La présente invention concerne un appareil pour le traitement thermique d'un fil synthétique fibreux tel qu'un fil en polyester ou en polyamide.
Dans l'appareil classique de traitement thermique de ce genre comportant seulement une enveloppe unique, une température uniforme est maintenue dans la partie centrale et dans la partie supérieure de l'enveloppe aussi longtemps que la substance se trouvant dans la vapeur du fluide de chauffage est uniformément pure. Toutefois si une matière à point d'ébullition bas, ou un gaz inactif, est entraîné dans la vapeur du fluide de chauffage, cette impureté demeure dans la partie supérieure de l'enveloppe et cela a pour résultat une distribution non uniforme de la température à l'intérieur de l'enveloppe. En conséquence, si un fil fibreux est soumis à un traitement thermique exécuté avec cet appareil, il ne présente pas sous sa forme finie une qualité uniforme dans toute son étendue.
Pour résoudre ce problème, il a d'abord été tenté de mettre au point un appareil pour le traitement thermique d'un fil, dans lequel il est prévu un collecteur en communication, par l'intermédiaire d'un tuyau, avec la partie supérieure d'une enveloppe, pour que soit produite ainsi une différence de pression entre le collecteur et l'enveloppe, de sorte qu'une vapeur contenant des impuretés, sous la forme d'une matière à point d'ébullition bas, et demeurant dans la partie supérieure de l'enveloppe soit absorbée par l'intermédiaire du tuyau et pénètre dans le collecteur dans lequel il est permis à cette vapeur de se condenser.
Une telle mesure a été couronnée de succès. Toutefois, la vapeur venant dans le collecteur a en général un volume si petit que la vitesse de l'écoulement à travers le tuyau est très faible et que, par conséquent, la vapeur se trouvant dans la partie supérieure de l'enveloppe demeure pratiquement toujours immobile et que la matière à point d'ébullition bas contenue dans cette vapeur est souvent la cause d'un abaissement de la température dans cette partie de l'enveloppe.
Dans un appareil de ce genre constitué par plusieurs enveloppes, étant donné qu'un certain nombre de plaques en contact avec le fil doivent être chauffées par chaque enveloppe, il est prévu différents moyens pour maintenir une température uniforme.
Considérant que les enveloppes doivent pouvoir communiquer entre elles et la relation bien déterminée qui existe entre la pression de saturation et la température de saturation de la vapeur du fluide de chauffage dans les enveloppes, il a été mis au point un système permettant de détecter, au moyen de soufflets, la pression de vapeur dans l'appareil de traitement thermique et permettant de maintenir la pression constante par une commande de la source de chaleur. Avec ce système, on a pu supprimer les différences de température entre les enveloppes; il y a néanmoins une légère erreur dans la détection des modifications de la pression atmosphérique lorsque la circonférence des soufflets est en contact avec l'atmosphère.
La présente invention a pour but d'éliminer, dans cet appareil de traitement thermique d'un type compliqué et fermé, une distribution non uniforme de la température pour ce qui concerne la face des enveloppes en contact avec le fil et d'éviter ainsi qu'il demeure, dans la partie supérieure des enveloppes, de la vapeur contenant une matière à point d'ébullition bas ou un gaz inactif.
L'appareil pour le traitement thermique d'un fil synthétique fibreux, objet de l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs enveloppes disposées en rangée, la partie supérieure de chaque enveloppe étant reliée par l'intermédiaire d'un tuyau, qui présente une résistance au passage du fluide, à un collecteur commun, sa partie inférieure étant reliée à une chambre de chauffage commune, le collecteur étant relié par l'intermédiaire de tuyaux à la chambre de chauffage, de telle sorte que tous les éléments sont intégralement réunis pour former un espace intérieur complètement fermé.
La description qui suit, se rapporte à un exemple de réalisation de l'invention, avec référence au dessin annexé, dans lequel:
la fig. 1 est une vue en élévation de face d'un appareil de traitement thermique suivant la présente invention;
la fig. 2 est une vue en coupe transversale, la coupe étant faite suivant la ligne II-II de la fig. 1:
:
la fig. 3 est une vue, à plus grande échelle, de la partie supérieure de la fig. ';
la fig. 4 est une vue, à plus grande échelle, de la partie du côté droit de la fig. 7 formant un ensemble de soufflets;
la fig. 5 est une vue en coupe, cette coupe étant faite à travers une enveloppe qui comporte pour le fil une plaque de contact de forme modifiée;
la fig. 6 est une vue en perspective d'un autre type de plaque de contact pour le fil, prévue sur l'enveloppe;
la fig. 7 est une vue en élévation latérale d'une autre réalisation de la présente invention:
la fig. 8 est une vue en coupe analogue à celle de la fig. 3 mais qui montre une enveloppe classique.
Ainsi qu'on peut le voir sur les fig. 1 et 2, L'appareil représenté est constitué par plusieurs enveloppes ou chemises longitudinales 3 qui sont disposées suivant une rangée, chaque chemise présentant à sa face antérieure une plaque de chauffage 1 incurvée en forme d'arc. La partie inférieure de chaque chemise est en communication directe avec une chambre de chauffage commune s'étendant latéralement dans laquelle il est prévu un réchauffeur électrique 6 en forme de gaine. La partie supérieure de chaque chemise 3 est en communication par l'intermédiaire d'un tuyau 7 avec la partie supérieure d'un collecteur commun 8. Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 3, le tuyau 7 comporte un étranglement 7, c'est-à-dire présente un diamètre réduit qui est destiné à la formation d'une résistance s'opposant au passage du fluide.
Le collecteur 8 a une section droite circulaire ou polygonale et il s'étend au dos des chemises suivant un arc, ce qui signifie qu'il s'étend, suivant la fig. 1. depuis sa partie intermédiaire, en s'incurvant légèrement vers le bas, vers ses extrémités opposées. Un tuyau 8 en cul-de-sac s'étend vers le haut à partir du milieu du collecteur 8.
En outre, un nombre souhaité de tuyaux 9 s'étend à partir du collecteur 8 vers la partie inférieure de la chambre de chauffage. Les chemises et les tuyaux 9 sont assemblés entre eux d'une manière étanche par soudage ou par brasage afin que soit ainsi fourni un espace pour le vide. La partie inférieure de la chambre de chauffage 4 est remplie avec un liquide 5 formant un fluide de chauffage dans lequel est immergé un réchauffeur 6 en forme de gaine. Sur les fig. 2 et 7, le repère A désigne un fil fibreux.
Le liquide 5 formant un fluide de chauffage est chauffé par le réchauffeur 6, en forme de gaine, dans la chambre de chauffage 4 et il est ainsi produit un fluide de chauffage formé par de la vapeur. Ce fluide de chauffage pénètre dans la chemise à travers son entrée inférieure et la chemise 3 est ainsi remplie d'un fluide de vapeur qui chauffe la plaque de chauffage 1. La plus grande partie de la vapeur intervient dans un échange de chaleur avec la plaque de chauffage 1 de sorte qu'elle se condense pour s'écouler sur la paroi intérieure de la plaque de chauffage 1 et retourner dans le liquide, formant fluide de chauffage, dans lequel elle est de nouveau chauffée.
En outre, le collecteur rayonne de la chaleur et la vapeur du fluide de chauffage se trouvant dans le collecteur se trouve ainsi refroidie et se condense, de sorte que la pression de vapeur dans le collecteur devient inférieure à la pression de vapeur dans la chemise. I1 s'ensuit que de la vapeur se trouvant dans la chemise est absorbée par l'intermédiaire du tuyau 7 et passe dans le collecteur.
Dans l'appareil classique qui est représenté sur la fig. 8, dans lequel le collecteur 8 et la chemise 3 sont reliés par l'intermédiaire d'un tuyau 7, le volume de vapeur s'écoulant dans le collecteur est tel que la vitesse de la vapeur qui s'écoule et qui est représentée par le vecteur v est petite. En conséquence, la vapeur, dans la partie supérieure de la chemise 3 s'écoule plus lentement le long des lignes pointillées S de sortie que de la matière à point d'ébullition bas ou un gaz inactif G est séparé de la vapeur du fluide de chauffage et déposé sur la partie supérieure de la chemise 3. Il en résulte une distribution non uniforme de la température sur la plaque de chauffage 1.
Au contraire, dans l'appareil représenté sur la fig. 3, le tuyau 7 qui relie entre eux la chemise et le collecteur est étranglé, c'est-à-dire présente une partie de diamètre réduit afin de fournir une résistance au passage du fluide. Lorsque la vapeur du fluide de chauffage s'écoule à travers ce passage à section droite étroite, la vitesse de la vapeur qui franchit cette position, devient plus grande ainsi que l'indique le vecteur V.
En conséquence, la vapeur du fluide de chauffage, dans la partie supérieure de la chemise est entraînée par cet écoulement à grande vitesse et guidée le long des lignes pointillées S avant de pénètrer dans le réchauffeur. Par conséquent, la vapeur n'est pas retenue en un endroit et elle s'écoule en pénétrant dans le réchauffeur de sorte que la matière à bas point d'ébullition et le gaz inactif sont entraînés avec la vapeur du fluide de chauffage et pénètrent dans le collecteur. En conséquence, il ne se produit pas une distribution non uniforme de la température dans la partie supérieure de la plaque de chauffage.
Des essais ont montré la relation existant entre la résistance au fluide, la volume du gaz et la température dans la chemise.
On supposera que, dans le cas de la fig. 3, le diamètre intérieure du tuyau 7 est de 6 mm et que le diamètre intérieur de l'étranglement est désigné par m et qu'on emploie, comme fluide de chauffage, un produit du commerce Dowtherm A dans la chemise, et que le volume de gaz n est mélangé à sa vapeur, que la plaque de chauffage 2 représentée sur la fig. 1 est chauffée en son centre P à une température de 120"C. La différence de température entre le point P et le point supérieur
Q est alors la suivante:
:
EMI2.1
<tb> <SEP> volume
<tb> volume
<tb> <SEP> de <SEP> gaz
<tb> <SEP> étranglemeo <SEP> 10 <SEP> cm3 <SEP> 20 <SEP> cm3 <SEP> 30 <SEP> cm3 <SEP> 40 <SEP> cm3 <SEP> 50 <SEP> cm3
<tb> 1 mm O O O O -4 C 2mm O O O O -40C 3 mm O O O -4 C 4 mm -4 C -40C ou inférieur
On se rend compte, d'après le tableau ci-dessus, que, dans le cas où le volume de gaz est de 40 cm3, le diamètre intérieur de l'étranglement étant de 2 mm ou inférieur à 2 mm, ou, dans le cas où le volume de gaz est de 30 cm3, le diamètre intérieur de l'étranglement étant de 3 mm ou inférieur à 3 mm, il ne se produit aucune différence de température sur la plaque de
chauffage 2.
Ensuite, la vapeur du fluide de chauffage qui a passé avec
une vitesse élevée à travers la résistance, pour le fluide, du
tuyau 7, est ralentie dans le collecteur et elle est retenue dans
ce dernier pendant le temps où la matière à bas point de fusion
et le gaz inactif sont séparés à l'état gazeux. Le gaz ainsi séparé
est recueilli dans la partie supérieure de la position médiane du
collecteur. Toutefois, le volume de ce gaz est très petit. Avec
cette réalisation, le tuyau 8' (fig. 1) d'évacuation du gaz prévu
au milieu du collecteur peut être ouvert par une coupe après
que plusieurs fils soient passés, et le gaz qui le remplit est
évacué. Ensuite, on ferme par soudage ce tuyau qui peut être
réutilisé. D'un autre côté, le fluide chaud condensé produit par
la décharge de chaleur provenant du collecteur s'écoule à
travers le tuyau.
Dans ce cas, étant donné que le volume de
condensation du fluide chaud n'est pas, lui non plus, tellement
élevé, on n'a pas besoin de beaucoup d'énergie électrique pour
réchauffer le liquide du fluide de chauffage et par conséquent
le rendement de la chaleur se trouve augmenté.
Ainsi qu'on l'a indiqué ci-dessus, le liquide condensé du
fluide de chauffage revient par gravité à travers le tuyau étroit,
prévu entre le collecteur et la chambre de chauffage, vers le
liquide du fluide de chauffage se trouvant dans la chambre de
chauffage, pour être chauffé de nouveau. Le tuyau est si étroit
qu'en raison de la résistance qu'il oppose, le volume du fluide
de chauffage qui revient est limité. Par conséquent, le fluide de
chauffage s'évapore dans la chambre de chauffage et il s'écoule
vers le haut à travers la chemise, pour entrer dans le collecteur
dans lequel il est condensé, puis il revient dans le liquide du
fluide de chauffage inférieur, formant ainsi un système de
circulation.
Ainsi qu'on peut le voir sur la fig. 2, chaque chemise 3 est reliée par l'intermédiaire d'un petit tuyau 20 s'étendant en dehors de la chemise isolée à un soufflet 22, sensible à la pression, agissant comme moyen de réglage de la température.
La section droite longitudinale de ce moyen de réglage de la température est représentée sur la fig. 4.
Suivant cette figure, une extrémité du soufflet 22, sensible à la pression, est fixée à un manchon 24 qui est fixé lui-même, au moyen d'un écrou 27 à l'un des côtés de la boîte 21. L'autre extrémité du soufflet 22 est reliée à un autre soufflet 23 de mêmes dimensions au moyen d'un connecteur métallique 26.
Ce soufflet 23 est fixé, au moyen d'un écrou 28, à un manchon 25 qui, à son tour, est fixé à un autre côté de la boîte 21.
L'intérieur du soufflet 23 est mis sous vide et ce vide n'est pas inférieur à 1 x 10-4 torr.
Le connecteur métallique 26 est un élément en forme de U dans lequel est prévue une saillie 29. L'extrémité conique de la saillie exerce une légère pression sur un levier 31 ayant un point d'appui 30. Le levier 31 est tiré vers le haut par un ressort hélicoïdal 32. Le mouvement du levier 31 pousse la saillie d'un convertisseur électrique 33 pour actionner ce dernier. L'autre extrémité du ressort hélicoïdal 32 est fixée à l'extrémité inférieure d'une barre filetée 35 qui est introduite dans un manchon. La barre filetée 35 est déplacée vers le haut et vers le bas au moyen d'un écrou de réglage 36 qui est vissé sur cette barre. En conséquence, on règle la tension du ressort hélicoïdal 32 en faisant tourner l'écrou 36.
Etant donné que les intérieurs de toutes les chemises ont une même tension de vapeur, si l'une quelconque des chemises est reliée au soufflet par l'intermédiaire du tuyau de petit diamètre, ce soufflet agit en tant que soufflet sensible pour monter la tension de vapeur à l'intérieur de toutes les chemises. Au-dessous de ce soufflet sensible à la pression, est connecté un autre soufflet identique qui a été mis sous vide. Ce soufflet étant connecté, le point de joint des soufflets indique la pression de vapeur absolue dans les chemises. La pression atmosphérique est compensée grâce à ces deux soufflets.
Par conséquent, en règlant ce point de joint à la manière d'une presse sur un levier, l'équilibrage étant fourni par le réglage du ressort hélicoïdal, on obtient que le levier demeure à la position déterminée. Le convertisseur électrique est réglé pour agir pour le mouvement le plus faible du levier, de sorte que même une variation de pression très petite dans la chemise met en action le convertisseur électrique en vue d'une amplification et commande par conséquent l'énergie du réchauffeur en forme de gaine immergé dans la chambre de chauffage. Il s'ensuit que la pression de vapeur dans cette chambre, et par suite la température de cette chambre peuvent être commandées. Etant donné que les deux soufflets sont soumis également à la pression extérieure, aucune erreur ne sera produite par les variations de la pession extérieure.
En outre, étant donné que l'intérieur du soufflet inférieur est maintenu sous un vide qui n'est pas inférieur à 1 x 10--4 torr, il ne se produit aucune dilatation ni aucune contraction du gaz dans le soufflet même en cas de variation de la température extérieure. Bien que la boîte entourant les soufflets puisse se dilater ou se contracter légèrement, l'erreur résultant de cette déformation peut etre négligée. Par conséquent, l'effet de flottement du soufflet de pression et l'effet de tirage du soufflet mis sous vide produisent un bon équilibrage contre toute variation de la pression atmosphérique.
S'il arrive que l'intérieur de la chemise soit soumis à une pression extraordinairement élevée en raison d'un dérangement du dispositif de réglage de la température ou d'un feu, les soufflets sont tout d'abord détruits et dans ce cas, étant donné que la vitesse de jet de la vapeur du fluide de chauffage franchissant le tube 20 est plus élevée que la vitesse de combustion du fluide de chauffage, il ne peut jamais arriver que du feu soit produit dans les chemises et provoque une explosion; l'appareil est par conséquent tout-à-fait sûr. La surface 2 de la plaque de chauffage 1, en contact avec le fil, peut être munie d'un revêtement chimique ou d'un revêtement céramique en oxyde métallique en vue d'une augmentation de sa durée d'utilisation.
Ainsi qu'on peut le voir sur les fig. 5 et 6, la plaque en contact avec le fil peut être fixée de manière amovible à la plaque de chauffage. Sur la fig. 5, il est prévu, comme plaque de contact 10 avec le fil, une plaque métallique mince 10 dont la surface munie d'un revêtement chimique est laminée sous pression sur la plaque de chauffage 1 à section droite en forme d'arc. Cette plaque de contact avec le fil présente un crochet supérieur 11 et un crochet inférieur 12 et elle est fixée par son crochet inférieur à une plaque fixe 13 au moyen d'une vis 14.
Dans ce cas, on peut remplacer facilement la plaque 10 de contact avec le fil en desserrant la vis 14.
La fig. 6 représente une plaque épaisse 10 de contact avec le fil dans laquelle les côtés 2 sont doublés ou revêtus, la plaque 10 étant fixée à la plaque de chauffage 1 au moyen de vis 14.
Dans ce cas, il faut que les faces contiguës de la plaque de chauffage et de la plaque en contact avec le fil se trouvent dans un plan. Si les trous pour les vis de la plaque 10 de contact avec le fil sont prévus de dimensions suffisantes, il sera commode pour placer le fil de modifier légèrement la position de la plaque.
Le moyen qui consiste à prévoir la plaque de contact avec le fil montée de manière amovible sur la plaque de chauffage de la chemise peut être commode étant donné que la plaque de contact avec le fil peut être remplacée quand sa face de contact avec le fil est usée. Néanmoins, cela n'est pas économiquement avantageux. Si la plaque de contact avec le fil comporte une face large, on peut prendre pour chaque fil une position de contact avex le fil depuis une extrémité de la face jusqu'à l'autre, ce qui multiplie la zone de chauffage pouvant être utilisée en comparaison avec celle qui peut être utilisée dans le cas d'une face de contact fixe du fil. Cela est très économique.
La fig. 7 représente un autre moyen de traitement thermique du fil. Dans ce cas. on fait passer le fil à travers un tuyau de chauffage 1 qui est placé dans l'enveloppe 3. Si l'on revient à la fig. 1, le repère 15 désigne un bras, dont est muni le corps du dispositif de chauffage, et le repère 17 désigne un bras dont est muni le châssis fixe 16. Une tige filetée 18 est prévue entre le bras 15 du corps et le bras fixe 17. En faisant tourner la tige filetée, on peut déplacer la position de l'appareil de chauffage. Si cela est nécessaire. la plaque de chauffage 1 peut être prévue à la face latérale de la chemise.
Ainsi les avantages que procure l'appareil décrit, sont les suivants:
- la vapeur peut se déplacer constamment dans la partie
supérieure de l'appareil de sorte qu'elle ne puisse pas
demeurer dans cette partie.
- il permet de ralentir dans le collecteur la vitesse de la
vapeur du milieu de chauffage et du gaz qui se sont
écoulés dans ce collecteur. en provenance de l'enveloppe,
par l'intermédiaire d'un tuyau. de sorte que la vapeur de
la matière à point d'ébullition bas et le gaz puissent être
séparés de la vapeur pure du fluide de chauffage,
- il permet de maintenir intacte la pression d'indication des
soufflets pour détecter la pression dans l'appareil de trai
tement thermique en dépit des modifications dans la pres
sion atmosphérique,
- il est possible de monter sur l'enveloppe une plaque de
chauffage ayant une longue durée de vie,
- il permet de diminuer le volume de condensation de la
vapeur du fluide de chauffage, de sorte que la chaleur
latente soit aussi faible que possible quand cette condensa
tion est de nouveau éliminée par évaporation,
et aug
menter par conséquent le rendement de la chaleur.