СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТОКА ВОЗДУХА
AIR FLOW DISTRIBUTING SYSTEM

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
В настоящей заявке на получение патента испрашивается приоритет на основании предварительной заявки на патент США №61/364071, поданной 14 июля 2010 года.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, в общем, к области печей и сушильных печей, а более конкретно - к усовершенствованной системе распределения потока воздуха в печи или сушильной печи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Конвекционные печи и сушильные печи, которые обрабатывают продукт посредством непрерывных потоков, широко применяются как в промышленных, так и в применениях, связанных с обжигом. Во многих печах продукт перемещается горизонтально на одном или более уровнях, при этом он переносится на параллельных перемещающихся конвейерах или, в случае текстильных изделий или тканевых изделий, подвешивается с натяжением между внешними приводами. Циркулирующий поток горячего воздуха находится в контакте с продуктом для нагревания или сушки.
В промышленности известны некоторые средства обеспечения потока воздуха. В патенте США № 6712064 раскрыта печь с многочисленными соплами, размещенными как выше, так и ниже продуктового конвейера с вертикально направленным потоком воздуха, воздействующим на продукт в ближнем правом углу. В патентах США №6539934 и № 6684875 печи - с принудительной подачей потока с многочисленными параллельными конвейерами. В этих патентах раскрыто, что сжатый воздух из выпуска вентилятора распределяется неравномерно по продукту посредством сопел, содержащих одну или две перфорированных пластины. Поскольку поток воздуха входит в контакт с продуктом на очень маленьком расстоянии от выпуска сопла, нет необходимости в том, чтобы сопло обеспечивало поток воздуха в прямом направлении от передней поверхности сопла.
Для хрупких продуктов, которые могут повреждаться перпендикулярно падающим потокам, преимущество будет иметь поток воздуха, параллельный продукту. В патенте США № 4515561 раскрыта печь с потоком воздуха, параллельным одному и тому же направлению перемещения продукта, причем набор сопел размещается выше и ниже продукта и подсоединен к нагнетательному коллектору вентилятора на стороне печи. В этой конфигурации печи воздух контактирует с продуктом на большом расстоянии, по существу, по длине печи после выхода из сопла.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Со ссылочной позицией, заключенной в скобки, на соответствующие части, участки или поверхности раскрытого варианта осуществления только в целях иллюстрации и не посредством ограничения, настоящее изобретение предусматривает усовершенствованную систему (1) подачи потока воздуха, сконфигурированную с возможностью перемещения воздуха по пути потока, камеру (19) по пути потока, выполненную с возможностью приема продукта (9), камеру (11) для перемещения воздуха, содержащую впуск (10) с выбранной площадью для приема воздуха по пути потока в первом направлении (x-x) и выпуск (14) с выбранной площадью, которая больше, чем площадь впуска, для выпуска воздуха по пути потока во втором направлении (y-y), которое отличается от первого направления, делитель (33) потока воздуха, продолжающийся поперек выпуска для перемещения воздуха и выполненный с возможностью разделения потока воздуха по пути потока, элемент (15) направления потока воздуха, продолжающийся поперек пути потока, расположенный ниже по потоку делителя потока воздуха и расположенной выше по потоку камеры, элемент направления потока воздуха, имеющий расположенную выше по потоку впускную грань (28а) и расположенную ниже по потоку выпускную грань (29с) и выполненный с возможностью приема потока воздуха на впускной грани, рассекания потока воздуха на многочисленные отдельные подпути (27) в пределах пути потока и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани, по существу, параллельной пути потока и без существенного уменьшения статического давления.
Элемент для перемещения воздуха может содержать эжектор, нагнетательный вентилятор или вентилятор. Камера может представлять собой камеру для нагревания, охлаждения, вулканизации или сушки. Камера для перемещения воздуха может содержать многочисленные поворотные лопатки (13) (дефлекторы) по пути потока, и второе направление пути потока может быть перпендикулярным к первому направлению пути потока. Делитель потока воздуха может содержать перфорированную пластину, проволочную сетку или сетчатый экран.
Элемент направления потока воздуха может содержать первый слой (21), имеющий расположенную выше по потоку впускную грань (28а), расположенную ниже по потоку выпускную грань (29а) и многочисленные отдельные подпути (27а) в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, причем первый слой выполнен с возможностью приема потока воздуха на впускной грани, рассекания потока воздуха на многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани, второй слой (22), расположенный ниже по потоку относительно первого слоя и имеющий расположенную выше по потоку впускную грань (28b), расположенную ниже по потоку выпускную грань (29b) и многочисленные отдельные подпути (27b) в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, причем второй слой выполнен с возможностью приема потока воздуха на впускной грани второго слоя из выпускной грани первого слоя и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани второго слоя. Многочисленные отдельные подпути (27b) второго слоя можно выполнить, относительно многочисленных отдельных подпутей (27а) первого слоя, с возможностью рассекания потока воздуха, который выпускается из многочисленных отдельных подпутей первого слоя, на многочисленные отдельные подпути второго слоя и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани второго слоя. По меньшей мере, часть потока воздуха, который выпускается из, по меньшей мере, двух отдельных подпотоков первого слоя, можно смешивать вместе, по меньшей мере, в одном из отдельных подпутей второго слоя.
Система подачи потока воздуха может дополнительно содержать второй делитель (34) потока воздуха, продолжающийся поперек пути потока, расположенный ниже по потоку элемента направления потока воздуха, расположенный выше по потоку камеры и выполненный с возможностью разделения потока воздуха по пути потока. Второй делитель потока воздуха может содержать перфорированную пластину, проволочную сетку или сетчатый экран.
Площадь выпуска (36×35) камеры для перемещения воздуха может быть, по меньшей мере, приблизительно в четыре раза больше, чем площадь впуска (36×37) камеры для перемещения воздуха. Делитель потока воздуха может содержать многочисленные отверстия для потока воздуха, имеющие общую площадь между приблизительно 5% и приблизительно 35% от площади выпуска камеры для перемещения воздуха. Делитель потока воздуха может содержать многочисленные отверстия для потока воздуха, каждый из которых имеет самый длинный размер, перпендикулярный к пути потока, между приблизительно 0,1 дюйма или приблизительно 0,75 дюйма.
Подпути могут иметь среднюю глубину (37) и могут быть ограничены на впускной грани структурой из повторяющихся отверстий (27) для потока воздуха, причем каждое из отверстий имеет площадь, перпендикулярную к пути потока, и характеризуется самым длинным размером (39), перпендикулярным к пути потока, между приблизительно 0,15 и 0,75 дюйма. Подпути могут быть ограничены на впускной грани структурой повторяющихся отверстий для потока воздуха, причем каждое из отверстий имеет площадь, перпендикулярную к пути потока, и структура повторяющихся подпутей может представлять собой многоугольную сотовую структуру. Подпути можно сформировать из тонкостенного слоя (21) с шестиугольной сотовой структурой, или сформировать из многочисленных тонкостенных слоев (21-23) с шестиугольной сотовой структурой или сформировать из многочисленных смещенных тонкостенных слоев (40/41) с шестиугольной сотовой структурой. Подпути могут иметь среднюю глубину и могут быть ограничены на впускной грани структурой из повторяющихся отверстий для потока воздуха, причем каждое из отверстий имеет площадь, перпендикулярную к пути потока, и пути потока могут иметь среднюю глубину между приблизительно 0,25 и приблизительно 3 дюйма, и отверстия подпути могут иметь площадь между приблизительно 0,06 и приблизительно 1,5 квадратных дюймов.
В другом аспекте изобретение предусматривает систему подачи потока воздуха, содержащую элемент для перемещения воздуха, выполненный с возможностью перемещения воздуха по пути потока, камеру на пути потока, выполненную с возможностью приема продукта, камеру для перемещения воздуха, содержащую впуск с выбранной площадью для приема воздуха по пути потока в первом направлении и выпуск с выбранной площадью больше, чем площадь впуска, для выпуска воздуха по пути потока во втором направлении, которое отличается от первого направления, делитель потока воздуха, продолжающийся поперек выпуска для перемещения воздуха и имеющий многочисленные отверстия для потока воздуха, причем отверстия для потока воздуха делителя потока воздуха имеют среднюю глубину и общую площадь, перпендикулярную к пути потока, элемент направления потока воздуха, продолжающийся поперек пути потока, расположенный ниже по потоку делителя потока воздуха и расположенный выше по потоку камеры, причем элемент направления потока воздуха имеет расположенную выше по потоку впускную грань, расположенную ниже по потоку выпускную грань и многочисленные различные подпути между впускной гранью и выпускной гранью, при этом подпути имеют среднюю глубину и ограничены на впускной грани структурой повторяющихся отверстий для потока воздуха, причем каждое из отверстий имеет площадь, перпендикулярную к пути потока, и характеризуется самым длинным размером, перпендикулярным к пути потока, при этом средняя глубина подпутей больше, чем средняя глубина отверстий в делителе потока воздуха, общая площадь отверстий для потока воздуха на впускной грани элемента направления потока воздуха, по существу, больше, чем общая площадь отверстий для потока воздуха в делителе потока воздуха, и средняя глубина подпутей больше, чем самый длинный размер отверстий, перпендикулярных к пути потока подпутей.
Элемент для перемещения воздуха может содержать эжектор, нагнетательный вентилятор или вентилятор. Камера может представлять собой камеру для нагревания, охлаждения, вулканизации или сушки. Камера для перемещения воздуха может содержать многочисленные поворотные лопатки на пути потока, и второе направление пути потока может быть перпендикулярным к первому направлению пути потока. Делитель потока воздуха может содержать перфорированную пластину, проволочную сетку или сетчатый экран.
Элемент направления потока воздуха может содержать первый слой, имеющий расположенную выше по потоку впускную грань и расположенную ниже по потоку выпускную грань, и многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, причем первый слой выполнен с возможностью приема потока воздуха на впускной грани и рассекания потока воздуха на многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани, второй слой, расположенный ниже по потоку относительно первого слоя и имеющий расположенную выше по потоку впускную грань, расположенную ниже по потоку выпускную грань и многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, причем второй слой выполнен с возможностью приема потока воздуха на впускной грани второго слоя из выпускной грани первого слоя и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани второго слоя. Многочисленные отдельные подпути второго слоя можно выполнить, относительно многочисленных отдельных подпутей первого слоя, с возможностью рассекания потока воздуха, который выпускается из многочисленных отдельных подпутей первого слоя, на многочисленные отдельные подпути второго слоя и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани второго слоя. По меньшей мере, часть потока воздуха, который выпускается из, по меньшей мере, двух отдельных подпотоков первого слоя, можно смешивать вместе, по меньшей мере, в одном из отдельных подпутей второго слоя.
Подпути первого слоя могут иметь среднюю глубину и могут быть ограничены на впускной грани структурой повторяющихся отверстий для потока воздуха, причем отверстия имеют общую площадь, перпендикулярную к пути потока, и характеризуются самым длинным расстоянием, перпендикулярным к пути потока, причем средняя глубина подпутей первого слоя больше, чем средняя глубина отверстий в делителе потока воздуха, при этом общая площадь отверстий для потока воздуха на впускной грани первого слоя, по существу, больше, чем общая площадь отверстий для потока воздуха в делителе потока воздуха, и средняя глубина подпутей первого слоя больше, чем самый длинный размер отверстий, перпендикулярных к пути потока подпутей. Подпути второго слоя могут иметь среднюю глубину и могут быть ограничены на впускной грани структурой повторяющихся отверстий для потока воздуха, причем отверстия имеют общую площадь, перпендикулярную к пути потока, и характеризируются самым длинным размером, перпендикулярным к пути потока, при этом средняя глубина подпутей второго слоя больше, чем средняя глубина отверстий в делителе потока воздуха, при этом общая площадь отверстий для потока воздуха на впускной грани второго слоя, по существу, больше, чем общая площадь отверстий для потока воздуха в делителе потока воздуха, и средняя глубина подпутей второго слоя больше, чем самый длинный размер отверстий, перпендикулярных к пути потока подпутей.
Структура повторяющихся отверстий для потока воздуха подпутей первого слоя может, по существу, отличаться от структуры повторяющихся отверстий для потока воздуха подпутей второго слоя. Средняя глубина подпутей первого слоя может, по существу, отличаться от средней глубины подпутей второго слоя. Общая площадь отверстий для потока воздуха на впускной грани первого слоя может, по существу, отличаться от общей площади отверстий для потока воздуха на впускной грани второго слоя. Самый длинный размер отверстий подпутей первого слоя может, по существу, отличаться от самого длинного размера отверстий подпутей второго слоя.
Площадь выпуска камеры для перемещения воздуха может быть, по меньшей мере, приблизительно в четыре раза больше, чем площадь впуска камеры для перемещения воздуха. Отверстия для потока воздуха делителя потока воздуха могут иметь общую площадь между приблизительно 5% и приблизительно 35% от площади выпуска камеры для перемещения воздуха. Отверстия для потока воздуха делителя потока воздуха могут по отдельности иметь диаметр, и диаметр может находиться между приблизительно 0,1 и приблизительно 0,75 дюймов. Самый длинный размер каждого из подпутей может находиться между приблизительно 0,15 и 0,75 дюймов.
Структура повторяющихся подпутей может представлять собой шестиугольную сотовую структуру. Структура повторяющихся подпутей может представлять собой многоугольную сотовую структуру. Подпути можно сформировать из слоя из тонкостенной пластины с шестиугольными сотами. Подпути можно сформировать из многочисленных слоев из тонкостенной пластины с шестиугольными сотами или сформировать из многочисленных смещенных слоев из тонкостенной пластины с шестиугольными сотами. Подпути могут иметь среднюю глубину между приблизительно 0,25 и приблизительно 3 дюйма.
В другом аспекте изобретение предусматривает систему подачи потока воздуха, содержащую элемент для перемещения воздуха, выполненный с возможностью перемещения воздуха по пути потока, камеру на пути потока, выполненную с возможностью приема продукта, камеру для перемещения воздуха, содержащую впуск с выбранной площадью для приема воздуха по пути потока, и выпуска с выбранной площадью для выпуска воздуха по пути потока, делитель потока воздуха, продолжающийся поперек выпуска для перемещения воздуха и выполненный с возможностью разделения потока воздуха по пути потока, элемент направления потока воздуха, продолжающийся поперек пути потока, расположенный ниже по потоку делителя потока воздуха и расположенный выше по потоку камеры, причем элемент направления потока воздуха имеет расположенную выше по потоку впускную грань и расположенную ниже по потоку выпускную грань и выполнен с возможностью приема потока воздуха со скоростью впускного потока на впускной грани и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани со скоростью выпускного потока, где скорость впускного потока больше или равна скорости выпускного потока, и где скорость выпускного потока составляет, по меньшей мере, 4 метра в секунду.
Площадь выпуска камеры для перемещения воздуха может быть больше, чем площадь впуска камеры для перемещения воздуха, впуск камеры для перемещения воздуха может принимать воздух по пути потока в первом направлении, и выпуск камеры для перемещения воздуха может выпускать воздух по пути потока во втором направлении, которое отличается от первого направления, и элемент направления потока воздуха можно выполнить с возможностью приема потока воздуха на впускной грани и разделения потока воздуха на многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани, по существу, параллельной пути потока. Камера для перемещения воздуха может содержать многочисленные поворотные лопатки на пути потока, и второе направление пути потока может быть перпендикулярным к первому направлению пути потока. Делитель потока может содержать перфорированную пластину, проволочную сетку или сетчатый экран. Элемент направления потока воздуха может содержать первый слой, имеющий расположенную выше по потоку впускную грань, расположенную ниже по потоку выпускную грань и многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, причем первый слой выполнен с возможностью приема потока воздуха на впускной грани и рассекания потока воздуха на многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока и выпуска пути потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани, второй слой, расположенный ниже по потоку относительно первого слоя и имеющий расположенную выше по потоку впускную грань, расположенную ниже по потоку выпускную грань и многочисленные отдельные подпути в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, причем второй слой выполнен с возможностью приема потока воздуха на впускной грани второго слоя из выпускной грани первого слоя и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани второго слоя. Многочисленные отдельные подпути второго слоя можно выполнить, относительно многочисленных отдельных подпутей первого слоя, с возможностью рассекания потока воздуха, который выпускается из многочисленных отдельных подпутей первого слоя, на многочисленные отдельные подпути второго слоя и выпуска потока воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани второго слоя. По меньшей мере, часть потока воздуха, который выпускается из, по меньшей мере, двух отдельных подпотоков первого слоя, можно смешивать вместе, по меньшей мере, в одном из отдельных подпутей второго слоя. Система подачи потока воздуха может дополнительно содержать второй делитель потока воздуха, продолжающийся поперек пути потока, расположенный ниже по потоку элемента направления потока воздуха, расположенный выше по потоку камеры и выполненный с возможностью разделения потока воздуха на путь потока. Площадь выпуска камеры для перемещения воздуха может быть, по меньшей мере, приблизительно в четыре раза больше, чем площадь впуска камеры для перемещения воздуха.
Одной задачей настоящего изобретения является выполнение сопла, которое достигает требуемых свойств потока с низкими потерями давления. Другой задачей является выполнение сопла для печей и сушильных печей с параллельных потоком, которое поворачивает поток воздуха на 90 градусов и имеет одинаковую скорость поперек выпускной грани сопла, а также выходной поток, который проходит прямо и параллельно вектору нормали грани сопла. Другой задачей является получение структуры потока воздуха с требуемой геометрией, где длина выпускной грани гораздо больше, чем высота или глубина. Другой задачей является выполнение сопла, легко масштабируемого для различной ширины печи или сушильной печи и различного промежутка между параллельными слоями продукта.
Другой задачей является выполнение сопла для печей и сушильных печей с параллельным потоком, потоком, идущим вниз, или поперечным потоком, который имеет одинаковую скорость воздуха поперек выпускной грани сопла, а также выходной поток, который является прямым и параллельным вектору нормали грани сопла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 - частичный вид в перспективе варианта осуществления настоящего изобретения, сконфигурированного в виде печи, которая обеспечивает поток воздуха, параллельный продукту.
Фиг.2 - покомпонентный вид сопла, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - расположенный ниже по потоку вид спереди одного слоя элемента направления потока воздуха, показанного на фиг.2.
Фиг.4 - увеличенный детальный вид слоя элемента направления потока воздуха (фиг.3), взятого в пределах показанной площади А (фиг.3).
Фиг.5 - расположенный ниже по потоку непокомпонентный перспективный вид спереди элемента направления потока воздуха, показанного на фиг.2.
Фиг.6 - увеличенный детальный вид элемента направления потока воздуха (фиг.5), взятого в пределах показанной площади В (фиг.5).
Фиг.7 - график набора данных равномерности измеренной скорости и соответствующие безразмерные параметры для сравнительного примера или традиционной конструкции.
Фиг.8 - график набора данных равномерности измеренной скорости и соответствующих безразмерных параметров для варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - график изменения параметра равномерности скорости в зависимости от числа и толщины слоев с сотовой структурой, включенных между параллельными перфорированными пластинами.
Фиг.10 - график измерения параметра равномерности скорости в зависимости от числа границ раздела между слоями с сотовой структурой при размещении с фиксированной толщиной.
Фиг.11 - график данных прямолинейности измеренной скорости для сравнительного примера и варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 - график изменения прямолинейности потока в зависимости от числа и толщины сот, включенных между параллельными перфорированными пластинами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С самого начало следует ясно понимать, что подобные ссылочные позиции предназначены для обозначения одинаковых структурных элементов, частей или поверхностей одинаковым образом на всех отдельных фигурах чертежей, причем, как таковые, элементы, части или поверхности можно дополнительно описать или объяснить с помощью полного письменного описания, это подробное описание которого является неотъемлемой частью. Если не указано иное, то чертежи предназначены для чтения (например, штриховки, расположения частей, пропорции, степени и т.д.) вместе с описанием, и их необходимо рассматривать как часть полного письменного описания этого изобретения. Используемые в приведенном ниже описании термины "горизонтальный", "вертикальный", "левый", "правый", "вверх" и "вниз", а также их производные, относящиеся к прилагательным и наречиям (например, "горизонтально", "справа", "сверху" и т.д.), относятся просто к ориентации изображенной структуры в виде конкретной фигуры чертежа, обращенной к читателю. Кроме того, при необходимости термины "сверху" и "снизу" относятся, в общем, к ориентации поверхности относительно своей оси растяжения или оси вращения.
Обращаясь к чертежам, а более конкретно к фиг.1, настоящее изобретение предусматривает усовершенствованную систему подачи потока воздуха, первый вариант осуществления которой, в общем, показан поз.1. Хотя настоящее изобретение имеет много приложений для получения требуемого потока с пониженными потерями давления, оно описано по отношению к его приложению в печи окислительной стабилизации для предшественника углеродного волокна.
На фиг.1 показана часть печи 1 с внутренней камерой 19 и слоями 9 продукта, размещенными и перемещающимися в параллельных горизонтальных плоскостях. Циркуляция воздуха для обеспечения контакта с продуктом 9 осуществляется с помощью вентилятора 3, при этом воздух нагнетается в боковую камеру 2 и затем направляется через фильтр 4 и нагреватель 5 на поворотные лопатки 6. С лопаток 6 нагретый воздух поступает на набор сопел 7, которые размещены выше и ниже слоев 9 продукта, где поток воздух поворачивается на 90 градусов таким образом, чтобы он выпускался в направлении, параллельном направлению перемещения продукта 9. На другом конце печи 1 воздух поступает в камеры 8 для сбора, через которые он возвращается на впуск вентилятора 3.
Обратимся теперь к фиг.2, в этом варианте осуществления сопло 7 представляет собой, обычно, прямоугольный параллелепипед, изготовленный из листового металла, выполненного и сваренного с использованием стандартной производственной практики. Сопло 7 имеет правую открытую грань 10, которая служит в качестве впуска для воздуха, и переднюю открытую грань 14, которая перпендикулярна к впуску 10 и служит в качестве выпуска. Сплошная грань 17 расположена напротив впуска 10 для воздуха и верхняя сплошная грань 18а, нижняя сплошная грань 18b и задняя сплошная грань 18с перпендикулярны впуску 10 для воздуха. Сплошная грань 17, верхняя грань 18а, нижняя грань 18b и задняя грань 18с ограничивают переходную камеру 11. Многочисленные лопатки 13, расположенные в камере 11, изготовлены из тонколистового металла, имеют изгиб под углом 90 градусов и прикреплены как к верхней, так и к нижней сплошным граням 18а и 18b с помощью точечной сварки по своей длине. Лопатки 13 размещаются таким образом, чтобы выполнить множество, по существу, равных по размеру выпускных каналов, которые пересекают перфорированную пластину 33. Таким образом, поток воздуха вводится в камеру 11 через впуск 10 в направлении х-х и поворачивается лопатками 13 в этом варианте осуществления под углом 90 градусов для вывода из камеры 11 через выпуск 14 обычно в направлении у-у.
Грань 20 для выпуска воздуха из сопла 7, расположенная напротив сплошной грани 18с, содержит расположенную выше по потоку перфорированную пластину 33, элемент 15 направления потока воздуха и расположенную ниже по потоку перфорированную пластину 34. Как показано на чертеже, перфорированные пластины 33, 34 выполнены со структурой отверстий 30 для потока воздуха, которая позволяет воздуху проходить из расположенной выше по потоку стороны 31 соответствующей пластины в расположенную ниже по потоку сторону 32 соответствующей пластины. Предпочтительно, но необязательно, чтобы перфорированные пластины 33 и 34 имели ту же самую структуру отверстий 30 и размеры отверстий 30. Также предпочтительно, чтобы диаметры отверстий 30 в пластинах 33 и 34 находились в диапазоне приблизительно 0,1-0,5 дюйма, и еще более предпочтительно в диапазоне приблизительно 0,2-0,4 дюйма. Открытая площадь перфорированных пластин находится предпочтительно в диапазоне приблизительно 5-35% от общей площади, и более предпочтительно в диапазоне приблизительно 15-25%.
Как показано на фиг.2, элемент 15 направления потока воздуха расположен между перфорированными пластинами 33 и 34 и, в этом варианте осуществления, содержит три листа или слоя 21, 22 и 23. Как показано 3, каждый из листов 21-23 имеет многочисленные подпроходы 27а-с для отдельных потоков, ограниченные шестиугольной в поперечном сечении структурой, которая образована с помощью повторяющихся открытых шестиугольных ячеек 25 с тем же самым размером, которые обычно называются листами с сотовой структурой. На фиг.3 показан вариант осуществления слоев 21-23 с коммерчески доступной формой листа с сотовой структурой. Как показано на чертеже, каждый из листов 21-23 сформирован с помощью повторяющейся структуры базовой ячейки 25, показанной на фиг.4, имеющей шесть сторон, образующих внутренний воздушный проход 27. Ячейка 25 предпочтительно имеет не более чем восемь сторон и более предпочтительно имеет шесть сторон. Предпочтительно, но необязательно, чтобы все слои 21-23 с сотовой структурой имели одинаковый размер ячейки 25, и чтобы ячейки имели самый длинный поперечный размер 39 в диапазоне от приблизительно 0,1-0,5 дюйма, и более предпочтительно в диапазоне приблизительно 0,2-0,4 дюйма. Хотя показана шестиугольная ячейка, можно использовать и другие структуры. Например, ячейка 25 может представлять собой любой выпуклый многоугольник или другую форму. Подпути 27 имеют среднюю глубину 37 между приблизительно 0,25 и приблизительно 3 дюйма, и отверстия 27 подпутей имеют площадь между приблизительно 0,06 и приблизительно 1,5 квадратных дюймов.
Как показано на фиг.5, в этом варианте осуществления, слои 21-23 с сотовой структурой размещены в виде многочисленных слоев со своими гранями, свободными для касания. Расположенная выше по потоку грань 28а слоя 21 расположена напротив расположенной ниже по потоку грани 32а пластины 33, слой 22 расположен ниже по потоку грани 29а слоя 21 и расположенный выше по потоку грани 28с слоя 23, и расположенная ниже по потоку грань 29с слоя 23 расположена напротив расположенной выше по потоку грани 31b пластины 34.
Как показано на фиг.6, слои 21-23 размещаются таким образом, чтобы передние края 26 их соответствующей структуры открытых ячеек 25 и, таким образом, их многочисленные подпути 27 для отдельных потоков были смещены (40, 41) друг от друга, что выполнено в этом варианте осуществления с помощью смещения за счет отрезания на концах или путем использования прокладок на границах соответствующих слоев. На фиг.6 показан такой сдвиг на расположенной выше по потоку грани 28а элемента 15 направления потока воздуха. Как показано, передний край слоя 22 смещен относительно переднего края слоя 21 на расстояние 40а с первым размером и 40b со вторым размером. Аналогично, передний край слоя 23 смещен относительного переднего края слоя 22 на расстояние 41а с первым размером и 42b со вторым размером. Расстояния являются такими, чтобы передний край слоя 23 был также смещен относительно переднего края слоя 21. Хотя все три слоя смещены в этом варианте осуществления, один или более слоев можно выполнить таким образом, чтобы они не были смещены по отношению к одному или более другим слоям.
Результатом этого смещения является то, что путь потока воздуха становится извилистым благодаря увеличенному количеству передних краев, на которые наталкиваются по всей глубине элемента 15 направления потока воздуха. С помощью трех или более слоев, случайный характер выравнивания делает всю сборку 15 более равномерной по всем большим площадям.
Кроме того, так как первый слой 21 имеет расположенную выше по потоку впускную грань 28а и расположенную ниже по потоку выпускную грань 29а, и многочисленные отдельные подпути 27а в пределах пути потока между впускной гранью и выпускной гранью, слой 21 принимает поток воздуха на впускной грани 28а и рассекает поток воздуха на многочисленные отдельные подпути 27а в пределах всего пути потока и выпускает поток воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани 29а. Так как второй слой 22, расположенный ниже по потоку от первого слоя 21, смещен 40 относительно слоя 21 и имеет расположенную выше по потоку впускную грань 28b, расположенную ниже по потоку выпускную грань 29b и многочисленные отдельные подпути 27b между впускной гранью 28b и выпускной гранью 28b, второй слой принимает поток воздуха на впускной грани 28b из выпускной грани 29а первого слоя 21 и рассекает поток воздуха, который выпускается из многочисленных отдельных подпутей 27а первого слоя, на многочисленные отдельные подпути 27b второго слоя и выпускает поток воздуха из расположенной ниже по течению выпускной грани 29b второго слоя 22. Из-за смещения 40, по меньшей мере, часть потока воздуха, который выпускается из, по меньшей мере, двух отдельных подпутей 27а первого слоя 21, смешиваются вместе, по меньшей мере, в одном из отдельных подпутей 27b второго слоя 22. Аналогичным образом, так как третий слой 23, расположенный ниже по потоку относительно первого слоя 22, смещен 41 относительно слоя 22 и имеет расположенную выше по потоку впускную грань 28с, расположенную ниже по потоку выпускную грань 29с и многочисленные отдельные подпути 27с между впускной гранью 28с и выпускной гранью 29с, третий слой принимает поток воздуха на впускной грани 28с из выпускной грани 29b второго слоя 21 и рассекает поток воздуха, который выпускается из многочисленных отдельных подпутей 27b второго слоя на многочисленные отдельные подпути 27с третьего слоя 23 и выпускает поток воздуха из расположенной ниже по потоку выпускной грани 29с третьего слоя 22. Из-за смещения 41, по меньшей мере, часть потока воздуха, которая выпускается из, по меньшей мере, двух отдельных подпутей 27b второго слоя 22, смешиваются вместе, по меньшей мере, в одном из отдельных подпутей 27с третьего слоя 23.
Элемент 15 направления потока воздуха можно выполнить из одного или более слоев с любой жесткой формой, которая представляет собой, по существу, открытое поперечное сечение и многочисленные подпути потока воздуха для воздуха, проходящего между перфорированными пластинами 33 и 34. Предпочтительно, чтобы открытая площадь 27 грани 28а элемента 15 направления потока воздуха была больше, чем приблизительно 80% от общей площади, и более предпочтительно, чтобы открытая площадь 27 грани 28а элемент 15 направления потока воздуха была больше приблизительно на 80% от общей площади, и более предпочтительно, чтобы открытая площадь 27 была больше, чем приблизительно 90% от общей площади.
В этом варианте осуществления соотношение геометрических размеров сопла является таким, что выпускная грань 20 намного шире или длиннее чем впускная грань 10. Обычно горизонтальная ткань продукта расположена друг от друга на расстоянии 150-300 мм и имеет ширину 1500-4000 мм, которая ограничивает сопло так, что его ширина 35 выпуска в 10-20 раз больше, чем его высота 36. Кроме того, в этом варианте осуществления размер 37 по глубине сопла остается не более чем в два раза больше промежутка 16 между продуктом, что приводит к более высокой доле продукта 9 в камере 19, который подвергается воздействию всего потока воздуха.
В этом варианте осуществления площадь выпуска 14 камеры 11 для перемещения воздуха, по меньшей мере, приблизительно в четыре раза больше, чем площадь впуска 10 камеры 11. Многочисленные отверстия 30 для потока воздуха в перфорированных пластинах 33, 34, соответственно, имеют общую площадь между приблизительно 5% и приблизительно 35% от площади выпуска 14 камеры 11.
Средняя глубина 37 подпутей 27 для элемента 15 направления потока воздуха больше, чем средняя глубина отверстий 30 в пластине 33, и общая площадь отверстий 27 для потока воздуха на впускной грани 28а элемента 15 направления потока воздуха, по существу, больше, чем общая площадь отверстий 30 для потока воздуха в пластине 33, и средняя глубина подпутей 27 для элемента 15 направления потока воздуха больше, чем самый длинный размер 39 отверстий 27. Кроме того, в этом варианте осуществления, сами подпути 27а первого слоя 21 имеют среднюю глубину больше, чем средняя глубина отверстий 30 в делителе 33 потока воздуха, имеют общую площадь отверстий 27а для потока воздуха на впускной грани 28а, по существу, больше, чем общая площадь отверстий 30 для потока воздуха в делителе 33 потока воздуха, и имеют среднюю глубину больше, чем самый длинный размер 39 подпутей 27а. Аналогичным образом, подпути 27b и 27с второго слоя 22 и третьего слоя 23, соответственно, имеют по отдельности среднюю глубину больше, чем средняя глубина отверстий 30 в делителе 33 для потока воздуха, имеют общую площадь, по существу, больше, чем общая площадь отверстий 30 для потока воздуха в делителе 33 потока воздуха, и имеют среднюю глубину больше, чем самый длинный размер 39.
Сопло 7 обеспечивает поток воздуха, подходящий для печей, охладителей, камер вулканизации и сушильных печей, которые используют параллельные потоки. Сопло 7 поворачивает поток воздуха на 90 градусов относительно впуска 10, перпендикулярного к выпуску сопла. Сопло 7 также обеспечивает поток воздуха в камере 19, которая имеет одинаковую скорость воздуха поперек выпускной грани 20 сопла и, по существу, прямо и нормально к выпускной грани 20 и по существу параллельно к оси у-у.
В альтернативных вариантах осуществления, структура повторяющихся отверстий для потока воздуха подпутей первого слоя 21 может существенно отличаться от структуры повторяющихся отверстий для потока воздуха подпутей второго слоя 22. Аналогичным образом, структура отверстий в третьем слое 23 может существенно отличаться от структуры отверстий во втором слое 22 и быть одинаковой или отличаться от структуры отверстий в первом слое 21. Средняя глубина подпутей первого слоя 21 может, по существу, отличаться от средней глубины подпутей второго слоя 22 и/или третьего слоя 23. Кроме того, общая площадь отверстий для потока воздуха на впускной грани 28а первого слоя 21 может, по существу, отличаться от общей площади отверстий для потока воздуха на впускной грани 28b и/или 28с второго слоя 22 и/или третьего слоя 23, соответственно. Самый длинный размер отверстий подпутей первого слоя 21 может, по существу, отличаться от самого длинного размера отверстий подпутей второго слоя 22 или третьего слоя 23. Помимо этого, как показано ниже, можно использовать более трех слоев. К тому же можно использовать единственный слой 21 или только два слоя 21 и 22.
Так как печи, охладители, камеры вулканизации и сушильные печи с принудительной конвекцией используют вентиляторы, которые при больших объемах могут потреблять несколько сотен киловатт, что является значительным недостатком в случае, если сопло, направляющее поток воздуха, не выполняет свою функцию с низкими потерями давления, так как требуемая мощность вентилятора прямопропорциональна общему падению давления в системе, и сопло будет обычно вызывать самое большое падение давления в схеме. Предполагалось, что будут высокие потери давления на пути потока, который создается пластинами 33 и 34 и элемент 15 направления потока воздуха, содержащими многочисленные смещенные слои с сотовой структурой. Однако при тестировании падение давления, возникающее из сопла 7, было существенно ниже, чем ожидалось.
Конструкция, подобная части печи, показанная на фиг.1, была использована для оценки технических характеристик различных вариантов осуществления сопла 7 в сравнении с традиционной конструкцией. В установке для тестирования использовался вентилятор мощностью 15 кВт для подачи воздуха одновременно с набором трех параллельных сопел одним и тем же способом, как показано на фиг.1. Безразмерный параметр, который используется в качестве критерия равномерности потока воздуха, поступающего из сопла, представляет собой отношение среднеквадратического отклонения скорости к среднему значению скорости из набора измерений, взятых в различных местоположениях, которые охватывают площадь сопла. На фиг.7 показано изменение параметра равномерности скорости для традиционной конструкции для четырех различных средних скоростей потока газа, которые соответствуют по воздействию четырем различным скоростям вентилятора. Сопло для этого примера имело ширину 1600 мм, высоту 200 мм и глубину 400 мм. Впуск для воздуха находился на грани, которая имела размеры 200 мм×400 мм, и выпуск для воздуха находился на грани, размеры которой составляли 200 мм×1600 мм. В сопле находилось семь лопаток, расположенных на одинаковых интервалах друг от друга как относительно впуска, так и относительно выпуска, которые имели высоту 200 мм и были приварены к верхней и нижней граням. На выпуске находились две параллельные перфорированные пластины на расстоянии друг от друга 76 мм и имели 15% открытой площади и диаметр отверстия 6 мм. 8 отчетов скорости воздуха получали на каждой из различных скоростей вентилятора. Эти 8 точек были выбраны на расстоянии 200 мм друг от друга и закрывают, по существу, всю ширину сопла. Сбор данных осуществлялся по вертикали в центре сопла, которое находилось на расстоянии 100 мм от дна. Термоанемометр модели 407113 Extech Instruments использовался для измерения скорости. Во всех случаях 20 отдельных отсчетов скорости были усреднены в каждом местоположении данных. Во всех случаях температура воздуха составляла между 20 и 24°C. На фиг.7 показан параметр стандартное отклонение/равномерность средней скорости для каждой из четырех постоянных скоростей вентилятора (показаны как средняя скорость), который включает в себя отчеты из 8 положений вдоль ширины, а также общее значение, которое учитывает все 32 отчета. На фиг.7 отдельный диапазон параметров скорости вентилятора от 6,1-7,4%, и общее значение составляло 6,8%.
На фиг.8 показан параметр равномерности скорости для варианта осуществления настоящего изобретения. Размер сопла был таким же, как и в традиционной конструкции, то есть ширина 1600 мм, высота 200 мм и глубина 400 мм. Семь поворотных лопаток и две параллельные перфорированные пластины были такими же, как и в традиционной конструкции. В этом варианте осуществления усовершенствованное сопло, шесть слоев материала с сотовой структурой, с размером ячейки 12 мм и каждой глубиной 12,7 мм (для общей глубины 76 мм) вставлялись между перфорированными пластинами. Как показано на фиг.8, отдельные параметры скорости вентилятора, которые находились в диапазоне от 0,9 до 1,1%, и общее значение составляло 1,0%. Как показано на чертеже, равномерность скорости в этом варианте осуществления была существенно улучшена по сравнению с традиционной конструкцией путем добавления структурированного элемента 15 направления потока воздуха.
На фиг.7 и 8 также показано падение давление (DP) для каждого из четырех наборов данных (которые представляют собой постоянные скорости вентилятора). Давление измерялось только выше по потоку узла с использованием электронного микроманометра модели ADM-860 Shortridge Instruments. Во всех случаях 12 отдельных отсчетов усреднялись при каждой скорости вентилятора. Как показано на чертеже и непредвиденно, падение давления в этом варианте осуществления усовершенствованного сопла было фактически равно падению давления в традиционной конструкции. Этот результат был удивителен тем, что лучше равномерность потока, которая достигалась в результате добавления элемента 15 направления потока воздуха, не происходила за счет установления более высокого падения давления.
На фиг.9 показано изменение параметра равномерности скорости в зависимости от числа и, следовательно, общей толщины материала сотовой структуры, который помещен между перфорированными пластинами этого варианта осуществления. Там, где было много частей материала сотовой структуры, они размещались таким образом, чтобы соседние грани, по существу, соприкасались без зазоров. Равномерность потока улучшается, когда увеличивается число частей или слоев материала сотовой структуры толщиной 12,7 мм. После 6 частей или общей глубины 76 мм, параметр равномерности оценивался как достигающий предела разрешения системы измерения.
На фиг.10 показано изменение параметра равномерности скорости в зависимости от числа сотовых структур на фиксированной общей глубине сотовой структуры или толщине 76 мм. В этом случае различные части с разной толщиной сотовой структуры использовались для достижения постоянной общей толщины, поэтому изменение между испытанием было таким, чтобы было различное число границ раздела между сотовыми структурами. Как и в случае других зарегистрированных данных, сотовые структуры, по существу соприкасались на своих соответствующих гранях. Этот результат был удивительным в том, что равномерность скорости становилась лучше, когда увеличилось число отдельных слоев и, следовательно, границ раздела между слоями. Поэтому, например, три слоя сотовых структур с толщиной 25,4 мм превосходили по техническим характеристикам один слой толщиной 76 мм, и шесть слоев толщиной 12,7 мм превосходили три слоя толщиной 25,4 мм.
На фиг.11 показаны измеренные данные прямолинейности потока воздуха для традиционной конструкции или сравнительный пример и вариант осуществления усовершенствованного сопла. Сравнительный пример и вариант осуществления усовершенствованного сопла были одинаковыми, как описано ранее со ссылкой на фиг.7 и 8, соответственно. Было выбрано 8 угловых отсчетов потока воздуха при каждой из различных скоростей вентилятора. Эти восемь точек были выбраны на расстоянии 200 мм друг от друга и охватывали, по существу, всю длину сопла. Сбор данных осуществлялся по вертикали в центре сопла, которое находилось на расстоянии 100 мм от дна. Измерения проводились путем прикрепления ткани, которая продолжалась на расстоянии 600 мм от грани сопла, на каждом из 8 местоположений и дальнейшего использования рулетки для измерения положения ткани в точке на расстоянии 400 мм от грани сопла. Затем из элементарной геометрии вычислялся угол, при этом 0 градусов обозначал угол, нормальной к грани сопла. На фиг.11 показано, что сравнительный пример или традиционным образом сконструированное сопло имело высокую степень изменения у нормали, особенно в центральной области, с наиболее отдельными отчетами свыше 10 градусов. Общие изменения среднего угла от нормали для сравнительного примерного сопла составило 9,1 градусов. Данные из этого варианта осуществления усовершенствованного сопла были, по существу, лучше по сравнению со значительным большинством угловых отчетов у нормали менее чем на 3 градуса, и общее изменение среднего угла от нормали только 1,6 градусов.
На фиг.12 показано изменение прямолинейности потока воздуха в зависимости от числа и, следовательно, общей глубины или толщины материала сотовой структуры, помещенной между перфорированными пластинами предпочтительного варианта осуществления. Прямолинейность потока воздуха улучшается тогда, когда увеличивается число частей материала сотовой структуры толщиной 12,7 мм.
Настоящее изобретение предполагает, что можно выполнить многочисленные изменения и модификации. Таким образом, хотя были показаны и описаны предпочтительные в настоящее время формы системы подачи потока воздуха, и обсуждено несколько модификаций альтернатив, специалисты в данной области техники легко поймут, что различные дополнительные изменения и модификации можно выполнить без отклонения от сущности и объема изобретения, как определено и ограничено следующей формулой изобретения.