JP2012167352A - 冷却ロール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の冷却ロール装置は、熱交換器での冷媒の冷却量を制御することにより冷却ロールの金属帯の冷却能力が制御されるので、冷却対象である金属帯が変更された場合に、金属帯の冷却不足が生じる可能性がある。
【解決手段】本発明による冷却ロール装置では、入側冷媒流路２は、第１供給流路２１、第１供給制御バルブ２２、第２供給流路２３、及び第２供給制御バルブ２４を有している。第１供給制御バルブ２２が開かれると、第１供給流路２１から冷却ロール１に工業用水８ａが直接供給され、第２供給制御バルブ２４が開かれると、出側冷媒流路３を流れる排出冷媒７との間で熱交換が行われることで加温された加温冷媒８ｂが冷却ロール１に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属帯の冷却を行う冷却ロール装置に関し、特に、冷却ロールの金属帯の冷却能力をより速やかに所望の状態とすることができ、金属帯の冷却不足が生じる可能性を低減できるようにするための新規な改良に関するものである。

従来用いられていたこの種の冷却ロール装置としては、例えば下記の特許文献１，２等に示されている構成が挙げられる。すなわち、従来装置では、冷却ロール及び熱交換器を含む閉じた冷媒流路の中を冷媒が循環されるように構成されており、冷却ロールでの金属帯との熱交換により冷媒が加温され、熱交換器での冷水との熱交換により冷媒が冷却される。すなわち、冷却ロールでの金属帯の冷却能力は、熱交換器への冷水の供給量、すなわち熱交換器での冷媒の冷却量を制御することにより制御される。

特開昭６３−９５６９号公報 特開昭６３−３０３７１号公報

ところで、熱交換器への冷水の供給量を変更しても、冷却ロールに供給される冷媒の温度を所望温度まで冷却するには時間を要する。すなわち、上記のような従来の冷却ロール装置では、熱交換器での冷媒の冷却量を制御することにより冷却ロールの金属帯の冷却能力が制御されるので、冷却ロールの金属帯の冷却能力を所望の状態とするまでに時間を要し、冷却対象である金属帯が変更された場合に、金属帯の冷却不足が生じる可能性がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却ロールの金属帯の冷却能力をより速やかに所望の状態とすることができ、金属帯の冷却不足が生じる可能性を低減できる冷却ロール装置を提供することである。

本発明に係る冷却ロール装置は、金属帯との熱交換を行うことにより金属帯の冷却を行う冷却ロールと、冷却ロールに冷媒を供給する入側冷媒流路と、冷却ロールを通過した冷媒である排出冷媒が冷却ロールから排出される出側冷媒流路とを備え、入側冷媒流路は、冷却ロール及び外部冷媒系に接続され、冷媒として外部冷媒系からの外部冷媒を冷却ロールに供給する第１供給流路と、第１供給流路に設けられ、第１供給流路から冷却ロールへの外部冷媒の供給を制御する第１供給制御バルブと、第１供給流路と並列に冷却ロール及び外部冷媒系に接続されるとともに、外部冷媒系から外部冷媒が供給され、出側冷媒流路を流れる排出冷媒との間で熱交換が行われることで加温された外部冷媒である加温冷媒を冷媒として冷却ロールに供給する第２供給流路と、第２供給流路に設けられ、第２供給流路から冷却ロールへの加温冷媒の供給を制御する第２供給制御バルブとを有する。

また、出側冷媒流路は、冷却ロール及び外部排出系に接続され、排出冷媒を外部排出系に排出する第１排出流路と、第１排出流路に設けられ、第１排出流路から外部排出系への排出冷媒の排出を制御する第１排出制御バルブと、第１排出流路と並列に冷却ロール及び外部排出系に接続されるとともに、冷却ロールから排出冷媒が供給され、第２供給流路を流れる外部冷媒との間で熱交換された排出冷媒を外部排出系に排出する第２排出流路と、第２排出流路に設けられ、第２排出流路から外部排出系への排出冷媒の排出を制御する第２排出制御バルブとを有する。
また、出側冷媒流路に設けられ排出冷媒の温度を検出する温度センサと、第１供給制御バルブ、第２供給制御バルブ、第１排出制御バルブ、第２排出制御バルブ、及び温度センサに接続されたコントローラとをさらに備え、コントローラは、温度センサによって検出された排出冷媒の検出温度に基づいて、第１供給制御バルブ、第２供給制御バルブ、第１排出制御バルブ、及び第２排出制御バルブの動作を制御する。
また、コントローラは、設定された排出冷媒の適正温度と検出温度とを比較して、検出温度が適正温度よりも高いときは、第１供給制御バルブ及び第１排出制御バルブを開放するとともに、第２供給制御バルブ及び第２排出制御バルブを閉成させ、検出温度が適正温度よりも低いときは、第１供給制御バルブを閉成するとともに第２供給制御バルブを開放し、かつ、検出温度と適正温度との温度差に応じた開度となるように、第１排出制御バルブを閉じるとともに第２排出制御バルブを開く。

本発明の冷却ロール装置によれば、第１及び第２供給制御バルブの制御により外部冷媒及び加温冷媒が冷媒として冷却ロールに供給されるので、状況に応じて冷却ロールに外部冷媒を直接供給でき、冷却ロールの温度をより速やかに下げることができる。これにより、冷却ロールでの金属帯の冷却能力をより速やかに所望の状態とすることができ、金属帯の冷却不足が生じる可能性を低減できる。

本発明の実施の形態１による冷却ロール装置を示す構成図である。 図１のコントローラが行うバルブ開閉制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による冷却ロール装置を示す構成図である。図において、冷却ロール装置には、冷却ロール１、入側冷媒流路２、出側冷媒流路３、コントローラ４、及びプロセスコンピュータ５が設けられている。冷却ロール１は、例えば連続焼鈍炉等の金属帯の処理設備に含まれるものであり、図示しない金属帯との熱交換を行うことにより金属帯の冷却を行うものである。入側冷媒流路２は冷却ロール１に冷媒６を供給するための配管であり、出側冷媒流路３は冷却ロール１を通過した冷媒６である排出冷媒７が冷却ロール１から排出される配管である。

入側冷媒流路２には、主制御バルブ２０、第１供給流路２１、第１供給制御バルブ２２、第２供給流路２３、及び第２供給制御バルブ２４が設けられている。主制御バルブ２０は、工業用水道８と第１及び第２供給流路２１，２３との間に介在されたバルブである。この主制御バルブ２０は、開弁されることで、工業用水道８から第１及び第２供給流路２１，２３への工業用水８ａの供給を許容する。すなわち、この実施の形態では、外部冷媒系が工業用水道８により構成され、外部冷媒が工業用水８ａにより構成されている。

第１供給流路２１は、工業用水道８及び冷却ロール１に接続された配管であり、工業用水道８からの工業用水８ａを冷媒６として冷却ロール１に供給するためのものである。第１供給制御バルブ２２は、第１供給流路２１に設けられたバルブであり、第１供給流路２１から冷却ロール１への工業用水８ａの供給を制御するためのものである。

第２供給流路２３は、第１供給流路２１と並列に工業用水道８及び冷却ロール１に接続された配管である。すなわち、第２供給流路２３には、工業用水道８からの工業用水８ａが供給される。この第２供給流路２３は、熱交換器９の被加熱流路を構成するものであり、工業用水道８からの工業用水８ａと、後述の第２排出流路３３を流れる排出冷媒７との間で熱交換を行うものである。つまり、第２供給流路２３は、排出冷媒７との熱交換により加温された工業用水８ａである加温工業用水８ｂを冷媒６として冷却ロール１に供給するためのものである。

第２供給制御バルブ２４は、第２供給流路２３に設けられたバルブであり、第２供給流路２３から冷却ロール１への加温工業用水８ｂの供給を制御するためのものである。なお、第２供給制御バルブ２４は、第２供給流路２３と第２排出流路３３との間で熱交換が行われる箇所よりも上流側（工業用水道８側）に配置されている。これは、熱交換器９を使用しないときに、熱交換器９に工業用水８ａが流入することを回避するためである。

出側冷媒流路３には、温度センサ３０、第１排出流路３１、第１排出制御バルブ３２、第２排出流路３３、及び第２排出制御バルブ３４が設けられている。温度センサ３０は、排出冷媒７の温度を検出するセンサである。ここで、排出冷媒７は、冷却ロール１での金属帯との熱交換により冷媒６が加温されたものである。すなわち、排出冷媒７の温度は、冷却ロール１での金属帯の冷却状態を反映している。

第１排出流路３１は、冷却ロール１及び外部排出系１０に接続された配管であり、排出冷媒７を外部排出系１０（下水道）に排出するためのものである。第１排出制御バルブ３２は、第１排出流路３１に設けられたバルブであり、第１排出流路３１から外部排出系１０への排出冷媒７の排出を制御するためのものである。

第２排出流路３３は、第１排出流路３１と並列に冷却ロール１及び外部排出系１０に接続された配管である。この第２排出流路３３は、熱交換器９の加熱流路を構成するものであり、上述の第２供給流路２３との間で熱交換を行うものである。第２排出制御バルブ３４は、第２排出流路３３に設けられたバルブであり、第２排出流路３３から外部排出系１０への排出冷媒７の排出を制御するためのものである。なお、第２排出制御バルブ３４は、第２供給流路２３と第２排出流路３３との間で熱交換が行われる箇所よりも上流側（冷却ロール１側）に配置されている。これは、熱交換器９を使用しないときに、熱交換器９に排出冷媒７が流入することを回避するためである。

コントローラ４は、例えばリレー回路又はコンピュータ等により構成されたものであり、第１供給制御バルブ２２、第２供給制御バルブ２４、温度センサ３０、第１排出制御バルブ３２、及び第２排出制御バルブ３４に接続されている。このコントローラ４は、後に図を用いて説明するように、温度センサ３０によって検出された排出冷媒７の検出温度３０ａに基づいて、各制御バルブ２２，２４，３２，３４の動作を制御することで、冷却ロール１での金属帯の冷却能力を管理する。

プロセスコンピュータ５は、排出冷媒７の適正温度を設定するための適正温度設定信号５ａをコントローラ４に入力するものである。コントローラ４は、適正温度設定信号５ａにより設定された排出冷媒７の適正温度と、温度センサ３０によって検出された排出冷媒７の検出温度３０ａとの比較を行い、この比較結果に基づいて各制御バルブ２２，２４，３２，３４の開閉制御を行う。

次に、図２は、図１のコントローラ４が行うバルブ開閉制御動作を示すフローチャートである。図において、主制御バルブ２０が開弁されて、工業用水道８から第１及び第２供給流路２１，２３への工業用水８ａの供給が許容されると、温度センサ３０によって検出された排出冷媒７の検出温度３０ａが適正温度設定信号５ａにより設定された排出冷媒７の適正温度よりも高いか否かが判定される（ステップＳ１）。このとき、検出温度３０ａが適正温度より高いと判定されると、第１供給制御バルブ２２及び第１排出制御バルブ３２が開放されるとともに、第２供給制御バルブ２４及び第２排出制御バルブ３４が閉成される（ステップＳ２）。これにより、工業用水道８からのすべての工業用水８ａが冷媒６として冷却ロール１に直接供給されて、排出冷媒７の温度が速やかに適正温度まで落とされる。換言すると、金属帯の冷却不足が生じる際に、冷却ロール１での金属帯の冷却能力が速やかに所望の状態とされる。なお、開放とは１００％の開度で開かれた状態を示し、閉成とは０％の開度で開かれた状態（１００％の閉度で閉じられた状態）を示している。

これに対して、検出温度３０ａが適正温度よりも高くないと判定されると、検出温度３０ａが適正温度よりも低いか否かが判定される（ステップＳ３）。このとき、検出温度３０ａが適正温度よりも低いと判定されると、第１供給制御バルブ２２が閉成されるとともに第２供給制御バルブ２４が開放される（ステップＳ４）。これと同時に、検出温度３０ａと適正温度との温度差に応じた開度となるように、第１排出制御バルブ３２が閉じられるとともに第２排出制御バルブ３４が開かれる（ステップＳ５）。すなわち、工業用水道８からのすべての工業用水８ａが熱交換器９の被加熱側流路に供給され、検出温度３０ａと適正温度との温度差に応じた流量の排出冷媒７が熱交換器９の加熱流路に供給される。これにより、排出冷媒７の温度が適正温度となるように加温された加温工業用水８ｂが冷媒６として冷却ロール１に供給される。

一方で、検出温度３０ａが適正温度よりも高くなくかつ低くもないと判定された場合には、検出温度３０ａが適正温度であると判定されて、各制御バルブ２２，２４，３２，３４の開閉状態が維持される（ステップＳ５）。このコントローラ４によるバルブ開閉制御動作は、主制御バルブ２０が開弁されているときに繰り返し実施される。

このような冷却ロール装置では、第１及び第２供給制御バルブ２２，２４の制御により工業用水８ａ及び加温工業用水８ｂが冷媒６として冷却ロール１に供給されるので、状況に応じて冷却ロール１に工業用水８ａを直接供給でき、冷却ロール１の温度をより速やかに下げることができる。これにより、冷却ロール１の金属帯の冷却能力をより速やかに所望の状態とすることができ、金属帯の冷却不足が生じる可能性を低減できる。また、出側冷媒流路３を流れる排出冷媒７との間での熱交換により工業用水８ａを加温することで加温工業用水８ｂを生成するので、冷却ロール１の温度制御に外部の熱源を使用せずに済み、操業コストを低減できる。

また、第１及び第２排出制御バルブ３２，３４による排出冷媒７の排出制御により、工業用水８ａと熱交換される排出冷媒７の量が制御されるので、外部排出系１０に直接排出される排出冷媒７の量と工業用水８ａと熱交換される排出冷媒７の量とを制御することにより加温工業用水８ｂの温度を制御でき、冷却ロール１の金属帯の冷却能力をより確実に管理できる。

さらに、コントローラ４は、出側冷媒流路３に設けられた温度センサ３０によって検出された排出冷媒７の検出温度３０ａに基づいて、第１供給制御バルブ２２、第２供給制御バルブ２４、第１排出制御バルブ３２、及び第２排出制御バルブ３４の動作を制御するので、冷却ロール１での金属帯の冷却能力をより確実に管理できる。すなわち、冷却ロール１での冷却結果である排出冷媒７の温度には、金属帯が過冷却であるか冷却不足であるかがそのまま反映されており、当該排出冷媒７の温度に基づいて各制御バルブ２２，２４，３２，３４の開閉状態を制御することで、より確実に冷却ロール１の冷却能力を管理できる。なお、工業用水道８を流れる工業用水８ａの温度は短時間で大きく変動しないと考えられるため、温度センサにより工業用水８ａの温度を逐次検出しなくても、冷却ロール１の冷却能力管理には大きな誤差は現れないと考えられる。

さらにまた、コントローラ４は、設定された排出冷媒７の適正温度と検出温度３０ａとを比較して、検出温度３０ａが適正温度よりも高いときは、第１供給制御バルブ２２及び第１排出制御バルブ３２を開放するとともに、第２供給制御バルブ２４及び第２排出制御バルブ３４を閉成させ、検出温度３０ａが適正温度よりも低いときは、第１供給制御バルブ２２を閉成するとともに第２供給制御バルブ２４を開放し、かつ、検出温度３０ａと適正温度との温度差に応じた開度となるように、第１排出制御バルブ３２を閉じるとともに第２排出制御バルブ３４を開くので、より確実に排出冷媒７の温度を適正温度とすることができ、冷却ロール１の金属帯の冷却能力をより確実に所望の状態で維持できる。

なお、実施の形態１では、出側冷媒流路３に第１及び第２排出流路３１，３３が設けられ、排出冷媒７が外部排出系１０に直接排出されるか、熱交換器９を介して外部排出系１０に排出されるかが選択できるように構成されていたが、第１排出流路３１を省略して、出側冷媒流路を流れるすべての排出冷媒が第２供給流路を流れる外部冷媒と熱交換されてもよい。この場合、冷却ロールに流入される冷媒の量を一定に保ちつつ、第１及び第２供給制御バルブの開度の制御により加温冷媒の温度が制御される。

１ 冷却ロール
２ 入側冷媒流路
３ 出側冷媒流路
４ コントローラ
６ 冷媒
７ 排出冷媒
８ 工業用水道（外部冷媒系）
８ａ 工業用水（外部冷媒）
８ｂ 加温工業用水（加温冷媒）
９ 熱交換器
１０ 外部排出系
２１，２３ 第１及び第２供給流路
２２，２４ 第１及び第２供給制御バルブ
３０ 温度センサ
３０ａ 検出温度
３１，３３ 第１及び第２排出流路
３２，３４ 第１及び第２排出制御バルブ

Claims (4)

1. 金属帯との熱交換を行うことにより前記金属帯の冷却を行う冷却ロール（１）と、
   前記冷却ロール（１）に冷媒（６）を供給する入側冷媒流路（２）と、
   前記冷却ロール（１）を通過した冷媒（６）である排出冷媒（７）が前記冷却ロール（１）から排出される出側冷媒流路（３）と
   を備え、
   前記入側冷媒流路（２）は、
   前記冷却ロール（１）及び外部冷媒系（８）に接続され、前記冷媒（６）として前記外部冷媒系（８）からの外部冷媒（８ａ）を前記冷却ロール（１）に供給する第１供給流路（２１）と、
   前記第１供給流路（２１）に設けられ、前記第１供給流路（２１）から前記冷却ロール（１）への前記外部冷媒（８ａ）の供給を制御する第１供給制御バルブ（２２）と、
   前記第１供給流路（２１）と並列に前記冷却ロール（１）及び前記外部冷媒系（８）に接続されるとともに、前記外部冷媒系（８）から前記外部冷媒（８ａ）が供給され、前記出側冷媒流路（３）を流れる前記排出冷媒（７）との間で熱交換が行われることで加温された前記外部冷媒（８ａ）である加温冷媒（８ｂ）を前記冷媒（６）として前記冷却ロール（１）に供給する第２供給流路（２３）と、
   前記第２供給流路（２３）に設けられ、前記第２供給流路（２３）から前記冷却ロール（１）への前記加温冷媒（８ｂ）の供給を制御する第２供給制御バルブ（２４）と
   を有することを特徴とする冷却ロール装置。
2. 前記出側冷媒流路（３）は、
   前記冷却ロール（１）及び外部排出系（１０）に接続され、前記排出冷媒（７）を前記外部排出系（１０）に排出する第１排出流路（３１）と、
   前記第１排出流路（３１）に設けられ、前記第１排出流路（３１）から前記外部排出系（１０）への前記排出冷媒（７）の排出を制御する第１排出制御バルブ（３２）と、
   前記第１排出流路（３１）と並列に前記冷却ロール（１）及び前記外部排出系（１０）に接続されるとともに、前記冷却ロール（１）から前記排出冷媒（７）が供給され、前記第２供給流路（２３）を流れる前記外部冷媒（８ａ）との間で熱交換された前記排出冷媒（７）を前記外部排出系（１０）に排出する第２排出流路（３３）と、
   前記第２排出流路（３３）に設けられ、前記第２排出流路（３３）から前記外部排出系（１０）への前記排出冷媒（７）の排出を制御する第２排出制御バルブ（３４）と
   を有することを特徴とする請求項１記載の冷却ロール装置。
3. 前記出側冷媒流路（３）に設けられ前記排出冷媒（７）の温度を検出する温度センサ（３０）と、
   前記第１供給制御バルブ（２２）、前記第２供給制御バルブ（２４）、前記第１排出制御バルブ（３２）、前記第２排出制御バルブ（３４）、及び前記温度センサ（３０）に接続されたコントローラ（４）と
   をさらに備え、
   前記コントローラ（４）は、前記温度センサ（３０）によって検出された前記排出冷媒（７）の検出温度（３０ａ）に基づいて、前記第１供給制御バルブ（２２）、前記第２供給制御バルブ（２４）、前記第１排出制御バルブ（３２）、及び前記第２排出制御バルブ（３４）の動作を制御することを特徴とする請求項２記載の冷却ロール装置。
4. 前記コントローラ（４）は、
   設定された前記排出冷媒（７）の適正温度と前記検出温度（３０ａ）とを比較して、
   前記検出温度（３０ａ）が前記適正温度よりも高いときは、前記第１供給制御バルブ（２２）及び前記第１排出制御バルブ（３２）を開放するとともに、前記第２供給制御バルブ（２４）及び前記第２排出制御バルブ（３４）を閉成させ、
   前記検出温度（３０ａ）が前記適正温度よりも低いときは、前記第１供給制御バルブ（２２）を閉成するとともに前記第２供給制御バルブ（２４）を開放し、かつ、前記検出温度（３０ａ）と前記適正温度との温度差に応じた開度となるように、前記第１排出制御バルブ（３２）を閉じるとともに前記第２排出制御バルブ（３４）を開く
   ことを特徴とする請求項３記載の冷却ロール装置。

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