CZ9904459A3 - Prvky pro převedení tepla předehřívače vzduchu a způsob jejich výroby - Google Patents

Abstract

Prvky (34) pro převedení tepla rotačního regeneračního výměníku tepla zahrnují odsazené hřebeny (42), které mají zářezy (46) pro narušení proudu tekutiny vytvořené v určitých vzdálenostech ve vrcholech hřebenů (42) narušují hraniční vrstvu proudu tekutiny a způsobuji turbulenci a míšení tekutiny za účelem zvýšení převodu tepla. Pro způsob wýroby prvků (34)jsou navrhovány různé způsoby tváření zářezů(46).

Description

Prvky pro převedení tepla předehřívače vzduchu a způsob jejich výroby

Oblast techniky

Vynález se týká rotačních regeneračních předehřívačů vzduchu pro převedení tepla z proudu kouřového plynu do proudu spalovacího vzduchu, zejména konfigurace prvků pro převedení tepla předehřívače vzduchu a způsobu výroby těchto prvků.

Dosavadní stav techniky

Rotační regenerační výměník tepla se používá k převodu tepla z jednoho proudu horkého plynu, např. proudu horkého kouřového plynu, na jiný proud studeného vzduchu, např. spalovacího vzduchu. Rotor tohoto výměníku zahrnuje hmotu materiálu absorbující teplo, která je otáčením rotoru nejprve vedena skrze průchod pro proud teplého plynu, ve kterém se teplo absorbuje materiálem absorbujícím teplo. Když rotor pokračuje v otáčení, ohřátý absorpční materiál se uvede do průchodu pro proud studeného plynu, ve kterém se teplo převede z absorpčního materiálu do proudu studeného plynu.

V typickém rotačním výměníku tepla, jakým je např. rotační regenerační předehřívač vzduchu, válcový rotor je uspořádán na horizontálním nebo vertikálním středovém rotorovém hřídeli a rozdělen radiálními přepážkami na množinu oddělení s průřezem ve tvaru výseče, přičemž uvedené přepážky probíhají od rotorového hřídele k vnějšímu obvodovému plášti rotoru. Do uvedených oddělení s průřezem ve tvaru výseče jsou umístěny modulové koše pro výměnu tepla, přičemž tyto koše obsahují hmotu materiálu absorbujícího teplo, přičemž tento materiál je obvykle tvořen množinou deskovítých prvků pro převod tepla uspořádaných jeden na druhým.

Konvenční prvky pro převedení tepla regeneračních » ·» » ·· · · · · · · * *» · · ··»* • · Β·β Β * Β Β ··· BSB • · · · · · ·

ΒΒ Ββ ··· Β«Β* ·« ·· předehřívačů vzduchu jsou tvořeny ocelovými deskami, které jsou tvářeny pod tlakem nebo tvářeny mezí válci, a potom umístěny jeden na druhý za účelem vytvoření hmoty materiálu pro převedení tepla. V typickém provedení jsou desky opatřeny odsazenými hřebeny, obvykle dvojitými hřebeny, z nichž jeden vybíhá z jedné strany desky a druhý z opačné strany desky, přičemž tyto hřebeny probíhají podél desky buď ve směru proudění média nebo šikmo k tomuto směru, přičemž uvedené hřebeny jsou určeny pro vzájemné odsazení desek. Prostor vytvořený odsazením uvedených desek tvoří kanálky pro proud kouřového plynu a proud vzduchu. Příklad uvedených desek pro převedení tepla je popsán v patentu US 4,744,410 a US 4,553,458.

Jeden z důsledků použití uvedených hřebenů ke vzájemnému odsazení prvků pro převedení tepla spočívá v tom, že uvedené hřebeny vytvářejí skrze množinu prvků pro převedení tepla proudnice, jejichž průřez je na jednotku plochy obnažených povrchů uvedených desek větší než průřez proudnic v jiných částech uvedených desek. To vede k nižším odporu proti proudění, nižší turbulencí a míšení tekutiny, vyššímu hmotnostnímu toku plynu a vzduchu a nižšímu převodu tepla v porovnání s ostatními částmi desek. Tudíž, ačkoliv uvedené hřebeny poskytují strukturální celistvost a přesné odsazení desek, tyto hřebeny mají negativní vliv na převod tepla.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob výroby prvků pro převedení tepla a prvky pro převedení tepla vyrobené tímto způsobem, přičemž účinnost prvků pro převedení tepla, pokud jde o převedení tepla, je zlepšena. Předmětem vynálezu jsou 2ejména prvky pro převedení tepla, které mají odsazené hřebeny vytvořené v deskách, přičemž ve vrcholech těchto · 4 * • · · · • · ··· • 4 4 ♦ · 4* • 9

• 9*4 • 4 4 4 • 4 4 9 *4* 4*4

4

4* ·· hřebenů jsou ve zvolených intervalech vytvořeny zářezy pro proudové narušení, které probíhají do částí proudových kanálků vytvořených uvedenými hřebeny. Tyto zářezy pro proudové narušení mění velikost proudového kanálku (výšku, šířku a/nebo průřez), narušují hraniční vrstvu proudu tekutiny, způsobují turbulenci a míšení tekutiny, a vedou ke zlepšení převodu tepla.

Stručný přehled obrázků na výkresech

Vynález bude lépe pochopen pomocí popisu příkladů provedení, ve kterém budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje perspektivní pohled na konvenční rotační regenerační předehřívač vzduchu, obr. 2 zobrazuje perspektivní pohled na část struktury prvku pro převedení tepla podle vynálezu, obr. 3 zobrazuje boční pohled na část struktury prvku pro převedení tepla, ze které jsou patrny proudové kanálky, obr. 4 zobrazuje ve zvětšeném měřítku perspektivní pohled na část jedné desky pro převedení tepla podle vynálezu, obr. 5 zobrazuje průřez části desky pro převedení tepla a částmi prostředků, např. válců, pro tváření hřebenů v deskách pro převedení tepla, obr. 6 zobrazuje pohled na další část válců z obr. 5 pro tváření zářezů pro proudové narušení, obr. 7 zobrazuje perspektivní pohled na část jednoho z válců z obr. 5 a 6, obr. 8 zobrazuje průřez částí prostředků pro provedení alternativního způsobu tváření desek pro převedení ft ftftft* «ftftft · • ftft · « · ftftft · • · · ftft ftft ft • ftftft • ftft · ftftft ·* · • · • ft ftft tepla, obr. 9 zobrazuje přední pohled na válce pro tváření zářezů pro proudové narušení z obr. 8, a obr. 10 zobrazuje perspektivní pohled na část struktury prvku pro převedení tepla podle vynálezu, přičemž v tomto prvku jsou použity zvlněné desky.

Příklady provedení vynálezu

Jak je to zřejmé z obr. 1, který zobrazuje v částečném řezu perspektivní pohled na typický ohřívač vzduchu, tento ohřívač vzduchu zahrnuje rotor 14, který je připevněn na hnacím hřídeli 16 pro otáčení rotoru ve směru šipky 18. Tento rotor je tvořen množinou oddělení 20, z nichž každé obsahuje množinu košových modulu a jé vyme2eno přepážkami 34. Košové moduly zahrnují povrchy pro výměnu tepla. Rotor 14 je zakryt krytem, který je rozdělen proudově nepropustnou deskou 24 ve tvaru výseče na stranu kouřového plynu a stranu vzduchu. Odpovídající deska ve tvaru výseče je rovněž uspořádána na spodní části ohřívače vzduchu. Do ohřívače vzduchu se horký plyn zavádí skrze vstupní plynový kanál 26, načež se vede skrze rotor v důsledku čehož se teplo z horkého plynu převede do rotoru, a nakonec se vyvede skrze výstupní plynový kanál 28. Ze strany rotoru opačné ke straně, ze které do rotoru proudí horký plyn, se zavádí studený vzduch skrze vstupní vzduchový kanál 30, načež se vede skrze rotor v důsledku, čehož se teplo z rotoru převede do studeného vzduchu, a nakonec se vyvede z rotoru skrze výstupní vzduchový kanál 32.

Obr. 2 zobrazuje části tří desek 34 pro převedení tepla uspořádaných jedna na druhé, přičemž tyto desky jsou umístěny v košových modulech 22 a jsou tvářeny podle vynálezu. Je samozřejmé, že v každém modulu je uloženo větší φ · φ · φ φ φ « φ φ φφφ φ • · φ φφ φφ ·· φ φ φφφφ • φ φφφφ • · φ φφφ φφφ φ φ φ ♦ φφφ φφφφ «φ ·· množství těchto desek 34, než je znázorněno na tomto obrázku. Uvedené desky 34 jsou uspořádány jedna na druhé tak, že jsou vzájemně odsazeny, čímž poskytují průchody 36 a 38 mezi těmito deskami pro proud kouřového plynu a vzduchu.

Desky 34 jsou obvykle vyrobeny z tenkého kovového plechu a mohou se válcovat nebo lisovat do žádoucí konfigurace. Desky 34 jsou tvořeny plochými částmi 40 a protilehlými hřebeny 42, které poskytují předem stanovené odsazení přilehlých desek za účelem vytvoření dříve uvedených proudových kanálků nebo průchodů 36 a 38. Jak je to více zřetelnější z obr. 3, který zobrazuje boční pohled na část tří desek uspořádaných jedna na druhé, průřezová plocha (vyznačena šrafováním křížem) v oblasti kanálků 44, t j. mezi hřebeny 42 a přilehlou deskou, je na jednotku plochy obnaženého povrchu pro převod tepla podstatně větší, než zbývají průřezová plocha (nešrafováná křížem) v oblasti mezi plochými částmi 40 přilehlých desek 21- Kanálky 44 mají nižší odpor proti proudění tekutiny a dochází v nich k nižší turbulenci a míšení tekutiny. Kromě toho skrze uvedené kanálky 44 proudí větší procento proudu vztažené na jednotku plochy obnaženého povrchu pro převod tepla než skrze zbývající části proudových průchodů 38 a rovněž skrze proudové průchody 36. Všechny tyto faktory vedou k nižšímu převodu tepla v kanálcích 44.

Vynález poskytuje v proudových kanálcích 44 prostředek pro narušení proudu tekutiny, čímž minimálně zvýší odpor proti proudění, vytvoří turbulenci a míšení tekutiny, a naruší hraniční vrstvu proudu tekutiny. Tento prostředek pro přerušení proudu tekutiny zlepšuje specifický výkon kanálků 44, pokud jde o převod tepla, a celkový výkon desek uspořádaných jedna na druhé, pokud jde o převod tepla. Tento prostředek je rovněž určen pro odvedení některého z proudů v kanálcích hřebenů a jeho smísení s proudem v jiné oblasti, např. v proudovém průchodu 36, 38 z obr. 2 a 3. Toto smísení • 4 * 4 4 • · * ·

444 ·44 · * · « »44« 4 · · 444 « · 4 4

4 4 4 4 4 4

44 444 4444 44 «4 omezí teplotní rozdíly mezí tekutinou v kanálcích 44 a průchodech 36, 38, ke kterým jinak dochází.

Obr. 2 zobrazuje prostředek pro proudové narušení, který je tvořen zářezy 46, které jsou vytvořeny ve vrcholech hřebenů 42 tak, že jsou vzájemně odsazeny o určitou vzdálenost a probíhají do kanálků 44. Tyto zářezy jsou lépe zřejmé z obr. 4, který ve zvětšeném měřítku zobrazuje část jedné desky 34 s těmito zářezy. Jak je to nejlépe zřejmé z obr. 4, zářez 46 v nahoru vybíhajícím levém hřebenu 42 je vytvořen malým promáčknutím ve vrcholu hřebenu tak, že spodní strana zářezu 46 vybíhá dolů do proudového kanálku pod deskou 34. Podobně dolů probíhající pravý hřeben má zářez 46, který je vytvořen stejným způsobem a který vybíhá do pravého proudového kanálku 44 nad deskou 43.

Poněvadž uvedené prostředky pro narušení proudu tvořené zářezy 46 vybíhají do proudníc tekutiny probíhájících skrze kanálky 44., tyto prostředky narušují hraniční vrstvu a vytvářejí turbulence a míšeni tekutiny, čímž zlepšují převod tepla. Ve skutečnosti zlepšení převodu tepla může být významné dokonce již při poměrně malých rozměrech zářezů, přičemž takové zlepšení převodu tepla nevyžaduje malé odsazení jednotlivých zářezů. Tak např. při výšce zářezu 0,96 mm (vzdálenost od vrcholu jednoho zářezu vybíhajícího z jedné strany desky k vrcholu druhého párového zářezu vybíhajícího z druhé strany desky), zářezech odsazených o vzdálenost 6,4 cm a o průměrné hloubce pouze 0,3 cm se dosáhne, pokud jde o převod tepla, přírůstku 9,5 % pro stejný objem a množství desek pro převod tepla. Nebo, poněvadž desky pro převod tepla mohou být při použiti vynálezu více odsazeny kvůli zvýšenému převodu tepla, může být dosaženo srovnatelného převodu tepla v případě modulů, které mají o 8 % méně materiálu desek pro převod tepla ve srovnání s moduly bez vynálezu.

Obr. 5,6 a 7 zobrazují prostředky použité ve způsobu tváření desek pro převod tepla podle vynálezu. Při tomto » » » · • « · · • « ··· « • » ♦ «4 44 · 4 4 *

4 · · ·

Β t 4« · ··· způsobu protilehlé tvářecí válce 48 a 50, které jsou použity k vytvoření hřebenů 42 v desce 34, jsou modifikovány pro vytvoření zářezů £6- Obr. 5 zobrazuje průřez uvedenými válci a částí desky mezi uvedenými deskami, ve které nejsou přítomny žádné zářezy. Výstupky 52 na tvářecích válcích spolupracují s příslušnými zahloubeními 54 za účelem vytvoření hřebenů 42.

Obr. 6 zobrazuje průřez válci a deskou v místě, kde se nacházejí prostředky pro tváření uvedených zářezů. Obr. 7 zobrazuje perspektivní pohled na část jednoho tvářecího válce s prostředky pro tváření uvedených zářezů. Jak je to zřejmé z tohoto obrázku, výstupky 52 na tvářecích válcích mají vybrání 56 o tvaru a rozsahu žádoucím pro vytvoření zářezů £6. Zahloubení 54 jsou opatřeny zářezovými trny 58., které vybíhají nahoru ze spodní části zahloubení 54 a které spolupracují s příslušnými vybráními 56 na příslušném válci za účelem vytvoření uvedených zářezů.

Obr. 8 a 9 zobrazují jiný způsob tváření zářezů 46 v deskách pro převod tepla podle vynálezu. Tvářecí válce 60 a 62 z obr. 8 jsou stejné jako tvářecí válce 49 a 50 z obr. 5 s tím rozdílem, že jsou určeny pouze pro tváření hřebenů 42. Tyto válce nejsou modifikovány pro tváření zářezů £6. Ve způsobu znázorněném na obr. 8 a 9, se deska 34 s vytvořenými hřebeny 42 vede skrze válce 64 a £6. Válec 64 zahrnuje řadu kotoučů 68., které jsou vzájemně odsazeny o vzdálenost rovnou žádoucímu odsazení uvedených zářezů, jak je to zřejmé z obr. 9. Válec 64 má výhodně distanční prvky 72 mezi kotouči 68 tak, že pro změnu vzdálenosti mezi zářezy mohou být použity různě široké distanční prvky 72.. Hrany po obvodu kotoučů 68. jsou tvarovány a vyrovnány tak, že jsou v záběru s hřebeny £2 a vytvářejí zářezy o žádoucím tvaru a hloubce.

Válec 66 je určen pro nesení hřebenů na stranách zářezů pří tváření těchto zářezů. To poskytuje kontrolu hloubky zářezů a zabraňuje nežádoucí deformaci desky na jiném

0000 • 0 0

0 0

00·

0 0 00 00 0

0 v

0 0 ·

000 000 0 0

0 · místě než ve specifických oblastech uvedených zářezů. Válec 66 zahrnuje řadu kotoučů 70, které zahrnují hřebenové podpěry 74. Tyto hřebenové podpěry 74 vybíhají do příslušných hřebenů a mají tvar odpovídající tvaru těchto hřebenů. Kromě toho hřebenové podpěry 74 jsou na válci 66 uspořádány tak, že se každý nosný kotouč 70 nachází na obou stranách každého kotouče 68 válce 64, jak je to zřejmé z obr. 9. Na obr. 8 zobrazený nosný kotouč 70 je za zářezem 46, který se právě tváří. V tomto příkladném způsobu jsou zářezy tvářeny pouze na hřebenech na jedné straně desky 34 po určitou dobu. Deska 34 z obr. 8 se potom vede na další stanoviště, kde se stejným způsobem tváří zářezy na spodních hřebenech. Toto provedení zobrazené na obr. 8 a 9 je výhodným způsobem tváření zářezů ve stupni odděleném od stupně, ve kterém se tváří hřebeny. V dalším, méně výhodném, způsobu je válec 66 nahrazen válcem identickým s válcem 64. Deska 34 se potom vede mezi rezultující dvojici válců 64, které vytváří dostatečné zářezy. Avšak tento způsob vede ke snížení výšek hřebenů v rozsáhlé oblasti desky 34.

Uvedené konfigurace desek pro převedení tepla jsou jen příkladné, a proto vynález používá rovněž i jiné konfigurace desek s hřebeny. Tak např., uvedené hřebeny mohou být uspořádány paralelně s proudem tekutiny nebo mohou se směrem prouděni tekutiny svírat úhel až 45°. Vynález rovněž používá desky s hřebeny vybíhajícími pouze na jednu stranu oproti zobrazenému oboustrannému uspořádání hřebenu. Mimoto tzv. ploché části desek mezi hřebeny mohou ve skutečnosti mít zvlněné povrchy. Toto provedení je zobrazeno na obr. 10, přičemž části 40 mezi hřebeny 42 mají zvlnění 76, která jsou relativně mělká ve srovnání s výškou hřebenů a která jsou typicky šikmo uspořádána tak, že se směrem hřebenů a směrem proudu tekutiny svírají ostrý úhel.

Použití desek s vlnitými povrchy vede k ještě dalšímu způsobu tváření uvedených zářezů. V případě, že deska, ve φ φ φ φφφ φφφ φ φ φφ φφ φ φ φ φ ·· · • ΦΦΦ φ φ φφφ φ · φ φ φ · · φφ φφ φφφ φφ které mají být vytvořeny hřebeny, je již zvlněna nebo zahrnuje jinak nezanedbatelně tvarované povrchy, hřebenové válce mohou být provedeny tak, že spolupracují s uvedenými zvlněnými povrchy za účelem současného vytvoření hřebenů a zářezů. Hřebenový válec má přerušovanou hřebenovou konfiguraci v šířce tohoto válce. V oblastech, kde se nachází hřebenová konfigurace, se uvedené zvlnění vyhladí a pomocí hřebenového válce se vytvoří žádoucí hřebeny. V oblastech, kde se na válci v hřebenové konfiguraci vyskytují mezery, existující zvlněné povrchy do značné míry zůstávají, čímž poskytují žádoucí efekt zářezů v hřebenových kanálcích. To může být provedeno stejnými prostředky znázorněnými na obr. 5,6 a 7, aniž by nutné použít zářezové trny 58.

V příkladném provedení deska s hřebeny o výšce 0,965 cm může mýt zářezy odsazené o vzdálenost 6,35 cm a hluboké průměrně 0,254 cm. Celková šířka zářezu může být řádově 0,635 cm. Zatímco bylo popsáno specifické provedení sestavy prvků pro převod tepla a některé modifikace způsobu tvářeni těchto prvků, je samozřejmé, že rozsah ochrany vynálezu definovaný přiloženými patentovými nároky zahrnuje i další v popisné části nepopsané modifikace vynálezu.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY « «φφφ « φ φφ ··

   1.

   Sestava prvků pro převedení tepla rotačního regeneračního výměníku tepla, vyznačená tím, že zahrnuje množinu desek pro převedení tepla, které jsou vzájemně odsazeny a uspořádány jedna na druhé, čímž poskytují množinu průchodů mezi přilehlými deskami pro proud tekutiny pro výměnu tepla, přičemž každá z uvedených desek má odsazené hřebeny probíhající v této desce a vybíhající ven z uvedené desky ke svým vrcholům, čímž uvedené odsazené hřebeny nesou přilehlé desky tak, že jsou vzájemně odsazeny, a poskytují uvedenou množinu průchodů mezi přilehlými deskami, přičemž uvedené odsazené hřebeny zahrnují zářezy vytvořené v uvedených vrcholech ve zvolených vzdálenostech, přičemž uvedené zářezy vybíhají z uvedených vrcholů do uvedených průchodů a do uvedeného proudu tekutiny pro výměnu tepla.
2. 2. Sestava prvků pro převedení tepla podle nároku 1, vyznačená tím, že uvedené desky pro převedení tepla zahrnují zvlnění mezi uvedenými odsazenými zářezy.
3. 3. Sestava prvků pro převedení tepla podle nároku 2, vyznačená tím, že uvedená zvlnění jsou uspořádána šikmo ke směru uvedených hřebenů.
4. 4. Sestava prvků pro převedení tepla podle nároku 1, vyznačená tím, že uvedené odsazené hřebeny v každé z uvedených desek zahrnují dvojice přilehlých hřebenů, přičemž jeden hřeben z uvedené dvojice hřebenů vybíhá ven z uvedené desky v jednom směru a druhý hřeben z uvedené dvojice φ·· • · · · · · • « · · · ··· • · · · ··· ···· ·· hřebenů vybíhá ven z uvedené desky v opačném směru.
5. 5. Způsob tváření desek pro převedení tepla výměníku tepla, vyznačený tím, že zahrnuje stupeň spočívající ve vedení desky pro převedení tepla skrze dvojici tvářecích válců s výstupky a zahloubeními pro tváření hřebenů, přičemž v uvedené desce se vytvoří odsazené hřebeny probíhající v desce a vybíhající ven z uvedené desky ke svým vrcholům, a stupeň spočívající ve vedení uvedené desky s uvedenými odsazenými hřebeny skrze dvojici válců pro tváření zářezů, přičemž jeden z uvedené dvojice válců pro tváření zářezů vytvoří zářezy v uvedených vrcholech ve zvolených vzdálenostech a druhý z uvedené dvojice válců pro tváření zářezů podpírá uvedené hřebeny v místech přilehlých k uvedeným zářezům.
6. 6. Způsob tváření desek pro převedení tepla výměníku tepla, vyznačený tím, že zahrnuje stupeň spočívající v poskytnutí desky pro převod tepla, která má zvlnění probíhající šikmo v této desce, stupeň spočívající v poskytnutí dvojice spolupracujících tvářecích válců, které mají výstupky a zahloubení pro tváření hřebenů probíhající v uvedených válcích paralelně k osám uvedených válců, přičemž uvedené výstupky pro tváření hřebenů mají odsazené mezery, a stupeň spočívající ve vedení uvedené desky s uvedenými zvlněními skrze uvedenou dvojici spolupracujících tvářecích válců, čímž se v uvedené desce vytvoří odsazené hřebeny, které probíhají v uvedené desce tak, že s uvedenými zvlněními svírají určitý úhel, a vybíhají ven z uvedené desky • · · · φφφ φφφ φφφφφφφ ke svým vrcholům vyšším než uvedená zvlnění, přičemž uvedené mezery v uvedených výstupcích pro tváření hřebenů a uvedená zvlnění spolupracují pro vytvoření odsazených zářezů v uvedených vrcholech uvedených hřebenů.

   • Φ · · • φ φφφ · φ φ φ φφ φφ φφ φφ
7. 7. Způsob tváření desek pro převedení tepla výměníku tepla, vyznačený tím, že zahrnuje stupeň spočívající v poskytnutí dvojice spolupracujících tvářecích válců majících výstupky pro tváření hřebenů a zahloubení probíhající v uvedených válcích, přičemž uvedené výstupky pro tváření hřebenů mají vybrání, přičemž uvedená zahloubení mají odsazené výběžky pro tváření zářezů, přičemž uvedené výběžky odpovídají uvedeným vybráním a jsou uspořádány tak, že spolupracují s uvedenými vybráními, a stupeň spočívající ve vedení desky pro převedení tepla skrze uvedenou dvojici spolupracujících válců, čímž se v uvedené desce vytvoří odsazené hřebeny probíhající v uvedené desce a vystupující ven z uvedené desky ke svým vrcholům, přičemž uvedená vybrání a uvedené výběžky pro tváření zářezů spolupracují tak, že se v uvedených vrcholech uvedených hřebenů vytvoří 2ářezy.