CH616968A5 - Device for heat exchange between a running yarn and a fluid - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen einem laufenden Garn und einem Fluid unterschiedlicher Temperatur. The present invention relates to a device for exchanging heat between a running yarn and a fluid of different temperatures.

In der DE-OS 2 125 056 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Kunstfasern beschrieben, wobei die Kunstfasern in Form eines Garns unter Zugspannung durch ein Heizrohr geleitet werden, während das Heizrohr von aussen her mit geregelter Wärme beheizt und gleichzeitig Dampf in das Innere des Heizrohres eingeleitet wird. Obwohl in der genannten Auslegeschrift daraufhingewiesen wird, dass die Einleitung des Dampfes in das Heizrohr tangential erfolgen kann, enthält diese Druckschrift weder Hinweise darauf, dass durch den Dampf im Inneren des Heizrohres Wirbel gebildet werden könnten, noch irgendwelche Hinweise auf die zur Bildung eines derartigen Wirbels unerlässlichen Faktoren, wie beispielsweise Eintrittsgeschwindigkeit des Dampfes in das Heizrohr. Es wurde somit nicht erkannt und wird dem Fachmann auch nicht nahegelegt, dass die Wärmeübertragung auf das Garn in dem dort beschriebenen Heizrohr durch Bildung eines Wirbels mittels des eingeführten Dampfes zu irgendwelchen Vorteilen führen könnte. DE-OS 2 125 056 describes a method and a device for the heat treatment of synthetic fibers, the synthetic fibers in the form of a yarn being passed through a heating tube under tension, while the heating tube is heated from the outside with controlled heat and at the same time steam is injected into it Interior of the heating tube is initiated. Although it is pointed out in the above-mentioned design specification that the introduction of the steam into the heating tube can take place tangentially, this publication does not contain any indications that the steam could form vortices in the interior of the heating tube or any references to the formation of such a vortex indispensable factors, such as the speed at which steam enters the heating pipe. It was therefore not recognized and it is not suggested to the person skilled in the art that the heat transfer to the yarn in the heating tube described there could lead to any advantages by forming a vortex by means of the steam introduced.

In der FR-PS 1 178 980 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung eines durch ein Rohr hindurchlaufenden Garns beschrieben, wobei ein erhitztes oder gekühltes Fluid, vorzugsweise tangential zur Längsachse des hindurchlaufenden Garns, in das Rohr eingeleitet wird. Das Verfahren und die Vorrichtung sind auf die Falschzwirnkräuselung des Garns durch den gebildeten Fluidwirbel gerichtet. In der genannten Patentschrift, wie in sämtlichen anderen bekannten Falschzwirn-Kräuselverfahren mittels Fluidwirbel, erfolgt die Falschzwirnung des Garns durch den erzeugten Fluidwirbel, wobei für die Fixierung der Falschzwirnung in allen Fällen zusätzlich eine separate Einrichtung benötigt wird. Die genannte Patentschrift enthält keinerlei Hinweise, die Fixierung des mittels Fluidwirbel falschzwirngekräuselten Garns mit Hilfe eines weiteren Fluidwirbels auszuführen. FR-PS 1 178 980 describes a method and a device for treating a yarn passing through a tube, wherein a heated or cooled fluid, preferably tangential to the longitudinal axis of the yarn passing through, is introduced into the tube. The method and the device are directed to the false twist crimping of the yarn by the fluid vortex formed. In the patent mentioned, as in all other known false twist crimping methods using fluid swirls, the yarn is false twisted by the fluid swirl generated, a separate device being required in all cases for fixing the false twist. The cited patent does not contain any information to fix the yarn twisted wrongly twisted by means of a fluid vortex with the aid of a further fluid vortex.

In der CH-PS 533 712 ist eine Vorrichtung zur Behandlung eines endlosen Faserstranges mittels eines strömenden Gases beschrieben; die sich für die Wärmeübertragung zwischen dem Faserstrang und dem Fluid eignet. Aus der Beschreibung und insbesondere aus Fig. 1 der genannten Patentschrift geht eindeutig hervor, dass der in dieser Vorrichtung erzeugte Wirbelstrom des Gases unter keinen Umständen von der Stelle seiner Bildung aus koaxial zur Durchlaufrichtung des Faserstranges in die Umgebungsatmosphäre entweichen und auf diesem Weg frei abklingen kann. Vielmehr ist zu erwarten, dass durch Rückprall des Luftwirbels von der oberen und unteren Begrenzungswand der Wirbelkammer Turbulenzwirbel entstehen, die sich auf den Wirkungsgrad der Wärmeübertragung nachteilig auswirken. CH-PS 533 712 describes a device for treating an endless fiber strand by means of a flowing gas; which is suitable for the heat transfer between the fiber strand and the fluid. From the description and in particular from Fig. 1 of said patent specification it is clear that the eddy current of the gas generated in this device can under no circumstances escape from the point of its formation into the surrounding atmosphere coaxially with the direction of travel of the fiber strand and can decay freely in this way . Rather, it is to be expected that the air vortex rebounding from the upper and lower boundary wall of the vortex chamber creates turbulence vortexes, which have a disadvantageous effect on the efficiency of the heat transfer.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit einem 5 Mittel zur Bildung mindestens eines Fluidwirbels in Form mindestens einer Kammer von rundem Querschnitt, die rechtwinklig zur Längsachse der Kammer und tangential in deren äussere Wandung einmündende Kanäle zur Einleitung eines Fluids aufweist, und mit zylindrischen Rohren für die Ein-lo bzw. Ableitung des Garns, die an beiden Enden der Kammer koaxial angeordnet sind, um zu bewirken, dass die Durchlaufstrecke für das Garn bei Vorrichtungsbetrieb praktisch entlang der oder parallel zur Längsachse des in der Kammer gebildeten und sich in beide Rohre erstreckenden Fluidwirbels ver-15 läuft. The invention relates to a device having a means for forming at least one fluid vortex in the form of at least one chamber of round cross section, which has channels for the introduction of a fluid perpendicular to the longitudinal axis of the chamber and tangentially into the outer wall thereof, and with cylindrical tubes for the Inlet or outlet of the yarn coaxially disposed at both ends of the chamber to cause the yarn path during device operation to be practically along or parallel to the longitudinal axis of the fluid vortex formed in the chamber and extending into both tubes ver-15 is running.

Die erfmdungsgemässe Vorrichtung ermöglicht d ic Übertragung von Wärme sowohl vom Fluid auf das Garn wie auch vom Garn auf das Fluid. The device according to the invention enables the transfer of heat both from the fluid to the yarn and from the yarn to the fluid.

In einer bevorzugten Ausführungsform der beschriebenen 20 Vorrichtung sind die beiden Rohre für die Ein- bzw. Ableitung des Garns relativ zur Länge der Kammer länger, so dass der Fluidwirbel während einer relativ langen Zeitdauer in Berührung mit einem laufenden Garn gehalten werden kann. In a preferred embodiment of the device described, the two tubes for introducing and discharging the yarn are longer relative to the length of the chamber, so that the fluid vortex can be kept in contact with a running yarn for a relatively long period of time.

Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung 25 zur Behandlung eines laufenden Multifilamentgarns führt die Einwirkung des Fluidwirbels praktisch nicht zu Verschlingung der Einzelfilamente oder Falschzwirnung des hindurchlaufenden Garns. In dieser Beziehung unterscheidet sich die erfmdungsgemässe Vorrichtung deutlich von bekannten ähnlichen 30 Vorrichtungen, von denen bekannt ist, dass sie eine beträchtliche Verschlingung der Einzelfilamente und Falschzwirnung des Garns ergeben. When using the device 25 according to the invention for the treatment of a running multifilament yarn, the action of the fluid vortex practically does not lead to the individual filaments being entangled or the yarn passing through being incorrectly twisted. In this regard, the device according to the invention differs significantly from known similar devices, which are known to result in considerable intertwining of the individual filaments and false twist of the yarn.

In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung beispielsweise dargestellt. 35 Fig. 1A zeigt einen Querschnitt durch die horizontale Mittellinie einer Kammer zur Bildung eines Fluidwirbels, und Embodiments of the device according to the invention are shown in the drawings, for example. 1A shows a cross section through the horizontal center line of a chamber for forming a fluid vortex, and

Fig. 1B zeigt einen axialen Längsschnitt durch die Kammer gemäss Fig. 1A, die ausserdem an ihren beiden Enden Rohre für die Ein- bzw. Ableitung eines hindurchlaufenden 40 Garns aufweist; FIG. 1B shows an axial longitudinal section through the chamber according to FIG. 1A, which also has tubes at its two ends for the introduction and discharge of a yarn running through it;

Fig. 2A und 2B zeigen eine Modifikation der in Fig. 1A und 1B dargestellten Ausführungsform; 2A and 2B show a modification of the embodiment shown in Figs. 1A and 1B;

Fig. 2C zeigt die tangentiale Zuleitung des Fluids in eine Kammer zur Vorerhitzung oder Vorkühlung des Garns im 45 Querschnitt; 2C shows the tangential feed of the fluid into a chamber for preheating or precooling the yarn in a cross-section;

Fig. 3A, 3B und 4 zeigen vergleichsweise Ausführungsformen einer ähnlichen Vorrichtung gemäss dem Stand der Technik. 3A, 3B and 4 show comparative embodiments of a similar device according to the prior art.

Im nachstehenden wird die in den Zeichnungen dargestell-50 te erfmdungsgemässe Vorrichtung und deren Verwendung unter Bezugnahme auf Fig. 1A und 1B der Zeichnungen beispielsweise erläutert. In the following, the device according to the invention shown in the drawings and its use will be explained, for example, with reference to FIGS. 1A and 1B of the drawings.

Die Kammer 11 zur Bildung des Fluidwirbels befindet sich in der Mitte eines Metallblockes 16, ist von rundem Quer-55 schnitt und veijüngt sich gegen ihre beiden Enden hin. In der horizontalen Mittellinie im Bereich des grössten Durchmessers der Kammer sind im Metallblock 16 vier Einlasskanäle 12 symmetrisch um die Kammer herum so angeordnet, dass sie rechtwinklig zur Längsachse der Kammer und tangential in 60 die Aussenwandung der Kammer münden. An beiden Enden der Kammer sind axial Rohre 13 und 14 für die Ein- bzw. Ableitung eines Garns angeordnet, die, wie dargestellt, identisch oder in Durchmesser und/oder Länge unterschiedlich sein können, und in welche hinein sich der in der Kammer gebil-65 dete Fluidwirbel erstreckt. Vom Durchlass 17 in einem konzentrisch um den Metallblock 16 herum angeordneten Metallblock 18 aus kann ein Fluid, beispielsweise Luft, zu den Einleitungskanälen 12 geführt werden. Komprimierbare Dich- The chamber 11 for the formation of the fluid vortex is located in the middle of a metal block 16, is of round cross-section 55 and tapers towards its two ends. In the horizontal center line in the area of the largest diameter of the chamber, four inlet channels 12 are arranged symmetrically around the chamber in the metal block 16 such that they open at right angles to the longitudinal axis of the chamber and tangentially into 60 the outer wall of the chamber. At both ends of the chamber, tubes 13 and 14 are arranged axially for the introduction and discharge of a yarn, which, as shown, can be identical or different in diameter and / or length, and into which the tube formed in the chamber 65 dete fluid vortex extends. A fluid, for example air, can be guided from the passage 17 in a metal block 18 arranged concentrically around the metal block 16 to the inlet channels 12. Compressible seal

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tungsringe 19 aus hitzebeständigem Material schaffen eine fluiddichte Verbindung zwischen den Metallblöcken 16 und 18. tion rings 19 made of heat-resistant material create a fluid-tight connection between the metal blocks 16 and 18th

Für die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung kann jedes gegen das Garn inerte gasförmige oder flüssige Fluid 5 zum Einsatz gelangen, vorzugsweise jedoch ein bei der vorgesehenen Verwendungstemperatur gasförmiges Fluid. Ausser der bereits erwähnten Luft kann als Fluid auch Kohlendioxid, Stickstoff oder Wasserdampf verwendet werden. Any gaseous or liquid fluid 5 which is inert to the yarn can be used for the use of the device described, but preferably a gaseous fluid at the intended use temperature. In addition to the air already mentioned, carbon dioxide, nitrogen or water vapor can also be used as the fluid.

Das Mittel zur Bildung des Fluidwirbels kann mehrere Kammern und jede beliebige Anzahl von Einleitungskanälen für das Fluid aufweisen, und die Kanäle, die tangential in die Kammer(n) einmünden, können relativ zueinander gestaffelt angeordnet sein, vorausgesetzt, dass sie zur wirksamen Bildung eines Fluidwirbels geeignet sind. The fluid vortex forming means may have a plurality of chambers and any number of fluid introduction channels, and the channels tangentially opening into the chamber (s) may be staggered relative to one another provided that they are effective to form a fluid vortex are suitable.

Die zylindrischen Rohre für die Ein- bzw. Ableitung des Garns können gleiche oder unterschiedliche lichte Weite wie die Kammer und untereinander gleiche oder variierende lichte Weite aufweisen. The cylindrical tubes for the introduction and discharge of the yarn can have the same or different clear width as the chamber and the same or different clear width among themselves.

Bei der Verwendung der beschriebenen Vorrichtung wird beispielsweise den in den Zeichnungen dargestellten vier Einlasskanälen 12 ein Fluid, beispielsweise Luft, das Zimmertemperatur aufweisen oder durch äussere, nicht dargestellte Mittel gekühlt oder erhitzt sein kann, zugeführt, während ein Garn 15 über das Einleitungsrohr und Ableitungsrohr 14 durch die Kammer hindurchgeführt wird. Der in der Kammer gebildete Luftwirbel erstreckt sich in die Rohre 13 und 14 hinein und wird in diesen Rohren erhalten, so dass das Garn praktisch entlang der oder parallel zur Längsachse des Wirbels verläuft. Der Luftwirbel nimmt auf seinem Weg im Inneren der Rohre von der Kammer hinweg ab und entweicht schlussendlich in die Umgebungsatmosphäre. When using the described device, for example, a fluid, for example air, which is at room temperature or which can be cooled or heated by external means, not shown, is supplied to the four inlet channels 12 shown in the drawings, while a yarn 15 is fed via the inlet pipe and outlet pipe 14 is passed through the chamber. The air vortex formed in the chamber extends into tubes 13 and 14 and is obtained in these tubes so that the yarn runs practically along or parallel to the longitudinal axis of the vortex. The air vortex moves away from the chamber inside the pipes and ultimately escapes into the surrounding atmosphere.

In der in Fig. 2A, 2B und 2C dargestellten modifizierten Ausführungsform wird das Fluid dem Mittel 21 zur Bildung des Fluidwirbels über eine äussere Kammer 22 zugeführt, in welcher das Fluid das durchlaufende Garn 23 vorerhitzen bzw. vorkühlen kann. Anders als in der vorbeschriebenen Ausführungsform ist in dieser modifizierten Ausführungsform das Mittel zur Bildung des Fluidwirbels Teil eines durchgehenden Rohres gleichmässiger lichter Weite, das in den Teilen 24 und 25 zugleich als Rohr für die Ein- bzw. Ableitung des Garns dient. Zweckmässig ist der Abstand zwischen der Aus-senwandung 26 der Kammer 22 und dem Teil 24 des Innenrohres für den Durchlauf des Garns klein und wird das Fluid tangential über die Zuleitung 27 eingeleitet, wie dies in Fig. 2C im Querschnitt dargestellt ist, so dass über eine lange Wegstrecke ein Fluidwirbel gebildet wird, der eine gute Kühl- bzw. In the modified embodiment shown in FIGS. 2A, 2B and 2C, the fluid is supplied to the means 21 for forming the fluid vortex via an outer chamber 22, in which the fluid can preheat or precool the continuous yarn 23. In contrast to the previously described embodiment, in this modified embodiment the means for forming the fluid vortex is part of a continuous tube of uniform internal width, which in parts 24 and 25 also serves as a tube for the introduction and discharge of the yarn. The distance between the outer wall 26 of the chamber 22 and the part 24 of the inner tube for the passage of the yarn is expediently small and the fluid is introduced tangentially via the feed line 27, as shown in cross section in FIG. 2C, so that over a fluid vortex is formed over a long distance, which provides good cooling or

Erwärmungswirkung ergibt. Zwecks Vorkühlung kann die äussere Kammer 22 von einem Kühlwassermantel umgeben sein. Warming effect results. For the purpose of pre-cooling, the outer chamber 22 can be surrounded by a cooling water jacket.

Für Vergleichszwecke wird in Fig. 3A, 3B und 4 eine bekannte Luftstrahl-Verschlingungsvorrichtung dargestellt, da andernorts daraufhingewiesen wurde, dass Wärmeübertragung auch mit solchen Vorrichtungen erfolgen kann, wovon eine vergleichsweise in Fig. 3A und 3B in Horizontal- bzw. Vertikalschnitt und in Fig. 4 eine modifizierte Ausführungsform der Düse gemäss Fig. 3B in Längsschnitt dargestellt sind, wobei letztere mit Rohren für die Ein- bzw. Ableitung des Garns versehen wurde, um besser mit der in Fig. 1B und 2B dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung übereinzustimmen. 3A, 3B and 4, a known air-jet entangling device is shown for comparison purposes, since it has been indicated elsewhere that heat transfer can also take place with such devices, of which a comparative in FIGS. 3A and 3B in horizontal and vertical section and in FIG 4B shows a modified embodiment of the nozzle according to FIG. 3B in longitudinal section, the latter having been provided with tubes for the introduction and discharge of the yarn in order to better match the embodiment of the device according to the invention shown in FIGS. 1B and 2B.

In der vergleichsweisen Ausführungsform gemäss Fig. 3A und 3B umfasst die Düse einen hohlen, zylindrischen Metallblock 31 von rundem Querschnitt mit einem runden Flansch 32 an einem Ende für die Einsetzung der Düse in einer Stützeinrichtung. Die axiale Bohrung 33 zeigt ebenfalls runden Querschnitt und eine lichte Weite von 2,5 mm und erstreckt sich unter Bildung eines Garndurchganges von 55 mm Länge über die gesamte Länge des Blockes 31. In ungefähr gleichen Abständen von den Enden des Blockes sind zwei einander direkt gegenüberliegende Fluid-Einlasskanäle 34 einer lichten Weite von 0,71 mm radial angeordnet, die gleichzeitigen Ein-lass von Fluid in die Bohrung 33 aus entgegengesetzter Richtung ermöglichen. Komprimierbare Dichtungsringe 35 aus hitzebeständigem Material schaffen eine fluiddichte Verbindung zwischen dem zylindrischen Block und einer nicht dargestellten Lieferquelle für das Fluid. In the comparative embodiment according to FIGS. 3A and 3B, the nozzle comprises a hollow, cylindrical metal block 31 of round cross-section with a round flange 32 at one end for the insertion of the nozzle in a support device. The axial bore 33 also has a round cross section and a clear width of 2.5 mm and extends to form a yarn passage 55 mm long over the entire length of the block 31. At approximately equal distances from the ends of the block are two directly opposite one another Fluid inlet channels 34 are arranged radially with a clear width of 0.71 mm, which allow simultaneous inlet of fluid into the bore 33 from the opposite direction. Compressible sealing rings 35 made of heat-resistant material create a fluid-tight connection between the cylindrical block and an unillustrated supply source for the fluid.

Die vergleichsweise in Fig. 4 dargestellte modifizierte Aus-führungsform der Düse ist in jeder Beziehung gleich der in Fig. 3A und 3B dargestellten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass sie an beiden Enden mit identischen Rohren 41 und 42 für die Ein- bzw. Ableitung des Garns und zur Aufnahme des in der Düse gebildeten Fluidwirbels versehen ist. Die Gesamtlänge dieser Ausführungsform beträgt 305 mm. The modified embodiment of the nozzle shown comparatively in FIG. 4 is in every respect the same as the embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, except that it has identical tubes 41 and 42 at both ends for the introduction and discharge of the Yarn and for receiving the fluid vortex formed in the nozzle is provided. The overall length of this embodiment is 305 mm.

In Vergleichsversuchen wurde ermittelt, dass der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung der erfindungsgemässen Vorrichtung demjenigen der Vergleichsvorrichtungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen weit überlegen ist. It was determined in comparative experiments that the efficiency of the heat transfer of the device according to the invention is far superior to that of the comparative devices under different operating conditions.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich zum Erwärmen wie auch zum Abkühlen von ungedrehtem oder gezwirntem Garn und für die Thermofixierung während der Falschzwirnkräuselung von Mono- und Multifilamentgarn, gelangt jedoch vorzugsweise für die vorstehend beschriebene Thermofixierung durch Erhitzen und Abkühlen bei der Falschzwirnkräuselung von Kunstfasergarn zum Einsatz. The device according to the invention is suitable for heating as well as for cooling untwisted or twisted yarn and for heat setting during the false twist crimping of mono- and multifilament yarns, but is preferably used for the above-described thermofixing by heating and cooling during the false twist crimping of synthetic yarn.

15 15

20 20th

25 25th

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40 40

s v s v

3 Blätter Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims (2)

616968 2 PATENTANSPRÜCHE616 968 2 PATENT CLAIMS 1. Vorrichtung zum Austausch von Wärme zwischen einem laufenden Garn und einem Fluid unterschiedlicher Temperatur, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Bildung mindestens eines Fluidwirbels in Form mindestens einer Kammer von rundem Querschnitt, die rechtwinklig zur Längsachse der Kammer und tangential in deren äussere Wandung einmündende Kanäle zur Einleitung eines Fluids aufweist, und durch zylindrische Rohre für die Ein- bzw. Ableitung des Garns, die an beiden Enden der Kammer koaxial angeordnet sind, um zu bewirken, dass die Durchlaufstrecke für das Garn bei Vorrichtungsbetrieb praktisch entlang der oder parallel zur Längsachse des in der Kammer gebildeten und sich in beide Rohre erstreckenden Fluidwirbels verläuft. 1. A device for exchanging heat between a running yarn and a fluid of different temperatures, characterized by a means for forming at least one fluid vortex in the form of at least one chamber of round cross-section, the channels opening at right angles to the longitudinal axis of the chamber and tangentially in its outer wall Introduction of a fluid, and through cylindrical tubes for the introduction or discharge of the yarn, which are arranged coaxially at both ends of the chamber to cause the passage length for the yarn during device operation practically along or parallel to the longitudinal axis of the in fluid vortex formed in the chamber and extending into both tubes. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um das Mittel zur Bildung mindestens eines Fluidwirbels herum Mittel zur Vorerhitzung oder Vorkühlung des hindurchlaufenden Garns angeordnet sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that means for preheating or pre-cooling the yarn passing through are arranged around the means for forming at least one fluid vortex.