EP0792694B1 - Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffes aus einem Behälter - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffes aus einem Behälter Download PDF

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EP0792694B1
EP0792694B1 EP97102463A EP97102463A EP0792694B1 EP 0792694 B1 EP0792694 B1 EP 0792694B1 EP 97102463 A EP97102463 A EP 97102463A EP 97102463 A EP97102463 A EP 97102463A EP 0792694 B1 EP0792694 B1 EP 0792694B1
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container
pipe
powder
air
pressure
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Josef Wittmann
Johann Dr. Nienburg
Jörg Dr. Sopka
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ABB Research Ltd Sweden
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ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B7/1413—Apparatus to be carried on or by a person, e.g. by hand; Apparatus comprising a container fixed to the discharge device
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S118/00—Coating apparatus
    • Y10S118/05—Fluidized bed

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling the Mass flow of a fluidized solid when it is removed from a container.
  • the method or the device is generally applicable for closing or partial or completely opening an outlet opening on a container for fluidized Solid, with an increased in the container compared to the ambient air pressure There is pressure.
  • the method and the device are particularly suitable for use in powder spraying devices for electrostatic painting.
  • a powder spraying device is, for example, in the unpublished German patent application P 195 370 89.
  • the structure of this powder spraying device is shown below 1 explained in more detail.
  • the powder spraying device is a mechanical locking system for the powder outlet.
  • control air causes this through a delivery line aspirated powder / air mixture from the delivery line to a spray nozzle and is fed via a return line into a special collecting container, where the filter is used to hold back the powder and blow off air.
  • the order and the physical principle used here requires a relatively high level of effort, a powder deposit in the area of the spray nozzle is not avoided.
  • WO-A-94/13405 also describes a system for powder spraying in which a control air the fluid mass flow is controlled.
  • a control air the fluid mass flow is controlled.
  • the fluid extraction is based on the principle of a Venturi nozzle creates a negative pressure.
  • an agitator is arranged in the container.
  • the one used Control air is blown into the pipe against the direction of the mass flow.
  • To avoid an additional cleaning air is used for powder deposits.
  • the arrangement is relatively complex.
  • the invention is therefore based on the object of a method and a device for Specify control of the exit of a fluidized solid, the aforementioned Disadvantages should be avoided.
  • the task is performed by a device for controlling the exit of a fluidized solid dissolved from a container, the device which in claim 4 indicated features, also starting from WO-A-94/13405.
  • the method and the device cause that by transverse introduction of closing air in the extraction tube the powder from the tube in a closed, under pressure standing container pushed back and thereby the powder output stopped becomes.
  • a nozzle located at the outlet will help with each spray stop the closing air cleaned.
  • the mass flow of the fluidized solid is simple Way through change of the closing air flow controllable.
  • the solids emissions can be adjusted accordingly Pressure ratios also to intermediate values between zero and a maximum value can be set.
  • FIG. 1 shows a powder spraying device already described in application P 195 370 89 1, which essentially consists of a closed container 2 with a first Chamber 3 and a second chamber 4 exists.
  • first chamber 3 opens a compressed air supply line 5.
  • Compressed air 7 passes through a frit 6 into the second chamber 4.
  • powder 8 which passes through a powder feed opening 9 can be filled.
  • the fluidized powder 8 is removed from the area of the fluid bed through a pipe 25 and by a laterally arranged on the container 2 and with a mechanical Closing device 13 closable nozzle 11 led out.
  • needles are arranged as corona electrodes 14, which coincide with a high-voltage source, not shown, are connected and charging of the emerging powder particles.
  • the shape of the emerging powder cloud 15 can by the nozzle 11 and an additional Impact body 16 are determined.
  • the shape and arrangement of the electrodes 14 can be adapted to it.
  • the air supply can be influenced and using a flow meter 18 to measure the air supply rate.
  • the outlet opening 10 for fluidizing air is through a controllable outlet valve 19 completed, with which a defined flow resistance can be set.
  • the air pressure p 1 in the first chamber 3 and the air pressure p 4 above the powder bed 8 can be regulated via the valves 17 and 19 with the aid of a control and regulating device, not shown.
  • the pressures p 1 and p 4 are measured with suitable pressure sensors.
  • the ambient air pressure is denoted by p 0 .
  • P 2 denotes the air pressure above the frit 6 and thus immediately below the fluidized powder bed.
  • the pressure drop p 1 -p 2 depends on the selected frit 6 and must be taken into account when dimensioning.
  • P 3 denotes the pressure inside the container 2 in the fluid bed at the level of the powder removal, which pressure can be adjusted by regulating the pressures p 1 or p 4 .
  • FIG. 2 and 3 each show a schematic diagram of the embodiment according to the invention a locking system for the exit of fluidized powder, which is in place of the mechanical locking system shown in FIG. 1, FIG shows the closed state and FIG. 3 shows the open state.
  • FIG. 1 Reference symbols refer to components of the same type in each case.
  • FIG. 2 shows a section of the container 2, with the removal tube 25 for fluidized powder 8.
  • the jacket of the removal tube 25 has an opening 50, into which an air tube 51 opens. Closing air L S can be introduced into the air tube 51. The method for controlling the fluid powder outlet and thus the operation of the device shown in FIGS. 2 and 3 is explained below.
  • a closing air pressure p R is established in the air pipe 51.
  • the closing air pressure p R in the extraction pipe 25 is greater than the pressure p 3 in the container 2, powder leakage is prevented; ie at a pressure ratio p R / p 3 > 1, the fluid powder 8 is pushed back into the container 2. If the closing air pressure p R in the extraction pipe 25 is less than the pressure p 3 in the container 2, that is to say the ratio p R / p 3 ⁇ 1, fluidized powder emerges.
  • a numerical example can further clarify which air pressures are required for closing.
  • a sampling pipe diameter of 8 mm air pipe diameter of 2 mm and a nozzle diameter of 0.8 mm
  • a closing air pressure p R of at least 2.1 bar is required to discharge the powder stop completely.
  • a closing air pressure p R of at least 2.4 bar is required under otherwise identical conditions as previously mentioned in order to completely stop the powder output.
  • FIG. 2 shows a state in which a closing air pressure p R that is greater than the fluid bed pressure p 3 is set by appropriately introducing closing air L S into the extraction tube 25. There is no powder leakage.
  • the closing air L S flows partly into the container 2 and partly through the nozzle 11.
  • Fig. 3 shows a state in which the supply of closing air L S is completely shut off and powder can thereby be ejected.

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  • Electrostatic Spraying Apparatus (AREA)
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  • Crucibles And Fluidized-Bed Furnaces (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung des Massenstromes eines fluidisierten Feststoffs bei der Entnahme aus einem Behälter.
Das Verfahren bzw. die Einrichtung ist generell anwendbar zum Schließen bzw. teilweisen oder vollständigen Öffnen einer Austrittsöffnung an einem Behälter für fluidisierten Feststoff, wobei im Behälter ein gegenüber dem Umgebungsluftdruck erhöhter Druck herrscht.
Besonders geeignet ist das Verfahren bzw. die Einrichtung zur Anwendung bei Pulversprüheinrichtungen zur elektrostatischen Lackierung. Eine solche Pulversprüheinrichtung ist beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 195 370 89 beschrieben. Der Aufbau dieser Pulversprüheinrichtung wird unten anhand der Fig. 1 noch ausführlicher erläutert. Im Hinblick auf den Gegenstand der Erfindung ist wesentlich, daß die Pulversprüheinrichtung ein mechanisches Schließsystem für den Pulveraustritt aufweist.
Ein solches mechanisches Schließsystem ist einem Verschleiß unterworfen. Außerdem tritt beim Sprühbeginn jeweils zunächst eine kleine Menge nichtfluidisierten Pulvers aus, da im Entnahmerohr keine Fluidisierung stattfindet. Im Entnahmerohr kann es zu Pulverablagerungen kommen.
Aus WO-A-8704643 sind eine Anordnung und ein Verfahren bekannt, mit denen die Nachteile mechanischer Schließvorrichtungen dadurch vermieden sind, daß mit Hilfe einer Steuerluft gearbeitet wird. Die Steuerluft bewirkt, daß das durch eine Förderleitung zu einer Sprühdüse geführte Pulver/Luft-Gemisch aus der Förderleitung abgesaugt wird, und über eine Rückführleitung in einen besonderen Auffangbehälter geleitet wird, wo mittels Filter das Pulver zurückgehalten und Luft abgeblasen wird. Die Anordnung und das dabei genutzte physikalische Prinzip bedingen einen relativ hohen Aufwand, wobei eine Pulverablagerung im Bereich der Sprühdüse nicht vermieden wird.
Auch die WO-A-94/13405 beschreibt ein System zum Pulversprühen, bei dem mittels einer Steuerluft der Fluidstoff-Massenstrom gesteuert wird. Bei diesem System wird aus einem drucklosen Behälter fluidisiertes Pulver durch ein außen am Behälter angeordnetes Rohr geleitet. Zur Fluidstoff-Entnahme wird nach dem Prinzip einer Venturi-Düse ein Unterdruck erzeugt. Um homogen fluidisiertes Pulver aus dem Randbereich des Behälters entnehmen zu können, ist ein Rührwerk im Behälter angeordnet. Die benutzte Steuerluft wird entgegen der Massenstrom-Richtung in das Rohr eingeblasen. Zur Vermeidung von Pulverablagerungen wird mit einer zusätzlichen Reinigungsluft gearbeitet. Die Anordnung ist relativ aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs anzugeben, wobei die vorgenannten Nachteile vermieden sein sollen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Steuerung eines Fluidstoff-Massenstromes, das ausgehend von der WO-A-94/13405 die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist, durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Außerdem wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffs aus einem Behälter gelöst, wobei die Vorrichtung die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist, ebenfalls ausgehend von der WO-A-94/13405.
Das Verfahren bzw. die Einrichtung bewirken, daß durch Quer-Einleiten von Schließluft in das Entnahmerohr das Pulver aus dem Rohr in einen geschlossenen, unter Überdruck stehenden Behälter zurückgedrängt und dadurch der Pulverausstoß gestoppt wird. Damit erfolgt gleichzeitig bei jedem Schließvorgang eine Reinigung des Entnahmerohrs. Es werden keine Feststoffe abgelagert, es treten beim Sprühbeginn keine nichtfluidisierten Feststoffteilchen aus und ein mechanischer Verschleiß bewegter Teile ist vermieden. Eine am Auslaß angeordnete Düse wird bei jedem Sprühstop mit Hilfe der Schließluft gereinigt. Der Massenstrom des fluidisierten Feststoffs ist auf einfache Weise durch Änderung des Schließluftstroms steuerbar. Der Feststoffausstoß kann durch Einstellung entsprechender Druckverhältnisse auch auf Zwischenwerte zwischen null und einem Maximalwert eingestellt werden.
Eine nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
Fig. 1
Prinzipdarstellung einer Pulversprüheinrichtung mit mechanischer Schließvorrichtung am Pulveraustritt,
Fig. 2
Prinzipdarstellung eines Schließsystems mittels Lufteinleitung in ein Entnahmerohr, wobei der geschlossene Zustand gezeigt ist,
Fig. 3
Prinzipdarstellung des Schließsystems entsprechend Fig. 2 im geöffneten Zustand.
Fig. 1 zeigt eine in der Anmeldung P 195 370 89 bereits beschriebene Pulversprüheinrichtung 1, die im wesentlichen aus einem geschlossenen Behälter 2 mit einer ersten Kammer 3 und einer zweiten Kammer 4 besteht. In die erste Kammer 3 mündet eine Druckluftzuleitung 5. Druckluft 7 gelangt durch eine Fritte 6 in die zweite Kammer 4. In der zweiten Kammer 4 befindet sich Pulver 8, das durch eine Pulverzufuhröffnung 9 einfüllbar ist.
Die Fluidisierungs-Luft 7, die durch die Fritte 6 in das Pulver 8 geleitet wird und dieses fluidisiert, kann durch eine Luftaustrittsöffnung 10 am Behälter 2 oberhalb des fluidisierten Pulverbetts 8 wieder austreten.
Das fluidisierte Pulver 8 wird durch ein Rohr 25 aus dem Bereich des Fluidbetts entnommen und durch eine seitlich am Behälter 2 angeordnete und mit einer mechanischen Schließeinrichtung 13 verschließbare Düse 11 herausgeführt.
Im Pulveraustrittsbereich 12 sind Nadeln als Korona-Elektroden 14 angeordnet, die mit einer nicht dargestellten Hochspannungsquelle verbunden sind und die eine Aufladung der austretenden Pulverpartikel bewirken.
Die Form der austretenden Pulverwolke 15 kann durch die Düse 11 und einen zusätzlichen Prallkörper 16 bestimmt werden. Die Form und Anordnung der Elektroden 14 kann daran angepaßt werden.
Mit Hilfe eines steuerbaren Lufteintrittventils 17 kann die Luftzufuhr beeinflußt werden und mit Hilfe eines Durchflußmengenmessers 18 die Luftzufuhrrate gemessen werden. Die Austrittsöffnung 10 für Fluidisierungsluft ist durch ein steuerbares Austrittsventil 19 abgeschlossen, womit ein definierter Strömungswiderstand einstellbar ist.
Der Luftdruck p1 in der ersten Kammer 3, sowie der Luftdruck p4 oberhalb vom Pulverbett 8 können über die Ventile 17 und 19 mit Hilfe einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung geregelt werden. Hierbei werden die Drücke p1 und p4 mit geeigneten Drucksensoren gemessen. Mit p0 ist der Umgebungsluftdruck bezeichnet. Mit p2 ist der Luftdruck oberhalb der Fritte 6 und damit unmittelbar unterhalb des fluidisierten Pulverbetts bezeichnet. Der Druckabfall p1-p2 ist abhängig von der gewählten Fritte 6 und ist bei der Dimensionierung zu berücksichtigen.
Mit p3 ist der Druck innerhalb des Behälters 2 im Fluidbett in Höhe der Pulverentnahme bezeichnet, der durch Regelung der Drücke p1 bzw. p4 einstellbar ist.
Die Menge des ausströmenden Pulvers und die Geschwindigkeit der Partikel beim Austritt wird durch den Differenzdruck Δp = p3 - p0, durch die Gestalt der Düse 11, d.h. durch deren Strömungswiderstand, von den Parametern des Pulvers, sowie vom Fluidisierungszustand bestimmt.
Da an den Wänden der Kammer, z.B. durch Blasen verursachte Unregelmäßigkeiten bei der Fluidisierung nicht zu vermeiden sind, wird durch ein an der Düse 11 angebrachtes Rohr 25 das Pulver aus dem Inneren der Kammer 4 abgegriffen. Damit ist eine hohe Gleichmäßigkeit des Pulverausstoßes gewährleistet.
Die Fig. 2 und 3 zeigen jeweils in einer Prinzipdarstellung die erfindungsgemäße Ausführung eines Schließsystems für den Austritt fluidisierten Pulvers, das an die Stelle des in Fig. 1 gezeigten mechanischen Schließsystems treten kann, wobei Fig. 2 einen geschlossenen Zustand zeigt und Fig. 3 den geöffneten Zustand. Mit Fig. 1 übereinstimmende Bezugszeichen beziehen sich auf jeweils gleichartige Komponenten.
In Fig. 2 ist ein Ausschnitt des Behälters 2 gezeigt, mit dem Entnahmerohr 25 für fluidisiertes Pulver 8. An einer geeigneten Stelle weist der Mantel des Entnahmerohres 25 eine Öffnung 50 auf, in die ein Luftrohr 51 mündet. In das Luftrohr 51 ist Schließluft LS einleitbar. Das Verfahren zur Steuerung des Fluidpulveraustritts und damit die Arbeitsweise der in Fig. 2 und 3 gezeigten Einrichtung wird nachstehend erläutert.
Je nach der Menge der eingeleiteten Schließluft LS und weiterer Parameter, wie Durchmesser des Entnahmerohres 25, des Luftrohres 51 und der Düse 11, Umgebungsluftdruck p0 und Fluidbettdruck p3, stellt sich im Luftrohr 51 ein Schließluftdruck pR ein.
Wenn der Schließluftdruck pR im Entnahmerohr 25 größer als der Druck p3 im Behälter 2 ist, wird ein Pulveraustritt verhindert; d.h. bei einem Druckverhältnis pR/p3 > 1 wird das Fluidpulver 8 in den Behälter 2 zurückgedrängt. Wenn der Schließluftdruck pR im Entnahmerohr 25 kleiner als der Druck p3 im Behälter 2 ist, also das Verhältnis pR/p3 < 1 ist, tritt fluidisiertes Pulver aus.
Ein Zahlenbeispiel kann weiter verdeutlichen, welche Luftdrücke zum Schließen erforderlich sind. Bei einem Entnahmerohrdurchmesser von 8 mm, Luftrohrdurchmesser von 2 mm und einem Düsendurchmesser von 0,8 mm wird im Falle eines Behälterdrucks p3 von 2 bar (entspricht 1 bar Überdruck) ein Schließluftdruck pR von mindestens 2,1 bar benötigt, um den Pulverausstoß vollständig zu stoppen.
Beträgt der Düsendurchmesser 1,0 mm, so wird bei sonst gleichen Bedingungen wie zuvor genannt, ein Schließluftdruck pR von mindestens 2,4 bar benötigt, um den Pulverausstoß vollständig zu stoppen.
Im geschlossenen Zustand wird ständig etwas Schließluft verbraucht, die teilweise durch das Rohr 25 in den Behälter 2 und teilweise durch die Düse 11 ausströmt. In Anwendungsfällen mit relativ kurzen Pausen zwischen Pulversprühvorgängen ist dieser Druckluftverbrauch ohne praktische Bedeutung.
In Fig. 2 ist ein Zustand dargestellt, in dem durch entsprechende Einleitung von Schließluft LS im Entnahmerohr 25 ein Schließluftdruck pR eingestellt ist, der größer ist als der Fluidbettdruck p3. Es findet kein Pulveraustritt statt. Die Schließluft LS strömt teilweise in den Behälter 2 und teilweise durch die Düse 11 aus.
Fig. 3 zeigt einen Zustand, in dem die Zuführung von Schließluft LS vollständig abgestellt ist und dadurch ein Pulverausstoß stattfinden kann.

Claims (5)

  1. Verfahren zur kontinuierlichen Steuerung des Massenstromes eines fluidisierten Feststoffs (8) bei seiner Entnahme mittels eines Entnahmerohres (25) aus einem in einem Behälter (2) befindlichen Fluidbett durch Einleitung einer Schließluft (LS) in das Entnahmerohr (25), dadurch gekennzeichnet, daß
    a) ein Entnahmerohr (25) verwendet wird, das mit seiner Eingangsseite in einem mittleren Bereich des Fluidbetts hineinragt, wobei an der Entnahmerohr-Ausgangsseite eine Düse (11) angeordnet ist,
    b) als Behälter (2) ein geschlossener Behälter mit einem gegenüber dem Umgebungsluftdruck (p0) erhöhter Behälter-Innendruck (p3) verwendet wird, wobei mittels Quer- Einleitung von Schließluft (LS) im Entnahmerohr (25) ein Gegendruck erzeugbar ist, der bewirkt, daß das Fluidpulver (8) teilweise oder vollständig durch das Entnahmerohr (25) in den Behälter (2) zurückgedrängt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließluft (LS) wenigstens teilweise durch die Düse (11) austritt, und insbesondere bei einem den Schließzustand bewirkenden Verhältnis eines im Rohr (25) bestehenden Schließluftdrucks (pR) zum Druck (p3) im Behälter (2) eine Reinigung des Rohres (25) und der Düse (11) bewirkt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß damit der Pulverausstoß aus einer Pulversprüheinrichtung (1) zum elektrostatischen Lackieren gesteuert wird.
  4. Vorrichtung zur Steuerung des Massenstromes eines fluidisierten Feststoffs (8) bei seiner Entnahme mittels eines Entnahmrohres (25) aus einem Behälter (2), wobei die Steuerung durch Einleitung einer Schließluft (LS) in das Entnahmerohr (25) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) das Entnahmerohr (25) mit seiner Eingangsseite in einem mittleren Bereich eines im Behälter (2) befindlichen Fluidbetts endet, und an der Ausgangsseite des Entnahmerohrs (25) eine Düse (11) angeordnet ist,
    b) der Behälter (2) geschlossen ausgeführt ist, wobei betrieblich im Behälter (2) ein gegenüber dem Umgebungsluftdruck (p0) erhöhter Druck (p3) besteht, und
    c) der Mantel des Entnahmerohres (25) eine Öffnung (50) aufweist, in die ein Luftrohr (51) mündet, über das Schließluft (LS) in das Entnahmerohr (25) mit einem einstellbaren Druck quer zum Feststoffstrom einleitbar ist, womit der Massenstrom des fluidisierten Feststoffs (8) im Entnahmerohr (25) durch geeignete Wahl des Verhältnisses von Schließluftdruck (pR) im Rohr (25) zum Druck (p3) im Behälter (2) steuerbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (2) Teil einer Pulversprüheinrichtung (1) zum elektrostatischen Lackieren ist.
EP97102463A 1996-02-20 1997-02-15 Verfahren und Einrichtung zur Steuerung des Austritts eines fluidisierten Feststoffes aus einem Behälter Expired - Lifetime EP0792694B1 (de)

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DE19606214 1996-02-20

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EP0792694A2 EP0792694A2 (de) 1997-09-03
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