CN106536160B - 包括低温空腔的用于加热空心主体的加热装置 - Google Patents

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Abstract

用于加热具有空心主体的塑性材料制的毛坯(2)的加热装置(1)，所述加热装置具有毛坯(2)在其中行进的空腔(8)并且包括：发射装置(12)，其装有至少一指向空腔(8)的具有电磁辐射的辐射源(13)；框架(7)，其限定空腔(8)并且包括一组与空腔(8)毗邻的构件(9、10、11)，每个毗邻的构件(9、10、11)具有朝向空腔(8)并且能够吸收来自发射装置(12)的电磁辐射或者向空腔(8)反射电磁辐射的内表面(14、15、16、17)；整体在空腔(8)外形成的冷却回路(18)，该冷却回路包括载热流体经过的流体通道(19)，每个毗邻的构件(9、10、11)与流体通道(19)热接触。

Description

包括低温空腔的用于加热空心主体的加热装置
技术领域
本发明涉及塑性材料制的空心主体尤其是容器(如瓶子、罐子、小瓶)毛坯的热处理(或加热)，术语“毛坯”指的是或者通过在模型中注入塑性材料得到的预型件，或者利用已经经过至少一初次成型作业的预型件得到的并用于经过至少一二次作业的中间空心主体。
背景技术
一般通过在通常叫做炉子的加热装置内行进实现热处理，加热装置包括至少一电磁辐射源和多个壁，这多个壁限定毛坯在其中行进的空腔，这多个壁中至少一个包括至少一朝向空腔并能向空腔反射辐射的反射器。
传统加热技术在于使用按照连续光谱的普朗克定律辐射的卤素白炽灯管。
这个非常普遍的技术并非没有缺点。除了灯消耗的很大一部分电能被热能浪费外，人们发现，由于空腔壁吸收灯发出的部分能量，空腔壁的温度剧烈升高。
因此导致空腔中环境空气温度升高，需要冷却。一般通过载热流体在空腔中的强制流动实现冷却，以便调节环境空气温度，载热流体一般是通过通风输送的空气。特别是法国专利FR 2 863 931(Sidel)和它的同族美国专利US 7 448 866提出的该技术得到证明，但仍需改进，原因如下：
－很难利用该通风得到空腔中环境温度的精细调节；
－由于加热装置的温度逐渐上升(或下降)，投入运行和停止的过渡阶段较长，对生产率不利；
－侧壁以红外线的形式向空腔重新发射一部分吸收的热能，并从此作为干扰空心主体期待的加热型面的热辐射元件；
－尽管有通风，侧壁仍是热的，这样每次在加热装置上进行维修干预时，需要使侧壁恢复到可以进行构件操作而没有灼伤危险的环境温度；
－由于热疲劳现象，壁的构件加速磨损；
－空腔中的通风需要设置一些大的开口，辐射可以通过这些开口排出到空腔外，这对效率和周围的人员不利。
发明内容
因此，本发明的目的是克服这些缺点。
为此，提出一种用于加热具有塑性材料制的空心主体的毛坯的加热装置，该加热装置具有毛坯在其中行进的空腔并且包括：
－发射装置，其装有至少一指向空腔的具有电磁辐射的辐射源；
－框架，其限定空腔并且包括一组与空腔毗邻的构件，每个毗邻的构件具有朝向空腔并能够吸收来自发射装置的电磁辐射或使向空腔反射电磁辐射的内表面；
－冷却回路，其整体在空腔外整体形成并且包括载热流体经过的流体通道，每个毗邻的构件与一流体通道热接触。
可以设置单独或组合的各种补充特征：
－流体通道是延伸到毗邻的构件内的具有封闭轮廓的管道；
－载热流体为液体；
－毗邻的构件是横向地限定空腔的侧壁，并且所述侧壁的内表面反射电磁辐射；
－毗邻的构件是向下限定空腔的反射器，并且所述反射器的内表面反射电磁辐射；
－毗邻的构件是吸收器，所述吸收器的形成空腔的上侧边缘的主要内表面用于吸收电磁辐射；
－吸收器具有与主要内表面相邻并反射电磁辐射的次内表面；
－每个辐射源是一激光器；
－每个辐射源是一激光二极管；
－发射装置装有VCSEL型激光二极管的矩阵。
附图说明
阅读下面参照附图对实施方式进行的描述，本发明的其它目的和优点将显示出来。
附图是用于加热具有塑性材料制的空心主体的毛坯2的加热装置1的剖面图。
具体实施方式
在所示(非限定)实例中，毛坯2是一些预型件，用于一旦通过加热变软在模型中经过吹制或拉伸吹制作业，以形成容器，如瓶子。每个预型件2包括基本柱形的主体3、在主体的下端封闭主体3的半球形底部4、和在主体的上端延长主体3的颈部5。颈部5通过环箍6与主体3分开，环箍特别是作为标记部件和操作预型件2时的支撑件。
毛坯2也可是中间容器，其本身是公知的并且利用刚才描述的预型件在预吹制或预拉伸吹制阶段得到。由于各种原因，它们需要进行补充热处理。和毛坯一样，这些中间容器包括主体3、在主体的下端封闭主体3的底部4、和在主体的上端延长主体3的颈部5，颈部通过环箍6与主体3分开，环箍6可以特别是作为标记部件和操作容器时的支撑件。这种中间容器的颈部5和环箍6是存在于允许获得容器的预型件上的颈部和环箍。
加热装置1包括限定毛坯2(这里是预型件)在其中依次行进的隧道形空腔8的框架7。框架7包括一组与空腔8毗邻的构件9、10、11，即这些构件9、10、11位于空腔8的边缘，其中这些构件在至少局部与毛坯2的行进方向垂直的任何横向平面中形成空间前沿。换句话说，一旦构件具有(至少局部)限定空腔8的内表面，该构件就叫做毗邻的构件。
在毗邻的构件中有：
－侧壁9，其横向限定空腔8并与毛坯2的主体3相对；
－下反射器10，其向下限定空腔8，与毛坯2的底部4垂直；
－吸收器11(如下面将看到的，是电磁意义上的吸收器)，其横向限定空腔8，与毛坯2的颈部5相对。
在所示实例中，框架7包括两个相对的侧壁9、两个下反射器10和两个吸收器11，每个反射器以相同的高度安装在一侧壁9上，每个吸收器也以相同的高度安装在一侧壁9上。
加热装置1另外包括装有至少一指向空腔8的电磁辐射源13的发射装置12。
术语“辐射”指的是辐射源3用于将热能传递给毛坯2，而不使用空气作为传输媒介。
根据一实施方式，(每个)辐射源13在微波范围内以在1mm到30cm之间的波长发射。
根据另一实施方式，(每个)辐射源13在近红外范围内以在约800nm到2000nm之间例如约为1000nm的波长发射。
在所示实例中，发射装置12包括多个指向空腔8的相同辐射源13。每个辐射源13例如是一激光器，如激光二极管，尤其是VCSEL型(垂直空腔表面发射激光器)，它可以将辐射源13组织成矩阵形。
为了将辐射封闭在空腔8内，以便优化加热效率,并避免辐射发散到空腔8外(尤其是为了保护人员的安全)，每个毗邻的构件9、10、11在空腔的边界具有朝向空腔8的内表面，该内表面能够：
－吸收来自发射装置12的电磁辐射，或者
－将该辐射向空腔8反射。
因此，每个侧壁9具有反射电磁辐射的内表面14。在所示实例中，侧壁9的内表面14垂直延伸，与毛坯2的主体3相对，以便向主体反射来自发射装置12的辐射。如实例中所示，侧壁9中至少一个可以承载或甚至集装有发射装置12。在这种情况下，反射内表面14可以在发射装置12周围垂直和/或水平延伸(例如以边框方式)。
根据一实施方式，侧壁9是相似的并且每个侧壁承载(或集装有)发射装置12。发射装置12可以呈梅花形分布，在这种情况下，一反射表面14与相对的侧壁9的每个发射装置12相对地布置，以便向空腔8反射一部分未被毛坯2直接吸收的辐射。
下反射器10也具有反射电磁辐射的内表面15。在所示实例中，下反射器10的内表面15水平延伸，与毛坯2的底部4相对，以便向底部反射来自发射装置12的辐射，因此进一步提高加热效率。
吸收器11具有主要内表面16，其限定空腔8的上侧边缘，并且吸收电磁辐射。在所示实例中，该主内表面16垂直延伸，与毛坯2的颈部5相对，以便吸收来自发射装置12的辐射并将到达颈部5或从空腔8逃逸的辐射部分减到最小。主内表面16例如由吸收覆盖层如黑漆形成。
根据附图所示实施方式，吸收器11另外具有与主内表面16相邻并反射电磁辐射的次内表面17。在所示实例中，次内表面17水平延伸，并且方向向下，以便将来自发射装置12的辐射尽可能封闭在空腔8内，并将逃逸的辐射部分减到最小。
每个反射面14、15、17例如通过抛光形成。作为变型，反射面可以由金属覆盖层形成，例如以金、银、铝或任何对发射装置发出的辐射波长提供良好的镜面反射系数的材料薄层的形式。可以通过蒸汽相沉积、物理沉积(PVD，一般通过阳极雾化)或化学沉积(CVD)得到该覆盖层。
在没有热调节时，通过吸收器11的吸收表面16吸收辐射导致吸收器11的温度升高。同样，从辐射的完全反射的观点看，任何反射面14、15、17都不具有完善的光学特性，因此辐射的一部分(甚至是很小部分)被吸收到毗邻的构件9、10、11中，因此看到它的温度上升。
超过一定温度，加热能够导致通过每个毗邻的构件9、10、11产生重新向空腔8传输的红外辐射，该红外辐射可能干扰人们希望赋予毛坯2的加热型面。
这就是为什么加热装置1装有冷却回路18，该冷却回路包括至少一载热流体经过的流体通道19。
如附图中看到的，冷却回路18整体在空腔8外形成，即在毗邻的构件9、10、11的(反射或吸收)内表面14、15、16、17限定的空间之外。
另外，如该图中还可看到的，每个毗邻的构件9、10、11与流体通道19热接触。
在所示实例中，每个毗邻的构件9、10、11设有载热流体经过的流体通道19。该流体通道19至少局部延伸到内表面14、15、16、17附近，以有利于与这些表面的热交换。
每个毗邻的构件9、10、11由导热良好的材料制成，例如由金属材料如钢、铜、铝或它们的合金制成，以便可以与流体通道19有良好的热交换。
如果毗邻的构件9、10、11是整体的，则通过将通道19与内表面14、15、16、17分开的材料保证热接触。相反，如果构件9、10、11包括支撑件20和至少部分包括内表面14、15、16、17的附加元件21(如在所示实例中，位于图右边的侧壁9包括形成反射内表面14的附加板体21)，通过附加元件21与支撑件20之间的接触保证内表面14、15、16、17与通道19之间的热接触，则热接触形成一个热桥。
根据所示实施方式，每个毗邻的构件9、10、11包括它自己的流体通道19；例如其是延伸到毗邻的构件9、10、11内具有封闭轮廓的管道，并部分与内表面14、15、16、17相邻。
图中用阴影表示的载热流体优选是液体(带来比气体有更有效的热交换)，例如水。管道入口的液体温度例如在15℃到25℃之间，使得毗邻的构件9、10、11保持在低于或等于40℃的温度(并优选低于30℃)。
如附图中看到的，可以设置连接器22，以保证(每个)通道19与输入和排出流体的软管(未出示)连接。
作为变型，通道19可以由突起设置在毗邻的构件9、10、11的外表面上的叶片形成，则载热流体是强制在叶片中流动的输出气体(例如空气)，以便冷却毗邻的构件9、10、11。
无论怎样，载热流体与毗邻的构件9、10、11之间的热交换可以保证将毗邻的构件9、10、11(更确切的说内表面14、15、16、17)热调节在预定的较低温度(如刚才看到的低于40℃)。
由此产生以下优点：
－比较冷的毗邻的构件9、10、11很少(或不)向空腔8重新发出红外辐射，这避免干扰毛坯2的加热型面；
－毗邻的构件9、10、11不再通过热对流导致空腔8的寄生加热，使得不需要通过空腔8内的强制空气流动保证冷却；
－由于没有这样的通风，不需要设置一些用于空气通过的开口，这样可以更好地封闭辐射，并因此增加加热效率，并同时保护周围的人员；
－毗邻的构件9、10、11承受更小的热疲劳，有利于它们的寿命和加热装置1的可靠性；
－由于没有毗邻的构件9、10、11的寄生辐射，可以得到空腔8中环境温度的精细调节，有利于准确加热；
－加热装置1分别在加热周期的启动和停止时的升温和冷却阶段的持续时间短，有利于生产率和维修人员的快速干预；
－可以快速进行维修作业，而没有烧伤危险。

Claims (9)

1.一种用于加热具有空心主体的塑性材料制的毛坯(2)的加热装置(1)，所述加热装置具有毛坯(2)在其中行进的空腔(8)并且包括：
－发射装置(12)，其装有至少一指向空腔(8)的具有电磁辐射的辐射源(13)；
－框架(7)，其限定空腔(8)并且包括一组与空腔毗邻的构件，每个毗邻的构件具有朝向空腔(8)并能够吸收来自发射装置(12)的电磁辐射或者向空腔(8)反射电磁辐射的内表面；
－冷却回路(18)，其包括载热流体经过的流体通道(19)；
所述加热装置(1)的特征在于，冷却回路(18)整体在空腔(8)外形成，并且每个毗邻的构件与一流体通道(19)热接触，每个毗邻的构件的流体通道(19)是延伸到毗邻的构件内并连接到载热流体源的具有封闭轮廓的管道，所述加热装置还包括使毗邻的构件保持在低于或等于40℃的温度的部件，所述部件包括所述载热流体源和所述每个毗邻的构件的流体通道，由此毗邻的构件没有朝向空腔的寄生辐射。
2.根据权利要求1所述的加热装置(1)，其特征在于，毗邻的构件(9)是横向地限定空腔(8)的侧壁，并且所述侧壁的内表面(14)反射电磁辐射。
3.根据上述权利要求中任一项所述的加热装置(1)，其特征在于，毗邻的构件(10)是向下限定空腔(8)的反射器，并且所述反射器的内表面(15)反射电磁辐射。
4.根据权利要求1或2所述的加热装置(1)，其特征在于，毗邻的构件(11)是吸收器，所述吸收器的形成空腔(8)的上侧边缘的主内表面(16)用于吸收电磁辐射。
5.根据权利要求4所述的加热装置(1)，其特征在于，吸收器(11)具有与主内表面(16)相邻并反射电磁辐射的次内表面(17)。
6.根据权利要求1或2所述的加热装置(1)，其特征在于，每个辐射源(13)是一激光器。
7.根据权利要求6所述的加热装置(1)，其特征在于，每个辐射源(13)是一激光二极管。
8.根据权利要求7所述的加热装置(1)，其特征在于，发射装置(12)装有VCSEL型激光二极管的矩阵。
9.一种用于使用加热装置来加热具有空心主体的塑性材料制的毛坯(2)的加热方法，所述加热装置具有毛坯(2)在其中行进的空腔(8)并且包括：
－发射装置(12)，其装有至少一指向空腔(8)的具有电磁辐射的辐射源(13)；
－框架(7)，其限定空腔(8)并且包括一组与空腔毗邻的构件，每个毗邻的构件具有朝向空腔(8)并能够吸收来自发射装置(12)的电磁辐射或者向空腔(8)反射电磁辐射的内表面；
－冷却回路(18)，其包括载热流体经过的流体通道(19)；
冷却回路(18)整体在空腔(8)外形成，并且每个毗邻的构件(9，10，11)与一流体通道(19)热接触，流体通道(19)是延伸到毗邻的构件内的具有封闭轮廓的管道，
所述加热方法包括使毗邻的构件保持在低于40℃的温度，由此毗邻的构件没有朝向空腔的寄生辐射。
CN201580039934.9A 2014-07-23 2015-07-17 包括低温空腔的用于加热空心主体的加热装置 Active CN106536160B (zh)

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