CN103313452B - 一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，包括辊体，在辊体内设置有中心轴，在中心轴的外侧缠绕电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与辊体外部的电磁加热控制器连接；所述辊体包括筒体以及设置在其两端的金属端盖，所述筒体为纳米碳纤维复合材料筒体。本发明的有益效果是：纳米碳纤维复合材料筒体具有高比强度、高导电、耐高温、低密度、结构致密等特点；整体质量比铁制的降低了70%；纳米碳纤维辊筒在高速运转时惯量也随之减小了近70%，使辊体在运行中同心度和跳动度有了精确保证。纳米碳纤维复合材料筒体的传热性能好、热稳定性好。

Description

一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置

技术领域

本发明涉及一种加热辊，特别涉及一种电磁感应加热辊装置。

背景技术

加热辊被广泛应用于激光膜、纸张、无纺布、板材、纤维、橡胶、塑料等各行业的平整压光，目前加热辊的加热方式主流是导热油加热传导方式，但国内部分企业已开始使用电磁感应加热辊来代替导热油加热辊，电磁感应加热辊依靠其电磁加热节能、无污染、温度更均匀、维护方便等一系列优点迅速将取代传统的导热油加热辊。

目前电磁感应加热辊虽然在节能、无污染、温度更均匀、维护方便方面取得了突破性成果。

中国专利号:CN03227607.9、CN201210282420.4、CN200810030777.7都公开了一种电磁加热辊装置，辊筒材质均为金属材质，在实际应用中大多为铁、钢以及合金材料；通过交变的电流产生电磁场，让金属导体在磁场内产生涡流，利用金属固有的电阻存在来产生热能，使辊筒被磁场加热；以上发明专利或实用新型专利在加热方式上取得了突破性的成果，在节能环保上也起到了实质性的发明创造，但在实践生产中却仍存在以下不可避免的缺点：

1、电磁加热辊筒装置的材质为金属基材，总体质量偏大，在设备中高速运转的情况下，惯性很大，从而很难实现电磁加热辊筒在高速运行下的同心度和跳动度的精度要求；

2、金属制成的电磁加热辊在高温状态下，受热膨胀系数大，强度下降，容易产生热变形，影响设备的精度，阻碍了高性能产品的生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，以解决上述存在的诸多问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，包括辊体，在辊体内设置有中心轴，在中心轴的外侧缠绕电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与辊体外部的电磁加热控制器连接；其特征在于，所述辊体包括筒体以及设置在其两端的金属端盖，所述筒体为纳米碳纤维复合材料筒体。

在本发明的一个实施例中，所述纳米碳纤维复合材料筒体的外表面镀上一层合金镀层。进一步，所述合金镀层可以选用铬钴合金、镍铁合金、碳化钨合金等中的一种或几种组合形式。

在本发明的一个实施例中，在所述中心轴和电磁感应线圈之间设置有磁屏蔽层。

在本发明的一个实施例中，所述纳米碳纤维复合材料筒体的内部设置有用以检测辊体的表面温度的温度传感器，所述温度传感器通过温度传输线与电磁加热控制器连接。

本发明的有益效果是：

1、将电磁感应加热辊的筒体金属材料改用纳米碳纤维复合材料，纳米碳纤维复合材料具有高比强度（7GPa）、高导电(55μΩ·cm)、耐高温（1000℃以上）、低密度(2.1g/cm³)、结构致密等特点；铁的密度是7.6g/cm³，改用纳米碳纤维复合材料做筒体后，筒体的质量比铁制的降低了70%；纳米碳纤维辊筒在高速运转时惯量也随之减小了近70%，使辊体在运行中同心度和跳动度有了精确保证。

2、纳米碳纤维复合材料的传热性能好(1950W/m·K)；铁的导热系数常温为：80W/m·K，改用纳米碳纤维复合材料做筒体后，辊体的筒体传热性能明显提高，最主要的是纳米碳纤维复合材料在径向上温度非常均匀，不存在温度差。

3、纳米碳纤维复合材料的热稳定性好（200~400℃时热膨胀系数为零）、改用纳米碳纤维复合材料做辊体筒壁后，在400℃以内工作的辊筒不会因形变，使生产的产品厚度达到非常均匀的性能。

4、在纳米碳纤维复合材料筒体的外表面镀上一层合金镀层后，增强了筒体表面对电磁波的吸收功能，有利于电能磁场向热能转化，也增强了纳米碳纤维的表面的强度和耐磨性能。

5、由于纳米碳纤维复合材料长径比大(500-1000)，所以能制成10m以上的辊筒，也不会形变。

6、由于纳米碳纤维复合材料质量轻，运行需要的电能减少，生产节能效果明显。

本发明的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

如图1所示，一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，包括中心轴1，中心轴1的外表面包覆一层磁屏蔽材料层4，电磁感应线圈5绕制在包覆有磁屏蔽材料层的中心轴1的外表面，电磁感应线圈5穿过中心轴与外部的电磁加热控制器8相连接，通电后电磁加热控制器8产生高频电流接到电磁感应线圈5上，形成强烈的交变磁场，中心轴1由于受到磁屏蔽材料层4的保护而不会被加热。

辊体包括筒体以及设置在其两端的金属端盖2，筒体为纳米碳纤维复合材料筒体3。纳米碳纤维复合材料具有高比强度（7GPa）、高导电(55μΩ·cm)、耐高温（1000℃以上）、低密度(2.1g/cm³)、结构致密等特点；铁的密度是7.6g/cm³，改用纳米碳纤维复合材料做筒体后，筒体的质量比铁制的降低了70%；纳米碳纤维辊筒在高速运转时惯量也随之减小了近70%，使辊体在运行中同心度和跳动度有了精确保证。纳米碳纤维复合材料的传热性能好(1950W/m·K)；铁的导热系数常温为：80W/m·K，改用纳米碳纤维复合材料做筒体后，辊体的筒体传热性能明显提高，最主要的是纳米碳纤维复合材料在径向上温度非常均匀，不存在温度差。纳米碳纤维复合材料的热稳定性好（200~400℃时热膨胀系数为零）、改用纳米碳纤维复合材料做辊体筒壁后，在400℃以内工作的辊筒不会因形变，使生产的产品厚度达到非常均匀的性能。

在纳米碳纤维复合材料筒体3的外表面镀上一层合金镀层9，合金镀层通过化学沉淀法电镀在纳米碳纤维复合材料筒体3的外表面，合金镀层主要成份为Fe、Co、Ni合金，也可是铬钴合金、镍铁合金、碳化钨合金等多种组成形式；镀层厚度为50-100nm,因为在此厚度合金镀层9对电磁波的吸收是峰值，可达90%。在纳米碳纤维复合材料筒体的外表面镀上一层合金镀层后，增强了筒体表面对电磁波的吸收功能，有利于电能磁场向热能转化，也增强了纳米碳纤维的表面的强度和耐磨性能。

温度传感器6插入式安装在纳米碳纤维复合材料筒体3的内部，通过温度传输线7与电磁加热控制器8相连接。温度传感器6将辊筒的表面温度及时通过温度传输线7传回到电磁感应加热器8，经计算机控制对电流的大小进行进行控制调节，从而改变磁场变化来实现对辊筒表面温度的精确控制。

交变磁场只与纳米碳纤维筒体3形成磁回路，此电流通过纳米碳纤维筒体3自身电阻作用转化为热能，与此同时合金镀层9对电磁波有超强的吸附作用也产生热能，由于纳米碳纤维良好的导热性能从而使辊筒的表面迅速产生热量，而且纳料碳纤维径向温度均匀无差异性，使的辊筒表面的温度非常均匀。

由于纳米碳纤维辊筒3的密度很小，即使在高速旋转下，产生的惯性较小，使辊筒在运行中同心度和跳动度有了精确保证。

纳米碳纤维复合材料为PAN基或沥青基纳米级复合材料，是在纳米碳纤维中加入少量的环氧树脂（约3%）。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，包括辊体，在辊体内设置有中心轴，在中心轴的外侧缠绕电磁感应线圈，所述电磁感应线圈与辊体外部的电磁加热控制器连接；其特征在于，所述辊体包括筒体以及设置在其两端的金属端盖，所述筒体为纳米碳纤维复合材料筒体。

2.根据权利要求1所述的纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，其特征在于，所述纳米碳纤维复合材料筒体的外表面镀上一层合金镀层。

3.根据权利要求2所述的纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，其特征在于，所述合金镀层为铬钴合金、镍铁合金、碳化钨合金中的一种或几种组合形式。

4.根据权利要求1所述的纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，其特征在于，在所述中心轴和电磁感应线圈之间设置有磁屏蔽层。

5.根据权利要求1所述的纳米碳纤维电磁感应加热辊装置，其特征在于，所述纳米碳纤维复合材料筒体的内部设置有用以检测辊体的表面温度的温度传感器，所述温度传感器通过温度传输线与电磁加热控制器连接。