[發明專利]用于旋轉再生式熱交換器的傳熱元件

有效

• 申請號: 201080047982.X
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN102625900A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: J·D·西鮑爾德
• 申請（專利權）人: 阿爾斯通技術有限公司
• 主分類號: F28D19/04
• 分類號: F28D19/04;F28F3/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;傅永霄

技術領域

本發明涉及旋轉再生式熱交換器中存在的類型的傳熱元件。

背景技術

旋轉再生式熱交換器常常用于將熱量從離開爐的煙氣傳遞至進入的燃燒空氣。常規的旋轉再生式熱交換器，諸如圖1中顯示為1的旋轉再生式熱交換器，具有安裝在殼體14中的轉子12。殼體14限定了煙氣入口管道20和煙氣出口管道22，用于使加熱的煙氣36流過熱交換器1。殼體14還限定了空氣入口管道24和空氣出口管道26，用于使燃燒空氣38流過熱交換器1。轉子12具有在其間限定了用于支撐傳熱元件的籠(框架)40的隔室17的徑向分隔物16或隔板。旋轉再生式熱交換器1被分區板28分成空氣區和煙氣區，分區板28在鄰近轉子12的上表面和下表面處延伸跨越殼體14。

圖2描繪了包括疊置在其中的幾個元件10的元件籠40的示例的端部正視圖。雖然僅示出幾個元件10，但將理解，籠40將典型地填充有元件10。如在圖2中可見，元件10以間隔關系緊密疊置在元件籠40內以在元件10之間形成用于流過空氣或煙氣的通道70。

參照圖1和2，熱煙氣流36被引導通過熱交換器1的(煙)氣區并將熱量傳遞到連續旋轉的轉子12上的元件10。元件10接著圍繞軸線18旋轉至熱交換器1的空氣區，在這里燃燒空氣流38被引導經過元件10并且由此被加熱。在其它形式的旋轉再生式熱交換器中，元件10是靜止的，并且殼體14的空氣和(煙)氣入口和出口部分旋轉。

圖3描繪了具有疊置關系的常規元件10的部分，并且圖4描繪了常規元件10中的一個的截面。典型地，元件10為鋼板，其被成形為包括一個或多個各種凹口50和波紋65。

當元件10如圖3所示疊置時，以大致相等地隔開的間隔從元件10向外延伸的凹口50在相鄰元件10之間保持間距，并且由此在元件10之間形成用于空氣或煙氣的通道70的側面。典型地，凹口50相對于通過轉子(圖1的12)的流體流以預定角度(例如90度)延伸。

除了凹口50之外，元件10典型地成波狀以提供一系列波紋(折皺)65，波紋65在相鄰凹口50之間延伸、相對于圖3中標以“A”的箭頭所指的熱交換流體的流動成銳角Au。波紋65具有高度Hu并且起作用來增加流過通道70的空氣或煙氣中的湍流，以及從而中斷否則將存在于鄰近元件10的表面的那部分流體介質(或者空氣或者煙氣)中的熱邊界層。未中斷的流體邊界層的存在趨向于阻礙流體和元件10之間的熱傳遞。相鄰元件10上的波紋65相對于流動線傾斜地延伸。這樣，波紋65改進了元件10和流體介質之間的熱傳遞。此外，元件10可包括平坦部分(未示出)，該平坦部分平行于相鄰元件10的凹口50并與其充分接觸。對于其它傳熱元件10的示例，對美國專利No.2,596,642、No.2,940,736、No.4,396,058、No4,744,410、No.4,553,458和No.5,836,379進行參照。

雖然這些元件表現出有利的傳熱速率，但根據具體設計和凹口與波紋之間的尺寸關系，結果可很大范圍地變化。例如，雖然波紋提供了改善的熱傳遞程度，但其也增加了跨過熱交換器(圖1的1)的壓降。理想地，元件上的波紋將在鄰近元件的那部分流體介質中引起相對較高程度的湍流，而凹口則將被尺寸加工成使得不鄰近元件的流體介質(即在通道中心附近的流體)將經受較低程度的湍流，且因而經受小得多的流動阻力。然而，從波紋獲得最佳水平的湍流可能是難以實現的，因為熱傳遞和壓力損失兩者都傾向于與由波紋產生的湍流的程度成比例。升高熱傳遞的波紋設計傾向于也升高壓力損失，并且相反地，降低壓力損失的形狀傾向于也降低熱傳遞。

元件的設計必須也提供能夠容易地清潔的表面構造。為了清潔元件，通常提供吹灰器，該吹灰器遞送高壓空氣或蒸汽的風通過疊置的元件之間的通道，以從元件表面移走任何粒狀沉積物并將這些沉積物帶走以離開相對清潔的表面。為了適應吹灰，有利的是元件被成形為使得當疊置在籠中時通道被充分打開，以提供在元件之間的視線，這允許吹灰器射流在板之間穿透以進行清潔。一些元件不提供這樣的開放通路，并且雖然它們具有良好的熱傳遞和壓降特性，但其未被常規吹灰器很好地清潔。這樣的開放通路也允許用于測量離開元件的紅外輻射的量的傳感器工作。紅外輻射傳感器可用來檢測“熱點”的存在，該熱點通常被看作是籠(圖2的40)中火災的先兆。通常稱為“熱點”檢測器的這樣的傳感器可用于防止火災的發生和發展。不具有開放通路的元件阻礙紅外輻射離開元件并阻礙其被熱點檢測器檢測到。