TW459121B - Heat transfer element assembly - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 發明背景 本發明係關 使用在熱交換 由一熱的熱交 說， 式回 1¾熱 流體 中將 本 所周 器係 且支 替地 較冷 係暴 露至 加熱 此類 疊， 流體 在 能， 然而 本發明係 埶型之軌 ”，、 .J- d”、 氣態熱交 相接觸， 熱量釋放 發明可以 知的旋轉 具有一圓 撐有相互 暴露至加 的空氣流 露至加熱 冷氣流或 氣體所吸 型之熱交 以在相鄰 可以在其 此類熱交 係熱交換 對於某些 於熱 器中 換流 關於 傳裝 換流 其中 出來 運用 式回 筒狀 隔開 熱氣 ，或 氣體 其他 收之 換器 的傳 間流 換器 流體 商用 傳元件總成，且詳細地說，係關於一種 之吸熱板之總成，其中熱係籍由板體而 體傳送至一冷的熱交換流體。更詳細地 熱交換元件總成，其係用以使用在轉動 置中，其中該熱交換元件總成係藉由與 體接觸來加熱，然後再與冷氣態熱交換 該熱傳元件總成係在冷氣態熱交換流體 於其上 熱型加 轉子， 之傳熱 流中， 者係其 時，其 待加熱 熱量， 係使其 熱板之 動。 中 ί — 與板體 裝置而 之其 熱器 其係 板， 然後 他待 可以 之氣 便會 傳熱 間提 中一 〇 分割 當轉 隨著 加熱 由該 態流 轉移 板以 供複 種熱交 型之旋 成數個 子轉動 轉子之 之氣態 處吸收 體時， 至較冷 隔開之 數個通 換裝 轉式 隔室 時， 轉動 流體 熱量 藉由 的氣 關係 道， 置，便 回熱型 ，其中 傳熱板 而被傳 。當傳 ，然後 傳熱板 體。大 而緊密 以使熱 係眾 加熱 配置 係交 送至 熱板 當暴 而由 部分 地堆 交換 給定尺寸之熱交換器之熱傳效 結構之間之傳熱速率之一函數。 言，裝置之使用不僅係由所能獲

第5頁 459121 五、發明說明（2) - 得之熱傳係數來決定，而是還有其他的因素需要考慮，諸 如板體結構之成本及重量。最理想的情況是，該傳熱板係 可以引致高度的擾流通過板體之間的通道，以增加由熱交 換流體至板體之熱傳效果，且同時使得在通道之間的流動 具有較小的阻抗，並且形成一較容易清洗之表面形狀。 為了清洗傳熱板，通常係提供吹氣器，其係可以傳送高 壓空氣氣流通過堆疊之傳熱板之間的通道，以將任何沉積 在其向後表面上之任何微粒，且將這些微粒清除而留下相 當乾淨的表面。此一清潔方法所遭遇到的問題係在於，在 相當薄之傳熱板上之高壓吹氣媒質之作用力，係會導致板 & 體破裂，除非在傳熱板之堆疊總成上具有一定的結構強 度。 關於此一問題之一解決方法係在一定之間隔上將個別的 傳熱板加以打摺，以提供雙葉片缺口 ，其係具有一葉片沿 著一方向而朝遠離板體之方向延伸，而另一葉片則係沿著 相反方向而朝遠離板體之方向延伸。接著當板體係堆疊在 —起而構成熱傳元件總成時，這些缺口便可用以維持相鄰 的板體，使得在吹氣器操作期間作用在板體上之作用力， 係可以在組合成熱傳元件總成之不同板體之間達到平衡。 此類型之熱傳元件總成係揭露在美國專利第4, 3 9 6, 0 5 8 號中。在此一專利中，缺口大體上係延伸在熱交換流體之 方向上，亦即，軸向通過該轉子。除了缺口之外，板體係 加以皺折以提供一系列位在缺口之間而相對於熱交換流體 之流動成銳角角度廷伸之傾斜凹溝或波狀起伏。該位在相

第6頁 ^□9121 五、發明說明（3) - 鄰板體上之波狀起伏不是以對齊方式便是以彼此相反之方 式而相對於流動線傾斜延伸而出。雖然此類熱傳元件總成 係具有相當好的熱傳速率，然而其結果係有所變化的，而 非大部份憑靠缺口及波狀起伏之特殊設計及相對關係。 發明摘要 本發明之一目的係要提供一種改良式熱傳元件總成，其 係具有最佳化之熱效能，且可以提供適當之熱傳值，以及 由於總成具有較少之體積及重量所造成之壓力降。依照本 發明，熱傳元件總成之傳熱板係具有縱向雙葉式缺口 ，且 在缺口之間係具有傾斜的波狀起伏，其中藉由使波狀起伏闩 之開口相對於缺口之開口之比值具有一定之範圍、在缺口 之間的間隔以及在波狀起伏與缺口之間的角度，係可以具 有最佳化之熱效能。在相鄰板體上之波狀起伏係相對於彼 此以及流體流動方向，而分別在相反方向上延伸而出。 圖式簡單說明 圖1係習知旋轉式回熱型空氣預熱器，其係包含有由傳 熱板所組合成之熱傳元件總成。 圖2係習知熱傳元件總成之立體視圖，其中顯示堆疊在 總成中之傳熱板。 圖3係本發明熱傳元件總成之三個傳熱板之部分的立體 L. 透視圖，其中顯示相隔開的間隔以及波狀起伏之角度。 圖4係圖3之其中一板體之端視圖，其中顯示缺口與波狀 起伏之相對開口。 - 圖5係一圖表，其中顯示針對一固定之熱傳值與壓力

第7頁 45 91&881謂 1〇年 a 1 : 五、 發明說明 (4) - 降 ，該 熱傳 元 件 總 成 之 體 積 及重量 相較於基本 值 之比值變 化 ，係 該波 狀 起 伏 開 口 相 對 於缺口 開口之比值 的 函數。 圖6係 一類似於圖3 之 視 圖 ，其中 顯示本發明 之 變化。 元 件符 號說 明 10 空 氣 預 熱 器 12 轉子 14 外 殼 16 分隔 件 17 隔 室 18 轉子 支柱 20 煙 道 氣 體 進 入 導 管 22 排出 導管 24 空 氣 進 入 導 管 2 6 空氣 排放 導管 28 扇 形 板 32 空氣 部 36 煙 道 氣 流 38 空氣 流 40 熱 交 換 元 件 總 成 42 傳熱 板 4 4 傳 熱 板 46 傳熱 板 48 傳 熱 板 5 0 雙葉 式缺 〇 52 葉 片 54 葉片 56 頂 點 57 谷部 58 波 狀 起 伏 5 9 谷部 60 板 體 62 葉片 64 葉 片 66 缺口 An 角 On 距離 Ou 距 離 Ρ π 缺口 之間 的距離 較 佳實施例 之 說 明 現請- 參照 圖 式 中 之 圖 1 -種習知的旋 轉式 回熱型預熱 器 整體係以 元 件 標 號 ί 0 來 加 以標示 。該空氣預 熱 器1 〇係具

O:\6i\6i460.ptc 第 8 頁 2001.04.24.008 459121 _索號 88121792 _θ__ 五、發明說明（袖 ， 有一轉子12，其係可轉動地安裝在一外殼14申。該轉子12 係形成有隔板或分隔件16徑向地由轉子支柱18延伸至轉子 1 2之外部周緣。該分隔件1 6係在其間界定出隔室1 7，其係 用以容納熱交換元件總成4 0。 該外殼14係界定出一煙道氣體進入導管20以及一煙道氣 體排出導管2 2，以使加熱之煙道氣體可以流動通過該空氣 預熱器10。該外殼14進一步形成有一空氣進入導管24以及 一空氣排放導管2 6，以使燃燒空氣可以流動通過該空氣預 熱器10。扇形板28係延伸通過該外殼14鄰近轉子12之上及 下表面。該扇形板28係將空氣預熱器10分割成一空氣部及 一煙道氣體部。圖1之箭頭係標示該煙道氣流3 6以及空氣 流38通過該轉子12之方向。該進入至煙道氣體進入導管20 之熱煙道氣流3 6係將熱量轉移至熱交換元件總成4 0，而該 熱交換元件總成4 0則係安裝在隔室1 7中。該加熱之熱交換 元件總成40接著便轉動至空氣預熱器10之空氣部32。在熱 交換元件總成4 0中所儲存之熱量接著便會轉移至進入該空 氣進入導管24之加熱空氣流38。該冷煙道氣流36係經由煙 道氣體排出導管22而離開空氣預熱器10，且該加熱空氣流

O:\6i\6i460.ptc 第 8a 頁 2001.04.24.009 4 5 9 1 88121792 曰 修正 五、發明說明ρ) 3 8係經由空氣排放導管2 6而離開空氣預熱器1 0。圖2係顯 示一典型的熱交換元件總成或組件4 0，其中顯示堆疊在該 總成中之傳熱板42之整體示意圖〇 圖3係描示本發明之一實施例，其中顯示三個堆疊之傳 熱板4 4、4 6及4 8。在此一圖式之實施例中，所有之傳熱板 基本上係與其他之傳熱板相同，並且係經轉動1 8 0 °而呈 現出圖式中之形狀。該傳熱板係薄金屬板，其係可以滾壓 或沖壓成適當之形狀。每一傳熱板係具有一系列相間隔之 雙葉式缺口 5 0，其係縱向延伸且與熱交換流體流經空氣預 熱器轉子之流動方向平行。這些缺口 5 0係可以維持相鄰板 體隔開一預定之距離，並且在相鄰板體之間構成流體通 道。每一雙葉式缺口 50係包含一由板體之一表面朝外延伸 出之一葉片52，以及一由板體另一面朝外延伸出之另一葉 片54。每一葉片基本上係形成V形凹溝之形狀，且該缺口 5 0之頂點5 6係由板體以相反方向而指向朝外。如在圖3中 所示，凹溝5 0之頂點5 6係與相鄰板體相銜接，以維持板體 間距。在此亦應說明的是，板體係配置成可使得在一板體 上之缺口係定位在相鄰板體上之缺口之間大約中央部位 上，以獲得最大的支撐力。該雙葉式缺口 50之間距，亦 即，在缺口之間的距離，係標示為Ρη。 每一板體在缺口 5 0之間的部位上係皆具有波狀起伏或皺 折58。這些波狀起伏58係以一相對於缺口而成一角度之方 式延伸在相鄰缺口之間，其中該角度係標示為角Au »如圖 3所示，位在相鄰板體上之波狀起伏係相對於彼此在相反

O:\61\61460.ptc 第9頁 2001.04. 24.010 459121 _案號88121792_节· 4·雀4 Β 倏屯____' 玉 '發明說明（S) — 的方向上以及在流體流動方向上延伸而出。由圖3可以肴 出，該板體44、46及48係彼此相同，僅板體46係相對於板 體44及48而轉動180。。此一優點係在於其僅需要製造一 種板體即可。 圖4係圖3之其中一板體之一部分的端視圖，其中顯示缺 口 50、葉片52及54與該波狀起伏58。該缺口 50之開口係由' 頂點5 6至谷部5 7之距離On ^該波狀起伏5 8之開口係由頂點 5 8至谷部5 9之距離0 u。依照本發明’最佳化之熱效能以及 降低的熱交換元件總成體積以尽重量，係可以由以下範圍 之形狀參數來達成： 0.5 > Ou/Οη > 0.3 Pn > 2英吋 40 ° > Au > 20 0 圖5係一圖表，其中顯示本發明相對於其中一種形狀參 數之優點，其中該參數為〇u/〇n »該圖表係顯示具有不同 0u/0n tt值之樣本之測試結果。再者，圖表亦顯示平行位 在相鄰板體上之波狀起伏以及在相鄰板體上呈相反角度 (相交）之波狀起伏之間的差異。 該圖表係顯示熱交換元件總成相較於基本體積及重量之 比值’乃係〇u/〇n比值之函數。該基本體積及重量係取 Ou/On=〇.375。由圖上可以看出，當0u/0n由此一基本值 遞減時’該體積及重量係會增加。依照本發明，該〇u/〇n 之下限值係0.3，此時之體積及重量仍落在可以接受之範 圍内。雖然隨著0 u / 0 η比值之增加可以得到較佳的體積及

O:\61\61460,ptc ------------------ 第 10 頁 2001.04 24,011 459121 - 五、發明說明（7) · 重量比值，然而在0 u / Ο η = 0 . 5時便會達到波狀起伏相較於 缺口之開口的實際高度限制。其他之測試則顯示，當該 〇u/On由0.237增加至0.375時，該熱傳因子（Coburn j因 子）係會增加大約47%。 採用本發明之參數，係會產生一漩流，其係包括渦流及 第二流動模式。該流動係會撞擊在板體上，且因而轉移熱 量。旋流亦可用以混合流動中之流體，而提供較均勻的流 動溫度。該漩流接著便流動而再次地在下游撞擊板體。此 一撞擊及混合程序係會持續而加強了熱傳速率，然而不會 增加壓力降，其中該壓力降係由於針對所轉移之相同總熱㈠ 量但總.成之體積及重量減少所致。 圖6係顯示本發明之其中一變化，其中該板體44及4 8係 與圖3之對應板體相同。然而，在圖6中之板體60係與在圖 3中之板體46不同。如圖所示，在板體60中之缺口 66的葉 片62及64係由圖3中之對應葉片52及54而形成相反之方 向。因此，板體6 0係與板體44及48不同，但本發明相同之 參數仍可以應用，且在相鄰板體上之波狀起伏仍然係在相 反的方向上延伸。

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Claims (1)

1. 六、申請專利範圍 - 1. 一種用於熱交換器之熱傳元件總成，其包含複數個第 一熱吸收板及複數個第二個熱吸收板，其係以隔開之關係 而交替地堆疊，藉此在相鄰之第一及第二板體之間形成複 數個通道，以使熱交換流體可以在其之間流動，每一第一 及第二板體係具有： a. 複數個雙葉式缺口，其係彼此平行地延伸且相互 隔開一距離Pn，且每一缺口係包含一第一葉片，其係由該 板體之一面朝外突伸而出，以及一第二葉片，其係由板體 之另一面朝外突伸而出，且其_該缺口之開口由一表面上 之葉片頂端至位在另一面上之葉片之谷部之距離係On,，該 & 缺口係構成相鄰板體之間咏分隔部；且 b. 複數個波狀起伏，其係以一角度Au而在該開口之 間延伸，該波狀起伏係具有由該波狀起伏之頂端至相鄰之 波狀起伏之谷部之開口 〇u ;且 其中該Ou/On之比值係大於0 , 3且小於0. 5，且Pn係大 於兩英吋，而A u則係大於2 0 °而小於4 0 ° ，以藉此具有最 佳化之熱效能，且可以使熱傳元件總成之體積及重量最小 化，且其中在相鄰板體上之波狀起伏係以相對於該缺口之 相反角度延伸而出。

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