(57)【要約】  回転式再生熱交換器のための熱伝達シートアセンブリ７は、一方のシート要素８上に第１プロファイルの第１反復Ｒ１を、他方のシート要素９上に第２プロファイルの第２反復Ｒ２を対向させて、互いに積み重ねられた第１および第２熱伝達シート要素８、９を有する。シート要素８、９は、第２プロファイル反復部Ｒ２の第１プロファイル反復部Ｒ１および２３、２４の複数の幅広の平行なシート間隔特徴部２１、２２によって間隔を空けて配置され、それを通る気体流のための概ね近接した側面の細長いチャネル２５を形成する。反復Ｒ２の第２プロファイルは、反復Ｒ１の隣接する第１プロファイルのローブ接触波形２９の形態の細長い第５シート間隔特徴部２６をさらに含む。一実施形態では、第１および第２シート要素はそれぞれ、第１プロファイルの第１反復および第２プロファイルの第２反復の両方を含む複合第３プロファイルを有する。
2020503488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式再生熱交換器のための熱伝達シートアセンブリであって、
ガス流方向に長手方向に延在する複数の平行で細長い第１シート間隔特徴部および第２シート間隔特徴部を含む第１プロファイルを有する第１シート要素を含み、前記第１プロファイルの第１反復は、前記第１シート間隔特徴部と前記第２シート間隔特徴部との間で画定されて、前記第１シート間隔特徴部と前記第２シート間隔特徴部を含み、
相補的な複数の広いゲージの、平行で細長い第３シート間隔特徴部及び第４シート間隔特徴部を含む第２プロファイルを有する第２シート要素を含み、前記第２プロファイルの第２反復が、前記第３シート間隔特徴部及び第４シート間隔特徴部の間で確定され、
前記第１シート要素は、前記複数の第１および第２シート間隔特徴部のそれぞれの整合した対の前記第１シート間隔特徴部および第３シート間隔特徴部を有する前記第２シート要素に充填され、前記複数の第３シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部とが互いに対して着座し、第２シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部は前記整合した対の各々に対して、ガス流が通過するための概ね閉側面の細長いチャネルを確定し、
前記第１シート要素は、横方向に延び、前記第１シート間隔特徴部と前記第２シート間隔特徴部の各々の間で横方向に且つ中断されないローブ状熱伝達波形を有し、
前記第２シート要素は前記第２シート要素の長さの少なくとも半分に沿って長手方向に延在するそれぞれの細長い第５シート間隔特徴部をさらに含み、前記整合した対の各々の前記第３シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部の中間にあり、各第５シート間隔特徴部はそれぞれの前記整合した対の前記第１および第２シート間隔特徴部の間の前記ローブ状熱伝達波形の少なくともいくつかに接触するローブを含み、前記第５シート間隔特徴部のローブは、前記着座した第１シート間隔特徴部および第３シート間隔特徴部と、前記着座した第２シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部とにより提供される間隔と同じか少ない大きさを有する、ことを特徴とする、熱伝達シートアセンブリ。
【請求項２】
前記第１シート間隔特徴部は前記第１シート要素の公称平面から離れて延びるローブを含み、前記第３シート間隔特徴部は、前記第２シート要素の前記公称平面内の平坦部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項３】
前記第２シート間隔特徴部は前記第１シート要素の公称平面から離れて延びるローブを含み、前記第４シート間隔特徴部は、前記第２シート要素の公称平面内の平坦部を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項４】
前記第５シート間隔特徴部は前記第２シート要素の長手方向に延在し、前記第２シート要素の公称平面から前記第１シート要素に向かって延在するローブと、前記第１シート要素から離れて反対方向に延在する第２ローブとを有し、２つの前記ローブが平坦なシートセクションによって接続されたノッチを含むノッチ構成であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項５】
前記第５シート間隔特徴部は前記第２シート要素の長手方向に延在し、前記第２シート要素の中心面から離れて前記第１シート要素に向かって少なくとも１つの第２細長いセクションに隣接して延在するローブまたはノッチを有する少なくとも１つの第１細長いセクションを含み、前記第１および第２細長いセクションの対向する端部が互いに接続される、交互のノッチ構成であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項６】
前記第２細長いセクションは前記第１細長いセクションのローブとは反対側に、前記第２シート要素の中央平面から離れるように延在するローブを備えることを特徴とする、請求項５に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項７】
前記第２シート要素が前記第３シート間隔特徴部および第５シート間隔特徴部と、前記第５シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部との間でそれぞれ横方向に延在し、中断されないローブ状熱伝達波形をさらに含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項８】
前記第１シート要素の波形は、前記第２シート要素の波形に対して斜めに延びることを特徴とする、請求項７に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項９】
前記第１シート要素および前記第２シート要素は前記第１プロファイルの第１反復および前記第２反復の両方を含む複合第３プロファイルを有するシートストックを含み、前記第１反復および前記第２反復はシートを横方向に交互に横断し、前記第１シート間隔特徴部および第２シート間隔特徴部のうちの１つは横方向に１つの前記第３シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部のうちの１つを提供し、前記第３シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部のうちの１つはすぐ隣接する第２反復を開始し、第３シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部のうちの別の１つはすぐ隣接する第１反復を横方向に開始する、請求項１に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１反復は前記第１シート間隔特徴部を含む前記シートストックの公称平面内の平坦部で横方向に始まり、前記第２シート間隔特徴部を含む前記シートストックの公称平面から離れて延びるローブで終わり、また前記第３シート間隔特徴部を提供し、前記第３シート間隔特徴部をすぐ隣接する第２反復の前記第４シート間隔特徴部を提供する平坦部で終わり、次のすぐ隣接する第１反復の前記第１シート間隔特徴部を提供し、すぐ隣接する第２反復はその中間の第３シート間隔特徴部および第４シート間隔特徴部を有し、前記第５シート間隔特徴部を有し、前記第５シート間隔特徴部は、前記シートストックである、請求項９に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項１１】
前記シートストックは熱伝達のために利用可能な前面および後面を有し、前記第１シート要素の前面は前記第２シート要素の後面に対向し、部分的に接触することを特徴とする、請求項１０に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１プロファイルの第１反復は前記第１シート間隔特徴部の開始と終了の間に斜めかつ非連続的に延在する細長いローブ熱伝達波形を含み、前記第２プロファイルの第２反復は第２シート間隔特徴部の開始と終了との間に斜めに延在する二分ローブ熱伝達波形を含み、前記第５シート間隔特徴部によって二分された前記第２プロファイルの開始と終了とを含むことを特徴とする、請求項９に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項１３】
前記細長い波形は第１方向に延在し、前記二分された波形は、前記第１方向とは異なる第２方向に延在することを特徴とする、請求項１２に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【請求項１４】
バスケット内に積み重ねられ、横方向に約５７〜７６ｍｍ(２．２５〜３インチ）だけ離間された支持点でそれぞれの支持シートに接触するそれぞれの支持シートにすぐ隣接するシート要素から外側に延びる熱伝達波形を有する、２つの支持シートの間に挟まれた、多数の第１シート要素および第２シート要素を含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の熱伝達シートアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は煙道ガス流から燃焼空気流へ熱を伝達するための回転再生式空気予熱器のための熱伝達シートアセンブリに関し、特に、構造的剛性及び熱伝達特性を維持しながら、標準よりも高い煤吹き込み圧力の使用を容易にするように協働する２つの異種のプロファイル反復部を有する熱伝達シートアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転再生式空気予熱器は、典型的には炉を出る煙道ガス流から入ってくる燃焼空気流に熱を伝達して炉の効率を改善するために使用される。従来の予熱器は、バスケット内で互いに積み重ねられた複数の熱伝達シートを含む熱伝達シートアセンブリを含む。熱伝達シートは煙道ガス流から熱を吸収し、この熱を燃焼空気流に伝達する。予熱器は、それぞれの熱伝達シートアセンブリを収容する区画を画定する半径方向の隔壁またはダイアフラムを有するロータをさらに含む。予熱器は、予熱器の上面及び下面を横切って延びて予熱器を１つ以上のガス及び空気セクタに分割するセクタプレートを含む。高温煙道ガス流および燃焼空気流は、それぞれのセクタを通って同時に導かれる。ロータは煙道ガスおよび燃焼空気セクタを煙道ガス流および燃焼空気流の内外で回転させて加熱し、次いで熱伝達シートを冷却し、それによって燃焼空気流を加熱し、煙道ガス流を冷却する。
【０００３】
このような予熱器のための従来の熱伝達シートは、典型的には鋼材料のシートを成形プレスまたはロールプレスすることによって製造される。典型的な熱伝達シートは隣接するシートを互いに離して配置し、バスケット内の複数の熱伝達シートアセンブリの構造的完全性を提供するために、その中に形成されたシート間隔特徴部を含む。１つの例はＰＣＴ公開ＷＯ  ０１／１３０５５（Ｂｒｏｗｎ）であり、これは、複数の広く散在する間隔フィートを有する。別の先例は、米国特許第２，５９６，６４２号（Ｂｏｅｓｔａｄ）の図３に示されている。Ｂｒｏｗｎとは異なり、Ｂｏｅｓｔａｄは、煙道ガスまたは燃焼空気が流れるためのチャネルを形成するシート間隔特徴部の隣接する対を有する。流路の提供は、現在、当該技術分野において標準的である。有利には、制御された流れを促進するために、これらのチャネルは米国特許第４，３９６，０５８号（カーシュナー（Ｋｕｒｓｃｈｎｅｒ））の図２に示されるように、および米国特許第４，７４４，４１０号（グローブズ（Ｇｒｏｖｅｓ））で改良されたように、閉側面（ｃｌｏｓｅｄ-ｓｉｄｅｄ）であり得る。いくつかの熱伝達シートはチャネルの一部における流れを妨げ、それによって熱伝達効率を増加させる乱流を引き起こすために、シート間隔特徴部の間に波形パターンを含む。Ｂｏｅｓｔａｄは、隣接するチャネル間の横方向の気体流を可能にする波形がシート間隔特徴部を横切る、解放側面チャネルと呼ばれるものを有する熱伝達シートアセンブリにおけるこの例である。米国特許第５，８３６，３７９号（Ｃｏｕｎｔｅｒｍａｎ）は、（Ｃｏｕｎｔｅｒｍａｎの図６に見られるように）同一の第２要素シートの間隔フラットに接触する第１要素シートの間隔ノッチによってチャネルが形成される、波形を有する閉側面チャネルを有する熱伝達シートアセンブリを開示している。
【０００４】
シート材料の厚さ、バスケット内の積み重ね圧力、および使用時に経験される熱サイクルと組み合わせたシート間隔特徴部のサイズ、位置、および構成が、チャネルの壁の構造的剛性に寄与することが理解されるであろう。
【０００５】
典型的なシート間隔特徴部は、煙道ガスまたは燃焼空気がシート間隔特徴部によって形成された開放側面サブチャネルを通って、高速で中断されることなく、乱流をほとんどまたは全く伴わずに流れることを可能にする構成のものである。中断されない高速流の結果として、煙道ガスまたは燃焼空気からシート間隔特徴部への熱伝達は最小である。複数の熱伝達シートを通る、例えば、隣接するシート間隔特徴部によって画定されるチャネルを通ること、および隣接するシート間隔特徴部間の乱流を引き起こすことは、予熱器を横切る圧力降下を増大させることが一般に知られている。さらに、熱伝達シートの急激なプロファイル変化によって引き起こされる流れの方向の急激な変化は圧力降下を増大させ、流れ停滞領域または流れ停滞領域に粒子（例えば、灰）の蓄積を引き起こす傾向があるゾーンを生成することが見出されている。これは、予熱器を横切る圧力降下をさらに増大させる。このような増大した圧力降下は燃焼空気を予熱器に強制的に通すために必要とされる増大したファン電力のために、予熱器の全体的な効率を低下させる。また、予熱器の効率は、煙道ガス及び燃焼空気流の内外で煙道ガス及び燃焼空気セクタを回転させるのに必要な動力が増大するため、バスケット内の熱伝達シートアセンブリの重量が増大することにつれて低下する。
【０００６】
したがって、材料組成、構造安定性、および動作効率の間にトレードオフがあることが理解されるであろう。長期運転において、特にバスケットの熱膨張時にシートが互いにガタつき、機械的および／または疲労損傷を引き起こすことがある場合に、あまりにも低いパッキング圧力が使用される場合に問題があることが判明している。明らかな解決策はチャネルをより小さく、すなわち、構造的により剛性にすることであるが、これは動作効率および清掃性の両方に悪影響を及ぼす。後者の問題は特に低温端部要素、すなわち予熱器の低温側の要素において重要であるが、それはここでは煤の蓄積およびポップコーン灰または他の汚損機構による目詰まりの素因が高温端部要素におけるよりも大きいからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
熱性能および機械的／構造的安定性に実質的に影響を及ぼすことなく、これまでよりも高い煤吹き込み圧力またはより多くの煤吹き込みサイクルに耐えることができる閉チャネルシート要素アセンブリを形成する、改良された軽量熱伝達シートが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様によれば、回転再生熱交換器のための熱伝達シートアセンブリはガス流方向に長手方向に延在する複数の平行で細長い第１および第２シート間隔特徴部を含む第１プロファイルを有する第１シート要素と、前記第１プロファイルの第１反復が、第１および第２シート間隔特徴部の間に画定され、直ぐに第１および第２シート間隔特徴部を含み、前記第１プロファイルの第１反復が、第１シート間隔特徴部と第２シート間隔特徴部との間に画定され、直ぐに隣接する第３および第４シート間隔特徴部を含み、第１シートは、複数の第１および第２シート間隔特徴部のそれぞれの整合した対の第１および第３間隔特徴部と、互いに対して着座する複数の第３および第４シート間隔特徴部と、それぞれの整合した対の第２および第４特徴部とを有する第２シートに対してパックされ、各整合した対に対して、それを通る気体流のための概ね近接した側面の細長いチャネルを画定する。第１要素は第１および第２間隔特徴部のそれぞれの間に横方向に延在し、中断されないローブ状熱伝達波を有する。第２シート要素は第２シート要素の長さの少なくとも半分に沿って長手方向に延在し、各整合対の第３および第４シート間隔特徴部の中間にある、それぞれの細長い第５シート間隔特徴部をさらに含む。各第５シート間隔特徴部は、それぞれの整合対の第１シート間隔特徴部と第２シート間隔特徴部との間のローブ熱伝達波形部の少なくともいくつかに接触するローブを含む。第５特徴ローブは、着座した第１および第３シート間隔特徴と、着座した第２および第４シート間隔特徴とによって提供される間隔以下の振幅を有する。
【０００９】
第１シート間隔特徴部は第１シート要素の公称平面から離れて延びるローブを含むことができ、第３シート間隔特徴部は、第２シート要素の公称平面内に平坦部を含むことができる。
【００１０】
一実施形態では第２シート間隔特徴部が第１シート要素の公称平面から離れて延びるローブを含み、第４特徴部は第２シート要素の公称平面内に平坦部を含む。
【００１１】
第５シート間隔特徴は第２シート要素の長さに延在し、第２シート要素の公称平面から離れて前記第１シート要素に向かって延在するローブと、第１シート要素から離れて反対方向に延在する第２ローブとを有し、２つのローブが平坦なシートセクションによって接続されたノッチ構成とすることができる。
【００１２】
別の実施形態では、第５シート間隔特徴部が第２シート要素の長さに延在し、第２シートの中心面から離れて、少なくとも１つの第２細長いセクションに隣接する第１シート要素に向かって延在するローブまたはノッチを有する少なくとも１つの第１細長いセクションを含む、交互のノッチ構成である。第１および第２細長いセクションの対向する端部は、互いに接続される。
【００１３】
第２細長いセクションは第１細長いセクションローブとは反対側に、第２シート要素の中心平面から離れるように延びるローブを含むことができる。
【００１４】
第２シート要素は第３および第５シート間隔特徴部と第５および第４シート間隔特徴部との間でそれぞれ横方向に延在し、中断されないローブ状熱伝達波形を含むことができる。
【００１５】
一実施形態では、第１シート要素の波形が第２シート要素の波形に対して斜めに延びる。
【００１６】
さらに別の実施形態では第１シート要素および第２シート要素が第１プロファイルの第１反復および第２プロファイルの第２反復の両方を含む複合第３プロファイルを有するシートストックを含み、第１反復および第２反復はシートを横切って横方向に交互になる。１つのそのような第１反復が横方向に終端する第１および第２シート間隔特徴のうちの１つは、第３および第４シート間隔特徴のうちの１つを提供し、直接隣接する第２反復を横方向に開始する。第３および第４シート間隔特徴部のうちの、直接隣接する第２反復部の横方向に終端する別の１つは、第１および第２シート間隔特徴部のうちの別の１つを提供し、次の直接隣接する第１反復部の横方向に始まる。
【００１７】
好ましくは第１反復が第１シート間隔特徴を含むシートストックの公称平面内の平坦で横方向に始まり、第２シート間隔特徴を含むシートストックの公称平面から離れて延びるローブで終わり、また、第３シート間隔特徴を提供し、第３シート間隔特徴をすぐ隣接する第２反復から始まり、平坦で終わり、すぐ隣接する第１反復の第４シート間隔特徴および次のすぐ隣接する第１反復の第１シート間隔特徴を提供し、すぐ隣接する第２反復はその中間の第３および第４シート間隔特徴を有する。
【００１８】
シートストックは熱伝達のために利用可能な前面および後面を有することができ、第１シート要素の前面は第２シート要素の後面に対向し、部分的に接触する。
【００１９】
第１プロファイルの第１反復は第１および第２シート間隔特徴部の開始および終了の間で横方向に斜めに延在し、中断されない細長いローブ状熱伝達波形を含むことができ、第２プロファイルの第２反復は第５シート間隔特徴部によって二等分される第２および第３シート間隔特徴部の開始および終了の間で横方向に斜めに延在する鈍い二等分されたローブ状熱伝達波形を含むことができる。細長い波形は第１方向に延び、二分された波形は第１方向とは異なる第２方向に延びることができる。
【００２０】
有利には熱伝達シートアセンブリがバスケット内に積み重ねられ、２つの支持シートの間に挟まれた複数の第１シート要素および第２シート要素を有し、熱伝達波形は横方向に約５７〜７６ｍｍ(２．２５〜３インチ）だけ離間した支持点でそれぞれの支持シートに接触するそれぞれの支持シートに直接隣接するシート要素から外側に延びる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、回転式再生予熱器の概略斜視図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態による熱伝達シートアセンブリの２つの熱伝達シートの一部の斜視図であり、シートは、単に例示の目的のために長手方向にオフセットされている。
【図３】図３は、図２に示すアセンブリの第１熱伝達シート要素の一部の斜視図である。
【図４】図４は、図２に示すアセンブリの第２熱伝達シート要素の一部の斜視図である。
【図５】図５は、図２に示すアセンブリの部分断面図である。
【図６】図６は、図５に示す方向Ａ−Ａにおける第２熱伝達シート要素の平面図である。
【図７】図７は本発明の第２実施形態による熱伝達シートアセンブリの２つの熱伝達シートの一部の斜視図であり、１つのそのようなシートの前面を詳細に示す。
【図８】図８は、図７に示すアセンブリの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、回転式再生空気予熱器は、全体として符号１で示されている。予熱器１は、ロータポスト３に回転可能に取り付けられたロータアセンブリ２を含む。ロータアセンブリ２は、ハウジング４内に配置され、ハウジング４に対して回転する。例えば、ロータアセンブリ２はロータポスト３の軸線Ａを中心として矢印Ｒ方向に回転可能であり、ロータアセンブリ２はロータポスト３からロータアセンブリ２の外周まで半径方向に延びる隔壁５（例えば、ダイヤフラム）を含む。隔壁５の隣接する対は、熱伝達シートアセンブリ７を受けるためのそれぞれの区画６を画定する。熱伝達シートアセンブリ７の各々は互いに積み重ねられた複数の熱伝達シート８及び／又は９（例えば、図２参照）を含む。
【００２３】
図１に示すように、ハウジング４は、予熱器１を通る加熱された煙道ガスの流れのための煙道ガス入口ダクト１０及び煙道ガス出口ダクト１１を含む。ハウジング４はさらに、予熱器１を通る燃焼空気の流れのための空気入口ダクト１２および空気出口ダクト１３を含む。予熱器１は、ロータアセンブリ２の上面に隣接してハウジング４を横切って延びる上部セクタプレート１４を含む。予熱器１は、ロータアセンブリ２の下面に隣接してハウジング４を横切って延びる下部セクタプレート１５を含む。上部セクタプレート１４は煙道ガス入口ダクト１０と空気出口ダクト１３との間に延在し、それらに接合される。下側セクタプレート１５は煙道ガス出口ダクト１１と空気入口ダクト１２との間に延在し、これらに接合されている。上側セクタ板１４及び下側セクタ板１５は、それぞれ、円周板１６によって互いに接合されている。上部セクタープレート１４及び下部セクタープレート１５は、予熱器１を空気セクター１７及びガスセクター１８に分割する。
【００２４】
図１に示すように、「Ａ」と記された矢印は、ロータアセンブリ２のガスセクタ１８を通る煙道ガス流１９の方向を示している。「Ｂ」と記された矢印は、ロータアセンブリ２の空気セクタ１７を通る燃焼空気流２０の方向を示している。煙道ガス流１９は煙道ガス入口ダクト１０を通って入り、区画６に取り付けられたアセンブリ７に熱を伝達する。加熱されたアセンブリ７は、予熱器１の空気セクター１７内に回転される。次いで、アセンブリ７に蓄えられた熱は、空気入口ダクト１２を通って入る燃焼空気流２０に伝達される。したがって、予熱器１に入る高温煙道ガス流１９から吸収された熱はアセンブリ７を加熱するために利用され、アセンブリ７は燃焼空気流２０を加熱する。
【００２５】
第１実施形態では図２に示すように、熱伝達アセンブリ７は圧力下で互いに密に詰められた複数の熱伝達シート要素８および９の積層体を備え、シート８、９は異なるプロファイルを有する。第１シート要素８は図３にも示されているが、ノッチと呼ばれる平行な幅の広いゲージの第１シート２１および第２シート２２のシート間隔特徴部を含む第１プロファイルまたは構成であり、この実施形態ではノッチがローブ（ｌｏｂｅ）状の横断面であり、対向して延びるローブが隣接する要素を正確に離間させるように動作可能に有効な平坦なシート材料セクションによって優先的に接続されている。ローブ状シート間隔特徴部２１、２２は、シートの一端から他端への意図された気体流の方向に平行に延在する。
【００２６】
やはり図４に示されている第２シート要素９は平行な幅広ゲージの第３シート間隔特徴部２３および第４シート間隔特徴部２４を含む第２プロファイルまたは構成であり、この実施形態では、要素８の特徴部２１および２２（すなわち、図２に示されているように要素９の下の１つのシート８、および図示されていないが上の別の要素８）に対してそれぞれ着座する要素９の公称平面内で概ね平坦である。要素９の特徴部は図６にも示されており、要素８の特徴部と同じ特徴部が図５の断面に示されており、この断面から、特徴部２１、２２および特徴部２３、２４の幅広ゲージは同等であり、特徴部２１、２３および２２、２４は、それぞれ、互いに対して着座することによって協働して、アセンブリの一端から他端に延びる細長い近接側面気体流路２５を画定することが分かる。
【００２７】
第１実施例では要素８には突出部２１、２２が設けられ、シート９には平坦部２３、２４が設けられているが、本発明の別の実施例では要素８には平坦部が設けられ、要素９には突出部が設けられていることが考えられる。さらに別の実施形態では要素８がローブと平坦部との混合物を備えることができ、一方、要素９は対応する関連する複数の平坦部とローブ部とを有する。さらなる実施形態では、要素８および９の両方がローブまたは他のクリンプされたまたは打ち抜かれた構造を備え、アセンブリ７内に複数の近接した側面の気体流チャネル２５を画定するように、シートの間隔を空けることを容易にすることが可能である。
【００２８】
本発明のこの実施例及び他の実施例では、熱伝達シート要素９が更に、典型的にはその特徴部２３及び２４と平行で等距離の第５中間の細長いシート間隔特徴部２６を含む。要素９はさらに、要素９の横方向にガス流方向に対して斜めに延びる特徴部２６よりも振幅の小さい複数の熱譲渡波形２７、２８を含む。波形２７は典型的には第３シート間隔特徴部２３と第５シート間隔特徴部２６との間で斜めに延び、同様に、波形２８は、第５シート間隔特徴部２６と第４シート間隔特徴部２４との間で延びる。また、要素８は更に、その間で要素８の横方向に、ガス流の方向に対して斜めに、また、この第１実施例では第２シート９の波形２７、２８に対して斜めに示されているように、シート間隔特徴部２１、２２よりも小さい振幅の複数の熱伝達波形２９を含む。
【００２９】
有利なことに、この第１実施形態では波形２７、２８、および２９は同様の断面であり、波形２７、２８は波形２９に対して斜めである。要素９の中間シート間隔特徴部２６は要素８の波形２９と接触し、ガスチャネル２５に追加の構造的剛性を提供する。典型的にはシート間隔特徴部２６がより低い振幅ではあるが、特徴部２１、２２と同様の形状であり、要素８の長さまたは実質的に長さにわたって適切に延在する。いくつかの実施形態では、シート間隔特徴部が要素８の長さの少なくとも半分に延在する。チャネル２５内にはサブチャネル３０、３１が見られ、中間シート間隔特徴部２６は、それらの間に共有された長手方向側壁をさらに画定する。図５に示すように、サブチャネル３０は、閉じた側壁を提供するシート間隔特徴部２１、２３の直接隣接する対と、波形２９のトラフによって穿孔された側壁を提供する波形２９の対向するピークに接触する隣接する中間シート間隔特徴部２６との間に画定される。同様に、サブチャネル３１は、閉じた側壁を提供するシート間隔特徴部２２、２４の直接隣接する対と、波形２９のトラフによって穿孔された側壁を提供する波形２９の対向するピークに接触する隣接する中間シート間隔特徴部２６との間に画定される。
【００３０】
特徴部２６と波形部２９との協働によって提供される側壁は中間シート間隔特徴部２６の下のいくらかの横方向の気体流を可能にし、同時に波形部２９に沿ったバルクスキューを妨害するように穿孔されている。中間シート間隔特徴部２６は、他の設計と比較して、熱伝達のための増大した表面積を提供することができる。これは、組み合わされて、熱伝達アセンブリの改善された熱性能に寄与すると考えられる。
【００３１】
さらに、波形部２９と機械的に接触している中間シート間隔特徴部２６は、それぞれの間隔特徴部２１、２２および２３、２４の間の要素８および９のドラム形成および／または振動を阻止する。これは、機械的および疲労損傷の発生率を低減するのに役立つと考えられる。
【００３２】
別の実施形態（図示せず）では、細長い中間板間隔特徴部２６が２０１５年１０月７日に出願された本出願人の米国特許出願第１４／８７７，４５１号に開示された交互ノッチと同様の交互ノッチ構成によって置き換えられる。
【００３３】
中間シート間隔特徴部２６を設けることにより、協働特徴部２１、２３と２２、２４との間に画定される気体流路２５の構造的剛性が増大することは容易に理解されるであろう。この特徴部２６はサブチャネル３０、３１に穿孔された側壁を提供するので、驚くべきことに、より小さい気体流チャネルを有するアセンブリについて上記で予想された様式で効率に悪影響を与えないことが見出された。これは、気体流路を横切る気体の乱流が特徴部２６を横切る要素８の波形２９の谷を通る気体流によって促進されるからであると考えられる。
【００３４】
図５に示すように、気体流路２５は、第１シート要素８の第１プロファイルおよび第２シート要素９の第２プロファイルの対向する反復Ｒ１、Ｒ２の間にそれぞれ画定されると考えることもできる。第１プロファイルの第１反復Ｒ１はシート８上の直接隣接する第１シート間隔特徴部２１と第２シート間隔特徴部２２との間に画定され、それらを含み、すなわち、それらの間に延在する対応する波形２９を含む。前記第２プロファイルの第２反復Ｒ２は直接隣接する第３シート間隔特徴部２３と第４シート間隔特徴部２４との間に画定され、それらを含み、すなわち、対応する第５中間シート間隔特徴部２６およびそれらの間に配置された波形２７、２８も包含する。
【００３５】
この第１実施形態では、反復（リピート）Ｒ１およびＲ２がそれぞれのシート要素８および９上でそれぞれ連続している。ここで、１つの第１反復Ｒ１の第２シート間隔特徴部２２は、次の直接隣接する反復Ｒ１の第１シート間隔特徴部２１と同等である。同様に、１つの第２反復Ｒ２の第４シート間隔特徴部２４は、次の隣接する反復Ｒ２の第３シート間隔特徴部２３と等価である。連続するのではなく、反復Ｒ１およびＲ２は、それぞれのシート要素８、９上で間隔を置いて配置され得ることが理解されるであろう。あるいは、反復Ｒ１およびＲ２がそれぞれ次の反復Ｒ１およびＲ２にすぐ隣接するパターン反復であってもよい。このような代替構成では１つの第１反復Ｒ１の第２シート間隔特徴部２２が次のすぐ隣接する反復Ｒ１の第１シート間隔特徴部２１と並んで接触し、１つの第２反復Ｒ２の第４シート間隔特徴部２４は次のすぐ隣接する反復Ｒ２の第３シート間隔特徴部２３と並んで接触する。
【００３６】
一実施形態では、熱伝達シート要素がシートスチールロールを所望のサイズに切断し、次いで、切断されたシートセクションを、所望のプロファイルをクリンプされたシートに付与するようにプロファイルされたクリンプローラに通すことによって製造される。これらのクリンプされたシートは、その後、バスケット内にパックされて、所望の流れ、熱、およびプロファイル構成特性を有する熱伝達アセンブリを形成する。典型的には、熱伝達要素の製造公差は±０．１７７８ｍｍ(７，０００分の１インチ）である。シート要素８および９は異なるプロファイルを有するので、これらは、一実施形態ではそれぞれの整合した対のローラによって圧着される。１つのシートを別のシートに組み立てる際に、製造公差は累積的であり、寸法適合は、２シートアセンブリにおいて±０．３５５６ｍｍ(１０００分の１４インチ）の公差を受ける。それぞれのローラ対間のこのような累積許容誤差および品質差は本質的に非対称であること、すなわち、他方よりも所望の公称寸法に近い圧着可能な１対が、第１シート要素８と第２シート要素９との間の適合性に問題を生じさせることが見出された。
【００３７】
例えば、第５中間特徴部２６の不十分な適合は、機能および耐久性の両方の観点から問題となり得る。任意の所与の熱伝達アセンブリ７における第５中間特徴部２６の一部または全部の緩い嵌合は、早すぎる故障につながることが予想され得る、スートブロー中の望ましくない振動につながる可能性がある。同様に、このような緩い嵌合は過度の振動および／または熱伝達アセンブリ７のバスケットを通る気体流に対する悪影響のために、動作中に疲労破損をもたらす可能性がある。
【００３８】
非対称な圧着によって生じる可能性のあるこのような潜在的な問題に鑑みて、本発明者らは、第１シート要素８のプロファイルの反復Ｒ１および前述の実施形態の第２シート要素９のプロファイルの反復Ｒ２、またはそれらの反復等価物が単一対のローラによって圧着されたストックから切断された同じシート上に配置される（すなわち、いわゆる単一ロールプロセスによって）プロセスで製造される本発明の実施形態を設計することを探求した。
【００３９】
本発明の別のまたは第２実施形態は、単一ロールプロセスを使用して製造され、図７および図８に示されている。この実施形態では、本発明者らが±０．０７６２ｍｍ(３，０００分の１インチ）の製造公差を達成することができ、この公差は隣接するシートが同じクリンプされたストックから切断されるときに、隣接するシート上で一貫しており、その結果、一貫性が改善され、それによって、熱伝達アセンブリ１００の製造中の精度が向上する。
【００４０】
熱伝達アセンブリ１００は、圧力下で互いに密に詰められ、それぞれの前縁１０３、１０４に沿って整列された多数の熱伝達シート要素１０１、１０２の積層体を含む。シート要素１０１および１０２は同一の圧着シートストックから切断され、要素１０１、１０２を横切って繰り返される同一の第３プロファイルを有し、図示された要素１０１の前面に明確に示されるように、平坦な第１シート間隔特徴部１０５、ローブ状の第２シート間隔特徴部１０６、ローブ状の第３シート間隔特徴部１０７、広いゲージの波形の平面熱伝達部分１０８、および狭いゲージの波形の平面熱伝達部分１０９、１１０を備える。
【００４１】
図７に示すように、この第２実施形態ではシート間隔特徴部１０６、１０７はローブ形状の横断面であり、対向して延びるローブは隣接する要素を間隔をあけるために正確に作動的に有効な平坦なシート材料セクションによって優先的に接続される。シート間隔特徴部１０５は、それぞれの要素１０１、１０２の公称平面内で概ね平坦である。平坦なシート間隔特徴部１０５およびローブシート間隔特徴部１０６、１０７は、それぞれのシートの一端から他端への意図された気体流の方向に平行に長手方向に延在する。
【００４２】
第２実施形態のこの第３プロファイルは１つの第１シート間隔特徴部１０５と、シート１０１上の直接隣接する第２シート間隔特徴部１０６との間に画定され、それらを含む、すなわち、それらの間に延在する対応する幅広ゲージ波形部分１０８を含む、第１反復Ｒ３を含む。第３プロファイルはまた、前述の第２シート間隔特徴部１０６と、前述の１つの第１シート間隔特徴部１０５から横方向に配置された、すなわち、対応する第３中間シート間隔特徴部１０７およびそれらの間に配置された狭いゲージの波形部分１０９、１１０も包含する、すぐ隣の第１シート間隔特徴部１０５との間に画定され、それらを含む第２反復Ｒ４を含む。
【００４３】
この第２実施形態における反復Ｒ３、Ｒ４は図２〜図６に示されるように、第１実施形態の反復Ｒ１、Ｒ２にそれぞれ動作的な意味で対応することが容易に理解されるであろう。要素１０１の前縁１０３が１つのシート間隔特徴部１０５の長手方向縁部で切断され、要素１０２の前縁１０４が対応する１つのシート間隔特徴部１０６の縁部で切断されることを確実にすることによって、熱伝達アセンブリ１００は、要素１０１上の反復Ｒ３が要素１０２上の反復Ｒ４と対にされ、逆もまた同様に製造される。その結果、要素１０１および１０２の意図された間隔は一方の要素１０１、１０２上の平坦なシート間隔特徴部１０５が他方の要素１０１、１０２上の対応するローブシート間隔特徴部１０６に着座することによって、およびその逆によって、すなわち、要素１０１上の１つの反復Ｒ３の平坦なシート間隔特徴部１０５が要素１０２上の対応する１つの反復Ｒ４のローブシート間隔特徴部１０６に着座することなどによって、もたらされる。好ましくは、素子１０１，１０２の平面配向が１つの素子の前面が直近隣の素子の後面に対向し、部分的に接触するように同一であり、その逆もまた同様である。
【００４４】
一方が素子１０１、１０２の一方に配置され、他方が他方の素子１０１、１０２に配置された反復Ｒ３およびＲ４の対は、対応する複数の広いゲージされた閉側ガス流チャネル１２５が関連する第３シート間隔特徴部１０７を含む穿孔中間壁によってそれぞれ二分されて、対応するサブチャネル１３０、１３１の対を提供する。チャネル１２５、１３０、１３１は、図５の第１実施形態のチャネル２５、３０、３１について説明したものと機能的に同じであることが理解されるであろう。
【００４５】
隣接する要素１０１、１０２の間の間隔は維持され、全体的な構造的剛性は、直接隣接する要素１０１、１０２の波形１０８のピークと接触している細長い中間シート間隔特徴部１０７によって改善され得る。中間シート間隔特徴部１０７の振幅は、波形部分１０８が構成される波形部の最大振幅より小さいローブ状シート間隔特徴部１０６の波形部の振幅に等しいことが望ましく、それによって、それに沿った点接触を確実にすることが理解されるであろう。
【００４６】
幅広ゲージ波形部分１０８はそれぞれ、第１右手方向に意図された気体流の方向に対して斜めに延在し、熱間隔特徴部１０５、１０６の間で中断されない、複数の細長い平行な細長いローブ状熱伝達波形部１１１を備える。狭いゲージの波形部分１０９、１１０はそれぞれ、互いに平行に、第２左手方向に意図された気体流の方向に対して斜めに、かつ熱間隔特徴部１０６、１０５の間で、中間熱間隔特徴部１０７によって二等分されて延びる、複数の二等分されたローブ状熱伝達波形部１１２、１１３を備える。好ましくは波形１１２、１１３は等しいか、またはほぼ等しい長さである。
【００４７】
対応する右側の細長い波形１１１および左側の二分された波形１１２、１１３のそれぞれの軸が交差することが分かる。典型的には、これらの軸が４５°と９０°との間の角度で交差する。細長い波形１１１の軸は、１５°と４５°との間の角度でシート間隔特徴部１０５、１０６の長手方向軸と交差する。同様に、二分割された波形１１２、１１３の軸は、１５度から４５度の角度で、シート間隔特徴部１０５、１０６、１０７の長手方向軸と交差する。
【００４８】
図８に見られるように、細長い波形１１１は、それぞれ、交差する平坦な側部１１４、１１５がそれぞれ、その対応するピークで交わるように形成される。同様に、二分された波形１１２は交差する平坦な側部１１６、１１７と共に形成され、二分された波形１１３は平坦な側部１１８、１１９と共に形成される。典型的には波形１１１、１１２、１１３の横方向断面プロファイルはシート間隔特徴部１０５、１０６の相互作用によって提供される間隔の半分のオーダーの振幅からガス状流路１２５の幅を引いたものを有する同一である。
【００４９】
図７に示す実施形態では右側の細長い波形１１１と左側の二分された波形１１２、１１３は同様の断面、高さ、および周期を有するが、必ずしもそう必要はないことが理解されるであろう。これらのパラメータのうちの任意の１つまたは複数は、異なっていてもよい。
【００５０】
要素１０１、１０２について同じ平面配向を維持することによって、気体流チャネル１２５内で、右側の細長い波形１０８、１１１は左側の波形１０９、１１０（１１３、１１４）に対向し、離間しているが、それらは方向的に互いに交差することが理解される。このような構成は結果として生じる熱伝達アセンブリ１００を横切る圧力降下を増大させる乱流を生成するように見えるかもしれないが、実際にはこのような増大した圧力降下に結果として生じる気体質量流量のいかなる減少によっても打ち消されない、波形部分１０８、１０９、１１０、１１１への熱伝達を改善する乱流を導入することが見出されており、すなわち、この場合、有効な熱性能の改善を容易にする。この第２実施形態による熱伝達アセンブリは、実際には同じ熱質量、ガス入力温度、および圧力降下特性で動作する異なるアセンブリに比べて、性能の最大８パーセントの向上という目標に達すると考えられる。前述の製造公差の低減を提供し、プロファイル反復の品質を維持するために、本発明者らはこれまでの通常の公称４６０ｍｍ(１８インチ）技術の代わりに、より大きなロールを使用し、典型的には少なくとも明らかに大きく、一実施形態では公称５６０ｍｍ(２２インチ）圧着を採用した。
【００５１】
熱伝達アセンブリ１００内の熱伝達要素１０１、１０２のスタック内に提供される構造的剛性に加えて、本発明者らは、スタック内の最初の要素１０１および最後の要素１０２に追加の支持を提供することによって、追加の周辺安定性を確実にすることが有益であることを見出した。特に、周辺の波形部分１０８、１０９、１１０、すなわち、別の要素１０１、１０２の別の波形部分に対向しないものを支持する。これは、エレメント１０１，１０２が積み重ねられるバスケットに取り付けられた支持バーまたは他の同様の形成を使用して達成することができる。好ましい構造は２つの同様の支持プレートまたはシートの間に要素スタックを挟むことであり、その各々は、典型的には約５７〜７６ｍｍ(２．２５〜３インチ）、好ましくは６９ｍｍ(２．７インチ）ごとに離間した接触点で様々にうねり１１１、１１２、１１３に接触するそれぞれのプレートの公称平面から外側に延びる支持機構を有する。
【００５２】
本発明はその特定の実施形態を参照して開示され、説明されたが、他の変形および修正が行われてもよく、以下の特許請求の範囲が本発明の真の範囲内の変形および修正をカバーすることが意図されることに留意されたい。
【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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【国際調査報告】
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