专利名称：空气预热器传热表面的制作方法
背景技术：
本发明涉及用于将热从烟道废气气流传递到燃烧空气气流的回转再生式空气预热器。更具体地，本发明涉及空气预热器的传热表面。
回转再生式空气预热器通常用于将热从从炉子排出的烟道废气传递给进入的燃烧空气。传统的回转再生式空气预热器具有可转动地安装在壳体内的转子。转子支承由传热元件限定的用于将热从烟道废气传递给燃烧空气的传热表面。转子具有径向隔板或隔膜，隔板或隔膜在其间限定多个分隔间以支承传热元件。区段板横过转子的上下表面以将预热器分成一废气部分和至少一个空气部分。热的烟道废气气流穿过预热器的废气部分并将热传递给连续转动的转子上的传热元件。然后被加热的传热元件旋转到预热器的空气部分。从而流向传热元件的燃烧空气气流就被加热了。
再生式空气预热器用的传热元件有几个要求。最重要的是，对于一定深度的传热元件，传热元件必须提供需要的传热量或能量回收量。空气预热器用的传统传热元件包括各种形式的平面和/或模压钢板的组合，它们在称作篮子的热交换模件中相互间隔开地叠放。这些间隔开的板形成整体纵向的通路或通道，以使烟道废气气流和空气气流流过转子。传热板的表面设计和布置方式提供了相邻板之间的接触，以限定并维持通路或通道。传热元件的其它要求还包括对于一定深度的传热元件，传热元件的叠放产生最小的压降，并且还能装配在小容积内。
在过去的60年或更多年中，根据许多方法和几何学设计并制造了传热元件表面。多次试图开发新型轮廓，这种新型轮廓能够提供较高的传热水平并且压降低，而且不易失效、易于清洁、还不易被烟灰吹除所损坏。被认为具有良好传热和低压降的这种表面之一表示在美国专利4,449,573中。该轮廓包括一组轮廓全部相同的传热板。板备有凹槽，凹槽相对主流向倾斜地延伸。板是这样定位的，即使得一个板的凹槽与另一个板的凹槽交叉。凹槽是从传热板的相对边横向延伸的平行双脊。因此在传热板的每个表面上，每个凹槽形成一个顶峰和一个直接相邻的低谷。凹槽至少有两个有利的功能，第一是保持传热板按已知的并且均匀的距离分隔开。第二是通过周期性地中断在传热板表面上流动的流体媒介中形成的热边界层，凹槽增加了传热率。这样，板仅在沿凹槽顶部间隔开的点处才能相互接触。尽管这是对先前表面的一种改进，但其具有某些缺点。由于全部微粒趋向于聚集到倾斜的一侧，所以难以清洁。在主流向(bulk direction of flow)没有为微粒、喷水口或烟灰吹除喷口提供开口。如果板没有通过与相邻板的接触来紧贴支撑，则成角度布置的凹槽不能提供足够的结构强度以承受由烟灰吹除产生的振动，所以这种表面不能松散地压装在篮子中。由于没有穿过元件的直的视线，所以红外或热点检测系统不能检测在元件任何有效深度的红外辐射。从而无法检测元件组内或元件组下游的热点状态。
在美国专利4,449,573中描述的倾斜凹槽用于中断流体中的热边界层，并从而增加传热率。从流体力学观点看，倾斜的凹槽与板表面上的均匀的周期性粗糙部分基本等效。但是，由于板间距和粗糙部分高度都与倾斜凹槽高度成比例，所以不能独立于板间距来改变粗糙部分的高度。这排除了优化粗糙部分与板间距比率的可能性。在传热文献中，这种形式的优点被称作H/Dh比的优化，其中H是粗糙部分高度，Dh是通道的液力直径。液力直径具有长度单位，定义为流通面积除以通道湿润周长的比率的四倍。对于无穷大的平行平板，Dh等于板之间间隙的两倍。对于美国专利4,449,573中的板，位于平板之上的倾斜凹槽的高度为H，所以通道间隙为2H。Dh约为通道间隙的两倍，或4H。这意味着不论H为多少，比率H/Dh将始终为约0.25。
如果能够独立于粗糙部分高度地改变板间距，则可以减少空气预热器的直径，使其可在较高的流速下操作，同时维持相同的热回收和压降。在这些约束条件下，较大的板间距是必要的，由于即使在较高的速度下较大的板间距也将通常导致较低的紊流，所以结果是较小的直径和较深的空气预热器，可能具有更大的元件重量。存在这样的装置，其中这是可取的，因为其在较高的速度下提供较低的失效。但是，对于对于美国专利4,449,573中的板，只有通过增加倾斜凹槽高度才能实现增加板间距。在较度的速度下，较高的倾斜凹槽高度产生不成比例的压降增大。
发明综述简而言之，本发明为改进的传热元件，该传热元件用于在回转再生式空气预热器中将热从烟道废气气流传递给空气气流。传热元件包括一组传热板，所有的传热板具有相同的轮廓，每个板备有两种形式的凹槽。每个凹槽由从传热板的相对边延伸的相邻脊构成。
第一系列凹槽是平行间隔开的直凹槽，这些凹槽在标称流向方向上延伸，即在从转子的一侧到另一侧的方向上基本笔直的延伸。第二系列凹槽是倾斜的或成角度布置的凹槽，这些凹槽通过平面部分相互间隔开，并在直凹槽之间延伸。直凹槽的高度等于并最好大于成角度布置的凹槽的高度，使得直凹槽与成角度布置的凹槽的顶部接触并提供平面间隙和支撑。
附图简要描述
图1为回转再生式空气预热器的部分剖面整体透视图；图2为本发明的板之一的透视图；图3为图2中沿线3-3截取的板的横截面；图4为叠放的两个传热板的平面图，其中第一块板被截断以显示第二块板；图5和6为表示叠放板的两种不同方法的横截面视图；图7为三个叠放板的平面图，其中板被截断以显示每个板；图8为图7叠放板的横截面视图。
优选实施例描述附图中的图1为典型空气加热器的部分剖面透视图，其表示了壳体12，在壳体12中转子14安装在驱动轴或驱动柱16上，以如箭头18所示地转动。转子由许多扇形部分20组成，每个扇形部分容纳许多篮子模件22，而且每个扇形部分由隔膜34限定。篮子模件容纳热交换表面。壳体由气流透不过的区段板24分成烟道废气侧和空气侧。相应的区段板也布置在单元的底部上。热的烟道废气通过废气进气道26进入空气加热器，流经转子并从废气排气道28排出，在转子处烟道废气将热量传递给转子。反向流动的空气通过空气进气道30进入，流经转子并从空气排气道32排出，在转子处空气获得热量。除包含本发明的热交换表面外，包含热交换表面的篮子模件22是在空气预热器中使用的通常的模件。
图2表示的是本发明的一个传热板34的透视图。板34包含第一系列间隔开的凹槽36，这些凹槽整体平行于穿过空气预热器并在板表面上流动的流体的方向。相对标称流向的有利方向为零度，但其可以为+/-3度。每个凹槽包括从板面上凸出的两个相邻部分或脊38和40，其中部分38从板的一侧凸出，而部分40从另一侧凸出。
第二系列凹槽包括倾斜的或成角度布置的凹槽42，这些凹槽相互平行并在相邻的直凹槽36之间倾斜地延伸。倾斜的凹槽42可与流向成10到50度角。倾斜的凹槽42通过平面部分44相互分隔开。如图3中所示，凹槽42在板面上的高度为“H”。该尺寸H被称作粗糙部分高度。在本发明中，尺寸X至少为3H，更典型的为10H到40H。因为传热文献包括对最佳X在10H到20H范围内的某些不同几何结构的研究，所以X的最佳值应在3H到40H范围中的某一处。这是因为在需要再一次中断之前，被中断的边界层需要一定的距离以使其自身重新附着到板的平面部分，然后再次变厚。如果X太小，则不会发生气流的重新附着，如果X太大，则传热率会因缺少边界层中断而降低。
图4表示的是叠放的图2的两个板，其中所有的板都是相同的，但在叠放之前交替的板被旋转以获得图4中所示的凹槽样式。直凹槽36的高度等于或最好大于倾斜凹槽42的高度，使得直凹槽与成角度布置的凹槽的顶部接触并由其支撑。既然直凹槽36比倾斜凹槽42高，所以在板之间就形成了明渠。该明渠提供了穿过板组进行红外热点检测的视线。它还提供了沿平行于主液流(bulk fluid flow)的方向将微粒从元件组中清扫出去的通路。
图5和6表示的是用于叠放板34的两种不同布置方式。图5为具有相同有效面积的优选叠放布置方式。如图中所示，凹槽36之间的距离为“N”，相邻板上的凹槽之间的有效面积为“A”。在图6中，N是相同的，但相邻板上的接合凹槽之间的有效面积为A1和A2，这两个有效面积不同。
图7和8表示的是本发明的替代实施例，其中在交替的布置方式使用了两种形式的板。板34与前面已经表示的并参考图2到6描述的实施例的板34相同，其包含两种形式的凹槽36和42以及平面部分44。第二种形式的板为板46，其夹在每个板34之间。这些板46包含倾斜的凹槽48，凹槽48与倾斜的凹槽24相同或类似。但是，这些板46不具有任何可与板34上的直凹槽36相比的直凹槽。在优选实施例中，倾斜的凹槽48具有与倾斜的凹槽42相同的尺寸，包括角度、高度和凹槽到凹槽的间距。再一次地，优选布置方式具有的直凹槽高度比倾斜凹槽42和48的高度高。
尽管在所示本发明优选实施例中倾斜凹槽的方向上交替的，但这对本发明不是必需的。倾斜凹槽与直凹槽组合的一个优点是，倾斜凹槽向在直凹槽和倾斜凹槽的交叉处形成的更开放的区域倾斜。当直凹槽形成后，该“低谷”是由倾斜凹槽变平形成的。该更开放的区域提供了在烟灰吹除或水洗过程中清除微粒或沉积物的通路。
由于液力直径可独立于由倾斜凹槽产生的粗糙部分而改变，所以板组的热和压降性能可优化为特定的设计条件。即，可以根据需要增加或减少直凹槽的高度和板间距，同时维持恒定的或甚至减少的倾斜凹槽高度。这在倾斜凹槽决定板间距的设计中是不可能的。
本发明的板固有地非常坚固。板首先由直凹槽加固，然后还由倾斜凹槽加固。由于不再需要紧密压装以维持对板的支撑，所以一个优点是板可以松散地布置在篮子中。该松散压装特征允许板在烟灰吹除或高压水洗过程中抖动或弯曲，以帮助破碎和松动板上的沉积物。
带有直凹槽和倾斜凹槽的板可以这样制造，即，使未加工的金属原料或者通过一个开槽滚轧操作或者通过利用两个不同的开槽滚轧操作，其中在一个滚轧操作中辊子具有同时形成两种形式凹槽的图样。后面的方法有一些好处，这是因为如果倾斜凹槽首先形成，则用于形成直凹槽的第二开槽操作会压平或局部去除倾斜凹槽，使得某些倾斜凹槽的粗糙部分保持在直凹槽上，用于中断边界层。
尽管详细展示并描述了本发明的优选实施例，但应很容易地理解，在该技术领域的普通技术人员的能力范围内，可以对其进行许多变型和改变。因此，后附权利要求旨在包括本发明的真正精神和范围内的所有这种变型。
权利要求
1.具有转子的回转再生式热交换器用的传热元件，其中所述传热元件包括许多叠放并间隔开的热交换板，这些板布置在所述转子中以在其间为沿基本轴向穿过所述转子方向的液流形成通道，所述许多热交换板中的每一个都包括a.许多直凹槽，这些凹槽在板中以间隔开的间距成形，并在基本平行于所述液流方向的方向上延伸；b.许多倾斜凹槽，这些凹槽在板中以平行间隔开的间距形成并被所述板的平面部分分开，所述倾斜凹槽与所述直凹槽和所述液流方向成角度地延伸，并在相邻的直凹槽之间延伸。
2.根据权利要求1中所述的传热元件，其特征在于，所述直凹槽具有在所述板平面上面的第一选择的高度，所述倾斜凹槽具有在所述板平面上面的第二选择的高度，其中所述第二高度等于或小于所述第一高度。
3.根据权利要求2中所述的传热元件，其特征在于，所述第二高度小于所述第一高度。
4.根据权利要求2中所述的传热元件，其特征在于，在所述轴向上测量的倾斜凹槽之间的所述板的所述平面部分的尺寸至少为所述第二选择的高度的三倍。
5.根据权利要求1中所述的传热元件，其特征在于，在相邻的叠放并间隔开的热交换板的所述倾斜凹槽和所述液流方向之间形成的所述角相对所述液流方向以相反的角度延伸。
6.具有转子的回转再生式热交换器用的传热元件，其中所述传热元件包括许多叠放并间隔开的热交换板，这些板布置在所述转子中以在其间为沿基本轴向穿过所述转子方向的液流形成通道，所述热交换板包括与许多第二热交换板交替的一系列第一热交换板，所述第一热交换板中的每一个都包括在其中以间隔开的间距在基本平行于所述液流方向的方向上形成的许多直凹槽，和在其中以平行间隔开的间距形成并由所述第一热交换板的平面部分分开的许多倾斜凹槽，所述倾斜凹槽与所述直凹槽和所述液流方向成角度地延伸，并在相邻的直凹槽之间延伸，所述第二热交换板中的每一个都不包含直凹槽，但包括在其中以平行间隔开的间距形成并由所述第二热交换板的平面部分分开的许多倾斜凹槽，这些凹槽横过所述第二热交换板与所述液流方向成角度地延伸。
7.根据权利要求6中所述的传热元件，其特征在于，在相邻的第一和第二热交换板的所述倾斜凹槽和所述液流方向之间形成的所述角相对所述液流方向以相反的角度延伸。
全文摘要
空气预热器用的热交换元件(34)具有第一和第二传热元件(36,42),传热元件布置为形成通道以使具有主流向的热交换媒介通过。热交换板(34)中的每一个都具有平行的直脊(38,40)和位于脊(38,40)之间的平面部分(36)。脊(38,40)交替布置以从每个热交换板(34)的相对边横向延伸。相邻板(34)的脊(38,40)相对主流向以相反的方向倾斜定向,并只在脊(38,40)的交叉点处相互接触。
文档编号F28D19/04GK1270666SQ98809140
公开日2000年10月18日 申请日期1998年9月11日 优先权日1997年9月15日
发明者T·C·布尔兹特瓦, W·S·考特曼, J·D·赛巴德 申请人:Abb空气预热器有限公司