(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器用の熱伝達要素組立体において、複数の第１の熱伝達板と複数の第２の熱伝達板とを包含し、これら第１及び第２の熱伝達板の各々は、間隔を置いた関係で交互に積重され、これにより、熱交換流体を各隣接する第１及び第２の熱伝達板間に長手方向へ流すための複数の通路を各隣接する第１及び第２の熱伝達板間に形成し、前記第１及び第２の熱伝達板の各々が前記長手方向に対して斜めに延びている複数の波状部を有し、また、前記第１の熱伝達板の各々が、前記長手方向の選定長さと、複数の間隔を置いて離れて長手方向に延びている隆起部をそれぞれ包含している複数の間隔を置いて離れて長手方向に延びていると共に互いに平行な列とを有し、更に、一部分の前記隆起部が前記第１の熱伝達板の一方の側部から外向きに突出していると共に、他の部分の前記隆起部が前記第１の熱伝達板の他方の側部から外向きに突出して、これらの隆起部が各隣接する第１及び第２の熱伝達板間のスペーサを形成し、かつ、前記列の各々における隆起部の総合計長さが前記第１の熱伝達板の選定長さの５０％よりも少ないこと特徴とする熱伝達要素組立体。
【請求項２】
請求項１記載の熱伝達要素組立体において、各隣接する前記第１及び第２の熱伝達板の前記波状部が前記長手方向に対して正反対の斜め角度で延びている熱伝達要素組立体。
【請求項３】
請求項１記載の熱伝達要素組立体において、前記第１の熱伝達板が、両長手方向端と、少なくとも一方の長手方向端にまで延びている隆起部とを有している熱伝達要素組立体。
【請求項４】
請求項１記載の熱伝達要素組立体において、前記第１の熱伝達板が、両長手方向端と、少なくとも一方の長手方向端に接近して距離を置いた隆起部とを有し、この接近隆起部が前記長手方向端のための曲げ支持体を形成している熱伝達要素組立体。
【請求項５】
請求項１記載の熱伝達要素組立体において、前記列の各々における隆起部の総合計長さが前記第１の熱伝達板の選定長さの２０〜３０％である熱伝達要素組立体。
【請求項６】
熱交換器用の熱伝達要素組立体において、複数の熱伝達板を包含し、これら熱伝達板の各々は、間隔を置いた関係で交互に積重され、これにより、熱交換流体を各隣接する２枚の熱伝達板間に長手方向へ流すための複数の通路を各隣接する２枚の熱伝達板間に形成し、前記熱伝達板の各々が前記長手方向に対して斜めに延びている複数の波状部と前記長手方向の選定長さとを有し、また、前記積重された熱伝達板の少なくとも１枚置きの熱伝達板が複数の間隔を置いて離れて長手方向に延びている隆起部をそれぞれ包含している複数の間隔を置いて離れて長手方向に延びていると共に互いに平行な列を有し、更に、前記隆起部の各々が前記熱伝達板から外向きに突出して各隣接する２枚の熱伝達板間のスペーサを形成し、かつ、前記列の各々における隆起部の総合計長さが前記熱伝達板の選定長さの５０％よりも少ないこと特徴とする熱伝達要素組立体。
【請求項７】
請求項６記載の熱伝達要素組立体において、各隣接する２枚の前記熱伝達板の前記波状部が前記長手方向に対して正反対の斜め角度で延びている熱伝達要素組立体。
【請求項８】
請求項６記載の熱伝達要素組立体において、前記熱伝達板の各々が前記隆起部を包含し、これらの各熱伝達板の前記隆起部がこれら熱伝達板の一側部から外向きに突出している熱伝達要素組立体。
【請求項９】
請求項８記載の熱伝達要素組立体において、各隣接する２枚の前記熱伝達板の前記波状部が前記長手方向に対して正反対の斜め角度で延びている熱伝達要素組立体。
【請求項１０】
請求項６記載の熱伝達要素組立体において、前記熱伝達板が、両長手方向端と、少なくとも一方の長手方向端にまで延びている隆起部とを有している熱伝達要素組立体。
【請求項１１】
請求項６記載の熱伝達要素組立体において、前記熱伝達板が、両長手方向端と、少なくとも一方の長手方向端に接近して距離を置いた隆起部とを有し、この接近隆起部が前記長手方向端のための曲げ支持体を形成している熱伝達要素組立体。
【請求項１２】
請求項６記載の熱伝達要素組立体において、前記列の各々における隆起部の総合計長さが前記熱伝達板の選定長さの２０〜３０％である熱伝達要素組立体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は、熱伝達要素組立体、特に、熱が熱吸収又は伝達板により高温の熱交換流体から低温の熱交換流体に伝達される熱交換器に使用される熱伝達要素組立体に関する。更に詳述すれば、本発明は、回転再生式の熱伝達装置に使用される熱伝達要素組立体に関する。このような回転再生式の熱伝達装置においては、熱伝達要素組立体が高温の気体の熱交換流体との接触により加熱され、その後、低温の気体の熱交換流体との接触にもたらされ、この低温の熱交換流体に熱伝達要素組立体がその熱を与える。
【０００２】
本発明を特別に適用できる熱交換装置のひとつの型式は、非常によく知られている回転再生式熱交換器である。典型的な回転再生式熱交換器は多数の区画室に分割された円筒形のロータを有し、これらの区画室には多数の熱伝達板がそれぞれ間隔を置いて配置されて支持されている。これらの熱伝達板は、ロータが回転するにしたがって、加熱ガス流れと加熱しようとする低温の空気又は他の気体の流れとに交互にさらされる。熱伝達板は、加熱ガスにさらされると、これらの加熱ガスから熱を吸収し、それから加熱しようとする低温の空気又は他の気体にさらされたときに、これらの熱伝達板により加熱ガスから吸収した熱が低温の気体に伝達される。このような型式の多くの熱交換器は、間隔を置いた関係で接近して積重され、隣接するもの同志がそれぞれその間に熱交換流体を流すための通路を形成する多数の熱伝達板を有する。これは、適当な間隔を維持するように熱伝達板と関連する手段を必要とする。
【０００３】
このような熱交換器において、所定の大きさの熱交換器の熱伝達能力は、熱交換流体と熱伝達要素組立体との間における熱伝達率によって決定される。しかしながら、商業的に優れて実用上役に立つ熱交換器とは、このような熱伝達率がどうかによってのみでは決定されず、他の要素例えば熱伝達要素組立体のコスト及び重量はどうかなども加味して決定される。理想的には、熱伝達板は、これら熱伝達板への熱交換流体からの熱伝達を増加するためにこれら板間の通路を通して流れる熱交換流体に大きな乱流を生じさせ、また同時に通路間の流れに対する抵抗を相当小さくしかつこれら板の表面が容易に掃除できるような形状であることが良い。
【０００４】
熱伝達板を掃除するために、スートブロワを設けることが一般的である。このスートブロワは、積重した多数の熱伝達板間の通路を通して高圧空気又は蒸気の吹き付けをおこない、これによりこれら板の表面から微粒子付着物を取り除いて運び去り、これら板の表面をきれいにする。これは、また、熱伝達板が適当に間隔を置かれて、吹き付け媒体を熱伝達板の積重体内に通過させることを必要とする。
【０００５】
熱伝達板の間隔を維持するひとつの方法として、次のようなものがある。すなわち、この方法によれば、それぞれの熱伝達板は多数の間隔を置いて縮らされ、これにより、熱伝達板の表面から外向きに突出して、隣接する２枚の熱伝達板の間隔をとるようにするひだを形成する。これは、しばしば、第１の方向へ熱伝達板から外向きに突出する第１のたぶと第１の方向とは対向する第２の方向へ熱伝達板から外向きに突出する第２のたぶとを有する二たぶ状ひだによって行われる。この型式の熱伝達要素組立体は、米国特許第４，３９６，０５８号及び第４，７４４，４１０号明細書に開示されている。これらの米国特許においては、複数のひだが熱交換流体流れの方向に、すなわちロータを通して軸線方向に延びている。これらのひだに加えて、熱伝達板は、熱交換流体の流れに対して鋭角をなしてひだ間に延びる一連の斜めの波状部を形成するようにコルゲートされている。そして、各隣接する２枚の熱伝達板の波状部は、互いに整列して又は正反対をなして流体流れの方向に対して斜めに延びている。これらの波状部は、大きな乱流を生じせしめる。このような熱伝達要素組立体は、好ましい熱伝達率を呈するけれども、流体流れの方向にわたって真直ぐに延びているひだの存在により、熱伝達板のコルゲートした主区域のまわりを流体がバイパスする流路が形成されてしまう。そして、ひだ区域における高流量と波状区域における低流量とは、熱伝達率を低下せしめる。
【０００６】
【発明の概要】
本発明の目的は、改善したレベルの熱伝達、所望する熱伝達板の間隔及び熱伝達板の材料量の減少を提供するように熱効率を最大にする、改良した熱伝達要素組立体を提供することにある。本発明によれば、熱伝達要素組立体の熱伝達板は、乱流及び熱効率を増大せしめる斜めの波状部を有しているが、熱伝達板の間隔をとるために軸方向に真直ぐに延びるひだを有していない。このようなひだの代わりに、少なくとも１枚置きの熱伝達板が、熱伝達板の適当な間隔をとるようにする高さの局部的にもりあがった部分、すなわち隆起部を包含する。これらの隆起部は材料を局部的に延伸（ドローイング又はストレッチング）ことにより形成され、ひだ付き熱伝達板と比較して板の材料量を減少せしめる。各隣接する２枚の熱伝達板の波状部は、流体流れの方向に対して互いに正反対の方向へ延びることができる。
【０００７】
【好適な実施例の説明】
図面の図１を参照するに、従来の回転再生式空気予熱器は参照符号１０により総括的に示されている。空気予熱器１０は、ハウジング１４内に回転可能（太い矢印は回転方向を示す）に設けられたロータ１２を有する。ロータ１２は、ロータポスト１８からロータ１２の外周部にまで半径方向に延びている複数の隔壁又は仕切り１６を包含する。これらの仕切り１６は、それらの間に区画室１７を画成し、これらの区画室１７は熱交換又は伝達要素組立体４０を収容する。
【０００８】
ハウジング１４は、高温の煙道ガスの流れを空気予熱器１０を通して流すための煙道ガス入口ダクト２０及び煙道ガス出口ダクト２２を包含する。ハウジング１４は、更に、燃焼用空気の流れを空気予熱器１０を通して流すための空気入口ダクト２４及び空気出口ダクト２６を包含する。セクタ板２８は、ロータ１２の上下面に隣接してハウジング１４を横切って延びている。これらのセクタ板２８は、空気予熱器１０を空気用セクタと煙道ガス用セクタとに分割する。図１の細い矢印は、ロータ１２を通る煙道ガス流れ３６及び空気流れ３８を示す。煙道ガス入口ダクト２０を通して入る高温の煙道ガス流れ３６は、区画室１７内に設けられている熱伝達要素組立体４０に熱を伝達する。加熱された熱伝達要素組立体４０は、それから、空気予熱器１０の空気用セクタに回転させられる。加熱された熱伝達要素組立体４０の蓄熱は、それから、空気入口ダクト２４を通して入って来る燃焼用空気流れ３８に伝達される。低温となった煙道ガス流れ３６は、煙道ガス出口ダクト２２を通して空気予熱器１０を出る。加熱された空気流れ３８は、空気出口ダクト２６を通して空気予熱器１０を出る。
【０００９】
図２は、典型的なひとつの熱伝達要素組立体又はバスケット４０を示し、組立体に積重されている多数の熱伝達板４２の概略構成を示している。
【００１０】
図３は、本発明の一実施例を示し、３枚の積重された熱伝達板４４，４６及び４８の一部分を示す。各隣接する２枚の熱伝達板間に形成された通路を長手方向へ流れる流体の流れ方向は、矢印５０により示されている。これらの熱伝達板は、所望する形状にローリング又はスタンピングできる薄い金属板である。各熱伝達板は、流体流れの方向に対して斜めに延びている複数の波状部５２を有する。これらの波状部は、乱流を生じさせて熱伝達を増大せしめる。この図３に示されている好適な実施例において、隣接する２枚の熱伝達板の波状部は流体流れの方向に対して互いに正反対の方向へ延びている。しかしながら、隣接する２枚の熱伝達板の波状部は互いに平行に同じ方向へ延びることができる。図３及び図４に示される波状部は、ひとつの波状部が次の隣接する波状部に直接連なるように連続しているけれども、これらの波状部は隣接する２つの波状部間に平らな区域を有するように間隔を置くことができる。
【００１１】
互いに同一である２枚の熱伝達板４４及び４８は、隣接する２枚の熱伝達板の間隔をとる目的のためにこれらの熱伝達板４４及び４８に形成されている複数の隆起部５４及び５６を有する。この図３において、図４（熱伝達板４４の２つの隆起部５４及び５６間にわたる部分の断面図である）に明確に示されているように、隆起部５４は上向きに突出し、一方隆起部５６は下向きに突出する。これら隆起部５４及び５６の高さは、図４に見られるように、波状部５２の高さよりも大きい。
【００１２】
隆起部は、狭くかつ流体流れの方向に細長くされている。狭い幅寸法は、流体流れの詰まり及び好ましくない圧力降下を最少にする。細長い長さは、隆起部が常に少なくともひとつの波状部に載ることにより、必要な支持を提供する。したがって、最小隆起部長さは波状部のピッチと少なくとも等しく、好適には、製作公差を許容できるほどに長くされる。しかしながら、もし隆起部が非常に長い場合には、流体流れが隣接する２つの波状部と相互作用することなしに流れ始めるであろう。したがって、隆起部は、適当な間隔のためにかつスートブローイング及び高圧水ウォッシングに耐えるような構造上の支持のために要求される長さよりも長くすべきではない。このため、本発明によれば、流体流れの方向における一列に包含される複数の隆起部の総合計長さは、熱伝達板の流体流れ方向の選定長さの５０％よりも少なくされている。好適には、この隆起部の総合計長さは熱伝達板の選定長さの２０〜３０％とされる。一例として、各隆起部の長さは１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）、一列の隆起部間隔は３．５インチ（８．８９ｃｍ）とすることができる。
【００１３】
隆起部の配列パターンは、所望に応じて変えることができる。例えば、図５に示されるように、複数の上向きの隆起部５４及び複数の下向きの隆起部５６がそれぞれ流体流れの方向５０において一直線の列をなすと共に、流体流れの方向５０を横切る方向及び対角線の方向にそれぞれ交互に位置して隣接する列をなすようにすることができる。他の例として、隆起部５４及び５６は、図６に示されるような対角線のパターンで配列することができる。このパターンにおいて、上向きの隆起部５４と下向きの隆起部５６とは、流体流れの方向５０に、この流体流れ方向５０を横切る方向に及び対角線の方向にそれぞれ交互に位置した列とすることができる。
【００１４】
図３に示される本発明の実施例は、１枚置きの熱伝達板が隆起部を有しているだけである。すなわち、これは、１枚の熱伝達板の上向き及び下向きの隆起部でもって間隔をとる目的のために必要とされている。しかしながら、隆起部をすべての熱伝達板に設けることができ、この場合、各熱伝達板の隆起部は熱伝達板の一側部に設けられる。図７は３枚の積重された熱伝達板５８の一部分の断面を示し、各熱伝達板５８は波状部５２を有しているが、しかし、それぞれ、熱伝達板の同じ一側部から突出している隆起部６０を有している。
【００１５】
隆起部は、金属を局部的に延伸して変形せしめるプレス成形法又はロール成形法により形成させる。好適な方法は、ロール成形である。なぜなら、ロール成形は固有的に製造速度が速いからである。延伸処理は、従来例のひだ形成とは著しく相違する。従来例のひだ形成は曲げ処理であり、この曲げ処理は大きな延伸又は変形を伴わないので材料を多く消費し、したがって幅が広い金属板を必要とする。金属を延伸、変形せしめる延伸処理は、材料を多く消費しない。材料のおおよその節約は、約８％である。
【００１６】
本発明において、熱伝達板の端部を補強及び支持する目的のために、熱伝達板の一端又は両端の隆起部を熱伝達板の端部に又は端部にかなり接近して設けることが好ましい。これは、特に、たびたび、高圧のスートブローイング及び／又は水ウォッシングにさらされる熱伝達板の端部に望まれる。このような端部の隆起部は、熱伝達板のそれ及び疲労を防止又は軽減し、熱伝達板の寿命を向上せしめる。ひとつの選択として、隆起部は、熱伝達板の端部の付近に端部からわずかの間隔を置いて、例えば約３／４インチ（１．９０５ｃｍ）又はそれ以下の間隔を置いて設けられる。他の選択として、隆起部は熱伝達板の端部にまで実際に延びるように設けられる。熱伝達板の端部にまで延びる隆起部を備える熱伝達板を形成し、また異なる長さの熱伝達板の形成に適合できるひとつの方法が図８に示されている。この図８は、隆起部成形パターン部を備える成形ロール６０及び形成される熱伝達板６２の平面図である。この成形ロール６０と補形し合う他の成形ロールが成形ロール６０の下に配設され、熱伝達板はこの２つの成形ロール間を通過する。これらの成形ロールは、予想される最大長さの熱伝達板に適合するのに十分に長い長さを有し、また、それよりも短い熱伝達板に適用するような隆起部成形パターン部を有する。ロール６０の両端（又は少なくとも一方の端）は、所望する通常の隆起部の長さよりも長い延長長さを有する隆起部成形パターン部６４を備える。そして、熱伝達板の両端部間には通常の長さの複数の隆起部成形パターン部６６が備えられている。一例として、隆起部成形パターン部６４の長さは約４インチ（１０．１６ｃｍ）とし、一方隆起部成形パターン部６６の長さは前述したように約１．２５インチ（３．１７５ｃｍ）をすることができる。これにより、ロール６０は、長い長さ”Ｂ”及び短い長さ”Ａ”の熱伝達板に適合することができ、かつ隆起部を熱伝達板の両端に形成することができる。
【００１７】
本発明は、材料の節約及び熱伝達の増大を提供する。また、本発明による熱伝達板構成は、開放型であり、スートブローイング又は水ウォッシングにより容易に掃除して汚れ付着物を取り除くことができるようにすると共に、過熱状態の検知のために赤外線を通過させることができるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】多数の熱伝達板から作られている熱伝達要素組立体を収容する従来の回転再生式空気予熱器の斜視図である。
【図２】ひとつの従来の熱伝達要素組立体の斜視図であって、組立体に積重されている多数の熱伝達板を示す。
【図３】本発明による熱伝達要素組立体のための３枚の熱伝達板の一部分の斜視図であって、波状部及びスペーサ用隆起部を示す。
【図４】図３の３枚の熱伝達板のうちの１枚の熱伝達板の一部分の断面図であって、波状部及び隆起部を示す。
【図５】隆起部の配列の一例を示す図である。
【図６】隆起部の配列の他の例を示す図である。
【図７】本発明の変形例を示す、積重体の３枚の熱伝達板の一部分の断面図である。
【図８】異なる熱伝達板長さに適合するようにして隆起部をロールでもって作るためのロール成形法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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