DE10136966A1

DE10136966A1 - Verfahren zur Wärmebehandlung einer textilen Warenbahn

Info

Publication number: DE10136966A1
Application number: DE2001136966
Authority: DE
Inventors: Johann Tiefenbach
Original assignee: Brueckner Trockentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Brueckner Trockentechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2001-07-28
Filing date: 2001-07-28
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer textilen Warenbahn, die im ausgebreiteten Zustand durch eine mehrere Behandlungsfelder aufweisende Vorrichtung transportiert wird. Die Warenbahn wird mit einem heißen Behandlungsgas beaufschlagt, dessen Geschwindigkeit durch wenigstens einen Ventilator pro Behandlungsfeld bestimmt wird. Die durch den Behandlungsgasstrom in einem bestimmten Behandlungsfeld anzubietende Wärmemenge wird an die in diesem Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge angepaßt, um bei einer vorgegebenen Anfangsfeuchte der Warenbahn die gewünschte Endfeuchte zu erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer textilen Warenbahn, die im ausgebreiteten Zustand durch eine mehrere Behandlungsfelder aufweisende Vorrichtung transportiert wird. Die Warenbahn wird dabei mit einem heißen Behandlungsgasstrom beaufschlagt, dessen Geschwindigkeit durch wenigstens einen Ventilator pro Behandlungsfeld bestimmt wird.

Bei den aus der Praxis bekannten Verfahren wird die Warenbahn mit einem beispielsweise 150°C heißen Behandlungsgasstrom auf ihrer Ober- und Unterseite beaufschlagt. Die Anfangsfeuchte der Warenbahn liegt üblicherweise bei 80% und geht dann nach Durchlaufen aller Behandlungsfelder auf beispielsweise 8% zurück. Die Trocknung ist somit mit einem sehr hohen Wärmebedarf verbunden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung einer textilen Warenbahn anzugeben, welches sich durch einen reduzierten Energiebedarf auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Wärmebehandlung einer textilen Warenbahn wird die Warenbahn im ausgebreiteten Zustand durch eine mehrere Behandlungsfelder aufweisende Vorrichtung transportiert. Die Warenbahn wird dabei mit einem heißen Behandlungsgasstrom beaufschlagt, dessen Geschwindigkeit durch wenigstens einen Ventilator pro Behandlungsfeld bestimmt wird. Die Wärmemenge, die durch den Behandlungsgasstrom einem bestimmten Behandlungsfeld angeboten wird, wird erfindungsgemäß an die in diesem Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge angepaßt, um bei einer vorgegebenen Anfangsfeuchte der Warenbahn die gewünschte Endfeuchte zu erreichen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zunutze, daß die Warenbahn bei der Trocknung verschiedene Trocknungsabschnitte durchläuft. In Fig. 3 ist eine allgemeine Trockenverlaufskurve dargestellt, wobei die Feuchtigkeit x gegenüber der Trocknungszeit t der Warenbahn dargestellt ist. Man unterscheidet dabei nach einer Aufwärmphase (0 bis t₁) zwischen einem Abschnitt mit konstanter Trocknungsgeschwindigkeit (t₁ bis t₂) und einem Abschnitt fallender Trocknungsgeschwindigkeit (t₂ bis t₃).

Im Abschnitt mit konstanter Trocknungsgeschwindigkeit wird soviel Feuchtigkeit verdunstet, wie Wärme zugeführt wird. Dabei ist die Temperatur der Warenbahn gleich der sogenannten Kühlgrenztemperatur, die sich entsprechend der Luftfeuchte abhängig von der Trocknungs-(Luft-)Temperatur ergibt. Dabei kann grundsätzlich festgestellt werden, daß die Trocknungstemperatur theoretisch beliebig hoch sein kann, solange sich die Temperatur der Warenbahn in der Nähe der Kühlgrenztemperatur befindet. Eine praktische Grenze stellt jedoch eine etwaige Verfärbung der Warenbahnoberfläche durch eine bereits übertrocknete Oberfläche dar.

Im Abschnitt mit fallender Trocknungsgeschwindigkeit (t₂ bis t₃) wird mit fallender Feuchte der Warenbahn immer weniger Wärme aufgenommen, und dies auch dann, wenn mehr Wärme angeboten wird.

Eine deutliche Energieeinsparung kann somit dadurch bewirkt werden, daß man die in einem bestimmten Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge ermittelt und die in diesem Behandlungsfeld anzubietende Wärmemenge entsprechend anpaßt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die anzubietende Wärmemenge durch Veränderung der Drehzahl des Ventilators und damit durch eine Veränderung der Geschwindigkeit des Behandlungsgasstromes an die erforderliche Wärmemenge angepaßt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die anzubietende Wärmemenge auch durch Veränderung der Temperatur des Behandlungsgasstromes an die erforderliche Wärmemenge angepaßt werden.

Zur Ermittlung der für ein bestimmtes Behandlungsfeld erforderlichen Wärmemenge kann insbesondere die für die Warenbahn spezifische Trockenverlaufskurve herangezogen werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch denkbar, die Temperatur der Warenbahn in jedem Feld zu messen, da hierdurch einerseits die in dem jeweiligen Behandlungsfeld benötigte Leistung und andererseits die erbrachte Leistung berechnet werden kann. Auch die Messung der Feuchte der Warenbahn bzw. der Abluft kann zur Berechnung der erforderlichen Wärmemenge herangezogen werden.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine schematische Aufsicht einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung einer Warenbahn,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 eine Trockenverlaufskurve und
Fig. 4 eine Darstellung von Temperatur und Feuchte in den einzelnen Behandlungsfeldern.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zur Wärmebehandlung, insbesondere zum Trocknen und/oder Fixieren einer textilen Warenbahn 2 dargestellt. Die Warenbahn 2 wird während dieser Wärmebehandlung im breitgespannten Zustand fortlaufend (kontinuierlich) durch die Vorrichtung 1 hindurchtransportiert.
Die Vorrichtung 1 enthält in üblicher Weise ein Maschinengehäuse 3, das in seiner Längsrichtung in mehrere Behandlungsfelder 1.1. . .1.7 unterteilt ist und an seinem einen Ende einen Warenbahneinlauf 4 und an seinem anderen Ende einen Warenbahnauslauf 5 - jeweils etwa in Form eines querverlaufenden Schlitzes - aufweist. Die Warenbahn 2 wird somit während ihrer Wärmebehandlung in Längsrichtung durch die Vorrichtung 1hindurchtransportiert. Die Transportrichtung ist mit dem Pfeil 6 (Fig. 1) gekennzeichnet. Als Einrichtungen zum gleichzeitigen Breitspannen und Längstransportieren der Warenbahn 2 sind in üblicher Weise zwei nur ganz schematisch angedeutete Spann- und Transportketten 7, 8 vorgesehen, die mit Spannkluppen oder Nadelleisten derart ausgestattet sind, daß die Warenbahn 2 an ihren beiden Längsrändern 2a, 2b erfaßt und festgehalten werden kann.
Auf wenigstens einer Seite der Warenbahn 2 sowie mit zweckmäßigen Abstand von dieser sind Düseneinrichtungen 10 in Form von Düsenkästen zum Aufblasen eines heißen Behandlungsgasstromes auf die ihnen zugewandte Warenbahnseite angeordnet. Im veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind zu beiden Seiten der Warenbahn 2 Düsenkästen in Form eines oberen Düsenkastens 20 und eines unteren Düsenkastens 30 vorgesehen, wobei zu dieser Düseneinrichtung 10 ein Ventilator 11 zur Erzeugung einer Luftzirkulation sowie wenigstens eine Regelklappe 12 gehören, um jeder Warenbahnseite ein Behandlungsgas in einer erforderlichen, einstellbaren bzw. steuerbaren Menge zuführen zu können. Selbstverständlich können stattdessen dem oberen und unteren Düsenkasten jeweils ein separater Ventilator zugeordnet werden, wobei durch Steuerung seiner Drehzahl die entsprechende Luftmenge geregelt werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus sieben Behandlungsfeldern. Die Warenbahn durchläuft die Vorrichtung mit konstanter Geschwindigkeit und wird mit einem Behandlungsgasstrom mit einer Temperatur T_T beaufschlagt.
Betrachtet man die Trockenverlaufskurve gemäß Fig. 3, findet somit die Behandlung der Warenbahn im Abschnitt fallender Trocknungsgeschwindigkeit, d. h. zwischen t₂ und t₃ statt.
In dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm ist die Temperatur T bzw. die Feuchte x gegenüber der Trocknungszeit t aufgetragen.
Nachdem die Warenbahn mit konstanter Geschwindigkeit durch die Vorrichtung transportiert wird, ist die Verweilzeit in jedem Behandlungsabschnitt 1.1 bis 1.7 jeweils gleich lang. Die Kurve 40 zeigt die Trockentemperatur T_T des Behandlungsgasstromes an. Mit 41 ist die Kühlgrenztemperatur bzw. die Temperatur der Warenbahn in den einzelnen Behandlungsabschnitten dargestellt. Nach anfänglicher Aufwärmung der Warenbahn im ersten Behandlungsfeld steigt die Temperatur in den darauffolgenden vier Behandlungsfeldern nur langsam an, bevor sie sich in den beiden letzten Behandlungsfeldern deutlicher erhöht.
Mit 42 ist die Feuchte der Warenbahn bezeichnet, die von einer Anfangsfeuchte x₀ auf eine Endfeuchte x₇ abfällt, wobei die Feuchtedifferenz zum vorhergehenden Behandlungsfeld immer geringer wird.
Anhand der nachfolgend aufgeführten Formeln wird beispielshaft die im dritten Behandlungsfeld anzubietende Wärmemenge berechnet:

Q_e = (x₂ - x₃).G.r.3600/100.1000.t_W (1)

wobei
Q Wärmebedarf für die Wasserverdampfung (W/m²h)
x₂ der Feuchtegehalt der Ware am Ende von Feld 2(%)
x₃ der Feuchtegehalt der Ware am Ende von Feld 3(%)
G Flächengewicht der Ware (g/m²)
r die Verdampfungswärme je kg Wasser (kJ/kgK)
3600 die Umrechnung auf Stunde
100 die Umrechnung von % auf Absolutwerte
1000 die Umrechnung von g auf kg
t_W die Verweilzeit der Ware je Feld (s)
Dieser Wärmebedarf, der sich noch geringfügig durch die Aufheizung der Warenbahn und die Wasseraufheizung erhöht, muß mit Hilfe des Behandlungsgasstromes an die Ware herangeführt werden. Diese sogenannte Übertragungswärme berechnet sich durch

Q_Ü = 2.A.α.(T_T - T_x) (2)

wobei
2 der Hinweis, daß bei der Düsenbelüftung die Ware von beiden Seiten beaufschlagt wird
A die in Betracht kommende belüftete Warenfläche, hier (1 m²),
α die Wärmeübergangszahl (W/m²hK)
T_T die Temperatur der Trocknungsluft (°C)
T_x die Kühlgrenztemperatur, hier gleich Warentemperatur T₃ (°C).
Betrachtet man insbesondere den Gesamtwärmebedarf in den einzelnen Behandlungsfeldern 1.1 bis 1.7, so muß man feststellen, daß sich der Wärmebedarf von Behandlungsfeld zu Behandlungsfeld deutlich reduziert. Nachdem man sich während der Wärmebehandlung im Abschnitt fallender Trocknungsgeschwindigkeit (siehe Fig. 3) befindet, macht es keinen Sinn, mehr Wärme anzubieten, als von der Warenbahn aufgenommen werden kann. Für eine Energieeinsparung wird daher vorgeschlagen, die in einem Behandlungsfeld anzubietende Wärmemenge an die in diesem Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge (Gesamtwärmebedarf) anzupassen.
Setzt man in die beiden obigen Formeln tatsächliche Zahlenwerte ein, so stellt man fest, daß die erforderliche Wärmemenge Q_e in den meisten Feldern kleiner ist als die Übertragungswärme Q_Ü. Dies ergibt sich insbesondere dadurch, daß sich die Temperaturdifferenz in der Gleichung (2) von Feld zu Feld weniger ändert als die Feuchtedifferenz in Gleichung (1).
Aus der Gleichung (2) geht hervor, daß die Wärmezufuhr sowohl durch die Wärmeübergangszahl α als auch durch die Temperaturdifferenz (T_T - T_x) beeinflußt werden kann. Da die Warenbahntemperatur durch die Kühlgrenztemperatur vorgegeben ist und die Temperatur der Trocknungsluft in der Regel von der Verträglichkeit der Warenbahn abhängt (die Temperatur der Trocknungsluft sollte, um kürzere Trocknungszeiten zu bekommen, so hoch wie möglich sein), ist eine weitere Beeinflussung des Wärmetransports im wesentlichen nur durch die Wärmeübergangszahl möglich.
Für einige Anordnungen, bei denen Wärme übertragen wird, insbesondere auch für die in den Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung, läßt sich die Wärmeübergangszahl α aus dimensionslosen Kennzahlen näherungsweise rechnerisch ermitteln. Für überschlägige Berechnungen gilt daher:
α = C.w_L ^m [W/m²hK] (3)
Hierbei ist C eine Konstante und w_L die Anströmgeschwindigkeit des Gases. Der Exponent m liegt in der Größenordnung von 0,5 bis 0,8. Eine Steigerung der Geschwindigkeit des Behandlungsgasstromes in der Vorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 hat also eine Verbesserung des Wärmeüberganges zur Folge.
Die Anströmgeschwindigkeit w_L aus den Düsen wird durch die Ventilatordrehzahl bestimmt. Eine Verringerung der Lüfterdrehzahl bedeutet somit eine Verringerung der anzubietenden Wärmemenge.
Paßt man die Wärmeübergangszahl α durch Verringerung der Lüfterdrehzahl an, kann eine entsprechende Verringerung der anzubietenden Wärmemenge erreicht werden. Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen konnte dabei eine Reduzierung der Ventilatordrehzahl von bis zu 25% und mehr erreicht werden. Dementsprechend verringert sich der Energiebedarf der Ventilatoren deutlich.
Während in den Behandlungsfeldern 1.2 bis 1.7 eine Reduzierung der Lüfterdrehzahl möglich ist, um den erforderlichen Wärmebedarf zu decken, ist im ersten Behandlungsfeld ein zusätzlicher Aufwand nötig. Um die fehlende Wärmemenge im ersten Behandlungsfeld 1.1 an die Warenbahn zu übertragen, gibt es prinzipiell folgende Möglichkeiten:

a) Absenkung des Wassergehalts der Trocknungsluft, wobei diese Maßnahme jedoch nicht ausreicht.
b) Erhöhung der Luftgeschwindigkeit in den Düsen. Dies kann wegen der gegebenen Ventilatormotorleistung normalerweise nicht durchgeführt werden.
c) Anhebung der Trocknungstemperatur. Dies fordert aber eine wesentlich höhere Heizleistung (größere Brenner) als üblicherweise vorgesehen wird.

Je nach den vorhandenen Möglichkeiten soll erfindungsgemäß die anzubietende Wärmemenge in einem bestimmten Behandlungsfeld an die dort erforderliche Wärmemenge angepaßt werden. Sofern dies insbesondere im ersten Behandlungsfeld nicht durch den Einbau eines stärkeren Ventilators, oder eines größeren Brenners möglich ist, wird dort zumindest mit maximaler Leistung gefahren. Bereits ab dem zweiten Behandlungsfeld ist dann zumindest bei gleichen Ventilatoren und Brennern eine Reduzierung der Leistung möglich.
Die Steuerung des Verfahrens kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die für die zu behandlende Warenbahn spezifische Trockenverlaufskurve im Prozeßsteuerungssystem hinterlegt wird, so daß mit Hilfe eines entsprechenden Programms der Energiebedarf in den einzelnen Behandlungsfeldern ermittelt und angepaßt werden kann. Für eine einfache Regelung könnte man beispielsweise drei Trockenverlaufskurven für die Textilien Baumwolle, Mischgewebe und Kunstfaser hinterlegen, die dann entsprechend ausgewählt werden.
Sollen jedoch Mischgewebe mit unbekanntem Trocknungsverhalten zum Einsatz kommen oder wird für eine bestimmte Warenbahn eine optimierte Steuerung gewünscht, so könnte das Trocknungsverhalten dieser Gewebe vorab, beispielsweise in einem Labortrockner, ermittelt werden. Die ermittelten Daten könnten dann dem eigentlichen Prozeßsteuerungssystem zugeführt werden.
Eine weitere Möglichkeit der Anpassung, insbesondere während des laufenden Betriebs, besteht darin, die Temperatur der Warenbahn, die Feuchte der Warenbahn und/oder die Feuchte der Luft in den Behandlungsfeldern zu ermitteln, um daraus anhand der obigen Formeln den Wärmebedarf zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber den aus der, Praxis bekannten Verfahren durch eine deutliche Energieeinsparung aus.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung einer textilen Warenbahn, wobei
die Warenbahn (2) im ausgebreiteten Zustand durch eine mehrere Behandlungsfelder (1.1. . . 1.7) aufweisende Vorrichtung (1) transportiert wird,
die Warenbahn (2) mit einem heißen Behandlungsgasstrom beaufschlagt wird
und die Geschwindigkeit des Behandlungsgasstroms durch wenigstens einen Ventilator (11) pro Behandlungsfeld bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Behandlungsgasstrom in einem bestimmten Behandlungsfeld anzubietende Wärmemenge an die in diesem Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge angepaßt wird, um bei einer vorgegebenen Anfangsfeuchte der Warenbahn die gewünschte Endfeuchte zu erreichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anzubietende Wärmemenge durch Veränderung der Drehzahl des Ventilators an die erforderliche Wärmemenge angepaßt wird.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anzubietende Wärmemenge durch Veränderung der Temperatur des Behandlungsgasstromes an die erforderliche Wärmemenge angepaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für ein bestimmtes Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge aus der für die Warenbahn spezifischen Trockenverlaufskurve ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für ein bestimmtes Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge durch Messung der Temperatur der Warenbahn in den Behandlungsfeldern ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für ein bestimmtes Behandlungsfeld erforderliche Wärmemenge durch Messung der Feuchte der Warenbahn und/oder der Luft in den Behandlungsfeldern ermittelt wird.