一种有石墨夹层的传热辊筒及其传热方法技术

本发明专利技术公开了一种有石墨夹层的传热辊筒及其传热方法。所述传热辊筒包括：外筒体1、内筒体2、石墨夹层3、红外加热管4。所述石墨夹层3夹持在传热辊筒的内筒体2及外筒体1之间。所述内筒体2及外筒体1均为金属层。本发明专利技术利用石墨平面导热率非常高的特性来提高沿传热辊辊面温度传递效率，在传热辊筒装置中设置了石墨材料的中间层，大大提高传热辊的温度均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有石墨夹层的传热辊筒及其加热方法。
技术介绍
现有的传热辊筒控制温度均匀性的技术主要为多点小区域热源控温、加大均质传热材料厚度和用热管传热技术方法。多点小区域热源控温技术就是将热源分成不同的区段(或区域)，通过独立设置控制某一区段的温度来达到整体温度一致性的控制。其缺点是：分段方式控温段多，投资大、加热元件安装复杂(尤其是对空间小的辊筒内部)，相邻区段衔接区域的温度不好控制。如果多区段中某一区段发生故障时不宜及时发现，导致产品质量问题。采用加大传热层厚度也是一种常用的方法(例如厚饼铛烙饼温度就比较均匀)，其缺点是：增加了装置的重量和造价，减小了辊筒内加热装置的安装空间，过厚的金属表层也使传热效率和温度反应速度大大降低。采用热管技术是一个传热均匀性效果比较好的技术，其缺点是：造价高，温度加热适用范围小(热管内介质特性所限，与介质的气液转换温度有关)，有一定危险性(超过气液转换温度过高时，汽化造成的压力容易导致爆炸)。当前，需要热加工产品的质量指标的不断提高，使许多产品对设备的温度均匀性提出了更高的要求，原有的控制温度均匀性技术由于效果和投资以及安全等问题不能满足用户对装置温度均匀性的新的更高需求。现有技术中温度均匀性相对较好、用得较多的几种方式为：1.热介质循环方式。分水、油不同介质，利用泵让热介质在加热系统和辊之间循环，实现热的传递。辊的流道分单向流动和双向相向流动不同结构方<br>式。优点：温度均匀性能够达到±1℃左右。缺点：需要旋转接头，旋转接头的旋转密封靠石墨环，不可避免的要造成磨损而发生泄漏，油热介质的滴漏形成油污影响周围卫生环境。需要配电加热循环系统，造价高，占地面积大，换热系统设备散热造成周围环境温度高，并造成能源浪费。用油循环加热系统，导热油因容易老化结碳而使加热效果变差，几年就需要更换新油，运行成本高。2.如中国专利201220737031.1所述的热管均温方式。热管是利用气液转化原理做到均温的，其在封闭容器中灌注加热可蒸发成汽体的物质，在加温后相变升华为汽体将热量从吸热端迅速传送至放热端，达到均温的效果。原用于解决航天器的向太阳面(正几百度高温)与背太阳面(负上百度)的温差问题。后逐渐用于民用，如散热用于电脑CPU散热装置，传热用于余热回收和辊筒均温等等。优点：①传热效率高，温度均匀性好。②结构简单，占地面积小，造价适中。③运行费用低。缺点：①一种液体对应温度范围不够宽，限制了设备的使用温度范围。②高温时，热管内压力高，有不安全因素，在温度控制失控是时有爆炸可能。所以，要有安全保护装置降低危险性。③对密封性要求高，容易在高温高压时发生泄漏，挥发液体的减少会使热管失效。3.辊筒内直接加热方式，辊筒内沿轴向排列着若干个加热源。辊筒内放置热源，热源分多个区单独控温。让辊筒内壁得到热能后再传递给辊筒外壁。优点：没有气液热膨胀产生高压的不安全问题。缺点：多段控温使辊的测温和控温结构复杂化。某一区段控温异常影响整体。故障点增多。沿筒壁上钻的热电偶孔增多并有深孔，影响筒壁的传热均匀性。分区交界处温度均匀性偏差大，温度均匀性不是很理想。均温效果靠增加辊筒厚度来弥补，使辊筒用材料增加，重量加大，传热效率降低，辊筒内空间减小。对小直径辊筒因空间体积不够很难制作。由于环保要求和造价问题，许多蒸汽和热水、热油加热均温的辊筒都在转向电直接加热方式，但主要的问题就是温度均匀度不够，温度精度为±5℃，如申请号201210135722.9的专利。现有技术中，有为了减少温度不均匀而夹层注油方式，不用泵循环，缺点是温差大，有油热涨爆炸危险，具体参见申请号为201020522359.2的中国专利。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种传热温度均匀性好、造价低、寿命长、安全可靠的传热辊筒及其传热方法，避免现有技术的不足，以满足各种产品质量指标对传热辊筒温度均匀性日益提升的需求。为实现上述目的，本专利技术提供一种有石墨夹层的传热辊筒，所述传热辊筒包括：外筒体、内筒体及加热源，其特征在于，所述传热辊筒还包括石墨夹层。优选的，所述石墨夹层夹持在传热辊筒的内筒体及外筒体之间。优选的，所述内筒体及外筒体均为金属层。优选的，所述石墨夹层的材料可选面导热率高的各种形态的石墨材料。优选的，所述石墨材料为石墨片。优选的，所述石墨夹层可加快温度在平面方向上的扩散速度，将辊筒某面从不均匀热源得到的不均匀温度分布，经过辊筒组合层后在另一面实现温度的均匀传递。优选的，所述石墨夹层为三层结构，其中：第一层为第一整体石墨层，其与传热辊筒的内筒体接触，通过第一层整体石墨层的面传热让温度分布曲线比传热辊筒的内筒体温度分布曲线更缓平；第二层为厚度方向导热率不同的第二石墨层，该第二石墨层可使温度曲线进一步缓平；第三层为第三整体石墨层，其与传热辊筒装置的外筒体接触，让温度曲线更缓平，再传递给外胆，得到均匀的表面温度；所述第二石墨层位于第一整体石墨层和第三整体石墨层之间。优选的，通过内外筒体之间的夹紧力使石墨层紧密贴服在内外筒体壁上，装配张紧方式包括外筒体热装缩径或内筒体机械张紧扩径等。优选的，石墨材料被夹持在金属内外筒体之间封闭起来，与空气脱离接触，避免了石墨材料在高温时氧化。优选的，所述的传热辊筒可具有多种直径、长度和规格，可采用不同金属材质，可用于加热和冷却。为实现上述目的，本专利技术还提供一种使用上述有石墨夹层的传热辊筒的传热方法，其特征在于：内筒体的不均匀热量传给第一层整体石墨层，通过石墨的面传热让温度分布曲线比内胆的温度分布曲线更缓平；然后传递给厚度方向导热率不同的第二石墨层，使温度曲线进一步缓平然后再传递给第三整体石墨层，让温度曲线更缓平，再传递给外筒体，得到均匀的表面温度。优选的，所述传热方法，其特征在于，石墨材料的面导热率为200～5300(w/mk)，可使温度在辊面方向有着极高的扩散速度。优选的，所述传热方法，其特征在于，厚度方向的导热率为15～400(w/mk)。优选的，为提高传热辊的传热效率，所述的石墨夹层材料除包括石墨材料外，还包括有能提高厚度方向导热率的一种或多种其他材料的组合石墨材料。优选的，所述传热方法，其特征在于热源包括多种加热方式，如介质流体加热方式、辐射加热方式、电磁加热方式等。有益效果：1、采用石墨夹层的传热辊的温度均匀性大大提高，结构简单，高导热率(平面的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有石墨夹层的传热辊筒，所述传热辊筒包括：外筒体、内筒体及加热源，其特征在于，所述传热辊筒还包括石墨夹层。

【技术特征摘要】
1.一种有石墨夹层的传热辊筒，所述传热辊筒包括：外筒体、内筒体及加热
源，其特征在于，所述传热辊筒还包括石墨夹层。
2.如权利要求1所述的传热辊筒，其特征在于，所述石墨夹层夹持在传热辊
筒的内筒体及外筒体之间。
3.如权利要求2所述的传热辊筒，其特征在于，所述内筒体及外筒体均为金
属层。
4.如权利要求3所述的传热辊筒，其特征在于，所述石墨夹层的材料可选面
导热率高的各种形态的石墨材料。
5.如权利要求4所述的传热辊筒，其特征在于，所述石墨材料为石墨片。
6.如权利要求5所述的传热辊筒，其特征在于，所述石墨夹层可加快温度在
平面方向上的扩散速度，将辊筒某面从不均匀热源得到的不均匀温度分布，经
过辊筒组合层后在另一面实现温度的均匀传递。
7.如权利要求1所述的传热辊筒，其特征在于，所述石墨夹层为三层结构，
其中：
第一层为第一整体石墨层，其与传热辊筒的内筒体接触，通过第一层整体
石墨层的面传热让温度分布曲线比传热辊筒的内筒体温度分布曲线更缓平；
第二层为厚度方向导热率不同的第二石墨层，该第二石墨层可使温度曲线
进一步缓平；
第三层为第三整体石墨层，其与传热辊筒装置的外筒体接触，让温度曲线
更缓平，再传递给外胆，得到均匀的表面温度；
所述第二石墨层位于第一整体石墨层和第三整体石墨层之间。
8.如权利要求1-7任一所述的传热辊筒，其特征在于，通过内外筒体之间的
夹紧力使石墨层紧密贴服在内外筒体...

【专利技术属性】
技术研发人员：史春彦，刘强，
申请(专利权)人：史春彦，刘强，
类型：发明
国别省市：河北;13