CN102057748A - 具有感应加热的混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合装置，优选包括：用于容纳混合物的旋转容器、安装在容器内部的至少一个混合工具、以及加热混合物的加热装置。为了提供如上所述的允许尽可能快地加热混合物的混合装置，尤其是达到200℃以上的温度，设想所述容器至少部分地由导电材料组成，并且所述加热装置包括至少一个可以被交变电场激发的线圈，线圈被布置成通过电流发生变化时所产生的磁场变化，在所述容器的导电材料中产生涡流。

Description

具有感应加热的混合装置

本发明涉及一种混合装置，其包括用于容纳待混合材料的容器、安装在容器内部的混合工具以及用来加热待混合材料的加热装置。

混合是机械工业加工工艺的一种基本操作，是指将至少两种具有不同特性的初始材料结合在一起以形成混合物。

使用混合装置时，目的是使新物质的均一性达到尽可能最高的水平。例如，为了达到期望的均一性而使用旋转的混合容器。

在这类装置中，至少一个混合工具大致偏心地安装在容器的内部。容器旋转时，将容纳于其中的待混合材料向混合工具传送并由该混合工具彻底混合。在这种混合器的作用下，任何种类和浓度的材料都能被高质量地快速加工。

经验表明，具有旋转容器的混合器可以使混合物的组分没有明显分离地进行混合，这是因为在混合容器的旋转过程中材料得到了充分的旋转和翻转。

由于很多混合加工都与化学反应有关，而化学反应需要有一个给定活化能作为先决条件，因此在很多应用场合将待混合材料在混合过程中加热已经很普遍了。在混合操作中，如果还附加地需要去除热液体，则加热也是必要的。

因此，为了允许加热混合器中的待混合材料，一些混合装置具有加热套，加热套围绕容器壁并与之接触。从而热能可以通过加热套提供给混合容器。根据各传热介质不同，加热套可以是用于热水或热油加热的双层套形式，或者，当涉及蒸汽加热所需的较高设计压力时，加热套的形式为在其上具有突起或焊接半管。已知的解决方案在最大壁温方面受到限制，这取决于传热介质的最大容许温度，或者，在蒸汽加热的情况下，这取决于双套所需的抗压强度。

另外，使用那些方法不可能实现上升到很高壁温的快速加热曲线上升到，因为加热速度受到从液相或蒸汽相到容器壁的热传导系数的限制，以及受到压力损耗和加热套中传热介质的流速的限制。

因此，考虑到背景技术中所述的现有技术，本发明的目的在于提供一种在说明书的开头部分所述的混合装置，该混合装置允许最可能快地加热待混合材料，尤其是甚至能达到200℃以上的温度。

根据本发明，其目的是这样达到的，该容器至少部分包括一种导电材料、尤其是金属材料，并且加热装置具有至少一个线圈，该线圈能被一个交流电场激发，且该线圈被布置成，在电流变化时所引起的磁场变化在容器的导电材料中产生涡流。所述涡流使得容器的温度升高。容器的感应加热允许容器被定向地直接加热，因此待混合的材料无需传热介质就已被预热。此外，能够达到的温度升高只受线圈能量的限制，而不再受传热介质的化学物理性质的限制。

在优选的实施例中，设置在容器的内部的容器壁的附近和/或容器底部的至少是一个剥离装置(stripping means)，剥离装置可相对于容器壁移动。在最简单的情况中，剥离装置是静态的，从而所需的相对移动仅仅由容器的旋转所产生。

剥离装置在待混合的材料流中提供连续的直立部件并且阻止材料粘附或者烧结在容器壁和/或底部。此外，混合容器的底部还具有同心的排水出口，从而在混合时间最后的排水操作被加速。

在另一个特别优选的实施例中，剥离装置具有温度传感器来探测待混合材料的温度。剥离装置被证实为特别适合于容纳温度传感器以检测待混合材料的温度，因为剥离装置是与材料直接接触的。或者，测定待混合材料的温度的步骤也可以通过独立于剥离装置而引入混合室中且与产品接触或不接触的温度传感器来实施。

在另一个优选的实施例中，提供至少两个独立的可调节加热装置，其中，优选为两个加热装置都分别具有至少一个线圈，该线圈能够被交流电场激发，并且被布置为，通过由电流变化引发的磁场变化，在容器的导电材料中产生涡流。

为了保证待混合材料的加热尽可能均匀，或者使得热能与进入待混合材料的热流一致，如果设置有多个独立的可调节加热装置，在很多应用情况下都是有利的，例如一个或多个加热装置可以被设计用来加热容器底部，并且一个或多个加热装置可以被设计为加热容器壁。此外，加热装置也可以为加热混合工具和/或剥离装置而设置。

在加热装置的能量方面，用来加热容器壁的加热装置的能量可以是等于或者大于或者小于用来加热容器底部的加热装置的能量。在这种情况下，壁和底部之间的能量配置优先为近似地与直接被加热的圆柱壁表面和直接被加热的容器底部表面之间的表面积比率相一致，直接被加热的容器底部表面优选为圆环表面或圆形表面。在另一个特别优选的实施例中，对实际有效操作的传热表面的能量配置基于在容器内部的待混合材料。在垂直布置的旋转混合容器里，底部表面通常几乎全部被材料覆盖。这样所述热流产生在整个被加热的底部表面上。在相对于水平面倾斜的混合容器中，具有固定的剥离装置，依据剥离装置的相应布置，多达约10-20％的底部表面没有与产品直接作用。在这些没有直接与产品作用的表面中具有明显更低的热流，这是由在那个位置的辐射和对流产生的热损耗所导致的。同样的情况也适用于壁表面，其中，除了在壁表面上的所填充的材料在不相对于容器壁移动的静止情况下只直接与被加热的壁表面的一部分接触，被加热的壁表面的在其上方的部分还与被混合工具抛至容器壁的待混合的材料接触，从而用来传热。

通过举例说明，对于壁和底部面积比例为3∶1的情况，热能配置比例为至少1∶1，优先为至少1.5∶1，特别的，更优选有利的为2∶1。

所述容器最好是旋转对称设置的结构，其中，优选实施例设置成用于加热容器底部的加热装置被布置成容器底部形式为圆环的外部部分基本上不被加热装置加热，其中，圆环形式的部分最好具有比容器直径的5％大的宽度，并且特别的优选的是，比容器直径的10％大。

也就是说，可被激发的线圈被布置成与容器底部平行，但是与所述的圆环形式的部分无关。这确保了在容器壁同时被第二加热装置加热，并且这两个线圈的场力线集中在容器的角落的情况下，在容器的角落的区域不会产生容器的过度加热。

替代的或者与之结合的，加热容器底部的加热装置可以被布置成使得容器底部的内圆周部分基本上不被加热装置加热，其中，圆周部分的直径优选为大于容器直径的30％，特别的，优选为大于容器直径的50％。

也就是说，可被激发的线圈被安装在一个基本上平行于容器底部的平面上，在这种情况下，内圆周部分和圆环状的外部部分不具备任何线圈绕组，从而确保容器的角部和容器底部中心都不会被直接加热。通常来说，容器的合适的驱动被布置在容器底部的中心。由于在这里使用的驱动或润滑脂通常都是热敏性的，这个区域不允许放置用于底部加热的加热装置。在另一个特别优选实施例中，所述驱动区域额外地屏蔽了线圈的交变电磁场。

在替代实施例中，替代的或者与之结合的，容器的封壳可以被感应加热。同样的，用于加热容器壁的加热装置可以被布置成，柱状表面形式的容器壁的较低部分基本不被加热装置加热，柱状表面形式的较低部分优选具有大于容器壁高度的5％或者特别优选的10％的高度。这样的布置避免了同时在容器底部设置加热装置时，由场叠加引发的容器角部的过度加热。

另外，用于加热容器壁的加热装置可以被布置成，柱状表面形式的容器壁的上部基本不被加热装置加热，其中，柱状表面形式的上部优选具有大于容器壁高度的10％或者特别更优选为20％的高度。更特别的，混合容器通常不完全装满待混合材料，于是所述方法防止没有直接接触混合材料的容器壁部分被直接加热。

在另一个实施例中，柱状表面形式的容器壁的上部可以包括非电导材料和/或具有很低的热导性的材料。

在另一个特别优选的实施例中，容器的外部和可被激发的线圈之间设置不导电且优选为非金属的绝缘成分，该绝缘成分较佳地固定于容器的外部。在这种情况下，绝缘成分最好粘合于容器的外部。绝缘成分用来减少从容器向环境的传热。这样可以节能并且减少了接触保护的支出。

与容器底部相连的加热装置的线圈的绕组可以被布置成例如接近容器底部的外部并且围绕容器的旋转轴螺旋延伸。该布置可保证容器底部加热均匀。或者，绕组也可以被布置为仅仅位于圆形的弓形部分中。由于容器相对于绕组旋转，从而整个容器底部被加热。公认的，这样的设置减弱了容器底部的均匀加热，但是可以很容易地被改变为已存在的混合装置。在这方面，弓形的中心角优选为小于180°，并特别优选为小于90°，最好为小于45°。

同样的，与容器壁相连的加热装置的线圈绕组可以被布置在容器壁的附近，并且基本同心地围绕容器壁延伸，从而除了没有绕线圈的上部和下部壁部分以外的基本上整个容器壁都能被加热。

在这样情况下，也可替换的，绕组也可以仅仅被布置在容器壁部分的区域。容器的旋转确保整个壁被加热。这种布置可以被很容易地改变为已经存在的混合装置。

除了有可能用加热元件只对混合容器的壁或者只对混合容器的底部加热外，也可能例如提供基本为L形的加热元件，在L形的两臂安装了相应的线圈。L形加热元件被安装为一条臂平行于容器壁而另一条臂平行于容器底部。

在许多应用的情况下，有利的是，如果具有至少一个温度传感器用来测量容器底部温度，以及探测容器底部外侧的温度，所述温度传感器优选为红外传感器。

此外，可以提供至少一个传感器用来测量容器壁并探测容器壁外部的温度，在这种情况下，温度传感器也最好为红外传感器。当使用红外传感器，可能提供使绝缘材料具有开口，从而容器底部和/或容器壁的温度可以直接被红外传感器探测。

原则上来说，由于具有相应的温度传感器，容器底部的温度可以通过容器底部的加热装置被精确的设定。容器壁的温度也可以同样地被相应的调节。为了将容器由于热膨胀引发的变形减到最小，最好以这样的形式实现调节：使容器底部和容器壁之间的温度差异尽可能的小。

在优选的实施例中，可激发的线圈的至少被部分地从外面被屏蔽。屏蔽最好用铁防护罩的形式来实现。

更多的优点、特征和本发明可能的应用将在此后的优选实施例和对应的附图中更详细的说明：

图1所示为本发明的第一实施例，

图2所示为本发明的第二实施例，

图3所示为本发明的第三实施例，

图4所示为本发明的第四实施例。

图1显示根据本发明的混合器1的第一实施例。混合器1具有容器2和混合工具3，混合工具3被安装在容器2中并且可以被马达4驱动。所述混合工具3被非对称地安装在容器2中。

容器2被布置在具有壳盖6的壳体7中。也有可能还具有固定于壳盖6的剥离装置5。

容器2例如使用金属材料制成，并且被绝缘层8围绕。布置在壳体7中并且基本平行于容器底部和容器壁的为两个线圈9和10，可以通过供给线11和12由电源13对线圈施加交流电压。另外，用于对线圈内能耗引起的热量进行散热的合适的冷却介质也可以用相同的供给线或使用单独的管线来运送。使用供应线传送的所述交流电压提供容器2内所产生的涡流，涡流转而导致容器温度的升高。线圈9和线圈10通过铁防护罩14至少被从外面屏蔽，优选为朝向边缘。所述铁防护罩14用来防止可能的涡流生成从而防止容器外侧的温度上升。

与容器壁相连的加热装置9并没有延伸覆盖整个容器高度。通常不与待混合材料作用的容器壁的上部区域没有被加热。同样地，加热装置9也不会扩展到容器的角部以防止容器角部的过度加热。

用于容器底部的加热装置10也不作用于角部。此外，容器的圆周中心区域不被加热，而通常是通过该容器的圆形中心区域驱动容器。第一温度传感器15被设置在剥离装置5上用于检测待混合材料的温度。另外，在容器壁区域和容器的底部区域布置有红外温度传感器。为了能够准确地测量温度，绝缘材料8上具有对应开口。

图2示出了根据本发明的混合装置的第二实施例。

本实施例与图1所示的实施例的区别仅仅在于设置两个加热装置9′和9″为容器壁加热。所述两个加热装置9′和9″都能彼此独立地通过连线12′和12″被电源13致动。

相应的，设置两个温度传感器17′和17″以在两个不同的位置检测容器壁的温度。通过这样的设置，加热能量水平可以在壁高上单独地适应于容器内部的热能传输。

图3显示了根据本发明的混合装置的第三实施例。可以看到，所述混合器可以绕水平轴倾斜。为了清空混合器，首先壳盖6与混合工具3和剥离装置5一起倾斜离开所述容器。然后容器和待混合材料向一侧倾斜，从而使待混合材料被输送到提供为清空容器的货车8中。在图示的情况中，L形构型的加热装置仅仅包括一个线圈，从而混合容器的壁和底部不能被单独控制。通过在壁和底部中设置不同数量的线圈绕组可以实现壁和底部之间固定的、不可调节的配电。只要角部区域相应地不具有线圈绕组，壁和底部之间的角部区域也可以基本上被排除出直接的加热作用。这代表了本发明的特别廉价的实施例。

图4示出本发明的第四个实施例，与图1和图2所示的实施例不同的是，在这里，线圈分别围绕整个容器以及在整个底部表面延伸。这个实施例产生对容器2的均匀加热。在很多应用场合，实施例1和2的布置是足够的，特别是可以改变为已存在的混合装置。

附图标记列表

1混合器

2容器

3混合工具

4马达

5剥离装置

6壳盖

7壳体

8绝缘层

9，9′，9″线圈/加热装置

10线圈/加热装置

11供给线

12，12′，12″供给线

13电源

14铁防护罩

15温度传感器

16红外传感器

17，17′，17″红外传感器

18货车

Claims (18)

1.一种混合装置(1)，优选地具有：旋转容器(2)，该旋转容器用于容纳待混合材料；至少一个混合工具(3)，该混合工具布置在容器(2)的内部；以及加热装置(9，10)，该加热装置用来加热待混合材料，其特征在于：容器(2)至少部分地包括导电材料，以及，加热装置(9，10)具有至少一个线圈(9，10)，所述线圈可由交变电场激发，并且被布置成通过电流变化时所发生的磁场变化，在容器(2)的导电材料中产生涡流。

2.根据权利要求1所述的混合装置(1)，其特征在于，在容器(2)的内部靠近容器壁和/或容器底部的位置设置至少一个相对于容器壁可移动的优选为静止的剥离装置(5)。

3.根据权利要求1或2所述的混合装置(1)，其特征在于，在容器(2)的内部提供温度传感器(15)，用于测定待混合材料的温度，其中，温度传感器(15)优选为布置在剥离装置(5)处或者剥离装置(5)中。

4.根据权利要求1-3之一所述的混合装置(1)，其特征在于，设置至少两个独立调节的加热装置(9，10)，其中，优选为两个加热装置(9，10)各自具有至少一个线圈(9，10)，线圈可以被交变电场激发，并且被布置成通过电流产生变化时所发生的磁场变化，在容器(2)的导电材料中产生涡流。

5.根据权利要求4所述的混合装置(1)，其特征在于，至少一个加热装置(10)被设计为加热容器底部，而至少另一个加热装置(9)被设计为加热容器壁。

6.根据权利要求4或5所述的混合装置(1)，其特征在于，设计为加热容器壁的加热装置(9)的能量和设计为加热容器底部的加热装置(10)的能量的比值近似地对应于被加热的壁表面和被加热的底部表面之间的面积比值。

7.根据权利要求4-6之一所述的混合装置(1)，其特征在于，容器旋转对称，并且用于加热容器底部的加热装置(10)被布置成容器底部的圆环形式的外部部分基本上没有被加热装置(10)加热，其中，圆环形式的部分优选为具有大于容器直径的5％的宽度。

8.根据权利要求4-7之一所述的混合装置(1)，其特征在于，容器(2)旋转对称，并且用于加热容器底部的加热装置(10)被布置成容器底部的内部圆形部分基本上不被加热装置(10)加热，其中，圆形部分优选具有大于容器直径的30％的直径，特别优选为大于容器直径的50％。

9.根据权利要求4-8之一所述的混合装置(1)，其特征在于，容器(2)旋转对称，并且用于加热容器壁的加热装置(9)被布置成容器壁的柱状表面形式的下部基本上不被加热装置(9)加热，其中柱状表面形式的容器壁下部优选具有大于容器壁高度的5％的高度，特别优选具有大于容器壁高度10％的高度。

10.根据权利要求4-9之一所述的混合装置，其特征在于，容器(2)旋转对称，并且用于加热容器壁的加热装置(9)被布置成容器壁的柱状表面形式的上部基本上不被加热装置(9)加热，其中，柱状表面形式的上部优选具有大于容器壁高度的10％的高度，特别优选具有大于容器壁高度的20％的高度。

11.根据权利要求1-10之一所述的混合装置(1)，其特征在于，柱状表面形式的容器壁上部由非导电材料和/或具有很低热导率的材料制成。

12.根据权利要求1-11之一所述的混合装置(1)，其特征在于，在容器的外侧和至少一个加热装置(9，10)的可被激发的线圈之间设置非金属绝缘部件，所述绝缘部件优选固定在容器的外侧，更特别优选的是通过不可拆连接。

13.根据权利要求1-12之一所述的混合装置(1)，其特征在于，可被激发的线圈被布置在容器底部外侧的附近，并具有多个绕组，这些绕组基本上以螺旋形围绕容器的旋转轴延伸。

14.根据权利要求1-13之一所述的混合装置(1)，其特征在于，可被激发的线圈被布置在容器底部外侧的附近，并且具有多个绕组，这些绕组基本上完全围绕着容器壁延伸。

15.根据权利要求1-14之一所述的混合装置(1)，其特征在于，设置温度传感器(16)用以测量容器底部的温度，其中，温度传感器(16)优选为红外传感器。

16.根据权利要求1-15之一所述的混合装置(1)，其特征在于，设置温度传感器(17)用于测量容器壁，其中，温度传感器(17)优选为红外传感器。

17.根据权利要求1-16之一所述的混合装置(1)，其特征在于，设置基本上为L形的加热部件，该加热部件具有优选地基本上为柱状部分形状的臂，其中，所述L形加热部件覆盖小于容器壁的180°、特别优选为小于90°、且最好为小于45°的范围。

18.根据权利要求1-17之一所述的混合装置(1)，其特征在于，可被激发的线圈至少部分地从外面被屏蔽，优选采用铁防护罩(14)的方式。

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