SE513607C2 - Apparat för behandling och transport av ett material i fluidiserad bädd - Google Patents

Description

2 515 607 symrnetriska rörelser fram och tillbaka i transportriktningen for materialet. Detta s ar till att ge bättre utflytning i och separering av materialet, varvid transport på grund av fluidiseringseffekt underlättas. I en annan liknande typ av apparat agiteras istället baljan i vertikal riktning for att åstadkomma samma effekt.

Ytterligare ett sätt att lösa problemet har varit att förse apparaten med ett ändlöst nättransportband, varvid den del av transportbandet som löper i transportriktningen anordnas ovanfor den perforerade baljbottnen, medan returdelen anordnas under densamma. Altemativt kan transportbandet utformas (vanligen i plast) så att det utgör både transportband och perforerad baljbotten.

I vissa enklare apparater utnyttjas ej perforerad baljbotten utan enbart ett nättransport- band.

En känd apparat av ovan nämnd typ visas i US 4,283,923, vilken apparat innefattar såväl en platta som underlag for en fluidiserad bädd som ett ovanfor plattan anordnat nättransportband, vilket nättransportband är anordnat att agiteras symmetriskt fram och tillbaka i transportriktningen.

I US 4,628,838 visas en apparatur for förbränning av ett material i fluidiserad bädd, varvid en silplatta som utgör ett luftgenomströmmat underlag for den fluidiserande bädden är anordnad att vibrera så att en turbulent fluidiserande rörelse uppkommer, varvid transport av forbränningsmaterialet från inloppsände till utloppsände underlättas.

US 4,821,654 visar en ugn med fluidiserad bädd, vilken anges utnyttjas for termo- mekanisk regenerering av gjutsand. Fluidiseringeffekten anges förstärkas genom vibration av bäddbotten, varvid vibrationema även anges underlätta transporten av sanden från inloppsände till utloppsände.

Ytterligare en apparat for infrysning av livsmedel i fluidiserad bädd visas i US 5,447,040, varvid ett transportband är anordnat att åtminstone periodiskt drivas i motstående riktning mot livsmedlets transportriktning. Syfiet med detta anges vara att motverka isbildning i klumpar.

Ovannämnda metoder och apparater fungerar visserligen i huvudsak bra for sina ändamål, men apparaterna är dyra i tillverkning, underhållskrävande och svåra att rengöra. Speciellt inom livsmedelsindustrin är rengöringsaspekten mycket viktig. 10 15 20 30 513 f>07 KORT REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning syfiar till att presentera en apparat för, företrädesvis, kontinuerlig behandling och transport av ett material, bestående av styckevaror eller granuler av fast material, i en åtminstone delvis fluidiserad bädd, varvid ovanstående problem minskas eller övervinns.

Således presenteras en apparat enligt patentkrav 1, i vilken agitering av en baljbotten fram och tillbaka i transportriktningen utnyttjas för att aktivt transportera ett material som åtminstone delvis bärs av baljbottnen. Speciellt vid delvis fluidiserad bädd, dvs där fluidisering på grund av ett uppåtriktat luñflöde ej är tillräcklig för att materialet skall flyta fram som en fluid, verkar agiteringen/rörelsen hos baljbottnen att aktivt förflytta materialet i transportriktningen.

Apparaten enligt uppfinningen är relativt billig i tillverkning och underhåll, eftersom transportband och banddrivmekanism ej behövs. Rengöringen blir avgjort lättare efiersom man kan undvika skrymslen som är svåra att komma åt, exempelvis på bandbanor under bandet som man annars aldrig kommer åt utan att demontera utrustningen. Då skillnaden i hygien jämfört med apparater med transportband är väsentlig har apparaten enligt uppfinningen förutsättningar att godkännas för nya applikationer.

Transportprincipen för apparaten enligt uppfinningen bygger på att baljbottnen bringas i rörelse med transportriktningen med en acceleration som ej är tillräcklig för att övervinna den statiska friktionskrafien mellan det transporterade materialet och baljbottnen.

Baljbottnen kommer därvid att föra materialet med sig i rörelsen med transportrikt- ningen. Då baljbottnen har nått ett ändläge för rörelsen, vänder den riktning, varvid den bringas att accelerera tillräckligt snabbt i riktningen mot transportriktningen för att den statiska friktionskraften mellan det transporterade materialet och baljbottnen skall övervinnas. Materialet sätts då i rörelse relativt baljbottnen.

Det skall förstås att alla Omnämnda accelerationer avser absolutvärden, varvid riktningen av accelerationema framgår av sammanhanget.

Enligt en aspekt av uppfinningen är baljbottnen anordnad att röra sig lika lång sträcka mot transportriktningen som med transportriktningen, varvid baljbottnen ej uppvisar någon nettorörelse med eller mot transportriktningen. 10 15 20 25 30 4 513 607 Enligt en annan aspekt av uppñnningen äger transporten av materialet på baljbottnen rum enbart på grund av baljbottnens rörelse mot och med transportriktriingen, samt på grund av fluidiseiingseffekten. Betecknande for uppfinriingen är att ingen ytterligare transporterade effekt behövs, t.ex. i fonn av nättransportband med nettorörelse i transportriktriingen, flöde av bärargas i transportriktningen eller dylikt. Dock finns det naturligtvis inget som hindrar att uppfinningen kombineras med sådana metoder.

DETALJERAD REDOGÖRELSE FÖR UPPPINNINGEN Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas med utgångspunkt i ett föredraget drifisexempel avseende en frysare, och med hänvisning till figurema, av vilka: Pig. 1 i tvärsnitt visar en utrustning for kontinuerlig infrysning av livsmedel i en åtminstone delvis fluidiserad bädd, enligt en foredragen utforingsform av uppfinningen.

Pig. 2A i tvärsnitt A-A i transportriktningen visar baljbottnen i utrustningen enligt Pig. l, varvid baljbottnen befinner sig i ett utgångsläge for dess rörelse.

Pig. 2B visar samma baljbotten som i Pig. 2A, men i ett ändläge for dess rörelse.

Pig. 2C visar samma baljbotten som i Pig. 2A och B, nu åter i utgångsläget for dess rörelse.

I utrustningen som visas i Pig. l, betecknas ett isolerat hus med 1. Materialet 7 som skall passera genom utrustningen, dvs i det visade fallet livsmedlet som skall frysas in, passerar som en bädd genom utrustningen i en riktning som är vinkelrät mot papperets plan i figuren, ovanpå den perforerade baljbottnen 5. Ett luñflöde, for åtminstone delvis fluidisering av materialbädden genereras av en eller flera fläktar 3. Lufiflodet passerar genom baljbottnen 5, genom materialet 7 och vidare genom ett eller flera kylbatterier 2. I kylbatterierna sänkes luftens temperatur, varefter luñen åter bringas att passera genom fläkten och vidare genom baljbottnen och materialet.

Materialet 7, dvs livsmedlet som skall frysas in, t.ex. ärtor, majs, blomkål, pommes frites, broccoli etc., fores in i utrustningen i en forsta position B, Pig. 2A-C. Materialet transporteras över baljbottnen 5 mot en andra position C, där materialet lämnar balj- bottnen över en kant 6. Då materialbädden 7 genomströmmas underifrån av lufiflödet bildas en åtminstone semifluidiserad bädd. Tack vare fluidiseringsetïekten transporteras materialet delvis automatiskt från position B till position C, då nytt material fylles på vid B och behandlat material tömmes ur vid C. Efiersom fluidiseringen, enligt tidigare beskriven problemställning, inte är ideal så behövs dock hjälp med transporten, vilken 10 20 35 513 É>07 hjälp åstadkommes medelst föreliggande uppfinning. Transporttiden, dvs uppehållstiden i apparaten är vanligen omkring 5 - 25 minuter beroende på produkt.

Baljbottnen 5, utgöres av en perforerad platta eller långsträckt bana, företrädesvis av ett homogent polymermaterial, t.ex. plast eller teflon. Lämpligen uppvisar plattan eller baljbottnen en tjocklek av omkring 15 mm och en längd av omkring 1 - 30 meter, företrädesvis 2 - 15 meter och än mer 2 - 5 meter. Baljbottnens area kan typiskt vara upp till omkring 30 m2. Baljbottnen 5 är enligt uppfinningen anordnad att reciprokerande röra sig framåt och tillbaka på ett ur accelerationssynpunkt asymmetriskt sätt, i transportriktningen för materialet 7.

I Fig. 2A visas baljan med baljbottnen 5 i dess utgångsläge relativt omgivningen, varvid positionen relativt omgivningen symboliskt indikeras med den tänkta linjen D-D. I utgångsläget för en cykel av baljans rörelse befinner sig materialet som är under behandling och transport i ett forsta läge relativt baljbottnen och omgivningen. För att tydliggöra hur materialet transporteras under en cykel har ett visst parti därav markerats som ifyllda prickar. Vid utgångsläget befinner sig det markerade partiet precis till höger om linjen D-D i Fig. 2A.

Baljbottnen 5, eller hela baljan, rör sig nu i materialets transportriktning, dvs åt vänster i figuren, ett stycke x, med en acceleration a; som understiger ti, x g, varvid ti, är en statisk friktionskoeffrcient mellan baljbottnen och materialet och g är gravitations- konstanten. Accelerationen al, relativt omgivningen, i transportriktningen väljes så att den hela tiden eller huvudsakligen hela tiden, under accelerationsfasen, understiger u, x g, varvid materialet föres med baljbottnen i transportriktningen. När önskad hastighet i transportriktningen har uppnåtts kan rörelsen fortsätta utan acceleration. Accelerationen mellan materialet 7 och baljbottnen 5 är hela tiden, eller huvudsakligen hela tiden, lika med noll. När rörelsen har fiillbordats sträckan x, som t.ex. kan vara 0,05 - 0,5 meter, företrädesvis 0,08 - 0,3 meter och än mer föredraget 0,l-0,2 meter, har materialet följt med i rörelsen och det markerade partiet befinner sig nu (Fig. 2B) precis till vänster om linjen D-D.

Nu vänder baljbottnen för en återgående rörelse (Pig. 2C) sträckan x, varvid en acceleration az, relativt materialet, mot transportriktningen för materialet väljes så att den under åtminstone någon del av den återgående rörelsen, företrädesvis initialt, överstiger p, >< g. Tack vare den höga accelerationen och materialets masströghet övervinns den statiska fiiktionskrafien mellan materialet och baljbottnen, varvid baljbottnen förflyttas 10 15 20 25 30 515 6607 under materialet. När väl baljbottnen och materialet har börjat glida i förhållande till varandra, kan accelerationen a; mellan materialet och baljbottnen minskas till att vara större än ud >< g, varvid u., är en dynamisk friktionskoefiicient mellan baljbottnen och materialet. Det är dock föredraget att accelerationen hela tiden eller huvudsakligen hela tiden under den återgående rörelsen överstiger u, x g. Baljbottnen är vidare anordnad att, i rörelsen mot transportriktningen, hela tiden eller del av tiden, företrädesvis huvud- sakligen hela tiden, uppvisa acceleration relativt det transporterade materialet. Materialet förflyttas nu till vänster relativt baljbottnen, varvid dock materialets rörelse relativt baljbottnen retarderas med värdet u., >< g, på grund av den dynamiska friktionen.

Då baljbottnen har återgått till utgångsläget (Pig. 2C) har materialet, såsom indikeras av det markerade partiet, förflyttats i transportriktningen. Eventuellt kan kanten 6, vilken rör sig tillsammans med baljbottnen 5, fällas eller sänkas ned under rörelsen mot transportriktningen, för att förhindra att materialet ”studsar” mot kanten. Kanten 6 utformas vidare lämpligen så att dess höjd är justerbar för olika applikationer, tex. genom att den utgöres av ett veck i baljbottnen, vilket veck kan ställas in med stor vinkel så att det blir lågt eller med liten vinkel så att det blir högt. Den motstående kanten, vid position B, är lämpligen stationär, dvs den följer ej med i baljbottnens rörelser.

Rörelsecykeln som visas i Pig. 2A till 2C, upprepas kontinuerligt, med 0,1 - 60 cykler per minut, företrädesvis med l - 30 cykler per minut och än mer föredraget med 1,5 - 20 cykler per minut, varvid materialet i en huvudsakligen kontinuerlig jämn ström flyter fram över baljbottnen 5 från den första positionen B till den andra positionen C. Materialets ideala nettohastighet blir 0,03 - 4 meter per minut, företrädesvis 0,1 - 3 meter per minut och än mer fördraget 0,2 - 2 meter per minut.

I vissa fall, då önskad transporthastighet och apparatstorlek gör att erfordrat antal cykler per minut är lågt, kan det vara önskvärt att, förutom de transporterande rörelsecyklerna, agitera baljan eller baljbottnen symmetriskt fram och tillbaka i transportriktningen, för att åstadkomma god utflytning och separering av materialet, dvs för att öka fluidiserings- effekten. En sådan symmetrisk agitation kan utföras med samma slaglängd x som de ovan beskrivna transportcyklerna, men med samma acceleration och maximala hastighet i såväl framåt- som återgående rörelser, eller åtminstone med accelerationer som, även om de är olika i framåt- och återgående rörelser, ej i sig resulterar i transport av materialet.

Baljans eller baljbottnens rörelse kan därvid utföras med 45 - 180, företrädesvis 55 - 150, och än mer föredraget 65 - 130 cykler per minut, varvid endast ett antal (enligt ovan) av dessa cykler är utformade som transporterande cykler, medan resten är 10 15 20 30 35 513 6077 utformade som symmetrisk agitation. Erforderligt antal transporterande cykler per minut kan idealt beräknas som: L/(xxt), där L är baljbottnens längd i meter, x är slaglängden i meter och t är önskad uppehållstid i minuter.

Lämpligen är vidare medlen för skapande av ett uppåtriktat luñ- eller gasflöde i apparaten anordnade att pulsera luft- eller gasflödet med frekvensen 60-90 pulser per minut. Pulsationen innebär att lufiflödet, vid varje puls, sänkes momentant, varvid det behandlade och transporterade materialet bringas att landa eller åtminstone att röra sig vertikalt nedåt med samma frekvens som pulsationen. Enligt uppfinningen kan lufi- eller gaspulsationen synkroniseras med baljbottnens transporterande rörelser med och mot transportriktningen, så att transporterande rörelse med transportriktningen utförs i samband med att materialet landar på baljbottnen under en flödessänkande luft- eller gaspuls. Baljbottnens rörelse mot transportriktningen kan då lämpligen utföras i samband med att materialet rör sig, eller åtminstone delvis rör sig uppåt då lufi- eller gasflödet åter höjes efter en puls.

Baljbottnens rörelse fram och tillbaka kan åstadkommas på olika sätt, t.ex. med utnyttjande av kamskiva, pneumatisk cylinder etc., varvid accelerationer och hastigheter kan styras genom förprogrammerade eller beräknade algoritmer. Vid utnyttjande av tex. elektriskt styrda pneumatiska cylindrar kan hastigheter och accelerationer regleras genom reglering av luftflöden.

Utrustningen kan därvid, t.ex. programmeras så att operatören, i en dator, endast behöver mata in typ av produkt och typ av körprogram, med möjlighet att ändra transporthastighet.

Enligt en aspekt av uppfinningen utformas apparaten så att baljbottnen kan dras ut för rengöring, företrädesvis genom att apparaten är öppningsbar i ena eller båda gaveländarna, varvid baljbottnen är anordnad att dras ut i längdaxiell riktning. Då baljbottnen skall dras ut lossas den rörelsegivande mekanismen, tex. de pneumatiska cylindrama från baljbottnen och baljbottnen dras ut i längdaxiell riktning, varvid den lämpligen löper i ett spår eller mellan rullar utmed vardera långsidan. Operatören har därefler möjlighet att gå in i apparaten, där baljbottnen varit, och rengöra invändigt 10 15 20 30 8 513 607 apparaten. En förutsättning som möjliggör detta är att, enligt uppfinningen, inget nättransportband behövs i apparaten. Apparaten blir därigenom också liten jämfört med konventionella apparater, i och med att ingen separat gångpassage erfordras inuti apparaten.

EXEMPEL I ett tänkt räkneexempel är den statiska friktionskoefiicienten mellan material och baljbotten p, = 0,05, medan den dynamiska fiilttionskoefticienten p., = 0,01.

Gravitationskonstanten g = 9,82 m/sz. Baljbottnen rör sig under en cykel sträckan x = 0,1 meter i transportriktningen och lika långt tillbaka. Baljbottnen är 8 meter lång och genomgår omkring 5 transporterande cykler per minut.

Vid baljbottnens rörelse med transportriktningen väljes accelerationen så att den hela tiden, eller huvudsakligen hela tiden, understiger p, x g, dvs a; < 0,05 >< 9,82 m/sz = 0,49 m/sz. Då önskad hastighet uppnåtts kan rörelsen fortsätta utan ytterligare acceleration tills sträckan x uppnåtts.

Baljbotten vänder nu riktning och ges initialt en acceleration som överstiger 0,49 m/sz, för att den statiska friktionen skall övervinnas. Då materialet har börjat glida i förhållande till baljbottnen kan accelerationen mellan material och baljbottnen minskas till att överstiga pd >< g, dvs a; < 0,01 x 9,82 m/sz = 0,10 m/sz.

Materialet ges, enligt ideala beräkningar, en nettohastighet på 0,5 m/minut, vilket ger en resulterande uppehållstid på omkring 16 minuter.

Uppfinningen är ej begränsad till ovan beskrivna utforingsformer utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Således inses tex. att principen för transport i åtminstone delvis fluidiserad bädd även kan utnyttjas i andra typer av fluidiserade bäddar än sådana for infrysning, bakning, torkning och fuktning av livsmedel, tex. i fluidiserade bäddar som utgör forbränningsugnar. Det inses vidare att principen för transport kan utnyttjas även för helt ofluidiserade transportbanor, varvid sökanden förbehåller sig rätten att söka separat patentskydd för detta i ett senare skede.

Beträffande transportprincipen enligt uppfinningen inses att nämnda accelerationer, såväl med som mot transportriktningen, under kortare stunder, kan överstiga respektive understiga angivna gränsvärden. Principen är dock att rörelsen med transportriktningen Ql 9 513 607 utformas så att materialet huvudsakligen följer med i baljbottnens rörelse, medan rörelsen mot transportriktningen utformas så att materialet huvudsakligen glider på baljbottnen.

Det inses också att apparaten, förutom ovan beskriven utforingsforrn med en enda baljbotten, kan utföras med flera baljbottnar som då kan vara individuellt anordnade att röra sig med och mot transportriktningen. Det kan då t.ex. vara fallet att apparaten innefattar en forsta baljbotten för ytlig forfrysning av materialet och en andra baljbotten for fardigfiysnjng av materialet. Dessa två baljbottnar kan då företrädesvis, enligt ovan, dras ut i varsin gavelände av apparaten för rengöring av baljbottnama och apparaten.

Claims (1)

10 20 25 30 b) UI 0 l 513 607 PATENTKRAV

1. Apparat för behandling och transport av ett material (7), bestående av styckevaror eller granuler av fast material, i en åtminstone delvis fluidiserad bädd, vilken apparat innefattar en perforerad baljbotten (5) för materialet samt medel (3) för skapande av ett uppåtriktat lufi- eller gasflöde genom sagda baljbotten (5) och sagda material (7), k ä n n e t e c k n a d a v att baljbottnen (5) är anordnad att röra sig, från ett utgångsläge, med transportriktningen för materialet (7) samt mot transportriktningen för materialet, varvid baljbottnen i rörelsen mot transportriktningen är anordnad att, relativt materialet (7), uppvisa en större acceleration (az) än en maximal acceleration (al) relativt omgivningen i rörelsen med transportriktningen. Apparat enligt krav 1, k ä n n et e c k n a d a v att baljbottnen (5) är anordnad att röra sig lika lång sträcka med transportriktningen som mot transportriktningen, varvid baljbottnen ej uppvisar någon nettorörelse med eller mot transportriktningen. Apparat enligt krav 1 eller 2, k ä n n et e c k n a d a v att baljbottnen (5) utgöres av en perforerad platta eller långsträckt bana, företrädesvis av ett homogent polymermaterial, med ett bräddavlopp (6). Apparat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att baljbottnen (5), i rörelsen med transportriktningen, är anordnad att styras så att den, under hela tiden eller huvudsakligen hela tiden, ej uppvisar någon acceleration eller hastighet relativt det transporterade materialet (7), medan baljbottnen, i rörelsen mot transportriktningen, är anordnad att hela tiden eller del av tiden uppvisa acceleration relativt det transporterade materialet Apparat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att baljbottnens (S) acceleration (al) med transportriktningen, relativt omgivningen, är anordnad att hela tiden eller huvudsakligen hela tiden understiga u, >< g, varvid u, är en statisk friktionskoefficient mellan baljbottnen och materialet (7) och g är gravitations- konstanten, så att en acceleration mellan baljbottnen och materialet är 0 m/sz, medan baljbottnens acceleration (az) mot transportriktningen, relativt materialet är anordnad att, åtminstone under någon del av rörelsen mot transportriktningen, företrädesvis initialt vid ändring i baljbottnens rörelseriktning, överstiga u, >< g, varvid materialet sätts i rörelse relativt baljbottnen. 10 20 30 10. 11. ll 513 607 Apparat enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att baljbottnens (5) acceleration (az) mot transportriktningen, relativt materialet (7), är anordnad att, efter det att materialet satts i rörelse relativt baljbottnen, överstiga u., >< g, varvid u., är en dynamisk friktionskoeñicient mellan baljbottnen och materialet. Apparat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att transport av materialet (7) på baljbottnen (5) är anordnat att äga rum enbart på grund av baljbottnens rörelse med olika acceleration mot respektive med transportriktningen, samt på grund av fluidiseringseffekt. Apparat enligt något av ovanstående krav, k ä n n et e c k n a d a v att baljbottnen (5) är anordnad att, förutom nämnda rörelser med olika acceleration mot respektive med transportriktningen, är anordnad att röra sig med i huvudsak symmetriska accelerationer mot respektive med transportriktningen, varvid baljbottnen (5) är anordnad att röra sig med 45 - 180, företrädesvis 55 - 150, och än mer föredraget 65 - 130 cykler per minut, varav sagda rörelser med olika acceleration utgör 0,1 - 60 cykler per minut, företrädesvis med 1 - 30 cykler per minut och än mer föredraget med 1,5 - 20 cykler per minut. Apparat enligt något av ovanstående krav, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda medel (3) för skapande av ett uppåtriktat luft- eller gasflöde är anordnade att pulsera lufi- eller gasflödet, företrädesvis med frekvensen 60-90 pulser per minut. Apparat enligt något av ovanstående krav, k ä n n et e c k n a d a v att sagda lutt- eller gasflöde är anordnat att behandla materialet (7), företrädesvis att kyla, frysa, torka, fiikta eller värma materialet, Apparat enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d a v att apparaten är anordnad att förbränna materialet (7) i samband med dess transport i åtminstone delvis fluidiserat tillstånd.