纺丝箱体 本发明首先涉及一种合成聚合物的熔融纺丝用的，特别是纺细丝用的一个纺丝箱体。该箱体例如由一个带有熔体纺丝泵、熔体管道和喷丝头支座的加热箱构成。由前面工序制备的熔体，通过纺丝箱体带有的熔体管道进入到纺丝箱体并被分配到各个纺丝泵和喷丝罐内。
本发明第二个方面涉及一种纺长丝，例如聚酰胺、聚酯或聚丙烯长丝的纺丝箱体的加热系统的一个可更换的部件。
这个部件即所谓的喷丝头组件，在生产过程中它被安置在纺丝箱体中的一个“喷丝头组体开口”内，并为了清洗必须定期地换上一个类似的组件。喷丝头组件开口是设置在一个加热箱内。喷丝头组件包括带有孔眼的喷丝板，熔体即通过喷丝孔眼形成长丝。喷丝头组件，特别是喷丝板在纺丝过程中必须保持所规定的温度，此时热不断从喷丝头组件流出。喷丝头组件本身一般不包含加热装置，它的热损失则必须通过它的热载体来补偿。在这种配置下，出现了从热载体部分到可置换的部件的足够的热传递问题。
现有技术：
德国实用新型申请DE-Gbm8407945公开了一种圆形截面的纺丝箱体。作为所给出的实施例的优点，该申请描述了产生长丝的喷丝头组件，以及输送聚合物到组件的纺丝泵，它们被壁包围着，并且空腔内直接和均匀地充满蒸汽状热载体。欧洲专利EP-163248揭示一个类似地纺丝箱体结构(图4)。
为了防止热损失，纺丝箱体的外表面都加了绝热。从结构上看不可能将喷丝头组件区域内朝向下方的外表面进行充分的绝热，因为加大了的绝热层厚度，阻止了从喷丝板孔出来细丝利用冷却装置，特别是利用纺丝甬道进行立即冷却。
由于尤其是在生产极细的丝时，流过的熔融聚合物的量是比较少，使热损失不能够或者很难通过熔融聚合物的供热而重新获得补偿，所以，如上所述，必须向纺丝箱体供给一种加热到蒸汽态的热载体，才能使前述的热损失通过蒸汽的冷凝得到补偿。
在这种情况下，对未被绝热的喷丝板进行充分和均匀的加热是非常重要的。但藉助现有技术，纺丝箱体只能部分地完成这个任务，因为正巧在这个区域内，汽态热载体凝结过程的传热受到不良的几何形状以及不断聚集的冷凝液的最大程度的限制，同时由于不够完善的绝热，箱体的热损失也最大。
到目前为止用来解决将合适的热量传给喷丝板这一问题的措施的例子，可以从欧洲专利申请EP-A-163248中得知。所述的措施主要是，在固定安装的托架部分和喷丝头组件之间形成一传热小通道(一个“热桥”)。一般假设(无详细说明)，该系统能够使所要求的热量传送到热桥的托架端。但这个假设的正确性不能轻易地加以肯定。先前的专利申请：
下列的先前的中请的内容已包括在本说明书中：1993.6.21的专利申请No.1853/93，1994.6.20的PCT专利申请No.PCT/CH94/00123以及1993.9.7的德国实用新型申请No.9313586。
本发明：
本发明任务一方面是降低纺丝箱体的热损失。此任务通过权利要求1所述的一种纺丝箱体来解决。为了加热箱体上部区域内的延伸宽度较大的纺丝泵体，仍保留了必要的空间。通过附加筋板来变更箱体下面区域内部几何结构，使热交换面积扩大，同时保证冷凝液的排出，从而能显著地改善对喷丝头组件的加热，正如下面联系本发明的第二个方面所作的详细描述那样。
此外，前面已叙述的文献尚没有解决其它两个问题，即：—在考虑到纺丝箱体不可避免的热膨胀情况下，能够以经济而有效的方式联结泵驱动装置与纺丝泵；—产生一种蒸汽状态的热载体以及将这种热载体向加热箱中输送，并使管道系统热损失不过大。
这两项任务通过权利要求2和3描述的纺丝箱体加以解决。权利要求3所述的蒸发器，最好是通过一根或多根冷凝液管道和蒸汽管道与纺丝箱体相连接，但另一个较好的方案也可以实施，即安装一根组合的、尺寸足够大的蒸汽管道，它同时作为冷凝水的回流管。
在优选的技术方案中，所有上述三个任务可通过所说的权利要求1至3的特征的组合加以解决。
本发明任务的第二方面是，使纺丝箱体中一个被加热的载体与一个被支承的部件之间产生的热流始终按规定的方向流动。
在权利要求4的前序部分所描述的装置的范围内，解决这项任务的方案被该权利要求的特征部分阐明。
通过使温度降落始终指向被支承的部件，可保证喷丝板热量不再经过热桥被吸走。如果能采取附加措施，使温度降落尽可能地陡地指向被支承的部件，则向被支承的部件的热传递就能达到最佳效果。
加热系统最好包括以饱和蒸汽作为加热介质的一种冷凝加热装置。为了保证足够的热量从饱和蒸汽传递到热桥，热桥应至少具有足够大的冷凝表面。可以使冷凝面与热桥之间保持一定距离，前提是不对从冷凝面到热桥的热流造成大的影响而使所需的温度降落被损害。
冷凝面采用的结构形式和/或配备的辅助手段最好能使冷凝面在生产过程中处于饱和蒸汽中(而不是冷凝液中)。冷凝面应当光滑，以便于饱和蒸汽冷凝后被排出。表面张力亦可以例如通过一涂层来提高，以促进水滴的形成。辅助手段譬如可以包括一根排流管，它连续地将表面的冷凝水排出。
在一般情况下，可以建立多个热桥，这些热桥都配置于待加热的部件。因此可设置的吸热元件，分别对应于一个热桥。但也可以设置一个较大的、与数个(比如所有的)热桥相配合的吸热元件。
形成的冷凝面应尽可能的大。但亦可以有一条从冷凝面到热桥的传热小道，该小道应具有足够(最好是尽可能)大的截面。冷聚面可以设置在元件上，该元件沿远离热桥方向逐渐缩小。
本发明的实施例藉助附图在下文中作详细说明。其中：
图1是先前的专利申请PCT/CH94/00123中的纺丝箱体剖面示意图；
图2是根据本发明的纺丝箱体剖面示意图；
图3是根据图2的纺丝箱体的加热箱的正视图；
图4是根据图2的纺丝箱体的平面图；
图5A和5B是吸热元件的另一种排列方式，其中图5B为图5A中B箭头方向的俯视图；以及
图6A和6B。喷丝头组件开口上端的另一种吸热元件的结构。其中图6B表示图6A的B箭头方向的视图。
图1表示装有喷丝头组件(特别是带有一个喷丝板支座)的一个纺丝箱体的局部剖面图。正如德国实用新型DE-Gmb8407945的附图如示，纺丝箱体包括一个加热箱100，伸入其内的有图上未绘示的熔体管道和熔体泵。加热箱100内装有组件支座102，比如可通过焊接固定安装，支座是由壁103构成，而壁在向里的一端通过底板104被封住。组件支座102含有放置喷丝头罐106的圆柱型内腔105(“喷丝头组件开口”)。为此，内腔105通过圆柱形开口107过渡到外部空间，熔体管道108贯穿底板104，其上端与图中未绘示的熔体泵相连接。
喷丝头罐106是一个旋转体，它在图中如同组件支座102一样是用截面图表示的。喷丝头罐由分层叠合的组件构成，即由喷丝板109，过滤器器罩110和螺纹环111构成。这三个组件安置在空心圆筒112内，圆筒以其凸缘113支承喷丝板109。空心圆筒112在螺丝毫环111的这一侧上，具有内螺纹114，而螺纹环111以其外螺纹115旋入到内螺纹114。为了使螺纹环114旋入到空心圆筒112内，螺纹环111带有盲孔116和117，适合把相配的钩形搬手伸入孔内。螺纹环111在空心圆筒112的旋入被过滤器罩110的向着喷丝板109那一端上的突起118所限定。当旋入螺纹环111使突出块118贴紧喷丝板109的表面119时，喷丝头罐106的整个长度就被确定下来。在圆筒形突起118的里面，有一环状的空隙，由密环圈120填充。密封圈120被纺丝熔体的压力向外压紧在圆筒形凸起118上，其中纺丝熔体充满表面119和过滤器罩110的底面122。因此，受这种压力的作用，过滤器罩110和喷丝板109之间自动地产生了依赖于压力的密封。
作为喷丝头罐106组成部分的空心圆筒112，以其凸缘113来支承喷丝板，而空心圆筒112本身在装入状态下与空心圆筒112上的支座124相对的凸肩123保持在组件支座102内。凸肩123是嵌入件125的组成部分，嵌入件125嵌入支座102的壁103内，并用螺栓126与壁103固定。凸肩123和支承面124共同组成一个卡口式连接，将喷丝头罐106沿轴向锁定。与此同时，卡口式连接通过凸肩123和支承面124构成直接的热桥，对喷丝板9直接加热。通过旋转空心圆筒112，从而使喷丝头罐106大约转动90°，组件支座102和喷丝头罐106的连接就会被松开。喷丝头罐106就能通过圆形开口107从组件支座102内取出，并将此组件的零件拆开，例如为了清洗过滤器罩110和喷丝板109。
喷丝头罐106装入到组件支座102时，密封环盘127就起作用，密封盘127是以锥形结构装入到螺纹环111内，螺纹环为容纳密封盘127而带有圆锥形内表面128。密封环127以其外缘129支撑在环形凸肩130上，该环形凸肩是位于过滤器罩110之上的熔体分配器131的组成部分，熔体分配器131是喷丝头罐106的组成部分，它的作用是将从熔体管道108流入的熔体在喷丝头罐内进行最佳的分配。
在喷丝头罐106组装好的状态下，密封盘127支承在环形凸肩130上，贴合在螺纹环111的锥形内表面128上，垂直向上延伸到底面132上，该底面包含通孔133，此通孔与熔体通道108对中。
如图所示，密封盘127的支承面132仅稍微高出螺纹环111的表面134，因此当卡口式连接接合后，支承面132就紧靠在组件支座102的底板104的底面135上。这样，组件支座102的有熔体管道108穿过的底板104与喷丝头罐106之间产生密封，该密封是靠喷丝罐106内部存在的压力实现的，该压力使密封环127依据压力大小压向底面135和螺纹环111的锥形内表面128。此外，密封环127还沿径向向外对螺纹环111和过滤器罩110之间的接缝136加压，从而该处也达到可靠的密封。
生产过程中熔体流动路径如下：熔体从熔体管道108经通孔133到达被熔体充满的熔体分配器器131，并进入孔道137(图中只绘示2个孔道)。在所示的实施例中，这种孔道大约共有124个。熔体然后流经过滤器138，此滤器的下端被栅网139在下面封隔。此外，过滤器罩110中尚带有熔体孔道140(共约50个这种孔道)，熔体由这些孔道进入到间隙121中。接着熔体即通过喷丝板109的喷丝孔141，此喷丝孔以毛细孔的形式终止于喷丝板109的下分界面142。由喷丝板底部出来的长丝然后汇集成各根长纱。
图2为一相似的用于聚合物熔融纺丝的纺丝箱体，它带有一个横截面呈箱形或圆筒形的、在纺丝组件区域下部呈楔形缩小的加热箱1，在此加热箱内，一种汽相热载体可以在待加热表面2上冷凝。加热箱中焊接有运输聚合物熔体的构件，把聚合物熔体从挤出机和加热箱1之间的熔体管道输往纺丝泵，并从该处继续输往自可从下面插入纺丝箱体的喷丝头组件。一篇描述这种纺丝箱体的专题论文《PO Y(部分取向丝)生产和加工时的热流和热能节省潜力》(作者Klaus Meier博士)，曾发表在德国出版的《化学纤维/纺织工业》的1993年11月这一期上。本说明书已包括有该文章的内容。
在图2所示的纺丝箱体中，装有通过泵轴4受驱动马达3驱动的纺丝泵5，驱动马达安装在托架6上，托架6与泵轴4有很小的距离，能有限地传热，并与加热箱1固定连接。因此，加热箱1的热膨胀不产生对泵轴4的传动功能有害的对中误差。可以取消泵驱机构3的专用支撑结构和不进行传动机构在纺丝箱体加热后的找正。在纺丝箱体的一种实施例中，纺丝泵5可从上部装入到加热箱中(垂直的泵轴)，另一种实施例中则是从侧面放入(水平的泵轴)。
与常规办法相反，在所示的实施方案中，不需要有独立的用于悬挂纺丝泵驱动马达3的装置。这种独立的悬挂装置的缺点是，纺丝时在加热箱和马达托架之间产生明显的温度差，从而使箱体和托架发生不同的长度变化，导致对中误差。按本文所述办法，托架和马达在加热箱膨胀时一起移动。所以这种热膨胀引起的只是一个可以忽略的小的对中误差，可以取消在加热纺丝箱体后通常对泵驱动机构所进行的找正工作。如果考虑到加热箱经常达6米长，而且各个部位的长度变化将会累加，那么此方案的意义是明显的。
每个托架与相应的纺丝泵传动轴保持小的(尽可能小的)距离。托架与加热箱的连接至少应该能有限地传热。
常规的箱体加热系统中，一中央热蒸汽制备装置给数个纺丝箱体提供蒸汽。这种办法单从蒸发来看是高效率和低成本的。但是如果考虑到分配损耗，情况就不一样了。按现在给出的方案，每个纺丝箱体都配备了一个专用的蒸发器。
纺丝箱体1也配备一个用于产生热载体的、位于纺丝箱体绝热层7中的蒸发器8，这样，从蒸发器8到加热箱1的连接管9只需一个最小的长度。因而消除了从中央蒸汽制备装置出来的、长度通常大的蒸汽管路的热损失。
附图表明，蒸发器8和箱体1之间的这段管路是很短并被很好地绝热。热损失相应减少。因此，这种加热箱在纺细纤度的纺织用部分定向丝(POY)时更具有优点。
加热箱内的各个构件如下：
管道系统10(图4)带有分配器11，静态混合器12和截止阀13(参看图3)，后者是在需要更换纺丝泵时可以中断熔体流向各个纺丝泵，而不影响其它的纺丝工位。该管路系统将送入加热箱的熔体分配到焊接于加热箱中的泵体14上(图3)。泵体的一侧有用来安装纺丝泵5的安装面15(图3)，另一侧有用于安装纺织头组件的钟形密封圈127的安装面132(图1)。
纺丝泵的安装面位于加热箱的罐形槽17的底部。罐形槽17譬如可通过将泵体14的构成安装面的部分与穿过加热箱壁的管件18焊接而形成。泵体14的结构形成使接触面15的最终加工能在泵体与管件18焊接之前完成。管件18与加热箱壁联接。通往纺丝泵的熔体管道19和通往喷丝头组件的泵体内的孔道20是经深孔钻削而成。每个泵体14供料给4个喷丝头组件并包括4个孔道20。在图3的左边泵体的局部剖面中可看到一个孔道的部分剖面，而另3个孔道只用虚线表示。
一块所谓的保护板21(图3)位于安装面15和纺丝泵5本身之间。如果更换一个纺丝泵时不留神将保护板21的朝向纺丝泵的表面损伤的话，则该保护板21可以被替换，而不需要对泵体14进行修整。此外，利用熔体孔道布置方式不同的各种规格的保护板21，将不同的纺丝泵5安装到泵组14上。
视需要可在保护板21上为压力传感器22(图2)设置孔眼。把保护管23沿孔轴线对中地焊在加热箱上和一包围纺丝泵5的管件18上，这样，压力传感器可从外边旋入到保护板21或泵体14内。
不锈钢制的泵体都同耐热碳钢制的喷丝块喷丝头组件支座24焊接在一起。每个喷丝头组件支座都具有一系列罐形孔25，纺丝头组件即从下方装入到此孔内。这些罐形孔从喷丝头组件支座底面的平的U形槽26开始向上延伸。
在喷丝块24的上边，一个沿所有罐形孔25伸展的切口28作这样的铣削，即这些孔是从上面被切开。在此切口中装上所属的泵体14并与把它喷丝头组件支座焊接在一起。
喷丝头组件支座24包括一个长的焊接在加热箱底部的支承部件(参见图3)。在所示的实施例中，加热箱底部有一框架70，在下文中将作详细说明。喷丝头组件支座24钻有圆罐形孔25(对照图1中的喷丝头组件开口105)，罐形孔间有一层薄壁保留。各喷丝头组件开口25容纳例如图1所示的一个喷丝头组件。
图上未绘出的定位条自下方沿纵向侧边放入U形槽26中。并用螺钉与喷丝头组件支座固定。藉助此定位条以及喷丝板下端的凸起，喷丝头组件按卡口连接方式旋转90°即与喷丝头组件支座24接合。定位条和喷丝头组件上突起的接触面之间形成一个热桥，给喷丝板区域内的喷丝头组件提供附加热量。
在加热箱里，同U形槽26相邻的喷丝头组件支座24有翼状的冷凝面27，此冷凝面以最短距离将凝聚热传导到喷丝头组件支座24、26的外侧以及定位条和喷丝头组件的下部。
加热箱最下面42的空间40是通过一根排放管44(图2)与蒸汽发生器8相连接。蒸汽发生器位于管道44上端之下，管道在上端汇入加热箱内。加热箱体内的蒸汽在散热片的表面凝聚，冷凝水向下流入“沟道”，此沟道是由预加热的空间40构成。冷凝水46集结在此沟道内并经管道44流回蒸汽发生器8。沟道的截面应作这样选择，即沟道内冷凝液液位所能达到高度，不会影响把热传递到喷丝头组件支座24的最下面部分。
采用本发明的一个蒸发器概念，蒸汽输入和冷凝水排出可以由一根管道进行(图中未绘出)。这根(共用的)管道必须有足够的横截面，这样上部分的蒸汽向加热箱的方向流动而管子底部的冷凝水自然回流到蒸发器。
加热箱的下面部分是最大的热损失源。通过加热箱侧壁54、56逐渐合拢，可以在这些箱壁和一个外罩面60之间放置绝热材料58，而外套构成纺丝甬道的上端(图上未绘出)。这样就能大大降低加热箱的热损失，从而减轻空调设备的相应负荷。加热箱上部分的垂直壁62、64使加热箱内具有容纳足够蒸汽量的空间，以保证纺丝时加热箱内的温度分布均匀。
因此在图1所示的实施形式中，向喷丝头组件支座24最下段传热和防止该下段部分的热损失是重要的，这是因为纺丝时喷丝板109(图1)正位于该处。因此，表面48(图2和图3)应作适当地布置，使冷凝水引入收集沟道内，此沟道的底部稍错位于槽26。为了改善饱和蒸汽向喷丝头组件支座24最下部分的热传递，支座下端部分带有筋板27，它自翼面48斜向上延伸，筋板的最下部钻有孔52，使冷凝水能够流入收集沟道。在筋板27上形成的前述的冷凝面，冷凝面可以起到吸热元件的功能。筋板27从装置的温度较低的底部延伸到充满蒸汽的空间，这里，筋板27周围的蒸汽既不与冷凝水又不与沟的底部毗连。
图2的结构更具有优点，因为筋板27是用一根型材制成，作为纵向件安装在纺丝箱体内，形成前面所述的框架70。而每个喷丝头组件都配备由构成卡口式连接装置(图1)的支撑面124和凸肩123组成的两个热桥，喷丝头组件通过卡口式连接装置被固定在开口内。凸肩123是自组件的外套面M径向地朝外伸展并沿径向相对布置。在喷丝头组件已装入情况下，每个凸肩123即撞击相应的止动面(图中未表示)。凸肩123或止动面相对于组件的纵轴(即相对于纺丝方向)有一个角度位置，使热桥和筋板27之间形成尽可能短的热流通道。在图3所示的实施形式中，它们最好是分两列与框架纵轴平行排列。
每个热桥有一个预先确定的横截面。如果没有筋板27的话，该横截面只是加热箱下部边缘部分的一个较小的冷凝面。藉助筋板27，附属于热桥的冷凝面就可显著扩大。这个面积不再仅限于加热箱下面边缘部分，因为筋板从该部斜着向上延伸。所以筋板27是一个吸热元件或传热元件的一个例子，它在生产过程中处于饱和蒸汽之中，成为一个冷凝面，并把加热箱内的饱和蒸汽的热传给热桥。
但是本发明不局限于上述这个例子，吸热元件不是一定要整体地由加热箱的一个部分构成，而是能固定在加热箱上。吸热元件也不是必须构成向纺丝箱体纵向延伸的一个长的元件。吸热元件比如设计成同每个热桥配置，处在如布置在沿径向伸展的平面或布置在垂直于纵向的平面上。这种例子的示意图见图5A和图5B，下文将细述这些例子。
为了促使热量传递到喷丝板上，本发明在纺丝箱体方面更显出其优点，即每个组件开口的下部边缘部分有热桥。但它也不一定局限在这种实施例中。例如大家所知，在加热箱和喷丝头组件之间藉助一个围绕熔体进口，即藉助喷丝头组件开口的最上端的垫片设置一个热桥。如果在下部边缘部分附加一个更直接的热桥到喷丝板上，也可以配置这样的一个热桥。为了促使热流通过垫片传到热桥，可以设定例如图6A和6B所示的一个吸热元件。
在图5和图6所示的实施例中，有一些部分是同图2至图4中的部分等同，相同的部分都用相同的标号表示。故这里不再对这些部件作说明。用来代替图2所示的纵向筋板27，图5所示的框架70A具有为每个喷丝头组件支座而设的6个翅片，它们分两组排列，每组3个，在图5中，一组用标号80表示，第二组用82表示。从图5B可以看出，每个薄板式翅片设在一个基本上位于径向的“平面”上。固定于喷丝头组件支座24上的翅片82“朝里的”边，是环绕一个相应的热桥末端。另一组翅片80是相应地环绕第二个热桥的端部排列。换言之，这些组都各自集中在一个热组的区域内。
在图6所示的派生结构中，喷丝头组件支座的下面部分固定于图2所示的带筋板的一个框架70内。此外，每个组件支座的上面部分装有8个翅片84，它们处于加热箱的中部的饱和蒸汽之中，把该蒸汽中的热传导到喷丝头组件支座24上。这样，传热不仅通过下部热桥，而且也通过上部热桥(即通过垫片)得到改善。翅片84当然可向下方加长，从而也构成翅片80、82，并取代翅翼27。如果喷丝头组件下面部分没有热桥的话，翅片或筋板当然只能安置在喷丝头组件支座的上端以便通过垫片改进热传递。即使在下面部分没有设置喷丝板组件的固定装置，在组件和其支架之间可设置一个导热元件，以改善向喷丝板的热传递。
吸热元件(比如筋板27或翅片80、82、84)应用一种有阻抗的和导热性良好的材料，主要应由金属制成。不但要注意吸热元件本身材料，而且还应注意到它与喷丝头组件支座的匹配，使被吸收的热能无干扰地和/或无损失地传到喷丝头组件支座上。
吸热元件(同纺丝箱体的所有其它部件一样)必须遵守有关压力容器方面的安全规程。因此它们最好用钢，例如用锅炉钢板或奥斯体钢制成。
筋板27的厚度不应小于5mm，最好大约是10mm或稍大于10mm。筋板27的宽度(指它从热桥到自由末端的尺寸)最好大于20mm，例如30mm或更大些。