CN204993918U - 环形热管式热辊 - Google Patents
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Abstract
一种环形热管式热辊，有辊筒；辊筒内设置着高频加热的线圈，其特征在于:辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有圆筒型空隙并两端密封构成夹层的筒壁；夹层里填充有热管介质。最好是在导流沟槽。这样在圆筒型空隙的空腔内注入热管介质，形成薄圆筒型的热管，在辊筒内的线圈高频加热夹层的筒壁，辊筒的空腔壁产生涡流加热，并加热热管介质，使液态物质转化为气态，在空腔内流动的同时和外壁进行热交换，热量释放后变成液态，形成热管加热辊筒的外层壁的工作面。这样，热辊外层壁的内部是汽液两相状态，保证热辊表面的温度均匀。避免了因为高温高压蒸汽和高温导热油在加热过程和输送过程中容易发生泄漏，使整个系统的安全和环保性能提高。
Description
技术领域
本项目属于高频电磁感应加热.辊筒，形成的热辊，特别是辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有空隙5并两端密封的夹层筒壁及夹层内带有气液两相（热管）介质的环形热管式热辊。
背景技术
热辊是一种圆柱形传热装置，广泛地应用在轧钢、橡胶、建材、印染、印刷、纺织、造纸等众多领域。具备整烫、烘干、定型等功能，是纸张、无纺布、干燥塑料及其他产品加热复合、压花、压光、烫光等机械的必备产品。热辊的热源一般为高温蒸汽、高温油、电热、电磁感应。生产工艺要求热辊的热交换能力大，热交换效率高，表面温度均匀。高温热辊的技术要求更高。随着生产工艺及节能和环保的要求不断提高，对热辊的热源、热交换能力和温度的均匀性不断提出新的要求。
目前国内生产的热辊的热源一般为高温蒸汽、高温油、电热、工频电磁感应和高频电磁感应。蒸汽加热一般只适合结构为空腔式的辊筒加热。采用蒸汽加热，要有蒸汽锅炉，设备投资比较大，占地面积大，污染工作环境，工作时需要1MPa以上蒸汽压力，而且升温速度比较慢，辊筒工作面温差大，温度的稳定性也比较难控制。油加热辊筒结构为空间螺旋内胆或喷淋式内胆，使导热油在螺旋内定向流动（或喷淋），以达到加热目的。但导热油加热辊无法避免的会出现热油泄漏和油气挥发的现象，污染车间环境的同时更存在污染产品表面的隐患，不断循环的复杂油路一方面造成能耗高；另一方面维护工作频繁，耗费大量人力财力。电热方式使用电阻棒产生热量，烘烤热辊的辊体，能源的利用率很低。因为上述的加热方式，是对整个辊体加热，热能利用率低。加热温度难以超过200度，同时高温对内部的结构件，特别是轴承等旋转部件有损害，缩短了其使用寿命。
电磁感应加热辊主要采用电磁感应的技术方式进行加热，根据电磁感应频率的不同又可以分为工频和高频。工频电磁感应加热的热效率低，加热的装置比较笨重，加热温度也难以超过200度。高频感应加热的转换效率高，但是热辊表面温度的均匀性不容易做到。所以要求热辊安全、高效、环保、传热性能好、表面温度均匀，是目前的一个难题。特别是高温热辊和大热辊。
发明内容
本发明就是要提供一种安全、高效、环保、传热性能好、表面温度均匀的环形热管式热辊。本发明要解决的技术问题有：1.提高电能转换成热能的转换效率。2.提高热效率。3.提高温度的均匀性。4.安全和环保。
本发明解决方案：一种环形热管式热辊，有辊筒1；辊筒内设置着高频加热的线圈3，其特征在于:辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有圆筒型空隙5并两端密封构成夹层的筒壁；夹层里填充有热管介质。最好是在导流沟槽。这样在圆筒型空隙5的空腔内注入热管介质，形成薄圆筒型的热管，在辊筒内的线圈高频加热夹层的筒壁，辊筒的空腔壁产生涡流加热，并加热热管介质，使液态物质转化为气态，在空腔内流动的同时和外壁进行热交换，热量释放后变成液态，形成热管加热辊筒的外层壁的工作面。这样，热辊外层壁的内部是汽液两相状态，保证热辊表面的温度均匀。本发明最好是夹层里的筒壁表面开有环形的导流沟槽或螺旋形的导流沟槽。本发明可以辊筒的夹层筒壁由作为内层壁和外层壁的双层圆筒形钢板两端焊接而成，双层圆筒形钢板之间留有空隙，双层圆筒形钢板中的内层圆筒形钢板外侧开有环形的导流沟槽，构成了夹层筒壁里的内层壁表面设置导流沟槽6。这样有利于夹层筒壁与热管介质的换热，更主要是有利于液态的热管介质通过导流沟槽回流，更便于高效均匀的加热。高频加热的线圈在辊筒内的设置，可以采取已有技术中各种设置方式及结构。为了更好的用线圈对夹层筒壁加热，并保证加热线圈的导线导出。辊筒1的轴为有空心轴2，空心轴与辊筒1两端的轴承动配合，空心轴设有向夹层筒壁延伸的支架7，支架前端设置着高频加热的线圈3，线圈与夹层筒壁内缘相对并沿着夹层筒壁的内缘分布；线圈两端输入导线穿过空心轴壁的导孔，从空心轴伸出与高频电源连接。为了提高能源利用率，本发明采取了径向加热线圈结构，中心轴安装了径向支撑件，将平面弧状加热线圈撑起，靠近热辊的内层壁，线圈中通有高频电流，利用交变磁场在辊壁中产生的涡流将辊筒的壁加热。这种加热方式，只对热辊的工作面加热，其它部位不热，减少了能量消耗。因此节约了大量电能，提高了能源利用率。
对于辊筒1转数比较低的环形热管式热辊，空心轴设有向下的支架7，支架下端设置着高频加热的线圈3，线圈与夹层筒壁下端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布。这样转速比较低辊筒，离心力较小，液相的热管介质比较容易下流到棍筒下端，更便于有效的加热，并保证形成更均匀热分布及换热。对于辊筒1转数比较高的环形热管式热辊，为了更均匀加热，空心轴设有分别向下、向上、向左、向右的支架7，支架前端分别设置着高频加热的线圈3，各自的线圈分别与夹层筒壁下端、上端、左端、右端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布。夹层筒壁里有的热管介质（也称汽液两相介质），最好选择水，特别是蒸馏水；空心轴设有向下的支架7，支架下端设置着高频加热的线圈3，线圈与夹层筒壁下端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布；线圈两端输入导线穿过空心轴壁的导孔，从空心轴伸出与高频电源连接。这样在使用过程，热辊辊筒的筒壁夹层里填充部分热管介质，液态的热管介质就会位于筒壁夹层下端，支架向下延伸设置线圈，线圈从内侧靠近筒壁的内层壁，在筒壁产生涡流将筒壁及夹层里液态介质加热蒸发，形成气态的介质充满整个夹层，靠液化加热筒壁，进而形成均匀温度加热的热辊，并对筒壁外面的加工的产品进行均匀的加热。
线圈3沿着夹层筒壁下端的内层壁表面环绕，更有利于形成的磁场及磁路穿过内层壁，提高加热效率。辊筒端带有传动装置高频加热的线圈3可以是带有铁芯的，也可以是不带铁芯的。线圈产生的磁路一面主要在筒壁下端的内层壁，为了增加磁路导通率、减少磁阻力，最好是沿着夹层筒壁下端的内层壁表面环绕的线圈3的上部磁路设置有导磁体或铁芯。而且最好是导磁体或铁芯带有与内层壁表面相对的端面，以便将线圈产生的磁路及磁通率量直接导到内层壁，减少磁阻力，还提高了加热效率。
沿着夹层筒壁下端纵向分布着横截面为倒山字型的铁芯，铁芯向下的三条端面与夹层筒壁下端的内层壁表面相对。线圈3沿倒山字型的铁芯纵向槽环绕，并固定在铁芯，通过铁芯与支架7连接。辊筒端可以带有传动装置作为主动辊筒，辊筒端可以不带有传动装置作为被动辊筒。
辊筒的筒壁内埋有测温元件，用来测量辊壁的温度，测温信号送到电子温度控制器，控制高频电源的输出功率，调整热辊的表面温度。辊筒的筒壁为圆柱形外缘表面，辊筒的筒壁由作为内层壁和外层壁的双层圆筒形钢板两端焊接而成，钢板中间留有空隙，称为空腔。在空腔内壁设置导流沟槽。为了提高电能转换成热能的转换效率。采用逆变技术将50Hz的工频电源转换为20~30KHz高频电源，将通有高频电流的线圈。在辊筒内部，从空心轴设有向下的支架，支架向下延伸设置线圈，线圈从内侧靠近筒壁的内层壁，在筒壁产生涡流将筒壁加热，特别是有利于将沿着导流沟槽向下流动的液相介质进行有效的加热，而且是对转动的筒壁下端部位进行加热，随着辊筒的转动，连续周期对筒壁进行加热，加热更加合理、更加高效。辊壁采用铁合金的材料，也可以是其它适合产生涡流损耗的材料，通过涡流将自身加热，提高了电能转换成热能的转换效率，有效地提高了能源利用率。
为了提高热效率，利用电磁加热方式，只对热辊的工作面加热，能量集中在热辊的表面，因此升温速度快，热辊表面温度可达到350度以上，能够满足特种热辊的要求，由于其它部位不热，减少了能量消耗。因此节约了大量电能。
为了提高温度的均匀性，在热辊的辊筒壁圆柱表面内部，设计了空腔和导流沟槽，在空腔内注入一定量的液态物质，在线圈高频加热状态下，液态物质转化为气态，在空腔内流动的同时和辊壁进行热交换，热量释放后变成液态，通过导流沟槽回流到底部。这样，热辊壁的内部是汽液两相状态，保证热辊表面的温度均匀。
为了安全和环保，最好采用水作为气液两相介质，有效避免了因为高温高压蒸汽和高温导热油在加热过程和输送过程中容易发生泄漏，尤其是高温油泄漏时以雾状形式散发到空间，极易发生安全事故和火灾。高频电磁感应加热，取消了锅炉和管道，减少了燃料燃烧过程中的有害物质排放。使整个系统的安全和环保性能提高。
附图说明
图1表述了一种环形热管式热辊的整体结构剖视示意图；
图2表示了这种环形热管式热辊横断面及加热线圈部件横断面示意图；
图3为一种带螺旋槽的环形热管式热辊的辊筒轴向局部剖视示意图；
图4另一种螺线管状线圈的环形热管式热辊的结构示意图；
图5表述了一种四个径向方向端设置沿着夹层筒壁的内层壁分布线圈的环形热管式热辊的整体结构剖视示意图；
图6表示了一种环形热管式热辊横断面和加热线圈部件及铁芯横断面示意图。
具体实施方式
实施例1
一种环形热管式热辊，有辊筒1；辊筒内设置着螺线管型或弧面型高频加热的线圈12或3，辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有圆筒型空隙5并两端密封构成夹层的筒壁（见图1、3）；夹层里填充有热管介质。最好是在夹层里的筒壁内开有导流沟槽6。这样在圆筒型空隙5的空腔内注入热管介质，形成薄圆筒型的热管，在辊筒内的线圈高频加热夹层的筒壁，辊筒的空腔壁产生涡流加热，并加热热管介质，使液态物质转化为气态，在空腔内流动的同时和外壁进行热交换，热量释放后变成液态，形成热管加热辊筒的外层壁的工作面。这样，热辊外层壁的内部是汽液两相状态，保证热辊表面的温度均匀。（见图1、2、3、4）
实施例2
如附图1表示的环形热管式热辊，有空心轴2，空心轴两端有轴承支撑，空心轴动配合有辊筒1，辊筒端带有传动装置；辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有空隙5并两端密封的夹层筒壁；夹层筒壁的空隙里空间三分之一填充有蒸馏水，夹层筒壁里的内层壁设置导流沟槽6；空心轴设有向下的支架7，支架下端设置着高频加热的线圈3，线圈与夹层筒壁下端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布；线圈两端输入导线穿过空心轴壁的导孔，从空心轴伸出与高频电源连接。线圈3沿着夹层筒壁下端的内层壁表面环绕。沿着夹层筒壁下端纵向分布着横截面为倒山字型的铁芯，铁芯向下的三条端面与夹层筒壁下端的内层壁表面相对。线圈3沿倒山字型的铁芯纵向槽环绕，并固定在铁芯，通过铁芯与支架7连接。这种热辊整体为圆形桶状物体，中心有一通长的空心轴，两端有轴承支撑，见附图1、6。辊筒外缘的壁为圆形表面，辊筒的筒壁由双层钢板焊接而成，钢板中间留有空隙，称为空腔。在空腔内壁设置导流沟槽。见附图3。
辊壁中埋有测温元件4，用来测量辊壁的温度，测温信号送到电子温度控制器，控制高频电源的输出功率，调整热辊的表面温度。见附图1。圆形桶状的辊筒可以在空心轴上旋转，见图1。图1中，1为辊筒工作面，2为空心轴，3为加热的线圈，4为测温元件。在圆形桶状物体的辊筒内部，从空心轴向下延伸的支架直下方，安装有加热的线圈。此加热的线圈的特点是半弧状分布在底部，有别于螺线管加热线圈，见图2。图2中的加热线圈3是半弧状，安装在中心轴的向下吊的支架7下端，靠近筒壁，加热的线圈3产生高频磁场，磁路从线圈的中心开始经过下端的筒壁，绕回线圈的背部的铁芯磁导体8回到线圈的中心。可见加热的磁场回路除了辊筒的筒壁及铁芯之外不通过其他部位，热能集中，解决了一直困扰着热辊的轴承的寿命问题。在热辊的空腔5中充入一定量的液体，如蒸馏水，加热的线圈3对应夹层筒壁里的内层壁会发热，使水沸腾产生蒸汽，在空腔中形成气液两相状态，空腔中的导流沟槽6有利于蒸汽的凝结水回流。随着温度升高，空腔内的压力逐渐升高，气液平衡的温度点也逐渐升高，利用气液平衡时热能交换能量大且温度不变的特征，使热辊的工作面温度保持均匀。少量的磁力线也会加热外层壁，不会产生过热，也避免了能量的损失，热效率大大提高。线圈的导线由空心轴引出，形成安全可靠的供电方式，见图2。图2中的10为空心轴空心孔。
实施例3
如附图5表示的本发明环形热管式热辊，有空心轴，空心轴动配合有辊筒，辊筒端带有传动装置；辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有空隙并两端密封的夹层筒壁；夹层筒壁的空隙里空间三分之一填充有蒸馏水；空心轴设有分别向下、向上、向左、向右的支架7，支架前端分别设置着高频加热的线圈3，各自的线圈分别与夹层筒壁下端。、上端、左端、右端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布。线圈与夹层筒壁的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布；线圈两端输入导线穿过空心轴壁的导孔，从空心轴伸出与高频电源连接。
Claims (8)
1.一种环形热管式热辊，有辊筒（1）；辊筒内设置着高频加热的线圈（3），其特征在于:辊筒的筒壁为内层壁和外层壁之间有圆筒型空隙（5）并两端密封构成夹层的筒壁；夹层里填充有热管介质。
2.如权利要求1所说的环形热管式热辊，其特征在于:夹层里的筒壁表面开有环形的导流沟槽或螺旋形的导流沟槽。
3.如权利要求1所说的环形热管式热辊，其特征在于:辊筒的夹层筒壁由作为内层壁和外层壁的双层圆筒形钢板两端焊接而成，双层圆筒形钢板之间留有空隙，双层圆筒形钢板中的内层圆筒形钢板外侧开有环形的导流沟槽，构成了夹层筒壁里的内层壁表面设置导流沟槽（6）。
4.如权利要求1或2或3所说的环形热管式热辊，其特征在于:辊筒（1）的轴为有空心轴（2），空心轴与辊筒（1）两端的轴承动配合，空心轴设有向夹层筒壁延伸的支架（7），支架前端设置着高频加热的线圈（3），线圈与夹层筒壁内缘相对并沿着夹层筒壁的内缘分布；线圈两端输入导线穿过空心轴壁的导孔，从空心轴伸出与高频电源连接。
5.如权利要求4所说的环形热管式热辊，其特征在于:空心轴设有向下的支架（7），支架下端设置着高频加热的线圈（3），线圈与夹层筒壁下端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布。
6.如权利要求4所说的环形热管式热辊，其特征在于:空心轴设有分别向下、向上、向左、向右的支架（7），支架前端分别设置着高频加热的线圈（3），各自的线圈分别与夹层筒壁下端，上端、左端、右端的内层壁相对并沿着夹层筒壁的内层壁分布。
7.如权利要求2所说的环形热管式热辊，其特征在于:沿着夹层筒壁下端的内层壁表面环绕的线圈（3）上部磁路设置有导磁体或铁芯。
8.如权利要求3所说的环形热管式热辊，其特征在于:导磁体或铁芯带有与内层壁表面相对的端面。
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