CN86108829A - 容器的出料设备和方法 - Google Patents

Abstract

可排放容器内粘性液体的设备，粘性内盛物通过传入容器的微波能量而被加热。该设备包括一个元部件系统，借助于它可将微波发生器的输出或发生器连到容器的入口，以便引导那里的微波。可允许液体流出微波的入口。

Description

本发明涉及一种容器的出料方法，这种容器内存放有只能通过提高其温度而使其自由流动的粘性或固态物料;本发明还提出了使该方法可付诸实施的设备。

有一些生产是建立在便于运输的原料储存和此后在处理中心的出料基础上的，而这种原料的特点是：要把其从容器中取出需要付出昂贵的代价而且处理效率差。

就蜂蜜生产而言，生产者把他们的蜂蜜运载到几个集中划定的、以便为零售进行包装的加工厂。蜂蜜是一种过饱和溶液，在存在作为形成结晶核的杂质情况下，其内的葡萄糖组分就会结晶。产品的这种不纯性和伴随着运输所致的振动，往往导致运到加工厂的蜂蜜处于凝固状态。若为了降低成本而要反复使用装载容器，以及要对蜂蜜进行处理和装瓶的话，则必须首先使其液化，以便从运输容器中取出。通常，液化是在使容器经过一段足以使结晶糖返回至溶液状态的升温时间的条件下发生的。在此处理阶段，所需消耗的能量是相当大的。总之，现有技术是不经济的而人们想望更有效的处理方法。

另一种被大量运输、并在运输过程中会固化的物资是油脂。为实现出料，现已将这类容器设有加热线圈，以使油脂保持于液态，但这些做法的代价昂贵。

沥青是一种只有将其加热至200℃左右高温时方可从其容器内有效取出的高粘性材料。通常要经运输并经加热才能有效地从其运载容器取出的其他粘性液体还有糖蜜，可可豆油，各种涂料和树脂。

通常这类容器采用带有一个排出口的金属壳体。若要对最简单容器（例如普通“44加仓”圆桶）内的某种粘性物质进行热处理的话，必需配备其容量可容纳一个或多个容器的热室、热处理槽、保温套。用这种方法加热，容器的大小在客观上受到与其搬运有关的实际问题所限制。这种容器的大小可随着内部热交换结构的设置而大大增加。内部热交换结构的研制则提高了容器成本，而且实践表明：容器的使用寿命会随着附加元件的增多而降低，而且在这类容器的清洗过程中存在着更复杂的问题。

本发明的一个目的是为提供一种方法和装置-借此方法和装置可在不需要通常的外部加热装置情况下，使现有容器比以往更有效地卸空，而且内部无需建立较大容器的热交换，因而可利用结构简单的大容积存放容器并以比以往更有效和效率更高的方式进行卸载。本发明的其他目的和优点将在此后会看得更清楚。

本发明借助如下方法实现其目的，即通过一个入口或一个和排出口相组合的入口注入微波能量，以便用直接加热方式实现该存放物料的液化。本发明提出一种能实施该方法并同时能使液化了的物料流出的设备，从而实现容器内容物的出料。

为更清楚地确立本发明的特点，现参照附图作更具体地描述，附图中：

图1表示根据本发明出料设备的一种基本形式的元部件的配置;

图2表示一个滤波器的结构;

图3表示一种耦合装置;

图4表示根据本发明的一个出料设备的元件配置;

图5表示可用于图1设备中的一个液体排出口的组分部分;

图6和7表示一个耦合装置，借此可将图5的液体排出口连到一个需排空的容器;

图8和9表示用于图1系统中的一个微波传播器;和

图10和11表示根据本发明出料设备的元部件的其他配置方案。

图1所示待排空液体容器14，在其一侧具有其开口较低的排出口支座，容器内液体需加热使其可自由流动。位于下方的耦合装置13可被拧入容器排出口。耦合装置13同具有T形接头形状的液体出口12连接，借助于液体排泄通道15使流出容器14的流体通过联结件13可排放到诸如加工厂、二次容器等处，容器14是待排放的容器。

液体引出管12为通过耦合装置13，将微波能量注入容器14提供了保证，从而完成其内容物的加热。为提供微波能量，微波发生器10可通过一个合适的耦合部件11将微波馈入液体引出管12。

为使微波能量不能漏出排放通道15，可在其端部加一个微波滤波器16。这种滤波器的组成部分放在下面讨论。

在研制上述类型设备的过程中，可采用的允许频段是按规定来设定的，以致工作的几何形状受到严格的限制。通常的“44加仑”和“4加仑”圆筒标准容器所配备的排泄孔是不适于馈送允许波长的微波的，因为相对于要馈入容器的给定波长此排泄孔太小。这个问题可用多种方法解决，以下提出其中一种解决方案。

微波发生器10可采用为加热应用所制造的普通磁控管。该磁控管可直接安装在液体引出管12上，以便将能量注入其内，也可通过一根同轴电缆远距地连到液体引出管12，将能量馈送到液体引出管12中的一个注入装置。当磁控管需要冷却时，其部件结构既笨重又不便于直接装到液体引出管12上，那么最好的方式就是将其并入一个遥控单元。对某些应用场合来说，例如对大容积圆桶，需要高能量以及适当匹配一系列微波传输部件的这类问题可能使磁控管直接安装到液体引出管是合乎人们为简化连接问题的需要的。

在可用远距微波发生器的地方，可将其配置在一个活动机壳内。因此，液体引出管可以是易于装卸和拧入容器排出口的一种比较简单的结构，这样就能用标准同轴电缆的联接装置来形成一个微波注入装置。

为了获得较高的微波能量，可将一个以上的发生器连到液体引出管12上。需要考虑的是要避免多个源之间的有害的交叉耦合。交叉电磁场能使两个发生器有效地将微波馈入一个容器。当磁控管输出是具有相当大的脉冲间隔的脉冲时，则可调节两个磁控管的脉冲串的定时，以免重叠。

液体引出管12可以是一个T形接头，并带有一个被加工成合适尺寸的T形接头帽，以使微波从注入点朝容器14传播。当容器14是一种定做的结构时，T形接头的传输通道可通过同样大小的开孔直接馈入容器。否则采用如图4所示的耦合装置。

图2表示一个可加到排出通道15一端的滤波器16。该滤波器可装备一个十字形网板17，用于分隔排出液体的排泄管，使液体能通过排泄装置流出，但其通道太小，以致不能传输所用波长上的微波。很明显，为满足通行的最小泄漏标准的要求，本领域的技术人员可选择隔板的大小和长度。

图3示出了一种耦合装置13，可用于将液体引出管12连到一个带有开孔的容器，考虑到穿过那里的微波波长，此开口太小。套筒13用于安装出口T形接头帽，螺纹颈18是为拧入容器排泄口而设。窄颈18及其长度处于反射微波，而不是传输微波的状态，可应用任何激励传输的标准化技术。图3中，把开口四等分的相互垂直的板即用于达到这种效果。

图4表示了待排空容器24，（其内盛物需要加热，以使其流动），在其侧面下端带有出口。耦合装置23（下面会较详细地描述）被拧入容器24的出口。耦合装置23同一个具有T形接头形状的液体出口部件28连接，该T形结构带有一根排出管25，该管25与26处的一个开孔连通。来自容器24的流体能流出容器出口经由耦合装置23、通过出口部件28到排出管25，在26处排放。这一操作过程还要在下面作详细说明。从26流出的流体可被馈送到另一种容器，例如进入某种加工机械、等。出口部件28用于通过耦合装置23将微波能量注入容器24，从而实现容器内盛物的加热。为提供微波能量，装有一台微波发生器，通过出口部件28向容器开孔轴向地馈送微波。

为使微波能量不致传出排出口26，可给排出管25加一个微波滤波器。这样一种排出口的部件要在下面讨论。

在研制上述类型的设备过程中，可采用的允许频率是按规定来设定的，以致工作的几何形状受严格的限制。通常的“44加仑”和“4加仑”圆筒标准容器所备有的排出孔是不适于馈送允许波长的微波的，相对于要馈入容器的给定波长，这个排出口太小。这个问题可用多种方法解决，以下提出其中的一种解决解方案。

微波发生器10可采用为加热应用所制造的普通磁控管。该磁控管可直接安装在出口部件28的一端上，以便将能量注入其内，或可象图4所示和下面所说明的那样，作远距安装。当磁控管要求冷却时，其部件结构既笨重又不能便于直接安装到液体引出管22，因此最好的方式就是将其并入一个遥控单元。对某些应用场合，例如对大容量圆桶来说，对高能量的需求以及为适当匹配一系列微波传输部件而产生的各种问题可能使得将磁控管直接安装到液体出口的做法合乎人们为简化连接问题的需要的。

在可用远距微波发生器的地方，可将其配置在一个活动机壳内。那时，液体管道排出段可以是易于装卸和拧入容器出口的一种比较简单的结构，这样就能用标准同轴电缆的联接装置来形成一个微波注入装置。

为了获得较高的微波能量，可将一个以上的发生器连到波导节22。需要考虑的是防止多个源间的有害交叉耦合。交叉电磁场会使两个发生器有效地将微波馈入一个容器。当磁控管输出是具有相当大的脉冲间隔的脉冲时，则可调节两个磁控管的脉冲串的定时，以免重叠。

图4中磁控管10是经由任何标准形式的连接件21，被连到波导节22的。为使磁控管10及其相应电源和冷却系统可方便地置于一个遥控单元，波导节22经由一根软波导33连到出口部件28，波导33可以是一根由螺旋重叠的蛇管构成的金属管，其相邻蛇管以凹凸连接件方式可沿轴向稍微滑动，以便能实现一定程度的弯曲。这使由独立单元提供的磁控管单元能容易地连接到圆桶上，而与彼此的位置无关。图4中，软波导33可通过法兰对29，30和31，32（它们在使用中被螺栓连接在一起）连到波导节22和出口部件28。为将出口部件28连到连接装置23，可配置一连接环27（对此，下面会更清楚）。

在容器24为定做的结构的情况下，T形接头出口部件28可通过一个同样大小的开口直接馈入容器。否则采用如图6和7中那种连接装置。

在图5中，出口部件28是由带端部连接法兰29的外圆筒体35构成，这个圆筒体带着具有排放口26和螺纹端36的排出管25，螺纹端36可附装任何所需的管道、喷咀等。因此，从微波来看，会沿着本体35的内径均匀分布;为了使微波能量不可能传出排出管25，设置内屏蔽层37，它在覆盖排出管25的38处配备一种小孔结构，以便液体可通过那里，而阻截微波通过。连接环27的前端接入容器，还可设置板39。这块板可打有允许流体通过的孔并用一种微波可穿透的材料构成。这将起到防止任何可能堵塞排出管口38的物料到达那点。在后端，可装置一块未打孔的板40，该板可穿透微波，以便阻止任何未从出口26流出的物料向波导回流。连接环27包括一个围绕主体部件35的滚珠轴承装置42上的螺纹环41。

图6和7是表示一种耦合装置23，该装置可将容器的液体出口与出口部件28连接起来，考虑到要通过那里的微波波长，液体出口的开口太小。这里的问题是怎样使所允许的波长下的微波能量通过标准容器的小排出孔。在2.45千兆赫频率下，微波能量通过50毫米直径的孔时会被反射，而不是通过那里传输。需要通过直径为50毫米的输出管口去传输2.45千兆赫微波的某种装置，典型的是带有螺帽的20毫米长的管道。除了要获得通过的能量以外，还有另一些应该满足的技术要求。这些技术要求是：

1）过渡段应良好匹配（也就是说，反射的能量应最小）。

2）过渡段必须在本实施例所用的携带2.45千兆赫微波的100毫米圆波导和圆桶的内尺寸之间起一个变换段的作用。

3）正如下面所述，理想情况下在100毫米波导中存在两种独立的正交波形。过渡段必须对每个波起变换元件的作用，并使这两个正交波之间具有最小耦合。

4）过渡段必须在传送高功率时使连接中所采用的绝缘材料不起电弧，不会烧坏。

5）阻碍粘性物料流动的障碍应保持最少。

6）过段例应与被加热的物料无关。

耦合装置23的结构是基于利用脊波导管的原理，以降低该波导的截止频率。在耦合装置23中，螺纹颈段47（被拧入一个同样长度的附加的容器开口中）装有波导脊43～46，正如图所示，这些脊被配置成一种双脊结构，以便在圆波导34中进行正交模式的传输。绝缘衬垫48有助于进一步降低脊波导段的截止频率。

更重要的是，足以保持能燃烧的有损耗材料不在穿过脊波导段的高电磁场区内。为保证波导节间的平滑过渡这些脊是弯曲的，如在脊43上的49和50处那样。由于脊峰43上的51处被连到波导壁，以使那里的接触良好，从而避免了电弧放电问题。互相垂直安装的脊波导节43至46和绝缘衬垫48用来满足上面提出的任务（1至6）的需要。为有助于实现最佳工作状态，可装备调节螺钉52和53。

在图6和7中，绝缘衬垫48是与螺纹段47同轴配置的一个圆柱形块体，其周围留有空间，以备流体流过那里。该缘缘衬垫被连到各波导脊而成为一个整体结构的部件。借助于波导节34所配置的螺纹法兰54，可将耦合装置23附装到出口部件28，一为将这两个元件连在一起，只需将部件28的连接环27拧到螺纹法兰54上。

图8和9概略地说明了一个微波传播器的特性，其中波导节22上有两个互相垂直安装的磁控管55和56，每个磁控管分别将微波能量馈给互相垂直排列的标准型注入器57和58，以使每个注入器可同时地将微波馈入波导，从而将有用功率叠加（double    up）起来。波导节22有一盲端（blank    end）59。对一个2.45千兆赫系统和一个100毫米直径的圆波导来说，注入器57定位于离盲端（59）56.5毫米处，而注入器58离盲端为146.5毫米。波导中的能量可引起电离，为防止出现这种不利现象，可产生一股穿过波导的空气流。磁控管的冷却风扇（图中未示出）也可将空气馈送到注入器58前面的波导节里的小管口，同时用后壁59上的开孔60，将来自该波导节里的空气排空。为排除这个区域内的种种问题，一小股空气流可能是有效的。借助法兰32所提供的手段，可将微波传送器连到该系统的其余部分中去。

上述设备的功能是为将微波馈送到欲出料的容器中，容器内盛物以介质加热的方法吸收能量，其结果是液化了容器内的固态或粘性物料，以使其流出容器出口，沿着T形接头帽，往下进入T形接头支管排出。当液化的物料沿着该装置的一条与微波传输方向相反的路径流动时，该液体的温度被保持。为使该温度不过分升高，必须将这些零件的长度限至最小，从而尽快地实现将物料卸离微波场。

对一个装满的容器来说，该设备的作用将是：由于在此操作所允许的波长下加热发生在进入容器的微波首先遇到的表面层范围内，所以将使其内物料熔成一凹坑。随着液体向下排泄，该凹坑的表面层之外将出现液化，而且随着凹坑不断增大，液体流出出口，直到容器被排空。当容器接近排空时，为使该过程继续至容器被排尽，则馈给容器的功率必需足以维持较大表面积下的加热，使其达到液化温度。当起始阶段，凹坑的表面积小这一能量级可能使物料过热，对此，可考虑对馈送的功率电平进行连续控制。针对各种物料考虑温度条件是重要的，例如蜂蜜就可能单单将葡萄糖留存在容器内，从而将寻找利用过度加热法。较大的容器可通过操作多个象以上概述的那种微波出料装置来排放;该装置在许多个位置上的每个通向容器内的开口具有各自渐增的凹坑，以使物料溶解和排出容器。

虽然上述设备是为应用于具有单一圆形出口的现有容器而设计，但在定做容器的情况下也可用其他几何形状的容器。微波注入通道和液体流出口可以用一种成对圆筒形的上下结构形式来隔开，液体通过位于微波入口下方的一个排出口流出液化凹坑的底部。只要将微波通道反着液体重力流方向稍稍向上偏一个角度，就可防止液体进入其中。或借助一个类似于上面描述的T形接头支管的下流管，可将这两个通道互连。

为使定做的容器和标准存放桶两者都可用同样的出料设备来排放，可用一种具有两部分结构的容器耦合装置，对较小开口所需尺寸由第一组成部分提供，当要连接一个较大开口时，则接入第二组成部分，用以连接到较大开口上。

图3的耦合装置可以改用位于液体出口管上面的装在该耦合装置内的同轴电缆，其作用是将微波直接注入容器内。用此方法，解决了怎样通过一个过小容器开口去馈送较长波长的微波的问题。为使馈送至同轴电缆的微波能量注入桶内，可在耦合装置的（沿容器方向）内端，安装一个例如探针的适当传输装置。本领域的技术人员对该探针可取的形式是清楚的。用经由一根同轴电缆将微波功率馈送至容器开口的方法，克服了流出液体被传到液体出口时被微波逐渐加热的问题。

本发明的方法涉及将微波注入一个其内盛有固态或粘物料的容器，该物料吸收预先选定波长的微波，以使暴露于该微波的表面层物料被加热。这种物料在其被暴露表面的加热过程将导致该物料的液化或粘度降低，使其随着被注入微波将该物料熔化成不断增大的凹坑而有效地流出容器。与其他工艺方法相比较，将这种物料加热到获得流出容器的那点温度的时间减少了，因为用其他工艺方法通常必须对整个物料供以足够的热量使其实现流动时，才能开始容器的排空过程。用注入物料的全部加热能量使其由内向外熔化的方法产生了一个能量效率更高的容器出料过程。本方法的采用使得在没有无益能量损耗情况下，能逐渐地排放。本发明还能应用于只需部分排放而要保持一些物料留待以后使用的地方。对现有技术来说，为实现往外流，需要对全部物料，或说对相当大部分物料进行加热。对只需排放一半的容器来说，仍要对全部内盛物进行加热而浪费了由留在容器内以备将来使用的物料所保存的热量。

图10中，已变成耦合装置23的一个部件的出口25被装在波导节34的向外侧面上，该波导节34可在其端面用一块聚四氟乙烯或别的微波传输板61封闭，以阻截物料流回到波导系统。这种配置将出口移到更接近于容器，以使液化了的物料处于微波场下的时间较少。为了能利用图4的软波导33，可设置一根连接管62。连接管62可具有用于同康奈克斯（Connex）型的管62连接的端面法兰，其另一端可带有一螺旋连接环27，以便同耦合装置23上的螺纹接合。这种布局使耦合装置23可拧入一个容器开口，并可用Connex法兰盘将软波导23附装到连接管62。

图11表示一种其中的容器24可倒置排空的配置方案。耦合装置23被连接到一根带有出口25的弯波导65，以便于物料的流出。出口25可装备一滤波器66。弯波导65和耦合装置23可通过Connex法兰连接器63、64来连接。波导段69可配备一螺纹端，以便将其连接到具有连接环27的可调（tuning）波导段70，连接环27是为同波导段69进行螺纹接合，而波导段69经由Connex连接器67、68被装到弯波导65。可调（Tuning）波导段70可通过Connex连接器29、30连到软波导33。

在上述装置中，来自容器的物料是经由与微波馈入的同一孔流出的。设计一个带有用于出料的独立出口的容器是可能的，这样，在容器和波导出口之间可能遭遇波导中的强电磁场而破坏的物料，可被隔离排放。图4中，容器24可被制成沿邻近入口处的侧壁上带有一个出口，而耦合装置23被装到该入口，因此在该图示的配置中，已液化物料出正处于入口下方的侧壁。换言之，出口25被向前移动成为容器的一个部件，而不是波导。这种配置使液化物料比其他可能采用的方法能更快地流出微波电磁场外。

作为前述方案的一种改型，可用第二种较小的“44加仑”桶口作为出口，微波注入较大孔，而流体则从这些桶上对置的直径较小的标准孔流出。通常可将这种桶侧放，使小孔在最下面，较大孔在最上面，波导被连到较大孔以注入能量，引起内盛物加热和液化，从底孔排出。

Claims (16)

1、使粘性液体能流出容器的出料设备，其特征在于：

-将微波能量注入波导的一个微波能源，它包括一个微波发生发生器及其供电电源；

-一个用以传输注入微波的波导，该波导处于从微波能源至待出料容器之间；和

-可将波导可松脱地连到一待出料容器的入口的耦合装置，以使微波直接沿波导而通入容器，以实现对存放其内的粘性液体加热。

2、如权利要求1的出料设备，特征在于其中的耦合装置装有一个兼作微波能量入口和容器液体流出口的两用开口，耦合装置包括一个波导节，其一端通过一个可松脱的紧固装置使该波导节可连接到容器的入口，其另一端可连到波导，波导节在其壁内具有一个液体出口，该出口阻隔微波从那里通过。

3、如权利要求2所要求的出料设备，特征在于其中在所述另一端的横截面上设置一块聚四氟乙烯隔板，在所述一端的横截面上装有一块带孔（孔的大小使液体能流过）的聚四氟乙烯筛网。

4、如权利要求2所要求的出料设备，特征在于其中的可松脱紧固装置是一个螺纹扣环，该扣环可旋转地安装在波导节的所述一端上，一个耦合单元被装在该容器和该波导节之间，使用时螺纹扣环被拧到该耦合装置上。

5、如权利要求4所要求的出料设备，特征在于其中的耦合单元包括一个用于拧装到一个容器开口的螺纹颈，该螺纹颈同具有与波导节横截面匹配的横截面的主体部件可端对端地连接，和一个安装在其内的传输装置，微波沿此装置传输，通过螺纹颈进入容器。

6、如权利要求5所要求的出料设备，特征在于其中的传输装置包括4个在螺纹颈内部的互相垂直配置的导电脊，脊向螺纹颈处延伸成逐渐变尖的突状物，并向内进入本体部分-在那里脊被连到体壁，和一个绝缘衬垫，它在轴向被置于螺纹颈的脊之间，而在径向留有间隔，使液体能流动。

7、根据权利要求1至6的任一项权利要求所要求的出料设备，特征在于其中微波能源包括一根具有支承其内的两个磁控管的波导，两个磁控管各自的注入器沿该波导轴向彼此之间以及和盲端壁（blank  endwall）之间相互间隔，并且互相垂直排列。

8、根据权利要求7所要求的出料设备，特征在于提供这样一种装置-借助于该装置可通过该波导产生空气流。

9、根据权利要求2至6的任一项所要求的出料设备，特征在于其中的波导节是弯曲的。

10、根据权利要求1至6的任一项所要求的出料设备，特征在于其中的波导包含一根沿其部分长度的软管。

11、容器粘液的排放方法，该容器出口是位于这样一种方位，以使该粘液能在重力作用下流动，其特征在于：

-将微波源连到容器的一个入口;

-通过该入口注入微波能量，以便实现对容器的内粘液进行加热，降低其粘度，从而提高液体流出该容器的流量率;和

-控制该微波源，从而调节来自容器的液体流量。

12、如权利要求11所要求的容器出料方法，特征在于其中所用的两个微波发生器是通过同一入口将微波能量注入容器的，来自两个发生器的微波被配置成：其各自的微波场是彼此正交的。

13、如权利要求11中所要求的容器出料方法，特征在于至少采用两个微波发生器，通过同一入口将微波能量注入容器，这两发生器均以脉冲方式工作，每个脉冲的注入均是定时的，以免与另一发生器的脉冲重叠。

14、如权利要求13所要求的容器出料方法，特征在于其中多个微波发生器均通过同一入口将微波能量注入容器，所采用的脉冲操作连同发生器的配置使得脉冲发生重叠处的各脉冲的微波场是正交的。

15、如权利要求11所要求的容器出料方法，特征在于其中加到容器的能量是用这样一种方式来控制的，即随着其内出现熔蚀凹坑，逐渐地提高传到容器的能量。

16、如权利要求11至15的任一项所要求的容器出料方法，特征在于其中的微波入口和液体出口是一个而且是同一个，同时是这样来控制微波场的，以使流出容器的液体不致受到任何损坏。

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