用于加热塑料块的设备的制作方法

用于加热塑料块的设备的制作方法
【专利摘要】用于加热塑料块的设备及相应的方法，该设备包括：加热区，在该加热区中能够加热被导入的塑料块；以及加热装置，该加热装置适于将热传导到该加热区中，其中该设备还包括填充体，该填充体能够被导入该加热区中并且适于在该加热区将所吸收的热向该塑料块放出。
【专利说明】用于加热塑料块的设备

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于加热塑料块的设备，该塑料块例如是回收的PET薄片。

【背景技术】
[0002]已知用于对例如从回收的塑料瓶得到的塑料块进行加热的设备。通常，使用加热螺杆的系统，将塑料块导入该加热螺杆并且能够在该加热螺杆的表面区域上加热该塑料块。在这种情况下，使塑料块均匀加热的关键因素是加热设备(例如加热螺杆)的表面面积、塑料块的混合程度以及能量输入方法，例如是否借助于微波辐射或红外辐射来传输热或者是否借助于与加热设备的物理接触来直接进行热交换。


【发明内容】

[0003]基于现有技术，本发明的目的在于提供一种改进的用于加热塑料块的设备和方法。
[0004]根据本发明，通过根据方案I的用于加热塑料块的设备且通过根据方案11的用于加热塑料块的方法来实现该目的。在从属方案中限定了本发明的有用的实施方式。
[0005]根据本发明的用于加热塑料块的设备包括:加热区，在加热区中能够加热被导入的塑料块；以及加热装置，该加热装置适于将热传导到加热区，其中该设备还包括填充体，该填充体能够被导入加热区并且适于在加热区将所吸收的热向塑料块放出。因为除了加热区域的表面区域或可能设置的辐射源会向塑料块放热以外，被引入的填充体在位于塑料块混合物中间的同时向塑料块放热，所以本设备关于塑料块的加热处理和塑料块的加热均匀性均产生明显更好的结果。
[0006]还可以使填充体能够与塑料块一起经过加热区或者使填充体定位于加热区中。如果填充体被形成为与塑料块一起经过加热区，则可以在最长的可能持续时间与塑料块进行热交换。在另一种情况下，可以放弃(waive)可能需要的用于将塑料块与填充体分开的筛分装置，这使得整个装置在技术上更容易实现。
[0007]在一实施方式中，使该设备的特征在于加热区包括加热螺杆。由于塑料块的持久混合，加热螺杆能够实现良好的热分布，使得面向加热螺杆的加热表面的塑料块混合物的表面区域总是不同，其结果是能够均匀地加热塑料块。此外，因而能够以可靠的方式实现使塑料块通过加热区的传送。
[0008]在一实施方式中，使加热装置包括适于加热填充体的微波辐射源、红外辐射源、感应加热器、加热区的可加热的内表面区域中的至少一者。加热源的不同特性、特别是待被辐照的塑料块与相应的能量的反应使得实现了特定的加热目标。例如可以利用不被塑料块吸收的辐射加热填充体，这确保了塑料块不吸收太多的热，而填充体在塑料块中的分布仍然允许填充体所放出的热进行目标加热。
[0009]在另一实施方式中，填充体的材料的密度与所述塑料块的平均密度(mediumdensity)对应。因而，能够防止填充体仅分布在塑料块的表面区域上或者向塑料块中滑动得过远。
[0010]根据本发明的进一步发展，填充体被固定地连接到加热区的表面区域。这允许对填充体进行有效的热传递，由此增大了加热区的表面面积，这改进了塑料块的加热结果。
[0011]该设备还可以包括配置在加热区中且适于使塑料块在加热区中混合的混合装置。该混合装置确保了尽可能均匀地使填充体在统计学上分布在全部塑料块流中，这相当大地改进了塑料块的加热结果。
[0012]另外，填充体的外部形状可以没有棱边(edge)和/或没有角(corner)。因而，由于没有棱边和/或角的填充体的形状导致较少磨损，因此能够防止由于填充体在塑料块上摩擦而从塑料块磨下来的小塑料颗粒残留。
[0013]在一实施方式中，设备的特征在于填充体的表面面积与体积的比A/V大于具有相同体积的球的表面面积与体积的比。因而，能够优化填充体的放热。
[0014]根据设备的进一步发展，设置供给装置，该供给装置适于将填充体供给到塑料块，和/或设置分离装置，该分离装置适于使所述填充体与塑料块分开。供给装置允许在适当的时间将填充体供给到塑料块的流，分离装置允许执行进一步回收处理，由此确保没有填充体或仅极其少量的填充体被包含在塑料流中。
[0015]使用例如这些装置中的一个实现了用于加热塑料块的方法，在该方法中将塑料块填充到加热区，并且加热装置将热传导到加热区，其中将填充体导入加热区中，填充体在加热区将所吸收的热向塑料块放出。本发明允许对塑料块进行更快和更均匀的加热。
[0016]在本方法的一实施方式中，填充体与塑料块一起经过加热区或者填充体定位于加热区中。使填充体与塑料块一起经过加热区能够允许在最长可能持续时间发生热传递。将填充体定位在加热区中确保了流出该加热区或流出整个设备的塑料流不包含填充体或仅包含少量填充体，使得不会强烈影响回收处理。
[0017]本方法还可以包括在加热区中通过混合装置使塑料块混合。混合装置能够确保填充体在塑料块流中在统计学上均匀的分布。
[0018]可以借助于微波辐射源和/或红外辐射源和/或感应加热器和/或加热区的可加热的内表面区域来将热导入加热区的内部。在加热区使用用于供给热的特定的能量源能够确保以特定的方式加热塑料块。
[0019]根据本方法的实施方式，填充体在微波范围和/或红外范围具有最大吸收限度。这些填充体从相应的辐射源吸收尽可能多的能量并且能够将该能量以热的形式均匀地向塑料块放出。

【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1示出了用于加热塑料块的设备的示意图，
[0021]图2a和图2b示出了用于加热塑料块的设备的其它实施方式的示意图，
[0022]图3a至图3d示出了填充体的不同实施方式。

【具体实施方式】
[0023]图1示意性地示出了用于加热例如来自塑料块流110的塑料块(塑料小块(bit))的设备100。塑料块可以是塑料薄片和塑料球两者。基本上，该设备还能够处理其它的、更小的塑料颗粒。该设备包括加热区101，塑料块110的流被引导到该加热区101中。可以例如通过输送机来完成这种引导。加热装置130设置在加热区101中，该加热装置130能够加热塑料块。可以通过最大多样化的能量源实现该加热装置。该加热装置130可以是例如微波辐射源或红外辐射源或感应加热器，或者可以例如通过热水等加热加热区101的内壁。然后，这种热被传输到塑料块110。加热区101本身可以被构造成反应器，在该反应器中进行加热，或者加热区101本身可以例如被构造成加热螺杆(heating screw)。
[0024]可以通过供给装置120将填充体111添加到塑料块110的流。该供给装置可以是普通的供给线路，通过该供给线路将填充体111的流添加到塑料块流110。基于塑料块流110的移动，填充体111分布在塑料块流中。使得填充体111在加热区101中吸收从加热装置放出的热并且将该热向塑料块流中的塑料块110放出。因而，与并不包括这些填充体的用于加热塑料块的设备相比，基于填充体的全部表面面积，填充体111确保了对塑料块放热的增加。因而，能够实现塑料块被更加均匀地且完全地加热。
[0025]优选地，在设备的末端处将在加热区101中由加热装置130和填充体111’加热的塑料块110’与填充体111’分开。为此，例如，可以设置采用不同尺寸的筛网的形式的分离器140。可以使得例如填充体111比塑料块110大。在这种情况下，如图1所示，可以将分离器的底部设置成筛网的形式，通过该筛网将塑料块110与填充体111分开。然后，可以重复利用或丢弃填充体。由于通常在回收处理的范围内加热塑料块(在这种情况下通常为来自切碎的塑料瓶的薄片形式)以便使得将塑料块处理成新的瓶子，因此使分离器对尽可能彻底地实现塑料块和填充体的分离的效果具有高质量，使得填充体的特性不能对塑料块110’的进一步的回收处理造成负面影响。还可以是其它分离器。例如，可以使填充体111对磁场或电场起反应，使得可以借助于在设备100的末端处的强大的电磁体将填充体111从塑料块流110’过滤出来，由此防止塑料块110’受到污染。为此，还可以在一实施方式中使填充体包含响应于电磁场的金属成分。然而，还可以使用其它的、电磁感应材料。
[0026]在图1中示出的填充体111被引导到塑料块的流中并且与塑料块的流一起经过设备用于加热塑料块，这意味着填充体111与塑料块完全一样地经过具有加热装置130的加热区101。
[0027]图2a示出了另一实施方式，其中填充体被固定地连接到加热装置。在根据图2a的实施方式中，设备200包括加热螺杆201。可以水平地安装该加热螺杆201，或者以在传送方向上稍微向下倾斜的方式安装该加热螺杆201。如果该加热螺杆用作输送器螺杆，则还可以以在传送方向上向上倾斜的方式安装该加热螺杆。该加热螺杆201和周围的壳体一起限定了加热区202，例如通过供给线路251将塑料块110引导到该加热区202中。然后，力口热螺杆201的转动运动确保了塑料块被传送通过加热区202并且在该传送期间通过例如与加热螺杆的物理接触而被部分地加热。被加热的塑料块110’可以通过出口 252流出加热区。
[0028]在本实施方式中，填充体被固定地连接到加热螺杆201并且具有叶片或桨叶220的形式。加热螺杆201的转动运动确保了这些填充体220被反复地引导到塑料块110的流中。因而，在塑料块110和填充体220之间建立了物理接触。由于填充体220被物理连接到加热螺杆201 (这种连接可以是永久的或可分离的以允许更换填充体)，因此填充体220的温度也升高并且能够通过热交换加热塑料块110。在加热螺杆201的外表面上设置填充体220增大了加热螺杆201的可以用于加热塑料块的有效表面面积。此外，填充体220能够相应地刺入、浸入到塑料块110的流中，因而不仅实现了对塑料块的面向加热螺杆的表面区域的加热，而且还实现了对位于流的更深层中的塑料块的加热。这确保了全部加热。此外，将填充体设置成叶片或桨叶220的形式使得明显地改进了塑料块的流的混合(mixing)，结果是塑料块的面向加热装置(加热螺杆及与其连接的填充体)的表面区域经受持久的混合，使得进一步改进了对塑料块的均匀加热。同时，能够避免碳化或与加热装置粘结(sticking)。
[0029]在本实施方式中，还可以使填充体不被设计成大的组件、例如不被设计成连续的金属板的形式，而是还可以使单独的叶片220是叉状的，即叶片220不具有矩形板的形状，而是具有叉子状220。因而，能够甚至更有效地实现塑料块的混合，这可以进一步改进加热的最终结果。还可以使填充体220、220’相应地是弯曲的或波状的，这使得相应地增大填充体220、220’的有效表面面积，并且产生更好的热交换。
[0030]图2b示出了另一实施方式，其中填充体220被固定地连接到加热区202。在本实施方式中，通过转筒205实现了加热区202，与加热螺杆类似地将该转筒205配置成在传送方向上稍微倾斜或有斜角，以便确保塑料块110的有效流动或塑料块的有效传送。在本实施方式中，不与根据图2a的加热螺杆的情况一样，填充体220不配置在筒205的外侧，而是配置在筒205的内表面。由于填充体不仅接触与筒接触的表面区域，因而实现了填充体无论如何都会刺入塑料块流110中并且从头至尾使所述流混合。基于填充体220的形状，还可以通过填充体220的转动带起塑料块，该塑料块随后在顶部掉落到塑料块110的流上。因而，得到了塑料块的混合的更好的结果，这对于均匀加热是完全有益的。在本实施方式中，还可以采用不同的方式实现填充体220。与图2a类似地，填充体可以被设计成例如金属平板的形式，或叉子的形式。填充体还可以包括内侧弯曲部，由此增大可以用于加热塑料块的总表面面积。
[0031 ] 采用加热螺杆或筒的形式的加热区的实施方式还可以与被松散地引导到塑料块的流中的填充体相结合(参见图1)。
[0032]在根据图2a和图2b的实施方式中，还可以是将填充体220相应地非刚性地连接到加热装置、加热螺杆和加热筒，而且该连接基本上是可拆卸的。这意味着，可以例如通过卡扣系统或借助于螺纹连接将各个填充体连接到加热装置。还可以使加热装置和填充体之间的热交换不仅通过物理接触来实现，而且还为各填充体设置单独的热供给部，或者在加热区202中配置例如通过输入特定的辐射(具有特定波长范围的辐射)选择性地加热填充体220的辐射源。此外，为了得到用于塑料块110的流的更好的加热曲线，可以使填充体220被构造成为可移动的，这意味着例如它们可以转动。因而，改进了塑料块的混合，同时，创造了更大的有效的表面面积。
[0033]由于填充体220基本上是由与塑料块不同的材料制成的，还可以使整个加热区202充满如下辐射:该辐射仅被塑料块110较少地吸收，但是却被填充体220非常充分地吸收，使得它们由于福照(irradiat1n)而被加热。由于填充体220仅通过与塑料块110的物理接触而再次放热，确保了不会由于仅在塑料块的表面区域处被吸收的辐射导致的热输入引起碳化。在构造方面，这种填充体220的加热能够证明明显地比为例如在加热螺杆201或加热筒205中的各填充体设置相应的加热供给部(例如，采用热水供给线路的方式)更简单。
[0034]图3示出了用于在图1中示出的实施方式的填充体的实施方式。图3a示出了各个填充体的形状的不同实施方式。易于制造的是规则形状的填充体，其由易于切碎和成形的塑料材料或其它材料制成。然而，这些填充体具有不同的尺寸，结果是可能由于巴西果效应使得它们在塑料块的流中积聚在塑料块的流的明显不同深度的层中。因此，使填充体具有规则形状，例如球状301。球的优点在于塑料块不会由于与填充体的物理接触而损伤或磨损，这是由于球没有局部加热的塑料块可以发生磨损的棱边或角。此外，球的表面面积和体积之间的比最小，这使得与填充体的尺寸相比，得到的与塑料块的热交换很低。然而，因此能够避免塑料块的碳化。为了确保向塑料块进行非常快速的热传导，球需要相对于各个塑料块的尺寸不成比例地大。然而，如果填充体显著地大于各个塑料块，则当在通过加热区的传送期间对所有混合物进行搅动或搅拌的情况下，填充体由于巴西果效应而积聚在塑料块的上方或塑料块上、优选地积聚在一层中，使得产生塑料块一侧加热，而热输入不会如原来想要地那样被填充体传导到深处。有利地，还可以将其它几何形状用于填充体。为了防止层的改变，相应地，由于巴西果效应导致填充体在一定深度层中积聚，可以使混合仅以相对低的速度实现，使得仅减小各个塑料块和填充体的运动。这可以通过使用反应器、特别是轴反应器来实现。
[0035]因而，例如，可以使用小的圆柱板302。一方面，由于圆柱板被圆形区域限制而具有大的表面，经由该表面能够将热向塑料块放出。另一方面，关于外部形状，圆柱板在很大程度上与塑料块类似，使得如果相应地选择了密度、质量和尺寸，则圆柱板能够易于分布在塑料块的混合物中，优选地甚至在统计学上完全地分布在塑料块的混合物中，使得能够实现对塑料块的均匀加热。类似地，可以相应地使用立方体303或椭圆体304。立方体由于它们的平坦的限制表面而具有大的表面，这使得在填充体和塑料块之间产生热交换。然而，由于它们的有角度的表面使得它们具有如下缺点:在塑料块上可能产生磨损，其结果是各个塑料颗粒积聚在加热区中并且彼此粘结。可以通过使用具有如在示意图中由303表示的立方体形状但是却具有圆的角和边缘的填充体来克服该问题。
[0036]此外，可以使用更复杂的几何形状，特别地其特征在于大的表面面积，使得可以实现对周围的塑料流中的塑料块进行良好的放热。优选地，使用能够在塑料块的持久混合的流中在统计学上特别良好地分布的填充体。因而，塑料块可以具有例如以305表示的形状，其大致是具有六个臂的三维形成的交叉件(cross)。然而，由于塑料块的磨损导致成角的表面是不利的，因此三维交叉件305由圆形的臂形成，使得整个结构不具有棱边或角。该三维交叉结构具有比具有相同体积的诸如球或立方体等的规则几何结构显著大的表面面积。因此在这种情况下与放热有关的表面面积与体积的比A/V更加有利，并且允许快速的热交换。因此，该三维交叉结构特别适于塑料块的加热。然而，由于各个臂使得可能发生填充体彼此卡住，这可能导致填充体在填充体和塑料块的混合物中的某一点处积聚，最终结果是填充体在整个流中沉下或上升，这可能对均匀加热具有不良的影响。
[0037]此外，图3b示出了填充体的另一特性，对该特征的处理可以影响对塑料块的加热能力。在混合期间，由于巴西果效应，填充体越大，填充体在靠近表面的层中积聚的越多或者在塑料块的上方积聚的越多，较小的塑料块占据在混合期间或在振动过程中创造的空间，因此。另一方面，可以通过适当的材料选择来生产一定量的填充体，由于塑料块和填充体的密度导致填充体在塑料块和填充体的整个流中向下滑动。
[0038]在理想情况下，基于填充体的形状、密度和尺寸，在塑料块的流中执行填充体的分布，使得填充体在统计学上均匀地分布在塑料块流的整个范围内。因而，能够确保通过填充体对整个塑料块流进行尽可能理想的加热。例如，图3b中示出了这种尽可能理想的加热。如图所示，在加热区中，塑料块110和填充体320在竖直方向(z轴)和水平方向(X轴)两者上都均匀地分布。
[0039]然而，如果能够确保例如通过加热装置本身使得塑料块的一部分已经被充分地加热，则实际上在某些实施方式中如果例如由于巴西果效应或更大/更小的密度而使填充体产生积聚是有利的。因而，图3c示出了由于具有更大的密度而在塑料块和填充体的混合物中向下沉下的填充体。因而，能够实现例如也从远离加热设备的一侧加热塑料块。类似地，图3d示出了由于填充体的尺寸或者由于填充体的密度小于塑料块的密度而使得填充体在塑料块110上积聚的情况。因而，能够实现从顶部对塑料块的加热。为了改进对上层的加热，例如在根据图2b的实施方式中，可以附加地使用对应的填充体。由于塑料块未形成实的表面而使得填充体无论如何都将易于下沉到塑料块中，因此不仅实现了对表面区域的加热，而且还将热传导到更深的层中。
[0040]基本上，填充体的特别优选的形状是在尺寸和外部形状上与塑料块的平均情况对应的形状。也就是，填充体在任意方向(长度、宽度、高度)上具有从几毫米直到若干厘米的最大尺寸。例如，填充体可以是圆柱状的且具有lcm-2cm的半径和的高度。如果还相应地选择了用于填充体的材料的密度，则可以是如下的情况:实际上，表面面积与体积的比不具有将热输入到塑料块的理想值，但是可能因而实现了填充体和塑料块的完美的混合或尽可能理想的混合。非该形状的所有形状能够实现特定的要求，例如如果表面面积相对于体积非常大则确保了向塑料块特别快速地放热。应意识到:在塑料块流中松散地分布或者连接到加热区或加热装置的填充体的已经说明的形状仅是示例。根据需要还可以是并且可以使用任意其它形状、特别是不规则形状。
【权利要求】
1.一种用于加热塑料块(110)的设备(100)，所述设备包括:加热区(101)，在所述加热区(101)中能够加热被导入的塑料块(110);以及加热装置(130)，所述加热装置(130)适于将热传导到所述加热区(101)，其中所述设备(100)还包括填充体(111)，所述填充体(111)能够被导入所述加热区(101)中并且适于在所述加热区将所吸收的热向所述塑料块(110)放出。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其特征在于，能够使所述填充体(111)和所述塑料块(110) —起经过所述加热区(101)，或者所述填充体(220)定位于所述加热区(202)中。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述加热区包括加热螺杆(201)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述加热装置包括适于加热所述填充体的微波辐射源、红外辐射源、感应加热器、所述加热区的能够加热的内表面区域中的至少一者。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述填充体的材料的密度与所述塑料块的平均密度对应。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述填充体(220)固定地连接到所述加热区(202)的表面区域。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括配置于所述加热区且适于使所述加热区中的塑料块混合的混合装置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于，所述填充体的外部形状没有棱边和/或没有角。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述填充体的表面面积与体积的比A/V大于具有相同体积的球的表面面积与体积的比。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备(100)，其特征在于，设置供给装置(120)，所述供给装置(120)适于将所述填充体(111)供给到所述塑料块(110)，和/或设置分离装置(140)，所述分离装置(140)适于使所述填充体(111)与所述塑料块(110)分开。
11.一种用于加热塑料块(110)的方法，其中将所述塑料块(110)填充到加热区(101)，加热装置(130)将热传导到所述加热区(101)，其中将填充体(111)导入所述加热区(101)中，所述填充体(111)在所述加热区中将所吸收的热向所述塑料块放出。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述填充体(111)与所述塑料块(110)一起经过所述加热区(101)或者所述填充体(220)定位于所述加热区(202)中。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在所述加热区中通过混合装置使所述塑料块(110)混合。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，借助于微波辐射源和/或红外辐射源和/或感应加热器和/或所述加热区的能够加热的内表面区域将热导入所述加热区的内部。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于，在所述微波范围和/或红外范围内，所述填充体具有最大吸收限度。
【文档编号】B29B7/82GK104511982SQ201410498598
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】托马斯·弗里德兰德 申请人:克朗斯股份公司