JP4841261B2 - 流体加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、ローラなどの熱処理装置に熱を供給する流体を加熱する流体加熱装置に関するものである。

樹脂フィルムなどの処理物をローラに掛け、ローラに当接して通過する間に処理物を所定の温度に加熱したり、高温の処理物を所定の温度にまで奪熱することが行われている。加熱処理する場合、ローラは加熱処理に必要な温度に高められ、奪熱処理する場合、処理物からの奪熱作用によってローラ自体の温度が上昇するので、処理物の冷却に適応する温度までローラを冷却する。いずれの場合も熱をローラに移送する熱媒体を必要とし、その熱媒体として流体たとえば油が使用されている場合がある。

図３はこのような熱媒体により加熱又は奪熱する場合の熱処理ローラ装置の概略構成を示すもので、図３において、１はローラ本体を構成するロールシェル、２は図示しないモータにより回転してロールシェルを回転する回転駆動軸、３は中子、４はロータリジョイント、５は貯油タンク、６は流体（熱媒体）、７は加熱装置、８はポンプ、９は温度センサ、１０は電力制御回路である。ロールシェル１は円筒状をなし、その肉厚内にロールシェル１の軸方向と同方向に伸びる密閉室１ａが複数形成されており、その各密閉室１ａ内に気液二相の熱媒体が封入されている。ロールシェル１の中空部には、中央部に媒体通流路３ａを形成する貫通孔を設けた中子３が配置されている。

加熱装置７は、加熱容器７ａと線状の発熱ヒータ７ｂとにより構成され、加熱容器７ａ内の熱媒体６を発熱ヒータ７ｂで加熱する。加熱された熱媒体６は、ポンプ８の駆動によりロータリジョイント４を介してロールシェル１内へ送られ、中子３の中央部の媒体通流路３ａおよび中子３の外周とロールシェル１の内周との間の媒体通流路３ｂを経てロータリジョイント４を介して 貯油タンク５に排出され、貯油タンク５内の熱媒体６は加熱装置７へ送られる。

加熱装置７から導出された熱媒体の温度を温度センサ９で検出し、この検出信号に基づいて電力制御回路１０を制御し発熱ヒータ７ｂに供給する電力を制御し、熱媒体６の温度を所定の温度に維持する。すなわち、所定の温度に加熱された熱媒体をロールシェル１内に通流させ、ロールシェル１を所定の温度に加熱し、その熱でロールシェル１の表面に当接した処理物を加熱処理する。
特開２００４−１９５８８８号公報

しかし、従来のように線状の発熱ヒータによる流体の加熱では、流体と発熱ヒータの伝熱面積が小さいため、熱の伝達量が少なく流体の流量が低下すると、発熱ヒータと接触する流体の流速が低下し、流体が耐熱温度を越えてオーバーヒートする問題、また、流体の加熱応答性が遅いために発熱ヒータ自身もオーバーヒートを引き起こす問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、内部に流体を通流してローラなどの熱処理装置を所定の温度に加熱するための流体の加熱効率を高め、流体や発熱体のオーバーヒートをなくし、斯かる問題を解消する点にある。

本発明は、肉厚内に軸方向と同方向に伸びる複数の貫通孔が形成された中空円筒状の導電性筒と、前記筒の中空内部に配置された鉄心の外周に巻回されたコイルとを有し、前記コイルに印加する交流電圧により前記筒を発熱させ、前記筒の発熱により前記貫通孔に流れる流体を加熱してなることを主な特徴とする。

本発明は、肉厚内に軸方向と同方向に伸びる複数の貫通孔が形成された中空円筒状の導電性筒全体が誘導または直接通電により加熱されるので、貫通孔を通流する流体と発熱体となる導電性筒との伝熱面積を大きくすることができ、流体の加熱効率が高くなり、流体の局部的加熱や発熱体の異常な加熱を避けることができる。すなわち、流体の耐熱温度以下で発熱体の加熱温度を設定することができる。

内部に流体を通流してローラなどの熱処理装置を所定の温度に加熱するための流体の加熱効率を高め、流体や発熱体のオーバーヒートをなくす目的を、流体を通流する複数の貫通孔を形成した筒とし、その筒全体を発熱体とすることにより実現した。

図１は、本発明の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す断面図、図２は図１に示す発熱体の斜視図である。図１および図２において、１１は発熱体、１２はコイル、１３は鉄心である。発熱体１１は、導電性金属からなる厚みのある中空円筒をなし、その中空内に鉄心１３に巻回されたコイル１２が挿入されており、コイル１２に交流電圧を印加することにより筒状の発熱体１１に電流が流れ、その電流で発熱する。

筒状の発熱体１１の肉厚部には、加熱する流体を通流する複数の長手方向に伸びる貫通孔１１ａと、図２に示すように冷却用の流体を通流する複数の長手方向に伸びる貫通孔１１ｂが交互に形成されており、加熱する流体が貫通孔１１ａを通過する間に筒状の発熱体１１の発熱で加熱される。なお、貫通孔１１ｂは、加熱される流体の温度を下げる場合に水などの冷却用の流体を通流するためのものである。

また、筒状の発熱体１１の肉厚内には、図１に示すように長手方向に伸びる複数の密閉室１１ｃが形成され、この密閉室１１ｃ内に気液二相の熱媒体が封入されている。この密閉室１１ｃに気液二相の熱媒体を封入することにより、筒状の発熱体１１全体が気液二相の熱媒体の潜熱移動で均温となり、筒状の発熱体１１の平均温度を高く設定することができ、高温での使用および高効率で加熱することができる。

たとえば、流体の耐熱限界温度が２９０℃とし、流体が流入する入口の流体の温度を１８０℃、出口の流体の温度を２２０℃とした場合、密閉室１１ｃがなく気液二相の熱媒体の潜熱移動がないときには、筒状の発熱体１１の入口付近の温度２５０度、出口付近の温度２９０℃となり、平均温度２７０℃となるが、この潜熱移動があるときには、入口および出口付近の温度を２９０度とすることができ、平均温度２９０℃と平均温度が上げられ、その分高効率で加熱することができる。

なお、以上の流体加熱装置は、図３に示す熱処理ローラ装置の流体からなる熱媒体を加熱する加熱装置として好適であるが、本発明は、例えば加熱された流体を通流して加熱する加熱板の流体加熱装置としても適用することができる。

本発明の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す断面図である。 図１に示す発熱体の斜視図である。 従来の熱処理ローラ装置の構成図である。

符号の説明

１１ 筒状の発熱体
１１ａ 加熱する流体を通流する貫通孔
１１ｂ 冷却用の流体を通流する貫通孔
１１ｃ 気液二相の熱媒体を封入する密閉室
１２ コイル
１３ 鉄心

Claims (3)

1. 肉厚内に軸方向と同方向に伸びる複数の貫通孔が形成された中空円筒状の導電性筒と、前記筒の中空内部に配置された鉄心の外周に巻回されたコイルとを有し、前記コイルに印加する交流電圧により前記筒を発熱させ、前記筒の発熱により前記貫通孔に流れる流体を加熱してなることを特徴とする流体加熱装置。
2. 筒の肉厚内部に軸方向と同方向に伸びる複数の密閉室を形成し、前記各密閉室に気液２相の熱媒体を封入してなることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。
3. 筒の発熱は誘導電流による発熱であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体加熱装置。

Images