СИСТЕМА И СПОСОБ СУШКИ ПЯТИСТОРОННИХ КОНТЕЙНЕРОВ
SYSTEM AND METHOD FOR FIVE-SIDE CONTAINER DRYING

Перекрестные ссылки на смежные изобретения
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США №12/837833, поданной 16 июля 2010 г., раскрытие которой включено в настоящий документ путем ссылки.
Область изобретения
Данное изобретение относится к способам покрытия внутренней и внешней поверхностей пятистороннего контейнера, а также к способам и системам сушки таких контейнеров.
Предпосылки создания изобретения
На РИС.1 представлена схема стандартной сушильной системы 10, которая широко используется для сушки краски на пятисторонних контейнерах с открытой стороной. В системе 10 источник 12 горячего воздуха включает в себя нагнетатель 13 и нагреватель 15, который направляет большой объем нагретого воздуха в воздуховоды 18, 20. Воздуховоды 18, 20 включают в себя выходные отверстия 14, 16 соответственно, через которые нагретый воздух с силой подается в нижнюю часть сушильной камеры 30.
Перед подачей в сушильную камеру 30 транспортный контейнер проходит пескоструйную обработку, на чистые внутреннюю и внешнюю металлические поверхности пятистороннего контейнера, подвергнутые пескоструйной обработке, наносят грунтовочный слой и затем поверх грунтовочного слоя на всех загрунтованных поверхностях наносят по меньшей мере еще один слой покрытия. Например, перед подачей контейнера в камеру 30 на грунтовочное покрытие обычно наносят нижний и верхний слои покрытия на органической основе.
Обращаясь снова к РИС.1, окрашенный транспортный контейнер 40 входит в камеру 30 и на колесной тележке 32 передвигается по камере 30. По мере того как контейнер 40 движется по камере 30, нагретый воздух из отверстий 14, 16 быстро перемещается вверх через камеру и обтекает внутренние поверхности 42 и внешние поверхности 44 контейнера 40. Быстрый поток нагретого воздуха, движущийся вверх в камере 30, быстро испаряет растворители в нанесенной на поверхности 42, 44 краске. Затем воздух попадает в заборные отверстия 22, 24. Через заборные отверстия 22, 24 нагретый воздух из верхней части сушильной камеры 30 вытягивается в окружающую среду или повторно подается в воздушную систему 12.
Краткое описание изобретения
При одинаковых условиях сушки вода из красок на водной основе испаряется медленнее, чем растворители из красок на органической основе. Если для сушки поверхностей транспортных контейнеров, которые были окрашены краской на водной основе, применяется стандартная сушильная камера, то нанесенная на контейнер краска не может быть в достаточной степени высушена за приемлемое время, что увеличивает производственные затраты и отрицательно сказывается на внешнем виде окрашенного контейнера. Обычно увеличение длины сушильной камеры или значительное увеличение расхода воздуха в системе, подающей нагретый воздух в сушильную камеру, оказывается нерентабельным.
Настоящее изобретение относится к недорогой системе и способу сушки пятисторонних контейнеров, на которые нанесен по меньшей мере один слой краски на водной основе. Система, включающая в себя сушильную камеру и стандартные нагнетатели и нагреватели, может быть установлена в транспортировочном помещении при небольших затратах или может быть легко отрегулирована под существующие сушильные камеры.
В одном аспекте настоящее изобретение относится к способу окраски пятистороннего контейнера, в котором контейнер включает в себя открытую сторону, первую стенку напротив открытой стороны, а также четыре боковые стенки, соединенные с первой стенкой, причем боковые стенки проходят в первом направлении по отношению к первой стенке, и причем каждая из первой стенки и четырех боковых стенок имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность. Способ включает в себя нанесение краски на водной основе на внутренние поверхности и на внешние поверхности первой стенки и боковых стенок контейнера и подачу под давлением нагретого воздуха через открытую сторону контейнера для по меньшей мере частичного высушивания краски на внутренних поверхностях и внешних поверхностях контейнера. Поток нагретого воздуха направлен таким образом, что нагретый воздух перемещается во втором направлении, противоположном первому направлению, достигает внутренней поверхности первой стенки и затем двигается в третьем направлении и в четвертом направлении, причем третье направление и четвертое направление по существу противоположны друг другу и по существу перпендикулярны первому направлению и второму направлению. Поток нагретого воздуха проходит в первом направлении вдоль внутренних поверхностей стенок контейнера и затем выходит из контейнера.
В другом аспекте настоящее изобретение относится к сушильной системе, включающей в себя устройство перемещения, причем устройство перемещения выполнено с возможностью перемещения относительно пола. Пятисторонний транспортный контейнер располагается на устройстве перемещения, причем транспортный контейнер включает в себя открытую сторону, первую стенку напротив открытой стороны, а также четыре по существу боковые стенки, соединенные с первой стенкой, причем каждая боковая стенка проходит в первом направлении от первой стенки, и причем каждая из нижней стенки и четырех боковых стенок имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность; а также источник нагнетаемого нагретого воздуха. Система включает в себя по меньшей мере одно воздуховыпускное отверстие для подачи нагнетаемого нагретого воздуха через открытую сторону контейнера и по меньшей мере частичной сушки краски на его внутренних и внешних поверхностях. Воздуховыпускное отверстие направляет поток нагретого воздуха через открытую сторону контейнера, где он достигает внутренней поверхности нижней стенки контейнера, обтекает внутреннюю поверхность первой стенки контейнера, обтекает боковые стенки контейнера и выходит через открытую сторону контейнера.
В еще одном аспекте настоящее изобретение относится к сушильной системе, включающей в себя устройство перемещения, которое выполнено с возможностью перемещения относительно пола и на котором устанавливают пятисторонний транспортный контейнер. Транспортный контейнер включает в себя открытую сторону, обращенную вниз в сторону пола, первую стенку напротив открытой стороны и четыре по существу плоские боковые стенки, соединенные с нижней стенкой, причем каждая боковая стенка проходит от первой стенки вниз в направлении к полу, и причем каждая из нижней стенки и четырех боковых стенок имеет внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность. Устройство перемещения и транспортный контейнер помещают внутрь печи, и источник подает в печь нагнетаемый нагретый воздух. Пол включает в себя воздуховыпускное отверстие, через которое нагнетаемый нагретый воздух направляется вверх от пола, поступает через открытую сторону контейнера и обеспечивает по меньшей мере частичную сушку краски на его внутренних и внешних поверхностях. Поток нагретого воздуха направляется из отверстия на внутреннюю поверхность первой стенки контейнера, обтекает внутреннюю поверхность первой стенки контейнера, движется вниз в направлении к полу вдоль внутренней поверхности боковых стенок контейнера и выходит через открытую сторону контейнера.
Один или более вариантов осуществления настоящего изобретения подробно изложены в сопутствующих рисунках и представленном ниже описании. Прочие отличительные особенности, задачи и преимущества настоящего изобретения станут понятны из текста описания и рисунков, а также из формулы изобретения.
Краткое описание рисунков
На РИС.1 представлен схематический вид в разрезе стандартной сушильной камеры, применяемой для сушки пятистороннего контейнера, покрытого краской на органической основе.
На РИС.2 представлен схематический вид в разрезе варианта осуществления сушильной камеры, применяемой для сушки пятистороннего контейнера, покрытого краской на водной основе.
На РИС.3 представлен схематический вид сверху сушильной камеры с РИС.2, на котором показано перемещение множества контейнеров через сушильную камеру.
На РИС.4 представлен схематический вид в разрезе другого варианта осуществления сушильной камеры, применяемой для сушки пятистороннего контейнера, покрытого краской на водной основе.
Для обозначения аналогичных элементов на рисунках используются аналогичные символы и номера позиций.
Подробное описание
Описанные в данном документе систему и способ можно применять для сушки широкого спектра транспортных контейнеров. Например, в одном варианте осуществления контейнеры могут представлять собой контейнеры с открытым верхом, которые можно применять для морской перевозки грузов. Такие контейнеры, как правило, перевозят по морю на судах-контейнеровозах и доставляют в порт, где их выгружают с судна и необязательно доставляют далее до конечного пункта назначения автомобильным и(или) железнодорожным транспортом. Такие транспортные контейнеры обычно имеют приблизительно 6,1 м (20 футов) в длину, приблизительно 2,3 м (7,5 футов) в ширину и приблизительно 2,3 м (7,5 футов) в высоту при внутреннем объеме приблизительно 32167,9 л (1136 куб. футов) или имеют приблизительно 12,2 м (40 футов) в длину, приблизительно 2,3 м (7,5 футов) в ширину и приблизительно 2,3 м (7,5 футов) в высоту при внутреннем объеме 66544,6 л (2 350 куб. футов).
Как показано на РИС.2, система 110 включает в себя сушильную камеру или печь 130. Источник 112 нагретого воздуха с нагнетателем 113 и нагревателем 115 подает большой объем нагретого воздуха в находящиеся в печи 130 воздуховоды 118, 120. Сушильная камера (печь) 130 может быть частично или полностью изолирована от окружающей среды, и для удобства описания на РИС.2 показана частично открытая конфигурация.
Как показано на РИС.2, окрашенный контейнер 140 входит в камеру 130 и передвигается на колесной тележке 132 внутри камеры 130. Колесная тележка используется лишь в качестве примера средства для перемещения объекта, и контейнер 140 можно перемещать внутри камеры 130 любым соответствующим способом, включая подвеску контейнера 140 на систему подвижных крюков 150. В показанном на РИС.2 варианте осуществления контейнер 140 размещают на тележке 132 таким образом, что открытая сторона контейнера направлена вниз к полу 143 сушильной камеры 130. Однако описываемая система и способ не ограничиваются таким расположением контейнера: открытая сторона контейнера может располагаться в любом соответствующем положении, в зависимости от конфигурации воздуховода, который подает нагретый воздух через открытую сторону контейнера. В показанном на РИС.2 варианте осуществления стенки 145 контейнера 140 ориентированы вниз в первом направлении к полу 143 камеры 130. В этом варианте осуществления первая стенка 147 контейнера 140, которая находится напротив открытой стороны контейнера и по существу перпендикулярна стенкам 145, по существу параллельна полу 143 камеры 130.
При перемещении контейнера 140 через камеру 130 нагретый воздух сильным потоком подают через выходные отверстия 114, 116, обеспечивая поток воздуха для сушки внешних поверхностей 144 стенок 145 и дна 147 контейнера 140 при перемещении контейнера через камеру 130. Выходные отверстия 114, 116 могут необязательно быть выполнены с возможностью перемещения в направлении стрелок А для более быстрой и эффективной сушки.
В системе 110 нагретый воздух подается в воздуховод 165 и сильным потоком выходит из системы направленных вверх нагнетательных труб 160 в полу 143 камеры 130, создавая поток воздуха для быстрого испарения воды из покрытий, нанесенных на внутренние поверхности контейнера 140. Нагнетательные трубы 160 могут включать в себя, например, направленные вверх трубки или трубы или пазы, выполненные в полу 143 камеры 130. В показанном на РИС.2 варианте осуществления трубки 160 могут быть необязательно выполнены с возможностью перемещения (например, в направлении стрелок В и(или) направлении, перпендикулярном стрелкам В) для более эффективной подачи нагретого воздуха во внутреннюю часть 142 контейнера 140. Нагнетательные трубы 160 расположены в полу 143 камеры 130 таким образом, что нагретый воздух быстро перемещается вверх и заходит в открытую сторону контейнера 140 во втором направлении вдоль стрелок С и в направлении, по существу противоположном первому направлению ориентации стенок 145 контейнера 140. Затем нагретый воздух достигает внутренней поверхности 142А первой стенки 147 контейнера 140, где он разделяется и движется вдоль внутренней поверхности 142А в по существу противоположных третьем и четвертом направлениях вдоль стрелок D и Е, что приводит к быстрому испарению воды из покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность 142А. Как можно видеть на РИС.2, третье и четвертое направления D, Е по существу противоположны друг другу и по существу перпендикулярны к первому и второму направлениям.
Когда поток нагретого воздуха достигает области угла/ребра 142В контейнера 140, где пересекаются по меньшей мере одна стенка 145 и дно 147, поток воздуха обтекает область ребра/угла 142В, поворачивает и продолжает движение в первом направлении вдоль стрелок F, обтекая внутренние поверхности 142С стенок 145 контейнера 140. Быстрый поток воздуха испаряет воду из покрытия, нанесенного на углы/ребра 142В.
После прохождения над внутренними поверхностями 142С контейнера 140 поток воздуха поворачивает вдоль направления стрелок G и выходит из внутренней части 142 контейнера 140 через открытую сторону контейнера 140. В показанном на РИС.2 варианте осуществления воздушный поток выходит между стенками 145 контейнера 140 и тележкой 132 либо под и(или) между колесами 133 тележки 132. После выхода из контейнера 140 воздух движется вверх в камере 130 по направлению стрелок Н и попадает в заборные отверстия 122, 124. Через заборные отверстия 122, 124 нагретый воздух вытягивается из верхней части сушильной камеры 130 и сбрасывается в окружающую среду и(или) повторно подается в систему подачи воздуха 112.
Как показано на РИС.3, объем системы 110 может быть достаточно большим для одновременной сушки множества пятисторонних контейнеров 140А, 140В. Система конвейера 170 может включать в себя рельсы 172 для направления колесных тележек 132 (не показаны на РИС.3) по камере 130. Пол 143 камеры 130 включает в себя систему нагнетательных труб (трубы 160 и(или) соответствующим образом размещенные прорези 161) для подачи нагретого воздуха через открытую сторону контейнеров 140. Выходные отверстия 114, 116 подают нагретый воздух для сушки наружных поверхностей 145А, 145В и 147А, 147В контейнеров 140А и 140В.
В показанном на РИС.4 альтернативном варианте осуществления, который может быть использован самостоятельно или в комбинации с показанной на РИС.2-3 системой, система 210 включает в себя сушильную камеру 230, в которую подается нагретый воздух от источника воздуха 212, который в свою очередь включает в себя нагнетатель 213 и нагреватель 215. Источник воздуха 212 подает нагретый воздух в выходные отверстия 214, 216, которые расположены таким образом, чтобы направлять нагретый воздух в целом горизонтально и между подвижной тележкой 232 и стенками 245 пятистороннего транспортного контейнера 240, который в показанном на РИС.4 варианте осуществления повернут вниз к полу камеры 230. Сильный поток нагретого воздуха подается вдоль направления стрелок А, где он входит во внутреннюю часть 242 контейнера 240 через открытую сторону последнего.
Зайдя во внутреннюю часть 242 контейнера 240, выходящие из выходных отверстий 214 и 216 потоки нагретого воздуха встречаются, объединяются и двигаются вертикально вверх вдоль направления стрелок В, которое по существу противоположно первому направлению ориентации стенок 245 контейнера 240. Затем нагретый воздух достигает внутренней поверхности 242А первой стенки 247 контейнера 240, где он разделяется и движется вдоль внутренней поверхности 242А в по существу противоположных третьем и четвертом направлениях вдоль стрелок С и D, что приводит к быстрому испарению воды из покрытия, нанесенного на внутреннюю поверхность 242А. Как можно видеть на РИС.4, третье и четвертое направления С, D по существу противоположны друг другу и по существу перпендикулярны к первому и второму направлениям.
Когда поток нагретого воздуха достигает области угла/ребра 242В контейнера 240, где пересекаются по меньшей мере одна стенка 245 и первая сторона 247, поток воздуха обтекает область ребра/угла 242В, поворачивает и продолжает движение в первом направлении вдоль стрелок Е, обтекая внутренние поверхности 242С стенок 245 контейнера 240. Быстрый поток воздуха испаряет воду из покрытия, нанесенного на углы/ребра 242В.
После прохождения над внутренними поверхностями 242С контейнера 240 поток воздуха поворачивает вдоль направления стрелок F и выходит из внутренней части 242 контейнера 240 через открытую сторону контейнера 240. В показанном на РИС.4 варианте осуществления воздушный поток выходит между стенками 245 контейнера 240 и тележкой 232 либо под и(или) между колесами 233 тележки 232. После выхода из контейнера 240 воздух движется вверх в камере 230 по направлению стрелок G и попадает в заборные отверстия 222, 224. Через заборные отверстия 222, 224 нагретый воздух вытягивается из верхней части сушильной камеры 230 и сбрасывается в окружающую среду и(или) повторно подается в систему подачи воздуха 212.
Настоящее изобретение дополнительно включает в себя способ сушки пятистороннего транспортного контейнера с помощью системы, представленной на РИС.2-4.
Когда пятисторонний контейнер впервые вводят в эксплуатацию или восстанавливают, на него наносят один или более слоев краски. Процесс покраски включает в себя удаление всех старых слоев краски, например, с помощью пескоструйной или дробеструйной обработки, погружения в химическую ванну или их комбинации. После полной подготовки металлической поверхности к окраске на нее наносят по меньшей мере один слой краски. Соответствующие стадии процесса окраски включают в себя нанесение на очищенную металлическую поверхность грунтовочного слоя, например цинксодержащего грунтовочного слоя. Поверх грунтовочного слоя можно наносить любое количество покрытий, и, как правило, наносимые слои включают в себя по меньшей мере один нижний слой, наносимый на грунтовочный слой, и один верхний слой, наносимый на нижний слой. Покрытия можно наносить любым соответствующим способом, включая напыление, погружение и т.п. Желаемые эксплуатационные характеристики покрытий включают в себя химическую стойкость, сопротивление истиранию, твердость, глянец, отражающую способность, привлекательный внешний вид или комбинации указанных характеристик.
Как отмечено выше, для уменьшения выброса растворителей в окружающую среду желательно использовать покрытия на водной основе по меньшей мере в качестве нижнего и верхнего слоя покрытия. Используемый в настоящем документе термин «покрытие на водной основе» относится к водным покрытиям, которые включают в себя не более чем приблизительно 10 весовых процентов (% вес.), более предпочтительно не более 7% вес. летучих органических соединений (ЛОС), исходя из общего веса композиции. Кроме низкого содержания ЛОС, предпочтительные покрытия на водной основе также обладают одним или более из следующих свойств: по существу отсутствие формальдегидов, высокое качество и слабое раздражающее действие.
После нанесения на пятисторонний транспортный контейнер по меньшей мере одного слоя покрытия на водной основе контейнер может быть помещен в сушильные камеры, показанные на РИС.2-4, для по меньшей мере частичного испарения воды из покрытия. Используемый в настоящем документе термин «сушка» относится к частичному или полному испарению воды из покрытия, так чтобы транспортный контейнер можно было использовать по назначению или продолжить процесс его подготовки и(или) покраски. Так как вода из покрытий на водной основе испаряется хуже, чем ЛОС из покрытий на органической основе, то обработка транспортного контейнера для высушивания нанесенного на них покрытия(-й) на водной основе может быть трудоемкой и дорогостоящей. С использованием показанных на РИС.2-4 систем время сушки обычного пятистороннего транспортного контейнера может быть сокращено до не более чем приблизительно 20 минут, предпочтительно не более чем приблизительно 10 минут и более предпочтительно не более чем приблизительно 8 минут.
Например, при сушке покрытий, нанесенных на контейнер 140 с РИС.2, такие параметры, как габариты контейнера 140, толщина и состав покрытий, наносимых на контейнер 140, и температура и влажность окружающего воздуха в камере 130 могут варьироваться в широких пределах. Чтобы обеспечить высушивание контейнера 140 за приемлемое время после помещения контейнера в сушильную камеру 130, нагнетатель 113 должен так поддерживать циркуляцию нагретого воздуха во внутренней части 142 контейнера 140, чтобы создавать равномерный и быстрый поток воздуха над внутренними поверхностями 142А, 142В и 142С. Нагнетатель 113 предпочтительно должен подавать воздух со скоростью, достаточной для поддержания плавного и по существу ламинарного потока над внутренними поверхностями контейнера 140.
Например, в описываемом в настоящем документе способе показанные на РИС.2 системы можно применять для сушки поверхности менее чем за приблизительно 20 минут, предпочтительно от менее чем приблизительно 8 до менее чем приблизительно 10 минут после входа контейнера 140 в сушильную камеру 130. Чтобы добиться такого короткого времени сушки для такого большого объекта, нагнетатель 113 должен обеспечивать достаточный объем подаваемого воздуха, чтобы создавать по существу ламинарный поток на выходе из системы прорезей/труб 160 со скоростью от приблизительно 7,62 до приблизительно 15,2 м/с (от приблизительно 1500 до 3000 футов в минуту (ф/мин)), более предпочтительно от приблизительно 10,2 до приблизительно 12,7 м/с (от приблизительно 2000 до приблизительно 2 500 ф/мин). Объем подаваемого в контейнер воздуха должен составлять от приблизительно 14158,4 до 2831,7 л/мин (от приблизительно 500 до 100 кубических футов в минуту (куб. ф/мин)), более предпочтительно от приблизительно 16990,1 до приблизительно 22653,5 л/мин (от приблизительно 600 до приблизительно 800 куб. ф/мин). Объем подаваемого в контейнер воздуха обычно составляет приблизительно 14 158,4-28 316,8 л/мин (приблизительно 500-1000 куб. ф/мин) на линейный фут контейнера, и на обычный транспортный контейнер 12,2 м (40 футов) требуется от приблизительно 566,3 до приблизительно 1 132,7 кл/мин (от приблизительно 20000 до приблизительно 40000 куб. ф/мин).
Внутренний поток воздуха в контейнере должен составлять от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 метров/секунду, предпочтительно от приблизительно 0,3 до приблизительно 5 метров/секунду и более предпочтительно от приблизительно 0,4 до приблизительно 3 метров/секунду. Внутри контейнера температура нагретого воздуха составляет от приблизительно 50 до приблизительно 200°С, предпочтительно от приблизительно 75 до приблизительно 125°С.
Пример 1
В системе, аналогичной изображенной на РИС.2, используются два вентилятора мощностью 850 кВт, каждый из которых имеет направленное вверх сопло шириной приблизительно 39 см и высотой приблизительно 8 см. В системе также используются 3 дизельных нагревательных устройства мощностью приблизительно 30 лошадиных сил каждое, общей мощностью приблизительно 67 кВт-ч.
Средняя выходная скорость потока для каждого вентилятора составляет приблизительно 11-12 м/с (2100-2300 ф/мин), средняя производительность составляет приблизительно 19821,8-22653,5 л/мин (700-800 куб. ф/мин), что обеспечивает воздушный поток от приблизительно 651,3 до приблизительно 707,9 кл/мин (приблизительно 23000-25000 куб. ф/мин) на стенку большого транспортного контейнера размером 12,2 м (40 футов).
Скорость воздушного потока во внутренней части транспортного контейнера размером 12,2 м (40 футов) составляла от приблизительно 0,3 до приблизительно 3,0 м/с.
Общее время сушки транспортного контейнера размером 12,2 м (40 футов) составило менее приблизительно 20 минут.
Выше были описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения. Эти и другие варианты осуществления входят в объем приведенной ниже формулы изобретения.