KR20000074200A - 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열방식 히팅롤의 외통 내부에 동 혹은 알루미늄 실린더를 삽입하는 것이다. 히팅롤이 가공기계에 장착될 경우 원단을 압박하기 위해서 다른 롤이 고압 실린더의 힘으로 히팅롤에 힘을 가해오는데 이때의 압력을 견딜 수 있도록 강도를 유지하기 위한 외통의 두께가 계산되어 진다. 이 외통 내부에는 일반철 재질 사이에 동 또는 알루미늄 실린더가 내장되어 샌드위치 구조가 된다. 따라서 표피효과(skin effect)에 의해 가장 안쪽 일반철부위에서 유도코일에 의한 유도전류가 유기되어 열이 발생하며, 다음 동에 의해 열이 롤의 바깥쪽 또는 가장자리 쪽으로 확산되며, 가장 바깥쪽의 일반철 부위는 원단이 직접 닿는 부위가 된다.

이때 열이 발생하면, 일반철과 동 또는 알루미늄은 팽창하게 되는데, 동의 팽창계수가 일반철보다 크기 때문에 목적 온도에 따라 동 또는 알루미늄 실린더 삽입시 이 팽창량을 계산하여 동 또는 알루미늄이 팽창하기 위한 여유공간을 두어야 한다. 이 여유 공간은 바깥 방향뿐 아니라 가장자리 방향으로도 있어야 한다. 목적온도 도달시 동 또는 알루미늄 실린더가 팽창하여 일반철부위에 밀착되도록 계산되어져야 한다.

동 또는 알루미늄 실린더의 두께와 일반철 부위의 두께 비는 히팅롤에 압착되는 압력에 따라 강도를 계산하여 정한다

Description

히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 방법과 장치{Method and apparatus for the even heat distribution of heating roll}

본 발명은 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 방법과 장치에 관한 것으로, 열확산 매체로서 동(Cu) 혹은 알루미늄(Al) 실린더를 사용하는 기술이다.

연포장, 섬유류, 철판코일 산업분야에서 각종 원단의 가공제작시 많은 실린더 롤이 사용되고 있는데, 그 중에서 라미네이팅, 시즈닝, 코팅 등 원단의 표면가공이나 열처리를 위해서는 실린더 롤에 열을 가하여 원단에 열을 전도하는 히팅롤이 사용되고 있다.

이러한 히팅롤의 가열방식에 있어서, 국내에서는 실린더 내부에 히터를 삽입하여 열을 가하거나 오일을 보일러로 가열하고 실린더 내부를 순환시키는 방식으로 히팅롤을 제작하여 사용하여 오고 있다. 이러한 방식의 히팅롤은 제작하기 쉽고 가격이 저렴하기 때문에 국내의 많은 업체에서 제작하여 사용되고 있다.

한편, 일본의 Tokuden 및 Kano사 등에서는 훨씬 진보된 방식인 유도 전류에 의한 자기 발열 방식인 유도가열방식 히팅롤을 제작하여 판매하고 있다.

히팅롤에 의한 원단으로의 열전달시, 히팅롤에 닿는 원단의 좌우, 중앙 전면에 온도가 균일하게 전달되는 것은 매우 중요하다.

원단이 닿은 히팅롤의 중앙부위와 가장자리에 온도편차가 있다면, 원단의 열처리가 균일해지지 않기 때문에 품질에 문제가 발생하게 된다. 이러한 히팅롤의 온도편차는 히팅롤의 중앙부위에 열이 집중되고, 가장자리에서는 구조상 사이드브라켓등에 의해 열을 빼앗기기 때문에 일어난다. 히터삽입 혹은 오일순환방식의 히팅롤의 온도편차는 10℃정도로 매우 큰 편이며, 유도가열방식 히팅롤도 이론적으로도 유도전류의 밀도가 가장자리보다 중앙부위가 높기 때문에 중앙부위의 온도가 높게 나타나 편차가 크게 나타나고 있다. 따라서 일본의 유도가열방식 히팅롤 제작 업체에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 히팅롤의 외통 내부에 최고의 열전도 방식인 히트파이프를 삽입하여 중앙부위의 온도를 급속도로 퍼지게 함으로써 전체의 온도편차를 1∼2℃ 이내로 줄이고 있다. 그러나 이러한 방식은 가공제작이 어려울 뿐만 아니라 히팅롤 가격이 매우 비싸 국내 업체 현실로서는 경제성이 떨어진다.

본 발명은 유도가열방식 히팅롤의 외통 내부에 일반철보다 훨씬 열전도성이 큰 동(Cu) 혹은 알루미늄(Al) 실린더를 삽입함으로써, 일반철 부위에서는 유도전류에 의해 열이 발생하고, 동실린더에 의해서는 열전도가 전체적으로 고르게 이루어지게함으로써 히팅롤 표면온도 편차를 줄이기 위한 것이다.

본 발명은 유도가열방식 히팅롤의 외통 내부에 동 혹은 알루미늄 실린더를 삽입하는 것이다. 히팅롤이 가공기계에 장착될 경우 원단을 압박하기 위해서 다른 롤이 고압 실린더의 힘으로 히팅롤에 힘을 가해오는데 이때의 압력을 견딜 수 있도록 강도를 유지하기 위한 외통의 두께가 계산되어 진다. 이 외통 내부에는 일반철 재질 사이에 동 또는 알루미늄 실린더가 내장되어 샌드위치 구조가 된다. 따라서 표피효과(skin effect)에 의해 가장 안쪽 일반철부위에서 유도코일에 의한 유도전류가 유기되어 열이 발생하며, 다음 동에 의해 열이 롤의 바깥쪽 또는 가장자리 쪽으로 확산되며, 가장 바깥쪽의 일반철 부위는 원단이 직접 닿는 부위가 된다.

이때 열이 발생하면, 일반철과 동은 팽창하게 되는데, 동의 팽창계수가 일반철보다 크기 때문에 목적 온도에 따라 동 또는 알루미늄 실린더 삽입시 이 팽창량을 계산하여 동 또는 알루미늄이 팽창하기 위한 여유공간을 두어야 한다. 이 여유 공간은 바깥 방향뿐 아니라 가장자리 방향으로도 있어야 한다. 목적온도 도달시 동 또는 알루미늄 실린더가 팽창하여 일반철부위에 밀착되도록 계산되어져야 한다.

동 또는 알루미늄 실린더의 두께와 일반철 부위의 두께 비는 히팅롤에 압착되는 압력에 따라 강도를 계산하여 정한다

도 1 은 유도가열 방식의 경우 히팅롤의 단면도

도 2 는 히팅롤의 외통 부분 확대도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(1) : 보빈 (2) : 코어

(3) : 유도코일 (4) : 사이드브라켓

(5) : 히팅롤의 표면 (6) : 동 혹은 알루미늄재 실린더

(7) : 철재 실린더 (8) : 온도센서

도 1은 유도가열방식의 경우 히팅롤의 단면도이다. 도에 나타난 사이드브라켓은 본 기술과 관계없으므로 실제 사용되고 있는 구조와 달리 간략화한 것이다. 스립링 구조도 생략되어 있다. 도 2는 히팅롤의 외통 부분만을 확대하여 본 모습이다.

그 구성은 유도가열방식에 있어서 비자성체 재질의 보빈(1)과 코어(2)와 유도코일(3)으로 되어 있으며 이 부분이 유도가열방식의 핵심부품들이다. 또한 사이드브라켓(4)이 있고 원단이 직접 닿는 히팅롤의 표면(5)은 일반철 재질이며, 원단의 열처리 종류에 따라 크롬코팅 또는 테프론코팅 등의 처리가 되어 높은 경도 및 조도를 유지한다. 본 기술의 핵심으로, 일반철보다 열확산 계수가 매우 높은 금속으로서 동(Cu) 혹은 알루미늄(Al) 실린더(6)가 설치된다. 일반철재 실린더(7)는 유도가열방식의 경우 이 부분으로 자력선의 흐름이 집중되며 유도전류가 흐르게 되어 있다. 따라서 발열은 이 부분에서 시작되어 전도되기 시작하며, 동 또는 알루미늄 실린더(6)를 거쳐 바깥부분으로 전도되거나, 좌우 방향으로 전도되어 외통 전체면의 온도편차가 줄어들게 된다. 온도센서(8)는 외통 내부의 온도를 측정하여 온도제어기로 유도 전류의 양을 제어하여 온도를 제어하게 되어 있다.

또한 동 또는 알루미늄 실린더(6) 삽입시 여유공간(A)을 두어 목적 온도 도달시 팽창차의 일반철재 실린더(7)에 밀착되게 한다.

본 발명의 요점은 유도가열방식 히팅롤에 있어서, 히팅롤 외통 내부에는 동 혹은 알루미늄 재질의 실린더(6)가 삽입되어 외통은 샌드위치 형식으로 구성되고, 유도전류에 의해 외통의 가장 안쪽 일반철 부위에서 발생한 열은 동 또는 알루미늄 실린더에 의해 전체적으로 확산되어 가장 바깥쪽 일반철부위로 전달됨으로써 전체의 온도편차를 1% 이내로 줄일 수 있다.

(변형예, 응용예)

본 발명은 실시예에 국한되지 아니하고 그 구조 및 형상 칫수의 설계 변경도 기재된 청구범위에 포함된다.

상기의 본 발명은 유도가열방식 히팅롤의 외통 내부에 일반철보다 열확산 계수가 7배 큰 동 또는 알루미늄 실린더를 내장함으로써 표면온도편차를 줄일 수 있게 되어 가공 원단의 품질 향상을 기대할 수 있으며, 고가로 수입되고 있는 히트파이프 내장방식 자켓롤보다는 간단한 구조로 인해 훨씬 저렴한 가격으로 국산화 대체할 수 있다.

Claims (6)

1. 히터 삽입 또는 오일순환방식, 유도가열방식등의 모든 방식의 히팅롤에 있어서, 일반철재 실린더 내측으로 일반철보다 열확산 계수가 큰 동(Cu) 실린더를 삽입하여 열확산 매체로 사용하는 것을 특징으로 하는 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 방법.
2. 히터 삽입 또는 오일순환방식, 유도가열방식등의 모든 방식의 히팅롤에 있어서 외통 내부에 일반철보다 열확산 계수가 큰 알루미늄(Al) 실린더를 삽입하여 열확산 매체로 사용하는 것을 특징으로 하는 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 방법.
3. 보빈(1)과 코어(2) 및 유도코일(3)으로 적층되고 사이드브라켓(4)으로서 조립된 유도가열방식의 히팅롤에 있어서,

   원단이 일반철재 실린더(7)의 내측으로 동 재질의 실린더(6)을 삽입한 것을 특징으로 하는 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   실린더(6)은 알루미늄재질인 것을 특징으로 하는 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 장치.
5. 제 3항에 및 제 4항에 있어서,

   실린더(6)에 온도센서(8)을 설치한 것을 특징으로 하는 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 장치.
6. 제 3항 및 제 4항에 있어서,

   실린더(6)에 여유공간(A)를 두어 목적온도 도달시 팽창하여 일반철재 실린더에 밀착되게 한 것을 특징으로 하는 히팅롤에 있어서 롤 표면의 온도편차를 줄이기 위한 장치.