EP2253914A2

EP2253914A2 - Infrared radiator

Info

Publication number: EP2253914A2
Application number: EP10152637A
Authority: EP
Inventors: Dr. Richard Aust; Dirk Höckelmann; Juan Paniagua; Rolf Kirschner
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2010-11-24
Also published as: DE102009003276A1; EP2253914A3

Abstract

The arrangement (10) has a housing (2) comprising side walls (2a, 2b), which possess bearings (6a, 6b) for a radiator body (3). The body is heated by a combustion fluid e.g. gas, in a combustion chamber (9) in an inner side of the housing. The body discharges infrared rays at a side (5) that faces a material web, where length of the radiator body is larger than distance between outer side surfaces (4a, 4b) of the side walls, in a heated condition. The side walls extend in a running direction (11) of the material web and possess thickness that is less than 3 mm.

Description

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Strahler-Anordnung zur Trocknung einer sich in einer Laufrichtung bewegenden Materialbahn mit mindestens einem Infrarot-Strahler mit einem Gehäuse, das Seitenwände umfasst, die jeweils wenigstens eine Lagerung für einen Strahlkörper besitzen, der im Inneren des Gehäuses in einer Brennkammer von einem brennenden Fluid beheizt wird und an dessen der Materialbahn zugewandten Seite Infrarot-Strahlung abgebbar ist.The invention relates to an infrared radiator arrangement for drying a material moving in a running direction web with at least one infrared radiator with a housing comprising side walls, each having at least one bearing for a jet body, which is inside the housing in a combustion chamber is heated by a burning fluid and at the web of the material facing side infrared radiation can be emitted.

Derartige Infrarot-Strahler in einer Infrarot-Strahler-Anordnung werden bekanntermaßen in Systemen eingesetzt, die dem Trocken von Materialbahnen, beispielsweise Papier- oder Kartonbahnen, dienen. EP 0 539 278 A1 zeigt einen solchen Infrarot-Strahler. Er wird mit Gas beheizt. An Stelle von Gas ist aber auch eine Beheizung mit flüssigen Brennstoffen möglich. In dem Infrarot-Strahler werden Gas- und Luftströme in einer Mischkammer zu einem brennfähigen Gemisch vermischt und dann durch eine gasdurchlässige Platte in einen Brennraum geleitet. Dort entzündet sich das Gasgemisch und heizt einen Strahlkörper auf, der zylindrische Keramikstäbe umfasst, die im Querschnitt eine kreisförmige Kontur aufweisen. Erreicht werden dabei Temperaturen von 1100°C. Solche Infrarot-Strahler haben sich grundsätzlich bewährt. Allerdings gibt es Ungleichförmigkeiten in der auf die Materialbahn übertragenen Heizleistungen im Randbereich, also am Ende der Stäbe, obwohl bereits für einige Verbesserungen gesorgt ist. So sind in dem in der EP 0 539 278 A1 gezeigten Infrarot-Strahler bereits Ausdehnungsmöglichkeiten für die Stäbe vorgesehen, die sich aufgrund der Temperaturdifferenzen im unbeheizten Zustand und im Betrieb ergeben. Sie sind mit Spiel in einer Bohrung des Rahmens gelagert. Außerdem ist zur Vergleichmäßigung der Wärmestrahlung zwischen dem Rand und einem mittleren Bereich des Strahlers vorgeschlagen, am Rand eine Doppelreihe von Vorheizstäben einzusetzen. Diese Verbesserung hat jedoch keine Auswirkung auf die Rahmenseite, in der die Enden der Vorheizstäbe gelagert sind.Such infrared emitters in an infrared emitter arrangement are known to be used in systems which serve to dry material webs, for example paper or board webs. EP 0 539 278 A1 shows such an infrared radiator. He is heated by gas. Instead of gas but also heating with liquid fuels is possible. In the infrared radiator gas and air streams are mixed in a mixing chamber to a combustible mixture and then passed through a gas-permeable plate in a combustion chamber. There ignites the gas mixture and heats a jet body comprising cylindrical ceramic rods having a circular contour in cross-section. Temperatures of 1100 ° C are reached. Such infrared emitters have basically proven. However, there are nonuniformities in the heat transferred to the material web in the edge region, ie at the end of the rods, although already provided for some improvements. So are in the in the EP 0 539 278 A1 shown infrared emitters already provided expansion possibilities for the rods, which arise due to the temperature differences in the unheated state and during operation. They are stored with play in a hole in the frame. In addition, to equalize the heat radiation between the edge and a central region of the radiator proposed to use a double row of Vorheizstäben at the edge. However, this improvement has no effect on the frame side, in which the ends of the preheating rods are stored.

In der Regel werden mehrere solcher Infrarot-Strahler in mehreren Reihen zur Trocknung einer vorbeilaufenden Materialbahn, in der folgenden Beschreibung auf eine Papierbahn reduziert, eingesetzt. Dabei ergibt sich durch die fehlende Strahlfläche am Rand, je nach Abstand der Strahler zum bestrahlten Objekt, eine ungleichmäßige Strahlungsverteilung und somit eine ungleichmäßige Trocknungsleistung.As a rule, several such infrared radiators are used in several rows for drying a passing material web, in the following description reduced to a paper web. This results from the lack of beam area at the edge, depending on the distance of the radiator to the irradiated object, an uneven radiation distribution and thus an uneven drying performance.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trocknungsleistung von Infrarot-Strahlern über die Breite der laufenden Materialbahn zu vergleichmäßigen.The invention has for its object to equalize the drying performance of infrared radiators across the width of the moving web.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass wenigstens eine Länge des Strahlkörpers zumindest im beheizten Zustand größer ist als der Abstand zwischen den äußeren Seitenflächen der Seitenwände. Im Stand der Technik endet die Länge des Strahlkörpers gelagert in einer Seitenwand des Infrarot-Strahlers. Diese Seitenwand ist relativ dick und in der Regel aus einem Wärme isolierenden Material. Dadurch ist eine Wärmestrahlung auf die Papierbahn in diesem Bereich beeinträchtigt, was einen Streifen weniger getrockneten Materials hervorbringt. Die Erfindung hat diese Schwäche überwunden, indem die Strahlkörper zumindest im beheizten Zustand seitlich außerhalb über die Seitenwände hinausstehen. Dadurch kann auch am Rand des Infrarot-Strahlers eine zufriedenstellende Trocknungsleistung erreicht werden. Der Bezug auf den beheizten Zustand ergibt sich dadurch, dass bei derart großen Temperaturunterschieden zwischen beheiztem und unbeheiztem Zustand am Strahlkörper Längenunterschiede bis zu 2,5 mm auftreten können.This object is achieved in that at least one length of the jet body, at least in the heated state, is greater than the distance between the outer side surfaces of the side walls. In the prior art, the length of the jet body ends stored in a side wall of the infrared radiator. This sidewall is relatively thick and usually made of a heat insulating material. As a result, heat radiation is impaired on the paper web in this area, resulting in a strip of less dried material. The invention has overcome this weakness, in that the radiating elements protrude laterally beyond the side walls, at least in the heated state. As a result, a satisfactory drying performance can also be achieved at the edge of the infrared radiator. The reference to the heated state results from the fact that with such large temperature differences between heated and unheated state on the jet body length differences up to 2.5 mm can occur.

Bei breiten Papierbahnen ist es vorteilhaft, wenn mehrere Infrarot-Strahler zu einer Reihe zusammengefasst sind, die rechtwinklig zur Laufrichtung der Materialbahn verläuft. Das ursprüngliche Problem, gemäß dem nun bei Verwendung von Infrarot-Strahlern aus dem Stand der Technik in den Bereichen in denen zwei Infrarot-Strahler, womöglich mit einer Fuge dazwischen und relativ dicken isolierenden Seitenwänden von beiden Infrarot-Strahler-Seiten, aneinander angrenzen und so einen breiten Streifen unzureichend getrockneten Papiers erzeugen würden, ist durch die Erfindung beseitigt. Gerade in diesem Grenzbereich befinden sich nun Strahlkörper, die ihre Wärme an die Papierbahn abgeben können.In the case of wide paper webs, it is advantageous if several infrared emitters are combined to form a row which runs at right angles to the direction of travel of the material web. The original problem, according to which now when using prior art infrared emitters in the areas where two infrared emitters, possibly with a gap between them and relatively thick insulating sidewalls of both infrared emitter sides, abut each other and so on would produce a wide strip of insufficiently dried paper is eliminated by the invention. Especially in this border area are now jet body, which can deliver their heat to the paper web.

Mit Vorteil erstrecken sich die Seitenwände im Wesentlichen in der Laufrichtung der Materialbahn. So ist es möglich, die Haupt-Wärmeausdehnungsrichtung der Strahlkörper in die Richtung quer zur Laufrichtung zu legen.Advantageously, the side walls extend substantially in the running direction of the material web. Thus, it is possible to set the main direction of thermal expansion of the radiating bodies in the direction transverse to the running direction.

Vorzugsweise ist dabei der Abstand von zwei Strahlkörpern zweier benachbarter Infrarotstrahler im beheizten Zustand kleiner als 5, bevorzugt 3 mm. Eine Fuge von dieser maximalen Fugenbreite ist bei dem üblichen Abstand zur Papierbahn ohne störenden Einfluss. Außerdem ist damit ein Sicherheitsabstand gewahrt, der bei den Dehnungen des Strahlkörpers einen Druckkontakt benachbarter Strahlkörper ausschließt.Preferably, the distance between two jet bodies of two adjacent infrared radiators in the heated state is less than 5, preferably 3 mm. A gap of this maximum joint width is at the usual distance to the paper web without disturbing influence. In addition, a safety distance is thus maintained, which excludes a pressure contact of adjacent radiation body in the expansions of the jet body.

Analog ist es von besonderem Vorteil, wenn wenigstens eine Seitenwand eine Dicke unter 5, bevorzugt unter 3 mm besitzt. Der in ihr gelagerte Strahlkörper ragt zu beiden Seiten heraus und trocknet durch die abgegebene Infrarotstrahlung die Papierbahn. Eine Wandstärke unter 5 mm bleibt dabei ohne störenden Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Trocknung quer zur Laufrichtung der Papierbahn. Auf der anderen Seite ist die Wandstärke für eine Lagerung des Strahlkörpers durchaus ausreichend. So ist es bevorzugt, wenn der Strahlkörper durch einen Stab gebildet ist. Eine solche Bauform eines Strahlkörpers hat sich bewährt. In diesem Zusammenhang sei aber auch auf die unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 10 2008 041 045.4 verwiesen, die Stäbe verwendet, deren Querschnitt nicht kreisförmig ist, sondern dessen Kontur zumindest auf einem Teilumfang streckenvergrößernde Abweichungen, insbesondere Vertiefungen und/oder Erhöhungen, von seiner geometrischen Grundform aufweist. Dadurch wird die abstrahlende Oberfläche des Strahlkörpers vergrößert. Als Material seien beispielhaft Siliziumcarbid (bevorzugt), Molybdänsilizid und FeCrAl-Heizleiter-Legierungen genannt. Falls die Fertigungsmöglichkeiten es zulassen, wäre ein Rippenrohr eine besonders bevorzugtes Element, da sich die thermische Trägheit des Systems auf diese Weise noch weiter verringern ließe.Analogously, it is of particular advantage if at least one side wall has a thickness of less than 5 mm, preferably less than 3 mm. The beam body stored in it protrudes on both sides and dries through the emitted infrared radiation, the paper web. A wall thickness below 5 mm remains without disturbing the uniformity of the drying transverse to the direction of the paper web. On the other hand, the wall thickness for storage of the jet body is quite sufficient. So it is preferred if the jet body is formed by a rod. Such a design of a jet body has proven itself. In this context, reference is also made to the unpublished German patent application 10 2008 041 045.4, which uses rods whose cross-section is not circular, but the contour of which at least on a partial circumference stretch-increasing deviations, in particular depressions and / or elevations, of its basic geometric shape. As a result, the radiating surface of the jet body is increased. As a material may be exemplified silicon carbide (preferred), molybdenum silicide and FeCrAl-Heizleiter alloys called. If the manufacturing capabilities allow it, a finned tube would be a particularly preferred element because the thermal inertia of the system could be further reduced in this way.

Ein solcher Stab kann in einem Ausschnitt oder einer Bohrung in der Seitenwand gelagert werden, was die Aufnahme stark vereinfacht. Ein Stab kann sich, auf diese Weise gelagert, ausdehnen, ohne in Kontakt mit einem anderen Bauteil zu kommen.Such a rod can be stored in a cutout or a hole in the side wall, which greatly simplifies the recording. A rod can, stored in this way, expand without coming into contact with another component.

Da ein Infrarot-Strahler mit beispielsweise nur einem Stab in Bezug auf seine Energieausbeute zu klein bauen würde, ist es von Vorteil, wenn der Infrarotstrahler mehrere Strahlkörper aufweist, die gemeinsam eine Abstrahlfläche bilden. Es ist ausreichend in einer Brennkammer ein Brennfluid zu entzünden, um mehrere Strahlkörper aufzuheizen.Since an infrared radiator with, for example, only one rod would be too small in terms of its energy yield, it is advantageous if the infrared radiator has a plurality of radiator bodies, which together form a radiating surface. It is sufficient to ignite a combustion fluid in a combustion chamber in order to heat a plurality of jet bodies.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Seitenwände eines Infrarotstrahlers lösbar mit dem Gehäuse verbunden sind. Dies verbessert die Wartungsmöglichkeiten. Einerseits lässt sich beispielsweise ein verschlissener Strahlkörper gemeinsam mit den ihn lagernden Seitenwänden rasch austauschen, was natürlich besonders vorteilhaft ist, wenn mehrere parallele Stäbe gleichzeitig gewechselt werden können. Andererseits erleichtert es den Zugang ins Innere des Infrarot-Strahlers.It is very particularly preferred if the side walls of an infrared radiator are detachably connected to the housing. This improves the maintenance options. On the one hand, for example, a worn jet body can be quickly exchanged together with the side walls supporting it, which of course is particularly advantageous when several parallel bars can be changed at the same time. On the other hand, it facilitates access to the inside of the infrared radiator.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten, vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Infra- rot-Strahler-Anordnung mit einem Infrarotstrahler,
Fig. 2: Eine Ansicht auf eine Infrarot-Strahler-Anordnung mit drei Infrarot- strahlern von Seiten der Papierbahn
Fig. 3: einen mit dem Buchstaben A markierten Ausschnitt aus Fig. 2 im unbeheizten Zustand,
Fig. 4: einen mit dem Buchstaben A markierten Ausschnitt aus Fig. 2 im beheizten Zustand.

The invention will be described in more detail below with reference to a preferred, simplified illustrated embodiment in conjunction with the drawings. Hereby show:

Fig. 1: 1 is a perspective view of an infrared radiator arrangement according to the invention with an infrared radiator,
Fig. 2: A view of an infrared emitter arrangement with three infrared emitters from the side of the paper web
Fig. 3: a section marked with the letter A Fig. 2 in the unheated state,
Fig. 4: a section marked with the letter A Fig. 2 in the heated state.

Fig. 1 zeigt einen Infrarot-Strahler 1 für gasförmige oder flüssige Brennstoffe einer Infrarot-Strahler-Anordnung 10. An der Rückseite dieses Strahlers befindet sich, auf der Zeichnung nicht sichtbar, eine Öffnung, durch die brennbares Fluid, beispielsweise Gas und Luft in eine Mischkammer gelangen, von wo sie weitergeführt werden in eine Brennkammer 9, in der sie entzündet werden. Dort werden Strahlkörper 3 aufgeheizt, die als Stäbe 7 mehrfach nebeneinander angeordnet sind und eine Abstrahlfläche 5 bilden. Die aufgeheizten Strahlkörper 3 senden in der Folge Infrarot-Strahlen aus, die eine nicht dargestellte Papierbahn trocknen. Fig. 1 shows an infrared emitter 1 for gaseous or liquid fuels of an infrared emitter assembly 10. At the back of this emitter is, not visible in the drawing, an opening through which combustible fluid, such as gas and air enter a mixing chamber, from where they continue in a combustion chamber 9, in which they are ignited. There jet body 3 are heated, which are arranged as rods 7 several times side by side and form a radiating surface 5. The heated jet body 3 emit in the sequence of infrared rays that dry a paper web, not shown.

Durch den Pfeil 11 angedeutet ist allerdings die Laufrichtung der Papierbahn. Das Gehäuse 2 des Infrarot-Strahlers 1 umfasst Seitenwände 2a und 2b, die parallel zur Laufrichtung 11 der Papierbahn angeordnet sind. Die Stäbe sind in den Seitenwänden 2a und 2b in den Lagerungen 6a und 6b gelagert und treten auf der Außenseite des Infrarot-Strahlers wieder aus der jeweiligen Seitenwand aus. Die Länge des Stabes 7 ist also größer als der Abstand zwischen den äußeren Seitenflächen 4a und 4b. Eine Infrarot-Strahlung des Stabes auf die Papierbahn erfolgt somit auch noch im äußersten Randbereich des Infrarot-Strahlers. Die Seitenwand ist zudem an der der Papierbahn zugewandten Seite höchstens 5 mm dick. Auf diese Weise wird vermieden, dass ein Streifen der Papierbahn ungetrocknet bleibt.Indicated by the arrow 11, however, is the running direction of the paper web. The housing 2 of the infrared radiator 1 comprises side walls 2a and 2b, which are arranged parallel to the running direction 11 of the paper web. The rods are mounted in the side walls 2a and 2b in the bearings 6a and 6b and emerge on the outside of the infrared emitter again from the respective side wall. The length of the rod 7 is thus greater than the distance between the outer side surfaces 4a and 4b. An infrared radiation of the rod on the paper web thus takes place even in the outermost edge region of the infrared emitter. The side wall is also at the paper web side facing at most 5 mm thick. In this way it is avoided that a strip of the paper web remains undried.

Die Seitenwände 2a und 2b lassen sich durch Lösen einer Halterung 12 mitsamt den Strahlkörpern 3 leicht demontieren, so dass die Infrarot-Strahler-Anordnung 10 insgesamt sehr wartungsfreundlich aufgebaut ist.The side walls 2 a and 2 b can be easily dismantled by releasing a holder 12 together with the blasting bodies 3, so that the infrared emitter assembly 10 is constructed overall very easy to maintain.

Fig. 2 zeigt einen die erfindungsgemäße Infrarot-Strahler-Anordnung 10 mit drei Infrarotstrahlern 1, 1', 1", die quer zur Laufrichtung der Papierbahn angeordnet sind. In der Praxis sollte die gesamte Papierbahnbreite überdeckt sein. Im Bereich der Fuge zweier Infrarot-Strahler ist die ausreichende Beheizung der Papierbahn üblicherweise problematisch. Dadurch, dass bei der Erfindung die Strahlkörper 3 aber quasi aus dem Gehäuse 2 austreten und sehr nahe beieinander liegen, liegt dieses Problem nicht mehr vor. Fig. 2 shows an infrared emitter assembly 10 according to the invention with three infrared emitters 1, 1 ', 1 ", which are arranged transversely to the direction of the paper web In practice, the entire width of the paper web should be covered .. In the region of the joint of two infrared emitters is the However, due to the fact that, in the invention, the jet bodies 3 virtually emerge from the housing 2 and are very close to one another, this problem no longer exists.

Die Situation kann noch weiter entschärft werden, wenn die Infrarot-Strahler-Anordnung 10 mehrere Reihen von Infrarotstrahlern 1, 1', 1" aufweist, die quer zur Laufrichtung 11 der Papierbahn angeordnet sind. In diesem Fall können die Infrarot-Strahler derart angeordnet sein, dass die Fugen zwischen den Infrarotstrahlern von Reihe zu Reihe nicht zueinander fluchten. Sollte die Papierbahn streifenartig in einer Infrarot-Strahlerreihe weniger getrocknet werden, so würde dies durch die nächste Reihe wieder ausgeglichen.The situation can be further mitigated if the infrared emitter array 10 comprises a plurality of rows of infrared emitters 1, 1 ', 1 "arranged transversely to the direction of travel of the paper web 11. In this case, the infrared emitters may be arranged in that the seams between the infrared radiators are not aligned with one another from row to row If the paper web were to be strip-dried less in one row of infrared radiators, this would be compensated by the next row.

In Figur 2 ist ein Ausschnitt mit dem Buchstaben A gekennzeichnet. Den Ausschnitt findet man in Fig 3 im unbeheizten und in Fig. 4 im beheizten Zustand der Strahlkörper 3 vergrößert dargestellt. Wegen der Längenänderung der Stäbe ist der Abstand 8 zwischen den Stäben benachbarter Infrarot-Strahler im unbeheizten Zustand deutlich größer als im beheizten Zustand. Optimal ist die Anordnung, wenn der Abstand im beheizten Zustand bis maximal 5, bevorzugt maximal 3 beträgt.In FIG. 2 a section is marked with the letter A. The clipping can be found in Fig. 3 in unheated and in Fig. 4 in the heated state of the jet body 3 shown enlarged. Because of the change in length of the bars, the distance 8 between the bars of adjacent infrared radiators in the unheated state is significantly greater than in the heated state. The arrangement is optimal if the distance in the heated state amounts to a maximum of 5, preferably a maximum of 3.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1', 1"1, 1 ', 1 ": Infrarot-StrahlerInfrared heaters
22: Gehäusecasing
2a, 2b2a, 2b: SeitenwandSide wall
33: Strahlkörperbeam body
4a, 4b4a, 4b: äußeren Seitenflächeouter side surface
55: der Materialbahn zugewandte Seite, Abstrahlflächethe material web facing side, radiating surface
6a, 6b6a, 6b: Lagerungstorage
77: StabRod
88th: Abstanddistance
99: Brennkammercombustion chamber
1010: Infrarot-Strahler-AnordnungInfrared emitter assembly
1111: Laufrichtung MaterialbahnDirection of material web
1212: Halterungbracket

Claims

Infrared radiator arrangement for drying a material web moving in a running direction (11) with at least one infrared radiator (1) with a housing (2) comprising side walls (2a, 2b), each having at least one bearing (6a, 6b) for a jet body (3) which is heated in the interior of the housing (2) in a combustion chamber (9) by a burning fluid and on whose web of material facing side (5) infrared radiation can be emitted,
characterized in that
at least one length of the jet body (3) is greater, at least in the heated state, than the distance between the outer side faces (4a, 4b) of the side walls (2a, 2b).

Infrared radiator arrangement according to claim 1,
characterized in that
a plurality of infrared radiators (1, 1 ', 1 ") are summarized in a row which is perpendicular to the running direction (11) of the material web.

Infrared radiator arrangement according to claim 2,
characterized in that
the side walls (2a, 2b) extend substantially in the running direction (11) of the material web.

Infrared radiator arrangement according to claim 3,
characterized in that
the distance (8) from two jet bodies (3) of two adjacent infrared radiators (1, 1 ') in the heated state is less than 5, preferably less than 3 mm.

Infrared radiator arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
at least one side wall (2a, 2b) of an infrared radiator (1, 1 ', 1 ") has a thickness of less than 5, preferably less than 3 mm.

Infrared radiator arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
the jet body (3) of an infrared radiator (1, 1 ', 1 ") is formed by a rod (7).

Infrared radiator arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that.
the bearing (6a, 6b) is formed by a cutout or a bore in the side wall (2a, 2b).

Infrared radiator arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that
the infrared radiator (1, 1 ', 1 ") has a plurality of jet bodies (3), which together form a radiating surface (5).

Infrared radiator arrangement according to one of the preceding claims,
characterized in that.
the side walls (2a, 2b) of an infrared radiator (1, 1 ', 1 ") are releasably connected to the housing (2).