[发明专利]一种由水冷式发动机驱动的聚氨酯发泡机

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯发泡机，特别是一种由水冷式发动机驱动的聚氨酯发泡机。

背景技术

聚氨酯是一种由异氰酸酯和多元醇通过共聚反应生成的高分子聚合物。聚氨酯制品分为发泡制品和非发泡制品两大类：发泡制品有软质、硬质和半硬质聚氨酯泡沫塑料；非发泡制品包括涂料、粘合剂、合成皮革、弹性体和弹性纤维等。聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，其中聚氨酯泡沫塑料用途最为广泛，约占聚氨酯制品消费总量的70％。

聚氨酯发泡机是聚氨酯泡沫塑料加工设备的核心组件，用于实现满足聚合反应所需的混合、计量和温度控制。

聚氨酯发泡机由混合头、物料输送单元、加热单元、控制单元等构成。

混合头用于实现异氰酸酯和多元醇的高效混合。混合方式包括高压碰撞混合、低压搅拌混合等，根据混合方式的不同，聚氨酯发泡机分为高压机和低压机两种类型。

根据物料输送方式的不同，物料输送单元可分为气动式、电动式和液压式三种，利用气动泵、电动泵或液压泵定量输送物料。聚氨酯发泡机多采取二级送料模式，即通过初级供料泵将物料输送至储料罐中或直接输送至二级供料泵入口，二级供料泵为计量泵，将物料从储料罐中或初级供料泵出口处定量输送至混合头。为节省空间，小型聚氨酯发泡机多采用无储料罐的二级送料模式；对大型聚氨酯发泡机而言，为提高控制精度，多采用具有储料罐的二级送料模式。通过调整异氰酸酯和多元醇的二级供料泵的流量，可实现异氰酸酯和多元醇的比例控制。

加热单元用于调整物料的粘度和温度，使物料的粘度、温度处于合理范围，以利于混合和反应。对于具有储料罐的发泡机而言，一般将加热单元置于储料罐内，进行蓄热式加热；对于小流量聚氨酯发泡机而言，多数在输料管内部安装大功率加热丝，进行即热式加热。

控制单元用于物料的温度显示与控制、定时与计时、液位显示、流量控制等，可采用模拟电路或数字电路。

聚氨酯发泡机多用于工厂生产环境中，一般采取固定工作位点，以电力作为驱动源的模式。

随着聚氨酯泡沫塑料应用范围的不断扩大，其生产已不再仅局限于工厂内。例如，管道保温、冷库喷涂和外墙保温等应用往往需要在工地现场制作聚氨酯泡沫塑料。为满足此方面的需求，设备生产商多采用常规电驱聚氨酯发泡机外加发电机组的模式。例如，在美国Graco公司推出的ProPAK300D移动式聚氨酯现场喷涂系统中，将30kW柴油发动机驱动的发电机组、3.7kW电驱空压机和E-30型聚氨酯发泡机流量13.6kg/min集成在方仓中。在此系统中，E-30型聚氨酯发泡机整机的电功耗为23kW，其中15.3kW用于物料加热，加热所需电功耗占整机的67％(E-30型聚氨酯发泡机产品说明书，312066EN-U，3)，发电机组输出的电力主要用于物料的加热。

众所周知，发动机通过热机循环将燃烧热转化成有用功。以柴油发动机为例，其燃油消耗率为200～300g·kW^-1·h^-1(BOSCH汽车工程手册，中文第3版，530-531)，柴油燃烧热以42.9kJ/g计，则柴油发动机的热机转化效率为0.42～0.28，即柴油发动机通过热机循环将28～42％的燃烧热转化成有用功。通过以上的数据分析可以看出，在ProPAK300D移动式聚氨酯现场喷涂系统中，柴油发动机驱动的发电机组按0.28～0.42的热机转化效率将燃烧热转化成电功，此后又将大部分电功转化成热能，系统存在能量利用效率低等问题。

WO2012/174380公开了一种利用发动机冷却介质中的废热加热物料的聚氨酯发泡机，提出了两种废热利用方案：

在第一种实施方案中采取了间接取热模式，通过回路间热交换器从发动机冷却介质中取热。该方案取热效率偏低，需要配置电辅助加热系统。美国Graco公司基于此方案开发了E-30i型柴油发动机驱动的聚氨酯现场喷涂系统，与ProPAK300D移动式聚氨酯现场喷涂系统相比，由于利用了发动机废热加热物料，发电机组由30kW减小至22kW，电加热功率由15.3kW减小至4kW，能量利用效率显著提高，但仍需配置4kW电辅助加热系统(E-30i型聚氨酯发泡机产品手册，348500EN-B，6)。