УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОУСАДКИ УПАКОВКИ И СПОСОБ ТЕРМОУСАДКИ УПАКОВКИ
DEVICE FOR PACKAGING SHRINK TUBING AND METHOD OF SHRINK TUBING PACKAGE

Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для термоусадки упаковки и способу термоусадки упаковки.
Предшествующий уровень техники
Устройство для термоусадки упаковки может быть использовано для термической усадки упаковки. Указанный способ может использоваться при упаковке продуктов питания, таких как мясо и сыр. Продукты питания могут быть упакованы в термоусадочный материал. Указанный материал дает усадку вокруг продукта питания в указанном устройстве, которое может быть названо усадочной камерой туннельного типа или усадочным баком. Целью термоусадки является надлежащая герметизация упаковки и улучшение ее внешнего вида.
В таких устройствах может использоваться горячий воздух, направляемый на упаковку и вызывающий усадку указанного материала вокруг продукта питания. Недостаток этого способа состоит в том, что при упаковке холодных пищевых продуктов усадка прекращается, как только указанный материал входит в контакт с этим холодным продуктом. Такой незавершенный процесс усадки может приводить к тому, что упаковка может быть ненадлежащим образом герметизирована и/или может быть эстетически неприглядной. В других таких устройствах упаковку погружают в водяную ванну или проводят через водяную завесу. Применение воды позволяет по меньшей мере частично решить проблему остановки усадки при вхождении в контакт с холодным пищевым продуктом. Однако погружение в воду требует большого количества энергии, особенно на начальных этапах использования этого устройства, когда вода должна быть нагрета до высокой температуры (впоследствии также необходимо поддерживать высокую температуру воды).
В патенте США 5,400,570 раскрыт способ термоусадки упаковки, в котором на эту упаковку направляют как горячий воздух, так и горячую воду. Для нагрева воды используют горячий воздух, температура которого выше температуры горячей воды. В то же время в патентной заявке США 2009/0071107 A1 описана система, в которой из устройства извлекают пар таким образом, чтобы повторно использовать его тепло. Однако такие устройства требуют относительно большого количества энергии, особенно во время их запуска.
Целью настоящего изобретения является обеспечение устройства для термоусадки упаковки. Другой целью является обеспечение способа термоусадки упаковки.
Описание настоящего изобретения
В соответствии с настоящем изобретением предоставлено устройство для термоусадки упаковки, содержащее: камеру, выполненную таким образом, что упаковка на поверхности указанного устройства может быть подвергнута термоусадке посредством нагревающей текучей среды в этой камере; и резервуар предварительного нагрева, выполненный с возможностью подачи предварительно нагретой жидкости в тепловой бак, из которого нагревающая текучая среда подается в указанную камеру, при этом резервуар предварительного нагрева расположен над указанной поверхностью таким образом, что жидкость в резервуаре предварительного нагрева может предварительно нагреваться посредством тепла от указанной камеры.
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает устройство для термоусадки упаковки энергосберегающим способом. В частности, благодаря использованию резервуара предварительного нагрева жидкость может быть предварительно нагрета в этом резервуаре до ее введения в тепловой бак. Это обеспечивает возможность поддержания необходимой температуры теплового бака с использованием меньшего количества энергии и с обеспечением при этом требуемого количества дополнительной жидкости для системы для замены использованной нагревающей текучей среды.
Кроме того, благодаря размещению резервуара предварительного нагрева над поверхностью, на которой расположена упаковка, жидкость в этом резервуаре может быть предварительно нагрета посредством тепла от указанной камеры. Это позволяет повторно использовать тепло, получаемое от системы, которое в ином случае было бы потеряно. Резервуар предварительного нагрева находится близко к источнику тепла в указанной камере таким образом, что жидкость в указанном резервуаре может быть нагрета энергосберегающим способом.
В некоторых случаях резервуар предварительного нагрева находится над указанной камерой.
Следовательно, по меньшей мере большая часть тепла указанной камеры может быть использована для предварительного нагрева жидкости в резервуаре предварительного нагрева. Тепло в камере поднимается вверх по направлению к резервуару предварительного нагрева таким образом, что происходит предварительный нагрев жидкости в этом резервуаре. Это обеспечивает простую систему для повторного использования энергии камеры.
В некоторых случаях резервуар предварительного нагрева находится внутри указанной камеры.
Следовательно, резервуар предварительного нагрева может находиться очень близко к источнику тепла внутри указанной камеры. Это обеспечивает возможность эффективного предварительного нагрева жидкости в резервуаре предварительного нагрева. При передаче тепловой энергии от камеры к резервуару предварительного нагрева могут быть очень маленькие энергетические потери, поскольку указанный резервуар находится внутри этой камеры.
В некоторых случаях указанное устройство содержит по меньшей мере один канал, выполненный с возможностью образования водяной завесы внутри указанной камеры, при этом резервуар предварительного нагрева находится над указанным по меньшей мере одним каналом.
Соответственно, для отделения камеры от более холодной внешней окружающей среды может быть использована одна или более гибкая перегородка. Дополнительно, одна или более завеса из текучей среды (например, воды) может быть использована для направления нагревающей текучей среды на упаковку для ее термоусадки. Благодаря размещению резервуара предварительного нагрева над указанным по меньшей мере одним каналом тепло от этого канала может подниматься вверх к указанному резервуару таким образом, что происходит предварительный нагрев находящейся в нем жидкости. Следовательно, тепловая энергия, которая в ином случае была бы потеряна, может повторно циркулировать в системе.
В некоторых случаях устройство содержит тепловой бак.
Таким образом, указанное устройство представляет собой малогабаритный аппарат. Для его функционирования требуется только подача извне жидкости и энергии.
В некоторых случаях тепловой бак находится под указанной поверхностью так, что сила тяжести обеспечивает перемещение предварительно нагретой жидкости из резервуара предварительного нагрева в этот тепловой бак.
Следовательно, существует простая система для передачи предварительно нагретой жидкости из резервуара предварительного нагрева в тепловой бак. Это обеспечивает простую систему, которая не требует никакого дополнительного устройства, нуждающегося в энергии для передачи предварительно нагретой жидкости в тепловой бак. Это способствует снижению энергопотребления указанного устройства. Благодаря помещению теплового бака под указанной поверхностью излишек нагревающей текучей среды, например, из любой водяной завесы, может течь обратно в тепловой бак под действием силы тяжести.
В некоторых случаях устройство содержит устройство для контроля уровня в баке, выполненное с возможностью контроля уровня нагревающей текучей среды в тепловом баке.
Следовательно, существует возможность контроля уровня текучей среды в тепловом баке. Это обеспечивает возможность простого обнаружения потребности указанного устройства в жидкости. Любые изменения скорости потребления текучей среды устройства могут быть быстро обнаружены.
В некоторых случаях устройство содержит устройство для контроля уровня в резервуаре, выполненное с возможностью контроля уровня жидкости в резервуаре предварительного нагрева.
Следовательно, существует возможность контроля объема жидкости в резервуаре предварительного нагрева
В некоторых случаях указанное устройство содержит контроллер, выполненный с возможностью управления подачи внешней жидкости в резервуар предварительного нагрева на основании результатов контроля с использованием устройства для контроля уровня в баке и/или устройства для контроля уровня в резервуаре устройства.
Следовательно, указанное устройство может быстро реагировать на любые изменения уровней текучих сред внутри системы. Это может быть использовано для обеспечения того, что во время работы в устройстве циркулирует необходимый объем текучей среды.
В некоторых случаях резервуар предварительного нагрева содержит отверстие, через которое предварительно нагретая жидкость может перетекать в тепловой бак.
Следовательно, резервуар предварительного нагрева может иметь простую конструкцию, которая обеспечивает возможность переноса предварительно нагретой жидкости к тепловому баку простым способом. Использование переливного отверстия позволяет уменьшить возможность превышения объема жидкости в резервуаре предварительного нагрева выше порогового значения.
В некоторых случаях устройство содержит внешний жидкостный трубопровод, выполненный с возможностью подачи внешней жидкости в резервуар предварительного нагрева, при этом внешняя поверхность внешнего жидкостного трубопровода прилегает к указанной камере или находится внутри нее таким образом, что, когда внешняя жидкость протекает сквозь внешний жидкостный трубопровод, происходит теплообмен указанной внешней жидкости с нагревающей текучей средой внутри камеры.
Соответственно, подача холодной внешней жидкости в резервуар предварительного нагрева может иметь эффект конденсации паров нагревающей текучей среды внутри камеры. Это позволяет преобразовать пары нагревающей текучей среды в нагретую жидкую нагревающую текучую среду, которая может повторно циркулировать в системе.
В некоторых случаях указанное устройство содержит контроллер, выполненный с возможностью переключения работы указанного устройства между первым режимом, в котором внешнюю жидкость подают в тепловой бак, но не в резервуар предварительного нагрева, и вторым режимом, в котором внешнюю жидкость подают в резервуар предварительного нагрева, но не в тепловой бак.
Следовательно, время запуска устройства может быть уменьшено посредством подачи внешней жидкости непосредственно в тепловой бак во время периода прогрева. Впоследствии устройство может использоваться в рабочем режиме, в котором внешнюю жидкость вместо этого подают в резервуар предварительного нагрева для предварительного нагрева таким образом, что она не охлаждает нагревающую текучую среду в тепловом баке.
В некоторых случаях указанное устройство содержит извлекающее устройство, выполненное с возможностью извлечения паров нагревающей текучей среды из указанной камеры и выпуска их в окружающую среду вне указанного устройства.
Следовательно, устройство может иметь простую конструкцию, которая не требует наличия какого-либо устройства для повторной циркуляции пара, извлеченного из камеры. Пары нагревающей текучей среды, извлеченные из камеры, могут быть использованы отдельно и независимо от указанного термоусадочного устройства.
В некоторых случаях указанная поверхность может являться поверхностью конвейерной ленты, выполненной с возможностью транспортировки упаковок в указанную камеру и/или из нее.
Соответственно, упаковки могут непрерывно подаваться через камеру для осуществления термоусадки. Транспортировка упаковки может быть автоматизирована.
В соответствии с настоящим изобретением предложен способ термоусадки упаковки, согласно которому: размещают упаковку на поверхности; предварительно нагревают жидкость в резервуаре предварительного нагрева; подают указанную предварительно нагретую жидкость в тепловой бак, из которого нагревающую текучую среду подают в камеру; и осуществляют термоусадку указанной упаковки на указанной поверхности посредством нагревающей текучей среды в камере; при этом резервуар предварительного нагрева находится над указанной поверхностью таким образом, что жидкость в указанном резервуаре предварительно нагревается благодаря теплу указанной камеры.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 изображено устройство для термоусадки упаковки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Режимы настоящего изобретения
На Фиг. 1 изображено устройство 1 для термоусадки упаковки 2. Устройство 1 содержит камеру 10 и резервуар 20 предварительного нагрева. Камера 10 выполнена таким образом, что упаковка 2 на поверхности 11 указанного устройства может быть подвергнута термоусадке посредством нагревающей текучей среды в камере 10. Резервуар 20 предварительного нагрева выполнен с возможностью подачи предварительно нагретой жидкости 21 в тепловой бак 30, из которого нагревающую текучую среду 31 подают в камеру 10. Резервуар 20 предварительного нагрева находится над поверхностью 11 таким образом, что жидкость в резервуаре 20 предварительного нагрева может быть предварительно нагрета посредством тепла от камеры 10. Резервуар 20 предварительного нагрева может быть размещен таким образом, что упаковка 2 находится между поверхностью 11 и резервуаром 20 предварительного нагрева.
Настоящее изобретение является системой для возврата тепла, которое в ином случае было бы потеряно из циркуляции. Благодаря размещению резервуара 20 предварительного нагрева над поверхностью 11 тепловая энергия камеры 10 может быть использована для предварительного нагрева жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева для образования предварительно нагретой жидкости 21. Резервуар 20 предварительного нагрева находится близко к источнику энергии в камере 10, которую используют для предварительного нагрева жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева. В результате при передаче энергии от камеры 10 к жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева происходят очень маленькие потери энергии. Нагревающая текучая среда 31 может быть нагретой водой и/или водяным паром. Кроме воды также могут быть использованы другие текучие среды.
Благодаря размещению резервуара 20 предварительного нагрева над поверхностью 11, на которой расположена упаковка 2, при эксплуатации устройство 1 обеспечивает простой способ повторной циркуляции энергии в системе. Избыточную тепловую энергию в камере 10 используют непосредственно для нагрева жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева, затем предварительно нагретую жидкость 21 подают в тепловой бак 30 (например, посредством перетекания из резервуара 20 и перемещения под действием силы тяжести в тепловой бак 30, как изображено пунктирными линиями 16) для подачи обратно в камеру 10 для термоусадочного процесса.
В частности, помимо обеспечения собственно самого резервуара 20 предварительного нагрева нет потребности в каких-либо дополнительных устройствах для повторной циркуляции энергии внутри системы. Кроме того, благодаря отсутствию потребности в дополнительных трубах, например, проходящих вокруг устройства 1, уменьшается возможность потерь тепла в процессе повторной циркуляции.
Тепло подводится от камеры 10 к резервуару 20 предварительного нагрева и передается посредством этого подведения. Тепло передается посредством конвекции от нижней части камеры 10 к резервуару 20 предварительного нагрева.
В ходе экспериментов изобретатели обнаружили, что размещение резервуара 20 предварительного нагрева над поверхностью 11 приводит к снижению энергопотребления устройства 1 по меньшей мере на 15%, предпочтительно по меньшей мере на 20% или больше, например, приблизительно 23% (например, от 32,5 кВт/ч до 25 кВт/ч).
Расположение резервуара 20 предварительного нагрева над поверхностью 11 не ограничено каким-либо образом. В варианте осуществления изобретения резервуар 20 предварительного нагрева находится непосредственно над поверхностью 11. Термин "непосредственно над" означает, что при эксплуатации устройства 1 поверхность 11 и резервуар 20 предварительного нагрева соединяет вертикальная линия, т.е. при виде сверху резервуар 20 предварительного нагрева по меньшей мере частично перекрывает поверхность 11.
В одним из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева не находится непосредственно над поверхностью 11. Это означает, что на виде сверху между резервуаром 20 предварительного нагрева и поверхностью 11 нет перекрытия.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева находится над камерой 10. В этом случае по существу все избыточное тепло в камере 10 может подниматься вверх по направлению к резервуару 20 предварительного нагрева таким образом, что предварительно нагревает жидкость внутри резервуара 20 предварительного нагрева. Избыточное тепло в камере 20 может быть в виде паров нагревающей текучей среды, таких как, например, водяные пары. Такие пары нагревающей текучей среды не так эффективны для термоусадки упаковки 2, как нагревающая текучая среда 31 в жидком состоянии. В настоящем изобретении пары нагревающей текучей среды могут быть использованы посредством повторной циркуляции их энергии в системе.
Резервуар 20 предварительного нагрева может находиться непосредственно над камерой 10 или может не находится непосредственно над ней. В одним из вариантов осуществления настоящего изобретения нижняя поверхность резервуара 20 предварительного нагрева также формирует стенку камеры 10. В случае, когда резервуар 20 предварительного нагрева не находится непосредственно над камерой 110, резервуар 20 может быть смещен по отношению к камере 10, а именно к одной из сторон камеры 10.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева может иметь форму поддона, то есть, например, по существу прямоугольную форму. В одним из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар предварительного нагрева имеет форму лотка, который образует некую форму при виде сверху. Желательно, чтобы резервуар 20 предварительного нагрева по меньшей мере примыкал к камере 10. Это уменьшает количество энергии, которая теряется по мере ее передачи от камеры 10 к резервуару 20 предварительного нагрева.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева совместно использует поверхность раздела с камерой 10. Резервуар 20 предварительного нагрева может быть расположен на верхней поверхности камеры 10. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева прилегает к боковой поверхности камеры 10. Желательно, чтобы резервуар 20 предварительного нагрева находился непосредственно над камерой 10 таким образом, чтобы использовать естественный подъем вверх тепла камеры 10.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева находится внутри камеры 10. В этом случае энергетические потери при передаче от камеры 10 к резервуару 20 предварительного нагрева могут быть по меньшей мере снижены и, возможно, устранены. Избыточное тепло камеры 10 может помогать поддерживать температуру предварительно нагретой жидкости 21 в резервуаре 20 предварительного нагрева. Благодаря размещению резервуара 20 предварительного нагрева внутри камеры 10, резервуар 20 предварительного нагрева может поглощать тепло от камеры 10 всеми сторонами резервуара 20 предварительного нагрева. В частности, кроме приема тепла от камеры 10 через нижнюю поверхность резервуара 20 предварительного нагрева, тепло может также поступать через верхнюю поверхность и/или по меньшей мере одну боковую поверхность резервуара 20 предварительного нагрева.
Расположение резервуара 20 предварительного нагрева внутри камеры 10 не ограничено каким-либо образом. Желательно, чтобы резервуар 20 предварительного нагрева не занимал место других компонентов внутри камеры 10.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева имеет емкость по меньшей мере 20 л, в некоторых случаях, по меньшей мере 40 л и, предпочтительно, по меньшей мере 60 л.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит по меньшей мере один канал, выполненный с возможностью создания водяной завесы 12 внутри камеры 10. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева находится над указанным по меньшей мере одним каналом.
Водяная завеса 12 сформирована из жидкости, которая вытекает под действием силы тяжести из канала, сквозь который протекает указанная жидкость. Жидкость может являться водой, но это не является обязательным. Тип жидкости, которая формирует водяную завесу 12, не ограничен каким-либо образом.
Водяная завеса 12 может быть сформирована из жидкости, вытекающей из резервуара, наполненного водой из теплового бака, и используется для термоусадки упаковки 2.
Для отделения части камеры 10 от внешней среды может быть использована одна или более гибкая перегородка 14a-f, такая как силиконовая перегородка (т.е. множество полимерных листов, которые в некоторых случаях частично перекрываются). Гибкие перегородки 14a-f термически изолируют внутреннюю часть камеры 10 от наружной ее части. Может существовать значительная разница температур между внешней и наружной частями камеры 10. Например, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения во внутренней части камеры 10 поддерживается температура в пределах диапазона от приблизительно 75°C до приблизительно 100°C, а предпочтительно, в диапазоне от приблизительно 87°C до приблизительно 92°C. С другой стороны, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения наружная окружающая среда устройства 1 может иметь температуру меньше, чем 30°C, в некоторых случаях, меньше, чем 20°C, и в некоторых случаях, приблизительно 10°C. Более холодная наружная часть устройства 1 может помогать сохранять продукт питания внутри упаковки 2.
Кроме обеспечения изоляции, гибкие перегородки 14a-f также обеспечивают возможность прохождения упаковки 2 сквозь гибкие перегородки 14a-f, когда упаковку 2 транспортируют в камеру 10 и/или из нее. Когда упаковка 2 проходит сквозь гибкие перегородки 14a-f, упаковка 2 раскрывает гибкие перегородки 14a-f только в той точке, в которой упаковка 2 приходит в контакт с ними. Оставшаяся часть гибких перегородок 14a-f, которая не приходит в контакт с упаковкой 2, продолжает изолировать внутреннюю часть камеры 10 от наружной ее части.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит по меньшей мере две гибкие перегородки 14e, 14d внутри камеры 10, через которые проходит упаковка 2, когда ее транспортируют в камеру 10, и по меньшей мере две гибкие перегородки 14b, 14с внутри камеры 10, через которые проходит упаковка 2, когда ее транспортируют из камеры 10. Для обеспечения изоляции от внешней среды как вход, так и выход камеры 10, могут содержать дополнительные гибкие перегородки 14f, 14а. Как показано на Фиг. 1, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит по меньшей мере три гибкие перегородки 14f, 14е, 14d на входной стороне и/или по меньшей мере три гибкие перегородки 14с, 14b, 14а на выходной стороне камеры 10. Это позволяет создать двойные или тройные перегородки на обеих сторонах камеры 10. Это уменьшает количество паров нагревающей текучей среды, которые могут перемещаться из внутренней части камеры 10 к ее наружной части.
На Фиг. 1 изображен другой тип водной завесы 12, которая течет из канала в камере 10. В центре камеры 10, изображенной на Фиг. 1, предусмотрена пара водяных завес 12 для направления жидкой нагревающей текучей среды 31 на упаковку 2 для осуществления термоусадки упаковки 2. Водяные завесы текут из распределительного канала с низким давлением. Движущей силой для водяных завес 12 является сила тяжести. Это помогает создавать плавно текущую водяную завесу 12.
Упаковку 2 транспортируют в камеру 10 на поверхности 11. Когда упаковка 2 достигает водяных завес 12 в центральной части камеры 10, на упаковку 2 направляется жидкая нагревающая текучая среда 31 посредством центральных водяных завес 12. Это вызывает усадку усадочного упаковочного материала, окружающего продукт питания, вокруг этого продукта питания, что приводит к усадке упаковки 2. После осуществления усадки упаковку 2 транспортируют из камеры 10.
Как было упомянуто выше, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева находится над указанным по меньшей мере одним каналом. Преимуществом этого является то, что тепло от указанного канала может подниматься вверх к резервуару 20 предварительного нагрева таким образом, что происходит предварительный нагрев жидкости в резервуаре 20. Следовательно, тепловая энергия, которая в ином случае была бы потеряна, может повторно циркулировать в системе. Жидкость, которая протекает сквозь каналы для формирования водяных завес 12, содержит жидкую нагревающую текучую среду 31. Жидкость, которая формирует водяные завесы 12, нагревают так, чтобы водяные завесы 12 не вызывали снижение температуры внутри камеры 10. Напротив, водяные завесы 12 помогают поддерживать температуру внутри камеры 10.
В тех местах каналов, где жидкая нагревающая текучая среда 31 падает под действием силы тяжести с формированием водяных завес 12, могут образовываться пары нагревающей текучей среды и подниматься вверх. В принципе, это может приводить к потере из системы тепла паров нагревающей текучей среды. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения пары нагревающей текучей среды приходят в контакт с резервуаром 20 предварительного нагрева таким образом, что передают тепло резервуару 20 предварительного нагрева. Таким способом тепло паров нагревающей текучей среды повторно циркулирует и удерживается в системе.
Наличие водяных завес 12 не является необходимым для функционирования настоящего изобретения. Например, нагревающая текучая среда 31 может быть направлена на упаковку 2 при помощи средств, отличных от водяных завес 12. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения средства для направления нагревающей текучей среды 31 на упаковку 2 содержат по меньшей мере одну распылительную головку 13, которая может содержать сопло. Распылительная головка 13 распыляет нагревающую текучую среду 31 на упаковку 2. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна распылительная головка 13 может быть расположена над поверхностью 11 и выполнена с возможностью распыления нагревающей текучей среды 31 вниз по направлению к упаковке 2. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения по меньшей мере одна распылительная головка 13 расположена под поверхностью 11 и выполнена с возможностью распыления нагревающей текучей среды 31 вверх по направлению к упаковке 2, как показано на Фиг. 1.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит тепловой бак 30, из которого нагревающую текучую среду 31 подают в камеру 10. Преимуществом этого является то, что устройство 1 может быть очень малогабаритным. В этом случае, для функционирования надлежащим образом, устройству 1 может потребоваться только внешняя подача жидкости и энергии.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тепловой бак 30 имеет емкость по меньшей мере 50 л, в некоторых случаях по меньшей мере 75 л и, предпочтительно, по меньшей мере 100 л. Например, тепловой бак 30 имеет емкость приблизительно 120 л, а резервуар 20 предварительного нагрева - приблизительно 8-12 л.
Во время работы устройства 1 расходуется нагревающая текучая среда 31. Например, нагревающая текучая среда 31 может оставаться на упаковке 2, когда упаковка 2 покидает устройство 1. Дополнительно или альтернативно, нагревающая текучая среда может быть потеряна в виде паров нагревающей текучей среды, которые уходят сквозь стенки (как показано сплошными стрелками, направленными вверх наружу гибких перегородок 14а и 14f) и/или от верха камеры 10 устройства 1. При эксплуатации скорость расхода нагревающей текучей среды для термоусадки упаковки 2 может быть, например, в диапазоне от приблизительно 60 л/ч до приблизительно 180 л/ч.
Как показано на Фиг. 1, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тепловой бак 30 расположен под поверхностью 11. Тепловой бак 30 может быть расположен внутри того же корпусного блока 3, что и камера 10. Однако, это не является обязательным. Например, тепловой бак 30 может быть выполнен в виде отдельного блока относительно устройства 1, которое содержит камеру 10. Тепловой бак 30 выполнен с возможностью обмена жидкостью с камерой 10 таким образом, что нагревающая текучая среда 31 может быть подана от теплового бака 30 в камеру 10, например, посредством водяной завесы 12 и/или распылительной головки 13.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тепловой бак 30 содержит по меньшей мере один нагревающий блок, выполненный с возможностью нагрева нагревающей текучей среды внутри теплового бака 30. Нагревающие блоки не ограничены каким-либо образом и могут быть любого типа, подходящего для нагрева жидкости внутри резервуара. Например, нагревающие блоки могут подавать электрическую энергию.
В результате энергосбережения, происходящего благодаря наличию в устройстве 1 в соответствии с настоящим изобретением резервуара 20 предварительного нагрева, тепловой бак 30 может содержать меньшее количество нагревающих блоков, чем соответствующие устройства 1, не имеющие системы резервуара 20 предварительного нагрева.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит насос 32, выполненный с возможностью перекачивания нагревающей текучей среды 31 из теплового бака 30 в камеру 10. Например, на насос 32 может подаваться электрическая энергия. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения насос 32 расположен внутри узла корпуса 3, который содержит камеру 10.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит контроллер 40, выполненный с возможностью управления действиями устройства 1. Например, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен с возможностью управления подачей нагревающей текучей среды 31 из теплового бака 30 в камеру 10. Контроллер 40 может управлять насосом таким образом, что надлежащим образом подает нагревающую текучую среду 31 в камеру 10. Как показано на Фиг. 1, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен в корпусном блоке 3, который содержит камеру 10. Однако это не является обязательным. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен в виде отдельного блока относительно узла корпуса 3 устройства 1.
Как показано на Фиг. 1, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тепловой бак 30 находится под поверхностью 11 таким образом, что сила тяжести обеспечивает перемещение предварительно нагретой жидкости из резервуара 20 предварительного нагрева в тепловой бак 30. Преимущество размещения теплового бака 30 под поверхностью 11 состоит в том, что получившаяся в результате система является простой и обеспечивает возможность эффективного переноса предварительно нагретой жидкости 21 из резервуара 20 предварительного нагрева в тепловой бак 30. Эта простая система, которая не требует никакого дополнительного устройства, которое требовало бы дополнительную энергию для передачи предварительно нагретой жидкости в тепловой бак 30. Это способствует снижению энергопотребления устройства 1.
Дополнительно, благодаря размещению теплового бака 30 под поверхностью 11 излишек нагревающей текучей среды 31 внутри камеры 10 может стекать обратно в тепловой бак 30 под действием силы тяжести. Например, нагревающая текучая среда 31, которая была использована для образования водяной завесы 12, может эффективно стекать обратно в тепловой бак 30. Это помогает уменьшить количество тепла, которое теряет нагревающая текучая среда 31 в период времени между тем, как она была использована в камере 10, например, в водяной завесе 12, и тем, как она поступила в тепловой бак 30. В ином случае, избыточные пары нагревающей текучей среды могут быть выведены из жидкой нагревающей текучей среды 31 в камере 10, которые могут быть потеряны в системе. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает способ минимизации этих потерь тепла посредством использования паров нагревающей текучей среды внутри камеры 10 для предварительного нагрева жидкости внутри резервуара 20 предварительного нагрева
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит устройство 33 для контроля уровня в баке, выполненное с возможностью контроля уровня нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 30. Тип устройства для контроля, использованного для устройства 33 для контроля уровня в баке, не ограничен каким-либо образом. Устройство 33 для контроля уровня в баке может содержать любое устройство, подходящее для контроля уровня нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 30. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 33 для контроля предоставляет результат контроля контроллеру 40. Результат контроля является показателем уровня нагревающей текучей среды в тепловом баке 30.
Преимущество устройства 33 для контроля уровня в баке состоит в том, что оно обеспечивает возможность простого обнаружения потребности устройства 1 в жидкости. Например, любые изменения скорости расхода текучей среды устройства 1 могут быть быстро обнаружены. Такие изменения скорости расхода текучей среды устройства 1 могут служить показателями, например, отказа системы. В силу этого, желательно быстрое обнаружение любых изменений скорости расхода текучей среды устройства 1.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен с возможностью подачи аварийного сигнала, когда скорость расхода текучей среды устройства 1 падает ниже заранее определенного порогового значения и/или поднимается выше заранее определенного порогового значения. Аварийный сигнал может быть визуальным, например, на дисплее устройства 1 и/или может быть акустическим.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 может содержать устройство для контроля уровня в резервуаре, выполненное с возможностью контроля уровня жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева. Жидкость может являться предварительно нагретой жидкостью 21. Устройство для контроля уровня в резервуаре может содержать любое устройство, подходящее для контроля уровня жидкости в резервуаре. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для контроля уровня в резервуаре предоставляет результат контроля контроллеру 40. Результат контроля резервуара является показателем уровня жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева.
Устройство для контроля уровня в резервуаре обеспечивает возможность отслеживания объема жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева. Это обеспечивает возможность быстрого обнаружения любых нежелательных изменений объема жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева. Например, устройство 23 для контроля уровня в резервуаре может обнаруживать, что объем жидкости нежелательно повысился, что может служить показателем засора, исключающего перенос предварительно нагретой жидкости 21 из резервуара 20 предварительного нагрева в тепловой бак 30. Дополнительно, устройство для контроля уровня в резервуаре может обнаруживать, когда объем жидкости нежелательно снизился, что может быть показателем дефекта резервуара 20 предварительного нагрева, допускающего дополнительный выход из него предварительно нагретой жидкости 21. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен с возможностью подачи аварийного сигнала, когда уровень жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева падает ниже заранее определенного порогового значения и/или поднимается выше заранее определенного порогового значения.
Устройство для контроля уровня в резервуаре, выполненное с возможностью контроля уровня жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева, может быть необязательным. Поскольку допустимо переполнение избыточной жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева, общий объем жидкости в системе может быть определен посредством датчика 33. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен с возможностью управления подачей внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева на основании результатов контроля посредством устройства 33 для контроля уровня в баке и/или устройства для контроля уровня в резервуаре. Например, контроллер 40 может управлять устройством 1 таким образом, чтобы уровень нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 20 поддерживался на приблизительно постоянном уровне, когда устройство находится в рабочем режиме. Контроллер 40 может быть выполнен с возможностью поддержания уровня нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке на целевом пороговом уровне. Когда устройство 33 для контроля уровня в баке определяет, что уровень нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 30 ниже заданного порогового уровня, контроллер 40 может управлять подачей внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева для увеличения ее скорости. Когда устройство 33 для контроля уровня в баке определяет, что уровень нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 30 выше заданного порогового уровня, контроллер 40 может управлять подачей внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева для снижения ее скорости.
Скорость подачи внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева может быть непосредственно связана со скоростью, с которой предварительно нагретую жидкость 21 подают из резервуара 20 предварительного нагрева в тепловой бак 30. Таким образом, уровень нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 30 может поддерживаться на приблизительно постоянном уровне.
Для управления подачей внешней жидкости возможны другие конфигурации контроллера 40. Например, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 увеличивает скорость подачи внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева, когда устройство для контроля уровня в резервуаре определяет, что уровень жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева ниже целевого порогового уровня. Контроллер 40 может быть выполнен с возможностью снижения скорости подачи внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева, когда устройство для контроля уровня в резервуаре определяет, что уровень жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева выше целевого порогового уровня.
Преимущество управления с помощью контроллера 40 подачей внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева на основании результатов контроля посредством устройства 33 для контроля уровня в баке и/или устройства для контроля уровня в резервуаре состоит в том, что устройство 1 может быстро реагировать на любые изменения уровней текучих сред в системе. Следовательно, можно гарантировать, что для циркуляции в устройстве 1 во время работы в рабочем режиме используется постоянный объем текучей среды. Это помогает поддерживать постоянную температуру в камере 10.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева содержит отверстие 22, через которое предварительно нагретая жидкость 21 может переливаться в тепловой бак. Как показано на Фиг. 1, резервуар 20 предварительного нагрева может иметь форму открытого с верхнего конца резервуара. Предварительно нагретая жидкость 21 может перетекать через края резервуара 20 предварительного нагрева. На Фиг. 1 перетекание 16 из резервуара 20 предварительного нагрева предварительно нагретой жидкости 21 изображено пунктирной линией с длинными штрихами, отделенными двумя короткими штрихами, и со стрелками. Указанные стрелки за своим наконечником содержат кружок.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения резервуар 20 предварительного нагрева по существу полностью открыт на своей верхней части. Однако это необязательно. Например, резервуар 20 предварительного нагрева на своей верхней части может быть частично закрыт. Преимущество такого частичного закрытия состоит в том, что это может уменьшить количество тепла, которое покидает поверхность предварительно нагретой жидкости 21 в резервуаре 20 предварительного нагрева до ее переноса в тепловой бак 30.
Перетекание сквозь отверстие 22 обеспечивает возможность простой конструкции резервуара 20 предварительного нагрева, которая обеспечивает возможность переноса предварительно нагретой жидкости 21 в тепловой бак 30 простым способом. Использование переливного отверстия 22 может гарантировать, что объем жидкости в резервуаре 20 предварительного нагрева не превысит пороговое значение.
Отверстие 22 не должно быть на верхней части резервуара. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения отверстие 22 сформировано, например, на боковой стороне резервуара 20 предварительного нагрева.
Жидкость внутри резервуара 20 предварительного нагрева предпочтительно предварительно нагрета до температуры, которая выше, чем температура внешней жидкости, поступающей в систему, но ниже, что температура нагревающей текучей среды 31 внутри теплового бака 30. Например, предварительно нагретая жидкость 21 внутри резервуара 20 предварительного нагрева может иметь температуру около 60°C.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тепловой бак 30 содержит термометр 34 бака, выполненный с возможностью измерения температуры нагревающей текучей среды 31 внутри теплового бака 30. Термометр 31 бака может быть выполнен с возможностью передачи измерений температуры контроллеру 40. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 управляет нагревающими блоками внутри теплового бака 30 в зависимости от измерений температуры термометром 34 бака. Это может помогать сохранять температуру нагревающей текучей среды 31 внутри теплового бака 30 на постоянном уровне.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит внешний жидкостный трубопровод 25. Внешний жидкостный трубопровод 25 выполнен с обеспечением возможности подачи внешней жидкости в резервуар 20 предварительного нагрева. Внешняя жидкость может иметь температуру ниже, чем температура, которая поддерживается во внутренней части камеры 10. Например, в камере 10 может поддерживаться температура приблизительно 87°C-92°C, тогда как внешняя жидкость может иметь температуру около 10°C.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения наружная поверхность внешнего жидкостного трубопровода 25 прилегает к камере 10 или находится внутри нее таким образом, что когда внешняя жидкость протекает сквозь внешний жидкостный трубопровод 25, осуществляется теплообмен с нагревающей текучей средой 31 внутри камеры 10. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, изображенном на Фиг. 1, внешний жидкостный трубопровод проходит внутри камеры 10.
Пары нагревающей текучей среды, которые выходят из камеры 10 (например, через гибкие перегородки), могут приходить в контакт с наружной поверхностью внешнего жидкостного трубопровода 25. Если внешний жидкостный трубопровод 25 находится вне камеры 10, но прилегает к ней, пары нагревающей текучей среды в камере 10 могут переносить тепло к внешнему жидкостному трубопроводу 25.
Внешний жидкостный трубопровод 25 выполняет функцию конденсации паров нагревающей текучей среды внутри камеры 10 в нагревающую текучую среду 31. Затем конденсированная жидкая нагревающая текучая среда 31 может быть перенесена под действием силы тяжести обратно в тепловой бак 30. Таким образом, пары нагревающей текучей среды могут повторно циркулировать в системе, тогда как в другом случае они будут потеряны.
Это снижает потери паров нагревающей текучей среды, таких как водяные пары, из камеры 10. Такие пары нагревающей текучей среды в ином случае были бы потеряны через входной и/или выходной концы камеры 10. Даже в случае, когда для изоляции внутренней части камеры 10 от наружной ее части используют гибкие перегородки 14a-f, некоторое количество паров нагревающей жидкости может уходить через гибкие перегородки 14a-f. Это происходит в особенности в том случае, когда упаковка 2 проходит сквозь гибкие перегородки 14a-f.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит по меньшей мере один канал 15, выполненный с возможностью входа внешнего газа в камеру 10. Внешний газ представляет собой газ, такой как воздух из окружающей среды, непосредственно внешней для устройства 1. Этот внешний газ может иметь значительно более низкую температуру по сравнению с температурой внутри камеры 10. Назначение каналов 15 состоит в обеспечении возможности более холодного внешнего газа (обозначенного пунктирными линиями постоянной длины) конденсировать пары нагревающей текучей среды внутри камеры 10 в нагревающую текучую среду 31 в жидком состоянии, которая может повторно циркулировать в системе в тепловом баке 30. Как показано на Фиг. 1, на стороне камеры 10 может быть расположен по меньшей мере один канал 15. По меньшей мере один канал 15 может быть расположен на входном конце и/или выходном конце камеры 10. По меньшей мере один канал 15 может проходить вертикально по длине вдоль части камеры 10. На чертежах пунктирные линии обозначают поток внешнего газа, смешанного с паром устройства 1.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 выполнен с возможностью переключения работы устройства 1 между первым режимом, в котором внешнюю жидкость подают в тепловой бак 30, но не в резервуар 20 предварительного нагрева, и вторым режимом, в котором внешнюю жидкость подают в резервуар 20 предварительного нагрева, но не в тепловой бак 30. Устройство 1 имеет по меньшей мере два режима работы.
Первый режим работы может быть использован во время периода прогрева устройства 1. Например, до периода прогрева тепловой бак 30 может быть по существу пустым, и/или нагрев любой жидкости внутри теплового бака 30 не выполняется, так что жидкость имеет по существу одинаковую с внешней средой устройства 1 температуру или по меньшей мере меньшую, чем температура, которая должна поддерживаться в камере 10. Для периода прогрева контроллер 40 переключает устройство 1 в первый режим. Внешнюю жидкость подают прямо в тепловой бак 30. В первом режиме резервуаром 20 предварительного нагрева могут пренебречь.
Это обеспечивает нагрев внешней жидкости непосредственно в тепловом баке 30. Это является желательным, поскольку использование нагревающего блока внутри теплового бака 30 может быть более эффективным, чем нагрев резервуара 20 предварительного нагрева в камере 10. Это обеспечивает возможность более быстрого нагрева внешней жидкости до целевой температуры, которая должна поддерживаться в камере 10. Как только будет достигнут заданный пороговый уровень температуры нагревающей жидкости 31 внутри теплового бака, контроллер 40 может переключать работу устройства 1 из первого режима во второй режим работы. Термометр 34 бака может указывать, когда будет достигнута заданная температура. Устройство 33 для контроля уровня в баке может указывать, когда внутри теплового бака 30 будет достигнут заданный пороговый уровень.
Во втором режиме внешнюю жидкость подают в резервуар 20 предварительного нагрева. Например, внешнюю жидкость могут подавать в резервуар 20 предварительного нагрева посредством внешнего жидкостного трубопровода 25. Во втором режиме внешнюю жидкость не подают в тепловой бак 30 напрямую. Это помогает предотвратить снижение температуры нагревающей текучей среды 31 в тепловом баке 30 вследствие более низкой температуры внешней жидкости. Напротив, внешнюю жидкость подают в резервуар 20 предварительного нагрева, где ее предварительно нагревают, затем предварительно нагретую жидкость 21 подают в тепловой бак 30.
Как показано на Фиг. 1, внешнюю жидкость могут подавать от внешнего источника 50 жидкости к устройству 1 через трубопровод 51 источника. Устройство 1 может содержать трубопровод 35 бака, выполненный с возможностью транспортировки внешней жидкости от трубопровода 51 источника в тепловой бак 30 напрямую. Внешний жидкостный трубопровод 25 выполнен с возможностью транспортировки внешней жидкости от трубопровода 51 источника непосредственно в резервуар 20 предварительного нагрева. Для переключения пути протекания жидкости: внешняя жидкость течет от трубопровода 51 источника к трубопроводу 35 бака или от трубопровода 51 источника к внешнему жидкостному трубопроводу 25, может быть обеспечен клапан 52. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения контроллер 40 управляет клапаном 52 для переключения работы устройства 1 между первым режимом и вторым режимом. Второй режим работы может быть назван рабочим режимом устройства 1.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит извлекающее устройство 60, выполненное с возможностью извлечения паров нагревающей текучей среды из камеры 10. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения извлекающее устройство 60 выполнено с возможностью выпуска извлеченных паров нагревающей текучей среды в окружающую среду вне устройства 1.
Следовательно, устройство 1 может иметь простую конструкцию и не требовать наличия какого-либо устройства для повторной циркуляции, например, водяного пара, извлеченного из камеры 10. Пары нагревающей текучей среды, извлеченные из камеры 10, могут быть использованы отдельно и независимо от термоусадочного устройства 1.
Однако, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения пары нагревающей текучей среды, извлеченные их камеры 10 посредством извлекающего устройства 60, могут повторно циркулировать в устройстве 1. Это позволяет использовать тепло, которое в ином случае может быть выведено из системы, в повторной циркуляции в этой системе. Например, извлеченные пары нагревающей текучей среды могут быть сконденсированы в теплую жидкость, которая затем готова к повторной циркуляции в тепловом баке 30.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения поверхность 11 является поверхностью конвейерной ленты, выполненной с возможностью транспортировки упаковок в камеру 10 и/или из нее. Соответственно, упаковки 2 могут непрерывно подаваться через камеру 10 для термоусадки. Транспортировка упаковок 2 может быть автоматизирована.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения поверхность 11 содержит отверстия и/или является пористой таким образом, что жидкая нагревающая текучая среда 31 в камере 10 может проходить сквозь поверхность 11. Конвейерная лента может содержать сетчатую поверхность. Это обеспечивает возможность обратного прохода жидкой нагревающей текучей среды 31 в тепловой бак для повторной циркуляции в системе.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 является частью упаковочной системы 100. Упаковочная система 100 может содержать сушилку (не показана), выполненную с возможностью сушки упаковки 2, которая была термически усажена посредством устройства 1 для термоусадки упаковки 2. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения сушилка выполнена с возможностью обдува газом упаковки 2 таким образом, чтобы осуществлялась сушка упаковки 2. Например, указанным газом может быть воздух. Газ может быть нагрет. Сушилка может сушить упаковки 2, на которых присутствуют остатки нагревающей текучей среды 31 из устройства 1.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство 1 содержит управляющую панель 70. Управляющая панель 70 выполнена с возможностью ввода пользователем команд в устройство 1. Управляющая панель 70 может быть соединена с контроллером 40 таким образом, чтобы пользователь мог управлять контроллером 40. Управляющая панель 70 может содержать дисплей. Управляющая панель 70 может содержать сенсорный дисплей. Управляющая панель 70 может содержать нажимные кнопки.