一种旋转再生式热交换器[1]采用传热元件[100]，该传热元件[100]被成形为包括在相邻元件[100]之间提供了间距的凹口[150]和在凹口150之间的区段中的波纹(折皱)[165，185]。本文所述的元件[100]包括在高度和/或宽度上不同的波纹[165，185]。这些在流过元件[100]之间的空气或烟气中赋予湍流以改善热传递。
1.一种用于表现出高效率和低维护的旋转再生式热交换器的传热元件，包括：平行于彼此延伸并构造为在相邻传热元件之间形成通道的凹口，所述凹口中的各个包括从所述传热元件的相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hn；
在所述凹口之间平行于彼此延伸的第一波纹，所述第一波纹中的各个包括从所述传热元件的所述相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hu1；以及在所述凹口[150]之间平行于彼此延伸、相邻于所述第一波纹并且与所述第一波纹交替地布置的第二波纹，所述第二波纹中的各个包括从所述传热元件的所述相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hu1。
2. 根据权利要求1所述的传热元件，其特征在于，Hu1小于Hn。
3. 根据权利要求1所述的传热元件，其特征在于， Hu2/Hu1的比率大于0.2且小于
4. 根据权利要求3所述的传热元件，其特征在于， Hu2/Hn的比率大于0.06且小于
5. 根据权利要求4所述的传热元件，其特征在于， Hu1/Hn的比率大于0.30且小于
6. 根据权利要求1所述的传热元件，其特征在于，所述第一波纹具有宽度Wu1，所述第二波纹具有宽度Wu2，并且Wu1不等于Wu2。
7. 根据权利要求6所述的传热元件，其特征在于，Wu2/Wu1大于0.2且小于1.2。
8. 根据权利要求1所述的传热元件，其特征在于，所述传热元件还包括设置在所述凹口之间且平行于所述凹口延伸的平坦区域。
9. 一种用于表现出高效率和低维护的旋转再生式热交换器的传热元件，包括：平行于彼此延伸并构造为在相邻传热元件之间形成通道的凹口，所述凹口中的各个包括从所述传热元件的相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hn；
设置在所述凹口之间的第一波纹，所述第一波纹平行于彼此延伸并具有宽度Wu1；
设置在所述凹口之间、相邻于所述第一波纹并且与所述第一波纹交替地布置的第二波纹，所述第二波纹平行于彼此延伸并具有宽度Wu2，其中Wu1不等于Wu2。
10. 根据权利要求9所述的传热元件，其特征在于，所述第一波纹具有高度Hu1，所述第二波纹具有高度Hu2，并且Hu1不等于Hu2。
11. 根据权利要求10所述的传热元件，其特征在于，Hu1小于Hn。
12. 根据权利要求10所述的传热元件，其特征在于，Hu2/Hu1的比率大于0.2且小于
13. 根据权利要求10所述的传热元件，其特征在于，Hu2/Hn的比率大于0.06且小于
14. 根据权利要求10所述的传热元件，其特征在于，Hu1/Hn的比率大于0.30且小于
15. 一种用于表现出高效率和低维护的旋转再生式热交换器的笼，包括：多个传热元件，以间隔关系叠置，从而在相邻传热元件之间提供多个通道，以用于使热交换流体在它们之间流过，所述传热元件中的各个包括：平行于彼此延伸并构造为在相邻传热元件之间形成通道[170]的凹口，所述凹口中的各个包括从所述传热元件的相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hn；
在所述凹口之间平行于彼此延伸的第一波纹，所述第一波纹中的各个包括从所述传热元件的所述相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hu1；以及在所述凹口之间平行于彼此延伸、相邻于所述第一波纹并且与所述第一波纹交替地布置的第二波纹，所述第二波纹中的各个包括从所述传热元件[100]的相反侧向外突出的叶并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hu1，并且Hu2小于Hn。
16. 根据权利要求15所述的旋转再生式热交换器笼，其特征在于，Hu2/Hu1的比率大于0.20且小于0.80。
17. 根据权利要求16所述的旋转再生式热交换器笼，其特征在于，Hu1/Hn的比率大于
18. 根据权利要求15所述的旋转再生式热交换器笼，其特征在于，所述第一波纹具有宽度Wu1，所述第二波纹具有宽度Wu2，并且Wu1不等于Wu2。
19. 根据权利要求18所述的旋转再生式热交换器笼，其特征在于，Wu2/Wu1大于0.2且小于1.2。
20. 根据权利要求15所述的旋转再生式热交换器笼，其特征在于，所述传热元件还包括设置在所述凹口之间且平行于所述凹口延伸的平坦区域。
用于旋转再生式热交换器的传热元件
技术领域
[0001] 本发明涉及旋转再生式热交换器中存在的类型的传热元件。
背景技术
[0002] 旋转再生式热交换器常常用于将热量从离开炉的烟气传递至进入的燃烧空气。常规的旋转再生式热交换器，诸如图1中显示为1的旋转再生式热交换器，具有安装在壳体14中的转子12。壳体14限定了烟气入口管道20和烟气出口管道22，用于使加热的烟气36流过热交换器1。壳体14还限定了空气入口管道24和空气出口管道26，用于使燃烧空气38流过热交换器1。转子12具有在其间限定了用于支撑传热元件的笼(框架)40的隔室
17的径向分隔物16或隔板。旋转再生式热交换器1被分区板28分成空气区和烟气区，分区板28在邻近转子12的上表面和下表面处延伸跨越壳体14。
[0003] 图2描绘了包括叠置在其中的几个元件10的元件笼40的示例的端部正视图。虽然仅示出几个元件10，但将理解，笼40将典型地填充有元件10。如在图2中可见，元件10以间隔关系紧密叠置在元件笼40内以在元件10之间形成用于流过空气或烟气的通道70。
[0004] 参照图1和2，热烟气流36被引导通过热交换器1的(烟)气区并将热量传递到连续旋转的转子12上的元件10。元件10接着围绕轴线18旋转至热交换器1的空气区，在这里燃烧空气流38被引导经过元件10并且由此被加热。在其它形式的旋转再生式热交换器中，元件10是静止的，并且壳体14的空气和(烟)气入口和出口部分旋转。
[0005] 图3描绘了具有叠置关系的常规元件10的部分，并且图4描绘了常规元件10中的一个的截面。典型地，元件10为钢板，其被成形为包括一个或多个各种凹口50和波纹65。
[0006] 当元件10如图3所示叠置时，以大致相等地隔开的间隔从元件10向外延伸的凹口50在相邻元件10之间保持间距，并且由此在元件10之间形成用于空气或烟气的通道70的侧面。典型地，凹口50相对于通过转子(图1的12)的流体流以预定角度(例如90度)延伸。
[0007] 除了凹口50之外，元件10典型地成波状以提供一系列波纹(折皱)65，波纹65在相邻凹口50之间延伸、相对于图3中标以“A”的箭头所指的热交换流体的流动成锐角Au。波纹65具有高度Hu并且起作用来增加流过通道70的空气或烟气中的湍流，以及从而中断否则将存在于邻近元件10的表面的那部分流体介质(或者空气或者烟气)中的热边界层。未中断的流体边界层的存在趋向于阻碍流体和元件10之间的热传递。相邻元件10上的波纹65相对于流动线倾斜地延伸。这样，波纹65改进了元件10和流体介质之间的热传递。此外，元件10可包括平坦部分(未示出)，该平坦部分平行于相邻元件10的凹口50并与其充分接触。对于其它传热元件10的示例，对美国专利No.2,596,642、No.2,940,736、No.4,396,058、No4,744,410、No.4,553,458和No.5,836,379进行参照。
[0008] 虽然这些元件表现出有利的传热速率，但根据具体设计和凹口与波纹之间的尺寸关系，结果可很大范围地变化。例如，虽然波纹提供了改善的热传递程度，但其也增加了跨过热交换器(图1的1)的压降。理想地，元件上的波纹将在邻近元件的那部分流体介质中引起相对较高程度的湍流，而凹口则将被尺寸加工成使得不邻近元件的流体介质(即在通道中心附近的流体)将经受较低程度的湍流，且因而经受小得多的流动阻力。然而，从波纹获得最佳水平的湍流可能是难以实现的，因为热传递和压力损失两者都倾向于与由波纹产生的湍流的程度成比例。升高热传递的波纹设计倾向于也升高压力损失，并且相反地，降低压力损失的形状倾向于也降低热传递。
[0009] 元件的设计必须也提供能够容易地清洁的表面构造。为了清洁元件，通常提供吹灰器，该吹灰器递送高压空气或蒸汽的风通过叠置的元件之间的通道，以从元件表面移走任何粒状沉积物并将这些沉积物带走以离开相对清洁的表面。为了适应吹灰，有利的是元件被成形为使得当叠置在笼中时通道被充分打开，以提供在元件之间的视线，这允许吹灰器射流在板之间穿透以进行清洁。一些元件不提供这样的开放通路，并且虽然它们具有良好的热传递和压降特性，但其未被常规吹灰器很好地清洁。这样的开放通路也允许用于测量离开元件的红外辐射的量的传感器工作。红外辐射传感器可用来检测“热点”的存在，该热点通常被看作是笼(图2的40)中火灾的先兆。通常称为“热点”检测器的这样的传感器可用于防止火灾的发生和发展。不具有开放通路的元件阻碍红外辐射离开元件并阻碍其被热点检测器检测到。
[0010] 因此，存在对于这样一种旋转再生式热交换器传热元件的需要，该传热元件对于给定量的热传递提供减小的压力损失，并且其可容易地通过吹灰器清洁以及与热点检测器相容。
发明内容
[0011] 本发明可被实施为用于旋转再生式热交换器[1]的传热元件[100]，其包括：
[0012] 凹口[150]，其平行于彼此延伸并构造为在相邻传热元件[100]之间形成通道[170]，各个凹口[150]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[151]并具有峰到峰高度Hn；
[0013] 第一波纹[165]，其在凹口[150]之间平行于彼此延伸，各个第一波纹[165]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[161]并具有峰到峰高度Hu1；和[0014] 第二波纹[185]，其在凹口[150]之间平行于彼此延伸，各个第二波纹[185]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[181]并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hu1。
[0015] 本发明也可被实施为用于旋转再生式热交换器[1]的传热元件[100]，其包括：
[0016] 凹口[150]，其平行于彼此延伸并构造为在相邻传热元件[100]之间形成通道[170]，各个凹口[150]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[151]；
[0017] 第一波纹[165]，其设置在凹口[150]之间，第一波纹[165]平行于彼此延伸并具有宽度Wu1；
[0018] 第二波纹[185]，其设置在凹口[150]之间，第二波纹[185]平行于彼此延伸并具有宽度Wu2，其中Wu1不等于Wu2。
[0019] 本发明也可被实施为用于旋转再生式热交换器[1]的笼[40]，其包括：
[0020] 多个传热元件[100]，该多个传热元件[100]以间隔关系叠置，从而在相邻传热元件[100]之间提供多个通道[170]，以用于使热交换流体在其间流过，各个传热元件[100]包括：
[0021] 凹口[150]，其平行于彼此延伸并构造为在相邻传热元件[100]之间形成通道[170]，各个凹口[150]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[151]并具有峰到峰高度Hn；
[0022] 第一波纹[165]，其在凹口[150]之间平行于彼此延伸，各个第一波纹[165]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[161]并具有峰到峰高度Hu1；和[0023] 第二波纹[185]，其在凹口[150]之间平行于彼此延伸，各个第二波纹[185]包括从传热元件[100]的相反侧向外突出的叶[181]并具有峰到峰高度Hu2，其中Hu2小于Hu1，并且Hu1小于Hn。
附图说明
[0024] 在说明书的结论部分处的权利要求中特别指出并清楚地声明了被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的上述和其它特征和优点显而易见，在附图中：
[0025] 图1是现有技术旋转再生式热交换器的局部剖开透视图；
[0026] 图2是包括几个传热元件的现有技术元件笼的俯视平面图；
[0027] 图3是处于叠置构造中的三个现有技术传热元件的一部分的透视图；
[0028] 图4是现有技术传热元件的剖面正视图；
[0029] 图5是根据本发明的一个实施例的传热元件的剖面正视图；以及[0030] 图6是根据本发明的一个实施例的传热元件的一部分的透视图。
具体实施方式
[0031] 图5和6描绘了根据本发明的一个实施例的传热元件100的一部分。元件100可代替常规元件10在旋转再生式热交换器(图1的1)中使用。例如，元件100可如图3所示叠置并如图2中描绘的那样插入笼40中，以便在图1所描绘的类型的旋转再生式热交换器1中使用。
[0032] 将结合对图5和6两者的参照来描述本发明。元件100由能够被轧制或冲压成所需构造的金属薄板形成。元件100具有处于一定的隔开间隔的一系列凹口150，其沿纵向且大致平行于流过元件100的热交换流体的流动方向(如标以“A”的箭头所指示)延伸。这些凹口150使相邻元件100保持隔开预定距离并且当元件100被叠置时在相邻元件100之间形成流动通道170。各个凹口150包括在一侧从元件100的表面向外突出的一个叶151和在相反侧从元件100的表面向外突出的另一个叶151。各个叶151可以是U形凹槽的形式，并且使凹口150的峰153在相反的方向上从元件100指向外侧。凹口150的峰153接触相邻元件100以保持元件100的间距。如也指出的，元件100可被布置成使得在一个元件100上的凹口150位于在相邻的元件100上的凹口150之间的大约中间处以进行最大支撑。虽然未示出，但构想到元件100可包括平行于凹口150延伸的平坦区域，相邻元件100的凹口150搁置在该平坦区域上面。各个凹口150的叶151之间的峰到峰高度标示为Hn。
[0033] 设置在元件100上、凹口150之间的是具有两个不同高度的波纹(折皱)165、185。这些波纹中的各个分别包括多个波纹165、185。虽然仅示出元件100的一部分，但将理解，元件100可包括若干凹口150和设置在各对凹口150之间的波纹165和185。
[0034] 各个波纹165平行于凹口150之间的其它波纹165延伸。各个波纹165包括在一侧从元件100的表面向外突出的一个叶161和在相反侧从元件100的表面向外突出的另一个叶161。各个叶161可以是U形通路的形式，其中通路的峰163在相反的方向上从元件100指向外侧。各个波纹165具有在峰163之间的峰到峰高度Hu1。
[0035] 各个波纹185平行于凹口150之间的其它波纹185延伸。各个波纹185包括在一侧从元件100的表面向外突出的一个叶181和在相反侧从元件100的表面向外突出的另一个叶181。各个叶181可以是U形通路的形式，使该通路的峰183在相反的方向上从元件100指向外侧。各个波纹185具有在峰183之间的峰到峰高度Hu2。
[0036] 在本发明的一个方面，Hu1和Hu2具有不同高度。Hu1/Hn的比率是关键参数，因为其限定了形成用于使流体流过的通道170的相邻元件100之间的开放区域的高度。
[0037] 在所示实施例中，Hu2小于Hu1，并且Hu1和Hu2两者都小于Hn。优选地，Hu2/Hu1的比率大于约0.20且小于约0.80；并且更优选地，Hu2/Hu1的比率大于约0.35且小于约0.65。Hu2/Hn的比率优选地大于约0.06且小于约0.72，并且Hu1/Hn的比率优选地大于约
0.30且小于约0.90。当Hu2/Hu1比率下降至0.20以下时，越小的波纹对形成湍流所具有的影响越小，并且越不有效。
[0038] 当Hu2/Hu1比率高于0.80时，这两个波纹高度几乎相等，并且与现有技术相比有最小的改进。
[0039] 一旦选择了Hu1/Hn比率和Hu2/Hu1比率，Hu2/Hn比率就固定了。
[0040] 在本发明的另一方面，各个波纹165的个体宽度可以不同于各个波纹185的个体宽度，如Wu1和Wu2所指。优选地，比率Wu2/Wu1大于0.20且小于1.20；并且更优选地，Wu2/Wu1大于0.50且小于1.10。Wu1和Wu2的选择很大程度上取决于用于Hu1和Hu2的值。本发明的优选实施例的总体目的之一是在元件表面附近形成最佳量的湍流。这意味着如在剖面中看到的两种类型的波纹的形状需要根据该目的而设计，并且各个波纹的形状很大程度上取决于其高度与其宽度的比率。此外，波纹宽度的选择也可影响由元件提供的表面积的量，并且表面积也对流体和元件之间的传热量有影响。
[0041] 相反，如图4所示，在常规元件10中的波纹65全部都具有相同高度Hu，并且全部都具有相同宽度Wu。风洞试验已惊人地显示，用本发明的波纹165和185代替常规均一波纹65能显著减小(约14％)压力损失，同时保持相同的传热速率和流体流量。这转变为对经营者的成本节约，因为在空气和烟气流过旋转再生式热交换器时减小空气和烟气的压力损失将减少用于迫使空气和烟气流过热交换器的风机所消耗的电功率。
[0042] 虽然不期望受理论的约束，但认为，传热介质在其于元件100之间流过时遇到的波纹165和185之间的高度和/或宽度的差值在与元件100的表面相邻的流体边界层中产生更多湍流，而在更远离元件100的表面的通道170的开放段中产生更少湍流。在边界层中增加的湍流增加了流体和元件100之间的传热速率。远离元件100的表面的减少的湍流用来在流体流过通道170时减小压力损失。通过调整这两个波纹的高度Hu1和Hu2，对于所传递的相同总热量而言减小流体压力损失是可行的。
[0043] 本发明的元件100的优良热传递和压降性能还具有这样的优点，即可以在一定程度上减小波纹165和传热流体的主要流动方向之间的角度，同时与具有常规均一波纹65的元件10相比，仍然保持相等量的热传递。这对于波纹185和传热流体的主要流动方向之间的角度也是正确的。
[0044] 这允许更好地由吹灰器射流进行清洁，因为波纹165和185与射流更好地对齐。此外，由于减小的波纹角度在元件100之间提供了更好的视线，本发明与红外辐射(热点)检测器相容。
[0045] 虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将会理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种更改并可用等同物替代本发明的元件。此外，本领域的技术人员将理解许多修改，以使特定的工具、状态或材料适应于本发明的教导，而不脱离其实质范围。因此，本发明意图不限于作为用于实现本发明而构思到的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。
