CN112248289B - 红外线烘料机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红外线烘料机，其包含有一料筒与一红外线加热器，红外线加热器包含有一灯管负载与一灯管功率调变器。其中，灯管负载是能被驱动而发出红外线以进行烘料。灯管功率调变器连接灯管负载以驱动灯管负载，其包含有不同的开关装置、一逆变器与一控制单元。其中控制单元能导通或断开不同的开关装置，使灯管负载能单纯接收逆变器输出的信号或者是同时接收市电与逆变器输出的信号已发出红外线。通过上述红外线烘料机的设计，可降低逆变器功率元件所需使用的规格，以降低烘料机的整体成本，并能对塑料颗粒均匀地加热。

Description

红外线烘料机

技术领域

本发明涉及一种用来烘干塑料颗粒的烘料机，尤其涉及一种红外线烘料机，能均匀地对塑料颗粒加热且占地面积较小。

背景技术

传统式滚筒热风烘料机是以电阻式加热器搭配风机，进行塑料颗粒的干燥。传统热风干燥技术相较于红外线热辐射干燥技术，因传统热风式烘料机是以干燥热空气进行塑料颗粒的加热，因此属于间接加热，干燥所需时间较长且较为耗能，而且整体的制造成本较高。另外，传统式滚筒因筒身倾斜，容易造成塑料颗粒在料筒内部的厚度不均匀或翻料不均匀，导致受热较不均匀。另外，传统式滚筒热风烘料机是采用连续式进出料，当需要增加产量时，也需使用尺寸较长的烘料设备，造成占地面积将随之增大，对于有限厂房空间的业主比较不容易采用现用的烘料机。另外，传统式滚筒热风烘料机是连续出料，其须由吸料机持续吸料，因此也较为耗能。

发明内容

本发明的其中一个目的在于提出一种崭新的红外线烘料机的设计，其成本较为低廉但同样能均匀地对塑料颗粒进行加热。

本发明所提供的一种红外线烘料机，其包含有一第一料筒与一红外线加热器。其中，红外线加热器是设于第一料筒内并包含有一灯管负载与一灯管功率调变器，灯管负载能被驱动而发出红外线。灯管功率调变器连接灯管负载以驱动灯管负载，灯管功率调变器包含有一逆变器、一第一开关装置、第二开关装置与一控制单元。其中逆变器耦接市电并可利用市电而输出一交流驱动信号。第一开关装置是耦接逆变器与灯管负载，第二开关装置是耦接灯管负载与市电，控制单元是耦接第一开关装置与第二开关装置以控制第一开关装置与第二开关装置的导通或断开，并且控制单元还控制逆变器输出和市电同步的交流驱动信号。

因此，当使用红外线烘料机来对潮湿的塑料颗粒进行烘料作业时，可通过灯管负载发出红外线来对塑料颗粒进行直接加热，因此能对塑料颗粒进行更均匀地加热，也能提升塑料颗粒的受热效率，并能节省整体能源消耗与整体加热时间。另外，通过控制单元来控制第一开关装置与第二开关装置，当红外线烘料机的加热温度到达烘烤温度时，红外线烘料机不再需要全功率输出，可通过控制单元来断开第一开关装置，单纯通过逆变器输出交流驱动信号而对塑料颗粒进行低功率的加热，可降低逆变器功率元件所需使用的规格，即可使用比较低廉的价格而买到适合的灯管功率调变器，进而降低红外线烘料机的整体成本。

在其中一个方面，灯管功率调变器还包含有一反馈检测电路，并且是通过反馈检测电路来检测交流驱动信号的相位并将检测到的交流驱动信号的相位输入至控制单元，以利后续进行交流驱动信号与市电同步的作业。

在另一个方面，灯管功率调变器还包含有一温度反馈电路。温度反馈电路是检测灯管负载的一输出功率，并将检测到输出功率输入至控制单元，使控制单元能在塑料颗粒的不同加热过程中(例如加热段与持温段)，对应地控制逆变器与第一开关装置与第二开关装置，使灯管负载能输出适合的输出功率的红外线。

在另一个方面，灯管功率调变器具有一额定最大输出功率，当控制单元通过温度反馈电路而检测到灯管负载的输出功率是大于或等于额定最大输出功率时，控制单元导通第一开关装置与第二开关装置，控制单元调整逆变器输出和市电反相的交流驱动信号，通过此方法来控制功率；当控制单元通过温度反馈电路进行温度与功率闭回路控制时，当通过控制单元检测到灯管负载的输出功率是小于额定最大输出功率时，控制单元导通第一开关装置并断开第二开关装置，控制单元调整逆变器输出和市电同相或反相的交流驱动信号。通过上述控制机制，可有效降低逆变器功率元件所需使用的元件规格。

在另一个方面，温度反馈电路更包含有一温度检测器，温度检测器检测设于第一料筒内的塑料颗粒的温度，并且温度反馈电路是依据检测到的塑料颗粒的温度而对应地获得灯管负载的输出功率。

在另一个方面，红外线烘料机更包含有一支撑架与一第一抬升机构，其中第一料筒是水平地设于支撑架上，第一抬升机构是设于支撑架并且连接料筒，第一抬升机构可被驱动而抬升第一料筒以使第一料筒呈一倾斜状态。通过上述第一抬升机构，当烘完塑料颗粒时，可直接驱动第一抬升机构以利后续抽出烘干后的塑料颗粒，而且由于第一抬升机构能快速地倒出塑料颗粒，可降低烘干后的塑料颗粒和外界环境接触的时间，使塑料颗粒的含水率不易受到外界环境温度与湿度的影响。另外，由于灯管负载已能均匀地对塑料颗粒进行均匀地加热，因此第一料筒的长度不需要设计得非常长，因此红外线烘料机的占地面积可有效地缩小，并可适用于较小规模的厂房。

在另一个方面，为了让红外线烘料机能批量烘干塑料颗粒并且能够达到模块化设计以适应客户的烘料需求。红外线烘料机还可包含一第二料筒与一第二抬升机构(或者是含有第三料筒与第三抬升装置…)，第二料筒是水平地设于支撑架上并且位于第一料筒的上方，第二抬升机构是设于支撑架并且连接第二料筒，第二抬升机构可被驱动而抬升料筒以使料筒呈一倾斜状态。另外，为适应不同种类的塑料颗粒，部分的塑料颗粒需要进行结晶，因此第二料筒也能供作结晶使用，让红外线烘料机能同时具有结晶与烘料的两种功能。

在另一个方面，该支撑架包含有一第一架体与一第二架体，该第二架体是可抬升地设于该第一架体上，并且该第一料筒是设于该第二架体，该第一抬升机构包含有一气压缸、一第一连杆与一第二连杆，该第一连杆的一端连接该第二架体，该第二连杆的一端连接该第一架体，该第一连杆相对于该第一架体的一端以及该第二连杆相对于该第二架体的一端均连接该气压缸的一伸缩杆，该气压缸设于该第一架体。

在另一个方面，该支撑架包含有一第一架体与一第三架体，该第二抬升机构包含有一气压缸、一第一连杆与一第二连杆，该第一连杆的一端连接该第三架体，该第二连杆的一端连接该第一架体，该第一连杆相对于该第二料筒的一端以及该第二连杆相对于该第一架体的一端均连接该气压缸的一伸缩杆，该气压缸设于该第一架体。

在另一个方面，第一抬升机构(或者是第二抬升机构)包含有一气压缸、一第一连杆与一第二连杆，其中第一连杆的一端连接第一料筒，第二连杆的一端连接支撑架，第一连杆相对于端部的一端以及第二连杆相对于支撑架的一端均连接气压缸的一伸缩杆，并且气压缸是设于支撑架。

在另一个方面，红外线烘料机完成烘料后，可由出料机构装置进行快速出料，减少塑胶料与环境中的水份结合，塑胶料维持干燥的含水率。

在另一个方面，红外线烘料机还可配合粒度筛选装置使用，并让粒度筛选装置是设于第二料筒上并且连接第二料筒。如此，可优选地缩小厂房使用面积。

附图说明

有关红外线烘料机的详细构造、特点、组装或使用方式将于以下的实施例予以说明，然而，应能理解的是，以下将说明的实施例以及附图仅只作为示例性地说明，其不应用来限制本发明的范围，其中：

图1为第一实施例的红外线烘料机的立体图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2沿3-3剖视线所绘制的剖视图；

图4为第一实施例的红外线烘料机的动作示意图，用以说明第一料筒被抬升后的情形；

图5至图7为第一实施例中灯管功率调变器、灯管负载与市电的电路方块图；

图8为实施例的负载功率百分比与加热时间的关系图；

图9为市电与交流驱动信号的合成示意图；以及

图10为第二实施例的红外线烘料机的结构示意图。

【符号说明】

1，1’ 烘料机

10 红外线加热器

11 灯管支架 12 灯罩

13 灯管负载

20 第一料筒

21 拨片 22 外盖

30 支撑架

31 第一架体 32 第二架体

40 马达

41 滚轮

50 除湿机

60 灯管功率调变器

61 逆变器

62 第一开关装置 63 第二开关装置

64 控制单元

641 模拟数字转换器 642 PLL锁相计数器

643 系统正弦控制信号振幅调变机制

65 整流器 66 升压电路

67 反馈检测电路

68 前端驱动与隔离电路

68a 数字模拟转换器 68b 内回路波型控制电路

68c 功率晶体管驱动电路 68d 光耦合隔离电路

69 温度反馈电路

70 第一抬升机构

71 气压缸 72 伸缩杆

73 第一连杆 74 第二连杆

80 出料机构

91 粒度筛选装置

911 入料口

92 第一烘料单元 93 第二烘料单元

T1-T4 晶体管

F 变压器

AC 市电

G 粉碎机

M 射出成形机

具体实施方式

以下通过所列举的若干实施例配合附图，详细说明本发明的技术内容及特征，本说明书内容所提及的“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等方向性形容用语，只是以正常使用方向为基准的例示描述用语，并非作为限制权利要求的用意。

为了详细说明本发明的技术特点所在，现举以下的二个实施例并配合附图说明如后，其中：

请参考图1与图3，第一实施例提供了一种红外线烘料机1，其包含有一第一料筒20、一支撑架30与一红外线加热器10。其中，第一料筒20是水平地(即第一料筒20的轴向是平行于地面)且可被转动地设于支撑架30上。支撑架30上设有四组滚轮41(图1中，二组滚轮41被遮住)与一组马达40，滚轮41分为两大组而分别设于第一料筒20的两侧，并且上述四组滚轮41是可转动地架设于支撑架30上，该组马达40(包含有一减速箱)连接其中一组滚轮41并可带动滚轮41转动，进而驱动第一料筒20转动。如图3所示，第一料筒20的内侧壁等角度地设有多个拨片21，通过上述拨片21以及第一料筒 20的转动，可均匀地翻动设于第一料筒20内部的塑料颗粒(图未示)。另外，支撑架30还设有两组除湿机50，其通过管路(图未示)连接第一料筒20，使潮湿的塑胶颗粒因加热而产生水气后，能通过除湿机50排除水气。

如图2与图4所示，支撑架30包含有一第一架体31与一第二架体32，第一架体31是架设于地面，第二架体32是可被抬升地设于第一架体31上，并且马达40与第一料筒20均是架设于第二架体32上，此一部分的特征将于后续段落做更详细的说明。

如图3所示，红外线加热器10是设于第一料筒20的内部，其包含有一灯管支架11以及设于灯管支架11的一灯罩12、一灯管负载13与一灯管功率调变器60(如图6)。灯管负载13能被驱动而发出红外线，发出的红外线在灯罩12的导引下能直接地照射塑料颗粒。灯管支架11可被调整角度，以改变红外线照射范围。

请参考图5至图7，灯管功率调变器60是连接灯管负载13以驱动灯管负载13发出红外线。灯管功率调变器60包含一逆变器61、一第一开关装置62、一第二开关装置63与一控制单元64。逆变器61于本实施例中为一全桥逆变器61，全桥逆变器61具有多个晶体管T1-T4(例如MOSFET或IGBT)。其中如图7所示，市电AC通过一整流器65与一升压电路66后，并通过功因修正与滤波后，市电AC的一交流信号将转换为一直流信号，逆变器61再将此直流信号转换为高频的一交流驱动信号。

第一开关装置62耦接逆变器61与灯管负载13，第一开关装置62可受控制单元64的控制而导通或断开，以控制逆变器61输出或不输出交流驱动信号至灯管负载13(通过隔离变压器F而输出至灯管负载13)。

第二开关装置63耦接市电AC与灯管负载13，第二开关装置63也可受控制单元64的控制而导通或断开，以控制市电AC是否输出或不输出至灯管负载13(通过隔离变压器F而输出至灯管负载13)

控制单元64于本实施例为一dsPIC数字信号处理芯片，如图7所示，控制单元64是通过一反馈检测电路67来检测交流驱动信号的相位，并将检测到的交流驱动信号的相位输入至控制单元64。控制单元64内建有一模拟数字转换器641，并且以程序化的方式而写入一PLL锁相计数器642以进行锁相，以及一系统正弦控制信号振幅调变机制643，使得控制单元64能后续通过一连串的前端驱动与隔离电路68来输出一调制后的PWM信号，让逆变器61能根据上述调制后的PWM信号而输出和市电AC同步的交流驱动信号，使得交流驱动信号的频率能等同于市电AC(60赫兹)而且交流驱动信号的相位是和市电AC相同。上述前端驱动与隔离电路68包含有依序相耦接的一数字模拟转换器68a、一内回路波型控制电路68b、一功率晶体管驱动电路68c与一光耦合隔离电路68d。数字模拟转换器68a用来作为信号的数字/模拟转换，内回路波型控制电路68b是用来对应地输出PWM信号，功率晶体管驱动电路68c接收上述PWM信号并可调制PWM信号以供后续驱动逆变器61的晶体管T1-T4，光耦合隔离电路68d是作为隔离保护并将调制后的PWM信号输入至逆变器61以驱动晶体管T1-T4。

另一方面，如图5所示，灯管功率调变器60还包含有一温度反馈电路 69，温度反馈电路69包含有一温度感测器(例如热电偶，图未示)，控制单元64通过温度感测器来检测塑料颗粒(或第一料筒20)的温度，上述检测到的温度是对应于灯管负载13的一输出功率，控制单元64再依据灯管负载13 的输出功率来调控塑料颗粒的烘烤过程。

关于本实施例的红外线烘料机1的操作，请参考图5、图8与图9以及以下表格。

首先，当使用者开始将潮湿的塑料颗粒输送至第一料筒20内时，控制单元64开启马达40以转动第一料筒20，而且控制单元64还断开第一开关装置62并导通第二开关装置63，使灯管负载13单纯使用市电AC而输出100％的额定最大输出功率的红外线(对应于电压220伏特，如同图9的上图)，并维持100％的输出功率一段时间(即图8中从0到t1的时间)，此段时间为塑料颗粒烘烤过程中的加热段，让第一料筒20内的温度上升到一烘烤温度，烘烤温度是根据塑料颗粒的实际材质而设定。

当到达烘烤温度或特定功率后，控制单元64开始降低灯管负载13的输出功率，此时控制单元64控制逆变器61输出和市电AC反相的交流驱动信号(如图9中的中图)，并可逐步地增加交流驱动信号的电压振幅，使得最后输送至灯管负载13的合成信号(即市电与交流驱动信号二者相加后的信号) 的电压振幅下降，直到灯管负载13的输出功率等于红外线加热器10额定的最大输出功率(此时到达时间点t2，交流驱动信号的电压振幅为-110伏特)。

接着，控制单元64断开第二开关装置63(此时第一开关装置62是导通的)，并且控制逆变器61输出和市电AC同相的交流驱动信号(此时市电AC 不再通过第二开关装置63而输入至灯管负载13)，灯管负载13将单纯使用交流驱动信号。从时间点t2到t3，控制单元64逐步调降交流驱动信号的电压振幅，直到塑料颗粒开始达到热平衡。

须说明的是，由于第二开关装置63是断开的并且第一开关装置62是导通的，在这样的情况下，只有交流驱动信号是输入至灯管负载13，在这样的情况下，控制单元64即使控制交流驱动信号而使交流驱动信号和市电 AC反相，在这样的情况下，同样是能让灯管负载13单纯使用逆变器61所输出的交流驱动信号来发出红外线。

最后，从时间点t3以后，灯管负载13维持在较低的输出功率(例如对应地电压振幅为44伏特)，此时交流驱动信号仍是正相的，并且第二开关装置 63仍是断开的，直到塑料颗粒的含水率达到要求，关闭红外线加热器10，便可使用此烘干后的塑料颗粒进行塑胶成形。

因此可看到，通过上述控制方法，逆变器61只需输出最高电压振幅为 110伏特的交流驱动信号即可，灯管负载13的输出功率是可以被调控而输出超过红外线加热器10的额定最大输出功率，因此红外线加热器10的各项功率元件规格的要求均可降低，因此可降低红外线烘料机1的整体成本，并同样能对塑料颗粒均匀地加热。

最后，为了方便抽出烘干后地塑料颗粒，本实施例还设计了一第一抬升机构70，请参考图2与图4。第一抬升机构70包含有一气压缸71、一第一连杆73与一第二连杆74，气压缸71的一端是枢接于第一架体31，气压缸71 电连接控制单元64并具有一伸缩杆72，使控制单元64能控制气压缸71而伸长或缩短伸缩杆72。第一连杆73的一端是枢接于伸缩杆72，并且第一连杆 73的另一端是枢接于第二架体32的底部(即第一抬升机构70是通过第二架体32而连接第一料筒20)，第二连杆74的一端是枢接第一连杆73与伸缩杆 72，并且第二连杆74的另一端是枢接第一架体31。如此，当控制单元64驱动第一抬升机构70时，便可抬升第二架体32与第一料筒20以使第一料筒20 呈一倾斜状态(如图4)，以利后续抽取烘干后的塑料颗粒。另外，红外线烘料机1还设计有一出料机构80，其用以打开第一料筒20的外盖22，让塑料颗粒能由第一料筒20快速地出料至一储料筒。

本发明另提供一第二实施例，请参考图10。第二实施例的烘料机1’包含有一粒度筛选装置91、一第一烘料单元92与一第二烘料单元93。其中第二烘料单元93是位于第一烘料单元92之上方，粒度筛选装置91是位于第二烘料单元93的上方。第一烘料单元92具有如同第一实施例所述的第一料筒 20、一支撑架30、一红外线加热器10、一第一抬升机构70等元件以进行烘料处理。第二烘料单元93具有一第二料筒(图未示)、一红外线加热器10与第二抬升机构(图未示)等元件并使用第一烘料单元92的支撑架30，其中第二料筒的结构与第一料筒20相同，第二抬升机构与第一抬升机构70的结构也相同，而且第二抬升机构的第一连杆的一端是连接第二料筒(或者是通过一第三架体而连接第二料筒)，第二连杆的一端连接支撑架，第一连杆相对于第二料筒的一端以及第二连杆相对于支撑架的一端均连接气压缸之一伸缩杆，气压缸设于支撑架。第二烘料单元93的支撑架30与红外线加热器 10均相同。第二烘料单元93是用来让塑料颗粒结晶。第一烘料单元92与第二烘料单元93之间，第二烘料单元93与粒度筛选装置91之间均设有接管以传输塑料颗粒。粒度筛选装置91包含有一粒度筛选机(图未示)与一入料口 911，粒度筛选机用来对塑料颗粒进行筛选，不良的塑料颗粒将被排到粉碎机G进行粉碎。第一烘料单元92完成塑料颗粒的烘烤后，即可通过管路而输送至射出成形机M以进行塑胶成形作业。

通过第二实施例的红外线烘料机1’的结构设计，可让一台红外线烘料机1’即可拥有粒度筛选、结晶与烘干塑料颗粒的三种功能，而且第一烘料单元92、第二烘料单元93、粒度筛选装置91三者是呈垂直的排列，可有效地降低厂房使用面积，因此更能对厂房面积做最有效的利用，且可适用于较小型的厂房，或者是用于客制化地烘料作业。当然，若因应产量需求，也可于第二烘料单元93与第一烘料单元92之间再设置一第三烘料单元(图未示)。

上列所列举的实施例用以阐明本发明实施例的可行实施形式，本发明不限定于上述所举例的实施形式，凡在本发明所揭示的范围内，对其作些许润饰与变化仍应属与本发明的范围。

Claims (8)

1.一种红外线烘料机，其特征在于，包含有：

一第一料筒；

一红外线加热器，设于该第一料筒内并包含有一灯管负载与一灯管功率调变器，该灯管负载能被驱动而发出红外线，该灯管功率调变器连接该灯管负载以驱动该灯管负载，该灯管功率调变器包含有：

一逆变器，耦接市电并可利用市电而输出一交流驱动信号；

一第一开关装置，耦接该逆变器与该灯管负载；

一第二开关装置，耦接该灯管负载与市电；

一控制单元，耦接该第一开关装置与该第二开关装置以控制该第一开关装置与该第二开关装置的导通或断开，该控制单元还控制该逆变器输出和市电同步的该交流驱动信号；

一温度反馈电路，该温度反馈电路的温度检测结果对应到该灯管负载的一输出功率，并将检测到该输出功率输入至该控制单元；该灯管功率调变器具有一额定最大输出功率，当该控制单元通过该温度反馈电路进行温度与功率闭回路控制时，当通过控制单元检测到该灯管负载的输出功率是大于或等于该额定最大输出功率时，该控制单元导通该第一开关装置与该第二开关装置，该控制单元调整该逆变器输出和市电反相的该交流驱动信号；当该控制单元通过该温度反馈电路而检测到该灯管负载的输出功率是小于该额定最大输出功率时，该控制单元导通该第一开关装置并断开该第二开关，该控制单元调整该逆变器输出和市电同相或反相的该交流驱动信号。

2.如权利要求1所述的红外线烘料机，其中该灯管功率调变器还包含有一反馈检测电路，该反馈检测电路检测该交流驱动信号的相位并将检测到的该交流驱动信号的相位输入至该控制单元。

3.如权利要求1所述的红外线烘料机，该温度反馈电路更包含有一温度检测器，该温度检测器检测设于该第一料筒内的塑料颗粒的温度，并且该温度反馈电路是依据检测到的塑料颗粒的温度而获得该输出功率。

4.如权利要求1所述的红外线烘料机，更包含有一支撑架与一第一抬升机构，该第一料筒是水平地且可被转动地设于该支撑架上，该第一抬升机构是设于该支撑架并且连接该料筒，该第一抬升机构可被驱动而抬升该料筒以使该第一料筒呈一倾斜状态。

5.如权利要求4所述的红外线烘料机，更包含有一第二料筒与一第二抬升机构，该第二料筒是水平地设于该支撑架上并且位于该第一料筒的上方，该第二抬升机构是设于该支撑架并且连接该第二料筒，该第二抬升机构可被驱动而抬升该第二料筒以使该料筒呈一倾斜状态。

6.如权利要求4所述的红外线烘料机，其中该支撑架包含有一第一架体与一第二架体，该第二架体是可抬升地设于该第一架体上，并且该第一料筒是设于该第二架体，该第一抬升机构包含有一气压缸、一第一连杆与一第二连杆，该第一连杆的一端连接该第二架体，该第二连杆的一端连接该第一架体，该第一连杆相对于该第二架体的一端以及该第二连杆相对于该第一架体的一端均连接该气压缸的一伸缩杆，该气压缸设于该第一架体。

7.如权利要求5所述的红外线烘料机，其中，该支撑架包含有一第一架体与一第三架体，该第二抬升机构包含有一气压缸、一第一连杆与一第二连杆，该第一连杆的一端连接该第三架体，该第二连杆的一端连接该第一架体，该第一连杆相对于该第二料筒的一端以及该第二连杆相对于该第一架体的一端均连接该气压缸的一伸缩杆，该气压缸设于该第一架体。

8.如权利要求5所述的烘料机，更包含有一粒度筛选装置，该粒度筛选装置设于该第二料筒上并且连接该第二料筒。

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