JPH09503048A - 回転再生式熱交換器のホットスポット検出 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 複数の赤外線ホットスポット検出器（３０）が、回転再生式空気予熱器（１０）の空気入口ダクト（１８）内の揺動アーム（３２）に取付けられ、これにより、これらのアームが枢動することによって各検出器がホットスポットを検出するようにロータの一部分を走査することができる。検出器の温度は、水冷式ヒートシンク（５２）、熱電冷却器（７４）及び検出器板（82）により厳密に制御され、熱電冷却器（７４）を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】 回転再生式熱交換器のホットスポット検出 発明の背景 本発明は、回転再生式空気予熱器のホットスポット検出、特に、改善した温度 制御を有する赤外線検出器を使用する熱映像システムに関する。 回転再生式空気予熱器は、一般に、入来する燃焼用空気に炉を出る煙道ガスか ら熱を伝達するのに用いられている。このような空気予熱器内の火災は、しばし ば、コールドスタートアップ又はスタートアップに続く高温待機（Start-up Fol lowing Hot Standby）中に発生する。これらの火災は、燃料の燃焼が乏しく、そ の結果未燃焼又は部分的に燃焼した燃料が濃縮して空気予熱器の要素に堆積する ことによって、発生するものである。すなわち、空気予熱器に入る温度が増大す ると、堆積物は硬質ワニスの様な物質に焼付けられる。この焼付けは２０５〜２ ６０℃（４００〜５００°Ｆ）の温度範囲で生じ、温度が３１５〜３７０℃（６ ００〜７００°Ｆ）に増大すると、これらの堆積物が発火してしまう。発火は通 常堆積物の小さい区域で始まるので、オペレータはしばしば火災が発生している ことに気づかないでいる。すなわち、火災の初期段階の間は、外部への影響はあ らわれないものである。そして、堆 積物はガス又は空気の流れを制限するので、発生した少しの過剰熱がこれら流体 により下流に持ち去られ、これら流体による熱の持ち去りにより外部へあらわれ る影響は少なくされ、火災の存在がおおい隠されてしまう。発生した熱は、火災 の局部において金属製熱伝達要素によって吸収される。実際の温度増大は、比較 的ゆっくりである。もしホットスポットを早く検出することができれば、消火す るのに必要とされる水の量は過剰にならないようにすることができる。しかしな がら、もしホットスポットを早く検出することができない場合には、金属製熱伝 達要素の表面の温度が該金属自体が発火する温度まで増大し続ける。この金属の 発火は約７０５℃（１３００°Ｆ）で生じ、それから温度はものの数分もすると １６５０℃（３０００°Ｆ）にまで急速に増大する。このような金属の火災は自 己持続（self−sustaining）であり、温度を過度のレベルにまで降下させるのに 大量の水は必要とされない。なお、水以外の消火剤例えば二酸化炭素、ハロン（ halon）及び他の消火剤は、それらの冷却効果が十分でないことから、役に立た ないものである。 しかして、火災が発生するのを防止するために、過熱状態（ホットスポット） を検出して警報器をトリガするシステムが開発されている。このようなシステム において、例えば熱電対、種々のサーミスタ及び紫外線検出器のような装置が用 いられているけれども、好 適なシステムは赤外線検出器を用いている。その理由は、赤外線検出器は応答時 間が速いこと及び背景温度の小さい変化に対して感度があることである。すなわ ち、空気予熱器における回転熱伝達表面の１５．２４ｃｍ（６インチ）直径のホ ットスポットは１５０ミリ秒から１０００ミリ秒で所定点を通過するが、赤外線 検出器の応答時間は現在の高速半導体電子工学でもって１００ミリ秒よりも速く することができる。また、感度は、調整可能であるが、しかし、煙道ガスの入口 温度よりも高い９０〜１５０℃（２００〜３００°Ｆ）のホットスポットが検出 されたときに警報器をトリガするように設定されねばならない。 しかして、現在の赤外線検出器を用いての問題のひとつとして、検出器の温度 制御がある。すなわち、検出器からの出力信号の安定性及び正確度は検出器の温 度に直接関係する。ところが、現在のシステムでは、検出器は開放環境中のヒー トシンクに取付けられて、水分及び汚染物にさらされ、装置の性能低下及びその 結果として性能の損失が生じている。更に、ヒートシンクは、温度が著しく変化 する入口水を用いて、水冷されている。したがって、これによって、システム性 能のために重要である検出器の出力信号の安定性が影響を受ける。また、もし入 口冷却水の温度が非常に高くなったときには、熱除去が不十分となり、これによ って検出器に永久的な損傷が生じる。 発明の概要 本発明の目的は、検出器の温度を設定限度内に維持するシステム、特に、回転 再生式空気予熱器におけるホットスポット検出装置の赤外線検出器を所要の温度 に維持するシステムを提供することにある。本発明は、熱電冷却器と、サーミス タと、ヒートシンクと、冷却水とを使用するものである。 図面の簡単な説明 図１は、本発明を具体化する回転再生式空気予熱器の断面図である。 図２は、図１の空気予熱器の底面図であって、ロータを走査するように取付け られた複数の赤外線検出器を示す。 図３は、検出器駆動装置の断面図である。 図４は、検出器ヘッドの断面図である。 図５は、本発明による検出器モジュールの断面図である。 図６は、ヒートシンクに取付けられた検出器モジュールを示す図である。 好適な実施例の説明 図１及び図２に例示した典型的な回転再生式空気予熱器１０は、円筒形のケー シング１２と、通常の熱交換表面を収容してシャフト１６に取付けられているロ ータ１４と、空気入口ダクト１８と、空気出口ダクト２０と、煙道ガス入口ダク ト２２と、煙道ガス出口ダ クト２４とを包含する。そして、ロータ１４の上面及び下面に隣接してケーシン グ１２を横切って延びているセクター板２６及び２８が、空気予熱器を空気側と 煙道ガス側とに分割している。矢印は、空気及び煙道ガス流れの方向を示す。ダ クト２２に入った煙道ガスは、熱をロータの熱交換表面に伝達する。そして、ロ ータが連続して回転するにつれて、熱を伝達された熱い熱交換表面は空気側に回 転させられ、ここで熱が空気に伝達される。 しかして、本発明のホットスポット検査装置が、図１に示されるように、空気 予熱器の空気入口ダクト１８内に設置されている。図２に示されるように、４つ ほどの検出器がロータの直径に依存して必要とされる。検出器ヘッド３０は揺動 アーム３２に取付けられ、これにより検出器は約１８０°の弧にわたって揺動で きる。検出器の経路は、図２に点線の弧によって示されている。すべての検出器 の揺動によって、ロータの半径の全範囲を走査できることを見ることができよう 。通常の空気予熱器の作動状態の下では、ロータの完全な横走査は約１０分で成 し遂げられる。 空気入口ダクト１８の壁を介して取付けられる検出器駆動装置の詳細が、図３ に示されている。揺動アーム３２は、中空シャフト３６に取付けられている。こ のシャフト３６は、回転可能であると共に、シャフト３６に取付けられているギ ヤ３８を有する。このギヤ ３８と噛み合うギヤ４０が、シャフト４２に取付けられている。また、このシャ フト４０にはレバーアーム４４の一端が取付けられ、このレバーアーム４４の他 端はリンケージバー４６に接続されている。そして、このリンケージバー４６は 、図２に示されるように、他の検出器駆動装置のレバーアーム４４と、駆動モー タ４８とに接続されている。駆動モータ４８は、公知の適当な方法によってリン ケージバー４６を往復動させ、これによりレバーアーム４４及び揺動アーム３２ を１８０°の弧にわたって前後に回転させる。 検出器ヘッド３０は、図４に一層詳細に示されている。各検出器ヘッド３０は 絶縁ハウジング５０を包含し、この絶縁ハウジング５０内に好適にはアルミニウ ムで形成されているヒートシンク５２が取付けられている。また、ヒートシンク ５２を囲む冷却水循環用空間５４が設けられており、冷却水は複数の水管５６（ そのひとつが図４に示されている）によって空間５４に導入され、その後空間５ ４から排出される。これらの水管５６は、電線５８と同じようにアーム３２及び シャフト３６を通過して出る。更に、ヒートシンク５２には検出器モジュール６ ０が取付けられており、この検出器モジュール６０については後で詳細に説明す る。また、検出器ヘッド３０を覆うカバー６２が設けられており、このカバー６ ２は赤外線放射エネルギを図４に矢印で示される放射エネルギ線によって表わさ れて いるように検出器モジュール６０に集合せしめるレンズから成る。 検出器モジュール６０は、図５に示されるように、ハウジングカン６２を包含 し、このハウジングカン62はハウジングベース６４に取付けられている。そして 、ハウジングカン６２の頂部には窓開口６６が形成されており、この窓開口６６ はエポキシ樹脂接着剤によってハウジングカン６２の内側に密封して取付けられ たサファイア窓６８を有している。また、可視紫外線をフィルタするためのガラ スフィルタ７０がエポキシ樹脂接着剤によって窓開口６６の上に取付けられてい る。ハウジングカン６２は、ハウジングベース６４が円筒形の銅製ヒートシンク ７２にはんだ付けされることによって、ヒートシンク７２に取付けられている。 ハウジングカン６２とハウジングベース６４とから成る密封ハウジングは、検出 器の性能低下及び性能損失を生じさせる水分及び汚染物から検出器を保護する。 ハウジングは、好適には、排気され、その後イナートガスで充填される。そして 、赤外線検出器を冷却する目的のために、熱電冷却器７４がハウジングカン６２ の内側でハウジングベース６４にはんだ付けによって取付けられている。この熱 電冷却器７４は、コールドプレート７６とホットプレート７８とから成る。熱電 冷却器７４は、また、加熱するのに用いることもできるが、ここでは冷却器と称 されている。更に、熱電冷却器74 の頂部には、サーミスタ８０と硫化鉛製の赤外線検出器板８２とが取付けられて いる。このサーミスタ８０と検出器板８２とは、エポキシ樹脂接着剤によって一 緒に結合されている。サーミスタ８０は、公知の適当な方法によって検出器の温 度を監視し、電線Ｃ−Ｃにより、公知の熱電冷却器用二極温度制御回路に接続さ れて検出器の温度を設定限度内に維持する。 このサーミスタ８０の頂部には、前述した如く、硫化鉛製の赤外線検出器板８ ２が取付けられている。空気予熱器内の火災からの赤外線放射によりこの検出器 板８２から電気出力を生じ、この電気出力は出力電線Ａ−Ａにわたってあらわれ る。電線Ｂ−Ｂが、熱電冷却器７４に接続されていると共に、検出器板８２用温 度制御回路にも接続されている。電線のすべてはハウジングカン６２の底部すな わちベース６４に形成された穴を通過し、これらの穴はそれからガラスで密封さ れる。 図６に示されるように、検出器モジュール６０はアルミニウム製のヒートシン ク５２に取付けられ、このヒートシンク５２は図４に示されるように絶縁ハウジ ング５０を介して揺動アーム３２に取付けられる。ヒートシンク５２は穴８４を 有し、この穴８４の中に検出器モジュール６０が取付けられている。そして、非 導電性である熱グリースの薄いコーティングが穴８４の壁及び底部に施される。 穴８４と銅製ヒートシンク ７２との間の隙間は小さく、0.00635ｃｍ（0.0025インチ）程度であり、その結 果グリースは検出器モジュールを適所に保持して、熱を効率よく伝導する。電線 Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃは穴８４の逃がし区域８８を通して検出器モジュール を出ると共に、電線保持ストラップ９０によって適所に保持される。このストラ ップ９０は、また、検出器モジュールを適所に固定するのにも有用である。 作用において、サーミスタ８０は検出器板８２の温度を検出し、熱電冷却器７ ４の作動を制御して、検出器板８２を所要の温度範囲内に維持する。この検出器 板８２の出力は、公知の適当な警報システム又はグラフィックディスプレイに接 続されている。検出器の作動温度の変化は、例えば目標値の２％と等しくないよ うにされる。これによって、検出器がその最適温度範囲で作動することを許容し 、長い寿命を与えることができる。また、これによって、正確さのために重要で ある検出器出力信号の安定性及び感度を提供することができる。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年７月２日 【補正内容】 【図６】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転再生式空気予熱器用の赤外線ホットスポット検出装置であって、前記空 気予熱器内に移動可能に取付けられて、空気予熱器の少なくとも一部分を走査す ることができる少なくともひとつの赤外線検出器モジュールを包含する赤外線ホ ットスポット検出装置において、前記赤外線検出器モジュールが、 ａ．水冷式のヒートシンクと、 ｂ．このヒートシンクに取付けられ、ヒートシンクに接続されたホットプレート とヒートシンクから離れているコールドプレートとを有し、このコールドプレー トから熱を取り除くよう配線されている熱電冷却器と、 ｃ．この熱電冷却器に熱伝達関係で取付けられている赤外線検出器板と、 ｄ．この赤外線検出器板と前記熱電冷却器との間に取付けられ、前記赤外線検出 器板の温度を監視し、前記熱電冷却器の作動を制御して前記赤外線検出器板を選 択温度範囲内に維持するように配線されているサーミスタと、 を包含してなる、赤外線ホットスポット検出装置。 ２ 請求項１記載の赤外線ホットスポット検出装置において、前記赤外線検出器 モジュールが、更に、前記熱電冷却器、前記赤外線検出器板及び前記サーミスタ を収容する密封ハウジングを包含し、この密封ハウジングが前記ヒートシンクに 取付けられていると共に可 視紫外線用フィルタを包含してなる、赤外線ホットスポット検出装置。