WO2002029343A1 - Wärmetauscher für textilmaschine - Google Patents

Abstract

Es wird ein Wärmetauscher zum Heizen der Umluft einer Textilmaschine, vorzugsweise eines Spannrahmens, mit einem zum Hindurchleiten der Umluft dienenden Wärmetauscherkanal (20) beschrieben. Der Wärmetauscherkanal (20) soll so ausgebildet werden, dass er einen hindurchgesaugten Luftstrom (21) überall auf dem Strömungsquerschnitt gleich erhitzt. Erfindungsgemäss wird ein gasbeheizter Wärmetauscher mit mindestens zwei sich räumlich parallel nebeneinander innerhalb des Wärmetauscherkanals (20) erstreckenden Flammrohren (26, 27) vorgesehen. Benachbarte Flammrohre werden antiparallel vom Heizmittel durchströmt.

Description

WÄRMETAUSCHER FÜR TEXTILMASCHINE

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Textilmaschine, vorzugsweise Spannrahmen, mit Umluft- heizung mit Hilfe mindestens eines Wärmetauschers, welcher einen zum Hindurchleiten der Umluft dienenden Wärmetauscherkanal mit Kanalein- und -ausgang sowie sich vom Kanaleingang zum Kanalausgang erstreckenden Kanalwänden besitzt.

Die Umluftheizung ist vorgesehen für Konvektions-Trocken- und/oder Fixiermaschinen zum thermischen Behandeln einer textilen Stoffbahn. Beispiele solcher Maschinen sind Spannrahmen und Hotflues (vergl. die entsprechenden Stichwörter in Koch, Satlow, Großes Textil-Lexikon, Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 1966). Auch Vorrichtungen zum kontinuierlichen Schrumpfbehandeln von Textilbahnen gemäß DE-PS 927 974 und Maschinen zum Trocknen von Fadenscharen oder beschichteten Teppichen, gemäß DE-PS 27 54 438, gehören zum Anwendungsgebiet der Erfindung.

Eine solche Maschine wird angegeben in EP-0 471 162 B2. Diese Maschine ist vorgesehen zum thermischen Behandeln einer breitgeführten textilen Stoffbahn mit einem Behandlungsgas. Die Maschine weist Düsenkästen auf, die ober- und unterhalb der Stoffbahn quer zu deren Breite angeordnet sind, sich parallel zur Stoffbahnfläche erstreckende Düsenfelder besitzen und über je einen Ventilator mit Behandlungsgas beaufschlagt werden. Das Behandlungsgas wird der Saugseite der Ventilatoren über einen Wärmetauscher zugeführt. Jeder der beiden Ventilatoren ist in einem dem jeweiligen Düsenkasten vorgeschalteten Druckkasten montiert, derart daß eine unabhängige Steuerung von Druck- und insbesondere auch Temperatur des Behandlungsgases im unteren und oberen Düsenkasten möglich wird.

Wenn eine getrennte Steuerung von Druck bzw. Temperatur der beiden Düsenkästen nicht wesentlich ist, kann die Textilmaschine gemäß DE-PS 36 27 904 auch mit einem einzigen Ventilator ausgestattet werden, der einen einzigen für den unteren und oberen Düsenkasten gemeinsamen Druckraum beaufschlagt. In ähnlicher Weise können bei einer Hotflue, also einem Schleifentrockner, Temperatur- und Drucksteuerungen an den verschiedenen Zuleitungen des Behandlungsmittels vorgesehen werden oder nicht.

Fast immer werden innerhalb der beschriebenen Textilmaschinen Mittel zum Heizen der Behandlungsluft vorgesehen. Letztere wird meist im wesentlichen als Umluft im Kreislauf geführt. Daher wird im folgenden, auch wenn vom Ventilator zum Teil oder nur Frischluft angesaugt wird, von Umluft gesprochen.

Bei herkömmlichen Textilmaschinen vorgenannter Art werden zum Erhitzen vorgesehene Verbrennungsgase der Umluft unmittelbar beigemischt, man spricht dann von einer direkten Heizung. Die im allgemeinen durch Verbrennen von Gas oder Öl erzeugten Verbrennungsgase enthalten Substanzen, z.B. Stickoxide, die bei einer Reihe von Kunstfasern zu Vergilbungen bzw. Farbumschlägen führen können. Dieser Effekt tritt speziell auch bei Elastomerfasern (Lycra) auf. Diese dehnbaren Fasern sind stark gedreht. Um die Elastizität dieser Fasern aufrechtzuerhalten, werden sie mit Spinnölen behandelt. Möglicherweise werden die Spinnöle durch Rückstände der Verbrennungsgase verfärbt.

Um diesem Problem zu begegnen, werden in den beschriebenen Textilmaschinen auch indirekte Heizungen vorgesehen. Hierbei werden Wärmetauscher mit Ölum- lauf- oder Dampfheizung eingesetzt. Diese Wärmetauscher gewährleisten, daß der Behandlungsmittelstrom, dessen Volumen und auch dessen Querschnitt - bestimmt durch den Verbrauch im zu versorgenden Düsensystem - relativ groß ist, überall im Strömungsquerschnitt die gleiche Temperatur erhält. Letzteres ist Voraussetzung dafür, daß der von den Düsenkästen ausgehende Behandlungsmittelstrom überall auf der behandelten Fläche der textilen Stoffbahn die gleiche Temperatur hat. Dieser Vorteil wird aber teuer erkauft, wenn beim Anwender Heizanlagen zum Betrieb von durch Ölumlauf oder Dampf beheizten Wärmetauschern fehlen, also erhebliche zusätzliche Investitionen selbst dann erforderlich sind, wenn nur hin und wieder Anwendungsfälle vorkommen, also z.B. beim Behandeln von Elastomerfasern eine nachteilige Vergilbung oder Verfärbung vermieden werden muß.

Es gibt auch Wärmetauscher, die unmittelbar durch einen üblichen Gasbrenner, der bei den oben beschriebenen Textilmaschinen mit direkter Heizung eingesetzt wird, zu betreiben sind. Ein gasbeheizter Wärmetauscher könnte im Prinzip wie ein Flammrohrkessel ausgebildet werden. Gegebenenfalls wird die aufzuheizende Umluft außen über die von innen her durch ein Heizmittel bzw. Heizgas erhitzten Flammrohre des Wärmetauschers geleitet. Auf diese Weise kann die Umluft zwar ausreichend erhitzt werden, eine überall gleiche Temperatur auf dem Querschnitt der Umluftströmung läßt sich aber bei vorhandenen Wärmetauschern unmittelbar, z.B. ohne nachgeschalteten Mischer, nicht gewährleisten. Ein für seine Förderaufgabe optimal ausgebildeter Ventilator mischt nämlich die geförderte Luft praktisch gar nicht. Kühlere und wärmere vom Wärmetauscher ausgehende Luftsträhnen bzw. Strömungslinien verlassen also den Ventilator - beschleunigt - im wesentlichen so wie sie angesaugt wurden.

Eine ungleiche Temperaturverteilung auf dem Querschnitt der Umluftströmung kann dazu führen, daß die in der Textilmaschine behandelte Stoffbahn auf ihrer Fläche diesen Temperaturunterschieden entsprechend ungleichmäßig behandelt wird. Aus diesem Grunde muß bei Einsatz eines herkömmlichen gasbeheizten Wärmetauschers die erhitzte Umluft gesondert gemischt werden, bevor sie mit der zu behandelnden textilen Stoffbahn in Berührung gebracht wird. Derartige Mischer sind aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Textilmaschine, vorzugsweise einen Spannrahmen, mit indirekter Gasheizung zu schaffen, welche ohne gesonderte Mischer in der Lage ist, einen über seinen Querschnitt überall gleich temperierten bzw. aufgeheizten Luftstrom zum Behandeln der textilen Stoffbahn bereitzustellen. Mit anderen Worten, es soll ein gasbeheizter Wärmetauscher eingesetzt werden, welcher einen hindurchgesaugten Luftstrom überall auf dessen Strömungsquerschnitt auf die gleiche Temperatur erhitzt.

Die erfindungsgemäße Lösung wird für die Textilmaschine eingangs genannter Art im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben. Erfindungsgemäß wird ein gasbeheizter Wärmetauscher mit mindestens zwei sich räumlich parallel nebeneinander innerhalb des Wärmetauscherkanals, bevorzugt in Form von Rohrschleifen, erstreckenden Flammrohren, die vom Heizmittel durchströmbar sind, vorgesehen. Benachbarte Flammrohre werden antiparallel, also in zueinander entgegengesetzter Richtung, vom Heizmittel durchströmt. Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

Vorzugsweise wird erfindungsgemäß ein gasbeheizter, im Gleichstrom, Gegenstrom und/oder Kreuzstrom betriebener Wärmetauscher mit mindestens zwei sich räumlich parallel nebeneinander innerhalb des Wärmetauscherkanals, insbesondere in Form von Mäander-Rohrschleifen, erstreckenden Flammrohren vorgesehen. Der Begriff „Gleichstrom"-Wärmetauscher bedeutet, daß das Heizmittel (innerhalb der Flammrohre) den Wärmetauscher in der gleichen Richtung durchströmt wie die Umluft (außerhalb der Flammrohre). Der Heizmitteleinlaß befindet sich dabei also am Eingang des Wärmetauscherkanals, der Heizmittelauslaß liegt am Kanalausgang. „Gegenstrom" bedeutet, daß Heizmittel und Umluft in entgegengesetzter Richtung durch den Wärmetauscher strömen. Bei „Kreuzstrom" fließen Heizmittel und Umluft quer zueinander. Zur Erfindung gehört ferner, daß benachbarte Flammrohre antiparallel, also in einander entgegengesetzter Richtung, vom Heizgas durchströmt werden.

Im Kern besteht die Erfindung ganz allgemein auch darin, die Flammrohre so anzuordnen und auszubilden, daß die Summe der auf jeder Linie parallel zur Umluftströmung von Flammrohr zu Flammrohr gemessenen Temperaturwerte überall im (senkrecht zur Umluftströmung stehenden) Querschnitt des Wärmetauscherkanals gleich ist. Im Ergebnis soll die Umluft am Wärmetauscherkanalausgang überall auf dem (senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden) Kanalquerschnitt praktisch die gleiche Temperatur haben. Dieser homogen temperierte Gasstrom kann - beschleunigt mit einem Ventilator - über den zugehörigen Düsenkasten unmittelbar auf die Stoffbahn geblasen werden. Ein Mischer oder dergleichen ist nicht erforderlich.

Vorzugsweise sollen die Flammrohre innerhalb des Wärmetauscherkanals in Form von Rohrscheifen, insbesondere als Mäanderschleifen, angeordnet werden. Für den erfindungsgemäß erstrebten Erfolg kann es gegebenenfalls günstig sein, wenn die Länge der sich von Kanalwand zu Kanalwand, also quer zur Umluftströmungsrichtung, erstreckenden Rohrschleifenteile (der Flammrohre) groß gegen die Länge der den einander gegenüberliegenden Kanallängswänden benachbarten Rohrumlenkungen ist. Letztere können auch außerhalb des von der Umluft berührten Kanalvolumens liegen. Vorzugsweise sollen die längeren, sich quer zur Umluftströmungsrichtung erstreckenden Flammrohrteile im wesentlichen gerade sein. Wenn der Hauptteil der Flammrohre quer zur Strömung der Umluft liegt, kann man von einem Kreuzstromerhitzer bzw. von einem Wärmetauscher nach Kreuzstromart sprechen. Dieser kann, wenn Heizmittel und Umluft in gleicher oder entgegengesetzter Richtung vom Kanaleingang zum Kanalausgang (bzw. umgekehrt) strömen, als Gleichstrom/Kreuzstrom - bzw. Gegenstrom/Kreuzstrom-Erhitzer bezeichnet werden.

Die Umluft soll auf ihrem Weg durch den erfindungsgemäßen Wärmetauscherkanal auf dem größten Teil des Strömungsquerschnitts bevorzugt über quer zur Strömungsrichtung verlaufende Heizrohrteile geleitet werden. Das Ziel einer überall gleichen Aufheizung des Umluftströmungsquerschnitts wird besonders erfolgreich eingestellt, wenn eine gerade Zahl von Flammrohren, mit paarweise antiparallel vom Heizmittel zu durchströmenden Flammrohren, vorgesehen wird. Die gerade Zahl bzw. die paarweise Anordnung ist bei geringer Flammrohranzahl wichtiger als bei Einsatz vieler Flammrohre. Mit zunehmender Anzahl von Rohren wird nämlich der relative Beitrag des einzelnen Rohres zur Umluftheizung immer kleiner. Trotzdem kann man allgemein von einem „Wärmetauscher mit paarweise antiparallel durchströmten Flammrohren" sprechen. Zwar nimmt die Temperatur jedes Flammrohrs in Strömungsrichtung des Heizmittels - meist exponentiell - ab, wenn aber zwei Flammrohre räumlich parallel zueinander angeordnet und in entgegengesetzter Richtung, also antiparallel, von dem Heizmittel durchströmt werden, ergänzt sich die Heizwirkung der beiden Rohrteile mit in der Praxis ausreichender Genauigkeit so, daß zwischen den Rohren hindurchströmende Luft überall im Kanalquerschnitt gleich aufgeheizt wird.

Wenn - insbesondere bei dem Wärmetauscher des Kreuzstromtyps - ein Rohrpaar bzw. zwei oder mehr Rohrpaare im Wärmetauscher, z.B. quer zur Umluftströmungsrichtung, nebeneinander angeordnet werden und diese Rohrpaare wie vorbeschrieben beheizt werden, wird ersichtlich auch die Summe der Temperaturwerte, welche auf einer geraden Linie quer zu der Umluftströmungsrichtung und zu den Flammrohren an der von der Linie getroffenen Rohrteilen gemessen werden, innerhalb jedes, Wärmetauscherkanalquerschnitts (Schnitt senkrecht zur Umluftströmungsrichtung) gleich.

Allgemein soll durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Flammrohre zunächst ein Temperaturausgleich innerhalb des Wärmetauscherkanals erreicht werden. Zum Erzielen einer auf dem gesamten Querschnitt (quer zur Strömungsrichtung) des Umluftstroms also im Umluftvolumen überall gleichen Temperatur soll die Summe der Temperaturwerte, weiche auf je einer geraden Linie in Umluftströmungsrichtung an den von der Linie getroffenen Flammrohrteilen gemessen werden, überall im Querschnitt des Wärmetauscherkanals (gesehen quer zur Umluftströmungsrichtung) - speziell am Wärmetauscherkanalausgang - gleich gemacht werden. Dieses Ziel wird durch die vorgenannte Lösung erreicht.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.

In der beiliegenden Zeichnung wird ein insgesamt mit 20 bezeichneter Wärmetauscherkanal, der in der dargestellten Pfeilrichtung von Umluft 21 zu durchströmen ist, dargestellt. Der Kanal 20 besitzt einen Eingang 22 und einen Ausgang 23 und unter anderem einander gegenüberliegende Längswände 24 und 25. In dem gezeichne- ten Wärmetauscherkanal 20 befinden sich zwei (= ein Paar) schematisch dargestellte Flammrohr-Mäander 26 und 27 (27 = gestrichelt), die nebeneinander in Umluftströmungsrichtung vom Eingang 22 zum Ausgang 23 reichen. Die Flammrohr- Mäander 26 und 27 besitzen Einlasse 28 bzw. 29 am Eingang 22 sowie Auslässe 30 bzw. 31 am Ausgang 23. Jeder Mäander besteht aus geraden Rohrteilen 32 und Umlenkungen 33. Die geraden Rohrteile 32 erstrecken sich im wesentlichen von einer Längswand 24 zur anderen Längswand 25, die Umlenkungen 33 sind den Längswänden 24 und 25 benachbart. Die langen geraden Rohrteile 32 machen den dargestellten Wärmetauscher annähernd zu einer Vorrichtung des Kreuzstromtyps.

In dem Wärmetauscherkanal 20 werden die Mäander 26 und 27 im gezeichneten Ausführungsbeispiel so angeordnet, daß die geraden Rohrteile 32 (und die Umlenkungen 33) paarweise nebeneinander liegen, so daß die zu erhitzende Umluft 21 gerade eben noch zwischen zwei solchen Rohren hindurchströmen kann. Tatsächlich befinden sich in einem Wärmetauscher wesentlich mehr als zwei Flammrohr- Paare. In der Regel wird das gesamte Volumen des Wärmetauscherkanals durch Flammrohre so dicht ausgefüllt, daß die Umluft 21 zwischen den Rohren bei optimalem Wärmeübergang und ohne störenden, d.h. den Ventilator übermäßig belastenden Luftwiderstand hindurchströmen kann.

Wenn bei Mäanderausbildung beispielsweise das am Einlaß 28 des Flammrohr- Mäanders 26 einströmende Heizgas den Temperaturwert 10 besitzt und angenommen wird, daß der Temperaturwert an jeder Umlenkung 33 um eine Einheit absinkt, ist der Temperaturwert des Flammrohr-Mäanders 26 an der ersten Umlenkung 9, einer zweiten Umlenkung 8, einer dritten Umlenkung 7 usw.; d.h. Gas verläßt (bei dieser linearen Abkühlung) den Mäander 26 an dessen Auslaß 30 gemäß Zeichnung mit dem Temperaturwert 4. Ganz ähnliches gilt für den Flammrohr-Mäander 27, wenn dieser am Einlaß 29 mit dem Temperaturwert 10 eintritt, verläßt das Heizgas den Mäander 26 am Auslaß 31 mit dem Temperaturwert 4. Addiert man die Temperaturwerte in jeder Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung 34 der Umluft 21 , ergibt sich ersichtlich in jeder dieser Ebenen überall die gleiche Summe, in der obersten Ebene der Zeichnung die Summe 19, in der nächsten Ebene der Zeichnung die Summe 15 usw. Addiert man die Temperaturwerte die auf Linien parallel zur Strömungsrichtung 34 von Kanal- bzw. Rohrebene zu Rohrebene (der geraden Rohrteile 32) aufeinanderfolgen, zusammen, so ergibt sich auf allen diesen Linien dieselbe Summe, nämlich im dargestellten Ausführungsbeispiel die Summe 19 + 15 + 11 + 4 = 45. Das bedeutet, daß jedes Luftströmungslinienelement, also jede „Luftsträhne" in Strömungsrichtung 34, durch den Wärmetauscherkanal 20 mit der gleichen Temperatur verläßt, unabhängig davon, an welcher Stelle des (senkrecht zur Strömungsrichtung 34 gemessenen) Kanalquerschnitts sich die Luftsträhne befindet.

Bezugszeichenliste:

1-19 = Temperaturwerte und deren Summen

20 Wärmetauscherkanal

21 Umluft

22 Eingang

23 Ausgang

24,25 = Längswand

26,27 = Flammrohr-Mäander

28,29 = Einlaß

30,31 = Auslaß

32 gerades Rohrteil

33 Umlenkung

34 Strömungsrichtung

Claims

Patentansprüche:

1. Textilmaschine mit Umluftheizung mit Hilfe mindestens eines Wärmetauschers, welcher einen zum Durchleiten der Umluft (21) dienenden Wärmetauscherkanal (20) mit Kanalein- und -ausgang (22, 23) sowie sich vom Eingang zum Ausgang erstreckenden Kanalwänden (24, 25) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasbeheizter Wärmetauscher mit mindestens zwei sich räumlich parallel nebeneinander innerhalb des Wärmetauscherkanals (20) erstreckenden Flammrohren, die vom Heizgas durchströmbar sind, vorgesehen ist und daß benachbarte Flammrohrteile (26, 27) antiparallel, also in zueinander entgegengesetzter Richtung vom Heizgas durchströmt sind.

2. Textilmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flammrohre innerhalb des Wärmetauscherkanals (20) in Form von Rohrschleifen (26, 27), insbesondere als Mäander-Schleifen, angeordnet sind.

3. Textilmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung nach Kreuzstromart die Länge der sich von Kanalwand (24) zu Kanalwand (25), also quer zur Umluftströmungsrichtung (34), erstreckenden Rohrschleifenteile (32) groß gegen die Länge der den einander gegenüberliegenden Kanalwänden (24, 25) benachbarten Rohrumlenkungen (33) ist.

4. Textilmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren, sich quer zur Umluftströmungsrichtung (34) erstreckenden Rohrteile (32) im wesentlichen gerade sind.

5. Textilmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Zahl von Flammrohrschleifen (26, 27) vorgesehen ist.

6. Textilmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß paarweise antiparallel vom Heizmittel durchströmbare Flammrohrschleifen (26, 27) vorgesehen sind.

7. Textilmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Temperaturwerte (1 bis 10), welche auf einer geraden Linie in Umluftströmungsrichtung (34) an den von der Linie getroffenen Rohrteilen (32) gemessen werden, überall im Querschnitt des Wärmetauscherkanals (20) gleich ist.

8. Textilmaschine nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Temperaturwerte (1 bis 10), welche auf einer geraden Linie quer zur Umluftströmungsrichtung (34), insbesondere auch quer zu den längeren Rohrteilen (32), an der von der Linie getroffenen Rohrteilen gemessen werden, überall im Wärmetauscher-Längsschnitt gleich ist.