本实用新型涉及高分子材料加工技术领域，具体涉及一种冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机。
背景技术：
熔体纺丝机是将聚合物加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的加工设备。现有技术中，熔体纺丝机主要包括螺杆挤出机、纺丝箱、用于熔体冷却固化的冷却室、卷绕装置以及加热装置和冷却装置。工作时，聚合物经螺杆挤出机加热熔融，然后进入纺丝箱并通过喷丝板挤出形成熔体，熔体进入冷却室冷却固化后，再由卷绕装置卷绕纺丝。其中，温度是熔体纺丝的主要影响因素，螺杆挤出机和纺丝箱均需要加热获得熔体所需的高温(约180～280℃)，冷却室内需要通入冷风维持固化成型所需的低温(约20～35℃)。现有技术中，其一给螺杆挤出机和纺丝箱加热的方式主要是采用电加热器，最常见的是大功率的电阻丝加热器，其弊端是：由于熔体所需的温度高达200度以上，其完全依靠外接电源，造成电能消耗大、成本高，而且电阻丝加热达到预定温度耗时较长、效率低、加热不均匀；再者，电阻丝易损坏、使用寿命短；其二冷却固化的方式主要采空调制冷或者水冷，同样空调制冷或水冷的方式均会产生额外的能耗。而目前在热能和电能上很难进行节能改造，并不能实现真正意义上的节能和环保。此外，按照固有的设计，现有熔体纺丝机的传动装置及其他需要供电的装置，均只能完全依靠外接电源，不仅造成整台设备的电能消耗巨大，而且外接电源必须在固定场地使用，因此，现有的熔体纺丝机的可移动便捷性大大受限。
随着新能源技术的发展，采用甲醇和水重整制氢的技术渐渐得到发展，其能减少化工生产中的能耗和降低成本，并有望替代电能消耗特别在的电解水制氢工艺。中国发明专利 201310340475.0(申请人：上海合既得动氢机器有限公司)公开了一种甲醇水制氢系统，甲醇与水蒸气在重整器的重整室内，在350-570℃温度下、1-5MPa的压力条件下，在催化剂的作用下，发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应，生成氢气和二氧化碳，这是一个多组份、多反应的气固催化反应系统。反应方程如下：(1)CH3OH→CO+2H2；(2)H2O+CO →CO2+H2；(3)CH3OH+H2O→CO2+3H2，重整反应生成的H2和CO2，再经过分离室的钯膜分离器将H2和CO2分离，得到高纯氢气。中国发明申请201410622203.4(申请人：上海合既得动氢机器有限公司)，公开了一种基于甲醇水制氢系统的发电机及其发电方法，该发电机采用燃料电池作为发电设备，上述甲醇水制氢系统得到的高纯氢气输送至该燃料电池，氢气与空气中的氧气发生电化学反应从而产生电能。在上述甲醇水制氢及发电系统中，甲醇与水蒸气的重整制氢反应的过程中，由于重整器内需要维持350-570℃温度，甲醇水重整反应生成的H2和CO2，经过钯膜分离器分离出氢气后，剩下的CO2以及未反应的水汽从系统中排出，这些排出的余气具有非常高的热量，其温度通常在300-600℃之间，如果直接排放出去，将严重浪费了大量的热能，使甲醇水原料利用率较低。
因此，如何利用甲醇水制氢发电技术的特点，并将其应用到传统的熔体纺丝机以实现对传统熔体纺丝机在高能耗、完全依赖外接电源、使用受场地限制等方面的改进，将是突破固有思维的新的研究方向。
技术实现要素：
针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机，其利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的热能和电能实现了熔体纺丝机的热冷电三联供以及温度和湿度的智能化调控，实现节能环保，而且不依赖传统外接电源，成为便捷可移动式设备。
为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
提供冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机，包括依次设置的螺杆挤出机、纺丝箱、冷却室和收集室，其中：所述螺杆挤出机包括机筒和螺杆，所述纺丝箱内设置有喷丝板，所述收集室内设置有卷绕装置，所述可移动式熔体纺丝机还包括甲醇水制氢发电系统，所述甲醇水制氢发电系统包括甲醇水储存容器、输送泵、重整器、燃料电池和控制装置，所述重整器包括重整室、分离室以及为重整室加热的电加热器，甲醇水原料经输送泵输送至重整器，甲醇和水在重整器内发生甲醇和水的重整制氢反应，制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体，该混合气体经分离室分离出氢气和高温余气，该氢气输送至燃料电池产生电能，一部分电能为甲醇水制氢发电系统的输送泵和电加热器供电，一部分电能为熔体纺丝机的其他用电设备供电；燃料电池产生电能的过程中排出低温空气；所述控制装置包括控制主板、供电装置及电力输出端口，所述控制主板控制甲醇水制氢发电系统工作，所述供电装置为甲醇水重整制氢发电系统启动过程中自身供电，所述电力输出端口用于向外输出电力；
所述可移动式熔体纺丝机还包括用于使所述冷却室内的熔体冷却固化的引风系统，所述引风系统包括低温空气混合器、增湿器和引风装置，其中：所述燃料电池排出的低温空气、外界空气、所述增湿器分别通过管路与所述低温空气混合器的进气口连通，所述低温空气混合器的出气口通过压缩机与所述引风装置的进风口连通，所述引风装置设置有多个风道，所述冷却室的一侧沿熔体流动方向分布设置有多个与所述风道相对应的吹风口，所述风道和所述吹风口的朝向均垂直于冷却室内的熔体；
所述可移动式熔体纺丝机设置有高温气体回路，所述高温气体回路中设置有高温气体收集装置，所述高温气体收集装置中的高温气体来自所述分离室分离出的高温余气，所述高温余气的温度为300～600℃；所述高温气体回路包括至少一个用于调节机筒温度的第一高温气体回路和用于调节纺丝箱内温度的第二高温气体回路；
所述机筒、所述纺丝箱和所述冷却室内均设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制装置电连接。
其中，所述可移动式熔体纺丝机还设置有用于冷却机筒的制冷回路，所述制冷回路上设置有冷却装置。
其中，所述可移动式熔体纺丝机包括至少一个第一热交换器，所述制冷回路通过所述至少一个第一热交换器将热量传递到对应的所述高温气体回路。
其中，所述可移动式熔体纺丝机包括第二热交换器，所述制冷回路通过所述第二热交换器与燃料电池排出的低温空气进行热交换。
其中，所述高温气体回路和所述制冷回路上均设置有流量控制阀，所述流量控制阀与所述控制装置电连接。
其中，所述分离室与所述高温气体收集装置之间的连接管路上设置有换向阀，在熔体纺丝机炼胶过程中，分离室分离出的高温余气经换向阀进入高温气体收集装置；在熔体纺丝机冷却过程中，分离室分离出的高温余气经换向阀排向外界。
其中，所述机筒和所述纺丝箱设置有电加热装置，所述电加热装置包括电加热膜，所述电加热膜设置于所述机筒的内壁和所述纺丝箱的箱体表面。
其中，所述低温空气混合器设置有温度检测装置和湿度检测装置，所述温度检测装置和湿度检测装置分别与所述控制装置电连接。
其中，所述供电装置为可充电电池。
其中，所述甲醇水储存容器和所述重整器之间输送管路上设置有换热器，低温的甲醇和水原料与分离室分离出的高温氢气进行热交换。
本实用新型的有益效果：
与现有技术的熔体纺丝机相比，本实用新型具有以下优点：
(1)本实用新型的冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机，其一、利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的300～600℃的高温余气经高温气体收集装置收集后作为高温热源，通过高温气体回路为螺杆挤出机和纺丝箱加热，提供聚合物熔融、挤出成熔体所需的温度，高温余气经高温气体回路的循环而形成热量均匀稳定的热源且热量分布均匀；其二、利用燃料电池发电过程中排出的40～60℃的低温空气作为低温热源，并与外界空气混合形成 20～35℃的混合空气为冷却室内的熔体进行冷却固化时提供所需的温度；其三、在甲醇水重整制氢启动过程中，不需要外接电源供电，通过自身的供电装置即可为系统自身供电，等燃料电池工作产生电能后，再为自身系统供电以及为熔体纺丝机的所有用电设备供电，由此完全改变了传统熔体纺丝机依靠外接电源的供电方式，实现了不受限制的在任何场地使用，使熔体纺丝机成为便捷可移动式设备。因此，本实用新型突破了固有思维，充分利用甲醇水重整制氢及发电过程中产生的高温热能、低温热能和电能，并将其与传统熔体纺丝机相结合，实现了冷热电三联供，可根据熔体纺丝各个阶段所需的温度、电机等用电设备的功率以及甲醇水重整制氢发电系统中所需的甲醇用量、产生的热能和电能进行能量恒算，通过熔体纺丝机的智能化冷热电三联控以实现能源的高效利用，从而提供了一种全新的节能、可移动式的创新思路，其具有广阔的产业化应用前景；
(2)由于甲醇水重装制氢过程中产生高温余气的温度高达300～600℃，这部分的热能完全满足聚合物熔融形成熔体所需的温度(一般为180～280℃))，另一方面，燃料电池排出的40～60℃的低温空气与外界空气混合形成的混合空气，恰好满足熔体固化成型所需的低温(约20～35℃)，这样主要利用甲醇水重整制氢及发电过程本身所产生的余热来加热或冷却熔体，不仅提高甲醇水原料的利用率，而且不再单纯依靠传统熔体纺丝机的电加热装置、空调制冷或水冷装置进行加热或制冷，由此大大降低了整台设备的电能能耗，节能减排效果显著；
(3)本实用新型的甲醇水重整制氢发电系统输出的电能为直流电，因此熔体纺丝机设备中使用的电机均可采用直流电机，其相比交流电机不需要大功率启动，无功率损耗；
(4)本实用新型在节能和环保上具有重大突破，一方面，本实用新型的原料为甲醇和水的混合液，原料成本低廉(1kg甲醇的成本约为2元)，排放的水及少量二氧化碳对环境无污染；另一方面从能耗成本上看，目前工业用电的成本是1度电约为1元，1度电所需的热量相当于860kcal；然而本实用新型的甲醇水制氢发电系统，1kg甲醇的发电量约为 2度电，即所需的热量为2*860kcal＝1720kcal，而甲醇产生的热量相当于5kcal，还剩余 3380kcal的热量，也就是说，本实用新型的甲醇水制氢发电过程中除了产生的2度电可以提供给熔体纺丝机的用电设备外，还会产生3380kcal的高品质的热能(温度高达300～600℃) 和低品质的热能，这部分热能又能进一步补偿作为熔体加热和冷却所需的热源和冷源使用，按照冷、热、电三联供的方式折算下来，产生1度电的发电成本只需要约0.4元，相比目前的工业用电成本节省了高达一半以上的成本和能耗，这在工业和环保上具有非常重大的意义。
附图说明
图1为本实用新型的冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机的结构示意图。
附图标记：
螺杆挤出机1、机筒11、螺杆12、纺丝箱2、喷丝板21、冷却室3、收集室4、卷绕装置41；
甲醇水制氢发电系统5、甲醇水储存容器51、输送泵52、重整器53、重整室531、电加热器532、分离室533、燃料电池54、换热器55、控制装置56；
高温气体收集装置6、冷却装置7、换向阀8；
引风系统9、低温空气混合器91、增湿器92、引风装置93、风道931、压缩机94；
第一高温气体回路10a、第二高温气体回路10、制冷回路20、第一热交换器40、第二热交换器50、第一流量控制阀60、第二流量控制阀70、第三流量控制阀80、阀门90。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本实用新型进行详细说明。
冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机，如图1所示，包括依次设置的螺杆挤出机1、纺丝箱2、冷却室3和收集室4，其中：螺杆挤出机包括机筒11和螺杆12，纺丝箱2 内设置有喷丝板21，收集室4内设置有卷绕装置41。工作时，聚合物经螺杆挤出机1 加热熔融，然后进入纺丝箱2并通过喷丝板21挤出形成熔体，熔体进入冷却室3冷却固化后进入收集室4，再由卷绕装置41卷绕纺丝。(这部分工作原理与现有技术的熔体纺丝机相同)。
本实用新型的冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机与现有技术的熔体纺丝机的不同之处在于：
冷热电三联供的可移动式熔体纺丝机还包括甲醇水制氢发电系统5，甲醇水制氢发电系统5包括甲醇水储存容器51、输送泵52、重整器53、燃料电池54和控制装置56，重整器53包括重整室531、分离室533以及为重整室531加热的电加热器532，该系统制氢和发电的工作原理是：甲醇和水的混合原料经输送泵52输送至重整器53，电加热器532为重整器53提供所需的热量，使甲醇和水在重整室531内在催化剂作用下重整反应，制得以二氧化碳和氢气为主的混合气体，该混合气体经分离室533分离出氢气和高温余气，其中氢气经过换热器55与低温的甲醇水换热后，甲醇水蒸发气化进入重整器53，高温的氢气经过降温后输送至燃料电池54用于产生电能，一部分电能为甲醇水制氢发电系统5的输送泵52和电加热器532供电，一部分电能为熔体纺丝机的所有用电设备供电；燃料电池54产生电能的过程中排出低温空气。上述甲醇水制氢发电系统5不断循环地产生高温余气、低温空气和输出电能，从而实现熔体纺丝机的冷热电三联供，具体如下：
(1)供电：
控制装置56包括控制主板、供电装置及电力输出端口，其中：控制主板控制甲醇水制氢发电系统5工作，供电装置可以是可充电电池，在甲醇水重整制氢发电系统的启动过程中，可充电电池为自身供电(主要是为电加热器532供电，以向重整器53内提供重整制氢反应所需的热量)，从而快速启动重整器53，使甲醇和水重整反应制氢。电力输出端口用于向外输出电力。在上述甲醇水重整制氢启动过程中，不需要外接电源供电，通过自身的供电装置即可为系统自身供电，等燃料电池54工作产生电能后，再为自身系统供电以及为熔体纺丝机的所有用电设备(如螺杆挤出机1、卷绕装置41的动力设备等)供电，从而完全改变了传统熔体纺丝机依靠外接电源的供电方式，能够不受限制在任何场地使用，使熔体纺丝机成为便捷可移动式的设备。
(2)低温空气的余热利用：
可移动式熔体纺丝机还包括用于使冷却室3内的熔体冷却固化的引风系统9，引风系统9包括低温空气混合器91、增湿器92和引风装置93，其中：燃料电池54排出的低温空气、外界空气以及增湿器92分别通过管路与低温空气混合器91的进气口连通，低温空气混合器91的出气口通过压缩机94与引风装置93的进风口连通，引风装置93 设置有多个风道931，冷却室3的一侧沿熔体流动方向分布设置有多个与风道931相对应的吹风口。该引风系统9利用燃料电池54发电过程排出的40～60℃的低温空气作为低温热源，并与外界空气混合形成20～35℃的混合空气输送至引风装置93的风道931内，然后进入冷却室3内使高温熔体冷却固化。由于风道931与冷却室3吹风口的朝向均垂直于冷却室3内的熔体，能有效地提高纺丝的质量。增湿器92用于调节低温空气混合器91内混合空气的湿度。低温空气混合器91设置有温度检测装置和湿度检测装置，温度检测装置和湿度检测装置分别与控制装置电连接，可智能化对冷却室3内的温度和湿度进行调控。
(3)高温余气的余热利用：
可移动式熔体纺丝机设置有高温气体回路，高温气体回路包括用于调节机筒11不同区域温度的两个第一高温气体回路10a和用于调节纺丝箱2内温度的第二高温气体回路10，高温气体回路中设置有高温气体收集装置6，高温气体收集装置6中的高温气体来自分离室533分离出的高温余气，高温余气的温度为300～600℃。高温余气经高温气体回路的循环而形成热量均匀稳定的热源，从而快速给机筒11和纺丝箱2加热。由于高温余气的温度达到300～600℃，这部分高品质热能完全能够满足熔体所需的加热温度 (一般为180～280℃)，这样不仅充分利用了甲醇水重整制氢及发电过程中产生的余热，提高甲醇水原料的利用率，而且不再单纯依靠传统熔体纺丝机的电加热装置加热，由此大大降低了整机的电能能耗，节能减排效果显著。每个高温气体回路均设置有第一流量控制阀60，第一流量控制阀60与控制装置56电连接。控制装置56通过第一流量控制阀60调节相应高温气体回路中高温余气的流量以实现对机筒11和纺丝箱2加热温度的调节。
可移动式熔体纺丝机还设置有用于冷却机筒11和纺丝箱2的制冷回路20(图1 以机筒11为例，只画出了用于冷却机筒11的制冷回路20，用于冷却纺丝箱2的制冷回路20未画出)。制冷回路20上设置有冷却装置7。制冷回路20上还设置第三流量控制阀80，第三流量控制阀80与控制装置56电连接。当机筒11或纺丝箱2需要冷却时，冷却装置7通过相应的制冷回路20输送冷却介质以使机筒11和纺丝箱2迅速降温。
可移动式熔体纺丝机包括两个第一热交换器40，其分别设置在对应的第一高温气体回路10a的回流管路上。制冷回路20通过第一热交换器40将热量传递到对应的第一高温气体回路10a。这是由于聚合物熔融过程中，加热所需的温度一般为180～280℃，而高温余气的热量高达300～600℃，为防止机筒11和纺丝箱2的温度上升过快而超出所需的加热温度，此时可以通过第一热交换器40，使制冷回路20与高温气体回路进行热交换，以分别调节机筒11和纺丝箱2的温度。图1中，通往每个第一热交换器40的管路上均设置有第二流量控制阀70，用于控制通过第一热交换器40的高温气体流量，从而调节相应高温气体回路与制冷回路20之间的热量传递。同时，每个制冷回路20上设置有可控阀门90，用于控制冷却介质通往第一热交换器40或机筒11/纺丝箱2的路径。当加热过程中，需要通过冷却介质调节某个高温气体回路的温度时，则阀门90通向第一热交换器40方向的路径打开；当加热结束而进行冷却时，则阀门90通向第一热交换器40的路径关闭，阀门90通向机筒11/纺丝箱2的路径打开，冷却介质对机筒11/纺丝箱2进行降温。
分离室533与高温气体收集装置6之间的连接管路上设置有换向阀8，当熔体纺丝机工作时，分离室533分离出的高温余气经换向阀8进入高温气体收集装置6，进而通过高温气体回路对机筒11和纺丝箱2加热；当熔体纺丝机停止工作时，分离室533分离出的高温余气经换向阀8排向外界，冷却装置7通过制冷回路20输送冷却介质以使机筒11和纺丝箱2迅速降温。
本实施例中，可移动式熔体纺丝机还包括第二热交换器50，制冷回路20通过第二热交换器50与燃料电池54排出的低温空气进行热交换。当低温空气混合器91内混合空气的温度过高时，可通过第二热交换器50调节混合空气的温度保持在熔体冷却固化所需的温度20～35℃。
本实施例中，机筒11、纺丝箱2和冷却室3内均设置有温度传感器，温度传感器与控制装置56电连接。控制装置56根据各个温度传感器和温度检测装置的反馈信号来控制第一流量控制阀60、第二流量控制阀70和第三流量控制阀80以实现对机筒11、纺丝箱2和冷却室3温度的智能化调控。
以上工作即可实现可移动式熔体纺丝机智能化的冷、热、电三联控。此外，熔体纺丝机利用甲醇水重整制氢发电过程中产生的高温余气来调节机筒11和纺丝箱2的加热温度虽然实现了节能，但是单纯依靠热能调节温度难以实现精确控制，为此本实施例中，机筒11和纺丝箱2还设置有电加热装置，电加热装置与电力输出端电连接，即电加热装置也由燃料电池54输出的电能供电，不需要外接电源。具体的，电加热装置采用电加热膜，该电加热膜设置于机筒11的内壁和纺丝箱2的箱体表面。电加热膜优选碳化硅材质的电加热膜，由于电加热膜具有耐高温、节能、传热速度快的优点，便于精确控制温度。例如，熔体加热所需的温度为250℃，工作时，先利用甲醇水重整制氢过程中自身产生的热能给机筒11和纺丝箱2加热，当二者的温度达到200℃的基础温度时，再启动电加热膜继续给机筒11和纺丝箱2加热至250℃进而实现对温度的精确控制。因此，本实用新型的熔体纺丝机对机筒11和纺丝箱2的温度控制也能够实现热电联控，根据待加工材料工艺的要求，可以任意选择机筒11和纺丝箱2的温度调控方式和调控的精确度。
与现有技术相比，本实用新型突破了固有思维，充分利用甲醇水重整制氢发电过程中产生的热能和电能，并将其与传统熔体纺丝机相结合，通过熔体纺丝机智能化的冷热电三联控以实现能源的高效利用。为此，本实用新型提供了一种全新的节能、可移动式的创新思路，其具有广阔的产业化应用前景。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。