CN1011539B - 热交换器的热传导元件箱组件 - Google Patents

Abstract

一种安装在旋转再生式热变换器转筒径向靠外端的外围元件箱组件，它有多个堆叠在第一折边的平端面板和第二弧形端面板间的热传导元件片，第一和第二端面板安排在热传导元件堆叠的相对端。上、下边带沿热传导元件片堆叠的相对边延伸，并把第一和第二端面板相互连接起来，构成安放热传导元件片的元件箱框架。冲压板分别焊接到弧形端面板的上、下区域，上下邻接于安排在靠近弧形端面板的缩短的热传导元件片，并向外延伸。

Description

本发明涉及到热传导元件箱，特别是涉及到用于热交换器中放在箱子中的热吸收元件组件，其中，热量通过热传导元件片装置从热的载热流体传递到冷的载热流体。本发明在旋转再生式的热传导装置中具有特殊的用途，其中，热传导元件通过与热的气态载热流体接触而被加热，然后，热传导元件被送去与冷的气态的载热流体接触，释放出热量。

用于制造工业中的气体-气体热交换的以及用于实用蒸汽生成器上的气体-空气热交换的一种通常的热交换装置，是公知的旋转再生式热交换器。通常，旋转再生式热交换器有一个被分成扇形隔舱的圆柱形转筒，多个热传导元件被布置在转筒内，当转筒旋转时，热传导元件交替地暴露于热的气体流中，然后，通过转筒的转动与将要被加热的较冷的空气或其它气态流体接触。一般情况下，吸热体包含多个安装在扇形隔舱中的热传导元件箱组件。每一个热传导元件箱组件容纳了多个热传导元件片，当暴露于热的气体中时热传导元件片从中吸收热量，然后，当热传导元件片暴露于将要被加热的冷的空气或其它气态流体中时，热传导元件片中从热的气体吸收到的热量又传递到较冷的气体。

最通常的情况下，这样的元件箱包含有一个内有多个片状热传导元件片的框架式壳体。一般情况是，元件箱壳体包含有一框架，该框架由一对隔开的板状端面部件组成，端面部件由沿着边将端面部件相互连接起来的、成对的边带固定在一起，例如，在美国专利3，314，472、 4，561，492和4，606，400中所说明的那样。多个热传导元件片被密集地堆叠在元件箱的壳体中，在相邻的热传导元件片之间有许多供热交换流体通过的通道。与端面部件相互连接的分隔开的边带，通常成对地沿着热交换元件堆叠的相对边延伸。在热交换元件的各边，第一条边带在隔开的端面部件的上部区域之间延伸，而第二条边带在隔开的端面部件的下部区域之间延伸，并与第一条边带有一定间隔，且平行。边带可以沿纵向边向内折边，位于元件箱组件边缘上，以便提供阻挡面，防止热传导元件片从元件箱的开放端落出，如在美国专利3，314，472中所说明的那样。

通常，多个阻挡杆焊接在端面板之间，跨越顶部和底部端面，以进一步辅助阻挡热传导元件片，防止它们从元件箱的开放端落出。阻挡杆可以仅布置成跨越于热传导元件片的顶部和底部边缘，如在美国专利4，561，492中所说明的那样。另外，为了对给定高度的热传导元件片提供一个较短的元件箱，阻挡杆可以布置在热传导元件片的顶部和底部边缘上切割出来的凹槽中，如在美国专利4，606，400中所说明的那样。

阻挡杆也用作支撑提升装置的结构部件，以便于组装元件箱的操作，特别是便于安装和从热交换器中拆除元件箱。一般情况下，提升装置包含一对彼此有一定间距隔开的、在位于中央的阻挡杆上形成的孔，如在美国专利4，552，204中所说明的那样，或者包含一对彼此有一定间距的隔开的销钉，这些销钉和位于中央的阻挡杆结合起来，并且穿过位于中央的阻挡杆，如在美国专利4，557，318中所说明的那样。当 提升装置包含前面提及的美国专利4，552，204中的一对孔时，可用一对U型钩来提升元件箱，所述的U型钩跨越每一个提升孔附近的中央阻挡杆。每一个U型钩，通过一个穿过提升孔及跨越阻挡杆各边的销钉连接到阻挡杆上。当提升装置包含如在前面提到的美国专利4，557，318中的一对提升销钉时，则用一对提升把装置来提升元件箱，所述的提升把只需抓住穿过中央阻挡杆的销钉即可。

通常，这样的元件箱为梯形截锥体的外形。然而，布置在圆柱形转筒的扇形隔舱内径向靠外的元件箱，由于其外围的转筒的弯曲部分而不能呈梯形的横截面。如果这些外围元件箱呈真正的梯形截面，那末，在元件箱的径向靠外端和其外围的转筒的圆柱形壁之间将会有一个间隙。这样的间隙是不需要的，因为流过转筒并通过该间隙的气体或空气，将绕过安装在元件箱中的热传导表面，因而降低了热交换器的效率。另外，这种间隙的存在意味着转筒内未完全地充满热传导表面。

于是，在现有技术中，习惯于构建呈截头锥体形状的外围元件箱，这种截头锥体的横截面的形状是不规则的四边形，即这种四边形没有互相平行的边，而不是元件箱的端面部件相互平行的四边形。此外，还习惯于提供一个弧形的端面部件，因为外围元件箱的径向靠外端带有弧形部件，弧形部件具有与其外围的转筒的弯曲部分相匹配的弯曲部分。

在这样的外围元件箱中，布置在元件箱内的在径向靠外端延伸的热传导元件片，由于外端面部件的弯曲部分，必须被缩短。由于这些 缩短的元件片并不延伸跨越元件箱的整个宽度，它们不能如同元件箱中其余的完全跨越延伸的热传导元件片那样，通过在边带之间的紧配合，完全地固定在一个地方。因此，为了防止这些缩短的元件片变得太松散和来回移动，或在吹灰或水洗时，在高速喷射的清理介质作用力下产生弯曲，现有技术中，通常在外围元件箱组件里每一个这样缩短的热传导元件片上，安装夹持片。每一个夹持片必须由手工安装，并焊接到弧形端面部件上，其位置正好与缩短的元件片之一接合。每一个缩短的元件片上必须有两个夹持片，在元件箱的顶边一个，和在元件箱的底边一个，安装这样的外围元件箱组件的过程，劳动强度大并且耗费时间。

在本发明的外围元件箱组件里，多个热传导元件片堆叠布置在第一和第二端面部件之间，两个端面部件布置在紧靠热传导元件片堆叠的相对两端，并由延伸且焊接在端面部件之间的一条或多条边带连接起来。径向靠外端的端面部件最好呈弧形，并与使用上述外围元件箱的转筒的圆柱形外壁弯曲部分相匹配。

根据本发明，一对冲压板安装在本发明的外围元件箱组件的靠外端，以使其紧靠着缩短的元件片的上面和下面边缘，用作把缩短的元件片固定在元件箱内的装置。这两块冲压板中的一块焊接到靠外端的端面板的上边，并跨越缩短的元件片的上边延伸，而两块冲压板中的另一块焊接到靠外端的端面板的下边，并跨越缩短的元件片的下边延伸。

附图1是旋转再生式热交换器的透视图;

附图2是附图1中的旋转再生式热交换器沿线2-2的截面图;

附图3是根据本发明设计的元件箱组件的透视图;

附图4是附图3所示的元件箱组件俯视的放大平面视图，它带有安装在元件箱组件中的冲压板;

附图5是附图4中的沿线5-5的端面垂直剖视图;

附图6是附图4中沿线6-6的侧面垂直剖视图。

现在，参照附图，特别是参照附图1，它描述了一个再生式热交换装置2，可以把本发明的热传导元件箱组件用在这样的热交换器中。旋转再生式热交换器2包含：包围着转筒12的壳体10，转筒12中安装有本发明的热传导元件箱组件。转筒12包含有圆柱形壳体14，它通过径向延伸的隔板15与转筒立柱16连接。热流体通过输送管18进入壳体10，而将要被加热的流体从相对一端，通过输送管22，进入壳体10。

通过与转筒立柱16连接的马达，并经适当的减速齿轮（这里没有被说明），转筒12绕着它的轴线转动。当转筒12旋转时，放在元件箱组件30里的、且安排在转筒中由径向延伸的隔板15构成的扇形隔舱里的所谓的板状或片状热传导元件，首先被移动，用以与通过输送管18进入壳体的热流体相接触，并吸收热量，然后，再与通过输送管22进入壳体的将要被加热的流体接触。当热流体通过热传导元件片时，热传导元件片吸收热量。随后，当将要被加热的流体通过热传导元件片时，流体就从热传导元件片那里吸收热传导元件片与热流体接触时收集到的热量。

旋转再生式热交换器经常用作空气预热器，其中，热吸收元件用 作将从矿物燃料燃烧炉中生成的热废气的热量传送到将要被提供给燃烧炉作为燃烧空气的周围空气，用这样的方法使燃烧空气预热，并提高总的燃烧效率。通常，离开燃烧炉的废气带有在燃烧过程中生成的颗粒。这种颗粒有附着在热传导元件片上的趋势，尤其是附着在热交换器的冷端，在那里，可能发生废气中湿气的凝聚作用。为了周期性地清理布置在元件箱组件里的热传导元件，热交换器配备有清理喷管20，喷管20布置在将要被加热的流体的通道中邻接于转筒12冷的一端，且对着热传导元件箱组件的开端。清理喷管20引导高压清理流体，通常是蒸汽、水或空气，通过热传导元件片，在喷管本身吹拂转筒端面时，热传导元件片缓缓旋转。高压流体通过时，热传导元件片发生振荡，以振松飞灰和其它附着在那里的颗粒沉淀。然后，松动了的颗粒被夹持在高压流体流中带出转筒。

装在转筒12中的热交换材料包含许多金属制的热传导元件片，也叫做元件板，通常制成波纹状和波浪形，这样，当元件片被紧贴着呈堆叠布置时，就形成了一系列热流体和冷流体流过的内部通道。元件片通常组装成四边形的框架形式，称做为元件箱，它容纳了堆叠布置的元件片，其中的各个元件片保持在其堆叠的顺序上，在把它们放在热交换器转筒中的扇形隔舱里时，可以按整体组件形式操作。

如在附图3中说明的那样，元件箱组件30包含了多个彼此间按一定间隔关系并列的热传导元件片32，以提供其间具有许多流通通道的热传导元件片的堆叠布置，以便在用元件片32进行热交换时，提供一个热交换流体可以通过的通道。元件片32通常是可以按所需形状辊 制或模压的薄金属片，然而，本发明并不限制于使用金属的元件片。元件片32可以是多种多样的表面形状，例如，但不限于，平的表面或波纹状或波浪状的表面，或者是在波纹状或波浪状的元件片之间交替地叠装平的元件片的组合情况。在任何情况下，元件片的堆叠布置安装在一端的第一个端面部件34和在另一端的第二个端面部件36之间。端面部件34和36紧靠热传导元件片堆叠布置的两端部，并且由边带40、42和50、52固定其位置，这些边带分别在热传导元件片的上面边缘和下面边缘处，沿着热传导元件片堆叠布置的相对边安置，把隔开的第一和第二端面部件34和36相互连接起来。

当然，端面板34和36可以但无需是整块的平板。相反，端面板34和36中的一个或两个可以做成两个间隔的垂直边部件82和84，垂直边部件通过水平布置的横向延伸的上面部件86，和水平布置的横向延伸的下面部件88相互连接起来。上述四个部件82、84、86和88，在它们各自的相交处焊接在一起，最好构成一个大致呈矩形的端面板，如附图3中所示。

边带40和42的一端分别被焊在端面部件34的右上角和左上角，而它们的另一端分别被焊在相对的端面部件36的右上角和左上角。同样，边带50和52的一端分别被焊在端面板34的右下角和左下角，而它们的另一端被焊接在相对的端面板36的右下角和左下角。

如在附图3中所看到的，边带40、42、50和52最好沿位于元件箱组件的上面和下面边缘处的纵向边缘折边。折边41和43分别从边带40和42的内纵向边朝里面延伸，从上面邻接热传导元件片32的上面边缘。 同样，折边51和53分别从边带50和52的内纵向边朝里面延伸，从下面邻接热传导元件片32的下面边缘。上折边41和43以及下折边51和53，沿着元件箱组件的上面和下面边缘形成阻挡面，用来防止堆叠在里面的热传导元件片32在运输、操纵或安装期间，从元件箱组件的开放端落出。另外，多个厚度较窄的单个阻挡杆38，可以被点焊在元件箱组件30开放的顶部和开放的底部处的端面部件34和36之间，并介于边带之间，以进一步有助于阻止堆叠中的热传导元件片32从元件箱组件30的开放端落出。阻挡杆最好配备有提升装置，如在美国专利4，552，204和4，557，318中所公开的那样，以便于安装和从转筒中拆除元件箱组件。

如在前面提到的那样，对于外围元件箱组件，第二个端面部件36，即当安装在转筒12中时邻接于外壳14圆柱形壁的、在径向靠外的元件箱组件30的端面部件，最好呈弧形，如在附图4中所示。最好是，弧形端面部件36的弯曲部分与外壳14的圆柱形壁的弯曲部分相匹配。由于这个弧形端面部件36的弯曲部分，使位于外围元件箱组件30的靠外端区域，也邻接于由弧形端面部件36的弯曲部分所包围的扇形体且在其中的元件箱部分中的热传导元件片32′，必须缩短长度。因此，元件片32′短于其它在边带40、50和42、52之间，跨越元件箱组件30整个宽度的传导元件片32。

如在附图4、5和6中所示，在本发明的元件箱组件中，扇形的冲压板60和62分别跨越邻接于弧形端面部件36的、缩短了的热传导元件片32′的上部和下部边缘安装。按照这种方式，缩短的热传导元件片 32′被夹在冲压板60和62之间，因而，松动地但却可靠地固定在外围元件箱组件的靠外端区域中，而无需使用前面讨论过的外围元件箱组件的现有技术中通常所需的夹持片。为简便说明起见，本发明的外围元件箱组件表示于附图4、5和6中，其中的热传导元件片32和32′已移走（除了附图6中表示了一块缩短的元件片作为代表），以便清楚明了地说明外围元件箱组件的元件箱框架。

为制造如附图4、5和6所示的本发明的外围元件箱组件30，首先组装第一和第二端面部件34和36，即通过焊接，将它们各自折边的部件82和84，与上面和下面的横向部件86和88连接在一起，构成大致呈矩形的折边的端面板，其中较小的靠内端端面板34大致呈平型，并具有朝外延伸的折边35，而较大的靠外端端面板36呈圆弧形，它带有朝外延伸的折边37。

元件箱框架结构是这样制造的：把边带40和50焊接到较小的靠内端端面板34的一个折边35的外表面，使其分别从平板34的上面和下面的侧向区域处朝外面延伸，并把边带42和52焊接到较小的靠内端端面板34的另一折边35的外表面，使其分别从平板34的上面和下面的侧向区域处朝外面延伸。

此时，把部分组装好的元件箱框架倾倒，以端面板34作为它的底面，并把热传导元件片32面贴面地堆叠装入，用所要求数量的全宽度的元件片充满元件箱框架。这完成以后，所需数量的缩短的元件片32′堆叠装在全宽度元件片的上面，缩短的元件片的长度连续地变短，这样，最短的缩短的热传导元件片则位于堆叠的顶面，并在元件箱组装 完成时位于与靠外端的端面板36邻接的位置。

当热传导元件片32和32′堆叠在部分组装好的元件箱框架里后，再安装好弧形端面板36，这就完成了本发明的外围元件箱组件的装配。为了安装弧形端面板36，边带40和50分别被焊接到弧形端面板36的一个折边37外表面的上面和下面区域，而边带42和52分别被焊接到弧形端面36的另一个折边37外表面的上面和下面区域。

在把弧形端面板36焊到边带40、42和50、52之前，冲压板60和62被焊接到弧形端面板36的合适位置，这样就完成了充满热传导元件片的外围元件箱组件30的制造，并可准备运输和随后的安装。如在附图6中所示，上面的冲压板60被焊接到弧形端面部件36的这样的位置，以便上面邻接延伸，跨越缩短的热传导元件片32′的上面边缘，而下面的冲压板62被焊接到弧形端面部件36的这样的位置，以便下面邻接延伸，跨越缩短的热传导元件片32′的下面边缘，当弧形端面部件36被随后焊接到边带40、42和50、52后，便完成外围元件箱组件30的组装。

当热传导元件箱组件已经在一个典型的旋转再生式热交换器（其中，许多吸热材料在热流体和将要被加热的流体之间交替地转动）中具体说明时，本技术领域的技术人员会知道：本发明的热传导元件组件能够被应用在许多其它已知的热交换装置中，这种装置或者是再生的，或者是同流换热式的。另外，各种加强部件的结构，其中的一些已经在此提到了，可由本技术领域的技术人员引入本发明的热传导元件箱组件中。因此，权利要求书中将包括这里提到的改进，以及所有 其它如权利要求书中所定义的且属于本发明的实际的精神和范围的改进。

Claims (4)

1、一种用在旋转再生式热交换器中的元件箱组件，所述的元件箱组件适于放在圆柱形转筒的壳体中，邻接于圆柱形转筒壳体的外周壁，元件箱组件包括：

(1)多个并列在堆叠中的热传导元件片；

(2)热传导元件片堆叠周围的，起支撑作用的元件箱框架，元件箱框架包含第一和第二端面部件，这两个端面部件紧靠在热传导元件堆叠的相对两端，并且，至少有一对边带部件沿着热传导元件片堆叠的边布置，把第一和第二端面部件相互连接起来，第二个端面部件确定一个扇形区域，这个扇形区域在邻接于第二端面部件的元件箱框架内；

(3)两块安装到第二端面部件的冲压板，所述的冲压板之一布置成沿元件箱框架的顶边跨越扇形区延伸，另一冲压板布置成沿元件箱框架的底边跨越扇形区延伸，从而使安排在元件箱框架扇形区内的热传导元件堆叠部分被固定在冲压板之间。

2、一种如在权利要求1中所述的元件箱组件，其中，确定扇形区域的第二个端面部件是弧形的，弧形弯曲部分大致上与圆柱形转筒外壳的外周壁是匹配的。

3、一种如在权利要求1中所述的元件箱组件，其中，至少有一对边带部件包含：沿着热传导元件片堆叠相对边布置的，并将第一和第二端面部件上面的边连接起来的一对隔开的上边带，以及沿着热传导元件片堆叠相对边布置的，并将第一和第二端面部件下面的边连接起来的一对隔开的下边带。

4、一种如在权利要求3中所述的元件箱组件，其中，成对并隔开的上边带中的每一条都有横向朝里延伸的折边，与热传导元件片堆叠的上面邻接，而成对并隔开的下边带中的每一条都有横向朝里延伸的折边，与热传导元件片堆叠的下面邻接。

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