CN104797901A - 具有增强的可清洁性特征的热交换元件轮廓 - Google Patents

Abstract

加热表面元件的堆叠，包括第一加热表面元件(4)，该第一加热表面元件具有沿主气流方向(A)顺序布置的第一(10)、第二(12)和第三区域(14)。第一区域(10)包括人字形结构，第二区域(12)包括平的结构，并且第三区域(14)包括沿主气流方向(A)延伸的多个波纹。该波纹具有平的峰区和槽区。该堆叠也包括第二加热表面元件(36)，其中该第二加热表面元件包括沿主气流方向(A)延伸的多个波纹。

Description

具有增强的可清洁性特征的热交换元件轮廓

技术领域

本发明的实施例总体涉及热交换元件轮廓，并且更具体地涉及用于旋转再生热交换器的改进的热交换元件轮廓，其中该轮廓具有增强的可清洁性。

背景技术

为了在今天的市场中具有竞争力，煤或油燃烧设备中的旋转再生热交换器中使用的热传递元件必须具有高的热性能与低的压力降。同时，这些热传递元件向着该元件轮廓的极冷端部必须具有尽可能低的积垢潜力，在该极冷端部，热传递、酸冷凝并且因此相关的固体沉积速率处于最大值。

为了最佳操作，也重要的是，热传递元件在空气预热器的更深层避免潜在地同样成问题的积垢条件，其中，取决于元件布置，局部元件金属温度可能几乎与预热器的极冷端部处一样低。此外，用来还原一氧化二氮和氧化氮(NOx)的选择性催化还原(SCR)过程产生硫酸氢铵(ABS)积垢的另外危险，这可能在显著较高的温度下出现，该显著较高的温度出现在通常被元件的中间或热端部层占据的区域中的空气预热器的更深层。这些热传递元件通常具有较高性能特性，这是要实现空气预热器的所需总体热性能所必需的。

用来清洁这些热传递元件的技术包括使用吹灰装置，该吹灰装置使用由加压蒸汽或压缩空气构成的高能量清洁射流。热交换元件更深层的清洁区域中的这种装置的效果被清洁射流的能量和冲击速度的损失大大妨碍，该损失自然地发生在层间间隙上，该层间间隙不可避免地存在于热交换元件的冷端部中间层之间。因此，在这种情况下，由于ABS积垢或具有相对高的温度露点的其它组分的冷凝，在加热器的更深层可能发生严重的积垢。

在过去，传统的是，许多空气预热器供应商提供低性能、凹口-平(NF)元件的浅的冷端部层，如W02007/012874的图8中示出的。在这些情况中，中间和热端部元件层由较高性能波状波形元件(诸如在图6中示出)或任何替代高性能元件(WO 2007/012874的图1-7或图9-10中示出)制造。

作为替代方法，WO 2007/012874的图11-15中示出的横向人字形片材产生高性能元件轮廓，该高性能元件轮廓可论证地比任何其它高性能元件更加可清洁，在元件积垢变得不可控制之前，这种较高的可清洁性允许它们用于较低的冷端部温度。当用于冷端部元件时，这些改进被认为足以允许这种元件成功地用于操作直到与凹口平元件类似的气体出口温度，同时避免不可控制的积垢。

因此，通过使用这种元件的深的层，已经提出，贯穿其全深度具有相同轮廓的这种元件将适合于控制冷端部酸增强的积垢和该元件更深层的ABS增强的积垢的组合。不幸的是，虽然低性能凹口平元件的通常使用可以预期减小极冷端部积垢速率，但这个相同低的热性能也倾向于驱动酸冷凝温度带较高地进入该元件，它可能延伸入中间元件层的冷端部，在那里，局部元件温度可以接近极冷端部元件温度。由于仅仅在层间间隙之后达到这些中间层，因此吹灰射流速度的相关减小导致它们的清洁效果的大的损失。因此，存在许多情况，其中虽然冷端部元件层可以被适当地清洁，但最极端积垢可以被证明发生在中间层的入口。这种不可控制的积垢最终限制空气预热器的可用性，这是由于压力降的关联增加可能变得太大而使诱导通风风扇在不降低流率的情况下不能适应。

鉴于上述，将希望提供一种改进的热交换元件，该改进的热交换元件被设计用来更好地解决由于空气预热器更深层的ABS形成而出现的冷端部积垢问题和中间积垢问题。

发明内容

为了解决前述问题，本发明人已经将两种不同形式的轮廓并入单个热传递元件。在一个实施例中，很低性能的轮廓(但同样低积垢轮廓)被布置在热传递元件片材的极冷端部，而向着热传递元件片材的热端部布置较高性能轮廓。

在空气预热器的每一个循环期间，热传递元件的低性能冷端部可以用于限制在那个区域中的热传递的量并且因此限制这些热传递元件的关联的温度波动和最小温度。由于这个原因，通过这种低性能热传递元件(与任何较高性能热传递元件相比)，空气预热器转子的极冷端部处的积垢速率预期是较低的。

因为在元件片材的每一个端部可能存在不同轮廓，窄的过渡区域可以被设置在不同的轮廓之间以实现低和高性能区域之间的平滑表面过渡并且也保证通过过渡区域的吹灰射流的连续性。

公开热传递元件的堆叠。该堆叠可以具有主方向并且可以包括第一和第二热传递元件。第一热传递元件可以包括沿主方向顺序布置的第一、第二和第三区域。第一区域可以包括人字形结构，该人字形结构包括并排侧向布置的多个波形。该波形的纵向延伸可以不平行于主方向。第二区域可以包括平的结构。第三区域可以包括沿主方向延伸的多个波纹。该波纹可以具有多个平的峰和槽。第二热传递元件可以包括沿主方向延伸的多个波纹。

公开加热表面元件的堆叠。该堆叠可以具有主方向。该堆叠可以包括第一加热表面元件，该第一加热表面元件具有沿所述主方向顺序布置的第一、第二和第三区域。第一区域可以包括人字形结构。该人字形结构可以包括多个区。该多个区可以被布置成使得多个区的边界沿着所述主方向。该多个区可以包括具有并排侧向布置的多个波形的第一区，所述第一区中的波形的纵向延伸相对于主方向大于0°并且小于90°。该多个区还可以包括邻近所述第一区的第二区。该第二区可以具有并排侧向布置的多个波形，所述第二区中的波形的纵向延伸可以相对于主方向小于0°且大于-90°。第二区域可以包括平的结构。第三区域可以包括沿主方向延伸的多个波纹，该波纹具有平的峰区和槽区。该堆叠还可以包括第二加热表面元件。该第二加热表面元件可以包括沿主方向延伸的多个波纹。

公开加热表面元件的堆叠。该堆叠表面元件可以包括主方向。该堆叠可以包括第一加热表面元件，该第一加热表面元件具有沿主方向顺序布置的第一、第二和第三区域。该第一区域可以包括人字形结构，该第二区域可以包括平的结构，并且该第三区域可以包括沿主方向延伸的多个波纹。该波纹可以具有平的峰区和槽区。该堆叠还可以包括第二加热表面元件。该第二加热表面元件可以包括沿主方向延伸的多个波纹。

附图说明

附图示出迄今为止被设计用于本发明的原理的实际应用的所公开的方法的优选实施例，并且其中：

图1是包括公开的热传递元件的示例性预热器组件的顶视平面图；

图2是根据本公开的示例性热传递元件的平面图；

图3是包括图2的热传递元件的热传递元件的示例性的堆叠的等距视图；

图4是图3的堆叠的一部分的详细等距视图；

图5是图3的堆叠的端视图；

图6是包括替代的公开的热传递元件的热传递元件的示例性的堆叠的等距视图；

图7是图6的堆叠的一部分的详细等距视图；

图8是图6的堆叠的端视图；

图9是包括替代的公开的热传递元件的热传递元件的示例性的堆叠的等距视图；

图10是图9的堆叠的一部分的详细等距视图；并且

图11是图9的堆叠的端视图。

具体实施方式

公开一种改进的热传递元件轮廓。公开的热传递元件轮廓包括复合元件轮廓，该复合元件轮廓具有该元件的热端部处的第一轮廓和该元件的冷端部处的第二轮廓。在一个实施例中，热传递元件轮廓包括向着深波状元件的热端部的横向人字形元件和向着该轮廓的冷端部的凹口平轮廓。

图1是示例性预热器1的顶视图，该预热器包括多个单个加热器篮2，每一个单个加热器篮可以包括多个热传递元件4。在示出的实施例中，热传递元件4的“热”端部是可见的。热传递元件4的“冷”端部布置在预热器的相对侧上。

现在参考图2，示例性第一热传递元件4被示出。热传递元件4可以具有第一和第二端部6、8，该第一和第二端部通常可以分别被称为“热”和“冷”端部。第一热传递元件4可以包括多个离散的轮廓区域。在示出的实施例中，设置第一、第二和第三区域10、12、14。第一区域10布置成邻近第一热传递元件4的第一(“热”)端部6。第三区域14布置成邻近第一热传递元件4的第二(“冷”)端部。第二区域12用作过渡区域，并且因此布置在第一和第三区域10、14之间。在使用中，热传递元件4可以具有由箭头“A”标识的主气流方向，使得气体将基本上从第一端部6流到第二端部8。

第一区域10包括人字形轮廓。人字形轮廓可以包括多个交替的第一和第二区16、18。第一和第二区16、18的每一个可以布置成使得区之间的边界20沿气流的主方向“A”取向。在示出的实施例中，第一区16包括并排侧向布置的多个波形22，其中第一区16中的波形的纵向轴线“B-B”(图3)相对于气流的主方向“A”以角度“α”取向。在一些实施例中，角度“α”在大约0°和90°之间。第二区18可以布置成邻近第一区16，并且可以包括并排侧向布置的多个波形24，其中第二区18中的波形24的纵向轴线“C-C”(图3)可以相对于气流的主方向“A”以角度“β”取向。在一些实施例中，角度“β”在大约0°和-90°之间。如可以看到的，第一区域10可以包括多个交替的第一和第二区16、18。

第三区域14可以是波状片材，其中波形26基本上平行于气流的主方向“A”取向。在示出的实施例中，波形26具有平的峰28和槽30(见图3和4)。布置在第一和第三区域10、14之间的是第二区域12，该第二区域可以称为“过渡”区域。第二区域12是没有波形的基本上平的轮廓，如在图3中可以最佳地看到的。第二区域12可以包括第一和第二过渡区32、34，该第一和第二过渡区分别将第一和第三区域10、14的形状转变为第二区域12的平的轮廓。因此，这些第一和第二过渡区用于提供第一和第三区域10、14的轮廓到第二区域12的平的轮廓的平滑转变。

再参考图2，第一、第二和第三区域10、12、14可以具有相应的长度L₁、L₂、L₃。在一些非限制性示例性实施例中，长度L₁可以在600到900毫米(mm)之间，长度L₂可以在5到25mm之间，并且长度L₃可以在200到300mm之间。应当理解，这些长度不是关键的，并且可以使用其它长度。

虽然示出的实施例包括三个离散的轮廓区域，但应当理解，区域的具体数量不是关键的，并且因此，第一热传递元件4可以具有仅仅两个区域，或多于三个区域。

图3示出插置的第一和第二热传递元件4、36的堆叠。应当理解，图3的布置用于说明性目的，并且在实际应用中，典型的加热器篮2可以包括大量插置的第一和第二热传递元件。在示出的实施例中，第二热传递元件36包括波状轮廓，该波状轮廓具有多个波形38，该多个波形基本上平行于气流的主方向“A”取向。

图4示出该堆叠的第二端部8(即，“冷”端部)附近的第一热传递元件4和示例性第二热传递元件36之间的相互作用。在这个实施例中，第一热传递元件4的平的峰28和槽30的宽度“FW”为第二热传递元件36的波纹38的相邻的槽42之间的距离“TW”的大约0.5倍。如可以看到的，在某些位置40中，第二热传递元件36的槽42与第一热传递元件4的第三区域14的平顶的峰28和槽30具有良好的线接触。在其它位置44中，第二热传递元件的槽40与第一热传递元件4的第三区域14上的平顶的峰28和槽30具有差的线接触或没有线接触。第一和第二热传递元件4、36的特征之间的相互关系也可以在图5中见到，该图是从图3中示出的堆叠的第二端部8(即，“冷”端部)取得的端视图。

参考图6-8，示出替代的堆叠布置。这个实施例可以包括第一和第二热传递元件104、136，该第一和第二热传递元件104、136具有参考图3-5描述的第一和第二热传递元件4、36的特征的一些或全部，除了第一热传递元件104在第二端部108在轮廓元件之间可以具有不同的几何关系。

因此，第一热传递元件104可以具有沿主气流方向“A”顺序地对齐的第一、第二和第三区域110、112、114。第一区域110可以包括基本上如前描述的人字形轮廓。第二区域112可以包括平的“过渡区域”并且第三区域114可以包括如前描述的波状轮廓，该波状轮廓包括平的峰128和槽130。

然而，在这个实施例中，在第一热传递元件104的第三区域114中，平的峰128和槽130的宽度“FW”可以等于第二热传递元件136的波纹138的相邻的槽142之间的距离“TW”。如图7中可以看到的，在某些位置140中，第二热传递元件136的槽142与第一热传递元件104的第三区域114的平顶的峰128和槽130具有良好的线接触。在其它位置144中，第二热传递元件的槽140与第一热传递元件104的第三区域114上的平顶的峰128和槽130具有差的线接触或没有线接触。第一和第二热传递元件104、136的特征之间的相互关系也可以在图8中见到，该图是从图6中示出的堆叠的第二端部8(即，“冷”端部)取得的端视图。

参考图9-11，示出另外替代的堆叠布置。这个实施例可以包括第一和第二热传递元件204、236，该第一和第二热传递元件204、236具有参考图3-6描述的第一和第二热传递元件4、36的特征的一些或全部，除了第一热传递元件204在第二端部208在轮廓元件之间可以具有不同的几何关系。

因此，第一热传递元件204可以具有沿主气流方向“A”顺序地对齐的第一、第二和第三区域210、212、214。第一区域210可以包括基本上如前描述的人字形轮廓。第二区域212可以包括平的“过渡区域”并且第三区域214可以包括如前描述的波状轮廓，该波状轮廓包括平的峰228和槽230。

然而，在这个实施例中，在第一热传递元件204的第三区域214中，平的峰228和槽230的宽度“FW”可以等于第二热传递元件236的波纹238的相邻的槽242之间的距离“TW”的1.5倍。如图10中可以看到的，在某些位置240中，第二热传递元件236的槽242与第一热传递元件204的第三区域214的平顶的峰228和槽230具有良好的线接触。在其它位置244中，第二热传递元件的槽240与第一热传递元件204的第三区域214上的平顶的峰228和槽230具有差的线接触或没有线接触。第一和第二热传递元件204、236的特征之间的相互关系也可以在图11中见到，该图是从图9中示出的堆叠的第二端部8(即，“冷”端部)取得的端视图。

描述的实施例的每一个示出新颖的热传递元件，沿该元件的深度/高度包括三个分离的区域。这些元件片材4的较深热端部区域10(可能为大约600mm深)由布置成横向人字形布置的波形组成。这些横向人字形的主要目的是在横穿旋转空气预热器1的气体侧时在气体从元件组的热端部6流到冷端部8时和在元件篮2经过旋转再生空气预热器的空气侧期间在空气从空气预热器的冷端部流到热端部时，限制斜向流过这些元件。

如图中所示，在元件组的相反的冷端部8，存在平顶波形的第三区域114，该第三区域114沿流动方向沿该元件的深度纵向延伸并且典型地构成元件深度的下300mm，虽然该尺寸可以变化。

如在图5、8和11中可以看到的，这些所述平顶的波形26、126、226的高度“FTH”被选择成相同于向着热传递元件4、104、204的热端部6的横向人字形波形22、24的高度“HTH”。以这种方式布置，可以看到，这些平顶的波形26、126、226提供相对宽的密封表面，相对的第二热传递元件36、136、236中的波纹38、138、238的一个或更多个峰压在该密封表面上，因此形成连续接触的线，形成封闭的通道。

不同的实施例显示增加平顶的波形26、126、226的宽度“FW”在提供波纹36、136、236的峰之间的接触中的典型效果。

由这些接触线形成的封闭的通道产生物理上封闭的元件轮廓，该物理上封闭的元件轮廓用于包含正常气流模式和用于清洁该元件的间歇的吹灰射流。实际上，元件4、104、204的冷端部(例如，第二端部8)处的这种物理上封闭的元件与该元件更深层的横向人字形波形22、24产生的空气动力学封闭的轮廓的组合用于最大化吹灰射流的穿透并且增加它们的清洁效果。

同时，可以注意到，公开的复合轮廓(第一热传递元件4、104、204)的这个冷端部8不包括任何成角度的波形以促进湍流并且增加该元件的热性能。因此，第一热传递元件4、104、204的这种波状-平截面(第三区域14、114、214)产生具有低的热传递和压力降特性的区域，该低的热传递和压力降特性类似于较早提及的常规低性能凹口-平元件的特性。

第一热传递元件4的浅得多的中间区域(第二区域12、112、212)被布置在该元件的不同的热端部(第一区域10、110、210)和冷端部(第三区域14、114、214)轮廓之间。这个中间区域(第二区域12、112、212)典型地仅仅大约25mm长并且故意不形成为任何确定的形状。替代地，其目的是产生不同轮廓(即，第一区域10、110、210的横向人字形轮廓和第二区域的平顶的波状轮廓)之间的自然的自由形式的过渡，因此允许这个过渡区域12、112、212以平滑的方式呈现其自然的形状。这个过渡区域12、112、212被设计用来消除一个轮廓和另一个之间的任何突然过渡，该突然的台阶否则可能促进增强的局部的腐蚀速率。此外，横跨过渡区域12、112、212的不间断的连续也保证峰吹灰射流速率的减小并且相关的峰冲击压力被最小化，因此保证有效的清洁。

本发明人没有意识到有这样的任何热传递元件，其被特别地设计，目的是在相同的热传递元件的每一个端部产生不同的性能特性。本发明人也相信，被设计用来在波形片材的任一侧上交替地线接触相对元件片材的波纹的城堡形平顶波形(峰28、128、228，槽30、130、230)是用来产生封闭的通道元件的独特的方法。另外，本发明人相信浅的未预成型的过渡区域12、112、212提供新颖的但简单的方法来促进该元件轮廓的不同的热端部和冷端部之间的平滑流动模式，因此最小化腐蚀速率并且促进从该元件的一个区域到另一区域的流动的平滑过渡并且减小中间压力降和能量损失。

因为它将减小层间震动和损失，本申请人也认为，与更传统的两层布置相比，本发明将产生更低的压力降。

可以并入而不改变基本发明的数个替代结构布置已经被描述，其中平顶波形(峰28、128、228，槽30、130、230)的宽度“FW”已经改变，显示典型的布置，该典型的布置产生最少一到两个相对于单个平顶波形的接触线，并且类似地，在第一热传递元件4的冷端部(第三区域12)不超过一到两行波纹，其中不存在这些波纹和平顶波形的相邻的槽30、130、230之间的接触。被认为理想的是，实现这些约束以便最大化最后压缩的元件组的稳定性。

应当理解，公开的布置可以用于多种类型的热交换器(诸如板式热交换器)以产生如参考这里描述的旋转再生热交换器1描述的益处的相同组合。

虽然本发明已经参考某些实施例被公开，但所述实施例的许多修改，变化和改变是可能的，而不偏离如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围。因此，所意图的是，本发明不限于描述的实施例，而是它的全部范围由以下权利要求及其等同物的语言限定。

Claims (15)

1.一种具有主方向的热传递元件的堆叠，所述堆叠包括：

第一热传递元件，所述第一热传递元件具有沿所述主方向顺序布置的第一、第二和第三区域，

所述第一区域包括人字形结构，所述人字形结构包括并排侧向布置的多个波形，所述波形的纵向延伸不平行于所述主方向；

所述第二区域包括平的结构；并且

所述第三区域包括沿所述主方向延伸的多个波纹，所述波纹具有多个平的峰和槽；和

第二热传递元件，所述第二加热表面元件包括沿所述主方向延伸的多个波纹。

2.权利要求1所述的堆叠，其中所述人字形结构包括第一区，所述第一区具有并排侧向布置的多个波形，所述第一区中的所述波形的纵向延伸相对于所述主方向大于0°且小于90°，所述多个区还包括邻近所述第一区的第二区，所述第二区具有并排侧向布置的多个波形，所述第二区中的所述波形的纵向延伸相对于所述主方向小于0°并且大于-90°。

3.权利要求1所述的堆叠，其中所述第二区域包括邻近所述第一区域的第一过渡区，所述第一过渡区包括在所述第一区域的所述人字形结构的所述波形和所述第二区域的所述平的结构之间过渡的形状。

4.权利要求3所述的堆叠，其中所述第二区域包括邻近所述第三区域的第二过渡区，所述第二过渡区包括在所述第二区域的所述平的结构和所述第三区域的所述波形之间过渡的形状。

5.权利要求1所述的堆叠，其中所述第一热传递元件的平的峰和槽的每一个的宽度是所述第二热传递元件的所述波纹的相邻槽之间的距离的0.5到1.5倍。

6.权利要求1所述的堆叠，其中所述堆叠包括多个第一热传递元件和多个第二热传递元件，每个第一热传递元件邻近所述第二热传递元件中的至少一个。

7.一种具有主方向的加热表面元件的堆叠，所述堆叠包括：

第一加热表面元件，所述第一加热表面元件具有沿所述主方向顺序布置的第一、第二和第三区域，

所述第一区域包括人字形结构，所述人字形结构具有多个区，所述多个区布置成使得这些区的边界沿着所述主方向，所述多个区包括具有并排侧向布置的多个波形的第一区，所述第一区中的所述波形的纵向延伸相对于所述主方向大于0°并且小于90°，所述多个区还包括邻近所述第一区的第二区，所述第二区具有并排侧向布置的多个波形，所述第二区中的所述波形的纵向延伸相对于所述主方向小于0°并且大于-90°；

所述第二区域包括平的结构；并且

所述第三区域包括沿所述主方向延伸的多个波纹，所述波纹具有平的峰区和槽区；和

第二加热表面元件，所述第二加热表面元件包括沿所述主方向延伸的多个波纹。

8.权利要求7所述的堆叠，其中所述第二区域包括邻近所述第一区域的第一过渡区，所述第一过渡区包括在所述第一区域的所述人字形结构的所述波形和所述第二区域的所述平的结构之间过渡的形状。

9.权利要求8所述的堆叠，其中所述第二区域包括邻近所述第三区域的第二过渡区，所述第二过渡区包括在所述第二区域的所述平的结构和所述第三区域的所述波形之间过渡的形状。

10.权利要求7所述的堆叠，其中所述第一热传递元件的平的峰和槽的每个的宽度是所述第二热传递元件的所述波纹的相邻槽之间的距离的0.5到1.5倍。

11.权利要求7所述的堆叠，其中所述堆叠包括多个第一热传递元件和多个第二热传递元件，每个第一热传递元件邻近所述第二热传递元件中的至少一个。

12.一种具有主方向的加热表面元件的堆叠，所述堆叠包括：

第一加热表面元件，所述第一加热表面元件具有沿所述主方向顺序布置的第一、第二和第三区域，所述第一区域包括人字形结构，所述第二区域包括平的结构，并且所述第三区域包括沿所述主方向延伸的多个波纹，所述波纹具有平的峰区和槽区；和

第二加热表面元件，所述第二加热表面元件包括沿所述主方向延伸的多个波纹。

13.权利要求12所述的堆叠，其中所述第二区域包括邻近所述第一区域的第一过渡区，所述第一过渡区包括在所述第一区域的所述人字形结构的所述波形和所述第二区域的所述平的结构之间过渡的形状。

14.权利要求13所述的堆叠，其中所述第二区域包括邻近所述第三区域的第二过渡区，所述第二过渡区包括在所述第二区域的所述平的结构和所述第三区域的所述波形之间过渡的形状。

15.权利要求12所述的堆叠，其中所述第一热传递元件的平的峰和槽的每一个的宽度是所述第二热传递元件的所述波纹的相邻槽之间的距离的0.5到1.5倍。