基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及吹塑薄膜冷却技术领域，特别涉及一种基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却方法及装置。
【背景技术】
[0002]平烟囱效应，是指户内空气沿着有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。在有共享中庭、竖向通风(排烟)风道、楼梯间等具有类似烟囱特征(即从底部到顶部具有通畅的流通空间)的建筑物、构筑物(如水塔)中，空气(包括烟气)靠密度差的作用，沿着通道很快进行扩散或排出建筑物的现象，也会产生烟囱效应。烟囱效应的最大作用是热空气上升，产生拔风作用，加强空气对流。
[0003]烟囱效应在建筑结构和建筑设计中应用最为广泛，能够实现室内有组织的自然通风，排气排烟。近年来，也有应用于电子元件散热装置中。
[0004]在薄膜吹塑加工中，为满足塑料薄膜吹膜成型工艺的需要，必须对挤出膜泡进行冷却。吹塑薄膜的冷却原理是:塑料薄膜吹塑过程采用以空气作为冷却介质的风环对膜泡的吹胀区(即口模到冷凝线之间)进行外冷却，当冷却空气通过风机经风环以一定的角度和速度吹向刚从机头挤出的塑料膜管时，高温的膜泡与冷却空气相接触，膜泡的大量热量传递给空气并被带走，从而使膜泡(此时已成型为圆柱管状薄膜)受冷却、固化、温度明显下降。由于吹塑薄膜技术工艺的特点，冷却系统的改进显得更为重要，这是因为良好的冷却条件可以具有(1)大幅提高吹塑薄膜的产量；(2)改善薄膜的物理、化学性能，例如:薄膜的透明度、光洁度以及力学性能；(3)提高熔体强度，从而避免加工过程中的膜泡破裂；(4)扩大吹膜机组的材料加工范围等一系列优点。
[0005]要实现良好的冷却效果，薄膜吹塑过程需同时采用膜泡外部冷却方式和膜泡内部冷却方式。
[0006]传统改善膜泡外部冷却的方法有采用各种不同的风环结构，这样会增加风环结构复杂性，增加设备成本。也有采用多个相同结构或不同结构的风环上下相间组合布置，以增加冷却高度和冷却面积，改善冷却效果，这会增加设备体积及成本，且无法起到较为显著的效果。
[0007]膜泡内冷却是一种先进的膜泡辅助成型和加速膜泡冷却的新技术。目前内冷却装置主要有两种结构型式:一种是内循环式内冷装置，另一种是外循环式内冷装置。目前，夕卜循环式内冷装置因结构简单，适用范围广而应用较多，然而外循环式内冷装置需要通过不停地交换膜泡内空气和外界来实现膜泡的内冷过程，要确保膜泡直径大小不变，必须保证膜泡内空气压力、体积保持不变，否则膜泡直径大小会出现变化。这就要求必须通过一套精密的膜泡直径检测控制系统来频繁调整进出风流量，造成系统结构较为复杂，冷却效果不理想、设备成本高等问题。
[0008]由此可见，由于烟囱效应的最大作用是热空气上升，产生拔风作用，加强空气对流，若能将其应用于吹塑薄膜冷却，将能实现更好的冷却效果，因此，针对目前吹塑膜泡冷却存在的冷却效果差，结构复杂等问题，开发一种新型的冷却方法及装置具有重大意义。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种冷却效果较好、冷却效率较高的基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却方法。
[0010]本发明的另一目的在于提供一种用于实现上述方法的基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却装置。
[0011]本发明的技术方案为:一种基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却方法，来自冷风风环的外冷却风进入包裹住膜泡外表面的烟囱状空间内，依靠烟囱效应的拔风作用加强膜泡外表面的空气流动;位于膜泡内的内冷却风同样形成烟囱效应，并在对流风扇作用下，形成与膜泡外表面平衡的冷却气流，同时，不断循环更新的冷却水带走膜泡内部的热量，在膜泡内外冷却风的协同作用下，使薄膜保持稳定冷却。
[0012]所述冷却水与膜泡内的内冷却风进行热交换，实时带走膜泡内部的热量。
[0013]本发明一种用于实现上述方法的基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却装置，包括膜泡外组件和膜泡内组件，膜泡外组件包括模头、冷风风环和外部风道管，冷风风环设于模头上，外部风道管固定于冷风风环上，且冷风风环内的气流通道与外部风道管连通，外部风道管包裹于膜泡外;膜泡内组件包括进气管、进水管、排水管、内部风道管和热交换器，内部风道管设于膜泡内，进气管与内部风道管的外部空间连通，进水管和排水管均伸入膜泡内且分别与热交换器连接，热交换器设于内部风道管中。
[0014]所述膜泡内组件还包括对流风扇、对流风扇轴、轴上支撑座和热交换器端盖，内部风道管的上下两端分别设置对流风扇，对流风扇中部设置对流风扇轴，对流风扇轴穿过模头，对流风扇轴上端通过轴上支撑座固定于内部风道管上，热交换器两端分别设置热交换器端盖，且通过热交换器端盖与对流风扇轴连接。热交换器上下方对称布置两个对流风扇，动力系统驱动对流风扇轴带动对流风扇旋转，可加强内部风道管内的热量交换。
[0015]所述膜泡外组件还包括固定外部风道管用的支撑杆和铰链活页，支撑杆平行设于外部风道管一侧，支撑杆底部固定于冷风风环上，外部风道管通过铰链活页与支撑杆固定连接。
[0016]所述外部风道管为对半开合式的结构，组成外部风道管的两个半管之间设有锁扣，并通过锁扣锁紧连接。所述外部风道管的材料为采用透明玻璃钢材料。便于实时观察膜泡冷却情况和操作。
[0017]所述膜泡内组件中，热交换器的外表面沿环向均布有若干散热片，增大热交换面积，热交换器的内部开有冷却水流道，进水管和排水管分别与冷却水流道连通，冷却水经冷却水流道将膜泡内的空气冷却，带走膜泡内的热量。
[0018]本基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却装置使用时，其原理是:冷却风从冷风风环进入包裹住膜泡外表面的烟囱状空间，依靠烟囱效应的拔风作用加强膜泡外表面的空气流动，膜泡内部的冷却风同样形成烟囱效应，并在对流风扇作用下，形成与膜泡外表面平衡的冷却气流，不断循环更新的冷却水通入和排出膜泡内部带走膜泡内部的热量，在膜泡内外冷却风的协同作用下，使薄膜保持稳定冷却。
[0019]本基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却方法及装置使用时，由于烟囱效应主要是烟囱状空间内外温差形成的热压作用的结果，而热压值与烟囱状空间内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，对于成型温度高的塑料，其膜泡对冷却效果、冷却速率的要求也越高，此时烟囱状空间内外的空气温度差越大，烟囱效应加强空气对流的效果更加明显，能够自动适应不同塑料不同吹膜速度的不同要求，节省控制成本。
[0020]本发明相对于现有技术，具有以下有益效果:
[0021]本基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却方法及装置，原理简单，其方法是冷却风从冷风风环进入包裹住膜泡外表面的烟囱状空间，依靠烟囱效应的拔风作用加强膜泡外表面的空气流动，膜泡内部的冷却风同样形成烟囱效应，并在对流风扇作用下，形成与膜泡外表面平衡的冷却气流，不断循环更新的冷却水通入和排出膜泡内部带走膜泡内部的热量，在膜泡内外冷却风的协同作用下，使薄膜保持稳定冷却，其冷却速率高，冷却效果也可得到明显的改善。
[0022]本基于烟囱效应的吹塑薄膜内外气流协同冷却装置结构简单，易于实现，透明的外部风道管置于冷风风环上方，将膜泡包裹住，简单的结构实现冷却效果的显著提升;膜泡内部无内冷风环及风机，零件少，结构简单。本装置利用烟囱效应增强外冷和内置式循环冷却的协同作用，应用于吹塑薄