CN105437433B - 一种无结露冷却辊 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无结露冷却辊，该冷却辊包括：辊体，该辊体包括：辊壁，该辊壁形成具有中空腔体的圆筒状；冷却装置，与该辊体相连接，供冷却液流通；导热层，设置于该辊壁中或该辊壁的外周上，将热量传递至该辊壁的两端。由此，有效解决现有技术中冷却辊表面结露的问题。

Description

一种无结露冷却辊

技术领域

本发明涉及冷却辊，具体地，涉及一种辊壁带均温导热层的在生产中不会发生结露的冷却辊装置。

背景技术

在橡塑挤出复合生产、塑料挤出片材生产、流延膜生产、压花膜生产、塑料薄膜生产、汽车玻璃PVB膜加工、真空镀铝纸复合、食品纸张复合、太阳能电池隔膜、紫外涂布生产等大量生产加工系统中，都会使用到冷却辊。这些行业中，冷却辊的主要功能是对上道工序中传送过来的物料，如片材、薄膜等进行冷却定型，或者对薄膜表面进行降温，再传送至下一加工环节中。

冷却辊的辊筒一般是用金属加工的两端密封的圆柱形空心腔体。现有技术中冷却辊的冷却方式主要有两种，如图1所示，一种是腔体11两侧分别连接一个单回路旋转接头12、12′，冷却水从一侧的旋转接头12进入腔体11，在腔体11内部与辊壁13进行热交换后，从腔体11另一侧的旋转接头12′流出。如图2所示，另一种是在腔体11一侧连接一个双回路旋转接头14，冷却水从双回路旋转接头14的进水口141进入腔体11，在腔体11内部与辊壁13进行热交换后，再通过双回路旋转接头14的出水口142流出。

在实际生产中，辊筒外表面需冷却物料的宽幅一般要小于辊筒表面的宽幅。一般在辊筒宽幅两侧各5～10cm的区域内并没有物料走料。在某些生产中，待冷却物料的宽幅只有辊筒表面宽幅的一半或更小。

现有冷却辊中，冷却水在腔体内的热交换面是整个腔体区域，对应的是辊筒表面的整个辊面区域，即整个辊筒表面会全部得到冷却。根据产品冷却温度的要求，冷却温度可以很低，当低于工作环境空气的露点温度时，辊筒表面就会产生结露现象，形成冷凝水。生产中为实现更好的冷却效果，一般要求冷却温度越低越好，比如在真空镀铝纸、汽车玻璃夹层PVB膜等生产行业。因此，冷却辊的冷却温度远低于生产环境的露点温度。在冷却辊辊筒表面有热物料覆盖的区域(即工作区域)，温度会大于露点温度，不产生结露，但在没有热物料覆盖的区域，辊筒表面经冷却后的温度会低于生产环境的露点温度，从而在没有热物料覆盖的这些区域会结露形成冷凝水，冷凝水落到物料上面会影响物料的质量。为避免这种情况，可以采取增加待冷却物料的宽幅的方法，在后续工艺中将被冷凝水污染的区域切除；也可以采取被迫牺牲冷却效果的方法，提高增加冷却水温度，使辊筒表面没有热物料覆盖区域的温度高于生产环境的露点温度，以尽量避免结露。

上述两种方法，都将直接造成生产材料的浪费和生产成本的增加，第二种方法更是大大降低了产品品质。

发明内容

本发明提供一种无结露冷却辊，可以有效解决现有技术中冷却辊表面结露的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种无结露冷却辊，其特征在于，包括：辊体，其包括：辊壁，该辊壁形成具有中空腔体的圆筒状；冷却装置，与该辊体相连接，供冷却液流通；导热层，设置于该辊壁中或该辊壁的外周上，将热量传递至该辊壁的两端。

优选地，该导热层包括第一导热层，该第一导热层与该辊壁相贴。

优选地，该导热层包括第一导热层和第二导热层，该第二导热层设置于该第一导热层的外侧。

优选地，该导热层还包括第一金属层，该第一金属层设置于该第一导热层与该第二导热层之间，该第一导热层的内侧与该第一导热层的外侧相贴，该第一导热层的外侧与该第二导热层的内侧相贴。优选地，该第一导热层以及第二导热层由铜铝金属混合的复合型导热纤维材料、石墨导热材料、碳纤维材料、碳化硅、银或铜制成；该第一金属层由钢材、铜材、铝材、复合纤维材料中的任一种制成。

优选地，该导热层设置于该辊壁的外周上，该导热层的内侧与该辊壁的外周相贴，该冷却辊还包括：第二金属层，贴附于该导热层的外侧。

优选地，该第二金属层由钢材、铜材、铝材、复合纤维材料中的任一种制成。

优选地，该冷却装置为两个单回路旋转接头，分别连接于该辊体的两端，使该冷却液通过该冷却装置进入该辊壁的中空腔体。

优选地，该冷却装置为一双回路旋转接头，其连接于该辊体的一端，使该冷却液通过该冷却装置进入该辊壁的中空腔体。

优选地，该冷却装置为一供冷却液在其内流通的冷却管道，该冷却管道容置于该辊壁的腔体内并穿过该辊体的两端，该冷却管道的位于该腔体内的部分与该辊壁的内壁相贴。

优选地，该冷却装置为一供冷却液在其内流通的冷却管道，该冷却管道包括分别设置于该辊体两端的两直管、以及连接于两该直管之间并容置于该辊壁的腔体内的螺旋盘管，两直管不与辊壁接触，该螺旋盘管外侧与该辊壁的内壁相贴，该螺旋盘管靠近辊体两端的部分排列密度小于螺旋盘管的中间部分。

借由上述技术特征，本发明可以有效避免现有冷却辊工作中的结露现象，此外，还至少具有如下有益效果：

1、结构简单，操作方便；

2、有效避免物料的浪费，节约成本；

3、大大提高产品的质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有技术的单回路冷却管道的冷却辊的结构示意图；

图2为现有技术的双回路冷却管道的冷却辊的结构示意图；以及

图3为本发明的无结露冷却辊的纵截面结构示意图。

具体实施方式

依据本发明的主旨构思，无结露冷却辊包括：辊体、冷却装置、导热层。该辊体包括：辊壁，该辊壁形成具有中空腔体的圆筒状。该冷却装置与该辊体相连接，供冷却液流通。该导热层设置于该辊壁中或该辊壁的外周上，将热量快速向该辊壁的两端传递，该导热层包括：第一导热层，该第一导热层的内侧与该辊壁相贴。

下面以本发明的优选实施例所示的冷却辊为例，结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明，可以理解的是，本发明的主要技术构思在于在冷却辊中增加了导热层，因此该技术构思同样可以应用于其他冷却辊中，例如图1以及图2所示的现有技术中的两种冷却辊也同样可以使用本发明的构思，在此不予赘述。

请参见图3，其示出了本发明的冷却辊的纵截面结构示意图。图3省略了冷却辊中间部分的长度。在本发明的优选实施例中，冷却辊2包括辊体20、冷却装置22以及导热层23。

辊体20包括辊壁21，辊壁21形成具有中空腔体的圆筒状。辊壁21由钢材、铜材、铝材或者复合纤维材料等材料中的任一种制成。

冷却装置22与辊体20相连接，供冷却液流通。在图3所示的实施例中，冷却装置22为一供冷却液在其内流通的冷却管道，该冷却管道由设置于辊体20两端的直管221、221’以及设置于辊体20中空腔体内部的螺旋盘管222组成。螺旋盘管222的一端与直管221连通，其另一端与直管221’连通。冷却液从直管221流入螺旋盘管222内，经过螺旋盘管222后再由直管221’流出。直管221以及221’不与辊壁21相接触。螺旋盘管222的尺寸与辊体20内部的尺寸相适应，螺旋盘管222的外周与辊壁21的内壁相贴，通过热传导的方式对辊壁21进行冷却。在实际加工过程中，通过减小螺旋盘管222设置于靠近辊体20两端的部分的排列密度可以减少辊体20两端的热量交换，使辊体20两端的温度更容易保持在环境露点温度以上。通常在工作过程中辊体20两端的50mm处是不会有物料通过，因此，螺旋盘管222在设置时，可以考虑减小位于辊体20两端40-50mm处内部的螺旋盘管222的排列密度；或者可以进一步地考虑不在辊体20两端40-50mm处内部设置螺旋盘管222，而使用直管221以及221’来替代，在此不予赘述。

导热层23设置于辊壁21中或辊壁21的外周上，将热量快速传递至辊壁21的两端，在图3所示的优选实施例中，导热层23设置于辊壁21中。导热层23包括第一导热层231。第一导热层231的两侧均与辊壁21相贴。第一导热层231的长度大致与辊壁21的长度相同。其中，第一导热层231由石墨导热材料、碳纤维材料、铜铝金属混合的复合型导热纤维材料、碳化硅、银或铜等材料中的任一种制成。

在本发明的实施例中，优选地，第一导热层231使用石墨导热材料、碳纤维材料、铜铝金属混合的复合型导热纤维材料中任一种。当第一导热层231使用高导热的石墨导热材料时，其最薄厚度可以为0.01mm，因此，其沿辊体20的长度方向的导热系数可以达到1800W/m·K左右，沿辊面法线方向的导热系数约15W/m·K左右。当第一导热层231使用高导热系数的导纤维材料时，可以选用碳纤维复合材料，其沿辊体20的长度方向的导热系数可以达到700W/m·K，沿辊面法线方向的导热系数约为50W/m·K左右。当第一导热层231使用如与铜铝金属混合的复合型导热纤维材料时，其沿辊体20的长度方向的导热系数可达到600W/m·K，是金属铝的2.95倍、铜的1.75倍、碳化硅SiC的1.4倍。并且由于其抗拉强度可以达到3500Mpa以上，是钢的7-9倍，因此，其厚度最薄可以达到0.001mm。其厚度非常薄，基本不会影响热量沿辊面法线方向上传递。所以，从综合性能上看，复合型导热纤维材料(如铜、铝金属混合的复合型导热纤维材料)是最优选的。

另外，在一些变化例中，第一导热层231也可以根据不同的生产条件及工艺需求，而选用相对常见而效果相对略小的材料例如碳化硅(SiC)、银、铜等高导热系数材料。这些变化例均可予以实现，此处不予赘述。

在冷却辊实际的制造过程中，导热层23的嵌入方式可以为：在辊壁21上开设一个空腔，将导热层23填充入该空腔内，最后将该空腔的开口焊接封住。或者也可以是：将导热层23包覆于一层辊壁21的外周上，然后在导热层23的外周上再包覆一层与辊壁21相同的材料，最后对最外层的辊壁的接口进行焊接处理。

进一步地，在一些变化例中，导热层23还包括第二导热层，该第二导热层同样由石墨导热材料、碳纤维材料、铜铝金属混合的复合型导热纤维材料、碳化硅、银或铜等材料中的任一种制成。该第二导热层设置于第一导热层231的外侧。该第二导热层的具体设置方式为，该第二导热层的内侧贴附于第一导热层231的外侧。整个导热层23由第一导热层231与该第二导热层组成，设置于辊壁21中。或者在另一个实施例中，导热层23还可以包括一第一金属层，该第一金属层设置于第一导热层231与该第二导热层之间，其内侧与该第一导热层231的外侧相贴，其外侧与该第二导热层的内侧相贴。其中，第一金属层可以由钢材、铜材、铝材、复合纤维材料等材料中的任一种制成。

类似地，在另一些变化例中，导热层还可以包括第三导热层，该第三导热层同样由石墨导热材料、碳纤维材料、铜铝金属混合的复合型导热纤维材料、碳化硅、银或铜等材料中的任一种制成。该第三导热层通过使用与第二导热层相同的设置方式设置于该第二导热层的外侧。本领域技术人员理解，这些变化例均可予以实现，生产过程中，可以根据实际的生产条件及工艺需求来决定材料的选择以及组合方式，此处不予赘述。

更进一步地，本领域技术人员理解，在另一些变化例中，导热层23也可以设置于辊壁21的外周上，第一导热层231的内侧与辊壁21的外周相贴。在此实施例中，冷却辊2还包括第二金属层，该第二金属层贴附于导热层23的外侧。其中，该第二金属层可以由钢材、铜材、铝材、复合纤维材料等材料中的任一种制成。这些实施例同样可以予以实现，此处不予赘述。

综合上述图3所示的实施例，本领域技术人员理解，本发明的主要技术构思在于在冷却辊的辊壁中增加了导热层。因此，本发明的技术方案可以适用于大量其他类型的冷却辊中，例如可以适用于图1示出的冷却辊，其中冷却装置为两个单回路旋转接头，且两个该单回路旋转接头分别连接于该辊体的两端，使该冷却液通过该冷却装置进入该辊壁的中空腔体；又例如同样可以适用于图2示出的冷却辊，其中冷却装置为一双回路旋转接头，且该双回路旋转接头连接于该辊体的一端，使该冷却液通过该冷却装置进入该辊壁的中空腔体。这些冷却辊使用了本发明的技术方案后也可以起到类似的技术效果，在此不予赘述。因此，本文所述“冷却装置与辊体相连接”既包括该冷却管道的位于该腔体内的部分与该辊壁的内壁相贴的实施例，也包括通过双回路或单回路旋转接头使该冷却液进入该辊壁的中空腔体的实施例。

综合上述图3所示的实施例，本领域技术人员理解，本发明所提供的冷却辊由于设置了导热层，使生产过程中，辊体表面的热量向内传递的同时，热量也可以快速地向冷却辊辊壁的两端传递，使辊壁两端没有物料走料的区域(非工作区域)维持在一个高于露点温度的温度，防止冷却辊两端表面结露，形成冷凝水影响物料的质量，有效避免物料的浪费，节约成本，并且，本发明的冷却辊结构简单，操作方便。进一步地，在设置导热层的基础上，通过设置供冷却液在其内流通的冷却管道，冷却管道与使冷却水不与辊体直接接触，从而更有效地避免了冷却辊两端表面结露。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种无结露冷却辊，其特征在于，包括：

辊体，其包括：

辊壁，该辊壁形成具有中空腔体的圆筒状；

冷却装置，与该辊体相连接，供冷却液流通；

导热层，设置于该辊壁中或该辊壁的外周上，将热量传递至该辊壁的两端，该导热层包括：

第一导热层；

第二导热层，该第二导热层设置于该第一导热层的外侧，该第一导热层以及第二导热层由铜铝金属混合的复合型导热纤维材料、石墨导热材料或碳纤维材料制成；

第一金属层，该第一金属层设置于该第一导热层与该第二导热层之间，该第一金属层的内侧与该第一导热层的外侧相贴，该第一金属层的外侧与该第二导热层的内侧相贴，该第一金属层由钢材、铜材或铝材制成。

2.根据权利要求1所述的无结露冷却辊，其特征在于，该导热层设置于该辊壁的外周上，该导热层的内侧与该辊壁的外周相贴，该冷却辊还包括：

第二金属层，贴附于该导热层的外侧。

3.根据权利要求2所述的无结露冷却辊，其特征在于，该第二金属层由钢材、铜材、铝材、复合纤维材料中的任一种制成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的无结露冷却辊，其特征在于，该冷却装置为两个单回路旋转接头，分别连接于该辊体的两端，使该冷却液通过该冷却装置进入该辊壁的中空腔体。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的无结露冷却辊，其特征在于，该冷却装置为一双回路旋转接头，其连接于该辊体的一端，使该冷却液通过该冷却装置进入该辊壁的中空腔体。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的无结露冷却辊，其特征在于，该冷却装置为一供冷却液在其内流通的冷却管道，该冷却管道容置于该辊壁的腔体内并穿过该辊体的两端，该冷却管道的位于该腔体内的部分与该辊壁的内壁相贴。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的无结露冷却辊，其特征在于，该冷却装置为一供冷却液在其内流通的冷却管道，该冷却管道包括分别设置于该辊体两端的两直管、以及连接于两该直管之间并容置于该辊壁的腔体内的螺旋盘管，两直管不与辊壁接触，该螺旋盘管外侧与该辊壁的内壁相贴，该螺旋盘管靠近辊体两端的部分排列密度小于螺旋盘管的中间部分。