KR20170038186A - 냉각롤 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

내부에 복수의 냉각관(8)이 배치된 원통체(2) 내에, 증발과 응축을 반복하는 작동 유체를 봉입하여 이루어지는 냉각롤(1)에 있어서, 상기 원통체(2)의 내주면에 금속 피막(9)이 형성된다.

Description

냉각롤 및 그 제조 방법{COOLING ROLL AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 냉각롤 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 합성수지 등의 각종 시트나 각종 필름의 제조 장치 혹은 이들 각종 시트나 각종 필름을 적층하는 라미네이트 장치 등에 사용되는 냉각롤 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 종이 등의 기재에 대하여 합성수지 필름을 접합시키는 라미네이트 제조 장치에서는, 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 공급롤(21)로부터 풀어내어진 기재(22)를, 프레스롤(23)과 냉각롤(24) 사이를 통과시켜, 권취롤(25)에 권취시키는 한편, 프레스롤(23)과 냉각롤(24) 사이에, 다이(26)로부터 용융 수지를 유하(流下)시켜 필름층(28)을 형성하고, 냉각롤(24)로 냉각시키면서 기재(22)에 접합시켜, 라미네이트 적층지(29)를 제조하고 있다.
상기 냉각롤(24)로서, 예컨대 특허문헌 1에는, 다수 개의 냉각용 전열관이 내부에 배치된 원통체 내에, 작동 유체(열 반송액)를 봉입하고, 회전 구동되는 상기 원통체 내에 있어서의 작동 유체의 증발과 응축의 반복에 의해 상기 원통체의 표면을 냉각시키는 구성이 개시되어 있다.
또한, 작동 유체가 봉입되는 원통체의 내면에는, 워크를 팽팽하게 설치하여 온도의 균일화를 도모하여 한결같이 냉각할 수 있도록 하고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공고 평성 제4-2720호 공보
상기와 같은 냉각롤에서는, 냉각 능력의 향상이 한층 더 요구되고 있고, 본 발명은 냉각 능력을 향상시킨 냉각롤 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 냉각롤은, 냉각 유체가 유통하는 복수의 냉각관이 내부에 배치된 원통체를 구비하고, 상기 원통체 내에, 증발과 응축을 반복하는 작동 유체가 봉입되는 냉각롤에 있어서, 상기 원통체의 내주면에 금속 피막이 형성된다.
상기 금속 피막은, 용사 가공에 의해 형성되는 용사 피막인 것이 바람직하다.
상기 금속 피막은, Al 피막인 것이 바람직하다.
본 발명의 냉각롤에 따르면, 원통체의 내주면에 Al 피막 등의 금속 피막을, 용사 가공 등에 의해 형성하기 때문에, 후술하는 바와 같이, 비등 전열 계수를, 원통체의 내주면에 워크 가공이 행해진 종래예에 비하여 높이는 것이 가능해져, 냉각 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 냉각롤의 제조 방법은, 냉각 유체가 유통하는 복수의 냉각관이 내부에 배치된 원통체를 구비하고, 상기 원통체 내에, 증발과 응축을 반복하는 작동 유체가 봉입되는 냉각롤의 제조 방법에 있어서, 상기 원통체의 내주면에 금속 피막을 용사 가공에 의해 형성한다.
본 발명의 냉각롤의 제조 방법에 따르면, 원통체의 내주면에, 금속 피막을 용사 가공에 의해 형성하기 때문에, 후술하는 바와 같이, 비등 전열 계수를, 원통체의 내주면에 워크 가공이 행해진 종래예에 비하여 높이는 것이 가능해져, 냉각 효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 원통체의 내주면에 금속 피막을 형성하기 때문에, 냉각롤의 냉각 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 냉각롤의 개략 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선을 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대 단면도이다.
도 4는 냉각롤을 모의한 시험 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 도 4의 시험 장치에 의해 얻어진 실시예와 비교예의 비등 전열 계수를 나타낸 도면이다.
도 6은 시험용 롤을 이용한 시험 설비의 개략 구성도이다.
도 7은 도 6의 시험용 롤 및 가열 히터를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 시험 설비에 의해 얻어진 실시예와 비교예의 시험용 롤의 비등 전열 계수를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 시험 설비에 의해 얻어진 실시예와 비교예의 시험용 롤의 비등 전열 계수를 나타낸 도면이다.
도 10은 라미네이트 적층지의 제조 장치의 개략도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 냉각롤의 개략 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선을 따른 단면도이며, 도 3은 도 2의 부분 확대 단면도이다.
이들 도면을 참조하여, 이 실시형태의 냉각롤(1)은, 예컨대, 상기 도 10의 라미네이트 제조 장치 등에 사용하는 냉각롤이다. 이 냉각롤(1)은, 비교적 얇은 판두께의 원통체(2)와, 이 원통체(2)를 지지하는 중공(中空)의 지지축(3)을 구비하고 있다. 원통체(2)의 양 단부에는, 원통체(2)의 내부를 밀봉하는 단부판(17, 18)이 고착되어 있고, 단부판(17, 18)으로부터 원통체(2)의 안쪽에는, 내부를 밀봉하는 별도의 면판(4, 5)이 더 고착되어 있다.
상기 지지축(3)이, 양 단부판(17, 18) 및 양 면판(4, 5)의 중심을 기밀 상태로 관통하고, 상기 지지축(3)의 양 단부(3a, 3b)가, 원통체(2)의 바깥쪽으로 돌출되어 있다.
원통체(2)의 일단측에는, 안쪽의 면판(4)과 바깥쪽의 단부판(17)에 의해, 냉각수의 입구실(6)이 구획되고, 중공의 지지축(3)의 일단(3a)으로부터 공급되는 냉각수가, 화살표로 나타낸 바와 같이, 입구실(6) 내로 도입된다.
원통체(2)의 타단측에는, 안쪽의 면판(5)과 바깥쪽의 단부판(18)에 의해, 냉각수의 출구실(7)이 구획되고, 이 출구실(7)은, 중공의 지지축(3)의 타단(3b)과 연통하며, 화살표로 나타낸 바와 같이, 냉각수의 배출 경로가 구성된다.
양 면판(4, 5) 사이에는, 원통체(2)의 축선 방향(도 1의 좌우 방향)으로 연장되어 입구실(6) 및 출구실(7)로 각각 연통하는 냉각관(8)의 복수 라인이, 원주 방향을 따라 병설되어 있다.
이것에 의해, 지지축(3)의 일단(3a)으로부터 입구실(6) 내로 도입된 냉각수가, 각 냉각관(8)에 분배되고, 각 냉각관(8) 내에서 흐른 냉각수가, 출구실(7)로부터 지지축(3)의 타단(3b)을 통해 배출되도록 구성되어 있다.
양 면판(4, 5)으로 구획된 원통체(2)의 내부는, 감압 상태로 됨과 더불어, 대체 프론, 나프탈렌, 퀴놀린 등과 같이 증발과 응축을 반복하도록 한 작동 유체로서의 작동액(도시하지 않음)이 봉입되어 있다.
이 구성에 있어서, 회전하는 원통체(2) 내에 봉입된 작동액은, 원심력에 의해 원통체(2)의 내주면에 접했을 때, 이 원통체(2)의 외주면에 접촉하는 고온의 수지 필름 등의 피냉각 시트로부터의 열에 의해 증발하고, 증발된 작동액은, 각 냉각관(8)에의 접촉에 의해 냉각되며, 응축하여 액화한다. 이 액화한 작동액이, 다시, 원심력에 의해 원통체(2)의 내주면으로 되돌아가, 피냉각 시트로부터의 열에 의해 증발한다고 하는, 증발과 응축을 반복함으로써, 피냉각 시트의 냉각을 행한다.
이 실시형태에서는, 냉각 효율을 높이기 위해서, 원통체(2)의 내주면에는, 상기 특허문헌 1과 같이 워크를 팽팽하게 설치하는 것이 아니라, 금속 피막(9)을 형성하고 있다.
이 금속 피막(9)은, 원통체(2)의 내주면의 전면(全面)에 용사 가공에 의해 형성된 용사 피막인 것이 바람직하다. 이 금속 피막(9)의 막 두께는 1 ㎜ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500 ㎛ 이하이며, 더욱 바람직하게는 100∼400 ㎛, 이 실시형태에서는 250 ㎛ 정도로 하고 있다. 이 막 두께가 1 ㎜를 초과하면, 충분한 전열율의 향상을 볼 수 없다.
금속 피막(9)의 재료는, 금속이나 그 합금이라면, 그 종류는 특별히 한정되지 않지만, 용사 재료로서 사용되는, 예컨대 Al, Al 합금, SUS, 아연 등이 바람직하다.
금속 피막(9)을 형성하기 위한 용사 가공의 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 아크 와이어 용사를 들 수 있고, 이 실시형태의 금속 피막(9)은, 아크 와이어 용사에 의해 형성된 Al의 용사 피막이다.
금속 피막(9)은, 용사 가공에 의해 형성된 용사 피막이기 때문에, 기공을 갖고 있고, 작동 유체를 기공 내에 유지할 수 있다. 따라서, 작동액을 원통체(2)의 내주면의 금속 피막(9)의 기공에 유지할 수 있어, 이것에 의해 원통체(2)의 외주면을 균일하게 냉각시킬 수 있다. 이 기공률은 3% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5% 이상이다.
실시예
다음에, 본 발명의 작용 효과를 실시예 및 비교예에 기초하여 설명한다.
실시예는, 시험편의 표면(비등 표면)에, 상기 실시형태와 마찬가지로 아크 와이어 용사 가공에 의해 Al의 금속 피막을 막 두께 250 ㎛ 정도 형성하였다.
비교예는, 시험편의 표면(비등 표면)에, 워크 가공을 행하였다. 이 워크 가공은, 본건 출원인이 시판하고 있는 종래의 냉각롤과 동일한 워크 가공이다.
실시예 및 비교예의 시험편의 비등 전열 계수를, 도 4에 도시된 냉각롤을 모의한 시험 장치에 의해 측정하였다.
도 4에 있어서, 도면 부호 10은 비등 용기, 도면 부호 11은 시험편, 도면 부호 12는 응축기, 도면 부호 13은 작동액용 열전대, 도면 부호 14는 히터, 도면 부호 15는 시험편용 열전대, 도면 부호 16은 작동액이다. 작동액(16)은, R-123의 대체 프론을 사용하고, 다음과 같은 절차로 각각 측정을 행하였다.
비등 용기(10) 내를 진공 상태로 하고, 작동액(16)을 30∼60 ㎖ 봉입한다. 히터(14)로 시험편(11)을 그 이면측으로부터 가열하고, 시험편(11)의 비등 표면으로부터 작동액(16)을 비등시켜 증발시키면서, 비등 용기(10) 내의 압력을 정압까지 상승시켜, 비등 용기(10)의 상부에 저장된 비응축 가스를 빼내어, 비등 용기(10) 내를 밀폐한다.
그 후, 냉각수를 순환시켜, 평형 상태가 되었을 때, 냉각수의 입구, 출구 및 시험편(11)의 온도를 측정하였다. 작동액(16)의 깊이는 비등 상태에서 약 15 ㎜로 하였다.
비등 전열 계수는, 열유속(히트 플럭스)에 대한 비등 전열 계수이며, 시험편(11)의 비등 표면의 온도는, 각 점에 설치한 열전대(15)의 온도차에 의해 구하였다. 열유속(히트 플럭스) 및 비등 전열 계수는 이하의 수학식 1, 2를 사용하여 구하였다.
q=V×Cpw×ρw×(Tw'-Tw)/A [수학식 1]
hb=q÷(Ts-Tl) [수학식 2]
또한, 상기 수학식 1, 2에 있어서, q는 열유속[kcal/㎡h], V는 냉각수량「㎥/h」, Cpw는 냉각수의 비열[kcal/㎏℃], ρw는 냉각수의 밀도[㎏/㎥], Tw'는 냉각수의 출구 온도[℃], Tw는 냉각수의 입구 온도[℃], A는 작동액의 비등 전열 면적[㎡], hb는 작동액의 비등 전열 계수[kcal/㎡h℃], Ts는 비등 표면 온도[℃], Tl은 작동액 온도[℃]이다.
상기 절차에 따라 측정한 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에 있어서, 실선은 실시예를, 파선은 비교예를 각각 나타내고 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예의 시험편의 비등 전열 계수가, 비교예의 시험편의 비등 전열 계수를 상회하고 있다.
이와 같이, 표면에 아크 와이어 용사 가공에 의해 Al의 금속 피막을 막 두께 250 ㎛ 정도 형성한 실시예의 시험편은, 표면에, 본건 출원인이 시판하고 있는 종래의 냉각롤과 동일한 워크 가공을 행한 비교예의 시험편에 비하여, 비등 전열 계수가 향상되어, 냉각 효율이 향상되고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 시험용 롤로서, 실시예 및 비교예의 냉각롤을 제작하고, 각 냉각롤에 대해서, 비등 전열 계수를 측정하였다.
실시예의 냉각롤은, 원통체의 내주면에, 상기 실시형태와 마찬가지로 아크 와이어 용사 가공에 의해 Al의 금속 피막을 막 두께 250 ㎛ 정도 형성하였다.
비교예의 냉각롤은, 원통체의 내주면에 워크 가공을 행하였다. 이 워크 가공은, 본건 출원인이 시판하고 있는 종래의 냉각롤과 동일한 워크 가공이다.
실시예 및 비교예의 냉각롤의 비등 전열 계수를, 2종류의 작동액인 대체 프론 R-124, R-134a를 각각 이용하여, 도 6에 도시된 시험 설비로 비등 전열 계수를 측정하였다.
도 6에 있어서, 도면 부호 30은 실시예 또는 비교예의 냉각롤인 시험용 롤, 도면 부호 31, 32는 시험용 롤(30)에 대한 냉각수의 입구 및 출구의 온도를 각각 계측하는 제1, 제2 온도계, 도면 부호 33은 냉각수의 유량을 계측하는 유량계, 도면 부호 34는 냉각수 펌프, 도면 부호 35는 시험용 롤(30)을 회전 구동하는 모터, 도면 부호 37∼41은 시험용 롤(30)의 표면 온도를, 그 축선 방향(도 6의 좌우 방향)을 따르는 상이한 위치에서 각각 계측하는 제1∼제5 표면 온도계이다.
시험용 롤(30)은, 도 7에 도시된 가열 히터(36)에 의해 후술하는 바와 가열된다. 이 가열 히터(36) 및 상기 모터(35)는, 도 6의 제어반(42)에 의해 제어된다.
이 시험 설비에 있어서, 모터(35)에 의해 시험용 롤(30)을 64 rpm으로 회전시키고, 냉각수 펌프(34)에 의해 냉각수를 21.5 ㎥/h의 유량으로 시험용 롤(30) 내에 순환시키며, 가열 히터(36)에 의해 시험용 롤(30)의 외면을 가열한다. 그 후, 평형 상태가 되었을 때, 냉각수의 입구 온도 및 출구 온도를, 제1, 제2 온도계(31, 32)로 각각 계측하였다. 시험용 롤(30)의 표면 온도는, 제1∼제5 표면 온도계(37∼41)로 각각 계측하여, 이들의 평균치로 하였다.
시험 설비에서 얻어진 계측치에 기초하여, 열유속(히트 플럭스) 및 비등 전열 계수를, 하기의 수학식 3∼7을 사용하여 구하였다.
H=V×(T2-T1)×ρw×Cpw [수학식 3]
θm=[(T0-T1)-(T0-T2)]/ln[(T0-T1)/(T0-T2)] [수학식 4]
U=H/(Ao×θm) [수학식 5]
q=H/Ao [수학식 6]
1/U=Ao/(Ai×h)+Rt [수학식 7]
상기 수학식 3∼7에 있어서, T2는 냉각수의 출구 온도[℃], T1은 냉각수의 입구 온도[℃], T0은 롤 표면 온도의 평균치[℃], U는 총괄 전열 계수[kcal/㎡h℃], Ao는 롤 외면의 전열 면적[㎡], Ai는 롤 내면의 전열 면적[㎡], h는 비등 전열 계수[kcal/㎡h℃], Rt는 비등을 제외한 롤의 전열 저항의 합계이며, q, V, ρ w, Cpw는, 상기 도 4에 있어서의 상기 수학식 1의 설명과 동일하다.
상기 수학식 3∼5에서, 총괄 전열 계수 U를 산출하고, 상기 수학식 7로 역산함으로써, 비등 전열 계수 h를 산출하였다. 수학식 7로 산출된 비등 전열 계수 h와, 수학식 6의 열유속 q로써, 도 8, 도 9를 작도하였다.
도 8은 작동액이 R-124인 경우이며, 도 9는 작동액이 R-134a인 경우이다. 모두 실선은 실시예, 파선은 비교예를 각각 나타내고 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 모든 작동액에 대해서, 실시예의 시험용 롤의 비등 전열 계수가, 비교예의 시험용 롤의 비등 전열 계수를 상회하고 있어, 냉각 효율이 향상되고 있는 것을 알 수 있다.
1 : 냉각롤 2 : 원통체
3 : 지지축 6 : 입구실
7 : 출구실 8 : 냉각관
9 : 금속 피막

Claims (4)

  1. 냉각 유체가 유통하는 복수의 냉각관이 내부에 배치된 원통체를 구비하고, 상기 원통체 내에, 증발과 응축을 반복하는 작동 유체가 봉입되는 것인 냉각롤에 있어서,
    상기 원통체의 내주면에 금속 피막이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각롤.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 피막이, 용사 가공에 의해 형성되는 용사 피막인 것인 냉각롤.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 피막이 Al 피막인 것인 냉각롤.
  4. 냉각 유체가 유통하는 복수의 냉각관이 내부에 배치된 원통체를 구비하고, 상기 원통체 내에, 증발과 응축을 반복하는 작동 유체가 봉입되는 것인 냉각롤의 제조 방법에 있어서,
    상기 원통체의 내주면에 금속 피막을 용사 가공에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 냉각롤의 제조 방법.
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