专利名称：热加工辊和用于该辊的温度控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使一被加工部件例如树脂薄膜经受一次用流体作为热传递介质的加热过程或热吸收过程的热加工辊，并且涉及一种用于该辊的温度控制设备。
背景技术：
总的来说，当一个被加工部件例如树脂薄膜被施加到一个辊子上，该部件紧靠于并且通过该辊子时，所述部件被加热到一个预先设定的温度或者处于一个较高温度的部件被冷却到一个预先设定的温度。在进行加热过程的情况下，辊子被加热到一个加热过程所需要的温度。相反，在进行热吸收过程的情况下，辊子自身的温度因为从被加工部件吸收的热量而提高，因此要将辊子冷却到一个适合于冷却过程的温度。在每种情况下，需要传递或携带热量的介质，并且流体例如油可以被用作介质。也即，使合适温度的流体流过辊子内部，用流体加热辊子或者从辊子吸收热量。
图12显示的是这种热加工辊子设备的一个实施例的示意性结构。在图12中，1显示了一个组成辊子主体的辊子外壳，2显示的是一个由未显示的电动机驱动而旋转辊子外壳的旋转轴，3是内芯，4是旋转接头，5是油料储存箱，6是油(热传递流体)，7是热交换器(用于加热或者冷却)，8是泵，9是温度传感器，10是温度控制设备，11是电力控制电路，12是加热器，13是被加工部件例如树脂薄膜，该树脂薄膜紧靠于辊子的外壳并且通过其上。辊子的外壳1被设置成一个圆筒形。内芯3设置在辊子外壳的空心的部分并且一个热传递介质流路3a被形成在内芯3中以便于通过其中心部分。热传递介质流路3a通过旋转驱动轴2的内部被连接到旋转接头4的流入口。一个设置在辊子外壳1的内部外壁与内芯3的外周壁之间的热传递介质流路1a通过旋转驱动轴2的内部连接到旋转接头4的出口。
也即，当经过热交换器7时，在油料储存箱5中的油料6被加热或者冷却到一个预先设定的温度。接着，油料6通过泵8被输送到辊子外壳1中，接着流经热传递介质流路3a和1a并且被排出到油料储存箱5中。在加热被加工部件13时，油料6在热交换器7中由加热器12进行加热并且这样被加热的油料6通过在辊子外壳1中的热传递介质流路3a和1a。这样，辊子外壳1被加热，以便于紧靠于辊子外壳1的表面的被加工部件13被辊子外壳的热量所加热或者热量从被处理部件中被吸收。
用于探测流入的油料(热传递流体)温度的温度传感器9被设置在热交换器7的输出侧。从温度传感器9中输出的探测到的温度信号被输送到温度控制设备10。一个用于设定这样流入的油料的温度的设定温度S(见图13)被预先输入到温度控制设备10。所述温度控制设备把设定温度S和这样从温度传感器9中输入的探测温度信号进行对比，并且输出一个与两者之间的温度差相对应的控制信号到由可控硅等所构成的电力控制电路11中。电力控制电路11提供与控制信号相对应的电能到加热器12。这样，加热器12被这样提供的电能所加热并且加热热传递流体6到设定温度S并且保持被加热的温度。
在这样的一个热处理加热器中，这样在流入辊子(由将转动驱动轴连接到辊子外壳所形成)的热传递流体的温度和在加热被加工部件或从被加工部件吸收热量后流出的热传递流体的温度之间就会产生不同。所述的温度差异出现在辊子的表面，这样就产生了一个问题，那就是在沿着辊子轴心的被加工部件的纵向方向，紧靠辊子表面的被加工部件就不能被均匀地实施热处理。为了排除这个问题，在相关的技术中，为了减少温度差异，根据温度差的大小提高流入到辊子中的热传递流体的流动速率，这样，就导致了一个问题，也即，用于加热或冷却的热交换器和泵就不可避免地要加大尺寸。
更进一步的是，根据这样的用于热传递流体6的温度控制，如图13所示，最初的是，与热传递流体6的温度T1的上升速率相比，辊子外壳1的表面温度T2的上升速率较低，这样使得辊子外壳1的表面温度T2升高到接近于设定温度S所需的时间t1就被延长了。尤其是，当流入辊子外壳1的热传递流体6的量很小时，在热传递流体6流过的辊子外壳1的热传递表面(内表面)的热传递速率就变低，所以时间就变长了。
而且，如图13所示，由于控制在设定温度S的热传递流体6的温度在设置在流路上的管道中下降，或者在从热传递流体6流过的辊子外壳1的热传递表面(内表面)到表面(外表面)的厚部分中导致了一个温度差异这样的事实，所以，在辊子外壳1的表面温度T2和热传递流体6的温度T1之间就会导致一个偏差d1。当被加工部件13紧靠并通过辊子外壳1的表面时，因为被加工部件13吸收了来自于辊子外壳表面的热量，所以辊子外壳表面的温度下降，温度差就变成了一个更大的数值d2。为了防止这种现象的出现，就需要提高热传递流体6的流动速率。结果是，这样就会导致热交换器和泵的尺寸需要变大。
发明内容
本发明注意到了上述的现有技术中的问题，因此本发明的一个目的就是提供一个热加工辊子和一个用于该辊子的温度控制设备，所述辊子和设备可以为被加工部件进行均匀的热加工，小型化热交换器和泵，可以不用增大热交换器和泵的尺寸而为被加工部件进行均匀的热加工。
本发明根据第一实施例，其特征在于，所述热加工辊子包括一个位于其中的热传递介质流路并通过流过热传递介质流路的热传递流体加热一个紧靠辊子表面的被加工部件或者介质从中吸收热量，其中在辊子的纵向方向延伸，并且汽-液两态的热传递介质被密封在其中的一个密封腔形成在辊子的厚部。
本发明根据第二实施例，其特征在于，所述热加工辊子包括一个位于其中的热传递介质流路并通过流过热传递介质流路的热传递流体加热一个紧靠辊子表面的被加工部件或者介质从中吸收热量，其中每一个都在辊子的纵向方向延伸，并且汽-液两态的热传递介质被密封在每一个之中的多个密封腔沿着辊子的外周表面形成在辊子的厚部，在其中设置分别在纵向方向上穿透密封腔的导管，并且这些导管被用作热传递介质流路。
本发明根据第三实施例，其特征在于，所述的根据第一或第二实施例的热加工辊子中，进一步设置一个电磁感应加热装置。
本发明根据第四实施例，其特征在于，在用于根据第一，第二或第三实施例所述的热加工辊子的温度控制设备中，所述设备包括，用于把热传递流体提供到热加工辊子的热传递流体提供单元；用于探测从热传递流体提供单元中输送来的热传递流体的温度的第一温度传感器；用于比较由第一温度传感器探测到的温度和第一设定温度，以便于将热传递流体的温度控制到第一设定温度的第一温度控制单元；用于探测热加工辊子的表面温度的第二温度传感器；用于比较由第二温度传感器探测到的温度和与第一设定温度不同的第二设定温度，以便于将热传递流体的温度控制到一个第二设定温度的第二温度控制单元；以及用于当由第二温度传感器探测到的温度和第二设定温度之间的温度差在一个预先设定的范围内时改变到第二温度控制单元，当该温度差超过该预先设定的范围时，改变到第一温度控制单元的切换单元。本发明根据第五实施例，其特征在于，在用于根据第一、第二或第三实施例的热加工辊子的温度控制设备中，所述设备包括，用于把加热的热传递流体提供到热加工辊子的已加热的热传递流体提供单元；用于探测从已加热的热传递流体提供单元提供的已加热的热传递流体的温度的第一温度传感器；用于比较从第一温度传感器探测到的温度和第一设定温度以便把已加热的热传递流体的温度控制到第一设定温度的第一温度控制单元；用于探测热加工辊表面温度的第二温度传感器；用于比较由第二温度传感器探测到的温度和比第一设定温度低的第二设定温度以便把已加热的热传递流体的温度控制到第二设定温度的第二温度控制单元；以及用于当由第二温度传感器探测到的温度和第二设定温度之间的温度差在一个预先设定的数值的时候改变到第二温度控制单元，当该温度差超过该预先设定的数值时，改变到第一温度控制单元的切换单元。
本发明根据第六实施例，其特征在于，在用于根据第一、第二或者第三实施例的热加工辊子的温度控制设备中，所述设备包括；用于把热吸收流体提供到热加工辊子的热吸收流体提供单元；用于探测从热吸收流体提供单元中提供的热吸收流体的温度的第一温度传感器；用于比较由第一温度传感器探测到的温度和第一设定温度以便于把热吸收流体的温度控制到第一设定温度的第一温度控制单元；用于探测热加工辊子的表面温度的第二温度传感器；用于比较由第二温度传感器探测到的温度和比第一设定温度高的第二设定温度以便把热吸收流体的温度控制到第二设定温度的第二温度控制单元；以及用于当由第二温度传感器探测到的温度和第二设定温度之间的温度差在一个预先设定的数值的时候改变到第二温度控制单元，并且当该温度差超过该预先设定的数值的时候，改变到第一温度控制单元的切换单元。
本发明根据第七实施例，其特征在于，在用于根据第四、第五或第六实施例的热加工辊子的温度控制设备中，用于探测热加工辊子的表面温度的第二温度传感器被插入辊子表面附近的厚部。
根据本发明的热加工辊子，在辊子的纵向方向上延伸，并且其中汽-液两态的热传递介质被密封在其中的密封腔被设置在辊子的厚部中。这样，即使在流入辊子的热传递流体的温度和加热被加工部件或从中吸收热量之后从辊子中流出的热传递流体的温度之间存在一个温度差，由于汽-液两态的热传递介质的潜在热量的移动，沿着辊子的轴心的纵向方向的辊子的表面温度仍能使其保持一致。这样，就可以对在沿着辊子的轴心的纵向方向紧靠辊子的被加工部件进行均匀的热加工，而不必提高热传递流体的流动速率。更进一步的是，当加入电磁感应加热装置时，通过适当地激励电磁感应加热装置就可以使达到一个需要的温度的响应速度更快，例如，通过在改变加工温度时激励所述装置，等等。
更进一步的是，根据本发明的温度控制设备，当辊子的表面温度较预先设定的目标温度数值(第二设定温度)的范围要低(在热吸收的情况下要高)时，就由温度控制单元(第一温度控制单元)来进行控制，其中的热传递流体的温度被设定在一个高于(在热吸收的情况下低于)辊子表面温度的目标数值的数值(第一设定温度)。作为对比的是，当辊子的表面温度处于预先设定的目标温度数值(第二设定温度)的范围中时，就由温度控制单元(第二温度控制单元)来进行控制，其中热传递流体的温度被设定到辊子的表面温度的目标数值(第二设定温度)。这样，在辊子的表面温度相比于目标数值是相当小的最初阶段，辊子的表面温度就可以快速地升高到目标温度数值附近。
在辊子的表面温度达到目标温度数值后，当被加工部件通过辊子的表面时，辊子的表面温度下降(在热吸收的情况下是上升)。当温度的下降超过了辊子的表面温度的目标数值的预先设定的范围时，例如，目标数值的10％(可以适当地改变)，就由温度控制单元(第一温度控制单元)来执行控制，其中热传递流体的温度被设定到一个高于(在热吸收情况下是低于)辊子表面的目标数值的数值(第一设定温度)。这样，辊子表面的温度几乎被保持在目标数值，所以就可以对被加工部件进行均匀的热处理，而不用增大热交换器和泵的尺寸。
在这种情况下，当用于探测热加工辊子的表面温度的第二温度传感器被插入在辊子表面附近的辊子的厚部，就可以精确和稳定地探测辊子表面的温度并且也可以防止温度传感器和被加工部件之间的相互干扰。更进一步的是，因为汽-液两态的热传递介质被密封在沿着辊子的纵向方向上形成的密封腔内，即使在流体流入口和流出口之间的热传递流体中有温度差，由于热传递介质的潜在的热量的运动，辊子的表面温度可以被保持在一个均匀的数值上。这样，就可以在通过辊子表面的被加工部件的宽度方向上(在辊子的纵向方向上)进行均匀的热加工。更进一步的是，因为辊子的表面是均匀的，就可以容易地探测到辊子的表面温度。
图1是根据本发明的一个实施例的热传递介质流动辊的纵截面图；图2是显示图1中所示的热传递介质流动辊的一部分的横截面图；图3是说明图1中所示的热传递介质流动辊的运转的示意图；图4是显示根据本发明的另一实施例的热传递介质流动辊的横截面图；图5是显示根据本发明的另一实施例的热传递介质流动辊的纵截面图；图6是显示根据本发明的又一实施例的热传递介质流动辊的纵截面图；图7是显示根据本发明的又一实施例的热传递介质流动辊的纵截面图；图8是显示根据本发明的又一实施例的热传递介质流动辊的纵截面图；图9是显示根据本发明的又一实施例的热传递介质流动辊的纵截面图；图10是显示用于根据本发明的一实施例的热加工辊的温度控制设备的结构的示意图；图11是显示图10中所示的用于热加工辊的温度控制设备的运转的特性图；图12是显示传统的热加工辊设备的结构的示意图；以及图13是显示图12中所示的用于热加工辊的温度控制设备的运转的特性图。
具体实施例方式
将参考
本发明的实施例。图1是根据一实施例的热加工辊的纵截面图，图2是显示它的一部分的横截面图，图3是说明它的运转的示意图，其中图3A和图3B是分别说明在加热和热吸收时的运转的示意图。由如图12中所示的旋转接头4，油料储存箱5，用于加热或冷却的热交换器7，温度传感器9和泵8形成的热传递流体的循环路径在图中被省略了。
在图1到图3中，13表示一如树脂薄膜的被加工的部件，21是辊子外壳，22是旋转驱动轴，23是密封腔，24是热传递介质流动管以及25是形成汽-液两态的热传递介质。
辊子外壳21被设置成圆柱形，并且在它的纵向两侧的端部连接和固定到旋转驱动轴22的凸缘22a上。密封腔23被以这样的方式形成，孔被钻孔机形成在辊子外壳21的厚壁部分中，从辊子外壳21的纵向的末端边缘沿纵向伸展，并且，适当数量的例如水25的汽-液两态的热传递介质被注射到孔内，再关闭开口部分。如图2所示，多个密封腔以适当的间距沿所述辊的外周面被配备。
热传递介质流动管24沿纵向穿入密封腔23，并且延伸到辊子外壳21的纵向的两侧末端边缘。一个热传递介质流动孔被形成在旋转驱动轴22和凸缘22a中并且与热传递介质流动管24连通。即，通过未显示的用于加热或冷却的热交换器，未显示的泵以及未显示的旋转接头传送的用于加热辊子外壳21或从中吸收热的热传递流体，例如油，从一旋转驱动轴22以及它的凸缘22a的热传递流动孔经过热传递介质流动管24，然后通过另一旋转驱动轴22和它的凸缘22a的热传递流动孔，以及旋转接头，被排到油料储存箱。
在加热例如树脂薄膜的被加工部件13的情况下，采用被加热到一预定温度的热传递流体。然而，当热传递流体穿过热传递介质流动管24时，如图3A所示，密封腔23中的热传递介质25被加热和汽化，并且这样被汽化的气体的热量通过辊子外壳21被施加给被加工部件，从而将其加热。热量被吸收的气体被液化并且重新被热传递流体加热而汽化。然后，这样被汽化的气体的热量通过辊子外壳21施加到被加工部件从而将其加热。这样的运转被重复执行。在加热被加工部件13时，这样被汽化的气体的热量传递到被加工部件13紧靠的低温侧。因此，即使发生这样的温度差，热传递流体的流入侧的温度高而热传递流体的流出侧温度低，对沿辊子轴心的纵向的被加工部件13的均匀的加热过程仍可以被实现。
进一步，在从高温的例如树脂薄膜的被加工部件13处吸收热量将它的温度降低到一预定值的情况下，被加热到预定温度的热传递流体被用来防止被加工部件的温度的进一步减少。然而，当热传递流体穿过热传递介质流动管24时，如图3B所示，由被加工部件13加热的辊子外壳21的热量被传递到密封腔23中汽-液两态的热传递介质，并且通过穿过热传递介质流动管24的热传递流体介质被冷却到一预定温度。这样，即使发生这样的温度差，热传递流体的流入侧的温度低而热传递流体的流出侧温度高，气体的热量传递给温度低侧，对沿辊子轴心的纵向的被加工部件13的均匀的热吸收过程仍可以实现。
在这个实施例中，由于热传递流体的流路不是直接与辊子外壳21接触，因此由于辊子外壳21的热膨胀系数差产生的机械精度的劣化可以被抑制，并且流体也可以被有效地作用于必需的加热部分和热吸收部分。
图4是显示类似图2的另一个实施例的一部分的横截面图。根据另一实施例的热传递流体流动辊不同于如图1和图2所示的热加工辊，不同之处为，穿过辊子壳外21的厚部的热传递介质流动孔26与密封腔23平行地被形成在每相邻对的容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔23之间。根据这样被配置的热传递流体流动辊，通过经过热传递介质流动孔26的热传递流体，辊子外壳21被直接加热或它的热量被直接吸收。由于密封腔23中的汽-液两态的热传递介质的潜热的运动，如图1和图2所示的热加工辊，对沿辊子轴心的纵向的被加工部件的纵向的均匀的加热和热吸收过程仍可以被实现。
图5到图7显示在使辊子外壳21的空心部分中流动热传递介质以分别直接加热辊子外壳21或直接从中吸收热量的情况下的其他的实施例。在如图6和图7所示的实施例中，内芯27被设置在辊子外壳21的空心部分中，使得热传递流体的流速可以被加快。在如图7所示的实施例中，由于螺旋槽27a被形成在内芯27上，热传递流体沿螺旋槽27a流动，使得更多量的热传递流体可以流入辊子外壳21的空心部分。附带地说，在这些图中，相当于如图1，图2和图4中所示的热加工辊的相同的那些部分被用共同的符号表示，并且关于对沿辊子轴心的纵向的被加工部件的均匀的加热和热吸收过程可以实现的事实，详细的说明将被省略。
如上所述，对于在辊子外壳21的厚部中配备容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔的热传递流体流动辊，在辊子的直径为310毫米，辊子表面的长度为1110毫米，风扇在负载状态下运转，流体的流速为2.4立方米每小时，流体的比重为841千克每立方米，流体的比热为0.42千卡每千克，流体流入口的温度为178摄氏度，流体流出口的温度为168摄氏度，并且流体流入口和流体流出口的温度差为10摄氏度的条件下，通过采用十四个设置在辊子外壳21的表面的从流体的入口侧到出口侧具有大致相同间隔的温度传感器来进行测量。
作为测量的结果，从流体流出口侧开始测量的温度如下146.8，148.8，[150.6，150.8，150.9，150.9，150.9，150.8，150.6，150.7，150.5，150.3]，149.4以及147.8。括号中的温度是在容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔32的有效长度以及被加工部件的宽度的有效长度960毫米的部分的温度。这个范围的温度差是0.6摄氏度，因此表示良好的温度分布，尽管流体流入口和流体流出口之间的温度差为10摄氏度。附带地说，括号外的温度是在辊子有效长度也就是密封腔的有效长度之外的温度，其中热量被旋转驱动轴吸收，因此温度略微降低。
从辊子发出的热量值获得如下Q(千卡/小时)＝10×2.4×841×0.42≈8477千卡/小时＝9.86千瓦不配备容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔，而获得温度差0.6摄氏度的流速V如下所述V(立方米/小时)＝8477/(0.6×841×0.42)＝40(立方米/小时)这个表达式是必要的，其中流体的流速大致是在配备容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔的情况下的16.7倍。
换句话说，在配备容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔23的情况下，要求流体的流速大致只有不配备密封腔的流体流速的1/16.7。此时，有可能使每一个管道和旋转接头的截面面积大致是没有配备密封腔的截面面积时的1/16.7，从而使得管道和旋转接头的成本可以被降低。进一步，流体流速的降低导致管道输送程序数量和设备空间的减少，这对成本降低是非常有利的。进一步，流路的截面面积，减少到大致是不配备密封腔的截面面积的1/16.7，导致管道的表面面积变成大致只有1/4，使得从管道的热辐射量也是1/4，因此可以实现能量节约。流体的流速越小，用来提供流体的泵就可能越小，使得当流体的流速是1/16.7时，泵的容量是通常用的大致1/10就可能足够了。
前述的解释是在流体流入口和流体流出口之间的温度差在10摄氏度的情况下作出的。流体流入口和流体流出口之间的温度差被设置在10摄氏度的原因是，为了进行被加工部件的均匀的热加工，在辊子的有效长度的温度分布精度通常必须小于5摄氏度。也就是说，有必要将流体流入口和流体流出口之间的温度差设置成小于5摄氏度。相反，当流体流入口和流体流出口之间的温度差为5摄氏度或更高时，为了进行均匀的热加工，流速需要根据流体流入口和流体流出口之间的温度差的增加而增加。然而，当配备容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔时，即使流体流入口和流体流出口之间的温度差为5摄氏度或更高，均匀的热加工仍可以充分进行，而不需要增加流速。也就是说，通过配备容纳汽-液两态的热传递介质的密封腔，由于流体流入口和流体流出口之间的温度差是5摄氏度或更高的情况下流速的增加而导致的管道，旋转接头和泵等的尺寸放大可以被抑制，从而实现这样显著的技术效果。
当辊子(严格地讲，是辊子外壳)的表面温度由于热吸收而改变时，通过控制热传递流体的温度，辊子的表面温度被控制成恒量。然而，尽管热传递流体的温度控制可以被相对稳定地实现，但是由于流体和流路壁面之间的热传递系数小，所以辊子的温度不跟随流体的温度，因此产生一个时间延迟。为了消除这个时间延迟，最好是增加一个用于在辊子本身引起焦耳热的感应加热机构。
图8和图9显示每个上都增加了感应加热机构的热加工辊的实施例。图8中所示的实施例被以这样的方式设置，其中由感应线圈和铁芯形成的感应加热机构28被设置在如图1所示的热加工辊的空心部分。如图9所示的实施例被以这样的方式设置，其中感应加热机构28被设置在靠近如图6所示的热加工辊的外周表面的位置。当感应加热机构被以这样的方式增加时，当被加工部件的加工温度改变时，热加工辊可以快速地处理。附带地说，感应加热机构可以被增加到如图4，图5和图7所示的热加工辊上，以及如图1和图6所示的热加工辊上。
尽管在上述的各个实施例中，适当数量的汽-液两态的热传递介质例如水25被注射到密封腔，但是热导管仍可以被插入密封腔。进一步，尽管密封腔被独立地设置，但是每个密封腔可以通过在密封腔的两侧设置的末端部互相连通。这样的连通路径可以被设置在旋转驱动轴的凸缘中，并且在这种情况下，密封腔穿透到辊子外壳的厚部中。
接着，这样配置的热加工辊的温度控制将参考图10和图11被说明。图10是显示用于根据本发明的实施例的热加工辊的温度控制设备的结构的示意图，以及图11是显示图10中所示的用于热加工辊的温度控制设备的运转的特性图。
图10中，4表示旋转接头，5是油料储存箱，6是油(热传递流体)，7是热交换器，8是泵，11是由可控硅等形成的电力控制电路，12是加热器以及13是紧靠辊子外壳并经过它的例如树脂薄膜的被加工部件。这些部件的结构与图12中所示的相同，21表示具有容纳形成汽-液两态的热传递介质的密封腔21的辊子外壳，22是由一个未显示的电动机旋转因此旋转辊子外壳的旋转驱动轴，以及27是一个内芯。
辊子外壳21形成有温度传感器插入孔21a，并且用于探测辊子外壳21的表面温度的温度传感器30被设置在温度传感器插入孔21a内。内芯27被设置在辊子外壳的空心部分中，并且热传递介质流路27a被形成以致穿过内芯27的中心部分。热传递介质流路27a与旋转接头4的流入口通过旋转驱动轴22的内部耦合。形成在辊子外壳21内周壁和内芯27的外周壁之间的热传递介质流路21b与旋转接头4的流出口通过旋转驱动轴22的内部耦合。
油料储存箱5的油6经过热交换器7并且因此被加热或冷却到一预定温度。然后油6通过泵8被注入辊子外壳21，之后流过热传递介质流路27a和27b，并且排入油料储存箱5。在使被加工部件13遭受加热过程的情况下，油6在热交换器7中被加热器12加热并且这样被加热的油6流过辊子外壳21中的热传递介质流路27a，27b。辊子外壳21被这样流入的油加热，并且紧靠和经过辊子外壳21表面的被加工部件13被辊子外壳的热量加热。
在从被加工部件13吸收热量的情况下，油6被热交换器7中的冷却液冷却。这样被冷却的油6流过辊子外壳21中的热传递介质流路27a，27b。辊子外壳21的热量被这样流过的油吸收，紧靠并且经过辊子外壳21表面的被加工部件13的热量被辊子外壳吸收。也就是说，油料储存箱5，热交换器7以及泵8组成用于在辊子外壳21中提供热传递流体6的热传递流体供应单元。
9表示用于探测从热交换器7提供给辊子外壳21的热传递流体的温度的第一温度传感器，30是用于探测辊子外壳21的表面温度的第二温度传感器，31是例如旋转转换器，滑动环，旋转连接器的用于从旋转部件的辊子取出第二温度传感器30的被探测温度传输到固定部件外面的旋转接头，32表示第一温度控制电路(第一温度控制单元)，其作用是比较预先被输入的热传递流体的温度的目标值S1(第一设定温度)和被第一温度传感器9探测的热传递流体的温度，并且根据它们之间的偏差输出一个控制信号给电力控制电路11，33表示第二温度控制电路(第二温度控制单元)，其作用是比较预先被输入的辊子外壳21的表面温度的目标值S2(第二设定温度)和被第二温度传感器30探测的辊子外壳21的表面温度，并且根据它们之间的偏差输出一个控制信号给电力控制电路11。
34表示切换电路(切换单元)，所述切换电，在辊子外壳21的表面温度的目标值S2(第二设定温度)与被第二温度传感器30探测到的辊子外壳21的表面温度比较，并且两者之间偏差在一预先被输入的预定值A内的情况下，将发送到电力控制电路11的控制信号变成从第二温度控制电路输出的控制信号，或者在偏差超过预定值A的情况下，变成从第一温度控制电路输出的控制信号。
在用于这样设置的热加工辊的温度控制设备中，在将被加工部件13加热到例如200摄氏度的情况下，辊子外壳21的表面温度的目标值S2(第二设定温度)被设定为200摄氏度，热传递流体的温度的目标值S1(第一设定温度)被设定为300摄氏度，并且预定值A被设定为30摄氏度，大致是辊子外壳21的表面温度的目标值200摄氏度的15％。这些值仅仅是作为用于说明的例子，因此它们可以在实际情况下被适当地设置。
首先，辊子外壳21的温度比预定值A的30摄氏度要低，因此切换电路34将从第一温度控制电路中输出的控制信号发出到电力控制电路11。然后，电力控制电路提供最大功率给加热器12，因此提供给辊子外壳21的热传递流体的温度迅速上升，如图11中T4所示。辊子外壳21的表面温度随同热传递流体的温度如图11中的T3所示也迅速上升。当辊子外壳21的表面温度不到达170摄氏度(200摄氏度-30摄氏度)时，由于从第一温度控制电路中输出的控制信号，热传递流体被保持加热。当热传递流体的温度达到300摄氏度时，热传递流体被保持在这个温度。
当辊子外壳21的表面温度到达170摄氏度时，切换电路24因此执行切换操作，将第二温度控制电路输出的控制信号传送给电力控制电路11。然后，电力控制电路11根据辊子外壳21的表面温度即第二温度传感器30的探测温度和辊子外壳21的表面温度的设定值200摄氏度之间的偏差量提供电力。如图11的时间点t1所示，热传递流体的温度从300摄氏度回落，而辊子外壳21的表面温度到达设定值200摄氏度，因此通过从第二温度控制电路中输出的信号，辊子外壳21的表面温度被保持在200摄氏度。
之后，当被加工部件13紧靠辊子外壳21的表面时(如图11的时间点t2所示)，辊子外壳21的表面温度由于被加工部件13的热吸收而降低。当辊子外壳21的表面温度降低到170摄氏度以下时，切换电路34执行切换操作，因此将第一温度控制电路输出的控制信号传递给电力控制电路11。然后，电力控制电路11提供几乎最大的电力给加热器12。这样被提供给辊子外壳21的热传递流体的温度被增加，如图11中时间点t2以及该点其后所示，因此辊子外壳21的表面温度迅速地回升到设定值200度。当被加工部件13邻接并且经过辊子外壳21的表面时，这个操作被重复进行。因此，连同热传递的速度，热传递流体的温度被保持在和被被加工部件吸收的热量相匹配的温度，即辊子外壳21的表面温度被保持在设定值200摄氏度。
进一步，在从被加工部件13中吸收热量来降低它的温度到一个预定温度的情况下，预定温度被设定到辊子外壳21的表面温度的目标值S2(第二设定温度)，并且一个低于目标值S2(第二设定温度)的温度被设定为热传递流体温度的目标值S1(第一设定温度)。和执行加热过程的情况一样，当被加工部件13紧靠并且经过辊子外壳21的表面时，热传递流体的温度被保持在与从被加工部件13中吸收的热量相匹配的温度。换句话说，辊子外壳21的表面温度可以被保持在预定温度。
前述的温度控制的解释是对于热加工辊作出的，该热加工辊配备有在一个旋转驱动轴上的旋转接头，该旋转接头具有用于热传递流体的流入口和流出口。当然，本发明也能被用于这样的热加工辊中的温度控制，该热加工辊在一个旋转驱动轴上配备用于热传递流体的流入口，在另一个旋转驱动轴上配备用于热传递流体的流出口。更进一步说，尽管用于辊子外壳的表面温度的温度传感器被设置在辊子外壳的厚部，但是传感器也可以被设置在接近辊子外壳表面的外面，如图10中虚线35所示。当然，对于某些特殊需要，上述的布置可以组合使用。在温度传感器只设置在辊子外壳的外面的情况下，用于获取辊子外壳表面温度的旋转接头可以被去除。
如上所述，根据本发明所说的热加工辊，在辊中流动的热传递流体的流速能在很大程度上被降低。这样，通过使用小尺寸的管道和泵，设备的成本可以被降低。更进一步，由于管道的热辐射和泵的容量可以被降低，使得能量可以被节约。也就是说，即使流体流入口和流体流出口之间的温度差很大，对被加工部件的均匀的热加工依然能够进行。更进一步说，根据本发明的用于热加工辊的温度控制，即使在辊表面温度上升很快并且流入辊内的热传递流体的量很小的情况下，将辊表面温度提高到接近设定的温度值所需要的时间周期可以非常短，甚至于辊表面温度和设定的温度之间的偏差可以到达几乎为0。
权利要求
1.一种热加工辊，包括一个位于其内部的热传递介质流路，通过流过所述热传递介质流路的热传递流体加热一个紧靠所述辊子表面的被加工部件或者介质从中吸收热量，其特征在于，在所述辊子的纵向方向延伸且密封有汽-液两态的热传递介质的一个密封腔形成在所述辊子的厚壁部分。
2.一种热加工辊，包括一个位于其中的热传递介质流路，通过流过热传递介质流路的热传递流体加热一个紧靠所述辊子表面的被加工部件或者介质从中吸收热量，其特征在于，每一个都在所述辊子的纵向方向延伸且密封有汽-液两态的热传递介质的多个密封腔沿所述辊子的外周表面形成在所述辊子的厚壁部分，在其内部设置分别在纵向方向上贯穿所述密封腔的导管，所述导管被用作所述热传递介质流路。
3.如权利要求1或2所述的热加工辊，其特征在于，该辊进一步包括一个电磁感应加热装置。
4.用于如权利要求1或2或3所述的热加工辊的温度控制设备，其特征在于，该设备包括用于把热传递流体提供到所述热加工辊的热传递流体提供单元；一个用于探测从所述热传递流体提供单元中提供的所述热传递流体的温度的第一温度传感器；用于比较由所述第一温度传感器探测到的温度和第一设定温度以将所述热传递流体的温度控制到所述第一设定温度的第一温度控制单元；一个用于探测所述热加工辊的表面温度的第二温度传感器；用于比较由所述第二温度传感器探测到的温度和与所述第一设定温度不同的第二设定温度以将所述热传递流体的温度控制到所述第二设定温度的第二温度控制单元；以及用于当由所述第二温度传感器探测到的温度和所述第二设定温度之间的温度差在一个预先设定的范围内时切换到所述第二温度控制单元，当温度差超过所述预先设定的范围时，切换到所述第一温度控制单元的切换单元。
5.用于如权利要求1或2或3所述的热加工辊的温度控制设备，其特征在于，该设备包括用于把所述已加热的热传递流体提供到所述热加工辊的已加热的热传递流体提供单元；一个用于探测从所述已加热的热传递流体提供单元提供的所述已加热的热传递流体的温度的第一温度传感器；用于比较从所述第一温度传感器中探测到的温度和第一设定温度以把所述已加热的热传递流体的温度控制到所述第一设定温度的第一温度控制单元；一个用于探测所述热加工辊表面温度的第二温度传感器；用于比较由所述第二温度传感器探测到的温度和比所述第一设定温度要低的第二设定温度以把所述已加热的热传递流体的温度控制到所述第二设定温度的第二温度控制单元；以及用于当由所述第二温度传感器探测到的温度和所述第二设定温度之间的温度差在一个预先设定的数值中的时候改变到所述第二温度控制单元，当温度差超过所述预先设定的数值时，改变到所述第一温度控制单元的切换单元。
6.用于如权利要求1或2或3所述的热加工辊的温度控制设备，其特征在于，该设备包括用于把所述热吸收流体提供到所述热加工辊的热吸收流体提供单元；一个用于探测从所述热吸收流体提供单元中提供的所述热吸收流体的温度的第一温度传感器；用于比较由所述第一温度传感器探测到的温度和第一设定温度以把所述热吸收流体的温度控制到所述第一设定温度的第一温度控制单元；一个用于探测所述热加工辊的表面温度的第二温度传感器；用于比较由所述第二温度传感器探测到的温度和比所述第一设定温度要高的第二设定温度以把所述热吸收流体的温度控制到所述第二设定温度的第二温度控制单元；以及用于当由所述第二温度传感器探测到的温度和所述第二设定温度之间的温度差在一个预先设定的数值中的时候改变到所述第二温度控制单元，而当温度差超过所述预先设定的数值的时候，改变到所述第一温度控制单元的切换单元。
7.用于如权利要求4或5或6所述的热加工辊的温度控制设备，其特征在于，用于探测所述热加工辊的表面温度的所述第二温度传感器被插入所述辊子的表面附近的厚部。
全文摘要
一种热加工辊包括一个位于其中的热传递媒介流路，并且通过流过热传递媒介流路的热传递流体加热紧靠辊子的表面的被加工部件，或者从中吸收热量，其中在辊子的纵向方向延伸的汽－液两态的热传递媒介被密封在其中的密封腔形成在辊子的厚部中。因此，厚部中的温度偏差值小，无需提供热传递流体的流动速率，使得热交换器和泵的尺寸可以被设置为较小。
文档编号F28F5/02GK1495004SQ03160350
公开日2004年5月12日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月24日
发明者北野良夫, 外村徹, 冈本幸三, 弘田成之, 平郡正信, 花房利树, 三, 之, 信, 树 申请人:特电株式会社