JP3866919B2 - 再生式熱源完全統合型ウェブ乾燥機 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
様々な製造作業から出る望ましくない不純物及び副産物を抑制及び／又は排除することは、このような不純物及び副産物により汚染が生じる可能性に鑑み、極めて重要視されるようになってきている。これらの汚染物質を排除或いは少なくとも低減するための従来から方法の１つに熱酸化がある。熱酸化は、十分な酸素を含む汚染された空気が十分長い時間、必要とされる高い温度にまで熱せられると生じ、望ましくない化合物を二酸化炭素や水蒸気などの無害な気体に変える。
【０００２】
通常は向かい合った一連のエアノズルから放出される熱風によって、紙、薄膜又は他のシート状物質などである移動する材料のウェブを非接触式に支持、乾燥させることができる浮上乾燥機を始めとするウェブ乾燥機の制御には熱風用の熱源が必要とされる。さらに、ウェブ上のインクなどのコーティングを乾燥させる場合は特にそうであるが、乾燥処理の結果として、移動中の材料のウェブから望ましくない揮発性有機化合物（ＶＯＣ）が放出されることもある。このようなＶＯＣは自然環境に排出する前に無害な気体に変えるよう法律により規制されている。
【０００３】
先行技術による浮上乾燥機は、様々な焼却炉又は再燃焼装置と別設様式で組み合わせられており、熱した酸化気体が熱酸化装置の排出口から回収され乾燥装置に戻されるようになっている。これらのシステムは、酸化装置と乾燥機の構成要素が別々になっており、乾燥用エンクロージャ内に別の過熱器具が必要となることから、完全統合型とは見なされていない。先行技術による他のシステムには、加熱型酸化装置を乾燥機エンクロージャ内に一体的に組み込んだものもあるが、やはり材料のウェブからの揮発性排ガスを燃料として利用している。しかしながら、このいわゆる直接加熱燃焼システムでは、何れの型式の熱回収装置又は媒体をも使用していないので、揮発性排ガスの濃度が低い場合は特にそうであるが、比較的多量の補助燃料を必要とした。また別の先行技術による装置では、浮上乾燥機をいわゆる複熱式酸化装置と実際に一体様式に組み合わせた。これらのシステムの不都合な点は、１つには、採用された熱交換機の型式のせいで熱回収効果に限界があり、補助燃料消費を極めて低く押さえる能力が阻害され、しばしば自熱運転が不可能になるということである。この効果に限界があるのは、効果の高い熱交換器は、入ってくる空気を、熱交換器チューブの酸化が加速されてチューブの損傷、漏れ、効率の低下、そして揮発性物質の分解を引き起こすほどの高温にまで予熱することになるという事実に起因する。一般的には、複熱式装置は、使用中に金属が高温に曝されるせいで、熱交換器及びバーナーなどのシステム構成要素の信頼性が低い。
【０００４】
更に別の完全統合型システムでは排ガスを転化させるために触媒燃焼器を使用しており、乾燥処理に必要とされる熱のすべてを提供できる能力を有している。このタイプのシステムは、触媒が存在するおかげで低温で酸化が起きるので、有効性の高い熱交換機を使用することができる。こうすれば、高効率の熱交換機であっても、入っていくる空気を有害温度にまで予熱することはない。しかしながら、触媒酸化装置は、排ガスのある特定成分によっては触媒の毒作用を受けやすいので、これらの排ガスを無害成分に変えるには役に立たない。さらに触媒式システムでは、通常１次熱回収目的で金属型熱交換器を採用するが、これは使用中に高温になることから耐用寿命に限界がある。
【０００５】
例えば、米国特許第５，２０７，００８号には、再燃焼装置を内蔵した空気浮上乾燥機が開示されている。乾燥作業から発生する溶剤が含まれた空気はバーナーを通過し、そこで揮発性有機化合物が酸化されるようになっている。少なくとも発生した高温の燃焼空気の１部は、浮動中のウェブを乾燥させるために再度空気ノズルに循環される。
【０００６】
米国特許第５，２１０，９６１号には、バーナーと複熱式熱交換器を含むウェブ乾燥機が開示されている。
ＥＰ−Ａ−０３２６２２８号には、乾燥機用のコンパクトな加熱器具が開示されている。この加熱器具は、バーナーと燃焼室を含み、その燃焼室はＵ字型経路を形成している。燃焼室は各熱交換器に連通している。
【０００７】
酸化に必要な熱を作り出すのに必要な燃料の費用が高いということを考慮すると、可能な限り多くの熱を回収するのが有利である。これを実現するため、米国特許第３，８７０，４７４号では、３個の再生用熱交換器から成り、この内の２個は何れの所与時にも作動しているが、３個目は清浄な空気のパージを少し受けて未処理又は汚染状態の空気をそこから強制的に追い出し、それを燃焼室に放出して、そこで汚染物質が酸化される仕組みになった熱再生酸化装置を開示している。第１のサイクルが終わると、燃焼室への導入に先立ち再生用熱交換器を通り抜ける間に汚染した空気を予熱するために、汚染した空気の流れは、先に清浄な空気が放出された再生用熱交換器の中を逆流する。このようにして、熱回収が実現される。
【０００８】
米国特許第３，８９５，９１８号には、複数の熱交換床が非並列に間をあけて中央の高温燃焼室の周辺に向かって配置された熱ロータリー再生システムが開示されている。各熱交換床には熱交換用セラミック要素が充填されている。工業的処理からの排気ガスは吸込ダクトに送られ、そこでガスは所与の区間への入口弁が開いているか閉まっているかによって選択された熱交換区間に分配される。
【０００９】
空気浮上乾燥機に、再生式熱交換器で実現された効能を利用することが望まれる。
（発明の概要）
先行技術での問題は、ウェブ乾燥機と再生式熱交換器を一体化した装置を提供すると同時にこの装置を使って材料のウェブを乾燥させる方法を提供する本発明により解決された。本発明の装置及び方法では、再生式燃焼装置を乾燥装置に必須構成要素として組み入れることによる完全統合様式で、空気を加熱し、ＶＯＣを無害な気体に変えることができるようになっている。ある実施例では、本乾燥機は酸化装置からの熱風によって移動中のウェブを非接触式に支持する空気バーを装備した空気浮上乾燥機となっている。
【００１０】
(好適な実施例の詳細な説明)
乾燥機と再生式熱酸化装置を完全に一体化した装置の実現には、乾燥処理に要する全エネルギーを、追加燃料を最小限或いはゼロに押さえながら、放出されるＶＣＯの燃焼と転化から引き出すという要件が根本となっている。本発明によれば、自熱処理モード又は自己維持処理モードを実現することが可能である。ＶＯＣの多くは化学反応で発熱するので、統合型システムにおいて天然ガスなどの補助燃料に代わる燃料と考えることができよう。この合成装置は、制御可能及び維持可能なやり方で、自熱状況を実現するか若しくは少なくとも補助燃料補給を最小限に押さえるに十分な優れた熱回収効率を提供すると共に、構成要素の信頼性も高く、望ましくない揮発性排ガスを無害な成分にほぼ完全に変えることができる。
【００１１】
これより図１について説明するが、ここでは再生熱酸化装置２０を一体的に組み入れた単領域浮上乾燥機１０を概略的に示している。浮上乾燥機１０は、ウェブ入口１１と、ウェブ入口１１から離れた位置にあるウェブ出口１２を含んでおり、これを通して走行ウェブが運転される。乾燥機１０では、走行ウェブは複数の空気バー１４により浮動支持される。空気バー１４は図示のように互いに向き合いながら互い違いに配置されていることが望ましいが、他の配列が可能であることは当業者には自明であろう。優れた浮上性と高い熱伝達特性を実現するためには、メグテックシステムス社から市販されている「ハイフロート」空気バーが好ましく、この空気バーはウェブ１３を乾燥機１０中で正弦波経路状に浮動させる。赤外線加熱要素を乾燥領域に組み込むことにより乾燥能力を強化することができる。セットになった上下の空気バーは各ヘッダー１６，１６’と連通しており、各ヘッダーはそれぞれに供給ファン１７を介して熱風の源を受け、それを各空気バー１４に向ける。必要なシステムに補給空気を供給するためにファン１７と連通して補給空気ダンパ２５が設けられている。浮上乾燥機を図示してはいるが、ウェブを非接触式に支持する必要がない乾燥機も本発明の範囲に包含されることは、当業者には理解されるであろう。
【００１２】
乾燥機１０に一体的に組み入れられた再生式酸化装置２０は双筒酸化装置であることが望ましいが、吸込プレナムにバーナーがある単筒（図７及び８）や、３本筒またはそれ以上、或いは回転式のものも使用できる。再生式熱酸化技術を用いる場合、減損したエネルギー領域の熱伝達媒体（普通はセラミックせっ器又はサドルの床）が元にもどるようにするために、各筒の熱伝達領域は周期的に再生されねばならない。これは、熱伝達領域に冷たい流体と熱い流体を周期的に交互に流すことにより実現される。厳密には、熱い流体が熱伝達マトリックス中を通過すると、熱は流体からマトリックスに伝達されるので、これにより流体が冷やされマトリックスが温められる。反対に冷たい流体が温められたマトリックス中を通過すると、熱はマトリックスから流体に移り、その結果マトリックスは冷やされ流体は温められる。必然的に、マトリックスは熱貯蔵庫として機能し、熱い流体から熱を受け入れ、その熱を貯め、今度はその熱を冷たい流体に放つということを交互に行なう。
【００１３】
マトリックス再生を行なうために熱伝達領域を交互に生じさせるのは、適当な切替弁を介して実現される。本発明の１つの実施例では、熱伝達領域ごとに切替弁が１つあり、この切替弁は、流量が減ると切替の周期が長くなるように、切替頻度又は周期が体積流量の関数である空気ポペット型弁であることが望ましい。切替弁はマトリックス再生のための手段を提供するが、それ自体の再生の行為の結果、未処理流体が短い期間ではあるが雰囲気に向けて放出されるので、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）分解効率の低下を招き、高沸点ＶＯＣを含んでいる場合には、この切換え空気をため込む何らかの方策が採用されない限り、不透明なものが放出される可能性もある。従って、本装置の性能を上げるために、ため込み室を使用することが望ましい。
【００１４】
図１は、全体を符号１０で表した双筒再生式熱酸化装置を示している。処理される気体は乾燥機エンクロージャ１０から排気ファン３０及び適当なダクト構造物を介して酸化装置２０へと導かれるが、その間、適当な単一又は複数の切替弁２１を介して熱交換媒体で満たされた再生式熱交換筒１５、１５’の１つへと入り或いはそこから出て行く。燃焼送風機２３とガスラインバルブ機構とを備えた１つ又はそれ以上のガスだきバーナー２２のような加熱手段を組み込んだ燃焼領域１８は、各再生式熱交換筒１５、１５’と連通し、更に乾燥機供給ファン１７とも連通している。燃焼領域加熱手段の運転は、燃焼領域１８と熱交換筒１５、１５’を運転温度まで上げるために始動時のみ必要となるのが理想的である。一旦、運転温度に到達すると、加熱手段は切られ（又は「パイロットモード」に置かれ）自熱状態の維持されることが望ましい。適当な燃焼領域１８の運転温度はおおよそ１４００−１８００°Ｆの範囲にある。業界では一般的に「燃焼領域」という用語は要素１８を指すのに使用されるが、燃焼のほとんど或いは全てが熱交換床で起き、実際には燃焼領域１８では燃焼はほとんど又は全く起きないということが当業者には理解されよう。したがって、明細書及び請求の範囲を通してこの語を使用する場合には、燃焼が当該領域で起こるに違いないことを意味していると解釈されるべきでない。
【００１５】
熱交換筒１５、１５’は、空間を効率的に使用するために装置中に水平に置かれる（即ち、そこを通る気体が水平経路を進む）のが望ましい。処理ガスの望ましくない蓄積を最小にし、処理ガスが熱交換媒体中へ均一に分配されるようにするために、気体が媒体粒子を通過できるようにする空隙を含むランダムに充填された媒体と構造化媒体とを組み合わせたものを使用することが望ましい。ある好適な実施例では、ランダムに充填された媒体中の空隙は媒体粒子中に形成された間隙中に存在する空隙よりも大きい。空隙が小さすぎると、気体は粒子内の空隙を通らずに間隙中を流れる可能性が高い。これらの交換粒子は単一の物質から作り出され、突起又はベーンが粒子の中心から伸びていることを特徴とする。突起と突起の間の空間は、ガスの通り路用に理想的な空隙率を提供しており、これにより総熱交換床の圧力低下特性が改善される。このランダムに充填された媒体には表面に触媒を塗ってもよい。
【００１６】
本発明のランダムに充填された媒体には、適するならば、サドル、好適には１／２インチサドルなどを含め、別の形状を使ってもよいことは、当業者には自明であろ。
【００１７】
熱交換媒体の第２部分は、前述のランダムに充填された媒体と組み合わせて使用されるモノリシック構造体である。当該モノリシック構造体は、約５０セル／in²であって、層流を流せ、圧力降下の小さいことが望ましい。それには一連の小流路又は通路が形成されて、決められた経路で気体が構造体を通過するようになっている。適するモノリシック構造体には、ポルツェランファブリック・フラウエンタール社から市販されている、１要素当たりのセル数が４０（外径１５０ｍｍｘ１５０ｍｍ）のムライトセラミックハニカムが挙げられる。本発明の好適な実施例では、寸法が約５．９１インチｘ５．９１インチｘ１２．００インチのモノリシック構造体が好ましい。これらのブロックには、複数の平行な正方形状の流路（１平方インチ当たり４０−５０流路）が含まれており、各流路の断面は約３ｍｍｘ３ｍｍで厚さが大凡０．７ｍｍの壁に囲まれている。こうして、大凡６０−７０％の自由断面と大凡８５０−１０００ｍ²／ｍ³の特定表面域が規定されることになる。また、寸法が５．９１インチｘ５．９１インチｘ６インチのモノリシックブロックも好適である。触媒がモノリシック面に塗られる活用例もいくつかある。
【００１８】
比較的流体抵抗の大きいランダムに充填された媒体部は、扱われる処理ガスが熱交換筒に入る所に配置されることが望ましく、これにより筒断面全体に亘りガスの分配が効果的に行われるようになる。比較的流体抵抗の小さいモノリシックな媒体部は、ガス分配が既に起きている、ランダムに充填された媒体の出口に配置されることが望ましい。酸化が起こっている再生床の内部では、床の出口区間の方が入口区間よりも流体温度が高くなっている。温度が高いということは、流体の粘度も流体の絶対速度も上がっており、これが高い圧力降下を発生させることになる。したがって、筒のこの部分に、本来的性質として低い圧力降下特性を備えている構造化媒体を使用することが好都合である。
【００１９】
熱交換媒体を多層床にする場合には、２つより多い別個の媒体層から構成できることが当業者には自明であろう。例えば、筒の入口にランダムに充填される媒体は、大きさがばらばらなサドルを、第１層を１／２インチサドル、第２層を１インチサドルとするなどして組み合わせることができる。モノリシック層は筒の出口に向かってこれに続いている。同様に又は追加的に、モノリシック層は、例えば第１モノリス層の流路断面が３ｍｍｘ３ｍｍで、次の第２モノリス層の流路断面が５ｍｍｘ５ｍｍというようにしてもよい。熱交換筒を１本しか使用しない場合、多層媒体床は、第１層がランダムに充填された層、第２層がモノリシック媒体層、第３層がランダムに充填された媒体層という具合にしてもよい。多層床の個別の設計は、所望される圧力降下、熱効率、及び許容コストに左右されるということは、当業者には自明であろう。
【００２０】
最も望ましいのは、図２に示すように１００％モノリス構造体である。図示するように水平配置では、ブロックは積まれて所定のフロー断面積と所定の流長を作り出す。グラフィックアート印刷ラインのような現行の処理ラインに対応できる、ため込み室を含む再生式酸化装置を一体的に組み込んだ乾燥機を作り上げるためには、コンパクトな熱交換床が必要であり、それが正にモノリス床により得られるのである。別のモノリシック設計では、モノリシック面に触媒を塗っている。１００％モノリス構造体の場合、モノリスに流れ込む気流の均一性が熱交換性能を決定づける。図１では、熱交換床全体に気流が均一に分配されるように穴あき板のような流れ展開又は分配装置９５が各筒の出入り口に設けられている。このような流れ分配器は、ランダムに充填された媒体を使用する場合には、ランダムに充填された媒体が気流の分配を助けるので、随意設置となる。
【００２１】
分解効率を最適化するため、ガスを雰囲気に向けてか、又は装置エンクロージャ内部のパージング（即ちため込み室９０）に向けて方向決めするために、適切なバルブ機構４０が設けられている。
【００２２】
再生熱交換器の周期作動中、弁切替の影響を弱めるために、適当な圧力及び／又は温度減衰器９２を図示のように設けてもよい。この弁切替動作によって圧力パルス及び／又は温度スパイクが生まれ、これらが乾燥機の作動に悪影響を与えることもある。圧力パルスは、熱風供給ラインを通って乾燥機に入り、乾燥機エンクロージャの（雰囲気に対して）わずかに負圧の外乱を生じさせる。これは、溶媒が含まれた状態の空気を乾燥機ウェブ出入り口から飛び出させることにもなる。切替過程中に起こり得る温度変動により、乾燥機の気温を所定温度に制御することがより難しくなることになる。減衰器９２は、乾燥機エンクロージャへの送気ラインに流体抵抗を導入することにより圧力パルスを下げることができる。温度変動は、表面積が大きく熱容量が高い装置を乾燥機エンクロージャへの流れラインに導入することにより低減される。
【００２３】
酸化装置はプロセスという観点から見て乾燥機と一体になっており、即ち、本装置はコンパクトな装置で、乾燥機は熱及びＶＯＣ清浄化を酸化装置に任せていることになる。これは酸化装置と乾燥機を単一のエンクロージャに配置することにより、又は酸化装置を乾燥機に連結することにより、或いは酸化装置を乾燥機に接近した位置に置くことにより実現されている。酸化装置もまた乾燥機から断熱することができる。乾燥機と酸化装置の単一又は複数の熱交換器床との間には共通壁があるのが望ましい。
【００２４】
本発明のある実施例では、冷却風は酸化装置に送り込まれ、そこを通り抜け、補給空気として乾燥機内部に加えられる。この処置により酸化装置が冷却され、補給空気が予熱されるので、システムはより効率的になる。
【００２５】
図３は図１の一体型再生熱酸化装置を備えた浮上乾燥機を示しているが、乾燥機が二領域乾燥機で熱風が戻るようになっている点が異なる。各領域には、空気バー１４に、ヘッダー１６、１６’に連通している適当なダクト構造物を介して加熱された乾燥用の衝撃風を供給するための、ファンのような再循環手段１７、１７’が備えられている。第１領域への熱風の供給のほとんどは、熱供給空気弁４１により調整されて、再生式熱酸化装置から来る。第２領域は熱風の供給を再循環から受ける。
【００２６】
図４は図１の一体型再生熱酸化装置を備えた浮上乾燥機を示しているが、乾燥機が多領域乾燥機（３個の領域を図示）で熱風が戻るようになっている点が異なる。各領域には、空気バー１４に、ヘッダー１６、１６’に連通している適当なダクト構造物を介して加熱された乾燥用の衝撃風を供給するための、ファンのような再循環手段１７、１７’が備えられている。最後の領域以外の領域は、熱風の供給のほとんどを、熱供給空気弁４１により調整された再生式熱酸化装置から受ける。最後の領域は自身への熱風の供給を再循環から受ける。
【００２７】
図５は図１の一体型再生熱酸化装置を備えた浮上乾燥機を示しているが、乾燥機が多領域乾燥機（３個の領域を図示）で熱風が戻るようになっており、最後の領域が調整領域である点が異なる。各領域には、空気バー１４にヘッダー１６、１６’に連通している適当なダクト構造物を介して加熱された乾燥用の衝撃風を供給するための、ファンのような再循環手段１７、１７’が備えられている。一体化された調整領域については米国特許第５，５７９，５９０号に開示されているが、本願では参考としてこれを援用する。調整領域には、実質的に汚染物質が含まれておらずウェブから熱を吸収できるほど十分に低い温度の調整空気が入っており、溶剤蒸発率を効果的に下げ濃縮を緩和する。圧力制御手段４５は、溶剤蒸気が乾燥機エンクロージャから漏れないように、そして周囲の補給空気が制御手段４６を介して自在に調整できるように、設けられている。
【００２８】
図６は図５と同様の実施例を示しているが、乾燥機ため込み室（及び対応する弁）への酸化装置パージが取り除かれている点が異なる。装置全体の効率を上げるために、雰囲気中に排出されるＶＯＣの分解を更に進めるための随意の触媒煙突クリーナー５０が示されている。
【００２９】
これより図７の説明に入るが、ここでは二領域空気浮上乾燥機に一体的に組み入れられた単床酸化装置を示している。排気ファン３０は、溶剤を含んだ状態の空気を乾燥機エンクロージャ内から引き出し、処理のためにその空気を再生式酸化装置に送り込む。単一又は複数の切替弁２１は、その空気を熱交換器媒体床１５の入口側に送り込む。媒体床１５の入口側は、所定の切替時間に従い、床の一方側と反対側の間で交互に切り換わる。熱交換媒体床１５は、燃焼室を閉塞させない、孤立した物質の堆積物である。燃焼領域は、内部温度が十分に高くなってＶＯＣを二酸化炭素と水蒸気の最終生成物に変える床内に存在する。そこでは燃焼領域の配置と大きさは、溶剤／燃料割合、質量空気流量、及び切替時間の個別の組み合わせに従い、媒体床１５内で変動することになる。熱交換媒体は、どのようなタイプのランダムに充填された物質で構成されていてもよいし、構造化された物質とランダムに充填された物質を組み合わせて構成してもよい。好適な実施例では、構造化された媒体が床の、いわゆるコールドフェイスに配置され、ランダムに充填された物質が床の中心区画に配置されている媒体型式の組み合わせとなっている。このように、単床熱交換堆積物は、平面様式で気流の方向に直角に、最初にある深度の構造体の媒体があり、これにランダムに充填された媒体の区間が続き、その後直ぐに最初のと同じ深度の構造化された媒体の第２区間が続くというように構成されるのが望ましい。床の配向は、流れが垂直でも水平でもよいが、流れは各媒体区間の面に対して垂直でなければならない。
【００３０】
燃料ガス配管などの適当な熱源、好ましくは電気加熱要素は、交換床の初期加熱のために、中央、即ちランダムに充填された媒体区間に配置される。電気加熱要素は溶剤及び／又は燃料が床内にあるときには切られるものとする。所要の燃焼温度を維持するのに不十分な量の処理溶剤しかない場合には、床温度を保持する目的で、天然ガスなどの可燃性燃料が処理される気体に、その気体が熱交換床に入る前に導入されるのが望ましい。
【００３１】
燃焼用ガスの１部は、材料のウェブ１３に向けられる補給空気と混ぜそれを加熱するために熱交換床の中心から引き出される。熱い気体は、ランダムに充填された物質の中心区間から、中心のランダムに充填された媒体の区間に沿って縦方向に伸びる熱風捕集プレナム７５を介して引き出される。プレナムの目的は、不均一な流動様式により床内に温度変動が起きることを防止するために、交換媒体床全体から均一な量のガスを引き出すことにある。
【００３２】
材料のウェブ１３に吹き付けられる補給空気の最終的な温度は、供給ファン１７の前で再循環空気と混ぜ合わせられる高温気体の量により決まる。高温気体の量は、熱交換床に取り付けられた熱風捕集プレナム７５と連通している熱風供給弁４’により調整される。
【００３３】
説明した再生式熱源は、個別の供給ファンにより境界を定められる１つ又は２つ以上（２つを図示）の別個の制御領域から成る乾燥機に十分な熱を供給することができる。酸化装置区間からの熱は、必要とされ且つ処理制御下にある１つまたは２つ以上の個々の領域に向けられる。乾燥機の設計では、加熱領域制御と連動する１つ又はそれ以上の冷却領域を組み込んで加熱領域制御と一体化してもよい。乾燥機内の雰囲気は補給空気ダンパ２５を介してアクティブに制御される。
【００３４】
図８は、熱交換物質の堆積物のみから成り、燃焼室に大きな閉塞をもたらすことのない熱交換床の好適な実施例を示している。図示の燃焼領域は、床内の床の中心の周り及び近辺に流れの方向に存在する。燃焼領域の大きさ及び配置は、揮発性気体の燃焼と転化が起きる得るような、床内の温度勾配の顕著且つ十分な立ち上がりによって決まる。吸込／吐出空気分配プレナム７６は、熱交換床１５のコールドフェイスに均一な速度分布を提供する。孔あき分配板７７は、熱交換床に入る前に速度分布を更に均一化するために、コールドフェイス直前に気流の方向に設けられる。熱交換床は、圧力損失に優れた効果を有する構造化された媒体１５Ａと、加熱コイルの埋め込みが簡単で、乾燥区間の補給空気を熱するために熱風を取り出せるようになっているランダムに充填された媒体１５Ｂとから構成されるのが望ましい。加熱手段６０は、電気抵抗加熱要素であることが望ましいが、この加熱手段６０は電力制御６１により制御され、始動時に床を加熱する。燃料ガス注入弁機構９は、燃焼領域内で最小可燃大気を維持するために流出液に注入される燃料の量を調整して、溶剤と燃料が二酸化炭素と水蒸気に変わるのを支援する。
【００３５】
図示した実施例では何れにおいても、ＶＯＣ分解効率を改善しマトリックス再生に起因する不透明な問題を排除するために、未処理流体を酸化装置排気筒から逸らせて「保持容器」若しくはＶＯＣため込み室９０へと向かわせることができる。ため込み室９０の機能は、マトリックス再生処理中に起きる未処理流体のスラグを入れておき、スラグの大部分がゆっくり（即ち、非常に低い流量で）リサイクルされて処理のために酸化装置の入口に戻るか、又は燃焼空気として燃焼送風機２３に供給されるか、或いは排気筒を通して大気中にゆっくりと流れ出るほどに長い間保持しておくことである。処理プロセスは後続のマトリックス再生全てについて繰り返さねばならないので、ため込み室９０内の未処置流体は、マトリックス再生の周期と周期の間に割り当てられた時間枠内に全部が排出されねばならない。
【００３６】
体積容量に加えて、ため込み室９０内部の設計では、未処理流体を貯めて、熱交換機マトリックス再生周期と周期の間に割り当てられた時間枠内に処理のために未処理流体を酸化装置入口に戻す能力が重要である。この周期内に適切に戻されなかった未処理の容積分は、排気筒から大気中に逃げるので、ため込み装置の有効性が下がり、酸化装置全体の効率が落ちることになる。
【００３７】
作動条件によっては、乾燥機排気流中の揮発性溶剤は自熱運転に必要とされるよりも少ない場合がある。補助エネルギーを提供するための燃焼バーナーの使用を避けるために、補充燃料を排気流中などシステム内に導入し、必要なエネルギーを補充するようにしてもよい。好ましい燃料は、天然ガス又は従来型の気体又は液体燃料である。バーナー運転を排除することは、バーナー運転に必要な燃焼空気が酸化装置の効率を低下させＮＯ_xの生成を引き起こすこともあるので、有効である。燃料ガスの導入は、熱交換筒のようなある場所の温度を感知することにより行うことができる。例えば、温度センサーをそれぞれの熱交換床に、各床内の熱交換媒体の表面から約１８インチ下方に配置することもできる。一旦装置の通常運転が開始されると、各熱交換床のセンサーによって検知された温度の平均に基づき、処理ガスが熱交換筒に入る前に、Ｔ型継手から可燃燃料ガスが処理ガスに導入される。感知された温度の平均が予め設定された規定値よりも低ければ、酸化装置に入る汚染流出液に追加的な燃料ガスが加えられる。同様に、感知された温度の平均が、予め設定された規定値よりも高くなれば、燃料ガスの添加は止められる。
【００３８】
代わりに、燃焼領域の温度は、酸化装置に入っていく排気のエネルギー含有量を測定して制御することにより間接的に制御してもよい。コントロール・インスツルメンツ社から市販されている低爆発限界（ＬＥＬ）センサーなどの適当なセンサーを使って、１パイントの補助燃料注入後の適当な地点で排気中の溶剤プラス燃料の総含有量を測定することができる。この測定値は、適当な制御手段を用いて、総燃料含有量を一定の規定レベル、典型的にはＬＥＬの５乃至３５％の範囲に、望ましくはＬＥＬの１０乃至２０％の範囲に維持するため、燃料の注入速度を調整するために使用される。センサーが測定したＬＥＬが必要な規定値未満であった場合には、制御弁９を開けるなどして注入される補助燃料の量が増加される。測定したＬＥＬが規定値を上回っている場合には、フロー弁９を閉じるなどして補助燃料注入速度を下げる。乾燥処理から出る溶剤含有量が、燃料注入がなくても必要なのＬＥＬ規定値よりも高い場合には、排気ファン３０を介して流量を調節するなどしてＬＥＬを下げるために、乾燥処理からの排出速度を上げることができる。排気流をこのように調節することは、当業者にはよく知られており、ファン３０に可変速度駆動装置を設けるか、或いは流量制御ダンパにより実現することが望ましい。
【００３９】
処理される気体中の可燃成分の濃度が高すぎる場合には、装置の温度が高くなりすぎて壊れるかもしれない。このように高温焼却炉又は燃焼領域の温度が高くなりすぎるのを回避するために、熱電対を燃焼領域及び／又は１つ又はそれ以上の熱交換筒に配置するなどして温度を感知するようにし、規定の高温に達したときには、通常は冷却用熱交換筒を通過することになっている気体を、そうではなくて当該筒周りに迂回させるようにすることもできる。熱交換筒に配置する場合は、温度センサーを特定位置に置くことは必ずしも重要ではなく、センサーは、例えば媒体の表面から、６インチ、１２インチ、１８インチ、２４インチ下方に置けばよい。センサーは媒体の表面から約１２インチ乃至１８インチ下方に置くのが望ましい。各センサーは制御手段に電気的に接続される。高温バイパスダクト／ダンパは、センサーにより測定される温度を予め設定された規定値に維持するためにダンパを調整する信号を制御手段から受信する。使用される実際の規定値は、燃焼室設定値の他にも、部分的にはせっ器内の温度センサーの実際の深度によっても左右されることは当業者には理解されよう。適切な設定値は約１６００°Ｆ乃至約１６５０°Ｆの範囲にある。迂回した気体は、熱交換筒冷却用の通常の経路を通って処理され、或いは何か別の用途に用いられて既に冷却されている他のガスと混ぜて大気中に排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置及びプロセスの１実施例を示す概略図である。
【図２】 本発明によるモノリス床の斜視図である。
【図３】 本発明の第２実施例の概略図である。
【図４】 本発明の第３実施例の概略図である。
【図５】 本発明の第４実施例の概略図である。
【図６】 本発明の第５実施例の概略図である。
【図７】 単床再生式酸化装置が乾燥機に一体的に組み込まれた状態を示す概略図である。
【図８】 図７の単床再生式酸化装置の概略図である。

Claims (18)

1. 熱源を一体的に組み入れた、材料のウェブ用の乾燥機において、
   ウェブ入口と、前記ウェブ入口から間隔を置いて設けられたウェブ出口と、
   前記ウェブを乾燥させるための複数のノズルと、
   ガス入口とガス出口を有し、燃焼領域と連通しており、中に熱交換物質が入っている少なくとも１つの熱交換筒を備えた再生式熱源と、
   ガスを、前記乾燥機から前記少なくとも１つの熱交換筒の前記入口に交互に向かわせるための弁手段と、
   前記燃焼領域と連通し、その中のガスの一部を前記複数のノズルの内の１つ又はそれ以上のノズルに向かわせるための手段とを備えていることを特徴とする乾燥機。
2. 少なくとも２つの熱交換筒があることを特徴とする請求項１に記載の乾燥機。
3. 前記複数のノズルの内の少なくとも幾つかは、ハウジングエンクロージャ内に前記ウェブを浮動支持するための浮上ノズルであることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の乾燥機。
4. 前記熱交換物質がランダムに充填された媒体と構造化された媒体を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１、２又は３の何れかに記載の乾燥機。
5. 前記熱交換物質がモノリスであることを特徴とする請求項１、２又は３の何れかに記載の乾燥機。
6. 前記弁手段と連通している入口を有するため込み室を更に備えていることを特徴とする請求項２又は３の何れかに記載の乾燥機。
7. 可燃燃料を前記少なくとも１つの熱交換筒に導入するための手段を更に備えていることを特徴とする請求項１、２又は３の何れかに記載の乾燥機。
8. 前記熱交換物質が触媒から成ることを特徴とする請求項１、２、又は３の何れかに記載の乾燥機。
9. 前記燃焼領域と連通している減衰手段を更に備えていることを特徴とする請求項１、２又は３の何れかに記載の乾燥機。
10. 前記減衰手段が圧力変動を減衰させることを特徴とする請求項９に記載の乾燥機。
11. 前記減衰手段が温度変動を減衰させることを特徴とする請求項９に記載の乾燥機。
12. 前記再生式熱源の温度感知手段と、前記温度感知手段が予め設定された温度を感知したときには、それに応じて前記再生式熱源からガスの一部を抽出するための迂回手段とを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の乾燥機。
13. 前記入口に向けられた前記ガスの揮発性有機溶剤の濃度を感知するためのセンサーを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の乾燥機。
14. 前記入口に向けられた前記ガスの揮発性有機溶剤の濃度を感知するためのセンサーを更に備え、前記導入される可燃燃料の量が感知された濃度に応じて変わることを特徴とする請求項７に記載の乾燥機。
15. 移動中の材料のウェブを乾燥させるための方法において、
    前記ウェブを乾燥雰囲気を有する乾燥機へと移送する段階と、
    加熱されたガスを複数のノズルで前記ウェブに吹き付ける段階と、
    前記乾燥機雰囲気の一部を、前記乾燥機雰囲気の前記一部を加熱するために、燃焼領域と連通し且つ熱交換物質を含有する少なくとも１つの熱交換筒を備えた一体型の再生式熱源に引き込む段階と、
    前記再生式熱源で、前記乾燥雰囲気内に含有されている揮発性汚染物質を燃焼させる段階と、
    燃焼発生したガスの一部を、前記再生式熱源から、前記複数のノズルの内の１つ又はそれ以上のノズルに向ける段階とから成ることを特徴とする方法。
16. 前記乾燥機雰囲気内の揮発性汚染物質の濃度を感知する段階を更に含んでいることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 可燃燃料を前記少なくとも１個の熱交換筒に導入する段階を更に含んでいることを特徴とする請求項１５又は１６の何れかに記載の方法。
18. 導入される可燃燃料ガスの量が感知された揮発性汚染物質の濃度に応じて変わることを特徴とする請求項１７に記載の方法。

Images