，不只是再生式的，也可以是同流换热型的。而且，内行人也可以很容易地将不同的板形-有些在这里已经提及-结合到本发明的传热元件组件内。因此，打算用所附的权利要求来复盖在此地提及的与其他的在本发明的确切的精神与范围内的。

Claims (8)

1、一种用于一种热交换器的传热元件组件(30)，它含有多张传热板(32)带间距地叠装在一起从而提供多条板间通道(36)让热交换流体流通，每张所述板(32)具有按一定间距在板上制出的定距件以保持一个预定的相邻板间距离，所述定距件含有具有从板往外伸的第一与第二凸起(40、50)的双面凸起折叠(38)，每个凸起具有一个最外的表面跟邻板接触，和一个伸展在第一与第二凸起的最外表面之间的倾斜腹板部分(60)，其特征在于在每张所述板(32)上的第一部分所述折叠(38A)的第一凸起(40)沿一个第一方向从该板(32)往外伸而其第二凸起(50)则沿一个跟第一方向相反的第二方向从该板(32)往外伸，在该板(32)上的第二部分所述折叠(38B)的第一凸起(40)沿第二方向从该板(32)外伸而其第二凸起(50)则沿第一方向从该板(32)往外伸出，该第二部份所述折叠(38B)的腹板部份(60)因而具有一个跟该第一部份所述折叠(38A)的腹板部份(60)的斜角相对向的斜角，所述双面凸起折叠以相等间距沿每张板的长度形成在每张板(32)上，每一对连接着设置的折叠(38B)被至少两个插入的折叠(38A)所分开。

2、按权利要求1的一种传热元件组件，其特征在于在所述板上的双面凸起折叠的所述第一与第二凸起含有基本上是V形的槽，它的V形的顶峰从该板朝向外面。

3、按权利要求2的一种传热元件组件，其特征在于所述传热板成波浪形。

4、按权利要求1的一种传热元件组件，其特征在于在所述板上的双面凸起折叠的所述第一与第二凸起含有基本上是U形的槽，它的U形的顶峰从该板朝向外面。

5、按权利要求4的一种传热元件组件，其特征在于所述传热板成波浪形。

6、按权利要求1的一种传热元件组件，其特征在于所述板交错地叠装起来使在每一张所述板的折叠设置在其相邻板的折叠之间。

7、按权利要求6的一种传热元件组件，其特征在于所述板成波浪形。

8、按权利要求1的一种传热元件组件，其特征在于所述板成波浪形。

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