DE3382816T2

DE3382816T2 - Verfahren und Vorrichtung zum gleichmässigen Trocknen einer laufenden Warenbahn

Info

Publication number: DE3382816T2
Application number: DE3382816T
Authority: DE
Inventors: Reinhold C Roth; Richard C Terra
Original assignee: KRIEGER CORP
Current assignee: KRIEGER CORP
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1983-12-06
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2003-12-07
Also published as: EP0489720A2; EP0489720B1; DE3382816D1; FI83980C; FI843095A; EP0128202B1; WO1984002391A1; ATE154974T1; US4498864A; EP0128202A1; EP0128202A4; FI843095A0; EP0489720A3; FI83980B; CA1240139A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Trocknen einer länglichen Warenbahn, insbesondere zu dem Zweck, feuchte Streifen zu beseitigen und/oder das Feuchtigkeitsprofil in der Querrichtung einer laufenden Warenbahn aus Papier oder Fasern als Teil des Trocknungszyklus einzustellen. Die Erfindung bezieht sich auch auf das Steuern des Stärkegrades einzelner Brennerelemente, die Infrarotstrahlung zur Verwendung in dem Trocknungsvorgang aussenden.
Es existiert eine Anzahl von Anwendungen, in welchen es beispielsweise wünschenswert ist, Wärme auf gezielte Weise einer laufenden Warenbahn zuzuführen, die einer Trocknung durch andere Mittel unterzogen wird, und zwar zu dem Zweck, feuchte Streifen bzw. Bereiche mit höherer Feuchtigkeitskonzentration zu beseitigen und/oder über die Warenbahn hinweg ein gewünschtes Feuchtigkeitsmuster zu erzielen. Dieses Verfahren einer gezielten Zufuhr von unterschiedlichen Wärmeintensitäten über eine laufende Warenbahn hinweg zu dem Zweck, eine unterschiedliche Verteilung von Feuchtigkeit über die Warenbahn hinweg zu beseitigen und/oder einzustellen, wird im folgenden als "Profilieren" bezeichnet. Aus praktischen Gründen muß die Energiedichte hoch sein, um das Profilieren bei Trocknungsvorgängen bewerkstelligen zu können. Deshalb erhalten Brenner bzw. Strahler, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten, den Vorzug gegenüber elektrisch erzeugter Energie. Es wird dann zu einem Problem, diejenige Menge an Brennstoff bzw. diejenige Menge an brennbaren Gasen zu steuern, die so an einzelne Brenner oder Strahler geführt wird, daß eine schrittweise Steuerung des Profils bewirkt wird, die den Feuchtigkeitsunterschieden über die Warenbahn hinweg entspricht, ohne daß der Brenner bzw. Strahler abgeschaltet wird.
Beispielsweise wird auf dem Gebiet der Papierherstellung Papier in Form einer gestreckten Warenbahn erzeugt; diese besteht aus mit Wasser gesättigtem Zellstoff. Das Wasser wird aus dem Zellstoff durch Pressen des Zellstoffs, während dieser durch zusammenwirkende Druckwalzen hindurchläuft, und weiter mittels Trocknen der von dem Zellstoff gebildeten Bahn durch geeignete Trocknungsmittel entfernt, um den Feuchtigkeitsgehalt auf einen Wert innerhalb eines regulierten Bereichs zu reduzieren. Typischerweise wird von einem Instrument zur Feststellung des Feuchtigkeitsgehalt Gebrauch gemacht, um den Feuchtigkeitsgehalt der laufenden Warenbahn zu überwachen. Das Instrument kann entweder den Trocknereinheiten vorgelagert und/oder dem Standort der Trocknereinheiten nachgeordnet plaziert sein. Die Unterschiede im Feuchtigkeitsgehalt über die Breite der laufenden Warenbahn hinweg, d.h. in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung der Warenbahn (als "Querrichtung" bezeichnet), stellen für die wirksame und rationelle Trocknung der Warenbahn oft ein schwerwiegendes Problem dar. Um für den Feuchtigkeitsgehalt einen gegebenen Bereich im Endprodukt beizubehalten, muß die laufende Warenbahn oft wiederbefeuchtet und/oder übermäßig getrocknet werden, was zu teurer Energieverschwendung, verringerter maschineller Produktivität, erhöhten Fertigungskosten und Einbußen an Produktqualität führt. Es ist daher äußerst wünschenswert, eine Vorrichtung zur Steuerung des Trocknungsvorgangs der Warenbahn auf örtlich eingegrenzte Weise bereitzustellen, um den gewünschten Bereich an Feuchtigkeitswerten zu erhalten und gleichzeitig die zuvor erwähnten Nachteile entweder zu beseitigen oder erheblich zu verringern.
Zur Steuerung von einzelnen Brenner/Strahler- Elementen (E), die in einem aus (m x n) Elementen bestehenden Gitter - wie in Figur 6 gezeigt, wobei (m) die Anzahl der Säulen und (n) die Anzahl der Reihen im Gitter bezeichnet untergebracht sind, - wird mindestens eine Reihe verwendet, häufiger jedoch 4-6 Reihen, je nach der Wassermenge, die verdunstet werden muß, um ein ausgeglichenes Feuchtigkeitsprofil zu erzielen. Die Anzahl der benötigten Säulen hängt von der Breite der Warenbahn sowie der Größe der einzelnen Elemente ab. So könnten zum Beispiel bei einer Warenbahn von 3048 mm (120 Zoll) Breite typischerweise 20 Elemente verwendet werden, wenn die Elemente 152,4 mm (6 Zoll) breit wären.
Zu Zwecken der Veranschaulichung ist es einfach, ein kleines Gitter zu prüfen, welches aus 4 x 5 Elementen besteht, wie in Figur 6 gezeigt, was eine Anordnung aus 5 Säulen und 4 Reihen von Elementen ergibt.
Jeder Brenner/Strahler E erbringt unter normalen Betriebsbedingungen eine Spitzenausgangsleistung von 100%. Durch Drosselung des Brennstoffzuflusses zum Brenner kann dessen Energieabgabe auf ca. 20% gedrosselt werden, und zwar ohne Risiko eines ungewollten Brennschlusses. Das Drosselungsverhältnis beträgt mithin 80%. Es sei des weiteren angenommen, daß die Drosselungszahl von 80% einer Wasserverdunstungsbelastung von 4,536 kg (10 lbs)/Element/Stunde entspricht. Eine jede Säule (aus 4 Strahlern) verfügt mithin über eine Drosselungskapazität von 18,144 kg/h (40 lbs/h) und eine maximale Verdunstungszahl von 40/0,8 = 22,68 kg/h (50 lbs/h). Durch Ändern der Anzahl von Reihen, die gedrosselt werden, ist es möglich, die Drosselung jeder Säule so zu ändern, daß sie entweder 18,144 kg (40 lbs), 13,608 kg (30 lbs), 9,072 kg (20 lbs) oder 4,536 kg (10 lbs) beträgt. Eine Drosselung von 4,536 kg (10 lbs) für eine Säule würde mithin durch eine Drosselung von 3 Reihen sowie den Vollbetrieb von 1 Reihe bewerkstelligt.
In dieser speziellen Erläuterung ist eine Gesamtdrosselung von 18,144 kg (40 lbs) pro Säule in Schritten von jeweils 4,536 kg (10 lbs) angegeben. Es ist auch möglich, entweder durch Hinzufügen oder Weglassen von Reihen im Gitter oder durch Verringern des Schrittabstandes durch Einstellen des Drosselungsbetrages auf einen Bruchteil der 4,536 kg (10 lbs) pro Strahler-Nennleistung die Gesamtdrosselung zu ändern. Würde man beispielsweise die Drosselung von Reihe 1 auf die Hälfte der Gesamtdrosselung bzw. 2,268 kg (5 lbs) einstellen, so wäre es möglich, eine Gesamtdrosselung der Säulen von 15,876 kg (35 lbs) in Schritten von 2,268 kg (5 lb) zu erreichen, und zwar wie folgt: Gedrosselte Reihe Nr. Kg (lbs) an Drosselung
Durch Variieren der Anzahl der benutzten Reihen und durch Auswahl des geeigneten Drosselungsanteils für jede Reihe ist es möglich, die Trocknungsintensität so zu variieren, daß sie akkurat den Feuchtigkeitsabweichungen über eine laufende Warenbahn hinweg entspricht, die einer Trocknung unterzogen wird, um ein ausgeglichenes Feuchtigkeitsprofil zu schaffen. Durch Verändern der Größe der Elemente in Querrichtung zur Bahn (d.h. auf einen Wert, der größer oder kleiner ist als 152,4 mm [6 Zoll]), ist es ebenfalls möglich, die Auflösung der Trocknungsintensität über die Warenbahn hinweg zu variieren.
In der vorliegenden Erfindung sind zwei unterschiedliche Verfahren zur Änderung des Brennstoffzuflusses zu einem jeden Brenner/Strahler beschrieben, um die Drosselung des betreffenden Elementes zu erreichen.
(a) Mechanisches Drosseln des Brennstoffs oder der Luft oder des Brennstoff-Luft-Gemischs.
(b) Pneumatisches Drosseln des Brennstoffs bzw. des Brennstoff-Luft-Gemischs durch Einblasen eines Gegenluftstroms, der als Druckregelungsvorrichtung dienen oder durch Verwendung eines Luftvorhangs eine Sperrfunktion erzielen soll, hinter der Brennstoffauslaßöffnung.
Jedes der Verfahren ist gekennzeichnet durch die Verwendung einer Stromsperrvorrichtung, welche diskret in zwei verschiedenen Betriebsarten arbeitet, nämlich offen (große Flamme) oder geschlossen (kleine Flamme). Dieser Ansatz ermöglicht es, einfache elektromagnetische Dreiwege-Stellantriebe zu benutzen, um die mechanische Drossel oder den pneumatischen Luftvorhang bzw. Druckregler zu betreiben. Der Elektromagnet ist schnell, zuverlässig und reduziert die Anzahl beweglicher Teile auf ein Minimum; und die Betriebsart kleine Flamme sorgt für Wiederholbarkeit und einfache Flammüberwachung sowie schnelle Temperaturreaktion.
Die pneumatische Drossel drückt einen Gegenluftstrom in eine Luft/Gas-Mischkammer oder in einen Verteiler, der dem Mischventil nachgeschaltet ist, das zum Dosieren/Mischen von Verbrennungsgas und -luft eingesetzt wird. Der in der Mischkammer durch den Gegenluftstrom erzeugte Staudruck reduziert den für die Verbrennung bestimmten Luftstrom durch die Gas/Luft- Auslaßöffnung des Mischventils. Beim Mischventil wird typischerweise eine Venturiöffnung verwendet. Durch die Venturiwirkung in der Öffnung, erzeugt durch die am Venturi vorbeiströmende Luft, wird ein Vakuum geschaffen, das akkurat das Gas dosiert, das in die Mischkammer hineingezogen wird. Der Staudruck, der durch die Einführung des Gegenluftstroms durch einen Steuerungseinlaß geschaffen wird - wobei der Gegenluftstrom einen Druck aufweist, der größer ist als der Druck der Gas/Luft-Verbrennungsmischung in der Mischkammer -, verringert den Strom von Verbrennungsgas durch die Venturiöffnung, die wiederum weniger Gas in die Mischkammer abgibt.
Durch Variieren des Zuflusses an Gegenluftstrom in die Mischkammer läßt sich der Stärkegrad des Brenners stetig von großer auf kleine Flamme variieren, ohne daß der Brenner vollständig abgestellt werden muß, was dann eine automatische Wiederzündung und Flammüberwachung für einzelne Brenner erfordern würde. Ein völliges Abstellen ist von Nachteil, da es auch die Anwärmperiode des Brenners erhöht.
Die Vorteile des Einsatzes einer durch einen Luftstrahl erhaltenen Umkehrströmung zur Änderung des Brennerstärkegrades liegen darin, daß man eine stetige Zündung erhält und unnötige mechanische Teile wegfallen, sowie in der Sicherheit, die mit der Verwendung eines Luftstromes als Mittel zur Steuerung verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Magnetventil zwecks Steuerung des Durchflusses des Luftstrahls zum Umschalten zwischen zwei diskreten Positionen, nämlich volle Flamme und kleine Flamme, verwendet werden. Der Luftdruck der Luftzufuhr, die dazu verwendet wird, den Gegenstrom- Luftstrahl zu liefern, ist höher als derjenige der Mischkammer, so daß ein Abgang von Verbrennungsgasen zurück in die Luftzufuhrleitung des Luftstrahls verhindert wird.
Der Betrieb der Magnetventile für den Gegenstrom- Luftstrahl läßt sich manuell steuern, um die Fließgeschwindigkeit zu ändern, oder kann automatisch durch Steuerungsmittel gesteuert werden, zu denen ein Mikroprozessor gehören kann, der wiederum an eine Abtastvorrichtung zum Messen der Feuchtigkeit angeschlossen werden kann. Das letztgenannte Verfahren ist äußerst nützlich bei Anwendungen zur Feuchtigkeitsprofilierung, wie noch näher dargelegt werden wird.
Die Gegenstrom-Luftdüse kann so konstruiert werden, daß sie einen Gegenstromwirbel bewirkt, um den Venturi-Effekt unmittelbar zu ändern und dadurch das Verhältnis des Gas-Luft-Gemischs zu verringern. Die Gegenluftströme können in verschiedenen Mischkammern und/oder Gas-Luft-Verteilern nutzbar gemacht werden.
In der mechanischen Drossel wird ein pneumatisch betriebener Magnetschalter verwendet, der über ein Nadelventil verfügt, welches zwischen einem Abschnitt, der sich in einer vorbestimmten Entfernung in einer Öffnung befindet, die in dem das brennbare Gas aufnehmenden Mischventil vorgesehen ist, und einer Position, die von der erstgenannten Position zurückgezogen ist, schnell und gezielt bewegt wird, wobei die Bewegung eine Reaktion auf die gewünschte Trocknungsleistung ist. Die Tiefe des Eintritts des Nadelventils in die Öffnung bestimmt das Ausmaß der Drosselung. Die Tiefe kann durch die Plazierung von Unterlegscheiben verschiedener Dicke oder von unterschiedlichen Anzahlen von Unterlegscheiben von gleicher Dicke innerhalb des Kolbenzylinders gesteuert werden, um die Eintrittstiefe des Nadelventils in die Öffnung des Mischventils zu steuern.
Als Alternative kann die Drossel aus einer durch einen Elektromagneten betriebenen Verschlußklappe bestehen, die eine größere (volle Flamme) oder kleinere (Zündflamme) Öffnung zur Steuerung des Luft-Gas- Zuflusses und damit der Wärmeintensität des Brenners bereitstellt.
Eine Mehrzahl an Strahler-Aufbauten kann benutzt und Steuerungsmittel zum gezielten Betrieb der Teileinheiten dieser Aufbauten können vorgesehen werden, um die gewünschte Trocknungsleistung (d.h. die Feuchtigkeitsreduzierung) durch gezielten Betrieb jeder der einzelnen Teileinheiten, aus denen die Aufbauten bestehen, akkurat zu steuern, um dadurch längliche Abschnitte der Papierbahn zu trocknen. So können zum Beispiel vier derartige Aufbauten mit parallelen Zwischenabständen und quer zum Bewegungsweg der Warenbahn angeordnet werden. Jeder der Aufbauten setzt sich aus einer Mehrzahl von Teileinheiten zusammen. Jede der Reihen aus Luft-Gas-Mischvorrichtungen kann vorab so eingestellt werden, daß sie den Feuchtigkeitsgehalt um vorab festgelegte Anteile an Feuchtigkeitsverringerung reduziert. Beispielsweise läßt sich der Feuchtigkeitsgehalt der Warenbahn in Schritten von jeweils einem Viertelprozent über einen Bereich von einem Viertelprozent bis zwei und drei Viertelprozent verringern.
Die Erfindung ist für das "Profilieren" äußerst nützlich. Wenn beispielsweise das Feuchtigkeitsgehaltsprofil über die Warenbahn hinweg anzeigt, daß die Warenbahn einen nicht gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt und/oder einen Feuchtigkeitsgehalt aufweist, der auf signifikante Weise von einem bevorzugten Feuchtigkeitsgehalt abweicht, so können die einzelnen Abschnitte der Strahleraufbauten selektiv durch den Gegenluftstrom gesteuert werden, der am Steuerungseinlaß jedes Abschnitts der Trocknereinheit bereitgestellt wird. Die unabhängige Steuerung jedes Abschnitts der Trocknereinheit sorgt für eine überlegene Korrektureinstellung von örtlichen Abweichungen vom Zielfeuchtigkeitswert bei wesentlicher Verringerung des Gesamt-Energiebedarfs.
Der Steuerungseinlaß für die Verbindung des Luftstrahls mit der Mischkammer kann so konstruiert sein, daß er zusätzlich zur Regulierung des Gegenstroms einen Luftvorhang in Form eines 'Fischschwanzes' zur Sperrung des Gas/Luft-Stroms bereitstellt. Andere Formen von Luftstößen können gegebenenfalls bereitgestellt werden. Die Geschwindigkeit des Luftstrahls kann so eingestellt werden, daß sie entweder eine Wirbel- oder eine laminare Strömung erzeugt. Die mechanischen Drosseln können mit gleichem Erfolg anstelle der pneumatischen Drosseln verwendet werden.
Der Stand der Technik hat die Probleme nicht erkannt, die vom Erfinder erkannt wurden, und lehrt auch nicht die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung. Im einzelnen ist folgendes festzustellen:
Im Deutschen Patent Nr. 475,075 wird ein mechanisch gesteuerter Brenner zur Einstellung der Brennstoff und Luftmengen sowie der Größe der Mischkammer als Funktion von Dampfdruck, der in einem vom Brenner erhitzten Dampfkessel gebildet wird, offenbart. Es liegt keine Lehre über die Regelung der Flammintensität des Brenners zwischen einer höheren und einer geringeren Intensität auf eine im wesentlichen verzögerungsfreie Weise durch die Einführung regulierter Luft in das Gas/Luft-Gemisch zur Regulierung der Flammintensität vor.
In der veröffentlichten Anmeldung beim Europäischen Patentamt mit der Bezeichnung EP-A-0 062 316 ist ein Steuerungssystem für einen Gasbrenner offenbart, bei dem eine bewegliche Lanze so eingestellt wird, daß sie die Größe einer Mehrzahl von Öffnungen reguliert, durch die Luft und Gas in die Mischkammer des Brenners eingeführt werden. Es liegt keine Lehre über den Einsatz eines mechanischen Mittels vor, das dazu verwendet wird, das Gas/Luft-Gemisch schnell zwischen einer höheren und einer niedrigeren Flammintensität einzustellen.
Im schweizerischen Patent Nr. 125,585 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Luft/Gas-Gemischs offenbart, bei welcher eine Nadel axial eingestellt wird, um die Position ihres konisch zulaufenden Punktes innerhalb einer Öffnung durch manuelle Drehung eines mit einem Gewinde versehenen Endabschnitts der Nadel zu regulieren, so daß das Luft/Gas-Gemisch reguliert wird. Wiederum liegt keine Lehre über eine im wesentlichen verzögerungsfreie Steuerung des Brenners zwischen einem höheren und einem niedrigeren Intensitätsgrad durch mechanische Mittel vor.
In der veröffentlichten deutschen Anmeldung Nr. 2 251 994 wird eine Vorrichtung zur Luft/Gas-Mischung offenbart, bei welcher ein Gas in einer Vorkammer zunächst mit Luft gemischt wird, wobei die Menge der in die Vorkammer eingeführten Luft eine Funktion des Gasdrucks ist und wobei unter Druck befindliche Luft in einer zweiten Vorkammer mit Raumluft gemischt wird, wobei die Menge der eingeführten Raumluft eine Funktion des Drucks der unter Druck befindlichen Luftquelle ist und die beiden Mischungen in einer Mischkammer miteinander vereinigt werden. Wiederum liegt keine Lehre über die mechanische Einstellung der Flammintensität zwischen einer höheren und einer niedrigeren Intensität auf eine im wesentlichen verzögerungsfreie Weise vor.
Im Dokument DE-B-1 011 557 ist ein manuell einstellbares Mittel mit einem Griff für manuelle Handhabung zum Zweck der Steuerung des Luftzuflusses, wobei der Gaszufluß konstant ist, offenbart.
In US-Patent 3,214,845 werden ein Verfahren und ein Mittel zur Korrektur des Feuchtigkeitsprofiltrocknens bei der Herstellung von faserhaltigen Materialien, bei dem ein Trocknungsabschnitt mit einer Reihe von selektiven Trocknungsmitteln über das Material hinweg mit Zwischenräumen angeordnet wird, offenbart. Die Feuchtigkeitsschwankungen über die Breite des Materi als hinweg werden festgestellt; und in Übereinstimmung mit dem gemessenen Feuchtigkeitsgehalt wird die Leistungsabgabe jedes der selektiven Trocknungsmittel eingestellt.
In US-A-4 188 731 und DE-C-966 023 werden Heizstrahlerelemente offenbart, die in einem Gittersystem neben einer laufenden Warenbahn positioniert werden, wobei die Heizelemente entweder einzeln oder in Gruppen gesteuert werden, so daß sie sich entweder in eingeschalteter oder in ausgeschalteter Position befinden.
Wenngleich es üblich ist, Feuchtigkeit über eine Warenbahn hinweg zu messen, liegt keine Lehre über das in der vorliegenden Erfindung offengelegte Profilierungsverfahren vor, bei dem Säulen aus Strahlern selektiv zwischen einer höheren und niedrigeren Flammintensität betrieben werden, um den Feuchtigkeitsgehalt in Querrichtung einer Warenbahn mit dem Ziel zu regulieren, ein gewünschtes Feuchtigkeitsprofil zu erreichen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Vorrichtung zum Trocknen von laufenden Warenbahnen und ähnlichem bereitzustellen, die aus einer Mehrzahl von Trocknungseinheiten, die einstellbar sind, und zwar vorzugsweise zwischen einer ersten und zweiten Energiestufe zur Steuerung einer jeden Infrarotstrahlereinheit, so daß die Einstellung des Feuchtigkeitsgehalts reguliert wird, besteht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Verfahren zur Regulierung des Feuchtigkeitsprofils einer Warenbahn bereitzustellen, bei welchem die Wärmeintensität der Trocknungseinheiten, die in einer vorab festgelegten Anzahl von Reihen angeordnet sind, wobei jede Trocknungseinheit über eine Anzahl von unabhängig steuerbaren Strahlereinheiten verfügt, die sich in Querrichtung zur Warenbahn erstrecken, in der der prozentuale Trocknungsgrad reguliert wird, und zwar durch selektive Steuerung der Trocknungsenergie von Elementen in gleichartigen Säulen der Reihen von Trocknungseinheiten, um schrittartige Trocknungsstufen zu erzielen, die sich zwischen einer Höchst- und einer Mindest-Trocknungsstufe bewegen, und zwar durch selektive Einstellung des Luft/Gas-Gemischs jedes Elements in einer gleichartigen Säule, um Flammintensitäten bei einer Mehrzahl von Abstufungen zwischen einer oberen und einer unteren Trocknungsstufe zu erzielen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Verfahren zur Regulierung des Feuchtigkeitsprofils einer Warenbahn bereitzustellen, bei welchem die Wärmeintensität der Trocknungseinheiten, die in einer vorab festgelegten Anzahl von Reihen angeordnet sind, wobei jede Trocknungseinheit über eine Anzahl von Strahlereinheiten verfügt, die sich in Querrichtung zur Warenbahn erstrecken, in der der prozentuale Trocknungsgrad reguliert wird, und zwar durch Steuerung des Stärkegrades von Elementen in gleichartigen Säulen der Reihen von Trocknungseinheiten, um schrittartige Trocknungsstufen zu erzielen, die sich zwischen einer Höchst- und einer Mindest-Trocknungsstufe bewegen, und zwar durch selektive Einstellung des Luft/Gas-Gemischs jedes Elements in einer gleichartigen Säule, um Flammintensitäten zwischen einer oberen und einer unteren Trocknungsstufe zu erzielen, und wobei die Einstellungen unter Steuerung einer Vorrichtung zur Feuchtigkeitserkennung vorgenommen werden, die dazu betrieben wird, das Feuchtigkeitsprofil über die Warenbahn hinweg festzustellen, um die einzelnen Trocknungselemente innerhalb einer jeden Trocknungseinheit auf geeignete Weise zu regulieren.
Die Erfindung ist in den Patentansprüchen 1 und 4 definiert, wobei mögliche Merkmale in den Unteransprüchen niedergelegt sind.
Die Erfindung wird aus der Lektüre der begleitenden Beschreibung von Zeichnungen offensichtlich, in denen:
Fig. 1 einen Abschnitt einer Trocknungseinheit zeigt, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert
Fig. 2 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Systems zeigt, bei dem eine Mehrzahl von Trocknungseinheiten eingesetzt wird, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern.
Fig. 2a eine perspektivische Ansicht ist, die eine der Trocknungseinheiten aus Abbildung 2 ausführlicher zeigt.
Figuren 3a und 3b einen Seitenriß bzw. eine Seitenansicht eines anderen Typs von Trocknungseinheit zeigen, bei dem die Prinzipien der vor liegenden Erfindung verwendet werden.
Figuren 4a und 4b einen Aufriß bzw. eine Draufsicht einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Figuren 5a und 5c jeweils Diagramme der Heizanlage vor der Profilierung sowie mit der Profilierung als Reaktion auf ein gegebenes Feuchtigkeitsprofil zeigen.
Figuren 5b und 5d jeweils ein Feuchtigkeitsprofil über eine Warenbahn hinweg vor bzw. nach der Profilierung zeigen.
Fig. 6 ein Diagramm eines anderen vereinfachten Profilierungssystems zeigt, das zum Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
Fig. 7 eine Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform eines Infrarotbrenners zur Verwendung im Profilierungssystem der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 7a eine Detailansicht des Mischventils und der Mischkammer der in Figur 7 gezeigten Brennereinheiten zeigt.
Fig. 7b eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform für das in Figur 7a gezeigte Mischventil ist.
Fig. 1 zeigt einen Abschnitt einer Trocknungseinheit 10, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert und aus einem Gaszufuhrverteiler 12 besteht, der ein Verbrennungsgas aus einer Verbrennungsgas-Zufuhrquelle (nicht gezeigt) erhält, um das Verbrennungsgas durch den Verteiler 12 und die Kupplung 14 einer Hohlleitung 16 zuzuführen, bei der es sich beispielsweise um eine U-förmige Röhre mit einem Arm 16a und einem Arm 16b handeln kann, wobei der Jochabschnitt der Leitung 16 aus der Fig. 1 aus Gründen der Einfachheit weggelassen ist. Der Leitungsabschnitt 16b liefert das Verbrennungsgas über die Kupplung 18 an eine L-förmige Kupplung 20 zur Einleitung des Verbrennungsgases in die Venturiöffnung 22a eines Mischventils 22 vom Venturityp. Das Mischventil 22 ist innerhalb der oberen Öffnung, die in der Mischkammer 24 vorgesehen ist, luftdicht montiert. Das Mischventil 22 ist mit einem konisch zulaufenden Zwischenabschnitt 22c ausgestattet, der sich von einem Abschnitt 22b mit großem Durchmesser zu einen Abschnitt 22d mit kleinem Durchmesser verjüngt. Das freie Ende des Abschnitts 22d mit kleinem Durchmesser läuft bei 22e konisch zu. Eine zylindrische Scheibe 26 ist mit diagonal ausgerichteten Öffnungen 26a (vgl. Fig. 7a) versehen, die den konisch zulaufenden Abschnitt 22e umgeben. Ein Abschnitt des hohlen Bereichs zwischen dem Mischventil 22 und der Mischkammer 24 ist so angeordnet, daß er Luft aufnehmen kann, die durch eine Öffnung 24a in der Mischkammer 24 und eine Öffnung 28a in einem Luftzufuhrverteiler 28 eingeführt wird, um die Luft unter Druck an die Mischkammer abzugeben. Unter Druck befindliche Luft wird durch die Öffnungen 28a und 24a eingeleitet und fließt um den äußeren Abschnitt des Mischventils 22 und nach unten in den hohlen Innenraum der Mischkammer 24, wie durch die Pfeile 30 gezeigt. Die an der Venturiöffnung 22a vorbeifließende Luft schafft einen Vakuumzustand, welcher Verbrennungsgas in kontrollierter und abgemessener Menge durch die Öffnung und in die Mischkammer 24 hineinzieht. Das Gas/Luft-Gemisch bewegt sich weiter nach unten und in eine Verbrennungskammer 32, wobei es durch eine Öffnung 34a in einem Glied 34 und durch eine Vielzahl von hohlen, zylindrisch geformten Elementen 36 fließt, um dann in die Verbrennungskammer 32 einzutreten. Die Elemente 36 sind innerhalb einer aus einem geeigneten Isoliermaterial gebildeten Wand angeordnet, um eine Mehrzahl von Öffnungen für die Einleitung des Gas/Luft-Gemischs in die Verbrennungskammer bereitzustellen.
Ein Funkenzünder 38 ist innerhalb eines hohlen, zylindrischen Glieds 40 angeordnet, wobei die zentral angebrachte Elektrode 38a in die Verbrennungskammer 32 hineinreicht, um einen Funken zur Zündung des Luft/Gas-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer 32 zu bilden. Die Verbrennung in der Kammer 32 findet statt, um die im wesentlichen U-förmigen strahlenden Elemente 40 zu erhitzen. Das verbrannte Luft/Gas- Gemisch erhitzt die Elemente 40 und veranlaßt sie, Wärmestrahlung im Infrarotbereich abzugeben. Die Verbrennung wird durch einen stetigen Strom des Luft/Gas- Gemischs in die Verbrennungskammer 32 in Gang gehalten.
Die Infrarotstrahlereinheit 42 ist über einer laufenden Warenbahn W positioniert; diese bewegt sich beispielsweise in Richtung aus der Ebene von Figur 1 heraus und senkrecht zu dieser. Die Einheiten 42' und 42" sind im wesentlichen identisch mit der Infrarotstrahlereinheit 42 und sind mit ihren Enden aneinander angeordnet. Die Strahlereinheiten 42' und 42" sind mit der Einheit 42 durch Stifte 46 verbunden, die durch Öffnungen in den Wänden 48, 50 der Einheit 42 sowie in den Wänden 48', 50' und 48", 50" der Infrarotstrahlereinheiten 42' bzw. 42" reichen.
Um den Strom des Luft/Gas-Gemischs, das durch die Mischkammer 24 zu der Verbrennungskammer 32 geleitet wird, regulieren zu können, ist die Kammer 24 mit einem Steuerungseinlaß 52 ausgestattet, vorzugsweise in Form eines hohlen, mit einem Außengewinde versehenen Gliedes, um dadurch eine zweite Luftzufuhr 54 anzukoppeln, vorzugsweise durch ein verstellbares Ventil 56 und ein magnetisch gesteuertes Ventil 58.
Der durch Quelle 54 erzeugte Luftdruck ist wesentlich höher als der Druck innerhalb der Luft/Gas-Mischkammer 24, um den Durchfluß des Luft/Gas-Gemischs durch den Einlaß 52 und zurück zur Quelle 54 zu verhindern.
Das verstellbare Ventil 56 kann eingestellt werden, um den Luftstrom von Quelle 54 zu regulieren. Das magnetisch gesteuerte Ventil 58 besteht in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einer magnetisch betriebenen Zweistellungsventilanordnung mit einer ersten Stellung, die normalerweise geschlossen ist, um den Durchfluß von Luft von Quelle 54 in den Steuerungseinlaß 52 zu verhindern und desgleichen das Luft/Gas-Gemisch in der Mischkammer 24 daran zu hindern, durch den Einlaß 52 und hin zur Quelle 54 zu fließen.
Durch Erregen des Elektromagneten der Magnetsteuerungsventilanordnung 58 wird das Ventil in die offene Stellung bewegt, damit ein Luftstrahl von Quelle 54 durch das einstellbare Ventil 56, das Magnetventil 58 und den Einlaß 52 in die Mischkammer 24 fließen kann.
Die Einleitung eines Luftstrahls in die Mischkammer 24 durch den Steuerungseinlaß 52 entwickelt einen Staudruckzustand, welcher sich aus dem Gegenluftstrom ergibt, der unter größerem Druck steht als das zur Verbrennung bestimmte Gas/Luft-Gemisch, um den Venturi- Effekt zu verringern und dadurch das Gas/Luft-Mischventil 22 zu veranlassen, weniger Gas durch die Öffnung 22a und in die Mischkammer 24 abzugeben. Die Verringerung der verhältnismäßigen Anteile von Luft und Gas im Luft/Gas-Gemisch, aufgrund des in der Mischkammer 24 entwickelten Staudrucks, verringert den Verbrennungs- und Heizgrad innerhalb der Verbrennungskammer 32, um dadurch den Stärkegrad der Infrarotstrahlung zu verringern, die von den strahlenden Oberflächen 40 ausgesandt wird, wobei der Grad der Verringerung der Wärmeintensität eine Funktion der Höhe 3 des Drucks der Luftdruckquelle 54 und der Einstellung des verstellbaren Ventils 56 ist.
Die Größe der Einlaßöffnung 52 muß besonders sorgfältig ausgewählt werden. Falls die Öffnung zu klein ist, wird die Geschwindigkeit des sich durch den Einlaß 52 bewegenden Luftstrahls zu hoch sein. Dies wird einen Vakuumeffekt verursachen, der dazu führt, daß mehr und nicht weniger Gas durch den Venturi in die Mischkammer hineingezogen wird. Es hat den Anschein, daß ein turbulenter Luftstrom den unerwünschten Vakuumzustand erzeugt, wohingegen ein laminarer Luftstrom den Fluß des Luft/Gas-Gemischs im Bereich des gegenläufigen Luftstrahls sperrt.
Die laufende Warenbahn, welche aus Papier, Tuch oder einem beliebigen sonstigen Material bestehen kann, wird vorzugsweise durch ein Instrument 102 zur Erkennung des Feuchtigkeitsgehalts überwacht, an welches ein Feuchtigkeitfeststellender Kopf 126 elektrisch angeschlossen ist. Die Feuchtigkeitsdetektorvorrichtung kann beispielsweise von dem Typ sein, der in US- Patent Nr. 3,458,808, erteilt am 29. Juli 1969, oder in US-Patent Nr. 3,829,754, erteilt am 13. August 1974, als beispielhaft für zufriedenstellende Einrichtungen zur Feststellung des Feuchtigkeitsgehalts, bei denen Hohlräume zur Mikrowellenerfassung verwendet werden, beschrieben ist. Es kann jedoch jeder sonstige Typ von Einrichtungen zur Feuchtigkeitserkennung verwendet werden, darunter auch manuelle Beobachtung. Ein Feuchtigkeitsgehalt wird auf diese Weise festgestellt, und es wird, falls dieser Feuchtigkeitsgehalt nicht innerhalb eines gewünschten Bereiches liegt, eine an den Feuchtigkeitdetektorkopf 126 gekoppelte Steuerlogik 128 dazu verwendet, das Magnetventil 58 zu schließen, um Strahlungsintensität in einem Grad zur Verfügung zu stellen, der ausreicht, den Feuchtigkeitsgehalt der Warenbahn auf einen akzeptablen Wert zu verringern. Falls der Feuchtigkeitsgehalt unterhalb des gewünschten Bereichs liegt, entwickelt die Feuchtigkeitsdetektoreinheit 102 ein Signal hervor, das das normalerweise geschlossene Magnetventil 58 öffnet, um den Intensitätsgrad (Trocknungsleistung) erheblich zu verringern, da sich der Feuchtigkeitsgehalt der Warenbahn unterhalb des wünschenswerten Wertes befindet. Der geringere Stärkegrad reicht vorzugsweise aus, um nur eine minimale Trocknungsleistung zu erbringen, während die Notwendigkeit einer Wiederzündung des Luft/Gas-Gemischs vermieden wird, was zu einer Einsparung sowohl von elektrischer Energie als auch Verbrennungsgas führt.
Der Detektorkopf 126 (vgl. Figur 2) kann aus einer Mehrzahl selbständiger Detektorköpfe bestehen, von denen jeder den Feuchtigkeitsgehalt über einen Abschnitt der Breite der Warenbahn W messen kann.
Als Alternative kann ein einzelner Abtastkopf eingesetzt werden. Der einzelne Abtastkopf kann aus lediglich einem Detektorkopf 126 bestehen, der über die Breite der Warenbahn hinweg abtastet. Ein Feuchtigkeitsmeßwert wird in diskreten Abständen der Abtastung (d.h. der Bewegung) des einzelnen Detektorkopfes über die Warenbahn hinweg abgenommen.
Als ein Beispiel für die Steuerung des Feuchtigkeitsgehalts sei angenommen, daß der gewünschte durchschnittliche Feuchtigkeitsgehalt über die Warenbahn W hinweg in der Größenordnung von sechs Prozent liegen sollte. Unter Berücksichtigung von Figur 2a sei des weiteren angenommen, daß die Abschnitte W&sub1;, W&sub3; und W&sub5; der Warenbahn W einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von sechs Prozent aufweisen; daß der Abschnitt W&sub2; der Warenbahn W einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von fünf Prozent aufweist und daß ein Abschnitt W&sub4; der Warenbahn einen Feuchtigkeitsgehalt in der Größenordnung von neun Prozent aufweist. Der Durchschnitt dieser Feuchtigkeitsgehalte überschreitet sechs Prozent, was der gewünschte Durchschnitt ist. Durch Verwendung einer Trocknungseinheit mit Infrarotstrahlereinheiten, deren Luft/Gas-Gemische auf Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts im dazugehörigen Teilabschnitt der Warenbahn um zwei Prozent eingestellt sind, kann der Feuchtigkeitsgehalt in Abschnitt W&sub4; örtlich ausreichend gesenkt werden, um den durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt über die gesamte Warenbahn hinweg unter den gewünschten Durchschnittswert von sechs Prozent zu bringen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer Trocknungseinheit mit Infrarotstrahlereinheiten 42 bewerkstelligt werden, deren Verbrennungsgas/Luft- Gemische jeweils so eingestellt sind, daß sie den Feuchtigkeitsgehalt geringfügig verringern, wenn das Magnetventil 58 geöffnet ist, um die Flammintensität zu verringern. Jede Infrarotstrahlereinheit 42 kann des weiteren so betrieben werden, daß sie durch Schließen des Magnetventils 58, um dadurch die Flammintensität zu steigern, eine zweiprozentige Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts erbringt. Die Wärmeintensität (also der Trocknungsgrad) ist weiter durch Steuerung des Druckniveaus der Luftdruckquelle 54 verstellbar und darüber hinaus durch Steuerung der Einstellung des Regulierventus 56 (entweder manuell oder automatisch), wie in Abbildung 1 gezeigt. Auf diese Weise wird das Feuchtigkeitsprofil also unter wesentlicher Einsparung beim Energieverbrauch auf ein akzeptables Profil neu eingestellt, während gleichzeitig verhindert wird, daß Abschnitte der Warenbahn übermäßig getrocknet werden.
Die Anordnung 100 von Figur 2 macht Gebrauch von einer Mehrzahl von Trocknungseinheiten 106, 108, 110 und 112, die parallel und beabstandet angeordnet sind und sich quer über die laufende Warenbahn W erstrecken. Die Trocknungseinheiten 106 bis 112 bestehen jeweils aus einer Mehrzahl von Infrarotstrahlereinheiten 42, welche vom in Figur 1 gezeigten Infrarotstrahlertyp 42 oder irgendein anderer geeigneter Trocknertyp sein können, der durch ein Luft/Gas-Gemisch erhitzt wird. Die Größe jeder Infrarotstrahlereinheit in Querrichtung zur Warenbahn ist vorzugsweise gering, wie etwa 6" oder ähnlich, um die Überwachungsauflösung in Querrichtung zur Warenbahn zu verbessern. Figur 2 zeigt die Trocknungseinheiten auf vereinfachte schematische Weise. Figur 2a zeigt eine typische Einheit 106, die aus Infrarotstrahlereinheiten 42 besteht, die jeweils über eine Mischkammer 24 verfügen, die von der Luftquelle 114 durch die Leitung 116 Luft (zur Verbrennung) erhält sowie Gas von der Gasquelle 118 durch die Leitung 120. Jeder Steuerungseinlaß 52 erhält von der Luftquelle 122 durch die Leitung 124 unter Druck befindliche Luft (zur Steuerung). Die Ventile 58 werden durch Signale von der Steuerungseinheit 130, die Signale über den Feuchtigkeitsgehalt vom Signalausgabeabschnitt 128 des Abtastkopfes 126 oder von einem manuellen Eingabegerät erhält elektrisch gesteuert. Die Trocknungseinheiten 108-112 sind im wesentlichen mit der Einheit 106 identisch.
Zu der elektronischen Steuerungseinheit 103, die die magnetischen Steuerventile betreibt, kann ein Mikroprozessor gehören.
Der Betrieb des Trocknungssystems in Figur 2 ist wie folgt:
Die Figuren 5a-5d verdeutlichen den Einsatz des Profilierungssystems auf einer typischen Papiermaschine, welche in Betrieb ist, um die Warenbahn W im Geschwindigkeitsbereich von 1200-1800 fpm zu bewegen. In dem in Figuren 5a-5d gezeigten Beispiel besteht das System aus 4 Reihen mit Brennereinheiten 106-112, wobei jede Einheit aus Infrarotstrahlereinheiten 42 besteht, deren Größe 4" x 6" mißt. Jede Infrarotstrahlereinheit 42 kann individuell auf eine hohe oder geringe Wärmeintensität gesteuert werden. Der Unterschied zwischen den beiden Intensitätsniveaus ist die "Drosselung". Die Reihen 1-3 sind so eingestellt, daß sie eine Drosselung (Verringerung) von 1% Endfeuchtigkeit ergeben, während Reihe 4 eine Drosselung von ½% hat, um die Feuchtigkeitssteuerung in Schritten von ½% zu ermöglichen. Die Gesamtdrosselung bei dieser Darstellung beträgt somit 3½%. Dies bedeutet eine Korrekturkapazität von +2%; -1½% um eine gewünschte Feuchtigkeits-Zielvorgabe.
Das Trocknersystem 100 wird bei 50% seiner eingeschalteten Kapazität (vgl. Figur 5a) initialisiert. Das Feuchtigkeitsprofil an der Rolle (d.h. dort, wo die Papierbahn aufgewickelt wird), gemessen durch Abtastkopf 126, zeigt eine typische Profilschwankung (vgl. Figur 5b), die eine Feuchtigkeits-Zielvorgabe von 4% erfordert, damit ein Höchstwert von 6% nicht überschritten wird. Jedes Rechteck in den Figuren 5a und 5c stellt eine Infrarotstrahlereinheit 42 dar. Ein schattiertes Rechteck stellt einen Abschnitt dar, der auf "EIN" gestellt ist (d.h. hohe Wärme), während ein nicht schattiertes Rechteck einen Abschnitt darstellt, der auf "AUS" gestellt ist (d.h. niedrige bzw. geringfügige Wärme).
Die Infrarotstrahlereinheiten 42 des Trocknungssystems 100 werden, wie in Figur 5c gezeigt, neu eingestellt, um eine Differentialtrocknung auf Grundlage des in Figur 5b gezeigten Feuchtigkeitsgehaltsprofils zu bewirken, und zwar entweder gemäß Messung durch den Feuchtigkeits-Abtastkopf oder gemäß Ermittlung durch einen Bediener. Das daraus resultierende Endprofil wird in Abbildung 5d als eng um den ursprünglichen Feuchtigkeitszielwert von 4% herum konzentriert gezeigt.
Die Papierbahn kann dann schneller voranbewegt werden, oder die beim Papierherstellungsverfahren verbrauchte Dampfmenge kann reduziert werden, so daß die endgültige Feuchtigkeits-Zielvorgabe von 4% auf 5½% steigt, was zu erheblichen Einsparungen an Dampf und Fasern führt und eine Erhöhung der Maschinengeschwindigkeit zuläßt. Dieses Verfahren, das Feuchtigkeitsprofil örtlich zu korrigieren, führt auch zu einer wesentlichen Senkung des Brennstoffverbrauchs (z.B. an Gas).
Offensichtlich können beliebige andere Einstellungen vorgenommen werden, um die gewünschte schrittweise Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts zu erreichen, und/oder es kann eine höhere oder geringere Anzahl von Trocknungseinheiten bereitgestellt werden, je nach den Erfordernissen der speziellen Anwendung. Einige weitere Beispiele werden in der folgenden Tabelle gegeben: WEITERE TYPISCHE REDUKTIONSWERTE
Die Figuren 3a und 3b zeigen eine andere alternative Anordnung, bei der eine Baugruppe 150 aus einer Mehrzahl einzelner Heizeinheiten 152-1 bis 152-n besteht, wobei zu jeder Einheit ein verlängerter Brennerkopf 154 (gezeigt in Figur 3b) zur Erhitzung eines geeigneten feuerfesten Materials 156, 158 gehört, das eine hohe Übertragungsrate für Strahlungshitze bietet. Jede Einheit erhält ein Luft/Gas-Gemisch, das in das Einlaßende 160a des Verteilers 160 eingeleitet und durch die Zweigleitungen 162-1 bis 162-n an jede Einheit abgegeben wird. Jede Zweigleitung 162 ist mit einem Steuerungseinlaß 164-1 bis 164-n zur Einleitung von Luft aus der Zufuhrquelle, wie beispielsweise der in Figur 1 gezeigten Zufuhrquelle, in jede Zweigleitung, um einen Staudruck zu erzeugen, versehen. Die an eine der Leitungen 162 angeschlossene Kupplung kann auf die in den Figuren 4a, 4b gezeigte Weise geformt sein, damit sie in Leitung 162 einen Luftvorhang in Form eines "Fischschwanzes" schafft. Wenden wir uns nun Figur 4a zu: Eine Luftzufuhrleitung 166 ist mit einem sich verengenden Ausgangsabschnitt 166a ausgestattet; dieser sich verengende Ausgangsabschnitt ist wie durch die Seitenwände 166b, 166c (gezeigt in Figur 4b) und die dreieckigen Wände 166e, 166d (gezeigt in Figur 4a) definiert nach außen ausgebuchtet. Dieser Auslaß steht mit einer bogenförmigen Öffnung 162a in der Leitung 162 in Verbindung, was verursacht, daß innerhalb des Innenraums von Leitung 162 ein enger Luftvorhang in Form eines "Fischschwanzes" eingeleitet wird (vgl. Figur 4b), um zusätzlich zur Regulierung des Gegenluftstroms, d.h. des Staudruckzustands, der im Bereich der Venturiöffnung erzeugt wird, den Gas/Luft-Fluß zu sperren.
Die Figuren 7 und 7a zeigen eine alternative Anordnung zur Regulierung des Luft/Gas-Gemischs, wobei gleiche Elemente, wenn mit den Figuren 1 und 7 verglichen, mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Die Einheit 200 enthält das mit der zentralen Öffnung 22a versehene Mischventil 22, das gezielt das sich hin- und herbewegende Nadelglied 212 einer pneumatisch angetriebenen Baugruppe aufnimmt, die aus dem Gehäuse 214 mit einer Lufteinlaßöffnung 214a zur Aufnahme von unter Druck stehender Luft besteht. Das Nadelglied 212 ist mit einem Kolben 216 verbunden, der innerhalb von Zylinder 214 angeordnet ist. Eine Rückholfeder 218 ist zwischen dem Kolben 216 im Bodenende 214b des Zylinders 214 angeordnet. Die Rückholfeder 218 drückt normalerweise den Kolben 216 nach oben in die vom Pfeil 220 gezeigte Richtung. Gas tritt in eine Verschlußkappe 222 mit einer Gaseinlaßöffnung 222a ein und fließt durch einen ringförmigen Weg, der durch die Nadel 212 und die zentrale Öffnung 22a beschrieben wird. Wenn keine unter Druck stehende Luft an die Steuerungseinlaßöffnung 214a geführt wird, drückt die Rückholfeder 218 den Kolben 216 und die Nadel 212 nach oben, wodurch ein uneingeschränkter (maximaler) Gasfluß in der Mischkammer 24 eine reichhaltige Gas/Luft- Mischung bewirken kann. Die Zuführung von unter Druck stehender Luft zu der Steuerungseinlaßöffnung 214a drückt den Kolben 216 und die Nadel 212 nach unten, so daß sie tiefer in die zentrale Öffnung und in deren Abschnitt 22a' mit verringertem Durchmesser hineinreicht, wodurch die Menge an Gas verringert wird, das in die Mischkammer 24 eintritt, und ein magereres Gas/Luft-Gemisch erzeugt, was die Energieabgabe des Brenners reduziert. Es wird jedoch vorzugsweise eine ausreichende Menge Gas in die Mischkammer eingeleitet, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten und dadurch die Notwendigkeit eines neuen Anfahrens zu vermeiden. Die Eintrittstiefe der Nadel 212 in die Öffnung 22a des Mischventils kann durch das Anordnen von Unterlegscheiben W innerhalb von Zylinder 214 oder zwischen dem Zylindergehäuse 214 und der Oberseite der Verschlußkappe 222 oder durch Einstellung der Höhe des Zylindergehäuses 214 relativ zur Verschlußkappe 222, wodurch die Eindringtiefe der Nadel 212 in die Öffnung 22a begrenzt wird, gesteuert werden. Die Unterlegscheiben können entweder von unterschiedlicher Dicke sein oder können von einer einheitlichen Dicke sein, wobei die Gesamtverringerung der Tiefe durch die Anzahl der eingelegten Unterlegscheiben gesteuert wird. Die in den Figuren 7 und 7a gezeigte Anordnung kann mit gleichem Erfolg in jeder der vorstehend beschriebenen Trocknungseinheiten sowie als Ersatz für die Gasgegenstrom-Steuerungsmittel, beispielsweise in den Figuren 1, 2, 3 und 4 verwendet werden. Die in den Zylindereinlaß 214a eingeleitete Luft kann durch ein magnetisch gesteuertes Ventil 215 reguliert werden. Statt das Nadelglied 212 nur für den Gasfluß vorzusehen, wie in der obigen Anordnung gezeigt, wird bei einer alternativen Anordnung, wie in Figur 7b gezeigt, ein Nadelglied 212' von größerer Länge eingesetzt, das auch den Verbrennungsluftstrom 30 steuert oder ein Gemisch aus Gas und Luft reguliert, wie in Anordnung 150 der Figuren 3a und 3b gezeigt, und zwar durch Ersetzen der Luftstromeinrichtung durch eine mechanische Nadeleinrichtung des in Figur 7b gezeigten Typs.
In einer zusätzlichen Variante kann ein Magnet- Sperrventil direkt an der Mischröhre (162) oder (24) eingesetzt werden, wobei ein derartiges Sperrventil über eine Öffnung verfügt, die sich in der Sperrmembran öffnet, um in der gesperrten bzw. geschlossenen Stellung den Durchfluß einer geringeren Menge an brennbarem Gas zu ermöglichen. Das Sperrventil kann die Form einer Stauklappe aufweisen, die in eine erste Stellung bewegt werden kann, um eine große Öffnung bereitzustellen (volle Flamme), und in eine zweite Stellung, um eine eingeschränkte Öffnung bereitzustellen (Zündflamme).
Da Wasserschichten des in der vorliegenden Anmeldung berücksichtigten Typs ihre maximale Infrarotabsorption im Wellenlängenbereich von 1,9 bis 1,95 Mikron haben, ist es höchst vorteilhaft, die Infrarotstrahler so zu steuern, daß sie so weit wie möglich in diesem Abschnitt des Infrarotspektrums arbeiten. Die vorliegende Erfindung macht sich dieses Phänomen zunutze, da lediglich einige (aber nicht alle) der Strahler E in einer Säule (vgl. Figur 6) gedrosselt werden, während die verbleibenden Strahler der Säule mit großer Flamme betrieben werden, was der optimalen Wellenlänge entspricht. Eine Alternativmöglichkeit, Intensitätseinstellungen an einer Säule mit einem langen Strahler vorzunehmen, würde darin bestehen, die Intensität der gesamten Säule durch herkömmliche Mittel, beispielsweise Drosselklappen, einzustellen. Zum Beispiel würde eine 50%ige Drosselung einer Säule bedeuten, daß unter Verwendung des Gitteransatzes der vorliegenden Erfindung zwei von vier Strahlern E in einer Säule bei kleiner Flamme betrieben würden, wohingegen die Brenner des verbleibenden Strahlers bei großer Flamme und damit mit ihrem höchsten Wirkungsgrad laufen würden. Ein konventionelles Steuerungssystem würde einen Säulenstrahler auf einen Wert von 50% drosseln und die Strahler aus dem bevorzugten Wellenlängenbereich hinausbewegen, was zu einer enormen Unwirtschaftlichkeit bei der Brennstoffnutzung führt.
Wenngleich die vorliegende Erfindung als äußerst nützlich für Heiz- und Trocknereinheiten sowie für Heiz- und Trocknereinheiten des Infrarottyps beschrieben wird, so versteht sich, daß die vorliegende Erfindung bei jeder Anwendung benutzt werden kann, bei der gewünscht wird, ein Luft/Gas-Gemisch automatisch zu ändern und ohne daß man den Brenner entweder völlig abschalten muß oder daß man andernfalls die Steuerungen neu einstellen muß, die an den Leitungen verwendet werden, welche die Quellen für Verbrennungsgas und Luftzufuhr mit dem Mischventil und der Mischkammer verbinden.
In der vorausgegangenen Offenlegung wird eine Breite an Modifikationen, Änderungen und Ersetzungen angestrebt; und in einigen Fällen werden einige Merkmale der Erfindung ohne eine entsprechende Nutzung anderer Merkmale eingesetzt. Dementsprechend ist es sachgerecht, daß die beigefügten Patentansprüche breit ausgelegt werden sowie auf eine Weise, welche mit Geist und Schutzbereich der hierin beschriebenen Erfindung im Einklang steht.

Claims

1. Vorrichtung zum Trocknen einer länglichen Warenbahn (W), bestehend aus folgendem:

- einer Mehrzahl von Infrarotstrahlereinheiten (42), jede zum Trocknen eines Längsabschnitts der Warenbahn (W), die unmittelbar neben der Infrarotstrahlereinheit (42) vorbeiläuft;

- den Infrarotstrahlereinheiten (42), die Seite an Seite angeordnet sind, so daß sie eine Trocknungseinheit bilden (106, 108, 110, 112);

- Einsatz von mindestens zwei der Trocknungseinheiten (106, 108, 110, 112), die parallel beabstandet angeordnet sind;

- Steuerungsmitteln für jede der Infrarotstrahlereinheiten (42) zum gezielten Betrieb jeder Infrarotstrahlereinheit (42) auf einer ersten Hochenergiestufe und einer zweiten Stufe, die wesentlich niedriger ist als die Hochenergiestufe;

- Mitteln zum Messen des Feuchtigkeitsgehalts der Warenbahn (W) zur Ermittlung des Feuchtigkeitsprofils über die Warenbahn (W) hinweg;

- Mitteln, welche auf das Feuchtigkeitsprofil sowie auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt reagieren, um die Infrarotstrahlereinheiten (42), die einem gegebenen Längsschnitt der laufenden Warenbahn (W) zugeordnet sind, gezielt zwischen einem ersten Extremzustand, in dem sämtliche Infrarotstrahlereinheiten (42) zum Trocknen eines gemeinsamen Längsschnittes der Warenbahn (W) auf der genannten zweiten Stufe betrieben werden, und dem entgegengesetzten Extremzustand, in dem sämtliche der genannten Infrarotstrahlereinheiten (42), die zum Längsschnitt der laufenden Warenbahn (W) gehören, auf der genannten ersten Stufe betrieben werden, zu betreiben.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Infrarotstrahlereinheit (42) bestehend aus:

einer Verbrennungskammer (32) und einer Vorrichtung zum Regulieren eines Luft/Gas-Gemischs, das an die genannte Verbrennungskammer (32) herangeführt wird; einer Mischvorrichtung (22) mit einer zentralen Öffnung (22a) für die Aufnahme von Gas; einem zweiten Einlaß (22c) für die Aufnahme der Luft; einem Steuerungsglied (212), das in der Öffnung (22a) der genannten Mischvorrichtung (22) positioniert ist, wodurch die entsprechenden Mengen an Gas und Luft, die die erste Einlaßöffnung der genannten Mischkammer erreichen, durch die Stellung des genannten Steuerungsglieds (212) bestimmt werden.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Infrarotstrahlereinheit (42), bestehend aus einer Verbrennungskammer (32) und einer Vorrichtung zur Regulierung eines Luft/Gas- Gemischs, das an die genannte Verbrennungskammer (32) geführt wird, welche eine Leitung (24) einschließt, die über einen ersten Einlaß für die Aufnahme von Luft und von einem brennbaren Gas und über einen Auslaß (34a) verfügt, wobei die genannte Leitung (24) ein Luft/Gas-Gemisch an den genannten Auslaß (34a) führt und der genannte Auslaß (34a) mit der genannten Verbrennungskammer (32) verbunden ist; wobei die besagte Vorrichtung zum Regulieren des Luft/Gas-Gemischs des weiteren eine Mischvorrichtung (22) mit einem ersten Einlaß (22a) zur Aufnahme von Gas, einem zweiten Einlaß (22c) für die Aufnahme von Luft und einem Mischbereich (26) für das Mischen der Luft und des Gases und für die Zuführung der Mischung an den ersten Einlaß der Leitung, ein Steuerungsglied (212), das innerhalb der genannten Leitung montiert ist, sowie Mittel (214, 214a, 216) für die Bewegung des genannten Steuerungsgliedes in eine erste Stellung, um eine große Öffnung für den Durchfluß von Gas durch dieselbe bereitzustellen, und in eine zweite Stellung, um eine eingeschränkte Öffnung für den Durchfluß von Gas durch dieselbe bereitzustellen, enthält.

4. Verfahren zur Erlangung eines Feuchtigkeitsprofils über eine Papierbahn (W) hinweg, die sich durch eine Trocknungsregion innerhalb eines gewünschten Feuchtigkeitsbereichs hindurchbewegt, mit folgenden Schritten:

- Bereitstellung einer Mehrzahl von Infrarotstrahlereinheiten (42), die jeweils Seite an Seite angeordnet sind und sich über die Breite der Warenbahn (W) erstrecken, um so eine Trocknungseinheit (106, 108, 110, 112) zu bilden;

- Bereitstellung von mindestens zwei der Trocknungseinheiten (106, 108, 110, 112), die in parallel und beabstandet angeordnet sind;

- Messung des Feuchtigkeitsgehalts über die Warenbahn (W) hinweg, um ein Feuchtigkeitsprofil (126) bereitzustellen;

- gezieltes Betreiben von all jenen Infrarotstrahlereinheiten (42), die zu einem gemeinsamen Längsschnitt der Warenbahn (W) gehören und deren Feuchtigkeitsprofil sich bei einem Energieabgabewert, der geeignet ist, den Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren, um den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen, oberhalb des gewünschten Bereichs befindet.

5. Verfahren gemäß Anspruch 3 mit folgendem Schritt:

- gezieltes Betreiben dieser Infrarotstrahlereinheiten (42), die ausgelegt sind, einen gemeinsamen Längsabschnitt der Warenbahn (W) zu trocknen, wodurch mindestens eine der genannten Infrarotstrahlereinheiten (42) immer dann mit einem höheren Energieabgabewert betrieben wird, wenn der Anteil des Feuchtigkeitsprofils, das für den Feuchtigkeitsgehalt des dazugehörigen Längsabschnitts der Warenbahn (W) repräsentativ ist, höher ist als der gewünschte Feuchtigkeitsgehalt, wobei die Anzahl derartiger Infrarotstrahlereinheiten (42), die mit einem höheren Energieabgabewert betrieben werden, direkt proportional zur Größe des Unterschieds zwischen dem tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalt und dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt ist.