EP0792694A2 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffes aus einem Behälter - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffes aus einem Behälter Download PDF

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EP0792694A2
EP0792694A2 EP97102463A EP97102463A EP0792694A2 EP 0792694 A2 EP0792694 A2 EP 0792694A2 EP 97102463 A EP97102463 A EP 97102463A EP 97102463 A EP97102463 A EP 97102463A EP 0792694 A2 EP0792694 A2 EP 0792694A2
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powder
container
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fluidized
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Josef Wittmann
Johann Dr. Nienburg
Jörg Dr. Sopka
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ABB Research Ltd Switzerland
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
    • B05B5/03—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying
    • B05B5/032—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns characterised by the use of gas, e.g. electrostatically assisted pneumatic spraying for spraying particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B5/1683—Arrangements for supplying liquids or other fluent material specially adapted for particulate materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/14—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas designed for spraying particulate materials
    • B05B7/1404—Arrangements for supplying particulate material
    • B05B7/1413—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. by hand; Apparatus comprising a container fixed to the discharge device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S118/00—Coating apparatus
    • Y10S118/05—Fluidized bed

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 2 for controlling the exit of a fluidized solid from a container.
  • the method and the device can generally be used for closing or partially or completely opening an outlet opening on a container for fluidized solid, wherein an increased pressure or ambient air pressure can prevail in the container.
  • the method and the device are particularly suitable for use in powder spraying devices for electrostatic painting.
  • a powder spraying device is described, for example, in the unpublished German patent application P 195 370 89.
  • the structure of this powder spraying device is explained in more detail below with reference to FIG. 1.
  • the powder spraying device has a mechanical locking system for the powder outlet.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for controlling the outlet of a fluidized solid, the aforementioned disadvantages being to be avoided.
  • the method and the device have the effect that, by introducing closing air into the sampling tube, the powder is pushed back out of the tube into the container and the powder discharge is thereby stopped.
  • a nozzle usually arranged at the outlet is cleaned with the help of the closing air at each spray stop.
  • the mass flow of the fluidized solid is easy to change of the closing air flow controllable.
  • the solids output can also be set to intermediate values between zero and a maximum value by setting appropriate pressure ratios.
  • FIG. 1 shows a powder spraying device 1 already described in application P 195 370 89, which essentially consists of a closed container 2 with a first chamber 3 and a second chamber 4.
  • a compressed air supply line 5 opens into the first chamber 3.
  • Compressed air 7 enters the second chamber 4 through a frit 6.
  • Powder 8 is located in the second chamber 4 and can be filled through a powder supply opening 9.
  • the fluidized powder 8 is removed from the area of the fluid bed through a pipe 25 and is led out through a nozzle 11 arranged on the side of the container 2 and closable with a mechanical closing device 13.
  • needles are arranged as corona electrodes 14, which are connected to a high-voltage source (not shown) and which charge the emerging powder particles.
  • the shape of the emerging powder cloud 15 can be determined by the nozzle 11 and an additional impact body 16.
  • the shape and arrangement of the electrodes 14 can be adapted to this.
  • the air supply can be influenced with the aid of a controllable air inlet valve 17 and the air supply rate can be measured with the aid of a flow meter 18.
  • the outlet opening 10 for fluidizing air is closed off by a controllable outlet valve 19, with which a defined flow resistance can be set.
  • the air pressure p 1 in the first chamber 3 and the air pressure p 4 above the powder bed 8 can be regulated via the valves 17 and 19 with the aid of a control and regulating device, not shown.
  • the pressures p 1 and p 4 are measured using suitable pressure sensors.
  • the ambient air pressure is denoted by p 0 .
  • p 2 With p 2 the air pressure above the frit 6 and thus immediately below the fluidized powder bed is designated.
  • the pressure drop p 1 -p 2 depends on the selected frit 6 and must be taken into account when dimensioning.
  • the powder is tapped from the interior of the chamber 4 through a pipe 25 attached to the nozzle 11. This ensures a high level of uniformity of the powder output.
  • FIG. 2 and 3 each show in a schematic diagram the embodiment of a locking system according to the invention for the exit of fluidized powder, which takes the place of the mechanical locking system shown in FIG. 1, FIG. 2 showing a closed state and FIG. 3 the opened state. 1 correspond to the same components.
  • FIG. 2 shows a section of the container 2 with the extraction tube 25 for fluidized powder 8.
  • the jacket of the extraction tube 25 has an opening 50 into which an air tube 51 opens. Closing air L S can be introduced into the air tube 51. The method for controlling the fluid powder outlet and thus the operation of the device shown in FIGS. 2 and 3 is explained below.
  • a closing air pressure p R is established in the air pipe 51.
  • the closing air pressure p R in the extraction tube 25 is greater than the pressure p 3 in the container 2, powder leakage is prevented; ie at a pressure ratio p R / p 3 > 1, the fluid powder 8 is pushed back into the container 2. If the closing air pressure p R in the extraction tube 25 is less than the pressure p 3 in the container 2, that is to say the ratio p R / p 3 ⁇ 1, fluidized powder emerges.
  • a numerical example can further clarify which air pressures are required for closing.
  • a closing air pressure p R of at least 2.1 bar is required in the case of a container pressure p 3 of 2 bar (corresponds to 1 bar overpressure) in order to discharge the powder stop completely.
  • a closing air pressure p R of at least 2.4 bar is required under otherwise identical conditions as mentioned before in order to completely stop the powder output.
  • FIG. 2 shows a state in which a closing air pressure p R that is greater than the fluid bed pressure p 3 is set by appropriately introducing closing air L S into the extraction tube 25. There is no powder leakage.
  • the closing air L S flows partly into the container 2 and partly through the nozzle 11.
  • Fig. 3 shows a state in which the supply of closing air L S is completely shut off and powder can thereby be ejected.

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  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Air Transport Of Granular Materials (AREA)
  • Glanulating (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung des Fluidpulveraustritts aus einem Behälter. Sie läßt sich anwenden zur Steuerung des Pulverausstoßes aus einer Pulversprüheinrichtung zum elektrostatischen Lackieren.
Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, die Nachteile einer mechanischen Schließeinrichtung zu vermeiden durch Einleitung einer Schließluft (LS) in ein Entnahmerohr (25) für die Entnahme fluidisierten Pulvers (8) aus einem Behälter (2). Die Einleitung der Schließluft (LS) erfolgt über ein Rohr (51), das in eine Öffnung (50) am Mantel des Entnahmerohrs (25) mündet. Der Massenstrom des fluidisierten Pulvers kann durch entsprechende Einstellung eines Druckes (pR) im Entnahmerohr (25) im Verhältnis zum Druck (p3) im Fluidbett, d. h. durch Einleitung von Schließluft (LS) mit entsprechendem Druck gesteuert werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2 zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs aus einem Behälter.
  • Das Verfahren bzw. die Einrichtung ist generell anwendbar zum Schließen bzw. teilweisen oder vollständigen Öffnen einer Austrittsöffnung an einem Behälter für fluidisierten Feststoff, wobei im Behälter ein erhöhter Druck oder Umgebungsluftdruck herrschen kann.
  • Besonders geeignet ist das Verfahren bzw. die Einrichtung zur Anwendung bei Pulversprüheinrichtungen zur elektrostatischen Lackierung. Eine solche Pulversprüheinrichtung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 195 370 89 beschrieben. Der Aufbau dieser Pulversprüheinrichtung wird unten anhand der Fig. 1 noch ausführlicher erläutert. Im Hinblick auf den Gegenstand der Erfindung ist wesentlich, daß die Pulversprüheinrichtung ein mechanisches Schließsystem für den Pulveraustritt aufweist.
  • Ein solches mechanisches Schließsystem ist einem Verschleiß unterworfen. Außerdem tritt beim Sprühbeginn jeweils zunächst eine kleine Menge nichtfluidisierten Pulvers aus, da im Entnahmerohr keine Fluidisierung stattfindet. Im Entnahmerohr kann es zu Pulverablagerungen kommen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs anzugeben, wobei die vorgenannten Nachteile vermieden sein sollen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch
    • a) ein Verfahren zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs aus einem Behälter, wobei der fluidisierte Feststoff aus einem im Behälter befindlichen Fluidbett mittels eines Entnahmerohres aus dem Behälter herausgeführt wird und wobei an einer im Entnahmerohrmantel befindlichen Öffnung eine Schließluft eingeleitet wird, mit deren Hilfe, je nach damit eingestelltem Luftdruck im Entnahmerohr, eine Steuerung des Massenstroms des fluidisierten Feststoffs von null bis zu einem Maximalwert erfolgt, sowie
    • b) eine Vorrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs aus einem Behälter, wobei mittels eines Entnahmerohres der fluidisierte Feststoff herausführbar ist und wobei der Mantel des Entnahmerohres eine Öffnung aufweist, in die ein Luftrohr mündet, über das Schließluft in das Entnahmerohr einleitbar ist, womit der Massenstrom des fluidisierten Feststoffs im Entnahmerohr steuerbar ist.
  • Das Verfahren bzw. die Einrichtung bewirken, daß durch Einleiten von Schließluft in das Entnahmerohr das Pulver aus dem Rohr in den Behälter zurückgedrängt und dadurch der Pulverausstoß gestoppt wird. Damit erfolgt gleichzeitig bei jedem Schließvorgang eine Reinigung des Entnahmerohrs. Es werden keine Feststoffe abgelagert, es treten beim Sprühbeginn keine nichtfluidisierten Feststoffteilchen aus und ein mechanischer Verschleiß bewegter Teile ist vermieden. Eine üblicherweise am Auslaß angeordnete Düse wird bei jedem Sprühstop mit Hilfe der Schließluft gereinigt. Der Massenstrom des fluidisierten Feststoffs ist auf einfache Weise durch Änderung des Schließluftstroms steuerbar. Der Feststoffausstoß kann durch Einstellung entsprechender Druckverhältnisse auch auf Zwischenwerte zwischen null und einem Maximalwert eingestellt werden.
  • Eine nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    Prinzipdarstellung einer Pulversprüheinrichtung mit mechanischer Schließvorrichtung am Pulveraustritt,
    Fig. 2
    Prinzipdarstellung eines Schließsystems mittels Lufteinleitung in ein Entnahmerohr, wobei der geschlossene Zustand gezeigt ist,
    Fig. 3
    Prinzipdarstellung des Schließsystems entsprechend Fig. 2 im geöffneten Zustand.
  • Fig. 1 zeigt eine in der Anmeldung P 195 370 89 bereits beschriebene Pulversprüheinrichtung 1, die im wesentlichen aus einem geschlossenen Behälter 2 mit einer ersten Kammer 3 und einer zweiten Kammer 4 besteht. In die erste Kammer 3 mündet eine Druckluftzuleitung 5. Druckluft 7 gelangt durch eine Fritte 6 in die zweite Kammer 4. In der zweiten Kammer 4 befindet sich Pulver 8, das durch eine Pulverzufuhröffnung 9 einfüllbar ist.
  • Die Fluidisierungs-Luft 7, die durch die Fritte 6 in das Pulver 8 geleitet wird und dieses fluidisiert, kann durch eine Luftaustrittsöffnung 10 am Behälter 2 oberhalb des fluidisierten Pulverbetts 8 wieder austreten.
  • Das fluidisierte Pulver 8 wird durch ein Rohr 25 aus dem Bereich des Fluidbetts entnommen und durch eine seitlich am Behälter 2 angeordnete und mit einer mechanischen Schließeinrichtung 13 verschließbare Düse 11 herausgeführt.
  • Im Pulveraustrittsbereich 12 sind Nadeln als Korona-Elektroden 14 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden sind und die eine Aufladung der austretenden Pulverpartikel bewirken.
  • Die Form der austretenden Pulverwolke 15 kann durch die Düse 11 und einen zusätzlichen Prallkörper 16 bestimmt werden. Die Form und Anordnung der Elektroden 14 kann daran angepaßt werden.
  • Mit Hilfe eines steuerbaren Lufteintrittventils 17 kann die Luftzufuhr beeinflußt werden und mit Hilfe eines Durchflußmengenmessers 18 die Luftzufuhrrate gemessen werden. Die Austrittsöffnung 10 für Fluidisierungsluft ist durch ein steuerbares Austrittsventil 19 abgeschlossen, womit ein definierter Strömungswiderstand einstellbar ist.
  • Der Luftdruck p1 in der ersten Kammer 3, sowie der Luftdruck p4 oberhalb vom Pulverbett 8 können über die Ventile 17 und 19 mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung geregelt werden. Hierbei werden die Drücke p1 und p4 mit geeigneten Drucksensoren gemessen. Mit p0 ist der Umgebungsluftdruck bezeichnet. Mit p2 ist der Luftdruck oberhalb der Fritte 6 und damit unmittelbar unterhalb des fluidisierten Pulverbetts bezeichnet. Der Druckabfall p1-p2 ist abhängig von der gewählten Fritte 6 und ist bei der Dimensionierung zu berücksichtigen.
  • Mit p3 ist der Druck innerhalb des Behälters 2 im Fluidbett in Höhe der Pulverentnahme bezeichnet, der durch Regelung der Drücke p1 bzw. p4 einstellbar ist.
  • Die Menge des ausströmenden Pulvers und die Geschwindigkeit der Partikel beim Austritt wird durch den Differenzdruck Δp = p 3 - p 0
    Figure imgb0001
    , durch die Gestalt der Düse 11, d.h. durch deren Strömungswiderstand, von den Parametern des Pulvers, sowie vom Fluidisierungszustand bestimmt.
  • Da an den Wänden der Kammer, z.B. durch Blasen verursachte Unregelmäßigkeiten bei der Fluidisierung nicht zu vermeiden sind, wird durch ein an der Düse 11 angebrachtes Rohr 25 das Pulver aus dem Inneren der Kammer 4 abgegriffen. Damit ist eine hohe Gleichmäßigkeit des Pulverausstoßes gewährleistet.
  • Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils in einer Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Ausführung eines Schließsystems für den Austritt fluidisierten Pulvers, das an die Stelle des in Fig. 1 gezeigten mechanischen Schließsystems treten kann, wobei Fig. 2 einen geschlossenen Zustand zeigt und Fig. 3 den geöffneten Zustand. Mit Fig. 1 übereinstimmende Bezugszeichen beziehen sich auf jeweils gleichartige Komponenten.
  • In Fig. 2 ist ein Ausschnitt des Behälters 2 gezeigt, mit dem Entnahmerohr 25 für fluidisiertes Pulver 8. An einer geeigneten Stelle weist der Mantel des Entnahmerohres 25 eine Öffnung 50 auf, in die ein Luftrohr 51 mündet. In das Luftrohr 51 ist Schließluft LS einleitbar. Das Verfahren zur Steuerung des Fluidpulveraustritts und damit die Arbeitsweise der in Fig. 2 und 3 gezeigten Einrichtung wird nachstehend erläutert.
  • Je nach der Menge der eingeleiteten Schließluft LS und weiterer Parameter, wie Durchmesser des Entnahmerohres 25, des Luftrohres 51 und der Düse 11, Umgebungsluftdruck p0 und Fluidbettdruck p3, stellt sich im Luftrohr 51 ein Schließluftdruck pR ein.
  • Wenn der Schließluftdruck pR im Entnahmerohr 25 größer als der Druck p3 im Behälter 2 ist, wird ein Pulveraustritt verhindert; d.h. bei einem Druckverhältnis pR/p3 > 1 wird das Fluidpulver 8 in den Behälter 2 zurückgedrängt. Wenn der Schließluftdruck pR im Entnahmerohr 25 kleiner als der Druck p3 im Behälter 2 ist, also das Verhältnis pR/p3 < 1 ist, tritt fluidisiertes Pulver aus.
  • Ein Zahlenbeispiel kann weiter verdeutlichen, welche Luftdrücke zum Schließen erforderlich sind. Bei einem Entnahmerohrdurchmesser von 8 mm, Luftrohrdurchmesser von 2 mm und einem Düsendurchmesser von 0,8 mm wird im Falle eines Behälterdrucks p3 von 2 bar (entspricht 1 bar Überdruck) ein Schließluftdruck pR von mindestens 2,1 bar benötigt, um den Pulverausstoß vollständig zu stoppen.
  • Beträgt der Düsendurchmesser 1,0 mm, so wird bei sonst gleichen Bedingungen wie zuvor genannt, ein Schließluftdruck pR von mindestens 2,4 bar benötigt, um den Pulverausstoß vollständig zu stoppen.
  • Im geschlossenen Zustand wird ständig etwas Schließluft verbraucht, die teilweise durch das Rohr 25 in den Behälter 2 und teilweise durch die Düse 11 ausströmt. In Anwendungsfällen mit relativ kurzen Pausen zwischen Pulversprühvorgängen ist dieser Druckluftverbrauch ohne praktische Bedeutung.
  • In Fig. 2 ist ein Zustand dargestellt, in dem durch entsprechende Einleitung von Schließluft LS im Entnahmerohr 25 ein Schließluftdruck pR eingestellt ist, der größer ist als der Fluidbettdruck p3. Es findet kein Pulveraustritt statt. Die Schließluft LS strömt teilweise in den Behälter 2 und teilweise durch die Düse 11 aus.
  • Fig. 3 zeigt einen Zustand, in dem die Zuführung von Schließluft LS vollständig abgestellt ist und dadurch ein Pulverausstoß stattfinden kann.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs aus einem Behälter (2), wobei der fluidisierte Feststoff aus einem im Behälter (2) befindlichen Fluidbett (8) mittels eines Entnahmerohres (25) aus dem Behälter (2) herausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einer im Entnahmerohrmantel befindlichen Öffnung (50) eine Schließluft (LS) eingeleitet wird, mit deren Hilfe, je nach damit eingestelltem Luftdruck (pR) im Entnahmerohr (25), eine Steuerung des Massenstroms des fluidisierten Feststoffes von null bis zu einem Maximalwert erfolgt.
  2. Vorrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs aus einem Behälter (2), wobei mittels eines Entnahmerohres (25) der fluidisierte Feststoff herausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Entnahmerohres (25) eine Öffnung (50) aufweist, in die ein Luftrohr (51) mündet, über das Schließluft (LS) in das Entnahmerohr (25) einleitbar ist, womit der Massenstrom des fluidisierten Feststoffs im Entnahmerohr (25) steuerbar ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulverausstoß aus einer Pulversprüheinrichtung (1) zum elektrostatischen Lackieren gesteuert wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) Teil einer Pulversprüheinrichtung (1) zum elektrostatischen Lackieren ist, wobei mit Hilfe des Entnahmerohres (25) fluidisiertes Pulver aus einem mittleren Bereich eines Fluidbetts (8) im Behälter (2) entnehmbar ist.
EP97102463A 1996-02-20 1997-02-15 Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffes aus einem Behälter Expired - Lifetime EP0792694B1 (de)

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DE19606214 1996-02-20

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