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Haubenlufttrockner Die Erfindung bezieht sich auf einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Haubenlufttrockner zur Entfernung von Feuchtigkeit aus sich kontinuierlich bewegenden Materialbahnen, mit Mitteln zum Erhitzen eines Luftstromes und Mitteln zum Abgeben der Heissluft mit grosser Geschwindigkeit auf die Oberfläche der zu trocknenden Materialbahn, um die Feuchtigkeit daraus zu verdampfen.
Bei Herstellungsverfahren, wie beispielsweise bei der Papierherstellung und bei der Herstellung von überzü- gen oder bei der Beschichtung, werden die üblichen Maschinen zumeist unveränderlich mit Geschwindigkeiten betrieben, die weit unter den Geschwindigkeiten liegen, mit denen die Maschinen arbeiten können, weil das Papier oder die Schicht nicht ausreichend schnell getrocknet werden kann. Dieses Problem ist ein bereits seit langem vorhandenes Problem und es wurden zur Lösung dieses Problems ausserordentlich grosse Anstrengungen gemacht.
Wenigstens die folgenden neuen Verfahren zur Beschleunigung des Trocknungsvorganges wurden bisher verwendet: (1) erhitzte Zylinder (2) mit hoher Geschwindigkeit strömende Heissluft (3) Strahlungsenergie (4) dielektrische Heizung (5) Vakuumtrocknung (6) Entspannungstrockner (7) Trocknung mittels der Technik des fluidisierten Bettes (8) Trocknung mit geschmolzenem Metall und (9) Kombinationen von zwei oder mehr der im vorstehenden aufgeführten Verfahren.
Es wurde gefunden, dass die ersten drei der im vorstehenden aufgeführten Verfahren und Kombinationen dieser Verfahren am erfolgversprechendsten sind und es wurde viel Geld und Zeit für die Entwicklung und Verbesserung dieser Verfahren aufgewendet.
Es wurde beispielsweise bereits eine sehr vorteilhafte Anwendung der Technik der erhitzten Zylinder vorgeschlagen. In der USA-Patentschrift Nr. 3 237 314 wird ein neues und verbessertes Trocknungsverfahren zum Trocknen von Papier, Schichten und dergleichen durch die Anwendung von Strahlung beschrieben. Die Erfindung bildet einen erheblichen Fortschritt in der dritten dieser Trocknungstechniken, und zwar in der Trocknung mittels Heissluft mit hoher Geschwindigkeit. In Heisslufttrocknern, die mit hohen Geschwindigkeiten arbeiten, wird ein Strom erhitzter Luft oder mit Verbrennungsprodukten gemischter Luft durch eine Reihe von Düsen gedrückt, die dem zu trocknenden Material benachbart angeordnet sind.
Die Heissluft oder die mit Verbrennungsprodukten gemischte Luft wird dabei mit Aufprallgeschwindigkeiten von etwa 75 m/sec durch die Düsen gedrückt, um die Feuchtigkeit aus dem Material zu entfernen. Trockner dieser Art können die Trock- nungsgeschwin,digkeiten wesentlich erhöhen, wenn sie zusammen mit erhitzten Trocknungszylindern verwendet werden.
Bisher wurden im allgemeinen zwei Arten von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Heisslufttrocknern verwendet, und zwar solche, in denen die Luft durch eine Mischung mit heissen Verbrennungsprodukten erhitzt wird (direktgeheizte Lufttrockner) und solche, in denen die Luft indirekt durch Dampf erhitzt wird. Es gibt eine Anzahl Einwände gegen Trockner, bei denen Verbrennungsprodukte verwendet werden. Die erforderlichen Verbrennungsprodukte werden üblicherweise von einem oder von mehreren Gasbrennern erzeugt, die auf der Papiermaschine, der Schichtherstellungsmaschine oder auf einer anderen Maschine montiert sind. Diese Brenner bilden eine ganz erhebliche Feuergefahr.
Weiterhin gelangen die Verbrennungsprodukte mit dem zu trocknenden Material in Berührung und können deshalb dieses Material verschmutzen. Die Leistungsfähigkeit der für diese Trockner zur Verfügung stehenden Brenner ist gering und die Betriebskosten dieser Brenner sind deshalb hoch. Weiterhin müssen grosse Mengen Frischluft kontinuierlich in das Trocknungssystem eingeführt werden, um ,die Verbrennung.durchzuführen.
Gleiche Men
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gen Luft und Verbrennungsprodukte müssen aus dem System abgeführt werden und dadurch wird es unmöglich, grosse Mengen der mit Feuchtigkeit beladenen Luft und der mit Feuchtigkeit beladenen Verbrennungsprodukte, die auf das zu trocknende Material aufgeprallt sind, durch das System zurückzuführen. Demzufolge ist es unmöglich, den Feuchtigkeitsgehalt des Trocknungs- gases dadurch zu erhöhen, dass dem Gas Feuchtigkeit zugesetzt wird, die dem zu trocknenden Material entzogen wird.
Dadurch wird aber die Trocknungsfähigkeit des fluiden Mediums, das auf das Material, welches getrocknet werden soll, auftrifft, nachteilig beeinflusst, da Gase mit hoher Feuchtigkeit mehr Wärme mit sich führen können als trockene Gase der gleichen Zusammensetzung, da Feuchtigkeit etwa die doppelte Wärmekapazität der Luft hat.
Viele der Bedenken, die gegen Trockner erhoben werden, die Verbrennungsprodukte als Trocknungsgas verwenden, können durch eine Verwendung von Dampfheizschlangen behoben werden, mit denen ein Strom von Trocknungsluft erhitzt wird. Derartige Trockner, die allgemein als Gardner -Trockner bekannt sind, haben jedoch einen anderen schwerwiegenden Nachteil, der die Anwendung eines derartigen Trockners erheblich einschränkt. Die praktische maximale Lufttemperatur, die in einem derartigen Trock- nungssystem erreicht werden kann, ist auf etwa 149-176,5 C begrenzt. Demzufolge ist der Unterschied zwischen der Lufttemperatur und der Temperatur des zu trocknenden Materials klein und die Leistung des Systems ist gering.
Der durch die Erfindung geschaffene neue, mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Lufttrockner ist in gewisser Hinsicht mit den bisher verwendeten dampfbe- heizten Gardner -Trocknern vergleichbar.
Durch die Erfindung wird eine Anzahl von erheblichen Vorteilen erhalten. Es wird die Feuergefahr ausgeschaltet und es werden die Verschmutzungsprobleme behoben, welche bei Trocknern auftreten, die ein Gemisch von Luft und Verbrennungsgasen als Trock- nungsmedium verwenden. Jede gewünschte Menge der verbrauchten Luft kann durch das System in Umlauf gesetzt werden, um die Feuchtigkeit zu erhöhen und um damit die Wärmekapazität der Trocknungsluft zu ver- grössern, wodurch die Leistungsfähigkeit des Systems erhöht wird.
Zusätzlich können Trockner, die gemäss der Erfindung aufgebaut sind, in einfacher Weise mit einem einfachen automatischen Steuersystem ausgerüstet werden, um die Feuchtigkeit der Trocknungsluft auf einer gewünschten Höhe zu halten.
Verglichen mit den üblichen Gardner -Trocknern wird :durch die Erfindung eine unerwartete und überraschend höhere Trocknungsgeschwindigkeit erzielt und gleichzeitig wird mit der Erfindung eine erhebliche Verminderung der Leistung erreicht, die erforderlich ist, um die Luft durch das System in Umlauf zu setzen.
Es ist ebenfalls unerwartet, dass lediglich ein geringer Anstieg der Oberflächentemperatur des zu trocknenden Materials durch die Erhöhung der Temperatur der Trock- nungsluft bewirkt wird. Da das Wärmeübertragungsmit- tel immer flüssig bleibt, werden zusätzlich noch die Gefahren ausgeschaltet, die ein überhitzter Dampf mit sich bringt, der bei 176,5 C einen Druck von etwa 9,5 kg/cm2 hat.
Der erfindungsgemässe Haubenlufttrockner ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lufterhitzermittel eine Lufterhitzerkammer, ein Gebläse, um Luft durch die Kammer zu fördern, einen Wärmeaustauscher in der Kammer, ein Erhitzerelement mit einem Wärmeaustau- scher, Zu- und Abfuhrleitungen, die .die Wärmeaustau- scher der Lufterhitzerkammer und des Erhitzerelements zu einem geschlossenen Zirkulationssystem verbinden, eine in diesem System vorgesehene Wärmeübertra- gungsflüssigkeit mit hohem Siedepunkt, Mittel,
um die Flüssigkeit mit praktisch konstanter Menge durch das System zirkulieren zu lassen, eine Bypassleitung für die Flüssigkeitsverbindung zwischen der Zu- und Abfuhrlei- tung, welche Bypassleitung mit dem Wärmeaustauscher des Lufterhitzers parallel geschaltet ist, und Mittel aufweisen, die entsprechend der Temperatur der Luft im Heissluftkanal die Flüssigkeitsströmung zwischen Bypassleitung und Wärmeaustauscher des Lufterhitzers derart regelt, dass die durch den Kanal fliessende Luft praktisch die gleiche Temperatur aufweist, und ist ferner gekennzeichnet durch Mittel, um mindestens einen Teil der gekühlten,
feuchtigkeitsbeladenen Luft aus der unmittelbaren Nähe der Materialbahn wieder den Lufter- hitzermitteln zuzuführen, um die spezifische Feuchtigkeit der Luft auf einem bestimmten Wert zu halten.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise schematische perspektivische Ansicht eines mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Haubenluftroekners, Fig. 2 eine Schnittansicht der Haube, die bei dem in Fig. 1 gezeigten System verwendet wird, wobei der Schnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 der Fig. 1 genommen ist, Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die jedoch im wesentlichen längs der Linie 3-3 der Fig. 1 genommen ist, Fig.4 eine Teilansicht der Haube im grösseren Massstab, die mehr ins einzelne gehend die Anordnung der Düsen zeigt,
die verwendet werden, um die erhitzte, umlaufende Trocknungsluft auf das zu trocknende Material zu richten, Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Lei- stungscharakteristiken von mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Lufttrocknern nach Gardner mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vergleicht, Fig.6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Taupunkt und der spezifischen Feuchtigkeit, Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Steuersystems, welches verwendet werden kann, um automatisch die Feuchtigkeit der Trocknungsluft zu regeln, Fig. 8 eine Schnittansicht der Abtasteinrichtung des Steuersystems,
genommen im wesentlichen längs der Linie 8-8 der Fig. 9 und Fig. 9 eine Schnittansicht der Abtasteinrichtung, genommen im wesentlichen längs der Linie 9-9 der Fig. B.
Beim Trocknen von Papier, Schichten und ähnlichen Flüssigkeiten mit sich führenden Materialien auf erhitzten Trommeln bewirkt die durch die Trommel auf das Material übertragene Wärme, dass Moleküle der Flüssigkeit von der Oberfläche des Materials verdampfen, wodurch eine trockene Grenzschicht im Material erzeugt wird und eine dampfförmige Sperrschicht in der Nähe der Oberfläche des Materials. Wenn die Trocknung fortschreitet, wandern Flüssigkeitsmoleküle im Material vom Material durch die trockene Grenzschicht hindurch und treten aus dem Material in die Dampfsperrschicht
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bei der Oberfläche des Materials ein.
Wenn die Molekülkonzentration in der Sperrschicht ansteigt, diffundieren diese Moleküle zu Bereichen geringerer Konzentration hin. Da die trockene Grenzschicht des Materials unmittelbar der Papiergxenzschicht benachbart liegt, kehrt ein Teil dieser Moleküle in das Material zurück, wodurch das Trocknungsverfahren verzögert wird.
Um die Flüssigkeit von der Sperrschicht zu entfernen und um das Trocknungsverfahren zu beschleunigen, wurden mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Lufttrockner entwickelt. Diese Trockner richten Strahlen von Heissluft mit hoher Geschwindigkeit gegen die Oberfläche des zu trocknenden Materials, wodurch die Dampfmoleküle aus der Grenzschicht herausgelöst werden und wodurch deren kinetische Energie erhöht wird, so dass diese Moleküle in die verbrauchte Trocknungs- luft hineingelangen, wenn diese Luft aus dem Trockner abgezogen wird. Zusätzlich überträgt der Aufprall der Heissluft eine beträchtliche Wärmemenge auf das Material, wodurch die Geschwindigkeit erhöht wird, mit der die Flüssigkeitsmoleküle durch das Material hindurchwandern und an der Oberfläche des zu trocknenden Materials verdampfen.
Es sei nun auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen. Fig. 1 zeigt einen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Lufttrockner 10, der derart ausgelegt ist, um die Trocknung von Papier, Schichten und ähnlichen Materialien durch den im vorstehenden beschriebenen Wärmeübertragungsmechanismus zu beschleunigen.
Der Trockner 10 weist ein geschlossenes Luftheizsystem 12 auf, welches eine Heizvorrichtung 14 umfasst, die zur Erhitzung eines nichtwässrigen, flüssigen Wärmeüber- tragungsmediums vorgesehen ist, eine Luftheizvorrich- tung 16, und eine Pumpe 18, um das Wärmeübertra- gungsmedium zwischen den Vorrichtungen 14 und 16 umzuwälzen. Ein Luftstrom wird durch das Gebläse 20 durch die Heizvorrichtung 16 gedrückt. In dieser Heiz- vorrichtung wird der Luftstrom auf die gewünschte Temperatur erhitzt, vorzugsweise auf 260-288 C. Der Luftstrom wird durch eine Speiseleitung 22 zu einer Lufthaube 24 geführt.
Von dort wird die Heissluft mit hoher Geschwindigkeit gegen die Oberfläche einer Materialbahn 26 gerichtet, die sich in Richtung der Pfeile über einen erhitzten Zylinder 28 (US Patent Nr. 3 237 315) und eine Führungswalze 30 bewegt. Die Geschwindigkeit der Luft, die auf das zu trocknende Material auftrifft, kann im Bereich von 30-60 m/sec liegen und hat vorzugsweise die Grössenordnung von 30 m/sec. Nachdem die Luft auf die Bahn 26 aufgeprallt ist, wird die verbrauchte Luft von der Lufthaube 24 durch eine Rückführleitung 32 durch das Gebläse 20 abgezogen, welches die verbrauchte Luft zur Luftheizvorrichtung 16 zurückleitet.
Das Lufterhitzungssystem 12 weist den gleichen allgemeinen Aufbau auf wie das Erhitzungssystem, welches in der USA-Patentschrift Nr. 3 236 292 beschrieben ist. Die H--izvorrichtung 14 dieses Systems, welche im wesentlichen einen üblichen Aufbau aufweist, weist durchlaufende, gerippte Heizrohre 34 auf, von denen lediglich eine dargestellt ist, durch welche das Wärme- übertragungsmedium strömt und über welche die heissen Verbrennungsgase strömen, die von einem Brenner 36 erzeugt werden.
Die Heizrohre 34 und ein Brenner oder mehrere Brenner 36 sind in einem Gehäuse 38 ang ord- net, welches mit einer geeigneten, nichtdargestellten, feuerfesten Auskleidung ausgerüstet sein kann, um Wärme auf die Heizrohre 34 abzustrahlen. Dieses Ge- häuse 38 weist einen Gasabzug 40 auf, durch den die Verbrennungsgase abgezogen werden können, nachdem diese über die Haizrohre 34 hinweggegangen sind. Der Brenner 36 kann ein Gas- oder Ölbrenner sein oder ein Brenner für feste Brennstoffe, und zwar je nach Wunsch.
Der Brennstoff strömt zum Brenner 36 durch eine Speiseleitung 42, in der ein automatisch betätigtes Ventil 44 angeordnet ist, wie beispielsweise ein Ventil Min- neapolis Honeywell Series 800 . Das Ventil 44 wird vorzugsweise über eine Temperatursteuerung 46 gesteuert, welche auf die Temperatur des Wärmeübertra- gungsumlaufmediums anspricht, das aus den Heizrohren 34 in der Heizvorrichtung 14 austritt, um sicherzustellen, dass dieses Umlaufmedium von der Heizvorrichtung unveränderlich mit der gleichen Temperatur abgegeben wird.
Die Temperatursteuerung 46 kann irgendeine gewünschte, im Handel erhältliche Einrichtung sein, wie beispielsweise die Minneapolis Honeywell Electro- nik -Steuerung oder die Minneapolis Honey- well -Steuerung T 456B, welche die Werte nicht aufzeichnet.
Die Auslässe der Heizrohre 34 sind mit einer Speiseleitung 48 verbunden, durch welche das erhitzte umlaufende Medium mittels einer Pumpe 18 gedrückt wird, und zwar zu einer oder zu mehreren gerippten Heizrohren 50 in der Luftheizvorrichtung 16, die zusätzlich zu den Heizrohren 50 eine Kammer 52 aufweist, die um die Rohre herum angeordnet ist. Von den Wärmeaustauschrohren 50 wird das umlaufende Wärmeaustauschme- dium zur Heizvorrichtung 14 durch eine Rückführungsleitung 54 zurückgepumpt.
Um den richtigen Betrieb des Trockners 10 sicherzustellen, muss die erhitzte Luft, die vom Lufterhitzer 16 in die Speiseleitung 22 gelangt, auf einer gleichförmigen Temperatur gehalten werden. Zu diesem Zweck ist eine Nebenschlussleitung 56 vorgesehen, die zwischen der Speiseleitung 48 und der Rückführungsleitung 54 parallel zu den Wärmeaustauschrohren 50 im Lufterhitzer 16 eingeschaltet ist.
In diese Nebenschlussleitung 56 ist ein Dreiwegehahn 58 eingeschaltet, beispielsweise der Hahn, der von der Minneapolis Honeywell unter der Serienbezeichnung 800 gefertigt wird, und dieser Hahn wird durch eine Temperatursteuerung 60 gesteuert, die auf die Temperatur der erhitzten Luft anspricht, die von der Kammer 52 des Lufterhitzers 16 in die Luftspeiseleitung 22 strömt. Die Temperatursteuerung 60 kann, falls gewünscht, die gleiche sein wie die Temperatursteuerung 46.
Die Temperatursteuerung 60, die ein Abtastelement 62 aufweist, welches in der Luftspeiseleitung beim Einlassende dieser Leitung angeordnet ist, teilt die Strömung des erhitzten umlaufenden Wärmeübertra- gungsmediums zwischen den Wärmeaustauschrohren 50 im Lufterhitzer 16 und der Nebenschlussleitung 56 auf, um die Temperatur der Luft, die in die Speiseleitung einströmt, auf der Temperatur zu halten, auf welcher die Steuerung 60 eingestellt ist. Wenn die Lufttemperatur abfällt, wird im allgemeinen ein grösserer Anteil der umlaufenden Flüssigkeit dem Luftheizer zugeteilt.
Wenn die Lufttemperatur ansteigt, wird im Gegensatz hierzu ein zunehmender Anteil des umlaufenden Wärmeaustauschmediums über die Nebenschlussleitung 56 abgezweigt.
Ein wesentliches Merkmal des beschriebenen Luft- trockners ist die Anwendung eines flüssigen Kohlenwasserstoffes mit hohem Siedepunkt als Umlaufmedium, wobei dieser Kohlenwasserstoff mit ausserordentlich
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hohen Temperaturen in flüssiger Form umgewälzt werden kann. Demzufolge kann die Luft, die an die Lufthaube 24 abgegeben wird, auf wesentlich höhere Temperaturen erhitzt werden, als es bisher möglich war, wodurch ganz erheblich der Wirkungsgrad und die Leistung des Trockners 10 erhöht werden.
Wenn das Wär- meübertragungsmedium ständig die flüssige Form beibehält, können gleichzeitig die Heizsystemkomponenten, durch welche das Wärmeübertragungsmedium strömt, derart ausgelegt sein, dass diese lediglich sehr geringen Drücken wiederstehen. Bei dem beschriebenen mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Lufttrockner wird vorzugsweise als Wärmeübertragungsflüssigkeit Aro- clor 1248 verwendet und dieses Aroclor ist ein chloriertes Biphenyl, welches von der Monsanto Chemical Company hergestellt wird.
Aroclor 1248 kann auf Temperaturen in der Grössenordnung von 288-299 C erhitzt werden, ohne dass diese Flüssigkeit siedet und ohne dass eine zulässige Zersetzung überschritten wird. Bei diesen Temperaturen hat Aroclor 1248 eine Zer- setzungsgeschwindigkeit, die kleiner ist als 0,001 % pro Betriebsstunde.
Wie in der bereits zitierten USA-Patentschrift Nr. 3 236 692 dargelegt, muss, wenn eine Flüssigkeit wie Aroclor 1248 als Wärmeübertragungsmedium verwendet wird, eine beträchtliche konstante Strömung hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise in der Grössenordnung von 2,4 m/sec, im Heizsystem aufrecht erhalten werden, da, falls keine konstante Umwälzung aufrecht erhalten wird, das Wärmeübertragungsmedium in den Heizrohren 34 der Heizvorrichtung 14 überhitzt wird und polymerisieren kann, wodurch eine dicke Brühe erzeugt wird, die in nachteiliger Weise die Wärmeübertra- gungsleistung des Systems beeinflusst.
Um eine Unterbrechung der Strömung in den Leitungen 48 oder 54 oder in den Heizrohren 50 zu verhindern, ist eine Abzweigungsleitung 64 vorgesehen, die zwischen die Hauptspeiseleitung 48 in der Nähe des Abgabeendes der Heizrohre 54 und die Hauptrückführungsleitung 54 auf der Einlasseite der Pumpe 18 eingeschaltet ist. Die Strömung durch die Abzweigungsleitung 64 wird durch ein Ventil 66 ( Minneapolis Honeywell-Series 800 ) gesteuert, welches von einer Differentialdrucksteuerung 68 gesteuert wird. Die beiden nichtdargestellten Balgabtast- elemente dieser Steuerung sind an der Einlasseite und an der Abgabeseite der Umlaufpumpe 18 angeordnet.
Diese Abtast- oder Fühlerlemente sind über Leitungen 70 und 72 mit einem Druckwandler 74 verbunden, der seinerseits über eine Leitung 76 mit der Differentialdrucksteuerung 68 verbunden ist. Die Differentialdrucksteuerung 68 kann einen üblichen Aufbau haben und kann beispielsweise die Steuerung sein, die unter dem Namen Differential Pressuretrol von der Minneapolis Honeywell Regulator Company hergestellt wird.
Sollte ein Betriebszustand auftreten, bei dem die Neigung vorhanden ist, dass die Strömung durch das Heizsystem 12 verringert wird, beispielsweise durch ein Hindernis in den Leitungen 48 oder 54 oder in den Heizrohren 50, so erhöht sich der Druckunterschied zwischen der Einlass- und Auslasseite der Pumpe 18 und dadurch wird die Differentialdrucksteuerung 68 gezwungen, den Schieber 66 zu öffnen.
Das umlaufende Medium kann von der Speiseleitung 48 über die Neben- schlussleitung 64 in die Rückführungsleitung 54 fliessen. Auf diese Weise wird die Flüssigkeitsströmung durch die Heizvorrichtung 14 konstant gehalten, und dadurch wird verhindert, dass das umlaufende Wärmeübertragungs- medium überhitzt wird.
Wenn die Strömung des fluiden Mediums durch die Speise- und Rückführungsleitungen und durch die Heizrohre 50 wieder ansteigt, so nimmt der Druckunterschied zwischen der Pumpensaug- und -förderseite ab. Die Dif- ferentialdrucksteuerung 68 schliesst den Schieber 66 und dadurch wird die Flüssigkeitsströmung durch die Nebenschlussleitung 64 verringert und die Strömung durch die Hauptspeiseleitung 48 wird erhöht.
Das Heizsystem 12 ist im einzelnen in der bereits zitierten USA-Patentschrift Nr. 3 236 292 beschrieben. Da :dieses Heizsystem 12 keinen Teil der Erfindung bildet, ist es nicht erforderlich, das System im einzelnen noch zu beschreiben.
Wie bereits ausgeführt, wird ein Luftstrom durch die Speicherkammer 52 der Luftheizung 16 und über die Wärmeaustauschrohre 50 durch das Gebläse 20 gedrückt. Die Luft wird auf eine Temperatur in der Grös- senordnung von 288 C erhitzt. Aus der Kammer 52 wird die erhitzte Luft durch das Gebläse 20 durch die Luftspeiseleitung 22 in einen Kanalabschnitt 78 gedrückt, der mit dem Auslass 80 des Kanals 22 verbunden ist. Der Leitungsabschnitt 78 erstreckt sich durch die obere Wandung 81 der Lufthaube 24 hindurch und steht mit dem inneren Raum einer Kammer 82 in Verbindung, wobei diese Kammer 82 über den Einlässen der Düsen 84 in der Haube 24 angeordnet ist und mit diesen Einlässen in Verbindung steht.
Es sei nun auf die Fig. 2-4 Bezug genommen. Die Düsen 84 sind parallel zueinander und nebeneinander über die gesamte Breite der Materialbahn 26 angeordnet und halb um den erhitzten Zylinder 28 herum. Jede der Düsen 84 ist aus zwei gleichen Metallblechdüsenglie- dern 88 hergestellt, die spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Die Glieder 88 haben parallele Seiten 90 und konvergierende Düsenteile 92, die miteinander zusammenwirken, um in jeder Düse einen schmalen langgestreckten Düsenauslassschlitz 94 in der Nähe der Oberfläche der Materialbahn 26 zu bilden. Die beiden Düsenteile 88 einer jeden Düse sind durch einen oberen Wandungsteil 96 miteinander verbunden.
Dieser Wan- dungsteil 96 schliesst das Ende der Düse gegenüber dem Auslassschlitz 94 ab. Der Wandungsteil 96 kann ange- schweisst oder angelötet sein. Die Düsen 84 sind durch Metallblechrippen 98 miteinander verbunden, die sich zwischen gegenüberliegenden Düsenteilen 88 benachbarter Düsen 84 am Schnittpunkt der Wandungsteile 90 und der Düsenteile 92 erstrecken und die angeschweisst oder angelötet sind.
Die Düsen 84 werden mit ihren Auslässen 94 durch Seitenwandungen 100 und 102 der Lufthaube 24 der Materialbahn 26 dicht benachbart gehalten, wobei die Enden der Düsenteile 88 an diesen Seitenwandungen mittels Schweissung oder Lötung befestigt sein können. Abdeckplatten 103 sind an den Seitenwandungen 100 und 102 angeschraubt, oder in anderer Weise mit diesen Seitenwandungen verbunden, die mittels einer Seitenwandung 104 miteinander verbunden sind, und die offenen Enden der Düsen abschliessen.
Wie es am besten aus den Fig. 1 und 4 zu erkennen ist, weist die Kammer 82 einen mondsichelförmigen Aufbau auf, der durch die Endwandungen 105 und 106 gebildet wird, zwischen denen sich eine obere Wandung 108 erstreckt. Die unteren Kanten 110 der Kammersei- tenwandungen 105 und 106 sind an den oberen Wandungen 96 der Düsen 84 befestigt, um eine luftdichte Abdichtung zwischen den Düsen und der Kammer zu
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erzielen.
Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind die oberen Wandungen 96 der Düsen 84 zwischen den Endwan- dungen 103 und 106 der Kammer 82 aufgeschnitten, wodurch Öffnungen 112 (Fig. 4) gebildet werden, durch welche die erhitzte Trockungsluft aus der Kammer 82 in das Innere der Düsen 84 einströmen kann, wie es durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet ist. Wie in den Fig. 2 und 4 gezeigt, sind die Abstände zwischen benachbarten Düsen 84 unterhalb der Kammer 82 von Metallplatten 114 abgedeckt, die es verhindern, dass Heissluft aus der Kammer zwischen benachbarten Düsen ausströmt.
Nachdem die erhitzte Trocknungsluft auf die Oberfläche der zu trocknenden Materialbahn 26 aufgeprallt ist, strömt diese Luft nach oben (Fig. 3 und 4) durch langgestreckte Schlitze 116 hindurch, die in den Rippen ausgebildet sind, welche die Düsen 84 verbinden. Diese Luft führt Dampfschwaden mit sich, wobei diese Schwaden aus der Grenzschicht bei der Bahnoberfläche 26 entnommen sind. Es sei nochmals auf Fig. 1 Bezug genommen. Die verbrauchte Luft und die mitgeführte Feuchtigkeit werden vom Gebläse 20 durch einen Leitungsabschnitt 118 der Lufthaube 24 in eine Rückführungsleitung 32 gezogen, durch welche die Luft und die Feuchtigkeit in die Kammer 52 der Luftheizung 16 zurückgeführt werden.
Durch die Rückführung der mit Feuchtigkeit beladenen Luft durch den Lufterhitzer wird der Feuchtigkeitsgehalt der Trocknungsluft, die an die Lufthaube 24 abgegeben wird, erhöht. Der Feuchtigkeitsgehalt wird vorzugsweise auf eine spezifische Feuchtigkeit im Bereich von 0,4-2,0 kg Wasser pro kg Trockenluft erhöht. Dadurch wird die Wärmetransportkapazität der Trocknungsluft erhöht. Der bevorzugte Wert der spezifischen Feuchtigkeit hat die Grössenord- nung von 1,0 kg Wasser pro kg Trockenluft, obwohl es vorgesehen ist, dass dieser Wert innerhalb der oben angegebenen Grenze für verschiedene Anwendungen der Erfindung verändert wird.
Um den Feuchtigkeitsgehalt der an die Lufthaube 24 abgegebenen Luft zu steuern, kann eine Luftzuleitung 120 vorgesehen sein und weiterhin ein Entlüftungskanal 122. Wie in Fig. 1 gezeigt, steht der Luftkanal 120 mit der Rückführungsleitung 32 auf der Einlasseite des Gebläses 20 in Verbindung. Der Entlüftungskanal 122 steht mit einem Kanal 124 in Verbindung, der zwischen dem Auslass des Gebläses 20 und dem Einlass der Kammer 52 des Luftheizers 16 angeordnet ist.
Schieber oder Drosseln 126 und 128 sind in den Kanälen 120 und 122 angeordnet und diese Schieber können derart eingestellt sein, um wahlweise veränderliche Anteile der mit Feuchtigkeit beladenen, verbrauchten Luft, die von der Lufthaube 24 zurückgeführt wird, abzugeben und um diese durch Frischluft mit geringerer Feuchtigkeit zu ersetzen, um die spezifische Feuchtigkeit der Luft, die an die Lufthaube 24 abgegeben wird, auf einem gewünschten Wert zu halten.
Fig. 7 zeigt schematisch ein automatisches Steuersystem 130, welches zur Konstanthaltung der Feuchtigkeit der erhitzten Luft vorgesehen ist, die durch die Düsen 84 in der Lufthaube 24 abgegeben wird. Das automatische Feuchtigkeitssteuersystem 130 weist einen Fühler 132, einen Verstärker und eine Steuerung 134 und ein Leistungsbetätigungsglied 136 auf. Der Fühler 132, der in der Rückführungsleitung 32 angeordnet ist, erzeugt ein Signal, welches für die spezifische Feuchtigkeit der Luft eine Anzeige bildet, die durch die Rückführungsleitung strömt und dieses Signal wird dem Verstärker und der Steuerung 134 zugeführt. Das Steuergerät 134 kann das Gerät Modell GP107 der General Electric Co. sein.
Das Steuergerät 134 verstärkt das Signal und überträgt dieses auf den Kraftantrieb 136. Dieser Kraftantrieb kann ein üblicher, mit geringer Drehzahl arbeitender, umkehrbarer Gleichstrommotor sein. Der Kraftantrieb 136 steht in Antriebsverbindung mit den Schiebern 126 und 128 im Kanal 120 und im Kanal 122 und stellt diese Schieber ein, um kontinuierlich den Anteil der umgewälzten und der Frisch-Luft zu verändern, um die Feuchtigkeit der Luft konstant zu halten, die auf die Materialbahn 26 auftrifft, welche sich durch den Trockner hindurchbewegt.
Es sei nun auf Fig. 6 Bezug genommen. Der Fühler 132 macht von den an sich bekannten physikalischen Tatsachen Gebrauch, dass, wenn die spezifische Feuchtigkeit einer Luftmenge anwächst, deren Taupunkt ebenfalls anwächst und dass, wenn die Luftmenge eine Oberfläche berührt, die eine Temperatur aufweist, die niedriger ist als der Taupunkt der Luft, sich die Feuchtigkeit der Luft an der kühleren Oberfläche kondensiert. Wenn die spezifische Feuchtigkeit einer Luftmenge 0,4 kg Wasser pro kg Trockenluft beträgt, so liegt der Taupunkt dieser Luftmenge, wie Fig.6 zeigt, bei 75,5 C. Die Feuchtigkeit in dieser Luftmenge kondensiert auf jeder Oberfläche, die eine Temperatur hat, die kleiner ist als 75,5 C.
Wenn die spezifische Feuchtigkeit der Luft 0,3 kg Wasser pro kg Trockenluft beträgt, so ist der Taupunkt dieser Luftmenge 71,1 C und die Feuchtigkeit kondensiert an einer Oberfläche, die eine Temperatur hat, die kleiner ist als 71,1' C.
Es sei zunächst auf die Fig. 8 und 9 Bezug genommen. Der Fühler 132 weist eine Kupferplatte 138 auf, die in der Rückführungsleitung 32 montiert ist und die eine polierte, chromplattierte Oberfläche 139 aufweist, die zum Inneren der Leitung hinweist. Die Platte 138 wird auf einer konstanten Temperatur gehalten, beispielsweise mittels umlaufendem Wasser oder mittels einer anderen, auf konstanter Temperatur gehaltenen Flüssigkeit, die durch eine Kammer 140 strömt und die mit der Rückseite oder der äusseren Seite der Platte 138 in einen Wärmeaustauschkontakt gebracht wird.
Die Kammer 140 weist eine Einlassleitung 142 und eine Auslassleitung 144 auf, und ist von einer Isolierung umgeben, die allgemein mit 145 bezeichnet ist. Die Isolierung ist in einem Gehäuse 146 angeordnet, welches in irgendeiner gewünschten Weise an der Leitung 32 befestigt ist. Ein Thermoelement 147 kann mit der äusseren Seite der Platte 138 in Berührung stehen, um eine dauernde Anzeige der Temperatur der Platte zu ermöglichen. Die durch die Kammer 140 in Umlauf gesetzte Flüssigkeit kann in irgendeiner gewünschten Weise erhitzt werden, beispielsweise auf die Art, wie es in der USA-Patentschrift 1. 960 658 beschrieben ist.
Die Temperatur der Platte 138 wird derart gewählt, dass, wenn die spezifische Feuchtigkeit der Luft, die durch den Rückleitungskanal 32 strömt, über dem gewünschten Wert liegt, der Taupunkt der strömenden Luft über die Temperatur ansteigt, auf welcher die Platte 138 gehalten wird, wodurch die Feuchtigkeit in der strömenden Luft kondensiert und die hochpolierte, chromplattierte Oberfläche der Platte 138 wird beschlagen. Wenn es beispielsweise gewünscht ist, die spezifische Feuchtigkeit der Luft, die durch den Kanal 32 strömt, bei 0,3 kg Wasser per kg Trockenluft zu halten, wird die Platte 138 auf einer Temperatur von 71,1' C gehalten.
Wenn die spezifische Feuchtigkeit der Luft, die durch den Rückführungskanal strömt, über 0,3 kg Was-
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ser pro kg Trockenluft ansteigt, so steigt der Taupunkt der Luft über 71,1 C an und die Feuchtigkeit der Luft kondensiert auf der polierten Oberfläche der Platte 138.
Das Vorhandensein einer Verschleierung oder eines Kondensates auf der Platte 138 wird durch die Reflexion eines Lichtstrahles festgestellt, der von der Lampe 148 ausgeht und der von der chromplattierten Oberfläche der Platte 138 in eine Photozelle 150 reflektiert wird. Wenn die spezifische Feuchtigkeit der durch den Kanal 32 strömenden Luft über den gewünschten Wert ansteigt, bildet sich ein Kondensat an der Oberfläche der Platte 138 aus und die Intensität des Lichtes, welches die Photozelle 150 erreicht, ist wesentlich kleiner, als wenn kein Kondensat vorhanden ist.
Die Intensität des Stromes, der von Photozelle 150 erzeugt wird, wird vermindert und dadurch wird ein Signal erzeugt, welches, wie oben beschrieben, verstärkt wird, und der Antriebsvorrichtung 136 zugeleitet wird. Im vorgenannten Fall öffnet die Vorrichtung 136 den Schieber 128 im Entlüftungskanal 122 und den Schieber 126 im Zuführungskanal 120, um einen Teil der feuchtigkeitsbeladenen, umgewälzten Luft durch frische, trockene Zusatzluft zu ersetzen. Die Lampe 148 und die Photozelle 150 sind in Gehäusen 152 und 153 montiert, die in gewünschter Weise in der Leitung 32 befestigt sind.
Bei dem in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel weist das System zur Erzeugung und Feststellung einer Verschleierung eine Platte 138 auf und die Vorrichtung, die vorgesehen ist, um die Platte 138 auf einer konstanten Temperatur zu halten und die Lampe 148 und die Photozelle 150 sind zwei Mal vorhanden, wobei die Komponenten des zweiten Systems durch Bezugszeichen gekennzeichnet sind, die die gleichen wie die des ersten Systems sind, wobei jedoch die Bezugszeichen mit einem oberen Beistrich versehen sind.
Die beiden Systeme arbeiten in gleicher Weise, jedoch mit der folgenden Ausnahme: Es sei angenommen, dass es gewünscht ist, die spezifische Feuchtigkeit der durch die Rückführungsleitung 32 strömenden Luft auf 0,3 kg Wasser pro kg Trockenluft zu halten. Die Platte 138 wird beispielsweise auf einer Temperatur von 70,5 C gehalten und die Platte 138' auf einer Temperatur von 71,7 C. Wenn in diesem Fall die spezifische Feuchtigkeit der Luft, die durch die Leitung 32 strömt, mehr als nur etwas unter den Wert von 0,3 kg Wasser pro kg Trockenluft abfällt, sind beide polierten Oberflächen beider Platten 138 und 138' unverschleiert oder klar.
Wenn die spezifische Feuchtigkeit der Luft 0,3 kg Wasser pro kg Trockenluft beträgt oder dicht bei diesem Wert liegt, wird die polierte Oberläche der Platte 138 verschleiert, jedoch verbleibt die Oberfläche der Platte 138' unverschleiert. Wenn die spezifische Feuchtigkeit der Luft auf einen grösseren Wert ansteigt als auf einen Wert, der etwas oberhalb 0,3 kg Wasser pro kg Trockenluft liegt, so werden die Oberflächen beider Platten 138 und 138' verschleiert. Durch eine Kombination der Ausgangsspannungen der beiden Photozellen 150 und 150' kann ein kontinuierlich veränderliches Signal erzeugt werden, welches geringe Zunahmen und Abnahmen der spezifischen Feuchtigkeit der Luft anzeigt,
die durch die Leitung 32 hindurchströmt. Durch .die Verwendung eines Dual-Systems kann deshalb die spezifische Feuchtigkeit der Luft innerhalb sehr enger Grenzen auf dem gewünschten Wert gehalten werden.
Fig. 5 zeigt graphisch die Vorteile, die durch die Erfindung unter Bezugnahme auf den üblichen dampfbe- heizten Gardner -Trockner erzielt werden. Wie im vorstehenden dargelegt, ist es durch die Erfindung möglich, die Trocknungsluft an das zu trocknende Material mit einer Temperatur in der Grössenordnung von 288 C abzugeben, wobei bei den sogenannten Gard- ner -Trocknern maximale Lufttemperaturen von etwa 177 C erreichbar sind.
Wie durch die Trocknungsge- schwindigkeitskurve gezeigt, kann dadurch die Trock- nungsgeschwindigkeit von einer Entnahme von 53,6 kg Feuchtigkeit pro Stunde pro m2 des Materials auf eine Entnahme von 87,6 kg Feuchtigkeit pro Stunde pro m2 des Materials erhöht werden und dies ist eine Erhöhung um mehr als 50 0/0.
Es wurde gefunden, dass die Trocknungskapazität oder die Trocknungsfähigkeit einer Funktion sowohl der Lufttemperatur als auch der Luftgeschwindigkeit ist. Wenn die Temperatur erhöht wird, kann die Geschwindigkeit verringert werden. Hohe Temperaturen ermöglichen deshalb hohe Trocknungsgeschwindigkeiten bei verhältnismässig geringen Luftgeschwindigkeiten, wobei eine entsprechende Verminderung der Leistung erzielt wird, die erforderlich ist, um das Luftgebläse anzutreiben.
Wenn man die Luft anstatt auf 177 C auf 288 C erhöht, kann die Leistung des Motors, der zum Antrieb des Gebläses 20 verwendet wird, von etwa 5,16 PS pro m2 trockener Oberfläche auf etwa 4,52 PS pro m2 trok- kener Oberfläche verringert werden und dies bedeutet eine Einsparung von etwa 12,5 ()/o wie es die Kurve Leistungsaufnahme des Hauptgebläses zeigt. Durch eine Erhitzung der Trocknungsluft auf 288 C kann der optimale Druck des Dampfes, durch den der Zylinder 28 erhitzt wird, auf 0,28 kg/cm2 verringert werden, wobei ein optimaler Druck von etwa 0,7 kg/cm2 erforderlich ist, wenn die Luft auf 177 C erhitzt wird.
Die Temperatur von 177 C ist die Maximaltemperatur, die bei einem dampfbeheizten Gardner -Trockner erhalten werden kann. Wie durch die Kurve Bahnoberflächentempera- tur gezeigt, wird die erhebliche Erhöhung der Trock- nungsgeschwindigkeit und die erhebliche Verringerung der Gebläseleistungsaufnahme und die Verringerung des optimalen Dampfzylinderdruckes lediglich von einer Erhöhung der Oberflächentemperatur des zu trocknenden Materials von etwa 5 C begleitet.
Obwohl die Trocknungsluft auf eine wesentlich höhere Temperatur erhitzt wurde, als es bisher möglich war, wird das zu trocknende Material nicht überhitzt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der, dass der Druck des umlaufenden Wärmeübertragungsmediums in den Rohren 50 der Luftheizung 16 und in den anderen Komponenten des Heizsystems 12, durch die dieses Medium fliesst, im wesentlichen ein Atmosphärendruck ist.
Bei einem mit 177 C arbeitenden Gard- ner -Trockner beträgt der Druck des Dampfes, der durch die Luftheizung umläuft, etwa 11,9 kg/cm2. Die durch die Erfindung ermöglichte Druckverminderung macht es möglich, erhebliche Fertigungskosten des Trockners einzusparen und weiterhin wird dadurch die Gefahrenquelle ausgeschaltet, die ein Umgang mit Dampf mit hohen Temperaturen und Drücken mit sich bringt.