CN101531057A - 用于将容器加热的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设备(1)，该设备(1)用于将容器(10)加热，特别是用于将预制件(10)加热，该设备包括具有微波发生器(22)和微波传导器的微波加热装置(20)，以及用于传送所述容器的传送装置(12)。根据本发明，该设备还包括对容器(10)进行加热的另外加热装置(4)，其中，所述另外加热装置(4)为预热单元(4)，该预热单元(4)在所述容器(10)的传送方向上被设置在所述微波加热装置(20)的上游。

Description

用于将容器加热的设备
技术领域
本发明涉及一种用于将容器加热的设备，特别是将预制件(preforms)加热的设备。
背景技术
在现有技术中，最近出现了使用塑料容器代替玻璃容器的转变。在这些塑料容器的生产过程中，使用由压缩空气进行膨胀的塑料预制件。为了进行或促进这个膨胀过程，预制件通常被传送经过加热部分。
DE 3020150 A1公开了一种用于对热塑性预制件进行预加热的设备。为了加热预制件，使用热空气来对整个预制件进行预加热，并且将预制件的基本上所有部位都充分地加热到相同的温度。
EP 1366886 A1描述了一种用于预制件的预加热装置。在这个专利中，有意地在预制件中形成一定的温度变化，从而用这种方法来提高生产出的产品的质量。
US 5718853公开了一种用于在加热容器之前对该容器进行预加热的设备。这是为了得到这样的结果，被每一个预制件吸收的热量相等，并且在预制件上均匀地分布。
由申请人的国内现有技术可以知道，不是使用红外辐射加热预制件而是使用微波辐射来代替或者选择性地外加进行。使用微波辐射可以更快地加热预制件。
由于物理学原理，微波加热需要要有谐振腔，因此这个过程不能像红外加热过程那样能够连续的进行，而是必须使用单个的微波站(microwavestation)。为了使需要的站的数量尽可能少，加工时间应该尽可能的短。微波传递给材料的热量与电场的平方以及介电损耗因子成比例：
Pheat∝ε``·E2
发明内容
本发明的目的是增加用于预制件的基于微波加热的装置的效率。还要提高这种加热装置的生产能力。
通过根据权利要求1的用于将容器加热的设备和根据权利要求9的用于将容器加热的方法来实现这个目的。
有利的实施方式和更进一步的发展方案构成了从属权利要求的主题。
根据本发明的用于将容器加热，特别是将预制件加热的设备，该设备包括具有微波发生器和微波传导器的微波加热装置。另外，该设备包括用来传送容器的传送装置。根据本发明，所述设备包括用来将容器加热的另外加热装置，其中，该另外加热装置为在所述容器的传送方向上设置在所述微波加热装置的上游的预热单元。预加热单元在这里可以理解为是指本身并不对预制件进行完全加热，而是在后续的加热过程之前对该预制件进行预加热的加热单元。
因此，本发明提出使用另外加热装置来对容器进行预加热，为了而后将所述容器提供给由微波发生单元进行的加热过程。如上所述，用微波传递给材料的热量还依赖于损耗因子ε``。由于微波电场不能被运转到所期望的高，否则会有等离子体点火(plasma ignition)的危险，所以本发明提出了由介电损耗因子来增加发热量。
为此，本发明利用了介电损耗因子的温度依赖性。在综合测试中发现，在温度范围从10℃到100℃之间，PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的介电损耗因子的数值上升到大约四倍。因此，通过对预制件进行预加热，可以提高损耗因子，从而也可以在恒定的电场下相应地增加发热量。
优选地，所述另外加热装置包括供气单元，该供气单元为容器提供被加热的气流。从而以预加热为目的地将容器置于此，特别是受到热空气的作用，从而用这种方法来增加微波加热装置的效率。优选地，微波加热装置包括谐振器。
在一种有利的实施方式中，该设备包括热交换器，该热交换器与微波发生单元或微波发生器具有热交换连接。在微波加热预制件时，在磁电管中产生废热，这就是说微波源所浪费的热量超过总能量的30％。这些热能通常通过冷却水回路从磁电管中被转移掉，并且经由现有技术的热交换器消散于外界。在本优选实施方式中，提出也要利用这些能量来加热PET预制件。这样，设备整体的能量效率就可以提高了。此外，可以通过另外的装置来加热由热交换器加热的空气，因而可以达到高于热交换器的温度水平。这可以特别有用，因为任何的预加热都对后面的微波辐射过程的能力有积极的影响。
还应该注意的是，微波加热的情况下，由于预制件的几何形状，内侧被加热的程度要超过外侧。为了抵消在外壁和内壁的温度梯度，加热装置被优选设计为特别地对预制件的外壁进行加热。这样，可以预先在预制件上提供反方向的梯度，这样可以达到对预制件的整体进行一致的加热，即可以达到两个梯度差不多相互抵消的结果。在本实施方式中，因此提出了另外加热装置，该另外加热装置被设计为首先对容器的外壁进行加热，例如将被加热的空气导向容器的外壁上。
在另一种有利的实施方式中，加热装置被设计成对容器的不同局部区域以不同的方式加热。更具体的说，在这种情况下，能够通过单独供给以定向的方式对预制件的特定区域进行加热。在用微波辐射加热的情况下，会出现某些难以对付的区域，例如预制件的下方区域的基底圆拱形。可以将这些难以对付的区域加热到更强的程度，而另一方面例如接口或螺纹(thread)却不被加热甚至同时被冷却。也可以仅对预制件的特定区域进行预加热。
在另一种有利的实施方式中，所述设备包括了传送装置，其中，该传送装置具有至少两个不同的温度区域，其中容器在不同的区域中被不同地加热。例如，容器可以被引导穿过一个通道，而在这个通道中可以形成两个不同的温度区域。用这种方式，容器的螺纹被安排在通道的上面。这样，就能避免对螺纹的任何加热。
通过该传送槽传送容器，此处的传送槽由侧壁和底部限定。
优选地，提供屏蔽装置来防止容器的螺纹区域被加热。在对容器的处理过程中，容器的螺纹区域是非常敏感的，因为过度的加热会导致该区域的变形，并且可能因此导致整个预制件被毁掉。
本发明还涉及一种用于膨胀预制件来形成容器的***，该***包括上述类型的设备和鼓风装置(blowing device)，该鼓风装置在容器的传送方向上被安置在所述设备之后，用压缩空气膨胀预制件来形成容器。此处，由上述设备加热的预制件在鼓风点被膨胀(在鼓风/拉伸过程的环境中)形成容器。为了实施该鼓风过程，需要对容器进行适当的加热。优选地，用于加热容器的设备被设计成这样，待加热容器要至少在某些部分被单独地引导，并且被单独地传送到下游的鼓风装置。
本发明还涉及一种将容器，特别是预制件加热的方法，其中使用第一传送装置转送容器，并在传送过程中，以加热为目的地使用微波加热装置对所述容器进行微波辐射。根据本发明，在接受微波辐射之前，使用另外加热装置对该容器进行加热。
优选地，用来对容器进行加热的另外加热装置使用来自微波加热装置的废热。
在另一种有利的方法中，使用另外加热装置分别对容器的不同区域进行不同的加热。通过这个过程，如上所述，容器的某些难以对付的区域可以进行比其它区域更大程度的加热，以用这种方法使微波装置对容器的整体均匀加热。
在另一种优选的方法中，待加热的容器的区域被连续地移动和/或加热，特别是相对于微波加热装置被连续地移动。优选地，容器相对于另外加热装置被单独地引导。
优选地，容器的某个区域不被微波加热装置加热，尤其是上面所提到的，容器的接口或螺纹区域。优选地，这一区域也不被另外加热装置加热，或者被屏蔽以防止被加热装置加热。
在另一优选方法中，容器在加热过程中被沿着垂直于容器纵轴的方向传送通过微波加热装置。这就是说优选地竖直传送该容器。
在另一种优选的方法中，所述另外加热装置将容器的中间区域加热到40-60℃的温度，优选为45-55℃。通过由15℃预加热到约55℃，损失因子大约变成原来的两倍，因此，如上所述，输出的热量也变成了约原来的两倍。容器的中间区域应理解为特别指位于支撑环和基底圆拱形之间的区域。
在另一种优选的方法中，所述另外加热装置将容器的下方区域加热到50-80℃的温度，优选为60-70℃。如上所述，该容器的下方区域是难以对付的区域，即，对该基底圆拱形进行更强程度的加热才能使该微波加热装置对整个容器的加热均匀。
附图说明
通过附图，可以看出更多的优点和实施方式。
附图中：
图1表示用于预制件的加热设备，该加热设备包括微波加热装置；
图2为说明本发明的用于将容器加热的设备的示意图；
图3为说明介电损耗因子与温度之间的关系的图表；
图4为用于本发明的设备的另外加热装置的局部视图；
图5为用于本发明的设备的另外加热装置的局部视图。
具体实施方式
图1表示了用于预制件10的循环加热设备，其中，预制件10在加热处理的过程中沿着该加热设备的***移动，即，在这种情况下是在圆周线路上。为了达到这个目的，提供了第一传送装置，该第一传送装置总体标记为12。所述加热设备包括传送器25，该传送器25同时被设计为矩形空心管路，也就是用作导波器。各种结构单元(例如8个微波发生器22)均附着到所述传送器。附着到所述传送器的单元一起绕着机械轴X旋转。
附图标记24表示谐振器，此处该谐振器形成所述微波加热单元的部分。所述谐振器24为中空的圆片形的或圆盘形的器件，并在该器件的中心设置有圆孔。选择所述圆孔的外部尺寸使得待加热的预制件能够通过该孔，所述谐振器24的厚度仅相当于所述预制件的高度的一部分。
附图标记26表示运动单元，通过该运动单元使所述预制品能相对于所述谐振器发生移动。附图标记23表示微波调谐器，使用该微波调谐器可以通过改变该微波加热单元的传导空间来影响微波，也就是，例如，分配给***的预制件的场强必须最优化，使得反射的能量以及没有被该预制件吸收的能量最小化。本发明的发明人已经在德国专利申请No.[102007022386.4]中详细地描述了图1所示的设备，该专利申请现在还没有被公开，此处将该申请的内容一并全部引入作为本申请的参考。
图2表示本发明的设备的示意图，以对本发明进行说明。此处，也是再次地表示出了微波加热单元20，该微波加热单元包括谐振器和微波传导器25。所述微波加热单元20与用于所述容器的另外加热装置(整个标记为4)之间热交换连接。这样，来自微波加热装置的废热用于预加热该容器。更具体地，附图标记8表示热交换器，通过该热交换器生成被加热的空气。附图标记5表示鼓风机，通过该鼓风机可以将被加热的空气提供给所述容器。
将整个微波过程产生的热量(即，特别是来自磁电管、水载荷和中空传导器冷却的废热)收集到冷却水回路中，并且传递给热交换器8。所述热交换器8向由通风设备或鼓风机5产生的气流输出热量。然后，在所述预制件被所述微波加热装置加热之前，该气流从所述预制件上流过。可以是向所述被加热的空气鼓风，也可以是吸气。可以经由供给线7向斜槽32提供热量，在斜槽32中放置所述预制件。附图标记34表示传送装置，例如，将所述预制件供入另外传送装置14的向上倾斜的带子。在这个区域，也是可以通过空气供给线6将被加热的空气提供给预制件。在这个区域，可以向已经被分隔开的预制器提供热空气。在传送装置34(即，向上倾斜的带子)上传送的过程中，也可以选择性地使用另外供气装置(未表示出)对容器10进行加热。另外，还可以通过附加的装置(未示出)向空气提供额外的热量。结果，发生对气流的加热超出该热交换器的水平。因而可以确保十分有效的微波加热。
此外，还可以使用用于预制器的特别延长的单一供给，在其中所述预制件停留更长的时间，这样为了使被加热的时间更长。在这种情况下，可以使被加热的空气在该预制件的不同区域处于不同的温度，下面将会对此进行更详细的解释。如果该预制件已经在斜槽32中被加热，此处使用的热空气的温度为25-40℃，优选为25-35℃，特别优选为约30℃。为了在另外传送装置14中的加热，所使用的热空气可以处于约60℃的温度。
图3为说明PET的介电损耗因子ε``与温度之间的关系的图表。可以看出，在温度为20-80℃之间时，介电损耗因子变成了原来的3倍。即使将该预制件加热到约60℃，也会使得介电常数变成原来的两倍，从而PET的热吸收也变成原来的两倍。
图4只表示了所述另外加热装置4的部分视图，具体地为所述另外传送装置14的一部分。在这种实施方式中，所述另外传送装置14具有形成在两个室内或者传送槽15和13内的温度区域16和17。此处，所述容器10的不同区域被不同地加热。例如，容器10的底部或基底拱形区10b与中间区域10c被不同地加热。
还可以将所述被加热的空气还用于传送或运输所述预制件，或者所述另外传送装置14被设计成空气传送器，或者提供所述被加热的空气从而至少协助传送所述预制件。
在这种情况下，所述容器的支撑环10d可以支撑在所述另外传送装置14的外壁或上侧28上。这样，可以将所述预制件的螺纹区域10a置于所述传送装置的外面，因而不对其进行加热。因此，该上侧同时用作屏蔽装置。这样，所述螺纹区域10a置于室温的温度环境中。通过这种方式，以定向的方式对所述预制件的某些区域进行预加热。此处，所述难以对付的基底拱形区10b可以被更大程度地加热，例如，加热到约65℃。在本实施方式的容器中，该容器的中间区域10c可以被加热到50℃。此外，由于所述螺纹区域10a位于所述另外传送装置14的外侧，甚至可以对该区域进行冷却。
附图标记18表示将两个温度区域16和17彼此分隔开的网。从而可以向较低的温度区域16和较高的温度区域17提供不同温度的空气，优选地使用不同的供给线。
对所述预制件进行预热的温度优选越高越好，但是优选地低于该材料的玻璃化转变温度。当使用PET时，这个温度约为70-75℃。此外，如图2所示，在将所述预制件从所述斜道中分离出来前，温度不应该太高，这样该预制器不会彼此粘住，然后阻碍分离过程。如上所述，该区域的优选温度为30-40℃。还应该注意的是，预制件的接口(即螺纹区域10a)以及支撑环10d不应该被加热到50℃以上。
图5表示了本发明的设备的另一种实施方式。在这种实施方式中，在温度区域16和17中额外地使用了红外线发射器27和21，该红外线发射器27和21额外地对关键的基底拱形区10b和支撑环10d的下方区域10e进行加热。使用这些额外的红外线发射器21、27或红外加热单元，可以预先或随后纠正这些区域的温度(向更高温度方向)。
本申请文件中公开的本发明的全部实质性特征单独地具有新颖性，或者与相关的现有技术结合具有新颖性。

Claims (15)

1、一种用于将容器(10)加热的设备(1)，特别是用于将预制件(10)加热的设备(1)，该设备(1)包括具有微波发生器(22)和微波传导器(25)的微波加热装置(20)，以及传送所述容器(10)的传送装置(12)，其中，该设备(1)包括将容器(10)加热的另外加热装置(4)，其中，所述另外加热装置(4)为在所述容器(10)的传送方向上被设置在所述微波加热装置(20)的上游的预热单元(4)。
2、根据权利要求1所述的设备(1)，其中，所述另外加热装置(4)包括供气单元(6，7)，该供气单元(6，7)使所述容器(10)受到被加热的气流的作用。
3、根据前述任意一项权利要求所述的设备(1)，其中，该设备(1)包括热交换器(8)，该热交换器(8)与所述微波发生单元(20)之间热交换连接。
4、根据前述任意一项权利要求所述的设备(1)，其中，所述另外加热装置(4)被设计成对所述容器(10)的不同局部区域以不同的方式进行加热。
5、根据前述任意一项权利要求所述的设备(1)，其中，该设备(1)包括另外传送装置(14)，其中，该另外传送装置(14)具有至少两个不同的温度区域(16，17)，在该至少两个不同的温度区域(16，17)中对所述容器(10)的不同区域进行不同的加热。
6、根据前述任意一项权利要求所述的设备(1)，其中，所述另外传送装置(14)具有传送槽(15)，所述容器通过该传送槽进行传送。
7、根据前述任意一项权利要求所述的设备(1)，其中，该设备(1)具有屏蔽装置(28)，该屏蔽装置(28)防止所述容器(10)的螺纹区域(10a)被加热。
8、一种用于将预制件(10)膨胀以形成容器的***，该***包括前述任意一项权利要求所述的设备，以及在所述容器的传送方向上设置在所述设备(1)后面的鼓风装置，该鼓风装置使用压缩空气来将所述预制件(10)膨胀以形成容器。
9、一种用于将容器(10)加热的方法，特别是用于将预制件(10)加热的方法，其中，使用第一传送装置(12)传送该容器(10)，在该传送过程中，以加热为目的地用微波加热装置(20)对所述容器(10)进行微波辐射，其中，在受到微波辐射之前，使用另外加热装置(4)对所述容器(10)进行加热。
10、根据权利要求8所述的方法，其中，用于加热所述容器(10)的所述另外加热装置(4)使用来自所述微波加热装置(20)的废热。
11、根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，由所述另外加热装置(4)对所述容器(10)的不同区域进行不同的加热。
12、根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述容器(10)的待加热的区域被连续地移动和/或加热。
13、根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述容器(10)的区域被屏蔽以防止被所述另外加热装置(4)加热。
14、根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述另外加热装置(4)将所述容器(10)的中间区域(10c)加热到40℃-60℃，优选为45℃-55℃。
15、根据前述任意一项权利要求所述的方法，其中，所述另外加热装置(4)将所述容器(10)的下方区域(10b)加热到50℃-80℃，优选为60℃-70℃。
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