CN105365134A - 一种高效无结露冷却辊 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效无结露冷却辊，该冷却辊，包括：辊体，其包括：内壁，所述内壁形成具有第一腔体的圆筒状；外壁，所述外壁间隔地形成于所述内壁的外侧，与所述内壁构成一密闭的第二腔体，所述第二腔体用于存储液态的第二冷却介质，所述第二冷却介质的沸点高于环境的露点温度但不高于待加工物料的温度；冷却装置，与所述辊体相连接或设置于所述辊体内，供第一冷却介质流通，所述第一冷却介质的温度不高于所述第二冷却介质的沸点。

Description

一种高效无结露冷却辊

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，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

本发明提供一种高效无结露冷却辊，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，提供一种高效无结露冷却辊，其特征在于，包括：辊体，其包括：内壁，所述内壁形成具有第一腔体的圆筒状；外壁，所述外壁间隔地形成于所述内壁的外侧，与所述内壁构成一密闭的第二腔体，所述第二腔体用于存储液态的第二冷却介质，所述第二冷却介质的沸点高于环境的露点温度但不高于待加工物料的温度；冷却装置，与所述辊体相连接或设置于所述辊体内，供第一冷却介质流通，所述第一冷却介质的温度不高于所述第二冷却介质的沸点。

优选地，所述冷却装置包括多根第一冷却管道，各所述第一冷却管道沿所述辊体的长度方向设置于所述第二腔体中，供所述第一冷却介质流通。

优选地，所述第一冷却管道位于所述第二腔体内的部分为螺旋盘管。

优选地，所述冷却装置包括两个单回路旋转接头，分别连接于所述内壁的两端，向所述第一腔体通入所述第一冷却介质。

优选地，所述冷却装置包括一双回路旋转接头，其连接于所述内壁的一端，向所述第一腔体中通入所述第一冷却介质。

优选地，所述冷却装置包括一第二冷却管道，所述第二冷却管道容置于所述第一腔体内并穿过所述辊体的两端，所述第二冷却管道的位于所述第一腔体内的部分与所述内壁的内表面相贴。

优选地，所述第二冷却管道的位于所述第一腔体内的部分为螺旋盘管，所述螺旋盘管外侧与所述内壁的内表面相贴。

优选地，所述第二冷却介质的体积为所述第二腔体的容积的27～86％。

优选地，所述第二冷却介质的沸点为32～44℃，通入所述冷却装置的所述第一冷却介质的温度为3～15℃。

优选地，所述冷却辊还包括：一导热层，包裹于所述外壁的外周上，将物料的热量传递至所述外壁的两端；以及一金属层，包裹于所述导热层的外周上，将物料的热量传递至所述导热层。

优选地，所述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、银或铜中的任一种制成。

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；

图3为本发明的第一实施例的高效无结露冷却辊的纵截面结构示意图；

图4为本发明的第一实施例的高效无结露冷却辊的横截面结构示意图；

图5为本发明的第一实施例的高效无结露冷却辊中第二冷却液吸热汽化后的横截面结构示意图；

图6为本发明的第一实施例的高效无结露冷却辊中第二冷却液于第一冷却管道冷凝液化的局部放大示意图；

图7为本发明的第二实施例的高效无结露冷却辊的纵截面结构示意图；

图8为本发明的第三实施例的高效无结露冷却辊的内部结构的剖视图；

图9为本发明的第四实施例的高效无结露冷却辊的横截面结构示意图；以及

图10为本发明的第五实施例的高效无结露冷却辊的横截面结构示意图。

具体实施方式

依据本发明的主旨构思，在辊体的内壁和外壁之间的第二腔体中容纳液态的第二冷却介质(即第二冷却液)，第二冷却液吸收外壁的热量并汽化，气态的第二冷却介质在辊体内部与第一冷却介质间接热交换后冷凝，恢复成液态。也即，该高效无结露冷却辊包括：辊体、冷却装置。该辊体包括：内壁和外壁，该内壁形成具有第一腔体的圆筒状，该外壁间隔地形成于该内壁的外侧，与该内壁在该外壁和该内壁之间构成一密闭的第二腔体，所述第二腔体用于存储液态的第二冷却介质，所述第二冷却介质的沸点高于环境的露点温度但不高于待加工物料的温度。该冷却装置设置于辊体内或者与该辊体相连接，供第一冷却介质流通，所述第一冷却介质的温度不高于所述第二冷却介质的沸点。

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。

第一实施例

请一并参见图3和图4，其分别示出了本发明的第一实施例的高效无结露冷却辊的纵截面以及横截面的结构示意图。图3省略了冷却辊中间部分的长度，图4仅示出了冷却辊2底部的剖视图。在本发明的优选实施例中，冷却辊2包括辊体21、冷却装置22、第二冷却介质23、导热层26以及金属层27。

辊体21包括内壁211以及外壁212。内壁211形成具有一第一腔体24的圆筒状。外壁212间隔地形成于内壁211的外侧，外壁212也呈圆筒状，与内壁211之间构成一密闭的第二腔体25。其中，内壁211以及外壁212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设置于辊体21内。具体来说，在图3和4所示的优选实施例中，冷却装置22包括多根第一冷却管道221，供第一冷却介质流通。第一冷却管道221为贯穿辊体21两端的直管，每条第一冷却管道221均沿辊体21的长度方向设置于第二腔体25中。优选地，多条第一冷却管道221于第二腔体25内呈圆周形均匀分布。通入第一冷却管道221的第一冷却介质的温度低于32℃，优选地，第一冷却介质的温度为3～15℃。

第二冷却介质23存储于第二腔体25中。第二冷却介质23的沸点优选地为32～44℃。第二冷却介质23的体积优选地为第二腔体25的容积的27～86％。更进一步地，在对于环境温为22℃、相对湿度为75％、对应的露点为17.3℃的情况下，当辊面物料温度不低于50℃时，发明人经测试发现，第二冷却介质23的沸点为32～36℃时效果更佳。

本领域技术人员理解，第二冷却介质23可以是现有技术中的任一种经加工制作成的在一个大气压下沸点为32～44℃的有机溶液；或者第二冷却介质23也可以使用乙酸丁酯或水等常见液体，通过减小第二腔体25中的气压，使这些液体的沸点降低至32～44℃，以满足本发明的需要，这些方式均可予以实现，在此不予赘述。

进一步地，冷却辊2的冷却过程如下：

如图4所示，当冷却辊2未与物料接触进行冷却时，第二冷却介质23储存于第二腔体25的底部，部分第一冷却管道221浸没于第二冷却介质23中，由于第一冷却管道221中通有温度低于32℃的第一冷却介质使第二冷却介质23的温度始终低于其沸点温度(32～44℃)，因此，在此过程中，第二冷却介质23保持为液态。

当冷却辊2与物料接触对其进行冷却时，由于物料的温度远高于第二冷却介质23的沸点温度(32～44℃)，例如，在对真空镀铝纸复合的冷却定型前，物料的温度通常在90～110℃；又例如在流延膜等挤出类热塑料性塑料膜或塑料片材生产中，物料冷却前的温度通常在150～180℃。当物料接触冷却辊后，其温度快速地向外壁212传递，进行热交换；进而，第二腔体25内的第二冷却介质23的温度也快速地上升至沸点温度后汽化(如图5所示)，由于第二冷却介质23汽化的过程中吸收了外壁212大量的热量，因此其汽化的同时也降低了外壁212的温度，使冷却辊2可以对后续物料进行冷却。

而当处于气态的第二冷却介质23遇到第一冷却管道221时，由于第一冷却管道221中通有温度低于32℃的第一冷却介质，从而能将气态的第二冷却介质23重新冷凝为液态，并通过冷却辊2的滚动滴回至第二腔体25的底部(如图6所示)。第二冷却介质23即通过该循环过程持续地对外壁212进行热交换，从而使冷却辊2可以持续对物料进行冷却。

可以理解的是，以上是对冷却辊2循环冷却过程中各个步骤单独进行的描述，在实际的冷却过程中，第二冷却介质23的汽化和冷凝的步骤都是同时存在的，第二腔体25内也同时存在气态的第二冷却介质23以及液态的，在此不予赘述。

本领域技术人员理解，在此实施例中，设置于第二腔体25中的第一冷却管道221的数量越多，则与气态的第二冷却介质23的热交换面积越大，因此，更能进一步加快对外壁212的冷却速度。

导热层26包裹于外壁212的外周上，其长度与外壁212的长度大致相同，用于将得到的热量快速向外壁212的两端传递，使外壁212温度均匀。导热层26由高导热材料组成，该高导热材料由石墨导热材料、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。

金属层27包裹于导热层26的外周上，其将加工的物料30的热量传递至导热层26。

第二实施例

请可参见图7，其示出了本发明的第二实施例的高效无结露冷却辊的纵截面结构示意图。与上述图3至图6所示第一实施例不同的是，第一冷却管道221位于第二腔体25内的部分为螺旋盘管。在此实施例中，由于螺旋盘管的热交换面积比直管大，因此，第二冷却介质23可以更快速地进行热交换，使冷却辊2实现更好的冷却效果，在此不予赘述。

第三实施例

请可参见图8，其示出了本发明的第三实施例的高效无结露冷却辊的内部结构的剖视图。与上述图7所示第二实施例不同的是，第一冷却管道221为回流管道。每条第一冷却管道221的进液口和出液口均位于冷却辊2的同一端。在此实施例中，由于第一冷却管道221选用螺旋盘管式的回流管道，其热交换面积比上述第一实施例中和第二实施例中的单向流通的冷却管道大，因此，第二冷却介质23可以更快速地进行热交换，使冷却辊2实现更好的冷却效果，在此不予赘述。

上述第一、第二以及第三实施例中，冷却装置设置于辊体内，第二冷却介质与第一冷却介质间接热交换的方式是：第二冷却介质与设置在第二腔体中的冷却装置(例如：直管或螺旋盘管)进行热交换，冷却装置内部通有第一冷却介质，该第一冷却介质的温度低于第二冷却介质的沸点。

第四实施例

与上述第一、第二和第三实施例不同，在第四实施例中，冷却装置与辊体相连接，第二冷却介质与第一冷却介质间接热交换的方式是：第二冷却介质与内壁的外表面进行热交换，内壁的第一腔体内通有第一冷却介质(也即内壁的内表面直接与第一冷却介质热交换)，该第一冷却介质的温度低于第二冷却介质的沸点。

例如，在一个实施例中，可以适用于图1示出的冷却辊中，该冷却辊的两个该单回路旋转接头分别连接于该内壁的两端，该冷却辊的两个单回路旋转接头向内壁形成的第一腔体通入所述第一冷却介质。

又例如，在另一个实施例中，可以适用于图2示出的冷却辊中，该冷却辊的双回路旋转接头连接于该内壁的一端，该冷却辊的双回路旋转接头向内壁形成的第一腔体通入所述第一冷却介质。

第五实施例

与上述第一、第二和第三实施例不同，在第五实施例中，汽化的第二冷却介质与第一冷却介质间接热交换的方式是：汽化的第二冷却介质与内壁的外表面进行热交换，内壁的第一腔体内设置了通有第一冷却介质的冷却装置且内壁的内表面与冷却装置直接接触，该第一冷却介质的温度低于第二冷却介质的沸点。

例如，冷却装置可以为一第二冷却管道，所述第二冷却管道容置于所述第一腔体内并穿过所述辊体的两端，且所述冷却管道的位于所述第一腔体内的部分为螺旋盘管，所述螺旋盘管外侧与所述内壁的内表面相贴。

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第五实施例，也包括通过双回路或单回路旋转接头使该第一冷却介质进入第一腔体的第四实施例。上述第四和第五实施例中的冷却辊中第一冷却介质均是对内壁进行冷却，可以理解的是，在这些实施例中，汽化后的第二冷却介质均将于内壁的外表面冷凝为液态，完成对外壁的循环冷却，因此可以起到良好的冷却效果。

其他实施例

进一步地，本领域技术人员理解，上述各实施例还可以选择性地相结合，例如：在第二腔体中设有第一冷却管道(类似第一、第二或第三实施例)的同时，也对内壁进行冷却(类似第四或第五实施例)，以增加热交换面积，实现更好的冷却效果，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至图10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辊体的内壁以及外壁形成一第二腔体，并且于该第二腔体中储存有第二冷却介质。第一冷却介质并不直接对辊体的外壁进行冷却，而通过第二冷却介质的汽化来吸收外壁的热量，且第二冷却介质的沸点高于环境的露点温度，因此，第二冷却介质只有在温度高于环境的露点温度的情况下才会汽化吸热，进而使辊体两端没有物料走料的区域可以始终维持在一个高于露点温度的温度，避免了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。并且通过第二冷却介质的气液两种状态的转化的吸热冷却方式也能够保证冷却辊实现均匀的冷却效果，大大提高产品的质量。

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 (11)

1.一种高效无结露冷却辊，其特征在于，包括：

辊体，其包括：

内壁，所述内壁形成具有第一腔体的圆筒状；

外壁，所述外壁间隔地形成于所述内壁的外侧，与所述内壁构成一密闭的第二腔体，所述第二腔体用于存储液态的第二冷却介质，所述第二冷却介质的沸点高于环境的露点温度但不高于待加工物料的温度；

冷却装置，与所述辊体相连接或设置于所述辊体内，供第一冷却介质流通，所述第一冷却介质的温度不高于所述第二冷却介质的沸点。

2.根据权利要求1所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述冷却装置包括多根第一冷却管道，各所述第一冷却管道沿所述辊体的长度方向设置于所述第二腔体中，供所述第一冷却介质流通。

3.根据权利要求2所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述第一冷却管道位于所述第二腔体内的部分为螺旋盘管。

4.根据权利要求1所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述冷却装置包括两个单回路旋转接头，分别连接于所述内壁的两端，向所述第一腔体通入所述第一冷却介质。

5.根据权利要求1所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述冷却装置包括一双回路旋转接头，其连接于所述内壁的一端，向所述第一腔体中通入所述第一冷却介质。

6.根据权利要求1所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述冷却装置包括一第二冷却管道，所述第二冷却管道容置于所述第一腔体内并穿过所述辊体的两端，所述第二冷却管道的位于所述第一腔体内的部分与所述内壁的内表面相贴。

7.根据权利要求6所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述第二冷却管道的位于所述第一腔体内的部分为螺旋盘管，所述螺旋盘管外侧与所述内壁的内表面相贴。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述第二冷却介质的体积为所述第二腔体的容积的27～86％。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述第二冷却介质的沸点为32～44℃，通入所述冷却装置的所述第一冷却介质的温度为3～15℃。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述冷却辊还包括：

一导热层，包裹于所述外壁的外周上，将物料的热量传递至所述外壁的两端；以及

一金属层，包裹于所述导热层的外周上，将物料的热量传递至所述导热层。

11.根据权利要求10所述的高效无结露冷却辊，其特征在于，所述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、银或铜中的任一种制成。