專利名稱：用于熱交換器的單元格組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱傳遞單元格，更準(zhǔn)確地說，涉及供熱交換器用的格中熱吸收板組件，其中，熱通過一些板件從熱的熱交換流體中傳遞到冷的熱交換流體中。本發(fā)明在回轉(zhuǎn)再生式類型的熱傳遞設(shè)備中有特殊的應(yīng)用，其中，裝在這種格中的熱傳遞單元板通過與熱的氣態(tài)熱交換流體接觸被加熱，隨后，又與冷的氣態(tài)熱交換流體接觸，熱傳遞單元即將其熱量傳給冷的熱交換流體。本發(fā)明單元格最適合于用在回轉(zhuǎn)再生式預(yù)熱器的熱端。
通常用于制造工業(yè)中的氣體與氣體的熱交換器和用于公用事業(yè)蒸汽鍋爐上的氣體與空氣的熱交換器的一種熱交換設(shè)備是著名的回轉(zhuǎn)再生式預(yù)熱器。一般來說，回轉(zhuǎn)再生式預(yù)熱器有一個(gè)分隔成若干扇形隔室的圓筒形轉(zhuǎn)子，隔室中放置有許多熱傳遞單元，隨著該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，熱傳遞單元交替地暴露于一股熱的氣體中，然后，隨著轉(zhuǎn)子的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，又暴露于一股冷卻的空氣中或暴露于待加熱的其它氣態(tài)流體中。吸熱質(zhì)量一般包括多個(gè)裝在扇形隔室中的熱傳遞單元格組件。每個(gè)熱傳遞單元格組件容納有多個(gè)熱傳遞板，當(dāng)暴露于受熱的氣體時(shí)，該板就從其中吸收熱量，而當(dāng)暴露于冷卻空氣中或暴露于待加熱的其它氣態(tài)流體中時(shí)，由熱傳遞板從熱氣體中吸收的熱就傳遞給較冷的氣體。
更常見的是，這樣一個(gè)單元格包括一個(gè)其內(nèi)設(shè)置有多個(gè)片式熱傳遞板的框式外殼。一般來說，該單元格外殼包括有一個(gè)由一對(duì)隔開的板式端部件形成的框架，該對(duì)端部件是由沿其側(cè)邊將端部件相互連接起來的成對(duì)的側(cè)邊條固定在一起的，如美國(guó)專利3，314，472;4，561，492和4，606，400所示的那樣。多個(gè)熱傳遞板以小間距的關(guān)系疊置在格外殼內(nèi)，以便提供多條在毗鄰的板之間的通道，熱交換流體即從這些通道流過。將隔開的端部件相互連接起來的側(cè)邊條一般成對(duì)地沿?zé)峤粨Q單元的疊置組相對(duì)的兩側(cè)延伸。在熱交換單元的每一側(cè)都有一條在隔開的端部件的上部區(qū)域之間延伸的第一條側(cè)邊條和一條與第一側(cè)邊條處于隔開平行關(guān)系在端部件的下部區(qū)域之間延伸的第二側(cè)邊條。這些側(cè)邊條可以沿著位于格組件邊緣處的縱向邊緣向內(nèi)折緣以提供一固定面，用來防止熱傳遞板從單元格的開口端處脫落，如美國(guó)專利3，314，472所述。
過去構(gòu)造的帶有箱式外殼的單元格表示在美國(guó)專利第3，379，240號(hào)中。正如該專利中所述，單元格是由整體薄板折疊成一般的U形件形成的，該U形件有一底端和兩個(gè)向外延伸分開的部分。校準(zhǔn)尺寸的整體端板在熱交換單元薄板已疊置在由U形件限定的外殼內(nèi)之后焊接在U形件兩個(gè)分開部分的外端部分之間。在疊置的單元薄板和U形件的底端之間設(shè)置一個(gè)彈性彎曲壓力件以確保壓力施加在疊置的單元上，從而使單元薄板靠在焊接在U形件兩個(gè)分開部分之間的端板上形成密實(shí)的堆積組。
不管單元格是框式外殼或是箱式外殼，多個(gè)固定桿一般都橫跨其頂端或底端焊接在端部件之間以進(jìn)一步幫助使熱傳遞單元板不致于從單元格的開口端脫落。固定桿可以僅僅設(shè)置成橫跨熱傳遞單元板的頂部邊緣和底部邊緣，如美國(guó)專利第4，561，492號(hào)所示。另一種可能是，為了提供一個(gè)用于給定板高的較短的格，固定桿可以設(shè)置在熱傳遞單元板的頂部邊緣和底部邊緣上切出的凹槽內(nèi)，如美國(guó)專利第4，606，400號(hào)所述。
固定桿也可作為支撐提升裝置的結(jié)構(gòu)件，用以便于搬動(dòng)組裝好的單元格，尤其是便于在熱交換器上安裝和拆卸單元格。一般來說，提升裝置包括在設(shè)置在中間位置的固定桿上形成的一對(duì)間隔開的孔，如美國(guó)專利第4，552，204號(hào)所述，或者包括與設(shè)置在中間位置的固定桿成一整體并貫穿該桿的一對(duì)間隔開的銷，如美國(guó)專利第4，557，318所述。當(dāng)提升裝置包括如前面所述美國(guó)專利第4，552，204號(hào)中的一對(duì)孔時(shí)，單元格是通過一對(duì)掛鉤裝置來提升的。該裝置設(shè)置成橫跨每個(gè)提升孔附近的中部固定桿上。每個(gè)掛鉤通過貫穿提升孔和跨在固定桿上的掛鉤兩側(cè)的銷與該固定桿連接。當(dāng)提升裝置包括如前面所述美國(guó)專利第4，557，318號(hào)所示的一對(duì)提升銷時(shí)，單元格是通過以簡(jiǎn)單的方式掛住貫穿中央固定桿的銷的一對(duì)提升凸耳來提升的。
這種先有技術(shù)的單元格已成功地使用了多年。但是，這種箱式單元格由于其重量重的原因被限制用于熱交換器的冷端，因?yàn)樵诶涠说母褚话阒挥屑s一英尺深。由于這種箱式單元格的整體壁結(jié)構(gòu)，深一些的箱式單元格重量大而且材料成本高。先有技術(shù)的框式格雖然要輕于類似尺寸的箱式格，但由于必須焊接在一起以形成框式外殼的獨(dú)立構(gòu)件的數(shù)量又會(huì)導(dǎo)致勞動(dòng)強(qiáng)度過大。此外，在框架的焊接中可能會(huì)出現(xiàn)桿式構(gòu)件的變形，這會(huì)導(dǎo)致保持合適公差方面的困難。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的單元格組件，其中，單元格具有框式構(gòu)造，但與現(xiàn)有技術(shù)的框式格相比其變形小，組裝的勞動(dòng)強(qiáng)度低，同時(shí)其重量還輕于相同尺寸的現(xiàn)有技術(shù)箱式格。
為了實(shí)現(xiàn)此目的和通過此處的描述將揭示的其它目的，本發(fā)明的單元格組件包括多個(gè)以疊置組形式的熱傳遞單元板，以便形成多條貫穿其內(nèi)的流動(dòng)通道，和一個(gè)環(huán)繞熱傳遞單元板的疊置組以支撐單元板的格框架。該格框架包括上部和下部殼件，每個(gè)殼件都制成一個(gè)有一底端部分和一對(duì)從其底端部分以分開方式向外延伸的隔開部分，而且上部和下部殼體在它們的底端部分通過裝置，例如在垂直隔開的上部和下部殼體的底端部分拐角之間垂直延伸的一對(duì)隔開的角鐵相互連接在一起，而在它們隔開部分的外端通過一塊端部閉合板相互連接在一起，以形成一個(gè)繞熱傳遞單元板的疊置組的框架。沿?zé)醾鬟f單元板疊置組的上部和下部表面配置有連接到框架上的固定裝置，用來將熱傳遞單元板保持在格框架內(nèi)。


圖1是回轉(zhuǎn)再生式熱交換器的立體圖;
圖2是沿圖1中2-2截面截取的回轉(zhuǎn)再生式熱交器的平面圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的單元格組件的立體圖;
圖4是圖3所示單元格組件的俯視平面圖;
圖5是沿圖4中5-5截面截取的單元格組件的剖面圖;
圖6是圖4所示單元格組件左端的立視圖;
圖7是圖4所示單元格組件右端的立視圖。
現(xiàn)參見附圖，更準(zhǔn)確地說是參見圖1，圖中示出一個(gè)再生式熱交換設(shè)備2，在該設(shè)備中可以使用本發(fā)明的熱傳遞單元格組件。該回轉(zhuǎn)再生式熱交換器2包括一個(gè)包封著轉(zhuǎn)子12的殼體10，轉(zhuǎn)子12中裝有本發(fā)明的熱傳遞單元格組件30。轉(zhuǎn)子12包括一個(gè)由徑向延伸的隔片15連接到轉(zhuǎn)子柱16上的圓筒形薄殼14。熱的流體通過管道18進(jìn)入殼體10，而待加熱的流體通過管道22從與熱流體進(jìn)入殼體相反的一端進(jìn)入殼體10。
轉(zhuǎn)子12由一個(gè)通過合適的減速齒輪連接到轉(zhuǎn)子柱16上的電動(dòng)機(jī)(圖中未顯示)驅(qū)使其繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，裝在單元格組件30內(nèi)的熱傳遞單元32(稱作薄板或板，它們?cè)O(shè)置于轉(zhuǎn)子內(nèi)由徑向延伸的隔片15形成的扇形隔室中)首先與通過管道18進(jìn)入殼體內(nèi)的熱流體接觸，以便從其上吸收熱量，然后再與通過管道22進(jìn)入殼體的待加熱流體接觸。當(dāng)熱的流體從熱傳遞單元板上流過時(shí)，熱傳遞單元板從流體中吸收熱量。當(dāng)待加熱流體隨后從熱傳遞單元板上流過時(shí)，該流體即從熱傳遞單元板上吸收該板在與熱的流體接觸時(shí)吸收的熱量。
回轉(zhuǎn)再生式熱交換器常用作空氣預(yù)熱器，其中，熱吸收元件作為一種預(yù)熱燃燒空氣并提供整個(gè)燃燒效率的裝置用于將在燒礦物燃料的爐中產(chǎn)生的熾熱煙氣中的熱量傳遞給供入爐中作為燃燒空氣的環(huán)境空氣中。爐中釋放的煙氣經(jīng)常充滿燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒。此類顆粒會(huì)沉積在熱傳遞單元板上，尤其是在熱交換器的冷卻端，煙氣中的水份有可能在那出現(xiàn)冷凝。為了能夠定期清理設(shè)置在單元格組件內(nèi)的熱傳遞元件，熱交換器配置有一個(gè)清理噴嘴20，它設(shè)置在靠近轉(zhuǎn)子12的冷卻端并在熱傳遞單元格組件開口端的對(duì)面處的待加熱流體的通道內(nèi)。清理噴嘴20在板緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向其上噴過一股高壓清洗流體，一般是蒸氣、水或空氣，同時(shí)噴嘴自身清掃轉(zhuǎn)子的端面。流過熱傳遞單元板的高壓流體使板產(chǎn)生振動(dòng)，從而將煙灰和粘附在其上的其它顆粒沉積物振松。然后振松的顆粒在高壓流中被帶出轉(zhuǎn)子。
裝在轉(zhuǎn)子12中的熱交換材料包括多個(gè)金屬熱傳遞單元板，也稱薄板，其上一般形成有波紋或起伏，以便當(dāng)這些板以相互鄰近的關(guān)系放成一個(gè)疊置組件時(shí)，就可提供一系列的內(nèi)部通道，加熱流體和冷卻流體通過這些通道流動(dòng)。這些板一般按四邊形的板排組裝，并用專用的板保持它們的排列順序，以便它們可以被處理成放置在熱交換器轉(zhuǎn)子內(nèi)的扇形隔室中的一個(gè)整體組件。
如圖3所示，單元格組件30包括多個(gè)以隔開的關(guān)系并置的熱傳遞單元板32，以便提供一個(gè)其間具有多條流動(dòng)通道的疊置板組，從而提供一條熱交換流體可以與板32進(jìn)行熱交換關(guān)系的方式流過的流路。板32通常是能夠軋制成或沖壓成需要構(gòu)形的金屬薄板，不過，本發(fā)明不是一定要限制于使用金屬薄板。板32可以有各種表面構(gòu)形，例如(但不限制于此)，扁平面、波紋形或起伏形表面，或者是這些表面形式的組合，即平展的板交替地疊放在波紋形或起伏形的板之間。
在本發(fā)明的單元格組件30中，不管板的構(gòu)形或構(gòu)造的材料是怎樣的，熱傳遞單元板32的疊置組總是包容在一個(gè)方格形框架中，該框架是由一個(gè)上部槽式殼件34和一個(gè)下部槽式殼件44形成的，兩殼體在底端部分的拐角處用垂直延伸的角鐵35將它們相互連接在一起，而在它們的向外伸展的部分的端部用一塊閉合板38將它們相互連接在一起，以形成一個(gè)其頂部和底部由護(hù)柵式構(gòu)件42a和42b蓋住的四側(cè)面外殼，該護(hù)柵式構(gòu)件作為將這些單元板固定在四側(cè)面外殼內(nèi)的裝置。
現(xiàn)參見圖4、5、6和7，其中，本發(fā)明的單元格組件30的框式結(jié)構(gòu)圖示在各個(gè)視圖中，為了表示框式結(jié)構(gòu)自身的情況圖中略去了單元板32，上部和下部殼件34和44各自包括有細(xì)長(zhǎng)的板條構(gòu)件，這些板條構(gòu)件制成分別具有底端部分342、442，和分別有一對(duì)從其底端部分以分開的方式向外伸展的隔開部分344、444的槽式構(gòu)件。在圖4、5和6中可清楚地看出，上部和下部殼件34和44是在它們的底端部分由支撐裝置35將它們相互連接在一起的，支撐裝置35最好包括一對(duì)垂直延伸的角鐵，它們分別設(shè)置在上部和下部殼件34和44的底端部分342和442的兩個(gè)拐角處，以將隔開的殼體相互連接起來。
為了封住四側(cè)面的格外殼，端部閉合件36在外殼的下端連接在下部殼件44的向處伸展部分444的端部之間，而在外殼的上端連接在上部殼件34的向外伸展的部分344的端部之間。雖然端部閉合件36可以是一塊整體板件，但最好還是將端部閉合件36制成框架構(gòu)件，以便減輕單元格的總重量。因此，端部閉合件36最好由隔開的、水平設(shè)置的上部和下部板條構(gòu)件52和54形成，板條構(gòu)件52和54由焊接在其上的垂直延伸的角鐵56和58將它們相互連接起來，以形成一個(gè)具有一中央開口部分的框架構(gòu)件，如圖7所示。
為了將熱傳遞單元32的疊置組固定在由連接在一起的上部和下部殼件34和44以及端部閉合件36形成的四側(cè)面外殼內(nèi)，將護(hù)柵式構(gòu)件42a裝在上部殼件34和端部閉合件36之間以跨過熱傳遞單元板32的疊置組的上表面，并將護(hù)柵式構(gòu)件426裝在下部殼件44和端部閉合件36之間以便跨過熱傳遞單元板32的疊置組的下表面。護(hù)柵式構(gòu)件42b實(shí)際上形成一個(gè)底板支承結(jié)構(gòu)，熱傳遞單元32的疊置組在格外殼內(nèi)擱在其上，而護(hù)柵式構(gòu)件42a實(shí)際上形成一個(gè)罩在格外殼上的頂板結(jié)構(gòu)以防止單元在運(yùn)輸和搬動(dòng)過程中從格外殼上落出。護(hù)柵式構(gòu)件42a和42b僅僅由不多的幾根桿式構(gòu)件48形成，以便為流入格中、流過相鄰單元板32之間的流動(dòng)通道，然后從格中流出的加熱氣體和待加熱氣體保持較大的開口流通面積和保持流動(dòng)擾動(dòng)。如前所述，提升裝置，例如公開在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利第4，552，204號(hào)和4，557，318號(hào)中的提升裝置，可以設(shè)置在形成上部護(hù)柵式構(gòu)件42a的固定構(gòu)件48上，以便于在熱交換器上搬動(dòng)、安裝和拆卸單元格組件。
本發(fā)明單元格組件30的組裝的勞動(dòng)強(qiáng)度要小于常規(guī)框式格組件。為制造本發(fā)明的單元格組件30，預(yù)成形的槽式上部和下部殼件34和44通過在它們之間焊接角鐵35的方式相互隔開地連接起來，使角鐵在隔開的上部和下部殼件34和44的底端部分342和442的拐角之間垂直延伸，從而形成一個(gè)三側(cè)面的外殼組件。圖6可以清楚地看出，形成這種外殼組件只需要四個(gè)焊接點(diǎn)。單元格的高度或深度通過簡(jiǎn)單地選擇角鐵35的長(zhǎng)度以滿足給出格的總體深度的要求，就可以很容易地隨各種應(yīng)用場(chǎng)合而變，而不會(huì)大大增加格的重量。接下來，將上部和下部固定構(gòu)件42a和42b以平頭焊方式分別焊接在上部和下部殼體34和44的底端部分和向外伸展的部分之間，形成一個(gè)準(zhǔn)備容裝熱傳遞單元的外殼。
現(xiàn)在將部分裝配好的格框架倒立，以上部和下部殼體34和44的底端部分作為其底部，將熱傳遞單元板并排地疊放，以所需數(shù)量的熱傳遞單元板填滿該格。熱傳遞單元板在部分裝配好的格框架中這樣疊放后，就將端閉合件36(它一般如上文所述那樣由兩個(gè)水平延伸構(gòu)件和兩個(gè)垂直延伸構(gòu)件預(yù)成形)通過圖7中看得最清楚的四個(gè)焊接點(diǎn)焊接在上部和下部殼件34和44的部分344和444的外端部之間。
雖然熱傳遞單元格組件已在回轉(zhuǎn)再生式熱交換器中示出，其中熱吸收材料交替地在熱流體和待加熱流體之間轉(zhuǎn)動(dòng)，但是，熟悉本技術(shù)的人應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明的熱傳遞單元組件還可以應(yīng)用在許多種其它已知的再生或回流換熱型的熱交換設(shè)備中。此外，各種單元構(gòu)形，其中一些已在此處提到過，可以由熟悉本技術(shù)的人很容易地結(jié)合在本發(fā)明熱傳遞格組件中，因此，權(quán)利要求書要求保護(hù)在此文中提到過的變更型以及落入由權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有其它變更型。
權(quán)利要求
1.一種供回轉(zhuǎn)再生式熱交換器用的單元格組件，它包括多個(gè)以疊置組形式排列的熱傳遞單元板，以便形成多個(gè)貫穿其內(nèi)的流動(dòng)通道，和一個(gè)與其成支撐關(guān)系環(huán)繞著熱傳遞單元板的疊置組的格框架，其特征在于所述的格框架包括a.以平行隔開關(guān)系設(shè)置的第一和第二殼件，所述第一殼件沿?zé)醾鬟f單元板的疊置組的上部設(shè)置，所述第二殼件沿?zé)醾鬟f單元板的疊置組的下部設(shè)置，所述第一和第二殼件的每一個(gè)都包括一個(gè)形成槽式構(gòu)件的細(xì)長(zhǎng)的板條構(gòu)件，所述槽式構(gòu)件有一底端部分和一對(duì)從該底端部分向外伸展的隔開部分；b.將第一殼件的底端部分和第二殼件的底端部分相互連接起來的裝置；c.一個(gè)裝在第一和第二殼件的隔開部分的外端之間以便形成一個(gè)繞熱傳遞單元板的疊置組的框架的端閉合構(gòu)件；d.貼靠在熱傳遞單元板的疊置組的上部和下部表面上并連接到框架上用以將熱傳遞板固定在框架內(nèi)的裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的單元格組件，其特征在于將第一殼件的底端部分和第二殼件的底端部分相互連接起來的所述裝置包括一對(duì)在槽式第一殼件的拐角和槽式第二殼件的拐角之間垂直延伸并將它們相互連接起來的隔開的角鐵。
3.如權(quán)利要求1所述的單元格組件，其特征在于貼靠在熱傳遞板的疊置組的上部和下部表面上并連接到框架上用以將熱傳遞板固定在框架內(nèi)的所述裝置包括至少一個(gè)裝在第一殼件和端閉合構(gòu)件之間并跨過熱傳遞單元板的疊置組的上表面的固定桿，和至少一個(gè)裝在第二殼件和端閉合構(gòu)件之間并跨過熱傳遞單元板的疊置組的下表面的固定桿。
4.如權(quán)利要求1所述的單元格組件，其特征在于所述第一和第二殼件的每一個(gè)的隔開部分以分開的方式向外伸展。
全文摘要
一種用于回轉(zhuǎn)再生式熱交換器(2)的單元格組件(30)，它由多個(gè)在由上部和下部板條殼件(34，44)形成的支撐格框架內(nèi)成組疊放的熱傳遞單元板(32)組成，其中每個(gè)殼件都制成具有一底端(342、442)和一對(duì)向外伸展的隔開部分(344，444)的槽式構(gòu)件。殼件(34，44)在它們的底端由拐角的角鐵相互連接起來，在它們隔開部分的外端由閉合構(gòu)件(36)相互連接起來，以形成一個(gè)四側(cè)面框架外殼。
文檔編號(hào)F28D19/04GK1058267SQ9110488
公開日1992年1月29日 申請(qǐng)日期1991年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月16日
發(fā)明者N·P·米勒, L·W·伊頓 申請(qǐng)人:Abb.空氣預(yù)熱器有限公司