專利名稱：再生器輪裝置的制作方法
再生器輪裝置
背景技術(shù)：
本公開內(nèi)容一般涉及再生式熱交換器，且更具體地涉及再生器輪裝置
(regenerator wheel apparatus )。
再生式熱交換器，或再生器，也被稱為熱輪，用于與包括加熱和冷卻的操作相關(guān)聯(lián)的能量回收。使用這樣的再生器來加熱和冷卻的一個例子是大型空間，例如建筑物的加熱和冷卻。再生器用于例如蒸汽動力設(shè)備的預(yù)熱操作以及氣體吸附過程和質(zhì)量傳遞操作，例如像除濕。為了達(dá)到期望的結(jié)果，再生器包括已經(jīng)變得公知為基體的部分?；w是再生器的吸收并傳輸特定目標(biāo)物質(zhì)，例如熱等的部分。由于如所述所利用的再生器的操作溫度可超過650°C，因此基體通常由陶資材料構(gòu)成。此外，陶瓷的導(dǎo)熱率一般比金屬的低，這在再生式熱交換器的應(yīng)用中是有利的。
傳統(tǒng)上已經(jīng)用幾種方式將再生器配置成在高的物質(zhì)濃度和低的物質(zhì)濃度的流動流之間輸送基體，例如像再生器輪中基體的連續(xù)和不連續(xù)旋轉(zhuǎn)。通常，再生器輪的大部分質(zhì)量和/或區(qū)域包括基體。雖然配置有再生器輪的不連續(xù)旋轉(zhuǎn)的一些再生器，例如USRE37,134中描述的，其內(nèi)容在此通過引用全文并入，使用所有質(zhì)量和/或區(qū)域的基體來吸收和傳輸特定目標(biāo)物質(zhì)，但是其他則不。不使用所有質(zhì)量和/或區(qū)域的基體的再生器的一個例子是轉(zhuǎn)位到有限數(shù)量，例如像四個的物質(zhì)流動流的再生器。在這種設(shè)備中，基體的大部分區(qū)域可不用于其所配置的目的。
由于與制造基體相關(guān)聯(lián)的費用，因此不期望有未利用的部分。此外，不期望有基體材料的未使用的部分，因為基體自身，尤其是當(dāng)由陶瓷材料制成時，容易位于相對于結(jié)構(gòu)耐久性更不堅固的一側(cè)上。提供再生器的有效傳熱屬性的其他材料沒有專門地用作基體材料需要的結(jié)構(gòu)完整性。發(fā)明簡述
本發(fā)明的實施方式包括一種再生器輪。該再生器輪包括框架、布置在框架里的多個孔，且多個孔中的至少一個孔通過框架與另一孔分開。該再生器輪還包括分別與多個孔對準(zhǔn)的多個基體。
本發(fā)明的另一實施方式包括一種具有多個不同基體和用于支撐多個不同基體的工具的再生器輪，每個基體包括至少一個流通道。
附圖簡述
下面的描述不應(yīng)被認(rèn)為以任何方式限制。參考附圖，相同的元件相同
地編號


圖1是依照本發(fā)明的實施方式的再生器輪的端視圖2是依照本發(fā)明的實施方式的再生器輪的截面圖3是依照本發(fā)明的實施方式的再生器輪的截面圖4是依照本發(fā)明的實施方式的再生器車合框架的端面截面圖5是圖4中顯示的依照本發(fā)明的實施方式的再生器輪框架的截面
圖6是依照本發(fā)明的實施方式的再生器輪框架的截面圖；以及圖7是依照本發(fā)明的實施方式的再生器輪框架的端視圖。
發(fā)明詳述
公開的裝置和方法的幾個實施方式的詳細(xì)描述在這里參考附圖作為例證提出，且不限制。
本發(fā)明的實施方式提供了不連續(xù)旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)位的再生器輪，其中，基體材料僅布置在對傳輸目標(biāo)物質(zhì)有用的地方，例如在框架里的多個孔處?？兹缓罂膳c目標(biāo)物質(zhì)的流動流對準(zhǔn)?？自谠偕鬏喞镞m當(dāng)?shù)胤植?在一個實
6施方式中等距)，且它們的形式基于將目標(biāo)物質(zhì)流引導(dǎo)到基體并從基體引導(dǎo)目標(biāo)物質(zhì)流的管道的形狀。框架為通常易碎的基體材料提供增強的結(jié)構(gòu)完整性和剛度。此外，在保持再生器的性能的同時，能夠避免與表示再生器輪的大部分質(zhì)量和/或區(qū)域的基體相關(guān)聯(lián)的制造費用。如這里所使用的，術(shù)語"再生器"應(yīng)包括在能量回收、預(yù)熱、廢氣處理、氣體吸附和質(zhì)量傳遞應(yīng)用及其它應(yīng)用中^f吏用的再生器。
現(xiàn)在參考圖1,描述了供不連續(xù)旋轉(zhuǎn)(或轉(zhuǎn)位)的再生器使用的再生
器輪50。明顯的，輪50的區(qū)域由并非意圖用于物質(zhì)傳輸?shù)膮^(qū)域和旨在具有關(guān)于物質(zhì)傳輸?shù)墓τ玫目?有效基體所在的地方)組成。
再生器輪50包括框架55?？蚣?5可用許多不同的方式構(gòu)成，只要其能提供可靠的結(jié)構(gòu)以正確支撐并移動基體來增進(jìn)再生器的適當(dāng)操作。為了示例的目的，這里示出了五個實施方式，但是并不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。公開的第一實施方式在圖1中示出，而第二實施方式在圖2和圖3中示出，第三實施方式在圖4和圖5中示出，而第四實施方式在圖6中描迷，以及第五實施方式在圖7中描述。在每個實施方式中，框架55被示出為圓柱體。雖然對于回轉(zhuǎn)機器的操作而言，圓柱體是便利的形狀，但是應(yīng)理解，其他形狀也是可能的，而不背離本發(fā)明的范圍。
才匡架是相對實體構(gòu)造(relatively solid construction)或由單獨的部件構(gòu)成，并因此大部分開^L。應(yīng)理解，相對實體構(gòu)造包括泡沫材料構(gòu)造(比如，由比利時的Vesuvius在市場上銷售的陶瓷泡沫)。呈現(xiàn)第一端面20和第二端面22 (參考圖2時最佳看出)。在再生器的使用期間，這些面與流體流動管道(未顯示)相互作用。對于回轉(zhuǎn)再生器，使用面區(qū)域是便利的安排，而背離這個方案和使用例如管型再生器輪的外表面和內(nèi)表面仍然在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在每個端面20、 22設(shè)置有多個孔65(在圖1中示出為四個)。在每個孔65里穩(wěn)固地布置了多個基體60中的 一個基體，在一個實施方式中，基體60可包括陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)，每個具有至少一個通道，流體流動(和目標(biāo)物質(zhì)傳輸)通過該通道進(jìn)行。
多個基體60中的每個基體的尺寸制造成用于特定的應(yīng)用。在本發(fā)明的一些實施方式中，具體的輪50里的所有的基體60將具有相同外部尺寸，而在其他實施方式中，利用不同的尺寸。 一般地，在輪50的每個尺寸類別里，將有至少兩個相等尺寸的基體60，因為物質(zhì)傳輸要求基體從一個流運動到另一個流(通常一個基體與另一基體交換)。此外，通過具有相同外部尺寸的基體更容易有利于用兩個流密封?？?5可相對于彼此以匹配流體流供應(yīng)的位置(未顯示)和再生器輪50的轉(zhuǎn)位所需的任何模式定位在每個端面20或22上。在輻流式再生器(radial flow regenerator)中，如以上提到的，孔區(qū)可位于管型再生器輪的內(nèi)部面和外部面上。
在一個實施方式中，多個基體60中的每個基體中的至少一個通道垂直于端面20和22布置，但是如果具體的應(yīng)用要求一定的角度，則關(guān)于面20、 22有角度地布置這種通道是可能的。此外，雖然示出的是四個孔65，但是可考慮更多或更少的孔。
關(guān)于基體材料，應(yīng)理解，任何類型的基體材料可結(jié)合到這里公開的結(jié)構(gòu)里。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向框架55的結(jié)構(gòu)，應(yīng)注意，期望框架55重量輕，以減少它的慣性，由此減少再生器輪50從一個轉(zhuǎn)位位置轉(zhuǎn)位到另一個位置所需的力的大小。這導(dǎo)致關(guān)于被派給旋轉(zhuǎn)輪50的任務(wù)的機器的堅固性節(jié)省了材料和構(gòu)造費用，并另外地促進(jìn)了更快速的轉(zhuǎn)位運動。更快速的轉(zhuǎn)位運動導(dǎo)致更少的損失，該損失是由于吸收的物質(zhì)的泄漏或腐爛。同時，框架55提供了適當(dāng)?shù)膭偠龋源_保布置在多個孔65里的多個基體60與流體流供應(yīng)(未顯示)通過再生器輪50的重復(fù)運動的正確對準(zhǔn)。
因為要求框架55為多個基體60提供結(jié)構(gòu)支撐，并且不需要吸收或輸送目標(biāo)物質(zhì)，因此其能夠由多種材料和工藝制成，除其他優(yōu)點之外，其相對于基體61的材料和制造工藝顯示費用減少。此外，因為框架55不需要吸收或輸送目標(biāo)物質(zhì)，如以上提到的，所以框架55可以是實體，或具有任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)布置，以與包括大區(qū)域的未使用基體61材料的再生器輪相比，提供增強的結(jié)構(gòu)完整性、支撐性和耐久性。
如圖1中描述的，框架55的一個實施方式是單件結(jié)構(gòu)支撐件，由帶有多個孔65的填充材料62制成，該多個孔65以機加工、4先削、鉆孔或其他方式形成在其中。然后，基體60的材料通過干涉配合或其他方式膠
8著地附著到其中。在一個實施方式中，框架55的填充材料62與多個基體60是相同的材料(除了框架55的結(jié)構(gòu)沒必要包括基體60的材料的流通道之外)。因此，再生器輪50的多個基體60和框架55具有相似的熱響應(yīng)屬性，例如像熱膨脹系數(shù)。具有相似熱響應(yīng)屬性的框架55有利于維持遍及再生器輪50的實質(zhì)上均勻的熱膨脹，以減少熱應(yīng)力并增強結(jié)構(gòu)完整性，因此減少可能的密封泄漏，這可能受再生器輪50的翹曲影響。如這里所使用的，在一個實施方式中，術(shù)語"實質(zhì)上均勻的熱膨脹"應(yīng)該指的是預(yù)期為不大于大約1.001并且不小于大約0.999的基體60與框架55的熱膨脹比。這種均勻的熱膨脹增強了整個輪50的結(jié)構(gòu)完整性，以減少可能由密封表面，例如像第一端面20和第二端面22的偏離造成的密封泄漏。在當(dāng)基體60結(jié)合到框架55里時的情形中，熱膨脹的調(diào)整至關(guān)重要，如將在下面進(jìn)一步描述的，并且如果框架55由側(cè)板制成，熱膨脹的調(diào)整更適合，如也將在下面進(jìn)一步描述的。遍及再生器輪50的實質(zhì)上均勻的熱膨脹還響應(yīng)于對再生器4侖50施加高溫以及高溫流動流和低溫流動流之間的溫度差異中的至少 一 個減少熱應(yīng)力的累積。
為了在維持輪50的功能適合性的同時降低實質(zhì)上均勻的熱膨脹系數(shù)的重要性，柔性結(jié)合劑層69布置在框架55的每個孔65和每個基體60之間，以補償其間的熱膨脹差異。應(yīng)理解，該層的材料應(yīng)承受操作溫度并本質(zhì)上是柔韌的。適合于高達(dá)800。F的溫度的這種材料的一個例子是"Duraseal 1533"，其商業(yè)上可從紐約的Brooklyn的Cotromcs公司買到。
框架55的填充材料62可能不適合于與不連續(xù)旋轉(zhuǎn)的再生器的密封件(未具體顯示)接觸。因此，在這是一個問題的實施方式中，再生器輪50還包括由適合于與不連續(xù)旋轉(zhuǎn)的再生器的密封件接觸的材料制成的至少一個密封面70。在再生器密封機構(gòu)(未顯示)如此配置的情況下，密封面70可^t布置為與面20共面或僅僅附到那里。
用于組裝再生器輪50的另 一示例性工藝包括把多個基體60中的每個基體在適當(dāng)?shù)目?6的位置定位到模型里。該工藝還包括通過用于開室陶瓷泡沫(open cell ceramic foam )的發(fā)泡技術(shù)把框架55的填充材料62引入多個孔65里的再生器輪50。在進(jìn)一步的實施方式中，才幾加工開室陶瓷泡 沫，以在孔區(qū)65接納基體60，并應(yīng)用滿足實質(zhì)上均勻的熱膨脹系數(shù)的適 當(dāng)結(jié)合劑。
現(xiàn)在參考圖2，描述了再生器輪50的另一實施方式的側(cè)面截面圖?？?架55包括一組側(cè)板80,這組側(cè)板80包括其中布置了多個基體60的多個 孔65。至少一個基體61布置在相應(yīng)的一組多個孔65里，例如這組側(cè)板 80的每個側(cè)板81、 82里的孔。每個孔66包括與基體61的幾何形狀互補 的幾何形狀，以適應(yīng)基體61在孔66里的布置。 一個或更多個間隔物85 可布置在兩個側(cè)板81、 82之間，以提供再生器輪50的適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)完整性 和外部尺寸，以用于與不連續(xù)旋轉(zhuǎn)的再生器的密封件連"^妄。側(cè)板81、 82 可經(jīng)由例如粘性結(jié)合、機械緊固件和焊接中的至少一種與一個或更多個間 隔物85結(jié)合在一起?；w61由陶瓷結(jié)合劑或用于基體61和側(cè)板81、 82 的選定材料組合的其他適當(dāng)粘合材料保持在孔66里。在示例性實施方式 中，側(cè)板81、 82和陶瓷結(jié)合劑中的至少一個與基體61的材料相同，以提 供如以上描述的實質(zhì)上均勻的熱膨脹。在一個實施方式中，在每個孔里的 基體61的尺寸大于流通道的尺寸。附加的基體材料用作隔離，以防止熱 損失到環(huán)境。
現(xiàn)在參考圖3，描述了再生器輪50的另一實施方式。側(cè)板81、 82包 括一組軸向保持零件90,例如在側(cè)板81、 82里的臺階，從而把基體61保 持在孔66里?；w61包括相應(yīng)的一組軸向保持零件91，例如像包括在基 體61上的臺階。因此，缺少例如陶瓷結(jié)合劑的結(jié)合材料，基體61也能夠 保持在側(cè)板81、 82里。在示例性實施方式中，孔66和基體6i之間存在 微小的間隙，因此允許基體61是浮動基體61，或在由軸向保持零件90、 91建立的限制內(nèi)在軸向方向自由平移，例如像在該組側(cè)板80里沿中心線 95自由平移。
現(xiàn)在參考圖4和圖5，描述了另一實施方式的截面圖?？蚣?5包括兩 個側(cè)板81和82、不可滲透的圓周板96 (這里也被稱為"邊界板")和在 中樞98互相連接的剛性、不可滲透的分割板97(這里也^皮稱為"分離板")。 圓周板96界定輪50的外邊界并布置在該組側(cè)板81、 82的外邊緣之間，因此界定了側(cè)板81、 82之間和圓周板96里的開放空間。分割板97布置 在開放空間里并生成界定孔65的分離部分99,基體材料可布置在孔65里。
在一個實施方式中，側(cè)^反81、 82由包括允許目標(biāo)物質(zhì)流動的軸向通 道的陶資蜂窩制成，且分割板97是固體陶資，以防止目標(biāo)物質(zhì)在分離部 分99之間流動。在另一實施方式中，用來填充部分99的基體材料是陶瓷 泡沫(之前描述的)和像布一樣的傳熱材料中的一種。1"象布一樣的傳熱材 料的一個例子是商業(yè)上可從加利福尼亞的Huntington Park的TMO恒溫工 業(yè)有限公司買到的"Nextel 312"?；w材料(布置在部分99里)可通過常 用方法剛化和/或結(jié)合到分割板97和圓周板96中的至少一個。
分割板97防止在部分99之間在圓周方向的流動，因此允許使用像布 一樣的和泡沫基體結(jié)構(gòu)中的至少一種，其不具有嚴(yán)格的軸向通道。泡沫基 體結(jié)構(gòu)布置將潛在地為連續(xù)和不連續(xù)旋轉(zhuǎn)的再生器顯著降低陶瓷基體的 重量。在一個實施方式中，分割板97是一件式組合結(jié)構(gòu)。盡管部分99的 形狀已經(jīng)被描述為餡餅形，但是應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍并未被這樣限制到 這些形狀，且本發(fā)明也將應(yīng)用到具有其他形狀，例如^f象圓形部分的再生器 裝置。
圖6描述了另一實施方式，其中側(cè)板81、圓周板96、分割板97和中 樞98由可能自身包括若干結(jié)合塊的擠壓件的組件的陶資蜂窩圓柱體機加 工而得，因此提供了組合框架55結(jié)構(gòu)。中樞98是分割板97的互相連接 件。
在另一實施方式中，如圖7描述的，框架55包括組合圓周板96、分 割板97和中樞98 (缺少側(cè)板81、 82)，以構(gòu)成開放的框架55。中樞98位 于框架55的中心，能夠填充一定容積或自身具有質(zhì)量。部分99用剛化的 陶瓷布填充，并且然后被適當(dāng)?shù)墓ぞ咴谇懊婧秃竺媲袛啵缦皲徎蚣す猓?因此消除了對于側(cè)板81、 82的需要。陶資布的前面和后面的至少一部分 應(yīng)剛化，以提供適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)剛性來與流動供應(yīng)連接，然而不需要剛化通過 陶瓷布厚度的全部深度。
雖然已經(jīng)描述了可繞中心旋轉(zhuǎn)布置的實施方式，^旦應(yīng)理解，本發(fā)明的 范圍并未被如此限制，且本發(fā)明也將應(yīng)用到經(jīng)由往復(fù)運動，例如像線性或
ii曲線線性平移，將基體從一個流體流動流輸送到另 一個的再生器裝置。
雖然已經(jīng)描述了具有四個不同孔65的實施方式，但是應(yīng)理解，本發(fā) 明的范圍并未被如此限制，且本發(fā)明也將應(yīng)用到具有其他數(shù)量的不同孔
65,例如像兩個、三個、五個或更多個的再生器輪50。雖然已經(jīng)描述了具 有像軸向保持零件的臺階的實施方式，但是應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍并未被
其他軸向保持零件例如像帶有卡環(huán)的凹槽，以將孔66保持在托架55的側(cè) +反80里。
雖然已經(jīng)參考示例性實施方式或多個實施方式描述了本發(fā)明，但是本 領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可進(jìn)行各種改變且可用等價物代替它的元件，而不 背離本發(fā)明的范圍。此外，可對本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容進(jìn)行許多更改以適應(yīng)具
體的情況或材料，而不背離本發(fā)明的基本范圍。因此，希望本發(fā)明不^f皮限 制到作為考慮用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式公開的具體實施方式
，而是本發(fā) 明將包括落在權(quán)利要求范圍里的所有實施方式。
權(quán)利要求
1.一種再生器輪，其包括框架，在所述框架里布置了多個孔，所述多個孔中的至少一個孔通過所述框架與另一孔分開；以及多個基體，其分別與所述多個孔對準(zhǔn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的輪，其中所述多個基體中的至少 一個基體包括至少 一個直流通道。
3. 如權(quán)利要求2所述的輪，其中至少 一個基體包括^^窩結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求l所述的輪，其中所述多個基體中的至少一個基體嵌入所述框架里。
5. 如權(quán)利要求4所述的輪，其中所述框架和所述至少一個基體是相同的材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的輪，其中所述框架和所述至少 一個基體是陶瓷制品。
7. 如權(quán)利要求1所述的輪，其中所迷多個基體中的至少 一個基體包括擠制陶瓷蜂窩。
8. 如權(quán)利要求1所述的輪，其中所迷框架包括單件式結(jié)構(gòu)。
9. 如權(quán)利要求8所述的輪，其中所述單件式結(jié)構(gòu)是泡沫結(jié)構(gòu)。
10. 如權(quán)利要求1所迷的輪，其中所述框架包括一組側(cè)板，每個側(cè)板包括多個孔；以及所述多個基體中的至少一個基體布置在所述多個孔的相應(yīng)組里。
11. 如權(quán)利要求10所述的輪，其中，所述框架還包括至少一個間隔物，其布置在所述一組側(cè)板中的兩個側(cè)板之間。
12. 如權(quán)利要求10所述的輪，其還包括陶瓷結(jié)合劑，其位于至少一個基體和所述多個孔的相應(yīng)組之間。
13. 如權(quán)利要求12所述的輪，其中所述一組側(cè)板和所述陶資結(jié)合劑中的至少一個包括與所述至少 一個基體相同的材料。
14. 如權(quán)利要求10所述的輪，其中所述框架和所述至少一個基體中的至少一個包括一組軸向保持零件。
15. 如權(quán)利要求14所述的輪，其中所述至少 一個基體是所述一組軸向保持零件里的浮動基體。
16. 如權(quán)利要求1所述的輪，其還包括柔性結(jié)合劑，其布置在所述多個孔中的每個孔和所述多個基體中的每個相應(yīng)基體之間。
17. 如權(quán)利要求l所述的輪，其中，所迷框架包括一組側(cè)板，每個側(cè)板具有相應(yīng)于所述多個孔中的每個孔的至少一個直流通道；邊界板，其布置在所述一組側(cè)板的外邊緣之間，因此界定所述一組側(cè)板之間的空間和所述^~的外邊界；以及至少一個分離板，其布置在所述一組側(cè)板之間的空間里，因此界定所述多個孔。
18. 如權(quán)利要求17所述的輪，其中所述多個基體包括像布一樣的材料。
19. 如權(quán)利要求17所述的輪，其中所述至少 一個分離板是組合結(jié)構(gòu)。
20. 如權(quán)利要求17所述的輪，其中所述一組側(cè)板中的一個側(cè)板、所述邊界板和所述至少一個分離板是組合結(jié)構(gòu)。
21. 如權(quán)利要求l所述的輪，其中，所述框架包括邊界板，其界定所述輪的外邊界，所述邊界板界定開放空間；以及至少一個分離板，其布置在所述邊界板的開放空間里，因此界定多個開放孔。
22. 如權(quán)利要求21所述的輪，其中所述基體包括剛性填充材料。
23. 如權(quán)利要求21所述的輪，其中所述基體包括布置在所述多個開放孔里的剛化陶瓷布材料。
24. —種再生器輪，其包括多個不同的基體，每個基體包括至少一個流通道；以及用于支撐的工具，其用于支撐所述多個不同的基體。
25. 如權(quán)利要求24所述的輪，其還包括柔性結(jié)合劑，其布置在所述多個不同的基體和所述用于支撐的工具之間。
26. 如權(quán)利要求24所述的輪，其中所述多個不同的基體和所述用于支撐的工具包括相同的材料。
27. 如權(quán)利要求26所述的輪，其中所述用于支撐的工具包括填充材料的框架。
28. 如權(quán)利要求24所述的輪，其中所述用于支撐的工具包括一組側(cè)板。
全文摘要
公開了一種再生器輪。該再生器輪包括框架、布置在框架里的多個孔，且多個孔中的至少一個孔通過框架與另一孔分開。再生器輪還包括分別與多個孔對準(zhǔn)的多個基體。
文檔編號F28D19/00GK101688762SQ200880020246
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月16日
發(fā)明者喬恩·M·巴羅, 凱利·沃德, 大衛(wèi)·戈登·威爾遜 申請人:威爾遜渦輪動力有限公司