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Dokumentenidentifikation DE10233754B4 24.11.2005
Titel Textilmaschine mit Umluftheizung durch gasbeheizte Wärmetauscher
Anmelder A. Monforts Textilmaschinen GmbH & Co.KG, 41238 Mönchengladbach, DE
Erfinder Freiberg, Helge, 41189 Mönchengladbach, DE
Vertreter von Creytz, D., Dipl.-Phys., Pat.-Anw., 41844 Wegberg
DE-Anmeldedatum 25.07.2002
DE-Aktenzeichen 10233754
Offenlegungstag 19.02.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.11.2005
IPC-Hauptklasse F26B 13/10
IPC-Nebenklasse F26B 21/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Textilmaschine mit Umluftheizung durch gasbeheizte Wärmetauscher mit in einem Saugraum quer zu dessen Luftraum parallel zueinander angeordneten Flammrohren, insbesondere Mäanderrohren, und vorgeschaltetem Brenner. Vorzugsweise sollen benachbarte Flammrohre antiparallel durchströmt werden. Die Textilmaschine weist bevorzugt eine Einrichtung zum indirekten Erhitzen des Behandlungsgases auf, in deren Gehäuse ein durch die Erfindung gestalteter Kreuzgegenstrom-Rekuperator angeordnet ist.

Die Umluftheizung wird vorgesehen bei 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, 1996). Auch Vorrichtungen zum kontinuierlichen Schrumpfbehandeln von textilen Stoffbahnen und Maschinen zum Trocknen von Fadenscharen oder beschichteten Teppichen, gemäß DE-PS 27 54 438, gehören zum Anwendungsgebiet der Erfindung.

In DE 100 47 834 A1 wird eine Textilmaschine mit einer Einrichtung zur indirekten Erhitzung des Behandlungsgases beschrieben, die einen in einem Gehäuse angeordneten Kreuzgegenstrom-Rekuperator enthält. Letzterer wird so aufgebaut, daß die Summe der Temperaturwerte, welche auf je einer geraden Linie in Umluftströmungsrichtung an den von der Linie getroffenen Flammrohrteilen gemessen werden, überall im (senkrecht zur Umluftströmung liegenden) Querschnitt des Wärmetauschers gleich ist. Die im Wärmetauscher übertragene Energie wird von einem Brenner aufgebracht.

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 kommen dann unmittelbar mit der textilen Stoffbahn in Berührung. Wenn das vermieden werden soll, kann die vorgenannte indirekte Heizung angewendet werden.

Bei der indirekten Heizung werden im Allgemeinen Wärmetauscher mit Ölumlauf- oder Dampfheizung eingesetzt. Diese Wärmetauscher gewährleisten, daß der aufzuheizende Umluftstrom, 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 dem Umluftstrom, z.B. in Düsenkästen, gebildete 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 dampfbeheizten Wärmetauschern fehlen, also erhebliche zusätzliche Investitionen selbst dann erforderlich sind, wenn nur hin und wieder Anwendungsfälle mit indirekter Heizung vorkommen.

Wenn in der fraglichen, zu beheizenden Textilmaschine, z.B. in einer Hotflue, eine sehr große Leistung verlangt wird, kann die erforderliche Energiemenge nur schwer von einem einzigen großen Brenner aufgebracht werden. Vielmehr hat es sich in der Praxis als günstiger erwiesen, zwei kleinere Brenner einzusetzen. Die allgemeine Forderung, die zu behandelnde textile Stoffbahn überall auf ihrer Fläche, insbesondere auf jeder Linie quer zur Transportrichtung, gleich zu erhitzen, muß aber auch bei Einsatz von zwei Brennern erfüllt werden.

Wenn bei den direkt beheizten Maschinen anstelle eines großen Brenners zwei kleinere Brenner vorgesehen werden, läßt sich eine gleichmäßige Verteilung der Umlufttemperatur auf der Stoffbahnfläche quer zum Umluftstrom erreichen, wenn jeder der beiden Brenner einen eigenen Temperaturregelkreis erhält. Dabei ist der Temperaturfühler für den auf der einen (z.B. rechten) Seite befindlichen Brenner in demjenigen Ventilatorgehäuse, welches derselben, also der rechten Seite der Stoffbahn zugeordnet ist, während der Temperaturfühler, für den auf der anderen (linken) Seite angeordneten Brenner in demjenigen Ventilatorgehäuse angeordnet wird, welches sich dort (d.h. links) befindet. Die beiden Teilströme werden in verschiedenen Saug- und Druckräumen mit Hilfe aufwendiger Umluftmischer miteinander gemixt, so daß auf jeden Fall eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die Stoffbahnbreite beim Auftreffen auf den Stoff erreicht wird. Die separate Temperaturregelung ist notwendig, weil es kaum möglich ist, beide Brenner absolut gleich von einem Regler zu steuern. Das liegt an der Toleranz und Hysterese der Regelventile für die Energiezufuhr, z.B. Gaszufuhr.

Nach einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis erscheint es bei einem indirekten Erhitzen des Behandlungsgases notwendig, für jeden der (kleineren) Brenner einen eigenen Wärmetauscher vorzusehen. Trotzdem ist es im Sinne der vorgenannten DE 100 47 834 A1 erwünscht, die aufwendigen Umluftmischer zum Erzielen eines über seinen Querschnitt überall gleich temperierten Luftstroms einzusparen. Vielmehr sollen die Flammrohre so anzuordnen und auszubilden sein, daß die Summe der auf jeder Linie parallel zur Umluftströmung von Flammrohr zu Flammrohr gemessenen Temperaturwerte überall im (senkrecht zur Umluftströmung liegenden) Querschnitt des den Brennern gemeinsam zugeordneten Gesamt-Wärmetauscherkanals gleich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Ziele für zwei Brenner zum indirekten Erhitzen des Behandlungsgases mit einem Kreuzgegenstrom-Rekuperator zu erreichen, wobei jeder der beiden Brenner einen eigenen Temperaturregelkreis mit eigenem Temperaturfühler und eigenem Regelventil (für die Energiezufuhr) enthalten soll.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht für die eingangs beschriebene Textilmaschine darin, daß zwei Brenner mit je einem nachgeschalteten Röhren-Wärmetauscher je einer Hälfte – rechte bzw. linke Hälfte – des Saugraums zugeordnet sind und daß die Flammrohre beider Wärmetauscher in dem Hauptteil des Saugraums quer zu dessen Luftstrom über die gesamte Saugraum-Breite reichen, aber sich in mindestens einem Abschnitt des Umluftstromwegs im Saugraum nur über die dem jeweiligen Brenner zugeordnete Saugraumhälfte erstrecken. Mit anderen Worten: Um bei großen erforderlichen Heizleistungen mit zwei Brennern arbeiten zu können und trotzdem bei indirekter Umluftheizung den durch den Wärmetauscher gesaugten Luftstrom überall auf dem Strömungsquerschnitt gleich zu erhitzen, werden die Brenner mit je einem nachgeschalteten Röhren-Wärmetauscher je einem Teil des Saugraums zugeordnet, wobei die Heizrohre beider Wärmetauscher in dem Hauptteil des Saugraums quer zu dessen Luftstrom über die gesamte Saugraum-Breite reichen, aber sich in mindestens einem Abschnitt des Luftstromwegs im Saugraum nur über den dem jeweiligen Brenner zugeordneten Saugraumteil erstrecken. Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden die Rohre der beiden Wärmetauscherteile so angeordnet, daß im Hauptteil des Wärmetauschers jeweils eine Röhrenlage des ersten Wärmetauschers mit einer des zweiten Wärmetauschers abwechselt. Dabei strömen die Verbrennungsgase innerhalb der Flammrohre während die zur textilen Stoffbahn heranzufördernde und zu erhitzende Umluft um die Rohre herumgeführt wird. Der Wärmetausch findet an der Oberfläche der Rohre statt, dort wird die Wärme der Verbrennungsluft an die Umluft abgegeben.

Erfindungsgemäß werden die Flammrohre der beiden Wärmetauscher in deren Hauptteil, bevorzugt mäanderförmig, über die ganze Breite des Saugraums geführt. In mindestens einem, bevorzugt im ersten und/oder letzten Abschnitt, auf dem Umluftweg durch den Saugraum werden die Flammrohre, in denen die Verbrennungsgase des einen, z.B. rechten, Brenners strömen, nur durch die rechte Hälfte des Saugraums geführt, während die Flammrohre des anderen, also linken, Brenners nur in der linken Hälfte des Saugraums liegen. Von linker oder rechter Hälfte wird der Einfachheit wegen gesprochen. Grundsätzlich geht es um einen Teil des Saugraums. Im Anschluß an den Wärmetauscher werden die Verbrennungsgase in einen Sammler geleitet und von dort aus der Maschine herausgesaugt.

Dadurch, daß sich die Flammrohre auf einem Abschnitt des Umluftweges durch den Wärmetauscher nur in der einem der Brenner zugehörigen Hälfte des Saugraums befinden, wird eine getrennte Temperaturregelung der Umluft auf diese Hälfte und damit eine Regelung des zugehörigen Brenners ermöglicht.

Die erfindungsgemäße partielle Teilung des Wärmetauschers kann bevorzugt am Anfang und/oder am Ende des Umluftwegs im Saugraum vorgesehen werden. Der geteilte Abschnitt des Wärmetauschers kann aber im Grunde an irgendeiner Stelle des Wärmetauschers, z.B. auch irgendwo in der Mitte des Umluftwegs, angeordnet werden.

Durch die Erfindung wird ein von zwei Brennern versorgter Wärmetauscher für eine indirekte Umluftheizung geschaffen, der eine exakte, getrennte Regelung der beiden Brenner ermöglicht, aber mit wesentlich weniger Aufwand herstellbar ist, als wenn jedem Brenner ein gesonderter Wärmetauscher insgesamt zuzuordnen wäre. Der erfindungsgemäß zum größten Teil ungeteilte Wärmetauscher ist beispielsweise kostengünstiger zu fertigen als zwei getrennte Wärmetauscher, da – im ungeteilten Bereich des Wärmetauschers nur die Hälfte der Schweißarbeiten (wie bei vollständiger Teilung) durchzuführen ist.

Für eine exakte Regelung der beiden Brenner hat es sich als ausreichend erwiesen, wenn weniger als zehn Prozent – im Allgemeinen genügen zwei Mäanderschleifen oder vorzugsweise eine einzige Mäanderschleife – im Sinne der Erfindung geteilt ist. Ein erfindungsgemäßer Kreuzgegenstrom-Rekuperator zum indirekten Erhitzen eines Behandlungsgases besaß je vier sich über die ganze Breite quer zum Umluftstrom erstreckende Flammrohrschleifen, die von jedem der Brenner versorgt werden, und für jeden der Brenner zusätzlich eine sich über die Hälfte des Umluftquerschnitts erstreckende Flammrohrschleife.

Anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.

In der beiliegenden Zeichnung wird ein parallel zum Umluftstrom 1 geschnittener Wärmetauscher-Kanal 2 im Prinzip dargestellt. Der Wärmetauscher-Kanal 2 besitzt einen Eingang 3 und einen Ausgang 4 und einander gegenüberliegende Längswände 5 und 6. Der Kanal 2 umfaßt eine rechte Hälfte 7 und eine linke Hälfte 8. Den Hälften 7 und 8 wird je ein Brenner 9 und 10 zugeordnet. Von jedem Brenner werden zwei Flammrohre 11 bzw. 13 versorgt. Die Flammrohre werden bevorzugt in antiparallel zueinander verlaufenden Mäandern 15, 16 durch den Wärmetauscher-Kanal 2 geführt. Die gezeichneten Mäanderrohre 11 und 13 laufen quer zum Umluftstrom 1 und mäandern in Richtung des Umluftstroms 1.

In einem Hauptteil 17 des Mäanders 15, 16 werden die Flammrohre 11 ebenso wie die Flammrohre 13 quer ganz durch den Wärmetauscher-Kanal 2, also von Längswand 5 zu Längswand 6 hin- und hergeführt. In einem im Ausführungsbeispiel in Umluftstromrichtung am Ende des Kanals 2 befindlichen Abschnitt 18 bzw. 19 mäandern dagegen die Flammrohre 11 nur in der rechten Hälfte 7 und die Flammrohre 13 nur in der linken Hälfte 8 des Wärmetauscher-Kanals 2. Diesen Abschnitten 18, 19 wird je ein Temperaturfühler 20, 21 zugeordnet, der den zugehörigen Brenner 9 bzw. 10 über einen Regler 22 bzw. 23 (längs der eingezeichneten Wirkungslinie) so steuert, daß der am Ausgang 4 austretende Umluftstrom 1 über den ganzen Umluftstromquerschnitt, von der Längswand 5 zur Längswand 6 (und quer dazu), überall gleich temperiert wird. Nach dem Wärmetauscher können die Verbrennungsgase über Heizungsauslässe 24, 25 in einen Sammler geleitet und von dort aus der Maschine abgesaugt werden.

Wie die erfindungsgemäße Temperaturregelung arbeiten kann, wird am folgenden Beispiel gezeigt: Es wird angenommen, daß die Verbrennungsgase des rechten Brenners 9 um 20° Celsius heißer sind als die Verbrennungsgase des linken Brenners 10 (800° Celsius gegenüber 780° Celsius). Es wird der Einfachheit halber ferner angenommen, daß dies auch die Oberflächentemperatur der Rohre 11 bzw. 13 am Eintritt ist. Die Verbrennungsgase kühlen sich infolge der Wärmeabgabe an die Umluft in der durch die eingezeichneten Temperaturangaben dargestellten Weise ab. Verfolgt man nun die Oberflächentemperaturen von jeweils drei Strömungspfaden der Umluft in der rechten und linken Hälfte 7, 8 und addiert die Oberflächentemperaturen der jeweiligen Umluft-Strompfade, so stellt man fest, daß in der rechten Hälfte 7, also dort, wo die Verbrennungsgase mit einer etwas höheren Temperatur in die Rohrbündel eingeströmt sind, sich auch höhere Temperatur-Summen ergeben, als in der linken Hälfte 8 ergeben (Summe der Oberflächentemperaturen in den rechten Strömungspfaden 5700/5.680/5.660° Celsius; Summe der Oberflächentemperaturen in den linken Strömungsphasen 5.600/5.620/5.640° Celsius). Der Fühler 20 des rechten Brenners 9 gibt diesem ein Signal, die Energiezufuhr zu drosseln, bis der IST-Wert des linken Brenners 10 erreicht ist.

1Umluftstrom 2Wärmetauscher-Kanal 3Eingang 4Ausgang 5linke Längswand 6reche Längswand 7rechte Hälfte 8linke Hälfte 9rechter Brenner 10linker Brenner 11Flammrohre (28) 13Flammrohre (29) 15Mäander (28) 16Mäander (29) 17Hauptteil 18rechter geteilter Rohrabschnitt 19linker geteilter Rohrabschnitt 20rechter Temperaturfühler 21linker Temperaturfühler 22rechter Regler 23linker Regler 24rechter Heizgasauslaß 25linker Heizgasauslaß

Anspruch[de]
  1. Textilmaschine mit Umluftheizung durch gasbeheizte Wärmetauscher mit in einem Saugraum quer zu dessen Luftstrom (1) parallel zueinander angeordneten Flammrohren (11 und 13) und vorgeschaltetem Brenner (9, 10), dadurch gekennzeichnet, daß zwei Brenner (9, 10) mit je einem nachgeschalteten Röhren-Wärmetauscher je einer Hälfte (7, 8) – rechte bzw. linke Hälfte – des Saugraums zugeordnet sind und daß die Flammrohre (11 und 13) beider Wärmetauscher in dem Hauptteil (17) des Saugraums quer zu dessen Luftstrom (1) über die gesamte Saugraum-Breite reichen, aber sich in mindestens einem Abschnitt (18, 19) des Umluftstromwegs (1) im Saugraum nur über die dem jeweiligen Brenner (9, 10) zugeordnete Saugraumhälfte (7, 8) erstrecken.
  2. Textilmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geteilte Abschnitt (18, 19) der Flammrohre (11 und 13) sich im Eingangsbereich oder im Ausgangsbereich des Luftstromwegs (1) befindet.
  3. Textilmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den geteilten Abschnitten (18, 19) der Flammrohre mindestens je ein Temperaturfühler (20, 21) zugeordnet ist und daß die Temperaturfühler über je einen Regler (22, 23) auf den zugehörigen Brenner (9, 10) geschaltet sind.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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