JP2007276412A - 流体通流加熱又は冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体を通流して加熱又は冷却するローラなどの加熱又は冷却体を備え、加熱又は冷却体内へ流入する流体の温度の検出に基づいて加熱又は冷却体の表面を所定の温度に維持してなる流体通流加熱又は冷却装置において、流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速に影響されずに配管内を通流する流体の温度を簡単かつ適正に検出ができるようにすること。
【解決手段】 熱交換器８、９と加熱又は冷却体３を連結する配管１０内に、配管１０内の内壁近くを流れる流体と中央部を流れる流体とをかき混ぜる攪拌器１１を挿入し、配管１０内の内壁近くを流れる流体と中央部を流れる流体とをかき混ぜた直後の流体の温度を検出器１２で検出する。この攪拌器の挿入する簡単な構成により配管内の流体温度がほぼ均一化され、流体の温度の検出が正確となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ローラや板などの内部に流体を通流し、その流体の温度をローラや板などに伝達する流体通流加熱又は冷却装置に関するものである。

たとえば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移送する媒体を必要とし、その媒体として油などの流体が使用される場合がある。

このように流体の通流によりローラを所定の温度に維持する流体通流加熱又は冷却装置は、一般的に流体が循環する循環路中に加熱又は冷却する熱交換器が配置され、その熱交換器で所定の温度に加熱又は冷却した流体をローラ内に供給し、この所定の温度に加熱又は冷却した流体の通流でローラに熱を加え、またはローラの熱を奪うように構成されている。そして、ローラの表面温度を所定の温度に維持するためにローラ内へ流入する流体の温度を検出し、その検出とローラの表面温度を所定の温度とするための予め設定した目標値と比較し、その偏差によりローラ内を通流する流体の温度を制御している。
特開２００４−１９５８８８号公報

しかし、流体の熱量、物性値（粘度、密度等）を変更あるいは流体の流度を変更すると迅速にローラの表面温度を所定の温度とすることができない場合があるといった問題があった。この問題の発生原因は、図３に示すように配管１０内を流れる流体２が配管外部からの加熱または冷却に影響され、配管１０内で、中央部を流れる流体２ｂと異なる温度の流体が流れる温度境界層２ａが発生し、配管１０内の流体２の温度の検出が適正でない結果によるものと考えられる。しかし、この境界層は流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速により温度差も境界層の厚みも変化するもので、配管１０内の流体２の温度を常に適正に検出することはきわめて困難である。

本発明が解決しようとする課題は、流体を通流して加熱又は冷却するローラなどの加熱又は冷却体を備え、加熱又は冷却体内へ流入する流体の温度の検出に基づいて加熱又は冷却体の表面を所定の温度に維持してなる流体通流加熱又は冷却装置において、流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速に影響されずに配管内を通流する流体の温度を簡単かつ適正に検出ができるようにし、斯かる問題を解消する点にある。

本発明は、流体を加熱又は冷却する熱交換器と、前記熱交換器で加熱又は冷却された流体を通流して加熱又は冷却する加熱又は冷却体と、前記加熱又は冷却体と前記熱交換器とを連結し前記熱交換器で加熱又は冷却された流体を前記加熱又は冷却体へ送る配管と、前記配管内に流れる流体の温度を検出する検出器とを有し、前記検出器の検出温度に基づいて前記加熱又は冷却体の表面温度を制御してなる流体通流加熱又は冷却装置において、前記配管内に、前記配管内を通流する流体を攪拌する攪拌器を設け、前記攪拌器を介した後の配管内に流れる流体の温度を前記検出器で検出してなることを主な特徴とする。

本発明では、配管内を流れる流体を攪拌器で配管の内壁に沿って流れる流体と配管の中央部を流れる流体とをかき混ぜるので配管内を流れる流体の温度が全体的に均一化され、温度検出器の配置位置や流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速の変化に左右されることなく、配管内を通流する流体の温度を適正に検出することができ、これにより流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速の変化に影響されずに加熱器の表面温度を迅速に所定の温度にすることができる。

流体を通流して加熱又は冷却するローラなどの加熱又は冷却体を備え、加熱又は冷却体内へ流入する流体の温度の検出に基づいて加熱又は冷却体の表面を所定の温度に維持してなる流体通流加熱又は冷却装置において、流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速に影響されずに配管内を通流する流体の温度を簡単かつ適正に検出ができるようにする目的を、熱交換器と加熱又は冷却体とを連結する配管内に、配管の内壁部および中央部を流れる流体をかき混ぜる攪拌器を設け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通流加熱又は冷却装置の構成を示すもので、図１において、３は被処理物を熱処理する加熱又は冷却体（図示例はローラ本体を構成するロールシェルである。）、４は図示しないモータにより回転してロールシェル３を回転する回転駆動軸、５は中子、６はロータリジョイント、７はポンプ、８は冷却用熱交換器、９は加熱用熱交換器、１０は配管、１１は攪拌器、１２は流体の温度検出器、１３はローラ表面の温度検出器、１４は回転トランス、１５は温度調節器、１６はサイリスタなどの加熱電力制御回路、１７は冷却水調整電磁弁である。

ロールシェル３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密閉室３ａと温度検出器を挿入する挿入孔３ｂが形成され、挿入孔３ｂには、ロールシェル３の表面温度を検出する温度検出器１３が配置され、密閉室３ａ内には、潜熱移動によってロールシェル３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、ロールシェル３の中空内部に中子５が配置され、中子５の中央部を貫通して通流路５ａが形成されている。通流路５ａは回転駆動軸４内を経てロータリジョイント６の流入口に連結され、ロールシェル３の内周壁と中子５の外周壁との間で形成された通流路３ｃは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント６の出口に連結されている。

ロールシェル３内を通流する流体は、ポンプ７により配管１０内を通流して冷却用熱交換器８、加熱用熱交換器９を順に経由して循環する。冷却用熱交換器８は冷却水を通流して配管１０内を通流する流体を適宜冷却する。加熱用熱交換器９は電熱ヒータを有し、このヒータにより配管１０内を通流する流体を所定の温度に加熱してロールシェル３内へ送る。流体加熱器９からロールシェル３内へ送る配管１０には、温度検出器１２が挿入配置され、この温度検出器１２の温度検出信号と、ロールシェル３に配置された温度検出器１３の温度検出信号が温度調節器１５に入力され、予め設定した目標値と比較し、その偏差信号を加熱電力制御回路に送り、電熱ヒータに供給する電力、すなわち流体の温度を制御する。また、温度調節器１５の出力信号は、冷却水調整電磁弁１７を制御し温度変動に伴う流体の温度応答速度を高める。なお、実施例では冷却用熱交換器８と加熱用熱交換器９を備えているが、冷却用熱交換器と加熱用熱交換器のいずれかのみであってもよい。

本発明にしたがい流体加熱器９と温度検出器１２との間の配管内には、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すような配管１０の内壁部および中央部を流れる加熱流体をかき混ぜる攪拌器１１が挿入されている。図２に示す攪拌器１１は、配管１０の内径と略同径のたとえばＳＵＳからなる筒体１１ａと、ＳＵＳからなる直径５ｍｍ程度で筒体１１ａの略内径寸法の丸棒を十文字状に形成した柵体１１ｂ、１１ｃとからなり、筒体１１ａの内部に柵体１１ｂと１１ｃを適宜間隔を隔て、一方の柵体１１ｂと他方の柵体１１ｃが流体の流れる方向に対して重ならないように固定して構成されている。

この攪拌器１１の配管１０内への挿入する簡単な構成により、配管１０の内壁近くを流れる流体と中央部を流れる流体層とが入り混じり、図３に示すように配管１０の中央部を流れる流体２ｂの温度と異なる温度の内壁近くを流れる流体層２ａの厚みが、流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速に関わらず薄くなり、この薄さを維持する時点で流体の温度を検出することにより、流体の熱量、物性値（粘度、密度等）、流速に影響されず、配管内を通流する流体の温度を適正に検出することができる。この検出により流体の熱量、物性値（粘度、密度等）を変更したり、流体の流度を変更しても迅速にローラの表面温度を所定の温度とすることができる。

なお、以上の実施例では、攪拌器１１は丸棒を十文字状に形成した柵体で構成しているが、この構成に限らず配管の内壁近くを流れる流体と中央部を流れる流体とをかき混ぜ、配管内を流れる流体の温度の均一化を図ることができれば、他のたとえば乱流発生器などであっても良い。

また、以上の実施例では、加熱又は冷却体がローラであるが、加熱又は冷却体はローラに限らずたとえば平板状の加熱板やロールであっても良い。この場合、平板状の加熱板やロールの肉厚内に、潜熱移動によって表面の温度を均一化する水などの気液二相の熱媒体を封入する密閉室を形成してもよい。

さらに、以上の実施例は、流体の温度を検出して流体の温度を制御するものであるが、流体の温度を検出して流体の通流量を制御する場合にも適用される。

本発明の実施例に係る流体通流加熱又は冷却装置の構成図である。 本発明の実施例に係る攪拌器の構成を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）背面図である。 配管内を流れる流体の温度分布の説明図である。

符号の説明

２ 流体
３ ロールシェル
４ 回転駆動軸
５ 中子
６ ロータリジョイント
７ ポンプ
８ 冷却用熱交換器
９ 加熱用熱交換器
１０ 配管
１１ 攪拌器
１１ａ 筒体
１１ｂ、１１ｃ 柵体
１２ 流体の温度検出器
１３ ローラ表面の温度検出器
１４ 回転トランス
１５ 温度調節器
１６ 加熱電力制御回路
１７ 冷却水調整電磁弁

Claims (2)

1. 流体を加熱又は冷却する熱交換器と、前記熱交換器で加熱又は冷却された流体を通流して加熱又は冷却する加熱又は冷却体と、前記加熱又は冷却体と前記熱交換器とを連結し前記熱交換器で加熱又は冷却された流体を前記加熱又は冷却体へ送る配管と、前記配管内に流れる流体の温度を検出する検出器とを有し、前記検出器の検出温度に基づいて前記加熱又は冷却体の表面温度を制御してなる流体通流加熱又は冷却装置において、前記配管内に、前記配管内を通流する流体を攪拌する攪拌器を設け、前記攪拌器を介した後の配管内に流れる流体の温度を前記検出器で検出してなることを特徴とする流体通流加熱又は冷却装置。
2. 加熱又は冷却体が流体を通流するローラであることを特徴とする請求項１に記載の流体通流加熱又は冷却装置。

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