JPH0552493A - 熱交換器及びそのピーク温度制御方法 - Google Patents

熱交換器及びそのピーク温度制御方法

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JPH0552493A
JPH0552493A JP4020736A JP2073692A JPH0552493A JP H0552493 A JPH0552493 A JP H0552493A JP 4020736 A JP4020736 A JP 4020736A JP 2073692 A JP2073692 A JP 2073692A JP H0552493 A JPH0552493 A JP H0552493A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転再生式熱交換器において、その熱吸収材
料のマトリクスに生じるホットスポットを検出して、人
の介在なしにそのホットスポットを抑制すること。 【構成】 ロータ(14)に関して固定されたある位置
にホットスポット検出装置(78)を、他の位置に温度
抑制装置(62)を備え、ホットスポット検出装置(7
8)がしきい値温度を越えた部分の存在を検出すると、
温度抑制装置(62)が作動するが、その作動はロータ
が回転してホットスポットが温度抑制装置の作用の及ぶ
範囲にあるときのみ抑制水の散布を行うようにしたも
の。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】本発明は産業用空気予熱器に関し、より
詳しくは、再生回転式熱交換器中のいわゆるホットスポ
ットを検出及び抑制する装置及び方法に関する。
【0002】火災検出清浄装置に関する米国特許第4,
383,572号は半径方向に複数の異なった領域にて
ロータからの赤外線放射を見るよう適合された回転再生
式熱交換器のロータのための赤外線検知アレイを述べて
いる。この特許に記載のシステム及び同様の各種検知手
法を使用する他のシステムにおいては、ロータの全領域
を監視することができる。慣例的に、ホットスポットが
ロータ内で検知されると、警報器が起動してオペレータ
の各種形式の介入を要求する。状況次第では、出水又は
抑制システムを起動し、アクセスドアを開放し、そして
消化ホース又は同様の是正措置を用いることができる。
このように、慣例的に、ホットスポット検知システムに
応答して、従来の警報器は手動操作を要求し、貴重な時
間又は重要な時間でさえも消費してしまう。この分野で
周知のとおり、ホットスポットは、十分な急冷がなけれ
ば、ロータのマトリクスに捕捉された付着物を燃焼させ
てしまう。これにより金属ロータが火炎中にある様な十
分に高い温度まで急上昇し、熱交換器だけでなく、プラ
ント中の他の設備及び構成要素にも広範囲な損傷を生ぜ
しめる可能性がある。
【0003】
【発明の要約】したがって、本発明の目的は、ホットス
ポット検出能力を結合させた温度抑制能力を提供して、
ホットスポット検出に応答した修正作用が人の介在なし
に自動的に達成できることにある。
【0004】本発明の更なる目的は、抑制装置がロータ
の1回転の間の期間より十分に短い持続時間を有する比
較的短いバーストについてホットスポット抑制モードで
作動するよう制御されることである。
【0005】本発明の更に別の目的は、ホットスポット
の半径方向位置に相当する抑制装置の選択された半径方
向部分のみを作動させることによって、ホットスポット
を緩和させるためにロータに導入される抑制流体の量を
最小化することである。
【0006】本発明のこれらの目的及び利益は、ロータ
に関して定められた1つの位置におけるホットスポット
検出装置と、ロータに関して定められた別の位置におけ
る温度抑制装置とを提供することによって、本発明の広
範囲な機能によって達成される。この抑制装置は、しき
い値温度が検出された時、ホットスポット検出装置によ
って自動的に起動される。
【0007】好ましくは、抑制装置はロータ内の加熱要
素区画室の半径方向寸法にわたる1又はこれより多くの
パイプを包含している。検出装置は空気予熱器の空気入
口ダクトの後縁の通常の位置にある。抑制配管は、好ま
しくは、空気予熱器の高温端又は出口ダクトに位置され
る。ロータの回転に関する抑制配管の位置により、好ま
しくはタイミング装置を使用して、配管の下のホットス
ポットの経路の直前及び直後に、ロータへの抑制水の流
れを発停させる。これにより、ロータへ導入されて損傷
を与える可能性のある水の量が減らされる。
【0008】他の改良においては、抑制時にロータに導
入される水の量を更に最小化するため、抑制配管は実質
的に半径方向に離間された複数のスプレイノズルを包含
し、ホットスポットを検出した個々のセンサの半径方向
位置に応答して個々に作動するようにしてある。
【0009】したがって、本発明の好適な方法によれ
ば、ホットスポット検出装置はホットスポットを確認し
て、抑制配管アレイ等の作動を自動的に開始させる過剰
温度信号を発生する。配管アレイ上のノズルは必要時の
み水を選択的にスプレイしてホットスポットの温度を低
下させる。
【0010】本装置は、ホットスポットの温度がしきい
値以下に低下して配管アレイが不作動にされるまで、定
められたホットスポットを検出し、そして集中された抑
制作用を開始させるいくつかのシーケンシャルサイクル
を必要とすることを認識すべきである。
【0011】
【実施例】図1及び図2は回転再生式空気予熱器10を
示しており、この空気予熱器10は円筒ケーシング16
を持ったロータ14を収容する円筒ハウジング12を包
含している。一連の区画室18のケーシングと回転軸2
4を定めている中央ロータポスト22との間を延びる半
径方向隔壁20によってケーシング内に形成される。区
画室のそれぞれは周知方法にて流体の流れのための通路
を与える波形プレート等の形の熱吸収材料26のマトリ
クスを入れている。
【0012】ロータはモータ28によって軸24を中心
としてゆっくり回転して、区画室に入っている熱吸収材
料を、ある方向にロータを介して通過する加熱流体と、
反対の方向にロータを介して通過する被加熱流体とに交
互に進める。マトリクス26は、ガス入口ダクト30に
入る以下ガスと称する加熱流体から熱を吸収し、空気入
口ダクト32を通って熱交換器に入る以下空気と称する
冷たい流体に吸収された熱を伝える。加熱されたマトリ
ックスを通ってそれから熱を吸収した後の空気は空気出
口ダクト34を通って予熱空気としてボイラ、炉又はそ
の他の使用場所へ排出され、一方、冷却されたガスはガ
ス出口ダクト36を通って外又は他の吸熱器へ排出され
る。
【0013】米国特許第4,383,572号に記載の
とおり、使用中にロータマトリックス26に出現するこ
とがあるホットスポットを検出する計装又は他の手段は
好ましくは空気入口ダクト32の内壁40に沿ってダク
トの都合のよい場所に与えられる。代表的には、このよ
うな計装は、熱吸収マトリックスを入れている区画室の
半径方向長さだけ実質上離れるよう壁40に関して離間
されて装着された赤外センサヘッド42,44,46,
48のアレイの形になっている。
【0014】赤外検出装置の代表的計装において、各セ
ンサヘッドは図3に示された方法にて枢動するようにさ
れている。したがって、センサヘッド42のような各セ
ンサヘッドはアーチ形経路50に従って作動でき、その
アーチの一方の端の位置に、センサヘッドのレンズ54
を洗浄するよう採用された洗浄ノズル52を都合よく包
含することができる。各センサヘッドのアーチ運動と関
連された歯車駆動副装置は好ましくはすべてのヘッドを
共同で駆動する。各走査ヘッドの枢動点58は枢動アー
ク50のほぼ直径だけ離間されており、これによって、
半径方向に離間された複数のヘッドのそれぞれのアーチ
走査運動がマトリックス26のそれぞれ複数の環状部分
にわたってホットスポットを検出することができる。こ
のように、検出器のアレイはロータのマトリックス表面
の全体を走査することができる。
【0015】しかし、ロータマトリックス26の全表面
が走査されるが、マトリックス表面の各ポイントはロー
タが1回転するたびに一度、わずかな時間の間に走査さ
れるに過ぎないことを認識すべきである。更に、その表
面の定められた半径に沿う異なったポイントはアーチ形
経路に沿う特定のセンサヘッドの角度位置に依存した異
なった時間において検出される。それでも、マトリック
ス表面の定められたポイントが最も近いセンサヘッドに
よってホットスポットを検出する正確な瞬間をロータの
各回転時に予測する機能又は表関係を確立することはた
ぶん当業者の技術の範囲内である。
【0016】図2において、第1のセンサヘッド42を
見ることができ、ホットスポット60が熱交換マトリク
ス材料26の垂直範囲の中ほどの実質的にセンサ42の
下に例示されている。本発明によれば、好ましくは加圧
水源64に接続された配管66を含むホットスポット抑
制系統62は都合のよい位置に、又は抑制流体のスプレ
イが熱交換マトリクス26へ向けて放出することのでき
る位置に設けられている。図2には、配管66は空気ダ
クト34の高温側の内壁68及び外壁70に渡すように
示されている。好ましくは、抑制配管は符号72のよう
な個々に制御可能な複数のスプレイノズルを包含するの
がよく、図2には4つのスプレイノズルが示されてい
る。たとえば、4つのスプレイノズルのそれぞれはロー
タの回転軸24から異なった半径方向距離のところに位
置させることができ、各半径方向位置は、図3に示した
ようにセンサヘッドがそのアーチ形経路づたいに動くの
で、符号42のような各センサヘッドの平均半径方向距
離に相当する。
【0017】図4はダクトを通して見ることができるマ
トリクスの上部表面の概略平面図である。ロータのガス
側74及び空気側76が示されており、空気側76には
独立して実質的に半径方向に離間されたセンサヘッド4
2,44,46,48から成る検出センサアレイ78が
示されている。2つの異なった向きの抑制配管が示され
ており、一方の抑制配管80は検出センサアレイ78の
反対側に実質的に平行になっており、他方の抑制配管6
6(図2にも示されている)は実質的にロータの回転軸
24を通る半径方向ライン上にある。図4はセンサアレ
イ78及び抑制配管66,80の半径方向の関係を略示
したものであることを認識すべきである。好ましくは、
センサヘッド78は空気入口ダクト32の壁40に設け
られるのがよい。抑制配管66は図2に示したように空
気出口ダクト34内に位置されているので仮想線で示さ
れている。配管80もまた、図2に示したようにガス入
口ダクト30の壁82に位置されているので仮想線で示
されている。
【0018】センサアレイ78及び抑制アレイ80のノ
ズルはロータの回転軸24を始点とする半径に沿って正
確に配列されている訳ではないことを認識すべきであ
る。しかし、ここに使用したように、「半径方向に離間
された」なる用語等は、たとえば真の半径方向又はダク
トの壁に沿う実質的な半径方向を含めて、ロータの内部
からロータの外部へ向かう一般的な方向を持つ空間を指
したつもりである。
【0019】図4は、ホットスポットの半径方向位置、
アレイ78中の特定の1つのセンサによる個々のホット
スポットの検出、及び抑制ノズルアレイ66中の複数の
抑制ノズル72,86,88,90の1つのみを作動さ
せることによってホットスポットを抑制する本発明によ
る能力の関係をより容易に示す方法で図2に示したホッ
トスポット60,84を示している。もちろん、いくつ
かの状況の下では、すべてのスプレイノズルを同時に作
動させる必要性があるが、1以上の離れたホットスポッ
トを検出する通常の状況では、決してすべてではない
が、1,2の抑制ノズルのみを個々に作動させることと
なる。
【0020】更に、図4を調査すると、ロータの回転速
度が一定であることによって、各ホットスポット60,
84の個々の半径及び角座標γ,φは、ホットスポット
が最初に検出され、次に検出範囲から出た時に、角度φ
(図3参照)に沿うセンサヘッドの枢動中におけるその
瞬間の検出からの時間の関数としていると認識すること
ができる。この情報は次に、定められたホットスポット
がホットスポットの検出に相当する角度位置から、与え
られた抑制ノズルのスプレイパターン内の角度位置まで
回転する時を予測するのに使用される。図4に示したよ
うに、各スプレイノズル72,86,88,90は、熱
交換マトリクス材料26の表面にて、スプレイの接触す
る円形表面領域が実質的に重なり合って、すべてのノズ
ルが同時に作動した場合にスプレイパターンによる実質
上完全な帯状の半径方向範囲を与えるよう、各パターン
92,94,96,98、好ましくは円錐状のパターン
を生ぜしめるべく構成されている。
【0021】このとき、各ノズルの作動のタイミング
は、60,80のような特定のホットスポットがまず、
92,96のような特定の作動ノズルの適用領域に入っ
た時、スプレイが開始するよう定めることができる。ス
プレイは、ホットスポットの角度幅及び作動されるスプ
レイパターンに依存した期間の間、すなわち、ホットス
ポットがノズルスプレイの適用領域を出るまでの間、維
持される。
【0022】図4に示した例においては、検出器42及
び46がおそらくホットスポット60及び84をそれぞ
れ確認し、ノズル72及び88がおそらく個々に作動さ
れてそれぞれスプレイパターン92及び96によりホッ
トスポットを抑制することになろう。
【0023】図5は本発明の好適な実施例を実施する抑
制制御装置62を略示している。制御装置の心臓部は、
ホットスポット検出装置とともに普通に使用されるタイ
プのプログラマブルロジックプロセッサ、又はより複雑
にされた機能又はインターフェースが望まれる場合には
コンピュータのようなディジタルプロセッサ100であ
る。しかし、プロセッサ100の種類に関係なく、セン
サヘッド42,44,46,48の各々はセンサによっ
て検出された温度に相応する各信号110,112,1
14,116を発生する関連の変換器102,104,
106,108を有している。温度信号はプロセッサ1
00に与えられ、また随意に、制御室内の警報/表示パ
ネル118にも与えられることになろう。プロセッサ又
はコンピュータ100は予めプログラムされており、又
は位置データベース120、検出器ロジックプログラム
122、及び抑制ロジックプログラム124を含む記憶
されたプログラムへのアクセスを有している。
【0024】位置データベース120は、上記に図2,
3及び4に関して述べたロータ14の半径、図3に示し
たアーチ形経路50に沿う42のようなセンサヘッドの
運動のタイミング、アーチ形経路50に沿う各ヘッドの
旋回時における軸からの平均距離、各抑制ノズルの有効
半径、ロータの回転速度、スプレイパターン92〜98
の適用領域又は直径のような情報、及びこれらに類する
情報が入っている。
【0025】検出器ロジックプログラム122は通常の
ものであって、たとえば、しきい値が表示器に警報状況
を表示し、かつスプレイノズルの抑制作用を開始させる
過剰温度信号を発生するようセットされるような方法を
含んでいる。抑制作用を要するしきい値温度はプラント
の運転条件、たとえば、起動、定常状態、過渡負荷追
従、又は惰力運転、又は定められた比較的高い温度が継
続する期間、又は当業者には周知の他の変数を含む多数
の環境に基づいている。要するに、検出器ロジック12
2及びプロセッサ100はセンサ出力信号110〜11
6を使用して、各センサヘッドに関連されたホットスポ
ットが修正作用を必要とする時を決定し、別のやり方で
はディスプレイ118上に監視、警戒、又は警報条件出
力を発生する。
【0026】抑制ロジックプログラム124は、ロジッ
クプログラム122が修正作用開始の必要性を示した
時、抑制冷却流体を放出させる。その最も簡単な形で
は、抑制ロジック124は単に弁126を開にしてすべ
てのスプレイノズル72,86,88,90がスプレイ
を開始し、すべての警報条件がなくなるまで作動し続け
るものである。より洗練されたロジックでは、すべての
スプレイノズルは同時に作動されかつ同時に不作動にさ
れるが、位置データベースに基づいてタイミングが取ら
れるので、水は少なくとも1つのホットスポットがスプ
レイパターンによって定められた半径方向帯状又は扇状
の有効抑制の適用範囲内にある間のみスプレイされる。
更に改善したものでは、ホットスポットが検出されたロ
ータの選択された部分をスプレイするのに必要なノズル
は、各ホットスポットが各ノズルのスプレイパターンの
範囲内にある間のみ各放出を行うよう作動される。
【0027】この好適な抑制ロジックを実施する1つの
方法は、たとえば、それぞれが4つのセンサヘッドの1
つに対応しそれぞれが自身のスプレイノズル及び関連さ
れたアクチュエータ付の制御弁136,138,14
0,142を有する4つの別々のパイプ128,13
0,132,134を与えることである。プロセッサ1
00に送られる他の情報と組み合わされた抑制ロジック
124は1以上の制御ライン144,146,148,
150によって各制御弁アクチュエータへ作動信号を送
る。制御弁はスプレイパターンの強さを抑制ロジックの
一部として制御するが、より率直な実施においては、開
又は閉のいずれかの状態を有するソレノイド弁とするこ
とができる。ライン144,146,148,150,
152の弁作動信号のそれぞれはまた、充分な圧力を示
す水源64から各ノズルの所要配送率を与える信号とと
もに警報表示パネルへも与えることができる。
【0028】本発明は、抑制機能を人の介在なしに迅速
に自動実行することによって、従来のホットスポット検
出及び抑制技術以上の著しい改善を与えていることを認
識すべきである。更に、抑制機能は本発明に従い、抑制
のためにロータに導入される水の量を最小にすることの
できる洗練の程度を変えて、実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の検出及び抑制機能を含む回転再生式熱
交換器の斜視図である。
【図2】図1の線2−2から見た熱交換器の断面図であ
る。
【図3】図1に示した検出アレイの各センサの角運動範
囲を示す赤外線センサヘッドの1つの各大平面図であ
る。
【図4】ダクトを介してアクセスできるロータの部分に
重きを置いた図1の熱交換器の概略平面図である。
【図5】本発明と関連された制御装置の概略図である。
【符号の説明】
10 回転再生式空気予熱器 14 ロータ 18 区画室 20 隔壁 22 ロータポスト 24 回転軸 28 モータ 30 ガス入口ダクト 32 空気入口ダクト 34 空気出口ダクト 36 ガス出口ダクト 40 壁 42,44,46,48 センサヘッド 52 洗浄ノズル 60 ホットスポット 64 加圧水源 66 抑制配管 72 スプレイノズル 78 検出センサアレイ 80 抑制アレイ 84 ホットスポット 86,88,90 抑制ノズル 92,94,96,98 スプレイパターン 100 ディジタルプロセッサ 102,104,106,108 変換器 120 位置データベース 122 検出器ロジックプログラム 124 抑制ロジックプログラム 126 弁 128,130,132,134 パイプ 136,138,140,142 制御弁

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温及び低温端部を有する固定ハウジング
    と、 高温及び低温端部を介して通る回転軸を中心としてハウ
    ジング内で回転するよう支持された熱交換材料のマトリ
    クスと、 ハウジングに流体的に接続され、ハウジングの高温端部
    のマトリクスへ高温ガスの流れを導入してマトリクスの
    温度を上昇させるガスダクト入口手段及びハウジングの
    低温端部のマトリクスからガスを排出するガスダクト出
    口手段と、 ハウジングに流体的に接続され、ハウジングの低温端部
    のマトリクスへ低温空気の流れを導入してマトリクスの
    温度を低下させる空気ダクト入口手段及びハウジングの
    高温端部のマトリクスから空気を排出する空気ダクト出
    口手段と、 任意の前記ダクト手段に設けられてマトリクスが回転中
    に、マトリクスの任意の位置がしきい値を越える温度を
    有しているかどうかを検出する検出手段と、 任意の前記ダクト手段に設けられてマトリクスが回転中
    に、冷却流体をマトリクスへ放出させる抑制手段と、 検出手段及び抑制手段の間に結合され、マトリクスの任
    意の部分の温度が前記しきい値温度を越えた時抑制手段
    を作動させ、マトリクスのどの部分も前記しきい値温度
    を越えていない時抑制手段を不作動にする制御手段とを
    備えてなる熱交換器。
  2. 【請求項2】検出手段は空気ダクト入口手段に設けられ
    ている請求項1記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】抑制手段は空気ダクト出口手段に設けられ
    ている請求項2記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】ハウジング及びマトリクスは実質的に円筒
    形であり、検出手段はハウジングの第1の半径範囲に沿
    って実質的に離間されていて実質上はマトリクスの半径
    方向寸法全体にわたっている複数の個々の温度センサを
    包含する請求項1記載の熱交換器。
  5. 【請求項5】抑制手段はハウジングの第2の半径範囲に
    沿って実質的に離間されていて実質上はマトリクスの半
    径方向寸法全体にわたっている複数の個々のノズルを包
    含し、各ノズルはマトリクスに冷却流体スプレイパター
    ンを生ぜしめる請求項4記載の熱交換器。
  6. 【請求項6】制御手段は第1の半径範囲に沿うマトリク
    スの特定の部分がしきい値温度を越えているのを検出さ
    れた瞬間から前記特定の部分が第2の半径範囲に沿う少
    なくとも1つのノズルのスプレイパターンの範囲内に来
    た瞬間までの経過時間を計算する手段と、 マトリクスの前記特定の部分が前記少なくとも1つのノ
    ズルのスプレイパターンの範囲内にある間のみその少な
    くとも1つのノズルを作動させる手段とを包含する請求
    項5記載の熱交換器。
  7. 【請求項7】制御手段は各センサをすべてではないが少
    なくとも1つのノズルと関連させる手段と、 定められたセンサによる過剰温度の検出に応答して前記
    少なくとも1つの関連されたノズルのみを作動させる手
    段とを包含する請求項5記載の熱交換器。
  8. 【請求項8】ダクト手段のそれぞれはマトリクスの回転
    半径範囲に実質的にまたがっている壁を包含し、 検出手段は、前記壁のうち第1の壁に沿って間隔をあけ
    て支持された複数の個々のセンサを包含し、 抑制手段は前記壁のうち第2の壁によって支持されてい
    る請求項1記載の熱交換器。
  9. 【請求項9】抑制手段は第2の壁によって支持された少
    なくとも1つのパイプと、このパイプによって流体的に
    連通されている加圧水源とを包含する請求項8記載の熱
    交換器。
  10. 【請求項10】パイプは一端が回転軸に隣接した第2の
    壁によって支持され、他端が前記第2の壁よりもさらに
    前記軸から離れて位置される別の壁によって支持されて
    いる請求項9記載の熱交換器。
  11. 【請求項11】中心軸を有する固定ハウジングと、前記
    軸を中心としてハウジング内で回転するよう支持された
    熱交換材料のマトリクスと、マトリクスに高温ガスの流
    れを導入してマトリクスの温度を上昇させるガス入口ダ
    クト及びマトリクスからガスを排出させるガス出口ダク
    トと、マトリクスに低温空気の流れを導入してマトリク
    スの温度を低下させる空気入口ダクト及びマトリクスか
    ら空気を排出させる空気出口ダクトとを包含するタイプ
    の回転式熱交換器におけるピーク温度制御方法におい
    て、 マトリクス中のピーク温度を表すマトリクス変数を検出
    し、 回転するマトリクスに隣接する温度抑制剤源を維持し、 検出されたピーク温度がしきい値を越えた時過剰温度信
    号を発生し、 過剰温度信号に応答して温度抑制剤を自動放出すること
    から成る熱交換器のピーク温度制御方法。
  12. 【請求項12】検出のステップはピーク温度を有するマ
    トリクスの集中部分を認識することを包含し、 放出のステップは抑制剤を前記集中部分へ放出すること
    を包含する請求項11記載の熱交換器のピーク温度制御
    方法。
  13. 【請求項13】放出のステップはマトリクスの集中部分
    がダクトの温度抑制剤源に隣接している間のみ放出を発
    停させるようタイミングをとることを包含する請求項1
    2記載の熱交換器のピーク温度制御方法。
  14. 【請求項14】温度抑制剤源は抑制流体の加圧供給源と
    流体的に連通している複数の離間されたノズルを包含
    し、 放出のステップは決してすべてではないが前記ノズルの
    少なくとも1つを介して抑制流体を放出することを包含
    する請求項12記載の熱交換器のピーク温度制御方法。
  15. 【請求項15】検出のステップはダクトの一方において
    実施され、 放出のステップは前記ダクトの他方において実施される
    請求項11記載の熱交換器のピーク温度制御方法。
  16. 【請求項16】検出のステップは複数の個々の赤外線セ
    ンサヘッドをダクトの一方にて各アーチ形経路に沿って
    連続的に往復することを包含し、 放出のステップは複数の個々の離間されたノズルにより
    他方のダクトを通してマトリクスへ抑制流体を放出する
    ことを包含する請求項11記載の熱交換器のピーク温度
    制御方法。
  17. 【請求項17】検出のステップは集中過剰温度を検出し
    た個々のセンサヘッドを定めることを包含し、 放出のステップは過剰温度を検出した特定のセンサヘッ
    ドによりすべてではないが少なくとも1つのノズルで放
    出させることを包含する請求項16記載の熱交換器のピ
    ーク温度制御方法。
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