Способ и устройство подачи газа

Изобретение относится к способу и устройству подачи газа или газовой смеси с заданной температурой к технологической установке в упаковочно-фасовочной машине, в которой газ или газовую смесь под давлением выше атмосферного пропускают через электронагревательный узел. В устройстве предусмотрен датчик измерения температуры газа, выходные сигналы которого передаются обратно в узел регулирования температуры газа, связанный в свою очередь с нагревающим узлом с возможностью регулирования температуры газа, выходящего из нагревающего узла. Нагревающий узел выполнен в виде электропроводящей оболочки или полости, через которую непосредственно пропускают газ или газовую смесь и осуществляют регулирование. В таком случае на оболочку подают напряжение, регулируемое посредством узла регулирования в электрической цепи, причем за счет тока, текущего в цепи, и сопротивления материала оболочка нагревается, а вследствие чего нагреваются газ и газовая смесь, после чего измеряют температуру газа и передают результаты измерения обратно к узлу регулирования для регулирования напряжения в соответствии с температурой газа, требуемой на выходе из оболочки или полости. Изобретение позволяет ускорить получение горячего газа. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для подачи газа или газовой смеси с заранее заданной при необходимости температурой и заранее заданным при необходимости расходом для любого выбранного применения в упаковочно-фасовочной машине. В представленном ниже описании термин газ будет использован как родовое понятие также и для определения любой газовой смеси. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству подачи газа с заданной температурой в технологическую установку упаковочно-фасовочной машины. В данной машине газ под давлением выше атмосферного пропускают через электронагревательный узел, содержащий датчик измерения температуры газа. Выходной сигнал от данного датчика передается обратно узлу регулирования температуры газа, который в свою очередь соединен с узлом нагрева с возможностью регулировки температуры газа, выходящего из узла нагрева.

Устройства описанного выше типа обычно основываются на использовании нитей накаливания, которые обычно помещаются в керамические или стеклянные корпуса. Газ, предназначенный для подачи, пропускают непосредственно через нити накаливания и корпус, где он, таким образом, нагревается до соответствующей температуры. После чего газ направляют по трубопроводам далее к одному или более соплам в зависимости от соответствующего применения (см. Фиг.1).

Уровень техники

Типичным для помещенных в керамический или стеклянный материал нитей накаливания является то, что за счет помещения их описанным способом и в результате их относительно большой термической массы они имеют относительно продолжительное время нагрева, нередко вплоть до 30 минут. Кроме того, они крайне чувствительны к изменениям в газовом потоке. Однако температура газового потока, который выпускается соответствующим образом, имеет наиболее вероятно постоянное значение, при условии, что поток подаваемого более холодного газа постоянен. Изменения в потоке газа приводят, однако, в худшем случае к перегреву нити накаливания или ее корпуса, а также к тому, что нить накаливания или корпус довольно легко выходят из строя, и в результате чего возникают излишние и дорогостоящие простои в работе. Кроме того, в связи с такими простоями может быть затруднено осуществление контроля распространения частиц из вышедших из строя элементов или нитей накаливания. Помимо этого во многих случаях, в зависимости от выбранного применения, желательно иметь возможность довольно быстрого варьирования как температурой, так и газовым потоком. В частности, в случае когда нагреваемый газ не является воздухом, желательно иметь иногда возможность прерывания потока горячего газа. Вышеуказанные задачи не могут быть достигнуты с использованием обычных решений. Температура горячего газа достигает нужного уровня зачастую примерно через 30 минут после корректировки. Более того, известные из предшествующего уровня техники решения имеют немаловажную проблему, заключающуюся в том, что нагретый газ является основным источником больших потерь энергии, иногда вплоть до 300 Вт/дм² поверхности трубопровода, по причине того, что газ транспортируется до места своего использования по неизолированным трубопроводам. По естественным причинам это нежелательно ни с точки зрения стоимости, ни с точки зрения имеющего место в таких случаях нагрева участков машины, где это нежелательно. В то же время такой нежелательный местный нагрев очень часто влечет за собой нежелательный нагрев окружающего пространства машины.

В опубликованной шведской заявке №7104736-9 описано, как сжатый воздух, находящийся под регулируемым давлением, подается в многослойный керамический нагревательный блок. Он содержит электронагревательные элементы. Регулирование тока, текущего через данные элементы, осуществляется в ответ на сигналы от термопары, на которую воздействует горячий воздух, выходящий из керамического нагревательного блока. Сигнал от термопары передается обратно к электронному регулятору температуры. Таким образом, рассматриваемую публикацию следует принимать в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения, относящегося к уровню техники.

Сущность изобретения

Основная задача настоящего изобретения, таким образом, заключается в удовлетворении потребности в быстром получении горячего газа за счет нового, однако, прежде всего простого решения. Горячий газ должен подаваться с заранее заданной, выбранной температурой, а в случае нахождения в режиме ожидания подаваться в течение нескольких секунд.

Еще одной задачей настоящего изобретения является предложение способа производства горячего газа любого рода, независимо, по сути, от конкретной заданной скорости и конкретного заданного давления подаваемого газа.

Еще одной частной задачей данного способа согласно настоящему изобретению, таким образом, является возможность получения более быстрого и более гибкого машинного оборудования, с возможностью моментального и независимого от установочных параметров быстрого регулирования потока и/или температуры. Это, в частности, является особенно важным для машин, работающих в цикличном или прерывистом режимах.

Также еще одной задачей настоящего изобретения является получение устройства, которое может удовлетворить потребность в быстрой и легкой доступности для обслуживания несмотря на возможную прерывистую работу и, при необходимости, полностью нерегулярное использование и, кроме того, которое выполнено очень простым образом и вследствие чего имеет очень высокую надежность в работе по сравнению с устройствами по предыдущему уровню техники.

Согласно настоящему изобретению осуществляют способ для целей, указанных выше, посредством которого вышеуказанные задачи будут решены за счет того, что узел нагрева выполнен в электропроводной оболочке, имеющей полость, образованную оболочкой, через которую пропускают газ или газовую смесь, причем на оболочку подают напряжение, регулируемое посредством регулятора в цепи электрического тока, посредством чего, за счет тока, который возникает в цепи, преимущественно за счет сопротивления материала оболочки, происходит нагрев оболочки и тем самым газа и газовой смеси, после чего измеряют температуру в оболочке и передают обратно к регулятору для регулирования напряжения или тока в цепи, где оболочка является сопротивлением, в соответствии с температурой газа, которая требуется на выходе из оболочки. За счет того что нагреватель газа выполнен таким образом, будет получен очень простой и надежный в работе нагреватель, снабженный узлом, который менее чувствителен по сравнению с технологиями предшествующего уровня техники к таким факторам, как изменения в потоке газа. Кроме того, регулировка может осуществляться очень точно.

Согласно другому варианту осуществления способа согласно изобретению сопротивление электропроводного материала в оболочке используют в каждый момент времени в качестве значения измерений для характеристики температуры и для передачи обратно в регулятор. Поскольку сопротивление в электропроводном материале пропорционально температуре материала, это позволяет получать измерения с высокой точностью, и, как следствие, высокоточные значения передаются обратно в регулятор.

Согласно другому варианту осуществления способа согласно изобретению измерение сопротивления осуществляется в материале оболочки в области вокруг одного или более отверстий. Посредством этого получают замеры сопротивления, которые наиболее точно отражают температуру газа у выходных отверстий.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения оболочка выполнена в зависимости от конкретного практического применения. Это может быть осуществлено тем, что оболочке, которая составляет узел нагрева и со стороны входа состоит из недеформированных электропроводящих рукавов/трубок, придают форму в месте применения полученного горячего газа посредством формирования такого элемента рукава по месту, которая идеально подходит для конкретного применения. Например, такое формирование может быть выполнено посредством вакуумного формования. Выпуск горячего газа происходит соответственно посредством отверстий, выполненных в оболочке рукава, которая может быть выполнена особым образом. Посредством такого особого выполнения газ, имеющий особо точно контролируемую температуру, может подаваться к месту применения, что было бы в других случаях невозможным, что повышает эффективность применения горячего газа.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения внутренняя поверхность оболочки выполнена с выступами, имеющими форму фланца. Тем самым увеличивают площадь поверхности теплопередачи у оболочки, что повышает производительность процесса нагрева.

Согласно другом варианту осуществления настоящего изобретения газ или газовую смесь подают в перфорированную оболочку рукава с двух его концов. Это приводит, прежде всего, к увеличению объема поданного газа в единицу времени, вследствие чего этап нагрева больше не рассматривается как узкое звено процесса.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения оболочка выполнена термоизолированной с внешней стороны. Вполне естественно, что это приводит к снижению случайных потерь количества тепла в окружающею среду, что является положительным моментом как с экономической, так и с экологической точек зрения.

В дополнение к этому, согласно настоящему изобретению создается устройство для осуществления способа, содержащее корпус, выполненный с учетом применения горячего газа и с возможностью хранения или пропускания через себя газа в зависимости от его давления по отношению к атмосферному, причем корпус выполнен из электропроводного материала, и посредством контактов, выполненных на нем, он подсоединен к электрическому напряжению с возможностью работы в качестве дополнительного резистивного элемента. Оболочковый корпус, выполненный таким образом, обеспечивает быстрое получение газа, а также возможность применения горячего газа оптимальным образом для каждого практического применения.

Краткое описание чертежей

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на один вариант осуществления, показанный на прилагаемых чертежах, где:

на Фиг.1 схематично показан вид преобладающего в настоящее время способа;

на Фиг.2а и 2b схематично показаны два варианта осуществления решения согласно настоящему изобретению;

на Фиг.3а показан в перспективе еще один вариант выполнения настоящего изобретения в виде оболочкового узла нагрева;

на Фиг.3b показан вариант выполнения, представленный на Фиг.3а, в виде сечения IIIb-IIIb на Фиг.3а с листом упаковочного материала в позиции нагрева.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На Фиг.1 показано устройство 1, отражающее применяющийся до настоящего времени способ, используемый для обеспечения значительного поднятия температуры газа или газовой смеси. Холодный газ или газ с нормальной температурой подают с левого конца устройства 1, показанного на фигуре, на нагревающий элемент 2, содержащий один или более нитей накаливания, помещенных в один или более керамических элементов 3. Поскольку керамические элементы 3 предназначены для аккумулирования и отдачи относительно большого количества энергии и поскольку они термически изолированы, они являются относительно объемными и не могут, в числе прочих недостатков по этой причине, быть размещенными в месте применения горячего газа. Вследствие этого нагретый газ подают в трубопровод 4 для транспортирования его к позициям, где расположены отверстия 5. В отверстиях 5 или рядом с ними присоединены датчики температуры (не показаны), сигналы которых передаются обратно регулирующему узлу R.

На Фиг.2а показано устройство 7 для осуществления способа согласно настоящему изобретению. Холодный газ или газ с нормальной температурой под регулируемым давлением подают согласно данному варианту осуществления в две параллельные электропроводные трубки 6, замкнутые в контур. Через трубки 6 пропускают ток так, чтобы ток I тек через них. Поскольку трубки являются проводниками, они имеют установленное электрическое сопротивление. Выбор различного материала и формы трубок 6 придает им различные свойства, однако следует иметь в виду, как само собой разумеющееся, что желательно иметь наибольшее сопротивление, насколько это допускают предельные значения механической прочности. Сопротивление является зависящим от температуры свойством материала и именно поэтому используется в качестве характеристики, соответствующей температуре. При подаче холодного газа трубки охлаждаются, после чего в материале наблюдается градиент температуры. Посредством изменения материала трубок, их длины, а также напряжения питания было возможным установить, что, если на трубки подавать напряжение постоянного тока 50V, а трубки выполнять длиной от 0,5 до 0,8 м, будет наблюдаться прогрессивное снижение такого градиента, который почти достигает нулевого значения в области присоединения со стороны правого конца трубок. В данной области падение напряжения U⁺-U^- замеряют в узле сверхбыстрого регулирования (не показан). Значение разности потенциалов между этими точками подают обратно узлу регулирования, который сравнивает данное фактическое значение с заданным значением нормы и регулирует напряжение питания на трубках 6 в ответ на полученные данные. Используемые трубки предпочтительно выполнены из нержавеющей стали и имеют гофрированную поверхность. Выбор гофрированных трубок позволяет получить увеличенную площадь поверхности теплопередачи и узел тока, вызывающий турбулентные завихрения. Оба этих свойства повышают эффективность способа согласно изобретению тем, что увеличивается теплообмен. Трубки 6 снаружи изолируются соответствующим образом посредством соответствующего электро- и термоизолирующего материала, с одной стороны из соображений безопасности, а с другой стороны в целях энергосбережения.

На Фиг.2b показано устройство 7 согласно изобретению в наиболее простом варианте выполнения. Устройство 7 выполнено из одной предпочтительно гофрированной трубки 6 из нержавеющей стали, по которой соответствующим образом пропускают ток, как в случае устройства согласно Фиг.2а. В трубку 6 с двух сторон подают холодный газ или газ с нормальной температурой под регулируемым давлением. Сопротивление в трубке 6 замеряют в области отверстий 10, выполненных на окружной поверхности трубки 6. Как описано ранее, измеренное значение сопротивления подают обратно к узлу быстрого регулирования (не показан), назначением которого является регулировка подачи напряжения на трубку в зависимости от ее температуры и температуры газа, находящегося в ней, который затем выходит из трубки через отверстия 10.

Электропроводная оболочка, которая является основой всех возможных вариантов осуществления настоящего изобретения, может иметь совершенно неограниченное количество вариантов выполнения в зависимости от использования устройства, что показано на Фиг.3а и 3b, на которых схематично представлен вариант выполнения устройства. Устройство 7 нагрева содержит в данном исполнении в основном трубку 6. Вдоль части длины трубки 6 закреплен элемент 12 введения газа, снабженный выходными отверстиями 10 для газа. Данный элемент, таким образом, вместе с трубкой 6 образует узел оболочки. Холодный воздух, подающийся в оба входных конца трубки 6, будет, таким образом, после его нагрева выходить через отверстия 10, выполненные в элементе введения газа.

За счет того что такая простейшая форма, а именно трубка, имеющая выходные отверстия, дросселированные соответствующим образом, может быть использована в качестве нагревательного устройства, появляются такие возможности как, например, использование метода погружения, при котором желательно, чтобы газ был подан в различные виды формованных полостей, таких как, например, для стерилизации и связанной с этим обработки. Еще раз следует отметить, что устройство реализуется главным образом за счет имеющейся у него сверхбыстрой регулировки температуры, нечувствительно к изменениям в потоке непосредственно подающегося газа. Устройство согласно настоящему изобретению является при всей своей простоте прочным и надежным во всех отношениях. Изобретение не ограничивается только рассмотренными здесь вариантами осуществления, а определяется объемом прилагаемой формулы изобретения.

1. Способ подачи газа или газовой смеси с заданной температурой к технологической установке в упаковочно-расфасовочной машине, при осуществлении которого находящийся под давлением выше атмосферного газ или газовая смесь пропускают через электронагревательный узел (2, 3; 6, 7), содержащий датчик для измерения температуры газа, выходной сигнал которого поступает обратно к узлу регулирования температуры газа, связанному, в свою очередь, с нагревательным узлом с возможностью регулировки температуры газа, выходящего из нагревательного узла (2, 3; 6, 7), отличающийся тем, что нагревательный узел (7) выполнен в виде электропроводной оболочки или полости (6), через которые пропускают газ или газовую смесь, причем на оболочку подают напряжение, которое регулируют посредством узла регулирования в цепи электрического тока, причем посредством тока, текущего по цепи и сопротивления материала нагревают оболочку и тем самым газ и газовую смесь, после чего регистрируют температуру в оболочке и передают ее обратно в узел регулирования для регулировки напряжения в зависимости от температуры газа, требуемой на выходе из оболочки или полости (6).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждый момент времени используют сопротивление электропроводного материала в оболочке (6) в качестве величины измерения, характеризующей температуру в оболочке и передаваемой обратно на узел регулирования.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что измерение сопротивления в материале оболочки проводят на участке оболочки (6), содержащем одно или более выходных отверстий.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что оболочка выполнена в произвольной форме в зависимости от практического применения нагретого газа или газовой смеси.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что внутренняя часть оболочки выполнена ребристой.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде вакуумформованного рукава, в котором необязательно выполнены отверстия или перфорация в зависимости от его использования.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в перфорированный или с выполненными в нем отверстиями рукав используемый газ или газовую смесь подают с обоих его концов.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что оболочка выполнена термоизолированой с внешней стороны.

9. Устройство подачи газа или газовой смеси с заданной температурой к месту применения в упаковочно-расфасовочной машине, содержащее узел ввода газа или газовой смеси для нагрева, средства (6, 10) в устройстве (7) с одной стороны для повышения температуры газа или газовой смеси и с другой стороны (10) для ее измерения с возможностью передачи обратно измеренных параметров на регулятор узла регулирования температуры, и средство для выпуска нагретого газа, отличающееся тем, что оно содержит выполненный в произвольной форме корпус (7), выполненный с возможностью удерживания в нем или пропускания через него газа в зависимости от его давления относительно атмосферного давления, причем указанный корпус (7) выполнен из электропроводного материала и посредством контактов, расположенных на нем, подключен к электрическому напряжению с возможностью работы в качестве дополнительного резистивного элемента, проводящего ток.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус содержит средство измерения соответствующего параметра в газе и/или в себе самом, которым является показатель температуры объема газа или газовой смеси перед выходом из корпуса.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что соответствующим параметром является сопротивление корпуса.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что соответствующее сопротивление является для узла регулировки средством, показывающим температуру газа, и представляет собой значение, постоянно передающееся обратно к узлу регулировки.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что узел регулировки температуры содержит сверхбыстрый регулятор типа «контроллера переключения режима мощности» для сверхбыстрого регулирования мощности, подаваемой на корпус, посредством регулирования тока, протекающего через него.

14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что точки, между которыми осуществляют измерение сопротивления, расположены в области оболочки (7) вокруг одного или более выпускных отверстий (9).