專利名稱：制纖室的熱交換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造玻璃纖維的制纖室的改進。已知一個制纖室是以它本身眾所周知的方式由至少一個穿有眾多孔沿的噴絲頭構(gòu)成的，通過這些孔洞流出熔化的玻璃以便形成一束玻璃纖維。
更具體地說，本發(fā)明的目的是一個熱交換裝置，它適合于被定位在噴絲頭的底部下面，而噴絲頭本身又位于制纖室的內(nèi)部。
然而，一個制纖室的管理是一個特別復(fù)雜的過程，在此過程中很多的物理化學參數(shù)要時時刻刻受到控制。以此理由，人們尤其要注意到噴絲頭底部的溫度是為了取得理想纖維的所述最重要參數(shù)之一，溫度實際上決定著玻璃的粘度。
為此目的，因此有必要從噴絲頭的底部進行冷卻以便使玻璃纖維球的溫度固定不變。
另一方面，其它現(xiàn)象也影響到纖維球的溫度，而這需要在噴絲頭底部的下面有熱交換裝置加入。
這樣，在一個制纖室里，纖維的運動帶動在纖維束里捕獲的空氣朝向制纖室的外部。這就在噴絲頭底部的下面形成從外部朝纖維束的內(nèi)部吸空氣。有必要供應(yīng)新鮮的空氣，以便補償噴絲頭底部的下方的空氣不足，通過所述玻璃球和噴絲頭底部保證一個均勻的熱交換，因此使得能改進纖度的均勻性。
能影響噴絲頭底部的溫度但不保證供應(yīng)空氣功能的已知的熱交換裝置的一個第一家族是由形成一些梳狀物的一個葉片網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。每個葉片由一種具有優(yōu)良熱交換系數(shù)的材料(主要在導(dǎo)熱方面)形成的一個桿出發(fā)實現(xiàn)的，每個桿的自由端之一在噴絲頭底部的下方水平上連接在制纖室的一個連成一體的集流管上，并具有一個載熱流體環(huán)路，使得能通過傳導(dǎo)疏散被提取的熱量，玻璃纖維在梳狀物的自由縫隙之間通行。
雖然它符合在噴絲頭底部的下面的冷卻方面的目前要求，但是裝置的這個第一家族對于所述高產(chǎn)量噴絲頭來說不是可掉換位置的。一些與制纖室的幾何形狀有關(guān)的問題(接收噴絲頭的制纖室的區(qū)域的尺寸是由制造固定的)，使得對于一些具有大量開口(好幾千個)的噴絲頭來說，這些裝置的安裝很難實現(xiàn)，當這涉及提供補充的空氣時，這個問題變得越來越激化，對所述高產(chǎn)量噴絲頭來說，提供補充空氣是必不可少的。
另外，人們熟悉熱交換裝置的一個第二家族，它既保證玻璃球的冷卻功能，又保證空氣引入功能。這是關(guān)于一些鼓風葉片。這些鼓風葉片同樣地呈梳子狀，并且位于噴絲頭底部的下面，玻璃纖維通過葉片排之間確定的自由空間。
由專利文獻US 3150 946和US 3345 147，一些冷卻葉片是已知的。然而，根據(jù)這些文件，所述葉片是從一種金屬織物做成的，它被彎曲成管狀以便形成葉片。然而，這種彎曲使某些網(wǎng)孔變形，這些網(wǎng)孔不再有相同的尺寸，由于鼓風而產(chǎn)生的流動不再是均勻的。
由專利文獻US 5693 118了解到一種吸氣葉片裝置，它能增加噴絲頭底部的下面對流的熱交換。由葉片吸空氣在噴絲頭下面產(chǎn)生均勻的流動，并改善纖維制造的穩(wěn)定性。相反地，由葉片吸收的空氣有利于在葉片的表面上沉淀一些飄浮的物質(zhì)(粉塵)，粉塵和水滴滲透到纖維束里，這些是纖維束不穩(wěn)定性的已知因素。
專利文獻US 4214 884和US 4310 602涉及一些葉片，是從整塊的優(yōu)質(zhì)鎳板制造成的。尺寸一致而精確的孔是用一種光化學方法或電解方法取得的。
盡管在這些孔的制造中非常細心，為了保證理想條件的氣動流動(均勻性)孔的密度還是不夠大的，這些理想條件保證玻璃纖維束的穩(wěn)定性。
本發(fā)明目的在于通過推薦一個要被定位在一個噴絲頭的底部下方的熱交換裝置來解決這些缺陷，特別是高產(chǎn)量的噴絲頭，這種熱交換裝置適合于保證通過上述噴絲頭的纖維束的理想的紡絲條件。
為此，本發(fā)明的目的的熱交換裝置包括至少一個具有一種流體鼓風設(shè)備的葉片，其特征在于，所述鼓風設(shè)備是同樣的，并且是由上述葉片的壁的至少一個構(gòu)成，上述壁以多孔性開放。
因為這些布置，借助于從流體鼓風出來的對流運動有可能取得從噴絲頭底部出來的玻璃球的理想的冷卻。
在本發(fā)明的優(yōu)選的一些實現(xiàn)方式中，人們或許可以另外借助于下面安排中的一個或另外一個
--壁的開放的孔隙率包括在5％到30％之間，優(yōu)選是在10％到25％之間，更加優(yōu)選是在15％和20％之間。
--葉片形狀全部地是平行六面體的，和管狀垂直截面的，在氣壓為0.5巴和0℃的條件下測得它的滲透性在300到1500Nm3/h/m2的范圍里，特別是在300到800Nm3/h/m2的范圍里，優(yōu)選是在500到600Nm3/h/m2之間的范圍里。
--鼓風流體的速度場在開放的多孔性壁的兩側(cè)是對稱的。
--熱交換裝置的壁中至少一個壁是通過一種金屬粉末的熔燒而取得的。
--金屬粉末是以不銹鋼的，黃銅、鎳的粉末混合為基的，其粒度小于100μm，優(yōu)選的粒度在10到80μm之間。
--以金屬粉末為基的葉片的孔隙率約為17％。
--熱交換裝置的壁中至少一個壁是通過金屬織物的疊片取得的。
--疊片具有3到18層，特別是3到6層的金屬織物。
--流體是空氣，它的氣壓在0.1到6巴之間，優(yōu)選是在0.2和4巴之間。
--鼓風流體來自初始為液態(tài)的一種流體在葉片內(nèi)部的蒸發(fā)。
--熱交換裝置具有一個輔助的冷卻環(huán)路。
本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將在它的實現(xiàn)形式中之一的下面的描述中出現(xiàn)。這種實現(xiàn)形式作為非限制性的例子給出的，對照附在一起的圖，在這些圖中--

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個熱交換裝置的一個透視圖，--圖2為一個曲線，它表示隨著噴絲頭的設(shè)定溫度的提高和通過葉片冷卻空氣的各種不同的流量一個噴絲頭的產(chǎn)量的變化，--圖3是一個曲線，它表示隨著鼓風流體的鼓風流量和隨著在葉片的一點和被吹的空氣之間的溫度偏差能被一鼓風葉片疏散的熱功率的變化，和--圖4和圖5是一些照片，表示對于玻璃球在葉片上兩個不同位置上對鼓風流體不同溫度和不同流量的玻璃球的形狀變化。
在圖1上人們表示根據(jù)本發(fā)明的熱交換裝置1，這個裝置主要包括眾多葉片2(為了對圖有更好的理解，僅僅有兩個葉片表示出來了)和一個集流管3。每一個葉片在它的自由端之一的位置上用已知的方法(通過焊接、釬焊接，粘貼)使之連接在集流管的壁之一的位置上，以便在這種特別的實現(xiàn)方式中形成一個梳狀物。不言而喻，這種熱交換裝置可以采取除梳子狀的其它各種不同的外形，這涉及包含有上述葉片的一個框架或框架的一個部分。
這個熱交換裝置用于定位在一個制纖室里的一個噴絲頭的底部下面和附近。葉片之間的間距近似地對應(yīng)位于噴絲頭底部的制纖凸頭的間隔，以便熔化的玻璃絲大致在一個定位平面里以共面方式和在兩個并列的葉片之間等距離地緩慢前進。
每個葉片幾乎是管狀垂直截面的平行六面體的形狀，并具有一些兩兩平行的小的和大的壁4，5，而所述大的壁4，5用于面對所述纖維。在圖1上表示的例子中，葉片有長方形垂直截面，而葉片的壁4，5之間決定的內(nèi)部管道6能使壓縮的鼓風流體(例如主要是空氣和氮氣)通過。這個鼓風流體事先受到一種處理，能把所有的有害粒子除掉，這些有害顆粒含有堵塞葉片孔(去油脂空氣，除塵空氣)的危險。鼓風流體也可以出自一種初始為液態(tài)的流體的蒸發(fā)(水、酒精、乙烯甘醇、丙酮，這種流體是純凈的或混合的被使用)，這種蒸發(fā)是在葉片內(nèi)部發(fā)生的這種類型的鼓風流體是有利的，因為這能使用流體的蒸發(fā)潛熱。當實現(xiàn)梳狀物時，每一個葉片的每一個管道都連接在集流管上。梳狀物本身在集流管的位置上有一個連接鼓風流體的裝置，這種流體在制纖室處分配。
根據(jù)本發(fā)明的第一實現(xiàn)方式，葉片通過一種金屬材料的粉末燒結(jié)而成，主要是不銹鋼、黃銅、鎳粉末的混合物，粉末的粒度小于100μm而優(yōu)選是在10到80μm之間。
用這種類型的粉末探究的開放孔隙率在5％到30％之間，優(yōu)選是在10％到25％之間，最好是在15％到20％之間，近似地為17％左右。
葉片的管狀壁的厚度近似為1毫米。
借助于這些葉片，可以在葉片的每個大面的兩側(cè)在0.5巴和0℃之下測量空氣滲透性，其值在300到1500Nm3/h/m2范圍里，特別是在300到800Nm3/h/m2范圍里，優(yōu)選是在500到600Nm3/h/m2的范圍里。這代表流動速度在0.08和0.2m/s之間用于滲透性的第一取值區(qū)間。葉片的和結(jié)合到至少這些葉片中一個的梳狀物的工作壓力在0.1巴和6巴之間，優(yōu)選是在0.2巴和4巴之間。
根據(jù)一個第二實施方式，葉片是通過一種金屬織物的疊片得到的，疊片至少在3層到18層之間，特別是至少有3層到6層，通過壓縮或通過燒結(jié)集在一起的織物疊層?？椢镌诰W(wǎng)眼大約在1到30微米的范圍里。
用這種金屬織物疊片獲得的開放孔隙率在5％到30％之間，優(yōu)選是在10％到25％之間，更優(yōu)選是在15％到20％之間。
同樣，借助這些葉片，人們可以在葉片的大面之中每一個上在0.5巴和0℃之下測量空氣滲透性，其值在300到1500Nm3/h/m2的范圍里，特別是在300到800Nm3/h/m2的范圍里，優(yōu)選是在500到600Nm3/h/m2的范圍里，這代表一些流動速度，其值在0.08和0.2m/s之間(用于滲透值的第一范圍)。葉片和結(jié)合到至少這些葉片之中一個的梳狀物的工作壓力在0.1巴和6巴之間，優(yōu)選是在0.2巴和4巴之間。
從這個制造出發(fā)，可能確定通過葉片的大壁的每一側(cè)鼓風流體的流動若干特性。
因此，圖2指出對于通過葉片的一個壁鼓風流體的不同流量來說隨著噴絲頭底部的設(shè)定溫度的提高，噴絲頭產(chǎn)量變化，相對于在圖2上表示的噴絲頭的數(shù)據(jù)和下述的數(shù)據(jù)是象征地給出的，有關(guān)的噴絲頭是個實驗室噴絲頭，用堅固的堿玻璃屑供料。
當噴絲頭的設(shè)定溫度提高時，噴絲頭產(chǎn)量逐漸增加。在能被噴絲頭承受的極限溫度(1475℃)下，通過調(diào)節(jié)鼓風的流量，找到噴絲頭的最大產(chǎn)量為47.2kg/天，它比用所述傳統(tǒng)的葉片的最大產(chǎn)量(39.1kg/天)大出21％。用鼓風葉片的產(chǎn)量的增益因此是很大的；應(yīng)該指出的是這個最大產(chǎn)量更受限于噴絲頭的最大設(shè)定溫度(1475℃)，這是構(gòu)成噴絲頭的合金的熔化溫度。
噴絲頭的產(chǎn)量的增加不僅僅決定下鼓風流體的溫度，用對流冷卻葉片。當鼓風流體通過葉片的多孔壁時，新鮮的鼓風流體(以200℃進入到葉片里)有效地冷卻所述葉片。并能隨著鼓風流量的變化保持一個相對比較低的葉片溫度。鼓風葉片的這個低的溫度能同時增加玻璃球與所述鼓風葉片之間的輻射熱交換。為了給出關(guān)于鼓風葉片的冷卻能力的構(gòu)思，在圖3中表示隨著鼓風流體的鼓風流量被一個鼓風葉片疏散的熱功率，分別假設(shè)在100℃，200℃和300℃的玻璃泡周圍的空氣溫度。注意到如果一個噴絲頭吹出的鼓風流體流量(在空氣的情況下)為5m3/h，它在100℃下可以疏散出120瓦，在200℃下280瓦，和在300℃下450瓦。這些數(shù)據(jù)都接近用先前工藝的一個已知葉片的冷卻能力。這個冷卻能力被限制在某一定的瓦數(shù)之內(nèi)。
雖然一個噴絲頭的產(chǎn)量的增加構(gòu)成使用者所尋求的主要目標之一，但最好應(yīng)該不忘記這種增加不應(yīng)該與噴絲頭的穩(wěn)定性背道而馳，主要是不應(yīng)與在噴絲頭底部下面形成的玻璃泡的穩(wěn)定性背道而馳。然而，玻璃泡的穩(wěn)定性是隨它們的溫度而變的，這個溫度本身又隨鼓風流體的流量和它的均勻性而變的。
如同人們可以在圖4和圖5上看到的，注意到當設(shè)定溫度提高時，在圖4上表示的玻璃泡變得越來越熱。它逐漸地重獲它的體積并變得越來越直。對于在圖5上表示的玻璃泡由葉片的鼓風是比較溫和的，而玻璃泡是比較大的。當設(shè)定溫度提高時，玻璃泡就增大，并開始在凸頭周圍漫溢出來。從1465℃開始，為了穩(wěn)定纖維制造人們不得不提高空氣流量。一個非常有趣的現(xiàn)象被觀察到玻璃泡是非常穩(wěn)定的，而人們基本上不再看見用以前工藝的葉片觀察到的玻璃泡的脈動。人們可以穩(wěn)定地制纖維，甚至當玻璃泡在凸頭周圍漫溢出來時。當玻璃泡是極其熱時，脈動重新出現(xiàn)，并且鼓風的一個小小的增加就能立刻緩和這種不穩(wěn)定性。另外，在實驗中人們注意到用這些葉片調(diào)節(jié)鼓風的流量，人們可以非常容易地輕而易舉地改變玻璃泡的形狀。這就提供了潛在性調(diào)節(jié)紗的纖度的一個巨大的優(yōu)點。
當然，其它的沒有在圖上表示出來的實施形式可以被考慮，尤其是在葉片的形狀、截面、樣式各方面。同樣，在熱交換裝置方面，根據(jù)同樣在圖上未被表示出來的一種變型，人們考慮到在集流管上結(jié)合到一個冷卻回路，它能借助于載熱流體(例如水)疏散多余的熱量。
前面描述的發(fā)明提供眾多的優(yōu)點●通過葉片鼓風提高玻璃泡的和噴絲頭底部的冷卻。這能擴大制造纖維的溫度范圍，制纖過程變得麻煩更少，而且更穩(wěn)定；●通過鼓風避免飄浮物質(zhì)在葉片的表面上沉淀。這能為玻璃絲拉纖維提供一些更有效和更經(jīng)濟的葉片。線的生產(chǎn)因此可以主要地或完全地從葉片的周期的清洗的干擾中解放出來，這就改善了生產(chǎn)率；●提供一些熱吸收率可調(diào)的葉片，能使得在所有工作條件下有理想的熱吸收；
●為了精確調(diào)節(jié)纖維的纖度通過鼓風壓力的調(diào)節(jié)提供一個補充設(shè)備；●用通過葉片而鼓入的新鮮空氣立即補償由于纖維的拉撥拉纖區(qū)域的被吸的空氣，這能減少或阻止外部空氣朝纖維束的內(nèi)部進入到這個敏感區(qū)域。拉纖因此可以從空氣流在纖維束的外部紊亂的和暫時的干擾(例如灰塵的上升)效果中解放出來。在拉纖區(qū)域里的通風換氣變得更穩(wěn)定和更可控制。
●使用均勻的和同質(zhì)的鼓風的葉片因此可能用一個更高的溫度產(chǎn)量纖維，在保持噴絲頭的穩(wěn)定性的同時減少產(chǎn)量纖維張力因此變得可能。
權(quán)利要求
1.包括具有流體鼓風設(shè)備的至少一個葉片(2)的熱交換裝置(1)其特征在于，所述鼓風設(shè)備是同樣的，并且由上述葉片(2)的壁(4，5)中至少一個壁構(gòu)成的，上述壁(4，5)是多孔性開放的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換裝置(1)，其特征在于，壁(4，5)的開放的孔隙率在5％和30％之間，優(yōu)選是在10％和25％之間，更優(yōu)選是在15％和20％之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中之一的熱交換裝置(1)，其特征在于，葉片(2)大致是平行六面體形的并且是管狀垂直截面，在0.5巴和0℃下用一個空氣壓力測量的滲透性在300到1500Nm3/h/m2的范圍里，特別是在300到800Nm3/h/m2的范圍里。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的熱交換裝置(1)，其特征在于，在0.5巴和0℃下用空氣壓力測量的滲透性在500到600Nm3/h/m2的范圍里。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中之一的熱交換裝置(1)，其特征在于，鼓風流體的速度場在開放的多孔性壁的兩側(cè)是對稱的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中之一的熱交換裝置(1)，其特征在于，熱交換裝置的壁(4，5)中至少一個是通過一種金屬粉末燒結(jié)取得的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的熱交換裝置(1)，其特征在于，金屬粉末是以不銹鋼，黃銅和鎳的粉末混合物為基的，這種粉末的粒度小于100μm，優(yōu)選的粒度在10到80μm的范圍里。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的熱交換裝置(1)，其特征在于，開放的孔隙率約為17％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到5中之一的熱交換裝置(1)，其特征在于，熱交換裝置的壁中至少一個是用一種金屬織物的疊片取得的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的熱交換裝置(1)，其特征在于，疊片具有3到18層，主要是3到6層金屬織物。
11.根據(jù)前面權(quán)利要求中任何之一的熱交換裝置(1)，其特征在于，流體是空氣，其壓力在0.1巴和6巴之間，優(yōu)選是在0.2巴和4巴之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任何一項的熱交換裝置(1)，其特征在于，鼓風流體來自初始為液態(tài)的一種流體在葉片(2)內(nèi)部的蒸發(fā)。
13.根據(jù)前面權(quán)利要求中任何一項的熱交換裝置(1)，其特征在于，熱交換裝置具有一個輔助的冷卻回路。
全文摘要
包括具有一些流體的鼓風設(shè)備的至少一個葉片(2)的熱交換裝置(1)，其特征在于，所述鼓風設(shè)備是由上述葉片(2)的壁(4，5)中至少一個構(gòu)成的，上述壁(4，5)是開放的多孔性的。
文檔編號F28F13/00GK1738773SQ200480002291
公開日2006年2月22日 申請日期2004年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月15日
發(fā)明者D·X·徐, P·德勒普萊斯, N·馬爾索 申請人:法國圣戈班韋特羅特斯有限公司