CN104441565A - 造粒挤出机感应加热恒温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种造粒挤出机感应加热恒温装置，在采用感应加热料筒的基础上，对料筒不同功能的三段各自进行温控加热，还充分利用定形高温复合相变蓄热材料对料筒进行加热，通过红外温度传感器进行反馈，在开始预热或料筒温度低于要求时，自动感应加热料筒和定形高温复合相变蓄热材料；从而实现：①在等温相变温度（也就是高分子材料工艺温度）时的高精度温度控制，②断电、水冷却线圈铜管时，靠定形高温复合相变蓄热材料相变产生的热量，维持高分子材料工艺温度；③从而使得均化、混炼效果好，加工质量高；④较低铜管温度时，进行冷却，耗能小、线圈铜管寿命长。

Description

造粒挤出机感应加热恒温装置

技术领域

本发明涉及塑料挤出机的领域，尤其涉及一种造粒挤出机感应加热恒温装置，是安装在挤出机料筒外部，对料筒和料筒内的高分子材料进行加热的挤出机用感应加热恒温装置，尤其是塑料和化纤的原料造粒设备。 

背景技术

挤出机是一种广泛使用的加工机械，但现有的挤出机基本是通过包裹在料筒外的电阻丝通电产生热量，并用传导加热的方法，将热量传递到料筒上，再由料筒传热使料筒内塑料熔融，进行挤出成型。此热传导方式热量损耗大、效率低、预热时间长；电阻丝处于长期高温氧化状态，使用寿命短，经常更换麻烦。 

挤出机的节能上可分为两个部分：一个是动力部分，一个是加热部分。 

动力部分节能：大多采用变频器，节能方式是通过节约电机的余耗能，例如电机的实际功率是50KW，而生产实际只需要30KW就足够了，那些多余的能耗就白白浪费了，变频器就是改变电机的功率输出达到节能的效果。 

加热部分节能：加热部分节能大多是采用感应加热器节能，节能率约是老式电阻圈的30%~70%。其优点是：①.相比电阻加热，感应加热器多了一层保温层，热能利用率增加；②.相比电阻加热，感应加热器直接作用于料管加热，减少了热传递热能损耗；③.相比电阻加热，感应加热器的加热速度要快四分之一以上，减少了加热时间；④.相比电阻加热，感应加热器的加热速度快，生产效率就提高了，让电机处在饱和状态，使其减少了高功率低需求造成的电能损耗。以上四点就是感应加热器，为什么能在挤出机上节能高达30%~70%的原因。 

专利号201120427127.3的专利公开了一种‘高效、环保型挤出机电磁加热设备’，专利号201120414500.1的专利公开了一种‘化纤挤出机电磁加热器’，都是在料筒外绕有均匀加热耐高温线圈分段，通过耐高温线绕制的线圈产生的高频磁场使料筒自身快速加热。 

但是，上述挤出机料筒的感应加热，存在以下缺陷：①温度控制精度难以提高，尤其对于难以互溶的材料，如高分子材料与无机物的融合，需要考虑精确温度下的塑流率，否则会分层；②在大批量、连续生产过程中，由于加热量大，需要感应线圈的大电流、长时间工作，线圈发热、易烧毁；③在金属热处理设备领域，也有采用水冷方法，尽管可将线圈改为铜管绕制，但管内必须通纯净水（为防止结垢，冷却水进水温度不宜超过35℃，出水温度不应超过60℃；水的pH值宜在5.6～8.5范围内，硬度≤60mg/L）冷却，降低铜管温度，因而不仅纯净水使用成本高，而且为了防止漏电，必须断电后才能水冷，断电、停止加热后冷却又会影响温控精度和生产效率；④采用空气冷却器，需要制冷系统，设备及使用成本高。 

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种造粒挤出机感应加热恒温装置，在采用感应加热料筒的基础上，对料筒不同功能的三段各自进行温控加热，还充分利用定形高温复合相变蓄热材料对料筒进行加热，通过红外温度传感器进行反馈，在开始预热或料筒温度低于要求时，自动感应加热料筒和定形高温复合相变蓄热材料；从而实现：①在等温相变温度（也就是高分子材料工艺温度）时的高精度温度控制，②断电、水冷却线圈铜管时，靠定形高温复合相变蓄热材料相变产生的热量，维持高分子材料工艺温度；③从而使得均化、混炼效果好，加工质量高；④较低铜管温度时，进行冷却，耗能小、线圈铜管寿命长。 

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种造粒挤出机感应加热恒温装置，包括料筒1、靠螺纹安装在料筒1最左端的机头8，在所述的料筒1外部依次安装了三个恒温感应加热部件和分别对应三个恒温感应加热部件尺寸相同的红外温度传感器部件3，所述的恒温感应加热部件包括加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5，上述六个部件通过其上的法兰进行连接，在加料段恒温感应加热部件2最右端的法兰上和在均化段恒温感应加热部件5对应红外温度传感器部件3的最左端的法兰上各安装一个端盖6和支撑件7，两个支撑件7分别与挤出机的机座固定。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5的结构均相同以及轴向长度尺寸不相同，且各自分别单独控制感应加热温度以及各自的高温相变蓄热材料的混合配比不同。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的加料段恒温感应加热部件2中，法兰筒2a内固定有隔磁材料2b，隔磁材料2b内装有感应加热的铜管线圈2c，所述的铜管线圈2c是斜螺旋方向绕制，铜管线圈内安装有隔热材料，所述的隔热材料2d内固定有陶瓷容器2e，陶瓷容器2e内嵌有定形高温复合相变蓄热材料2g，定形高温复合相变蓄热材料2g通过密封软铜环2f封闭在陶瓷容器2e内，软铜环2f与料筒1贴合接触。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的定形高温复合相变蓄热材料2g设计成分瓣结构，由不同的定形高温复合相变蓄热材料子瓣2g1、2g2、2g3、2g4、2g5、2g6、2g7、2g8、2g9、2g10组成。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的定形高温复合相变蓄热材料2g包括高温相变蓄热材料和基体材料，所述的高温相变蓄热材料为无机盐类的NaCL- MgCL混合材料，基体材料为陶瓷材料，所述的定形高温复合相变蓄热材料2g的制备方法是采用熔融浸渗工艺。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的基体材料的耐火度大于等于1250℃。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的熔融浸渗工艺为：首先采用烧结法制备出具有三维连通网络结构的多孔基体，将多孔基体与熔融的相变材料接触，会使熔融的相变材料对基体的润湿性增强，然后依靠毛细管作用力或者外界压力向多孔基体内浸渗高温熔融相变材料，从而制得定形高温复合相变蓄热材料2g。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的红外温度传感器部件3中，法兰筒3a内固定有隔热材料3b，隔热材料3b设置有径向孔，径向孔内安装红外温度传感器3c，法兰筒3a左右端均设置有隔热垫圈3d。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的料筒1的外部还涂覆有石墨。 

在本发明一个较佳实施例中，所述的恒温感应加热部件包括加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5分别轮流交替断电、水冷却其感应加热的铜管线圈2c、4c、5c。 

本发明的有益效果是：本发明的造粒挤出机感应加热恒温装置，在采用感应加热料筒的基础上，对料筒不同功能的三段各自进行温控加热，还充分利用定形高温复合相变蓄热材料对料筒进行加热，通过红外温度传感器进行反馈，在开始预热或料筒温度低于要求时，自动感应加热料筒和定形高温复合相变蓄热材料；从而实现：①在等温相变温度（也就是高分子材料工艺温度）时的高精度温度控制，②断电、水冷却线圈铜管时，靠定形高温复合相变蓄热材料相变产生的热量，维持高分子材料工艺温度；③从而使得均化、混炼效果好，加工质量高；④较低铜管温度时，进行冷却，耗能小、线圈铜管寿命长。 

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中： 

图1 是本发明造粒挤出机感应加热恒温装置的一较佳实施例的正面剖视图；

图2是图1中加料段恒温感应加热部件的剖视图；

图3是图2中A-A剖视图；

图4是图1中红外温度传感器部件的剖视图；

图5是图4中B-B剖视图；

图6为造粒挤出机感应加热恒温装置的调配定型相变蓄热材料分布图；

附图标记如下：1、料筒，2、加料段恒温感应加热部件，3、红外温度传感器部件，4、压缩段恒温感应加热部件，5、均化段恒温感应加热部件，6、端盖，7、支撑件，8、机头。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。 

通常将挤出机的螺杆分成三段：加料段 (又称固体输送段)、压缩段 (又称熔融段)和均化段 (称计量段)，高分子材料在这三段中的挤出过程是不同的。 

如图1所示，本发明实施例包括： 

一种造粒挤出机感应加热恒温装置，包括料筒1、靠螺纹安装在料筒1最左端的机头8，在所述的料筒1外部依次安装了三个恒温感应加热部件和分别对应三个恒温感应加热部件尺寸相同的红外温度传感器部件3，所述的恒温感应加热部件包括加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5，上述六个部件通过其上的法兰进行连接，在加料段恒温感应加热部件2最右端的法兰上和在均化段恒温感应加热部件5对应红外温度传感器部件3的最左端的法兰上各安装一个端盖6和支撑件7，两个支撑件7分别与挤出机的机座固定。本发明造粒挤出机感应加热恒温装置的重量直接支撑在机座上，防止高温的料筒1被压弯变形；机头8靠螺纹安装在料筒1的最左端。

上述中，所述的加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5的结构均相同；但是，这三个恒温感应加热部件，不仅轴向长度尺寸不相同、以适合各自工作段长度；而且各自单独控制感应加热温度，各自的高温相变蓄热材料的混合配比也不同。 

如图2和3所示，所述的加料段恒温感应加热部件2中，法兰筒2a内固定有隔磁材料2b，隔磁材料2b内装有感应加热的铜管线圈2c，所述的铜管线圈2c是斜螺旋方向绕制，铜管线圈内安装有隔热材料，所述的隔热材料2d内固定有陶瓷容器2e，陶瓷容器2e内嵌有定形高温复合相变蓄热材料2g，定形高温复合相变蓄热材料2g通过密封软铜环2f封闭在陶瓷容器2e内，软铜环2f与料筒1贴合接触，具有良好的导热性。 

如附图4、5所示，红外温度传感器部件3中，法兰筒3a内固定了隔热材料3b，隔热材料3b有径向孔、孔内安装红外温度传感器3 c，法兰筒3a左右端均有隔热垫圈3d。 

如附图6所示，为了便于安装，定形高温复合相变蓄热材料2g设计成分瓣结构，由不同的定形高温复合相变蓄热材料子瓣2g1、2g2、2g3、2g4、2g5、2g6、2g7、2g8、2g9、2g10组成。 

通常使用的蓄热材料有显热蓄热材料、相变型潜热蓄热材料两大类。显热蓄热材料热量的吸收和释放完全依靠材料的显热容变化，这种蓄热材料不仅体积大、造价高、热惯性大、输出功率逐渐下降等缺点，但具有固态特性、体积变化小的优点。相变型潜热蓄热材料主要是通过相变蓄热材料的固液相变过程中相变潜热的吸收和释放来实现热量的储存与输出，但其融化后具有液态特性；具有储热密度大、相变温度选择范围宽、过程易控制、且储(放)热过程保持等温等优点。 

本发明选择定形高温复合相变蓄热材料2g，它是由高温相变蓄热材料和基体材料组成，同时具有显热和潜热蓄热材料的优点，并克服了二者的不足。其中，基体材料是显热蓄热材料，高温相变蓄热材料是潜热蓄热材料。 

定形高温复合相变蓄热材料2g的高温相变蓄热材料作为蓄热体系的工作介质，它的合理选择将最终决定相变材料的节能效果和应用前景。通常从高温相变蓄热材料的热物性、物理化学性能以及经济性能等方面对高温相变蓄热材料进行筛选。 

本发明选择的高温相变蓄热材料为无机盐类的NaCL- MgCL混合材料。其中，混合材料50%NaCL-50%MgCL（注：材料组成是质量百分比），其相变温度：273℃，融化热：429kJ/kg，导热系数：0.96W/(m·K)；具有与工程塑料PC工艺温度相适应的相变温度、相变潜热的吸收和释放是在相变的恒定温度下进行，而且此高温相变蓄热材料既具有高的融化热、可保证温度不变的要求，同时又高导热系数、满足热交换速度快的要求。 

NaCL- MgCL混合材料的不同配比，有着不同的相变温度、相变潜热和导热系数。本发明既根据几种常用塑料特性、又根据其不同温度要求的加热段，按照相变温度调配不同配比的NaCL- MgCL混合材料。因此，一种塑料，就配有适合的加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5；不同塑料不能混用，同一种塑料的不同加热段也不能混用。 

定形高温复合相变蓄热材料2g的基体材料也叫载体支撑材料或载体基质， 它的作用是保持复合相变材料的不流动性和可加工性。即在发生相变时，工作物质相变材料由固态转变为液态，但是由于基体材料的支撑作用，整个复合蓄热材料整体上仍能够保持其固态的形状和材料性能。因此，基体材料的耐火度为大于等于1250℃，具有一定的高温结构强度、高热震稳定性和具有良好的导热性能以及和相变材料具有良好的相容性。 

由于材料必须耐高温，抗氧化，耐腐蚀的性能，本发明基体材料选用陶瓷材料，如刚玉质、堇青石、莫来石、SiC，MgO等。 

本发明定形高温复合相变蓄热材料2g的制备方法是采用熔融浸渗工艺。该工艺首先采用烧结法制备出具有三维连通网络结构的多孔基体，将多孔基体与熔融的相变材料接触，会使熔融的相变材料对基体的润湿性增强，然后依靠毛细管作用力或者外界压力向多孔基体内浸渗高温熔融相变材料，从而制得定形高温复合相变蓄热材料2g。 

根据上述，所述的陶瓷容器2e内嵌有定形高温复合相变蓄热材料2g，密封软铜环2f将定形高温复合相变蓄热材料2g封闭在陶瓷容器2e内；软铜环2f采用径向膨胀轴压封在陶瓷容器2e内，密封性好，软铜环2f与料筒1也易于贴合接触，具有良好的导热性。 

其中，所述的加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5与料筒1安装时，应在料筒1涂有石墨，起润滑、导热作用。 

加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5轮流交替断电、水冷却其感应加热的铜管线圈2c（包括图中未画出的压缩段恒温感应加热部件4的铜管线圈4c和均化段恒温感应加热部件5的铜管线圈5c）。中频电源采用脉冲密度调制（PDM）方式调整功率输出，分别根据供料螺杆电机的转速（即物料流量）和各自的红外温度传感器3c的反馈，由计算机根据策略发出控制脉冲，控制三个感应加热的铜管线圈2c、4c、5c的加热。 

本发明与已有技术相比具有以下优点： 

（1）定形高温复合相变蓄热材料2g的体积较大、热容量大、热惯性大、导热系数高，在相变温度状态使用，温度基本恒定，从而保证连续挤出过程的物料温度不变，更保证均化、混炼的效果，保障产品材质的一致性，提高产品质量；

（2）加料段恒温感应加热部件2、压缩段恒温感应加热部件4和均化段恒温感应加热部件5各自单独控制，轮流断电水冷却，采用的冷却水的要求低、成本低，也没有漏电危险；

（3）中频电源采用脉冲密度调制（PDM）方式调整功率输出，分别根据供料螺杆电机的转速和各自的红外温度传感器3c的反馈，由计算机根据策略发出控制脉冲，控制三个感应加热的铜管线圈2c、4c、5c的加热，实时性好、温度控制精度高；

（4）定形高温复合相变蓄热材料2g具有感应加热功率的补偿作用，能够减少感应加热电源瞬时功率不够的缺陷；

（5）红外温度传感器的精度高，抗干扰性强；

（6）具有很好的节能效果，铜管线圈2c、4c、5c的使用寿命长。

综上所述，本发明的造粒挤出机感应加热恒温装置，在采用感应加热料筒的基础上，对料筒不同功能的三段各自进行温控加热，还充分利用定形高温复合相变蓄热材料对料筒进行加热，通过红外温度传感器进行反馈，在开始预热或料筒温度低于要求时，自动感应加热料筒和定形高温复合相变蓄热材料；从而实现：①在等温相变温度（也就是高分子材料工艺温度）时的高精度温度控制，②断电、水冷却线圈铜管时，靠定形高温复合相变蓄热材料相变产生的热量，维持高分子材料工艺温度；③从而使得均化、混炼效果好，加工质量高；④较低铜管温度时，进行冷却，耗能小、线圈铜管寿命长。 

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (10)

1.一种造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，包括料筒（1）、靠螺纹安装在料筒（1）最左端的机头（8），其特征在于，在所述的料筒（1）外部依次安装了三个恒温感应加热部件和分别对应三个恒温感应加热部件尺寸相同的红外温度传感器部件（3），所述的恒温感应加热部件包括加料段恒温感应加热部件（2）、压缩段恒温感应加热部件（4）和均化段恒温感应加热部件（5），上述六个部件通过其上的法兰进行连接，在加料段恒温感应加热部件（2）最右端的法兰上和在均化段恒温感应加热部件（5）对应红外温度传感器部件（3）的最左端的法兰上各安装一个端盖（6）和支撑件（7），两个支撑件（7）分别与挤出机的机座固定。

2.根据权利要求1所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的加料段恒温感应加热部件（2）、压缩段恒温感应加热部件（4）和均化段恒温感应加热部件（5）的结构均相同以及轴向长度尺寸不相同，且各自分别单独控制感应加热温度以及各自的高温相变蓄热材料的混合配比不同。

3.根据权利要求1所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的加料段恒温感应加热部件（2）中，法兰筒（2a）内固定有隔磁材料（2b），隔磁材料（2b）内装有感应加热的铜管线圈（2c），所述的铜管线圈（2c）是斜螺旋方向绕制，铜管线圈内安装有隔热材料，所述的隔热材料（2d）内固定有陶瓷容器（2e），陶瓷容器（2e）内嵌有定形高温复合相变蓄热材料（2g），定形高温复合相变蓄热材料（2g）通过密封软铜环（2f）封闭在陶瓷容器（2e）内，软铜环（2f）与料筒（1）贴合接触。

4.根据权利要求3所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的定形高温复合相变蓄热材料（2g）设计成分瓣结构，由不同的定形高温复合相变蓄热材料子瓣（2g1）、（2g2）、（2g3）、（2g4）、（2g5）、（2g6）、（2g7）、（2g8）、（2g9）、（2g10）组成。

5.如权利要求3所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的定形高温复合相变蓄热材料（2g）包括高温相变蓄热材料和基体材料，所述的高温相变蓄热材料为无机盐类的NaCL- MgCL混合材料，基体材料为陶瓷材料，所述的定形高温复合相变蓄热材料（2g）的制备方法是采用熔融浸渗工艺。

6.如权利要求5所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的基体材料的耐火度大于等于1250℃。

7.如权利要求5所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的熔融浸渗工艺为：首先采用烧结法制备出具有三维连通网络结构的多孔基体，将多孔基体与熔融的相变材料接触，会使熔融的相变材料对基体的润湿性增强，然后依靠毛细管作用力或者外界压力向多孔基体内浸渗高温熔融相变材料，从而制得定形高温复合相变蓄热材料（2g）。

8.根据权利要求1所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的红外温度传感器部件（3）中，法兰筒（3a）内固定有隔热材料（3b），隔热材料（3b）设置有径向孔，径向孔内安装红外温度传感器（3c），法兰筒（3a）左右端均设置有隔热垫圈（3d）。

9.根据权利要求1所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的料筒（1）的外部还涂覆有石墨。

10.根据权利要求1所述的造粒挤出机感应加热恒温装置，其特征在于，所述的恒温感应加热部件包括加料段恒温感应加热部件（2）、压缩段恒温感应加热部件（4）和均化段恒温感应加热部件（5）分别轮流交替断电、水冷却其感应加热的铜管线圈（2c）、（4c）、（5c）。