【０００１】
本発明は、熱交換室の中で合成繊維を連続的に処理する方法および装置であって、熱交換室の中では処理されるべき繊維が熱交換媒体と直接的に接触し、熱交換室は繊維取出開口部と繊維取込開口部とを有しており、これらの繊維取出開口部と繊維取込開口部には、繊維出口ないし繊維入口の付近に配置されたシール媒体の導入管を備える、シール媒体が作用する密封装置がそれぞれ設けられている形式のものに関する。
【０００２】
このような装置はＥＰ０６２４２０８Ｂ１から公知である。熱交換器は、あるときは加熱装置として利用され、あるときは冷却装置として利用される。いずれの場合でも、流体（あるときは熱く、あるときは冷たい）がヤーンと直接的に接触させられる。このとき流体は、流体が貫流する熱交換室の中にある。この熱交換室は実質的に管状に構成されるとともに、両方の端部に小さな穴を有しており、これらの穴を通ってヤーンが挿入されて、熱交換室を通過した後に再び外に出される。
【０００３】
このような種類の冷却装置または加熱装置では、加熱流体または冷却流体がヤーン入口穴ないし出口穴から出るのを防止するという問題が生じる。従来技術（ドイツ特許出願公開明細書２４３０７４１）より、この問題を解決するために、ローラシール、リップシール、ラビリンスシールといったさまざまな封止装置が公知であり、最後に挙げたラビリンスシールが構造が簡単なのでもっとも頻繁に使用されている。このようなラビリンスシールは、たとえばＥＰ７６０８７４（ＷＯ９５／３２３２５に対応）からも公知である。ラビリンスシールは、ちょうど繊維が挿通することができるサイズの小さな通過口によって相互につながった複数のチョーク室で構成されている。封止効果を促進するために、ラビリンスシールのそれぞれ外側端部では圧縮空気が供給される。圧縮空気の代わりに、蒸気または過熱蒸気も提案されている。
【０００４】
ところが、このような種類の特に気体状の媒体を使った密封は、非常に効率的ではあるものの、シール媒体が熱交換室の中にも入り、そこで、大抵は水などの液体からなる熱交換媒体と結合して泡になることが判明している。この問題は、特に、気体のシール媒体と液体の熱交換媒体を使用する場合に起こる。
【０００５】
このことは、熱交換器が水平に配置されている場合、流体の水面よりも上に多く泡が形成され、繊維はこの水面と平行に液体中を進み、したがって繊維と熱交換媒体との直接的な接触による熱交換がほぼ支障なく保たれるので、あまり大きな問題にはならない。しかし多くの場合、熱交換器ないし冷却器を水平方向だけでなく、垂直方向または任意の傾斜姿勢で配置することが必要である。この場合、熱交換器の上側端部に泡だけを含んでいるゾーンができ、このことは、熱交換効率がきわめて著しく低下し、著しく広い処理区間が必要になるという結果につながる。
【０００６】
本発明の課題は、従来技術のこのような欠点を回避し、熱交換器の効率を損なわない、熱交換器のヤーン通過開口部の密封を提供することである。
【０００７】
この課題は請求項１に記載の方法によって解決され、および請求項１１、１５および１７に記載の装置によって解決される。
【０００８】
本発明は、たとえば空気等のシール媒体は他のあらゆる気体状の媒体と同じく強力な断熱作用を及ぼすので、熱交換室を通過する繊維からシール媒体を離れた状態に保つことができれば、熱交換器の効率をきわめて著しく向上させることができるという知見に基づいている。この場合、意外なことに、問題なのはシール媒体を熱交換室にまったく入れずに混合させないことではなく、むしろシール媒体を繊維から離れた状態に保ち、熱交換媒体だけが繊維に対する作用を及ぼすようにすることである。それにより、安定した計算可能な熱交換の状況がもたらされる。
【０００９】
米国特許明細書３．７８３．６４９には、熱交換室にシール媒体が入って室内の熱交換媒体と混ざるのを防止するための流体システムが記載されている。このシステムでは、流体そのものが密封装置としての役目を果たし、熱交換室への材料入口または材料出口の手前で流体シールを形成する。高い速度で水等の流体が熱交換室の貫通孔に向かって誘導され、密閉室からシール媒体が出ていく速度によって、シール流体の出口と、熱交換室の出口ないし入口に後置ないし前置された繊維材料の通過口とがいずれも規定される。シール流体は、静圧によって一種の流体詰りを形成していない限り、いわゆるオーバーフロー室に繊維材料とともに送られて、そこで蓄積ないし排出される。熱交換室からの漏れ圧力と、シール流体ないしその速度との間のこのようなバランスには、高いコストのかかる圧力制御が必要になるという点を度外視しても、同明細書に記載されている流体シールシステムは、所要スペースの面からも製造の面からもコスト高になる。
【００１０】
本発明は、ラビリンスシール等の通常の密封装置がシール媒体の作用をうけて、シール媒体そのものが封止装置を形成するのではないことによって、上に挙げた従来技術とは本質的に区別される。本発明による装置は、その構造の点でも取扱性の点でもはるかに簡単であり、圧力調節の点でも完全に問題がない。しかもこの装置は、管理下で制御しながら熱交換処理を行うことを可能にする。
【００１１】
ドイツ特許出願公開明細書２００２３４９より、隣接する室と室を密封する方法および装置が公知となっており、この場合、それぞれの室内に含まれている気体状の媒体が吸い出され、スリットないし通過開口部の領域で材料ウェブに対して小さい角度をなして再びこれらの室内に吹き込まれる。しかしこの公知の方法は、液体の熱交換媒体の導入と同時にインジェクタ効果が発生し、このインジェクタ効果によって空気が制御されずに吸い込まれ、液体と混合して泡になるので、泡の形成を防止するには不適当であることが判明している。
【００１２】
封止装置が作用をうけるシール媒体が、熱交換室の手前でその都度運び出されることによって、シール媒体がそもそも密封室に侵入せず、したがって熱交換室を通る繊維と接触することが防止される。
【００１３】
ヤーン通過開口部を通して熱交換媒体を運び出すことは、シール媒体と熱交換媒体の正確な適合化が必要なくなるという利点もある。熱交換媒体は、いずれの場合でも熱交換室から外部に出ていかなくてはならない。原理的に、熱交換媒体とシール媒体の混合が熱交換室から外部へと移るので、シール媒体は熱交換室の中の繊維から離れた状態に保たれる。
【００１４】
簡素化のために、熱交換媒体はシール媒体と一緒に運び出され、次いで、熱交換媒体とシール媒体の分離、および熱交換媒体の再利用が行われる。
【００１５】
熱交換室を通過する繊維からシール媒体を離れた状態に保つ別の方法は、シール媒体が熱交換室の中に入り、熱交換媒体が熱交換室から出るのをある程度の過圧で妨げはするが、熱交換室に入ったシール媒体は繊維から離れるように誘導されるので、熱交換媒体に対する断熱作用が防止されることによって行われる。
【００１６】
熱交換室を通過する繊維からシール媒体を離れた状態に保つ別の方法は、熱交換媒体が熱交換室の内部で繊維に近づくように誘導され、それによって直接的な接触度が高まり、熱交換室の中に入ったシール媒体は流れによって繊維から離れた状態に保たれることによって行われる。
【００１７】
シール媒体の侵入と泡の形成が管理下で制御されれば、それにより、ある程度の泡区域と、これに伴う熱交換区間の短縮とを意識的に生じさせることができ、それによって、たとえば繊維通過速度の変化といった種々の動作条件への適合化を、簡単なやり方で実施することができる。
【００１８】
応用的な方法手順では、熱交換器が、熱交換室の繊維通過開口部の付近に配置されたシール媒体の導出管を備えている。密封装置は、チョーク室を有するラビリンスシールで構成されるのが目的に適っている。繊維出口ないし繊維入口のもっとも近くに位置するそれぞれのチョーク室の間に導入管が連通することによって、シール媒体の損失に対する防止策が与えられるのに対して、導出管は、熱交換室のもっとも近くに位置するチョーク室から外へ案内され、それによって、シール媒体と熱交換媒体の漏れをいずれも圧力緩和された状態で排出することができる。熱交換室に入ったシール媒体を誘導するために、熱交換室の内部には案内板が配置されており、繊維はこの案内板を貫通して案内されるが、侵入したシール媒体は繊維から離れた状態に保たれる。
【００１９】
熱交換媒体を導くため、および媒体熱交換室を通過する繊維との直接的な接触度を向上させるため、熱交換室には、繊維に対して中央に配置された狭隘部が設けられており、熱交換媒体の供給部および排出部はこの狭隘部の前ないし後に配置されており、それにより、熱交換媒体は繊維に対して逆流で狭隘部を貫流することになる。
【００２０】
熱交換室の直前または直後に配置されたチョーク室から熱交換室の中へとシール媒体の導出が行われても、繊維通過開口部から適当な間隔をおいていれば、驚くべきことに、繊維通過開口部の領域でのシール媒体の侵入が妨げられ、導出管から熱交換室に侵入するシール媒体は、熱交換器への影響が回避される程度に、線維から離れた状態に保たれる。熱交換器のこのような構成は、特に、制御される泡の形成と、これに伴う、管理される可変な冷却区間の長さとを、簡単なやり方で実現できるという利点がある。
【００２１】
どの実施形態についても、繊維の進行が冷却液の水面を横切るような熱交換室の配置が、制御される冷却区間との関連で格別に有利であることが判明している。これは、たとえば熱交換器が縦置きに配置されている場合に該当する。
【００２２】
本発明のさらに具体的な詳細について、図面を参照して説明する。
【００２３】
合成繊維の表面仕上プロセスで冷却器として用いられる熱交換器で、本発明の一例を説明する。この場合、処理されるべき繊維Ｆは高い速度で、すなわち１分につき最高２．０００ｍを超える進行速度で、この冷却器の中を通る。そのために、これほどの短時間で繊維をたとえば約２００度から約５０度まで下げるように冷却するためには、非常に高い冷却能力が必要となる。冷却媒体としては、繊維Ｆと直接的に接触する水が用いられる。密封装置２に作用するためには空気が用いられる。当然ながら、どのようなプロセスでどのような目的のために熱交換器を使用するかに応じて、これ以外の熱交換媒体やシール媒体を用いることもできる。合成繊維を処理するための施工形態で、熱交換器について説明するが、繊維の織物ウェブやシートを処理するときにも熱交換器を容易に適用可能である。
【００２４】
図１は、本体６とカバー６０とを備える、冷却器として構成された熱交換器を示している。この熱交換器は、カバー６０を取り外すことによって本体６の繊維通路が露出し、それによって繊維Ｆを妨げられることなく挿入できるように分割されている。縦置きで配置された熱交換室１については、熱交換室１を開く前に冷媒の除去を可能にするために、放出開口部１４を設けるのが目的に適っている。
【００２５】
熱交換器は、繊維取込開口部１２と繊維取出開口部１１とを備える熱交換室１を有している。冷却液の漏れを防ぐために、取込開口部１２の前と取出開口部１１の後にはそれぞれ密封装置２が配置されており、この密封装置は簡素化のために、繊維Ｆが上から下に向かって案内されるチョーク室２３を備えるラビリンスシールで構成されている。密封装置２には、導入管２１を介してシール媒体が作用し、ここでは一例として空気が作用する。シール媒体の供給は、繊維Ｆが熱交換器に取り込まれるときに通過する最初の２つのチョーク室２３の間で行われ、熱交換室１への取込部１２の前の最後のチョーク室２３から導出管２２を介して逃がされる。つまり冷却媒体は、取込部１２の前のこの最後のチョーク室２３の中まで、ないし取出部１１の後の最初のチョーク室２３の中まで入ることができ、そこでシール媒体によって抑止される。
【００２６】
熱交換室１は、熱交換室１を貫流する冷却媒体の導入管１５を有している。取込開口部１２および取出開口部１１を介して、冷却媒体は熱交換室１から運び出され、取込開口部１２の前および取出開口部１１の後のチョーク室２３で捕集され、シール媒体とともに導出管２２を介して逃がされて、冷却媒体リザーブを収容する役目も果たす分離室４に入る。このようにして熱交換室１の内部では、熱交換媒体とシール媒体との混合が起こらないので、熱交換室１には泡ができない。冷却媒体とシール媒体は、出口１１ないし入口１２に隣接するチョーク室２３の中で初めて相互に接触するので、空気と水の混合は熱交換室１の外部で初めて行われる。それにもかかわらず、熱交換室１の内部で特にプロセスの始動時に泡が生じると、この泡は弁１８が開いているときに換気穴１７を介して逃がされる。ただし熱交換室１が水平に配置されている場合、この換気穴１７は、カバー６０に配置するのが目的に適っている。熱交換室１が垂直に配置されている場合、この換気穴と弁１８とを通じて冷媒の水面のレベルを制御することができるので、所望の冷却区間が設定される。
【００２７】
冷却媒体の循環は、ポンプ４１によって、圧力制御器４２を介して制御される。同様にシール媒体も圧力制御器２４と導入管２１とを介して、管理下で両方の密封装置２に供給される。冷却媒体の導出とシール媒体の導出が、いずれも両方の媒体の圧力が低くなるチョーク室２３で行われることによって、両方の媒体のバランスをとるために正確な圧力調整をする必要がない。冷却媒体の圧力は、ちょうど所望の循環が行われる程度の大きさであり、それに対してシール媒体は、導出管２２を含めたチョーク室２３に到達する程度にしか圧力をうけない。両方の媒体は、冷却媒体が空気から沈降することによって泡の再形成が行われる場所で圧力緩和され、大気圧で捕集容器４の中へ流れ戻る。それと同時に、そこでさらに冷却媒体の冷却も行うことができ、その後で導入管１５を介して冷却媒体が再び熱交換室１に供給される。
【００２８】
図２は、熱交換室１と密封装置２が、いずれも図１に示す導入管２１および導出管２２、１４および１７のためのすべての接続部を含んでいる本体を、外観図で示している。
【００２９】
図３は、同じく繊維Ｆが上から下に向かって通る熱交換器の別の実施形態を示している。導入管２１を介して、たとえば空気等のシール媒体が密封装置２に供給され、密封装置はここでもラビリンスシールとして施工されており、それぞれ４つのチョーク室２３を有しており、それによって熱交換室１０の繊維取出開口部１１と繊維取込開口部１２とを密封する。この実施形態では、シール媒体には導出管が設けられていないが、導入管１５を通って熱交換室１０に流れ込む冷却媒体には導出管１６が設けられているので、熱交換室１０には冷却媒体が貫流する。シール媒体は、熱交換室１０の繊維通過開口部１１および１２から冷却媒体が出るのが妨げられるような圧力で、導入管２１を通して密封装置２に供給される。特に繊維取出開口部１１では、主として垂直方向に配置されている場合、液体の冷却媒体の中にあるシール媒体の気泡が上へ上昇していくので、熱交換室１０の内部で好ましくない泡の形成が起こることになる。しかも断熱作用をもつ空気の気泡の上昇は、繊維Ｆと冷却媒体との間の熱交換を妨害する。そこでＶ字型の案内板１３が、繊維の進行方向で見て繊維出口１１の直前に配置されており、それにより、上昇していく空気の気泡が側方へと偏向させられるので、繊維Ｆから離れた状態に保たれる。しかしこのＶ字型の案内板１３は、繊維Ｆのための細い通路を頂上部に有しているので、空気の気泡がそこでは上昇することができない。繊維Ｆの進行方向が空気の気泡の運動と反対向きであることによって、空気の気泡が繊維Ｆによって連れ去られることもない。繊維Ｆの進行方向が逆であれば、空気の気泡は案内板１３によって繊維から掻き落されて、側方に偏向させられる。上昇していく空気の気泡、および場合により泡の形成物は、冷却媒体とともに導出管１６を介して運び出される。図１に示す実施形態の場合と同じく、空気と水の分離による冷却媒体とシール媒体の混合物の前処理、水の冷却、そして循環への再復帰が行われる。換気穴１７を介して、この場合にもシール媒体を逃がすことができ、ないしは冷却媒体の制御される水位、およびこれに伴う可変な冷却区間を生成することができる。
【００３０】
図４は、本発明の対象物の別の実施形態を示している。この場合にも、両方の密封装置２には導入管２１を介して、有利には空気からなるシール媒体が作用する。冷却媒体は導入管１５を通って供給され、導出管１６を介して熱交換室１０から再び取り除かれる。そして、シール媒体が繊維取込開口部１２のところで同じく繊維とともに熱交換室１０に入り、上昇する気泡が繊維Ｆに断熱作用を及ぼすのを防止するために、繊維入口１２の前に配置されたチョーク室２３から、シール媒体が導出管２５および２５’を介して熱交換室１０に入るが、繊維取込開口部１２から離れて間隔をおいているので、気泡は繊維Ｆから離れた状態に保たれ、熱交換室１０の壁部に沿って側方を上昇していく。この装置によっても、すでに大幅に改善された冷却能力が実現される。
【００３１】
図５は、本発明による熱交換器のさらに別の実施形態を示している。繊維の進行は下から上に向かって行われるが、これと逆の方向へも容易に行うことができる。密封装置２は、同じくすでに上に説明したようにシール媒体の導入管２１を備えており、シール媒体としての空気が作用する。図１に示す導出管２２または図４に示す導出管２５、２５’が設けられていてよい。図３の実施形態の場合のように案内板１３も考えることができ、適用可能である。しかしこの実施形態の特別なところは、熱交換室１００が狭隘部１９によって室１００’、１００’’および１００’’’に区切られているという点にあり、冷却媒体の流入は導入管１５を通じて行われ、排出は導出管１６を通じて行われるので、熱交換室１００は繊維の進行に対して逆流で貫流が行われる。
【００３２】
そのため、表面仕上プロセスでの回転付与によって繊維が風船のようになり、回転が冷却剤に伝達されるという事態が起こり得る。冷却剤は遠心力によって熱交換室１００の縁部領域のほうへ押しやられ、それに対してシール媒体の上昇していく気泡は中心部で繊維Ｆのそばに残り、シール媒体の上昇していく空気の気泡と繊維が接触することになる。そこで、こうした事態に対処するためにこの狭隘部１９が設けられており、それによって、繊維Ｆは熱交換室１００の中心にセンタリングされた状態にとどまる。さらに狭隘部１９は、冷却媒体の流れがこの部位で強められるように働くので、この点でも、上昇していく空気は冷却媒体の強制案内によって繊維Ｆから離れた状態に保たれる。この実施形態でも、冷却効果を著しく向上させることができることが示されている。
【００３３】
熱交換室を通過する繊維Ｆからシール媒体を離しておくことで、冷却の大幅な改善が実現される。冷却が最大４０％効率アップする。そのうえ、冷却器は少ない水と少ない空気しか必要としない。冷却能力が高くなることによって、特に水平方向でない設置形態で、大幅に短縮された冷却長さを実現することができる。このような熱交換器の効率の明らかな向上は、熱交換室の内部における空気を含まない水流、少なくとも気泡の少ない水流に依拠している。繊維がシール媒体の気泡と接触しなくなるので、熱交換室を通過している間、常に熱交換媒体と直接的に接触した状態に保たれる。冷却媒体の漏れは、同時に、侵入してくるシール媒体に対して熱交換室を密封するのに利用される。以上に説明したどの実施例にも共通しているのは、シール媒体がそもそも室内に入らないことによって、または、シール媒体が室の内部で繊維から離れるように誘導されることによって、熱交換室を通過している間に繊維Ｆからシール媒体が離れた状態に保たれることである。前述した各実施例は、すでに上にも述べたように、それ自体として各々適用することもできるが、１つまたは複数の相互の組み合わせも有利な形で可能である。
【００３４】
本発明の枠内では、シール媒体および／または熱交換媒体を適当に圧力制御することによって一定の泡形成空間を制御しながらつくることで、特に有効な本来の冷却区間を狭くするという可能性も与えられている。このようにして、たとえば進行速度の低下に合わせて、冷却を簡単なやり方で適合化することができる。そのために、２つの室だけが冷却媒体によって作用をうけ、それに対して第３の室は、冷却にとっては実質的に作用がない泡または空気を含むようにすることによって、図５に示す室区分を利用することもできる。この場合、室１００’’および１００’にも冷却媒体供給部１５’’および１５’を取り付け、それによって選択的に１つ、２つ、または３つすべての室に冷却媒体を貫流させるのが目的に適っている。
【００３５】
上に説明した各実施例では、シール媒体が導入管２１を介して密封装置２に過圧で作用するという前提に立っている。しかしながら密封装置２に負圧で作用するように、導出管２２に負圧を印加するのも同じく成果が大きいことが判明している。それにより、ヤーン通過開口部１１および１２から出てくる熱交換媒体は、流出した直後に取り除かれて、冷却媒体循環の中に戻される。導入管２１を省略することも可能であり、それによって、漏れに関するチョーク室２３の内部の吸引作用が増大する。特に、繊維Ｆが冷却媒体で含浸されて熱交換室１から出ていくヤーン取出開口部１１では、空気が冷却媒体として密封装置に作用することによって（過圧か負圧かには関わりなく）、繊維Ｆが冷却媒体から急速に乾燥する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
接続配管の模式的な図とともに熱交換器を示す断面図である。
【図２】
図１の熱交換器の本体を示す外観図である。
【図３】
偏向板を備える熱交換器の別の実施形態である。
【図４】
シール媒体の導出管を備える熱交換器の別の実施形態である。
【図５】
熱交換器の狭隘部を備える熱交換器の別の実施形態である。
【符号の説明】
Ｆ 繊維
１，１０，１００ 熱交換室
１００´，１００´´，１００´´´ 室
１１ 繊維通過開口部
１２ 繊維通過開口部
１３ 案内板
１４ 放出開口部
１５，１５´，１５´´ 冷却媒体供給部
１６ 導出管
１７ 換気穴
１８ 弁
１９ 狭隘部
２ 密封装置
２１ 導入管
２２ 導出管
２３ チョーク室
２４ 圧力制御器
２５，２５´ 導出管
４ 捕集容器
４１ ポンプ
４２ 圧力制御器
６ 本体
６０ カバー[0001]
The present invention is a method and apparatus for continuously treating synthetic fibers in a heat exchange chamber, wherein the fibers to be treated come into direct contact with the heat exchange medium in the heat exchange chamber. Has a fiber take-out opening and a fiber take-in opening, and the fiber take-out opening and the fiber take-in opening have an inlet pipe for a sealing medium arranged near the fiber outlet or the fiber inlet. The present invention relates to a type provided with a sealing device on which a sealing medium acts.
[0002]
Such a device is known from EP 0 624 208 B1. Heat exchangers are sometimes used as heating devices and sometimes as cooling devices. In each case, the fluid (sometimes hot and sometimes cold) is brought into direct contact with the yarn. At this time, the fluid is in the heat exchange chamber through which the fluid flows. The heat exchange chamber is configured in a substantially tubular manner and has small holes at both ends, through which the yarn is inserted and after passing through the heat exchange chamber it is again brought out. Will be issued.
[0003]
A problem with these types of cooling or heating devices is that they prevent the heating or cooling fluid from exiting the yarn inlet or outlet holes. In order to solve this problem, various sealing devices such as roller seals, lip seals and labyrinth seals are known from the prior art (DE-A 24 30 741), and the last-mentioned labyrinth seal is simple in construction. So it is used most often. Such a labyrinth seal is also known, for example, from EP 760 874 (corresponding to WO 95/32325). The labyrinth seal consists of a plurality of choke chambers interconnected by a small passageway of a size just allowing the fiber to pass through. Compressed air is supplied at each outer end of the labyrinth seal to facilitate the sealing effect. Instead of compressed air, steam or superheated steam has also been proposed.
[0004]
However, while sealing with these types of, especially gaseous media, is very efficient, the sealing media can also enter the heat exchange chamber, where the heat exchange, which usually consists of a liquid such as water, It has been found to combine with the medium to form a foam. This problem occurs especially when a gas sealing medium and a liquid heat exchange medium are used.
[0005]
This means that if the heat exchanger is arranged horizontally, more bubbles will be formed above the water surface of the fluid, the fibers will travel in the liquid parallel to this water surface, and therefore directly between the fibers and the heat exchange medium. This is not a major problem since heat exchange due to electrical contact is maintained almost without hindrance. In many cases, however, it is necessary to arrange the heat exchanger or cooler not only horizontally but also vertically or in any inclined position. In this case, a zone containing only bubbles is formed at the upper end of the heat exchanger, which results in a very significant reduction of the heat exchange efficiency and the necessity of a significantly wider treatment section.
[0006]
It is an object of the present invention to provide a sealing of the yarn passage opening of a heat exchanger, which avoids such disadvantages of the prior art and does not impair the efficiency of the heat exchanger.
[0007]
This task is solved by a method according to claim 1 and by an apparatus according to claims 11, 15 and 17.
[0008]
The present invention is based on the fact that the sealing medium such as air exerts the same strong heat insulating action as any other gaseous medium, so that if the sealing medium can be kept away from the fibers passing through the heat exchange chamber, the heat exchange It is based on the finding that the efficiency of the vessel can be significantly improved. In this case, it is surprising that the problem is not to mix the sealing medium without entering the heat exchange chamber at all, but rather to keep the sealing medium away from the fibers so that only the heat exchange medium has an effect on the fibers. It is to be. This results in a stable and calculable heat exchange situation.
[0009]
U.S. Pat. No. 3,783,649 describes a fluid system for preventing a sealing medium from entering a heat exchange chamber and mixing with the heat exchange medium in the chamber. In this system, the fluid itself acts as a sealing device, forming a fluid seal just before the material inlet or outlet to the heat exchange chamber. At a high speed, a fluid such as water is guided toward the through hole of the heat exchange chamber, and the speed at which the sealing medium exits from the sealed chamber depends on the outlet of the seal fluid and the outlet or inlet of the heat exchange chamber. Both the passages for the placed fiber material are defined. The sealing fluid is sent together with the fibrous material to a so-called overflow chamber, where it does not form a type of fluid blockage due to static pressure, where it is accumulated or discharged. Such a balance between the leakage pressure from the heat exchange chamber and the sealing fluid or its speed requires the costly pressure control, which is described in the same specification. Some fluid seal systems are costly both in space and in manufacturing.
[0010]
The present invention is distinguished from the prior art cited above by the fact that conventional sealing devices, such as labyrinth seals, are not acted upon by the sealing medium and the sealing medium itself forms the sealing device. You. The device according to the invention is much simpler, both in terms of its construction and handling, and is completely free of pressure regulation. In addition, this device makes it possible to carry out the heat exchange process while controlling under control.
[0011]
German Patent Application DE 200 23 249 discloses a method and a device for sealing adjacent chambers, in which the gaseous medium contained in each chamber is sucked out and slit or passed through. They are blown into these chambers again at a small angle to the material web in the area of the openings. However, this known method prevents the formation of bubbles, since the injector effect occurs simultaneously with the introduction of the liquid heat exchange medium, which causes air to be sucked in uncontrolled and mixed with the liquid into bubbles. Has proven to be inappropriate.
[0012]
The sealing medium acted upon by the sealing device is carried out before the heat exchange chamber in each case, so that the sealing medium does not penetrate the sealing chamber in the first place and is thus prevented from coming into contact with the fibers passing through the heat exchange chamber. .
[0013]
Carrying out the heat exchange medium through the yarn passage opening also has the advantage that precise adaptation of the sealing medium and the heat exchange medium is not required. The heat exchange medium must in each case exit the heat exchange chamber. In principle, the mixing of the heat exchange medium and the sealing medium is transferred from the heat exchange chamber to the outside, so that the sealing medium is kept away from the fibers in the heat exchange chamber.
[0014]
For simplicity, the heat exchange medium is carried out together with the sealing medium, then separation of the heat exchange medium from the sealing medium and recycling of the heat exchange medium takes place.
[0015]
Another way to keep the sealing medium away from the fibers passing through it is to prevent the sealing medium from entering the heat exchange chamber and leaving the heat exchange medium with some overpressure. However, since the sealing medium that has entered the heat exchange chamber is guided away from the fibers, the sealing medium is prevented from being insulated from the heat exchange medium.
[0016]
Another method of keeping the sealing medium away from the fibers passing through the heat exchange chamber is to direct the heat exchange medium closer to the fibers inside the heat exchange chamber, thereby increasing direct contact and reducing heat This is done by keeping the sealing medium in the exchange chamber away from the fibers by the flow.
[0017]
If the penetration of the sealing medium and the formation of bubbles are controlled in a controlled manner, it is thereby possible to consciously produce a certain foam area and the consequent shortening of the heat exchange section, whereby, for example, fibers The adaptation to different operating conditions, such as a change in the speed of passage, can be performed in a simple manner.
[0018]
In an applied method sequence, the heat exchanger comprises an outlet for a sealing medium arranged near the fiber passage opening of the heat exchange chamber. The sealing device is expediently constituted by a labyrinth seal with a choke chamber. The introduction of the inlet pipe between the respective choke chambers located closest to the fiber outlet or the fiber inlet provides protection against loss of the sealing medium, whereas the outlet pipe is the most suitable for the heat exchange chamber. It is guided out of the nearby choke chamber, so that any leakage of the sealing medium and of the heat exchange medium can be expelled in a pressure-relieved manner. In order to guide the sealing medium entering the heat exchange chamber, a guide plate is arranged inside the heat exchange chamber, and the fibers are guided through this guide plate, but the penetrating sealing medium is separated from the fibers. Keep away.
[0019]
In order to guide the heat exchange medium and to improve the direct contact with the fibers passing through the medium heat exchange chamber, the heat exchange chamber is provided with a narrow part arranged centrally with respect to the fibers. The supply and the discharge of the heat exchange medium are arranged before or after this constriction, so that the heat exchange medium flows through the constriction in countercurrent to the fibers.
[0020]
Even if the sealing medium is led into the heat exchange chamber from the choke chamber located immediately before or immediately after the heat exchange chamber, surprisingly, if an appropriate distance is provided from the fiber passage opening, The seal medium in the area of the fiber passage opening is prevented from entering, and the seal medium entering the heat exchange chamber from the outlet pipe is kept away from the fibers to such an extent that the influence on the heat exchanger is avoided. It is. Such an arrangement of the heat exchanger has the advantage, inter alia, that a controlled foam formation and, consequently, a variable length of the controlled cooling section can be realized in a simple manner.
[0021]
For any of the embodiments, it has been found that the arrangement of the heat exchange chamber such that the fiber advance crosses the water surface of the coolant is particularly advantageous in the context of the controlled cooling section. This is the case, for example, when the heat exchanger is arranged vertically.
[0022]
More specific details of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0023]
An example of the present invention will be described for a heat exchanger used as a cooler in a synthetic fiber surface finishing process. In this case, the fibers F to be treated pass through this cooler at a high speed, ie a traveling speed of up to more than 2.000 m per minute. Therefore, in order to cool the fibers in such a short period of time, for example, from about 200 degrees to about 50 degrees, a very high cooling capacity is required. As the cooling medium, water that directly contacts the fibers F is used. Air is used to act on the sealing device 2. Of course, other heat exchange and sealing media can be used depending on what process and for what purpose the heat exchanger is used. Although the heat exchanger will be described as an application form for treating synthetic fibers, the heat exchanger can be easily applied when treating a woven web or sheet of fibers.
[0024]
FIG. 1 shows a heat exchanger including a main body 6 and a cover 60 and configured as a cooler. The heat exchanger is divided so that the fiber passage of the main body 6 is exposed by removing the cover 60 so that the fiber F can be inserted without being hindered. For the heat exchange chamber 1 arranged vertically, it is expedient to provide a discharge opening 14 in order to enable the removal of the refrigerant before opening the heat exchange chamber 1.
[0025]
The heat exchanger has a heat exchange chamber 1 having a fiber inlet opening 12 and a fiber outlet opening 11. In order to prevent leakage of the cooling liquid, a sealing device 2 is arranged in front of the intake opening 12 and after the extraction opening 11, respectively. It is constituted by a labyrinth seal provided with a choke chamber 23 guided toward. A sealing medium acts on the sealing device 2 via the introduction pipe 21, and here, as an example, air acts. The supply of the sealing medium takes place between the first two choke chambers 23 which pass when the fiber F is taken into the heat exchanger, the last choke chamber 23 before the intake 12 into the heat exchange chamber 1. Through the outlet pipe 22. In other words, the cooling medium can enter into this last choke chamber 23 before the intake 12 or into the first choke chamber 23 after the extraction 11, where it is suppressed by the sealing medium.
[0026]
The heat exchange chamber 1 has an inlet pipe 15 for a cooling medium flowing through the heat exchange chamber 1. Via the inlet opening 12 and the outlet opening 11, the cooling medium is carried out of the heat exchange chamber 1, collected in the choke chamber 23 before the inlet opening 12 and after the outlet opening 11, and At the same time, it is released via the outlet pipe 22 and enters the separation chamber 4 which also serves to accommodate the coolant reserve. As described above, since the mixing of the heat exchange medium and the sealing medium does not occur inside the heat exchange chamber 1, no bubbles are generated in the heat exchange chamber 1. Since the cooling medium and the sealing medium contact each other only in the choke chamber 23 adjacent to the outlet 11 or the inlet 12, the mixing of air and water takes place only outside the heat exchange chamber 1. Nevertheless, if bubbles form inside the heat exchange chamber 1, especially at the start of the process, these bubbles will escape through the ventilation holes 17 when the valve 18 is open. However, if the heat exchange chamber 1 is arranged horizontally, the ventilation holes 17 are suitably arranged in the cover 60. When the heat exchange chamber 1 is arranged vertically, the level of the coolant surface can be controlled through the ventilation hole and the valve 18, so that a desired cooling section is set.
[0027]
The circulation of the cooling medium is controlled by a pump 41 via a pressure controller 42. Similarly, the sealing medium is also supplied to both sealing devices 2 under pressure via the pressure controller 24 and the inlet pipe 21. Since the discharge of the cooling medium and the discharge of the sealing medium are both performed in the choke chamber 23 in which the pressure of both the media is low, it is not necessary to perform accurate pressure adjustment to balance the both media. The pressure of the cooling medium is just large enough to achieve the desired circulation, whereas the sealing medium is only under pressure to reach the choke chamber 23 including the outlet tube 22. Both media are depressurized where the foam reformation takes place by the cooling medium settling out of the air and flow back into the collection vessel 4 at atmospheric pressure. At the same time, the cooling medium can be further cooled there, after which the cooling medium is again supplied to the heat exchange chamber 1 via the inlet pipe 15.
[0028]
FIG. 2 shows in external view a body in which the heat exchange chamber 1 and the sealing device 2 both contain all the connections for the inlet pipe 21 and the outlet pipes 22, 14 and 17 shown in FIG. I have.
[0029]
FIG. 3 shows another embodiment of a heat exchanger in which the fibers F also pass from top to bottom. Via an inlet pipe 21, a sealing medium, for example air, is supplied to the sealing device 2, which is again implemented as a labyrinth seal, each having four choke chambers 23, whereby heat exchange is achieved. The fiber outlet 11 and the fiber inlet 12 of the chamber 10 are sealed. In this embodiment, the sealing medium is not provided with an outlet pipe, but the cooling medium flowing into the heat exchange chamber 10 through the inlet pipe 15 is provided with the outlet pipe 16, so that the heat exchange chamber 10 The cooling medium flows through. The sealing medium is supplied to the sealing device 2 through the inlet pipe 21 at such a pressure that the cooling medium is prevented from leaving the fiber passage openings 11 and 12 of the heat exchange chamber 10. In particular, in the fiber take-out opening 11, the bubbles of the sealing medium in the liquid cooling medium rise upward when mainly arranged in the vertical direction. Formation will occur. In addition, the rise of air bubbles having a heat insulating effect hinders heat exchange between the fibers F and the cooling medium. Therefore, a V-shaped guide plate 13 is disposed immediately before the fiber outlet 11 when viewed in the fiber traveling direction, whereby the rising air bubbles are deflected to the side. Keep away from However, since this V-shaped guide plate 13 has a narrow passage for the fiber F at the top, air bubbles cannot rise there. Since the traveling direction of the fiber F is opposite to the movement of the air bubble, the air bubble is not taken away by the fiber F. If the traveling direction of the fiber F is reversed, air bubbles are scraped off the fiber by the guide plate 13 and deflected to the side. The rising air bubbles, and possibly also the formation of bubbles, are carried out with the cooling medium via the outlet pipe 16. As in the embodiment shown in FIG. 1, a pretreatment of the mixture of the cooling medium and the sealing medium by separation of air and water, cooling of the water and return to circulation are performed. Via the ventilation holes 17, the sealing medium can again escape, or a controlled water level of the cooling medium and thus a variable cooling section can be created.
[0030]
FIG. 4 shows another embodiment of the object of the present invention. In this case, too, a sealing medium, preferably made of air, acts on the two sealing devices 2 via the inlet pipe 21. The cooling medium is supplied through the inlet pipe 15 and is removed again from the heat exchange chamber 10 via the outlet pipe 16. The sealing medium then enters the heat exchange chamber 10 together with the fibers at the fiber intake opening 12 and is arranged in front of the fiber inlet 12 in order to prevent rising bubbles from insulating the fibers F. From the chalk chamber 23, the sealing medium enters the heat exchange chamber 10 via the outlet pipes 25 and 25 ′, but since it is spaced apart from the fiber intake opening 12, the air bubbles are separated from the fiber F. It is kept and rises sideways along the wall of the heat exchange chamber 10. Even with this arrangement, a considerably improved cooling capacity is already realized.
[0031]
FIG. 5 shows still another embodiment of the heat exchanger according to the present invention. The fiber travels from bottom to top, but can easily be done in the opposite direction. The sealing device 2 is also provided with an inlet pipe 21 for the sealing medium, as already described above, and air acts as the sealing medium. The outlet pipe 22 shown in FIG. 1 or the outlet pipes 25 and 25 'shown in FIG. 4 may be provided. As in the case of the embodiment of FIG. 3, a guide plate 13 is also conceivable and applicable. However, a special feature of this embodiment is that the heat exchange chamber 100 is divided into the chambers 100 ′, 100 ″ and 100 ′ ″ by the narrow portion 19, and the inflow of the cooling medium is conducted through the introduction pipe 15. Since the discharge is performed through the outlet pipe 16, the heat exchange chamber 100 flows through the fiber in a reverse flow to the progress of the fiber.
[0032]
For this reason, a situation may occur in which spinning in the surface finishing process causes the fibers to look like balloons and the spinning is transmitted to the coolant. The coolant is forced by the centrifugal force towards the edge area of the heat exchange chamber 100, while the rising bubbles of the sealing medium remain near the fibers F at the center and the rising air of the sealing medium. The bubbles will come into contact with the fibers. Therefore, in order to cope with such a situation, the narrow portion 19 is provided, so that the fiber F remains centered at the center of the heat exchange chamber 100. Furthermore, the constriction 19 acts so that the flow of the cooling medium is strengthened at this point, so that also at this point the rising air is kept away from the fibers F by the forced guidance of the cooling medium. This embodiment also shows that the cooling effect can be significantly improved.
[0033]
A significant improvement in cooling is achieved by keeping the sealing medium away from the fibers F passing through the heat exchange chamber. Cooling is up to 40% more efficient. Moreover, the cooler requires less water and less air. The increased cooling capacity allows a significantly reduced cooling length to be achieved, especially in non-horizontal installations. Such a clear increase in the efficiency of the heat exchanger relies on an air-free, at least low-bubble, water flow inside the heat exchange chamber. Since the fibers do not come into contact with the bubbles of the sealing medium, they are always kept in direct contact with the heat exchange medium while passing through the heat exchange chamber. The leakage of the cooling medium is simultaneously used to seal the heat exchange chamber against the intruding sealing medium. Common to all the embodiments described above is that the sealing medium does not enter the chamber in the first place, or that the sealing medium is guided away from the fibers inside the chamber, Is maintained while the sealing medium is separated from the fiber F while passing through the fiber F. The embodiments described above can each be applied as such, as already mentioned above, but one or more combinations with one another are also possible in an advantageous manner.
[0034]
Within the framework of the present invention, the possibility of narrowing the particularly effective natural cooling zone by controlling the sealing medium and / or the heat exchange medium with a suitable pressure control to create a constant bubble-forming space is also possible. Has been given. In this way, the cooling can be adapted in a simple manner, for example, as the speed of travel decreases. To that end, only two chambers are acted upon by the cooling medium, whereas the third chamber contains bubbles or air which have substantially no effect on the cooling, so that the chamber compartment shown in FIG. Can also be used. In this case, the chambers 100 "and 100 'may also be provided with coolant supply 15" and 15', thereby selectively allowing one, two, or all three chambers to flow coolant. Suitable for purpose.
[0035]
In each of the embodiments described above, it is assumed that the sealing medium acts on the sealing device 2 via the inlet pipe 21 by overpressure. However, it has been found that applying a negative pressure to the outlet pipe 22 so as to act on the sealing device 2 with a negative pressure is equally successful. Thereby, the heat exchange medium emerging from the yarn passage openings 11 and 12 is removed immediately after flowing out and returned into the cooling medium circulation. It is also possible to omit the introduction tube 21, which increases the suction effect inside the choke chamber 23 with respect to leakage. In particular, at the yarn outlet 11 where the fibers F are impregnated with the cooling medium and exit the heat exchange chamber 1, the air acts on the sealing device as cooling medium (regardless of overpressure or negative pressure). , The fiber F dries quickly from the cooling medium.
[Brief description of the drawings]
FIG.
It is sectional drawing which shows a heat exchanger with the schematic diagram of a connection pipe.
FIG. 2
It is an external view which shows the main body of the heat exchanger of FIG.
FIG. 3
9 is another embodiment of a heat exchanger including a deflection plate.
FIG. 4
9 is another embodiment of a heat exchanger including a discharge pipe for a sealing medium.
FIG. 5
5 is another embodiment of a heat exchanger including a narrow portion of the heat exchanger.
[Explanation of symbols]
F Fibers 1, 10, 100 Heat exchange chambers 100 ', 100 ", 100""Room 11 Fiber passage opening 12 Fiber passage opening 13 Guide plate 14 Release opening 15, 15, 15", 15 "Coolant supply Part 16 Outlet pipe 17 Ventilation hole 18 Valve 19 Narrow part 2 Sealing device 21 Inlet pipe 22 Outlet pipe 23 Choke chamber 24 Pressure controller 25, 25 ′ Outlet pipe 4 Collection container 41 Pump 42 Pressure controller 6 Main body 60 Cover