CN112292489A - 空气穿透干燥和粘合系统及方法 - Google Patents

Abstract

描述了用于干燥或粘合材料的系统和方法。待干燥或粘合的材料可以通过空气穿透干燥器（TAD）或空气穿透粘合机（TAB）。由TAD/TAB输出的一些空气可以再循环以返回通过材料。当空气再循环时，其被加热并混合至期望的均匀温度分布。当具有期望均匀温度分布的加热空气通过管道输送至材料时，由于在管道壁处经历的热损失，期望的均匀温度分布恶化。相对于管道的特定位置实施加热带，并且选择性地操作加热带以将行进通过管道的空气保持在期望的均匀温度分布。由加热带产生的热量用于补偿行进穿过管道的空气所经历的热损失。

Description

空气穿透干燥和粘合系统及方法

背景技术

“空气穿透技术”是用于描述为了干燥或粘合纤维或长丝而使加热空气能够流动通过非织造网的系统和方法的术语。示例包括：非织造产品（例如，茶袋和特种纸）的干燥；玻璃纤维垫、滤纸和树脂处理的非织造物的干燥和固化；纺粘非织造物的热粘合和干燥；干燥水刺网（hydroentangled web）；热粘合具有或不具有双组分纤维的土工织物；干燥和固化衬里等级（interlining grades）；和热粘合具有可熔粘合剂纤维的吸收芯。薄纸的干燥也是空气穿透技术的特别重要的应用。与空气穿透干燥相关的系统和方法通常通过使用“TAD”首字母缩略词来引用。

发明内容

本公开适用于空气穿透技术系统（包括干燥器和粘合机）和方法的种类。如本文所用，“TAD”可指“空气穿透干燥”或“空气穿透干燥器”，这取决于其所使用的上下文。如本文所用，“TAB”可指“空气穿透粘合”或“空气穿透粘合机”，这取决于其所使用的语境。

与TAD/TAB系统相关的一个重要挑战是将大量能量（例如1至60 MW）引入TAD/TAB系统中，而不损害性能、可控性和可靠性、 TAD/TAB系统的扩大、压降、空气混合、调节并且由热交换装置对TAD/TAB实现目标空气温度。

对于空气穿透技术系统，穿过待干燥或粘合材料的空气温度可能需要均匀，有时变化小于约+/-1℃。可能需要这种水平的温度均匀性以在材料的边缘处和在材料的整个宽度上实现均匀的粘合或干燥，从而满足工艺或产品质量要求。

待干燥的材料的宽度有时可以大于6米。在这种跨度上难以实现均匀性。即使具有均匀加热、良好混合和隔热管道，由于空气通过管道时经历的热损失，在空气的边界层中通常存在较冷的空气。

本公开提供了用于加热管道中的空气的一个或多个边界层以将边界层保持在或接近用于干燥或粘合材料的期望温度的技术。本公开还提供了用于相比于其它区域更多地加热边界层的一些区域以克服系统中的热损失的技术。

电加热带可以放置成靠近或联接到管道壁内表层的外部。取决于系统所使用的一个或多个加热元件的输出（瓦特/平方英寸），加热带可覆盖一些管道壁的约50%至约100%。加热带可以基于预期热损失的位置和系统的管道布置来实现。

本公开的一方面涉及一种系统，该系统包括风扇、空气加热器、混合元件、管道和罩。空气加热器加热从风扇接收的空气以产生第一加热空气。混合元件对第一加热空气进行操作以产生具有期望的均匀温度分布的第二加热空气。联接到混合元件的管道包括至少一个加热带，该加热带定位成靠近管道的两个平行壁。所述至少一个加热带被选择性地操作以补偿所述第二加热空气在行进通过所述管道时所经历的热损失。包括空气入口的罩在空气入口处联接到管道。该罩围绕有孔的柱体。该有孔柱体（foraminous cylinder）提供了与风扇流体连通的空气出口。

本公开的另一方面涉及一种方法，该方法包括从风扇输出未加热的空气。未加热的空气被操纵以产生具有期望的均匀温度分布的加热的空气。加热的空气通过管道被送至罩的空气入口。定位成靠近管道的两个平行壁的至少一个加热带用于补偿加热的空气在行进通过管道时所经历的热损失。将加热的空气传送到罩中的有孔柱体上的材料。加热的空气在干燥或粘合材料时变成未加热的空气。然后，该未加热的空气循环到风扇。

本公开的另一方面涉及一种包括管道、罩和有孔柱体的系统。管道接收加热的空气。管道具有至少一个加热带，其定位成靠近管道的两个相对的壁。所述至少一个加热带被选择性地操作以补偿所述加热的空气在行进通过所述管道时所经历的热损失。该罩从管道接收加热的空气。罩至少部分地围绕有孔柱体。有孔柱体使材料移动通过罩，其中材料与加热空气接触。

虽然本公开是关于包括干燥器和粘合机的空气穿透系统来描述的，但是也可以使用其它系统，诸如扬基空气系统（Yankee air system）、平板干燥器、浮动器干燥器和其它干燥器和烘箱。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图参考以下描述。

图1是根据本公开的实施例的单个TAD/TAB系统的示意图。

图2是根据本公开的实施例的空气边界层如何随着空气行进通过管道而温度降低的概念图。

图3A是根据本公开的实施例的包括加热带的管道的内表层的透视图。

图3B是根据本公开的实施例的沿着垂直于气流的平面截取的管道的截面图。

图4是根据本公开的实施例的沿着图1中的线A-A截取的TAD/TAB和管道的侧视图。

图5是根据本公开的实施例的工艺流程图，其示出了使用加热带来将空气边界层保持在期望温度或该期望温度附近，以用于在行进通过管道时干燥或粘合材料。

具体实施方式

某些系统包括TAD/TAB，其具有罩和有孔柱体，它们比被干燥或粘合（bonded）的材料的宽度更宽。这种构造允许在加热空气的边界层中的较冷空气主要地绕过材料的边缘。这导致大量的系统能量被浪费。某些系统还可以或替代地包括特别设计成使热传递路径最小化的管道，这使边界层的温度降低最小化。

某些系统将旁路空气添加到气流中。添加旁路空气增加了TAD/TAB的宽度。这可能是不利的，因为它需要增加的空间、资本成本和能量消耗。将旁路空气添加到气流的系统已经被Valmet公司使用了二十多年。

本公开通过使用加热带以确保输入到TAD/TAB的空气边界层处于用于干燥或粘合材料期望的温度，从而改进了这种系统。加热带放置在管道的特定位置处，并且选择性地操作（例如，启动）以将行进通过管道的空气保持在期望的均匀温度分布。由加热带产生的热量可以用于抵消由行进通过管道的空气所经历的热损失。

图1示出了单个TAD/TAB系统的示例性构造。图1中所示的部件之间的线表示可能的管道和气流。

TAD/TAB系统可包括：TAD/TAB 100，其包括至少部分被罩106包围的有孔（例如多孔）柱体104；主风扇108；空气加热器110和混合器112。罩106的宽度可以与沿着有孔柱体104移动的待干燥或粘合的材料的宽度相当。虽然仅示出了一个主风扇108、一个空气加热器110和一个混合器112，但是本领域技术人员将理解的是，TAD/TAB系统可包括多于一个主风扇108、多于一个空气加热器110和/或多于一个混合器112。

待干燥或粘合的材料沿着有孔柱体104被运送通过罩106。将具有期望均匀温度分布的加热空气输入罩106并暴露于待干燥或粘合的材料。空气在其行进通过材料之后比其首次接触材料时更冷。冷却的空气行进通过有孔的柱体104中的孔，并且作为冷却的（或排出的）空气从TAD/TAB 100输出。

从TAD/TAB 100输出的至少一些冷却空气可以再循环到TAD/TAB 100。如图所示，从TAD/TAB 100输出的冷却空气可通过主风扇108到达空气加热器110。空气加热器110可经由化石燃料的燃烧来加热冷却的空气。空气加热器110加热冷却的空气并将加热的空气输出到混合器112。空气加热器110可包括本领域已知的和尚未创造出的各种类型的空气加热元件。例如，空气加热器110可包括一个或多个电加热器、一个或多个蒸汽盘管、一个或多个乙二醇/空气热交换器和/或一个或多个基于燃烧的加热元件。在空气加热器110中实现的空气加热元件可取决于系统构造和待由空气加热器110输出的空气的期望温度。

混合器112从空气加热器110接收加热的空气，并输出具有期望的均匀温度分布的加热的空气。具有期望均匀温度分布的加热空气输入到TAD/TAB 100 （更具体地说是输入到罩106）。

虽然未示出，但是本领域技术人员将理解的是，该系统可以包括排出装置，由此气流中的至少一些空气从系统中被去除。在示例性构造中，排出装置可位于主风扇108和加热器110之间。

虽然图1示出了系统的部件的特定布置，但是其他布置也是可能的。例如，虽然图1示出了相对于气流来说加热器110在主风扇108的上游，但是本领域技术人员将理解的是，相对于气流来说主风扇108可以在加热器110的上游。其它部件布置也是可能的。

图1中所示的TAD/TAB系统的部件之间的线表示由将部件联接在一起的管道引起的气流。图2示出了当空气行进通过管道时，空气边界层的温度如何降低。虽然图2示出了相对于气流位于混合器112下游的管道，但是本领域技术人员将理解的是，图2中示出的空气边界层的变化可在位于系统中的其它位置处的管道中经历。

管道可以包括壁（202/204）。当空气从混合器112输出时，空气可呈现理想（或接近理想）的期望均匀温度分布（由线性温度分布206示出）。当空气行进通过管道时，期望的均匀温度分布恶化。也就是说，边界层随着空气行进通过管道而温度降低（即，随着空气行进通过管道，越来越多的位于或邻近管道壁202/204的空气的温度降低）。这通过温度分布206、208和210的比较来示出。边界层可能由于进人门（man door）、凸缘或管道壁（202/204）中的其它位置而增长，由此能够发生热损失。结果，空气从具有期望的均匀温度分布（如由线性温度分布206所示）变为包括用于在远离管道壁（202/204）的位置处干燥或粘合材料的期望温度和在边界层处的冷却温度（如由图2中的弓形温度分布208和210所示）的分布。

通过在管道的一个或多个壁上使用加热带，在空气通过管道的整个行进期间，空气的边界层可保持（或基本上保持）在用于干燥或粘合材料的期望温度处。这将导致空气在行进通过管道时保持线性温度分布206。

图3A和图3B示出了包括加热带的管道。取决于系统，管道可以是1m×1m、3m×3m或某一其它大小。

管道包括内表层（inside skin）302和外表层310。隔热层308可以位于内表层302和外表层310之间。例如，隔热层308可以位于从内表层302的表面延伸的突起304之间。

加热带304可以放置成靠近或联接到管道的内表层302的至少一个外表面。在示例中，加热带304位于内表层302的外表面与隔热层308之间。

加热带304的多个条可以放置成靠近或联接到内表层302。加热带304的条可以作为单个单元被控制（例如，可以作为单个单元被选择性地操作），或者加热带304的子集可以与加热带304的其他条分开地被选择性地操作。

加热带304可放置成靠近或联接到位于混合器112和TAD/TAB 100 （更具体地说是罩106的空气入口）之间的管道的内表层302。如果系统包括多于一个混合器112，则加热带304可以被放置成靠近或联接到相对于气流位于最后的混合器112之后的管道的内表层302（例如，被放置成靠近或联接到位于最后的混合器112和TAD/TAB 100之间的管道的内表层302）。然而，本领域技术人员将理解的是，加热带304可以用系统的其它管道来实施。

加热带304可沿混合器112和TAD/TAB 100之间的管道的整个距离（或沿相当大的距离）实施。替代性地，加热带304可以仅放置成靠近或联接到靠近罩106的空气入口的管道。

靠近或联接到管道的特定区段（例如，沿着管道的特定长度实施）放置的加热带304的量可以取决于能量成本和/或用于控制边界层的温度的策略。例如，加热带304可沿着从混合器112到TAD/TAB 100的管道的全部或几乎全部长度均匀地实施。在该实施方式中，加热带304可在管道的长度范围（duration）内将边界层保持在或基本上保持在期望的干燥或粘合温度（例如，加热带304可被操作以沿管道的长度范围保持期望的均匀温度分布）。在另一示例中，加热带304可以仅放置成靠近或联接到靠近罩106的空气入口的管道，或者与远离罩106的空气入口实施的加热带相比，更厚量的加热带304可以放置成靠近或联接到靠近罩106的空气入口的管道。在该实施方式中，随着空气更靠近罩106的空气入口，加热带304可逐渐增加空气的边界层的温度，使得空气在到达罩106的空气入口时经历期望的均匀温度分布。与简单地将加热带304实施到靠近罩106的空气入口的管道相比，通过在管道的长度上实施加热带304，可以更好地控制边界层。在一些系统中，在最后的混合器112与罩106的空气入口之间的管道的整个长度上实施加热带304可以是有益的，因为热损失可以沿着管道的长度相对恒定。操作加热带304的成本可以是最小的考虑，因为边界层的温度和用于干燥或粘合材料的期望温度之间的差异可以仅为几度（例如，+/-2℃）。

如图3A和图3B中所示，内表层302可包括与行进穿过内表层302的空气接触的四个壁或表面。因此，本领域技术人员将理解的是，空气的温度分布可以是锥形的。也就是说，与远离管道壁定位的空气相比，在内表层302的四个壁中的每一者处或附近的边界层可具有降低的温度。

加热带306可放置成靠近或联接到内表层302的四个壁中的每一者的外表面。这种实施方式可以导致空气的温度分布完全平坦（如图2中的206所示）。

在至少一些系统中，可能不需要相对于内表层302的每个壁实施加热带306。内表层302的两个相对（例如，平行）的壁可以与空气连通，该空气最终暴露于要在有孔柱体104上干燥或粘合的材料的边缘（如图4中所示）。内表层302的另外两个相对的壁（其将沿着示出图4的纸平面延伸）可与空气连通，该空气最终暴露于待干燥或粘合的材料的非边缘部分。

相对于与暴露于待干燥或粘合材料的边缘的空气连通的内表层302的壁实施加热带306可能是有益的，但相对于与暴露于待干燥材料的非边缘部分的空气连通的内表层302的壁实施加热带306可能不是必需的。通过使用加热带306来加热与待干燥或粘合的材料的边缘连通的空气，管道中的空气的温度分布可以是弓形的。空气的弓形温度分布可以包括两个温度降低的边界层，其沿着示出图4的纸平面延伸。换句话说，边界层将平行于要在有孔柱体104上干燥或粘合的材料延伸。当有孔柱体104旋转时，使待干燥或粘合的材料通过罩106，整个材料（甚至边缘）将首先经受温度降低的第一边界层，然后经受期望的干燥或粘合温度，并且然后经受温度降低的第二边界层。因此，应当理解的是，整个材料（甚至边缘）在一段时间内经受用于干燥或粘合的期望温度。这可以有效地干燥或粘合材料，即使材料也可能经受边界层的降低的温度。

尽管如此，相对于内表层302的不与接触材料的边缘的空气连通的相对壁实施至少一些加热带306可能是有益的。这种加热带可以用于控制弓形温度分布的温度降低的边界层的尺寸，并且因此改变施加到待干燥或粘合的材料的温度降低空气和期望温度空气的量。

图5示出了使用加热带306以在空气行进通过管道时将空气边界层保持在或大约为用于干燥或粘合材料的期望温度。未加热的空气从主风扇108输出（502）。未加热的空气被操纵（504）以产生具有期望的均匀温度分布的加热的空气。可通过使未加热的空气穿过至少一个加热器110和至少一个混合器112来操纵未加热的空气。具有期望的均匀温度分布的加热空气通过管道被送到（506）罩106的空气入口。

操作（508）与管道的至少两个壁相联接的加热带306，以补偿加热的空气在行进通过管道时所经历的热损失。可以使用至少一个温度传感器和控制回路来操作加热带306。至少一个温度传感器可以用于监测在管道的至少一个壁处或附近的加热空气的温度。

可以使用不同输出的加热带。因此，本领域技术人员将理解的是，所使用的加热带306的量可以取决于加热带306的输出、管道中的隔热件的量、管道的材料构成等。例如，能够产生较强输出的加热带306可能仅需要覆盖混合器112和TAD/TAB 100之间的管道壁的面积的约50%，而能够产生较小输出的加热带306可能需要覆盖所述管道的所述面积的超过约50% （例如，高达约100%）以便以相同方式影响空气的边界层。本领域技术人员还将理解的是，需要将边界层保持在期望温度以进行干燥或粘合的加热带306的输出量可以取决于混合器112输出的空气的温度、管道中的隔热件的量、管道的材料构成等。

加热的空气在通过管道之后被传送（510）到罩106中的有孔柱体104上的材料。加热的空气在其穿过材料之后变成未加热的空气。至少一些这种未加热的空气循环（512）到主风扇108。这导致如图1中所示的气流回路。

虽然已经结合特定实施例具体描述了本公开，但是显然，根据前面的描述，许多替代、修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，可以构想到，所附权利要求将包含落入本公开的真实精神和范围内的任何这样的替代、修改和变型。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

风扇；

与所述风扇流体连通的空气加热器，所述空气加热器加热从所述风扇接收的空气以产生第一加热空气；

与所述空气加热器流体连通的混合元件，所述混合元件对所述第一加热空气进行操作以产生具有期望的均匀温度分布的第二加热空气；

管道，其联接到所述混合元件，所述管道具有至少一个加热带，所述至少一个加热带定位成靠近所述管道的两个平行壁，所述加热带选择性地被操作以补偿所述第二加热空气在行进通过所述管道时所经历的热损失；

包括空气入口的罩，所述罩在所述空气入口处联接到所述管道；以及

被所述罩包围的有孔柱体，所述有孔柱体提供空气出口，所述空气出口与所述风扇流体连通。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管道包括：

内表层；

外表层；以及

位于所述内表层和所述外表层之间的隔热件，

其中，所述至少一个加热带位于所述内表层和所述隔热件之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个加热带位于从所述管道联接到所述混合元件的第一位置到所述管道联接到所述罩的第二位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，沿着所述管道的从所述第一位置到所述第二位置的距离操作所述至少一个加热带，以补偿所述第二加热空气在所述距离上所经历的热损失。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，靠近所述罩操作所述至少一个加热带，以补偿所述第二加热空气在所述管道的距离上所经历的热损失。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述管道的两个平行壁与沿着所述有孔柱体移动的材料的外边缘流体连通。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述罩具有与沿着所述有孔柱体移动的材料的宽度相当的宽度。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个加热带被选择性地操作以将所述第二加热空气的边界层加热到所述第二加热空气的远离所述管道的表面定位的部分所经历的温度。

9.一种方法，包括：

从风扇输出第一未加热空气；

操纵所述第一未加热空气以产生具有期望的均匀温度分布的加热空气；

通过管道将所述加热空气送至罩的空气入口；

使用至少一个加热带，所述至少一个加热带定位成靠近所述管道的两个平行壁，以补偿所述加热空气在行进通过所述管道时所经历的热损失；

将所述加热空气传送到所述罩内的有孔柱体上的材料，当所述加热空气干燥或粘合所述材料时，所述加热空气变成第二未加热空气；以及

使所述第二未加热空气循环至所述风扇。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将所述至少一个加热带定位在所述管道的内表层与所述管道的隔热层之间。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括：

沿着所述管道的长度定位所述至少一个加热带。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

沿着所述管道的长度操作所述至少一个加热带，以补偿所述加热空气在所述长度上经历的热损失。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括：

靠近所述罩操作所述至少一个加热带，以补偿所述第二加热空气在所述管道的长度上经历的热损失。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将所述管道的两个平行壁构造成与沿着所述有孔柱体移动的材料的外边缘流体连通。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括：

将所述罩构造成具有与沿着所述有孔柱体移动的材料的宽度相当的宽度。

16.根据权利要求9所述的系统，其中，使用所述至少一个加热带包括：

选择性地操作所述至少一个加热带，以将所述加热空气的边界层加热到所述加热空气的远离所述管道的表面定位的部分所经历的温度。

17.一种系统，包括：

接收加热空气的管道，所述管道具有至少一个加热带，所述至少一个加热带定位成靠近所述管道的两个相对的壁，所述至少一个加热带被选择性地操作以补偿所述加热空气在行进通过所述管道时所经历的热损失；

罩，其被构造成从所述管道接收所述加热空气；以及

至少部分地被所述罩包围的有孔柱体，所述有孔柱体被构造成使材料移动通过所述罩，所述材料与所述加热空气接触。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个加热带沿着所述管道的从所述管道接收所述加热空气的第一位置到所述管道将所述加热空气提供到所述罩的第二位置的长度定位。

19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述管道的两个相对的壁与沿着所述有孔柱体移动的材料的外边缘流体连通。

20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述至少一个加热带被选择性地操作以将所述加热空气的边界层加热到所述加热空气的远离所述管道的壁定位的部分所经历的温度。

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