УСТРОЙСТВО ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ С ИНДУКЦИОННЫМ НАГРЕВОМ
MIXER WITH INDUCTIVE HEATING

Настоящее изобретение относится к устройству для смешивания с резервуаром для приема смешиваемого продукта, расположенного внутри резервуара смешивающего инструмента, и нагревательного устройства для нагрева смешиваемого продукта.
Смешивание, то есть объединение по меньшей мере двух исходных веществ с различными свойствами в смесь, является основной операцией в механических технологиях.
С помощью устройства для смешивания должна достигаться по возможности высокая однородность нового вещества. Для того чтобы достичь желаемой однородности используются, например, устройства для смешивания с вращающимся смесительным резервуаром.
В них внутри резервуара располагается, как правило не по центру, по меньшей мере один смешивающий инструмент. Когда резервуар вращается, заключенный в резервуаре смешиваемый продукт транспортируется к смешиваемому инструменту и перемешивается с помощью смешивающего инструмента. С помощью таких смесителей быстро и с высоким качеством могут быть подготовлены материалы любого рода и консистенции.
Как известно, смеситель с вращающимся резервуаром смешивает без заметного расслоения, поскольку во время одного оборота смесительного резервуара достигается полное перелопачивание материала.
Поскольку некоторые процессы смешивания связаны с химическими реакциями, которые предполагают подачу определенной энергии активации, для некоторых случаев применения уже является нормой, что смешиваемый продукт во время смешивания нагревают. Это также необходимо, если во время процесса смешивания термическое удаление жидкости должно выполняться с наложением.
Поэтому, чтобы обеспечить возможность нагрева смешиваемого продукта в смесителе, некоторые устройства для смешивания имеют обогревательную рубашку, которая охватывает стенку резервуара и находится с ним в контакте. За счет обогревательной рубашки тепловая энергия может подаваться в смесительный резервуар. В зависимости от среды-теплоносителя обогревательная рубашка может быть выполнена либо как двойная рубашка для нагрева горячей водой или термальным маслом (термомаслом), или при более высоких расчетных давлениях - для нагрева паром как ошипованная рубашка или с наваренными полутрубами. Известные решения ограничены в отношении своей максимальной температуры стенки максимально допустимой температурой среды-теплоносителя или же при нагреве паром - необходимым нормативным сопротивлением двойной рубашки.
Кроме того, с этими решениями нельзя осуществлять быстрые кривые нагрева вплоть до очень высоких температур стенки, поскольку скорость нагрева ограничена коэффициентами теплопередачи жидкости или паровой фазой на стенке резервуара, а также ограничены потери давления и, тем самым, скорость протока среды-теплоносителя по обогревательной рубашке.
Таким образом, исходя из описанного уровня техники, задача настоящего изобретения заключается в разработке устройства для смешивания указанного в начале типа, которое обеспечит как можно более быстрый и равномерный нагрев смешиваемого продукта, предпочтительно также до температур свыше 200°С, без прилипания смешиваемого продукта к стенке или дну резервуара, особенно при повышенных температурах, интенсификацию передачи теплоты от резервуара смешиваемому продукту, а также быструю выгрузку продукта после смешивания.
Согласно изобретению эта задача решена за счет того, что резервуар по меньшей мере частично выполнен из электропроводящего, предпочтительно металлического материала, и нагревательное устройство имеет по меньшей мере одну возбуждаемую электрическим переменным полем катушку, которая расположена так, что за счет изменения магнитного поля, возникающего при изменении тока, в электропроводящем материале резервуара создаются вихревые токи. Кроме того, в предлагаемом в изобретении устройстве внутри резервуара рядом с его стенкой и/или дном предусмотрено по меньшей мере одно скребковое устройство, подвижное относительно стенки резервуара. В самом простом случае скребковое устройство статично, поэтому необходимое относительно стенки движение создается только за счет вращения резервуара.
Технические результаты, достигаемые при осуществлении изобретения, заключаются в следующем. Создаваемые вихревые токи обеспечивают нагрев резервуара. Такой индуктивный нагрев резервуара позволяет выполнять целенаправленный и прямой нагрев резервуара и, тем самым, смешиваемого продукта. При этом предварительно не требуется нагревать среду-теплоноситель. Достигаемое повышение температуры ограничивается только мощностью катушки, а не химико-физическими свойствами среды-теплоносителя. Скребковое устройство обеспечивает непрерывную вертикальную составляющую потока смешиваемого продукта и предотвращает его налипание или прилипание к стенке и/или дну резервуара. К тому же при концентрическом спускном отверстии в дне смесительного резервуара процесс опорожнения в конце времени смешивания ускоряется.
В особенно предпочтительной форме осуществления скребковое устройство имеет температурный датчик для регистрации температуры смешиваемого продукта. Скребковое устройство проявило себя как особо подходящее для крепления температурного датчика для регистрации температуры смешиваемого продукта, поскольку скребковое устройство находится в непосредственном контакте со смешиваемым продуктом. В качестве альтернативы, определение температуры смешиваемого продукта может выполняться также и посредством расположенного отдельно от скребкового устройства в смесительном пространстве контактирующего с продуктом или бесконтактного температурного датчика.
В еще одной предпочтительной форме осуществления предусмотрено, что имеется по меньшей мере два регулируемых отдельно нагревательных устройства, при этом оба нагревательных устройства предпочтительно имеют соответственно по меньшей мере по одной возбуждаемой электрическим переменным полем катушке, которая расположена так, что за счет изменения магнитного поля, возникающего при изменении тока, в электропроводящем материале резервуара создаются вихревые токи.
Для того чтобы обеспечить по возможности равномерный нагрев смешиваемого продукта или же чтобы привести мощность нагрева в соответствие потокам тепла в смешиваемый продукт, для некоторых случаев применения может быть преимуществом, если предусмотрено несколько регулируемых отдельно нагревательных устройств, например одно или несколько нагревательных устройств могут быть выполнены для нагрева дна резервуара, а одно или несколько других нагревательных устройств - для нагрева стенки резервуара. Дополнительно также могло бы быть предусмотрено нагревательное устройство для нагрева смесительного инструмента и/или скребкового устройства.
При этом мощность нагревательного устройства, предназначенного для нагрева стенки резервуара, может быть такой же, или больше или меньше, чем мощность нагревательного устройства, предназначенного для нагрева дна резервуара. При этом распределение мощности между стенкой и дном предпочтительно примерно соответствует соотношению площадей между непосредственно нагреваемой предпочтительно цилиндрической поверхностью стенки и нагреваемой непосредственно поверхностью, предпочтительно кольцевой или же круглой поверхности дна резервуара. В одной особо предпочтительной форме осуществления распределение мощности по эффективной действующей площади теплопередачи зависит от смешиваемого продукта внутри резервуара. В расположенном вертикально вращающемся смесительном резервуаре поверхность дна обычно практически полностью покрыта материалом. Тем самым, поток тепла проходит по всей нагреваемой поверхности дна. В наклоненном относительно горизонтали смесительном резервуаре со стационарным скребковым устройством в зависимости от расположения скребкового устройства до прим. 10-20% поверхности дна может быть не покрыто непосредственно продуктом. Тем самым, в не входящих в непосредственно прямой контакт с продуктом поверхностях проходит существенно меньший тепловой поток, который в данном месте складывается из теплопотерь из-за излучения и конвекции. Сопоставимое действует также и для поверхностей стенок, при этом дополнительно заполненный материал в неподвижном относительно стенки резервуара состоянии покоя непосредственно касается только одной части нагреваемой поверхности стенки, в то время как находящаяся над ней часть нагреваемой поверхности стенки контактирует с отбрасываемым на стенку смешивающим инструментом смешиваемым продуктом, и используется для теплопередачи.
Например, при соотношении площадей стенки и дна 3:1 преимущественным является распределение мощности нагрева по меньшей мере 1:1, предпочтительно по меньшей мере 1,5:1, и особо предпочтительно по меньшей мере 2:1.
Преимущественно, резервуар выполнен вращательно-симметричным, при этом в одной предпочтительной форме осуществления предусмотрено, что нагревательное устройство для нагрева дна резервуара расположено таким образом, что наружный кольцеобразный участок дна резервуара несущественно нагревается нагревательным устройством, при этом кольцеобразный участок имеет предпочтительно ширину, которая больше 5%, и особо предпочтительно больше 10% диаметра резервуара.
Иными словами, возбуждаемая катушка расположена параллельно дну резервуара, однако, не напротив описанного кольцеобразного участка. Таким образом, обеспечивается, что в области угла резервуара не происходит перегрева резервуара, если одновременно нагревается стенка резервуара вторым нагревательным устройством и линии поля обеих катушек концентрируются в углу резервуара.
В качестве альтернативы или в комбинации с этим, нагревательное устройство для нагрева дна резервуара расположено таким образом, что внутренний кругообразный участок дна резервуара несущественно нагревается нагревательным устройством, при этом кругообразный участок имеет предпочтительно диаметр, который составляет больше 30%, особо предпочтительно больше 50% диаметра резервуара.
Иными словами, возбуждаемая катушка расположена в одной плоскости по существу параллельно дну резервуара, при этом, однако, кругообразный участок и наружный кольцеобразный участок не имеет обмоток катушки для обеспечения, что ни угол резервуара, ни центр дна резервуара не нагреваются напрямую. В общем, в центре дна резервуара находится соответствующий привод для резервуара. Поскольку привод или используемые в нем консистентные смазки часто чувствительны к нагреву, этот участок при выборе размеров для нагревательного устройства дна резервуара исключается. В особо предпочтительном варианте участок привода дополнительно экранируется относительно электромагнитного переменного поля катушки.
В одной альтернативной форме осуществления удалось альтернативно или в комбинации индуктивно нагревать крышку резервуара. Подобным образом нагревательное устройство для нагрева стенки резервуара может быть расположено таким образом, что нижний участок стенки резервуара в форме цилиндрической рубашки несущественно нагревается нагревательным устройством, при этом нижний участок в форме цилиндрической рубашки предпочтительно имеет такую высоту, которая выше 5%, особо предпочтительно выше 10% высоты стенки резервуара. За счет такого расположения предотвращается излишний нагрев угла резервуара за счет наложения полей при одновременном расположении нагревательного устройства на дне резервуара.
Кроме того, нагревательное устройство для нагрева стенки резервуара может быть расположено таким образом, что верхний участок стенки резервуара в форме цилиндрической рубашки несущественно нагревается нагревательным устройством, при этом верхний участок в форме цилиндрической рубашки предпочтительно имеет такую высоту, которая выше 10%, особо предпочтительно выше 20% высоты стенки резервуара. Часто смесительный резервуар не полностью заполняется смешиваемым продуктом, в результате чего за счет описанной меры предотвращается, что часть стенки резервуара, которая не контактирует со смешиваемым продуктом, нагревается напрямую.
В еще одной форме осуществления верхний участок стенки резервуара в форме цилиндрической рубашки может быть выполнен из непроводящего материала и/или материала с очень низкой теплопроводностью.
В еще одной особо предпочтительной форме осуществления предусмотрено, что между наружной стороной резервуара с одной стороны и возбуждаемой катушкой по меньшей мере одного нагревательного устройства с другой стороны имеется неэлектропроводящий, предпочтительно неметаллический изоляционный материал, который предпочтительно закреплен на наружной стороне резервуара. При этом в лучшем случае изоляционный элемент наклеивается на наружную сторону резервуара. Этот изоляционный элемент служит для того, чтобы снизить теплоотдачу резервуара в окружающую среду. Это экономит энергию и снижает расходы на защиту от касания.
Обмотки катушки для расположенного на дне резервуара нагревательного устройства могут быть расположены, например, рядом с наружной стороной дна резервуара и проходить в форме спирали вокруг поворотной оси резервуара. Это расположение обеспечивает равномерный нагрев дна резервуара. В качестве альтернативы, обмотки могут быть расположены только в круглом сегменте. Поскольку резервуар вращается относительно обмоток, то нагревается также и все дно резервуара. Хотя такое расположение приводит к менее равномерному нагреву дна резервуара, но оно может быть просто дооборудовано существующими устройствами для смешивания. При этом центральный угол круглого сегмента предпочтительно менее 180°, особо предпочтительно менее 90°, а в лучшем случае менее 45°.
Также обмотки катушки нагревательного устройства для стенки резервуара могут быть расположены рядом со стенкой резервуара и по существу проходить концентрически вокруг стенки резервуара, в результате чего может нагреваться по существу вся стенка резервуара - за исключением свободных верхнего и нижнего участка стенок.
Также и здесь в качестве альтернативы обмотки могут располагаться только в области участка стенки резервуара. За счет вращения резервуара обеспечено, что может нагреваться вся стенка. Это расположение может быть легче дооборудовано в существующие устройства для смешивания.
Наряду с возможностью оснащать только стенку или только дно смесительного резервуара нагревательным элементом, можно, например, было бы предусмотреть нагревательный элемент по существу L-образной формы, в обоих L-образных плечах которого расположено соответственно по одной катушке. Этот L-образный нагревательный элемент располагается одним плечом параллельно стенке резервуара, а другим плечом - параллельно дну резервуара.
Для некоторых случаев применения может быть преимуществом, если предусмотрен по меньшей мере один температурный датчик для измерения температуры дна резервуара, при этом температурный датчик предпочтительно является инфракрасным датчиком и регистрирует температуру с наружной стороны дна резервуара.
Кроме того, может быть предусмотрен по меньшей мере один температурный датчик для измерения на стенке резервуара, при этом также и здесь температурный датчик предпочтительно является инфракрасным датчиком и регистрирует температуру с наружной стороны стенки резервуара. В случае использования инфракрасных датчиков возможно имеющаяся изоляция может иметь вырезы, благодаря которым с помощью инфракрасных датчиков может напрямую регистрироваться температура дна и/или стенки резервуара.
В принципе можно с помощью нагревательного устройства для дна резервуара очень точно установить температуру дна резервуара с помощью соответствующего инфракрасного датчика. Таким же образом можно соответствующим образом регулировать и температуру стенки резервуара. Для того чтобы минимизировать деформации резервуара по причине термического расширения, регулирование выполняется предпочтительно так, что разница температур между дном резервуара с одной стороны и стенкой резервуара с другой стороны по возможности мала.
В одной предпочтительной форме осуществления возбуждаемая катушка по меньшей мере частично экранирована наружу. Это экранирование предпочтительно выполняется с помощью ферритового экрана.
Прочие преимущества, признаки и возможности применения предлагаемого изобретения становятся понятными их последующего описания предпочтительных форм осуществления и соответствующих фигур. На чертежах показаны:
Фигура 1 первая форма осуществления изобретения,
Фигура 2 вторая форма осуществления изобретения,
Фигура 3 третья форма осуществления изобретения, и
Фигура 4 четвертая форма осуществления изобретения.
На фигуре 1 показана первая форма осуществления изобретения предлагаемого смесителя 1. Смеситель 1 имеет резервуар 2 и расположенный в резервуаре 2 смешивающий инструмент 3, который может приводиться с помощью двигателя 4. Смешивающий инструмент 3 расположен в резервуаре 2 ассиметрично.
Резервуар 2 расположен внутри корпуса 7 с крышкой 6 корпуса. Также виден скребок 5, который закреплен на крышке 6 корпуса.
Резервуар 2 выполнен, например, из металлического материала и окружен изолирующим слоем 8. В корпусе 7 по существу параллельно дну резервуара и стенке резервуара расположены две катушки 9 и 10, на которые может быть подано переменное напряжение по подводам 11 и 12 электропитания 13. По тем же или также раздельно выполненным подводам к тому же могут транспортироваться соответствующие охлаждающие среды для теплоотвода мощности потерь в катушке. Переданное по подводам переменное напряжение обеспечивает, что в резервуаре 2 создаются вихревые токи, которые, в свою очередь, приводят к нагреву резервуара. Обе катушки 9, 10 экранированы по меньшей мере наружу, предпочтительно также к краям, с помощью ферритового экрана 14. Этот ферритовый экран 14 служит для предотвращения возможного образования вихревых токов и, тем самым, нагрева вне резервуара.
Соотнесенное со стенкой резервуара нагревательное устройство 9 проходит не по всей высоте резервуара. Верхний участок стенки резервуара, на который в общем не подается смешиваемый продукт, не нагревается. Таким же образом нагревательное устройство 9 не простирается до угла резервуара для того, чтобы избежать слишком сильного нагрева резервуара в углу.
Нагревательное устройство 10 для дна резервуара также выполнено не до угла. К тому же круглый центральный участок резервуара, по которому резервуар в общем приводится в движение, не нагревается. На скребке 5 предусмотрен первый температурный датчик 15 для определения температуры смешиваемого продукта. Кроме того, инфракрасные температурные датчики расположены в области стенки резервуара и в области дна резервуара. Для того чтобы обеспечить возможность точного определения температуры, изоляция 8 имеет соответствующие вырезы.
На фигуре 2 показана вторая форма осуществления предлагаемого устройства для смешивания.
Эта форма осуществления отличается от показанной на фигуре 1 формы осуществления только тем, что для нагрева стенки резервуара предусмотрены два нагревательных устройства 9', 9", и оба могут управляться отдельно друг от друга посредством соединений 12', 12" электропитания 13.
Соответственно предусмотрены также и два температурных датчика 17' и 17" для регистрации температуры стенки резервуара в двух различных положениях. При таком расположении можно индивидуально привести нагревательную мощность по высоте стенки в соответствие с переданной внутрь резервуара тепловой мощностью,
На фигуре 3 показана третья форма осуществления изобретения предлагаемого смесителя. Здесь можно увидеть, что смеситель может опрокидываться вокруг горизонтальной оси. Поэтому для опорожнения смесителя сначала опрокидывается крышка 6 корпуса вместе со смешивающим инструментом 3 и скребковое устройство 5 из резервуара. Затем резервуар вместе со смешиваемым продуктом опрокидывается в сторону для того, чтобы передать смешиваемый продукт в подготовленную для этих целей тележку 18. Выполненной L-образной формы нагревательное устройство выполнено в представленном случае только из одной катушки, поэтому стенка и дно смесительного резервуара не могут регулироваться индивидуально. Постоянное, не регулируемое распределение мощности между стенкой и дном может осуществляться, например, посредством различного количества обмоток катушки в стенке и дне. Также угловые участки между стенкой и дном по существу могут быть исключены из непосредственного нагрева за счет того, что угловой участок обмоток соответственно исключается. Это представляет собой особо экономичную форму осуществления изобретения.
На фиг.4 показана четвертая форма осуществления изобретения. В отличие от форм осуществления, показанных на фигурах 1 и 2, здесь катушки проходят вокруг всего резервуара или же по всей поверхности дна. Эта форма осуществления создает равномерный нагрев резервуара 2. Однако, для большинства целей применения расположение согласно форме 1 и 2 осуществления достаточно, поскольку оно является дооборудоваемым при уже существующих устройствах для смешивания.
Список ссылочных обозначений
1
Смеситель
2
Резервуар
3
Смешивающий инструмент
4
Двигатель
5
Скребок
6
Крышка корпуса
7
Корпус
8
Изоляционный слой
9, 9', 9"
Катушка / нагревательное устройство
10
Катушка / нагревательное устройство
11
Подвод
12, 12', 12"
Подвод
13
Электропитание
14
Ферритовый экран
15
Температурный датчик
16
Инфракрасный датчик
17, 17', 17"
Инфракрасный датчик
18
Тележка