專利名稱：空氣預(yù)熱器傳熱件及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)再生式空氣預(yù)熱器，用以將來自廢氣流的熱量傳給進(jìn)入的燃燒空氣流，具體地說涉及用于空氣預(yù)熱器的傳熱件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
旋轉(zhuǎn)再生式熱交換器用以將來自熱氣流如熱廢氣流的熱量傳給另一冷氣流如燃燒空氣。轉(zhuǎn)子包含著大量的吸熱材料，先使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)入熱氣流的通道，在此通道內(nèi)吸熱材料吸取熱量。在轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)加熱的吸熱材料進(jìn)入冷氣流通道，在此通道內(nèi)將來自吸熱材料的熱量傳給冷氣流。
在普通的旋轉(zhuǎn)式熱交換器如旋轉(zhuǎn)再生式空氣預(yù)熱器內(nèi)，筒形轉(zhuǎn)子裝在水平或垂直的中央轉(zhuǎn)子支柱上，通過很多徑向隔板分成很多扇形隔間，稱之為隔膜的隔板從轉(zhuǎn)子支柱延伸到轉(zhuǎn)子的外周殼體。在這些扇形隔間內(nèi)裝有模件式熱交換筐件，筐件包含著大量一般由疊置板狀吸熱件構(gòu)成的熱交換材料。
一般用于再生式空氣預(yù)熱器的傳熱件為成形壓制或滾壓成的鋼板，再將這些鋼板疊置起來而構(gòu)成大量的傳熱材料。一種常用的結(jié)構(gòu)是使板件作成形加工而帶有間隔布置的脊體、一般是從板件相背兩側(cè)凸出的雙脊體，脊體沿流動(dòng)的方向或與之傾斜的方向延伸而用以使板件彼此相隔一定距離。這種間隔在板件之間構(gòu)成流動(dòng)通道以便廢氣和空氣從中流動(dòng)。作為這種傳熱件的示例可參閱美國(guó)專利4,744,410和4,553,458。
采用這些脊體使傳熱件作間隔布置的作用之一是使脊體構(gòu)成經(jīng)過成沓傳熱件的流動(dòng)通路，而此通路具有與板件其他部分每表面面積的截面積相比較大的每板件外露表面面積的截面積。這就造成與板件其他部分相比較小的流動(dòng)阻力、較弱的擾動(dòng)和混拌作用、較大的廢氣和空氣的質(zhì)量流量和較少的傳遞熱量。因此，脊體盡管提供了結(jié)構(gòu)上的完整性和準(zhǔn)確的間隔，仍具有其傳熱方面的負(fù)面作用。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及使傳熱件成形的方法和用此方法形成的傳熱件，從而改善傳熱件的傳熱性能。具體地說，本發(fā)明涉及具有橫跨板件形成的間隔布置的脊或凹槽，其中，在凹槽的尖端以選定的間距形成擾流凹部，此凹部伸進(jìn)由凹槽形成的流動(dòng)通道部分內(nèi)。此擾流凸體改變了流動(dòng)通道的尺寸(高度、寬度和(或)斷面面積)，阻斷了界面層，產(chǎn)生了擾動(dòng)和混拌的作用，從而加強(qiáng)了熱量的傳遞。
附圖的詳細(xì)描述

圖1為普通旋轉(zhuǎn)再生式空氣預(yù)熱器的透視全圖。
圖2為本發(fā)明傳熱組件的部分透視圖。
圖3為傳熱組件的部分側(cè)視圖，示出流動(dòng)通道。
圖4為本發(fā)明傳熱板的部分透視放大圖。
圖5為板件成形方法的部分剖面圖，示出帶凹槽板件的成形。
圖6為圖5輥?zhàn)拥牧硪黄拭鎴D，示出用以形成擾流凹部的結(jié)構(gòu)。
圖7為圖5、6輥?zhàn)又坏牟糠滞敢晥D。
圖8為本發(fā)明另一板件成形方法的部分剖面圖。
圖9為圖8凹部成形輥?zhàn)拥那耙晥D。
圖10為將本發(fā)明用于波紋狀板件時(shí)傳熱組件的部分透視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述圖1為一常用空氣預(yù)熱器經(jīng)部分剖去后的透視圖，示出在殼體12內(nèi)轉(zhuǎn)子14裝在驅(qū)動(dòng)軸或支柱16上并繞其作如箭頭18所示轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子由很多扇形區(qū)20構(gòu)成，每扇形區(qū)裝有很多筐式模件22，每扇形區(qū)以隔板34為界。筐式模件含有熱交換表面。殼體通過氣流不能透過的扇形板24分成廢氣側(cè)的空氣側(cè)。在此裝置的底部也裝有相應(yīng)的扇形板。熱廢氣通過廢氣入口管道26進(jìn)入空氣預(yù)熱器，氣流穿過轉(zhuǎn)子而將熱量傳給轉(zhuǎn)子，再通過廢氣出口管道28離去。反向流動(dòng)的空氣通過空氣入口管道30進(jìn)入而穿過轉(zhuǎn)子，從而從轉(zhuǎn)子吸取熱量，再通過空氣出口管道32離去。
圖2部分地示出三個(gè)裝在筐式模件22內(nèi)、按本發(fā)明成形的疊置熱交換板34。當(dāng)然，在每模件內(nèi)設(shè)有大量的這種板件34。板件34是相隔一定間距疊置的，因而在其間形成供廢氣和空氣流動(dòng)的通路36、38。
板件34一般由金屬薄板構(gòu)成而可將其滾壓或沖壓成所需形狀。成形的板件具有平面段40和朝向相反的凹槽42，凹槽用以使相鄰板件相隔一預(yù)定的間距以便形成以上所述流動(dòng)通道或通路36、38。圖3為三個(gè)疊置板件的部分側(cè)視圖，在凹槽42和相鄰板件之間畫上交叉陰影線的流體流動(dòng)可用面積44就每表面面積外露的傳熱表面而言，明顯地大于其余(未畫上交叉陰影線的)相鄰板件平面段40之間流體流動(dòng)面積。此流動(dòng)通道44具有較小的阻力和較弱的擾動(dòng)和混拌作用。就每外露的傳熱件表面面積而言，流徑這些通道44的流量百分比大于流經(jīng)其余流動(dòng)通路38以及流經(jīng)流動(dòng)通路36的流量百分比。所有這些因素造成這一區(qū)域44內(nèi)較低的熱量傳遞。
本發(fā)明提供一種流動(dòng)通道44的結(jié)構(gòu)，用以擾動(dòng)氣體，從而至少加大流動(dòng)阻力、產(chǎn)生擾動(dòng)和混拌并阻斷界面層。這種氣流干擾結(jié)構(gòu)因而改善了通道44內(nèi)的單位傳熱性能和疊置板件總的傳熱性能。這還是以將某些氣流推出凹槽通道而使其與其他區(qū)域內(nèi)如圖2、3內(nèi)的流動(dòng)通路36、38內(nèi)的氣流混拌。這種混拌減少了通路44和通路36、38之間的溫差，否則就會(huì)產(chǎn)生這種溫差。
圖2示出氣體干擾結(jié)構(gòu)，這是由變形體或凹部46構(gòu)成的，這是在凹槽42尖端內(nèi)形成而以一定間距伸進(jìn)通道44內(nèi)的。這些凹部在圖4板件34的部分放大圖中作了很清楚的圖示。如圖4所示，在向上延伸的左邊凹槽42內(nèi)凹部46由凹槽尖端內(nèi)的小坑構(gòu)成，使凹部46的下側(cè)伸進(jìn)板件下方的流動(dòng)區(qū)44內(nèi)。與此相似，在向下延伸的右邊凹槽42內(nèi)所形成的凹部46向上伸進(jìn)板件上方的右邊流動(dòng)區(qū)44內(nèi)。
這些氣流干擾結(jié)構(gòu)或凹部46，由于其伸進(jìn)經(jīng)過通道44的流體流動(dòng)通路內(nèi)，就干擾了界面層而產(chǎn)生振動(dòng)和混拌作用，從而改善了熱量的傳遞。事實(shí)上，即使在凹部46很小時(shí)也可明顯地改善熱量的傳遞而不為使其相隔很近。例如，在凹槽高度為0.38英寸(從板件一側(cè)的凹槽尖端到板件另一側(cè)相配凹槽的尖端的距離)時(shí)，相隔間距為2.5英寸而深度僅為0.100英寸的凹部就對(duì)某一相同體積或相同量的傳熱板顯示出9.5％的傳熱增長(zhǎng)值?；騽t，由于傳熱量的增加而可進(jìn)一步加大板件相隔的間距，與不采用本發(fā)明的板件相比，在模件中減少8％的板件材料就可取得同等的傳熱量。
圖5、6、7示出本發(fā)明傳熱板成形方法所用設(shè)備。在此方法中，改造了用以形成板件34中凹槽42的對(duì)置成形輥?zhàn)?8、50以形成凹部46。圖5為通過輥?zhàn)佣跓o凹部的部位通過板件所作剖面圖。成形輥?zhàn)由系耐贵w52和凹體54相配合以形成凹槽42。
圖6與圖5相似而為通過輥?zhàn)雍驮诰哂杏靡孕纬砂疾拷Y(jié)構(gòu)的部位通過板件所作剖面圖。圖7為一輥?zhàn)拥牟糠滞敢晥D，示出這些凹部的成形結(jié)構(gòu)。如圖所示，在成形輥?zhàn)由系耐贵w52在56處予以切除而在形狀上和程度上符合形成凹部46的要求。凹體54裝有壓凹銷釘58而使其從凹體54的底部伸出以便與配對(duì)的輥?zhàn)由吓鋵?duì)的切除部分56相配合而形成凹部。
圖8、9示出另一本發(fā)明傳熱板內(nèi)形成凹部46的方法。在圖8中，成形輥?zhàn)?0、62與圖5成形輥?zhàn)?8、50相似，但僅用以形成凹槽42。對(duì)這些輥?zhàn)游从枳鞒鲇靡孕纬砂疾?6的改制。在圖8.9所示方法中，使帶有已形成凹槽42的板件34通過凹部成形輥?zhàn)?4、66。輥?zhàn)?4由一組圓盤68構(gòu)成，圓盤相隔一與凹部之間所需間距相同的距離如圖9所示。輥?zhàn)?4最好在圓盤68之間具有分隔器72而可采用不同寬度的分隔器72以改變凹部之間的距離。對(duì)圓盤68的周邊予以定形和定位，使其與凹槽42接合而形成形狀和深度符合要求的凹部。
輥?zhàn)?6用以在形成凹部時(shí)支承其兩側(cè)上的凹槽。這就控制著凹部的深度并防止凹部特定區(qū)域外的薄板產(chǎn)生不應(yīng)有的變形。輥?zhàn)?6具有一組圓盤70，圓盤器有凹槽支承體74。這些凹槽支承體的形狀使其伸入凹槽并與凹槽的形狀相符。將凹槽支承體排列在輥?zhàn)?6上而使在每圓盤68的每側(cè)具有一支承盤70如圖9所示。在圖8中，所示支承盤70位于成形中的凹部46后面。在此特定的方法中，一次僅在板件34一側(cè)在凹槽上形成凹部。圖8中的板件須再進(jìn)入下工位，在此工位上以相同的方法在下部凹槽上形成凹部。圖8、9所示實(shí)施例為本發(fā)明優(yōu)選的方法，用以在一與形成凹槽步驟分開的一個(gè)步驟中形成凹部。另一優(yōu)選程度較低的方法是用與輥?zhàn)?4相同的輥?zhàn)犹娲佔(zhàn)?6。再使板件在這樣一對(duì)輥?zhàn)?4中通過而形成適當(dāng)?shù)陌疾?。但，這會(huì)在較大的區(qū)域內(nèi)而不是只在局部區(qū)域內(nèi)減小凹槽的高度。
盡管采用了某些傳熱板的構(gòu)形以利說明，本發(fā)明還適用于其他帶凹槽板件的構(gòu)形。例如，凹槽可具有平行于流體流動(dòng)的朝向，也可成一45°以下的角度。本發(fā)明還適用于僅從一面，并非所示從兩面伸出凹槽的板件。此外，板件上凹槽之間的所謂平面段實(shí)際上可以是如本專業(yè)中常用的波紋狀表面。這一實(shí)施例示于圖10，其中，凹槽42之間的區(qū)段40具有波紋76，其與凹槽的高度相比相對(duì)較淺而相對(duì)于凹槽的走向和流體流動(dòng)的方向作一銳角的傾斜。
采用帶波紋狀表面的板件導(dǎo)致凹部成形的又一方法。在需作出凹槽的板件原已是波紋狀或帶有紋理的表面時(shí)，制作凹槽的輥?zhàn)釉跇?gòu)形上可使其結(jié)合波紋進(jìn)行加工而同時(shí)形成凹槽和凹部。制作凹槽的輥?zhàn)釉谄鋵挾壬暇哂胁贿B續(xù)的凹槽紋理。在具有凹槽紋理的區(qū)域內(nèi)，波紋體被壓平而凹槽得以滾壓成形。在輥?zhàn)由习疾奂y理間具有空隙的部位在相當(dāng)程度上留有原來的波紋形狀，從而在凹槽通道內(nèi)產(chǎn)生所需凹部或擾動(dòng)體的作用。這可用圖5、6、7所示同一設(shè)備作出，但不必具有作出凹部的銷釘58。
僅作為示例，具有凹槽高度為0.965cm(0.380英寸)的板件可具有間距為6.35cm(2.5英寸)、平均高度為0.254cm(英寸)的凹部。一凹部的總寬度可在0.635cm(0.25英寸)左右。雖對(duì)傳熱組件的具體細(xì)節(jié)和幾種傳熱件的成形方法作了說明，本發(fā)明應(yīng)包括等效的內(nèi)容而僅由權(quán)利要求書予以限定。
權(quán)利要求
1.一種傳熱件組件，用于旋轉(zhuǎn)再生式熱交換器，具有很多以間隔的關(guān)系疊置的傳熱板，從而在相鄰的板之間提供很多通路以便熱交換流體從中流動(dòng)，每個(gè)所述板具有間隔布置，與之橫向延伸并從所述板到一尖端向外伸出的凹槽，從而所述間隔布置的凹槽支承呈所述間隔關(guān)系的相鄰的板并在相鄰的板之間提供所述很多道路，所述間隔布置的凹槽具有在所述尖端內(nèi)以選定的間距形成的凹部，所述凹部從所述尖端伸進(jìn)所述通路和所述熱交換流體流內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的傳熱件組件，其中所述傳熱板在所述間隔布置的凹槽之間具有波紋。
3.按權(quán)利要求2所述的傳熱件組件，其中所述波紋傾斜于所述凹槽的走向。
4.按權(quán)利要求1所述的傳熱件組件，其中每個(gè)所述板內(nèi)的所述間隔布置的凹槽包括成對(duì)的相鄰凹槽，所述成對(duì)凹槽中之一從所述板沿一個(gè)方向向外伸出，所述成對(duì)凹槽中另一個(gè)從所述板沿相反方向向外伸出。
5.一種用于形成熱交換器傳熱板的方法，包括以下步驟a.使一張傳熱板材料通過一對(duì)具有凹槽成形凸體和凹體的成形輥，從而在所述材料內(nèi)形成間隔布置的凹槽，凹槽橫向于材料延伸并從所述材料到一尖端向外伸出；b.使帶有所述間隔布置凹槽的所述材料通過一對(duì)凹部成形輥，所述成對(duì)的凹部成形輥之一在所述凹槽的所述尖端內(nèi)以選定的間距形成凹部，所述成對(duì)凹部成形輥中另一個(gè)支承與所述凹部鄰接的所述凹槽。
6.一種用于形成熱交換器傳熱板的方法，包括以下步驟a.提供一張帶有橫跨傳熱板材料斜向延伸的波紋的傳熱板材料；b.提供一對(duì)相互配合的成形輥，帶有橫跨所述輥并平行于所述輥的軸線延伸的凹槽成形凸體和凹體。所述凹槽成形凸體具有間隔的空隙；c.使具有所述波紋的所述一張材料通過所述一對(duì)相互配合的成形輥，從而在所述材料內(nèi)形成間隔的凹槽，后者與所述波紋成一角度地橫跨所述材料延伸并從所述材料到一尖端向外伸出，此尖端高于所述波紋，因而在所述凹槽成形凸體內(nèi)的所述空隙和所述波紋相互配合而在所述凹槽的所述尖端內(nèi)形成間隔的凹部。
7.一種用于形成熱交換器傳熱板的方法，包括以下步驟a.提供一對(duì)相互配合的成形輥，帶有橫跨所述輥延伸的凹槽成形凸體和凹體，所述凹槽成形凸體具有間隔布置的切除部分，所述凹體具有間隔布置的凹部成形凸體，后者定位成與所述切除部分相對(duì)應(yīng)和與之配合；b.使一張熱交換板材料通過所述一對(duì)相互配合的輥，從而在所述材料內(nèi)形成間隔布置的凹槽，后者橫跨材料延伸并向外延伸到一尖端，而所述切除部分和所述凹部成形凸體相互配合而在所述凹槽的所述尖端內(nèi)形成凹部。
全文摘要
用于旋轉(zhuǎn)再生式熱交換器的傳熱件(34)具有帶斷流凹部(46)、間隔布置的脊部或凹槽(42),凹部以選定的間距位于凹槽(42)的尖端而伸進(jìn)流動(dòng)通道(36、38)內(nèi)。這些凹部(46)阻斷附面層而造成擾動(dòng)和混拌,從而加強(qiáng)熱量的傳遞。對(duì)不同的凹部(46)成形方法作了說明。
文檔編號(hào)F28D19/04GK1260036SQ98806086
公開日2000年7月12日 申請(qǐng)日期1998年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月13日
發(fā)明者W·S·康德曼, G·F·布朗, T·C·布若斯特瓦, M·M·陳, S·F·哈丁格, J·D·西巴德 申請(qǐng)人:Abb·空氣預(yù)熱器有限公司