DE2348371C3 - Heizeinrichtungen für die Wärmebehandlung von synthetischen Fäden - Google Patents

Description

lenförmige Bewegung versetzt wurde.

40 Es ist allgemein bekannt, daß in einer sehr reinen und

vollständig entgasten Flüssigkeit beim Verdampfen die-Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizeinrichtung ser Flüssigkeit ein Siedeverzug auftritt, da die Zahl der nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Heiz- Keime und aktiven Zentren für die DampfblasenDÜ-einrichtungen dieser Art sind bekannt (DT-OS dung gering ist. Bei der Bildung der ersten Dampfblase 12 775) und werden seit Jahren mit Erfolg in Textil- 45 wird wegen des äußerst guten Wärmeübergangs von maschinen, vorzugsweise Falschdrallkräuselvorrichtun- der Flüssigkeit an die Blase die gespeicherte Überhitgen, eingesetzt, wo sie zur Wärmebehandlung der syn- zungswärme kurzfristig für die Dampfbildung verthetischen Fäden, insbesondere zur Wärmefixierung braucht, wodurch eine Druckwelle entstehen kann, die der in die thermoplastischen Fäden eingebrachten Dre- gegebenenfalls zur Beschädigung bzw. Zerstörung der hung dienen. Der Vorteil der in sich geschlossenen 50 Verdampferkammer führt.

Kondensationsheizsysteme gegenüber den früher ver- Aufgabe der Erfindung ist es, in einer Heizeinrich-

wendeten Heizeinrichtungen liegt im wesentlichen dar- t_ung zur Wärmebehandlung synthetischer Fäden nach in, daß ohne großen Regelaufwand sämtliche Wärme- dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 die Ververbraucher auf einem sehr einheitlichen und fein ein- dampferkammer derart auszubilden, daß mit geringem stellbaren Temperaturniveau gehalten werden können, 55 konstruktivem und fertigungstechnischem Aufwand so daß die Fäden sehr gleichförmig behandelt werden. durch den Siedeverzug in der Wärmeübertragungsflüs In bestimmten Grenzen wirken sich Unterschiede im sigkeit entstehende Druckwellen wirksam gedämpfi Wärmeverbrauch zwischen den einzelnen, parallel ge- werden, um eine mechanische Beschädigung der Ver schalteten Verbrauchern auf Grund der hohen War- dampferkammer und in der hieran angeschlossener meübergangszahlen kondensierender Dämpfe bei rieh- 60 Verbrauchs- und Kondensationseinrichtung zu verhin tiger Bemessung der Rohrleitungsquerschnitte nicht dem.

nachweisbar aus. Voraussetzung für ein derartiges Satt- Bei der erwähnten bekannten Heizeinrichtung nact

dampf-Kondensationsheizsystem mit einer sehr ge- der DT-OS 22 12 775 ist die Verdampfungseinrichtuni nauen Temperaturführung ist es jedoch, daß aus dem j_n eine Vielzahl von jeweils mit Heizmitteln bestücktei System sämtliche inerten Gase bzw. Dämpfe entfernt 65 horizontalen Verdampferkammern unterteilt, die je werden, auch wenn diese erst durch Alterung bzw. Zer- weils an vertikale Kontaktheizflächen aufweisende! setzung der Wärmeübertragungsflüssigkeit während Verbrauchern angeschlossen sind und durch flexibl· der Betriebszeit der Heizeinrichtung entstehen. An die Leitungen untereinander und mit dem oberen Teil de

individuellen Wärmeverbraucher flüssigkeit- und leitungen für das anfallende Kondensat vorhanden sind, dampfseitig in Verbindung stehen. Durch diese bekann- müssen für einen schnellen Ausgleich des Flüssigkeitste Anordnung kann zwar verhindert ν erden, daß sich Standes und eine gleichmäßige- Verteilung des Kondeneine Druckwelle, die in einer der Verdampferkammern sates in der Verdampferkammer Maßnahmen vorgeseentsteht, wegen der engen Verbindungsleitungsquer- 5 hen werden, damit die Heizelemente, beispielsweise schnitte zwischen den Verdampferkammern ungehin- elektrische Widerstandsheizelement od. dgL noch mindert ausbreitet doch ist die Vomchtung koniiruktiv destens mit einem Film der Wärmeübertragungsflüssig- und fertigungstechnisch sehr aufwendig, daß die Länge keit benetzt sind und auf keinen Fall ausbrennen könder insgesamt herzustellenden Schweißnähte und die nen. Hierzu wird nach Anspruch 3 vorgeschlagen, in Gefahr von Fertigungsfehlern durch Undichtigkeiten io den Schikanewänden mindestens eine Ausnehmung unstark ansteigt Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die terhalb der Phasengrenze anzuordnen, durch welche Heizeinrichtungen im Stillstand unter hohem Vakuum die »abgeschotteten« Abschnitte der Verdampferkamstehen, da das üblicherweise verwendete Heizmittel bei mer kommunizierend miteinander verbunden sind. Die-Umgebungstemperaturen nur einen geringen Dampf- <.e Ausnehmungen liegen in vorteilhafterweise in verdruck aufweist und daß bei kleinsten Undichtigkeiten 15 schiedenen Ebenen der Verdampferkammer und zuein- oder Porositäten der Schweißnähte nicht kondensier- ander versetzt, d. h. nicht unmittelbar hintereinander, bare Gase in das System eindringen, die auch bei gerin- Die Erfindung wird im folgenden an Hand der sche- gen Konzentrationen den störungsfreien Betrieb der matischen, lediglich ein vorteilhaftes Ausführungsbei-Heizeinrichtung in Frage stellen. Bei der bekannten spiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Vorrichtung ist es weiterhin nachteilig, daß sämtliche 20 F i g. 1 eine Heizeinrichtung für die Wärmebehand-Verdampferkammem mit Heizelementen ausgerüstet lung von Fäden in perspektivischer Darstellung, sind, deren einwandfreie Funktion ständig durch indivi- F ig. 2 die Ansicht einer weiteren Heizeinrichtung duelle Kontrollinstrumente geprüft werden muß. Auch für die Behandlung von Fäden, bei der - zur Verdeutliist der Aufwand für die Verdrahtung und die Steuerung chung des Erfindungsgedankens - die Verdampierder Vielzahl von Heizelementen sowie der Aufwand für 25 kammer teilweise aufgebrochen dargestellt ist. die thermischf* Isolierung und die Montage der Ver- F i g. 3 den Querschnitt der Heizeinrichtung nach dampferkammern sehr hoch. F i g. 2 mit zur Maschinenlängsachse symmetrischen

Erfindungsgemäß wird zur Lösung der gestellten Fadenbehandlungsstellen.

Aufgabe eine Heizeinrichtung nach dem Gattungsbe- F i g. 4 den Querschnitt der Heizeinrichtung nach

griff des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, die dadurch 30 F i g. 1,

gekennzeichnet ist, daß eine gemeinsame Verdampfer- F i g. 5 den Querschnitt durch die Verdampferkamkammer vorgesehen ist, in der in axialem Abstand von- mer der Heizeinrichtung in vergrößerter Darstellung, einander mehrere Schikanewände mit Durchbrechun- F i g. 6 eine ähnliche Darstellung der Verdampfergen für die gemeinsamen Heizmittel angeordnet sind kammer, wobei die Heizmittel von einem Sieb- bzw. und daß die Sohikanewände über die Phasengrenze der 35 Lochblech umschlossen sind.

Wärmeübertragungsflüssigkeit hinaus in den Dampf- Die in F i g. 1 in perspektivischer Darstellung gezeig-

raum hineinragen. te Heizeinrichtung für die Wärmebehandlung syntheti-

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt scher Fäden besteht aus der teilweise mit der Wärmesich aus den Patentansprüchen 2 und 3. Übertragungsflüssigkeit gefüllten Verdampferkammer

Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird eine, bei- 40 1, dem im wesentlichen hierzu parallel angeordneten spielsweise aus der DT-OS 21 43 775 an sich bekannte. Kondensator 2, den mit ihren konvex gekrümmten gemeinsame Verdampferkammer eines geschlossenen Vorderseiten für die Fäden Kontaktflächen bildenden Sattdampf-Kondensationsheizsysterns in vorteilhafter Profilrohren 3,3', 3", 3'" sowie aus den Kondensatrück-Weise in mehrere Abschnitte aufgeteilt, die dampfseitig führungsleitungen 4, 4', 4", 4'". Die Verbindung zwinoch in Verbindung stehen, aber flüssigkeitsseitig im 45 sehen der Verdampferkammer 1, dem Kondensator 2 wesentlichen getrennt vorliegen, so daß die an einer und den Profilrohren ist jeweils durch obere und untere beliebigen Stelle der Verdampferkammer aus einer Stichrohrleitungen 5, 5', 5", 5'" bzw. 6, 6', 6' und 6'" spontanen Dampfblasenbildung heraus entstehende hergestellt. Es ist jedoch nicht erforderlich, Kondensat Druckwelle bzw. die damit verbundene Wellenbewe- rückführungsleitungen entsprechenu der Anzahl der guni* der Flüssigkeitsoberfläche wirksam gedänpft und 50 Profilrohre vorzusehen. Es können beispielsweise auch ihre Ausbreitung örtlich stark begrenzt wird, wobei ein mehrere Kondensatrückführungsleitungen durch eine Aufschaukeln der Störung wirksam unterbunden wird. einzige ersetzt werden, die entsprechend dimensioniert Die vorgeschlagenen Maßnahmen sind auch außerdem ist, und die unter den Flüssigkeitsspiegel der Wännenur mit einem sehr geringen Aufwand verbunden und Übertragungsflüssigkeit abgetaucht ist. kommen auch in fertigungstechnischer Hinsicht der 55 Die Heizeinrichtung nach F i g. 1 arbeitet wie folgt: Forderung nach einer kompakten Heizeinrichtung ent- In dem von inerten Dämpfen oder Gasen durch Evagegen, die bei Stillstand unter dem niedrigen Dampf- kuieren im wesentlichen befreiten Rohrsystem der druck einer hochsiedenden Wärmeübertragungsflüssig- Heizeinrichtung, deren Verdampferkammer 1 mindestkeit steht, und in der sich keine inerten Gase ansam- cns bis zu den unteren Stichrohrleitungen mit der Wärmein dürfen, damit die Funktion der Heizeinrichtung 60 meübertragungsflüssigkeit gefüllt ist und je nach der nicht beeinträchtigt wird. vorgesehenen Behandlungstemperatur der Fäden ge-

Die Schikanewände nach der Erfindung sind so aus- gebenenfalls unter Vakuum oder geringem Überdruck gebildet, daß der gesamte, flüssigkeitsbenetzte Quer- steht, wird die Wärmeübertragungsflüssigkeit mittels schnitt der mit den Heizelementen versehenen Ver- Heizelemente 7, beispielsweise elektrischer Widerdampferkammer abgetrennt ist, wobei von einem Flüs- 65 Standselemente erhitzt. Das Ein- und Ausschalten des sigkeitsstand in der Verdampferkammer auszugehen elektrischen Stromes für die Heizelemente erfolgt über ist, wie er vor der ersten Inbetriebnahme der Heizein- einen nicht näher dargestellten Temperaturregler, der richtung vorliegt. Je nachdem, wieviele Rückführungs- 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 Wärmeübertragungsmitteldämpfen betriebene Heizeinrichtung in der Ansicht (F i g. 2) und im Querschnitt (F i g. 3) dargestellt. Sie weist beidseitige Fadenbehandlungsflächen auf, die im Gegensatz zu der Heizeinrichtung nach F i g. 1 jeweils spiegelbildlich zur Maschinenlängsachse angeordnet sind. Die Heizeinrichtpng besteht in analoger Weise zu F i g. 1 aus einer Verdampferkammer 11, einem Kondensator 12, Kondensatrückführungsleitungen 14 sowie symmetrisch angeordneten, oberen und unteren Stichrohrleitungen 15 bzw. 16,16'. Die Unterschiede gegenüber der in F i g. 1 dargestellten Heizeinrichtung liegen darin, daß an Stelle der vorzugsweise konvex gekrümmten Profilrohre, über die der zu behandelnde Faden unter Spannung geführt wird, in der Heizeinrichtung nach F i g. 2 bzw. 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 Fertiglingstoleranz 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 Schutzrohre 21 gasdicht bzw. vakuumdicht eingeschweißt.

Erfindungsgemäß sind in der Verdampferkammer 11 quer zu ihrer Längsachse mehrere Schikanewände 22. 22' usw. mit Durchbrechungen für die sich längs der Verdampferkammer erstreckenden Heizelemente 7, 17 bzw. die Schutzrohre 21 in axialem Abstand angeordnet, wobei die Schikanewände über die Phasengrenze 23 der Wärmeübertragungsflüssigkeit hinaus in den Dampfraum hineinragen. Die Schikanewände sind in vorteilhafter Weise jeweils zwischen benachbarten Anschlüssen von Stichrohrleitungen 6, 6' usw., bzw. 16, 16' angeordnet.

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

ίο Querschnitt dargestellt. Anstatt der Durchbrechungen

für du· 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 Verdampferkammer unterteilen, flüssigkeitsseitig verbunden, so daß das über die Komdensatrückführungsleitungen 4 bzw. 14 in die Verdampferkammer zurückfließende Kondensat in dieser gleichmäßig verteilt wird.

In F i g. 5 ist der Querschnitt der Verdampferkammer 1 bzw. 11 mit einer Schikanewand 22 in ähnlicher Ausführung gezeigt. Die Widerstandsheizelemente 7 bzw. 17 sind in Schutzrohren 21 auswechselbar angeordnet. Die Schikanewand 22 weist — zum Ausgleich des Flüssigkeitsstandes, über die Länge der Verdampferkammer — 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 Drahtwendeln 27 eingefüllt. Durch die große spezifische Oberfläche der Drahtwendeln oder gleichwertiger Mittel wie Drehspäne, scharfkantige Blechschnitzel od. dgl. kann erreicht werden, daß eine Vielzahl von scharfen Kanten und Ecken mit vorzugsweise kleinen Krümmungsradien in der Umgebung der Heizelemente vorhanden ist, an denen sich Dampfblasen frühzeitig bilden können, bzw. an denen der Übergang der instabilen, überhitzten Flüssigkeit in den stabilen Dampfzustand katalysiert wird. Durch die genannten Maßnahmen wird auch bei Verwendung einer reinen, vollkommen entgasten Wärmeübertragungsflüssigkeit der Siedeverzug weitgehend unterbunden und seine nachteiligen und unerwünschten Auswirkungen auf das gesamte Sattdampf-Kondensationsheizsystem beseitigt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Wärmeübertragungsflüssigkeit selbst sind höchste Patentansprüche: Reinheitsansprüche bezüglich der darin gelösten anderen Bestandteile zu stellen.

1. Heizeinrichtung für die Wärmebehandlung von Es hat sich aber herausgestellt, daß sich bei Erhö'-synthetischen Fäden mit einem evakuierbai en, 5 hung der Reinheit der verwendeten Warrneubertraallein unter dem Dampfdruck eines Wärmeübertra- gungsflüssigkeit über das technisch übliche Maß hmaus gungsmittels stehenden, geschlossenen Kondensa- Schwierigkeiten unerwarteter Weise einstellen. So tionsheizsystem, bestehend aus einer Anzahl von- zeigten genaue Aufzeichnungen der Temperatur im einander einen Abstand aufweisenden, vertikalen Dampfraum eines solchen Sattdampf-Kondensations-Gefäßen mit durch kondensierende Dämpfe beheiz- io heizsystems eine unzulässige Schwankung von etwa 3 ten Wänden für die gleichförmige Wärmebehand- bis 4° C gegenüber einer zulässigen Schwankung von lung einer Anzahl von Fäden, horizontal angeord- höchstens 0,5⁰C die bei der eindeutigen Zuordnung neten. Heizelemente aufweisenden Verdampfer- von Sattdampftemperatur und Dampfspannung der kammern, die durch Leitungen untereinander und Wärmeübertragungsflüssigkeit hätte erwartet werden mit den vertikalen Gefäßen flüssigkeitskommunizie- i₅ müssen. In diesen Versuchen zeigte sich auch, daß trotz rend verbunden sind, sowie Leitungen, die den obe- einer rechnerisch niedrigen Heizflächenbelastung die ren Teil eines jeden vertikalen Gefäßes mit den Temperatur im Dampfraum während der Heizperiode Verdampferkammern verbinden, dadurch ge- sehr steil und gelegentlich stark über den vorgegebekennzeichnet, daß eine gemeinsame Ver- nen Temperatur-Sollwert hinaus anstieg. Es wurden dampferkammer (1; 11) vorgesehen ist, in der in 20 auch nicht erklärbare Temperatursprünge sowie im Zuaxialem Abstand voneinander mehrere Schikane- sammenhang hiermit Erschütterungen und Geräusche wände (22, 22') mit Durchbrechungen für die ge- festgestellt, deren Zentrum die teilweise mit der Wärmeinsamen Heizelemente (7; 17) angeordnet sind, meübertragungsflüssigkeit gefüllte gemeinsame Ver- und daß die Schikanewände (22, 22') über die Pha- dampferkammer des Heizsystem: war. In weiteren sengrenze (23) der Wärmeübertragungsflüssigkeit 25 Versuchen, bei denen die Oberfläche der Wärmeüberhinaus in den Dampfraum hineinragen. tragungsflüssigkeit und die Blasenbildung in der sieden-

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- den Flüssigkeit und an den Heizelementen beobachtet kennzeichnet, daß die Schikanewände (22, 22') je- werden konnte, wurde die Vermutung bestätigt, daß die weils zwischen benachbarten vertikalen Gefäßen (3, Ursache für die Erschütterungen und die Temperatur-3', 3"; 18,18', 18") vorgesehen sind. 30 sprünge im Siedeverzug der Flüssigkeit zu suchen ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- So konnte beim Einschalten der elektrischen Heizung durch gekennzeichnet, daß am Rand der Schikane- zur Deckung des Wärmevet brauchs festgestellt werwand (22, 22') zum Ausgleich des Flüssigkeitsstan- den, daß die Blasenbildung in der Flüssigkeit unregeldes in der Verdampferkammer (1, 11) mindestens mäßig und teilweise sehr plötzlich erfolgte und mit eine Ausnehmung (24, 25) unterhalb der Phasen- 35 starken Turbulenzerscheinungen verbunden war. Die grenze (23) des Wärmeübertragungsmittels vorge- Turbulenzen gingen von einer Stelle aus und breiteten sehen isi. sich über die gesamte Länge der Verdampferkammer,

wobei die Oberfläche der Flüssigkeit in eine stark wel-