CN1330763A - 传热元件组件 - Google Patents

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Abstract

用于旋转交流式空气预热器(10)的传热元件组件(40)的热性能被优化以便在体积和重量减小情况下提供所需的传热和压降水平。该组件(40)中的传热板(44,46,48)具有槽(50),用于保持板的间隔和槽(50)之间的斜波纹(58)。相邻板(44,46,48)上的波纹(58)以相反的倾斜角延伸。波纹(58)的开口与槽(50)的开口之比大于0.3而小于0.5,槽间距大于2英寸,且波纹(58)对槽(50)的角度大于20°而小于40°。

Description

传热元件组件
本发明涉及传热元件组件，更具体地涉及用在换热器中的吸热板组件，在换热器中，通过板装置将热量从热的热交换流体传递给冷的热交换流体。更具体来说，本发明涉及一种适合用在旋转交流式传热设备中的热交换元件组件，在该传热设备中，通过与热的气态热交换流体接触，该热交换元件组件被加热，随后该热交换元件组件与冷的气态热交换流体接触，将热量放出给该冷流体。
本发明特别应用的一种类型的热交换设备为众所周知的旋转交流式加热器。一般的旋转交流式加热器具有被分成几个室的圆筒形转子，其中装有和支承有间隔开的热交换板，当转子转动时，该热交换板交替地暴露于加热气流，然后随着转子的转动暴露于较冷的空气或其它要被加热的气态流体。当传热板暴露于加热气体时从气体中吸收热量，然后当暴露于冷空气或其它要被加热的气态流体时，传热板从加热气体吸收的热量被传递给较冷的空气。大多数这种类型的热交换器具有互相间隔的紧密地层叠的传热板，以在相邻板之间提供多个通道，让热交换流体从中流过。
在这种换热器中，给定尺寸的热交换器的传热能力为热交换流体和板结构之间的传热速率的函数。但对于商用设备，其效用不仅由所得的传热系数，还由其它因素如板结构的造价和重量来决定。理想上，传热板将在其间通道中引起高度紊流的流动，以达到增加从热交换流体到板的传热量的目的，并同时使通道间的流动具有较低的阻力，而且传热板还具有易于清洁的表面结构。
为了清洁传热板，通常装设有吹灰器，在层叠的传热板间的通道中吹入高压空气流或蒸汽风，以从板表面除去任何颗粒堆积并将颗粒带走而使表面较清洁。这种清洁方法遇到的一个问题是，高压的鼓风吹在较薄的热交换板中部上的力，会导致板折断，除非将传热板的层叠组件设计成具有一定的结构硬度。
这个问题的一个解决办法是，以频繁的间隔摺皱各个传热板以提供双凸起的槽，该槽具有沿一个方向从板伸展出去的一个凸起和沿相反方向从板伸展出去的另一个凸起。而后当将板层叠在一起以形成传热元件组件时，这些槽用于支撑相邻的板，以在吹灰操作过程中使作用在板上的力在组成传热元件组件的各板之间均衡。
在美国专利4,396,058中公开了这种类型的一个传热元件组件。在该专利中，槽沿热交换流体的总体流动方向伸展，即轴向穿过转子。除了槽以外，还将板弄皱，以在槽之间提供一系列沿与热交换流体流动方向成锐角伸展的倾斜的沟槽或波纹。相邻板上的波纹倾斜于流动线要么以对准的方式要么彼此相反地伸展。虽然这样的传热元件组件表现出很好的传热速率，但结果取决于槽和波纹的具体设计和相互之间的关系可能变化很大。
本发明的一个目的是提供一种改进的传热元件组件，其中，热性能被优化，以用体积和重量减少了的组件来提供所需的传热和压降水平。根据本发明，传热元件组件的传热板具有纵向的双凸起的槽和槽间的斜波纹，其中通过对由波纹提供的开口与由槽提供的开口之比、槽间的距离以及波纹和槽之间的角度给定具体的范围，热性能得以被优化。相邻板上的波纹以彼此相反的方向和流体流动的方向伸展。
图1为含有传热板组成的传热元件组件的常规旋转交流式空气预热器的透视图。
图2为常规传热元件组件的透视图，图中示出了层叠在组件中的传热板。
图3为根据本发明用于传热元件组件的三个传热板的局部透视图，图中示出了槽的间隔和波纹的角度。
图4为图3中的一个板的端部视图，图中示出了槽和波纹的相关开口。
图5表明在恒定传热量和压降情况下，传热元件组件的体积和重量与基点的比率作为波纹开口与槽开口之比的函数的变化关系。
图6为近似于图3的本发明的一个变型。
如图中的图1所示，常规的旋转交流式预热器总体上用数字标记10来表示。空气预热器10具有可转动地安装在外壳14中的转子12。转子12成形为从转子杆18径向伸展到转子12外周边的板或隔板16。隔板16界定了其间的室17，用来容纳热交换元件组件40。
外壳14界定了烟道气体进口管道20和烟道气体出口管道22以使加热了的烟道气体流穿过空气预热器10。外壳14另外还界定了空气进口管道24和空气出口管道26，以使燃烧空气流经预热器10。扇形板28穿过外壳14伸展到靠近转子12的上下表面。扇形板28将空气预热器分隔成空气区和烟道气体区。图1中的箭头表明烟道气流36和空气流38穿过转子12的方向。经烟道气体进口管道20进入的热的烟道气流36将热量传递给安装在室17中的传热元件组件40。被加热的传热元件组件40随后旋转到空气预热器10的空气区32。传热元件组件40所储存的热量然后被传递给经空气进口管道24进入的燃烧空气流38。冷的烟道气流36经烟道气体出口管道22流出空气预热器10，而被加热了的空气流38通过空气出口管道26流出空气预热器10。图2示出了典型的传热元件组件或篮40，表示出层叠在该组件中的传热板42的总体图。
图3示出了本发明的一个实施例，示出了三个层叠的传热板44，46和48的局部。在图3的这个实施例中，所有的传热板基本上相同，每相邻的另一个板旋转180°，就产生了图中所示的形式。板是能卷起或冲压成所需形状的薄片金属。每个板在每隔一段间隔的距离上有一系列的双向凸起槽50，这些槽纵向伸展并平行于穿过空气预热器的转子的热交换流体流动方向。这些槽50保持相邻的板间离预先设定的一段距离，并形成了相邻板之间的流动通道。每个双凸起的槽50包括一个从板的表面的一侧向外凸起的凸起52和另一个从板的表面的另一侧向外凸起的凸起54。每个凸起基本上为V形槽的形式，槽的顶点56从板以相对的方向朝外。如图3所示，槽50的顶点56与相邻板接合来保持板的间隔。另外，板是这样布置的，使得一个板上的槽被放置在相邻板上的槽之间的中间位置，以获得最大的支撑。槽50的槽距，即槽之间的距离表示为Pn。
每个板在槽50之间的区段上具有波纹或皱褶58。这些波纹58在相邻槽之间以与槽成标为角Au的角度伸展。如图3所示，相邻板上的波纹沿彼此相反的方向及流体流动的方向伸展。从图3中还可以看出，板44，46和48彼此相同，板46只是板44和48旋转180°。因为只需要制造一种形式的板，这样做是有益的。
图4为图3中一块板的局部的端面图，图中示出了槽50，凸起52和54及波纹58。槽50的开口为从顶点56到底点57的距离On。波纹58的开口为从顶点58到底点59的距离Ou。根据本发明，形状参数在如下的范围内：
                     0.5＞Ou/On＞0.3
                     Pn＞2英寸
                     40°＞Au＞20°
可获得最优的热性能和减小热交换元件组件的体积和重量。
图5为关于形状参数之一的Ou比On的比率示出了本发明优点的图。图中示出了具有不同Ou/On比率的样品的测试结果。另外，图中还示出了相邻板上平行的波纹和相邻板上角度相对的(交叉的)的波纹之间的差别。
图中表明热交换元件组件的体积和重量与基点体积和重量相比的比率为比率Ou/On的函数。在比率Ou/On＝0.375处所取为基点体积和重量。图中可以看出，当比率Ou/On从该基点减少时，体积和重量增大。根据本发明，比率Ou/On的下限为0.3，体积和重量在此处仍在可接受范围内。虽然比率Ou/On的增大产生更好的体积及重量比，但波纹的高度与槽的开口的比率的实用限度是到比率Ou/On＝0.5。其它的测试表明当比率Ou/On从0.237增加到0.375时，传热系数(Coburnj系数)增大了约47％。
采用本发明的参数，产生包括旋涡和第二流动模式的漩流。该流动冲击板而提高传热。该漩流也用于搅浑流动的流体而提供更均匀的流动温度。而后该漩流顺流再次冲击板。这个冲击和搅浑的过程继续进行并提高了传热速率而同时压降并不增大，使得用于等量热传递的装置的体积和重量减小了。
图6示出了本发明的一个改动，其中板44和48与图3中的相应的板相同。但图6中的板60与图3中的板46不同。如图所示，板60中的槽66的凸起62和64与图3中的相应凸起52和54方向相反。因此板60与板44和48不同，但仍然运用与本发明相同的参数，且相邻板上的波纹仍然以相反的方向伸展。

Claims (1)

1.一种用于热交换器的传热组件，它包括多个互相间隔地交错层叠的第一吸热板和第二吸热板，这种板间互相间隔在相邻的第一和第二板之间提供了多个供热交换流体在其间流动的通道，各所述第一板和第二板具有：
a.多个双凸起的槽，所述槽相互平行并间隔开距离Pn，每个槽包括从所述板的一侧向外突出的第一凸起和从所述板的另一侧向外凸起的第二凸起，其中从在所述一侧上的所述凸起的顶部到在所述另一侧上的所述凸起的底部的所述槽的开口为On，所述槽形成了相邻板间的间隔；
b.多个以对所述槽成角度Au在所述槽之间伸展的波纹，所述波纹具有从一个波纹顶部到相邻波纹底部的开口Ou；以及
其特征在于，Ou/On的比率大于0.3而小于0.5，Pn大于2英寸而Au大于20℃而小于40℃，借此优化了热性能并使所述传热组件的体积和重量最小化，其特征还在于，相邻板上的波纹关于所述的槽以相反的角度延伸。
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