JP5234847B2 - 熱媒体通流ローラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱媒体通流ローラ装置に関するものである。

シート状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あるいは奪熱することが行われている。このようなローラ装置として、ローラの内部に加熱された例えば油などの流体からなる熱媒流体を、熱交換装置を介してポンプにより循環通流し、この通流によってローラの温度を所定の温度に保持する熱媒体通流ローラ装置がある。

図３は、このような熱媒体通流ローラ装置の構成を示すもので、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、５ａは熱交換装置の加熱部、５ｂは熱交換装置の冷却部、６は熱媒流体循環ポンプ、７はサイリスタなどからなる電力制御回路、８は冷却水調整電磁弁、９はロールシェル１の温度を検出する温度センサ、１０はロールシェル１内へ送る熱媒体の温度を検出する温度センサ、１１は熱媒流体温度調節回路、１２は回転変圧器である。

ロールシェル１は円筒状をなし、この例ではその肉厚内部に長手方向に沿うジャケット室１ｂと温度センサ挿入孔１ｃが形成され、温度センサ挿入孔１ｃには、ロールシェル１の表面温度を検出する温度センサ９が配置され、ジャケット室１ｂ内には、潜熱移動によってロールシェル１の表面の温度を均一化する水などの気液二相の熱媒体が封入されている。そして、中空内部に中子３が配置され、中子３の中央部を貫通して熱媒流体の通流路３ａが形成されている。熱媒流体の通流路３ａは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント４の流入口に連結され、ロールシェル１の内周壁と中子３の外周壁との間で形成された熱媒流体の通流路１ａは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント４の出口に連結されている。

熱媒流体は、熱交換装置の冷却部５ｂと熱交換装置の加熱部５ａを通り、所定の温度に加熱または冷却され、循環ポンプ６によってロールシェル１内に送られ、熱媒流体の通流路３ａおよび１ａを通流し、熱交換装置の冷却部５ｂへと循環する。循環する熱媒流体の温度は、ロールシェル１の温度を検出する温度センサ９の検出温度とロールシェル１内へ送る熱媒体の温度を検出する温度センサ１０の検出温度とを、熱媒流体温度調節回路１１で適宜目標値と比較し、その偏差に応じた制御信号を電力制御回路７へ送り、熱交換装置の加熱部５ａの発熱体の発熱量を制御し、加熱部５ａに流れる熱媒流体の温度を調節する。また、その偏差に応じた制御信号を冷却水調整電磁弁８へ送り、冷却部５ｂに流れる熱媒流体の温度を調節する。

特開２００４−１９５８８８号公報

以上のように構成した熱媒体通流ローラ装置では、ローラの肉厚内に気液二相の熱媒体を封入したジャケット室を設けたことと相俟ってジャケット室のないローラに比べ１／２０程度の流量で同等の表面温度が得られ省エネルギーに寄与するが、ローラは、その内部に熱媒流体を通流してローラの表面に熱を伝える構造であるため、ローラ内を通流する熱媒流体の温度とローラ内面の温度との間に熱伝達率に基づく差が発生し、ローラ内面の温度とローラ表面温度との間にローラ材の熱伝導率と負荷熱量に基づく差が発生する。すなわち、ローラ内を通流する熱媒流体の温度とローラ表面温度との間には、流体量・流速・ローラの材質・ローラの肉厚・負荷熱量の諸条件によって温度差が発生し、特に負荷熱量が大きく、ローラの肉厚が厚い、たとえば製紙用のローラでは、５０℃〜１００℃の温度差が発生する場合が多く、従来のローラ内部へ送る熱媒流体の温度とローラの表面温度を検出し、この検出に基づいて熱媒流体の温度を調節するだけでは負荷熱量の大きいものにはその変動に即応することが困難であると同時に即応性のない分消費エネルギーが大きいという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、ローラの肉厚内に気液二相の熱媒体を封入したジャケット室を設け、内部に熱媒流体を通流する熱媒体通流ローラ装置において、負荷熱量やローラの熱伝導率にかかわらず、ローラの表面温度の変動に即応し、より省エネルギー性を高めることができ、斯かる問題を解消する点にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、肉厚内に気液二相の熱媒体を封入した長手方向に伸びるジャケット室を周方向に複数有し、熱媒流体を内周壁に沿って長手方向に通流する熱媒流体通流路が形成されたローラと、一端が前記熱媒流体通流路の流出口に連結され、他端が、循環ポンプと熱媒流体の温度を調節する熱交換装置を介して前記熱媒流体通流路の流入口に連結された熱媒流体循環路とを備え、前記ローラ内部の熱媒流体通流路に流れる熱媒流体を、前記循環ポンプにより前記熱交換装置を介して循環させてなる熱媒体通流ローラ装置において、前記熱交換装置を通流した直後の熱媒流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記ローラ内の熱媒流体通流路へ送る熱媒流体の通流量を調節する熱媒流量調節手段を設け、前記第１の温度センサが検出した温度と前記第２の温度センサが検出した温度との偏差が、ローラ材の熱伝導率や負荷熱量等に基づいて予め設定した偏差値と一致するように前記ローラ内の熱媒流体通流路へ送る熱媒流体の通流量を調節することを主な特徴とする。

本発明では、ローラの表面温度と熱交換装置を通流した直後の熱媒流体の温度との間に大きい差が発生した場合、熱媒流体温度調節手段により所定の温度に加熱された熱媒流体を、ローラの表面温度と熱交換装置を通流した直後の熱媒流体の温度との差が予め設定した差となるように、熱媒流体の通流量を調節するので、迅速にその差を短縮することができる。また、その差を、気液二相の熱媒体を封入したジャケット室によるローラの長手方向、すなわち熱媒体の流れる方向における表面温度の均一化が図れる値とすることにより、最適な省エネルギーでその差を短縮することができる。特に製紙ローラのようにローラの肉厚が厚く負荷熱量の大きいものは、通紙開始時の高温（例えば２３０℃）からローラの表面温度が所定の温度（例えば１５０℃）にまで低下して安定するまでの時間が長いが、この時間を大幅に短縮することができ、加工品質の高い製品の歩留まりを高めることができる。

本発明の実施例に係る熱媒体通流ローラ装置の構成を示す構成図である。 本発明の他の実施例に係る熱媒体通流ローラ装置の構成を示す構成図である 従来の熱媒体通流ローラ装置の構成を示す構成図である。

図１は、本発明の実施例に係る熱媒体通流ローラ装置の構成を示す構成図である。なお、図３に示す従来の熱媒体通流ローラ装置と同一部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明は省略する。図１において、１６は循環ポンプ６を駆動するインバータである。

熱媒流体は、熱交換装置の冷却部５ｂと熱交換装置の加熱部５ａを通り、所定の温度に加熱または冷却され、循環ポンプ６によってロールシェル１内に送られ、熱媒体の通流路３ａおよび１ａを通流し、熱交換装置の冷却部５ｂへと循環する。循環する熱媒体の温度は、ロールシェル１の温度表面を検出する温度センサ９の検出温度と加熱部通流直後の熱媒体の温度を検出する温度センサ１０の検出温度とを、温度調節計１１で適宜目標値と比較し、その偏差に応じた制御信号を電力制御回路７または冷却水調整電磁弁８へ送り、熱媒流体の温度を制御する。

本発明にしたがい温度調節計１１の偏差に応じた制御信号、すなわち温度調節計１１で求めたロールシェル１の表面温度を検出する温度センサ９の検出温度と加熱部通流直後の熱媒流体の温度を検出する温度センサ１０の検出温度との温度差を予め設定した目標値と比較し、その温度差を一定とする信号でインバータ１６を制御し、循環ポンプ６で送る熱媒流体の流量を制御する。

たとえば、ロールシェル１の表面温度斑を１℃以下にするには、ロータリジョイント４の入口の熱媒流体の温度と、ロータリジョイント４の出口の熱媒流体の温度との差を１℃以下にする必要があるが、ローラの肉厚内に気液二相の熱媒体を封入したジャケット室を設けたローラ装置では２０℃の温度差があっても、温度斑は１℃以下となるので、その温度差が２０℃以下となるように流量を調節することにより、負荷量などによるロールシェルの表面温度が変動しても、この変動に対して迅速に対応し、これによりそのときの運転条件下での最適の省エネルギー運転ができる。

ところで、ロータリジョイント４の入口の熱媒流体の温度と、ロータリジョイント４の出口の熱媒流体の温度との差が２０℃を越えると、ローラの肉厚内に気液二相の熱媒体を封入したジャケット室による均一化が果たせなくなり、ロールシェル１の表面温度は大きく変動し、この変動はロールシェル１の温度を検出する温度センサ９の検出温度と加熱部通流直後の熱媒体の温度を検出（必ずしもロータリジョイント４の入口の熱媒流体の温度と一致するものではない。）する温度センサ１０の検出温度との差が変化することとなる。すなわち、加熱部通流直後の熱媒流体の温度を検出することはロータリジョイント４の入口の熱媒流体の温度を検出することに、ロールシェル１の温度表面を検出することはロータリジョイント４の出口の熱媒流体の温度を検出することにそれぞれ相当する。したがって、ロールシェル１の温度表面を検出する温度センサ９の検出温度と加熱部通流直後の熱媒体の温度を検出する温度センサ１０の検出温度との変動差が解消されるように流量を調節する。この流量の調節により、負荷量などによるロールシェルの表面温度が変動しても、この変動に対して迅速に対応し、これによりそのときの運転条件下での最適の省エネルギー運転ができる。

たとえば、ローラの表面温度を所定の１５０℃とし、ローラの表面温度を速く立ち上げるために当初熱媒流体の温度を２５０℃に加熱し、循環ポンプ６の最大出力でローラ内へ供給すると、ローラの表面温度は短時間で１５０℃になるが、ローラ表面温度が１５０℃に到達する一定時間前に、温度調節計１１で熱媒流体の温度を下げるとともに、温度調節計１１で求めた温度差分の信号でインバータ１６を制御し、循環ポンプ６で送る熱媒流体の流量を調節する。

図２は、本発明の他の実施例に係る熱媒体通流ローラ装置の構成を示す構成図である。なお、図１に示す実施例の熱媒体通流ローラ装置と同一部分および対応する部分には同一の符号を付し、重複する部分の説明は省略する。図１に示す実施例では、ローラに供給する熱媒流体の流量をポンプ６の制御により行なっているが、熱媒流体の循環路を、ローラの熱媒流体通流路と連接する流量調整電磁弁１９を設置した流路１７とローラをバイパスする流量調整電磁弁２０を設置した流路１８とで構成し、温度調節計１１の偏差に応じた制御信号で流量調整電磁弁１９と流量調整電磁弁２０を制御し、ローラ内を通流する熱媒流体の通流量を調節する。このように余分の熱媒流体を、バイパス路を経て熱交換装置の冷却部５ｂと熱交換装置の加熱部５ａを循環させておくと、たとえばローラの熱媒流体通流量を増加する場合、直ちにその増加に適用することができる。

なお、以上の実施例では、ローラの一方の端部で熱媒体の送り込みと排出を行っているが、ローラの一方の端部で熱媒体の送り込み、他方の端部で排出するように構成してもよい。

１ ロールシェル
２ 回転駆動軸
３ 中子
４ ロータリジョイント
５ａ 熱交換装置の加熱部
５ｂ 熱交換装置の冷却部
６ 循環ポンプ
７ 加熱部の電力制御回路
８ 冷却水調整電磁弁
９ ロールシェルの表面温度を検出する温度センサ
１０ 熱媒流体の温度を検出する温度センサ
１１ 温度調節計
１２ 回転変圧機
１６ インバータ

Claims (3)

1. 肉厚内に気液二相の熱媒体を封入した長手方向に伸びるジャケット室を周方向に複数有し、熱媒流体を内周壁に沿って長手方向に通流する熱媒流体通流路が形成されたローラと、一端が前記熱媒流体通流路の流出口に連結され、他端が、循環ポンプと熱媒流体の温度を調節する熱交換装置を介して前記熱媒流体通流路の流入口に連結された熱媒流体循環路とを備え、前記ローラ内部の熱媒流体通流路に流れる熱媒流体を、前記循環ポンプにより前記熱交換装置を介して循環させてなる熱媒体通流ローラ装置において、前記熱交換装置を通流した直後の熱媒流体の温度を検出する第１の温度センサと、前記ローラの表面温度を検出する第２の温度センサと、前記ローラ内の熱媒流体通流路へ送る熱媒流体の通流量を調節する熱媒流量調節手段を設け、前記第１の温度センサが検出した温度と前記第２の温度センサが検出した温度との偏差が、ローラ材の熱伝導率や負荷熱量等に基づいて予め設定した偏差値と一致するように前記ローラ内の熱媒流体通流路へ送る熱媒流体の通流量を調節することを特徴とする熱媒体通流ローラ装置。
2. ローラ内の熱媒流体通流路へ送る熱媒流体の通流量の調節は、前記循環ポンプの出力制御であることを特徴とする請求項１に記載の熱媒体通流ローラ装置。
3. ローラ内の熱媒流体通流路へ送る熱媒流体の通流量の調節は、前記循環路にローラの熱媒流体通流路と連接する流量調整弁を設置した流路とローラをバイパスする流量調整弁を設置した流路を設けた前記各流量調整弁の操作であることを特徴とする請求項１に記載の熱媒体通流ローラ装置。

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