KR20070067601A

KR20070067601A - 열매체통류 롤러장치

Info

Publication number: KR20070067601A
Application number: KR1020060113759A
Authority: KR
Inventors: 토오루 토노무라; 코조 오카모토; 야스히로 후지모토; 모토마사 히라오
Original assignee: 가부시기가이샤 토쿠덴
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2007-06-28
Also published as: JP4657096B2; TW200730323A; KR101286409B1; JP2007168222A; US20070138162A1; EP1801533B1; TWI432691B; EP1801533A2; CN1987328A; EP1801533A3

Abstract

벽내에 기체·액체 2상(二相)의 열매체를 밀봉한 재킷 실(Jacked chamber)을 갖는 열매체통류 롤러장치에서의 에너지 절감성을 높이는 것에 관한 것이다.

순환하는 열매유체로(熱媒流體路)에 열교환장치(5a),(5b)를 배치하고, 상기 열교환장치에서 열교환된 열매유체를 벽내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 재킷 실(1b)을 갖는 롤러(1)의 내부에 통류하여 상기 롤러(1)를 소정의 온도로 유지하여 이루어지며, 상기 롤러(1)의 표면에 접촉하는 처리물을 열처리하는 열매체통류 롤러장치에 있어서, 롤러(1) 내부로 보내는 열매유체의 온도를 검출하는 온도센서(13)와 롤러내부로부터 배출하는 열매유체의 온도를 검출하는 온도센서(14)를 설치하고, 온도센서(13),(14)의 검출온도차가 일정해지도록 롤러내부로 보내는 열매체의 통류량을 조절한다. 이에 따라 롤러표면의 온도변동에 대하여 신속하게 대응하여 최적의 에너지절감을 하면서 운전할 수 있다.

열매체통류 롤러장치, 열교환장치, 온도센서

Description

열매체통류 롤러장치{HEATING FLUID MEDIUM PASSING ROLLER DEVICE}

도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 구성도이다. (실시예 1)

도 2는, 본 발명의 실시예에 관한 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 구성도이다. (실시예 2)

도 3은, 본 발명의 실시예에 관한 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 구성도이다. (실시예 3)

도 4는, 종래의 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 구성도이다.

※부호의 설명※

1…롤 쉘(Roll shell) 2…회전구동축

3…코어(Core) 4…로터리 조인트

5a…열교환장치의 가열부 5b…열교환장치의 냉각부

6…순환펌프 7…가열부의 전력제어회로

8…냉각수조정전자밸브

9…롤 쉘의 표면온도를 검출하는 온도센서

10, 13, 14…열매유체의 온도를 검출하는 온도센서

11…온도조절계(열매유체온도조절회로) 12…회전변압기

15…유량조절계 14…감산기

16…인버터 19, 20…전자밸브

본 발명은 열매체통류 롤러장치에 관한 것이다.

시트형상의 처리물을 롤러에 올려놓고 롤러에 접촉하여 통과하는 동안에 처리물을 소정의 온도로 가열 또는 탈열하는 일이 실행되고 있다. 이와 같은 롤러장치로서 롤러의 내부에 가열된, 예컨대 오일 등의 유체로 이루어지는 열매유체를 열교환장치를 통하여 펌프에 의해 순환통류하고, 이 통류에 의해 롤러의 온도를 소정의 온도로 유지하는 열매체통류 롤러장치가 있다.

도 4는, 이와 같은 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 것으로, 도 4에 있어서 부호 1은 롤러본체를 구성하는 롤 쉘, 부호 2는 도시하지 않은 모터에 의해 회전하여 롤 쉘을 회전하는 회전구동축, 부호 3은 코어(Core), 부호 4는 로터리 조인트, 부호 5a는 열교환장치의 가열부, 부호 5b는 열교환장치의 냉각부, 부호 6은 열매유체순환펌프, 부호 7은 사이리스터(thyristor) 등으로 이루어지는 전력제어회로, 부호 8은 냉각수조정전자밸브, 부호 9는 롤 쉘(1)의 온도를 검출하는 온도센서, 부호 10은 롤 쉘(1)로 보내는 열매체의 온도를 검출하는 온도센서, 부호 11은 열매유체온도조절회로, 부호 12는 회전변압기이다.

롤 쉘(1)은 원통형상을 이루고, 이 예에서는 그 벽 내부에 긴쪽 방향을 따른 재킷 실(1b)과 온도센서 삽입공(1c)이 형성되며, 온도센서 삽입공(1c)에는 롤 쉘(1)의 표면온도를 검출하는 온도센서(9)가 배치되고, 재킷 실(1b) 내에는, 잠열이동에 의해 롤 쉘(1)의 표면온도를 균일화한 물 등의 기체·액체 2상(二相)의 열매체가 밀봉되어 있다 그리고, 중공내부에 코어(3)가 배치되고, 코어(3)의 중앙부를 관통하여 열매유체의 통류로(通流路)(3a)가 형성되어 있다. 열매유체의 통류로(3a)는 회전구동축(2) 내를 거쳐서 로터리 조인트(4)의 유입구에 연결되고, 롤 쉘(1)의 내주벽과 코어(3)의 외주벽과의 사이에서 형성된 열매유체의 통류로(1a)는 회전구동축(2) 내를 거쳐서 로터리 조인트(4)의 출구에 연결되어 있다.

열매유체는 열교환장치의 냉각부(5b)와 열교환장치의 가열부(5a)를 통하여 소정의 온도로 가열 또는 냉각되어 순환펌프(6)에 의해 롤 쉘(1)내로 보내지며, 열매유체의 통류로(3a),(1a)를 통류하고 열교환장치의 냉각부(5b)로 순환한다. 순환하는 열매유체의 온도는 롤 쉘(1)의 온도를 검출하는 온도센서(9)의 검출온도와 롤 쉘(1) 내로 보내는 열매체의 온도를 검출하는 온도센서(10)의 검출온도를 열매유체온도조절회로(11)에서 적정목표치와 비교하고, 그 편차에 따른 제어신호를 전력제어회로(7)로 보내며, 열교환장치의 가열부(5a)의 발열체의 발열량을 제어하고, 가 열부(5a)에 흐르는 열매유체의 온도를 조절한다. 또 그 편차에 따른 제어신호를 냉각수조정전자밸브(8)로 보내고, 냉각부(5b)로 흐르는 열매유체의 온도를 조절한다.

[특허문헌 1] 일본국 특개 2004-195888호 공보

이상과 같이 구성한 열매유체통류 롤러장치에서는 롤러의 벽내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 재킷 실을 설치한 것과 서로 작용하여, 재킷 실이 없는 롤러에 비하여 1/20 정도의 유량으로 동등한 표면온도가 얻어져 에너지 절약에 기여하지만, 롤러는 그 내부에 열매유체를 통류하여 롤러의 표면에 열을 전달하는 구조이므로, 롤러내를 통류하는 열매유체의 온도와 롤러내면의 온도와의 사이에 열전달률에 따른 차이가 발생하고, 롤러내면의 온도와 롤러표면의 온도와의 사이에 롤러재의 열전도율과 부하열량에 따른 차이가 발생한다. 즉, 롤러내를 통류하는 열매유체의 온도와 롤러표면의 온도와의 사이에는 유체량·유속·롤러의 재질·롤러의 두께·부하열량의 모든 조건에 의해 온도차가 발생하고, 특히 부하열량이 크고 롤러의 두께가 두꺼운, 예컨대 제지용의 롤러에서는 50℃~100℃의 온도차가 발생하는 경우가 많으며, 종래의 롤러 내부로 보내는 열매유체의 온도와 롤러의 표면온도를 검출하고, 이 검출에 따라 열매유체의 온도를 조절하는 것 만으로는 부하열량이 큰 것에는 그 변동에 즉응(卽應)하는 것이 곤란한 동시에 즉응성이 없는 분량의 소비에너지가 커진다는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 롤러의 벽내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 재킷 실을 설치하고, 내부에 열매유체를 통류하는 열매체통류 롤러장치에 있어서, 부하열량이나 롤러의 열전도율에 상관없이 롤러의 표면온도의 변동에 즉응하여 보다 에너지 절감성을 높일 수 있으며, 이러한 문제를 해결하는 점에 있다.

본 발명은 벽내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 복수의 재킷 실을 가지며, 내부에 순환하는 열매유체를 통류하는 열매유체 통류로가 형성된 롤러와, 상기 열매유체의 온도를 조절하는 열매유체 온도조절수단과, 상기 롤러의 열매유체 통류로로 보내는 열매유체의 유량을 조절하는 열매유량조절수단을 구비하고, 상기 열매유체 온도조절수단과 열매유량조절수단으로 조절된 열매유체의 상기 롤러의 열매유체 통류로의 통류에 의해 상기 롤러의 표면온도를 소정의 온도로 유지하는 것을 주요한 특징으로 한다.

본 발명에서는 열매유체 온도조절수단에 의해 소정의 온도로 가열된 열매유체를 열매유량조절수단에 의해 롤러 내로 보내는 열매유체의 유량을 조절하므로, 부하열량이나 롤러의 열전도율에 대응한 열을 신속하게 가할 수 있으며, 최적의 에너지절감을 하면서 롤러의 긴쪽 방향, 즉 열매체가 흐르는 방향에서의 표면온도의 균일화를 도모할 수 있다. 특히 제지롤러와 같이 롤러의 두께가 두껍고 부하열량이 큰 것은 통지개시시의 고온(예컨대 230℃)에서 롤러의 표면온도가 소정의 온도(예컨대 150℃)로까지 저하되어 안정되기까지의 시간이 길지만, 이 시간을 대폭 단축할 수 있으며 가공품질이 높은 제품의 제품비율을 높일 수 있다.

롤러의 벽내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 재킷 실을 설치하고, 내부에 열매유체를 통류하는 열매체통류 롤러장치에 있어서, 부하열량이나 롤러의 열전도율에 상관없이, 롤러의 표면온도의 변동에 즉응하여 보다 에너지 절감성을 높이는 목적을 롤러 내부로 보내는 열매유체의 온도와 통류량을 조절함으로써 실현하였다.

( 실시예 1)

도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시하는 구성도이다. 또한, 도 4에 도시한 종래의 열매체통류 롤러장치와 동일부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 부분의 설명은 생략한다. 도 1에서, 부호 13은 로터리 조인트(4) 입구의 열매유체의 온도를 검출하는 온도센서, 부호 14는 로터리 조인트(4) 출구의 열매유체의 온도를 검출하는 온도센서, 부호 15는 유량조절계, 부호 16은 순환펌프(6)를 구동하는 인버터이다.

열매유체는 열교환장치의 냉각부(5b)와 열교환장치의 가열부(5a)를 통하여 소정의 온도로 가열 또는 냉각되고, 순환펌프(6)에 의해 롤 쉘(1)내로 보내지며 열매체의 통류로(3a),(1a)를 통류하여 열교환장치의 냉각부(5b)로 순환한다. 순환하는 열매체의 온도는 롤 쉘(1)의 온도를 검출하는 온도센서(9)의 검출온도와 가열부 통류직후의 열매체의 온도를 검출하는 온도센서(10)의 검출온도를 온도조절계(11)로 적정목표치와 비교하고, 그 편차에 따른 제어신호를 전력제어회로(7) 또는 냉각수조정전자밸브(8)로 보내며 열매체의 온도를 제어한다.

본 발명에 따라 유량조절계(15)와 롤 쉘(1)내로 보내는 열매체의 온도를 검출하는 온도센서(13)와 롤 쉘(1) 내를 통류한 열매체의 온도를 검출하는 온도센서(14)를 설치하고, 롤 쉘(1) 내로 보내는 열매체의 온도를 검출하는 온도센서(13)의 검출온도와, 롤 쉘(1) 내를 통류한 열매체의 온도를 검출하는 온도센서(14)의 검출온도를 입력하여 그 온도차를 미리 설정한 목표치와 비교하고, 그 온도차를 일정하게 하는 신호로 인버터(16)를 제어하여 순환펌프(6)로 보내는 열매체의 유량을 제어한다.

예컨대 롤 쉘(1)의 뷸균등한 표면온도점(Temperature spots)을 1℃ 이하로 하기 위해서는 검출할 온도센서(13),(14)의 검출온도차를 1℃ 이하로 할 필요가 있지만, 롤러의 벽 내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 재킷 실을 설치한 롤러장치에서는 20℃의 온도차가 있어도 뷸균등한 온도점은 1℃ 이하가 되므로, 온도센서(13),(14)의 검출온도차가 20℃ 이하가 되도록 유량을 조절한다. 이 조절에 의해 온도센서(13),(14)의 검출온도차는 롤러에 걸리는 부하량에 의해 변동하지만 이 변동에 대해 신속하게 대응하고, 이에 따라 그때의 운전조건하에서의 최적의 에너지절감을 하면서 운전할 수 있다.

( 실시예 2)

도 2는, 본 발명의 다른 실시예에 관한 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 구성도이다. 또한 도 1에 도시한 실시예의 열매체통류 롤러장치와 동일부분 및 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 부분의 설명은 생략한다. 도 1 에 도시한 실시예와의 상위점은 온도조절계(11)의 편차에 따른 제어신호, 즉 온도조절계(11)로 얻은 롤 쉘(1)의 표면온도를 검출하는 온도센서(9)의 검출온도와 가열부통류 직후의 열매유체의 온도를 검출하는 온도센서(1)의 검출온도와의 온도차를 미리 설정한 목표치와 비교하고, 그 온도차를 일정하게 하는 신호로 인버터(16)를 제어하며 순환펌프(6)에서 보내는 열매유체의 유량을 제어하도록 한 점이다.

예컨대 롤러의 표면온도를 소정의 150℃로 하고 롤러의 표면온도를 빨리 올리기 위하여 당초 열매유체의 온도를 250℃로 가열하여, 순환펌프(6)의 최대출력으로 롤러 내로 공급하면 롤러의 표면온도는 단시간에서 150℃가 되지만, 롤러표면온도가 150℃에 도달하는 일정시간 전에 온도조절계(11)로 열매유체의 온도를 내리는 동시에 온도조절계(11)로 얻은 온도차분의 신호로 인버터(16)를 제어하여 순환펌프(6)에서 보내는 열매유체의 유량을 조절한다. 이와 같이 구성하여도 도 1에 도시한 실시예와의 마찬가지의 작용효과를 가질 수 있다.

( 실시예 3)

도 3은, 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 열매체통류 롤러장치의 구성을 도시한 구성도이다. 또한 도 2에 도시한 실시예의 열매체통류 롤러장치와 동일한 부분 및 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 부분의 설명은 생략한다. 도 2에 도시한 실시예에서는, 롤러에 공급하는 열매유체의 유량을 펌프(6)의 제어에 의해 실행하고 있지만, 열매유체의 순환로를 롤러의 열매유체통류로와 연접하는 유량조정전자밸브(19)를 설치한 유로(17)와 롤러를 바이패스(bypass)하는 유량조정 전자밸브(20)를 설치한 유로(18)로 구성하고, 온도조절계(11)의 편차에 따른 제어신호로 유량조정전자밸브(19)와 유량조정전자밸브(20)를 제어하여 롤러내를 통류하는 열매유체의 통류량을 조절한다. 또한, 도 1에 도시한 실시예에서의 유량조절계(15)의 출력신호로 유량조정전자밸브(19)와 유량조정전자밸브(20)를 제어하도록 하여도 된다. 이와 같이 구성하여도 도 1 및 도 2에 도시한 실시예와 마찬가지의 작용효과를 얻을 수 있다.

또한 이상의 각 실시예에서는 롤러의 한쪽 단부에서 열매체의 공급과 배출을 하고 있지만, 롤러의 한쪽의 단부에서 열매체를 공급하고 다른쪽의 단부에서 배출하도록 구성하여도 된다.

Claims

벽내에 기체·액체 2상의 열매체를 밀봉한 복수의 재킷 실을 가지며, 내부에 순환하는 열매유체를 통류하는 열매유체통류로가 형성된 롤러와, 상기 열매유체의 온도를 조절하는 열매유체온도 조절수단과, 상기 롤러의 열매유체 통류로로 보내는 열매유체의 유량을 조절하는 열매유량조절수단을 구비하고, 상기 열매유체온도조절수단과 열매유량조절수단으로 조절된 열매유체의 상기 롤러의 열매유체통류로의 통류에 의해 상기 롤러의 표면온도를 소정의 온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 열매체통류 롤러장치.
제 1항에 있어서,

상기 열매유량조절수단은 상기 열매유체를 순환시키는 펌프를 가지며, 롤러의 표면온도와 롤러의 열매유체통류로로 보내는 열매유체의 온도와의 편차에 따라 상기 펌프에 의해 롤러내부로 보내는 열매유체의 통류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 열매체통류 롤러장치.
제 1항에 있어서,

상기 열매유량조절수단은 상기 열매유체를 순환시키는 펌프를 가지며, 롤러 의 열매유체통류로로 보내는 열매유체의 온도와 상기 열매유체통류로로부터 배출하는 열매유체의 온도와의 편차에 따라 상기 펌프에 의해 롤러내부로 보내는 열매유체의 통류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 열매체통류 롤러장치.
제 1항에 있어서,

상기 열매유체의 순환로는 상기 롤러의 열매유체통류로와 연접하는 유량조정밸브를 설치한 유로와 롤러를 바이패스하는 유량조정밸브를 설치한 유로를 가지며, 열매유량조절수단은 롤러의 표면온도와 롤러의 열매유체통류로로 보내는 열매유체의 온도와의 편차에 따라 상기 각 유량조정밸브에 의해 롤러 내부로 보내는 열매유체의 통류량을 조절하는 것을 특징으로 하는 열매체통류 롤러장치.