CN101213067A - 用于传热的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于固体和材料层之间传热的方法，该方法包括如下步骤：a)将放热表面设置在距吸热表面的用于流(4)的间隙(R)处；b)通过提供吸热表面和放热表面的相对运动，在所述表面之间产生速度差；c)通过所述速度差，相比于这些表面的速度(v_H和/或v_F)增加间隙(R)中的流(4)的速度(v_L)；d)在间隙(R)中保持紊流(4)并通过该流(4)实现传热。在本发明的设备中，固体(H)的吸热表面形成于结构部件例如转子(2)上，所述结构部件相对于放热材料层(F)可相对运动地设置在壳体(3)中。该设备还设有散热单元和/或加热单元。

Description

用于传热的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于固体与包括固体和/或流体材料、并且在给定情况下包括气态颗粒的材料层之间传热的方法和设备。

所提出的传热系统可以广泛地用于实践中，例如用于冷却或干燥不同的材料层，例如带状产品如薄膜特别是由热塑性塑料挤出成形的吹胀/扩大(blown-up)包装薄膜软管、涂料/油漆(paint)层，或用于冷却物体，例如电子单元如处理器。

背景技术

众所周知，在传统的塑料薄膜生产期间，离开挤出机模具的熔融薄膜的温度通常在150℃和180℃之间，因此在卷起薄膜之前，必须使未稳定的薄膜较快速地冷却，在第一冷却步骤中冷却到大约80℃到100℃以使其固化，然后在第二冷却步骤中冷却到大约20℃到25℃的贮存温度以防止收缩并且防止各薄膜层粘附在一起。刚刚离开挤出机模具的薄膜的熔融塑料材料开始固化，并在稳定步骤结束时基本上固化，其壁厚度恒定，这就是冷却的均匀性和强度对产品质量至关重要的原因。但是，在薄膜速度较高的情况下，这种薄膜冷却可用的时间较短。这意味着目前薄膜冷却是整个薄膜生产技术最关键的阶段。

同一申请人的匈牙利专利说明书No.P-0301174公开了一种特殊的薄膜冷却技术，其中在薄膜软管刚刚连续离开挤出机模具的拉制孔口并且由空气吹胀到规定尺寸之后，通过沿薄膜软管内部的和/或外部的边缘驱动加压的冷却剂使该薄膜软管冷却到规定温度，该冷却剂主要是在拉制孔口区域供给的空气。在拉制孔口区域沿薄膜软管的切线方向供给冷却剂以便在内部和/或外部冷却薄膜软管。通过沿薄膜软管的内表面和/或外表面作用于冷却剂的离心力以及冷却剂流不同部分之间的密度和压力差，该冷却剂从切向入口到出口被驱动为螺旋状冷却剂流。应用了具有切向入口的内部和/或外部环形通道，该环形通道由位于距薄膜软管的边缘表面一径向距离处的管状边缘或套限定。通过利用这种技术，相比于现有技术，可提高在冷却剂流的一定流速下的传热效率。

US-PS 6,068,462公开了一种用于连续生产吹胀的薄膜软管的装置，该装置具有内部和外部冷却单元。该外部冷却单元包括邻近挤出机喷嘴的拉制孔口布置的冷却盘，该冷却盘具有两个用于冷却剂的通道以及沿着内周边的径向出口，用于向上即沿薄膜移动的方向引导冷却剂流。外部冷却盘在其底部具有两个用于冷却剂的径向入口。如果在其中一个通道中冷却空气减少，则另一个通道中冷却剂的量同时增加，这是因为总是有给定量的空气被分配成两股流。因此，在通道中的空气量的比率只能一起调节，这阻碍了对气流的更有效的控制。

上述系统的另一个问题在于，外部冷却装置仅在底部的冷却漏斗的直径最小处将冷却剂吹入冷却间隙，该冷却漏斗的直径最小处围绕通过所述冷却通道的吹制薄膜软管的第一未稳定锥形部分，此处薄膜速度较慢，而且其直径也较小。随着薄膜软管向上移动，其几乎与锥形漏斗平行地延伸，因此其直径持续增大，但是其壁厚变小，且其行进速度增加。这产生如下问题，即随着吹胀的薄膜软管的直径的增加，在薄膜软管与锥形漏斗之间的环形冷却间隙的流动横截面成倍地增加，并且由于从下方径向进入的气流减慢很多且该气流迅速升温，导致冷却效率急剧恶化。即使存在这样的事实，即由于缺少冷却剂而使得薄膜软管和锥形漏斗之间的冷却间隙的尺寸不适宜地减小，这种情况仍会发生，因此应考虑导致产品质量恶化的薄膜厚度的局部增加。

根据我们的经验，当使用上述装置时，尽管实际上在薄膜和锥形漏斗之间高速流动的冷却空气用于使吹制的薄膜软管向外“伸展”，但是薄膜非常“不稳定”。因此，薄膜会高速“摆动”，这是需要避免的。这就是在传统的冷却装置中最大的可用的薄膜速度为大约120m/min的原因，这是进一步提高生产率的主要障碍。

众所周知，将被印刷的挤出薄膜必须以如下方式回火(temper)，首先必须在薄膜被卷起之前使其整个横截面冷却至环境温度，然后确保在印刷操作之后使涂料的流体层变干。在多数情况下，此干燥步骤采用公知的干燥隧道(drying tunnel)。

但是，已知的干燥隧道的缺陷包括，一方面其能耗过高，因为印刷薄膜表面的涂料层需要由大体积流量的高温空气干燥，其中所述空气仅有一少部分准确地到达实际需要该空气的印刷薄膜表面。然而，由于热塑性承载薄膜的软化温度限制了干燥空气的温度，因此限制了干燥强度。

另一方面，薄膜的印刷表面在完全干燥前不能与干燥隧道的任何导向辊接触，因此在干燥隧道内部以不确定的方式引导薄膜，这限制了薄膜的行进速度以及干燥强度。此外，在干燥操作之后必须使大量的热空气冷却以从其中冷凝出溶剂，这需要额外的开支。此外，已印刷并干燥的薄膜必须在卷起储藏之前通过额外的冷却步骤再次冷却到环境温度。

发明内容

本发明的总体目的在于，提供一种用于固体和材料层之间传热的改进的并普遍适用的系统，通过该系统可以比任何传统技术更快、更高效、更均匀地执行传热。

本发明的另一个目的在于，使得特别是带状产品例如塑料薄膜能够相对更快、更均匀、更高效地回火，即被冷却或干燥，从而通过改进的传热条件确保产品的质量得到改进。

本发明的这些和其它目的由根据下文中公开的独立权利要求的方法和设备实现。其它有利的特征和实施例在从属权利要求中提及。

因此，根据本发明提供了一种用于固体和材料层之间传热的方法，该材料层包括固体和/或液体/流体材料，并且在给定情况下包括气态颗粒，该方法利用传热介质流在固体(或材料层)的吸热表面和材料层(或固体)的放热表面之间传热。该吸热表面和放热表面彼此间隔地布置。本方法的本质在于包括以下步骤：

a)将放热表面布置在距吸热表面一定距离处，以在二者之间提供用于传热介质流的预定间隙；

b)通过提供吸热表面和/或放热表面的相对运动，在吸热表面和放热表面之间产生预定速度差；

c)通过利用所述速度差，相比于吸热和/或放热表面的速度以预定的方式增加间隙中的传热介质流的速度；

d)保持间隙中的传热介质流的紊流特性；

e)至少主要通过湍动的传热介质流在吸热和放热表面之间进行传热。

已经认识到，所提出的传热技术可实践中可应用于比其最初设想的更广泛的领域。该传热方法可应用于例如挤出的带状产品、特别是塑料薄膜的回火(例如冷却或干燥)。此处，产品例如从挤出机模具的拉制孔口出来的薄膜将沿其冷却/稳定区段被至少一种介质流冷却，为此，在产品壁与限定罩盖(delimiting mantle)之间的间隙中驱动介质流。通过该间隙与产品分离的限定罩盖被设定为相对于冷却介质流以预定的速度运动。由此，一方面介质流的速度增加到预定的程度；另一方面，通过与限定罩盖之间经由高速湍动介质流的传热，至少在很大程度上实现了薄膜的回火；第三，间隙的尺寸被调节为相对减小。

优选地，将转子的限定罩盖的圆周速度的值选择为传热介质流的速度的倍数，优选为至少五倍。

另一方面，可简单地通过选择间隙中的湍动传热介质流的速度来设定环形间隙的尺寸。同时，可通过湍动传热介质流来校准吹胀的薄膜软管的最终直径。优选地，将接纳用于使热塑性薄膜软管回火的湍动传热介质流的间隙的尺寸设定为最大1.0mm。

根据本发明，可使用至少一种气态介质主要是空气、或至少一种流体例如水、或任何其它能够流动的材料例如沙、或上述材料的任何混合物或组合物作为传热介质流的材料。

此外，本发明的方法还可用于干燥印刷的薄膜痕迹，或用于冷却例如需要防止过热的结构单元例如电子处理器，或用于借助于任何其它传热介质执行传热任务。

根据本发明的设备包括与传热介质流接触的吸热表面或放热表面、例如限定罩盖，其形成或设置在设备的固体对象/结构单元上、优选在其转子上、或在其旋转盘或圆筒上，所述固体对象/结构单元嵌入安装成在壳体中可相对移动，优选地以可旋转方式移动，并且与运动驱动装置连接，优选地与具有可控r.p.m.(每分钟的转数)的旋转式驱动装置连接。限定罩盖配备有用于从设备中去除限定罩盖通过传热步骤从转子和/或壳体中吸收的热含量(heat content)的装置，和/或用以确保限定罩盖需要的回火热量的加热装置。

根据本发明的方法还可通过布置在挤出机的拉制孔口附近的薄膜冷却设备来实现，该设备具有引导产品上的冷却介质流的单元。该设备还具有限定引导介质流的间隙的限定罩盖。限定罩盖设置在可转动地嵌入在设备的壳体中的转子上，该转子优选地配置有具有可控r.p.m.的旋转式驱动装置。此外，该设备还具有从设备中去除由转子和/或壳体通过传热吸收的产品的热量和/或热含量的单元。

优选地，转子具有环形设计，并且其内罩盖表面设有叶片状肋部或凹槽，该叶片状肋部或凹槽与连接于可控压缩空气源的至少一个喷嘴配合，并由此形成用于转子的简单的气动旋转式驱动装置。

基于我们在执行的塑料包装薄膜生产实验的过程中所获得的经验，可以清楚地表明，对刚刚离开挤出机头部的塑料熔融物进行冷却对最终产品的品质的影响程度至少与生产工艺的任何早期阶段的影响相同。因此，我们的技术发展首先致力于薄膜冷却，使得在挤出机头部实现的效果可完全地保存于最终产品中，也就是说，冷却系统不应使薄膜产品的质量降低，而是会使其得到改善。达到此目的的主要因素包括冷却系统的均匀性和合适的强度。

相对于现有技术而言，已经设法显著地改善了薄膜软管内部冷却方法(如上面引用的我们的专利说明书)。然而，在最近对我们的设备的原型进行的实验过程中，获得了更多的认识，其细节将在下文中说明。

我们的一个认识是，如果通过靠近薄膜的由压缩冷却剂例如空气供给的切向喷嘴产生冷却剂流，则在使冷却空气的量增大到超过某一极限值时待冷却的吹胀的薄膜软管的稳定性会开始降低。令人吃惊地，在应用具有降低的压力的压缩空气时也会出现类似的现象。

此外，还认识到，通过在吹制薄膜软管内部应用内部空间填充入口单元(内部的锥形和/或柱形的冷却装置)，由此在入口单元和薄膜之间形成具有较小横截面的环形流动空间，则介质流将在此环形空间即间隙中沿预定的轨迹运动。因此，在薄膜的表面上产生较薄的“空气附面层/边界层/界面层”，同时在环形空间中不出现任何停滞气流。

我们还认识到，薄膜软管失去稳定性(如上所述)可能是由于冷却介质流的停滞空气量以及不确定的运动轨迹造成的。对于我们的早期的内部薄膜冷却装置，虽然空气喷嘴设置在内部，但是薄膜软管内部空间的大尺寸使得从喷嘴流出的冷却空气非常快地远离紧靠薄膜表面的位置，因此沿薄膜表面能产生较厚的空气附面层。此外，相当大的一部分冷却空气在内部空间中停滞并回转。

相反地，根据本发明，如果薄膜软管内部空间的相当大一部分都被入口体(例如锥形漏斗以及相关的筒形入口元件)填充，则吹入的冷却空气会沿预定的轨迹运动，产生最小的空气附面层，而不会产生停滞的和回转的空气流。

通过应用这种连接到筒形入口部件的附加的内部入口型面件例如漏斗或锥体--该筒形入口部件布置在吹制薄膜软管的圆筒形区段的初始部分，可显著地增加内部冷却强度。然而，依据我们的实验，在薄膜软管与入口锥体之间形成的间隙的尺寸不可控制，因为如果吹入的空气以特定的速度流动，则会形成足够大的间隙以确保空气排出。

还认识到，为了在不同的气流下形成较小尺寸的恒定间隙，沿薄膜软管的入口锥体后的圆筒形区段可控地增加空气速度是有利的。由此，即使在改变冷却剂的量或速度的情况下也能够形成恒定的间隙尺寸。因而，吹胀的薄膜软管的最终尺寸可根据圆筒形区段的直径特别精确地校准。

因此，基于上述认识，根据本发明可产生实际上是任何强度的传热(例如回火，主要是冷却)。此外，薄膜软管被稳定并准确地吹胀到规定的直径，这意味着所提出的冷却系统可以同时用作“薄膜软管校准器”。

根据本发明，通过瞬间增加冷却空气流的速度可以令人惊讶地实现对环形间隙尺寸的控制。在用少量冷却空气进行冷却的情况下，自动形成小的间隙；然而，随着空气量的增加，间隙的尺寸也会增加。但是，如果在环形间隙中增加冷却空气的速度，则由于被加速，间隙的尺寸将不可避免地减小；另外，给定量的空气也可通过一较小间隙离开。

根据我们的另一种理解，可通过减少空气附面层的制动作用，或甚至通过将制动转变成加速来增加用于传热的介质流的速度。如果例如冷却空气流在间隙中作为传热介质，则一定会以已知方式沿限定罩盖形成所谓的‘空气附面层’，其中该空气层实际上是“静止的”；该空气附面层将不可避免地对相邻的流动空气层产生制动作用。另一方面，依据我们的理解，如果使得该空气附面层也运动，则前述制动作用将减小或消除。此外，通过采用更大的速度，可使介质流具有加速作用。

由于传热介质例如空气的“附面层”总是停顿在限定壁附近，所以该附面层的速度等于壁的速度，我们认为附面层仅能随限定壁一起运动。但是，如果限定壁以与流动空气相同的速度运动，则附面层的制动作用理论上已经消除。如果限定壁的速度大于流动空气的速度，则附面层甚至可以使周围的空气层加速。

根据我们的实验结果，可通过增加传热介质流的速度显著地改进传热强度。然而，考虑到我们的后一种理解，提出了另一种原创的例如用于冷却挤出制品、特别是塑料薄膜的可能。根据本发明，热量从薄膜传递到介质流、例如在间隙中运动的冷却空气流；从空气传递到旋转罩盖；从旋转罩盖传递到定子；例如通过水或空气从定子移除到环境中。

我们的实验表明，在这种系统中，吹入的空气流的量不会显著影响冷却过程，因为该系统中的热交换几乎完全是通过传热实现的，而不是通过热传输(heat conveyance)来实现。因此，传热的强度不会从根本上受排出的冷却空气的量影响，而是事实上受薄膜软管与旋转限定罩盖之间的空气的速度状态影响，即受二者之间的相对速度差和温度差影响。

由于塑料薄膜软管是以给定的速度拉动，因此不能影响由薄膜构成的壁的速度。另一方面，可以任意的速度移动--优选为旋转--内部或外部筒形罩盖的壁。因此，通过改变筒形罩盖的“r.p.m.”，可精确地控制罩盖表面的圆周速度，从而控制间隙尺寸。

根据本发明，为了增加冷却剂速度的轴向和切向分量，可在旋转罩盖的表面上形成与轴线成一角度的具有小的深度和宽度的凹槽和肋部。由此，旋转罩盖表面理论上作为“风扇轮”操作，即该旋转罩盖从其下方的空间吸气，在间隙内部将吸入的空气加速，并将空气推入其上方的空间。

空气/气动径向轴承可用于嵌入/安装转子轴，该轴承的空气还可以作为系统中的附加冷却介质。然而，也可以使用任何其它公知的轴承。

可以通过压缩空气的空气喷嘴、或强制(constrained)旋转式驱动装置、或其组合来使转子旋转。空气轴承还可用于转子的轴向支承。旋转可通过例如摩擦驱动装置产生，其中驱动摩擦轮本身可用作转子的径向支承件。转子的旋转摩擦驱动装置可具有与转子摩擦驱动地连接的一个或多个摩擦轮。

设备的壳体可在其邻近转子的区段设有用于转子的气动轴承的进气室，每个进气室都将连接到其自己的单独控制的压缩空气源。

用作“吸热表面”或在其它实施例中用作“放热表面”的限定罩盖优选地形成于转子的罩盖表面和/或端部表面上。

根据本发明的传热设备可形成为用于材料层、优选为印刷的热塑性薄膜的改进的干燥装置/干燥隧道，该传热设备包括沿刚刚印刷的薄膜的轨迹可旋转地布置在壳体(作为转子)中的至少一个回火筒。转子/回火筒的限定罩盖设置在距材料层、优选地距薄膜的印刷侧的预定间隙处，该间隙用于接纳传热介质流。沿着薄膜的轨迹，回火筒/转子的前面以及后面设有至少一个导向辊。

优选地，该设备设有至少两个回火筒，其中的每个都与两个所述的导向辊联接。其中至少一个回火筒可用作涂料干燥装置，并且至少一个另外的回火筒可用作薄膜再冷却装置。

材料层、优选为薄膜的待回火的一侧与至少一个所述设计为所述转子的回火筒联接，并且在材料层的相对侧设置有附加的优选为可冷却和/或可加热的回火单元，该回火单元也布置在距薄膜F的对应于一间隙的预定间隔处，所述间隙用于接纳另一传热介质流。

在本发明的优选实施例中，转子、回火筒和/或导向辊中的至少一个具有设计为桶状的罩盖表面，或设置有两个对称的直径向外侧减小的截锥。

应当指出，对某种应用的情况，除了旋转之外，限定罩盖可相对于材料层、例如涉及传热的薄膜软管执行其它类型的相对运动，例如线性往复或曲线往复运动、椭圆运动、摆动等，或所述运动的组合。

基于本发明的上述原理和特征，作为示例已经建立下述两个系统。对于第一个系统，湍动冷却介质流的轴向和切向速度分量都增加，而在第二个示例的情况下，只有切向分量增加。因此，在第一种情况中，薄膜的热量主要通过冷却空气流移除，而在第二种情况中，热量通过使用冷却空气流经由置于薄膜软管中的内部装置传热而移除。

附图说明

基于示出根据本发明的方案的几个实施例的附图更详细地说明本发明。在附图中：

·图1包括细节A)，B)和C)，分别示出现有技术与本发明的速度关系；

·图2示出根据本发明的设备的第一实施例的横截面的一半；

·图3以较小的比例示出图2的整个设备的俯视图(未示出薄膜软管和壳体)；

·图4示出沿图2中的箭头X的方向的视图(未示出薄膜软管)；

·图5示出根据本发明的设备的第二实施例的简化的横截面的一半；

·图6以较大的比例示出沿图5中的线VI-VI的横截面；

·图7示出根据本发明的设备的第三实施例的横截面的一半；

·图8是根据本发明的设备的第四实施例的简化图示；

·图9是根据本发明的设备的第五实施例的侧视图；

·图10示出图9所示方案的垂直方向的布置；

·图11示出图10的设备的变型；

·图12是根据本发明的设备的第六实施例的简化视图；

·图13示出图12的设备的完整实施例；

·图14以较大的比例示出图13的细节的变型；

·图15包括细节A、B和C，分别以不同的视图示出图13的设备的薄膜导向辊；

·图16示出根据本发明的设备的另一实施例；

·图17和18分别示出根据本发明的设备的另一实施例的侧视图和俯视图；

·图19示出根据本发明的设备的另一实施例的侧视图；

·图20是沿图19中的线XX-XX的横截面图；

·图21和22示出另外两个特别实施例；

·图23和24示出根据本发明的设备的另一个实施例，其中图23是侧视图，图24是沿图23中的线XXIV-XXIV的横截面图；

·图25示出图23的设备的变型；

·图26和27分别是另一特别实施例的侧视图和俯视图；

·图28是根据本发明的传热设备的最后示出的实施例的简化视图。

具体实施方式

为避免疑问，需要提前指出，在说明书与权利要求书中都在最广泛的意义上使用术语：通过传热“回火”，该术语在某些情况下应当理解为冷却，在其它情况下应当理解为保持相同的温度或者理解为加热。

图1的A部分示出挤出薄膜冷却的速度关系以表示传统的传热技术，其中，参与传热的一方是塑料材料层，即本身要被冷却的薄膜软管F(其为“放热表面”)，该薄膜软管被以例如150m/min的速度v_F移动(拉动)。与薄膜软管F之间具有2-5mm的间隔或间隙R的限定罩盖H(其为参与传热的固体的“吸热表面”)以固定不动的方式布置，即其罩盖速度v_H为零。在间隙R的横截面上，不同尺寸的箭头表示作为传热介质流的冷却空气的速度v_L，在此处该速度的中间/平均值为170m/min。

通过使用这种传统传热方法，薄膜软管F的壁厚为7μm，但试验结果表明，产品中某些位置处的壁厚不均匀。

图1的B部分已经示出根据本发明的传热。此处本质的不同在于，作为固体的限定罩盖H的吸热表面不是固定的，而是在横向于用于传热的介质流的速度向量v_L的方向上转动，以便减少或消除冷却空气“附面层”的制动效应。在此情况下，限定罩盖H的圆周速度v_H选择为160m/min(为便于显示和比较，将此速度向量旋转到纸平面内)。此处将薄膜速度v_F的值也选择为150m/min，冷却介质流速度v_L的平均值为170m/min。

根据我们的试验结果，在这些图中产生了显著的有利变化；在操作过程中，将间隙R的尺寸减小并稳定在2mm的数值上，此处薄膜软管F的厚度同样为7μm，但是相比于传统方案其品质更均匀。

图1的C部分示出根据本发明的传热系统的更有利的实施形式，其中与B部分的唯一不同在于，此处限定罩盖H的吸热表面的圆周速度v_H选择为1500m/min(该速度向量也被旋转到纸平面内)。

通过将限定罩盖H的速度v_H增加到如此高的程度，取得了令人惊讶的结果，介质流速度v_L的平均值突然从原来的170m/min增加到大约700m/min，这意味着用于传热的湍动介质流显著地加速。结果，在操作期间，间隙R的稳定尺寸进一步减小至大约0.5mm。薄膜软管F的壁厚为7μm，但是该壁厚是完全均匀的(即壁厚恒定)。

由于薄膜软管F在挤出之后的冷却过程中以给定速度v_F被拉动，因此薄膜软管F的速度v_F不会受到影响。另一方面，根据本发明，可使限定罩盖H的吸热表面以任意的圆周速度移动--此处为转动，以便消除空气附面层的制动效应，并且有效地加速空气流并使其保持在湍动状态。我们的试验明显地证明，可通过改变筒状限定罩盖H的r.p.m.来控制限定罩盖H的圆周速度v_H，并由此令人惊讶地精确调整间隙R的尺寸。

为了能够同时增加介质流的速度v_L的轴向和切向的向量分量，在相对旋转的限定罩盖H的表面上形成例如具有小的深度和宽带的凹槽和凹陷，所述凹槽和凹陷优选地与包括限定罩盖H的转子的旋转轴线成一角度(下面将参照图4对此进行说明)。因此，旋转的限定罩盖H以及转子理论上类似于“叶轮”操作，也就是说，从其下方的环形空间--即间隙R--吸气，在间隙R内使吸入的空气加速，并且向上推动空气。

图2示出用于传热--在此处用于薄膜回火--的设备1的第一实施例的轮廓图，该设备1指定用于冷却挤出的吹制包装薄膜软管F。该设备1以与拉制孔口同心的方式安装在已知的挤出机头部(图中未单独示出)上，以由公知的热塑性合成材料制成薄膜软管F。薄膜软管F与设备1的公共的理论中线(轴线)表示为“O”。

图2仅示出扩大的薄膜软管F的冷却和稳定部分的圆筒形区段的初始部分的轮廓，其中，根据本发明的内部薄膜冷却设备1的盘状转子2以同心的方式布置，并且转子2以可旋转方式嵌入设备1的柱形壳体3中。壳体3固定在薄膜软管F的内部空间中(固定方式未在图中单独示出)。

根据本发明，可通过改变柱形限定罩盖H的圆周速度v_H和转子2的r.p.m.来控制传热介质流4--在本例中为冷却空气流--的速度v_L，同时，由此还可控制稳定的间隙R的尺寸。

如图2所示，转子2的外部限定罩盖H(该罩盖在本例中为传热期间的固体的“吸热表面”)位于距薄膜软管F的内壁表面(其为材料层的“放热表面”)一径向间隔处--对应于预定间隙R，该间隔即间隙R在操作期间如在针对图1的C部分的说明中所提及的稳定在0.5mm。间隙R沿着吹制薄膜软管F的内表面形成圆的环形空间，该环形空间用于湍动介质流4如箭头表示成螺旋形向上行进。

在图2所示的设备中，利用空气(气动)轴承将转子2嵌入壳体3。换言之，将转子2设置在壳体3中并允许转子2微小的轴向位移，并且由此产生的多个缝隙Y通过在壳体3中形成的多个吹入室或进气室5与传热介质源6(例如压缩机或加压空气罐)连接。

因此，一方面，从吹入室5被压到缝隙Y的加压空气嵌入正在旋转的转子2作为气垫，同时该空气作为辅助传热介质，意即在此例中该空气也用作冷却剂，这是因为(按照虚线箭头所示)该空气有效地冷却由于传热而升温的转子2和壳体3。另一方面，当该空气进入间隙R时，它被添加到上述介质流4中用于主要的传热，改进了传热效果。然而，需要注意的是，任何其它已知的轴承都可以应用于转子2，并且转子2的冷却也可以通过除上述内部空气冷却之外的其它已知方式实现。

在根据图2的实施例中，转子2配备有强制驱动的旋转式驱动装置7。在此，一摩擦驱动装置被用作旋转式驱动装置7，该驱动装置7的至少一个摩擦轮8由驱动马达10通过轴9旋转地驱动，该驱动马达10可以是例如具有可控r.p.m(r.p.m表示每分钟的转数)的电动机。在本实施例中通过驱动摩擦轮8本身为转子2提供径向支承。

图3示出图2的设备1的缩小的俯视图，该图示出在此例中摩擦旋转式驱动装置7的三个摩擦轮8中的至少一个与环形转子2的内罩盖表面11摩擦传动连接。摩擦轮8沿着罩盖表面11的周边彼此间隔120°布置。

根据本发明，通过转动转子2可使介质流4的切向和轴向速度分量增加到前述的程度。为实现这种效果，旋转转子2的限定罩盖H优选具有倾斜的肋部或延伸部和/或凹槽11或凹陷，或穿孔，或适合于进一步增加切向和/或轴向速度分量、并由此增加传热介质流4的湍流度的任何其它形成物或固定物(参见图4)。

在操作过程中，在间隙R中成螺旋形向上流动的加压介质流4通过移除薄膜软管F的热量而逐渐升温；然后，根据本发明，介质流4的热量由转子2的限定罩盖H带走。最终，大部分热量主要通过传热进入装有转子2的壳体3。以本身已知的方式例如通过冷却空气或冷却水从此处移除热量，并且将该热量排放到环境中(未单独示出)。

在我们的测试期间，将转子2的r.p.m.选择为使得限定罩盖H的圆周速度v_H应当为1500m/min(参见图1的C部分)。值得提及的是，即使转子2的r.p.m.显著地减小，但是如上所述热量移除仍然保持不变，系统仍会以可以接受的方式工作。

根据图5和6的第二实施例仅在三个方面不同于根据图2至4的第一实施例。其中一个区别是传热设备1的转子2设置有在其罩盖处轴向尺寸增加的限定罩盖H，因此空气轴承的缝隙Y的出口12不直接通向主冷却介质流4的间隙R，而是位于具有一径向间隔的更远位置。

第二个区别在于通过压缩空气经由进气室5和垂直缝隙Y实现转子2的径向嵌入。

第三个区别在于通过压缩空气提供转子2的旋转式驱动装置7，也就是说该旋转式驱动装置7实际上是气动驱动装置。为此，转子2的内罩盖表面11上配置有多个叶片状肋部13或凹槽。所述叶片状肋部13或凹槽沿周边彼此以相等间隔布置，并且与至少一个喷嘴14配合来供给压缩空气(图6)。喷嘴14与压力可为例如4 bars的可控压缩空气源(未示出)连接。

对根据图2和5的两个实施例都适用的是，在圆周速度较高的情况下，可以同轴地设置两个或更多个转子2，所述转子在轴向方向连续地布置。在给定情况下，可使相邻转子2以相反的方向旋转，由此可进一步提高薄膜软管F的稳定性。

根据图7的实施例实质上是根据图2和图5的方案的组合。此处薄膜冷却设备1的转子2设置有前述的旋转式驱动装置7和气动轴向轴承，以及通过旋转式驱动装置7的摩擦轮8提供径向支承。具有限定罩盖H的转子2的形状与根据图5的转子的不同之处在于，此处转子2的内部盘状部分相对扁平。

另一个区别在于，此处壳体3的外罩盖15配备有多个附加的吹入或进气室16，该吹入或进气室16与压缩空气源(未示出)连接，该压缩空气源完全独立于吹入室5的压缩空气源，所述进气室16沿周边以相等间隔布置。

通过分别控制吹入/进气室5和16的空气入口，可以一方面为转子2的径向气动轴承、另一方面为由辅助传热介质(气动轴承的空气流)执行的空气冷却--主要冷却壳体3和转子2--提供选择性的控制。

对于上述每一实施例，转子2的限定罩盖H(该罩盖具有吸热表面的功能)的圆周速度v_H选择为1500m/min，介质流4进入间隙R的最初进入速度为170m/min，然后通过转子2的转动将其加速为700m/min的湍动介质流4。根据图1的C部分，薄膜软管F的拉动速度v_F为150m/min；间隙R的稳定尺寸为0.5mm，薄膜的壁厚为7μm，但是完全均匀。

需要提及的是，本领域技术人员在本发明公开的基础上可容易地将上述任何一种确保薄膜软管F内部冷却的系统适用于薄膜软管F的外部冷却。只需要沿着薄膜软管F的外表面通过以一外部间隙R设置环状转子即可。因此，用于回火例如用于内部和/或外部薄膜冷却的设备可以根据当前用户的需要并且根据本发明所公开的内容以不同的形式实现。

在给定情况下，内部入口式的薄膜冷却设备1可与至少一个锥形引导罩盖结合，该罩盖与扩大的薄膜软管F在其圆筒形区段之前的锥形区段(未单独示出)隔开一规定间隔地布置。

除了薄膜软管之外，本发明也可适用于冷却任何一种带状产品，例如挤出的平面塑料薄膜，并具有相同的优点。参考图8到11概述一些示例。(需要指出的是，在说明书中，术语“薄膜”和“薄膜软管”都由相同的附图标记“F”标识)。

根据图8，根据本发明的薄膜冷却设备1的转子2的另一个实施例形成为旋转柱状滚筒，该柱状滚筒包括筒状的限定罩盖H(吸热表面)，将要冷却的平面薄膜F在该限定罩盖H上被拉过，并且与其相距一薄间隙R(其中具有传热介质流4)。薄膜F的拉动速度v_F、转子2的限定罩盖H的圆周速度v_H以及间隙R的尺寸可与图1的C部分指定的值相同。

由于传热而升温的鼓形转子2的内部冷却可以本身已知的方式实现(未示出)。由于转子2的限定罩盖H的圆周速度v_H和薄膜F的行进速度v_F之间存在显著地差别，使得转子2总是将一薄层的空气“吸入”间隙R，如箭头17所示。

通过这种布置，可有效地冷却薄膜F，同时使其平滑，这也是薄膜F卷起之前的重要步骤。通过间隙R中的较薄的湍动气流层4，可有效地将薄膜F的热量传递给转子2，并且该热量可容易地从转子移除。  (容纳转子2的壳体未单独示出。)

根据图9的实施例与图8的布置的不同之处在于，传热设备1在薄膜F的两侧都具有鼓形转子2，因此空气在两侧被吸入间隙R(见箭头17)。作为间隙R中的附加介质流的薄空气层不但执行传热，而且还起使薄膜平滑的作用，这是本实施例的另一优点。

在给定情况下，可以顺序设置多于一对的转子对。转子2的轴可成对地相互平行，但是，在给定情况下，它们也可以相互成其它角度。间隙R的尺寸以及速度值(v_F，v_L以及v_H)可与图1的C部分指定的数值相同。

下一种布置(图10)是根据图9的传热(薄膜冷却)设备1的变型，其中唯一的区别在于薄膜F处于垂直位置。

图11中的布置是根据图9的传热设备1的变型，其中由固定的平面支承元件18替代上部转子。同样在上部间隙R内也会发生由箭头17表示的一定程度的进气，该进气也是由薄膜F的相对速度v_F造成的。位于薄膜F下方隔开间隙R处的转子2的限定表面H的速度v_H以及其作用与前述的实施例相同。

对于根据图9-11的实施例，前述空气吸入(参见箭头17)导致如下事实，即由于薄间隙R中的该空气层--所谓的“附面层”，被冷却的带状产品例如薄膜F不直接与限定罩盖H接触。另一方面，这些附面层不仅冷却产品，而且使其平滑甚至在给定情况下使其前进。该后一种附加作用可适当加以利用，例如，在对多个挤出线的平行引导和共同冷却过程中，其中挤出线仍处于塑性状态，不能与限定罩盖直接接触，而只能通过空气间隙R(接触)。

对于平面带状产品的冷却，还可使用所述设备的另一种变型，其中执行转动或摆动(tottering)的转子形成为平盘状，待冷却的固定不动的或移动的带在其上方或下方距离一间隙尺寸的间隔处布置(下面对此详细说明)。

根据本发明的传热技术的另一种应用领域可以是对塑料带状产品(例如造纸业产品)或刚印刷出来的带状产品的干燥。第二组应用可包括对挤出且已冷却薄膜F在以公知方式印刷之后的干燥；为此目的，提出一种回火(tempering)设备，该设备包括例如作为转子高速旋转的回火筒。图12给出其操作理论的示例；该设备适于替代薄膜印刷机的传统干燥隧道。

根据图12，回火筒19用作用于实现根据本发明的传热技术的薄膜干燥设备1的转子2。筒19以速度v_H高速旋转，在本例中，以大约180°的跨越角度将刚印刷的平面薄膜F拉过该筒19的限定罩盖H(作为放热表面)，其中平面薄膜F的印刷表面朝向转子2的限定罩盖H。在图12中，多个涂料印记(由小矩形表示)形成由20表示的涂料层。

转子2的限定罩盖H可以例如象玻璃一样光滑(或者其表面不平或者具有图案)。根据我们的试验，该旋转的限定罩盖H总是会在薄膜F和限定罩盖H之间的间隙R中生成薄的空气层(附面层)，因此仍然柔软的涂料层20(在此例中，该涂料层是参与传热的包含塑料和/或流体物质的材料层，而薄膜F实际上仅是承载层)不会与筒19的限定罩盖H接触，因此不会使涂料模糊。涂料层20--作为包含塑料和/或流体物质的材料层--作为传热的参与者之一(作为吸热表面)可以是连续的和/或断续的。

在间隙R中，由于旋转筒19的限定罩盖H和移动的薄膜F的相对速度差(Δv＝v_H-v_F)，间隙R中的空气层被设定为湍流运动，这意味着产生了用于传热的湍动介质流4，其具有相当强的传热效果，通过上述的传热系数的速度依赖性可证明这一点。如上所述可以得出，在间隙R内的湍动介质流4中具有径向混合性质。

因此，旋转筒19的限定罩盖H具有回火效果，也就是说，该限定罩盖H可用于加热(作为放热表面)以及用于冷却(作为吸热表面)；其加热或冷却单元可以是本身已知的装置。

由于强传热和在间隙R内以高速v_L流动的热空气(图12)，热量被精确地传送到薄膜F的被印刷的内表面，并且涂料溶剂--由于热量的作用而大量蒸发--也由介质流4(通过干燥空气流)去除，这构成了附加效果。

在图12中，回火筒19的旋转方向由箭头21表示，薄膜F的行进速度由v_F表示，作为传热介质流的回火空气流的速度由v_L表示，限定罩盖H的速度由v_H表示。筒19的已知的优选为可控的旋转式驱动装置、其加热/冷却单元以及轴的嵌入没有进行详细说明。

在我们的测试过程中，限定罩盖H的圆周速度v_H为1100m/min；薄膜F的拉动速度v_F为350m/min；间隙R的尺寸为0.1mm；回火筒19的受控干燥温度为80℃。

鉴于在根据图12的布置中速度v_F和v_H的方向相同，间隙R中的回火湍动空气流4的速度v_L为所述两速度值的算数平均值，即大约700m/min。

我们的实验结果表明，采用根据图12的回火系统，传统干燥隧道的上述缺陷被完全消除，其原因在于如下事实：

·传热介质流4例如干燥空气流仅在相对狭小的间隙R内流动，因此由于大的相对速度差，可通过其体积小若干量级的空气流实现相当大的空气交换；

·旋转回火筒19仅需要加热(或在给定情况下冷却)在间隙R中流动的较少量的空气，因此能量需求比传统的干燥隧道少得多；

·用于传热的介质流4的温度可以自由升高，因为在回火步骤的短时间内，仅有涂料层并且不超过薄膜的表面层被加热，因此，无需担心整个薄膜F变软，这种变软是无论如何都要避免的；

·在本方案中，回火筒19适当地引导薄膜F通过间隙R，使得薄膜F不能“摆动”，因而可以增加薄膜前进的速度，这对于制造商来说具有显著的附加效果。

如上所述，在本例中(图12)，回火筒19以顺时针方向旋转，但是在给定情况下该回火筒19也可以相反的方向旋转。在筒19以与薄膜F的速度v_F相反的方向以圆周速度v_H旋转的情况下，传热(例如干燥)会变得更强烈，因为在这种情况下速度v_F和v_H是叠加的，结果相对速度差增加。另一方面，通过这种方式实际上可实现反流/逆流干燥。在反流干燥的过程中，溶剂逐渐聚集到在间隙R中流动的空气中，但是由于相反的速度v_F与v_H的相对速度差是常数，可确保连续有效地去除溶剂。

图13示出根据本发明的传热设备1的更详细的实施例，该实施例可用作例如用于印刷薄膜的干燥隧道。在此布置中，3个回火筒19作为转子2沿着以公知方式着色/印刷的薄膜F的轨迹可旋转地布置在公共壳体22中，该薄膜F的移动速度为v_F。在本例中，每个转子2的限定罩盖H以圆周速度v_H旋转，该圆周速度与待干燥的薄膜F的速度v_F相反。

在此例中，沿着薄膜F的轨迹，每个旋转回火筒19(作为转子2)的前方和后方具有以可自由旋转的方式嵌入壳体22中的导向辊23。此处，导向辊23以与薄膜F的未着色的背侧接触的方式布置。刚刚着色的薄膜F的着色的上侧以接近180°的跨越角度绕过作为转子2的旋转筒19的罩盖H，并且二者之间存在用于传热的介质流，该介质流基本上以根据图12的方式在间隙R中以速度v_L流动。

在图13中，壳体22在其上部设置有至少一个用于从每个回火筒19的区域吸取蒸发的溶剂的排气扇24，将含有溶剂的排气引入公知的冷凝器25中(其中溶剂凝结并滴落，然后被以公知的方式去除)。这种布置的另一个优点是，在设备1中不需要进行空气交换，包含溶剂蒸汽的空气却也不能逸出设备1的壳体，因为其是在封闭的系统中循环的。

在本例中，旋转回火筒19以可移动的方式嵌入在壳体22中，如箭头26所示，例如用于使启动容易或者用于调整适当的跨越角度或干燥表面。因此，旋转回火筒19可在给定情况下从薄膜轨迹抬高。然而，根据我们对此原型的实验，也可以通过选择适当的启动顺序以图13表示的操作状态启动回火设备1。

使涂料层变干之后，必须将印刷的薄膜F冷却到环境温度。然而，对于根据本发明的回火的情况，如上所述，在干燥步骤期间仅有薄膜F的薄的表面层被加热，所述表面层较易于冷却。根据本发明的系统的灵活性还表现在可自由地调节用于干燥或冷却的回火筒19(作为转子2)的温度。

在当前情况下，在图13的布置中，一系列的筒之中的回火筒19--从薄膜F的前进方向上观察--转变为用于薄膜冷却。该回火筒的工作温度选择为-5℃，以便将具有已经干燥后的涂料层的薄膜F冷却回环境温度(大约20℃)。印刷薄膜F在冷却完成之后可以公知的方式卷起并贮存。

在间隙R内以高速v_L循环以冲击第三个旋转回火(冷却)筒19的传热介质流(如空气流)可有效地冷却薄膜F的涂料层及其薄膜表面层(该层在干燥步骤期间被加热)。因此，对于根据图13的实施例，用作冷却装置的最后一个回火筒19连同其导向辊23在公共壳体22中与另外两个用作干燥装置的干燥筒19联接。当然，在给定情况下，所述各筒也可沿薄膜F的轨迹分离地布置。

图14以较大的比例示出图13的回火单元的变型，该变型可以是适用于双面回火的本发明传热设备1的简化的实施例。这里，相比于根据图13的筒布置，我们的回火工艺得到了进一步发展，在将被回火的薄膜F的下侧布置有附加的可冷却和/或可加热的回火单元27，该回火单元27设有布置在距薄膜F的对应于间隙R₁的间隔处的弧形座28。旋转回火筒19的限定罩盖H的布置和工作模式以及相应的导向辊23与上文中参考图13所做的说明基本一致，因此将不再对其进行说明。

之前刚刚着色的薄膜F上的涂料可以通过速度为v_L的回火介质流(例如空气流)有效地变干，同时涂料不会因为直接接触而模糊，该回火介质流在以上文指定的圆周速度v_H旋转的回火筒19的限定罩盖H与薄膜F之间被加热，该薄膜F位于距限定罩盖H的对应于间隙R的空气间隙处并以速度v_F移动。因此，根据本发明，如果干燥操作足够迅速，通过选择或改变旋转筒19的温度，仅有载体薄膜F的涂料层和表面层的温度和条件会受到影响。

根据我们的实际经验，会出现作为载体层的薄膜被稍微过度加热的情形，但由于前述原因这种情形是不希望发生的。主要是为了安全地避免这种情形，通过在薄膜F相对侧的附加的回火单元27来补充根据本发明的技术，通过这种补充，可更好地并且更精确地影响薄膜F的特性--温度、柔软度等。

因此，在根据图14的布置中，在相对侧的回火单元27形成为具有弧形座28的固定单元，并且与薄膜F的半圆区段的下表面间隔间隙R₁，该回火单元27配备有可控的加热和/或冷却机构(未示出)。例如，在较高干燥强度的情况下，将在相对侧的附加回火单元27设定为冷却，由此可持续地防止薄膜F的中间和下部层软化，因而进一步提高了效率。

由于在速度为v_F的薄膜F与弧形座28之间的下部间隙R₁中产生的速度为v_L1的用于传热的另一介质流(例如空气流)，在此处产生了与在薄膜F和旋转筒19的罩盖H之间的间隙R中同样的现象。当然，由于在此例中在相对侧的回火单元27是固定的，因此速度条件不同。需要指出，在给定情况下，在相对侧的回火单元27也可由转子2补充。

在图15的A部分和B部分示出导向辊23的两个实施例的示意性俯视图，C部分则示出其侧视图。导向辊23的主要作用是适当地引导/导向薄膜F。然而，根据本发明，特别设计的导向辊23的重要补充作用是拉伸薄膜F、减少折痕，也就是将薄膜F拉开并使其平滑。

如上所述，在根据本发明的薄膜回火设备1中，作为转子2的至少一个旋转回火筒19通过薄的空气层与薄膜F的涂料侧间接接触，同时驱动并引导薄膜F。根据本发明，薄膜F的起皱或光滑度、绷紧程度、更准确地行进、轨迹校正、甚至在其被撕开时的扯断动作，都可通过导向辊23、即通过导向辊的形状、旋转方向和/或速度有效地影响；但在这一步骤中还必须考虑到薄膜F的速度和绷紧程度。

图15的A部分所示的导向辊23的罩盖表面29象桶一样稍微弯曲，而图15的B部分所示的导向辊23的罩盖表面30具有两个对称的截锥表面，该截锥的直径向外侧减小。通过实施两个实施例，由于罩盖表面29和30的横向拉开作用，使得进入的具有折皱的薄膜F能够确定地平滑导出。

另一方面，B部分示出薄膜F的轨迹在分割点31的位置(通过未单独示出的切割工具)被分开。由于罩盖表面29或30，薄膜F可在通过导向辊23时被分成两个薄膜部分，然后所述薄膜部分可被分别卷起。

如果驱动薄膜F以适当的跨越角度32(见图15的C部分)通过导向辊23，则通过根据图15的两种方案都可获得上述两种效果。因此，可以通过改变跨越角度32、圆度和锥度来有效地实现需要的效果。如果将一些这样设计的导向辊23应用于薄膜干燥设备1，则可将薄膜F--被迅速有效地干燥并冷却--特别平滑地卷起。

当然，除了对塑料薄膜回火外，所公开的传热技术还可用于干燥、保持一定温度、或冷却任何其它材料层、结构单元或产品。例如，对于印刷的情况，可用于很多种载体材料，例如纸、纺织品、塑料和铝箔以及多种原材料的组合层。

图16示出根据本发明的传热设备1的一特别实施例，其中用作转子的、以速度v_H旋转的旋转回火筒19的限定罩盖H在作为传热介质的流体填料(charge)33(例如水)中旋转。因此，由于速度差，由被吸入在以速度v_F移动的薄膜F与回火筒19的罩盖H之间间隙R的流体在回火筒19的罩盖H与薄膜F之间产生速度为v_L的介质流(流动附面层和/或流体膜)。

此处，作为示例，薄膜F以大约90°的跨越角度围绕回火筒19。除了前述优点之外，用作回火介质的液体例如水的传热性质比空气好得多，这显示出额外的优势。

在上述实施例中，对窄间隙R中的湍动介质流--由高速旋转的筒的罩盖引起--的传热即冷却或干燥效果进行了说明。实际上，根据本发明的传热并不限于旋转的筒状体或其筒状罩盖。从增大传热系数的角度出发，重点在于放热/吸热表面应当彼此间隔与预定的间隙R相对应的小的间距，并且在二者之间应当存在相当大的速度差。

这种相对速度不仅可通过筒状体实现，而且可通过形状为多边形/棱柱的体部来实现；不仅可通过筒状罩盖表面实现，而且可通过例如正面来实现；另外，不但可通过旋转实现，而且可通过任何形状的体部的任意表面通过任何形式的运动，例如通过直线或曲线往复运动、摆动或任何其它形式的运动及它们的组合来实现。

显然，可通过以最简单的方式旋转来实现高速持续(不间断)的运动，但是这也可以通过其它几种方式来实现，而且可以用几种关系来说明/解释。对于旋转体，不但其筒状罩盖旋转，而且其前板同样也旋转。例如，对于平面柱状旋转体即盘的情况，前板的每个点都以与筒状罩盖相同的方式旋转，但是前板的每个点的圆周速度根据其半径线性改变。实际上，此表面也可以象筒状罩盖那样用于传热。

图17和18示出根据本发明的传热设备1的另一个实施例的轮廓，其中一扁平盘用作转子2，该扁平盘的下表面(吸热表面)参与根据本发明的传热。为了与前述实施例进行类比，该下表面在此处表示为“限定罩盖H”；该限定罩盖H设置为与将被冷却的材料层(作为放热表面)隔开一对应于间隙R的间距，该材料层为带状产品，例如塑料薄膜F。

从图18示出的俯视图可以清楚看出，将被冷却的薄膜F布置在转子2的限定罩盖H大约外半部的下方，这是因为如上所述，形成为前板的限定罩盖H的每一点的圆周速度根据半径线性增加。该方案与通过筒状罩盖传热的不同之处仅在于几何结构方面的差异。当然，在实践中，规则是应用可最好地符合使用者需求的方案。

在根据图17和18的布置中，对于形状为薄盘的转子2，平的正面是执行传热的限定罩盖H。在给定情况下，可沿薄膜轨迹设置多于一个彼此相邻的盘状转子。在多个盘的方案中，用于传热的限定罩盖表面也相应地倍增。

图19和20示出根据本发明的传热设备1的理论简图，其中示出多个盘的示例，该传热设备1用于冷却固体材料层，例如计算机处理器35。在本例中，使用3个同轴的盘状转子2以增加传热表面，所述转子具有公共旋转轴34，而且转子的两个平的正面都用作用于传热的限定罩盖H(吸热表面)。

在图19中，带肋元件36布置在待冷却处理器35的上方，转子2的限定罩盖H(构造为平的前板)布置在距带肋元件的冷却肋37一对应于间隙R的间隔处。在转子2的上部两侧都设置有分隔板38；所述分隔板38相对于限定罩盖H调整为，使得它们尽可能最大程度地分隔开转子2的限定罩盖H的加热的空气附面层，从而旋转的限定罩盖H在运行的基础上将新鲜空气吸入间隙R以实现更有效的传热。冷却肋37可由具有良好热传导特性的材料例如铝制成。

图21示出根据本发明的传热设备1的简化实施例，该设备用于冷却操作中的电子结构块，例如处理器35(该处理器理解为待冷却的固体材料层)。此处采用单个盘状转子2，其下部平的正面--表示为限定罩盖H--布置在距待冷却处理器35的上表面(放热表面)一对应于间隙R的间隔处，也就是说，此处省略了冷却肋并且处理器35的平的上表面如上所述由空气流直接冷却。

图22中示出图21的一种改进变型。此处说明的用于处理器冷却的传热设备1的唯一区别在于，转子2的上部前板39配置有多个径向叶片40以推进介质。因此，一方面，此空气流冷却了转子2，提高了传热效率；另一方面，升温的空气被吹离转子2和待冷却处理器35的附近，这意味着通过应用适当的壳体41，转子2将与具有轴向入口的风扇一样工作。通过使用用于附面层分离(未示出)的附加板使得该方案变得更加高效。

图23和24中示出根据本发明的传热设备1的另一个实施例，该实施例也设计用于冷却处理器35。

在此我们提及一些这方面的现有技术。如所公知的，传统的处理器冷却器的特征在于，处理器的表面连接有较大的冷却肋。热量在从处理器表面到达冷却肋表面之前要经过很长的路程/距离，从该冷却肋处由被扇动的空气通过传热然后是热传输将该热量移除。尽管这些冷却肋具有良好的热传导特性，但是由于空气的速度较低使得热传导的路程很长，并且由于表面特征使得流动条件不佳，所以冷却效率非常低。因此，整体上传热效率较低。

如图23和24所示的根据本发明的传热设备1的另一实施例完全消除了传统处理器冷却器的上述缺陷。此处，在待冷却处理器35的上表面(放热表面)上设置一较薄的吸热元件42，由此热传导路线短得多。吸热元件42的上部弧形表面43设置在距转子2的筒状限定罩盖H一对应于间隙R的间隔处，此处该限定罩盖H构成吸热表面(见图24)。

在本例中，转子2的旋转轴34可旋转地嵌入在连接于吸热元件42的框架44中。转子2具有旋转式驱动装置(未示出)。转子2的限定罩盖H以高的圆周速度v_H旋转，因而较窄的间隙R中的相对速度差很大；因此，强的传热介质流使得传热系数的值也很高(如上文中通过示例详细说明的)。

此实施例还具有另一特别的特征，即转子2的旋转筒状体45是薄壁金属管，该旋转筒状体45的径向支承辐条46的形状类似于“风扇叶片”。薄壁体45的重要性在于转子2也可在内部散热。风扇型辐条46使得通过转子2吸入的大量空气在转子2的内部和外部都产生轴向气流。因而在转子2内部以及沿其外部限定罩盖H的空气交换都是连续的。因此，转子2及其辐条46的旋转所产生的介质流使得在两个方向--即相互垂直的轴向和径向--产生用于传热的空气流。

在我们的实验过程中，转子2的限定罩盖H的圆周速度v_H选择为800m/min，间隙R的尺寸为0.2mm；此外，转子2的管状体45和辐条46由铝制成。

在内部，转子2的叶片状辐条46产生传热表面附面层；在外部，双向的空气流使得受热的附面层冷却下来，将热量部分地除去并且交换；此外，转子的管状体45也冷却下来。因此，在此实施例中，热量沿短得多的路线传导；可在放热表面上确保更强烈的传热；并且从此表面的周围非常快速地移除热量。

在给定情况下，根据图23和24的设备可以设置附加传热单元；在图25中示出根据本发明的传热设备1的这种实施例。与图23比较，此实施例的唯一区别在于，附加传热单元47用于帮助分离和交换转子2的限定罩盖H的附面层。

附加传热单元47包括具有外部冷却肋的筒状罩盖，所述筒状罩盖布置为与转子2的限定罩盖H间隔一小的间隙。另一方面，附加传热单元47吸收由转子2和空气附面层传递的热量，使得冷却更强烈。

在图25中，将限定罩盖H部分剖开以显示多个穿孔48，该穿孔48在此例中形成为沿转子2的筒状体45的整个限定罩盖H的圆孔。显然，穿孔48可以是任何其它的形状，并且该穿孔的数量和布置也是任意的。通过穿孔48，可通过鼓状转子2的内部空间生成汇入间隔R中的主介质流的额外的(例如径向或斜向的)冷却空气流，由此可增大主介质流中的紊流。另一方面，可更新主介质(空气)流，从而可进一步改善传热效率。

如已知的，显卡的处理器也需要冷却；相比于前述的实施例，这种传热在定位与空间要求方面都十分特殊。处理器以已知的方式定位在显卡上，其中由于其后会跟随有另外的卡，所以具有大约2cm的自由空间(也可能存在邻近的卡空缺的情况)，但是相比于中央处理器其可用的空间小很多。

图26和27示出根据本发明的传热设备1的另一实施例，该实施例设计用于冷却显卡49的处理器35；该实施例的理论布置与工作模式基本上对应于结合图21所述的实施例。

根据图26和27，这种待冷却的小型处理器35以公知的方式固定在用作载体元件的显卡49上。在待冷却的处理器35上方，设备1的盘式转子2布置在距离一对应于间隙R的间隔处。根据本发明，转子2的下部正面(吸热表面)构成限定罩盖H。在此例中，转子2的旋转轴34可旋转地嵌入在显卡45中，但是这也可通过分离的支承框架(未示出)来实现。

最后，图28示出根据本发明的传热设备1的最后示出的实施例，此实施例设计用于冷却平面薄膜F。此实施例基本上对应于根据图8的实施例，因此应用相同的附图标记，但省略更详细的说明。此处用于特别说明，刚刚离开公知的挤出机模具E的薄膜F仍处于塑性状态(其构成塑料材料层)，该薄膜F然后以前述的方式通过传热而冷却，从而使得薄膜F稳定在其最终尺寸。

总之，需要强调的是，在实践中可以在最大可能的范围内应用根据本发明的传热技术。通过所提出的改进的传热(技术)，可以加热或冷却固定的单元(例如产品、结构单元、处理器等)，但是在给定情况下，也可加热或冷却持续地或断续地移动(例如旋转或往复运动)的物体(例如条带、薄膜或其它带状产品)。

根据本发明的方案的操作的重要特征在于，接纳用于传热的介质流的间隙R应当在吸热和放热表面之间选择得尽可能地小。一般而言，  表达“尽可能地小”应当理解为，间隙R的尺寸应当小于沿两个相对运动的表面产生的介质附面层的厚度之和；也就是说，该方案可视为接近最优的一种布置。因而，在传热表面彼此经过期间，介质附面层彼此接触并混合，这确保了惊人的传热强度(概念‘介质附面层’对本领域技术人员来说是公知的，因此并未包括对其细节的说明)。

最后，需要强调的是，在本申请要求保护的范围内，根据本发明的传热技术可以在最大可能的范围内、以多种其它的变型和组合应用于实践中。举例来说，在给定情况下，根据图15的导向辊23可以用与图13中的回火筒19/转子2相同的方式构成；为实现该目的，该导向辊23必须配备旋转式驱动装置和加热/冷却单元。在这种情况下，在导向辊23与薄膜F之间也形成间隙R，在该间隙R中包括在其中循环的回火介质流，该布置具有前述优点。然而，在其它实施例中，回火筒19或转子2的筒形罩盖H本身可以类似于图15中的导向辊23的设计，呈曲线形和圆形或者双截锥形，以便更好地引导薄膜、使之平滑并减少折痕以及撕开薄膜。

另一方面，虽然在上述实施例中主要提到空气作为传热介质，但是根据本发明的方法可通过任何其它气态介质实现，例如氮、氖、氦，或者氩；此外，在给定情况下，用于传热的介质也可以是流体，例如水或能够流动的其它材料，例如沙，或者所述材料的任何混合物或组合物。

在上述说明中已经提及，根据本发明的技术是用于固体(相对移动的物体，例如转子、盘、筒)的传热表面与材料层之间的传热--通过施以附加的用于传热的介质流，该材料层可包含固体材料(固体结构元件、电子单元例如处理器、或其它产品例如带、薄膜等)、或塑料材料(造纸工业纸浆、刚刚挤出的带状或线状塑料制品)、或流体物质例如断续的或连续的涂料层、或以上材料的混合物，并且在给定情况下该材料层还可包含气态颗粒。

在上述所有实施例中，用作吸热或放热表面的根据本发明的限定罩盖H可设有至少一个座优选为凹槽，和/或至少一个延伸部优选为肋部，和/或至少一个穿孔。因此，限定罩盖H不必是连续的例如平的或弧形的表面；它可以由延伸部和凹陷分割。此外，限定罩盖H可由例如一个或多个周向间隔布置的移动的叶片型元件的正面形成。

参考图25，如上所述，通过穿孔48可将附加的(径向或斜向的)冷却或加热空气流分配到间隙R中的主介质流中。由此可增大主传热介质流的紊流；另一方面，可更新主介质流，由此进一步提高传热效率。

附图标记列表：

1  用于传热的设备

2  转子

3  壳体

4  传热介质流

5  进气室

6  传热介质源

7  旋转式驱动装置

8  摩擦轮

9  轴

10 驱动马达

11 (转子2的)内罩盖表面

11_A 肋部或凹槽

12  出口

13  径向肋部或凹槽

14  喷嘴

15  (壳体的)外罩盖

16  进气室

17  箭头

18  支承元件

19  回火筒

20  涂料层

21  箭头

22  壳体

23  导向辊

24  排气扇

25  冷凝器

26  箭头

27  附加回火单元

28  座

29  罩盖表面

30  罩盖表面

31  分割点

32  跨越角度

33  流体填料

34  旋转轴

35  材料层，例如固体单元(如处理器)

36  带肋元件

37  冷却肋

38  分隔板

39  前板

40  叶片

41  壳体

42  吸热元件

43  弧形表面

44  框架

45  筒状体

46  辐条

47  附加传热单元

48  穿孔

49  显卡

E   挤出机模具

F   薄膜/薄膜软管

H   限定罩盖

O   轴

R； R₁间隙

X   箭头

Y   缝隙

v_F  薄膜(F)的速度

v_H  限定罩盖(H)的速度

v_L  传热介质流(4)的速度

Claims (26)

1.用于固体和材料层之间传热的方法，该材料层包括固体和/或液体材料，或者在给定情况下包括气态颗粒，所述方法利用传热介质流在固体或材料层的吸热表面和材料层或固体的放热表面之间传热，其中，所述吸热表面和放热表面彼此间隔布置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a)将放热表面设置在距吸热表面一定距离处，以提供用于传热介质流(4)的预定间隙(R)；

b)通过提供吸热表面和/或放热表面的相对运动，在吸热表面和放热表面之间产生一预定的速度差(Δv)；

c)通过所述速度差(Δv)，相比于吸热和/或放热表面的速度(v_H和/或v_F)以预定方式增加间隙(R)中的传热介质流(4)的速度(v_L)；

d)保持间隙(R)中的传热介质流(4)的紊流特性；

e)至少主要通过湍动的传热介质流(4)在吸热和放热表面之间进行传热。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：使用带状产品例如薄膜、尤其是刚刚由热塑性塑料挤出的吹制薄膜软管(F)作为材料层；通过湍动的传热介质流(4)使薄膜(F)的作为吸热或放热表面的外表面和/或内表面回火；在产品优选为薄膜(F)和固体优选为转子(2)的形成其吸热或放热表面的限定罩盖(H)之间的间隙(R)中保持湍动的传热介质流(4)；使固体优选为转子(2)的限定罩盖(H)相对于材料层优选为薄膜(F)以预定的速度(v_H)作相对运动。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：通过旋转执行固体优选为转子(2)的限定罩盖(H)的预定的相对运动；并且在转子(2)的罩盖表面和/或正面上至少部分地形成限定罩盖(H)。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下附加步骤：围绕刚刚离开挤出机模具(E)并被吹胀的薄膜软管(F)在内部和/或外部以环形方式设置所述转子(2)的限定罩盖(H)，该限定罩盖优选设置在薄膜软管(F)的锥形延伸区段之后的圆筒形且仍未稳定区段的初始部分处，并且径向隔开预定间隙(R)；以及强制间隙(R)中的湍动传热介质流(4)以至少一个沿薄膜软管(F)的内部和/或外部罩盖表面的螺旋形回转运动行进。

5.如权利要求2到4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将转子(2)的限定罩盖(H)的圆周速度(v_H)的值选择为传热介质流(4)的速度的倍数，优选为至少五倍。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过选择间隙(R)中的湍动传热介质流(4)的速度(v_L)设定间隙(R)的尺寸；并且优选地同时通过湍动传热介质流(4)来校准吹制薄膜软管(F)的最终直径。

7.如权利要求2到5中任一项所述的方法，其特征在于，仅在转子(2)的筒形罩盖表面上形成限定罩盖(H)；以及在转子(2)的所述罩盖(H)上设置用于增大湍动传热介质流(4)的速度(v_L)的轴向和/或切向分量的装置，例如凹槽和/或肋部(11_A)和/或孔或穿孔(48)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将转子(2)至少部分地嵌入气动轴承中；并且附加地将所述气动轴承的压缩空气作为辅助传热介质。

9.如权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，引导湍动传热介质流(4)仅在吸热表面和放热表面之间、优选地在限定罩盖(H)和薄膜(F)之间的间隙(R)中流动。

10.如权利要求2到5中任一项所述的方法，其特征在于，使用至少一种气态介质主要是空气、或至少一种流体主要是水、或任何其它能够流动的材料例如沙、或上述材料的任何混合物或组合物作为传热介质流(4)的材料。

11.如权利要求2到10中任一项所述的方法，其特征在于，将接纳用于使热塑性薄膜软管(F)回火的湍动传热介质流(4)的间隙(R)的尺寸优选设定为最大1.0mm。

12.如权利要求2到10中任一项所述的方法，其特征在于，将所述传热方法用于使材料层、主要是印刷之后的薄膜(F)变干，然后优选地用于在干燥步骤之后使印刷薄膜(F)重新冷却。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述传热方法用于冷却这样的材料层，该材料层包含例如至少一个在操作过程中需要防止过热的固体结构部件，优选为电子元件例如处理器(35)。

14.用于固体和材料层之间传热的设备，该材料层包括固体和/或液体材料，并且在给定情况下包括气态颗粒，所述设备主要用于执行如前述权利要求中任一项所述的方法，通过使用传热介质流在固体或材料层的吸热表面和材料层或固体的放热表面之间传热，其中，所述吸热表面和放热表面彼此间隔布置，在二者之间形成一间隙，所述设备包括将传热介质流供给到该间隙内的介质源，所述设备的特征在于，固体的吸热或放热表面、优选为限定罩盖(H)形成于一结构部件上，优选地形成于所述设备(1)的转子(2)上，所述固体的吸热或放热表面与传热介质流(4)接触，所述结构部件相对于材料层优选为薄膜(F)的放热或吸热表面可相对运动地、优选为可旋转地设置在设备(1)的壳体(3；22)中，所述材料层的放热或吸热表面与传热介质流(4)接触；所述结构部件优选为转子(2)与一驱动装置驱动地连接，所述驱动装置优选为速度可控的旋转式驱动装置(7)；此外，所述设备还设有用于从设备(1)去除转子(2)和/或壳体(7；22)的热含量的散热单元，其中所述热含量通过传热从限定罩盖(H)接收，并且/或者设有用于生成限定罩盖(H)的回火热量的加热单元。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，用作吸热表面或放热表面的限定罩盖(H)形成于转子(2)的罩盖表面和/或正面上。

16.如权利要求14或15所述的设备，其特征在于，作为吸热表面或放热表面的限定罩盖(H)仅形成于转子(2)的基本为筒形的罩盖表面上，并且所述罩盖(H)上设置有用于增大湍动传热介质流(4)的速度(v_L)的轴向和/或切向分量的装置，例如凹槽和/或肋部(11_A)和/或孔或穿孔(48)。

17.如权利要求14到16中任一项所述的设备，其特征在于，转子(2)在壳体(3)中至少部分地嵌入气动轴承中，该气动轴承与一单独控制的附加压缩空气源相连。

18.如权利要求14到17中任一项所述的设备，其特征在于，转子(2)具有环形设计，其内罩盖表面(11)设有叶片状肋部(13)或凹槽，该叶片状肋部(13)或凹槽与连接于可控压缩空气源的至少一个喷嘴(14)配合，由此形成气动旋转式驱动装置(7)。

19.如权利要求14到17中任一项所述的设备，其特征在于，转子(2)的旋转式驱动装置(7)为摩擦驱动装置，该驱动装置包括至少一个与转子(2)处于摩擦驱动连接的摩擦轮(8)。

20.如权利要求17所述的设备，其特征在于，壳体(3)在其邻近转子(2)的区段设有用于转子(2)的气动轴承的进气室(5；16)，每个进气室(5；16)与其自己的单独控制的压缩空气源相连。

21.如权利要求14所述的设备，其特征在于，传热设备(1)形成为用于材料层的改进的干燥装置，所述材料层优选为印刷的热塑性挤出薄膜(F)，所述传热设备包括至少一个回火筒(19)，所述回火筒作为转子(2)沿刚刚印刷的薄膜(F)的轨迹可旋转地设置在壳体(22)中，其中，回火筒(19)的限定罩盖(H)设置在距材料层、优选地距薄膜(F)的印刷侧的预定间隙(R)处，所述间隙(R)用于接纳传热介质流(4)；并且沿着薄膜(F)的轨迹，作为转子(2)的回火筒(19)的前面以及后面设有至少一个导向辊(23)。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，设备(1)沿印刷薄膜(F)的轨迹设有至少两个所述作为转子(2)的回火筒(19)，每个回火筒(19)都与两个所述导向辊(23)联接；并且至少一个回火筒(19)可以用作干燥装置，且至少一个另外的回火筒(19)可以用作薄膜再冷却装置。

23.如权利要求14到22中任一项所述的设备，其特征在于，材料层、优选为薄膜(F)的待回火的一侧与至少一个所述设计为转子(2)的回火筒(19)联接，并且在材料层、优选为薄膜(F)的相对侧设置有附加的优选为可冷却和/或可加热的回火单元(27)，该回火单元(27)布置在距薄膜(F)的对应于间隙(R₁)的预定间隔处，所述间隙(R₁)用于接纳另一传热介质流。

24.如权利要求14到23中任一项所述的设备，其特征在于，至少一个作为回火筒(19)的转子(2)和/或导向辊(23)具有形成为桶状的罩盖表面(29、30)，或具有两个对称的截锥表面，该截锥的直径向外侧减小。

25.如权利要求14所述的设备，其特征在于，具有所述放热表面并且布置在距固体的吸热表面、优选地距转子(2)的限定罩盖(H)的所述间隙(R)处的固体材料层可以包含任何在操作过程中需要防止过热的结构单元，优选为需要冷却的电子元件例如处理器(35)。

26.如权利要求14所述的设备，其特征在于，转子(2)的所述传热限定罩盖(H)上设置有用于增大湍动传热介质流(4)的轴向和/或切向速度分量的装置，例如凹槽和/或肋部(11_A)和/或孔或穿孔(48)。

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