Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11646
.pdf
Данное изобретение относится к усовершенствованному способу нагрева и сушки различных материалов,
включая бумагу, текстиль и тому подобное.
Обычно для нагрева и сушки бумаги, текстиля и тому подобного используются паровые барабаны или валы,
вращающиеся со значительной скоростью. Работая при доступной низкой температуре, пар удаляется из
сушащегося листа бумаги или текстиля при температуре лишь немного выше точки конденсации, и
значительная часть пара конденсируется во внешних, более холодных слоях материала, что требует
повторного испарения жидкости и, следовательно, увеличивает работу, требуемую от сушильного вала.
При сушке бумаги, текстиля и других листовых материалов с тонкой волокнистой структурой, где происходит
быстрая диффузия влаги из внутренней части листа на его поверхность, скорость сушки и испарения влаги
ограничивается способностью листа отводить влагу или пар с поверхности в окружающий воздух.
Из-за относительно низкой температуры паров и низкой скорости их отрыва от поверхностей, неподвижный
слой воздуха, окружающий вал, становится перенасыщенным, что значительно уменьшает количество влаги
или пара, которое может быть удалено из материала и поглощено контактирующим воздухом.
В обычных конструкциях пары, выделяемые материалом, проходят через сушильную камеру и
мелкодисперсно поглощаются атмосферой помещения, вызывая чрезмерную жару и влажность, а в холодную
погоду – образование тумана и конденсацию влаги на стенах и потолке сушильной камеры.
Пар, выделяющийся из материала, содержит значительное количество тепла, при этом скрытая теплота пара
составляет приблизительно 90 % тепловой энергии, необходимой для испарения воды, удаленной из
материала. В случае некоторых видов бумаги это количество может составлять 2 тонны или более воды на
тонну высушенной бумаги, и обычно это тепло рассеивается в атмосфере, не совершая полезной работы, а
наоборот, вызывая чрезмерное увлажнение воздуха и дискомфорт для работы.
Скорость испарения влаги с такого слоя определяется температурой и относительной влажностью воздуха, с
которым он соприкасается, и обратно пропорциональна толщине насыщенной воздушной пленки и прямо
пропорциональна степени насыщения.
Поэтому желательно, чтобы насыщенный влагой воздух непрерывно удалялся и заменялся сухим воздухом с
большей влагопоглощающей способностью, что в значительной степени устраняло бы состояние насыщенной
пленки, и чтобы используемая температура была как можно выше.
Максимальная температура, до которой может быть нагрета сушильная поверхность, определяется степенью
нагрева материала, с которым она контактирует, и может безопасно выдерживать ее. При сушке некоторых
крахмальных нитей безопасной максимальной температурой считается 160 °F, тогда как для некоторых других
материалов можно безопасно использовать температуру 250 °F или выше. Целью настоящего изобретения,
следовательно, является предоставление способа быстрой и равномерной сушки материалов в потоке
воздуха, распределенном таким образом, чтобы способствовать сушке, и создание сушильной поверхности,
обычно в виде валика, которая может быть равномерно и однородно нагрета до самой высокой температуры,
которую обрабатываемый материал может безопасно выдерживать. Кроме того, данное изобретение
предоставляет способ, позволяющий создавать частичный вакуум вокруг материала во время сушки, тем
самым ускоряя процесс сушки, и дополнительно предоставляет способ удаления паров, которые обычно
выделяются в помещение, и для рекуперации части тепловой энергии из этих паров, которая обычно
теряется.
Изобретение представляет собой способ нагрева или сушки материала, при котором материал размещается
на перфорированном металлическом элементе с высоким электрическим сопротивлением, нагреваемом
прямым прохождением через него электрического нагревательного тока, а образующиеся пары удаляются
практически в том виде, в котором они образуются, путем создания разницы давлений на противоположных
поверхностях нагревательного элемента посредством продувки или втягивания воздуха через отверстия или
перфорации, образованные в нагревательном элементе.
Обращаясь теперь к прилагаемым чертежам, которые иллюстрируют в качестве примера удобные формы
устройств, которые могут быть использованы для эффективного осуществления изобретения и которые
описаны и заявлены в нашей параллельно рассматриваемой заявке № 21,975132; на рисунке 1 представлен
вертикальный вид, частично в разрезе, электрически нагреваемого сушильного валика.
Рисунок 2 представляет собой вертикальный разрез по линии 2-2 рисунка 1.
На рисунке 3 показано устройство электрически нагреваемого сушильного валка со средствами для создания
пониженного давления на поверхности сушильного валка; на рисунке 4 показано устройство электрически
нагреваемого сушильного валка с направляющими для подачи потока влагопоглощающего воздуха на
поверхность сушильного валка 3; и на рисунках 5 и 6 показано другое устройство аппарата 1 со средствами
для использования тепла, содержащегося в паре, отходящем от поверхности сушильного валка.
Нагревательный валик, изображенный на рисунках 1 и 2, хотя и применим в целом для нагрева и сушки
движущегося полотна из бумаги, текстиля и тому подобного, в первую очередь предназначен для
использования в измельчителе для сушки пропитанных нитей, и это будет описано в пункте 4.
Он представляет собой перфорированную внешнюю оболочку 1 из металла, продаваемого на коммерческой
основе под зарегистрированным товарным знаком «Монель».
Предусмотрена перфорированная внутренняя оболочка 4 из меди или другого металла с подходящим
электрическим сопротивлением и механическими характеристиками, один конец которой поддерживается
кольцом 2 и 3 и приварен к нему, а другой конец соединен с медным пластинчатым проводником 5,
внутренний край которого соединен с медным цилиндром 6, образующим часть электрической цепи и опору
для нагревательного трансформатора 7.
Торцевая пластина 8 из меди соединена с расширительными кольцами 2 и 3 и поддерживает медный
проводник 5, от которого он электрически изолирован с помощью изолированных болтов 9 и изоляционных
элементов 10 и 11.
Трансформатор 7 является понижающим, обеспечивающим относительно низкое вторичное напряжение.
Вторичная обмотка состоит из медных шин 12, соединенных с внешней клеммной пластиной 13 и внутренней
клеммной пластиной 14. Клеммная пластина 14 соединяется с концом цилиндра 6, а клеммная пластина 13 —
с торцевой пластиной 8.
Предусмотрена торцевая пластина 16 из стали или другого подходящего металла, которая крепится болтами
или иным образом герметичным способом к расширительным кольцам 2-3, а к торцевой пластине
подсоединен полый цапфовый узел 17, снабженный пароотводным отверстием 18 и сальниковым
уплотнением 19, сообщающимся с внутренней частью нагревательного ролика. Предусмотрены роликовые
подшипники 22, поддерживаемые рамой 23 и обеспечивающие вращательную поддержку нагревательного
ролика. Предусмотрена теплоизоляция 24 для уменьшения потерь тепла за счет излучения с поверхности
торцевых пластин 8-16. Также предусмотрена соответствующая электрическая изоляция 25 для изоляции
торца сушильного барабана от цапфового узла 17 и опорной рамы 23.
Предусмотрен полый цапфа или вал 26, закрепленный на торцевой проводящей пластине 8 и снабженный
токосъемными кольцами 27-28-29 и кольцами 31-32 для регулирования температуры. Коллекторное кольцо 27
соединяется посредством провода 33 с одним концом первичной обмотки понижающего нагревательного
трансформатора 7, другой конец которого соединен проводом 34 с коллекторным кольцом 28. Коллекторное
кольцо 29 соединяется посредством провода 35 с отводом трансформатора, через который электрический ток
может подаваться только на часть всей обмотки трансформатора. Коллекторные кольца 27-28-29 соединяют
H посредством щеток 36 и проводов 37-38-39 и через магнитные переключатели 42-43-44 и главный
выключатель 45 с подходящим источником переменного электрического тока. Кольца 30-31 для
регулирования температуры соединяются посредством проводов. 46-47 к термопаре 49, контактирующей с
внешней нагревательной оболочкой 1.
(Коллекторные кольца 31-32 соединяются посредством 120 проводов 47-48 с термопарой, которая также
соединена с внешней оболочкой и служит предохранительным устройством для отключения электрического
нагревательного тока в случае, если по какой-либо причине основные устройства контроля температуры
выйдут из строя и позволят поверхности внешней оболочки нагреться до слишком высокой температуры, тем
самым предотвращая повреждение нагреваемого материала и самого сушильного валка.)
Щетки 53, контактирующие с коллекторными кольцами 30-31-32, соединены посредством проводов 54-55-56 с
контроллером 57, который с помощью магнитных переключателей 42-43-44 регулирует электрический
нагревательный ток, подаваемый на внешнюю оболочку 1, изменяя напряжение нагревательного тока,
подаваемого с помощью ступенчатого трансформатора 7, автоматически поддерживая температуру внешней
оболочки на практически равномерном выбранном уровне нагрева.
Для уменьшения теплопередачи изнутри валика в корпус трансформатора предусмотрена теплоизоляция 58,
поддерживаемая герметичным металлическим уплотнителем 59.
Для обеспечения циркуляции воздуха в целях охлаждения трансформатора 7 предусмотрены
вентиляционные отверстия 60. При необходимости в отверстиях 60 могут быть предусмотрены лопатки или
лопасти, чтобы при вращении ролика создавался индуцированный воздушный поток, циркулирующий внутри
трансформируемого корпуса.
В процессе работы нагревательный механизм функционирует следующим образом: при замыкании
кнопочного выключателя 61, когда барабан удерживается, контроллер 57 замыкает магнитные выключатели
42-43, заставляя электрический ток протекать по проводам 37-38 к коллекторным кольцам 27-28 и понижать
напряжение на нагревательном трансформаторе 7, подключенном к концу и части отвода обмотки
трансформатора, тем самым вызывая протекание максимального низковольтного нагревательного тока во
вторичной обмотке, проходящего через клеммную пластину 14 к цилиндру 6, к торцевой пластине 5, к
внутренней оболочке 14, все из которых изготовлены из металла с относительно низким сопротивлением и
имеют большое поперечное сечение, создавая лишь незначительное падение напряжения, затем через
торцевые кольца 2-3 к внешней оболочке 1, содержащей нагревательный элемент с высоким
сопротивлением, причем конец внешней оболочки 1 соединен с торцевыми кольцами 2-3 по всей ее кромке,
электрический ток протекает через нее равномерно и равномерно генерирует тепло по всей ее поверхности,
затем ток проходит через торцевые кольца 2-3 к торцевой проводящей пластине 8, к трансформатору
клеммная пластина 13, тем самым замыкая электрическую цепь.
Нагревая наружную оболочку 1 до выбранной степени нагрева, термопара 49 посредством контроллера 57
выполняет свою функцию.
Разомкнуть магнитный выключатель 43 и замкнуть магнитный выключатель 44, тем самым соединив
электрический ток с внешними концами первичной обмотки трансформатора 7 и уменьшив ток, протекающий
через контур нагрева, и уменьшив тепловыделение во внешней оболочке 1.
Нагревательный ток, подаваемый на нагревательный элемент, предпочтительно должен обеспечивать потери
излучения и поддерживать поверхность валка при желаемой температуре в условиях, требующих
минимального количества тепла. В случае, если поверхность оболочки 1 нагреется слишком сильно по какой
бы то ни было причине, термопара 50, соединенная посредством коллекторного кольца 23 с контроллером 37,
сработает, разомкнув магнитный выключатель 42, тем самым прервав поток нагревательного тока к
нагревательному элементу и предотвратив повреждение аппарата или нагреваемого материала. Благодаря
относительно небольшой теплоемкости нагревательного элемента, температура элемента или внешней
оболочки 1 реагирует практически мгновенно на любое изменение теплового тока, и, таким образом, можно
поддерживать поверхность валка очень близкой к желаемой температуре, а поверхность валка может быть
очень быстро нагрета до любой желаемой температуры. Например, используя барабан измельчителя
диаметром 6 футов и шириной 6 футов с электрической мощностью нагрева 75 1 кВт, температура
поверхности валка поддерживается в пределах изменения... 1-0 градусов по Фаренгейту при потребности в
тепле или изменении нагрузки приблизительно на 9,5 % и повышении температуры от комнатной
температуры 600 до рабочей температуры 2420 °F в течение четырех минут. Паровой измельчитель {Of.
При одинаковых условиях температура барабана колебалась на 200 градусов, и для нагрева до рабочей
температуры требовалось несколько минут.
Также будет отмечено, что направление 05.
Направление потока электрического нагревательного тока таково, что он проходит через концевые
проводники 5 и 8, а также внешнюю оболочку 1 и внутреннюю оболочку 4 в противоположных направлениях,
при этом электрический ток, протекающий через эти элементы, расположен относительно близко друг к другу,
благодаря чему воздействие магнитного поля, создаваемого потоком электрического тока в одном
проводнике, например, во внутренней оболочке 1, противоположно воздействию поля, создаваемого током,
протекающим во внешней оболочке 4, что в значительной степени нейтрализует эффекты самоиндукции и
позволяет аппарату работать с желаемым высоким коэффициентом мощности и КПД.
Перфорации в металлических оболочках 1 и 4 могут быть любого желаемого размера или формы, круглые,
прямоугольные или иные, в зависимости от того, что лучше всего подходит для механических или других
целей; Требования. Предпочтительно, чтобы форма, размер и расположение отверстий, составляющих
перфорацию, были такими, чтобы обеспечить относительно равномерное поперечное сечение металла для
потока электрического нагревательного тока. В предпочтительном варианте, в качестве перфорированной
металлической оболочки может использоваться металлический лист или сетка, состоящая из проволоки
любой желаемой степени тонкости, подходящего поперечного сечения и материала, через который может
проходить электрический нагревательный ток описанным способом. В качестве альтернативы, может
использоваться перфорированный металлический лист, как описано, и натянутая на него мелкоячеистая
проволочная сетка, при этом электрический нагревательный ток проходит как через относительно толстую
перфорированную оболочку, так и через тонкую проволочную сетку, а электрический нагревательный ток
делится в соотношении относительного электрического сопротивления двух проводящих листов. В качестве
еще одного варианта, поверх перфорированного листа может использоваться пористый материал с высокой
диффузионной способностью жидкости, такой как войлок или ткань, особенно если природа высушиваемого
материала является пластичной и может быть достигнута механическим воздействием на края отверстий,
составляющих перфорацию. Перфорация во внешней оболочке 1. Это позволяет получить тонкую или
гладкую поверхность сушимого материала.
На рисунке 3 показано устройство для сушки пропитанной пряжи со средствами для создания пониженного
давления или частичного вакуума и для быстрого удаления паров с испаряющейся поверхности по мере их
образования. Также показаны средства для использования тепла, содержащегося в парах, при выполнении
полезной работы.
Как показано на рисунке 3, для сушки пропитанной пряжи установлен сушильный валик 65 с электрическим
нагревом типа А, описанный на рисунке 1. Пряжа 67 подается на катушки 68, с которых проходит через
пропиточный бак 69, где она пропитывается подходящим пропиточным составом.
Избыточное количество пропитки удаляется с помощью прижимного валка 70, затем через направляющие
валы 71 поступает на сушильный вал 65 с электрическим нагревом, оттуда на сушильный вал 72 с паровым
нагревом обычной конструкции, и, наконец, высушивается до желаемой степени готовности, поступая на
рулон готовой продукции 73.
Сушильные ролики могут приводиться в движение любым обычным способом, предпочтительно, чтобы
катушка с готовым материалом приводилась в движение ремнем или шестернями, не показанными на
рисунке, и заставляла сушильные ролики вращаться за счет создаваемого таким образом натяжения в нитях.
При желании могут быть использованы другие способы привода механизма, такие как шестерни,
расположенные для привода каждого ведущего ролика, или любой другой подходящий или традиционный
способ.
Полоса 74 из холста или войлока удерживается в тесном контакте с лаком 67 на сушильном валу 65 с
помощью направляющих валов 75-76 и натяжных валов 77 и предотвращает или уменьшает количество
воздуха, втягиваемого в сушильный вал 65 через перфорации на его поверхности. Направляющие валы 75,
расположенные близко друг к другу, действуют как уплотнение и в значительной степени предотвращают
втягивание воздуха снизу, где пряжа входит и выходит из поверхности валу.
Ширина полотна 74 достаточно велика, чтобы выступать за кромку 78 или сплошную поверхность 75
перфорированного листа, образуя внешнюю поверхность сушильного рулона 65.
Предусмотрен вентилятор 80, всасывающий патрубок которого соединен посредством теплоизолированного
воздуховода M1 с паром на валу 65, что приводит к созданию пониженного давления внутри валка, при этом
пар отводится, а после сжатия поступает по теплоизолированному воздуховоду 83 на вход 84 парового
нагреваемого валка 72, где он конденсируется посредством теплообмена с нитью, контактирующей с ее
внешней сушильной поверхностью, нагревая и испаряя оставшуюся влагу в нити. Конденсированная вода
удаляется из паровых нагреваемых барабанов 72 обычным сифоном с люверсом 87 и выводится через цапфу
в ловушку 86.
Конденсируя пары, выделяемые материалом на электрически нагреваемом валу 63, в паровом нагреваемом
валу 72, содержащаяся в парах скрытая теплота используется для нагрева и дальнейшей сушки пряжи на
паровом барабане, и значительная часть тепла, которое в противном случае рассеивалось бы в воздухе с
поверхности электрически нагреваемого барабана, рекуперируется, что значительно уменьшает общее
количество тепла, которое в противном случае потребовалось бы для сушки пряжи.
На рисунке 4 показана еще одна конструкция сушильных валков, также имеющая средства для подачи сухого
воздуха под давлением на испарительную поверхность и средства для использования тепла, содержащегося
в парах, выходящих из электрически нагреваемого валка. Как показано, конструкция аналогична той, что
изображена на рисунке 3, за исключением того, что пары, выходящие из электрически нагреваемого валка,
проходят через воздухонагреватель 90, а пар конденсируется при теплообмене, нагревая воздух, который
затем поступает во второй перфорированный сушильный валок 91 120 с помощью воздуходувки 92. Нагретый
воздух проходит через перфорации в оболочке сушильного валка 91 и через относительно пористый
материал, подвергающийся сушке, тем самым быстро и эффективно удаляя влагу.
Поверхность барабана или приводного ролика 91 может, при желании, быть снабжена одной
перфорированной внешней оболочкой, при этом весь тепло, необходимый для сушки или испарения,
обеспечивается циркулирующим через него нагретым воздухом, или же она может дополнительно
нагреваться электрическим током с использованием сушильного ролика типа, описанного на рисунках 1 и 2.
На рисунках 5 и 6 показана еще одна конфигурация аппарата. Как показано, сушильный валик 93 типа,
изображенного на рисунках 1 и 2, помещен в практически герметичный теплоизолированный корпус 94,
снабженный дверцами 95 и одним или несколькими окнами 96, через которые можно наблюдать за его
работой. Для предотвращения утечек воздуха предусмотрены средства герметизации, такие как валики 97
или другие подходящие механизмы, позволяющие направлять пряжу 98 внутрь и наружу корпусов 94.
Пары, выделяющиеся из нагретой пряжи 98, удаляются из сушильного валка, как описано ранее на рисунке 1,
и проходят по теплоизолированному воздуховоду 99 и вытяжному вентилятору 100 через воздухонагреватель
101 обычного типа, в котором пары конденсируются, вызывая нагрев воздуха, который также циркулирует
через нагреватель с помощью вентилятора 102. Затем горячий сухой воздух проходит по изолированному
воздуховоду 10-3 в камеру 94, где в силу давления воздуха в камере и пониженного давления или вакуума
внутри сушильного валка 93 воздух проходит между и сквозь полотно пряжи и перфорации в оболочке валка
93, унося с собой пары, выделяющиеся с поверхности пряжи 08, и обеспечивая быструю и эффективную
сушку пряжи.
Смесь воздуха и пара проходит через воздухонагреватель 101, где пар конденсируется, после чего воздух
поступает в осушитель воздуха 104, включающий механизм, использующий распыление холодной воды для
охлаждения и удаления содержащейся в воздухе влаги, и выводится в относительно сухом состоянии. Затем
воздух по воздуховоду 105 поступает к вентилятору 102, оттуда через воздухонагреватель 101 и
рециркулируется через систему нагрева и испарения, как описано ранее.
Воздухонагреватель 101 снабжен сливным патрубком 106 для отвода горячей воды, образующейся в
результате конденсации пара, тепло которой может быть использовано для различных целей на предприятии,
например, для обогрева резервуаров и аналогичных операций.
При описанном выше способе работы достигается высокая степень экономичности за счет рециркуляции и
рекуперации отработанного тепла от первоначального испарения, а также требуется меньше электроэнергии
для проведения операции. Единственные потери тепла связаны с неиспользованным теплом, выделяемым в
конденсационную воду, а также с поверхностным излучением и явным теплом, содержащимся в готовом
материале, за счет повторного использования воздуха.
В результате достигаются два важных результата: во-первых, обеспечение постоянной подачи сухого воздуха
независимо от атмосферных условий и влажности, и во-вторых, устранение высокой и избыточной влажности,
обычно присутствующей в таких сушильных камерах, вызванной прямым выбросом паров в атмосферу
помещения. Хотя на чертежах показан однофазный переменный электрический ток, может быть использован
любой подходящий или доступный источник электрического нагревательного тока, как прямого, так и
однофазного или многофазного переменного тока. Хотя понижающий нагревательный трансформатор
показан установленным внутри нагреваемого ролика и вращающимся вместе с ним, его можно легко
разместить снаружи ролика, а электрический нагревательный ток подается на нагревательный элемент через
коллекторные кольца.
Изобретение может быть реализовано с другими формами электрически нагреваемых перфорированных
нагревательных поверхностей. Например, нагревательная поверхность может быть выполнена в виде плоских
или изогнутых пластин любых желаемых размеров для сушки таких материалов, как толстые листы войлока,
древесноволокнистой плиты и тому подобное. 95 Термостатическое средство, подверженное воздействию
температуры нагреваемой поверхности и способное управлять подачей электрического нагревательного тока
в аппарат, показано на чертежах. В качестве альтернативы, механизм управления может быть подвержен
влиянию температуры, влажности или других желаемых условий обрабатываемого материала, или может
быть использована комбинация таких методов известным в данной области способом для соответствующего
управления подачей электрической нагревательной энергии в аппарат.
Хотя изобретение было описано, в частности, в отношении сушки бумажных или текстильных полотен с
помощью электрического нагрева внешней поверхности барабана или валка, очевидно, что нагреваться могут
как внутренняя, так и внешняя поверхности, и вал может использоваться для обработки или испарения
жидкостей из химических веществ или аналогичных материалов, либо в виде суспензии или пасты, наносимой
непосредственно на нагревательную поверхность, либо переносимой с помощью полотен или лент из ткани
или другого материала, контактирующих с нагревательной поверхностью. Кроме того, если материал
размещен на внутренней поверхности барабана, нагреваться может только внутренняя поверхность.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы
Соседние файлы в папке патенты