EP0950760B1 - Wärmetauscher - Google Patents

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EP0950760B1
EP0950760B1 EP98105915A EP98105915A EP0950760B1 EP 0950760 B1 EP0950760 B1 EP 0950760B1 EP 98105915 A EP98105915 A EP 98105915A EP 98105915 A EP98105915 A EP 98105915A EP 0950760 B1 EP0950760 B1 EP 0950760B1
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EP
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valve
heat exchanger
valve body
channel
feed
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Berthold Krämer
Ludwig Hellenthal
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Walzen Irle GmbH
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Walzen Irle GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F5/00—Elements specially adapted for movement
    • F28F5/02—Rotary drums or rollers
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21F—PAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F5/00—Dryer section of machines for making continuous webs of paper
    • D21F5/02—Drying on cylinders
    • D21F5/022—Heating the cylinders
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/0266—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using a heat-transfer fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B13/00—Machines and apparatus for drying fabrics, fibres, yarns, or other materials in long lengths, with progressive movement
    • F26B13/10—Arrangements for feeding, heating or supporting materials; Controlling movement, tension or position of materials
    • F26B13/14—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning
    • F26B13/18—Rollers, drums, cylinders; Arrangement of drives, supports, bearings, cleaning heated or cooled, e.g. from inside, the material being dried on the outside surface by conduction
    • F26B13/183—Arrangements for heating, cooling, condensate removal

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger, in particular a heatable roller for the pressing, drying or smoothing unit of a machine for paper production or treatment other webs, either with steam or a heating liquid is temperable.
  • Liquids such as water or petrographic oils were often used as the heating medium used; According to DE 195 11 086 A1, vapors can also be advantageous heating media prove.
  • Such heating steam can also be drilled through peripheral holes in the Roll shell are guided, at the ends of which siphon devices are arranged, through which the condensate or condensate-steam mixture formed from the Bores and thus withdrawn from the rollers.
  • the present invention is based on the object of a heat exchanger or to create a heated roller, the or the optional are heated with steam or a heating liquid, whereby by suitable structure for both types of heating, a high one Efficiency should be achievable with a simple structure and structure to be used differently by creating one or other heating medium.
  • a calender roll is interrupted in the middle as a heat exchanger in FIG 1 shown, which consists of a roll shell 2, the is connected to flange spigot 3 or 4 on both sides.
  • the roll shell 2 For heating is the roll shell 2 relatively close below its outer surface with peripheral holes 5 equipped, and for draining condensate some more peripheral bores 6 are provided closer to the axis.
  • the heating steam becomes a concentric supply line 7 of the flange pin 3, which is simultaneously the derivative 8 encloses.
  • the feed line 7 leads to the valve 9 and passes it Breakthrough 10, and reached from the annular space 11 behind it Feed holes 12, the peripheral holes to be heated 5. From the steam reaches this via a connecting line 13 Storage space 14 of the valve 9 and builds one behind the valve body 15 Pressure on the light and easy-running valve body 15 after moves to the end position shown on the left, in which he moves the front Shuts off valve chamber 16 and thus the derivative 8.
  • the calender roll 1 has an effective siphon arrangement 17 the condensate generated during steam heating receives and, mixed with slip steam, the valve 9 by means of a Condensate drain 18 feeds into the front valve space 16 leads so that the condensate-slip vapor mixture via the discharge 8 is removable.
  • the calender roll 1 is to be heated by a heating liquid are tempered, this is fed to the roller via the discharge line 8. It reaches the valve 9 and acts on the bottom of the easily movable valve body 15 and urges it out the position shown in the drawing against a stop 19th back.
  • the tempering liquid can now flow through the valve body 15 over into the storage space 14 and via connecting lines 13 in to reach peripheral holes 5 and in contact with their walls To transfer heat.
  • the ends of the peripheral holes 5 connected to each other, so that the tempering Liquid is returned and now through feed bores 12 is able to reach the annular space 11, from which the openings 10 the supply line 7 can be reached via which the temperature control Liquid can now drain or is withdrawn.
  • valve bodies made of plastic have proven themselves. It is also essential that the valve body has a low friction factor and in particular has proven to be corrosion-resistant.
  • the guide of the valve body 15 shown in FIG. 3 has proven to be advantageous.
  • the guide space 20 containing the valve body 15 is slim and widens in the lifting direction of the valve body 15, so that sticking, staples, hooks or any other unintentional fixation of the valve body 15 is completely excluded is.
  • valve body 15 It has been shown to be essential here to create the guide space 20 from a material or to line it with a material whose coefficient of thermal expansion is as similar as possible to that of the valve body 15.
  • the valve body 15 itself has a correspondingly elongated structure in order to achieve reliable guidance and is provided in a hollow pot-like manner with a conical pot base 21.
  • FIG. 4 shows this conical pot bottom 21 and the rearward connected guide shaft 23 formed from webs 22. It has been shown to be advantageous here that the valve body 15 floating in the guide space 20 is self-cleaning. In order to make the valve body 15 work even at the lowest differential pressures, mechanical reset devices, for example springs, are dispensed with.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere eine beheizbare Walze für das Press-, Trocken- oder Glättwerk einer Maschine zur Papierherstellung oder Behandlung sonstiger Warenbahnen, der wahlweise mit Dampf oder einer Heizflüssigkeit temperierbar ist.
Als Heizmedium wurden vielfach Flüssigkeiten wie Wasser oder petrographische Öle eingesetzt; nach der DE 195 11 086 A1 können sich auch Dämpfe als vorteilhafte Heizmedien erweisen. Auch ein solcher Heizdampf kann durch periphere Bohrungen des Walzenmantels geführt werden, an deren Enden Siphon-Einrichtungen angeordnet sind, durch welche das sich bildende Kondensat bzw. Kondensat-Dampf-Gemisch aus den Bohrungen und damit aus den Walzen abgezogen wird.
Die genannte Vorveröffentlichung geht von der Verwendung von Dampf als Wärmeübertragungsmedium aus und stellt als Nachteil fest, daß im Falle erforderlich werdender Walzenwechsel oder sonstiger Eingriffe im Umfeld der beheizten Walze untragbar lange Auskühlzeiten auftreten.
Die DE 196 26 371 A1 löst dieses Problem dadurch, dass die Walzen alternativ mit Wasserdampf oder Wasser beheizbar bzw. kühlbar sind. Nachteilig ist jedoch der aufwendige Aufbau der Walze und des Ventils. Nach dieser Entgegenhaltung ist in jeder Walze eine zentral angeordnete durchgehende Passage sowie ein federbeaufschlagtes Ventil notwendig. Die Passage kann bei schnell drehenden Walzen zu unkontrollierbaren Unwuchten führen, während die Feder als zusätzliches Element das Ventil aufwendiger und anfälliger gestaltet. Hinzu kommt, dass im Wasserbetrieb stets gegen die Federkraft angearbeitet werden muß. Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Wärmetauscher bzw. eine beheizbare Walze zu schaffen, der bzw. die wahlweise mit Dampf oder einer Heizflüssigkeit beheizbar sind, wobei durch geeigneten Aufbau für beide Beheizungsarten jeweils ein hoher Wirkungsgrad bei einfachem Aufbau erreichbar sein soll und der unterschiedlich zu nutzende Aufbau vom Anlegen des einen bzw. anderen Heizmediums abhängt.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Damit stellt sich mit Anlegen von Heizdampf an eine Zuleitung ein System ein, das den heizenden Dampf peripher unter der Mantelfläche bspw. der Walze geführten Bohrungen direkt zuleitet, während gleichzeitig wirkungsvolle Siphon-Einrichtungen das anfallende Kondensat abführen. Wird dagegen eine beheizende Flüssigkeit zugeführt, so stehen die peripheren Bohrungen direkt zur Verfügung. Die Umschaltung erfolgt durch die Ausbildung des steuernden Ventils spontan, sicher und verlässlich bei geringem Bauaufwand.
Zweckmäßige, vorteilhafte und erfinderische Weiterbildungen des Gegenstandes des Hauptanspruches sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erläutert ist die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit dieses darstellenden Zeichnungen. Es zeigen hierbei
Figur 1
in Längsrichtung unterbrochen eine wahlweise durch Dampf oder ein flüssiges Heizmedium temperierbare Kalanderwalze,
Figur 2
einen Querschnitt durch den Mantel der Kalanderwalze aus Figur 1,
Figur 3
vergrößert einen das Ventil enthaltenden Ausschnitt der Kalanderwalze nach Figur 1,
Figur 4
nochmals vergrößert einen Längsschnitt des Ventilkörpers der Figur 3, und
Figur 5
eine Rückansicht des Ventilkörpers der Fig. 4.
In Figur 1 ist mittig unterbrochen als Wärmetauscher eine Kalanderwalze 1 dargestellt, die aus einem Walzenmantel 2 besteht, der beidseitig mit Flanschzapfen 3 bzw. 4 verbunden ist. Zur Beheizung ist der Walzenmantel 2 relativ dicht unter seiner Mantelfläche mit peripheren Bohrungen 5 ausgestattet, und zur Ableitung von Kondensat sind achsnäher einige weitere periphere Bohrungen 6 vorgesehen.
Bei Dampfbeheizung wird der Heizdampf einer konzentrischen Zuleitung 7 des Flanschzapfens 3 zugeführt, die gleichzeitig die Ableitung 8 umschließt. Die Zuleitung 7 führt zum Ventil 9 und passiert dessen Durchbruch 10, und erreicht vom dahinterliegenden Ringraum 11 über Speisebohrungen 12 die zu beheizenden peripheren Bohrungen 5. Von diesen aus erreicht der Dampf über eine Verbindungsleitung 13 den Stauraum 14 des Ventils 9 und baut hinter dem Ventilkörper 15 einen Druck auf, der den leichten und leicht gängigen Ventilkörper 15 nach links in die dargestellt Endlage verschiebt, in der er den vorderen Ventilraum 16 und damit die Ableitung 8 absperrt.
Die Kalanderwalze 1 ist mit einer wirksamen Siphon-Anordnung 17 ausgestattet, die das bei der Dampfbeheizung entstehende Kondensat aufnimmt und, mit Schlupfdampf vermischt, dem Ventil 9 mittels eines Kondensat-Ablaufes 18 zuführt, der in den vorderen Ventilraum 16 führt, so daß das Kondensat-Schlupfdampf-Gemisch über die Ableitung 8 abziehbar ist.
Soll andererseits die Kalanderwalze 1 durch eine Heizflüssigkeit temperiert werden, wird diese über die Ableitung 8 der Walze zugeführt. Sie erreicht das Ventil 9 und beaufschlagt den Boden des leicht beweglich geführten Ventilkörpers 15 und drängt diesen aus der in der Zeichnung dargestellten Lage gegen einen Anschlag 19 zurück. Die temperierende Flüssigkeit vermag nun am Ventilkörper 15 vorbei in den Stauraum 14 und über Verbindungsleitungen 13 in periphere Bohrungen 5 zu gelangen und im Kontakt mit deren Wandungen Wärme zu übertragen. In an sich bekannter Weise sind die Enden der peripheren Bohrungen 5 miteinander verbunden, so daß die temperierende Flüssigkeit zurückgeführt wird und nunmehr über Speisebohrungen 12 den Ringraum 11 zu erreichen vermag, aus dem über die Durchbrüche 10 die Zuleitung 7 erreichbar ist, über die die temperierende Flüssigkeit nunmehr abzulaufen vermag bzw. abgezogen wird.
Als wesentlich hat es sich gezeigt, ein einfach aufgebautes Ventil zu schaffen, daß schnell, sicher und reibungsarm schon auf geringe Druckunterschiede anspricht. Erreicht wird dieses durch den in Figur 4 im Querschnitt und Figur 5 in der Rückansicht dargestellten Ventilkörper 15, der zweckmäßig aus einem Material relativ geringen spezifischen Gewichtes besteht, das wesentlich unter 7,85 g/cm3 liegt. So haben sich bspw. aus Kunststoff bestehende Ventilkörper bewährt. Wesentlich ist auch, daß der Ventilkörper einen geringen Reibungsfaktor aufweist und insbesondere sich als korrosionsresistent erweist. Als vorteilhaft erweist sich die in Figur 3 dargestellte Führung des Ventilkörpers 15. Der den Ventilkörper 15 enthaltende Führungsraum 20 ist schlank und erweitert sich in Abheberichtung des Ventilkörpers 15, so daß ein Haften, Klammern, Haken oder eine sonstige unbeabsichtigte Fixierung des Ventilkörpers 15 völlig ausgeschlossen ist. Als wesentlich hat sich hierbei gezeigt, den Führungsraum 20 aus einem Werkstoff zu erstellen oder mit einem Werkstoff auszukleiden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem des Ventilkörpers 15 möglichst gleicht. Der Ventilkörper 15 selbst ist entsprechend länglich aufgebaut, um eine sichere Führung zu erreichen, und ist topfartig hohl mit einem konischen Topfboden 21 versehen. Figur 4 zeigt diesen konischen Topfboden 21 und den rückwärts angeschlossenen, aus Stegen 22 gebildeten Führungsschaft 23. Als vorteilhaft hat sich hierbei gezeigt, daß der im Führungsraum 20 schwebende Ventilkörper 15 sich als selbstreinigend zeigt. Um ein Arbeiten des Ventilkörpers 15 schon bei geringsten Differenzdrucken zu erreichen, ist auf mechanische Rückstelleinrichtungen, beispielsweise Federn, verzichtet.
So ist ein Wärmetauscher geschaffen, der jeweils wahlweise mit Dampf oder einer Heizflüssigkeit temperierbar ist, und der den hierbei jeweils auftretenden Gegebenheiten sich durch ein extrem schnelles und empfindliches Ventil jeweils anzupassen vermag.
Bezugszeichenliste
1
Kalanderwalze
2
Walzenmantel
3,4
Flanschzapfen
5,6
Periphere Bohrungen
7
Zuleitung
8
Ableitung
9
Ventil
10
Durchbruch
11
Ringraum
12
Speisebohrungen
13
Verbindungsleitung
14
Stauraum
15
Ventilkörper
16
Vorderer Ventilraum
17
Siphonanordnung
18
Kondensatablauf
19
Anschlag
20
Führungsraum
21
Topfboden
22
Stege
23
Führungsschaft

Claims (9)

  1. Wärmetauscher, insbesondere beheizbare Walze mit einem Walzenmantel (2) sowie Flanschenzapfen (3, 4) für das Press-, Trocken- oder Glättwerk einer Maschine zur Papierherstellung oder Behandlung sonstiger Warenbahnen, der wahlweise mit Dampf oder einer Heizflüssigkeit temperiert wird, sowie mit einem Ventil zur Steuerung der Wege der Heizmedien, wobei bei Betrieb mit Dampf dieser einer dem Flanschenzapfen (3) zugeordneten Zuleitung (7) zugeführt wird und das Kondensat einer dem selben Flanschenzapfen (3) zugeordneten Ableitung (8) entnommen wird, während bei Betrieb mit Heizflüssigkeit diese der Ableitung (8) zugeführt wird und über die Zuleitung (7) abläuft,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) im mit der Zuleitung (7) und der Ableitung (8) versehenen Flanschenzapfen (3) angeordnet ist, und daß das Ventil (9) allein durch Druckbeaufschlagung der Zuleitung (7) die Ableitung (8) sperrt, so daß nur noch Kondensat und/oder Schlupfdampf über einen in dem mit dem Ventil (9) versehenen Flanschenzapfen (3) angeordneten Kondensatablauf (18) der Ableitung (8) zugeführt wird, und bei Druckbeaufschlagung der Ableitung (8) diese zu einem im gleichen Flanschenzapfen (3) angeordneten Stauraum (14) hin öffnet.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (7) über den Heizkreislauf des Wärmetauschers mit dem Ventil (9) verbunden ist und die Ableitung (8) direkt auf das Ventil (9) führt.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) als Rückschlagventil ausgebildet ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) des Ventils (9) in einem sich in Abhebrichtung derselben leicht konisch erweiterten Führungsraum (20) geführt ist, daß er topfförmig ausgebildet ist und der vorzugsweise konisch zulaufende Topfboden (21) der Ableitung (8) zugewandt ist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) aus einem Material geringen, wesentlich unter 7,85 g/cm3 liegenden spezifischen Gewichtes besteht und korrosionsresistent ist.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (15) aus Kunststoff besteht.
  7. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsraum (20) des Ventiles (9) aus einem Werkstoff besteht bzw. mit einem solchen ausgekleidet ist, welcher mit seinem Wärmeausdehnungskoeffizienten dem des Ventilkörpers (15) entspricht bzw. angenähert ist.
  8. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsraum (20) des Ventiles (9) einen den Ventilkörper (15) in seinem Hub begrenzenden Anschlag (19) aufweist.
  9. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Teile des Ventils derartige Abmessungen aufweisen, daß sie durch die Zuleitung (7) zu Austauschund/oder Reparaturzwecken ein- bzw. ausbaubar sind.
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