CN103395220A - 一种双超声同步压缩纤维素生物质装置 - Google Patents

一种双超声同步压缩纤维素生物质装置 Download PDF

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陈猛
许俊
张永俊
郭钟宁
黄志刚
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Abstract

本发明公开了一种双超声同步压缩纤维素生物质装置，包括模具、超声组件、导向机构、施力机构；两套超声组件分别位于模具(8)通孔两端，所配工具头A(7)、工具头B(10)正对模具(8)通孔，工具头A(7)、工具头B(10)与模具(8)通孔为间隙配合；生物质(9)被放置于模具(8)通孔内，工具头A(7)和工具头B(10)在超声系统的激励下产生超声振动，分别在外部施力机构A(1）、施力机构B(16)的作用下，从通孔两端相向运动，对生物质同时进行机械挤压和超声压缩，压缩成型生物质压块。

Description

一种双超声同步压缩纤维素生物质装置
技术领域
本发明涉及超声压缩装置，具体地说本发明涉及一种双超声同步压缩纤维素生物质装置。
背景技术
传统的纤维素生物质压缩技术主要有螺杆挤压成型、活塞冲压成型和压辊式成型等，但上述压缩方法一般都需要高温蒸汽、高压力和额外添加粘接剂，带来设备庞大，价格高，添加剂导致污染等问题。超声压缩是一种新提出的工艺方法，如最近出版的《International Journal of Manufacturing Research》杂志2012年4期“Effects of pellet weight in ultrasonic vibration-assistedpelleting for cellulosic biofuel manufacturing”一文中介绍了该方法，该压缩方法可在常温、低压力和无添加剂条件下实现压缩，并可将后续的出糖率(通过发酵转化为纤维素燃料)提高20％以上。但单一超声压缩方式的超声波是由单个工具头端通过纤维素生物质传递至压块末端，导致压缩时间长、压块顶底部致密性不一致、压块中心出现碳化等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有纤维素生物质超声压缩技术的一些缺点，提供一种双超声同步压缩纤维素生物质装置，其压缩时间短、压块致密度均匀、碳化率低。
本发明的目的通过下述方案实现。
本发明的双超声压缩装置包括模具、超声组件、导向机构、施力机构；模具(8)开有通孔，超声组件与外部导向机构和施力机构相连；两套超声组件分别位于模具(8)通孔两端，所配工具头A(7)、工具头B(10)正对模具(8)通孔，工具头A(7)、工具头B(10)与模具(8)通孔为间隙配合。
本发明的双超声压缩装置通过上下两套超声组件实现。整个压缩装置包括三大部分，即上部分为上超声振动系统，中间部分为生物质压缩成型部分，下部分为下超声振动系统。
上超声组件和下超声组件的结构相似，两者都包括换能器、变幅杆、工具头等部件，双超声波分别由工具头A(7)和工具头B(10)输出，对生物质(9)进行超声压缩。
所述的上超声振动系统通过法兰A(5)与支撑架A(2)连接，支撑架A(2)与施力机构A(1)连接，施力机构A(1)通过外壳固定，施力机构A(1)带动工具头A(7)实现上下运动，超声波由工具头A(7)输出，对生物质(9)进行超声波压缩。下超声振动系统结构与上超声振动系统相同。
所述的工具头A(7)和工具头B(10)压缩预压力，通过置于机构两端的施力机构A(1)和施力机构B(16)进行施加。
设于整个装置左侧的导向机构(17)，确保工具头A(7)、工具头B(10)正对模具(8)通孔。
设于中间位置的生物质压缩型腔由中空模具(8)、工具头A(7)和工具头B(10)共同组成，生物质(9)被放置于压缩型腔内，通过工具头A(7)和工具头B(10)的相向运动，对生物质同时进行机械挤压和超声压缩，压缩成型生物质压块。
本发明与现有技术相此，具有如下特点：
1.所发明的双超声同步压缩纤维素生物质装置采用上下两套超声振动系统，其单个超声波传输距离短，所需压缩时间短，压缩效率高。另外，双超声压缩装置可获得均匀分布的用于压缩的超声场，生物质压块致密度一致性好。2.双超声压缩装置可降低单个超声振动系统的功率，这有利于减少甚至消除出现在生物质压块中心的碳化现象。3.双超声压缩装置具有叠加作用，这可提高单个生物质压块的最大压缩厚度。
附图说明：
图1是本发明的双超声压缩装置的结构示意图。
图中：1-施力机构A，2-支撑架A，3-换能器A，4，4”-螺钉A，5-法兰A，6-变幅杆A，7-工具头A，8-模具，9-生物质，10-工具头B，11-变幅杆B，12-法兰B，13，13’-螺钉B，14-换能器B，15-支撑架B，16-施力机构B，17-导向机构
具体实施方式
在图1所示的本发明的双超声同步压缩纤维素生物质装置的具体结构示意图中，设于装置中间位置的压缩成型部分，其由中空模具(8)、工具头A(7)和工具头B(10)共同组成封闭型腔，生物质(9)被放置于封闭型腔内，其中模具(8)被固定，工具头A(7)和工具头B(10)可实现往复运动，模具(8)通孔与工具头A(7)、工具头B(10)之间为间隙配合。
设于整个装置上部分的上超声组件由换能器A(3)，变幅杆A(6)和工具头A(7)共同组成，换能器A(3)由超声电源驱动，变幅杆A(6)将超声波的振幅进行放大，工具头A(7)是将超声波从其端部输出，实现对生物质的超声压缩。法兰A(5)的作用是通过其将超声振动系统与支撑架A(2)进行连接，为降低超声波能量的损耗和法兰A(5)的发热，法兰A(5)被设计于超声振动系统的波节处。法兰A(5)与支撑架A(2)通过螺钉(4)，(4’)进行连接。施力机构A(1)外壳被固定，施力机构A(1)的功能是施加一个预压力，并驱动整个上超声振动系统实现上下运动。
设于整个装置下部分的下超声组件由换能器B(14)，变幅杆B(11)和工具头B(10)共同组成，换能器B(14)由超声电源驱动，变幅杆B(11)是将超声波的振幅进行放大，工具头B(10)是将超声波从其端部输出，实现对生物质的超声压缩。法兰B(12)的作用是通过其将超声振动系统与支撑架B(15)进行连接，为降低超声波能量的损耗和法兰B(12)的发热，法兰B(12)被设计于超声振动系统的波节处。法兰B(12)与支撑架B(15)通过螺钉(13)，(13’)进行连接。施力机构B(16)外壳被固定，施力机构B(16)的功能是施加一个预压力，并驱动整个下超声振动系统实现上下运动。
所述的上、下超声振动系统的结构方式可以为上、下布置方式，也可以为水平布置方式，也可以为任何倾斜角度的布置方式。施力机构A(1)和施力机构B(16)可以为液压缸、气压缸或电动机等。
设于整个装置左侧的导向机构(17)，确保工具头A(7）、工具头B(10)正对模具(8)通孔，保证工具头A(7)、工具头B(10)与模具(8)通孔为间隙配合。其中导向机构(17)可以为导柱导套或丝杠螺母等。
生物质(9)被放置于模具(8)通孔内，工具头A(7)和工具头B(10)在超声系统的激励下产生超声振动，分别在外部施力机构A(1)、施力机构B(16)的作用下，从通孔两端相向运动，对生物质同时进行机械挤压和超声压缩，压缩成型生物质压块。在压缩过程中，工具头A(7)和工具头B(10)二者相向运动的速度可以相同，也可以不同，甚至其中一个工具头的运动速度为零。

Claims (8)

1.一种双超声同步压缩纤维素生物质装置，包括模具、超声组件、导向机构、施力机构；模具(8)开有通孔，超声组件与外部导向机构和施力机构相连；其特征在于，两套超声组件分别位于模具(8)通孔两端，所配工具头A(7)、工具头B(10)正对模具(8)通孔，工具头A(7)、工具头B(10)与模具(8)通孔为间隙配合。
2.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置，其特征在于，上超声组件包括换能器A(3)，变幅杆A(6)和工具头A(7)，超声组件通过设计于波节处的法兰A(5)与支撑架A(2)连接。
3.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置，其特征在于，下超声组件包括换能器B(14)，变幅杆B(11)和工具头B(10)，超声组件通过设计于波节处的法兰B(12)与支撑架B(15)连接。
4.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置，其特征在于，超声组件的左侧设有导向机构(17）。
5.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置，其特征在于，上超声组件后端设有支撑架A(2)。
6.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置，其特征在于，下超声组件后端设有支撑架B(15）。
7.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置，其特征在于，支撑架A(2)的端部设有施力机构A(1)。
8.根据权利要求1所述的双超声同步压缩装置其特征在于，支撑架B(15)的端部设有施力机构B(16)。
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