CN1024297C - 用于热交换器的单元格组件 - Google Patents

Abstract

一种用于回转再生式热交换器(2)的单元格组件(30)，它由多个在由上部和下部板条壳件(34，44)形成的支撑格框架内成组叠放的热传递单元板(32)组成，其中每个壳件都制成具有一底端(342、442)和一对向外伸展的隔开部分(344，444)的槽式构件。壳体(34，44)在它们的底端由拐角的角铁相互连接起来，在它们隔开部分的外端由闭合构件(36)相互连接起来，以形成一个四侧面框架外壳。固定护栅(42a，42b)装在槽式壳体(34，44)内以便跨过叠置的单元板(32)的上部和下部表面将单元板固定在外壳内。

Description

本发明涉及热传递单元格，更准确地说，涉及供热交换器用的格中热吸收板组件，其中，热通过一些板件从热的热交换流体中传递到冷的热交换流体中。本发明在回转再生式类型的热传递设备中有特殊的应用，其中，装在这种格中的热传递单元板通过与热的气态热交换流体接触被加热，随后，又与冷的气态热交换流体接触，热传递单元即将其热量传给冷的热交换流体。本发明单元格最适合于用在回转再生式预热器的热端。

通常用于制造工业中的气体与气体的热交换器和用于公用事业蒸汽锅炉上的气体与空气的热交换器的一种热交换设备是著名的回转再生式预热器。一般来说，回转再生式预热器有一个分隔成若干扇形隔室的圆筒形转子，隔室中放置有许多热传递单元，随着该转子转动，热传递单元交替地暴露于一股热的气体中，然后，随着转子的继续转动，又暴露于一股冷却的空气中或暴露于待加热的其它气态流体中。吸热质量一般包括多个装在扇形隔室中的热传递单元格组件。每个热传递单元格组件容纳有多个热传递板，当暴露于受热的气体时，该板就从其中吸收热量，而当暴露于冷却空气中或暴露于待加热的其它气态流体中时，由热传递板从热气体中吸收的热就传递给较冷的气体。

更常见的是，这样一个单元格包括一个其内设置有多个片式热传递板的框式外壳。一般来说，该单元格外壳包括有一个由一对隔开的板式端部件形成的框架，该对端部件是由沿其侧边将端部件相互连接起来的成对的侧边条固定在一起的，如美国专利3，314，472;4，561，492和4，606，400所示的那样。多个热传递板以小间距的关系叠置在格外壳内，以便提供多条在毗邻的板之间的通道，热交换流体即从这些通道流过。将隔开的端部件相互连接起来的侧边条一般成对地沿热交换单元的叠置组相对的两侧延伸。在热交换单元的每一侧都有一条在隔开的端部件的上部区域之间延伸的第一条侧边条和一条与第一侧边条处于隔开平行关系在端部件的下部区域之间延伸的第二侧边条。这些侧边条可以沿着位于格组件边缘处的纵向边缘向内折缘以提供一固定面，用来防止热传递板从单元格的开口端处脱落，如美国专利3，314，472所述。

过去构造的带有箱式外壳的单元格表示在美国专利第3，379，240号中。正如该专利中所述，单元格是由整体薄板折叠成一般的U形件形成的，该U形件有一底端和两个向外延伸分开的部分。校准尺寸的整体端板在热交换单元薄板已叠置在由U形件限定的外壳内之后焊接在U形件两个 分开部分的外端部分之间。在叠置的单元薄板和U形件的底端之间设置一个弹性弯曲压力件以确保压力施加在叠置的单元上，从而使单元薄板靠在焊接在U形件两个分开部分之间的端板上形成密实的堆积组。

不管单元格是框式外壳或是箱式外壳，多个固定杆一般都横跨其顶端或底端焊接在端部件之间以进一步帮助使热传递单元板不致于从单元格的开口端脱落。固定杆可以仅仅设置成横跨热传递单元板的顶部边缘和底部边缘，如美国专利第4，561，492号所示。另一种可能是，为了提供一个用于给定板高的较短的格，固定杆可以设置在热传递单元板的顶部边缘和底部边缘上切出的凹槽内，如美国专利第4，606，400号所述。

固定杆也可作为支撑提升装置的结构件，用以便于搬动组装好的单元格，尤其是便于在热交换器上安装和拆卸单元格。一般来说，提升装置包括在设置在中间位置的固定杆上形成的一对间隔开的孔，如美国专利第4，552，204号所述，或者包括与设置在中间位置的固定杆成一整体并贯穿该杆的一对间隔开的销，如美国专利第4，557，318所述。当提升装置包括如前面所述美国专利第4，552，204号中的一对孔时，单元格是通过一对挂钩装置来提升的。该装置设置成横跨每个提升孔附近的中部固定杆上。每个挂钩通过贯穿提升孔和跨在固定杆上的挂钩两侧的销与该固定杆连接。当提升装置包括如前面所述美国专利第4，557，318号所示的一对提升销时，单元格是通过以简单的方式挂住贯穿中央固定杆的销的一对提升凸耳来提升的。

这种先有技术的单元格已成功地使用了多年，但是，这种箱式单元格由于其重量重的原因被限制用于热交换器的冷端，因为在冷端的格一般只有约一英尺深。由于这种箱式单元格的整体壁结构，深一些的箱式单元格重量大而且材料成本高。先有技术的框式格虽然要轻于类似尺寸的箱式格，但由于必须焊接在一起以形成框式外壳的独立构件的数量又会导致劳动强度过大。此外，在框架的焊接中可能会出现杆式构件的变形，这会导致保持合适公差方面的困难。

本发明的目的是提供一种改进的单元格组件，其中，单元格具有框式构造，但与现有技术的框式格相比其变形小，组装的劳动强度低，同时其重量还轻于相同尺寸的现有技术箱式格。

为了实现此目的和通过此处的描述将揭示的其它目的，本发明的单元格组件包括多个以叠置组形式的热传递单元板，以便形成多条贯穿其内的流动通道，和一个环绕热传递单元板的叠置组以支撑单元板的格框架。该各框架包括上部和下部壳件，每个壳件都制成一个有一底端部分和一对从其底端部分以分开方式向外延伸的隔开部分，而且上部和下部壳体在它们的底端部分通过装置，例如在垂直隔开的上部和下部壳体的底端部分拐角之间垂直延伸的一对隔开的角铁相互连接在一起，而在它们隔开部分的外端通过一块端部闭合板相互连接在一起，以形成一个绕热传递单元板的叠置组的框架。沿热传递单元板叠置组的上部和下部表面配置有连接到框架上的固定装置，用来将热传递单元板保持在格框架内。

图1是回转再生式热交换器的立体图;

图2是沿图1中2-2截面截取的回转再生式热交器的平面图;

图3是根据本发明设计的单元格组件的立体图;

图4是图3所示单元格组件的俯视平面图;

图5是沿图4中5-5截面截取的单元格组件的剖面图;

图6是图4所示单元格组件左端的立视图;

图7是图4所示单元格组件右端的立视图。

现参见附图，更准确地说是参见图1，图中示出一个再生式热交换设备2，在该设备中可以使用本发明的热传递单元格组件。该回转再生式热交换器2包括一个包封着转子12的壳体10，转子12中装有本发明的热传递单元格组件30。转子12包括一个由径向延伸的隔片15连接到转子柱16上的圆筒形薄壳14。热的流体通过管道18进入壳体10，而待加热的流体通过管道22从与热流体进入壳体相反的一端进入壳体10。

转子12由一个通过合适的减速齿轮连接到转子柱16上的电动机（图中未显示）驱使其绕其轴线转动。当转子12转动时，装在单元格组件30内的热传递单元32（称作薄板或板，它们设置于转子内由径向延伸的隔片15形成的扇形隔室中）首先与通过管道18进入壳体内的热流体接触，以 便从其上吸收热量，然后再与通过管道22进入壳体的待加热流体接触。当热的流体从热传递单元板上流过时，热传递单元板从流体中吸收热量。当待加热流体随后从热传递单元板上流过时，该流体即从热传递单元板上吸收该板在与热的流体接触时吸收的热量。

回转再生式热交换器常用作空气预热器，其中，热吸收元件作为一种预热燃烧空气并提供整个燃烧效率的装置用于将在烧矿物燃料的炉中产生的炽热烟气中的热量传递给供入炉中作为燃烧空气的环境空气中。炉中释放的烟气经常充满燃烧过程中产生的颗粒。此类颗粒会沉积在热传递单元板上，尤其是在热交换器的冷却端，烟气中的水份有可能在那出现冷凝。为了能够定期清理设置在单元格组件内的热传递元件，热交换器配置有一个清理喷嘴20，它设置在靠近转子12的冷却端并在热传递单元格组件开口端的对面处的待加热流体的通道内。清理喷嘴20在板缓慢转动时向其上喷过一股高压清洗流体，一般是蒸气、水或空气，同时喷嘴自身清扫转子的端面。流过热传递单元板的高压流体使板产生振动，从而将烟灰和粘附在其上的其它颗粒沉积物振松。然后振松的颗粒在高压流中被带出转子。

装在转子12中的热交换材料包括多个金属热传递单元板，也称薄板，其上一般形成有波纹或起伏，以便当这些板以相互邻近的关系放成一个叠置组件时，就可提供一系列的内部通道，加热流体和冷却流体通过这些通道流动。这些板一般按四边形的板排组装，并用专用的板保持它们的排列顺序，以便它们可以被处理成放置在热交换器转子内的扇形隔室中的一个整体组件。

如图3所示，单元格组件30包括多个以隔开的关系并置的热传递单元板32，以便提供一个其间具有多条流动通道的叠置板组，从而提供一条热交换流体可以与板32进行热交换关系的方式流过的流路。板32通常是能够轧制成或冲压成需要构形的金属薄板，不过，本发明不是一定要限制于使用金属薄板。板32可以有各种表面构形，例如（但不限制于此），扁平面、波纹形或起伏形表面，或者是这些表面形式的组合，即平展的板交替地叠放在波纹形或起伏形的板之间。

在本发明的单元格组件30中，不管板的构形或构造的材料是怎样的，热传递单元板32的叠置组总是包容在一个方格形框架中，该框架是由一个上部槽式壳件34和一个下部槽式壳件44形成的，两壳体在底端部分的拐角处用垂直延伸的角铁35将它们相互连接在一起，而在它们的向外伸展的部分的端部用一块闭合板38将它们相互连接在一起，以形成一个其顶部和底部由护栅式构件42a和42b盖住的四侧面外壳，该护栅式构件作为将这些单元板固定在四侧面外壳内的装置。

现参见图4、5、6和7，其中，本发明的单元格组件30的框式结构图示在各个视图中，为了表示框式结构自身的情况图中略去了单元板32，上部和下部壳件34和44各自包括有细长的板条构件，这些板条构件制成分别具有底端部分342、442，和分别有一对从其底端部分以分开的方式向外伸展的隔开部分344、444的槽式构件。在图4、5和6中可清楚地看出，上部和下部壳件34和44是在它们的底端部分由支撑装置35将它们相互连接在一起的，支撑装置35最好包括一对垂直延伸的角铁，它们分别设置在上部和下部壳件34和44的底端部分342和442的两个拐角处，以将隔开的壳体相互连接起来。

为了封住四侧面的格外壳，端部闭合件36在外壳的下端连接在下部壳件44的向处伸展部分444的端部之间，而在外壳的上端连接在上部壳件34的向外伸展的部分344的端部之间。虽然端部闭合件36可以是一块整体板件，但最好还是将端部闭合件36制成框架构件，以便减轻单元格的总重量。因此，端部闭合件36最好由隔开的、水平设置的上部和下部板条构件52和54形成，板条构件52和54由焊接在其上的垂直延伸的角铁56和58将它们相互连接起来，以形成一个具有一中央开口部分的框架构件，如图7所示。

为了将热传递单元32的叠置组固定在由连接在一起的上部和下部壳件34和44以及端部闭合件36形成的四侧面外壳内，将护栅式构件42a装在上部壳件34和端部闭合件36之间以跨过热传递单元板32的叠置组的上表面，并将护栅式构件426装在下部壳件44和端部闭合件36之间以便跨过热传递单元板32的叠置组的下表面。护栅式构件42b实际上形成一个底板支承结构，热传递单元32的叠置组在格外壳内搁在其上，而护栅式构 件42a实际上形成一个罩在格外壳上的顶板结构以防止单元在运输和搬动过程中从格外壳上落出。护栅式构件42a和42b仅仅由不多的几根杆式构件48形成，以便为流入格中、流过相邻单元板32之间的流动通道，然后从格中流出的加热气体和待加热气体保持较大的开口流通面积和保持流动扰动。如前所述，提升装置，例如公开在共同转让的美国专利第4，552，204号和4，557，318号中的提升装置，可以设置在形成上部护栅式构件42a的固定构件48上，以便于在热交换器上搬动、安装和拆卸单元格组件。

本发明单元格组件30的组装的劳动强度要小于常规框式格组件。为制造本发明的单元格组件30，预成形的槽式上部和下部壳件34和44通过在它们之间焊接角铁35的方式相互隔开地连接起来，使角铁在隔开的上部和下部壳件34和44的底端部分342和442的拐角之间垂直延伸，从而形成一个三侧面的外壳组件。图6可以清楚地看出，形成这种外壳组件只需要四个焊接点。单元格的高度或深度通过简单地选择角铁35的长度以满足给出格的总体深度的要求，就可以很容易地随各种应用场合而变，而不会大大增加格的重量。接下来，将上部和下部固定构件42a和42b以平头焊方式分别焊接在上部和下部壳体34和44的底端部分和向外伸展的部分之间，形成一个准备容装热传递单元的外壳。

现在将部分装配好的格框架倒立，以上部和下部壳体34和44的底端部分作为其底部，将热传递单元板并排地叠放，以所需数量的热传递单元板填满该格。热传递单元板在部分装配好的格框架中这样叠放后，就将端闭合件36（它一般如上文所述那样由两个水平延伸构件和两个垂直延伸构件预成形）通过图7中看得最清楚的四个焊接点焊接在上部和下部壳件34和44的部分344和444的外端部之间。

虽然热传递单元格组件已在回转再生式热交换器中示出，其中热吸收材料交替地在热流体和待加热流体之间转动，但是，熟悉本技术的人应该意识到，本发明的热传递单元组件还可以应用在许多种其它已知的再生或回流换热型的热交换设备中。此外，各种单元构形，其中一些已在此处提到过，可以由熟悉本技术的人很容易地结合在本发明热传递格组件中，因此，权利要求书要求保护在此文中提到过的变更型以及落入由权利要求书界定的本发明的真实精神和范围内的所有其它变更型。

Claims (4)

1、一种供回转再生式热交换器用的单元格组件，它包括多个以叠置组形式排列的热传递单元板，以便形成多个贯穿其内的流动通道；

一个与其成支撑关系环绕着热传递单元板的叠置组的格框架，和贴靠在热传递单元板的叠置组的上部和下部表面上并连接到框架上用以将热传递板固定在框架内的装置；其特征在于所述的格框架包括：

a.以平行隔开关系设置的第一和第二壳件，所述第一壳件沿热传递单元板的叠置组的上部设置，所述第二壳件沿热传递单元板的叠置组的下部设置，所述第一和第二壳件的每一个都包括一个形成槽式构件的细长的板条构件，所述槽式构件有一底端部分和一对从该底端部分向外伸展的隔开部分；

b.将第一壳件的底端部分和第二壳件的底端部分相互连接起来的装置；

c.一个装在第一和第二壳件的隔开部分的外端之间以便形成一个绕热传递单元板的叠置组的框架的端闭合构件。

2、如权利要求1所述的单元格组件，其特征在于：将第一壳件的底端部分和第二壳件的底端部分相互连接起来的所述装置包括一对在槽式第一壳件的拐角和槽式第二壳件的拐角之间垂直延伸并将它们相互连接起来的隔开的角铁。

3、如权利要求1所述的单元格组件，其特征在于：贴靠在热传递板的叠置组的上部和下部表面上并连接到框架上用以将热传递板固定在框架内的所述装置包括至少一个装在第一壳件和端闭合构件之间并跨过热传递单元板的叠置组的上表面的固定杆，和至少一个装在第二壳件和端闭合构件之间并跨过热传递单元板的叠置组的下表面的固定杆。

4、如权利要求1所述的单元格组件，其特征在于：所述第一和第二壳体的每一个的隔开部分以分开的方式向外伸展。

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