PL202886B1 - Instalacja grzewcza dla wyrobów, zwłaszcza wyrobów lepkich - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest instalacja grzewcza dla wyrobów, zwłaszcza wyrobów lepkich. Instalacja ta może być stosowana do ogrzewania wyrobów, zwłaszcza wyrobów spożywczych, które powinny być poddane obróbce pieczenia, sterylizacji, pasteryzacji, podgrzewania albo innej obróbce zasadniczo w zakresie przetwarzania żywności. Może także chodzić o obróbkę ścieków dla uzyskania pewnych produktów ubocznych.

Podczas tych operacji, obróbka powinna być realizowana w sposób możliwie jak najbardziej sprawny, a jakość wyrobów powinna pozostawać doskonała, co jest celem pożądanym we wszystkich przemysłach rolno-spożywczych, gdzie należy przestrzegać instrukcji i przepisów w zakresie zawartości witamin, struktury, koloru wyrobów, itp.

W znanych instalacjach, wykonuje się grzanie ciągłe wyrobu, który przepływa bez przerwy przewodem o ściankach przewodzących ciepło i ogrzewanych z zewnątrz. Prędkość wyrobu pozostaje jednak bliska zera przy ściance, a jego przepływ laminarny powoduje złe przenoszenie ciepła i znaczną nierównomierność grzania wyrobu, które jest znacznie mniejsze w ś rodku przepł ywu niż w sąsiedztwie ścianki. Jest to tym bardziej kłopotliwe, że temperatura ścianki powinna być stosunkowo wysoka ze względu na mały współczynnik wymiany ciepła. Ponadto czas grzania jest także istotny, moc przenoszona na jednostkę mocy jest mała.

We francuskim opisie zgłoszeniowym nr FR 2 741 228 ujawniono instalację grzewczą do produktów, zwłaszcza lepkich produktów, która zawiera co najmniej jeden grzewczy przewód, przez który przepływają te produkty. W tej znanej instalacji, produkty przepływają bez zakłóceń w kierunku wzdłużnym przewodu i są nagrzewane w sposób ciągły za pomocą przewodzenia prądu elektrycznego przez produkt pomiędzy elektrodami. Elektrody są elektrodami poprzecznymi zamocowanymi wewnątrz przewodu i są w kształcie gwiazdy lub w innym ekwiwalentnym kształcie. Każda tworzy szereg prętów lub kratę ustawioną poprzecznie w przewodzie. Ważne jest aby stosować perforowane elektrody poprzecznie do przewodu celem ustanowienia przeszkody dla strumienia produktu i aby mieszać go. Jednak taka znana instalacja nie przezwycięża tych wszystkich wad znanych ze stanu techniki.

Celem wynalazku jest zaradzenie wymienionym niedogodnościom stanu techniki i zapewnienie znacznie bardziej jednorodnej obróbki cieplnej wyrobu, a więc poprawa jakości obrabianego wyrobu, nie zwiększając przy tym mocy grzania stosowanej przy danej wydajności.

Instalacja grzewcza dla wyrobów, szczególnie wyrobów lepkich, zawierająca co najmniej jeden przewód grzewczy, przez który przepływa strumień wspomnianych wyrobów, zaś wspomniany przewód zawiera co najmniej jedną sekcję rurową wykonaną z materiału elektrycznie izolującego, natomiast na każdym z jej dwóch końców jest zamontowana na stałe jedna z dwóch odpowiednich elektrod, przy czym jest ona dołączona do źródła energii elektrycznej dostosowanej do przepływania pomiędzy elektrodami przepływając przez cały przekrój poprzeczny objętości wyrobu, który ma być ogrzewany, który przepływa pomiędzy tymi elektrodami, według wynalazku charakteryzuje się tym, że każdy z dwóch końców sekcji rurowej jest zamknięty przez odpowiednią elektrodę, która jest poruszana pomiędzy dwoma położeniami, z których pierwsze położenie jest położeniem otwarcia, w którym elektroda umożliwia swobodny przepływ w przewodzie dla wprowadzenia objętości wyrobu do sekcji rurowej przed grzaniem albo usuwanie objętości wyrobu po grzaniu, zaś drugie położenie jest położeniem zamknięcia przewodu dla zamknięcia sekcji rurowej, dla unieruchomienia objętości wyrobu pomiędzy dwiema elektrodami podczas operacji grzania oporowego.

Korzystnie sekcja rurowa przewodu ma przekrój okrągły i każda elektroda, w postaci okrągłej tarczy o średnicy odpowiadającej średnicy okrągłego przekroju, jest poruszana obrotowo wokół osi średnicowej okrągłej tarczy elektrody pomiędzy położeniem otwarcia, w którym okrągła tarcza elektrody jest równoległa do osi przewodu a położeniem zamknięcia, w którym okrągła tarcza elektrody jest prostopadła do osi przewodu.

Korzystnie każda elektroda jest połączona z jednej strony mechanicznie z silnikiem, który powoduje jej obrót pomiędzy jej położeniami otwarcia i zamknięcia, a z drugiej strony elektrycznie z elektrycznym źródłem zasilania przez końcówkę łączeniową, przy czym te mechaniczne i elektryczne połączenia są zapewnione przez nieprzepuszczalne przepusty przechodzące przez ścianę przewodu.

Korzystnie przewód jest utworzony przez wiele ustawionych w jednej linii sekcji rurowych w taki sposób, aby stanowił ciągłe i płynne przejście, przy czym dwie sąsiednie sekcje rurowe są oddzielone przez rurową sekcję łączącą wykonaną z elektrycznie izolującego materiału i tworzącą obszar przyjmujący dla elektrody pośredniej, przy czym sekcja łącząca jest połączona z dwoma sąsiednimi sekPL 202 886 B1 cjami rurowymi za pomocą kołnierzy mocujących, zaś sekcje tego samego typu tworzące obszar przyjmujący elektrodę są wprowadzone na dwóch końcach wspomnianego przewodu i są dołączone za pomocą kołnierzy do rurociągu z metalowymi połączeniami wlotowym i wylotowym.

Korzystnie przewód jest utworzony przez dwie kolejne sekcje rurowe i zawiera trzy elektrody umieszczone odpowiednio w trzech sekcjach łączących, i których elektroda pośrednia jest dołączona do fazy jednofazowego źródła prądu przemiennego za pomocą transformatora izolacyjnego, zaś elektrody końcowe są dołączone do innej fazy jak również do ziemi.

Korzystnie przewód jest utworzony przez trzy kolejne sekcje rurowe i zawiera cztery elektrody umieszczone odpowiednio w czterech sekcjach łączących, przy czym dwie elektrody pośrednie są dołączone do faz trójfazowego źródła prądu przemiennego za pomocą transformatora izolacyjnego, a dwie elektrody koń cowe są dołączone do ziemi.

Korzystnie instalacja zawiera wiele przewodów zasilanych równolegle objętościami wyrobu i mają cych cykle grzania w odstę pach czasu w taki sposób, ż e przewód jest w fazie dostarczania wyrobu albo usuwania wyrobu wówczas, gdy inny przewód jest w fazie grzania.

Korzystnie wspomniane przewody są wykonane z polipropylenu, PEEK, ceramiki, szkła albo impregnowanych kompozytem żywicznym włókien szklanych albo podobnych.

Wykonuje się w ten sposób grzanie rezystancyjne i objętościowe w masie wyrobu, w sposób doskonale jednorodny, ponieważ wyrób nie przepływa w przewodzie podczas obróbki, i nie ma gorących ścianek. Wyrób przepływa tylko podczas jego wprowadzania i wyjmowania z przewodu rurowego. Można więc wykorzystywać mniejszą energię grzania niż w znanych instalacjach, uzyskując przy tym lepszy rezultat, ze względu na zmniejszenie strat. Oczywiście wyrób jest zatrzymywany w przewodzie podczas obróbki, ale wykorzystując wiele przewodów zasilanych równolegle i działających z pewnym przesunięciem, można uzyskać znaczną wydajność, przy praktycznie nieprzerwanym przepływie obrabianego wyrobu.

Chociaż według wynalazku elektroda pośrednia jest więc korzystnie połączona z jedną fazą źródła prądu przemiennego jednofazowego za pośrednictwem transformatora izolującego, zaś elektrody końcowe są połączone z drugą fazą jak również z ziemią, to można także stosować, dla dużych mocy, zasilanie trójfazowe, z czterema elektrodami określającymi trzy sekcje grzania, elektrody zewnętrzne są połączone z ziemią. Innymi słowy, przewód rurowy jest utworzony z trzech kolejnych sekcji i zawiera cztery elektrody umieszczone odpowiednio w czterech odcinkach łączących, elektrody pośrednie są połączone z fazami źródła prądu przemiennego trójfazowego za pośrednictwem transformatora izolującego, a elektrody końcowe są połączone z ziemią.

Dla zwiększenia wydajności instalacji, według wynalazku, i zapewnienia tego aby obrabiany wyrób wypływał w sposób prawie ciągły, będzie także korzystne aby instalacja zawierała wiele przewodów równolegle zasilanych porcjami wyrobu przy przesuniętych cyklach grzania, tak aby jeden przewód rurowy był w fazie ładowania albo wyjmowania wyrobu podczas gdy drugi przewód rurowy będzie w fazie grzania. Zasilanie elektryczne moż e być wspólne dla różnych przewodów, przez zastosowanie członu mocy podającego kolejno zasilanie na przewód rurowy, który powinien być w fazie grzania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na jednej załączonej figurze, która przedstawia w sposób uproszczony instalację o trzech elektrodach i dwóch sekcjach.

Przewód rurowy instalacji do obróbki cieplnej zawiera dwie sekcje rurowe 1 o okrągłym przekroju poprzecznym, umieszczone w jednej linii i rozdzielone od siebie przez pośredni odcinek łączący 2 o tym samym przekroju, tworzący pomieszczenie dla elektrody 3 w kształcie grubej tarczy kolistej i z zaokrąglonymi krawędziami, o odpowiedniej średnicy. Materiał tworzący sekcje i odcinki przewodu rurowego jest materiałem elektrycznie izolującym mającym dobre właściwości mechaniczne w temperaturze, takim jak, na przykład, polipropylen stosowany aż do temperatur rzędu 100°C, albo PEEK stosowany aż do 200°C, do 250°C. Można także rozważyć zastosowanie ceramiki, szkła lub także kompozytu z włókna szklanego impregnowanego żywicą. Siłownik 4 lub inny silnik obraca elektrodę 3 w sposób sterowany wokół pionowej osi środkowej celem ustawienia jej albo w położeniu otwarcia pokazanym na figurze, w którym tarcza elektrody 3 jest ustawiona równolegle do osi przewodu rurowego i umożliwia przejście wyrobów, albo w położeniu zamknięcia, w którym elektroda 3 jest ustawiona w położeniu prostopadłym do osi i całkowicie zamyka przewód rurowy. Połączenie elektryczne pomiędzy elektrodą 3 i nie pokazanym źródłem zasilania prądu przemiennego zapewnia zacisk 5. Przejścia tych połączeń mechanicznych i elektrycznych przez ściankę przewodu rurowego są zapewnione przez szczelne przepusty 6m i 6e znanego rodzaju.

PL 202 886 B1

Naprzeciw odcinka pośredniego 2i sekcje 1 są połączone z dwoma pozostałymi odcinkami dokładnie podobnymi i służącymi do umieszczenia w nich podobnych elektrod i połączeń w taki sam sposób jak w odcinku pośrednim. Chodzi tu o odcinek wejściowy 2e i odcinek wyjściowy 2s które są połączone z krótkimi rurami ze stali nierdzewnej wyposażonymi w znormalizowane łącza metalowe 7. Połączenia pomiędzy sekcjami 1 i odcinkami z jednej strony oraz pomiędzy odcinkami końcowymi 2e i 2i i łączami 7 z drugiej strony zapewniają kołnierze 8.

Z punktu widzenia schematu elektrycznego (nie pokazany) środkowy zacisk 5 jest połączony z fazą jednofazowej sieci prądu przemiennego za pośrednictwem transformatora izolującego, aby całkowicie uniknąć połączenia prądowego z siecią rozdzielczą, a końcowe zaciski 5 są połączone z drugą fazą jak również z ziemią. Rdzeń pomiarowy może także być włączony w to połączenie aby kontrolować prąd upływu i móc odłączyć, ze względów bezpieczeństwa, zasilanie w przypadku przekroczenia ustalonego wcześniej progu. Zespół instalacji jest zamocowany poziomo na podstawie z materiału izolującego i pokrywa (również nie pokazana) przykrywa cały obszar roboczy, aby podczas pracy operator nie dotknął części znajdujących się pod napięciem.

Działanie instalacji, którego różne fazy mogą być sterowane przez automat, jest następujące:

- sterowanie obrotem elektrod 3 dla ustawienia ich w położeniu otwarcia, równoległym do osi przewodu rurowego wykonującego obróbkę;

- wprowadzenie przez koniec wejściowy przewodu rurowego wyrobu, który ma być obrabiany dzięki systemowi pompującemu i ewentualnie urządzeniu wpychającemu, w przypadku wyrobu szczególnie lepkiego;

- sterowanie obrotem elektrod 3 celem ustawienia ich w położeniu zamknięcia, prostopadłym do osi przewodu rurowego, wyznaczając w ten sposób dwie identyczne sekcje grzania,

- podanie napięcia na elektrody podczas czasu potrzebnego na podniesienie temperatury do wybranej wartości, następnie przerwanie zasilania, ewentualnie po jakimś czasie utrzymywania danej temperatury;

- obracanie elektrod 3 w kierunku przeciwnym celem powrotu do położenia otwarcia, oraz

- ponowne uruchomienie systemu pompującego wprowadzającego produkt do przewodu rurowego, który wyciąga obrobiony produkt usuwając go w ten sposób z przewodu rurowego.

Następnie nowy cykl, identyczny jak poprzedni, może być realizowany.

Jest zrozumiałe, że charakterystyki geometryczne i elektryczne instalacji będą określone na podstawie założeń technicznych określających początkową i końcową temperaturę wyrobu, jego przewodności elektryczne w tych temperaturach jak również wydajność czasową wyrobu, liczbę operacji czasowych albo czas grzania. Wymiary będą obliczone biorąc pod uwagę zwłaszcza maksymalne napięcie przyłożone do elektrod i dopuszczalną gęstość prądu na ich powierzchni, która dla pewnych materiałów może w sposób ciągły być rzędu 2500 A/m², przy częstotliwości 50 Hz.

Materiał elektrod jest dobierany zależnie od rodzaju obrabianego wyrobu, gęstości prądu i jego częstotliwości. Nie powinna tu zasadniczo występować ani korozja ani reakcje elektrochemiczne z wyrobem. Takie materiały są proponowane we francuskim opisie patentowym nr 98 03 154 złożonym przez zgłaszającego.

Wynalazek ma taką zaletę, że umożliwia grzanie wyrobów bardzo lepkich i wrażliwych na ciepło oraz eliminowanie dużej liczby niedogodności instalacji klasycznych, niezależnie od lepkości wyrobu. Nie ma ryzyka przegrzania, ponieważ nie ma gorącej ścianki i grzanie wyrobu jest doskonale równomierne i może być stosunkowo szybkie, nawet przy mniejszym zużyciu energii elektrycznej. Należy zauważyć, że wyroby powinny mieć korzystnie przewodność elektryczną mniejszą niż 20 S/m.

Na koniec, tak jak już podano powyżej, można jeszcze zwiększyć wydajność takiej instalacji stosując wiele równolegle zasilanych przewodów, przy przesunięciu w czasie różnych faz pracy. Jeden przewód rurowy jest na przykład w fazie wkładania albo wyjmowania wyrobu, podczas gdy drugi będzie w fazie grzania. Te fazy będą korzystnie sterowane przez automat albo inny człon sterujący, który będzie mógł także załączać automatycznie za pośrednictwem członu wykonawczego, zasilanie prądem przemiennym elektrody tylko tego przewodu rurowego, który będzie w fazie grzania. Tak aby można było uzyskiwać praktycznie ciągłą produkcję obrabianego wyrobu, bez potrzeby zwiększania zainstalowanej mocy elektrycznej.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Instalacja grzewcza dla wyrobów, szczególnie wyrobów lepkich, zawierająca co najmniej jeden przewód grzewczy, przez który przepływa strumień wspomnianych wyrobów, zaś wspomniany przewód zawiera co najmniej jedną sekcję rurową wykonaną z materiału elektrycznie izolującego, natomiast na każdym z jej dwóch końców jest zamontowana na stałe jedna z dwóch odpowiednich elektrod, przy czym jest ona dołączona do źródła energii elektrycznej dostosowanej do przepływania pomiędzy elektrodami przepływając przez cały przekrój poprzeczny objętości wyrobu, który ma być ogrzewany, który przepływa pomiędzy tymi elektrodami, znamienna tym, że każdy z dwóch końców sekcji rurowej (1) jest zamknięty przez odpowiednią elektrodę (3), która jest poruszana pomiędzy dwoma położeniami, z których pierwsze położenie jest położeniem otwarcia, w którym elektroda (3) umożliwia swobodny przepływ w przewodzie dla wprowadzenia objętości wyrobu do sekcji rurowej (1) przed grzaniem albo usuwanie objętości wyrobu po grzaniu, zaś drugie położenie jest położeniem zamknięcia przewodu dla zamknięcia sekcji rurowej (1), dla unieruchomienia objętości wyrobu pomiędzy dwiema elektrodami (3) podczas operacji grzania oporowego.
2. 2. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że sekcja rurowa (1) przewodu ma przekrój okrągły i każda elektroda (3), w postaci okrągłej tarczy o średnicy odpowiadającej średnicy okrągłego przekroju, jest poruszana obrotowo wokół osi średnicowej okrągłej tarczy elektrody (3) pomiędzy położeniem otwarcia, w którym okrągła tarcza elektrody jest równoległa do osi przewodu a położeniem zamknięcia, w którym okrągła tarcza elektrody (3) jest prostopadła do osi przewodu.
3. 3. Instalacja według zastrz. 2, znamienna tym, że każda elektroda (3) jest połączona z jednej strony mechanicznie z silnikiem (4), który powoduje jej obrót pomiędzy jej położeniami otwarcia i zamknięcia, a z drugiej strony elektrycznie z elektrycznym źródłem zasilania przez końcówkę łączeniową (5), przy czym te mechaniczne i elektryczne połączenia są zapewnione przez nieprzepuszczalne przepusty (6m, 6e) przechodzące przez ścianę przewodu.
4. 4. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że przewód jest utworzony przez wiele ustawionych w jednej linii sekcji rurowych (1) w taki sposób, aby stanowił ciągle i płynne przejście, przy czym dwie sąsiednie sekcje rurowe są oddzielone przez rurową sekcję łączącą (2j) wykonaną z elektrycznie izolującego materiału i tworzącą obszar przyjmujący dla elektrody pośredniej (3), przy czym sekcja łącząca (2i) jest połączona z dwoma sąsiednimi sekcjami rurowymi (1) za pomocą kołnierzy mocujących (8) zaś sekcje (2e, 2s) tego samego typu tworzące obszar przyjmujący elektrodę są wprowadzone na dwóch końcach wspomnianego przewodu i są dołączone za pomocą kołnierzy (8) do rurociągu z metalowymi połączeniami wlotowym i wylotowym (7).
5. 5. Instalacja według zastrz. 4, znamienna tym, że przewód jest utworzony przez dwie kolejne sekcje rurowe i zawiera trzy elektrody (3) umieszczone odpowiednio w trzech sekcjach łączących (2e, 2i, 2s), i których elektroda pośrednia (3) jest dołączona do fazy jednofazowego źródła prądu przemiennego za pomocą transformatora izolacyjnego, zaś elektrody końcowe (3) są dołączone do innej fazy jak również do ziemi.
6. 6. Instalacja według zastrz. 4, znamienna tym, że przewód jest utworzony przez trzy kolejne sekcje rurowe (1) i zawiera cztery elektrody (3) umieszczone odpowiednio w czterech sekcjach łączących (2), przy czym dwie elektrody pośrednie (3) są dołączone do faz trójfazowego źródła prądu przemiennego za pomocą transformatora izolacyjnego, a dwie elektrody końcowe (3) są dołączone do ziemi.
7. 7. Instalacja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera wiele przewodów zasilanych równolegle objętościami wyrobu i mających cykle grzania w odstępach czasu w taki sposób, że przewód jest w fazie dostarczania wyrobu albo usuwania wyrobu wówczas, gdy inny przewód jest w fazie grzania.
8. 8. Instalacja według zastrz. 7, znamienna tym, że wspomniane przewody są wykonane z polipropylenu, PEEK, ceramiki, szkła albo impregnowanych kompozytem żywicznym włókien szklanych albo podobnych.