用于材料空气处理和输送的装置 技术领域
本发明涉及一种用于在至少局部流化层内处理和输送材料的装置，所述材料包括固体材料的片状物或颗粒，该装置包括用于材料的穿孔槽底部和用于产生流过所述槽底部和所述材料的向上的空气或气流的装置。
背景技术
在工业规模的对食品热空气处理中，利用连续工作的空气处理装置，这种空气处理装置通常根据流化层原理工作。在此，术语“热空气处理”指利用冷空气或气体致冷或冷冻，而利用热空气、气体或气流等加热、干燥或增湿。在这种情况下，被空气处理的产品在连续的工艺线上输送并在第一位置进入流化层，进而在流化层内被输送到第二位置。当产品到达第二位置时，其被立即处理，并离开流化层。在装置中使处理空气从穿孔槽底部下面向上流过穿孔槽底部，并流过定位在该槽底部之上的材料，完成材料的流化。热传导在流化状态中较好，因此可得到快速且有效的处理(冷冻/加热)。
在完全流化状态，产品自动从第一位置输送到第二位置，其中，材料在第一位置到出，并被允许在第二位置的例壁/边缘(溢出)上流动。得益于流化作用，材料之间的特性就象流体一样。然而，例如，当要被处理的材料包括精细地、重的和/或不规则的物品时，完全流化层通常是不能实现的。其原因在于通过该层的气流不能总是受到控制，因此所需求的致冷/加热处理不利于产品和输送。那么该层只保持部分流化、半流化，在这样的状态下，产品将整体或局部停留在穿孔槽底部上。
很多装置是公知的，这些装置的目的在于改善与上述问题有关的输送。在一种公知类型的装置中，包括其侧壁/边缘的穿孔板，即，槽，或只是穿孔槽底部，通过在材料输送方向上的前后对称移动加以振动。该目的是使材料更好地扩散和分离，由于流化效应使输送更容易。在另一相似类型的装置中，槽取代为在垂直方向振动以取得相同的效果。
解决上述问题的另一方法为给装置设置一环形网状传送带，传送带在输送方向运行的部分设置在穿孔槽底部上方，而返回部分设置在穿孔槽底部下方。或者，传送带可以成型(一般是塑料的)，从而其一起形成有传送带和穿孔槽底部。
在一些简单的装置中，不使用穿孔槽底部，而只使用网状传送带。
上述类型的一种公知装置示于美国专利US 4,283,923中，该装置包括作为流化层底部的底板和设置于底板上的网状传送带，该网状传送带设置成在输送方向上前后对称振动。
在美国专利4,628,838中，示出了一种用于在流化层中燃烧材料的装置，形成了用于流化层的透气基体的过滤板被设置成振动，以便当发生湍流的流化移动时，利于燃烧材料从入口端向出口端的输送。
美国专利US 4,821,654公开了一种具有流化层的熔炉，其被描述为用于地基砂石的热机械再生。流化效应描述为通过流化层底部的振动而增强，该振动也被认为利于砂石从入口端向出口端输送。
用于在流化层中冷冻食品的另一种装置在美国专利US 5,447,040中示出，传送带设置成至少周期性地驱动于与食品输送方向相反的方向上。此目的是消除冰块的形成。
原理上，上述方法和装置必定对其目的起到良好的作用，但这些装置制造昂贵、需要维护并难于清洁。尤其是在食品工业上，清洁方面非常重要。
发明内容
本发明的目的是：提供一种装置，其用于(优选地)在至少局部被流化的层中连续地处理并输送由固体材料的片状物或颗粒所构成的材料，使得能缓解或克服前述问题。
从而，根据权利要求1提供了这样一种装置，其中，槽底部在输送方向上向前后振动，用于自动输送至少局部由槽底部载送的材料。特别是在局部被流化的层内，即，在向上的气流的流化不足以使材料象流体那样流动的地方，槽底部的一部分上的振动/移动能在输送方向自动移动材料。
由于不需要传送带或带驱动机构，本发明装置的制造和维护相对便宜。由于可以避免难于到达的隐蔽处，例如在传送带下方传送带轨道上不拆开设备而无法到达的地方，清洗明显更容易一些。由于与带有传送带的装置相比卫生状况显著不同，根据本发明的装置具有获准新用途的资格。
根据本发明的装置的输送原理是：使槽底部在输送方向上以不足以克服所输送材料和槽底部之间的静摩擦力的加速度而移动。所以，槽底部在输送的方向上载送材料与材料一起移动。当槽底部已经到达移动的终点位置时，方向改变，使其在输送方向的相对方向上足够快地加速，快的程度足以克服所输送材料和槽底部之间的静摩擦力。然后，该材料被设定成相对槽底部运动。
应理解的是：所提及的所有加速度是绝对值，加速度的方向从文中显而易见。
根据本发明的一个方面，槽底部被设置成在输送方向的相对方向上移动如在传动方向那么远，槽底部在输送方向上或输送方向的相对方向上没有任何净移动。
根据本发明的另一方面，由于槽底部在输送方向的相对方向上及在输送方向上的移动，并由于流化效应，而在槽底部上进行材料的独自输送。本发明的特征在于：不需要进一步的输送能量，例如，具有输送方向上的净移动的网状传送带、输送方向上的载体气流等。然而，自然的是，没有什么能阻止本发明与这些方法的结合。
根据本发明的一个实施例，设置了第二下部槽底部，其相对上部槽底部移动并成型，从而通过双槽底部的空气速度以被受控的方式局部受限并释放。通过部分地限制空气，在空气不受限制的区域中可得到增速气流，被限定的总气流通过产品层。由于使材料在垂直方向移动以及当材料下落时撞击槽底部，有助于改善材料分离，其中材料下落是由于对向上气流的暂时限制而引起的。
根据本发明的该实施例，装置的分离原理是：下部槽底部形成有小孔，最好是在整个槽宽度上的横向狭缝，其中放置有均质材料。所以，该小孔起到气体通道的作用，而均质材料起到屏障的作用。该第二槽底部设置成沿输送方向以每分钟20-180个周期的频率前后振动。这些周期的结果是每个周期内的气流瞬间减弱，使被处理及被输送的材料以与该周期相同的频率下落或至少向下垂直移动。
【附图说明】
下文从涉及致冷器的优选实施例着手，并参照附图，详细描述本发明。
图1示出根据本发明优选实施例，用于在至少局部流化层内对食品连续致冷的装置的横截面图；
图2A示出图1所示的装置内的槽底部在输送方向的A-A横截面图，其中槽底部位于其移动的起始位置；
图2B示出与图2A所示相同的槽底部，但其处于其移动的终点位置；
图2C示出与图2A和2B所示相同的槽底部，其回到了其移动的起始位置；
图3示出根据图2A、2B、2C的槽底部，且具有3A、3B、3C中部分的位置标记；
图3A示出本发明实施例的第二槽底部9如何可移动地设置于图1-2的第一槽底部之下的横截面图；
图3B示出与图3A所示相同的槽底部，但其处于其移动的相对端位置。
具体实施方式
在图1所示的装置中，绝缘壳体被标识为1。穿过该装置的材料7，即，在示例中表示要被冷冻的食品，作为一层以垂直于图纸平面的方向在穿孔槽底部5的上面穿过该装置。用于材料层至少局部流化的气流由一个或多个风扇3产生。气流穿过槽底部5、穿过材料7并进一步穿过一个或多个冷却槽(battery)2。在冷却槽中，空气温度降低，此后，再次使空气穿过风扇，并且进一步穿过槽底部和材料。
材料7，即，例如是农作物、玉米、菜花、油炸土豆片、椰菜等的要被冷却的食物被带入该装置第一位置B中，见图2A、2B、2C。材料在槽底部5之上输送到第二位置C，在此，材料在一侧壁/边缘6上离开槽底部。随着气流从下部渗入材料层7，形成至少是半流化层。得益于流化效应，随着新材料在B处倒出，而被处理的材料在C处排空，材料部分地自动从位置B输送到位置C。根据前述问题，流化作用是不需要的，而需要一些辅助作用来进行输送，这些辅助作用通过本发明可得。输送时间，即，在装置中的驻留时间取决于产品不同而一般大约为5-25分钟。
槽底部5由穿孔板或细长轨道构成，优选地是均质聚合物材料，如塑料或特弗隆。所述穿孔一般由直径为2-7mm的多个孔构成，而孔之间的中心距为5-30mm。板或槽底部适当具有大约15mm的厚度和3-15m的长度。槽底部的面积一般可达到30m2。根据本发明，槽底部5设置成在材料7的输送方向上以加速度不对称的方式前后往复移动。
在图2A中，示出了槽，其中槽底部5相对周围处于其起始位置，该位置相对周围位置由虚线D-D示意性标识。在槽移动循环的起始位置，被处理并输送的材料处于相对槽底部和周围的第一位置。为了说明在循环过程中材料如何输送，材料的一特定部分被标记为实心点。在起始位置，被标记的部分正好在图2A中线D-D的右侧。
目前，槽底部5或整个槽在材料输送方向，即，向着图左侧，以小于μs×g的加速度a1移动了距离x，μ为槽底部和材料之间的静摩擦系数，而g是重力常数。在输送方向相对周围的加速度a1选择成在加速过程中的整个阶段或主要阶段上小于μs×g，材料在输送方向上与槽底部一起移动。当在输送方向上达到理想的速度时，可以无加速度地持续移动。在整个阶段或主要阶段中，材料7和槽底部5之间的加速度等于零。当移动已经达到距离x时，该距离x可以例如为0.05-0.5m，优选为0.08-0.3m，且更优选为0.1-0.2m，则材料跟随着移动，且被标记的部分目前(图2B)正好到达线D-D的左侧。
现在，槽底部返回了距离x，以进行复位移动(图2C)，在至少复位移动的一部分内，优选是在初始阶段，在材料输送方向的相对方向上，相对材料的加速度a2被选定成超过μs×g。得益于较高加速度和材料的质量惯性，材料和槽底部之间的静摩擦力被克服，槽底部在材料下方移动。当槽底部和材料开始相对彼此滑动时，材料和槽底部之间的加速度a2可以减小到大于μd×g，μd为槽底部和材料之间的动摩擦系数。然而，优选的是在复位过程中的整个阶段或主要阶段内加速度超过μd×g。槽底部还设置成在整个阶段或该阶段的一段内，相对于在输送方向相反的方向上输送的材料的加速度，优选地在主要阶段内呈现加速运动。材料目前相对槽底部向左移动，然而，材料相对槽底部的移动被动摩擦造成的值μd×g延缓。
当槽底部已经返回到其起始位置(图2C)，由标记部分表示的材料已经在输送方向移动。如需要的话，与槽底部一同移动的边缘6在输送方向的相对方向上移动过程中可以掉落或降低，以防止材料“再次捆绑”住边缘。边缘6进一步适当成形，使其高度对于不同的应用场合可调整，如，其在槽底部内具有褶皱(fold)，该褶皱可以设定成较大的角度而使褶皱较浅，或设定成较小的角度而使褶皱较深。在位置B处，相对侧壁/边缘适当静止，即，其不会跟随槽底部移动。
图2A-2C所示的移动循环以每分钟0.1-60个周期连续重复，优选以每分钟1-30个周期，且更优选以每分钟1.5-20个周期，材料以基本连续的方式流动，均匀地从第一位置B流过槽底部5到达第二位置C。材料的理想净速度为0.03-4米/分钟，优选是0.1-3米/分钟，且更优选是0.2-2米/分钟。
在某些情况下，当理想输送速度和装置尺寸导致所需的每分钟周期数较少时，除了处理传输移动循环之外，可以适宜地在输送方向上前后对称地振动槽或槽底部，以使材料良好地扩散和分离，即，增加流化效应。这类对称振动可以用与上述输送循环相同的行程x来进行，即使在前后移动中该加速度有所不同，但在向前和复位移动中以相同的加速度和最大速度，或至少以不会导致其本身输送材料的加速度。在此，槽或槽底部的移动可以以每分钟45-180、优选为55-150，而更优选为65-130个周期进行，只有这些周期中的一些(根据上文)作为输送周期，而其余周期作对称振动。理论上，所需的每分钟输送周期数可这样计算：
L/(x×t)，式中：L是槽底部的长度，以米为单位；x是行程，以米为单位；而t是所需的驻留时间，以分钟为单位。
此外，用于在装置内产生向上流动的空气或气流的装置适当设置成以每分钟60-90个脉中的频率使空气或气流脉动。该脉动在每个暂时减弱的脉中上产生气流，使被处理和输送的材料以与脉动相同的频率落下或至少垂直向下移动。根据本发明，空气或气体脉冲可以与在输送方向上和相对输送方向的方向上的槽底部的输送移动同步，从而在流动减弱的空气或气体脉冲期间，输送方向上的输送移动与落到槽底部的材料相关一起进行。所以，槽底部相对输送方向的移动最好与材料移动相关进行，或至少与材料在空气或气流随着脉冲再次增强时局部向上移动相关联。
槽底部前后的移动可以以各种方式实现，例如利用偏心盘，气动缸等，可行的是通过预编程的或计算好的算法来控制加速度和速度。当例如使用电控气动缸时，速度和加速度可以通过调整气流而予以调整。
例如，设备可以在该方面编程，从而操纵者只需将产品类型和操作程序类型、以及改变输送速度的选项输入到计算机中。
由于在流化作用中，存在的空气有时不足以将有粘度即粘性材料彼此分离，所以在某些情况下需要对分离进行辅助作用，该辅助作用根据本发明实施例通过如图3、3A、3B所示的组合的槽底部5、9来实现。
在槽底部5之下，设置了下部槽底部9。该槽底部形成有横向孔10，优选地是在槽整个宽度上的5-20cm宽的狭缝，且在其间设置有横向均质材料，该材料也是5-20cm宽。在此，孔的作用为空气通道，而均质材料的作用为空气屏障。从而实现了空气的局部限制，而由孔实现了空气速度的增大。根据如何选取孔和均质材料之间的比率来确定空气速度的增大量。
该第二槽底部被设置成：其可以以每分钟20-180个周期的频率沿传输方向对称地前后振动。这些周期意味着在每个周期中的气流由其孔11在上部槽底部5的区域中暂时减弱，这些孔15临时设置在下部槽底部9的均质部分上，使被处理及输送的材料落下或至少垂直向下移动。图3B示出当下部槽底部9移动到其一个端部位置时，下部槽底部9内的基准点E如何相对上部槽底部5内的基准点F移动。
槽底部的前后移动可以以各种方式实现，例如，利用偏心盘、气动缸等。
根据本发明的一方面，该装置设计成：槽底部可以拉出以备清洗，优选的是，由于该装置可以在一个或两个山墙端(gable ends)打开，所以槽底部设置成可以在纵向拉出。当槽底部要被去除时，产生移动的机构如气动缸从槽底部释放，并且槽底部在纵向上被拉出，其最好在沿各纵向侧的轨道上或辊之间运行。然后，操纵者可以进入槽底部所在的装置中，以清洗装置的内部。有利于此的一个条件是：根据本发明，在装置中不需要网状传送带。由此，该装置与传统装置相比也很小，这是由于在装置内部不需要单独的人行通道。
示例
在所构想的算法示例中，材料和槽底部之间的静摩擦系数μs＝0.05，而动摩擦系数μd＝0.01。重力常数g＝9.82m/s2。在一个周期中，槽底部在输送方向移动距离x＝0.1m，且回程相同。槽底部为8米长，并且每分钟完成5个输送周期。
关于输送方向上的槽底部的移动，加速度被选择成在整个阶段或主要阶段低于μs×g，即，a1＜0.05×9.82m/s2＝0.49m/s2。当达到理想速度时，该移动可以在不需要进一步的加速度下持续，直到达到距离x。
现在，槽底部改变方向，且初始产生大于0.49m/s2的加速度，用于克服静摩擦。当该材料开始相对槽底部滑动时，材料和槽底部之间的加速度可以减小到大于μd×g，即，a2＜0.01×9.82m/s2＝0.10m/s2。
根据理论算法，该材料设定有0.5m/min的净速度，设定了大约16分钟的由此产生的驻留时间。
本发明并不局限于上述的实施例，而可以在所附权利要求书的范围内变化。从而可以意识到：例如，在至少局部被流化的层内的输送原理也可以应用于不同于用于食品致冷、烘烤、干燥及加湿的流化层类型中，例如，在燃烧炉的流化层中。还可进一步意识到：输送原理也可以应用于完全非流化的传送带中，本申请人保留在后期为此申请专门的专利保护的权利。
关于本发明的输送原理，可以意识到：在输送方向上和其相反方向上的加速度可以在短时间内超过或低于所示的界限值。然而，该原理为：输送方向上的移动被设计成材料主要跟随槽底部进行移动，而在与输送方向相反方向上的移动被设计成材料主要在槽底部上滑动。
也应意识到的是，除了上述的具有单独槽底部的实施例外，该装置还可以具有多个槽底部，其中多个槽底部可以单独排列，以在输送方向上或与输送方向相反的方向上移动。例如可能会是这样的情况，其中装置包括用于材料表面预冷却的第一槽底部和用于材料快速冷却的第二槽底部。这两个槽底部可以优选地如上所述在装置的各山墙端拉出，以备槽底部和装置的清洗。