CN102769949A - 感应发热辊装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感应发热辊装置，无需在辊主体上设置转动密封机构，就可以在抑制辊主体的腐蚀的同时冷却辊主体，并且可以消除因液态冷却介质残留在辊主体内而引起的问题。所述感应发热辊装置包括：辊主体(2)；感应发热机构(3)，配置在辊主体(2)的内部，使辊主体(2)感应发热；冷却机构(8)，使雾状冷却介质在辊主体(2)和感应发热机构(3)之间的间隙部(X)中流通；以及液态介质排出机构(9)，把残留在辊主体(2)内部的液态冷却介质排出到外部。

Description

感应发热辊装置

技术领域

本发明涉及感应发热辊装置，特别涉及冷却性能优异的感应发热辊装置。

背景技术

以往，例如在塑料膜、纸、布、无纺布、合成纤维、金属箔等片材或织物材料、线(丝)材料等连续材料的连续热处理工序等中使用感应发热辊装置，该感应发热辊装置在转动的辊主体内设置有感应发热机构，由此通过感应电流使辊主体周壁发热。

近年来，伴随例如改变连续材料的种类，要求以短时间进行辊主体的加热温度的变更。另外，在拉伸处理工序结束后，从安全卫生的观点出发，如果辊主体的温度不下降到一定温度以下，则操作者不能从工作现场离开。因此，需要在尽可能短的时间内冷却辊主体。

此外，不仅仅把感应发热辊装置用于连续材料的加热，有时也把感应发热辊装置用于冷却，因此需要使感应发热辊装置具有冷却功能。

作为使感应发热辊装置具有冷却功能的技术，可以考虑如专利文献1所示的技术，在辊主体的周壁内，沿中心轴向在周向上等间隔地设置多个冷却介质通道，通过使冷却介质在该冷却介质通道内循环，从而使辊主体冷却。

但是，为了使冷却介质在冷却介质通道内循环，需要通过辊主体或与辊主体一体设置在辊主体端部的轴部(轴颈部)，从外部提供冷却介质。由于辊主体或轴颈部是转动体，需要旋转连接器或机械密封件等转动密封机构。这样的话，由于所述的密封机构都是由接触密封机构构成的，所以随着密封部的磨损、热劣化以及化学劣化的发展，不能避免冷却介质泄露等问题。此外，为了避免这样的问题，需要定期地对所述转动密封机构进行保养或更换。当然，为了对所述转动密封机构进行保养或更换，必须停止感应发热辊装置，从而导致保养或更换也产生费用。

另一方面，作为不使用接触密封机构的装置，如专利文献2所示，可以考虑下述装置，该装置包括：冷却介质导入机构，向辊主体内部导入冷却介质；以及冷却介质喷洒机构，将由所述冷却介质导入机构导入的冷却介质朝着辊主体的内周壁以水滴状喷洒，通过喷洒的冷却介质接触到辊主体内周壁时汽化的汽化潜热(汽化热)来冷却辊主体。冷却介质喷洒机构具备喷出管，该喷出管设置为沿轴向从辊主体内周壁的一个端部延伸到另一个端部，从设置在该喷出管的侧壁上的喷出口以水滴状喷洒冷却介质。按照该结构，通过在以静止状态保持在辊主体内部的感应发热机构的一部分上设置冷却介质导入机构以及喷洒机构，完全不需要转动密封机构就可以防止冷却介质的泄露以及保养、更换的麻烦。

但是，由于所述装置将冷却介质直接喷洒在辊主体的内周壁上，所以会导致含在冷却介质中的杂质或不能蒸发的成分堆积在辊主体的内周壁上。

具体地说，例如在冷却介质是水的情况下，会有碳酸钙成分等杂质和不能蒸发的成分堆积在辊主体的内周壁上、以及因溶解氯成分导致辊主体被腐蚀，从而导致该部位生锈。如果冷却介质是有机油，则热分解的碳化物会堆积在辊主体的内周壁上。此外，如果冷却介质中含有引起化学腐蚀的成分，则被喷洒了冷却介质的辊主体的内周壁会因腐蚀而变薄。

此外，由于冷却介质喷洒机构的喷出管是通过微小的孔来喷洒冷却介质，所以会因冷却介质中所含的灰尘堵住微小的孔，从而导致喷洒机构堵塞，存在必须拆开感应发热辊装置来更换喷出管的问题。

此外，对于感应发热辊装置而言，存在下述情况，即：交替发生以加热连续材料为目的作为加热辊使用的情况及以冷却连续材料为目的作为冷却辊使用的情况。在该情况下，在作为冷却辊使用后又作为加热辊使用的情况下，滞留在冷却介质喷洒机构的喷出管内的冷却介质因来自辊主体的传热而被加热，有时存在产生沸腾的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开2000-353588号

专利文献2：日本专利公开公报特开2003-269442号

在该情况下，本发明人考虑在辊主体与感应发热机构之间让雾状冷却介质流通。

但是，已经确认到：在向辊主体与感应发热辊装置之间供给雾状冷却介质的情况下，会发生液态冷却介质残留在辊主体的内部中的问题。认为如果残留的液态冷却介质接触到感应发热机构的感应线圈，则会产生感应线圈的绝缘恶化等问题，或者存在导致感应发热机构被腐蚀等问题。

发明内容

鉴于所述的问题，本发明的主要目的在于提供一种感应发热辊装置，无需在辊主体内设置转动密封机构就可以在抑制辊主体腐蚀的同时使辊主体冷却，并且可以防止液态冷却介质残留在辊主体内。

即，本发明提供一种感应发热辊装置，其包括：辊主体，以转动自如的方式被支承；感应发热机构，配置在所述辊主体的内部，使所述辊主体感应发热；冷却机构，使雾状冷却介质在形成在所述辊主体和所述感应发热机构之间的大体呈筒状的间隙部流通；以及液态介质排出机构，将残留在所述辊主体内部的液态冷却介质排出到所述辊主体的外部。

按照所述的感应发热辊装置，通过把雾状冷却介质导入到辊主体内，利用雾状冷却介质与辊主体内周壁接触而蒸发时的汽化潜热、雾状冷却介质在间隙部中温度上升时的显热、以及雾状冷却介质在间隙部中汽化蒸发时的潜热，可以冷却辊主体及感应发热机构。此外，由于使用了雾状冷却介质，所以可以减少与辊主体接触的冷却介质，从而可以抑制辊主体内壁的腐蚀及杂质堆积在辊主体内壁上等。此外，由于将残留在辊主体内部的冷却介质排出到外部，所以可以解决下述问题：因液态冷却介质滞留在辊主体内部并与感应发热机构的感应线圈接触而引起的绝缘恶化；以及感应发热机构被腐蚀等问题。

此外，优选的是，所述液态介质排出机构包括：液态介质排出管，该液态介质排出管的抽吸口设置在所述间隙部的下部，该液态介质排出管延伸到所述辊主体的外部；以及抽吸泵，位于所述辊主体的外部，设置在所述液态介质排出管上，从所述抽吸口抽吸所述液态冷却介质。由此，通过设置在辊主体外部的抽吸泵可以排出残留在辊主体内的液态冷却介质，从而可以使辊主体内部的结构简单。

此外，优选的是，在通过所述冷却机构使所述雾状冷却介质在所述间隙部流通期间，所述抽吸泵从所述抽吸口抽吸所述液态冷却介质。

此外，优选的是，所述液态介质排出机构包括液面传感器，该液面传感器检测残留在所述间隙部的所述液态冷却介质的液面，当根据所述液面传感器获得的检测信号得知所述液态冷却介质的液面变成规定以上时，所述抽吸泵从所述抽吸口抽吸所述液态冷却介质。

按照本发明，通过向形成在辊主体及感应发热机构之间的大体呈筒状的间隙部供给雾状冷却介质来冷却辊主体，因此无须在辊主体内设置转动密封机构就可以在抑制辊主体腐蚀的同时冷却辊主体。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的感应发热辊装置的剖视图。

图2是表示与图1为相同实施方式的液态介质排出管以及温度传感器的配置的图。

图3是变形实施方式的感应发热辊装置的剖视图。附图标记说明

100…感应发热辊装置

2…辊主体

3…感应发热机构

X…间隙部

8…冷却机构

9…液态介质排出机构

91…液态介质排出管

91a…抽吸口

92…抽吸泵

93…液面传感器

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的感应发热辊装置的一个实施方式。

本实施方式的感应发热辊装置100用于例如塑料膜、纸、布、无纺布、合成纤维、金属箔等片材或织物材料、线(丝)材料等连续材料的连续热处理工序等中。

具体地说，如图1所示，感应发热辊装置100包括：辊主体2，为中空圆筒状，以转动自如的方式被支承；以及感应发热机构3，收纳在辊主体2内。

轴颈41通过O形环等密封部件S1安装在辊主体2的两端部。通过该密封部件S1可以防止后述的雾状或液态的冷却介质向外泄漏。此外，轴颈41与中空的驱动轴42构成一体，驱动轴42通过滚动轴承等轴承51以转动自如的方式支承在机架52上。此外，辊主体2利用通过例如马达等转动驱动机构(未图示)从外部施加的驱动力而转动。

感应发热机构3包括：圆筒状铁芯31，呈圆筒形；以及感应线圈32，卷绕在所述圆筒状铁芯31的外侧周面上。支承轴6分别安装在圆筒状铁芯31的两端部。该支承轴6分别贯通驱动轴42的内部，通过滚动轴承等轴承7以相对于驱动轴42转动自如的方式被支承。由此，感应发热机构3，在转动的辊主体2的内部，相对于辊主体2保持为静止状态。在感应线圈32上连接有引线L2，在该引线L2上连接有用于施加交流电压的交流电源V。此外，在支承轴6的外侧的面与驱动轴42的内侧的面之间设置有油密封或迷宫式密封等密封机构S2，从而防止雾状冷却介质泄露到外面。

通过所述的感应发热机构3，如果向感应线圈32施加交流电压则会产生交变磁通，该交变磁通通过辊主体2的侧周壁21，由此在辊主体2中产生感应电流，因该感应电流辊主体2产生焦耳热。

本实施方式的感应发热辊装置100包括：冷却机构8，用于对辊主体2及感应发热机构3进行冷却；以及液态介质排出机构9，用于排出残留在辊主体2内的液态冷却介质。

如图1所示，冷却机构8从形成在辊主体2及感应发热机构3之间的大体呈筒状的间隙部X的轴向的一个端部导入雾状冷却介质，并且从间隙部X的轴向的另一个端部把冷却介质排出到辊主体2的外部，由此对辊主体2及感应发热机构3进行冷却。另外，轴向指的是如图1的箭头所示的纸面的左右方向。

具体地说，冷却机构8包括：雾生成装置81，生成雾状冷却介质；压缩空气供给管路82，向雾生成装置81供给压缩空气；冷却介质供给管路83，向雾生成装置81提供作为冷却介质的水；冷却介质导入通道84，从间隙部X的轴向的一个端部导入来自所述雾生成装置81的雾状冷却介质；以及冷却介质导出通道85，用于把通过了所述间隙部X的冷却介质从轴向的另一个端部导出到外部。

间隙部X具有气密性，主要由大体圆筒状的间隙X1和大体圆环状的间隙X2构成，所述间隙X1是由辊主体2的内周壁面和感应发热机构3的外侧周面形成的，所述间隙X2是由设置在辊主体2的两个端部的轴颈41的内侧的面和感应发热机构3的轴向端面形成的。

雾生成装置81将来自压缩空气供给管路82的压缩空气和来自冷却介质供给管路83的水混合，生成雾状(mist)的冷却介质。该雾状冷却介质具有刚被喷射后不汽化蒸发程度的粒径，并且该粒径具有使雾状冷却介质在与空气一起被运送的过程中不会因重力而落下、且在流路的弯曲处与壁面碰撞也不会液化的程度。具体地说，雾状冷却介质的粒径在30μm～100μm的范围内。

压缩空气供给管路82包括：压缩空气源821；压缩空气配管822，一端与压缩空气源821连接，另一端与雾生成装置81连接；以及开关阀823，设置在所述压缩空气配管822上，用于控制向雾生成装置81供给压缩空气或停止向雾生成装置81供给压缩空气。

冷却介质供给管路83包括：储水罐831；冷却介质配管832，一端与储水罐831连接，另一端与雾生成装置81连接；流量调节阀833，设置在所述冷却介质配管832上，用于调节向雾生成装置81供给的冷却介质的流量；以及开关阀834，设置在所述流量调节阀833的下游，用于控制向雾生成装置81供给冷却介质或停止向雾生成装置81供给冷却介质。

设置在冷却介质配管832上的流量调节阀833由控制部C控制调节冷却介质的流量。埋设在辊主体2的周壁中的温度传感器2T的检测信号通过放大器A输入到控制部C，控制部C向流量调节阀833输出电流信号。根据埋设在辊主体2的周壁中的温度传感器2T的检测信号控制对感应线圈32施加的电压。由此，根据辊主体2的周壁温度可以无级地调节雾状冷却介质的供给量，可以容易地调节辊主体2的冷却速度、冷却性能。另外，来自温度传感器2T的检测信号通过旋转变压器10向控制部C输出。

冷却介质导入通道84包括：配管84T，设置在支承轴6(以下将其称为支承轴6B)的内部，该支承轴6设置在感应发热机构3的另一个端部；以及孔，该孔形成在圆筒状铁芯31和设置在一个端部的支承轴6(以下将其称为支承轴6A)上。具体地说，冷却介质导入通道84从另一方的支承轴6B通过感应发热机构3的内部一直延伸到一方的支承轴6A的基端部，在该支承轴6A的基端部，通过贯通孔61H，使冷却介质导入通道84的下游开口与间隙部X的轴向的一个端部连通。另外，在配管84T的位于支承轴6B的外部的端部，以朝向配管84T内部的方式安装有雾生成装置81的喷出口81s。由此，把雾生成装置81设置在当有堵塞等问题时可以容易地从感应发热辊装置100拆装的位置。另外，通过密封结构(未图示)以能够拆装的方式安装有配管84T和雾生成装置81。

另外，冷却介质导入通道84在支承轴6A的基端部(感应发热机构3一侧的端部)通过多个贯通孔61H与间隙部X连通。该贯通孔61H形成冷却介质导入通道84的下游开口。该贯通孔61H配置在间隙部X的轴向的一个端部(在本实施方式中是隙間X2)，在支承轴6A上沿径向以等间隔的方式设置有多个贯通孔61H。

冷却介质导出通道85包括冷却介质导出管85T，该冷却介质导出管85T设置在支承轴6的内部，该支承轴6设置在感应发热机构3的另一个端部。该冷却介质导出管85T插入设置在中空部内，该中空部在支承轴6B的内部沿着中心轴形成，在支承轴6B的基端部(感应发热机构3一侧的端部)朝着间隙部X开口，该开口成为冷却介质导出通道85的上游开口。此外，该上游开口配置在间隙部X的轴向的另一个端部(在本实施方式中为隙間X2)。此外，在支承轴6B的中空部内还设置有引线L2，该引线L2与所述感应线圈32连接。

另外，在支承轴6B外部的冷却介质导出管85T上设置有对间隙部X进行减压的减压装置86。该减压装置86通过抽吸冷却介质导出管85T上游的空气并将其排到外部，从而使间隙部X内减压。由此，间隙部X被减压，从而可以使导入到间隙部X的雾状冷却介质容易蒸发，变得容易对辊主体2进行冷却，并且可以使汽化了的冷却介质在辊主体2的内周壁及感应发热机构3上难以结露。此外，减压装置86可以使雾状冷却介质以规定的流速通过间隙部X。具体地说，通过使在间隙部X中的雾状冷却介质的流速在0.3m/s以上，可以得到高的热导率，从而可以大幅提高对辊主体的冷却效率。

另外，由于把所述的雾状冷却介质供给到间隙部X，所以在形成间隙部X的部件的表面，具体地说在辊主体2的内周壁面、轴颈41的内侧的面以及支承轴6的外周面上进行了防锈处理。此外，为了防止因冷却介质而产生电气故障，在感应发热机构3的外侧周面上大体在整体上设置有防水膜F。在由于辊主体2内部的雾浓度所决定的露点温度与冷却工作时的感应发热机构3的关系存在有结露可能的情况下，需要所述防水膜F。但是，当确定感应发热机构3的温度在所述露点温度以上时，可以省略所述防水膜F。

下面对液态介质排出机构9进行说明。

所述液态介质排出机构9把残留在辊主体2内部的液态冷却介质(下面也称为残留水)排出到辊主体2的外部。所述液态介质排出机构9包括：液态介质排出管91，用于排出液态冷却介质；抽吸泵92，设置在该液态介质排出管91上；液面传感器93，检测辊主体2内部的液态冷却介质的液面；以及泵控制部94，通过来自所述液面传感器93的检测信号控制所述抽吸泵92。

在间隙部X的下部配置有作为液态介质排出管91的前端开口的抽吸口91a，并且该液态介质排出管91延伸设置到辊主体2的外部。具体地说，如图1所示，液态介质排出管91从一方的支承轴6A导入间隙部X的轴向的一个端部(在本实施方式中是隙間X2)内。如图2所示，所述抽吸口91a配置在间隙部X的最下端部，且位于最下端部的感应发热机构3的外侧周面下端和辊主体2的内侧周面下端之间。另外，如图1所示，液态介质排出管91设置成：通过一方的支承轴6A、圆筒状铁芯31的内部及另一方的支承轴6B并延伸到辊主体2的外部。

抽吸泵92在辊主体2外部设置在液态介质排出管91上，从抽吸口91a抽吸残留水，由后述的泵控制部94控制。

如图2所示，液面传感器93从另一方的支承轴6B导入到间隙部X的轴向的另一个端部(在本实施方式中是隙間X2)，配置在间隙部X的最下端部，用于检测在该最下端部中的感应发热机构3的外侧周面下端和辊主体2的内侧周面下端之间的残留水的液面。具体地说，液面传感器93在辊主体2的内部，检测不与感应发热机构3的感应线圈32接触的高度的残留水的液面。另外，作为液面传感器93，可以考虑使用例如浮标式、超音波式、电容式、光学式或者压力式的传感器。

泵控制部94例如由继电器电路构成，根据来自所述液面传感器93的检测信号，如果判断辊主体2内部的残留水的液面在规定的上限值以上，则向抽吸泵92输出启动信号，使抽吸泵92启动。另外，在此所说的规定的上限值是指在残留水不与感应发热机构3的感应线圈32接触的范围内所设定的液面高度。此外，可以考虑使控制部94进行下述控制等，即：在启动抽吸泵92后，在规定时间后使抽吸泵92停止，或者当由液面传感器93获得的检测信号在规定的下限值以下时使抽吸泵92停止。另外，在此所说的规定的下限值是指例如残留水在辊主体2内实质上没有了的程度。

本实施方式的效果

按照所述结构的本实施方式的感应发热辊装置100，通过把雾状冷却介质导入到辊主体2内，利用雾状冷却介质接触到辊主体2的内周壁蒸发时的汽化潜热、雾状冷却介质在辊主体2内温度上升时的显热、以及雾状冷却介质在辊主体2内汽化蒸发时的潜热，可以冷却辊主体2和感应发热机构3。此外，从形成在辊主体2及感应发热机构3之间的大体呈筒状的间隙部X的轴向的端部导入雾状冷却介质，并且从间隙部X的轴向的端部把冷却介质排出到辊主体2外部，由此可以使雾状冷却介质遍布整个间隙部X。另外，由于使用雾状冷却介质，所以可以减少与辊主体2接触的冷却介质，从而可以抑制辊主体2内壁的腐蚀及杂质堆积在辊主体2的内壁上等。

另外，在由液面传感器93检测到液态冷却介质变成规定的上限值时，启动抽吸泵，将残留在辊主体2内部的液态冷却介质排出，因此可以解决液态冷却介质滞留在辊主体2的内部以及因液态冷却介质与感应发热机构3的感应线圈32接触而引起的绝缘恶化等问题。

其他的变形实施方式

另外，本发明不限于所述实施方式。

例如，在所述实施方式中，通过利用液面传感器检测残留的液态冷却介质的液面来控制抽吸泵的启动时机，但是，如图3所示，也可以不使用液面传感器。即，也可以在通过冷却机构8使雾状冷却介质在间隙部X流通期间，总是从液态介质排出管91的抽吸口91a抽吸液态冷却介质，这样就可以省略液面传感器。另外，由于总是排出液态冷却介质，所以可以尽可能地防止感应线圈与液态冷却介质接触。

另外，在所述实施方式中，从配置空间的角度出发，在轴向的一个端部的间隙X2中配置液态介质排出管91的抽吸口91a，并在轴向的另一个端部的间隙X2中配置液面传感器93，但是也可以将抽吸口91a和液面传感器93配置在相同的间隙X2中。

在所述实施方式中，虽然对应用于双支承方式的感应发热辊装置的情况进行了说明，但是本发明也适用于所谓的悬臂式感应发热辊装置。

此外，在所述实施方式中，向间隙部供给雾状冷却介质，但是也可以在感应发热机构内部设置配管，使雾状冷却介质在该配管内流通，从而可以优先冷却感应发热机构。由此，可以防止构成感应线圈的电线和铁芯的性能劣化。

此外，在所述实施方式中，从间隙部的轴向的一个端部导入雾状冷却介质，并从轴向的另一个端部排出，但是也可以从间隙部的轴向的一个端部导入，并从轴向的同一个端部排出。

此外，本发明当然不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种变形。

Claims (4)

1.一种感应发热辊装置，其特征在于包括：

辊主体，以转动自如的方式被支承；

感应发热机构，配置在所述辊主体的内部，使所述辊主体感应发热；

冷却机构，使雾状冷却介质在形成在所述辊主体和所述感应发热机构之间的大体呈筒状的间隙部流通；以及

液态介质排出机构，将残留在所述辊主体内部的液态冷却介质排出到所述辊主体的外部。

2.根据权利要求1所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述液态介质排出机构包括：液态介质排出管，该液态介质排出管的抽吸口设置在所述间隙部的下部，该液态介质排出管延伸到所述辊主体的外部；以及抽吸泵，位于所述辊主体的外部，设置在所述液态介质排出管上，从所述抽吸口抽吸所述液态冷却介质。

3.根据权利要求2所述的感应发热辊装置，其特征在于，在通过所述冷却机构使所述雾状冷却介质在所述间隙部流通期间，所述抽吸泵从所述抽吸口抽吸所述液态冷却介质。

4.根据权利要求2所述的感应发热辊装置，其特征在于，所述液态介质排出机构包括液面传感器，该液面传感器检测残留在所述间隙部的所述液态冷却介质的液面，

当根据所述液面传感器获得的检测信号得知所述液态冷却介质的液面变成规定以上时，所述抽吸泵从所述抽吸口抽吸所述液态冷却介质。

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