CN101218475A - 用于提供气体的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及向灌装机中的处理位置供应预定温度的气体或气体混合物的方法和设备，其中，加压到高于大气压力的气体或气体混合物通过电加热的加热单元(2，3；6，7)。该加热单元包括感应该气体温度的传感器，传感器的输出信号反馈到气体温度调整器单元(未示出)，该气体温度调整器单元进而连接到该加热单元，目的在于调整由该加热单元(2，3；6，7)流出的气体的温度。加热单元(7)形成导电壳或腔(6)，该气体或气体混合物正向通过该导电壳或腔(6)并被调整。在这种情况中，壳(7)连接于通过电流电路中的调整器单元而调整的电压，作为由该电路驱动的电流的结果并且作为该材料电阻的结果，该壳被加热并由此气体和气体混合物被加热，之后，记录壳中的温度并将该记录的温度反馈至该调整器单元，该调整器单元相对于与期望从该壳或腔(6)中流出的温度相对应的气体温度来调节该电压。

Description

用于提供气体的方法及设备

技术领域

本发明涉及在灌装机(filling machine)的任意应用中，用于提供具有预定可选的温度和可选的流量的气体或气体混合物的方法及设备。在下述说明中，所使用的术语“气体”一般也指代任何可选的气体混合物。更详细地，本发明涉及关于向灌装机中的处理位置供应预定温度的气体的方法及设备。在该机器中，加压到大于大气压力的气体通过电加热的加热单元，该加热单元包括感应气体温度的传感器。来自该传感器的输出信号反馈到气体温度调整器单元，该气体温度调整器单元进而连接到该加热单元，目的在于调整由该加热单元流出的气体的温度。

背景技术

传统地，以上概述类型的设备基于应用正常情况下封装于陶瓷本体或玻璃本体内的加热丝(filament)。将打算提供的气体正向移动通过加热丝和壳体，并因此在那里加热到适当的温度。其后，通过管道将该气体进一步引导至与相关应用有关的一个或多个喷嘴(见图1)。

对于封装于陶瓷材料或玻璃中的这种细丝而言，典型的是，由于以上述方式封装并且由于其相对较大的热质量(thermal mass)，因此它们具有相对较长的加热时间，长达30分钟并不少见。另外，它们对气体流量的变化极其敏感。但是，如果提供的较冷气体的流量为常量，则由其适时发射出的气流的温度是最可靠的常量。然而，在最坏的情况下，气体流量变化导致该细丝或其壳体过热，并导致细丝或壳体非常容易损毁，这造成了不必要且浪费的操作停工期。并且，与这种类型的操作停工期相关的是，可能会难以保持对来自于损坏的元件或细丝的微粒扩散的控制。另外，取决于所选择的应用，在很多情况下期望能够相当快地变化温度和气体流量。尤其是在期望加热的气体不是由空气组成的情况下，有时候期望能够间歇地提供热气流。出于以上概述的原因，这不可能使用传统的解决方案实现。并且产生的热气体不能保证处于可接受的可靠温度级别，直到开始后大概30分钟。再者，现有技术的解决方案中存在的不可忽视的问题是，由于气体是在非绝热的管道中传输至其应用场所的，因此被加热的气体构成高达300W/dm²管道表面的严重能量损耗的主要来源。出于合乎自然规律的原因，无论是从成本的观点出发，还是防止局部加热(在这种情况下，局部过热发生在机器中不希望发生局部过热的区域中)，这都是不希望的。同时，这种不期望的局部加热经常使机器的周围环境被不期望地加热。

以瑞典语出版的专利申请第7104736-9号描述了如何将调整压力下的压缩空气提供给多芯的陶瓷加热块。其包括电加热元件。经过这些元件的电流响应来自于热电偶的信号而可控，该热电偶暴露于离开该陶瓷加热块的热空气。来自于热电偶的信号反馈至电子温度调整器。但是，尚在讨论中的该公布应当最贴切地被视为是对仍被认为是本领域的状态的问题的证明。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的是以新颖的但首先简单的方式来满足对即时可用的热气体的需要。该热气体必须能够以预定的选择温度提供，并能够在几秒钟内从备用位置提供。

本发明的另一个目的是提供一种产生任何类型热气体的方法，而无论何种类型的气体，该方法本质上均不依赖于所提供气体的确定(certain)预定速度或确定预定压力。

因此，根据本发明的方法的一个具体目的是由此能够实现更快速且更灵活的机器设备，其能够即时地并且在不考虑安装参数的情况下相对于流量和/或温度快速地调整。这对于循环或间歇操作中的机器或许是很有价值的。

本发明的另一个目的还在于提供一种设备，它可满足可即时获得性的需求，不管这种获得可能是间歇性的并且可能是完全不规则的操作，另外，相比于现有技术的设备，本发明的该设备构造极其简单，而因此相比于现有技术的设备，本发明的该设备显示出显著改进的操作可靠性。

根据本发明，实现了通过引言所述类型的一种方法，借助于该方法实现上述目标，其中，将加热单元形成导电壳，该导电壳具有由该壳限定的腔，气体或气体混合物穿过该腔，该壳连接至通过电流电路中的调整器而调整的电压，由此，作为由该电路驱动的电流的结果，并且主要由于该壳材料的电阻，该壳被加热并由此该气体和气体混合物被加热，之后，记录该壳中的温度并将该温度循环至该调整器，从而通过作为电阻的该壳，相对于与期望从该壳中流出的温度相对应的气体温度来对电路中的电压或电流进行调整。由于该气体加热器以这种方式形成，因此可获得非常简单且操作可靠的加热器，在诸如气流中的变化的因素方面，与现有技术相比，该气体加热器提供了具有良好敏感度的单元。另外，可以极其雅致的方式来实现该调整。

根据本发明的进一步改进的处理方法，采用壳中的导电材料在各个时间点处的电阻作为测量尺度，以便反映其中的温度并被反馈至该调整器。由于导电材料中的电阻与该材料的温度成比例，因此，这提供了高度精确的测量，且因此将非常精确的值反馈至该调整器。

根据本发明的方法的另一进一步的改进形式，在该壳材料中的包括一个或多个出口孔的区域中进行电阻测量。这使得所测量的电阻以更精确的方式反映出与这些出口孔相关的气体的温度。

根据本发明的再一进一步的改进形式，该壳以适于有关实际应用的方式形成。这可以通过以下来实现，构成加热单元并且在入口侧由无形变的导电软管/管组成的壳在通过这种软管元件的适应性成形(adaptation formation)所产生的热气体的应用场所区域中具有与相关应用密切配合的形状。例如，这种成形可由真空成形来实现，热气体的发射经由在可能专门设计的软管壳中所设置的孔而适当地发生。通过这种专门设计，能够向应用场所提供处于极其精确控制的温度下的气体(这样的气体以别的方式实际上是不可能实现的)，并且因此可提高该热气体的应用效果。

根据本发明的再一进一步的改进形式，该壳的内部形成有凸缘状的突出物。因此，该壳的热传递表面面积增加，这增加了加热处理的效率。

根据本发明的再一进一步的改进形式，被穿透(penetrate)或具有孔的软管壳从其两端供应气体或气体混合物。这首先保证了能够在单位时间内提供更大的气体量，因而加热阶段不再被视为瓶颈部分。

根据本发明的再一进一步的改进形式，该壳与外部绝热。因此这自然地导致进入到周围大气中的不期望的热量损失减少，这既经济又有利于环境。

另外，根据本发明，提供了一种用于实施该方法的设备，该设备包括本体，该本体的设计适于该热气体的应用，依赖于气体相对于大气压力的压力，该本体可允许该气体存储于其中或通过其，该本体由导电材料制成并且以将该本体用作可选电阻元件的方式而经由该本体上的接触端子将该本体连接于电压。由此设计的壳体提供了对热气体的可即时获得性(immediate accessibility)，并且对于每种实际应用而言，提供了以最佳方式应用该热气体的可能性。

附图说明

现在将参照附图中示出的实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1是现今方法的主流模式的示意图；

图2a和2b示意性地示出了根据本发明的原理的两个实施例；

图3a示出了本发明的具有壳形加热单元形式的另一个实施例的立体图；以及

图3b示出了根据图3a中的实施例沿线IIIb-IIIb的横截面示意图，其中，在加热位置具有封装的材料片。

具体实施方式

图1示出了设备1，其反映出至今所应用的方法模式，使用该模式以便可以强有力地提升气体或气体混合物的温度。冷气体或在常温下的气体从如图所示的设备1的左手端输入至加热元件2，该加热元件包括由一个或多个陶瓷元件3围绕的一个或多个细丝。由于陶瓷元件3用于存储并发射相对大量的能量，并且由于它们是绝热的，因此该陶瓷元件是相对大体积的，并且出于这个原因，陶瓷元件3不能设置在与该热气体的应用相关联的场所。因此，将被加热的气体引入管道4，以传送出到设置有喷嘴5的位置。在喷嘴5中或在该喷嘴处，连接有温度传感器(未示出)，该温度传感器的信号反馈至调整器单元R。

图2a示出了用于实现根据本发明的方法模式的设备7。根据该实施例，将在调节压力下的冷气体或常温下的气体输送到两条平行的导电并且被短路(short-circuited)的管6中。将该管6通电，从而电流I流过这些管。由于这些管是导体，因此它们表现出预定的电阻。对管6的材料及配置的不同选择提供了不同的性质，但应当最贴切地认为不言而喻的是，只要能够保证与机械强度有关的极限值，则可以期望使用尽可能高的电阻。材料的电阻具有依赖温度变化的性质，因此可用作相关温度的精确指示。当输入冷气体后，该管因此冷却，于是在该材料中发生温度梯度。通过调整管材料、管长度以及供应电压，已经有可能确定的是，如果对该管输入50 V的直流，并且将该管制成长度在0.5至0.8m之间，则这种梯度将会逐渐降低，该梯度在最接近该管右手端的区域中将几乎等于零。在该区域中，在多个不同温度处测量压降U⁺-U^-，并且也在有利地极其快速的调整器单元(未示出)中测量该关系。将这些点之间的电势差的值反馈至调整器单元，该调整器单元将该实际值与期望的名义值相比较，并且响应该比较而调整供应至管6的电压。所采用的这些管优选地由不锈钢制造，并且形成波纹状(corrugate)。选择波纹状管的结果是，既可获得较大的热传递表面面积，又能获得引起湍流漩涡(turbulence vortice)的电流单元。由于热交换增加，因此这两个性质均增加了根据本发明的方法模式的功效。一方面出于安全原因，另一方面为了节约能量，管6通过既电绝缘又绝热的适当材料而适当地与外部绝缘。

图2b示出根据本发明的设备7的最简单的可能形式。该设备7由单个的、优选地成波纹状的不锈钢管6构成，以与根据图2a的设备相一致的方式对该管通电。在管6两端输入可控压力下的冷气体或常温气体。结合孔10测量管6内的电阻，这些孔形成在管道6的周向表面中。以先前描述的方式，将该测得的电阻反馈至快速调整单元(未示出)，该快速调整单元的目的是调整对该管的供应电压，因此依赖于该管的温度和位于其中的气体的温度，气体随后将经由孔10离开管。

该导电壳构成用于本发明所有可想得到的实施例的关键，该导电壳可以依赖于设备的用途而以基本上无限制的多种方法形成。这通过图3a和3b来说明，在这些图中示意性表示了该设备的一种变型。在该实施方式中，加热设备7大体上包括管6。沿该管长度的一部分，固定设置具有气体出口10的细长的气体引入元件12。所述元件由此与管6共同形成壳单元。因此，从管6两端输入的冷空气在加热后通过该气体引入元件中的孔10流出。

由于这种尽可能简单化的形式，具有以适当方式节流的排气喷嘴的管可用作加热设备，因此可能会发生诸如例如期望将气体输入到不同类型的成型腔(诸如，例如，用于消毒目的和相关的处理)中的潜入式(dive)应用。应当再次认识到，作为极其快速的温度调整的结果，该设备可能对正向供应的气体流中的变量不敏感。总的来说，根据本发明的设备在各方面是耐用且可靠的。本发明不应当被理解为排它地局限于以上所述的实施例，而是仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (14)

1.一种关于将预定温度的气体或气体混合物供应至灌装机中的处理位置的方法，其中，加压到大于大气压力的气体或气体混合物通过电加热的加热单元(2，3；6，7)，所述加热单元包括感应所述气体的温度的传感器，所述传感器的输出信号反馈到气体温度调整器单元，所述气体温度调整器单元进而连接到所述加热单元，目的在于调整由所述加热单元(2，3；6，7)流出的所述气体的温度，其特征在于，所述加热单元(7)形成为导电的壳或腔(6)，所述气体或气体混合物通过所述导电的壳或腔(6)，所述壳连接至经由电流电路中的调整器单元而调整的电压，作为由所述电路驱动的电流的结果并且作为材料电阻的结果，所述壳被加热并由此所述气体和气体混合物被加热，之后，记录所述壳中的温度并将所述记录的温度反馈至所述调整器单元，所述调整器单元相对于与期望从所述壳或腔(6)中流出的温度对应的气体温度来调整所述电压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述壳(6)中的导电材料在各个时间点处的电阻被用作测量尺度，以反映所述壳中的温度并被反馈至所述调整器单元。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述壳(6)的包括一个或多个排气孔的区域中进行所述壳材料中的电阻测量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述壳(6)相对于加热的气体或气体混合物的实际应用而任意形成。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述壳的内部形成有翼片状突出物。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述壳形成为真空成形的软管，所述软管根据其应用可选地被穿透或具有孔。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，从所述穿透或具有孔的软管的两端向所述穿透或具有孔的软管提供应用气体或气体混合物。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述壳与外部绝热。

9.一种用于将预定温度的气体或气体混合物供应至灌装机中的应用场所的设备，所述设备包括：用于输入待加热的所述气体或气体混合物的单元；位于所述设备(7)中的装置(6，10)，所述装置的一侧用于提高所述气体或气体混合物的温度，而另一侧(10)用于感应所述气体或气体混合物的温度，目的在于将所述温度反馈至温度调整单元中的调整器；以及用于发射被加热了的气体的装置，其特征在于，所述设备包括可选地形成的本体(7)，依赖于气体相对于大气压的压力，所述本体(7)用于允许所述气体存储于其中或通过其，所述本体(7)由导电材料制成，并且以将所述本体(7)用作驱动电流通过其的可选电阻元件的方式，经由所述本体上的接触将所述本体连接至电压。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述本体是用于感应所述气体中的和/或所述本体自身中的适宜的参数的装置，所述参数构成了对将要离开所述本体的所述气体或气体混合物的温度表示。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述适宜的参数是所述本体的电阻。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，对于所述调整器单元而言，相关电阻构成表示所述气体的温度的装置，并且所述电阻的大小被持续地反馈至所述调整器单元。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述温度调整器单元包括“开关模式电源控制器”类型的极其快速的调整器，所述调整器通过调整流过所述本体的电流而极其快速地调整被所述本体获得的能量。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，在其之间进行所述电阻测量的那些点位于该壳(7)的包含有一个或多个出口相气孔(9)的区域中。

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