一种内置换热的聚合物材料超临界流体发泡高压釜的制作方法

2021-02-22 20:02:14|

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[0001]
本发明涉及发泡设备技术领域，更具体地说，是涉及一种内置换热的聚合物材料超临界流体发泡高压釜。

背景技术：

[0002]
超临界流体发泡技术是近年来刚刚引入到聚合物材料发泡领域的新型技术。为了稳定产品质量、提高生产效率，这项技术在工艺过程研究、设备结构设计等方面都有很大的发展空间。其中，作为主体设备的超临界流体发泡釜的结构设计是影响产品质量和生产效率的关键因素之一。
[0003]
在聚合物材料发泡过程中，由于发泡材料的不同，发泡工艺不同，以及同一材料发泡过程中工艺参数的变化，需要经常调整发泡高压釜内的温度，温度是控制立体聚合物发泡产品质量的重要因素，直接影响立体产品的发泡形状和尺寸，发泡工艺对釜内温度的控制要求升温和降温迅速，温度数值稳定，而目前常用的超临界流体发泡高压釜自身的换热构件只有外部夹套，发泡釜是高压设备，釜体的厚度非常大，只靠夹套换热传热效率低，温度变化滞后，不利于快速调整釜内温度，单纯通过釜体夹套换热的发泡高压釜无法满足发泡工艺要求。

技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种内置换热的聚合物材料超临界流体发泡高压釜。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供了一种内置换热的聚合物材料超临界流体发泡高压釜，包括釜体、端盖和螺旋型的换热盘管，所述釜体为卧式设置，所述釜体的内部中空，且釜体的一端开口形成开口端，另一端封闭形成封头端，所述釜体上设有分别连通其内部的高压流体入口和高压流体出口，所述端盖密封安装在釜体的开口端内部，以对釜体的开口端实现封闭，所述换热盘管位于釜体的内部且贴着釜体的内壁安装，所述换热盘管的入口端和出口端分别穿过釜体的孔位伸出到外部，所述换热盘管的内部能够通入高温换热介质和/或低温换热介质。
[0006]
作为优选的实施方式，所述换热盘管的入口端和出口端分别与釜体的孔位采用焊接方式密封连接。
[0007]
作为优选的实施方式，所述端盖与釜体的内壁之间设有密封圈，所述端盖通过密封圈密封安装在釜体的开口端内部，以实现端盖与釜体的高压自紧式密封。
[0008]
作为优选的实施方式，所述釜体的外部设有保温夹套，所述保温夹套与釜体之间形成有保温夹层，所述保温夹套上设有分别连通保温夹层的保温介质入口和保温介质出口。
[0009]
作为优选的实施方式，所述保温夹套的外部设有用于支撑的支架。
[0010]
作为优选的实施方式，所述釜体的内部放置有物料框，所述物料框与端盖的内端
部固定连接，所述物料框设置为用于装载或悬挂物料的框式结构，所述物料框的底部设有导向轮。
[0011]
作为优选的实施方式，所述端盖的外端部设有至少两块楔块和至少两个楔块驱动装置，所述釜体的开口端内壁上开设有用于与楔块卡接配合的卡槽，所述楔块驱动装置与楔块传动连接，所述楔块驱动装置能够带动各自对应的楔块往径向方向移动，从而使楔块在锁紧端盖时能够卡入到釜体的卡槽中或者使楔块在开盖时能够脱离釜体的卡槽。
[0012]
作为优选的实施方式，所述楔块设有五块，所述楔块驱动装置设有五个，每块楔块分别设置为圆弧形，五块楔块能够组合形成环形结构，所述卡槽设置为环形卡槽。
[0013]
作为优选的实施方式，所述楔块驱动装置设置为气缸。
[0014]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0015]
本发明采用了内置换热盘管进行换热，使换热介质能够直接在釜内与超临界流体进行高效换热，提高了换热效率，解决了目前常用的单纯通过釜体夹套换热产生温控滞后和效率低的问题，使得釜内温度控制更准确，调节更迅速方便，进一步地提高了产品质量，提高了生产效率，更好地满足了发泡工艺要求。
附图说明
[0016]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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。
[0017]
图1是本发明实施例提供的内置换热的聚合物材料超临界流体发泡高压釜的结构示意图(隐去物料框)；
[0018]
图2是本发明实施例提供的釜体部位隐去换热盘管后的结构示意图；
[0019]
图3是本发明实施例提供的端盖及连接在端盖上的部件的结构示意图；
[0020]
图4是本发明实施例提供的楔块的组合状态图。
具体实施方式
[0021]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
[0022]
请参考图1，本发明的实施例提供了一种内置换热的聚合物材料超临界流体发泡高压釜，包括釜体1、端盖2和螺旋型的换热盘管15等部件，下面结合附图对本实施例各个组成部分进行详细说明。
[0023]
如图1和图2所示，釜体1为卧式设置，这样便于物料的装载作业、清洁作业或其他操作，釜体1的内部中空，且釜体1的一端开口形成开口端，另一端封闭形成封头端。此外，釜体1上设有分别连通其内部的高压流体入口6和高压流体出口7，高压流体入口6可以开设在釜体1的封头端，高压流体出口7可以开设在釜体1的顶部和/或底部并靠近釜体1的开口端。
[0024]
如图1和图3所示，端盖2密封安装在釜体1的开口端内部，端盖2 能够封闭釜体1的开口，其中，端盖2与釜体1的内壁之间设有o型的密封圈9，端盖2可以通过密封圈9与釜体1实现高压自紧式密封。
[0025]
如图1所示，换热盘管15位于釜体1的内部且贴着釜体1的内壁安装，换热盘管15的入口端和出口端分别穿过釜体1的孔位伸出到外部，换热盘管15的内部能够通入高温换热介质和/或低温换热介质，该换热介质可以优选为常见的液体换热介质。
[0026]
较佳的，换热盘管15的入口端和出口端可以分别与釜体1的孔位采用焊接方式密封连接，该焊接结构符合中国压力容器标准gb150-2011。
[0027]
如图3所示，釜体1的内部可以放置有物料框3，物料框3的一端与端盖2的内端部固定连接，物料框3设置为用于装载或悬挂物料如立体鞋底、片状料、其他成型构件、散状颗粒等的框式结构，其中，端盖与物料框相连组成一体化结构能够使得物料框的进/出与端盖开/关成为一体，这样端盖只需要沿轴向一个方向运动，使得操作更加简便，开盖后，端盖无需因物料框的进出而需要发生径向的避位运动，简化了开盖操作，节省了操作空间。
[0028]
较佳的，物料框3的底部还可以设有导向轮14，方便物料框3的进出移动。
[0029]
其中，换热盘管15设置成螺旋型以及贴着釜体1的内壁安装除了为了增加换热面积，提高了换热效率，也是为了不阻碍物料框3的进入或发泡材料的进入，便于物料的装载作业、清洁作业或其他操作。
[0030]
如图1所示，釜体1的外部可以设有保温夹套10，保温夹套10与釜体1之间形成有保温夹层，保温夹套10上设有分别连通保温夹层的保温介质入口11和保温介质出口12。优选的，保温介质入口11可以设置在釜体1的一端顶部，保温介质出口12可以设置在釜体1的另一端底部，保温介质可以为热水、热油等液体。
[0031]
此外，保温夹套10的外部还可以设有用于支撑整个发泡高压釜的支架13。
[0032]
作为本实施例的进一步改进，如图1和图3所示，端盖还可以采用楔块式快开锁盖机构与釜体实现锁盖和开盖，楔块式快开锁盖机构包括楔块驱动装置5和楔块4，楔块驱动装置5安装在端盖2的外端部，楔块驱动装置5与楔块4传动连接。釜体1的开口端内壁上开设有用于与楔块4卡接配合的卡槽8。
[0033]
在本实施例中，楔块4可以优选设有五块，楔块驱动装置5可以优选设有五个，每块楔块4可以分别设置为圆弧形，如图4所示，五块楔块4 能够组合形成环形结构，相应的，釜体1的卡槽8也可以设置为与之相匹配的环形卡槽。采用该组合式的楔块结构的锁紧效果好。具体实施时，楔块驱动装置5可以优选设置为气缸。当然，在其他实施例中，也可以采用其他电动驱动装置或者手动驱动装置，只要能够带动各自对应的楔块4往径向方向移动即可实施。
[0034]
当端盖被推入到釜体1的开口端内部后，楔块驱动装置5能够带动各自对应的楔块4往径向方向移动，从而使楔块4能够卡入到釜体1的卡槽 8中锁紧端盖2。开盖时，楔块驱动装置5能够带动楔块4脱离釜体1的卡槽8。
[0035]
发泡高压釜的端盖是安装在釜体的开口端内部的即内径位置处，与采用卡箍式开盖结构的高压釜相比，端盖无需与釜体采用相同的外径尺寸，这样端盖的体积大大减小，重量轻，并且采用楔块式快开锁盖机构，楔块驱动装置能够带动各自对应的楔块往径
向方向移动，从而使楔块能够卡入到釜体的开口端内壁的卡槽中锁紧端盖或者使楔块能够脱离釜体的卡槽实现开盖，其结构简单、紧凑，设计合理，密封更可靠，开/关端盖更加简便，而且随端盖一起安装在釜体的开口端内部，节省了安装空间。
[0036]
本发明的工作原理如下：
[0037]
物料装填：发泡材料装载到物料框内，物料框与端盖一起装入釜体内，楔块驱动装置推动楔块将端盖与釜体锁紧，完成物料装填和关盖操作。
[0038]
升压：装填物料结束后，经预热后的高压超临界流体由高压流体入口注入釜体内。釜体内部压力逐渐升高。待压力达到工艺条件后，停止加压，开始发泡操作。
[0039]
釜内升温：当发泡高压釜内由于调整工艺条件需要升温时，换热盘管内可通入高温换热介质，与釜体内的超临界流体传热，提高釜内温度，当温度达到工艺要求时停止加热操作。
[0040]
釜内降温：当发泡高压釜内由于调整工艺条件需要降温时，换热盘管内可通入低温换热介质，与釜体内的超临界流体传热，降低釜内温度，当温度达到工艺要求时停止降温操作。
[0041]
该卧式聚合物材料超临界流体发泡高压釜可应用于聚合物材料的立体鞋底、片状、其他成型构件、散状颗粒等产品的超临界流体发泡工业应用领域，同时也可以应用于超临界流体染色、超临界流体气凝胶干燥及超临界流体萃取等工业领域。
[0042]
综上所述，本发明采用了内置换热盘管进行换热，使换热介质能够直接在釜内与超临界流体进行高效换热，提高了换热效率，解决了目前常用的单纯通过釜体夹套换热产生温控滞后和效率低的问题，使得釜内温度控制更准确，调节更迅速方便，进一步地提高了产品质量，提高了生产效率，更好地满足了发泡工艺要求。
[0043]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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