一種有石墨夾層的傳熱輥筒及其傳熱方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種具有石墨夾層的傳熱輥筒及其加熱方法。
【背景技術】
[0002]現有的傳熱輥筒控制溫度均勻性的技術主要為多點小區域熱源控溫、加大均質傳熱材料厚度和用熱管傳熱技術方法。多點小區域熱源控溫技術就是將熱源分成不同的區段(或區域)，通過獨立設置控制某一區段的溫度來達到整體溫度一致性的控制。其缺點是:分段方式控溫段多，投資大、加熱元件安裝復雜(尤其是對空間小的輥筒內部)，相鄰區段銜接區域的溫度不好控制。如果多區段中某一區段發生故障時不宜及時發現，導致產品質量問題。采用加大傳熱層厚度也是一種常用的方法(例如厚餅鐺烙餅溫度就比較均勻)，其缺點是:增加了裝置的重量和造價，減小了輥筒內加熱裝置的安裝空間，過厚的金屬表層也使傳熱效率和溫度反應速度大大降低。采用熱管技術是一個傳熱均勻性效果比較好的技術，其缺點是:造價高，溫度加熱適用范圍小(熱管內介質特性所限，與介質的氣液轉換溫度有關)，有一定危險性(超過氣液轉換溫度過高時，汽化造成的壓力容易導致爆炸)。
[0003]當前，需要熱加工產品的質量指標的不斷提高，使許多產品對設備的溫度均勻性提出了更高的要求，原有的控制溫度均勻性技術由于效果和投資以及安全等問題不能滿足用戶對裝置溫度均勻性的新的更高需求。
[0004]現有技術中溫度均勻性相對較好、用得較多的幾種方式為:
[0005]1.熱介質循環方式。分水、油不同介質，利用泵讓熱介質在加熱系統和輥之間循環，實現熱的傳遞。輥的流道分單向流動和雙向相向流動不同結構方式。優點:溫度均勻性能夠達到±1°C左右。缺點:需要旋轉接頭，旋轉接頭的旋轉密封靠石墨環，不可避免的要造成磨損而發生泄漏，油熱介質的滴漏形成油污影響周圍衛生環境。需要配電加熱循環系統，造價高，占地面積大，換熱系統設備散熱造成周圍環境溫度高，并造成能源浪費。用油循環加熱系統，導熱油因容易老化結碳而使加熱效果變差，幾年就需要更換新油，運行成本尚O
[0006]2.如中國專利201220737031.1所述的熱管均溫方式。熱管是利用氣液轉化原理做到均溫的，其在封閉容器中灌注加熱可蒸發成汽體的物質，在加溫后相變升華為汽體將熱量從吸熱端迅速傳送至放熱端，達到均溫的效果。原用于解決航天器的向太陽面(正幾百度高溫)與背太陽面(負上百度)的溫差問題。后逐漸用于民用，如散熱用于電腦CPU散熱裝置，傳熱用于余熱回收和輥筒均溫等等。優點:①傳熱效率高，溫度均勻性好。②結構簡單，占地面積小，造價適中。③運行費用低。缺點:①一種液體對應溫度范圍不夠寬，限制了設備的使用溫度范圍。②高溫時，熱管內壓力高，有不安全因素，在溫度控制失控是時有爆炸可能。所以，要有安全保護裝置降低危險性。③對密封性要求高，容易在高溫高壓時發生泄漏，揮發液體的減少會使熱管失效。
[0007]3.輥筒內直接加熱方式，輥筒內沿軸向排列著若干個加熱源。輥筒內放置熱源，熱源分多個區單獨控溫。讓輥筒內壁得到熱能后再傳遞給輥筒外壁。優點:沒有氣液熱膨脹產生高壓的不安全問題。缺點:多段控溫使輥的測溫和控溫結構復雜化。某一區段控溫異常影響整體。故障點增多。沿筒壁上鉆的熱電偶孔增多并有深孔，影響筒壁的傳熱均勻性。分區交界處溫度均勻性偏差大，溫度均勻性不是很理想。均溫效果靠增加輥筒厚度來彌補，使輥筒用材料增加，重量加大，傳熱效率降低，輥筒內空間減小。對小直徑輥筒因空間體積不夠很難制作。由于環保要求和造價問題，許多蒸汽和熱水、熱油加熱均溫的輥筒都在轉向電直接加熱方式，但主要的問題就是溫度均勻度不夠，溫度精度為±5V，如申請號201210135722.9的專利。現有技術中，有為了減少溫度不均勻而夾層注油方式，不用泵循環，缺點是溫差大，有油熱漲爆炸危險，具體參見申請號為201020522359.2的中國專利。
【發明內容】
[0008]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種傳熱溫度均勻性好、造價低、壽命長、安全可靠的傳熱輥筒及其傳熱方法，避免現有技術的不足，以滿足各種產品質量指標對傳熱輥筒溫度均勻性日益提升的需求。
[0009]為實現上述目的，本發明提供一種有石墨夾層的傳熱輥筒，所述傳熱輥筒包括:外筒體、內筒體及加熱源，其特征在于，所述傳熱輥筒還包括石墨夾層。
[0010]優選的，所述石墨夾層夾持在傳熱輥筒的內筒體及外筒體之間。
[0011 ] 優選的，所述內筒體及外筒體均為金屬層。
[0012]優選的，所述石墨夾層的材料可選面導熱率高的各種形態的石墨材料。
[0013]優選的，所述石墨材料為石墨片。
[0014]優選的，所述石墨夾層可加快溫度在平面方向上的擴散速度，將輥筒某面從不均勻熱源得到的不均勻溫度分布，經過輥筒組合層后在另一面實現溫度的均勻傳遞。
[0015]優選的，所述石墨夾層為三層結構，其中:
[0016]第一層為第一整體石墨層，其與傳熱輥筒的內筒體接觸，通過第一層整體石墨層的面傳熱讓溫度分布曲線比傳熱輥筒的內筒體溫度分布曲線更緩平；
[0017]第二層為厚度方向導熱率不同的第二石墨層，該第二石墨層可使溫度曲線進一步緩平；
[0018]第三層為第三整體石墨層，其與傳熱輥筒裝置的外筒體接觸，讓溫度曲線更緩平，再傳遞給外膽，得到均勻的表面溫度；
[0019]所述第二石墨層位于第一整體石墨層和第三整體石墨層之間。
[0020]優選的，通過內外筒體之間的夾緊力使石墨層緊密貼服在內外筒體壁上，裝配張緊方式包括外筒體熱裝縮徑或內筒體機械張緊擴徑等。
[0021 ] 優選的，石墨材料被夾持在金屬內外筒體之間封閉起來，與空氣脫離接觸，避免了石墨材料在高溫時氧化。
[0022]優選的，所述的傳熱輥筒可具有多種直徑、長度和規格，可采用不同金屬材質，可用于加熱和冷卻。
[0023]為實現上述目的，本發明還提供一種使用上述有石墨夾層的傳熱輥筒的傳熱方法，其特征在于:
[0024]內筒體的不均勻熱量傳給第一層整體石墨層，通過石墨的面傳熱讓溫度分布曲線比內膽的溫度分布曲線更緩平；
[0025]然后傳遞給厚度方向導熱率不同的第二石墨層，使溫度曲線進一步緩平
[0026]然后再傳遞給第三整體石墨層，讓溫度曲線更緩平，再傳遞給外筒體，得到均勻的表面溫度。
[0027]優選的，所述傳熱方法，其特征在于，石墨材料的面導熱率為200?5300 (w/mk)，可使溫度在輥面方向有著極高的擴散速度。
[0028]優選的，所述傳熱方法，其特征在于，厚度方向的導熱率為15?400(w/mk)。
[0029]優選的，為提高傳熱輥的傳熱效率，所述的石墨夾層材料除包括石墨材料外，還包括有能提高厚度方向導熱率的一種或多種其他材料的組合石墨材料。
[0030]優選的，所述傳熱方法，其特征在于熱源包括多種加熱方式，如介質流體加熱方式、輻射加熱方式、電磁加熱方式等。
[0031]有益效果:
[0032]1、采用石墨夾層的傳熱輥的溫度均勻性大大提高，結構簡單，高導熱率(平面的導熱率是鋼鐵的12?23倍)的石墨片獲得方便，費用較低，使傳熱輥的造價大大降低，制作與運行成本大大降低。
[0033]2、充分利用了石墨材料的平面導熱率極高的特性，通過組合疊加鑲嵌技術使厚度導熱率提高并更均勻，通過密閉夾層方式解決了石墨材料高溫氧化問題。壽命更長，使用范圍更廣。
[0034]3、提高了石墨材料的可使用溫度，拓展了有石墨層的組合層傳熱輥筒的高溫使用區間，至少可以從常溫?400°C。
[0035]4、無熱管介質，無壓力爆炸危險，比較安全；沒有熱介質泄露，環保衛生；電直接加熱輥筒，沒有中間環節散熱耗能，綠色節能。
[0036]5、故障點少，運行可靠，維修費用低，不存在熱介質失效的問題，不用更換熱介質，運行費用低。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發明的一種具有石墨夾層的傳熱輥筒的軸向截面圖。
[0038]圖2是本發明的一種具有石墨夾層的傳熱輥筒的橫向截面圖。
[0039]圖3是本發明的一種具有石墨夾層的傳熱輥筒的軸向部分截面放大圖。
【具體實施方式】
[0040]下面結合附圖對本發明進行詳細的說明。
[0041]傳熱輥筒及石墨夾層
[0042]圖1和圖2示例性的示出了本發明的一種有石墨夾層的傳熱輥筒，所述傳熱輥筒包括:外筒體1、內筒體2、石墨夾層3、紅外加熱管4。所述石墨夾層3夾持在傳熱輥筒的內筒體2及外筒體I之間。所述內筒體2及外筒體I均為金屬層。
[0043]所述石墨夾層的材料可選面導熱率高的各種形態的石墨材料，優選為石墨片。所述石墨夾層可加快溫度在平面方向上的擴散速度，將輥筒某面從不均勻熱源得到的不均勻溫度分布，經過輥筒組合層后在另一面