(57)【要約】【課題】  発熱体の発熱温度とその発熱体で加熱される流体の温度との差を小さくし、所定の熱量を流体に効率よく伝達できるようにすること。【解決手段】  熱媒体通流ローラ装置などの流体循環路に配置し、前記流体循環路に流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、閉磁路鉄心１に巻回した１次コイル２と２次コイル３とからなる変圧器構成における２次コイル３を、循環する流体を通流する貫通孔が形成されたＳＵＳなどからなる導電体を巻回して構成し、その２次コイル３の両端同士を電気的に短絡し、その短絡によって発熱する２次コイル３の熱を２次コイルの貫通孔を流れる流体に伝達する。これにより、流体と接触する発熱面積を大きくすることができ、２次コイルの発熱温度とその２次コイルで加熱される流体の温度との差を小さくしても、所定の熱量を流体に伝達することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体循環路に配置し、前記流体循環路に流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、前記流体加熱装置は、閉磁路鉄心と前記鉄心に巻回された１次コイルと循環する流体を通流する貫通孔が形成された導電体を巻回した２次コイルを有し、前記２次コイルの両端同士を電気的に短絡して構成され、短絡した２次コイルに流れる電流により発生する熱を、前記貫通孔を流れる流体に伝達してなることを特徴とする流体加熱装置。
【請求項２】
循環する流体路に加熱装置を配置し、前記加熱装置で加熱された流体をローラ内部に通流して前記ローラを加熱し、前記ローラの表面に当接する処理物を熱処理してなる熱媒体通流ローラ装置において、前記加熱装置を請求項１に記載の加熱装置としてなることを特長とする請求項１に記載の加熱装置を使用する熱媒体通流ローラ装置。
【請求項３】
ローラの肉厚内に前記ローラの軸方向と同方向に伸びる密閉室を形成し、前記密閉室に気液二相の熱媒体を封入してなることを特徴とする請求項２に記載の熱媒体通流ローラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体加熱装置及びその装置を使用した熱媒体通流ローラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
そして、この場合のローラ装置として、ローラ本体を構成するロールシェルの表面近くの肉厚内に軸心方向と同方向に密閉室を形成し、その密閉室に気液二相の熱媒体を封入するとともに、流体からなる熱媒体が加熱装置を介して循環する循環路にロールシェルを配置し、そのロールシェル内に加熱された熱媒体を通流してロールシェルを所定の温度に維持するようにした熱媒体通流ローラ装置が開発されている。このローラ装置では、密閉室の気液二相の熱媒体による潜熱移動と相俟って、ロールシェル内を通流する熱媒体の流量、すなわち循環路に流す流量を低減することができ、配管の径やポンプの容量が低減され省エネルギーとすることができる。
【特許文献１】特開２００４−１９５８８８号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、循環する熱媒体を加熱する加熱源は発熱面積の小さい抵抗発熱線が用いられているため、多くの熱を流体に伝達するには、抵抗発熱線の温度を高く設定する、すなわち抵抗発熱線の発熱温度とこの抵抗発熱線で加熱される流体の温度との差を大きくする必要がある。しかし、流体の耐熱温度以上に抵抗発熱線の温度を上げることができず、所定の熱量を流体に伝達できない場合があるといった問題があった。  
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、発熱体の発熱温度とその発熱体で加熱される流体の温度との差を小さくし、流体の耐熱温度以下で所定の熱量を流体に伝達できるようにし、斯かる問題を解消する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流体循環路に配置し、前記流体循環路に流れる流体を加熱する流体加熱装置であって、前記流体加熱装置は、閉磁路鉄心と前記鉄心に巻回された１次コイルと循環する流体を通流する貫通孔が形成された導電体を巻回した２次コイルを有し、前記２次コイルの両端同士を電気的に短絡して構成され、短絡した２次コイルに流れる電流により発生する熱を、前記貫通孔を流れる流体に伝達してなることを最も主な特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、閉磁路鉄心に巻回した１次コイルと２次コイルとからなる変圧器構成における２次コイルを、循環する流体を通流する貫通孔が形成された導電体を巻回して構成し、その２次コイルの両端同士を電気的に短絡し、その短絡によって発熱する２次コイルの熱を２次コイルの貫通孔を流れる流体に伝達するので、流体と接触する発熱面積を大きくすることができ、２次コイルの発熱温度とその２次コイルで加熱される流体の温度との差を小さくしても、所定の熱量を流体に伝達することができる。また、閉磁路鉄心を備えた変圧器構成であるため、力率は７０〜１００％と高く小さい電源で効率よく流体を加熱することができ、特に小径の配管内を通流する加熱された熱媒体により加熱するローラ装置における熱媒体の加熱源として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
発熱体の発熱温度とその発熱体で加熱される流体の温度との差を小さくし、流体の耐熱温度に関わらず所定の熱量を流体に伝達できるようにする目的を、閉磁路鉄心とこの鉄心に巻回された１次コイルと両端同士を電気的に短絡した２次コイルとからなる変圧器構成で、２次コイルを構成する導電体を管体とし、その管体の中空内部に流体を流し、短絡した２次コイルが発生する熱を、管内を流れる流体に伝達することにより実現した。
【実施例１】
【０００９】
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構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、図２はコイル断面図である。  図１および図２において、１は鉄心、２は１次コイル、３は２次コイル、４は循環する流体を通流する母管である。鉄心１はヨーク鉄心の両端に脚鉄心を備えた閉磁路をなし、１次コイル２は鉄心１の両端の脚鉄心の夫々に巻回されている。２次コイル３は、貫通孔が形成された管状のＳＵＳ（ステンレススチール）などの導電体からなり、各１次コイル２の外周に沿ってそれぞれ巻回され、本実施例では図２に示すように、各２次コイル３は、２つのコイル３−１、３−２が並列に巻回され、各２次コイル３の両側の端部は図示しない短絡用の導体によって電気的に短絡されている。
【００１０】
このように構成した流体加熱装置は、流体循環路に配置するとき各２次コイル３の端部に設けたフランジ３ａ、３ｂと母管４のフランジ４ａと合わせて連結する。この連結により循環する流体は各２次コイル３の貫通孔を経由して循環する。本実施例では各１次コイル２は並列に接続されており、各１次コイル２に単相（Ｕ−Ｖ）の交流電圧を印加すると、短絡用の導体を経て２次コイル３に短絡電流が流れ、その電流で２次コイル３は抵抗発熱し、この熱は貫通孔を通過する流体に伝達され、その流体は貫通孔を通過する間加熱される。
【００１１】
なお、図１に示す実施例は、閉磁路鉄心１に２つの１次コイル２を巻回し、各１次コイル２の夫々に両端を短絡した２つの２次コイル３、すなわち２つの並列流路を設けているが、１次コイル２の数や２次コイル３の数は任意である。また、１次コイルの一部を短絡して２次コイルとする、いわゆる単巻きとしても良い。
【実施例２】
【００１２】
図３は本発明の他の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、図４はコイル断面図である。この実施例は三相の交流電圧を用いる場合の流体加熱装置で、図１に示す実施例と対応する部分には同一の符号を付している。鉄心１はヨーク鉄心の両端と中央部に脚鉄心を備えた閉磁路をなし、各脚鉄心の夫々に１次コイル２が巻回されている。２次コイル３は、貫通孔が形成された管状のＳＵＳ（ステンレススチール）などの導電体からなり、各１次コイル２の外周に沿ってそれぞれ巻回され、本実施例では図３に示すように、各２次コイル３は１つのコイルとされ、各２次コイル３の両側の端部は図示しない短絡用の導体によって電気的に短絡されている。
【００１３】
このように構成した流体加熱装置は、流体循環路に配置するとき各２次コイル３の端部に設けたフランジ３ａ、３ｂと母管４のフランジ４ａと合わせて連結する。この連結により循環する流体は各２次コイル３の貫通孔を経由して循環する。この実施例では各１次コイル２はΔ結線されており、各１次コイル２の夫々に三相（Ｕ−Ｖ，Ｖ−Ｗ，Ｗ−Ｕ）の交流電圧を印加すると、短絡用の導体を経て２次コイル３に短絡電流が流れ、その電流で２次コイル３は抵抗発熱し、この熱は貫通孔を通過する流体に伝達され、その流体は貫通孔を通過する間加熱される。
【００１４】
なお、図３に示す実施例は、閉磁路鉄心１に３つの１次コイルを巻回して各１次コイルをΔ結線しているが、各１次コイルをＹ結線とし、各１次コイルの一部を短絡して２次コイルとする、いわゆる単巻きとしても良い。また、１次コイルを２つとし、１つの１次コイルの一端を他の１つの１次コイルの中間に接続し、他端および他の１つの１次コイルの両端を夫々に三相の交流電源の各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に接続するようにしても良い。この場合、２つの閉磁路鉄心に各１次コイルと２次コイルを巻回するように構成することができる。
【００１５】
以上、実施例１および実施例２のいずれにおいても、閉磁路鉄心に巻回した１次コイルと２次コイルとからなる変圧器構成における２次コイルを、循環する流体を通流する貫通孔が形成された導電体を巻回して構成し、その２次コイルの両端同士を電気的に短絡し、その短絡によって発熱する２次コイルの熱を２次コイルの貫通孔を流れる流体に伝達するので、流体と接触する発熱面積を大きくすることができ、２次コイルの発熱温度とその２次コイルで加熱される流体の温度との差を小さくしても、所定の熱量を流体に伝達することができる。また、閉磁路鉄心を備えた変圧器構成であるため、漏洩磁束が少なく力率は７０〜１００％と高く小さい電源で効率よく流体を加熱することができる。
【実施例３】
【００１６】
図５は、以上のように構成した流体加熱装置を熱媒体通流ローラ装置に使用した例を示すもので、図５において、２は図示しない閉磁路鉄心に巻回された１次コイル、３は        管状の２次コイル、１１はローラ本体を構成するロールシェル、１２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、１３は中子、１４はロータリジョイント、１５は貯油タンク、１６は油（熱媒体）、１７はポンプ、１８はサイリスタなどからなる電力制御回路、である。
【００１７】
ロールシェル１１は円筒状をなし、この例ではその肉厚内部にロールシェル１１の軸方向と同方向に延びる密閉室１１ａと温度センサ挿入孔１１ｃが形成され、密閉室１１ａ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、温度センサ挿入孔１１ｃには、ロールシェル１１の表面温度を検出する温度センサ１９が配置されている。そして、ロールシェル１１の中空内部に中子１３が配置され、中子１３の中央部を貫通して熱媒体の通流路１３ａが形成されている。熱媒体の通流路１３ａは回転駆動軸１２内を経てロータリジョイント１４の流入口に連結され、ロールシェル１１の内周壁と中子１３の外周壁との間で形成された熱媒体の通流路１１ｃは回転駆動軸２内を経てロータリジョイント１４の出口に連結されている。なお、熱媒体はロールシェル１の一方の端部から他方の端部へ通流する場合もある。
【００１８】
貯油タンク１５の油（熱媒体）１６は管状の２次コイル３を通り、所定の温度に加熱され、その油１６がポンプ１７によってロールシェル１１内に送られ、熱媒体１６の通流路１３ａおよび１１ｃを通流し、貯油タンク１５へ排出される。２１は管状の２次コイル３からロールシェル１１へ供給する熱媒体１６の温度を検出する温度センサであり、この温度センサ２１の検出温度と、回転体のロールから固定体の外部へ取り出すたとえばロータリ変成器２０を介して取り出した温度センサ１９の検出温度とを適宜目標値S1とS2と比較し、その偏差に応じた制御信号を電力制御回路１８へ送り、１次コイル２に流す電流を制御し、２次コイル３内を通流する熱媒体１６の温度を制御する。
【００１９】
このように構成した熱媒体通流ローラ装置では、循環する熱媒体１６は管状の２次コイル３内を通流する間にその内壁全面で加熱されるので、熱媒体１６への伝熱面積が大きくなり、ローラ内部へ送る熱媒体１６の温度制御がし易く高効率な加熱が可能となる。また、管状の２次コイル３内の熱媒体１６の流速を上昇させることができ、熱媒体がオーバーヒートしにくい構造とすることができる。
【００２０】
なお、以上の熱媒体通流ローラ装置では、ロールシェルの肉厚内部に気液二相の熱媒体を封入する密閉室を有するが、斯かる密閉室を備えていない熱媒体通流ローラ装置においても同様の効果を享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１に示す流体加熱装置のコイルの断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る流体加熱装置の構成を示す構成図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】図３に示す流体加熱装置のコイルの断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る熱媒体通流ローラ装置全体の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  閉磁路鉄心
２  １次コイル
３、３−１、３−２  管状の２次コイル
３ａ、３ｂ  フランジ
４  母管
４ａ  フランジ
１１  ロールシェル
１１ａ  密閉室
１２  回転駆動軸
１３  中子
１４  ロータリジョイント
１５  貯油タンク
１６  熱媒体
１７  ポンプ
１８  電力制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007128751.tif 000006
【図５】
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