Теплообмінний пристрій для камери волокноутворення

1. Теплообмінний пристрій (1), який містить щонайменше одну лопатку (2), яка має в основному форму паралелепіпеда і має засоби продування текучого середовища, при цьому засоби продування виконані однаковими і утворені стінками (4, 5) лопатки (2), причому стінки (4, 5) мають відкриту пористість, при цьому відкрита пористість стінки (4, 5) знаходиться в межах від 5 до 30 %, переважно від 10 до 25 % і ще більш переважно - від 15 до 20 %, а лопатка має проникність, виміряну при тиску повітря 0,5 бар і при 0°С, яка знаходиться в діапазоні від 300 до 1500 Нм3/год/м2, зокрема в діапазоні від 300 до 800 Нм3год/м2. 2. Теплообмінний пристрій (1) за п. 1, який відрізняється тим, що проникність, виміряна при тиску повітря нижче 0,5 бар і при 0°С, знаходиться в діапазоні від 500 до 600 Нм3/год/м2. 3. Теплообмінний пристрій (1) за будь-яким з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що поле швидкостей продувального текучого середовища є симе C2 2 (11) 1 3 80315 4 лу) на поверхні лопаток, проникненню пилу і водяпараметрів для одержання оптимального волокна, них крапель в килим, що є відомим фактором неоскільки вона впливає на в'язкість скла. стабільності килима. З цієї причини необхідно здійснювати охолоПатенти US 4214884 та US 4310602 стосуютьджування фільєри знизу, для зниження темперася лопаток, що виконуються з тонкої пластини матури крапель скловолокна. сивного нікелю. За допомогою фотохімічного або Крім того, на температуру крапель волокна електролітичного способу одержують отвори іденвпливають інші явища, що вимагають встановлентичних і точних розмірів. ня теплообмінних пристроїв під дном фільєри. Незважаючи на всю ретельність виготовлення Так, в камері волокноутворення рух волокон цих отворів, їх щільність є недостатньою для аезахоплює за собою повітря, що залишається в ролітичного протікання оптимальних умов (однорікилимі, назовні камери, що спричиняє всмоктувандність), які гарантують стабільність скловолоконня повітря ззовні всередину килима під дном фільного килима. єри. Необхідно здійснювати подачу свіжого повітЗадачею даного винаходу є усунення цих неря, щоб компенсувати цю нестачу повітря під дном доліків за допомогою теплообмінного пристрою, фільєри і забезпечити, таким чином, рівномірний призначеного для встановлення під дном фільєри, теплообмін з краплями скла і дном фільєри, що зокрема, фільєри з підвищеною витяжкою, при дозволяє також поліпшити однорідність титру. цьому теплообмінний пристрій виконаний з можПерше сімейство відомих теплообмінних приливістю забезпечення оптимальних умов волокностроїв, що дозволяють впливати на температуру утворення для одержання скловолоконного килидна фільєри, але що не забезпечують функцію ма, що проходить через згадану фільєру. живлення повітрям, містить лопатки, утворюючі У зв'язку з цим об'єктом даного винаходу є тегребінки. Кожну з лопаток виконують з бруска, виплообмінний пристрій, який містить, щонайменше, конаного з матеріалу, який відрізняється високими одну лопатку, обладнану засобами продування коефіцієнтами теплообміну (зокрема, на рівні тептекучого середовища, який відрізняється тим, що лопровідності), при цьому один з вільних кінців ці засоби продування є однаковими і утворені, щобруска з'єднують з колектором, який жорстко з'єднайменше, однією з стінок згаданої лопатки, при наний з камерою волокноутворення на рівні нижцьому згадана стінка є стінкою з відкритою порисньої частини дна фільєри і містить контур рідкого тістю. енергоносія, дозволяючи, таким чином, видаляти За рахунок такої конструкції можна забезпечикалорії, витягнуті за рахунок теплопровідності, при ти оптимальне охолоджування краплі скла, яка цьому скловолокно проходить між вільними провиходить з дна фільєри, за допомогою конвекційміжками гребінки. ного руху, що створюється продуванням текучого Незважаючи на те, що пристрої цього першого середовища. сімейства відповідають вимогам охолоджування У переважних варіантах виконання даного визнизу дна фільєри, вони не можуть застосовуватинаходу можна також використати одне і/або інше з ся на фільєрах з підвищеною витяжкою. Пробленаступних положень: ми, пов'язані з геометричною формою камер воло- відкрита пористість стінки знаходиться в мекноутворення (розміри зони камери, призначеної жах від 5 до 30%, переважно від 10 до 25% і ще для установки фільєри, зафіксовані конструктивбільш переважно - від 15 до 20; но), утруднюють встановлення цих пристроїв на - лопатка має в основному форму паралелепіфільєрах, які містять велику кількість отворів (депеда і поперечний трубчастий переріз, що має кілька тисяч), причому ця проблема стає ще більш проникність, виміряну при тиску нижче 0,5 бар і гострою, коли йдеться про подачу додаткового при 0°С, яка знаходиться в діапазоні від 300 до повітря, що є умовою, необхідною для фільєр з 1500Нм3/год/м2, зокрема, в діапазоні від 300 до підвищеною витяжкою. 800Нм3/год/м2 і переважно - в діапазоні від 500 до Крім цього, відоме друге сімейство теплооб600Нм3/год/м2; мінних пристроїв, які одночасно забезпечують фу- поле швидкостей текучого енергоносія сименкцію охолоджування краплі скла і функцію подачі тричне по обидві сторони стінки з відкритою пориповітря. Йдеться про дуттьові лопатки. Ці лопатки стістю; також розташовані у вигляді гребінки і знаходяться - щонайменше, одну з стінок теплообмінного під дном фільєри, при цьому скляні нитки прохопристрою виконують шляхом сплавлення металедять через вільні простори між рядами лопаток. вого порошку; Охолоджуючі лопатки відомі з патентів US - металевий порошок одержують на основі су3150946 та US 3345147. Згідно з цими документаміші порошку нержавіючого матеріалу, латуні, німи лопатки виконують з металевої сітки, яку згикелю, що має гранулометричний розмір, менший нають, утворюючи трубчасті лопатки. Однак при 100мкм і, який переважно знаходиться в межах від згинанні деякі комірки деформуються. Тому вони 10 до 80мкм; мають різні розміри, тому потік при роздуванні - пористість лопатки на основі металевого постає неоднорідним. рошку становить приблизно 17%; З патенту US 5693118 відомий пристрій на ос- щонайменше, одну з стінок теплообмінного нові всмоктуючих лопаток, що дозволяє підвищити пристрою виконують нашаруванням металевої конвекційний теплообмін під дном фільєри. Всмоксітки; тування повітря лопатками створює однорідний - нашарування виконують із 3-18, зокрема, з 3потік під фільєрою і поліпшує стабільність волок6 шарів металевої сітки; ноутворення. З іншого боку, всмоктування повітря - текуче середовище є повітрям під тиском в лопатками сприяє осадженню летких речовин (пи 5 80315 6 бувається всередині лопатки: такий тип продувамежах від 0,1 до 6 бар, переважно від 0,2 до 4 бар; льного середовища відрізняється тим, що дозво- текуче продувальне середовище одержують ляє використати приховану теплоту внаслідок випаровування первинної рідини всерепароутворення текучого середовища. Кожний з дині лопатки; каналів кожної з лопаток з'єднують з колектором - теплообмінний пристрій обладнаний додатпід час виконання гребінки, при цьому сама гребінковим контуром охолоджування. Інші відмітні ознака на рівні колектора обладнана пристроєм сполуки та переваги даного винаходу будуть більш очечення з продувальним текучим середовищем, що видні з нижченаведеного опису одного з варіантів розподіляється на рівні камери волокноутворення. виконання, представленого як не обмежувальний Згідно з першим варіантом здійснення даного приклад, з посиланнями на прикладені фігури кревинаходу лопатку одержують шляхом сплавлення слень, в числі яких: металевого порошку, зокрема, суміші порошку Фіг.1 зображає вигляд в перспективі теплообнержавіючого матеріалу, латуні, нікелю з грануломінного пристрою відповідно до даного винаходу. метричним розміром менше 100мкм, і який переФіг.2 - криву зміни витяжки фільєри залежно важно знаходиться в межах від 10 до 80мкм. від підвищення заданої температури фільєри для Необхідна при цьому типі порошку пористість різних значень витрати охолоджуючого повітря, знаходиться в межах від 5 до 30%, переважно від що проходить через лопатку. 10 до 25%, ще більш переважно - від 15 до 20% і Фіг.3 - криву зміни теплової потужності, яка по суті близька до 17%. може бути видалена через дуттьову лопатку, заТовщина трубчастих стінок лопатки по суті лежно від витрати продувального текучого сереприблизно дорівнює 1мм. довища і залежно від різниці температури між точПо обидві сторони кожної з великих сторін локою лопатки і повітрям, що нагнітається. патки виміряли повітропроникність при тиску ниж Фіг.4 та 5 представляють фотографії, що ілюсче 0,5 бар і при 0°С, яка знаходиться в діапазоні трують зміну форми краплі для різних значень від 300 до 1500Нм3/год/м2, зокрема, в діапазоні від температури і витрати продувального текучого 300 до 800Нм3/год/м2 і переважно в діапазоні від середовища при двох різних положеннях краплі на 500 до 600Нм3/год/м2, що дає швидкість протіканлопатці. ня в межах від 0,08 до 0,2м/с для першого інтерНа Фіг.1 показаний теплообмінний пристрій 1 валу значення проникності. Робочий тиск лопатки відповідно до даного винаходу. Він містить множиі, отже, гребінки, яка включає в себе, щонайменну лопаток 2 (для кращого розуміння креслення ше, одну з цих лопаток, становить від 0,1 до 6 бар, показані тільки дві лопатки) і колектор 3. В цьому переважно від 0,2 до 4 бар. частинному варіанті виконання кожну з лопаток, на Згідно з другим варіантом виконання лопатку рівні одного з її вільних кінців, жорстко з'єднують одержують нашаруванням металевої сітки, щовідомими способами (зварюванням, паянням, найменше, з 3-18 шарів, зокрема, щонайменше, з склеюванням) з однією з стінок колектора з мож3-6 шарів сітки, з'єднаних пресуванням або сплавливістю утворення гребінки. Зрозуміло, що такий ленням. Розмір комірки сітки по суті знаходиться в теплообмінний пристрій може мати конфігурацію, межах від 1 до 30мкм. яка відрізняється від форми гребінки, і мова може Пористість, яку одержують при такому нашайти про раму або частину рами, що містить згадані руванні металевої сітки, знаходиться в межах від 5 лопатки. до 30%, переважно від 10 до 25% і ще більш переТакий теплообмінний пристрій призначений важно - від 15 до 20%. для встановлення безпосередньо під дном фільєТочно так само на кожній з великих сторін цих ри в камері волокноутворення. Крок між лопатками лопаток виміряли повітропроникність при тиску по суті відповідає проміжкам між волокноутворююнижче 0,5 бар і при 0°С, яка знаходиться в діапачими рампами, виконаними в дні фільєри, таким зоні від 300 до 1500Нм3/год/м2, зокрема, в діапазочином, щоб нитки скляного розплаву проходили по ні від 300 до 800Нм3/год/м2 і переважно в діапазоні суті в площині, копланарній і рівновіддаленій по від 500 до 600Нм3/год/м2, що забезпечує швидкість відношенню до двох лопаток, що знаходиться попротікання від 0,08 до 0,2м/с (для першого діапаруч одна з одною. зону значень проникності). Робочий тиск лопатки і, Кожна лопатка має по суті форму паралелепіотже, гребінки, яка включає в себе, щонайменше, педа з поперечним трубчастим перерізом і містить одну з цих лопаток, становить від 0,1 до 6 бар і попарно паралельні малі і великі стінки 4, 5, при переважно від 0,2 до 4 бар. цьому великі стінки повинні бути повернені у бік На основі такої конструкції стало можливим волокон. У прикладі, показаному на Фіг.1, лопатка визначити деяку кількість характеристик протіканмає поперечний прямокутний переріз, і внутрішній ня продувального текучого середовища через коканал 6, обмежений стінками 4, 5 лопатки, забезжну сторону великих стінок лопатки. печує проходження продувального текучого сереНа Фіг.2 показана зміна витяжки фільєри задовища під тиском (зокрема, повітря або азоту). лежно від підвищення заданої температури дна Це текуче середовище переважно обробляють фільєри для різних значень витрати продувальнодля видалення будь-яких частинок, які можуть го текучого середовища, що проходить через стінзакупорити пори лопатки (видалення з повітря ку лопатки. Дані, що відносяться до фільєри, промасла, пилу). Продувальне текуче середовище ілюстрованої на Фіг.2 і на подальших фігурах, можна також одержати внаслідок випаровування представлені як приклад, при цьому фільєра, що рідини (води, спирту, етиленгліколю, ацетону, прирозглядається, є лабораторною фільєрою, що жичому це середовище можна використати в чистому виться склобоєм міцного лужного скла. вигляді або в суміші), причому випаровування від 7 80315 8 Витяжка фільєри поступово зростає у міру підє дуже стабільною, і практично більше не спостерівищення заданої температури фільєри. При грагається пульсації краплі, як це відбувалося при ничній температурі, яку може витримати фільєра використанні лопаток з попереднього рівня техні(1475°С), і при коректуванні натиску продування ки. Можна здійснювати стабільне волокноутворенмаксимальна витяжка фільєри доходить до ня, навіть коли крапля переливається навколо 47,4кг/день. Вона на 21% перевищує максимальну сопла. Коли крапля нагрівається до дуже високої витяжку, що одержується за допомогою класичних температури, поновлюється пульсація, і незначне лопаток (39,1кг/день). Таким чином, виграш у випосилення продування дозволяє відразу ж усунути тяжці за допомогою дуттьових лопаток є істотним. цю нестабільність. Крім того, під час випробувань Необхідно зазначити, що ця максимальна витяжка було зазначено, що можна дуже легко і плавно швидше обмежена максимальною заданою темзмінювати форму крапель шляхом регулювання пературою фільєри (1475°С), яка є температурою натиску продування через лопатки. Це дає можлиплавлення сплаву, з якого виготовлена фільєра. вість кращого регулювання титру волокна. Підвищення витяжки фільєри залежить не Існує можливість передбачити й інші варіанти тільки від температури продувального текучого виконання, не показані на фігурах, особливо стосередовища, що бере участь в конвекційному охосовно форм, перерізів, розмірів лопаток. Точно так лоджуванні лопаток. Коли продувальне текуче само у варіанті виконання теплообмінного присередовище проходить через пористі стінки лопастрою, не показаного на фігурах, можна вбудувати ток, свіже продувальне середовище (що входить в на рівні колектора охолоджуючий контур, який за лопатки при температурі 20°С) ефективно охолорахунок циркуляції рідкого енергоносія (наприклад, джує лопатки і може підтримувати відносно низьку води) дозволяє додатково видаляти калорії. температуру лопаток залежно від натиску продуОписаний вище винахід має ряд переваг. вання. У той же час ця низька температура дутВін дозволяє збільшити охолоджування склятьових лопаток дозволяє підвищити відносний ної краплі і дна фільєри за допомогою продування теплообмін між краплями та дуттьовими лопаткачерез лопатки. Це дозволяє розширити темперами. Щоб уявити собі охолоджуючу здатність дуттурний діапазон волокноутворення. Волокноутвотьових лопаток, наФіг.З показана теплова потужрення стає менш критичним і більш стабільним. ність, яка може бути видалена дуттьовою Даний винахід дозволяє уникнути осадження лопаткою залежно від витрати продувального телеткої речовини на поверхнях лопаток при продукучого середовища, відповідно при температурі ванні. Лопатки дозволяють підвищити ефективповітря навколо крапель в 100°С, 200°С та 300°С. ність і економічність волокноутворення. При вироЗ фігури видно, що, якщо витрата продувального бництві волокон можна в основному або повністю текучого середовища (в цьому випадку повітря), відмовитися від періодичного очищення лопаток, що продувається лопаткою, дорівнює 5м3/ч, то що підвищує продуктивність. вона може видаляти 120 ват при 100°С, 280 ват Даний винахід також дозволяє виконувати лопри 200°С та 450ват при 300°С. Ці дані можна попатки з регульованим рівнем теплопоглинання і рівняти з охолоджуючою здатністю лопатки, відозабезпечує оптимальне теплопоглинання за всіх мою з попереднього рівня техніки, причому ця умов роботи. охолоджуюча здатність обмежена сотнею ват. Він дає додаткову можливість для точного коНезважаючи на те, що підвищення витяжки ректування титру ниток за допомогою регулюванфільєри є однією з головних задач, що вирішуютьня тиску продування. ся користувачами, необхідно також мати на увазі, За допомогою свіжого повітря, що нагнітається що це підвищення не повинне відбуватися за рачерез лопатки, дозволяє негайно компенсувати хунок стабільності фільєри і в основному за рахуповітря, яке відсмоктується із зони волокноутвонок стабільності крапель, що утворюються під рення при витягуванні волокон, що дозволяє скодном фільєри. Однак стабільність крапель залеротити або усунути попадання повітря ззовні всежить від їх температури, а сама ця температура редину волоконного килима в цій чутливій зоні. залежить від витрати продувального текучого сеТаким чином, на волокноутворення не впливають редовища і його рівномірності. завихрюючі або перехідні ефекти потоку повітря Як показано на Фіг.4 та 5, коли задана темпеззовні волоконного килима (наприклад, піднімання ратура підвищується, крапля, показана на Фіг.4, пилу). Аеролітичні умови в зоні волокноутворення стає все гарячішою. Поступово вона збільшується стають більш стабільними і більш контрольованив об'ємі і стає більш прямою. У разі краплі, показами. ної на Фіг.5, продування через лопатки відбуваєтьТаким чином, за допомогою лопаток з рівноміся більш плавно, і крапля має великі розміри. Коли рним і однорідним продуванням можна здійснювазадана температура підвищується, крапля збільти волокноутворення при більш високій темперашується і починає виходити за краї сопла. Почитурі і можна зменшити натягнення наючи від 1465°С, необхідно збільшити витрату волокноутворення при збереженні стабільності повітря, щоб стабілізувати волокноутворення. При фільєри. цьому спостерігається дуже цікаве явище: крапля 9 Комп’ютерна верстка В. Мацело 80315 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601