TWI691404B - 冷卻滾筒及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

藉由增加能夠保持在滾筒的內周面上的工作流體的液量來提高冷卻能力。在內部配設有複數個冷卻管8的圓筒體2內，封入反復進行蒸發和凝縮的工作流體而成的冷卻滾筒1中，在前述圓筒體2的內周面上，形成有表面粗糙度Ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜9。

Description

冷卻滾筒及其製造方法
本發明涉及冷卻滾筒及其製造方法，更詳細而言，涉及在合成樹脂等各種片材或各種薄膜的製造裝置或者層積這些各種片材或各種薄膜的層疊裝置等中使用的冷卻滾筒及其製造方法。
一般而言，在對紙張等基材粘貼合成樹脂薄膜的層疊製造裝置中，例如如圖10所示，使從供給滾筒21輸出的基材22通過按壓滾筒23與冷卻滾筒24之間而卷取到卷取滾筒25，另一方面在按壓滾筒23與冷卻滾筒24之間，使熔化樹脂從T形模具26流下而形成薄膜層28，並用冷卻滾筒24進行冷卻的同時粘貼到基材22，從而製造層疊積層紙29。
作為上述冷卻滾筒24，例如專利文獻1中公開了如下結構：在內部配設有複數個冷卻用傳熱管的圓筒體內封入工作流體(熱運送液)，並藉由反復進行旋轉驅動的前述圓筒體內的工作流體的蒸發和凝縮而對前述圓筒體的表面進行冷卻。
專利文獻1：特公平04-2720號公報
在上述專利文獻1的冷卻滾筒中，藉由由滾筒的旋轉產生的離心力而使工作流體附著在圓筒體的內周面上，並藉由來自圓筒體的外周的薄膜層的熱而使工作流體蒸發，蒸發後的工作流體與圓筒體內的複數個冷卻用傳熱管接觸而凝縮液化，液化的工作流體因離心力而再次附著在圓 筒體的內周面上而蒸發，如此藉由反復進行蒸發和凝縮而對圓筒體的外周的薄膜層等的負載進行冷卻。
在需要藉由冷卻滾筒來冷卻的負載為例如如鋰電池用隔膜等厚度為0.5mm~2mm程度的較厚片材那樣的熱量大的高熱負載的情況下，與如層疊薄膜那樣厚度為幾十μm程度的厚度較薄的輕負載相比，有必要使冷卻滾筒低速旋轉來進行冷卻。
在冷卻滾筒中，如上述藉由由滾筒的旋轉產生的離心力而使液化的工作流體附著在圓筒體的內周面上，因此如果使冷卻滾筒低速旋轉則離心力不足，液化的工作流體不會附著在圓筒體的內周面上，而是向下方落下，從而導致冷卻能力不足。
本發明是鑒於上述問題而提出的，其目的在於藉由增加能夠保持在構成滾筒的圓筒體的內周面上的工作流體的流量而提高冷卻能力。
為了實現上述目的，本發明的冷卻滾筒具備在內部配設有供冷卻流體流通的複數個冷卻管的圓筒體，在該圓筒體內封入反復進行蒸發和凝縮的工作流體，在前述圓筒體的內周面上形成有金屬熔射皮膜，前述熔射皮膜的表面粗糙度Ra為30μm以上，前述熔射皮膜的厚度為1mm以上。
較理想為前述金屬熔射皮膜為Al、Al合金、SUS鋅中的任一種的熔射皮膜。
根據本發明的冷卻滾筒，由於在圓筒體的內周面上形成有表面粗糙度Ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜，因此可藉 由旋轉的圓筒體的內周面的熔射皮膜而使保持工作流體的液量增加，由此可增加從圓筒體的內周面蒸發的工作流體的蒸發量來提高冷卻能力。
本發明的冷卻滾筒的製造方法為具備在內部配設有供冷卻流體流通的複數個冷卻管的圓筒體，在該圓筒體內封入反復進行蒸發和凝縮的工作流體的冷卻滾筒的製造方法，在前述圓筒體的內周面上藉由熔射加工形成厚度為1mm以上且表面粗糙度為30μm以上的金屬皮膜。
根據本發明的冷卻滾筒的製造方法，由於在圓筒體的內周面上形成有表面粗糙度Ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜，因此可藉由旋轉的圓筒體的內周面的熔射皮膜而使保持工作流體的液量增加，由此可增加從圓筒體的內周面蒸發的工作流體的蒸發量來提高冷卻能力。
較理想為前述熔射為線材熔射。
根據本發明，由於在圓筒體的內周面上形成有表面粗糙度Ra為30μm以上且厚度為1mm以上的金屬熔射皮膜，因此可藉由旋轉的圓筒體的內周面的熔射皮膜而使保持工作流體的液量增加，從而能提高冷卻能力。
1‧‧‧冷卻滾筒
2‧‧‧圓筒體
3‧‧‧支撐軸
6‧‧‧入口室
7‧‧‧出口室
8‧‧‧冷却管
9‧‧‧熔射皮膜
圖1是本發明的一實施方式所涉及的冷卻滾筒的概要縱剖面圖。
圖2是圖1的沿A-A線的剖面圖。
圖3是圖2的局部放大剖面圖。
圖4是用於說明計算出滾筒的冷卻熱量、產品的進給速度、保液量等 的條件的概要結構圖。
圖5是表示滾筒的冷卻熱量與保液量的關係的圖。
圖6是表示熔射皮膜的表面粗糙度與試驗液1的增加重量(保液量)的關係的圖。
圖7是表示熔射皮膜的表面粗糙度與試驗液2的增加重量(保液量)的關係的圖。
圖8是表示熔射皮膜的表面粗糙度與試驗液3的增加重量(保液量)的關係的圖。
圖9是熔射皮膜的剖面照片。
圖10是層疊積層紙的製造裝置的概要圖。
下面，基於圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。
圖1是本發明的一實施方式所涉及的冷卻滾筒的概要縱剖面圖，圖2是圖1的沿A-A線的剖面圖，圖3是圖2的局部放大剖面圖。
參照這些圖，該實施方式的冷卻滾筒1為例如在上述圖10的層疊製造裝置或鋰電池用隔膜等的片材製造裝置等中使用的冷卻滾筒。該冷卻滾筒1具備板厚較薄的圓筒體2和支撐該圓筒體2的中空的支撐軸3。在圓筒體2的兩端部固定有密封圓筒體2的內部的端板17、18，並且在圓筒體2的比端板17、18的更內側固定有用於密封內部的另外的面板4、5。
上述支撐軸3以氣密狀態貫通兩端版17、18及兩面板4、5的中心，並且該支撐軸3的兩端部3a、3b突出至圓筒體2的外側。
在圓筒體2的一端側藉由內側的面板4和外側的面板17限 定有冷卻水的入口室6，從中空的支撐軸3的一端3a供給的冷卻水經由沿支撐軸3的周向形成的複數個孔如箭頭符號所示被導入到入口室6內。
在圓筒體2的另一端側藉由內側的面板5和外側的端板18限定有冷卻水的出口室7，該出口室7與中空的支撐軸3的另一端3b連通，經由沿支撐軸3的周向形成的複數個孔如箭頭符號所示排出冷卻水。
在兩面板4、5之間沿圓周方向排列設置有複數個冷卻管8，該冷卻管8沿圓筒體2的軸線方向(圖1的左右方向)延伸且與入口室6及出口室7分別連通。
如此，從支撐軸3的一端3a導入到入口室6內的冷卻水被分配到各冷卻管8中，並且流過各冷卻管8內的冷卻水從出口室7經由支撐軸3的另一端3b排出。
由兩面板4、5限定的圓筒體2的內部為減壓狀態，並且封入有如替代氟利昂、萘、喹啉等反復進行蒸發和凝縮的工作流體。
在這種結構中，當封入到旋轉的圓筒體2內的工作流體因離心力而附著在圓筒體2的內周面上時，由於來自與該圓筒體2的外周面接觸的高溫樹脂薄膜等被冷卻片材的熱而蒸發，蒸發後的工作流體因與各冷卻管8接觸而被冷卻，從而凝縮並液化。該液化的工作流體再次因離心力而返回到圓筒體2的內周面，由於來自被冷卻片材的熱而蒸發，如此反復進行蒸發和凝縮，從而進行被冷卻片材的冷卻。
由於在被冷卻片材為例如0.5mm~2mm程度的厚度較厚的片材那樣的高熱負載的情況下熱量較大，因此有必要使冷卻滾筒1低速旋轉來進行冷卻，例如使被冷卻片材的進給速度為40m/min以下。
但是，由於在冷卻滾筒1中，如上述藉由由滾筒的旋轉產生的離心力而使液化的工作流體附著在圓筒體2的內周面上，因此當使冷卻滾筒1低速旋轉時離心力不足，液化的工作流體不會附著在圓筒體2的內周面上，而是向下方落下，從而導致冷卻能力不足。
在該實施方式中，為了即使冷卻滾筒1低速旋轉，也藉由增加能夠保持在圓筒體2的內周面上的液化的工作流體的量、即保液量來提高冷卻能力，構成如下。
即，在圓筒體2的整個內周面上藉由熔射加工形成有金屬熔射皮膜9。
由於熔射皮膜為包含0.1mm以下的微細粒子的粉末的集合體，因此例如圖9的剖面照片所示，熔射皮膜的表面形狀具有藉由單純的機械加工無法得到的微細的凹凸。因此，表面積大於相同粗糙度的機械加工面，為有利於液體保持的形狀。
此外，圖9是由Al電弧線材熔射得到的膜厚3000μm的熔射皮膜的剖面照片，並且為後述的實施例7的試驗片的剖面照片。
為了藉由圓筒體2的內周面的熔射皮膜9來增加液化的工作流體的保液量而提高冷卻能力，在本發明中，熔射皮膜9的膜厚為1mm以上，其表面粗糙度Ra為30μm以上。
為了在低速旋轉中確保所需的保液量，較理想為熔射皮膜9的表面粗糙度Ra為50μm以上。
熔射皮膜9的材料為能夠藉由熔射加工形成的金屬或其合金即可，其種類並不特別限定，較理想為用作熔射材料的、例如具有防銹 能力的Al、Al合金、SUS、鋅等，特別理想為導熱率高且易於向工作流體傳熱的Al。
用於形成熔射皮膜9的熔射加工的方法並不特別限定，例如可舉出電弧線材熔射，該實施方式的熔射皮膜9為藉由電弧線材熔射形成的Al熔射皮膜。
由於熔射皮膜9為藉由熔射加工形成的金屬皮膜，因此具有氣孔。
接著，對由冷卻滾筒產生的冷卻熱量和作為保持在冷卻滾筒的內周面上的液化的工作流體的量的保液量之間的關係進行說明
如圖4的概要圖所示，在使熔化樹脂從T形模具12流下到按壓滾筒10與冷卻滾筒11之間，並用冷卻滾筒11進行冷卻而製造片材狀的產品13的結構中，將冷卻滾筒11的滾筒徑設為700mm，其板厚設為30mm，有效面長為3000mm，熔化樹脂原料的溫度為160℃，產品厚度為0.6mm，產品寬度為2800mm，產品的進給速度為40m/min，工作流體為作為替代氟利昂的R-134。
基於這種結構的實驗裝置中的實驗資料等，對滾筒的冷卻熱量、保液量進行計算。
即，由產品的進給速度、產品寬度、產品厚度、熔化樹脂原料溫度、產品溫度計算出所要求的每單位面積的冷卻熱量，並由計算出的滾筒冷卻熱量求出每單位面積的工作流體的蒸發量，將其作為必要最低限度的保液量計算出。
其結果，如表1所示，當將產品的進給速度設為低速的 40m/min時，用於得到應對高熱負載較理想為的冷卻滾筒的冷卻熱量27.84kcal/m2(=187083kcal/h)的保液量為0.20kg/m2。
Figure 106106139-A0101-12-0008-15
另外，在將進給速度設為40m/min的情況下，分別計算出使冷卻滾筒的冷卻熱量變化時的保液量。將其結果示於表2及圖5中。
Figure 106106139-A0101-12-0008-1
如圖5所示，冷卻熱量與保液量之間成立大致的比例關係，可藉由增加保液量來提高冷卻熱量。
如上述，當將進給速度假定為低速的40m/min，將用於應對高熱負載的冷熱熱量假定為27.84kcal/m2(=187083kcal/h)時，作為工作流體的R-134a的保液量需為0.2kg/m2。
即，在進給速度為低速的40m/min的情況下，R-134a的保液量為0.2kg/m2，以便得到作為用於冷卻高熱負載的較理想為冷卻熱量的27.84kcal/m2(=187083kcal/h)以上的冷卻熱量。
此外，由於R-134a的液體密度為1.295g/cm3，因此在將R-134a的保液量0.2kg/m2換算為後述的水的情況下為0.154kg/m2。
接著，對熔射皮膜的表面粗糙度與保液量的關係進行說明。
為了掌握熔射皮膜的表面粗糙度和厚度與保液量的關係，進行如下試驗。
即，在將分別形成有厚度和表面粗糙度不同的熔射皮膜的複數個各試驗片浸漬到自來水等試驗液中之後，分別測定從試驗液取出的各試驗片的重量的增加重量以作為熔射皮膜的保液量。
具體而言，作為試驗片的基材，使用尺寸為100mm×50mm×厚度6mm的矩形的SS400的平板。對各平板的正背兩面進行熔射參數不同的線材熔射，分別以目標膜厚形成表面粗糙度不同的Al熔射皮膜而分別製作複數個試驗片。用尼龍拋光輪去除附著在平板的側面的熔射皮膜。
前述熔射參數為空氣壓力、熔射輸出、線材供給速度、熔射角度、熔射距離等，藉由調整這些熔射參數來分別形成表面粗糙Ra不同的熔射皮膜。
利用東京精密製造的觸針式表面粗糙度計SURFCOM 130A，按照JIS1994，取樣值2.5mm×N5=測定距離12.5mm來測定已作成的各試驗片的熔射皮膜的表面粗糙度Ra。此外，僅將試樣No.9、10設為取樣值8.0mm×N3=測定距離24mm。
另外，測定各試驗片的熔射皮膜的氣孔率(%)。
接著，用電子秤測定各試驗片的重量，並且將各試驗片浸漬到試驗液中60秒之後，取出各試驗片並經過60秒後用電子秤再次測定重 量，將浸漬前後的重量的增加重量作為保液量計算出。此外，當從試驗液中取出試驗片時，對滯留在試驗片的下部的試驗液，藉由使試驗片的一個角部向下方傾斜並施加振動，從而進行脫液。
試驗液為自來水、加入10重量%的乙醇的自來水和加入20重量%的乙醇的自來水這三種。
將試驗結果示於表3。
Figure 106106139-A0101-12-0010-3
表3中示出各試樣編號的各試驗片的熔射皮膜的厚度(mm)、氣孔率(%)、表面粗糙度(μm)，並且示出浸漬到三種試驗液中後的增加重量(kg/m2)。此外，膜厚表示形成熔射皮膜時的膜厚的目標值。另外，與上述表1的保液量同樣，增加重量為每1m2的增加重量kg，與保液量對應。
如上述在本發明中，熔射皮膜的膜厚為1mm以上，其表面粗糙度Ra為30μm以上。表3中分別示出膜厚為0.25mm的試樣編號1作為比較例，膜厚為1mm以上且表面粗糙度Ra為30μm以上的試樣編號2 ~8為實施例1~7。
當比較例與實施例1相比較時，表面粗糙度Ra均為大致30μm，但與膜厚為0.25mm的比較例相比，在膜厚為1mm的實施例1中，各試驗液的增加重量即保液量大幅增加約1.5倍以上。因此，為了增加保液量來提高冷卻能力，有必要使熔射皮膜的膜厚為1mm以上。
實施例1~5的熔射皮膜的膜厚均為1mm，實施例6、7的膜厚為3mm。這些實施例1~7的表面粗糙度Ra均為30μm以上。如表3的實施例1~5所示可知，即使熔射皮膜的膜厚相同，隨著表面粗糙度Ra變大，任一試驗液的增加重量即保液量均增加。
如此，由於自來水(試驗液1)、加入10重量%的乙醇的自來水(試驗液2)及加入20重量%的乙醇的自來水(試驗液3)中的任一試驗液的保液量均增加，因此即使工作流體的性狀不同，也可藉由加大熔射皮膜的表面粗糙度Ra而增加工作流體的保液量。
當熔射皮膜的表面粗糙度Ra由實施例2的38.2μm變為實施例3的49.8μm時，保液量大幅增加，特別是，在試驗液2及試驗液3中，保液量為大致兩倍。
由此可知，熔射皮膜的表面粗糙度Ra為38.2μm以上，即較理想為為40μm以上。
圖6表示試驗液為自來水(試驗液1)時的比較例及實施例1~7的表面粗糙度Ra與浸漬前後的增加重量即保液量的關係。
如圖6所示可知，當熔射皮膜的表面粗糙度Ra為30μm以上時，表面粗糙度Ra和保液量(增加重量)大致成比例，可藉由加大表面 粗糙度Ra來增加保液量而提高冷卻能力。
另外，如上述，在將進給速度設為40m/min的情況下，工作流體R-134a的保液量為0.2kg/m2以上，以便得到作為用於冷卻高熱負載的較理想為冷卻熱量的27.84kcal/m2(=187083kcal/h)以上的冷卻熱量。
在將該保液量換算為水時，如上述為0.154kg/m2。
在表3中，與該保液量0.154kg/m2大致相等的自來水的保液量(增加重量)為實施例3的0.151kg/m2，其表面粗糙度Ra為49.8μm。
因此，在將進給速度設為40m/min，用於冷卻高熱負載的較理想的冷卻熱量為27.84kcal/m2(=187083kcal/h)以上時，較理想為熔射皮膜的表面粗糙度Ra為49.8μm以上，即50μm以上。
圖7及圖8分別表示試驗液為加入10重量%的乙醇的自來水(試驗液2)及加入20重量%的乙醇的自來水(試驗液3)的各情況下的、比較例及實施例1~7的表面粗糙度Ra與浸漬前後的增加重量(保液量)的關係。
如圖7所示，在試驗液2中，熔射皮膜的表面粗糙度Ra為30μm以上50μm以下，保液量的增加比例較大，此外如圖8所示，在試驗液3中，熔射皮膜的表面粗糙度Ra為40μm以上50μm以下，保液量的增加比例較大。
由於試驗液2、3均在熔射皮膜的表面粗糙度Ra為40μm以上時保液量的增加比例較大，因此可以使熔射皮膜的表面粗糙度Ra為40μm以上。
如上述，由於可藉由加大熔射皮膜的表面粗糙度Ra來增加 保液量而提高冷卻能力，因此熔射皮膜的表面粗糙度Ra越大越理想，並且由於隨著加大表面粗糙度Ra而必要的膜厚也變厚，因此膜厚也較理想為厚的膜厚。
但是，為了加大熔射皮膜的膜厚和表面粗糙度Ra，熔射皮膜的形成所需要的加工時間變長，從而成本提高，並且如果膜厚過厚則也具有剝離的危險。
因此，可以考慮成本和剝離等適當選擇熔射皮膜的膜厚和表面粗糙度Ra的上限，熔射皮膜的膜厚可以是例如10mm以下，表面粗糙度Ra可以是例如300μm以下。
工作流體不限於上述的R-134a(沸點：-26.15℃)，可使用其它工作流體，例如較理想為作為其它替代氟利昂的R-123(沸點：27.62℃)、R-124(沸點：-12.4℃)、R-225cb(沸點：54℃)等，較理想為沸點為60℃以下的工作流體。另外，由於若沸點過低則工作流體液化時滾筒內為高壓，要求高耐壓性能，因此沸點的下限為-30℃以上即可。
在上述實施方式中，對滾筒的冷卻熱量為27.84kcal/m2(=187083kcal/h)的情況進行了說明，但並不限於27.84kcal/m2(=187083kcal/h)，也可以大於或小於27.84kcal/m2(=187083kcal/h)。
1‧‧‧冷卻滾筒
2‧‧‧圓筒體
3‧‧‧支撐軸
8‧‧‧冷却管
9‧‧‧熔射皮膜

Claims (4)

  1. 一種冷卻滾筒，具備在內部配設有供冷卻流體流通的複數個冷卻管的圓筒體，在該圓筒體內封入反復進行蒸發和凝縮的工作流體，前述冷卻滾筒的特徵在於，在前述圓筒體的內周面上形成有金屬熔射皮膜，前述熔射皮膜的表面粗糙度Ra為30μm以上，前述熔射皮膜的厚度為1mm以上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的冷卻滾筒，前述金屬熔射皮膜為Al、Al合金、SUS、鋅中的任一種的熔射皮膜。
  3. 一種冷卻滾筒的製造方法，前述冷卻滾筒具備在內部配設有供冷卻流體流通的複數個冷卻管的圓筒體，在該圓筒體內封入反復進行蒸發和凝縮的工作流體，前述冷卻滾筒的製造方法的特徵在於，在前述圓筒體的內周面上藉由熔射加工形成厚度為1mm以上且表面粗糙度Ra為30μm以上的金屬皮膜。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的冷卻滾筒的製造方法，前述熔射為線材熔射。
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