用於形成二氧化碳顆粒之方法及裝置

专利摘要:
一造粒機筒之外部周邊無阻礙物，允許最大化通氣孔之數量、位置及尺寸，藉此改良自內部腔室排出之氣體的流率，允許提高顆粒製造之效率。通氣孔上之濾網安置為鄰近筒側壁之內部表面，從而減少雪可累積之體積，藉此避免降低通氣孔通道中之雪累積導致之來自該內部腔室的氣體的排放。
公开号:TW201300216A
申请号:TW101118052
申请日:2012-05-21
公开日:2013-01-01
发明作者:Richard C Moore；Scott T Hardoerfer；Brandon R Groves
申请人:Cold Jet Llc；
IPC主号:B30B11-00

专利说明:
用於形成二氧化碳顆粒之方法及裝置
本發明係關於形成一低溫材料之固態微粒，且係特別關於一種用於自液態二氧化碳形成二氧化碳微粒之方法及裝置。
本發明主張2011年5月19日申請，名為「Method And Apparatus For Forming Carbon Dioxide Particles」之美國臨時專利申請案第61/487,837號的權利，該案以引用之方式併入本文中。
諸如固態二氧化碳之固態低溫材料具有很多用途。固態二氧化碳已久被用來保持諸如食品或飲料之物品於所需之冷卻溫度。在特定食品服務應用中，已使用固態塊狀或餅狀二氧化碳，將其安置於一給定體積內並鄰近設法維持於一所需溫度或一所需溫度以下之物品。已知切割所需尺寸之成形二氧化碳塊，或自較大二氧化碳塊切割所需尺寸之成形二氧化碳塊。亦已知藉由重新形成二氧化碳微粒為二氧化碳塊來形成所需尺寸之二氧化碳塊。
固態二氧化碳微粒亦已被用於二氧化碳微粒噴砂系統達數十年之久。通常，二氧化碳微粒，無論係粒狀或顆粒(亦被稱為噴射介質)，被饋送至一輸送氣流中且作為夾帶微粒輸送至一噴砂嘴，該等微粒及輸送氣體自該噴砂嘴排出，被導向一工件或其他目標。
固態低溫微粒，尤其係但不限於二氧化碳微粒，可由多種方式形成。此等固態微粒可藉由將液態低溫材料轉變為小固態微粒(「雪」)且將其壓縮為較大部分(「顆粒」)形成。例如，二氧化碳顆粒可藉由下列步驟形成：產生二氧化碳雪，諸如藉由將液態二氧化碳傳遞通過一相變噴嘴，諸如美國專利第5,018,667號中所描述；及藉由迫使該雪通過模開孔而將該雪形成為二氧化碳顆粒，諸如美國專利第5,301,509號及第5,473,903號中所描述。氣相係伴隨固相如雪之形成之此過程的一副產品。美國專利第5,018,667號、第5,301,509號及第5,473,903號，均以引用之方式併入本文中。
如該'509及該'903專利中所描述，參考其之圖1及圖2，一造粒機可用於藉由將液態二氧化碳傳遞通過諸如一相變噴嘴之一相變器件且將雪導入該造粒機之筒之內部腔室中，而將二氧化碳之相位自液相改變為固相如雪。進入筒之內部腔室中之二氧化碳流率不僅受該相變噴嘴之二氧化碳上游之壓力影響，亦受該內部腔室之內部壓力影響。該相變噴嘴之下游，二氧化碳流之氣態部分直接影響該內部腔室之內部壓力。為降低內部腔室壓力，該氣態二氧化碳從該內部腔室排出，以降低該氣態二氧化碳流導致之回壓。通氣孔設置在在該筒中且鄰近該相變噴嘴以排出該氣態二氧化碳。在無通氣孔之情況下，進入該內部腔室中之固態及氣態二氧化碳流將被限制，降低過程之效率。
一收集器可位於鄰近通氣孔處並且環繞通氣孔以收集來自通氣孔之二氧化碳的尾氣。該收集器包含濾網，諸濾網位於鄰近該等通氣孔處以允許氣體排出同時維持雪於該筒內部腔室中。該等濾網安置於該筒之周邊，與該等通氣孔對準。此位置允許雪累積於由筒壁之厚度與通氣孔濾網產生之「井」中，雪藉由活塞之行進被推入該等井中。所累積之雪阻礙氣體之外流。
如該'509號專利及該'903號專利之圖1及圖2所示，該筒係藉由長形緊固桿保持於一板與一端蓋之間。該等桿有四個，其可能存在問題。不均衡之張力及未對準可對沿該筒之長度之同心性產生不利影響，其可能存在形成該筒內部腔室之壁與該活塞之間之不想要接觸及磨損的問題。因為該等桿妨礙一收集器到達安置於該等桿下方之通氣孔，故該等桿繞筒外部之位置影響該收集器之尺寸及形狀，且因此影響通氣孔之位置及數量。
需要一種方法及裝置，且因此係本發明之目的，其提供自該內部腔室該相變噴嘴之下游之氣態部分的經改良排放，其提供於該筒之該內部腔室中之經降低壓力，其打開通往該筒之外圍通路，其提供經組態以保持無雪之大量累積的通氣孔，且其降低引起該筒內部腔室與該活塞之間之未對準的可能性及由此未對準導致之磨損。
雖然本文將結合二氧化碳描述本發明，但是應瞭解本發明不限於二氧化碳之使用或應用。
併入本說明書中並構成本說明書之一部分的隨附圖式圖解說明本發明之實施例，且用於與上文給出之本發明之大體描述及下文給出之實施例之詳細描述一起說明本發明之原理。
現在將詳細參考本發明之本較佳實施例，隨附圖式中展示其中之一實例。
下列描述中，相似參考符號在若干視圖中自始至終指示相似或對應之部分。而且，下列描述中，應瞭解諸如前面、後面、內部、外部等之術語係方便之字詞，並且不被解釋為限制術語。此專利中使用之術語非意為限制於此處描述之器件、或其部分之範圍，可在其他定向上附加或利用。更詳細參考圖式，其描述根據本發明之教示構建之一實施例。
參考圖1，展示造粒機總成(整體用2指示)，其連接至液壓缸總成(整體用4指示)。可使用任何適合之液壓缸總成，或使用經組態以移動造粒機總成2之活塞(下文描述)之其他器件。
參考圖2、圖3及圖4，所述實施例中，造粒機總成2包含筒6，筒6之一端連接至端塊8且另一端連接至轉接器10；及連接至轉接器10之模12。筒6可由任何適合之材料製成，諸如A2不鏽鋼。端塊8可由任何適合之材料製成，諸如鍍鎳之碳鋼。轉接器10可由任何適合之材料製成，諸如A4不鏽鋼。筒6包含複數個分開之開孔14，該等開孔14界定從內部腔室6a通過筒6的側壁6b的通道。每一開孔14具有安置於其中之一各自互補形狀之插件16。插件16可藉由任何適合之方法及結構保持於開孔14中。在所述之實施例中，插件16可藉由各自螺紋緊固件20延伸通過各自在凸緣16a中之各自通孔16b個別固定於筒6。收集器24a及24b上覆於插件16及開孔14，使得通過其排出之氣體流入收集器24a及24b之內部。收集器24a及24b可由任何適合之材料製成，諸如鋁。
造粒機總成2可藉由任何適合之構件固定於液壓缸總成4。在所述之實施例中，端塊8係藉由複數個分開之緊固件26固定於液壓缸4。在此實施例中，緊固件26係多個定位螺栓張力器，該等定位螺栓張力器中包含複數個定位螺栓26a，該等定位螺栓26a係藉由一單個螺紋軸承載，且被個別收緊以收緊該單個螺紋軸。
參考圖4、圖5及圖6，端塊8係以任何適合之方法相對於液壓缸總成4對準及定位，諸如透過使用定位銷8c。桿28延伸通過端塊8之鑽孔8a。密封件8b安置於鑽孔8a中且密封性地接合桿28之外徑。同樣參考圖7，活塞30安置於內部腔室6a內，附接至桿28之末端。桿28安置於活塞30之側上，埋頭孔32經組態以接收桿28之遠端。定位銷34可用來對準且限制活塞30相對於桿28的旋轉。活塞30包含鑽孔36，緊固件38延伸通過該鑽孔36並且接合桿28之遠端以將活塞30固定於桿28。鑽孔36包含埋頭孔36a，該埋頭孔36a允許緊固件28之頭部為所示之凹形。
活塞30包含兩個分開之凹槽40a及40b，凹槽40a及40b中分別安置有耐磨帶42a及42b。耐磨帶42a及42b可由任何適合之材料製成，諸如尼龍。O形環凹槽44a、44b、44c及44d形成於凹槽40a及40b之底部中，且O形環46a及46b係安置於O形環凹槽44a、44b、44c及44d中。活塞30之外徑小於筒6之內徑。由O形環46a及46b支撐之耐磨帶42a及42b允許活塞30浮動，從而最小化活塞30與筒6之間之接觸且允許較小之精確對準。活塞30之末端30a及30b係錐形，進一步降低與筒6直接接觸之可能性。因此，隨著桿28延伸，此組態下所需之對準精確度較小。
參考圖8及圖9，收集器24a及24b覆蓋筒6之周邊之幾乎360°。插件16被展示為安置於開孔14中，各自O形環16c安置於各自凸緣16a與側壁6b之間以提供防止二氧化碳雪在凸緣16a與開孔14之間流動之一密封件。O形環16c可由任何適合之材料製成，諸如尼龍。每一插件16包含在插件井之底部處之濾網16d。濾網16d中之開孔經製作尺寸以允許氣體流動通過其但仍保持固態雪。在所述之實施例中，濾網16d係由不鏽鋼製成，且開孔尺寸為0.004英寸。可使用任何適合之材料及濾網開孔。濾網16d經定位使得在插件16安置於通道14中時，濾網16d相對於側壁6b之內部表面稍微凹陷。過度凹陷提供一體積給固態雪累積且阻礙氣體流動通過該等通道。
收集器24a及24b可藉由任何適合之組態保持在適當位置。在所述之實施例中，收集器24a及24b之內部相對面板24a'及24b'係藉由複數個緊固件48以一分開配置彼此連接，接合筒6之外部周邊。通往緊固件48之通路可藉由可拆卸之外部面板24a"及24b"提供。收集器24a及24b亦可包含藉由緊固件固定於筒6之突片(圖1及圖2中之24''')。收集器24a及24b包含氣體收集埠24a''''及24b''''，一收集軟管(未展示)可連接至氣體收集埠24a''''及24b''''以收集排放的氣體。
收集器24a及24b包含繞其各自邊緣之各自密封凹槽18a及18b，密封凹槽18a及18b安置為鄰近筒6之周邊。各自密封件19a及19b安置於密封凹槽18a及18b中。可使用任何適合之材料及形狀。在所述之實施例中，密封件19a及19b係尼龍O形環線。
參考圖10，所述實施例中筒6與端塊8之間之連接係可見的。複數個緊固件50延伸通過端塊8中之各自孔以接合筒6。在所述之實施例中，12個緊固件50以其間成22.5°角安置，在0°、90°、180°及270°無緊固件。可使用任何適合之組態以將造粒機總成2固定於液壓缸總成4。
參考圖11，轉接器10可以任何適合之方法固定於筒6。在所述之實施例中，具有16個分開之埋頭孔10a，該等埋頭孔10a與筒6之遠端中之螺紋孔6d(見圖4)對準。使用緊固件52以將轉接器10固定於筒6。
轉接器10提供基座給擠壓固態雪之模。在所述之實施例中，模12係具有形成為通過其之開孔的一固態板。可使用任何適合之模12之組態，諸如包含使用一背墊板。如所述，模12包含16個分開之埋頭孔12a，埋頭孔12a與轉接器10中之螺紋孔10b對準。使用緊固件(未展示)以將模12固定於轉接器10。憑藉此組態，由改變模12導致之可能損壞僅發生於轉接器10，使較昂貴之筒6免受此損壞。若轉接器10壞掉或損壞而不能使用，可將一新轉接器安裝至筒6之遠端。
為產生顆粒，迫使諸如液態二氧化碳之加壓液體通過相變噴嘴54(見圖4)，導致固態雪及氣體流入內部腔室6a中。藉由一壓力計(未展示)監測內部腔室6a內之壓力，該壓力計透過埠56與內部腔室6a連通。若該內部腔室6a內之壓力超過諸如16PSIG之一界限，則可降低液體之流率，且其後若該壓力降低至低於一界限，則升高液體之流率。雖然在所述之實施例中，此係一手動程序，但是該控制可為自動。濾網16d阻擋雪排出內部腔室6a，同時允許氣體通過其排出。在足夠之雪已累積時，活塞30前進，對著先前經壓縮之雪壓縮雪，導致鄰近模12之固態材料被壓縮且迫使其通過模12中之該等開孔，在模12之出口產生固態密實材料，可允許該固態密實材料自然破碎或可利用一器件將該材料破碎為顆粒，諸如旋轉葉片(未展示)。
如圖1及圖2所示，造粒機總成2並無如先前技術中可見之延伸筒6之長度的長形緊固桿。在先前技術中，此等緊固桿妨礙限制通氣孔之位置、尺寸及數量的氣體收集結構的放置。藉由保持筒6之外部周邊無任何或幾乎無任何限制排放之障礙物，可最佳化或最大化通氣孔位置、尺寸及數量，且可將收集器安置為實質上繞筒6之全部周邊以收集排放的氣體。此改良氣體流出內部6a，從而允許液體進入相變噴嘴54中之一較高流率，提高雪之生產率且因此提高顆粒之生產率。
已為闡釋及說明的目的呈現本發明之一實施例之先前描述。並非旨在詳盡本發明或限制本發明於所揭示之精確形式。根據上述教示明顯修改或變動係可行的。本實施例經選擇及描述以最佳地闡釋本發明之原理及其實際應用，以藉此使一般技術者能夠將本發明最佳地利用於各種實施例中並且設想適於特定用途之各種修改。雖然僅詳細解釋本發明之數量有限之實施例，但應瞭解本發明在其範疇上不限於先前描述所列舉或圖式中所圖解說明之組件之構建及配置細節。本發明可具有其他實施例且可以各種方式實踐或執行。並且，描述較佳實施例時，為清楚之目的使用特定術語。應瞭解每一特定術語包含以一相似方式操作以達到一相似目的之所有技術等效物。希望本發明之範疇由同此呈遞之申請專利範圍界定。
2‧‧‧造粒機總成
4‧‧‧液壓缸總成
6‧‧‧筒
6a‧‧‧內部腔室
6b‧‧‧側壁
6d‧‧‧螺紋孔
8‧‧‧端塊
8a‧‧‧鑽孔
8b‧‧‧密封件
8c‧‧‧定位銷
10‧‧‧轉接器
10a‧‧‧埋頭孔
10b‧‧‧螺紋孔
12‧‧‧模
12a‧‧‧埋頭孔
14‧‧‧開孔
16‧‧‧插件
16a‧‧‧凸緣
16b‧‧‧通孔
16c‧‧‧O形環
16d‧‧‧濾網
18a‧‧‧密封凹槽
18b‧‧‧密封凹槽
19a‧‧‧密封件
19b‧‧‧密封件
24a‧‧‧收集器
24a'‧‧‧內部面板
24a"‧‧‧外部面板
24a'''‧‧‧突片
24a''''‧‧‧氣體收集埠
24b‧‧‧收集器
24b'‧‧‧內部面板
24b"‧‧‧外部面板
24b'''‧‧‧突片
24b''''‧‧‧氣體收集埠
26‧‧‧緊固件
26a‧‧‧定位螺栓
28‧‧‧桿
30‧‧‧活塞
30a‧‧‧活塞30之末端
30b‧‧‧活塞30之末端
32‧‧‧埋頭孔
34‧‧‧定位銷
36‧‧‧鑽孔
36a‧‧‧埋頭孔
38‧‧‧緊固件
40a‧‧‧凹槽
40b‧‧‧凹槽
42a‧‧‧耐磨帶
42b‧‧‧耐磨帶
44a‧‧‧O形環凹槽
44b‧‧‧O形環凹槽
44c‧‧‧O形環凹槽
44d‧‧‧O形環凹槽
48‧‧‧緊固件
50‧‧‧緊固件
52‧‧‧緊固件
54‧‧‧相變噴嘴
56‧‧‧埠
併入之附圖構成此說明書之一部分，圖解說明本發明之實施例，且與上面給出之本發明之總體描述、及下面給出之實施例之詳細描述一起解釋本發明之原理。
圖1係根據本發明之教示構建之一造粒機總成的一透視圖。
圖2係圖1之該造粒機總成之一部分分解透視圖，其展示經分解之收集器、擋圈及插件。
圖3係圖1之該造粒機總成之一側視圖。
圖4係沿圖1之該造粒機總成之垂直中心線截取的該造粒機總成之一橫截面圖。
圖5係圖4所示之該橫截面圖之一透視圖，其展示該活塞在其縮回或非延伸位置。
圖6與圖5相同，惟該活塞展示為處於一中間位置。
圖7係圖1之該造粒機總成之該活塞之一經擴大的橫截面透視圖。
圖8係圖1之該造粒機總成之濾網插件的一透視圖。
圖9係通過該等收集器之縱向中心截取之圖1之該造粒機總成的一橫截面圖。
圖10係以與垂直成25°角截取之圖1之該造粒機總成及所附接液壓缸的一橫截面圖。
圖11係圖1之該造粒機總成之筒接裝板及圖1之模板的一分解側面透視圖。
2‧‧‧造粒機總成
4‧‧‧液壓缸總成
6‧‧‧筒
8‧‧‧端塊
12‧‧‧模
14‧‧‧開孔
16‧‧‧插件
16a‧‧‧凸緣
16b‧‧‧通孔
16c‧‧‧O形環
24a‧‧‧收集器
24a'''‧‧‧突片

权利要求:
Claims (19)
[1] 一種用於自一低溫材料製造顆粒之造粒機，該造粒機包括：a.一筒，其經組態以接收該低溫材料之微粒，該筒包括：i.一第一端；ii.一第二端；iii.一內部腔室，其界定一內部表面及一縱軸；及iv.一外部周邊表面；b.端塊，其安置為鄰近該第一端；c.第一複數個緊固件，其連接該筒至該端塊；d.一模板，其由該第二端承載，該模板具有複數個模開孔；e.一活塞，其安置於該內部腔室中且經組態以促使安置於該內部腔室中之低溫材料緊靠該模板且通過該複數個模開孔藉此產生對抗該模板之力；及f.該模板相對於該活塞之移動，該移動被透過該第一複數個緊固件由該筒傳輸至該端塊之實質上該力的全部阻擋。
[2] 如請求項1之造粒機，其包括第二複數個緊固件，該第二複數個緊固件將該模板直接連接至該第二端。
[3] 如請求項1之造粒機，其進一步包括：a.一轉接器，其安置於該模板與該第二端之間；b.第二複數個緊固件，其連接該轉接器至該第二端；及c.第三複數個緊固件，其連接該模板至該轉接器。
[4] 如請求項1之造粒機，其包括複數個通道，該等通道延伸於該內部腔室與該外部周邊表面之間。
[5] 如請求項4之造粒機，其中該複數個通道具有一總表面積，該總表面積經組態以最小化該內部腔室內之回壓。
[6] 如請求項4之造粒機，其中該等通道係於該內部表面之一區域中大體上縱向對準。
[7] 如請求項6之造粒機，其中該複數個通道具有一總表面積，該總表面積包括該內部表面之該區域之一較大部分。
[8] 如請求項4之造粒機，其中每一通道包含一各自濾網，該濾網係相對於該內部表面稍微凹陷。
[9] 如請求項4之造粒機，其包括至少一收集器，該收集器安置為鄰近該外部周邊表面且經組態以收集流出該複數個通氣孔之任何氣體。
[10] 如請求項9之造粒機，其中該至少一收集器覆蓋該外部周邊表面之幾乎360°。
[11] 一種用於自一低溫材料製造顆粒之造粒機，該造粒機包括：a.一筒，其經組態以接收該低溫材料之微粒，該筒包括：i.一第一端；ii.一第二端；iii.一內部腔室，其界定一內部表面；及iv.一外部周邊表面；b.一模板，其由該第二端承載，該模板具有複數個模開孔；c.一活塞，其安置於該內部腔室中；及d.複數個通道，其延伸於該內部表面與該外部周邊表面之間，每一通道包含一各自濾網，該濾網相對於該內部表面稍微凹陷。
[12] 一種用於自一低溫材料製造顆粒之造粒機，該造粒機包括：a.一筒，其經組態以接收該低溫材料之微粒，該筒包括：i.一第一端；ii.一第二端；iii.一內部腔室，其界定一內部表面；及iv.一外部周邊表面；b.一模板，其由該第二端承載，該模板具有複數個模開孔；c.一活塞，其安置於該內部腔室中；d.複數個通道，其延伸於該內部表面與該外部周邊表面之間；及e.至少一收集器，其安置為鄰近該外部周邊表面且經組態以收集流出該複數個通氣孔之任何氣體，其中該至少一收集器覆蓋該外部周邊表面之幾乎360°。
[13] 一種用於自一低溫材料製造顆粒之造粒機，該造粒機包括：a.一筒，其經組態以接收該低溫材料之微粒，該筒包括：i.一第一端；ii.一第二端；iii.一內部腔室，其界定一內部表面；及iv.一外部周邊表面；b.一模板，其由該第二端承載，該模板具有複數個模開孔；c.一活塞，其安置於該內部腔室中；及d.複數個通道，其延伸於該內部表面之一區域與該外部周邊表面之間，該複數個通道具有一總表面積，該總表面積包括該區域之一較大部分。
[14] 一種用於自一低溫材料製造顆粒之造粒機，該造粒機包括：a.一筒，其經組態以接收該低溫材料之微粒，該筒包括一第一端；b.一轉接器，其藉由第一複數個緊固件連接至該第一端；及c.一模板，其由第二複數個緊固件連接至該轉接器。
[15] 一種用於自一低溫材料製造顆粒之方法，該方法包括以下步驟：a.使液態低溫材料以一流率流動通過一相變噴嘴，以使該低溫材料之固態微粒及氣態低溫材料流入一造粒機之一內部腔室中；b.監測步驟a期間該內部腔室內之壓力；c.基於該內部腔室內之該壓力調整該流率。
[16] 如請求項15之方法，其中該調整步驟包括在該壓力高於一第一預定壓力之情況下降低該流率之步驟。
[17] 如請求項16之方法，其中該調整步驟包括在該壓力低於一第二預定壓力之情況下提高流率之步驟。
[18] 如請求項17之方法，其中該第一預定壓力與該第二預定壓力相同。
[19] 如請求項15之方法，其中該調整步驟包括在該壓力低於一第一預定壓力之情況下提高流率之步驟。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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法律状态:
2018-11-11| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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US13/475,454|US20120291479A1|2011-05-19|2012-05-18|Method and Apparatus For Forming Carbon Dioxide Pellets|

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