JPS635251A - 過熱点検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、明の詳細な説明 本発明は回転再生式熱交換機に関し、特に回転再生式熱
交換機の中でその要素が燃え上がる前の過熱点を検出す
ることに関する。

回転再生式熱交換機では、普通は、詰込まれた要素プレ
ートから成る熱吸収材料のかたまりが高温排気ガス通路
に位置されてそこを通過する高温ガスから熱を吸収する
。そのプレートがガスによって加熱された後、それらは
冷たい空気が通る通路に位置され、そこでは加熱された
プレートからそこを流れる冷たい空気またはガスに熱が
伝達される。

熱を含むガスは代表的には燃焼工程からの排気ガスであ
る。高温排気ガスは回転再生式熱交換機を貫通するよう
に指し向けられているので、その排気ガスによって担持
された燃焼の飛散灰および未燃物は詰込まれた要素プレ
ートの表面に付着される。この付着は熱交換機を通る空
気およびガスの流れが少なくとも付着によりふさがれた
近くにて弱められるまで続く。温度が付着物の発火点ま
で上昇されると、付着物は燃え始めて過熱点を生じさせ
るまで発熱し、もしこれが検出されなければ熱交換機の
金属自体が発火して火災を生じさせるまで急速に温度が
上昇することになる。米国特許第３，７３０，２５９号
、同第３，８６１，４５８号、同第４，０２２。

２７０号、および同第４，３８３，５７２号は、多数の
要素および各要素のレンズ掃除を含む回転再生式熱交換
機の詰込要素プレートにおける過熱点検出装置を開示し
ている。

代表的な従来の過熱点検出器はセンサを通り過ぎた回転
再生式空気予熱器内の過熱点の１回のパスを頼りにして
過熱点を検出している。更に、複数のセンサのそれぞれ
によって発生された信号は組合され、１つの信号として
処理されて過熱点を検出している。従来の過熱点検出装
置は代表的には、測定した温度でこれ以上は過熱点にす
べきであると考えるしきい値とした所定の一定温度を使
用している。

発明の要約 本発明は回転再生式熱交換機の過熱点を検出する装置を
提供するものである。本発明によれば、回転再生式熱交
換機のロータの端部を１以上のセンサによってロータを
回転させながら走査している。ロータが回転している間
じゅうセンサが各アーチ状経路を経て移動するようにセ
ンサはアーチ状経路を動かされ、回転再生式熱交換機の
端部の全表面が走査される。各センサの出力は別々の信
号処理回路によって処理され、これらは他のセンサによ
って発生された信号を処理する信号処理回路に実質的に
同じとすることができる。平均ロータ温度は各信号処理
回路によってたとえば回転再生式空気予熱器の１回転の
間にセンサによって検出された温度を積分し、その積分
された和を１回転の時間周期によって除算することによ
り計算される。平均ロータ温度はそのセンサに関して可
変トリップレベル信号となる予め定めた可変のトリップ
レベル設定点が加算される。対応するセンサによって検
出された瞬時ロータ温度は可変のトリップレベル設定信
号と比較されて過熱点が検出された時を求める。瞬時ロ
ータ温度が可変トリップレベル信号を越えると、センサ
走査駆動装置を消勢してセンサをその半径方向位置に静
止させる。ロータ回転のほぼ１周期内に同じセンサによ
って再び過熱点が検出されると、過熱点警報器が作動さ
れる。最初の過熱点が検出された後、ロータの回転のほ
ぼ１周期の間にセンサおよび処理回路が同じ過熱点を検
出しなければ、センサ走査駆動装置は再び付勢されて作
動を続ける。

このようにして、各赤外線センサによって作られた信号
は個々の信号処理回路によって処理され、トリップレベ
ル信号は、過熱点検出装置に過熱点が生じるかもしれな
い時の開始および停止を通じて予熱器温度を追跡させ、
これにより過熱点検出装置に過渡温度時の低い温度のと
ころで過熱点を検出させることができるように変化する
。更に、過熱点検出装置は回転再生式熱交換機の２回連
続のパスにおいて同じ過熱点を検出しなければならない
ので迷惑なトリップは最小化される。

好適な実施例の説明 最初に図面の第２図を参照すれば、そこには本発明に従
って設計された過熱点検出装置を有する回転再生式空気
予熱器１０が示されている。回転再生式空気予熱器ＩＯ
は円筒状ケーシングを有するロータ１４を収容した円筒
状ハウジング１２によって構成され、ケーシングと中央
ロータボストとの間に延びている半径方向隔壁１６によ
って形成された一連の区画を包含している。区画はそれ
ぞれ波形要素プレートのような熱吸収材料のかたまりを
含んでおり、流体の流れのための通路を与えている。

ロータ１４はその軸を中心としてモータｚＯによりゆっ
くりと回転され、ロータ１４を含む熱吸収材料１８を加
熱流体と被加熱流体とに交互に進めさせる。熱吸収材料
１８は空気予熱器ＩＯの加熱流体入口ダクト２２からの
熱を吸収し、その吸収熱をダクト２４を過つて空気予熱
器１０に入る冷たい空気に伝える。熱吸収材料を通って
そこから熱を吸収した後、加熱された流体はダクト２６
を通って空気予熱器ｌＯから出されて使用地点まで送ら
れる一方、冷やされた加熱流体はダクト２８を通って放
出される。

初期火災を検出するため、および空気予熱器１０のロー
タ１４の中の火災制御処理を開始させるため熱吸収材料
１８からの赤外線の輻射を検出する計器が開発されてい
る。熱吸収材料１８によって発せられた赤外線エネルギ
はロータ１４の端面に対していくらか直角な線に平行に
されている。第３図を参照すれば、平行にされた赤外線
輻射はレンズ３０によってセンサ３２に焦点が合わせら
れる。センサ３２は代表的には赤外線エネルギの量が増
えるにつれて抵抗がＮ減る硫化鉛チップであって、そこ
に入射された赤外線輻射量に比例した信号を発生する。

センサ３２によって発生された信号はロータ１４の赤外
線エネルギを発している付近の熱吸収材料１８の温度を
表している。

熱吸収材料１８から発せられる赤外線輻射を検出するセ
ンサ３２は代表的には空気予熱器１０に入る冷たい流体
が通る空気入口ダクト２４の中に設置される。センサは
代表的は、最も清浄かつ低温の環境の中のロータ１４の
端面に平行かつそれに近い平面内の経路をアーチ状に走
査するよう位置決めされている。この場所で、過熱点を
生ぜしめる発火された付着物は空気、したがって酸素に
最大限さらされるのでその最大温度の過熱点が生じるこ
とになる。

１つ以上のセンサヘッドはロータ１４の端面に平行かつ
それに近い平面内にてダクト２４を横切るので、ロータ
１４がダクト２４を通って回転すると、ロータ１４の端
面の全表面が見られることになる。センサヘッドはダク
ト２４を横切って並進運動するようロータシェルの内外
を往復移動できるようにするが、第４図に最もよく見ら
れるようにセンサヘッド３２を枢動させるようにして、
レンズ３０をアーチ状の経路に沿って動かすようにする
ことは常套手段である。

第３図および第４図に示したように、普通の歯車装置を
回動させる往復動駆動アーム３６のような装置によって
、センサ３２を担持しているアーム３４を順次枢動させ
ることでアーム３４はアーチ状に動かされる。アーチ状
アーム３４に使用された走査モータ５８は本発明には関
係ない。ただ、ロータ１４に関してセンサ３２がその半
径方向位置で静止するように走査モータ５８が作動停止
できることが必要なだけである。

光伝送能力のピーク付近に視界レンズ３０を保守するた
め、視界レンズ３０はこれからほこりの付着物を除去す
る清掃工程を周期的に受ける。このような清掃システム
の１つは米国特許第４，３８３，５７２号明細書に記載
されたもので、視界レンズ３０がノズル３８と一列に並
ぶようになる時に、ノズル３８から視界レンズ３０全体
に噴射するよう加圧清掃流体のブラストはタイミングが
合わせられている。他のレンズ清掃工程を使用すること
もできる。

第１図に示されているように、赤外線輻射が発せられて
いる付近のロータ１４の熱吸収材料１８の温度を表す信
号は積分器４４に与えられるが、前置増幅器４０での増
幅および変換器４２での変換の中間ステップを通すよう
にしてもよ（・。センサ３２によって作られた信号はそ
れへの赤外線輻射の入射量に比例するものでロータ１４
がセンサ３２を通過する時振幅が変化する。代表的な赤
外線検出信号は第１図に示しである。

センサ３２の近くに置かれた前置増幅器４０はその赤外
線センサ信号を受けてその信号を所定の利得、代表的に
は２５で増幅し、信号処理に必要な振幅の信号を与える
。代表的な前置増幅器出力信号は第１図に示しである。

変換器４２は前置増幅器４０からの浮動交流信号出力を
受けてその浮動交流信号をθ〜２０ミリアンペアの信号
に変換する。この出力電流信号は入力信号にピーク対ピ
ークの振幅が比例するもので、反転させてもよい。変換
器出力は関連する赤外線センサ３２によって検出された
ような瞬時ロータ温度を表す信号である。代表的な瞬時
ロータ温度は第１図に示しである。

その瞬時ロータ温度信号は積分器４４への入力を与える
。積分器４４は空気予熱器１０のロータ１４の１回転に
等しい時間周期の間その瞬時ロータ温度信号を積分し、
この積分結果をロータ駆動制御回路６８から受けた周期
で除して、最新の周期でのロータの平均温度を表す信号
を得ている。この平均ロータ温度は各時間周期ごとに更
新される。代表的な平均ロータ温度は第１図に示しであ
る。好適な実施例では、積分器４４はアナログ積分器で
ある。

瞬時ロータ温度と平均ロータ温度との差は加算器４６に
よって求められ―る。加算器４６からの出力は瞬時ロー
タ温度と平均ロータ温度との差を表している信号である
。代表的な温度差信号は第１図に示しである。

加算器４６からの温度差は積分器４８への入力を与えて
いる。積分器４８は、温度差信号を積分しこの積分した
和をロータ駆動制御回路６８から受けた時間周期で除す
ことにより温度差信号の正の部分の平均値を計算して追
従トリップレベル信号を生じさせる。好適な実施例では
、積分器４８はアナログ積分器である。積分器４８は、
積分器４４と積分器４８との両方がロータの周期、すな
わちロータ駆動制御回路６８からロータを１回転させる
にかかる時間を受けているので積分器４４と同期されて
いる。これは積分器４４および積分器４８によって計算
された平均値が同じ時間周期の間に計算されることを保
証している。代表的な追従トリップレベル信号は第１図
に示しである。

積分器４８によって発生された追従トリップレベル信号
は加算器５２にて可変の予め定められたトリップレベル
設定点５０に加えられて可変トリップレベル信号を発生
する。代表的な可変トリップレベル信号は第１図に示し
てあり、それに第５図にも示しである。そのようにして
発生された可変トリップレベル信号はピーク検出比較器
５４にて、加算器４６ネシ発生された瞬時ロータ温度信
号と平均ロータ温度信号との差と比較される。瞬時ロー
タ温度から平均ロータ温度を差し引いた温度が可変トリ
ップレベル信号を越したとすれば、走査モータ５８は駆
動制御回路５６にって消勢される。消勢した走査モータ
５８はセンサ３２をロータ１４に関しその半径方向位置
で静止させる。走査モータ５８が消勢しても、ロータ１
４は回転を続けているのでセンサ３２は実質的にロータ
１４の同じ角度範囲の表面を走査することになる。この
方法にて、センサ３２はロータ１４の同じ角度範囲の端
面での赤外放射線を監視して、ロータ１４の引き続く回
転の時に最初に検出したと同じ加熱点を検出する。瞬時
ロータ温度信号から平均ロータ温度信号を差し引いた信
号がロータ１４期の期間内に２度可変トリップレベル信
号を越えたとき、センサ３２を通過するロータ１４の２
連続パスで同じ過熱点が検出され、過熱点警報器６０が
作動される。

もし最初の過熱点検出に続いてロータ１４のほぼされた
温度の第２の検出がなければ、駆動制御回路５６は走査
モータＳ８を再び付勢してセンサ３２は過熱点に関して
ロータ１４の表面の走査を続ける。

ピーク検出比較器５４は信頼性のある動作を保証するた
め２つの遅延装置を有するのがよい。第１の遅延装置は
信号が短期間、過熱点警報器６０または駆動制御回路５
６を作動させないようにする。この特長は電気的雑音ま
たは微小な過熱点が誤警報を生じさせないようにするも
のである。第２の遅延装置は最初の過熱点が警報器６０
を即座に作動させるのを防止させている。

積分器４４からの平均ロータ温度出力信号は比較器６２
にて可変の予め定められた低温警報設定点６４と比較さ
れる。平均ロータ温度信号が所定の低温警報設定点６４
より下がると、低温警報器６６が作動される。

低温度警報器は空気予熱器１０が起動してロータの平均
温度が低温警報設定点より低いことを示し、またはセン
サのレンズが汚れているような問題、低温端要素が詰ま
ってロータからの赤外線放射を妨げていること、あるい
は信号処理回路に問題があることを示すこともある。

第５図は代表的な空気予熱器１０の冷温起動時に可変ト
リップレベル信号が如何に変化するかを示している。可
変トリップレベル信号は可変の予め定めｆこトリップレ
ベル設定点５０の固定成分と積分器４８の出力である追
従トリップレベル信号の可変成分とから成っている。追
従トリップレベル信号はロータ１４の背景温度がどのよ
うに変化するかを示している。たとえば、冷温起動時、
ロータ１４の温度は次第に増加して定常状態温度にて安
定し、対応する追従トリップレベル信号も増加して安定
する。停止のとき、ロータ１４の温度は低下し、これに
合わせて追従トリップレベル信号も低下する。

第５図にはまた上記説明のとおりに前置増幅器４０によ
り増幅され変換器４２により変換された代表的な赤外線
センサ出力をも示している。ロータ１４はセンサ３２の
そばを通って回転するので、ロータ１４の構造のために
不均一な温度がセンサ３２によって検出されることにな
る。温度信号の振動数はロータ１４の回転速度および設
計により０　、５Ｈｚ〜３．５）１ｚの範囲にある。

各赤外線センサ３２の信号処理は過熱点検出装置にて他
のセンサと無関係に行なわれているで、第１図には１つ
の回路だけを示しである。他の信号処理回路は実質的に
同じ方法にて関連するセンサからの信号を処理する。１
台の走査モータ５８によって設計された赤外線検出装置
では、駆動制御回路５６に入力される信号はＯＲゲート
を通過させるようにし、これによっていずれかのセンサ
３２が過熱点を検出することで走査モータ５８に走査を
停止さけ得るようにしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によって設計された過熱点検出装置の概
要図、第２図は複数のセンサを使用した回転再生式熱交
換機の斜視図、第３図は詰込まれた要素プレートから赤
外線輻射を受けるよう位置された熱センサを示す拡大断
面図、第４図は第３図の線４−４に沿って見た熱センサ
のアーチ状経路を示す平面図、第５図は回転再生式空気
予熱器の冷温起動および定常状態運転時の可変トリップ
レベル信号および代表的なセンサ信号を示す図である。 ３２・・赤外線センサ、４０・・前置増幅器、４２・・
変換器、４４．４８・・積分器、４６．５２・・加算器
、５０・・トリップレベル設定点、５４・・ピーク検出
比較器、５６・・駆動制御回路、５８・・走査モータ、
６０・・過熱点警報器、６２・・比較器、６４・・低温
警報設定点、６６・・低温警報器、６８・・ロータ駆（
ほか１名） ＦＩＧ、　　３ ＦＩＧ、　　５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　回転再生式熱交換機の過熱点を検出する装置におい
   て、加熱流体および被加熱流体用入口および出口ダクト
   を有するハウジングと、 中心軸を中心として回転するよう設けられた前記ハウジ
   ング内の熱吸収材料の円柱状ロータと、 このロータを回転させて熱吸収材料を加熱流体と被加熱
   流体とに交互に受けさせる手段と、ロータの熱吸収材と
   向かい合わせて赤外線輻射を受けその赤外線輻射入射量
   に比例した瞬時ロータ温度を表す信号を発生させるセン
   サを含む赤外線検出手段と、 ロータの端部に平行でその端部に近接した平面内の経路
   に沿って前記検出手段を動かす手段と、 ロータの瞬時温度を表すセンサ信号を受け、このセンサ
   信号を１周期にわたって積分し、この積分の結果をその
   積分の周期で除して平均ロータ温度信号を発生させる第
   １の積分手段と、ロータの瞬時温度とロータの平均温度
   との間の温度差を求めて出力としてその差を発生させる
   もので、瞬時ロータ温度信号を受ける第１の入力ポート
   と平均ロータ温度信号を受ける第２の入力ポートと温度
   差を表す信号が与えられる出力ポートとを有する手段と
   、 この手段からの温度差出力を受け、温度差信号を１周期
   にわたって積分しこの積分の結果をその積分の周期で除
   すことで温度差の正の部分の平均値を計算して追従トリ
   ップレベル信号を発生させる第２の積分手段と、 その追従トリップレベル信号を所定のトリップレベル設
   定点に加えて出力として可変しきい値温度を表す可変ト
   リップレベル信号を発生させるもので、追従トリップレ
   ベル信号を受ける第１の入力ポートとトリップレベル設
   定点を受ける第２の入力ポートと可変トリップレベル信
   号が与えられる出力ポートとを有する手段と、温度差信
   号出力と可変しきい値温度とを比較するものであって、
   温度差信号を受ける第１の入力ポートと可変トリップレ
   ベル信号を受ける第２の入力ポートと比較された温度信
   号が与えられる出力ポートとを有する手段と、 比較された温度信号に応答して温度差信号が可変トリッ
   プレベル信号を越えた時に検出手段を動かす手段を消勢
   させる手段と を包含することを特徴とする過熱点検出装置。 ２　第１の積分手段の積分の周期は第２の積分手段の積
   分の周期と同期されて第１および第２の積分手段によっ
   て計算される平均値が同じ周期の間に計算されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３　第１の積分手段はアナログ積分器としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４　第２の積分手段はアナログ積分器としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ５　所定のトリップレベル設定点は可変のものとしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ６　平均ロータ温度と所定の低温設定点とを比較するも
   のであって、平均ロータ温度信号を受ける第１の入力ポ
   ートと所定の低温設定点を受ける第２の入力ポートと比
   較された低温信号が与えられる出力ポートとを有する手
   段と、 比較された低温信号に応答して平均ロータ温度が所定の
   低温設定点より下がったことを検出して警報器を付勢す
   る手段と を更に包含することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ７　所定の低温設定点は可変のものとしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の装置。 ８　赤外線検出手段と第１の積分手段との間に入れられ
   て赤外線検出手段によって発生された瞬時ロータ温度を
   信号処理に必要な大きさに増幅する前置増幅器を更に包
   含することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 ９　前置増幅器と第１の積分手段との間に入れられて前
   置増幅器から受けた信号を電流信号に変換する変換器を
   更に包含することを特徴とする特許請求の範囲第８項記
   載の装置。