專利名稱：玻璃纖維成型工藝中控制熱環(huán)境的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及控制玻璃纖維成形工藝用的方法和設(shè)備。具體地說，本發(fā)明涉及一種利用葉片冷卻器控制成形工藝中的熱環(huán)境的方法和設(shè)備，這種葉片冷卻器具有熱傳遞液體流動(dòng)通道。更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用熱交換液體冷卻玻璃纖維的方法和設(shè)備，這種熱交換液體通過熱傳遞葉片和熱交換設(shè)備在閉合環(huán)路系統(tǒng)中流動(dòng)。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，使用的熱傳遞液體是一種沸點(diǎn)高于水的液體，雖然也可以使用水，只要將水的工作溫度控制在一定限度內(nèi)。最佳的熱傳遞液體同時(shí)是一種比熱至少為每攝氏度每克0.5卡(0.5Ca1/℃/g)而蒸汽壓在400(折合約205℃)及以下時(shí)小于1大氣壓的液體。每個(gè)熱傳遞葉片具有在其內(nèi)部形成的細(xì)長(zhǎng)流通通道，因而熱交換液體可以在葉片冷卻器組件中流過每個(gè)葉片的全長(zhǎng)。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備建立和維持了高的葉片溫度即高于150°F(約66℃)的溫度時(shí)，葉片冷卻器的壽命得到延長(zhǎng)，熱傳遞葉片受腐蝕產(chǎn)物的污損大大減少。根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備得到的等于和高于150°F(約66℃)的均勻而受控的葉片溫度還導(dǎo)致產(chǎn)品均勻性的改善，即一致的纖維直徑，改善的操作效率，改善的長(zhǎng)度碼數(shù)均勻性和較高的生產(chǎn)率。
玻璃纖維通常是通過使熔融玻璃流過許多密接間隔的小孔而成形的，這些小孔位于保持熔融玻璃的容器中。此內(nèi)容器或拉絲坩堝常常具有2000個(gè)，4000個(gè)甚止多達(dá)6000個(gè)的此種玻璃纖維成形漏嘴或小孔。通過這些拉絲坩堝漏嘴陣列流出的熔融玻璃必須以受控方式冷卻，使得以熔融玻璃成形的玻璃纖維或玻璃絲的直徑大體上是均勻的。
許多通常為平面的實(shí)心細(xì)長(zhǎng)冷卻葉片被安置在拉絲坩堝漏嘴板的下面，通常垂直于長(zhǎng)矩形的拉絲坩堝伸出，而玻璃纖維或玻璃絲在相鄰的冷卻葉片之間穿過，對(duì)葉片放熱。這種傳遞到通常為實(shí)心扁平的金屬冷卻片的熱量而后通過傳導(dǎo)沿葉片傳遞到集管枕上，葉片的一端就嵌在集管枕中，而該集管枕通常設(shè)置了流路，一股相對(duì)較冷的冷卻液如工廠冷卻水通過該流路。通過將熱量傳遞到流過集管枕的涼水，可以從集管枕除去熱量，于是冷卻葉片在它們與集管的集合處保持相當(dāng)?shù)偷臏囟?。另一方面葉片自由端比集管枕中的端部要顯著地?zé)嵋恍瑥亩a(chǎn)生跨越葉片表面的大的溫度變化。
隨著具有4000個(gè)到多達(dá)6000個(gè)玻璃成形小孔的更長(zhǎng)更寬的拉絲坩堝組件的出現(xiàn)，除熱變得更加困難，使得必須使用做得更長(zhǎng)從而跨越坩堝的寬度而伸出的冷卻葉片。這種增大的冷卻葉片長(zhǎng)度在目前使用的商售實(shí)心葉片中產(chǎn)生甚至更高的自由端葉片溫度。這種由于從葉片自由端向葉片較冷的集管枕的熱傳遞速率不夠而造成的高的自由端葉片溫度，已經(jīng)產(chǎn)生葉片自由端的過渡氧化和變形，這導(dǎo)致葉片冷卻器壽命縮短。葉片表面的較冷部分也會(huì)積聚腐蝕表面而需要清除的固體物質(zhì)。頻繁地清除或替換葉片冷卻器是很費(fèi)錢的，并且會(huì)中斷拉絲坩堝的作業(yè)，同時(shí)降低生產(chǎn)率。
此外，用于紡織的玻璃纖維絞合線產(chǎn)品比起用于制造例如樹脂增強(qiáng)用粗紗的絞合線產(chǎn)品來說，通常需要更高的產(chǎn)品均勻性。紡織用的玻璃纖維絞合線用于制造增強(qiáng)高壓層壓板使用的纖維布，這種層壓板通常用于電路板或用于制造裝飾性織物。這種玻璃纖維絞合線必須以高度的生產(chǎn)均勻性生產(chǎn)，每磅玻璃纖維的碼數(shù)保持一致是一個(gè)判據(jù)。保持一致的碼數(shù)是一定的絞合線纖維直徑均勻的一個(gè)指標(biāo)。使用當(dāng)前商售的實(shí)心冷卻葉片在許多情況下不能在再現(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)紡織纖維提供所期望的性能。其次，由于當(dāng)前的實(shí)心葉片的冷卻能力稍許受到限制，紡織纖維的成形張力容易變高，因此用拉絲坩堝制造這些纖維的玻璃產(chǎn)品生產(chǎn)率很低。
已經(jīng)有過提供葉片冷卻器組件的嘗試，在該種組件中，單個(gè)葉片是空心的，使得工廠的冷卻水可以通過葉片。美國(guó)專利3，251，665和3，695，858及3，746，525為公開此種冷卻葉片冷卻器的先有技術(shù)專利的例子。過去操作冷卻葉片冷卻器的試只獲得勉勉強(qiáng)強(qiáng)的成功，而這些葉片冷卻器并沒有為玻璃纖維加工工業(yè)所廣泛使用。若干普遍的問題似乎對(duì)先有技術(shù)水冷葉片冷卻器來說是典型的。通過葉片的工廠處理水或冷卻水流所產(chǎn)生的葉片溫度低到不能接受，即在葉片部分上為70-100°F(約21-38℃)。葉片表面上的這種低溫導(dǎo)致玻璃揮發(fā)物在冷卻葉片的表面上冷凝出來，造成不能接受的高腐蝕速率和短的葉片壽命。積存在冷卻葉片表面上的污染物也改變?nèi)~片的熱傳遞特性，并產(chǎn)生所產(chǎn)生的玻璃纖維的不均勻性，因?yàn)椴ＡЮ鋮s是不均勻的或不一致的。冷卻水流過葉片中流路所造成的冷卻葉片的低溫也使得玻璃揮發(fā)物能夠與通常存在于拉絲坩堝周圍環(huán)境中的水混合，從而會(huì)生成會(huì)縮短葉片壽命的腐蝕性酸類。
其次，普通的工廠冷卻水不可能完全避免夾帶的固體粒子和污染物。當(dāng)這種水流過先有技術(shù)水冷葉片冷卻器的葉片中相當(dāng)小的流路時(shí)，流路也可能堵塞或阻滯。葉片中的此種流路堵塞使冷卻葉片不起作用，并造成該葉片迅速失效。在一個(gè)具有數(shù)目相當(dāng)多的水冷葉片的大型拉絲坩堝組件中，由于冷卻水流路堵塞而造成的不規(guī)則的冷卻葉片不起作用，將造成各個(gè)冷卻葉片之間熱傳遞速率的變化。于是絞合線的尺寸將會(huì)變化，其結(jié)果是加工產(chǎn)品的纖維絲直徑不均勻，因而產(chǎn)品不合格。單個(gè)冷卻葉片中冷卻水流路的阻塞是難以消除的，需要從拉絲坩堝組件上卸下整個(gè)葉片冷卻器進(jìn)行修理。當(dāng)然，這種停機(jī)會(huì)破壞生產(chǎn)計(jì)劃并損害工廠的生產(chǎn)率。
因此可以理解，玻璃纖維加工工業(yè)中需要一種葉片冷卻器，它可以以一種受控的可靠的方式操作，使得葉片表面溫度可以保持足夠高，以便把腐蝕效應(yīng)減少到可以接受的水平，并保證葉片的整個(gè)表面溫度都是比較均勻的。其次，此種冷卻葉片冷卻器操作時(shí)必須能夠避免由于冷卻不適當(dāng)而產(chǎn)生形變，并且必須不會(huì)由于流路阻塞而易于失效。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種控制玻璃纖維成形工藝用的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種利用葉片冷卻器控制玻璃纖維加工成形環(huán)境的方法，這種葉片冷卻器具有溫度大體均勻的葉片。
本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種葉片冷卻器，它具有熱傳遞液體流路和與之相連并流過流路的熱傳遞液體系統(tǒng)，從而保持葉片的溫度足夠高，以便將鄰近葉片的揮發(fā)物冷凝產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象減到最小。
本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供一種控制玻璃纖維成形工藝的方法，它利用一種溫度和流速受到控制的高比熱液體，用以在纖維玻璃成形小孔或漏嘴的周圍產(chǎn)生均勻的環(huán)境，并在其中所用的葉片冷卻器內(nèi)產(chǎn)生均勻的葉片溫度。
本發(fā)明的第五個(gè)目的是提供一種控制玻璃纖維加工成形環(huán)境的方法和設(shè)備，它們是在預(yù)先的工作溫度、流速和除熱速率條件下利用一個(gè)閉合環(huán)路的熱交換液體流動(dòng)路徑來進(jìn)行控制的。
本發(fā)明的第六個(gè)目的是提供一種控制玻璃纖維成形工藝的方法，它利用一種沸點(diǎn)比水高的熱傳遞液體和一種從系統(tǒng)除去熱量的熱交換器。
如將在隨后提出的最佳實(shí)施例說明中更詳細(xì)地介紹的，本發(fā)明涉及一種控制玻璃纖維成形工藝的方法和設(shè)備，這種工藝將通過多重小孔拉絲坩堝組件成形的熔融玻璃纖維拉細(xì)。許多通常為扁平的冷卻葉片被安置在拉絲坩堝漏嘴板下面，它們的第一端部附著于集管枕上，形成葉片冷卻器。當(dāng)纖維玻璃通過間隔的葉片之間時(shí)，葉片周圍的熱環(huán)境區(qū)域通過將熱量從玻璃傳遞給冷卻葉片而同時(shí)穩(wěn)定葉片表面溫度的辦法受到控制。這些葉片每一個(gè)都包括一個(gè)通常為細(xì)長(zhǎng)U形的內(nèi)部流路，它有一個(gè)該葉片流路的入口和一個(gè)從每個(gè)葉片的熱量傳遞液體流路出來的出口，入口與葉片冷卻器集管枕中的熱傳遞液體流入通道相連通，出口與集管枕中隔開的流出通道相連通。
最好使用一種高比熱的熱傳遞液體，其沸點(diǎn)應(yīng)顯著地高于水，它在工作溫度下的蒸汽壓小于1大氣壓，這種熱傳遞液體在一個(gè)閉合環(huán)路中流動(dòng)，通過葉片并流出。流出的液體而后通過一個(gè)熱交換器。因此，鄰近的葉片從玻璃纖維絲中吸取熱量，將熱量從葉片表面?zhèn)鬟f到熱傳遞液體，而后傳遞到第二級(jí)熱交換液體如工廠處理水，后者位于一個(gè)與葉片冷卻器相連的獨(dú)立的熱交換器中。
此處使用的“高比熱”指比熱至少為0.5Ca1/℃/g，最好位于0.6-0.7Ca1/℃/g的范圍。此處使用的“低蒸汽壓”，指在工作溫度下小于1大氣壓的蒸汽壓。
熱交換液體及其通過冷卻葉片的循環(huán)速率和在熱交換器中從熱交換液體除熱的速率的選擇，都是調(diào)節(jié)的參數(shù)，用以保證冷卻葉片的表面部分保持在150-400°F(約66-205℃)的溫度，最好位于150-200°F(約66-93℃)的范圍。最佳范圍內(nèi)的表面溫度高到足以防止在冷卻葉片表面上由于鄰近范圍內(nèi)介質(zhì)的冷凝而生成玻璃揮發(fā)物的污染。與先有技術(shù)的水冷葉片相反，在根據(jù)本發(fā)明的閉合環(huán)路系統(tǒng)中使用熱傳遞液體將會(huì)保持葉片表面的溫度高于用水通過先有技術(shù)非閉合環(huán)路系統(tǒng)可能達(dá)到的溫度，這是由于具有精確控制葉片中熱傳遞液體溫度的能力。由于使用了高比熱高沸點(diǎn)的熱交換液體和本發(fā)明的閉合環(huán)路系統(tǒng)，葉片表面工作溫度提高了，因此盡可能減少了葉片表面上的玻璃揮發(fā)成分與水的冷凝物的混合物引起的酸的生成，同時(shí)仍然能從鄰近葉片的玻璃絲上充分地除去熱量。
熱交換液體在一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的閉合環(huán)路中流動(dòng)。這種流動(dòng)的路徑是連續(xù)的，并在單個(gè)冷卻葉片的流路之間延伸，通過集管枕，到達(dá)一個(gè)從熱傳遞液體除去熱量的熱交換器裝置，使熱傳遞液體通過一個(gè)過濾器并返回而通過冷卻葉片進(jìn)行下一次熱處理。這種閉合的流動(dòng)路徑防止冷卻葉片中流路的阻滯或堵塞，這種阻滯或堵塞在通常使用工廠處理水冷卻的先有技術(shù)開放環(huán)路水冷葉片中是容易發(fā)生的，由于各個(gè)冷卻葉片的單個(gè)冷卻劑流路不再易于受無機(jī)氧化物沉積物的堵塞，葉片冷卻器失效和與失效有關(guān)的生產(chǎn)停頓的頻度會(huì)大大減少。當(dāng)使用水作為冷卻液體時(shí)，最好利用蒸餾水。
根據(jù)本發(fā)明最佳實(shí)施例的葉片冷卻器及其使用在閉合回路中流動(dòng)的高比熱、高沸點(diǎn)的熱傳遞液體的方法提供了一種葉片冷卻器，它由于能夠保持較高的表面溫度，減少了在葉片冷卻器上積存玻璃揮發(fā)物污染物和受到腐蝕性酸的侵蝕的傾向，同時(shí)仍然用作玻璃纖維的冷卻表面。同樣，當(dāng)利用水的時(shí)候，只要循環(huán)水的溫度保持在150°F(約66℃)以上，就會(huì)得到同樣的好處。由于熱傳遞液體通過葉片進(jìn)行循環(huán)，葉片的溫度很均勻，因此不必再擔(dān)心葉片的變形和氧化。本發(fā)明的閉合環(huán)路液體循環(huán)系統(tǒng)使熱傳遞液體能夠保持潔凈，并提供一種控制葉片表面溫度的辦法，這種辦法是通過在熱交換器上的受控除熱來控制熱傳遞液體的溫度從而形成一定的葉片表面溫度而實(shí)現(xiàn)的。精確地控制通過熱交換器的第二級(jí)冷卻水即工廠冷卻水水流，就能夠達(dá)到受控的葉片溫度。因此本發(fā)明的冷卻玻璃纖維的方法和設(shè)備克服了先有技術(shù)的缺點(diǎn)，同時(shí)卻提供了一種有效而仍然不復(fù)雜并且可靠的系統(tǒng)。
雖然在附錄的權(quán)利說明書中要特別提到本發(fā)明的冷卻玻璃纖維的方法和設(shè)備的新特征，但是參考下面提到的并可在附圖中見到的對(duì)最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，可以充分而全面地理解本發(fā)明。附圖中

圖1為一種通常根據(jù)本發(fā)明制造的葉片冷卻器實(shí)施例的透視圖;
圖2為圖1中葉片冷卻器的集管枕沿Ⅱ-Ⅱ線截取的截面圖;
圖3為圖1中葉片冷卻器沿Ⅲ-Ⅲ線截取的側(cè)視部分截面圖;
圖4為沿圖3中Ⅳ-Ⅳ線截取的一個(gè)冷卻葉片的截面圖;
圖5為本發(fā)明的一種葉片冷卻器實(shí)施例的側(cè)視示意圖，表示熱傳遞液體通過葉片冷卻器和熱交換器的閉合環(huán)路循環(huán)路徑;
圖6為本發(fā)明最佳實(shí)施例的前視圖，表示冷卻葉片、集管和它們與拉絲坩堝漏嘴的關(guān)系;
圖7為最佳實(shí)施例的兩個(gè)葉片冷卻器的平面圖，表示它們?cè)诩苤械亩ㄎ?
圖8為集管、葉片和集管液體入口、出口的側(cè)視截面圖。
首先參考圖1，圖中可以見到一個(gè)通常用10表示的本發(fā)明的冷卻葉片冷卻器。冷卻葉片冷卻器10包括一個(gè)通常用12表示的集管枕，集管枕上附著許多根向外伸出的冷卻葉片14。如通常在先有技術(shù)中所知道的，這種一般類型的葉片冷卻器通常置于玻璃纖維絲成形的拉絲坩堝組件(未圖示)的漏嘴板下面。從成形于拉絲坩堝漏嘴板上的熔融玻璃錐筒中拉出的單根玻璃絲由合適的卷絲器或類似器械拉細(xì)。成組的此種單根纖維通常向下通過隔開的冷卻葉片14之間，后者從玻璃帶走熱量，使玻璃恰當(dāng)?shù)乩鋮s下來。
在本發(fā)明的葉片冷卻器中，集管枕12通常為長(zhǎng)矩形塊狀形式，有一個(gè)頂面16，一個(gè)相對(duì)的底面18，一個(gè)前面20，和一個(gè)相對(duì)的后面22。許多個(gè)冷卻葉片14的每個(gè)第一端部24都以焊接或釬接之類一般常規(guī)方式附著于集管枕12的前面20上，并從該處向外伸出到自由的第二端部26成懸臂形式。
如可從圖2和圖3中見到的，集管枕12包括一對(duì)隔開的獨(dú)立的長(zhǎng)的冷卻劑流動(dòng)通道。冷卻液流入通道28設(shè)置在集管枕12內(nèi)部，通?？拷酌?8，延伸到與集管枕12等長(zhǎng)。冷卻液流入管道30安裝在集管枕12上，向流入通道28供給冷卻液。獨(dú)立的冷卻液流出通道32也設(shè)置在集管枕12內(nèi)部，鄰近頂面16，也延伸到與集管枕12等長(zhǎng)。流入管道28和流出通道32通常彼此平行，但互相完全隔離。冷卻液流出管道34與流出通道32存在液體連通，為冷卻液提供了一條從集管枕12流出的途徑。
再參考圖3，就如也可從圖4看到的，每個(gè)冷卻葉片14裝了一個(gè)通常為細(xì)長(zhǎng)U形的冷卻液流路36。每個(gè)冷卻葉片14中的流路36有一個(gè)入口38，它位于集管枕12中的冷卻液流入通道28內(nèi)。每個(gè)冷卻液流路36的出口40位于集管枕12的冷卻液流出通道32內(nèi)。每個(gè)冷卻葉片14的每個(gè)冷卻液流路36從葉片14的第一端部24沿鄰近葉片14的底部44的下支路部分42伸出到葉片14的自由端26，而后通過鄰近葉片14的上部邊緣48的葉片14的上支路部分46返回，回到葉片14的第一端部24。冷卻液流入集管枕的冷卻液流入通道28并通過入口38進(jìn)入冷卻液流路36的下支路42。冷卻液流出到葉片14的自由端26而后通過流路36的上支路46返回，通過出口40回到集管枕12的冷卻液流出通道32中。雖然集管枕12中的冷卻液流入通道28和冷卻液流出通道32并不存在直接的液體連通，但它們通過冷卻葉片14中的許多個(gè)冷卻液流路36而在實(shí)際上是互相接通的。
圖4表示冷卻葉片14的一種最佳結(jié)構(gòu)，它由兩個(gè)相似而相對(duì)貼合的金屬板50和52組成，每個(gè)金屬板成形為冷卻葉片14的一個(gè)側(cè)面。每個(gè)貼合的金屬板50和52包括一個(gè)通常為細(xì)長(zhǎng)U形的凹口當(dāng)兩個(gè)金屬板50和52放置在一起并通過周邊和中間的法蘭部件54和56的緊固(利用焊接或類似方法)對(duì)應(yīng)地結(jié)合在一起時(shí)，就形成了在其中具有冷卻液流路36的冷卻葉片14。每個(gè)冷卻葉片14可以用若干替代方法中的一個(gè)形成，以提供一個(gè)通常為矩形的具有冷卻液流路36的空心葉片。例如，兩個(gè)平面金屬板可以用周邊和中間的隔板緊固在一起，重新在每個(gè)冷卻葉片14中形成一個(gè)通常為U形的流路36。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖5，圖中可以見到一個(gè)本發(fā)明的冷卻葉片冷卻器使用的葉片冷卻器和熱交換器閉合回路的示意代表例。如前面所討論過的，在冷卻葉片14中流過流路36的冷卻液，通過冷卻液流入管道30進(jìn)入集管枕12，并通過冷卻液流出管道34流出。在冷卻液流過冷卻葉片14期間，冷卻液通過間接的熱傳遞從流過冷卻葉片14之間的玻璃纖維絲帶走熱量。這一熱量必須從冷卻液除去，這一步通過使熱的液體流過一個(gè)通常用60表示的熱交換器來完成。從葉片冷卻器10出來的熱的液體流過一個(gè)熱交換芯體62，在該芯體周圍利用水入口66和水出口68不斷地循環(huán)著一種第二級(jí)熱交換液體如工廠處理水，或者是采用強(qiáng)制風(fēng)冷。熱的冷卻液被冷卻了，它在從熱交換器60出來后，被重新使用。因此可以看到冷卻液在閉合環(huán)路中不斷流動(dòng)，它在環(huán)路中在冷卻葉片內(nèi)帶走熱量而在交換器內(nèi)放出熱量。
轉(zhuǎn)到圖6、圖7和圖8，圖中表示本發(fā)明的葉片冷卻器系統(tǒng)的最佳實(shí)施例。在圖6中，葉片冷卻器集管71和72被圖示位于一個(gè)拉絲坩堝80的后面和下面，拉絲坩堝的底部有許多個(gè)纖維成形漏嘴81。漏嘴81排列成行，而且如圖所示，兩排漏嘴81定位于集管71的葉片74之間和集管72的葉片75之間。液體通過入口82和83分別引入集管71和72。液體通過出口84和85分別流出集管71和72。葉片74和75是由兩塊金屬板形成的，它們沿其中心線互相夾緊，并焊接在一起，形成圖8所示的U形通道86。實(shí)心的金屬中心部分87將葉片分成兩部分，形成該通道86，在示于圖8的集管71中，形成了一個(gè)矩形的構(gòu)型，其中有一個(gè)分隔壁88，用以形成上室89和下室90。如將會(huì)容易地理解的，入口82和83與出口84和85如圖5所示被連接到熱交換器60上，使得可以在葉片74和75中進(jìn)行液體的循環(huán)，以便在運(yùn)行期間吸取熱量和供給冷卻了的液體。
如前所述，在最佳實(shí)施例中，在閉合環(huán)路中流動(dòng)因而通過冷卻葉片14的熱交換液體或冷卻液選自許多種熱交換液體中的一種，它的沸點(diǎn)高于水，在工作溫度下蒸汽壓低于1大氣壓而比熱很高，即至少為0.5Ca1/℃/g。適合于此種用途的熱交換液體的例子是Hydrotherm700-160和Hydrotherm750-200，由美國(guó)熱液(Hydrotherm)公司制造，或者是由DOW化學(xué)公司制造的DOWthermA或DOWthermE。另一種辦法是，可以在本發(fā)明的冷卻葉片冷卻器的閉合環(huán)路中使用各種礦物油或其它熱交換液體，只要它們符合比熱和蒸汽壓的要求。因此，高沸點(diǎn)的醇類如甘油、乙二醇、丙二醇和1，3-丙醇都可以單獨(dú)使用或用少量水稀釋，即低于15～20%，使任何一種如此稀釋的醇類的沸點(diǎn)比水高，而比熱保持在至少為0.5Ca1/℃/g的數(shù)值，在葉片工作溫度為150°F(約66℃)或以上而最好為150-200°F(約66-93℃)時(shí)蒸汽壓低于1大氣壓。這些熱交換液體的沸點(diǎn)顯著高于水的沸點(diǎn)，因而使得冷卻葉片可以在150-400°F(約66-205℃)或以上而最好為150-200°F(約66-93℃)的溫度下工作。
在單獨(dú)使用水的情況下，當(dāng)水通過葉片循環(huán)時(shí)，它們必須不受污染，保持在150°F(約66℃)或以上并低于其沸點(diǎn)。這一溫度通過在熱交換器中除去熱量和調(diào)節(jié)流過閉合環(huán)路的水流流速來控制。
使用除單獨(dú)的水以外的液體物料的溫度上限，決定于物料在葉片中使用的失效溫度和該液體的沸點(diǎn)。在這一量級(jí)的溫度范圍內(nèi)工作，可以減少玻璃揮發(fā)物在葉片表面上的沉積量，也可以減少在冷卻葉片表面上生成腐蝕性酸的傾向。雖然葉片的工作溫度要高于先有技術(shù)中在開放系統(tǒng)內(nèi)用水作熱傳遞液體時(shí)的工作溫度，但150-400°F(約66-205℃)的葉片溫度和典型的2200°F(約1205℃)的拉絲坩堝漏嘴出口的玻璃溫度之間的差別，使葉片產(chǎn)生了良好的熱傳遞。我們還發(fā)現(xiàn)，在葉片系統(tǒng)的工作溫度和系統(tǒng)所用的熱傳遞液體的沸點(diǎn)之間保持一般為25-100°F而最好為50-100°F或以上的差距(折合一般為約14-56℃而最好為約28-56℃或以上的差距)，可以保證所用液體在閉合系統(tǒng)的所有部分內(nèi)任何時(shí)候都保持液體狀態(tài)。葉片冷卻器的特定工作溫度可以通過恰當(dāng)?shù)剡x擇所要的熱傳遞液體和調(diào)節(jié)熱傳遞液體流過熱交換器的流速來控制。
根據(jù)本發(fā)明的最佳實(shí)施例來冷卻玻璃纖維的方法和設(shè)備使用一種熱傳遞液體，它有比水高的沸點(diǎn)和高的比熱，使冷卻葉片能夠在通常約150-400°F(約66-205℃)而最好為150-200°F(約66-93℃)的溫度下工作。在這一溫度范圍內(nèi)工作有助于防止冷卻葉片上的玻璃污染物沉積，使葉片溫度分布均勻，并由于抑控葉片上產(chǎn)生腐蝕性酸而延長(zhǎng)了葉片的壽命。熱傳遞液體通過冷卻葉片和熱交換器的閉合環(huán)路路徑使得能夠使用不受污染的熱傳遞介質(zhì)，這種介質(zhì)在使用期間將保持不受污染，不會(huì)阻滯或堵塞冷卻葉片中的冷卻液流路。因此，根據(jù)本發(fā)明的冷卻玻璃纖維的方法和設(shè)備在技術(shù)上有著重大的進(jìn)步。其次，還有這樣一些好處，就是通過調(diào)整所用的液體和流過葉片的循環(huán)速率以及由此而產(chǎn)生的對(duì)葉片溫度的影響，可以調(diào)整成形工藝本身而改變玻璃成形錐筒區(qū)域中的玻璃粘度，從而調(diào)整纖維直徑。
在一種最佳模式的作業(yè)中，本發(fā)明的葉片冷卻器用在實(shí)驗(yàn)室爐子前爐床的800漏嘴纖維玻璃成形拉絲坩堝上，采用90%乙二醇-10%水的混合物作為熱傳遞介質(zhì)。介質(zhì)以每個(gè)葉片每分鐘約500毫升的速率用泵抽送通過葉片冷卻器的葉片。葉片表面溫度通過在液體熱交換器中除去熱傳遞液體熱量的辦法保持在160°F(約71℃)，熱交換器用水作為熱交換液體，流入溫度為80°F(約27℃)，流出溫度約150°F(約66℃)。
在運(yùn)用本發(fā)明的另一種最佳模式中，采用本發(fā)明的葉片冷卻器系統(tǒng)的制造廠家在纖維玻璃爐的前爐床外面運(yùn)用10臺(tái)800漏嘴纖維玻璃成形拉絲坩堝，每個(gè)位置的每個(gè)葉片冷卻器有38個(gè)葉片。循環(huán)通過葉片的第一級(jí)熱傳遞介質(zhì)為70%乙二醇-30%水的混合物。這種乙二醇-水混合物以每單個(gè)葉片每分鐘0.1-0.15加(美國(guó)1加侖＝3.785升)的速率用泵抽送通過全部拉絲坩堝的葉片冷卻器的葉片。在10個(gè)拉絲坩堝位置上的葉片的葉片表面溫度通過在閉合環(huán)路系統(tǒng)的熱交換器中除去第一級(jí)熱傳遞介質(zhì)(即70/30的乙二醇/水混合物)的熱量的辦法保持在160°F(約71℃)，熱交換器中用水作為熱交換液體。將約80°F(約27℃)的工廠處理水送入熱交換器，水從熱交換器流出的溫度為約150°F(約66℃)。用這種方式操作，在作業(yè)期間葉片的表面溫度保持為約160°F(約71℃)。除了有三個(gè)與葉片冷卻器結(jié)合的葉片在葉片與葉片冷卻器集管的焊接部位存在較小的泄漏問題外，葉片系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)是令人滿意的，沒有出現(xiàn)系統(tǒng)的故障。在這個(gè)于生產(chǎn)爐子上進(jìn)行的作業(yè)過程期間，開始時(shí)使用兩個(gè)拉絲坩堝及有關(guān)葉片，在試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)，又增加了其它拉絲坩堝和葉片，直到總數(shù)達(dá)到10個(gè)拉絲坩堝及有關(guān)葉片。在試驗(yàn)過程期間所用的葉片冷卻器有一個(gè)位置使用了34個(gè)星期沒有任何故障。也觀察到，當(dāng)本系統(tǒng)用于這些位置時(shí)，在拉絲坩堝作業(yè)期間所遇到的斷絲程度，低于這種設(shè)計(jì)的拉絲坩堝早先采用常規(guī)的實(shí)心葉片進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)所遇到的斷絲程度。
雖然上面已經(jīng)充分全面地提出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻玻璃纖維用的方法和設(shè)備的最佳實(shí)施例，但精通本技術(shù)的人能夠清楚地知道，可以并不偏離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍而作出許多變化，如集管枕的形狀、各種配合和連接及熱交換器的結(jié)構(gòu)等等，這些精神實(shí)質(zhì)和范圍當(dāng)然僅受下列權(quán)利要求的限制。同樣，也可以使用如上所述的各種油類來代替最佳模式中使用的優(yōu)選的乙二醇一水。因此，本發(fā)明除了附屬的權(quán)利要求書中提到的以外，其它方面也不受限制。
權(quán)利要求
1.一種由熔融玻璃成形的玻璃纖維的冷卻方法的改進(jìn)，其中，熱量是在玻璃纖維通過葉片冷卻器組件成形時(shí)利用通過葉片表面的間接熱交換而從玻璃纖維提取走的，方法的改進(jìn)特征在于包括一種比熱至少為0.5Ca1/℃/g而工作溫度下的蒸汽壓不大于1大氣壓的熱傳遞液體在一個(gè)閉合環(huán)路中通過每個(gè)葉片循環(huán)，其速率足以使葉片表面保持高于約150°F(約66℃)的溫度，葉片表面將熱量從玻璃絲成形的環(huán)境提取到該熱傳遞液體中去。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述熱傳遞液體中所提取的熱量在一個(gè)遠(yuǎn)離上述葉片冷卻器的位置被除去。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中葉片表面保持在150-200°F(約66-93℃)的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中葉片表面保持在高于200°F(約93℃)的溫度。
5.一種在一個(gè)具有許多個(gè)玻璃成形漏嘴的玻璃成形拉絲坩堝中由熔融玻璃成形的玻璃纖維的冷卻方法，它包括下列步驟將一個(gè)具有許多個(gè)間隔的冷卻葉片的葉片冷卻器安置在玻璃成形漏嘴的附近，并使成形的玻璃纖維通過間隔的冷卻葉片之間;使一種沸點(diǎn)高于水并具有高比熱和低蒸汽壓的熱傳遞液體流過上述間隔的冷卻葉片中的流路;當(dāng)上述玻璃纖維通過上述冷卻葉片之間時(shí)從上述玻璃纖維除去熱量，并將除去的熱量傳遞給上述熱傳遞液體;在一個(gè)熱交換器中將上述熱傳遞液體冷卻到足以將流過冷卻的熱交換液體的冷卻葉片的溫度保持在150-400°F(約66-205℃)的溫度;在一個(gè)閉合環(huán)路內(nèi)使上述熱傳遞液體在上述葉片冷卻器和上述熱交換器之間連續(xù)地循環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中冷卻葉片的溫度高于約200°F(約93℃)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中冷卻葉片的溫度為150-200°F(約66-93℃)。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在上述葉片冷卻器的集管枕中設(shè)置了獨(dú)立的冷卻液流入通道和流出通道，而且使上述熱傳遞液體從上述熱交換器流入上述冷卻液流入通道，并使上述熱傳遞液體從上述冷卻液流出通道流入上述熱交換器。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括設(shè)置一個(gè)通常為細(xì)長(zhǎng)U形的液流路徑作為每個(gè)上述冷卻葉片的流路，將該流路的入口連接到上述冷卻液流入通道上，并將該流路的出口連接到上述冷卻液流出通道上。
10.一種冷卻葉片組件，適合于冷卻在具有許多個(gè)玻璃成形漏嘴的玻璃纖維成形拉絲坩堝中由熔融玻璃成形的玻璃纖維，該冷卻葉片冷卻器組件包括一個(gè)通常位于上述玻璃成形拉絲坩堝下面的葉片冷卻器集管，該集管包括獨(dú)立的間隔的冷卻液流入通道和冷卻液流出通道;許多個(gè)間隔的冷卻葉片，其第一端部緊固在上述集管枕上，從該處向外伸出在許多個(gè)玻璃成形漏嘴的下面，以便從通過上述間隔的冷卻葉片之間的玻璃纖維絲除去熱量;每個(gè)上述冷卻葉片中的一個(gè)冷卻液流路，每個(gè)所述流路包括一個(gè)入口和一個(gè)出口，該入口與上述冷卻液流入通道存在液體相通，該出口與上述冷卻液流出通道存在液體相通;一個(gè)熱交換器，遠(yuǎn)離上述葉片冷卻器集管枕并與其液體相通，從而形成一個(gè)閉合環(huán)路液流路徑;一種熱傳遞液體，它可以在上述閉合環(huán)路液流路徑內(nèi)在上述熱交換器和上述集管枕之間循環(huán)，并通過上述冷卻葉片中的上述冷卻液流路，以便從上述冷卻葉片除去熱量并向上述熱交換器放熱，該熱傳遞液體的沸點(diǎn)高于水，比熱至少為0.5Ca1/℃/g，當(dāng)熱傳遞液體處于150°F(約66℃)或以上的溫度下時(shí)其蒸汽壓小于1大氣壓。
11.如權(quán)利要求10所述的冷卻葉片組件，其中熱傳遞液體的沸點(diǎn)高于水，比熱至少為0.5Ca1/℃/g，當(dāng)熱傳遞液體處于150-200°F(約66-93℃)的溫度下時(shí)其蒸汽壓小于1大氣壓。
12.如權(quán)利要求10所述的冷卻葉片組件，其中熱傳遞液體的沸點(diǎn)高于水，比熱至少為0.5Ca1/℃/g，當(dāng)熱傳遞液體處于150-400°F(約66-205℃)的溫度下時(shí)其蒸汽壓小于1大氣壓。
13.如權(quán)利要求10所述的冷卻葉片冷卻器組件，其中每個(gè)上述冷卻葉片中的上述冷卻液流路通常為細(xì)長(zhǎng)U形的流路。
14.如權(quán)利要求10所述的冷卻葉片冷卻器組件，其中上述熱交換器利用工廠處理水作為第二級(jí)熱傳遞液體。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在葉片表面和熱傳遞液體沸點(diǎn)之間存在50-100°F的溫度差距(折合約28-56℃的溫度差距)。
16.如權(quán)利要求2所述的方法，其中在葉片表面和熱傳遞液體沸點(diǎn)之間存在50-100°F的溫度差距(折合約28-56℃的溫度差距)。
17.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在葉片表面和熱傳遞液體沸點(diǎn)之間存在50-100°F的溫度差距(折合約28-56℃的溫度差距)。
18.如權(quán)利要求5所述的方法，其中在葉片表面和熱傳遞液體沸點(diǎn)之間存在50-100°F的溫度差距(折合約28-56℃的溫度差距)。
19.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在葉片表面和熱傳遞液體沸點(diǎn)之間存在50-100°F的溫度差距(折合約28-56℃的溫度差距)。
20.如權(quán)利要求7所述的方法，其中在葉片表面和熱傳遞液體沸點(diǎn)之間存在50-100°F的溫度差距(折合約28-56℃的溫度差距)
21.一種由熔融玻璃成形的玻璃纖維的冷卻方法的改進(jìn)，其中熱量是在玻璃纖維通過葉片冷卻器組件成形時(shí)利用通過葉片表面的間接熱交換而從玻璃纖維提取走的，方法的改進(jìn)包括一種溫度至少為150°F(約66℃)而低于其沸點(diǎn)的烈傳遞液體在一個(gè)閉合環(huán)路中循環(huán)，通過每個(gè)葉片從周圍環(huán)境提取熱量，并把熱量傳遞給熱傳遞液體，使熱傳遞液體通過一個(gè)遠(yuǎn)離葉片的熱交換器，在熱交換器中從熱傳遞液體提取熱量，并使熱交換器中熱量的除去和熱傳遞液體的流速保持平衡，以保持葉片中熱傳遞液體的溫度為150°F(約66℃)或更高，但低于熱傳遞液體的沸點(diǎn)。
22.一種由熔融玻璃成形的玻璃纖維的冷卻方法的改進(jìn)，其中，熱量是在玻璃纖維通過葉片冷卻器組件成形時(shí)利用通過葉片表面的間接熱交換而從玻璃纖維提取走的，方法的改進(jìn)包括水在一個(gè)閉合環(huán)路系統(tǒng)中循環(huán)，以至少為150°F(約66℃)而低于水的沸點(diǎn)的溫度通過每個(gè)葉片，從葉片的周圍環(huán)境提取熱量并將熱量傳遞給葉片中的水，使水從葉片通到一個(gè)與閉合環(huán)路連接而遠(yuǎn)離葉片的熱交換器中，在熱交換器中從水提取熱量，并使熱交換器中從水中除去熱量的速率和水通過葉片的流速保持平衡，以保持葉片中水的溫度為150°F(約66℃)或更高，但低于水的沸點(diǎn)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法其中葉片表面保持在150-200°F(約66-93℃)的溫度。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中葉片表面保持在150-200°F(約66-93℃)的溫度。
25.一種在一個(gè)具有許多個(gè)玻璃成形漏嘴的玻璃成形拉絲坩堝中由熔融玻璃成形的玻璃纖維的冷卻方法，它包括下列步驟將一個(gè)具有許多個(gè)間隔的冷卻葉片的葉片冷卻器安置在玻璃成形漏嘴的附近，并使成形的玻璃纖維通過間隔的冷卻葉片之間;使熱傳遞液體流過上述間隔的冷卻葉片中的流路;當(dāng)上述玻璃纖維通過上述冷卻葉片之間時(shí)從上述玻璃纖維除去的熱量傳遞給上述熱傳遞液體;在一個(gè)熱交換器中將上述熱傳遞液體冷卻到足以將流過冷卻的熱交換液體的冷卻葉片的溫度保持在150-400°F(約66-205℃)的溫度;在一個(gè)閉合環(huán)路內(nèi)使上述熱傳遞液體在上述葉片冷卻器和上述熱交換器之間連續(xù)地循環(huán)。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中冷卻葉片的溫度為150-200°F(約66-93℃)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，還包括在上述葉片冷卻器的集管枕中設(shè)置了獨(dú)立的冷卻液流入通道和流出通道，而且使上述熱傳遞液體從上述熱交換器流入上述冷卻液流入通道，并使上述熱傳遞液體從上述冷卻液流出通道流入上述熱交換器。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，還包括設(shè)置一個(gè)通常為細(xì)長(zhǎng)U形的液流路徑作為每個(gè)上述冷卻葉片的上述流路，將該流路的入口連接到上述冷卻液流入通道上，并將該流路的出口連接到上述冷卻液流出通道上。
29.一種在一個(gè)具有許多個(gè)玻璃成形漏嘴的玻璃成形拉絲坩堝中由熔融玻璃成形的玻璃纖維的冷卻方法，它包括下列步驟將一個(gè)具有許多個(gè)間隔的冷卻葉片的葉片冷卻器安置在玻璃成形漏嘴的附近，并使成形的玻璃纖維通過間隔的冷卻葉片之間;使水流過上述間隔的冷卻葉片中的流路;當(dāng)上述玻璃纖維通過上述冷卻葉片之間時(shí)從上述玻璃纖維除去熱量，并將除去的熱量傳遞給上述水;在一個(gè)熱交換器中將上述水冷卻到足以將流過冷卻的水的冷卻葉片的溫度保持在至少150°F(約66℃)并低于水的沸點(diǎn)的溫度;在一個(gè)閉合環(huán)路內(nèi)使上述水在上述葉片冷卻器和上述熱交換器之間連續(xù)地循環(huán)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中冷卻葉片的溫度保持在150-200°F(約66-93℃)。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，還包括在上述葉片冷卻器的集管枕中設(shè)置了獨(dú)立的冷卻水流入通道和流出通道，而且使上述水從上述熱交換器流入上述冷卻水流入通道，并使上述水從上述冷卻水流出通道流入上述熱交換器。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，還包括設(shè)置一個(gè)通常為細(xì)長(zhǎng)U形的液流路徑作為每個(gè)上述冷卻葉片的上述流路，將該流路的入口連接到上述冷卻水流入通道上，并將該流路的出口連接到上述冷卻水流出通道上。
全文摘要
控制玻璃纖維成型環(huán)境的方法和設(shè)備，許多個(gè)內(nèi)設(shè)冷卻液流路的空心葉片一端連通具有隔開的出入通道的集管枕，形成閉合環(huán)路。冷卻液可用水，但最好用沸點(diǎn)比水高而具有高比熱和低蒸汽壓的熱傳遞液體，它在流過冷卻葉片時(shí)從玻璃纖維吸走熱量，而后在熱交換器中放熱，后者用工廠水或強(qiáng)風(fēng)作為第二級(jí)交換介質(zhì)。調(diào)節(jié)冷卻液流速，可控制葉片溫度而改善工藝控制和產(chǎn)品均勻性，并避免玻璃揮發(fā)物的冷凝和腐蝕性酸的生成及液體流路的堵塞。
文檔編號(hào)F28F27/00GK1036550SQ8910136
公開日1989年10月25日 申請(qǐng)日期1989年3月15日 優(yōu)先權(quán)日1988年3月18日
發(fā)明者湯姆斯·漢里格得·京深 申請(qǐng)人:Ppg工業(yè)公司