CN104003763A - 一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置和应用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的装置，还提供了一种应用该陶瓷悬浮液制备稀土全光谱热能转换热能材料的装置，其制备的热能材料能够大大提升了电能的热转换效率，能够有效的将电在发热做功时同时发出的光、转化成热能，加上其具有的高辐射率、高穿透率、定向加热特性、提高排空质量等特质，从而达到24-32％的节能效果。
Description
技术领域
本发明涉及热能材料技术领域，特别是涉及一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置和应用装置。
背景技术
传统的电加热方式，能量的利用率低，一般来说其电热转换率仅为43％左右，这是因为电在做功发热的同时，其载热体必然发光。而当我们仅需要电热部分时，发光产生的光能被浪费了。
现有的红外电加热材料比较先进的为碳化硅，堇青石、SiO2陶瓷等系列。它们具备较高的半球辐射率。根据维恩位移定律、斯忒藩-波尔斯曼理论解释，阻性材料辐射体钨、铁镍、铁铬铝合金、镍铬合金、碳化硅、硅钼等，在其受能后温度变化时，其峰值波长与碳化硅，堇青石、SiO2等能达到较好的匹配，所以这些红外陶瓷已经起到了很好的节能效果。但是，目前的红外陶瓷对辐射体发出的热能广谱、尤其对辐射体所衍生的的次波峰群，比如可见光、紫外线、中、远红外线等，它们不具备良好的吸收、反射能力，导致流失了大量能量。如果在现有的红外电加热材料的基础上，附着一种广谱吸收转换材料，将被浪费掉的将近40％的能量，包括远红外、紫外、可见光被转换成热能，将会大幅提高电能的热效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能够大幅提高电能的热转换效率的陶瓷悬浮液的制备装置和应用装置。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置，其特征在于包括以下设备：控温气份捏合机(1)、气体保护高温烧结炉(2)、湿法砂磨机(3)、缓冲罐(4)、喷雾干燥机(5)、粉料仓(6)、微珠喷制釜(7)、原料储罐(8)、旋风碳管炉(9)和打浆釜(10)；所述的控温气份捏合机(1)装置设有加热与温控装置和保护气体输送与控制装置，所述的控温气份捏合机(1)的底部设有螺旋挤出和圆口模具装置；所述的控温气份捏合机(1)与所述的气体保护高温烧结炉(2)连接，所述的气体保护高温烧结炉(2)装置设有高温加热升温曲线设置与温控装置和保护气体输送与控制装置；所述的气体保护高温烧结炉(2)与所述的湿法砂磨机(3)连接；湿法砂磨机(3)与缓冲罐(4)相连；所述的缓冲罐(4)与喷雾干燥机(5)相连，喷雾干燥机(5)设有浆料输送泵、剪切喷雾器、350℃热风输送装置和粉体收集装置；所述喷雾干燥机(5)与粉料仓(6)相连，粉料仓(6)设有压缩空气输送装置；所述粉料仓(6)连接所述微珠喷制釜(7)，所述微珠喷制釜(7)设有330℃热风输送装置、剪切喷雾器、自动控温和整机控制装置；所述微珠喷制釜(7)分别连接蔗糖粉储罐(8)和旋风碳管炉(9)，所述蔗糖粉储罐(8)设有压缩空气输送装置、粉体物料自动计量输送装置和整机控制装置；所述的旋风碳管炉(9)装置设有炉管、高温加热升温曲线设置及温控装置、保护气体旋转输送与控制装置；所述旋风碳管炉(9)连接所述打浆釜(10)，所述打浆釜(10)设有盘式高速搅拌器。
具体的，所述旋风碳管炉(9)中的炉管为一端开口一端封闭的中空管，炉管在靠近封闭端的位置设置有入料口和进气口，所述进气口的方向与所述炉管的轴线形成4-8°的夹角。
更进一步的，所述入料口的方向垂直于所述炉管的轴线，其目的在于使入料口能够在重力的作用下更好的实现入料。
优选的，所述进气口的方向与所述炉管的轴线形成的夹角为5°。具体来说，进气口是将本发明所述的非活性气体通入炉管内，气体运动方向与炉管形成了螺旋角，非活性气体在炉管内是以旋风状态推进；入料口在进料的时候，进气口的非活性气体能够迅速的包围颗粒状的物料，使颗粒状的物料更均匀的得到保护，避免在高温状态下粘接、团聚；非活性气体在炉管内的螺旋运动能够推动物料朝炉管的开口端缓慢推进。
上述一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的应用装置，其特征在于包括依次连接的浸渍槽(11)、微波干燥炉(12)和高温马弗炉(13)；所述浸渍槽(11)用于盛放制备的陶瓷悬浮液，所述微波干燥炉(12)设有自动履带输送装置和温控装置；所述高温马弗炉(13)设有高温加热升温曲线设置及温控装置和保护气体输送与控制装置。
所述浸渍槽(11)的上方设置有电动升降装置(111)，所述电动升降装置下悬挂有红外电加热陶瓷造型材料(112)；所述浸渍槽(11)内盛放有制备的陶瓷悬浮液(101)，浸渍槽(11)内设置有高速搅拌装置(113)。
本发明的工作原理和有益效果为：本发明提供了一种制备稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的装置，还提供了一种应用该陶瓷悬浮液制备稀土全光谱热能转换热能材料的装置，热能材料在电加热的时候所产生的高能量紫外线、可见光、远红外成分,被稀土全光谱热能材料的表面微孔壁面材料吸收，转变为红外电磁波热能，对受热体进行辐射加热，减少了内部传导过程中的能量损耗，从而大大提升了电能的热转换效率，电能的热转换效率达到90％以上；辐射加热是受激原子释放的光子(能束)所进行的能量传递，也可以看作是以电磁波形式的能量传递，它能够有效的将电在发热做功时同时发出的光、转化成热能，加上其具有的高辐射率、高穿透率、定向加热特性、提高排空质量等特质，从而达到24-32％的节能效果。
附图说明
图1所示为本发明制备装置和应用装置连接关系框图；
图2所示为旋风碳管炉的炉管立体剖面结构图；
图3所示为图2中炉管的俯视图；
图4所示为浸渍槽的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所涉及到的稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备方法和应用方法，说明如下：其制备方法，包括以下步骤，
(1)以氧化物重量份数计，将滑石粉5-15份、氧化镍粉0-10份、高岭土5-20份、稀土氧化物3.5-6份、氧化锆2-15份、氧化铍0.1-0.5份、氧化钛2-6份、碳化硅粉0-18份、氮化硼2-8份、纳米石墨粉10-26份、氧化铁3-15份、氧化铬5-16份、硫酸铝铵0.2-0.35份和磷酸铝2-5份为原料，加入控温捏合机、加入水玻璃(氧化物总重量的30-50％)，控温60-75℃，在四氟化碳气体气氛下进行捏合反应50-65min，待反应完毕后，出料挤成圆柱型，经干燥后制成中间料A；
(2)经干燥后的中间料A放入气体保护高温烧结炉，控制气体保护高温烧结炉温度在1330℃-1540℃之间，保温24小时，随后在非活性气体气氛下进行烧结，制成中间料B；
(3)中间料B出炉后，经砂磨机湿法研磨形成浆料，浆料经喷雾干燥制成微米级粉末成料C，并储存于悬浮料仓；
(4)用蔗糖粉经高温高压非活性气体融化喷射，形成微小的融珠，流经步骤(3)中的悬浮料仓，使其与粉末成料C结合，其表面粘附一层粉末成料C；再经急剧冷却后直接进入1300-1500℃的碳管炉，在非活性气体的气氛下旋风烧成，形成中空微珠结构的表面材料D；
(5)将表面材料D与20-35倍水的羟基纤维素液体混合形成陶瓷悬浮液。
所述步骤(1)中稀土氧化物为镨、钕或釤的氧化物。
所述步骤(1)中水玻璃的重量为氧化物总重量的30-50％，水玻璃中的二氧化硅含量≧29％，其模数为3.1-3.4。
所述步骤(4)中使用的非活性气体的温度为260-300℃，步骤(2)和步骤(4)使用的非活性气体的压强为0.5-0.8Mpa。
所述非活性气体为二氧化碳、氮气或惰性气体。
上述陶瓷悬浮液的应用方法，按照如下操作：将红外电加热陶瓷造型材料浸于所述陶瓷悬浮液中，控制浸渍的时间为2-5秒，然后取出，得到半成品；将半成品经微波干燥后放入马弗炉进行烧结，烧结温度为1200-1350℃，保温50-70min的烧结后即得到具有高电能热转换率的稀土全光谱热能材料。
实施例：
如图1所示为本发明陶瓷悬浮液的制备装置和应用装置连接关系框图；制备装置和应用装置既可以互相连接成一套装置投入使用(将图中的所述打浆釜10和所述浸渍槽11进行连接即可)，也可以将两者进行独立使用。
图1中，一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置，包括以下设备：控温气份捏合机1、气体保护气体保护高温烧结炉2、湿法砂磨机3、缓冲罐4、喷雾干燥机5、粉料仓6、微珠喷制釜7、原料储罐8、旋风碳管炉9和打浆釜10。
所述的控温气份捏合机1装置设有加热与温控装置和保护气体输送与控制装置，所述的控温气份捏合机1的底部设有螺旋挤出和圆口模具装置；该捏合机材质为SUS304奥氏体不锈钢，双轴拐式搅拌转速可调，罐体密封，可以实现加热温度以及保护气体的准确检测及控制，本实施例中使用的控温气份捏合机采购自江苏如皋第一塑料机械厂。
所述的控温气份捏合机1与所述的气体保护气体保护高温烧结炉2连接，所述的气体保护气体保护高温烧结炉2装置设有高温加热升温曲线设置与温控装置和保护气体输送与控制装置；所述的气体保护碳管炉2与所述的湿法砂磨机3连接，所述的湿法砂磨机3需要具备0～2000转/分钟的转速(可调)，还需要具备既方便进出物料又能很好密封的条件；本实施例中的湿法砂磨机3是由上海杜睿实业有限公司制造生产。
所述湿法砂磨机3与缓冲罐4相连；所述的缓冲罐4与喷雾干燥机5相连，喷雾干燥机5设有浆料输送泵、剪切喷雾器、350℃热风输送装置和粉体收集装置，该喷雾干燥机属一般工业用喷雾干燥机常用设备；所述喷雾干燥机5与粉料仓6相连，粉料仓6设有压缩空气输送装置；所述粉料仓6连接所述微珠喷制釜7，所述微珠喷制釜7设有330℃热风输送装置、剪切喷雾器、自动控温和整机控制装置；所述微珠喷制釜7分别连接蔗糖储罐8和旋风碳管炉9，所述蔗糖粉储罐8设有压缩空气输送装置、粉体物料自动计量输送装置和整机控制装置；所述的旋风碳管炉9装置设有炉管91、高温加热升温曲线设置及温控装置、保护气体旋转输送与控制装置。
如图2、3所示，所述炉管91为一端开口一端封闭的中空管，炉管91在靠近封闭端的位置设置有入料口92和进气口93，所述进气口93的方向与所述炉管91的轴线形成4-8°的夹角a。优选的，所述入料口92的方向垂直于所述炉管91的轴线，其目的在于使入料口能够在重力的作用下更好的实现入料。优选的，所述进气口93的方向与所述炉管91的轴线形成的夹角a为5°。具体来说，进气口93是将非活性气体通入炉管91内，气体运动方向与炉管91形成了夹角，非活性气体在炉管内沿着炉管内壁能够以螺旋角度的方向94推进；入料口在进料的时候，进气口的非活性气体能够迅速的包围颗粒状的物料，使颗粒状的物料更均匀的得到保护，避免在高温状态下粘接、团聚；非活性气体在炉管内的螺旋角度的方向94推动着物料朝炉管的开口端缓慢推进。
如图1所示，所述旋风碳管炉9连接所述打浆釜10，所述打浆釜10设有盘式高速搅拌器，经过旋风碳管炉9的表面材料D在打浆釜10内与羟基纤维素液体一并搅拌制成陶瓷悬浮液。
见图1中，上述制备的陶瓷悬浮液的应用装置，包括依次连接的浸渍槽11、微波干燥炉12和高温马弗炉13；所述浸渍槽11用于盛放制备的陶瓷悬浮液，所述微波干燥炉12设有自动履带输送装置和温控装置；所述高温马弗炉13设有高温加热升温曲线设置及温控装置和保护气体输送与控制装置。
如图4所示，所述浸渍槽11的上方设置有电动升降装置111，所述电动升降装置下悬挂有红外电加热材料112，电动升降装置能够更好的控制红外电加热材料112的浸渍的时间。所述浸渍槽11内盛放有制备的陶瓷悬浮液101，浸渍槽11内设置有高速搅拌装置113，每次浸渍作业之前，需要通过高速搅拌装置113对悬浮液进行搅拌，以达到最好的浸渍效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，结合本发明提供的陶瓷悬浮液的制备方法、应用方法和陶瓷悬浮液的制备方法、应用方法，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置，其特征在于包括以下设备：控温气份捏合机(1)、气体保护高温烧结炉(2)、湿法砂磨机(3)、缓冲罐(4)、喷雾干燥机(5)、粉料仓(6)、微珠喷制釜(7)、原料储罐(8)、旋风碳管炉(9)和打浆釜(10)；所述的控温气份捏合机(1)装置设有加热与温控装置和保护气体输送与控制装置，所述的控温气份捏合机(1)的底部设有螺旋挤出和圆口模具装置；所述的控温气份捏合机(1)与所述的气体保护高温烧结炉(2)连接，所述的气体保护碳管炉(2)装置设有高温加热升温曲线设置与温控装置和保护气体输送与控制装置；所述的气体保护高温烧结炉(2)与所述的湿法砂磨机(3)连接，所述的湿法砂磨机(3)具备0～2000转/分钟转速；所述的湿法砂磨机(3)与所述缓冲罐(4)连接，所述的缓冲罐(4)与喷雾干燥机(5)相连，喷雾干燥机(5)设有浆料输送泵、剪切喷雾器、350℃热风输送装置和粉体收集装置；所述喷雾干燥机(5)与粉料仓(6)相连，粉料仓(6)设有压缩空气输送装置；所述粉料仓(6)连接所述微珠喷制釜(7)，所述微珠喷制釜(7)设有330℃热风输送装置、剪切喷雾器、自动控温和整机控制装置；所述微珠喷制釜(7)分别连接蔗糖粉储罐(8)和旋风碳管炉(9)，所述蔗糖粉储罐(8)设有压缩空气输送装置、粉体物料自动计量输送装置和整机控制装置；所述的旋风碳管炉(9)装置设有炉管、高温加热升温曲线设置及温控装置、保护气体旋转输送与控制装置；所述旋风碳管炉(9)连接所述打浆釜(10)，所述打浆釜(10)设有盘式高速搅拌器。
2.根据权利要求1所述的一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置，其特征在于所述旋风碳管炉(9)中的炉管为一端开口一端封闭的中空管，炉管在靠近封闭端的位置设置有入料口和进气口，所述进气口的方向与所述炉管的轴线形成4-8°的夹角。
3.根据权利要求2所述的一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置，其特征在于所述进气口的方向与所述炉管的轴线形成的夹角为5°。
4.根据权利要求3所述的一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的制备装置，其特征在于所述入料口的方向垂直于所述炉管的轴线。
5.一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的应用装置，其特征在于包括依次连接的浸渍槽(11)、微波干燥炉(12)和高温马弗炉(13)；所述浸渍槽(11)用于盛放制备的陶瓷悬浮液，所述微波干燥炉(12)设有自动履带输送装置和温控装置；所述高温马弗炉(13)设有高温加热升温曲线设置及温控装置和保护气体输送与控制装置。
6.根据权利要求5所述的一种稀土全光谱热能转换陶瓷悬浮液的应用装置，其特征在于所述浸渍槽(11)的上方设置有电动升降装置(111)，所述电动升降装置下悬挂有红外电加热陶瓷造型材料(112)；所述浸渍槽(11)内盛放有制备的陶瓷悬浮液(101)，浸渍槽(11)内设置有高速搅拌装置(113)。
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