CN111073607B - 一种相变球体制备系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种相变球体制备系统及其控制方法，解决了现有技术难以制备石蜡球的技术问题。本发明包括外壳体，外壳体的外周设置有电场发生装置或磁场发生装置，外壳体从下向上包括依次连通的恒温段、加热段和冷却段，所述恒温段、加热段和冷却段内均设置有盐溶液，恒温段的底端连接有向内输送相变材料液滴的喷嘴，喷嘴的外端连接的管道上设置有电磁阀，电磁阀连接有控制单元，相同温度下所述相变材料液滴的密度小于盐溶液的密度。本发明不仅自动化程度高，而且能够制备形状优良的石蜡球体。
Description
技术领域
本发明涉及相变材料制备技术领域，特别是指一种相变球体制备系统及其控制方法。
背景技术
石蜡作为一种潜热储能材料，具有相变潜热大，固一液相变过程容积变化小，热稳定性好，无过冷现象，价格较低廉等优点。且航空、航天、微电子及光电子技术的发展，往往要求大功率组件工作时产生的大量耗散热只能在有限的散热面积和极短时间内排散掉，而低熔点的相变材料相对高熔点相变材料能快速达到熔点，充分利用潜热实现温控，热响应时间相对较短石蜡众多的优点使之在航空、航天、微电子等高科技系统以及房屋节能等各个领域得到了广泛应用。
石蜡虽然在能源动力中被应用广泛，但是多以片状状态存在，石蜡球的制备是目前存在的一个技术难点。
发明内容
针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种相变球体制备系统及其控制方法，解决了现有技术难以制备石蜡球的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种相变球体制备系统，包括外壳体，外壳体的外周设置有电场发生装置或磁场发生装置，外壳体从下向上包括依次连通的恒温段、加热段和冷却段，所述恒温段、加热段和冷却段内均设置有盐溶液，恒温段的底端连接有向内输送相变材料液滴的喷嘴，喷嘴的外端连接的管道上设置有电磁阀，电磁阀连接有控制单元，相同温度下所述相变材料液滴的密度小于盐溶液的密度，相变材料液滴的熔点高于盐溶液的熔点。
进一步地，所述盐溶液为氯化钠水溶液，所述相变材料液滴为石蜡液滴。调节后的氯化钠水溶液的密度不仅大于石蜡液滴的密度，而且在石蜡液滴冷却为固态后氯化钠水溶液依然为溶液状态，不影响循环利用。
进一步地，所述恒温段通向加热段的位置设置有截面积直径逐渐变小的锥形通道，保证石蜡液滴在自重及浮力状态下有序地上升至冷却段。所述喷嘴为尖嘴不锈钢管，保证从喷嘴滴出的石蜡液滴的形态接近球状。
进一步地，所述冷却段内为连接颈缩通道的竖直的圆筒状通道，圆筒状通道不仅能够保证石蜡液滴按次序上升，而且能够避免石蜡液滴的形状不规则情况的发生。圆筒状通道的直径小于恒温段内部通道的直径，能够减小加热段中的氯化钠水溶液与冷却段中的氯化钠水溶液之间的热量交换。所述圆筒状通道的直径可调设置，来满足石蜡球直径动态调整的需求。
进一步地，所述圆筒状通道的上方连接有出料腔，出料腔的直径大于圆筒状通道的直径，保证凝固成型后的滚珠快速、便捷地收集。
进一步地，所述加热段外设置有加热装置，加热装置的温度调节范围为65℃-75℃，加热装置负责维持石蜡液滴上升过程中的温度。喷嘴喷出的石蜡液滴进入氯化钠水溶液后，在外部场的作用下，形成均匀的液滴，并在氯化钠水溶液的浮力作用下上升，随着上升过程经过加热段，此时石蜡液滴受热，在浮力与重力的双重作用下，石蜡液滴呈现出完美的球体状态。
进一步地，所述冷却段外设置有制冷装置，制冷装置的温度调节范围为45℃-65℃，用于降低盐溶液的温度，进而使规则的石蜡液滴逐渐转变为固态滚珠。石蜡液滴经过冷却段时，石蜡液滴逐渐冷却为固态，变为完整的固态石蜡球体。
进一步地，所述电场发生装置产生直流电场，电场发生装置的电压范围为800V-1000V，外加电场的作用为，将喷嘴生成的石蜡液滴等间距排列，石蜡液滴排列间距由外电场电压及石蜡管道电磁阀开闭时间决定。
进一步地，所述管道和电磁阀上连接有保温装置，保温装置的温控范围为65℃-75℃，保证喷嘴喷出液滴的流畅性。
一种相变球体制备系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：预设置，将恒温段、加热段、冷却段及保温装置调至预设温度，控制单元设定电磁阀的闭合时间间隙；
步骤二：开启电磁阀，喷嘴喷出相变材料液滴，控制喷嘴向恒温段喷出石蜡液滴；
步骤三：石蜡球体成型，石蜡液滴在氯化钠水溶液中依次上升至加热段、冷却段，石蜡液滴经过冷却段的圆筒状通道后形成固态的石蜡球体。
本发明采用相变材料形态转化的原理，通过电场或磁场控制液态相变材料的排列形式，通过温度控制物料和辅料的形态，氯化钠水溶液提供浮力和成型压力的辅料，石蜡液滴为相变球体的原材料，使石蜡液滴在氯化钠水溶液中逐渐成型并凝固。本发明不仅自动化程度高，而且能够制备形状优良的石蜡球体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，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他的附图。
图1为本发明的剖视结构示意图；
图中，1、外壳体，2、恒温段，3、加热段，4、冷却段，5、颈缩通道，6、圆筒状通道，7、出料腔，8、加热装置，9、冷却装置，10、盐溶液，11、相变材料液滴，12、喷嘴，13、电磁阀，14、电场发生装置，15、管道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，一种相变球体制备系统，如图1所示，包括外壳体1，外壳体1的外周设置有电场发生装置14或磁场发生装置，电场发生装置14或磁场发生装置能够向外壳体1内的物质提供较大的电场力或磁场力。
所述外壳体1从下向上包括依次连通的恒温段2、加热段3和冷却段4，所述恒温段2、加热段3和冷却段4内均设置有盐溶液10。恒温段2的底端连接有向内输送相变材料液滴11的喷嘴12，喷嘴12的外端连接的管道15上设置有电磁阀13，电磁阀13连接有控制单元。控制单元能够控制电磁阀13的动作，电磁阀13包括流量调节阀和电磁开关阀，能够控制喷嘴12向外输出相变材料液滴11的速度和大小，进而调控石蜡球的制备速率和制备规格。
相同温度下所述相变材料液滴11的密度小于盐溶液10的密度，能够保证喷嘴12喷出的相变材料液滴11在盐溶液10中能够受浮力自动上升。根据不同密度的石蜡球制备需求，可以通过调节盐溶液10的密度保证相变材料液滴11的上浮。
所述盐溶液10为氯化钠水溶液，所述相变材料液滴11为石蜡液滴。调节后的氯化钠水溶液的密度不仅大于石蜡液滴的密度，而且在石蜡液滴冷却为固态后氯化钠水溶液依然为溶液状态，不影响循环利用。相应地，可以选用不同的盐溶液10和相变材料液滴11来制备不同材质的相变材料球体。
进一步地，所述加热段3外设置有加热装置8，加热装置8的温度调节范围为65℃-75℃，加热装置8负责维持石蜡液滴上升过程中的温度。喷嘴12喷出的石蜡液滴进入氯化钠水溶液后，在外部场的作用下，形成均匀的液滴，并在氯化钠水溶液的浮力作用下上升，随着上升过程经过加热段，此时石蜡液滴受热，在浮力与重力的双重作用下，石蜡液滴呈现出完美的球体状态。
进一步地，所述冷却段外设置有制冷装置9，制冷装置9的温度调节范围为45℃-65℃，用于降低盐溶液的温度，进而使规则的石蜡液滴逐渐转变为固态滚珠。石蜡液滴经过冷却段时，石蜡液滴逐渐冷却为固态，变为完整的固态石蜡球体。
需要注意的是，20%氯化钠水溶液，40℃时，密度1.13774g/cm3，80℃时，密度1.1146 g/cm3。因此，加热段3与冷却段4之间的氯化钠水溶液的密度变化很小，不必考虑氯化钠水溶液密度分层现象。
进一步地，所述电场发生装置14产生直流电场，电场发生装置14的电压范围为800V-1000V，外加电场的作用为，将喷嘴生成的石蜡液滴等间距排列，石蜡液滴排列间距由外电场电压及石蜡管道电磁阀开闭时间决定。
实施例2，一种相变球体制备系统，所述恒温段2通向加热段3的位置设置有截面积直径逐渐变小的锥形通道5，保证石蜡液滴在自重及浮力状态下有序地上升至冷却段4，而且颈缩结构能够提高制备效率。所述喷嘴12为尖嘴不锈钢管，保证从喷嘴12滴出的石蜡液滴的形态接近球状。
本实施例的其他结构与实施例1相同。
实施例3，一种相变球体制备系统，所述冷却段4内为连接颈缩通道5的竖直的圆筒状通道6，圆筒状通道6不仅能够保证石蜡液滴按次序上升，而且能够避免石蜡液滴的形状不规则情况的发生。
所述圆筒状通道6的直径小于恒温段2内部通道的直径，能够减小加热段中的氯化钠水溶液与冷却段中的氯化钠水溶液之间的热量交换。所述圆筒状通道6的直径可调设置，来满足石蜡球直径动态调整的需求。
本实施例的其他结构与实施例2相同。
实施例4，一种相变球体制备系统，所述圆筒状通道6的上方连接有出料腔7，出料腔7的直径大于圆筒状通道6的直径，保证凝固成型后的滚珠快速、便捷地收集。
本实施例的其他结构与实施例3相同。
实施例5，一种相变球体制备系统，所述管道15和电磁阀13上连接有保温装置，保温装置的温控范围为65℃-75℃，保温温度优选为70℃，充分保证喷嘴喷出液滴的流畅性。
本实施例的其他结构与实施例4相同。
实施例6，一种相变球体制备系统的控制方法，包括以下步骤：
预设置，将恒温段2、加热段3、冷却段4及保温装置调至预设温度，控制单元设定电磁阀13的闭合时间间隙或流量大小；
步骤二：开启电磁阀13，喷嘴12喷出相变材料液滴，控制喷嘴12向恒温段2喷出石蜡液滴；
步骤三：石蜡球体成型，石蜡液滴在氯化钠水溶液中依次上升至加热段3、冷却段4，石蜡液滴经过冷却段4的圆筒状通道6后形成固态的石蜡球体。
本实施例的结构与实施例5相同。
本发明未详尽之处均为本领域技术人员所公知的常规技术手段。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种相变球体制备系统的控制方法，其特征在于：所述相变球体制备系统包括外壳体（1），外壳体（1）的外周设置有电场发生装置（14）或磁场发生装置，外壳体（1）从下向上包括依次连通的恒温段（2）、加热段（3）和冷却段（4），所述恒温段（2）、加热段（3）和冷却段（4）内均设置有盐溶液（10），恒温段（2）的底端连接有向内输送相变材料液滴（11）的喷嘴（12），喷嘴（12）的外端连接的管道（15）上设置有电磁阀（13），电磁阀（13）连接有控制单元，相同温度下所述相变材料液滴（11）的密度小于盐溶液（10）的密度；所述盐溶液（10）为氯化钠水溶液，所述相变材料液滴（11）为石蜡液滴；
所述恒温段（2）通向加热段（3）的位置设置有截面积直径逐渐变小的锥形通道（5），所述喷嘴（12）为尖嘴不锈钢管；
所述冷却段（4）内为连接颈缩通道（5）的竖直的圆筒状通道（6），圆筒状通道（6）的直径小于恒温段（2）内部通道的直径，所述圆筒状通道（6）的直径可调设置；
所述圆筒状通道（6）的上方连接有出料腔（7），出料腔（7）的直径大于圆筒状通道（6）的直径；
所述加热段（3）外设置有加热装置（8），加热装置（8）的温度调节范围为65℃-75℃；
所述冷却段（4）外设置有制冷装置（9），制冷装置（9）的温度调节范围为45℃-65℃；
所述电场发生装置（14）产生直流电场，电场发生装置（14）的电压范围为800V-1000V；
所述管道（15）和电磁阀（13）上连接有保温装置，保温装置的温控范围为65℃-75℃；
所述控制方法，包括以下步骤：
步骤一：预设置，将恒温段（2）、加热段（3）、冷却段（4）及保温装置调至预设温度，控制单元设定电磁阀（13）的闭合时间间隙；
步骤二：开启电磁阀（13），喷嘴（12）喷出相变材料液滴，控制喷嘴（12）向恒温段（2）喷出石蜡液滴；
步骤三：石蜡球体成型，石蜡液滴在氯化钠水溶液中依次上升至加热段（3）、冷却段（4），石蜡液滴经过冷却段（4）的圆筒状通道（6）后形成固态的石蜡球体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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