用于颗粒状塑料材料除湿的除湿设备和方法及料斗结构的制作方法

专利名称：用于颗粒状塑料材料除湿的除湿设备和方法及料斗结构的制作方法
技术领域：
该发明涉及一种料斗结构和一种用于处理颗粒状塑料材料的设备，以及用于对料斗中颗粒状塑料材料除湿的方法。
背景技术：
在本专利申请中，术语“颗粒”或“颗粒状”是指由磨碎平板、薄板、薄膜或类似结构的塑料材料所产生的碎片、小薄片或小薄板。术语“料斗”是指任何类型的容器，有时也叫筒仓，其具有一例如是圆形、方形或矩形的截面，并且在其下部的终端具有带有排出口并通常由合适的排出阀所控制的锥形排出部。众所周知，在大部分塑料材料转变为颗粒或粒状材料的过程中，一非常重要的处理由塑料材料颗粒除湿过程组成，也就是，去除包含在那些吸水的聚合物材料颗粒中的水分。因为吸水颗粒自身必须在相对地高温下处理到熔化(在转变步骤中)，所以从吸水颗粒消除湿气是必须的；在这样的步骤中，包含在颗粒中的残留水分子能够插入聚合物的分子链中并且导致它们断裂。可以理解的，如果分子链将会断裂，将得到劣质的最终产品；在任何情况下，由于在起始颗粒中水的存在，通常会产生气泡、气眼、着色不均勻性以及其他不希望的现象，从而产品将达不到足够的机械特性。待进行除湿的颗粒状塑料材料通常是保存在给料器中，该给料器柳态紧密连接至干燥热空气产生装置、即本领域中俗称的“干燥器”中，其用来将干燥热空气、即所谓的处理空气供入或吹进给料器中。一旦它被送入进入到给料器中，处理空气穿过所有或大部分的待除湿的颗粒状塑料材料，除去含于其中的湿气，然后其通过合适的排出管从给料器排出。在如上所述给料器中的除湿过程中，对于给定的颗粒状塑料材料，可达到的除湿程度取决于许多因素，例如颗粒状塑料材料在除湿给料器中的停留时间，穿过料斗的干燥热空气流速，处理温度以及在空气流和颗粒状塑料材料之间相互作用中的流体热动力学性质，后者还依赖于料斗的内部几何结构。对于每一个待除湿的颗粒状塑料材料，确定所需的或是待达到的除湿程度，或在任何情况下，在除湿过程开始时即确定。对于这种除湿程度，确定颗粒在料斗中的停留的时间间隔以及处理温度，从而使得水分子从颗粒内部扩散到颗粒外部。如已知的那样，颗粒材料内的水分子的扩散现象由菲克第二定律方程决定
r n dC G2C—=[)——
o. x a \ -其中C是水分子的摩尔浓度，其依赖于时间t和颗粒的空间座标X，以及D是在特定的塑料颗粒材料中水汽的扩散系数。该扩散系数，依照阿列纽斯模型，又依赖于其他的变量
其中Dtl是扩散常数，其取决于待处理材料的类型，U是活化能，k是玻耳兹曼常数， 以及T是开尔文温度。可以理解的是，因此，在处于除湿料斗内的各颗粒中，至少在径向上，即在位于除湿料斗的同一截面的各颗粒中获得并保持均勻的温度具有基本的重要性。如果，反之，在径向上颗粒具有不同的温度，将存在着不同的扩散常数D，并且将在各颗粒中获得不同的除湿程度，其对制品或最终产品的特性具有不利的影响。仍然依照菲克第二定律的分析，一个基本的重要推论是在料斗中一种相同材料颗粒的停留时间是几乎相同的。在料斗中不同的停留时间实际上导致了从除湿料斗中排出的颗粒具有不同的水汽浓度。如果相同的材料颗粒必须在料斗中保持相同的停留时间，即在颗粒材料下落进入除湿料斗的步骤中，这意味着单个颗粒的速度场的垂直分量在料斗的整个横载面上必须保持基本上恒定。应再次提出的是在颗粒材料在料斗内的下落期间的流动可以主要为两种类型 “质量流”和“漏斗状流”。“质量流”的流动类型特征为料斗内的材料勻速下落，即各个速度向量的模沿着料斗的纵截面将是近似的；换言之，颗粒材料以均勻的方式下落并且在其中没有形成优先的下落通道。另一方面，“漏斗状流"流动类型沿着料斗的横截面在向量的模值上是不连续地。沿着同一个横截面在料斗的中心部分速度向量将比那些靠近料斗壁的速度向量的模值大。这导致了在料斗的中心部分形成了材料的优先下落通道，其在缺乏插入物的料斗结构中会自然发生，如下文中所描述的那样。在许多应用中，典型地在塑料材料工作领域，在料斗中的下落步骤中颗粒材料必须获得“质量流”类型的流动行为。已提供的解决方案，其在除湿料斗中，预先设置由具有恒定横截面在其底部以锥形部分结束的物体构成的中空的插入物。一个这种能够获得质量流类型的方案，例如在和本申请为同一申请人的欧洲专利申请EP2090856中给出教导，其提供了插入物的中空内部是在流体通道中，并穿过或穿透干燥器的出口以及插入物的底部锥形部分，从而通过从干燥器向该插入物供给空气，加压后的处理空气在每个插入物的锥形部分供给进入到装载在料斗内的颗粒中。通过这样的一个解决方案，在料斗内的颗粒原料可以获得一个均勻下落速度，并且进行处理的说了原料颗粒停留时间对于所有的颗粒来说是基本相同的。然而，在这样一个料斗结构中位于同一水平面即在径向方向的塑料原料颗粒获得不期望的温度梯度，其可能导致所述颗粒获得不均勻的除湿程度，即所获得的颗粒具有不同的水分子水平，其在最后获得将包括不同性质特性的产品。US3875683教导了一种用于对塑料材料颗粒除湿的料斗，其适于将除湿空气保持在预定并且恒定的温度。这种料斗包括具有上部圆柱段和底部锥形部分的主体；该主体此外还包括装载塑料材料颗粒的上部装载口，以及除湿后的材料颗粒的排出口。
插入部件置于该主体内，从而一起为将要除湿的材料限定了一个环形空间。在所述插入部件的壁上形成有多个孔。该主体的底部锥形部分包括两个壁，一个外壁包绕着一个内壁，从而一起限定出一个在所述环形空间之外的室，与之流体连通，并且为此在所述外部室向着该端部的内壁上形成有多个孔。该外部室通过管道与插入部件的内部设置成流体连通状态。此外，料斗结构包括设置于插入部件和外部室内的加热器件。任选地，进一步加热器件可以设置在靠近主体的上壁。通过这种料斗，将除湿气体供给到该室，所述部分除湿气体通过形成在其内壁上孔，和部分除湿气体供应给插入物的内区(通过上述的管道)，并穿过相应的孔，从而进入到环形空间。由于这种结构，在整个料斗的高度上具有相同的温度的除湿气体流穿过所述材料颗粒，从而，在已穿过待除湿的材料之后的排出气体的温度与其供给至料斗时的温度非常接近。US3875683旨在设计一种料斗，其中除湿气体温度在整个包含待除湿材料的环形空间中保持恒值。在处理塑料材料颗粒的设备中，该颗粒不应该施予热应力，不然它们的流变特性会受到不利的影响。因此，在料斗中，沿着料斗的纵轴获得恰当的温度梯度，而不是如采用由US3875683所教导的方案可获得的恒定的温度，是非常重要的。此外，对于该US专利教导的料斗，不能在减少的能量消耗下获得令人满意的除湿效果。对于这点，注意到从料斗排出的气体与供给进料斗中的气体的温度一样(高)， 并且因而在其回收再生之前应进行冷却，因为，众所周知，回收再生是在较低的温度下进行的，例如，低于40°的温度。FR2674944A1教导了一种用于塑料材料颗粒除湿的设备，其包括具有底部锥形部分的料斗，一管道成切向地连接到该底部锥形部分，以及用于将气态流体供给进入管道内的风扇。该设备进一步还包括圆锥体的插入部件，其置于料斗中并具有向上回转的顶端，该插入部件对料斗限定了用于材料除湿的环形空间。该料斗的底部锥形部分具有两个壁，一个包绕着另一个，从而限定出一个室。遍及该底部锥形部分的内壁的整个长度上形成有多个孔。除湿空气被供给至成切向的管道，然后到达外部室，从该室进入环形空间并沿着环形空间上升，从而穿过待除湿的颗粒材料。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于颗粒状塑料材料除湿的料斗结构，其能够保证塑料材料颗粒在料斗中具有基本上恒定的停留时间，并防止或大量减少在位于该除湿料斗中同一水平面上的颗粒中形成温度梯度。本发明的另一目的在于提供一种用于颗粒状塑料材料除湿的料斗结构，其适于保证供给进该料斗的除湿流体的运动场(motion field)相对于迄今为止已提出的所有料斗而言更加均勻。本发明的又一目的在于提供一种除湿设备，其适于相对于现有技术的除湿设备而言，采用较少的能量消耗有效地实现颗粒状塑料材料的除湿。本发明的再一目的在于提供一种除湿方法，其能够保证塑料材料颗粒被均勻的除湿。依照本发明的第一方面，提供了一种通过除湿处理流体对颗粒状塑料材料除湿的料斗结构，其包括-主体，在使用时顶部具有闭合壁，所述闭合壁具有用于待处理颗粒状塑料材料的装载口或嘴；-至少一个设置在主体上或设置在闭合壁上的用于处理流体的排出嘴或口；-锥形下壁，其终端具有用于已除湿的颗粒状塑料材料的排出口；-插入部件，其能够流体密封地定位在主体中和锥形部分中从而一起限定出环形空气空间，该插入部件包括至少一个锥形或截头圆锥体的下部部分，其朝着底部的方向变细，和上部部分，以及-至少一个连接到该环形空气空间的除湿流体供给管道；所述锥形下区段包括至少一对壁或壁段一个壁或壁段至少部分地包绕着另一个壁或壁段，从而一起限定出至少一个室，所述室在环形空气空间的外部并与之流体连通，从而使得能将除湿处理流体从至少一个相对于所述包绕壁或壁段成切向定向或平行的供给管道供给至所述室。依照本发明的另一方面，提供了一种对塑料颗粒材料除湿的方法，其包括以下步骤-预先设置根据本发明的料斗结构；
-在上部装载口供给颗粒状塑料材料；并-将除湿处理流体供给进所述至少一个供给管道中并因此进入到所述室中，并随后进入到所述空气空间中。依照本发明的另一方面，提供了一种用于颗粒状塑料材料的处理设备，包括根据本发明的料斗，将颗粒状塑料材料送入料斗的给料器，用于将来自料斗的计量的已除湿的颗粒材料传输至用户(user)的传输装置，和设置用于向料斗供应除湿气体的干燥器。


本发明的进一步的方面和优点从下面的其若干当前优选的料斗结构的具体实施方式
的详细说明中将更加清楚，所述具体实施方式
通过仅仅是示范性的而非限制性的附图中的示例加以说明，其中-附图Ia和Ib分别是依照现有技术的料斗结构的侧视图和顶视图；-附图加和2b是类似于附图Ia和Ib的另一依照现有技术的料斗结构的视图；-附图3是类似于附图Ia的另一依照现有技术的料斗结构的视图；-附图4是依照本发明的料斗结构在部分去除后的略顶部的透视图；-附图5是附图4的放大比例的详细视图；-附图6a和6b分别是依照附图4的料斗结构的侧视图和顶视图；-附图7a和7b是类似于附图6a和6b的另一依照本发明具体实施方式
的料斗结构的视-附图8示意性地图示了依照本发明的除湿设备；-附图9a、9b和9c分别图示了依照现有技术的两个料斗和一个依照本发明的料斗，其中已设置了温度探测器，用于检验在不同的料斗结构中的流体热力学行为；-附图10给出了图示在附图9b中的依照本发明的料斗结构和图示在附图9a中的依照现有技术的料斗的锥形下部中的温度传感器的温度变化曲线图。-附图11至13给出了在图示在附图9b中的依照本发明的料斗结构和图示在附图 9c中的依照现有技术的料斗的不同水平面上的热变化的曲线图；-附图14是类似于附图6a的另一依照本发明的漏斗结构具体实施方式
的视图。在这些附图中，相同的或相似的部分或部件用相同的数字进行标记。
具体实施例方式如上面说明的，已经提出了各种料斗结构，例如图示在附图Ia和Ib中的料斗Al， 其包括以锥形下部终止的圆柱体，其限定出了用于待处理颗粒状塑料材料的处理室B。在锥形底部的上部部分(在使用时的上部)，提供了其顶端向上回转的中空锥形扩散器插入物 C。该插入物内部与径向的注入管道D流体连接，依次又与外部处理流体源(干燥热空气)、 通常为干燥器相连通。因而，在除湿处理期间，空气供给至注入管道D并在插入物C的下边缘或圆锥底板处与存在于处理室B中的材料相接触，以便在处理室内上升，直到其通过适合的排气口 S在料斗的顶部离开。对于这种类型料斗，获得的除湿效果差，因为各个颗粒在料斗内具有不同的停留时间。实际上，在料斗的同一个横截面上，特别是接近插入物C处，单个颗粒的速度场的垂直分量并不是恒值，因为，例如由于与插入物的壁之间的摩擦作用，位于圆锥插入物 C之上区域的颗粒下落变慢。在像图示在附图Ia和Ib中那样的料斗中，则，处理空气流在待除湿材料中的分布是不均勻的。另一种现有技术中已提出的料斗结构A2图示在附图加和2b中，其类似于图示在附图Ia和Ib中的料斗Al，但其提供了中空插入物E来替换插入物C，该插入物E具有双锥形，即从底部至顶部(使用时)直径从底部至顶部增加的锥形段El和直径朝着顶部降低的第二锥形段E2。该第一锥形段El还是穿孔的。插入物E的内部与轴向供给管道F流体连通，该管道F的进气口 Fl位于料斗的顶区。同样对于这种方案，其无法实现颗粒状塑料材料的高除湿度，因为不能获得颗粒状塑料材料的恒定下降速度；也不能获得在颗粒状塑料材料中的空气流的恰当分布。上面提及的专利申请EP2090856代之以教导了一种配备有中空插入物G的料斗结构A3(附图3)，该插入物G具有设置在料斗的底部锥形段处的底部锥形部分Gl，其顶端转向料斗A3的排出嘴，和在料斗A3的圆柱体的大部分中延续的中间圆柱部分G2，以及位于料斗顶区的上部锥形部分G3。该底部锥体Gl是穿孔的以允许来自干燥器的干燥热处理空气在料斗内扩散。来自干燥器的加压后的处理空气则进入供给管道F，沿着整个插入物从顶部朝着底部流动并从底部锥体Gl中的小孔离开，从而扩散开并朝着料斗A3的顶部上升穿过材料，其通过排出嘴S排出。这种类型的方案，所上面已指出的，能够控制颗粒状塑料材料的下降流动，从而实现装载入料斗的颗粒材料的所有颗粒的停留时间基本上相同，但其不能够在由插入物和料斗的内壁所限定的空气空间中获得最佳的空气均勻分布。此外，特别是在料斗A3的锥形下部，不能在十分短的时间内建立所需的处理温度。空气必须经由通过尺寸显著大于附图化和加中的插入物C和E的插入物G穿过， 这保证了相同的供给空气的体积流量，在附图3的示例中的插入物G内的空气流速低于附图加的料斗中的速度，其相应地具有较低的空气流动能。因此，该空气流没有获得足够的压力以在料斗的底部获得均勻的分布，其防碍了对所处理的塑料材料颗粒获得均勻的除湿处理。参考附图4、5、6a和6b，图示了依照本发明的用于颗粒状塑料材料除湿的第一料斗结构具体实施方式
，其包括主体la，优选为圆柱形，具有在顶部(在使用时的顶部)的闭合壁lb，和锥形部分lc。该闭合壁上配置有用于待处理的颗粒状塑料材料的装载嘴或口 4a，和至少一个用于处理流体、例如除湿气体装置的排出嘴4c (在图中为两个)。应理解的是，排出嘴4c可以设置在主体Ia的上部部分。锥形下区段Ic包括至少一对壁或壁段，一个壁或壁段23，22至少部分地包绕另一个壁或壁段21，从而一起在环形空气空间AG的外部限定出至少一个室25，其将在下面进一步的描述。优选地，锥形下区段Ic具有由三个壁或壁段形成的特殊构造，即，从主体Ia开始， 上部截头圆锥体段21，中间圆柱体段22和下部截头圆锥体段23。段22和23构成了包绕上部截头圆锥体段的壁。上部截头圆锥体段21在整个中间段22和下部段23的长度上在它们的内部延伸，并在其底端处连接(焊接)至套筒对，在该处下部段23的下部嘴或端部也被固定(焊接)。锥形下区段终止于用于已除湿的颗粒状塑料材料的排出口 4b。包绕壁段或壁23因此具有与另一个壁或壁段21的高度和锥角β不同的高度和锥角α ο通过该结构，下区段23具有不同于上部段21锥角β的锥度α (更大)，以此在上部段21与壁段22和23的延伸长度之间限定出了封闭的流体密封的环形室25。该室25与料斗的锥形下区段Ic的内部(由此与环形空气空间AG，其将在下面讨论)通过多个孔27 流体连通，这些孔27均勻地分布在段21的一个或多个高度至少与中间区段22的高度相当 (附图幻的带/环带(band)上。为了保证室25的流体密封，壁段21优选焊接至中间段 22的边沿。设置一或多个用于向室25供给除湿处理流体的除湿流体供给管道沈(附图中为一个)；该管道26与包绕壁22，23切向地定向或平行于包绕壁22，23定向。对于这点，如果包绕壁具有基本上为圆形的壁横截面，则管道沈将相对于包绕壁成切向定向的，从而切向地或圆周地(如将在下面进一步解释的那样)提供除湿流体，即不是径向地进入室25之内，而如果料斗包括基本上为正方形或矩形横截面的包绕壁，则管道将是平行于包绕壁的一部分，从而基本上成切向或圆周地(如将在下面进一步解释的那样)提供除湿流体，即不是径向地进入室25之内。更特别地，圆柱形中间区段22被处理流体供给管道沈的端部跨过，该端部基本上成切向地连接至室25的壁22。该室因而成为了在通入到空气空间AG之前、由此为依照附图中图示的具体实施方式
在穿过小孔27之前，具有聚集处理流体并均勻化压力的功能的室。优选地，料斗1的主体Ia和锥形下区段Ic都是由双层壁形成，即内壁和外套层， 该外套层精确地复制了相应内壁形状，并一起限定出空气空间观。后者有利地设置为于其中包裹有任何适宜类型的热绝缘材料，例如石棉或玻璃纤维，其目的在于减少料斗1向外部环境的热损失。提供插入物元件或部件3，其能定位在主体Ia和锥形部分Ic中从而一起限定出环形空气空间AG。更特别地，该插入部件3 (优选中空的)由朝着底部逐渐变细的锥形的或截头圆锥体状的下部部分3a和例如为圆柱形的上部部分构成。优选地，该插入物元件3的上部部分包括中间区段北(例如为圆柱形)和两个相连的具有不同锥度的顶部锥形段3c和3d。该插入物元件3是制造为流体密封的，例如构成插入物的各个部分由连续的金属板或优选无孔的金属板制成，各金属板部分则彼此连接为流体密封的，例如焊接。该插入物元件3在料斗内轴向设置，从而与料斗的内壁限定出连续的环形空气空间AG。为了该目的，插入物元件3由支架支撑并保持在位置上，该支架一侧连接至插入物， 另一侧连接至主体Ia和/或锥形下部lc。更特别地，设置了下部径向支架6a，其呈角度地隔开并且其一端焊接至插入物的圆柱形部分北和圆柱形部分3a之间的区域，另一端焊接至料斗壁段21。上部径向支架6b设置在插入物的上部或中间区段北的顶部与料斗的圆柱体Ia内壁之间。环形空气空间AG优选地具有圆柱形中间区段AG1，其位于圆柱体Ia和插入物3的圆柱形部分北之间，以及下区段AG2，其位于锥形壁段21和插入物的锥形或截头圆锥体下部部分3a之间。有利地，锥形顶部区段3c和3d朝着顶部逐渐变细，并刚好设置于轴向装载嘴如的下方，以在材料装载入料斗1时充当材料的扩散器-分配器。在相反侧，即在壁段23的底端，料斗1具有排出嘴4b，有利地，其由套筒对所限定。依照本发明的一种变体，设置了若干除湿处理流体(例如空气或氮气)的切向供给管道，这种管道呈角度地分布在圆柱形中间壁段22上，S卩，成切向地或以平行的方式导入到压力均化集流室25中并与处理流体源(干燥器)连通。利用料斗1的这种结构，除湿气态物质或空气可以从一个或多个切向管道沈被供给进入集流室25中，其带有切向分量，从而产生了气态物质自身在室25中的涡流运动，这有利于压力的均勻分布，因而沿着室的整个具有小孔27的区域得到了几乎压力均勻的通道。优选地，锥形下区段Ic的上端和插入物3的锥形或截头圆锥体下部部分3a在使用时是处于同一水平面。附图7a和7b图示了与料斗1相似的料斗结构，但其中的优选为圆柱形的主体Ia 更长些，即，其延伸直至覆盖了插入物3的下部锥形区段3a的一部分，并且切向供给管道沈位于圆柱形区域Ia中但总处于插入物的下部锥形端部3a处。更特别地，锥形下区段Ic包括至少一对壁，一个壁9至少部分地包绕着另一个壁 8，但具有不同的高度和锥角α、β (壁9的锥角α或锥度 >壁8的锥角或锥度β )，从而一起在环形空气空间AG外限定出了至少一个室25。
更加特别地，锥形下区段Ic不是具有三个区段，而是由单个截头圆锥体端部构成，其另由两个基本上同轴的截头圆锥体壁构成一个外部的或包绕的壁9，流体密封地与料斗的圆柱形主体Ia连接，和较长的内壁8，其从外壁9和主体Ia之间的连接处的上端水平面延伸至壁9的底端。由于壁8和9之间的不同的锥度，在它们之间限定出了环形室25。优选地，锥形下区段Ic的上端，以及更特别地插入物3的锥形或截头圆锥体下部部分3a和壁8的上端在使用时是在同一水平面。对于依照本发明的料斗结构，塑料颗粒材料除湿方法可以通过以下步骤实现-预先设置依照本发明的料斗结构；-从上部装载嘴如处供给颗粒状塑料材料；-将除湿处理流体供给进入供给管道中，而后进入到室中，随后进入到所述空气空间中。更特别地，除湿处理流体成切向地供给进入室25，从而在其中产生了涡流状态以实现流体均勻地导入到空气空间AG中。除湿处理流体被输送进室25中，并从该处供给进入空气空间AG，优选地进入到空气空间AG的下区段AG2中，从而撞击装载入空气空间中的颗粒状塑料材料。处理流体而后将在空气空间中上升并特别是在空气空间的圆柱形中间区段AG1，直到其从排出嘴或口如排出。颗粒状塑料材料则供给进入装载嘴或口 4a，然后相对于除湿处理流体逆流地落入或降到环形空气空间AG之中，然后被除湿后通过排出嘴4b排出。在附图8中，图示了依照本发明的用于处理颗粒状塑料材料、例如PET的除湿设备，这种颗粒状塑料材料例如用于制造预制坯。这种设备包括依照本发明的料斗1，颗粒状塑料材料的给料器101，通过该给料器 101能够将颗粒状塑料材料装载入料斗1内直到达到预定的水平。设置传输装置104、105、106用于将计量的来自料斗1的已除湿的颗粒材料传输至用户103。更特别地，料斗1具有其自己的可由阀门102关闭的排出嘴或口 4b，该排出嘴或口 4b可以将材料排出至任何合适类型的传输器上，或者排入到与合适的抽吸装置104相连接的抽吸管106内，从而用于依照其具体的停留时间和用户装置、例如预制坯的模压力机 103的要求来供给已除湿的颗粒材料。如果希望，(已除湿的)颗粒状塑料材料一旦被抽吸装置104所抽吸，则被供给至辅助料斗105，其例如位于压力机103的正上方。在进行该步骤的同时，对应的待处理颗粒材料的装载在料斗1的顶部通过给料器101供给。干燥器107也连接到料斗1。这种干燥器，通过输送管108、紧接着穿过用于使流体达到预期的处理温度(对于PET，典型地为180°C )的加热组109，向装载了待处理(待除湿)颗粒状塑料材料的料斗1提供了除湿处理流体，例如加压的。对于这种设备，空气从干燥器107被供给至管道沈，而后进入室25，从室25，通过小孔27，在其朝着料斗顶部上升之前，均勻地扩散进颗粒状塑料材料。一旦其已经穿过颗粒状塑料材料(从底部到顶部)并到达料斗的顶部，废气(即， 装载了从颗粒材料吸入的水汽)在其再次回到干燥器107之前，其通过一或多个适合的除湿处理流体排出或输出嘴4c (附图4)进入到一或多个返回管112中。依照本发明的方案，由于料斗的锥形下区段的特殊结构结合了插入物3以及将除湿气态物质切向的注入或供给入穿孔的集气室25内，从而使得能够达到在已处理的颗粒状塑料材料中水分量达到相当低的程度，以及减少了用于处理颗粒材料的能量消耗的最佳性能。由于空气在位于在料斗内壁和插入物之间的空气空间中的颗粒材料中呈均勻分布，以及由于颗粒材料的质量流动类型(这是由料斗和插入物的构造所要求的，如在欧洲专利申请EP2090856中所描述的)的下降流，为颗粒材料进行恰当的除湿所必须的空气流速要远低于在依照现有技术的设备中所必须的流速。相应地，所必须的能量消耗也显著降低。进行了测试试验以测试依照本发明的用于颗粒材料除湿的料斗结构1的有效性。参考附图9a、9b和9c，图示了料斗结构，其中温度探测器或传感器设置在料斗内壁和插入物之间的空气空间中的不同水平面上，由字母12A、12B、12C、12D所标示。更特别地，传感器12A是位于锥形下区段Ic处，传感器12B是位于圆柱形上部部分Ia的底端，传感器12C是位于圆柱形上部部分Ia的中间位置，以及最后，传感器12D位于圆柱形上部部分Ia的顶端。可以观察到，图示在附图9a和9c中的料斗结构分别对应于附图3和加中的依照现有技术的料斗结构，而图示在附图％中的料斗结构则对应于图示在附图7a中的依照本发明的料斗结构1。附图10的曲线表现了由探测器12A所探测到的温度与在附图9a(曲线13)和 9b (曲线14)的料斗结构中消耗的时间的关系。可以观察到，对于依照本发明的料斗结构(曲线14)，能够更快地到达预定温度 (例如180°C )，对于依照现有技术的料斗结构(曲线13)，所达到的温度(在较长的时间段后)小于100°C。依照本发明的料斗结构(在锥形下区段和在室25中的切向空气注入)，由于在含颗粒状塑料材料的空气空间AG中、以及更特别是在空气空间自身的下部中，相对于依照现有技术的料斗结构具有更均勻的分布，使得能够获得改进的效果。如已知的那样，为了以高质量的塑料材料获得制造好的物品或最终产品，因而在离开料斗的颗粒状塑料材料中达到极低的水分含量，在径向感测(即在料斗的空气空间或间隙的同一水平面上)上的温度变化必须尽可能的低；另外，在料斗的轴向中(即从料斗的空气空间的一个水平面通向另一个水平面)则必须具有温度梯度，从而使得在料斗的空气空间AG的下部探测到最大温度，而在空气空间AG的顶部探测到最低温度。同样进行了测试以评估在依照本发明的料斗结构和依照附图加的料斗中的热动力学行为。该测试的结果图示在附图11、12和13的曲线中。在附图11、12和13中，所给出的曲线图示了由探测器12B、12C和12D所探测到的温度变化与在附图9b (曲线15、17和19)和9c(曲线16、18和20)的料斗结构中所消耗的时间的关系。可以理解的是，为了评估在料斗中同一水平面或高度上的温度变化，可以设置可移动地安装的探测器或传感器12B、12C和/或12D，其因此在使用时水平地被移动，并设定用来探测在料斗的空气空间的同一竖直区域或同一水平面上的若干点的温度值，或者可以设置两个或更多的传感器12B和/或12C和/或12D安置在料斗的同一水平面上但是位于不同的点。
当然，由于料斗的内壁或插入物内部，传感器或探测器12B、12C或12D是置于距料斗的内壁以较大的距离，在被称为"动力学的"限制层上。可以观察到，通过分析曲线16、18和20，得到了热变化的100°C顶点，而对于依照本发明的料斗(曲线15、17和19)，则探测到的变化值接近于零。这意味着由于依照本发明的料斗结构，就料斗自身的同一截面而言，颗粒状塑料材料沿着整个径向上是处于相同的温度的。因而非常明确的是依照本发明的料斗结构能够在料斗内获得空气流的勻速运动场。同样应考虑的是，在依照现有技术的料斗结构中，注入空气流在扩散进材料中之前穿过插入物的中心，甚至即使是使用了合适的装置，在下部的料斗的壁始终是处于比所需的除湿温度要低的温度。此外，依照这种方案，空气在料斗靠近插入物的中间区域被供给，在该处颗粒状塑料材料的量较少；塑料材料事实上主要是靠近料斗的内壁移动。对于依照本发明的料斗结构，另一方面，在料斗内与材料相接触的壁的温度是大于或等于靠近中心插入物的材料的温度。此外，通过经由室25以及由此穿过带小孔27的壁来导入空气，相对于经由插入物的锥形底面的导入方式，在料斗内获得了更宽的分布面。对于更直接的比较，附图4中给出了参考。对于依照本发明的方案，其因此而能够在颗粒状塑料材料中得到处理空气的均勻分布。矢量术语中所称的运动场，导致了在空气空间AG的整体下部AG2中产生了均勻的空气流，就同一竖直区域而言，该空气流具有切向的和径向分量，从而在室25中产生了涡流移动并因此导致了沿着整个穿孔金属板27部分的均勻的散射区域。空气流的不均勻的分布状态对热交换不利地影响，依照热量与材料平衡方程反映在了离开料斗的颗粒材料的残留水分上。回忆起依照1952的兰茨和马歇尔模型，对于浸没在流体流中的球体，总的热交换系数依赖于该流体流的特性，例如速度、密度、可压缩性和粘度，其依次又依赖于温度。因此，为了获得高质量的制造物品，在材料中具有最优的流体流分布同样是必不可少的。特别参照欧洲专利申请EP2090856中教导的方案，本专利申请目标的方案保证了 -一方面，改进了在整个空气空间中的空气分布，特别是沿着整个圆周，尤其是当提供了集流室25时。-另一方面，保证了空气在内壁处而不是在插入物自身处供给，由此该处有更大量的待除湿颗粒状塑料材料存在。现在参考附图14，图示了依照本发明的料斗结构的另一具体实施方式
，其类似于附图6a和7a中图示的，但是其中的插入物包括锥形或截头圆锥体形的下部，其截面从底部至顶部增大，与锥形或截头圆锥体上部部分流体密封的相连接，该上部部分的截面从底部到顶部减小。间隔物6a同样设置在锥形下部处。该上部锥形或截头圆锥体部分的高度远大于下部锥形或截头圆锥体部分。依照这种料斗结构，在锥形下部提供了除湿气态物质(例如空气)的切向注入或供给。该切向供给是通过成切向地设置并导入到环形室中25中的管道沈实现的。通过切向管道沈射入到环形室25中的空气而后离开，在其扩散进入料斗内的颗粒材料中之前，其进入到内壁21锥形下区段的带有小孔27的金属板部分中。依照附图14主张的料斗结构，没有能够像参照附图4至7b中所描述的依照本发明的结构那样，获得空气的均勻分布和颗粒材料流动速度的下降，但是却保证了对于颗粒状塑料材料的内部容量或容纳体积大于上述料斗结构，并因此而能够在空气的分布均勻性和速度下降方面与内部容量或容纳体积方面得到良好的折衷。依照本发明，除湿处理流体为除湿气态物质，并且后者可以例如选自于空气，氮气。小孔27代之以具有比待除湿的颗粒状塑料材料小的尺寸。在另外的方面，本发明的料斗结构不同于US3875683中所教导的料斗，因为它包括-流体密封的插入部件；和-用于供给处理流体的管道，其成切向地或平行地连接到包绕壁或壁段上。对于US3875683的附图1的实施例，显然用于供给除湿流体的管道相对于料斗的壁是基本上成径向取向的。此外，必须记住的是，依照US3875683，无论是外部室或插入物都必须充满除湿流体，并且因而使用其中供给除湿流体的管道相对于料斗的壁成切向定向的料斗将是没有效果的或是不利的。此外，除这种结构上的差异之外，本申请的发明的目的在于提供一种料斗结构，其中的停留时间是基本上恒定的，并且防止或大大减少了其中在料斗的同一水平面颗粒的温度梯度的形成，而US3875683的目的在于设计一种料斗，其中除湿气体温度在整个含有待除湿材料的环形空间内是保持恒定的。本申请的发明涉及一种适于沿着竖轴获得温度梯度的料斗结构，其中气态流体被供给进入到料斗的底部区域中，上升进入环形空间内并加热颗粒材料。因此，该气态流体被冷却，并且其以低于US3875683的排出气态流体的温度的温度穿过排出管，并因而能获得显著的能量节约。考虑到上述情况，本发明的料斗在结构上与US3875683教导的料斗的不同之处， 相对于它，目的在于解决不同的问题，并且其比这种在先的US文献的料斗更加有利，因为在另外的方面，由于依照本发明的料斗，能量消耗得以减少。至于FM674944，它并没有教导具有流体密封的插入部件的料斗结构。可以理解的是，部分空气将穿过刺穿插入物中的孔，并且这将引起压差，并因而将需要更大的量的空气 (除湿流体)。此外，该文件教导的料斗具有与本发明插入部件极为不同的插入部件。事实上， FR2674944的插入部件具有向上回转的顶端，而依照本发明，插入部件是由朝着底部逐渐变细的锥形或截头圆锥体下部，和优选为圆柱形的上部部分形成。考虑到这点，与显示在附图 Ia中的料斗有关的结论为，即，处理空气流在待除湿材料中的分布是不均勻的。也应注意到的是依照FM674944，孔是形成在遍及料斗底部锥形部分的内壁的整个长度上的，而依照本发明，多个小孔是优选地仅仅形成在底部锥形部分的环带上。
事实上，如果孔是沿着底部锥形部分的整个内壁形成的，如同FR2674944中所教导的那样，除湿流体(例如空气)可以通过用于颗粒材料的排出口排出，而这会影响到除湿，因为部分空气流将不再以对流的方向穿过和除湿颗粒材料。此外，如果将依照本发明的料斗用具有沿着底部锥形部分的整个内壁形成的孔的料斗来替代，如同FM674944中所教导的那样，每小时的产量会减少，因为在颗粒材料的排出方面将出现问题或困难。脑海里具有以上在先方案的本领域的技术人员，将有动机地设计或改进其中空气或除湿流体是直接供给进插入部件、并随后扩散进插入部件的穿孔下部的方案。这种方案类似于EP2090856所教导的方案，其和本发明为同一申请人。本申请人，在设计出EP2090856的料斗之后，进行了多次测试，由于这些测试，已经证明了(例如附图10中看到的)，利用使用如下的料斗，其包括，在另外的方面，流体密封的插入部件，在由插入部件和料斗的壁之间限定出的环形空间以外的室，以及相当对于该室成切向或平行取向的、用于将除湿流体供给至该外部室的管道，能获得上述的改进结果。总之，即使将以上现有技术组合(由于未知的原因)，由此得到的料斗结构将包括穿孔的插入部件，而不是如本发明要点的流体密封的插入部件。以上描述的料斗结构在保护范围内易于得到多种更改和变动，该保护范围是由权利要求的内容所限定的。因而，例如，可以设置若干个供给管道沈，其以成角度地空间位置切向地固定，用于将除湿气态物质供给进入相应的室25中。对于该目的，可以设置若干个室25 ；它们甚至可以是非环形的但是沿着锥形下部Ic以环状扇形分布。此外，可以理解的是，料斗可以具有方形截面，或在任何情况下，非圆形截面，以及在此情况下，如上所述的每个壁，例如壁8、9、22、23将由若干个相互倾斜的部分形成。在方形截面料斗的情况下，例如，处理流体供给管道26可以是基本上平行于相应的壁或壁部分 9或23的。室25可以与环形空气空间AG通过开口、孔、或在任何情况下，中间管道来流体连通，因此而不必具有多个小孔。
权利要求
1.一种通过除湿处理流体对颗粒状塑料材料除湿的料斗结构，其包括-主体(Ia)，在使用时顶部具有闭合壁(Ib)，所述闭合壁(Ib)具有用于装载待处理颗粒状塑料材料的装载口或嘴Ga)；-设置在主体(Ia)上或设置在闭合壁(Ib)上的至少一个用于处理流体的排出嘴或口 (4c)；-终端具有用于已除湿的颗粒状塑料材料的排出口 Gb)的锥形下区段(Ic)；-插入部件(3)，其能够流体密封地定位在主体(Ia)中和锥形部分(Ic)中从而一起限定出环形空气空间(AG)，所述插入部件(3)包括至少一个锥形或截头圆锥体的下部部分 (3a)，其朝着底部的方向变细，和上部部分C3b)，以及-至少一个除湿流体供给管道( )，连至所述环形空气空间(AG)；其特征在于所述锥形下区段(Ic)包括至少一对壁或壁段一个壁或壁段(9、23、22) 至少部分地包绕着另一个壁或壁段(8、21)，从而一起限定出至少一个室(25)，所述室05) 在环形空气空间(AG)的外部并与之流体连通，能够将除湿处理流体从相对于所述包绕壁或壁段(9、23、2幻成切向定向或平行的所述至少一个供给管道06)供给至所述至少一个室(25)。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于所述室05)是环形的。
3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于所述锥形下区段(Ic)包括上部截头圆锥体段(21)、中间段0 和下部截头圆锥体段(23)，该上部截头圆锥体段的锥度 (β)不同于所述下部截头圆锥体段03)的锥度(α)，并于其中延伸以限定出所述室(25)。
4.依照权利要求3所述的结构，其特征在于所述上部截头圆锥体段在所述中间段02)和下部段03)内部延伸中间段02)和下部段03)的整个长度。
5.依照权利要求4所述的结构，其特征在于所述上部截头圆锥体段在其自身的下端与排出嘴Gb)连通。
6.依照权利要求5所述的结构，其特征在于所述上部截头圆锥体段与套筒管道 (24)连通并连接，所述下区段的下端也连接至该套筒管道04)。
7.依照前述任一项权利要求所述的结构，其特征在于所述室05)与所述环形空气空间(AG)通过多个小孔、2Τ)流体连通。
8.依照权利要求3和7所述的结构，其特征在于所述多个小孔07)形成在所述上部截头圆锥体段上高度至少与所述中间段02)的高度相当02)的带上。
9.依照权利要求8所述的结构，其特征在于上部截头圆锥体段焊接或否则流体密封的固定至所述中间段02)的上边缘。
10.依照前述任一项权利要求所述的结构，其特征在于所述插入部件(3)的所述上部部分(3b)是圆柱形的。
11.依照权利要求1所述的结构，其特征在于所述锥形下区段(Ic)的上端和所述插入物(3)的所述锥形或截头圆锥体下部(3a)的上端在使用时是处于同一水平面的。
12.依照权利要求1所述的结构，其特征在于所述室是处理流体的集流室，在通入到所述空气空间(AG)之前使压力均勻化。
13.—种对塑料颗粒材料进行除湿的方法，包括以下步骤-预先设置依照权利要求1所述的料斗结构；-在所述上部装载嘴Ga)供给颗粒状塑料材料；和-将除湿处理流体供给进所述至少一个供给管道06)中并因此进入到所述室05)中， 并随后进入到所述空气空间(AG)中。
14.依照权利要求13所述的除湿方法，其特征在于包括以下步骤-将除湿处理流体切向地供给进所述室0 内，以在其中产生涡流状态，从而实现了流体均勻地注入进所述空气空间(AG)内。
15.一种用于颗粒状塑料材料的处理设备，包括依照权利要求1所述的料斗(1)；将颗粒状塑料材料供给入所述料斗(1)内的给料器(101)；传输装置(104、105、106)，用于将来自所述料斗(1)的计量的已除湿颗粒材料传输至用户(103)；和设定为向所述料斗(1) 供给除湿处理流体的干燥器(107)。
全文摘要
通过除湿处理流体对颗粒状塑料材料除湿的料斗结构，包括主体，在使用时顶部具有闭合壁，闭合壁具有用于装载待处理颗粒状塑料材料的装载口；设置在主体上的用于处理流体的排出口；终端具有用于已除湿的颗粒状塑料材料的排出口的锥形下区段；插入部件，流体密封地定位在主体中和锥形下区段中限定出环形空气空间，包括锥形或截头圆锥体的朝着底部的方向变细的下部部分和上部部分；除湿流体供给管道，连至环形空气空间；锥形下区段包括至少一对壁或壁段一个壁段至少部分地包绕着另一个壁段，从而限定出至少一个室，室在环形空气空间的外部与之流体连通，能够将除湿处理流体从相对于包绕壁或壁段成切向或平行的至少一个供给管道供给至室。
文档编号F26B21/00GK102374760SQ20111026813
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者R·莫雷托 申请人:莫雷托股份公司