DE2348371B2 - Heizeinrichtungen fuer die waermebehandlung von synthetischen faeden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung ■ach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Heizeinrichtungen dieser Art sind bekannt (DT-OS 12 775) und werden seit Jahren mit Erfolg in Textil-Itiaschinen, vorzugsweise Falschdrallkräuselvorrichtungen, eingesetzt, wo sie zur Wärmebehandlung der synthetischen Fäden, insbesondere zur Wärmefixierung der in die thermoplastischen Fäden eingebrachten Drefcung dienen. Der Vorteil der in sich geschlossenen Kondensationsheizsysteme gegenüber den früher verwendeten Heizeinrichtungen liegt im wesentlichen darin, daß ohne großen Regelaufwand sämtliche Wärmeverbraucher auf einem sehr einheitlichen und fein ein- »tellbaren Temperaturniveau gehalten werden können. daß die Fäden sehr gleichförmig behandelt werden. In bestimmten Grenzen wirken sich Unterschiede im Wärmeverbrauch zwischen den einzelnen, parallel geschalteten Verbrauchern auf Grund der hohen Wärmeübergangszahlen kondensierender Dämpfe bei rieh- < >o tiger Bemessung der Rohrlciuingsquerschnitte nicht nachweisbar aus. Voraussetzung für ein derartiges Sattdampf-Kondensationshei/.systcm mil einer sehr genauen Tcmperalurführung ist es jedoch, daß aus dem System sämtliche inerten Gase bzw. Dämpfe cntfcrni ^(l5 werden, auch wenn diese erst durch Alterung bzw. Zersetzung der Wärmeübertragungsflüssigkeil während der Betriebszeit der Heizeinrichtung entstehen. An die Wärmeübertragungsflüssigkeit selbst sind höchste Reinheitsansprüche bezüglich der darin gelösten anderen Bestandteile zu stellen.

Es hat sich aber herausgestellt, daß sich bei Erhöhung der Reinheit der verwendeten Wärmeübertragungsflüssigkeit über das technisch übliche Maß hinaus Schwierigkeiten unerwarteter Weise einstellen. So zeigten genaue Aufzeichnungen der Temperatur im Dampfraum eines solchen Sattdampf-Kondensationsheizsystems eine unzulässige Schwankung von etwa 3 bis 4°C, gegenüber einer zulässigen Schwankung von höchstens 0,5⁰C, die bei der eindeutigen Zuordnung von Sattdampftemperatur und Dampfspannung der Wärmeübertragungsflüssigkeit hätte erwartet werden müssen In diesen Versuchen zeigte sich auch, daß trotz einer rechnerisch niedrigen Heizflächenbelastung die Temperatur im Dampfraum während der Heizperiode sehr steil und gelegentlich stark über den \orgegebenen Temperatur-Sollwert hinaus anstieg. Es wurden auch ni<:ht erklärbare Temperatursprünge sowie im Zusammenhang hiermit Erschütterungen und Geräusche festgestellt, deren Zentrum die teilweise mit der Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllte gemeinsame Verdampferkammer des Heizsystems war. In weiteren Versuchen, bei denen die Oberfläche der Wäimeübertragungsfiüssigkeit und die Blasenbildung in der siedenden Flüssigkeit und an den Heizelementen beobachtet werden konnte, wurde die Vermutung bestätigt, daß die Ursache für die Erschütterungen und die Temperatursprünge im Siedeverzug der Flüssigkeit zu suchen ist. So konnte beim Einschalten der elektrischen Heizung zur Deckung des Wärmeverbrauchs festgestellt werden, daß die Blasenbildung in der Flüssigkeit unregelmäßig und teilweise sehr plötzlich erfolgte und mn starken Turbulenzerscheinungen verbunden war. Die Turbulenzen gingen von einer Stelle aus und breiteten sich über die gesamte Länge der Verdampferkammer, wobei die Oberfläche der Flüssigkeit in eine stark wellenförmige Bewegung versetzt wurde.

Es ist allgemein bekannt, daß in einer sehr reinen und vollständig entgasten Flüssigkeit beim Verdampfen dieser Flüssigkeit ein Siedeverzug auftritt, da die Zahl der Keime und aktiven Zentren für die Dampfblasenbildung gering ist. Bei der Bildung der ersten Dampfblase wird wegen des äußerst guten Wärmeübergangs von der Flüssigkeit an die Blase die gespeicherte Überhit zungswärme kurzfristig für die Dampfbildung verbraucht, wodurch eine Druckwelle entstehen kann, die gegebenenfalls zur Beschädigung bzw. Zerstörung der Verdampferkammer führt.

Aufgabe der Erfindung ist es. in einer Heizeinrichtung zur Wärmebehandlung synthetischer Fäden nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 die Verdampferkammer derart auszubilden, daß mit geringenkonstruktivem und fertigungstechnischem Aufwanc durch den Siedeverzug in der Wärmeübertragungsflüssigkeit entstehende Druckwellen wirksam gedämpf' werden, um eine mechanische Beschädigung der Ver dampferkammer und in der hieran angeschlossene! Verbrauchs- und Kondensationseinrichuing zu verhin dein.

Bei der erwähnten bekannten Heizeinrichtung nach der DT-OS 22 12 775 ist die Verdampfung^einnchtunj in eine Vielzahl von jeweils mit Heizmittel·', bestückte! horizontalen Verdampferkammern unterteilt, die je weils an vertikale Kontaktheizflächen aifweisendei Verbrauchern angeschlossen sind und durch flcxiblt Leitungen untereinander und mit dem oberen Teil de

individuellen Wärmeverbraucher ilüssigkeits- und dampfseitig in Verbindung stehen. Durch diese bekannte Anordnung kann zwar verhindert werden, daß sich eine Druckwelle, die in einer der Verdamplerkammern entsteht, wegen der engen Verbindungsleitungsquerschnitte zwischen den Verdampferka:-.mern ungehindert ausbreitet, doch ist die Vorrichtung konstruktiv und fertigungstechnisch sehr aufwendig, daß die Lange der insgesamt herzustellenden Schweißnähte und die Gefahr von Fertigungsfehlern durch Undichtigkeiten stark ansteigt. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Heizeinrichtungen im Stillstand unter hohem Vakuum stehen, da das üblicherweise verwendete Heizmittel bei Umgebungstemperaturen nur einen geringen Dampfdruck aufweist, und daß bei kleinsten Undichtigkeiten oder Porositäten der Schweißnähte nicht kondensierbare Gase in das System eindringen, die auch bei geringen Konzentrationen den störungsfreien betrieb der Heizeinrichtung in Frage stellen. Bei der bekannten Vorrichtung ist es weiterhin nachteilig, daß sämtliche Verdampferkammern mit Heizelementen ausgerüstet sind, deren einwandfreie Funktion ständig durch indi\iduelle Kontrollinstrumente geprüft werden muß. Auch ist der Aufwand für die Verdrahtung und die Steuerung der Vielzahl von Heizelementen sowie der Aufwand für die thermische Isolierung und die Montage der Verdampferkammern sehr hoch.

Erfindungsgemäß wird zur Lösung der gestellten Aufgabe eine Heizeinrichtung nach dem Gauungsbegriff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine gemeinsame Verdampferkammer vorgesehen ist, in der in axialem Absland voneinander mehrere Schikanewände mit Durchbrechungen für die gemeinsamen Heizmittel angeordnet sind und daß die Schikanewände über die Phasengrenze der Wärmeübertragungsflüssigkeit hinaus in den Dampfraum hineinragen.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus den Patentansprüchen 2 und J.

Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird eine, beispielsweise aus der DT-OS 21 43 775 an sich bekannte, gemeinsame Verdampferkammer eines geschlossenen Sattdampf-Kondensationsheizsystems in vorteilhafter Weise in mehrere Abschnitte aufgeteilt, die dampfseiiig noch in Verbindung stehen, aber Nüssigkcit.sciiig im 4s wesentlichen getrennt vorliegen, so daß die an einer beliebigen Stelle der Verdampferkammer aus einer spontanen Dampfblasenbildung heraus entstehende Druckwelle bzw. die damit verbundene Wellenbewegung der Flüssigkeilsoberfläche wirksam gedämpft und ihre Ausbreitung örtlich stark begrenzt wird, wobei ein Aufschaukeln der Störung wirksam unterbunden wird. Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind auch außerdem nur mit einem sehr geringen Aufwand verbunden und kommen auch in fertigungstechnischer Hinsicht der Forderung nach einer kompakten Heizeinrichtung entgegen, die bei Stillstand unter dem niedrigen Dampfdruck einer hochsiedenden Wärmeübertragungsflüssigkcit steht, und in der sich keine inerten Gase ansammeln dürfen, damit die Funktion der Heizeinrichtung t>o nicht beeinträchtigt wird.

Die Schikanewände nach der Erfindung sind so ausgebildet, daß der gesamte, flüssigkeitsbenet/te Querschnitt der mit den Heizelementen versehenen Verdampferkammer abgetrennt ist. wobei von einem Fliis- ⁽>5 sigkeitsstand in der Verdampferkammer auszugehen ist, wie er vor der ersten Inbetriebnahme der Heizeinrichtung vorliegt, je nachdem, wieviele Rückiührungsleitungen für das anfallende Kondensat vorhanden sind, müssen für einen schnellen Ausgleich des Flüssigkeitsstandes und eine gleichmäßige Verteilung des Kondensates in der Verdampferkammer Maßnahmen vorgesehen werden, üamit die Heizelemente, beispielsweise elektrische Widerstandsheizelement od. dgl., noch mindestens mit einem Film der Wärmeübenragungsflüssigkeit benetzt sind und auf keinen Fall ausbrennen können. Hierzu wird nach Anspruch 3 vorgeschlagen in den Schikanewänden mindestens eine Ausnehmung unterhalb der Phasengrenze anzuordnen, durch welche die <>abgeschotteten« Abschnitte der Verdampferkammer kommunizierend miteinander verbunden sind. Diese Ausnehmungen liegen in vorteilhafterweise in verschiedenen Ebenen der Verdampferkammer und zueinander versetzt, d. h. nicht unmittelbar hintereinander.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der schematischen, lediglich ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Heizeinrichtung für die Wärmebehandlung von Fäden in perspektivischer Darstellung,

F i g. 2 die Ansicht einer weiteren Heizeinrichtung für die Behandlung von Fäden, bei der — zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens — die Verdampferkammer teilweise aufgebrochen dargestellt ist.

F i g. 3 den Querschnitt der Heizeinrichtung nach Fi g. 2 mit zur Maschinenlängsachse symmetrischen Fad en behandlungssteilen,

F ig. 4 den Querschnitt der Heizeinrichtung nach Fig. 1,

F i g. 5 den Querschnitt durch die Verdampferkammer der Heizeinrichtung in vergrößerter Darstellung,

F i g. ö eine ähnliche Darstellung der Verdampferkammer, wobei die Heizmittel von einem Sieb- bzw. Lochblech umschlossen sind.

Die in F i g. I in perspektivischer Darstellung gezeigte Heizeinrichtung für die Wärmebehandlung synthetischer Fäden besteht aus der teilweise mit der Wärmeiibertragungsflüssigkeit gefüllten Verdampferkammer 1, dem im wesentlichen hierzu parallel angeordneten Kondensator 2, den mit ihren konvex gekrümmten Vorderseiten für die Fäden Kontaktflächen bildenden Profilrohren 3, 3'. 3", 3'" sowie aus den Kondensatrückführungsleitungen 4, 4', 4", 4'". Die Verbindung zwischen der Verdampferkammer t, dem Kondensator 2 und den Profilrohren ist jeweils durch obere und untere Stichrohrleiiungen 5, 5', 5", 5'" bzw. 6. 6'. 6" und 6'" hergestellt. Es ist jedoch nicht erforderlich. Kondensatrückführungsleitungen entsprechend der Anzahl der Profilrohre vorzusehen. Es können beispielsweise auch mehrere Kondensatrückführungsleitungcn durch eine einzige ersetzt werden, die entsprechend dimensioniert ist. und die unter den Flüssigkeitsspiegel der Wärmeübertragungsflüssigkeit abgetaucht ist.

Die Heizeinrichtung nach F i g. 1 arbeitet wie folgt: In dem von inerten Dämpfen oder Gasen durch Evakuieren im wesentlichen befreiten Rohrsystem der Heizeinrichtung, deren Verdampferkammer 1 mindestens bis zu den unteren Stichrohrleitungcn mi; der Wärmeübertragungsflüssigkeit gefüllt ist und je nach der vorgesehenen Behandlungstemperatur der Fäden gegebenenfalls unter Vakuum oder geringem Überdruck steht, wird die Wärmcübertragungsllüssigkeit mittels Heizelemente 7, beispielsweise elektrischer Widersiundsdemente erhitzt. Das Ein- und Ausschalten des elektrischen Stromes für die Heizelemente erfolgt über einen nicht näher dargestellten Temperaturregler, der den gewählten Temperatur-Sollwert mit dem durch ein

Widerstandsthermometer 8 im Kondensator 2 bzw. durch ein Thermoelement 9 im Verdampfer 1 ermittelten Temperatur-Istwert vergleicht und eine Abweichung nachregelt.

In F i g. 2 und 3 ist eine gleichfalls mit kondensierenden Wärmeübertragungsmittcldämpfen betriebene Heizeinrichtung in der Ansicht (F i g. 2) und im Querschnitt (F i g. 3) dargestellt. Sie weist beidscitige Fadenbehandlungsflächen auf, die im Gegensatz zu der Heizeinrichtung nach F i g. 1 jeweils spiegelbildlich zur Maschinenlängsachse angeordnet sind. Die Heizeinrichtung besteht in analoger Weise zu F i g. 1 aus einer Verdampferkammer 11, einem Kondensator 12, Kondensatrückführungsleitungen 14 sowie symmetrisch angeordneten, oberen und unteren Stichrohrlcitungen 15 bzw. 16, 16'. Die Unterschiede gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Heizeinrichtung liegen darin, daß an Stelle der vorzugsweise konvex gekrümmten Profilrohrc. über die der zu behandelnde Faden unter Spannung geführt wird, in der Heizeinrichtung nach F i g. 2 b/.w. 3 eine Mehrzahl von parallel zueinander in wärmeisolierten Mantelrohren 18 angeordneten und am äußeren Umfang auf mindestens einem Teil ihrer Länge beheizten Fadenleitrohren 13, 13', 13" für den Durchtritt der Fäden durch die Heizeinrichtung vorgesehen ist. Hierbei können die Fadenleitrohre 13, 13', 13" aus äußeren, in die Mantelrohre 18, 18', 18" dicht eingeschweißten Rohren 19 und inneren, in die Rohre 19 mit nur geringer Fertigungstoleranz eingepaßten Rohren 20 bestehen. Die inneren, bevorzugt dünnwandigen Rohre 20. durch welche die Fäden im wesentlichen ohne Berührung geführt werden, sind nach dieser Konstruktion auswechselbar. Zum Verdampfen der Wärmeübertragungsflüssigkeit in der Verdampferkammer 11 sind elektrische Heizelemente 17 vorgesehen. Diese sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 mit geringem radialen Spiel in Schutzrohre 21 eingeschoben und daher leicht austauschbar. Die Schutzrohre 21 sind an der einen, nicht sichtbaren Stirnwand der Verdampferkammer 11 zur Lagerfixierung eingeschweißt oder zumindest durch Punktschweißstellen befestigt. An der anderen Stirnseite sind die Schutzrohrc 21 gasdicht bzw. vakuumdicht eingeschweißt.

Erfindungsgemäß sind in der Verdampferkammer 1. 11 quer zu ihrer Längsachse mehrere Schikanewände 22. 22' usw. mit Durchbrechungen für die sich längs der Verdampferkammer erstreckenden Heizelemente 7. 17 bzw. die Schutzrohrc 21 in axialem Abstand angeordnet, wobei die Schikanewände über die Phasengrenze 23 der Wärmeübertragungsflüssigkeit hinaus in den

S Dampfraum hineinragen. Die Schikanewände sind in vorteilhafter Weise jeweils zwischen benachbarten Anschlüssen von Stichrohrlcitungen 6.6' usw.. b/w. 16. 16' angeordnet.

In F i g. 4 ist eine Heizeinrichtung nach F i g. 1 im

ίο Querschnitt dargestellt. Anstatt der Durchbrechungen für die Heizelemente 7 sind in der Schikanewand 22 Ausnehmungen 24 vorgesehen, die bis an den äußeren Rand reichen. Hierdurch sind die Kammern, in welche die Schikanewände 22. 22' die gemeinsame Vcrdamp-

is fcrkammer unterteilen, flüssigkeitsscitig verbunden, so daß das über die Kondensairückführungsleitungen 4 bzw. 14 in die Verdampferkammer zurückfließende Kondensat in dieser gleichmäßig verteilt wird.

In F i g. 5 ist der Querschnitt der Verdampferkammcr 1 bzw. 11 mit einer Schikanewand 22 in ähnlicher Ausführung gezeigt. Die Widcrstandshei/elcmente 7 bzw. 17 sind in Schutzrohren 21 auswechselbar angeordnet. Die Schikanewand 22 weist — zum Ausgleich des Flüssigkeitssiandes übet die Länge der Verdamp-

2S ferkammer — Ausnehmungen 25 in den von der Wärmeübertragungsflüssigkeit immer benetzten Bereichen auf.

Gemäß F i g. 6 sind die Heizelemente 7 von einem Sieb- oder Lochblech 26 umschlossen, und in dem freien Raum zwischen diesem und den Heizelementen 7 sind Drahtwcndeln 27 eingefüllt. Durch die große spezifische Oberfläche der Drahtwendeln oder gleichwertiger Mittel wie Drehspäne, scharfkantige Blechschnitzel od. dgl. kann erreicht werden, daß eine Viel-

.15 zahl von scharfen Kanten und F.ckcn mit vorzugsweise kleinen Krümmungsradien in der Umgebung der Heizelemente vorhanden ist. an denen sich Dampfblascr frühzeitig bilden können, bzw. an denen der Übergang der instabilen, überhitzten Flüssigkeit in den stabiler Dampfzustand katalysiert wird. Durch die genannter Maßnahmen wird auch bei Verwendung einer reinen vollkommen entgasten Wärmcübcrtragungsflüssickei¹ der Siedeverzug weitgehend unterbunden und scini nachteiligen und unerwünschten Auswirkungen auf da:

4s gesamte Satldampf-Kondensationsheizsystcm besei tigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Heizeinrichtung für die Wärmebehandlung von synthetischen Fäden mit einem evakuierbaren, allein unter dem Dampfdruck eines Wärmeübertragungsmittels stehenden, geschlossenen Kondensationsheizsystem, bestehend aus einer Anzahl voneinander einen Abstand aufweisenden, vertikalen Gefäßen mit durch kondensierende Dämpfe beheizten Wänden für die gleichförmige Wärmebehandlung einer Anzahl von Fäden, horizontal angeordneten, Heizelemente aufweisenden Verdampferkammern, die durch Leitungen untereinander und mit den vertikalen Gefäßen fl-lssigkeitskommunizierend verbunden sind, sowie Leitungen, die den oberen Teil eines jeden vertikalen Gefäßes mit den Verdampferkammern verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Verdampferkammer (1; 11) vorgesehen ist. in der in axialem Abstand voneinander mehrere Schikanewände (22, 22') mit Durchbrechungen für die gemeinsamen Heizelemente (7: 17) angeordnet sind. und daß die Schikanewände (22, 22') über die Phasengrenze (23) der WärmeübertragungsRüssigkeii hinaus in den Dampfraum hineinragen.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schikanewände (22. 22') jeweils zwischen benachbarten vertikalen Gefäßen (3.

3'. 3"; 18, 18', 18") vorgesehen sind.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand der Schikanewand (22, 22') zum Ausgleich des Flüssigkeitssiandes in der Verdampferkammer (1, 11) mindestens eine Ausnehmung (24. 25) unterhalb der Phasengrenze (23) des Wärmeübertragungsmiitels vorgesehen ist.