一种向塑料软管中充注相变材料的装置及方法与流程

本发明属于相变储能技术领域，具体涉及一种向塑料软管中充注相变材料的装置及方法。

背景技术

相变材料是利用自身相变过程中吸收或释放能量的性质，促使能量在空间和时间上的转移，从而达到提高能源利用效率的目的。目前，在建筑、农业、航空及纺织等领域得到了广泛的关注和应用。相变材料按其相变方式不同可以分为固-固相变材料、固-液相变材料、固-气相变材料和液-气相变材料等，其中固-液相变材料是最为常见、应用最广的一类。相变材料在使用过程中常常需要封装处理，常见的封装方式包括：直接混合法、直接浸泡法、微胶囊法、高聚物交联法、多孔材料吸附法及纳米材料复合法等。由于固-液相变材料在转变过程中存在体积变化，泄漏等问题，导致直接混合法、直接浸泡法在实际应用中存在一定得局限性，而其他的封装方式在一定程度上存在耐久性短、传热稳定性差及价格贵等问题。塑料软管作为一种常见的工业化产品，具有耐久、传热稳定、使用寿命长、价格低廉、可微量收缩(或膨胀)及耐腐蚀等特点，可以作为相变材料较为理想的封装材料使用。同时在相变材料处于液态条件下，可以根据实际空间条件需要改变它的形状，方便使用。

向塑料软管中充注相变材料在实际操作中存在以下四个问题：1、充注压力随时间而变化。为了得到高能量密度的储能装置，相变材料需要在液态条件下向塑料软管中进行充注。但是，液态相变材料的运动粘度时随着温度的变化而变化的，在充注过程中，温度较高的相变材料在充注过程中通过塑料软管向周围环境释放热量，温度降低，从而运动粘度增大，流动性变差，另外，随着软管充注量的增加，流动阻力随之增大，使得充注压力逐渐变大；2、充注条件的时间限制高。由于相变材料温度降低到相变温度点附近时，会发生液态向固态转变，液态相变材料流动性差，从而所需充注压力增大，甚至发生相变材料堵塞管道的现象，所以充注完成时间要短；3、塑料软管相对于其他金属管道具有承压低，不耐高温的缺点，导致充注压力与塑料管道承压，相变材料充注高温需求与塑料管道耐热性差之间存在矛盾；4、相变材料本身粘度较大。基于此，如采用人工充注，效率低下，充注长度有限。如采用现有砂浆泵或其他机械泵充注，由于泵体内部结构复杂、清洗、拆卸较为繁琐，相变材料容易腐蚀泵体，吸入端需要较大压头，同时在充注过程中泵的压力性能曲线在较大的范围变化，导致充注压力和充注量控制困难。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种向塑料软管中充注相变材料的装置及方法。

一种向塑料软管中充注相变材料的装置，包括储料罐，所述储料罐侧壁中上部设置有压气管路，所述压气管路末端设置有空压机，所述储料罐弧形盖的底端中部设置有输液管路，所述储料罐弧形盖的侧壁设置有温控加热装置，所述储料罐底端焊接有储料罐支座。

所述储料罐顶端中部焊接有上外接短管，所述上外接短管顶部螺接有丝堵，所述丝堵顶部焊接有连接短管，所述连接短管顶部螺接有针型阀，所述储料罐内腔设置有相变材料，所述储料罐底端中部设置有下外接短管。

所述压气管路包括压力表和气动软管，所述气动软管中部设置有压力表。

所述输液管路包括变径、弯头、球阀、外螺纹直接和塑料软管，所述输液管路通过变径与下外接短管底端螺接固定在储料罐底端中部，所述变径底端中部设置有弯头，所述弯头末端设置有球阀，所述球阀输出端螺接有外螺纹直接，所述外螺纹直接末端设置有塑料软管。

所述储料罐外壁设置有保温层。

一种向塑料软管中充注相变材料的装置进行向塑料软管中充注相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤1，关闭球阀，取下丝堵，通过上外接短管向储料罐体内部充入一定量的相变材料，拧紧丝堵，关闭针型阀；开启温控加热装置，温度设置为高于相变材料融化温度的某一温度；

步骤2，开启空压机，通过观察压力表控制储料罐体的压力至一定压力值，关闭空压机；

步骤3，打开球阀，向塑料软管中充注相变材料；

步骤4，当储料罐中的压力下降至一定程度无法快速向塑料软管中进行充注时，重复步骤2；

步骤5，塑料软管充注完成，关闭球阀、温控加热装置，打开针型阀放出多余空气。

开启所述温控加热装置，温度设置为高于相变材料融化温度的某一温度，且最小高于相变材料相变温度15℃。

本发明的有益效果：

本发明装置通过定温控制的方法，可以保证相变材料在充注过程中的粘度不增加，提高充注的速度，缩短了充注时间，便于控制充注压力，能够适应不同塑料软管的工作压力；本发明装置解决了人工充注效率低下，充注长度有限的缺点，同时解决了现有砂浆泵或其他机械泵充注，内部结构复杂、清洗、拆卸较为繁琐，相变材料容易腐蚀泵体，充注压力和充注量控制困难方面的问题；本发明装置设备投资及运行费用低，操作简单，可以对不同尺寸、压力及耐热性能的塑料软管进行充注，调节范围广。

附图说明

图1为本发明中向塑料软管中充注相变材料的装置的结构示意图；

图2为本发明中向塑料软管中充注相变材料的方法流程图；

图3为本发明中获得的充注完成的塑料软管实物图；

1-储料罐，2-压力管路，3-空压机，4-输液管路，5-温控加热装置，6-储料罐支座，7-上外接短管，8-丝堵，9-连接短管，10-针型阀，11-相变材料，12-下外接短管，13-压力表，14-气动软管，15-变径，16-弯头，17-球阀，18-外螺纹直接，19-塑料软管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-3所示，一种向塑料软管中充注相变材料的装置，包括储料罐1，所述储料罐1侧壁中上部设置有压气管路2，所述压气管路2末端设置有空压机3，所述储料罐1弧形盖的底端中部设置有输液管路4，所述储料罐1弧形盖的侧壁设置有温控加热装置5，所述储料罐1底端焊接有储料罐支座6。

所述储料罐1顶端中部焊接有上外接短管7，所述上外接短管7顶部螺接有丝堵8，丝堵8螺接在上外接短管7后用生料带进行密封，所述丝堵8顶部焊接有连接短管9，所述连接短管9顶部螺接有针型阀10，针型阀10螺接在连接短管9顶部后用生料带进行密封，用于储料罐1内腔压力超出工作压力时，快速打开针型阀10泄压以及当充注完成时放空储料罐1内多余的空气，所述储料罐1内腔设置有相变材料11，相变材料11在液态条件下充注进储料罐1内腔，所述储料罐1底端中部设置有下外接短管12。

所述压气管路1包括压力表13和气动软管14，所述气动软管14中部设置有压力表13，压力表13用于查看空压机3的压气压力值。

所述输液管路4包括变径15、弯头16、球阀17、外螺纹直接18和塑料软管19，所述输液管路4通过变径15螺接在下外接短管12，变径15螺接在下外接短管12下端后用生料带进行密封，变径15直径的大小由下外接短管12和塑料软管19的直径决定，所述变径15底端中部设置有弯头16，所述弯头16末端设置有球阀17，球阀17用于控制相变材料11的输液量，所述球阀17输出端螺接有外螺纹直接18，所述外螺纹直接18末端设置有塑料软管19。

所述储料罐1外壁设置有保温层。

本实施方式中，储料罐1材质为钢材，厚度为10mm，直径为600mm，高度为800mm，弧形盖顶高度为100mm；针型阀10采用sus304不锈钢内螺纹针型阀，5mm内螺纹；连接短管9长度为100mm，直径为5mm；丝堵8直径为50mm；上外接短管7长度为80mm，直径为50mm；储料罐支座6高度为300mm，采用直径为5mm圆钢筋焊接而成；下外接短管12长度为80mm，直径为76mm。储料罐1外壁设置有30mm厚的橡塑保温棉。

本实施方式中，相变材料11为cacl2·6h2o、srcl2·6h2o及cmc混合相变材料，其质量比为1：0.04：0.01，相变温度为29.4℃。

本实施方式中，空压机3采用outstanding800w-35l型空气压缩机，额定工作压力为0.7mpa，用于为储料罐1提供一定工作压力，本实施方式中的压力为0.1mpa。

本实施方式中，压力表13采用y-100型压力表，最大量程为0.25mpa用于查看空压机3的压气压力值。气动软管14的外径为8mm。

本实施方式中，所述输液管路4为一端敞开的管道，变径14为弯头16为直径32mm90度弯头；球阀17为304材质直径32mm球阀；外螺纹直接18为直径32mm；塑料软管19为直径为32mm塑料软管，厚度为1.2mm，额定工作压力为0.6mpa。

本实施方式中，所述温控加热装置5紧贴储料罐1下部，储料罐1下部浸没在温控加热装置5的水中，温控加热装置5由若干电加热丝构成，电加热丝的热量传递给水，根据所设定的水温，自行开启或关闭加热功能。

一种向塑料软管中充注相变材料的装置进行向塑料软管中充注相变材料的方法，包括以下步骤：

步骤1，关闭球阀17，取下丝堵8，通过上外接短管7向储料罐1内部充入一定量的相变材料11，拧紧丝堵8，关闭针型阀10；开启温控加热装置5，温度设置为高于相变材料11融化温度的某一温度，本实施例中充入20kg相变材料11，温控加热装置5温度设定为50℃；

步骤2，开启空压机3，通过观察压力表13控制储料罐1的压力至一定压力值，关闭空压机3，根据压力表13的读数把储料罐1内的压力控制在0.1mpa；

步骤3，打开球阀17，向塑料软管19中充注相变材料11；

步骤4，当储料罐1中的压力下降至0.05mpa时，塑料软管19充注速度下降，重复步骤2；

步骤5，塑料软管19充注完成，关闭球阀17、温控加热装置5，打开针型阀10放出多余空气。

开启所述温控加热装置，温度设置为高于相变材料融化温度的某一温度，且最小高于相变材料相变温度15℃。