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Wärmebehandlungsvorrichtung für Garne aus synthetischen Fasern Die
Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Wärmebehandlungsvorrichtung für Garne
aus synthetischen Fasern, z.B. einer Streckmaschine, einer Vordrallmaschine, einer
Streck- und Vordralimaschine usw.
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Die Erfindung betrifft insbesondere eine Wärmebehandlungsvorrichtung,
in der eine geringe Menge eines flüssigen Heizmittels am Boden eines senkrecht sich
erstreckenden vakuumdichten Behälters eingeschlossen ist, um eine einen Teil des
vakuumdichten
Behälters bildende Wärmetauschwand mit gesättigtem
Dampf eines flüssigen Heizmittels zu erhitzen, der beim Erhitzen des flüssigen Heizmittels
durch ein darin eingetauchtes Heizelement erzeugt wird. Auf diese Weise wird die
vom Heizmitteldampf erhaltene Wärme auf die Garne übertragen, die sich in Berührung
mit der Außenfläche der Wärmetauschwand bewegen, wodurch diese Garne wärmebehandelt
werden können.
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Bei der oben genannten Art der Wärmebehandlungsvorrichtung ist es
erwünscht, daß sie eine lange Gebrauchsdauer aushält und ihren Betrieb sogar unter
Reparaturbedingungen fortsetzen kann. Zusätzlich ist es in Anbetracht der Beschaffenheit
der Vorrichtung erforderlich, die Temperaturverteilung gleichmäßig über die gesamte
Länge der Oberfläche der langgestreckten Wärmetauschwand zu machen und auch die
Menge des flüssigen Heizmittels auf ein Minimum zu bringen, um die durch mögliche
Unfälle, etwa einen Brand eines Fabrikgebäudes, erzeugten Schäden auf ein Minimum
zu bringen.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen
Wärmebehandlungsvorrichtung, in der ein flüssiges Heizmittel als dünner Film mittels
eines Heizelements zur Vergrößerung der wirksamen Wärmeübertragungsfläche des Heizelements
erhitzt wird, um das Verdampfungsmaß des flüssigen Heizmittels zu vergrößernU7dauch
um um eine Verschlechterung des flüssigen Heizmittels beim Erhitzen zu verhindern.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
neuartigen Wärmebehandlungsvorrichtung, in der die Wärmeverteilung während einer
langen Zeitdauer über die gesamte Länge eines senkrecht sich erstreckenden abgedichteten
Behälters gleichmäßig aufrecht erhalten werden kann.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
neuartigen Wärmebehandlungsvorrichtung, in der beim Abziehen
eines
verunreinigten Gases aus einem abgeschlossenen Behälter das Abziehen sogar dann
leicht durchgeführt werden kann, wenn sich diese Vorrichtung im Gebrauch für eine
Wärmebehandlung befindet.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
neuartigen Wärmebehandlungsvorrichtung, in der eine geringere Menge eines flüssigen
Heizmittels verwendet wird als für den Fall, daß herkömmliche Heizvorrichtungen
von der Bauart verwendet werden, bei denen ein Heizelement völlig in ein flüssiges
Heizmittel eintaucht.
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Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist als bevorzugteste
Konstruktion zur Erzielung der oben genannten Ziele eine Wärmebehandlungsvorrichtung
für Garne aus synthetischen Fasern vorgesehen, bei der ein Teil eines senkrecht
sich erstreckenden abgedichteten Behälters aus einer Wärmetauschwand gebildet ist.
Ein elektrisches Heizelement ist mit einem hitzefesten und porösen Material bedeckt,
das eine derartige Porosität hat, daß darin für ein gegebenes flüssiges Heizmittel
eine Kapillarwirkung auftreten kann. Das elektrische Heizelement ist in der unteren
Hälfte des Innenraums des Behälters vorgesehen, wobei sein unterer Endteil in das
im Behälter eingeschlossene flüssige Heizmittel eintaucht. Eine Rückführplatte ist
zwischen der Innenfläche der Wärmetauschwand und dem oberhalb des Niveaus des flüssigen
Heizmittels freiliegenden elektrischen Heizelement angeordnet. Bei der Wärmebehandlungsvorrichtung-
ist ein Abscheidebehälter vorgesehen, der mit dem oberen Teil des senkrecht sich
erstreckenden Behälters in Verbindung steht, wobei der Boden des Abscheidetanks
über eine Rückführungsleitung mit einem unmittelbar über dem Heizelement des senkrecht
sich erstreckenden abgedichteten Behälters liegenden inneren Teil in Verbindung
steht.
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Weitere Merkmale und Ziele der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:
Fig.
1 eine Vorderansicht einer *?ärmebehandlungsvorricntung für garne aus synthetischen
Fasern nach der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 einen Ldngsschnitt entlang der Linie
Il-II in Fig. 1; Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2; Fig.
4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2; Fig. 5 einen vergrößerten
Querschnitt eines Teils der in Fig. 2 gezeigten Konstruktion; Fig. 6 einen vergrößerten
Querschnitt eines Tells einer abge--nc£erten Ausführungsform entsprechend dem in
Fig. 5 gezeigte Teil; Fig. 7 einen teilweisen Längsschnitt eines Teils der abgeänderten
Ausführungsform entsprechend einem in Fig. 2 gezeigten Teil der Vorrichtung; Fig.
8 einen der Fig. 4 entsprechenden Querschnitt der abgecr.derten Ausführungsform;
Fig. 9 einen teilweisen Längsschnitt eines Teils einer weiteren abgeänderten Ausführungsform
entsprechend dem in Fi. 7 gezeigte Teil.
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Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Fig. 1 bezeichnet einen senkrecht sich erstreckenden abgedichteten Behälter.
In einer im Behälter 1 ausgebildeten Heizdampfkammer ist ein U-förmiges elektrisches
Heizelement 2 angeordnet, dessen Außenfläche mit einem porösen Material 28 bedeckt
ist. Dieses Material hat eine solche hitzefestigkeit und Porosität, daß darin für
ei gegebenes flüssiges
heizmittel eine Kapillarwirkung auftreten
kann. Der untere Endteil des Heizelements 2 ist in eine geringe Menge eines flüssigen
Heizmittels 3 eingetaucnt, das im Behälter 1 eingeschlossen ist und an dessen Bodenteil
gehalten wird. Der größte Teil des übri-,en Heizelements 2 ist jedoch in der Kammer
für den iielzdampf freigelegt. An der Außenseite einer Wärmetauschwand 4 des Behälters
1 sind senkrecht verlaufende Nuten 5 ausgebild,et, während innernalb dieser Wärmetauschwand
Rückführplatten 6 geneigt angeordnet sind, wobei deren obere Enden die Wärmetauschwand
4 berühren, während deren untere inden in Nähe der Außenfläche des elektrischen
Heizelements 2 enden, das oberhalb des Niveaus des flüssigen Heizmittels 3 freiliegt.
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An das elektrische Heizelement 2 ist zur Erhöhung von dessen Temperatur
eine elektrische Energiezufuhr angeschlossen, so daß das flüssige Heizmittel 3 erhitzt
und verdampft werden kann, das dann innerhalb des porösen Materials 28 außerhalb
des Heizelements 2 die Form eines dünnen Films annimmt. Der gesättigte Dampf des
Heizmittels füllt dann den Innenraum des senkrecht sich erstreckenden Behälters
1 und erhitzt auf diese Weise die Wärmetauschwand 4 gleichmäßig über deren gesamte
Länge. Sich entlang den Nuten 5 bewegende Garne 7 werden durch die vom gesättigten
Dampf gelieferte Wärme wärmebehandelt. Der Dampf wird dann abgekühlt und in Tropfen
von rücklaufendem flüssigem eizmittel kondensiert, das auf der Innenseite der Wärmetauschwand
4 haftet. Die Tropfen werden entlang der geneigten Flache der Rückführplatten 6
zum elektrischen Heizelement 2 geführt.
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Das zum elektrischen Heizelement 2 geführte zurückkehrende flüssige
Heizmittel wird hierdurch erhitzt und wiederum verdampft. Der Heizdampf füllt dann
den Innenraum des Behälters 1 aus. Der oben beschriebene Zustand ist im einzelnen
in Fig. 5 dargestellt. In dieser Figur sind mit dem Bezugszeichen 8 die Tropfen
des zurückkehrenden flüssigen Heizmittels auf der Innenfläcne der Wärmetauschwand
4 bezeichnet, während mit dem Bezugszeichen 9 ein dünner Film des zurückkehrenden~
flüssigen
Heizmittels bezeichnet ist, das gebildet wird, wenn sich
die Tropfen des zurückkehrenden flüssigen Heizmittels 8 ansammeln.
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Dieser Film wird entlang der Oberfläche der Führungsplatte 6 bis zur
Oberfläche des Heizelements 2 gebildet. Bei einem derartigen Zustana wird das flüssige
beizmittel vom elektrischen Heizelement 2 erhitzt. Im einzelnen wird ein dünner
Film aus einer flüssigen Heizmittelschicht 10 auf der Oberfläche des ifeizelements
2 unmittelbar durch Leitung durch das hiermit in Berührung stehende Heizelement
2 erhitzt, wodurch das flüssige heizmittel unmittelbar verdampft wird. Demnach ist
der Heizwirkungsgrad in diesem Fall weitaus besser als für den Fall einer Erhitzung
eines flüssigen Heizmittels, bei dem ein Heizelement völlig in das flüssige Heizmittel
eintaucht, dann für den Fall einer Erhitzung des flüssigen Heizmittels durch Leitung
und Konvektion. Es besteht daher keine Notwendigkeit für ein kräftiges überhitzen
des Heizelements 2. Somit wird das flüssige Heizmittel nicht durch thermisches Kracken
verschlechtert.
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An den oberen Teil des Behälters 1 ist über eine Rohrleitung 12 ein
Abscheidebehälter 11 angeschlossen, während der untere Teil des Abscheidetanks 11
und der mittlere Teil des Behälters 1 miteinander über eine Rückführleitung 13 verbunden
sind, deren unteres Ende 14 unmittelbar über dem Heizelement 2 angeordnet ist. Da
der Abscheidetank 11 vom Behälter 1 getrennt ist und da das wärmeisolierende Material
der rHärmebehandlungsvorrichtung, das in Fig. 2 lediglich andeutungsweise durch
einen strichpunktierten Rahmen 24 dargestellt ist, um den Abscheidetank 11 herum
dünner als um den Behälter 1 ist, ist die Temperatur des Abscheidetanks 11 niedriger
als diejenige des Behälters 1. Daher wird der Heizdampf im Abscheidetank 11 kondensiert
und nimrnt an Druck ab, so daß der Dampf im oberen Teil des Behälters 1 kontinuierlich
vom Abscheidetank 11 abgesaugt werden kann. Der Dampf strömt dann durch eine Drosselstelle
32 im Ronr 12, wo die Geschwindigkeit des Dampf stroms erhöht und dessen Druck
abgesenkt
wird. Dieser niedrige Druck dient dazu, verunreinigten Dampf und verunreinigtes
Gas, welche im oberen Teil des Behälters 1 verbleiben können, in den Abscheidetank
11 zu leiten, und verhindert hierdurch einen Temperaturabfall im oberen Teil des
Behäiters 1.
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Wie oben beschrieben, wird der Dampf innerhalb des senkrecht verlaufenden
abgedichteten Behälters kontinuierlich in den Abscheidetank 11 gesaugt, so daß die
Aufstiegsgeschwindigkeit des gesättigten Dampfes innerhalb des Behälters 1 weitaus
größer ist als für den Fall, daß der Dampf nicht vom Abscheidetank 11 abgesaugt
wird. Demnach kann der gesättigte -Dampf, sogar wenn die Laufgeschwindigkeit der
Garne 7 erhöht und hierdurch der Wärmeverbrauch vergrößert wird, unmittelbar die
Wärmetauschwand 4 zum Ergänzen der verbrauchten Wärme aufheizen und kann somit die
Temperatur dieser Wärmetauschwand stets konstant halten.
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Andererseits kehrt das flüssige Heizmittel 4, das kondensiert und
im Abscheidetank 11 verflüssigt wurde, über die Rückführleitung 13 zum Innenraum
des Behälters 1 zurück. Das in den Behälter 1 eingetretene flüssige Heizmittel tropft
auf den oberen Teil des Heizelements 2 und während es als dünner Film entlang der
Oberfläche des Heizelements 2 fließt, vereinigt es sich mit dem zurückkehrenden
flüssigen Heizmittel, das von den oben beschriebenen Führungsplatten 6 geführt wird,
und wird vom Heizelement 2 erhitzt. Auf diese Weise wird es wiederum in Dampf verwandelt,
denInnenraum des Behälters 1 ausfüllt. Ein Teil des in winziger Menge im Abscheidetank
11 vorhandenen verunreinigten Gases bleibt jedoch als solches bestehen. Der größte
Teil des verbleibenden verunreinigten Gases besteht aus Stoffen mit niedrigen Siedepunkten
und wird somit kaum verflüssigt. Demnach bleibt dieser Rest auch im Abscheidetank
11 im gasförmigen Zustand.
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Nachdem die Wärmebehandlungsvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung
während einer längeren Zeitdauer verwendet wurde, wenn die angesammelte Menge des
verunreinigten Gases innerhalb des Abscheidetanks so weit angestiegen ist, daß kein
weiteres verunreinigtes Gas im Abscheidetank 11 untergebracht werden kann, tritt
der Fall ein, daß das verunreinigte Gas auch im oberen Teil des Behälters 1 vorhanden
ist. Das Ergebnis ist, daß die Temperatur im oberen Teil des senkrecht sich erstreckenden
Behälters 1 niedriger wird als diejenige im übrigen Teil desselben. Einige Lösungen
zum Beseitigen der durch den oben genannten Vorgang verursachten ungleichmäßigen
Temperaturverteilung im senkrecht sich erstreckenden Behälter sind konstruktive
Merkmale der Wärmebehandlungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, wie im
folgenden im ganzen beschrieben. Eine der Lösungen besteht in dem Merkmal, daß ein
Ende eines Ablaßrohrs 29 an den oberen Teil des Abscheidetanks 11 angeschlossen
ist, während das andere Ende dieses Rohrs, wie bei 30 gezeigt, abgedichtet ist.
Wenn das verunreinigte Gas sich im Abscheidetank übermäßig angesammelt hat, wird
der abgedichtete Teil 30 zum Abziehen des verunreinigten Gases nach außen geöffnet.
Das Ablaßrohr 29 wird dann wiederum abgedichtet. Eine weitere Lösung ist das konstruktive
Merkmal, daß statt dem Vorsehen dieses Ablaßrohrs 29 ein evakuierter Vorratsbehälter
16 zum Absaugen des verunreinigten Gases über ein Abzugsrohr 15 an den oberen Teil
des Abscheidetanks 11 angeschlossen wird, wobei auf halbem Wege des Abzugrohrs 15
ein Nadelventil 17 vorgesehen ist. Dieses Nadelventil 17 kann durch Betätigen eines
an eine Nadel 18 dieses Ventils 17 angeschlossenen Knopfs 19 auch dann geöffnet
und geschlossen werden, wenn sich die Wärmebehandlungsvorrichtung zum Erhitzen von
Garnen 7 in Betrieb befindet. Zusätzlich ist ein Balg 21 zwischen der Nadel 18 und
der Innenfläche eines Gehäuses 20 des Nadelventils 17 vorgesehen, um den Innenraum
des Abscheidetanks 11 gegenüber der Atmosphäre vollständig abzudichten. Falls das
Nadelventil 17 geöffnet wird, wenn der Innenraum des Abscheidetanks 11 ganz mit
dem verunreinigten Gas gefüllt ist, dann wird das verunreinigte Gas innerhalb des
Abscheidetanks 11
in den evakuierten Vorratsbehälter 16 aufgrund
des darin herrschenden Unterdrucks abgesaugt. Danach wird das Nadelventil 17 geschlossen
und die Wärmebehandlungsvorrichtung kann weiter verwendet werden bis der Innenraum
des Abscheidetanks 11 wiederum ganz mit dem verunreinigten Gas gefüllt ist.
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Andererseits wird das in den evakuierten Vorratsbehälter 16 eintretende
verunreinigte Gas gekühlt und teilweise verflüssigt, während es darin während einer
langen Zeitdauer gehalten wird und sich somit am Boden als flüssiges Verunreinigungsmaterial
12 ansammelt. Während dieser Zeitdauer wird der Druck im evakuierten Vorratsbehälter
16 aufgrund der Abkühlung und Verflüssigung des verunreinigten Gases abgesenkt,
so daß es, wenn der Innenraum des Abscheidetanks wiederum ganz mit dem verunreinigten
Gas angefüllt ist, durch Wiederholen der oben genannten Vorgänge abgezogen werden
kann. Wenn diese wiederholten Vorgänge mehrmals durchgeführt wurden und das Vakuum
im evakuierten Vorratstank 16 sich so verschlechtert hat, daß das Abziehen beinahe
unmöglich geworden ist, wird der untere Endteil eines am Boden des evakuierten Vorratsbehälters
16 vorgesehenen Abdichtungsrohrs 23 abgeschnitten, damit das flüssige Verunreinigungsmaterial
22 und das verunreinigte Gas mittels einer Vakuumpumpe herausgesaugt und nach außen
abgeladen werden. Nachdem der Innenraum des evakuierten Vorratsbehälters 16 wieder
bis auf ein hohes Vakuum evakuiert wurde, wird das untere Ende des Abdichtungsrohrs
23 zum Abdichten des evakuierten Vorratsbehälters 16 abgedichtet. Danach kann die
Wärmebehandungsvorrichtung verwendet werden, während die oben beschriebenen Betätigungen
des Nadelventils 17 und des dazugehörigen Knopfs 19 wiederholt werden bis das Vakuum
im evakuierten Vorratsbehälter 16 wiederum verschlechtert ist. Es ist darauf hinzuweisen,
daß der Kühleffekt für den evakuierten Vorratsbehälter 16 weiter dadurch verbessert
werden kann, daß ein Teil der Wand des evakuierten Vorratsbehälters 16 der Atmosphäre
außerhalb des wärmeisolierenden Materials 24 ausgesetzt wird.
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Zusätzlich bezeichnet das Bezugszeichen 25 einen druckabhängigen Schalter,
das Bezugszeichen 26 einen Balg und das Bezugs zeichen 27 ein Druckverbindungsrohr.
Diese Teile bilden zusammen eine bekannte Steuervorrichtung für das elektrische
Heizelement 2, die so arbeitet, daß sie die Temperatur des Heizdampfs innerhalb
des Behälters 1 stets dadurch konstant hält, daß sie dessen Druck im wesentlichen
konstant hält.
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Beim Einschließen eines flüssigen Heizmittels in dieser Wärmebehandlungsvorrichtung
wird das flüssige Heizmittel in den Behälter 1 eingespritzt, nachdem dessen Innenraum
und der zugehörige Abscheidebehälter sowie die Rohre vollständig bis zu einem hohen
Vakuum evakuiert wurden. Anschließend daran wird der Behälter 1 abgedichtet. Daher
ist beim Starten der Dampfdruck des Heizmittels innerhalb des senkrecht sich erstreckenden
Behälters 1 sehr niedrig, weil die Temperatur innerhalb dieses Behälters die gleiche
ist wie die Temperatur der umgebenden Atmosphäre, in der der Behälter angeordnet
ist. Demnach kann das flüssige Heizmittel leicht durch geringfügiges Erhitzen mit
dem Heizelement 2 verdampft werden. Darüber hinaus kann die Menge des am Boden des
Behälters 1 untergebrachten flüssigen Heizmittels extrem klein sein, da das in Berührung
mit der Innenwandfläche des senkrecht sich erstreckenden Behälters 1 kondensierte
zurückgeführte flüssige Heizmittel als dünner Film auf das oberhalb des Niveaus
des flüssigen Heizmittels freigelegte Heizelement 2, wie oben beschrieben, zugeführt
wird, so daß das zurückgeführte flüssige Heizmittel verdampft werden kann, bevor
es wieder am Boden des Behälters 1 angesammelt wird.
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Zusätzlich zu der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist eine
abgeänderte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Fig. 6 bis 8 dargestellt,
in denen die Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen in den Fig.
1 bis 5 demgegenüber auch eine ähnliche Funktion haben. Der Unterschied in der Konstruktion
dieser abgeänderten Ausführungsform gegenüber
der ersten Ausführungsform
besteht darin, daß die Außenfläche der Wärmetauschwand 4 eben ausgebildet ist, daß
die Führungsplatten 6 für die zurückgeführte Flüssigkeit 6 aus dem gleichen Material
hergestellt sind wie das hitzefeste und poröse Material an der Außenfläche des elektrischen
Heizelements 2, daß der Abscheidebehälter 11 so angebracht ist, daß er ein wenig
über das oberste Ende des senkrecht sich erstreckenden abgedichteten Behälters übersteht,
daß ein Vorsprung 31 in der obersten Wand des Abscheidebehälters 11 ausgebildet
ist und daß das oberste Ende des Abzugrohrs 15 im Innern dieses Vorsprungs angeordnet
ist.
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Eine weitere in Fig. 9 dargestellte abgeänderte Ausführungsform unterscheidet
sich von der in Fig. 7 dargestellten Konstruktion darin, daß der Abscheidebehälter
11 unmittelbar neben dem obersten Teil des senkrecht sich erstreckenden abgedichteten
Behälters so angebracht ist, daß deren oberste Wände entlang der gleichen Ebene
verlaufen, während sie sonst den oben genannten Ausführungsformen ähnlich ist.