JP2006505700A - モジュール化された赤外線放射装置、およびそのモニタリング装置 - Google Patents

Abstract

IR放射装置(1)は以下に説明する構成要素によって定義される。
・耐高温性を有し、熱流速の当たらない影の部分が生じないようにし、繊維状セラミック表面の燃焼領域において側方へ熱がロスとして失われるのを防止する閉鎖手段を有する、耐火性のある可撓性放射モジュール(7)と、
・当該繊維状セラミックとして、空気/燃焼ガスの混合気を調節することができる可撓性のある空孔を持った、耐火性のある可撓性セラミック板(15)を使用し、当該可撓性のある空孔は、セラミック板(15)を通過する空気/燃焼ガスの混合気の流路を成し、
・混合気の流体圧が低下した場合に、空孔の一部は自動的に閉じ、可燃性混合気が高温状態となっている繊維が存在する表面部分へ導かれる。繊維は表面部分において燃焼状態を維持し、IR加熱効果を増加させる。最新技術のセラミック板(15)を使用しても、内部燃焼を起こし、工程の効率を低下させ、および/あるいは火炎の制御を不能にしたり装置の爆発を引き起こす、火炎の息継ぎ現象を起こすことがある。
・全ての装置の運転状態をモニタリングするためにセンサーおよび測定手段が備えられている。
温度センサー(14): 外部要因に起因して起こる火炎の息継ぎ現象による熱流の逆転現象をモニタリングするために、可撓性のある各繊維状セラミック板モジュール(15)の中に配置された安全装置であって、この温度センサーは更にセラミック板(15)のベース受け部材に固定されており、セラミック板の中間線まで伸びている。 IR放射装置(1)は、更に酸素計測手段(23)とUV火炎検出装置(24)を備えている。

Description

本発明は、燃焼ガスを利用したモジュール化された赤外線(IR)放射装置と、そのモニタリング装置に関係する。特に本発明に係る装置は、紙やセルロースの生産の際に行われる工業上の乾燥工程において、熱エネルギ伝達を迅速に、効率よく、高率で行うための熱伝達工程に関係するものである。この放射装置は、装置の起動時、および当該装置によって行われる運転中のすべてのステップを制御するための自動化手段を備えており、多くの工業分野において応用することができるものである。

本技術の分野に習熟した者、特に連続繊維状の製品の生産工程に習熟した者には、乾燥工程(あるいは、生産工程途中に配置される一連の乾燥ステップ)が製品に施工されたコーティング剤や含浸剤を乾燥させるために必要になることが知られている。

これまでに知られている乾燥技術には、受熱体と平面状および/または円筒状の熱源を直接接触させる方法や、熱風を吹きつけることによって熱伝達させる方法を使ったものがある。

赤外線(IR)による乾燥技術は、熱伝達のための直接接触工程を避けることができるため、最も望ましい技術である。従って、この方法は、当該技術の分野における従来からの乾燥工程において、補完的な乾燥方法として利用されていた。

これまでの乾燥工程においては、たとえば基材の特徴や、表面状態、物理的特性等の違いによる、乾燥工程の種別毎に望ましい乾燥工程というものは異なっている。従って、このような観点から従来の方法を更にIR乾燥工程によって補完する洗練された技術は、最も良好な結果を生む方法であると認識されている。

近年、IR乾燥工程を使用した技術は、複数の工業的分野での応用に適することが認識され、また当該技術分野で残されていたこれまでの問題も解決することができるため、最も望ましい技術であると認識されている。

IR技術には特定の技術的特徴があり、このような技術的特徴は、当該技術分野における既知の熱放射装置にIR技術を応用する際、これまでのものと違った効果をもたらす。

このIR技術は、基本的に、放射エレメントの平均温度や周波数範囲の点において特徴のあるものである。

熱放射装置を製造する場合、装置の材料の選択によって、特定の周波数範囲における当該装置のIR放射能力が決まる。即ち、金属製の放射エレメントであれば波長の長い領域および中間の領域の赤外線(IR)を発生する。セラミック製の放射エレメントの場合、高温において、波長の短い領域および中間の領域の赤外線を発生する。一般的に、短い波長の赤外線は長い波長の赤外線に比べ、基材の内部への貫通性が高く、直接接触させることなく基材を乾燥させることができ、乾燥した基材表面の損傷を回避することができる。

IR周波数帯において生じる電磁波エネルギは、熱放射装置を正しくセットすることにより、熱を吸収し、温度が上昇することによって材料の初期状態に戻ろうとする基材によって吸収される。水のような揮発性の物質の場合、吸収された熱は、水を液体から蒸気というように物理的な状態を変化させることになり、その結果、基材中に含まれている全ての揮発性物質を蒸発させることによって乾燥工程が行われることになる。

基材から蒸発させるべき水の量は、製品の固有の問題であり、それは製品の製造方法やその製品の最終的な利用方法に依存する。従って、熱エネルギーの強度は製品毎に決定されるべきものである。基材中の残留揮発物質、例えば基材の湿度をコントロールするために使用するIRは、放射エレメントに依存する選択的なものである。もし、使用する放射エレメントが熱放射出力を変えることができるなら、乾燥工程において基材を好ましいレベルにまで乾燥することができるようになる。

当該技術分野においては、上述したような数種類の放射装置が知られている。それらのほとんどは、金属フレームが放射エレメントを囲い、これが金属ハウジングに収納されるような構成となっている。このような放射エレメントは、乾燥工程の流れの方向に対して横方向に、あるいはその流れに沿って並んで配置される。この放射エレメントは基材の通過経路近くに配置され、そして放射エレメントには少なくとも一つのプレナム・エア(周辺大気圧力より圧力を高めた空気)、および/または、空気と可燃性ガスの混合ガスの分配器が備えられている。

熱伝達効率を最大化し、基材の不必要な歪みを避け、例えば放射エレメントとハウジングとの位置関係に起因するハウジングの温度差により、基材内に湿度の異なったバンド状のムラが生じるのを防止するため、放射エレメントは、基材が通過する経路からの距離を最小にして設置される。

当該技術の分野で知られているほとんどの装置では、このように距離を最小にする際には放射装置のハウジングによって制限を受ける。もし、ハウジングを接近させて配置すると、「熱流速の当たらない影の部分」が生じてしまい、そのために基材内部に湿度の異なったバンド状のムラが生じる。かかる「熱流速の当たらない影の部分」の発生を避けるためにハウジングを適切な位置に配置する必要がある。一方、このようにハウジングを配置すると装置の放射能力を低下させ、基材の乾燥を困難にする空気/燃焼ガス流が形成されることになる。従って、このような問題を回避するために、全体として良好な効率を維持することができる補完的な熱放射装置を備える必要が生じる。

燃焼ガス混合気の品質に関係する問題も生じる。当該技術の分野におけるシステムでは、一般的に標準化された燃焼ガス混合気組成物を使用している訳ではない。そのため、放射エレメントにおける燃焼化学量論的な条件が変化することになる。そのため、装置の内部にあるプレナム・ゾーンまたはガス噴射チップまで火炎が逆流し、爆発を起こすこともあり、装置の修理のために長期間プロセスが中断されることもある。

本技術分野における更に別の問題点として、供給された熱を回収するために、いくつかダクトを使用しなければならなくなるという問題が挙げられる。ダクトは生産工場内のかなりの空間を占めることになるため、工場空間の有効利用を妨げ、新しい装置の設置を困難にしてしまうことになる。

最近の技術においては、放射媒体として、連続体である耐火性のセラミック板でできた放射エレメントが使用されている。かかるセラミック板は、乾燥工程のラインの幅全体をカバーし、ラインの中の1箇所または複数の場所にラインの長手方向に沿って配置される。そして、このように配置すると、乾燥工程のラインを他の工程が終了した位置において接続しようとした場合に一種の制約となってしまう。

このようなモデルは、現状においてはIR放射に対する品質要求と装置の運転を維持するための要求を満たしているが、しかし、今なおいくつかの問題が残されている。

・ フレーム構造のハウジングではコールド・ゾーン(熱流速の当たらない影の部分)が生じ、望ましくない熱分布となってしまう。従って、放射エレメントを離れた位置に配置せざるを得ず、全体としての熱伝達効率が低下する。

・ 特定の場合には装置の出力調節が必要になる。即ち、IRの放射バンドは、広い波長の範囲にわたって動くことになる(Plank Law for Black Bodies)。熱エネルギが吸収されるメカニズムは、放射エレメントから放射される波長に依存しており、従って、IR放射バンドの変動はIRの貫通特性を低下させることになり、基材の中に温度のムラを生じさせることになる。水分等の気化は効果的に行われず、基材の表面が焼けるような現象も生じる。

・ 当該技術分野における従来の装置は、開放された燃焼室からサンプルガスを収集するのに適したものではなく、燃焼後の残留酸素濃度を検出することができないものであった。

・たとえ、万全の安全対策をとったとしても、当該技術分野で使用されている装置は潜在的に危険なものであり、爆発が生じる危険性を有している。当該技術分野において放射エレメントを製造している者は、このような危険な現象が現実のものとならないようにすることは困難と考えている。従って、このような放射エレメントの設計は、十分安全なものとなっているとは言いがたい。

当該産業の分野においては、修理のための中断時間を低減させるために安全性を増し、メインテナンスを最小限に留めた装置へのニーズが高い。

発明の概要
上述した議論および上述した解決すべき課題に基づき本発明はなされたもの
である。

・ 本発明は燃焼ガスを使用し、更に空気/燃焼ガスの混合気を自動制御し、プロセスの立ち上がりのシーケセンスを制御し、更にIR放射装置を設置する工程とのインターロックを制御するための統合化した制御装置を使用した、モジュール化されたIR放射装置を提供するものである。本発明の放射モジュールでは、熱流速の当たらない影の部分を排除し、ガスの流動性を高めるためにいくつかの改良が行われた。かかる改良は繊維状セラミックを利用することによって実現された。繊維状セラミックの内部には可撓性がある空孔があり、この内部を空気/燃焼ガスの混合気が流れ、空気/燃焼ガスの混合気が繊維状セラミックの表面から出てきた所で、点火手段が起動され、繊維状セラミックの表面全体にわたって着火し、安定した火炎が維持される。従って、繊維状セラミックは高周波数帯のIR放射エレメントとして機能することになる。

この好適な実施例においては、可撓性のある繊維状セラミックは圧力に抗することなく、爆発が生じたときであっても爆発の強さを最小化し、かつその爆発がソフトで軽微なものとなるため、装置の安全な運転が可能となる。

このモジュール化されたIR放射装置は、どんな乾燥工程であっても複数台の装置を設置することができるように設計されており、連続的に放射エレメントを設置し、装置を運転することができるようになっている。

上述した全ての目的は、IR放射装置を以下のような構成にすることによって実現された。

・耐高温性を有し、熱流速の当たらない影の部分が生じないようにし、繊維状セラミック表面の燃焼領域において側方へ熱がロスとして失われるのを防止する閉鎖手段を有する、耐火性のある可撓性放射モジュールと、
・当該繊維状セラミックとして、空気/燃焼ガスの混合気を調節することができる可撓性のある空孔を持った、耐火性のある可撓性セラミック板を使用し、当該可撓性のある空孔は、セラミック板を通過する空気/燃焼ガスの混合気の流路を成し、
・混合気の流体圧が低下した場合に、空孔の一部は自動的に閉じ、可燃性混合気が高温状態となっている繊維が存在する表面部分へ導かれる。繊維は表面部分において燃焼状態を維持し、IR加熱効果を増加させる。最新技術のセラミック板を使用しても、内部燃焼を起こし、工程の効率を低下させ、および/あるいは火炎の制御を不能にしたり装置の爆発を引き起こす、火炎の息継ぎ現象を起こすことがある。

・全ての装置の運転状態をモニタリングするためにセンサーおよび測定手段が備えられている。

温度センサー: 外部要因に起因して起こる火炎の息継ぎ現象による熱流の逆転現象をモニタリングするために、可撓性のある各繊維状セラミック板モジュールの中に配置された安全装置であって、この温度センサーは更にセラミック板のベース受け部材に固定されており、セラミック板の中間線まで伸びている。例えば、IRエネルギを放射エレメントに返し、放射エレメント内に熱を蓄積する共鳴効果を作り出し、その結果熱流の逆転現象を起こさせる、放射エレメントの前に配置された熱反射手段がある。本装置では放射エレメントをブロックに分けることによってこの問題を回避している。このようにすることによって、セラミック板の寿命を延ばすことができる。

酸素計測手段: 酸化ジルコニウムを利用した連続計測システムである。本装置では、耐火性セラミックの少なくとも一つの放射モジュールの燃焼表面全体にわたって燃焼ガスを集める。そして、連続して酸素濃度の解析を行い、その結果を利用して燃焼後の残留酸素の量をコントロールし、火炎の最適化を行うものである。酸素計測センサーは、酸素のレベルが標準値と一致しない場合に作動させるため、モニタリングし、インターロッキングし、そしてアラームを発するためのシステムであるIR放射装置のLPC (Logical Program Controller)に接続されている。

紫外線(UV)火炎検出装置: この装置は、火炎を検出するために、金属フレームの外側表面に設置され、特に、可燃性ガスの入り口近くに設置されている。火炎検出装置はセラミック放射モジュール内の燃焼状態の検出を行うものである。可撓性のあるセラミック板では、燃焼はその表面に集中し、この場合、IRは基本的に短波長の領域において発生する。そして、その中にはUV検出装置によって識別することができるUVスペクトラムの一部分が含まれている。UV検出装置は、当該技術の分野においてよく知られている、カソード、アノードを使用した放電容器として組み立てられ、UV検出装置をハウジング内に収納するか、あるいは過酷な運転状態にも耐えられるように特別に設計された装置内に設置される。UV検出装置を収納するハウジングは、空気の良好な循環を確保するための下部に設けた穴を備え、空気流路を有する金属材料製の円筒状の形状をしている。冷却用リブを設けた部分を通り、更に当該センサーのレセプタクルであるセラミック放電チューブを通って冷却空気は流れる。この冷却空気の圧力を正圧に維持することにより、外部から微粒子状物質が混入するのを防止している(本装置では、二つのUV火炎検出装置を使用することができるようになっている。)。

ベッド: 全ての耐火性セラミック板モジュールと、第1および第2のプレナム分配手段がベッドに配置されている。このベッドは、二つのハンドルを有し、二つのミラー部材と底面の蓋、通気のためのストリップ状構造物を有し、金属板から作られている。ハンドルと底面の蓋の間には、メインテナンスのために当該蓋を容易に開くことができるように、あるいは、爆発した場合にベッドが膨張することを回避するために、安全装置が備えられている。このロッキングシステムは、爆発の影響を限定したものにすることができる。

応用例と当該発明の利点
本発明によっていくつかの利点が実現される。新規なIR放射手段としてのモジュールとそれに関係する電子装置は、運転中の制御を良好に行い、熱エネルギの全体的な効率を高めることができる。

その他の利点として、以下のようなものがある。

・本発明の可撓性のあるセラミック板モジュールは、全ての燃焼領域にわたって均一なIR放射を可能とし、熱流速の当たらない影の部分を回避することができる。

・熱流速の当たらない影の部分を排除することにより、IR放射表面を基材に近い位置に設置することができ、空気/可燃ガスの流れにより生じるロスを回避し、IR放射の放射のバラツキを回避するためのコリメーション・キャビティを提供することができるようになる。

・放射モジュール内におけるセラミック板の閉鎖手段は、熱―物理的要求に適合させ、燃焼領域の端部の境界を越えて熱エネルギが分散するのを回避させる必要があるので、本発明においては特別な技術的特徴を備えている。

・他のモジュールがまだアクティブな状態にある段階において特定のモジュールをログオフさせるこつができるようにLPCにプログラムを組み込むことができ、基材の幅の変動に対応できるようになっている。

・繊維状の織布は特定の動きに対して異方性を有するフリー・グレードのものを使用している。混合気が可撓性のあるセラミック板を通過するように強制されるとき、特定の空孔だけが充満してしまうのを回避するため、その他の空孔も強制的に開かれ、混合気の透過能力に見合った空孔が形成される。空孔の平均直径は、空孔間のバランスを維持するため自動的に適合される。これによって、ガスの流量と出力レベルが調整され、設定下限値に制御されこれに適合するように熱放射量が維持されることになる。

・酸素測定手段を使用して燃焼後の残留スモークを捕集し、残留酸素を連続モニタリングすることができる。このシステムは可燃性ガスの供給時の異常を検出することができる。酸素測定手段を利用するその他の利点として、前に説明した化学量論的考え方を適用することにより高い燃焼効率を維持し、燃焼温度とIR帯域を好ましい状態に維持できることが挙げられる。

・装置の修正または/および改良が必要な場合、放射モジュールを機械的に支持する構造として2つの長方形状のプレナムを使用することによって、モジュール化したバルブあるいはブロッキング・バルブを介して放射モジュール内へ可燃ガスの混合気を供給できるようになる。

・金属フレームの構造物は、構造物内の圧力の変動と過剰な圧力上昇を緩和する手段を備えているため、爆発に耐え得る装置として安全性要求を満たしており、作業者や装置に対して安全に運転できるようになっている。

図面を参照して、「モジュール化された赤外線放射装置、およびそのモニタリング装置」に係る本発明の説明を行う。モジュール化された熱放射装置(1)は、熱を受ける基材に対して高い熱流速で連続的に熱伝達を行うための装置であって、例えば紙やセルロース(L)(図2参照)のような繊維状の製品の工業的乾燥工程において使用されるものである。

本発明においては、図1および2に示すように、モジュール化された熱放射装置は、基本的には多数の放射モジュール(7)を並べて取り付けれるように設計された金属フレームあるいはベッド(2)と、乾燥工程の幅に対応させ、放射モジュールへ混合気を分配すると共に、これを支持するダクトである、第1プレナム(3p)と、空気/燃焼ガス混合気(G)を放射モジュール(7)へ供給するための出口(3a)を備えた第２プレナム(3s)から成る。

長方形状の形状を有する2つのプレナム(3p, 3s)を使用することにより、放射モジュール(7)の中へ空気/燃焼ガス混合気(G)を供給できるようになると共に、放射モジュール(7)を機械的に取り付けられる。そして、空気/燃焼ガス混合気(G)の供給は、第1プレナム(3p)に接続され、またはブロッキングしないで直接第2プレナム(3s)に接続されたモジュール化したバルブあるいはブロッキング・バルブ(VL)を介して行われる。放射モジュールは第1プレナム(7v)あるいは第2プレナム(7d)に沿って配置される固有の空気/燃焼ガス混合気(G)の入り口を有し、放射モジュールを180°回転させても、第1プレナム(3p)の通路(3a)を開放することによって混合気を供給することができる。

組み立てが終了した後であっても、改良が必要な場合や出力コントローラを設置すべき場合には、このような手順を実行することができる。

プレナム(3p, 3s)では、少なくとも一つの側方ダクト(G)を使用する第1プレナム(3p)によって混合気が供給される。オプションであって限定手段である内部のジョイント(JR)を使用することによって、この側方ダクト(G)は更に第2プレナム(3s)にも混合気を供給できるようになっている(図7参照)。

ベッド(2)は、軸棒状の固定部材(4)(図1参照)を有する二つのミラー部材を連結する部材(LI/LC)から作られており、この連結部材には下部側方部材(LI)が含まれる。このベッドは、固定金具(M)を介して軸棒状の固定部材(4)によって工程途中の特定の位置に装置を固定し、基材の移動方向(L)に対して所定の角度を持たせて当該装置を取り付けることができるようになっている。

また、ベッドは上部側方部材(LS)を有している。この上部側方部材(LS)は熱膨張(AD)を緩和するため、および上側エッジと下側エッジの間の温度差に耐えるようにするため、側方に溝を備えており、放射されるIRに対する耐火性材料(MR)が取り付けられる。そして、放射モジュール(7)の一部を形成する一つの放射キャビティ(CR)が前側面に設けられる。このような放射モジュール(7)はベッド(2)の長手方向に対して直交する形で配置されており、規則正しい平面を形成するために順番に並べられている。ベッドは、後で説明する金属製のキャップ(6)で更に蓋をされている。

ベッド(2)のインスツルメント・ミラー部材(EI)(図1参照)は、装置の内部を加圧し、冷却するための空気取り入れダクト(AS)を備えている。空気取り入れダクトからは空気が独立して供給され、好ましくない物質やガスが装置内部に入り込み、蓄積されるのを防止すると共に、フレームからガスが漏れるのを防止するようにしている。加圧空気はUVシステムの冷却とベンチュリ・システムのためにも使用され、これら二つのものは本発明において詳細化されている。

放射モジュール(7)は、いろいろな寸法および幅を持たせて作ることができる。図3, 4, 5, および6に示す各放射モジュール(7)は、金属材料製のベース受け部材(8)から作られており、ベース受け部材には混合気の供給孔(9)が設けてあり、ベース受け部材の表面上であって、中央でない位置に配置されている。これは、取付の際に、別のプレナム部材(3p/3s)で支持する際に、放射モジュールを回転させてもプレナムと整合し、逆向きに取り付けることができるようにするためである。プレナム部材(3p/3s)の側面に放射モジュールを固定するために、供給孔(9)に入り込むストップ・リング(11)が使用される。このストップ・リング(11)は、割り当てられたプレナム(3p, 3s)と各放射モジュール(7)をネジ付拘束ピン(P)で固定する際に、各放射モジュール(7)の配置を適切なものにするために使用される。

ベース受け部材(8)には、その自由端面において適切な形状、寸法の孔(12a)を有するスクリーン(12)が取り付けられ、当該スクリーン(12)の下側表面には少なくとも2セットの熱流速センサー(14)が固定され、この熱流速センサー(14)は電子回路(13)と接続されている。この熱流速センサー(14)は、セラミックの層に深く貫入され、セラミックの層中に固定できるようにスクリーン(12)の厚さを超えて飛び出している。これらの熱流速センサーは電子装置(14a)に接続され、電子装置(14a)は更に図示しないLPCに接続されている。

スクリーン(12)の上側には、センターライン(Y)の位置に、多孔質であって可撓性の耐火性セラミック板(15)が配置される。(図6参照) 熱流速センサー(14)は、所定の位置に配置され、セラミック板内におけるセンサの深さは、組み立ての際に決定される。

可撓性の耐火性の各セラミック板(15)(図4参照)には、シーリング手段(S)が設けられており、当該シーリング手段(S)は、耐高温性を有し、耐高温性の弾性体(17)の層を介して板厚の薄いハウジング(16)がセラミック板(15)の側面に配置されている。(図4参照) この弾性体(17)は、セラミック板(15)と板厚の薄いハウジング(16)の間全面にわたって配置されており、アンカー効果を出すためにこれらの部材を接着している。そして、この弾性体(17)は、スクリーン(12)上の孔(12a)を通ってセラミック板(15)中の可燃性ガスが側方へ分散(D)してしまうのを防止している。 これによって、燃焼領域をセラミック板(15)の表面(D1)に限定させることが可能となる。

各ブロックは、可撓性の耐火性セラミック板(15)、板厚の薄いハウジング(16)と、スクリーン(12)とから成り、耐火性の弾性体の層(17)によってこれらを固定している。この弾性体の層(17)は、放射モジュール(7)のシーリング手段を補完すると共に、装置を作動させている際に生じる振動に耐えるフレキシブルなジョイントを形成するものである。また、この弾性体の層(17)は、セラミック材料と金属製の外殻構造との間の特性違い、例えば熱膨張係数の異なった別の材料を適合させる機能をも有する。

耐火性セラミック板(15)の技術的特徴の一つとして可撓性の空孔がある。(図3の詳細Aを参照) 配置された繊維(F)はガス(G)の通路に作用する力により移動(V)が可能である。このように繊維が自由に動き得ることにより、繊維状構造の空孔(R)を通過して流れるガスをダイナミックに分配することが可能となる。 従って、当該空孔は使用状態に応じて空孔間の圧力の釣り合いをとりながら必要に応じて開いたり閉じたりする。セラミック板(15)を通過して流れる混合ガスの流量を調整することは可能であり、放射エレメントが放射するエネルギは、可燃性ガス(G)の流量を変えることにより間接的に調整することができる。 空孔から放出されるガスの流量を燃焼速度に適合するように積極的に維持することによって、可撓性のセラミック板(15)の表面にある第1の層(D1)において火炎が安定的に形成される。

耐火性セラミック板(15)のその他の技術的特徴として、セラミック板が機械的に損耗した場合であっても、上述した技術的特徴は維持される。なぜなら、上述した、火炎がバランスして安定化するという現象は、可撓性のある耐火性セラミック板の表面から3〜5mmの厚さを有する火炎領域において生じるものであるからである。耐火性セラミック板の表面部分の材料が損耗や消失しても火炎のバランスに影響を与えることはない。火炎のバランスは、耐火性セラミック板の表面部分(D1)で生じるものであり、表面部分の形状に依存するものではないからである。

上述した耐火性セラミック板(15)の可撓性に関する技術的特徴、および損耗にも影響を受けないという技術的特徴の他に、紙の連続印刷工程においてインクが落下した場合のように、落下物による汚染に対して、放射エレメントが耐え得る能力を有しているということが挙げられる。放射エレメントの表面に落下した物質は、掻き落としたり、削り落としたりといった機械的な処理によって簡単に除去することができ、システムをすばやく元にもどすことができる。

ベッド(2)(図1,2および8参照)は、折り曲げ縁(18a)を有する側方金属板(LI)、上部側方部材(LS)、ブラインド・ミラー(EC)、そこに取り付ける必要がある装置に適合する穴を備えたインスツルメント・ミラー(EI)、および側方の折り曲げ縁(6a)と閉鎖用縁(22とP1)を備えた底蓋(6)からできている。底蓋(6)が側方金属板(LI)の折り曲げた縁(18)の一つとハメ合うことによって固定される折り曲げ縁を有し、この側方金属板(LI)は、相手側面と通気することができるようになるチャンネル(21)が設けられる。そして、反対側においては折り曲げ縁はネジ(P1)によって固定される。従って側方金属板(LI)と底蓋(6)とによって一つの安全装置を備えることになる。即ち、底蓋の特定の幾何学的特徴によって、もし装置内部で爆発が生じた場合、折り曲げ縁(18, 22)は容易にロックが外れガスが流出する面を作り出すことが可能となる。また、底蓋(6)はネジ(P1)によって側方金属板(LI)に構造的に固定されているのでメインテナンスの際、底蓋を容易に取り外すことが可能となる。

モジュール化された熱(IR)放射装置(1)は、自動点火装置とモニタリング手段を備えている。これらは、図示しないLPCに接続されている。係る装置、手段は、前に詳細に述べたように、トリガー(CT)、熱流速センサー(14)、酸素計測手段(23)、およびUVセンサー(図13参照)から成る。

自動点火装置は、いくつかのトリガー電極(CT)の組み立てから成る。ベッド(2)全体に放電する高圧電源を使用して空気中に放電させることにより点火が行われる。放射エレメントを点火するために必要十分な数のトリガーが取り付けられる。

熱流速センサー(14)については、その配置について前に詳細に述べたが、熱流速の逆転現象をモニターするためのものである。各熱流速センサー(14)は各セラミック板(15)の中央線(Y)位置での温度と熱放射モジュールへの供給ガスの温度との間の最大温度差をモニターしているので、その温度差が予め定めた最大許容限界よりも大きくなった場合(これが熱流速の逆転現象であるが)に、LPCによって当該装置は停止される。即ち、熱流速の逆転現象とはガスが存在するプレナム側へ熱が逆流することであり、爆発が発生する可能性がある状態のことを言う。熱流速センサーは、更にセラミック板に生じる損耗の状態を検出するために使用され、かかるセラミック板を交換する必要があるか否かを判断する。

酸化ジルコニウムを使用した酸素測定手段(23)(図10、11参照)は、温度制御された空間(26)(温度制御システムについては図示せず)を備えた装置内に配置され、係る装置は互いに溶接結合された5つの管状部材(27, 28, 30, 31, および33)によって形成される。組み立てられた酸素測定手段(23)のセットは、上部側方部材(LS)の内側の縁に配置されているホルダー(34)によって固定される。延長部分は、管状部材(28)に固定されベンチュリーとしての機能を有するシステム(30)を形成する。 より大きい径を有する管状部材(30)は、シーリングされ加圧された空気をベッドの内部から外側へ導く。コレクタ管(33)が管状部材(28)の内部空間に収集した燃焼後の残留スモークを送り込んできたとしても、管状部材(30)と管状部分(31)の幅の広い部分の間をシーリングされた空気が通過するとき、管状部分(31)と管状部材(28)の内部が真空になる効果が生じ、真空空間を作り出すことになるので、空気の通過が加速される。燃焼後の残留スモークの収集チップ(35)は管状部材(33)の上方の部分に接続され、燃焼後の残留スモークを収集するための穴と外縁(37)が当該収集チップの下方の部分(36)に設けられている。点火システムもトリガーを放電するための接地としてチップ(35)を使用している。

酸素計測手段は(23)は、放射エレメントの燃焼状態を連続的に解析するために、燃焼領域(D1)の近傍に設置され、可燃性ガスが燃焼した後の残留酸素の量をコントロールし、燃焼状態が最適化される。

このセンサーは、モニタリングシステムのLPCに接続される。装置を運転するためのパラメータは、当該装置の望ましい使い方と使用される可燃性ガスの種類の観点から適切に設定される。

UV火炎検出装置(24)(図1および、更に詳細には図12と13に示す)はIR放射装置に2個設置される。即ち、放射エレメント毎に二つのUV検出装置(24)が取り付けられる。(図1参照) 各UV検出装置は、商業利用可能であって、冷却部材(40)の内側に設置された内包システム(39)の中に配置されるUVセンサバルブ(38)を有する。そして、このUV検出装置は、セラミック製の保護チューブ(47)によってIR放射のコリメーション・キャビティ(CR)へと伸びている。このセラミック製の保護チューブ(47)はUVセンサバルブの視野を限定するとともに保護し、またプロセス中に発生する蒸気の曇りによって視界が遮られるのを防止したり、外部のUV発生源からのUVを遮断したりする。UV検出装置(24)は、ミラー部材(EI)の外面に取り付けられ、更に詳細には、加圧されシーリングされた空気を放射エレメント(4)から冷却部材(40)に導くためのチューブによって固定された支持部材(44)を介して固定される。

UV検出装置(24)の各セットは、センサー(38,39)を設置するためのハウジング内部の空間(42)を冷却する冷却溝を構成するために、その外表面にリブ(41)を配した冷却部材(40)を備えている。冷却部材(40)の下方の穴(43)は、金属製のボックス状の支持部材(44)に接続され、そこを通して空気が流れ、またセンサを励起させ、モニタリングする(火炎リレーと呼ばれる)ためのワイヤがその中を通る。

セラミック製の保護チューブ(47)はフランジ(45)を介して冷却部材(40)に固定され、保護チューブ(47)の視野限定手段(46)としての内側チップを有する。

当該技術の分野に精通した者であれば、本発明の範囲は新規であることが理解されるであろう。そして、放射モジュール、個別の電子制御あるいはLPCを介して各種センサーと計測手段によって実現されるモニタリング、モジュール化された熱放射器とその改良された形状、熱放射体表面と熱を受ける基材の間における熱伝達の高い効率、どのような工業上のプロセスにも容易に適合させることができ、基材から揮発成分を除去するための種々の改良された技術により有利な効果が得られるよう設計された装置、特に、乾燥工程において紙やセルロースから水分を除去し、装置の耐用期間を長くしメインテナンスのための中断時間を低減させるという本発明のコンセプトについても十分理解されるであろう。

十分な理解を得るために本発明について詳細に説明してきたが、ここで述べたことは、前述した応用例や特定の詳細に説明した事項に限定されるものではない。

本発明の範囲に含まれるその他の実施例は、本発明に属するものである。

本発明は以下の図面に基づき詳細に説明されているが、これらの図面に限定されるものではない。
図1は、モジュール化された熱(IR)放射エレメントの斜視図であって、いくつかの放射モジュールは使用状態のものであり、一つのモジュールは分解図として表してある。 図2は、本発明の熱(IR)放射エレメントの横断面図である。 図3は、放射モジュールの全てのコンポーネントを示した分解斜視図である。 図4は、セラミック板中の閉鎖手段を拡大して詳細に示した断面図である。 図5は、放射モジュールの側面図および断面図をそれぞれ示したものである。 図6は、放射モジュールの側面図および断面図をそれぞれ示したものである。 図7は、ベッド部、第1プレナム分配ダクト、および第2プレナム分配ダクトの斜視図を示したものである。 図8は、ベッドの全体を分解斜視図によって更に詳細に示したものであり、酸素計測手段と火炎UV検出装置の配置についても示す。 図9は、ベッドの横断面図を示したものであり、爆発を緩和するための安全装置を備えた取り付けシステムを示したものである。 図10は、酸素計測手段を更に詳細に示した斜視図である。 図11は、モジュール化されたIR放射エレメント上に取り付けられた酸素計測手段を示したものである。 図12は、UVセンサのバルブを支持するハウジングの分解斜視図である。 図13は、本発明に係るUV火炎検出装置の断面図を示したものである。

Claims (25)

1. 特に、紙およびセルロース製品の工業的乾燥工程に使用するために、熱を受ける基材に対して高熱流速の熱伝達を行わせるモジュール化されたIR放射装置(1)であって、当該IR放射装置(1)が、
   金属製のフレーム又はベッド(2)から成り、当該金属製のフレーム又はベッド(2)は多くの放射モジュール(7)を収納できるよう設計され、可燃性ガスと空気の混合気(G)を放射モジュール(7)へ供給するための給気出口(3a)を有する第1プレナム(3p)および第2プレナム(3s)分配ダクトを備え、
   更に、当該IR放射装置(1)が、
   爆発に耐え、そして側方閉鎖ミラー(19)に固定され、折り曲げ縁(18)を有する金属製の板でできた下部側方部材(LI)と上部側方部材(LS)によってベッド(2)を区画した取り付け手段であって、更に側方の折り曲げ縁(6a)と閉鎖用縁(22とP1)を有する底蓋(6)を備え、下部側方部材(LI)の折り曲げ縁(18)と閉鎖用縁(22)が係合し、ブラインド・ミラー(EC)とそこに取り付ける必要がある装置に適合する穴を備えたインスツルメント・ミラー(EI)を備えた取り付け手段と、
   IR放射装置(1)を軸棒状の固定部材(4)と固定金具(M)を介して工程途中に設置するための組み立て手段と、
   ベッド(2)のコリメーション・キャビティへ(CR)に横方向に取り付けられた耐火性のある可撓性セラミック板(15)を含むモジュール(7)にハウジング、給気機器、および燃焼ガス(G)の分配器を取り付けるための組み立て手段と、
   ベッド(2)のインスツルメント・ミラー(EI)における、加圧されシーリングされた空気の給気のため、装置内部のキャビティの加圧のため、UV検出装置の冷却のため、および酸素計測手段においてベンチュリ効果を生じさせるための機械的な手段と、
   耐火性のある可撓性セラミック板(15)を含むモジュール(7)の側面をシーリングし、弾性体(17)の層を介してセラミック製の板厚の薄いハウジング(16)を固定するための組み立て手段とから成り、
   耐火性のある可撓性セラミック(15)が突起しており、繊維の塊からなるポーラスな特性を有し、
   熱流速センサー(14)を使用した、当該モジュール(7)の熱流速の方向のモニタリング装置と、
   酸化ジルコニウムを使った酸素計測装置を使用し、当該モジュール(7)の燃焼表面(D1)から発生するスモークを収集しモニタリングする装置と、
   当該キャビティ(CR)と燃焼表面(D1)に配置され、チューブに取り付けられたUV火炎検出装置とを備えたことを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
2. 請求項1に記載された装置であって、金属製の上部側方部材(LS)が熱膨張を緩和する溝(AD)を備えていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
3. 請求項1または2に記載された装置であって、
   前記放射モジュール(7)が、供給孔(9)を有するベース受け部材(8)を備え、
   当該モジュール(7)が,ネジとピン(P)によってプレナム(3p, 3s)に固定され、当該ベース受け部材(8)の自由端面には穴(12a)を有するスクリーン(12)が配置され、そして当該スクリーン(12)の下側表面には電気回路(13)に接続された少なくとも2セットの熱流速センサー(14)が固定され、当該センサー(14)はLPCに接続された電子装置(14a)に接続され、
   前記スクリーン(12)の上側面には、多孔質であって可撓性の耐火性セラミック板(15)が配置され、固定手段(17)と側面シーリング手段(S)によってセラミック板(15)の下側中央部分に当該センサー(14)が維持されることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
4. 請求項1に記載された装置であって、
   前記ベッド(2)が内部に長方形状の支持部材である第1プレナム(3p)、給気チューブ(10)と空気/ガス混合気(G)の放射モジュール(7)への供給出口(3a)を有し、分配ダクトとなる第2プレナム(3s)を備え、当該ダクトの供給出口(3a)が前記放射モジュール(7)の各々に設けられた供給孔(9)に整合し、第2プレナム(3s)から調圧弁または遮断弁(VL)を介して第1プレナム(3p)へ給気することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
5. 請求項4に記載された装置であって、
   前記各放射モジュール(7)の供給孔(9)が、ベース受け部材(8)の表面に配置されていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
6. 請求項1から5までのいずれかに記載された装置であって、
   前記各放射モジュール(7)を180°回転させることにより、前記放射モジュール(7)が供給孔(9)を介して第1プレナム(3p)あるいは第2プレナム(3s)に接続することができるようになっていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
7. 請求項1から6までのいずれかに記載された装置であって、
   前記放射モジュール(7)が種々の長さおよび幅を持つように組み立てることができることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
8. 請求項3に記載された装置であって、
   前記スクリーン(12)の穴(12a)が円形またはその他の形状を有することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
9. 請求項3に記載された装置であって、
   前記熱流速センサー(14)が前記セラミック板(15)の有効な深さの位置で接触し、線(Y)の位置に固定されるように、前記熱流速センサー(14)が前記スクリーン(12)を貫通して配置されていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
10. 請求項1から9までのいずれかに記載された装置であって、
    耐火性のある可撓性セラミック板の各々の前記側面シーリング手段(S)が、セラミック板(15)と板厚の薄いハウジング(16)の間を全面にわたり配置された弾性体(17)の層を介して、板厚の薄いセラミック製のハウジング(16)がセラミック板の側面に配置されていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
11. 請求項10に記載された装置であって、
    前記側面シーリング手段(S)がセラミック板(15)と板厚の薄いハウジング(16)を接着する固定手段として機能すると共に、スクリーン(12)上の孔(12a)を通ってセラミック板(15)中の可燃性ガス/空気の混合気(G)が側方へ分散(D)してしまうのを防止するよう機能することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
12. 請求項10または11に記載された装置であって、
    セラミック板(15)の各々の側面シーリング手段(S)が、側面の領域(D)で燃焼が生じるのを防止し、燃焼領域をセラミック板(15)の表面(D1)に限定させることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
13. 請求項11に記載された装置であって、
    可撓性の耐火性セラミック板(15)と板厚の薄いセラミック製ハウジング(16)が弾性体の層(17)によってスクリーンに固定されたブロックであって、当該ブロックが振動に耐えるフレキシブルなジョイントを有することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
14. 請求項1から13までのいずれかに記載された装置であって、
    前記弾性体(17)が、耐高温性を有することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
15. 請求項1から14までのいずれかに記載された装置であって、
    前記耐火性セラミック板が、可撓性を有し、ポーラスであることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
16. 請求項15に記載された装置であって、
    耐火性セラミック板(15)の繊維(F)はガス(G)の通路に作用する力により移動(V)が可能であり、この移動により繊維状構造の空孔(R)を通過して流れるガスが適切に分配されることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
17. 請求項15または16に記載された装置であって、
    前記ポーラスであって、耐火性のある可撓性セラミック板(15)がガス(G)の流量を調整することにより、空孔の中へ放出する可燃性ガスと空気の混合気の流量を燃焼速度に適合した状態に維持し、放射温度を適切に維持し、可撓性セラミック板(15)の表面(D1)の層における火炎を安定な状態に維持することが可能になり、IR放射装置(1)の放射エネルギを調整することができることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
18. 請求項1から17までのいずれかに記載された装置であって、
    熱流速センサー(14)が、可撓性セラミック板(15)における熱流速の逆転現象をモニタリングすることができ、各可撓性セラミック板(15)の中央線(Y)における最大温度差を維持することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
19. 請求項18に記載された装置であって、
    熱流速センサー(14)の計測データは、各可撓性セラミック板(15)内の温度差をモニタリングし、ガス遮断アラームを発するためのLPCによって検証されることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
20. 請求項1から19までのいずれかに記載された装置であって、
    酸素計測手段(23)は酸化ジルコニウムを使用したセンサー(25)を備え、当該酸素計測手段(23)はガスの燃焼領域である表面(D1)の近傍に設置され、可燃性ガスの燃焼後の残留酸素の量をモニタリングし、分析することができ、更に当該酸素計測手段(23)はモニタリングシステムでもあるLPCに接続されていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
21. 請求項20に記載された装置であって、
    前記酸素計測手段(23)は、互いに溶接(29)された5つの管状部材(27, 28, 30, 31, 33)によって形成された、温度制御された空間(26)を有する装置を備え、当該酸素計測手段(23)は下部側方部材(LI)の内側縁にホルダー(34)を介して固定され、当該管状部材(28)には管状部材(30)と共にベンチュリー・システムを形成することができる延長された管状部材(31)が取り付けられ、当該管状部材(30)はベッド(2)から外部へ加圧されシーリングされた空気を導くために大きな径を有し、収集チップ(35)は管状部材(33)の上側端部に接続され、その下方において穴(36)と外縁(37)を備えていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
22. 請求項20または21に記載された装置であって、
    前記収集チップ(35)が、点火システムのトリガー放電のための接地として使用されることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
23. 請求項1から22までのいずれかに記載された装置であって、
    UV火炎検出装置(24)は、冷却部材(40)の内側に設置された内包システム(39)の中に配置され保護されたUVセンサバルブ(38)を備え、
    当該UV火炎検出装置は、セラミック製の保護チューブ(47)によってIR放射のコリメーション・キャビティへ(CR)へと伸び、インスツルメント・ミラー(EI)の外面に取り付けられ、更に詳細には、放射エレメント支持チューブ(4)から冷却部材(40)に加圧されシーリングされた空気をその内部を通して導入するチューブによって固定された支持部材(44)を介して固定され、
    当該冷却部材(40)は、その外表面にハウジング内部の空間(42)を冷却するための冷却溝を構成するリブ(41)を備えており、更に金属製のボックス状の支持部材(44)に接続され、冷却部材(40)の下方には穴(43)が設けられ、その穴を通して空気が流れ、そして電子モニタリング部品(火炎リレー)に接続されるワイヤが配置され、
    前記セラミック製の保護チューブ(47)はフランジ(45)を介して冷却部材(40)に固定され、保護チューブ(47)の視野限定手段(46)としての内側チップを備えることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
24. 請求項23に記載された装置であって、
    前記UV火炎検出装置(24)を2台一緒に取り付けすることが可能であって、1台のIR放射装置(1)に2つのUV火炎検出装置(24)が配置されていることを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
25. 請求項23または24に記載された装置であって、
    前記セラミック製の保護チューブ(47)がプロセス途中に発生するスモーク状蒸気によって生じる障害物に対して、UVセンサバルブ(38)の視野を制限し、保護することを特徴とするモジュール化されたIR放射装置。
    

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