一种批量自动化生产相变储热材料的系统装置

1.本实用新型属于相变储热材料的生产技术领域，涉及一种相变储热材料的系统装置，尤其涉及一种批量自动化生产相变储热材料的系统装置。


背景技术：

2.相变材料是利用相变潜热来贮能和释能的。相变材料在相变过程中通过吸热和放热对能量进行存储和释放，达到控制周围环境温度的目的。由于其储能密度高且在相变过程中近似等温，在建筑节能、太阳能、电网“削峰填谷”、航空航天和生活用品等领域具有广阔的应用前景。这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体，在我国已经列为国家级研发利用序列；随着新的加工工艺的开发成功，需要有新的加工生产方法来适应工艺需求，以满足相变材料在安全、可靠的前提下规模化、大批量的生产。
3.cn107824064a公开了一种复合储热材料自动化制备装置，包括负压输送配料系统、混合系统、包装系统和电控系统。所述电控系统根据原料配比控制所述负压输送配料系统并控制各系统的自动化运行，以实现复合储热材料的自动化、连续化复配。但是对于混合过程中的温度控制和混合情况不可控，存在反应不充分或过度的问题。
4.cn107244006a公开了一种相变材料加工生产线，包括固体原料系统、液体原料系统、混合系统和后处理系统。可在液体原料和固体原料接近1:1比例下完全混合并制成合格品，在原料供运稳定情况下可实现连续化、自动化、成批量生产。所述混合系统为主体为至少一台螺杆挤出机，所以该实用新型的设备成本投资高，不利于规模化生产。
5.cn104559937a公开了一种节能型相变材料储能剂的生产设备，包括储热器、混合器和挤出机。以太阳能转换为热能储藏及释放的相变材料储热器通过循环系统连接混合器和挤出机，进行热量交换，具有节能、易于生产，生产的相变材料稳定性好等优点。但是太阳能集热器需要很大的占地面积，生产规模化困难，并且该实用新型不具有自动化生产的能力。
6.以上相变储能材料生产设备都无法有效解决自动控温、生产规模化和自动化的问题。因此，如何在保证相变储能材料的质量的情况下，同时还能保证生产过程自动化和规模化的生产方法，成为了目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种相变储热材料的系统装置，本实用新型提供的系统装置通过设置上料单元，提高了相变储热材料生产的连续性，为相变储热材料生产的自动化和规模化奠定了设备基础。此外，通过在反应单元的工艺上游设置混合单元，对原料进行预先混合，进一步缩短了反应单元内的混合时间，提升了混合效果。
8.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.第一方面，本实用新型提供了一种批量自动化生产相变储热材料的系统装置，
10.所述的系统装置包括沿物料流向依次连接的储料单元、混合单元、反应单元和收集单元。
11.所述的系统装置还包括上料单元，所述的上料单元包括第一上料装置和第二上料装置，所述的第一上料装置的两端分别对接储料单元和混合单元，所述的第二上料装置的两端分别对接混合单元和反应单元。
12.本实用新型提供的系统装置通过设置上料单元，提高了相变储热材料生产的连续性，为相变储热材料生产的自动化和规模化奠定了设备基础。此外，通过在反应单元的工艺上游设置混合单元，对原料进行预先混合，进一步缩短了反应单元内的混合时间，提升了混合效果。
13.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的储料单元包括料仓。
14.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的第一上料装置和第二上料装置均为提料机。
15.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的混合单元包括混合装置和缓冲储罐，所述的缓冲储罐位于混合装置下方用于承接由混合装置底部出料口排出的混合物料。
16.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的混合装置的顶部进料口通过第一进料介质管对接第一上料装置的出料端，料仓内储存的原料通过第一上料装置提升由第一进料介质管送入混合装置，所述的缓冲储罐的出料口连接第二上料装置的进料端。
17.所述的混合装置的底部出料口处设置有阀门。
18.所述的阀门为电动阀或电磁阀。
19.所述的混合装置为卧式混合机。
20.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的混合装置内壁、混合装置的进料端、混合装置的出料端以及缓冲储罐均做防腐处理。
21.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的混合装置的壳体材质和缓冲储罐的壳体材质为不锈钢。
22.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的反应单元包括反应装置和搅拌组件，所述的搅拌组件包括位于反应装置壳体内部的搅拌装置以及与所述搅拌装置顶部传动连接的外置电机。
23.所述的反应装置壳体内部设置有加热装置。
24.所述的反应装置壳体的外周壁设有夹套，所述的夹套内注入加热介质。
25.所述的夹套外侧包覆有保温层。
26.所述的加热介质包括导热油。
27.所述的反应装置壳体上开设有观察窗口。
28.在本实用新型中，操作人员可以通过观察窗口观察相变储能材料的加热熔化装置，实现反应过程的可视化。
29.所述的反应装置壳体的顶部进料口通过第二进料介质管对接第二上料装置的出料端，缓冲储罐内暂存的混合物料通过第二上料装置提升由第二进料介质管送入反应装置。
30.所述的反应装置壳体底部外接卸料介质管。
31.所述的卸料介质管上设置有成品出口控制装置。
32.所述的卸料介质管的出料端设置有法兰，所述的法兰与收集单元可拆卸连接。
33.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的收集单元包括移动式储罐和固定式蓄热箱，所述的反应釜的底部出口通过卸料介质管切换连接移动式储罐或固定式蓄热箱。
34.所述的卸料介质管上设置有控制阀。
35.所述的控制阀为电动阀或电磁阀。
36.所述的固定式蓄热箱的入口端设置有输送装置，反应得到的相变储热材料由卸料介质管排出后经输送装置送入固定式蓄热箱收集并储存。
37.所述的固定式蓄热箱入口端通过第三进料介质管连接输送装置。
38.所述的输送装置为电动泵。
39.在本实用新型中，反应装置的卸料介质管上设置有以阀门为控制开关的成品出口控制装置，制备完成的相变储热材料通过成品出口控制装置既可以直接进入可以移动到任意地方的移动式储罐内，又可以通过输送装置灌装至固定式蓄热箱，从而实现相变储热材料的大批量连续化生产。
40.作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的反应单元还包括温控模块，所述的温控模块用于监测反应装置内的反应温度并控制加热装置的输出功率。
41.所述的温控模块包括固定于反应装置壳体内壁的测温装置以及与所述的测温装置电性连接的控制模组，所述的控制模组与加热装置反馈连接，所述的测温装置用于监测反应装置内的反应温度并向控制模组输出温度数据，控制模组根据接收的温度数据反馈控制加热装置的输出功率。
42.所述的控制模组包括电性连接的控制装置和人机交互界面，所述的控制装置与加热装置反馈连接。
43.所述的人机交互界面包括电性连接的显示屏和控制面板，所述的显示屏用于接收并显示温度数据，所述的控制面板用于实现人机交互和数据通信。
44.所述的测温装置为热电偶。
45.在本实用新型中，增设了温控模块，实现了对反应装置内部的严格控温，操作人员可以在自动控制模式和手动控制模式下自由切换，以满足相变储热材料在安全可靠的反应环境下大规模批量化生产。
46.示例性地，以制备六水硝酸镁相变储热材料为例，采用本实用新型提供的系统装置连续化批量生产六水硝酸镁相变储热材料，具体工艺步骤包括：
47.将原料六水硝酸镁、增稠剂羧甲基纤维素钠、高导热填料石墨按照比例放入料仓中，经由第一上料装置提升输送，通过第一进料介质管进入混合装置内进行螺旋搅拌得到混合物料，混合物料在阀门的控制下进入缓冲储罐，由第二上料装置提升输送，通过第二进料介质管进入反应装置内加热制备六水硝酸镁相变储热材料，反应装置内的加热温度由温控模块实时监测控制，在混合物料加热的同时，搅拌装置对混合物料进行搅拌，操作人员通过观察窗口，观察反应装置内的六水硝酸镁相变储热材料是否由固态完全熔化为液态，待反应装置内的六水硝酸镁相变储热材料全部熔化为液态后，启动成品出口控制装置，制备好的相变储热材料经由卸料介质管流入移动式储罐内，或者通过输送装置，经由第三进料介质管灌装至固定式蓄热箱内。
48.需要明确的是，本实用新型提供的系统装置不限于制备六水硝酸镁相变储热材
料，其他种类的相变储热材料同样可以采用本实用新型提供的系统装置进行大规模批量化生产，本领域技术人员需要根据不同的相变储热材料，调整制备工艺参数，本实用新型对此不作具体要求和特殊限定。
49.所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
50.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
51.(1)本实用新型提供的系统装置通过设置上料单元，提高了相变储热材料生产的连续性，为相变储热材料生产的自动化和规模化奠定了设备基础。
52.(2)通过在反应单元的工艺上游设置混合单元，对原料进行预先混合，进一步缩短了反应单元内的混合时间，提升了混合效果。
53.(3)增设了温控模块，实现了对反应装置内部的严格控温，操作人员可以在自动控制模式和手动控制模式下自由切换，以满足相变储热材料在安全可靠的反应环境下大规模批量化生产。
附图说明
54.图1为本实用新型一个具体实施方式提供的系统装置的结构示意图。
55.其中，1
‑
料仓；2
‑
第一上料装置；3
‑
第一进料介质管；4
‑
混合装置；5
‑
阀门；6
‑
缓冲储罐；7
‑
第二上料装置；8
‑
第二进料介质管；9
‑
外置电机；10
‑
反应装置；11
‑
测温装置；12
‑
观察窗口；13
‑
成品出口控制装置；14
‑
卸料介质管；15
‑
法兰；16
‑
移动式储罐；17
‑
输送装置；18
‑
第三进料介质管；19
‑
固定式蓄热箱。
具体实施方式
56.需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
57.需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
58.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
59.在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种如图1所示的相变储热材料的系统装置，所述的系统装置包括沿物料流向依次连接的储料单元、混合单元、反应单元和收集单元。系统装置还包括上料单元，上料单元包括第一上料装置2和第二上料装置7，第一上料装置2的两端分别对接储料单元和混合单元，第二上料装置7的两端分别对接混合单元和反
应单元。具体地，第一上料装置2和第二上料装置7均为提料机。
60.储料单元包括料仓1。
61.混合单元包括混合装置4和缓冲储罐6，缓冲储罐6位于混合装置4下方用于承接由混合装置4底部出料口排出的混合物料。混合装置4的顶部进料口通过第一进料介质管3对接第一上料装置2的出料端，料仓1内储存的原料通过第一上料装置2提升由第一进料介质管3送入混合装置4，缓冲储罐6的出料口连接第二上料装置7的进料端。混合装置4的底部出料口处设置有阀门5，可选地阀门5类型为电动阀或电磁阀。具体地，混合装置4为卧式混合机。
62.反应单元包括反应装置10和搅拌组件，搅拌组件包括位于反应装置壳体内部的搅拌装置以及与搅拌装置顶部传动连接的外置电机9。反应装置壳体内部设置有加热装置。反应装置壳体的外周壁设有夹套，夹套内注入加热介质，可选地加热介质为导热油。反应装置壳体上开设有观察窗口12。反应装置壳体的顶部进料口通过第二进料介质管8对接第二上料装置7的出料端，缓冲储罐6内暂存的混合物料通过第二上料装置7提升由第二进料介质管8送入反应装置10。反应装置10壳体底部外接卸料介质管14，卸料介质管14上设置有成品出口控制装置13，可选地，成品出口控制装置13为电动阀或电磁阀。卸料介质管14的出料端设置有法兰15，法兰15与收集单元可拆卸连接。
63.收集单元包括移动式储罐16和固定式蓄热箱19，反应釜的底部出口通过卸料介质管14切换连接移动式储罐16或固定式蓄热箱19。固定式蓄热箱19的入口端设置有输送装置17，反应得到的相变储热材料由卸料介质管14排出后经输送装置17送入固定式蓄热箱19收集并储存。进一步地，固定式蓄热箱19入口端通过第三进料介质管18连接输送装置17。具体地，输送装置17为电动泵。
64.反应单元还包括温控模块，温控模块用于监测反应装置10内的反应温度并控制加热装置的输出功率。具体地，温控模块包括固定于反应装置10壳体内壁的测温装置11以及与测温装置11电性连接的控制模组，控制模组与加热装置反馈连接，测温装置11用于监测反应装置10内的反应温度并向控制模组输出温度数据，控制模组根据接收的温度数据反馈控制加热装置的输出功率。具体地，测温装置11为热电偶。进一步地，控制模组包括电性连接的控制装置和人机交互界面(图中未示出)，控制装置与加热装置反馈连接。人机交互界面包括电性连接的显示屏和控制面板，显示屏用于接收并显示温度数据，控制面板用于实现人机交互和数据通信。
65.实施例1
66.本实施例提供了一种采用具体实施方式提供的系统装置制备六水硝酸镁相变储热材料的方法，所述的方法具体包括如下步骤：
67.(1)储料单元储存的六水硝酸镁、羧甲基纤维素钠和石墨经第一上料装置2依次送入混合装置4，六水硝酸镁占原料总质量的85wt％，羧甲基纤维素钠占原料总质量的10wt％，石墨占原料总质量的5wt％；以上原料在混合装置4内经螺旋搅拌混合10min后形成混合物料流入缓冲储罐6暂存，缓冲储罐6内暂存的混合物料经第二上料装置7送入反应装置10；
68.(2)在反应装置10内通过搅拌装置对混合物料进行搅拌，搅拌装置的转速为30rad/min，通过加热装置对原料进行加热，加热装置的加热温度设定为90℃，搅拌加热的
时间为3h；
69.(3)在搅拌加热的过程中，通过温控模块对反应装置10内的温度进行监测控制，操作人员将温控模块切换为手动控制，测温装置11输出的实时温度数据经人机交互界面接收并显示，操作人员基于温度数据判断并操作控制面板，经由控制装置控制加热装置的输出功率，直至将实测温度控制在90℃。当原料加热至完全熔化状态，搅拌均匀形成共熔混合物后排出直接落入移动式储罐16或经输送装置17灌装至固定式蓄热箱19内。
70.制备得到的相变储热材料的相变潜热为155kj/kg，相变温度为85℃，过冷度为0.2℃。
71.实施例2
72.本实施例提供了一种采用具体实施方式提供的系统装置制备六水硝酸镁相变储热材料的方法，所述的方法具体包括如下步骤：
73.(1)储料单元储存的六水硝酸镁、羧甲基纤维素钠和石墨经第一上料装置2依次送入混合装置4，六水硝酸镁占原料总质量的87wt％，增稠剂占原料总质量的9wt％，导热填料占原料总质量的4wt％；以上原料搅拌混合20min后进入缓冲储罐6，缓冲储罐6内暂存的混合物料经第二上料装置7送入反应装置10；
74.(2)在反应装置10内通过搅拌装置对原料进行搅拌，搅拌装置的转速为35rad/min，通过加热装置对原料进行加热，加热装置的加热温度设定为100℃，搅拌加热的时间为2.5h；
75.(3)在搅拌加热的过程中，通过温控模块对反应装置10内的温度进行监测控制，操作人员将温控模块切换为自动控制，通过控制面板预先输入目标温度区间，测温装置11输出的实时温度数据输送至控制装置，控制装置对实时温度数据与目标温度区间进行逻辑对比，根据对比结果控制加热装置的输出功率；对比结果与控制操作之间的关系为：当实时温度数据落入目标温度区间内时，不进行控制操作；实时温度数据低于目标温度区间下限时，控制加热装置提高输出功率；当实时温度数据超出目标温度区间上限时，控制加热装置降低输出功率，直至将实测温度控制在100℃。当原料加热至完全熔化状态，搅拌均匀形成共熔混合物后排出直接落入移动式储罐16或经输送装置17灌装至固定式蓄热箱19内。
76.制备得到的相变储热材料的相变潜热为150kj/kg，相变温度为87℃，过冷度为0.5℃。
77.实施例3
78.本实施例提供了一种采用具体实施方式提供的系统装置制备六水硝酸镁相变储热材料的方法，所述的方法具体包括如下步骤：
79.(1)储料单元储存的六水硝酸镁、羧甲基纤维素钠和石墨经第一上料装置2依次送入混合装置4，六水硝酸镁占原料总质量的90wt％，增稠剂占原料总质量的7wt％，导热填料占原料总质量的3wt％；以上原料搅拌混合30min后进入缓冲储罐6，缓冲储罐6内暂存的混合物料经第二上料装置7送入反应装置10；
80.(2)在反应装置10内通过搅拌装置对原料进行搅拌，搅拌装置的转速为40rad/min，通过加热装置对原料进行加热，加热装置的加热温度设定为100℃，搅拌加热的时间为2h；
81.(3)在搅拌加热的过程中，通过温控模块对反应装置10内的温度进行监测控制，操
作人员将温控模块切换为手动控制，测温装置11输出的实时温度数据经人机交互界面接收并显示，操作人员基于温度数据判断并操作控制面板，经由控制装置控制加热装置的输出功率，直至将实测温度控制在105℃。当原料加热至完全熔化状态，搅拌均匀形成共熔混合物后排出直接落入移动式储罐16或经输送装置17灌装至固定式蓄热箱19内。
82.制备得到的相变储热材料的相变潜热为148kj/kg，相变温度为87℃，过冷度为0.2℃。
83.实施例4
84.本实施例提供了一种采用具体实施方式提供的系统装置制备六水硝酸镁相变储热材料的方法，所述的方法具体包括如下步骤：
85.(1)储料单元储存的六水硝酸镁、羧甲基纤维素钠和石墨经第一上料装置2依次送入混合装置4，六水硝酸镁占原料总质量的95wt％，增稠剂占原料总质量的3wt％，导热填料占原料总质量的2wt％；以上原料搅拌混合40min后进入缓冲储罐6，缓冲储罐6内暂存的混合物料经第二上料装置7送入反应装置10；
86.(2)在反应装置10内通过搅拌装置对原料进行搅拌，搅拌装置的转速为50rad/min，通过加热装置对原料进行加热，加热装置的加热温度设定为110℃，搅拌加热的时间为1.5h；
87.(3)在搅拌加热的过程中，通过温控模块对反应装置10内的温度进行监测控制，操作人员将温控模块切换为自动控制，通过控制面板预先输入目标温度区间，测温装置11输出的实时温度数据输送至控制装置，控制装置对实时温度数据与目标温度区间进行逻辑对比，根据对比结果控制加热装置的输出功率；对比结果与控制操作之间的关系为：当实时温度数据落入目标温度区间内时，不进行控制操作；实时温度数据低于目标温度区间下限时，控制加热装置提高输出功率；当实时温度数据超出目标温度区间上限时，控制加热装置降低输出功率，直至将实测温度控制在110℃。当原料加热至完全熔化状态，搅拌均匀形成共熔混合物后排出直接落入移动式储罐16或经输送装置17灌装至固定式蓄热箱19内。
88.制备得到的相变储热材料的相变潜热为142kj/kg，相变温度为86℃，过冷度为0.3℃。
89.实施例5
90.本实施例提供了一种采用具体实施方式提供的系统装置制备六水硝酸镁相变储热材料的方法，所述的方法具体包括如下步骤：
91.(1)储料单元储存的六水硝酸镁、羧甲基纤维素钠和石墨经第一上料装置2依次送入混合装置4，六水硝酸镁占原料总质量的98wt％，增稠剂占原料总质量的1wt％，导热填料占原料总质量的1wt％；以上原料搅拌混合50min后进入缓冲储罐6，缓冲储罐6内暂存的混合物料经第二上料装置7送入反应装置10；
92.(1)在反应装置10内通过搅拌装置对原料进行搅拌，搅拌装置的转速为60rad/min，通过加热装置对原料进行加热，加热装置的加热温度设定为120℃，搅拌加热的时间为1h；
93.(3)在搅拌加热的过程中，通过温控模块对反应装置10内的温度进行监测控制，操作人员将温控模块切换为手动控制，测温装置11输出的实时温度数据经人机交互界面接收并显示，操作人员基于温度数据判断并操作控制面板，经由控制装置控制加热装置的输出
功率，直至将实测温度控制在120℃。当原料加热至完全熔化状态，搅拌均匀形成共熔混合物后排出直接落入移动式储罐16或经输送装置17灌装至固定式蓄热箱19内。
94.制备得到的相变储热材料的相变潜热为146kj/kg，相变温度为85℃，过冷度为0.4℃。
95.申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。