JP4961076B2 - 回転可能なロール及びこのロールに使用するデフレクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール本体を備え、このロール本体を温度調節する媒体、特に液体を通過させるための通路がロール本体に付設されている回転可能なロールおよびこのロールに使用するデフレクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このようなロールは多くの用途、例えば製紙、食料品産業、合成樹脂または鋼の圧延、例えば連続鋳造でのストランド圧延において使用される。この場合、ロール本体が、その温度調節、例えば加熱のために、例えば表面に接近して延びる軸方向の通路を備えている。このようなロールは例えば欧州特許出願公開第０６０６６６０号公報から明らかである。
【０００３】
孔によって製作可能であるような平行壁を有する通路の場合、媒体特に加熱液体を通過させるために、層流では多量の熱媒体が必要である。更に、流れ横断面の外側範囲だけが通路の壁、ひいてはロールに対して充分な熱を放出する。内側に位置する流れ部分はその大部分が熱エネルギーをほとんど放出しない。これは効率を低下させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の根底をなす課題は、ロール体への媒体の熱伝達が改善されるように、回転可能なロールを形成することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は、請求項１に記載の特徴を有するロールによって解決される。本発明の有利な実施形は請求項２〜１２に記載されている。
【０００６】
請求項１記載の本発明に係るロールによって、流れは層流と異なるようになる。すなわち、乱流が生じる。この乱流によって、単位時間当たりの、ロール本体の通路を流れる温度調節媒体の流量が減少する。それによって、温度調節媒体、例えば加熱液体が節約される。同時に、ロールへの熱伝達が改善され、温度調節媒体の大部分が通路の壁に接触する。
【０００７】
更に、発明の範囲外とはなるが、分離体を設けることによって、通路内の小さな横断面が媒体流れに供されるので、温度調節媒体の速度が高められる。それによって、良好な熱伝達が保証される。更に、このようにして分割された通路を同時に、温度調節媒体のための前進通路部分（供給通路部分）または戻り通路部分として使用可能である。ここで、通路の二分割、三分割または四分割が有利である。それ以上の分割も考えられる。分離体が２条以上のらせん体の形をしていると特に有利である。それによって、らせん部だけによって、温度調節媒体の乱流化が達成される。更に、進むべき距離が長いことによって、温度調節媒体の滞在時間が長くなる。乱流化、滞留時間の増大および通路を狭くすることによる速度上昇は、最適な熱伝達を生じる。
【０００８】
デフレクタが組み込み状態で通路の方向に連続する縦方向長さを有すると、変向範囲は通路の長さの大部分にわたって延設可能である。そして、熱伝達が通路の大きな縦方向範囲にわたって改善される。変向範囲を少なくともデフレクタの外側範囲に配置する場合、通路壁に隣接する領域内に、乱流（渦）が発生する。それによって、効率が非常に良好となる。その際、デフレクタは剛性のある縦軸を有し、１つの変向範囲を形成する。
【０００９】
変向範囲が周りを流れる媒体を回転させると、きわめて望ましい状態が生じる。これは例えば、縦軸に沿って連続するデフレクタのらせん状の形状によって達成可能である。
【００１０】
変向範囲がデフレクタの軸方向長さにわたって変化するピッチを備えていると、異なる強さの温度調節媒体をロール範囲を適切に作用させることができる。
分離体とデフレクタが１つの通路に挿入されていると特に有利である。この場合、分離体はデフレクタの支持体としての働きをしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
他の効果と特徴は、図に示した本発明の対象の実施の形態から明らかである。本発明によるロール（図８に示してある）は、ロールの温度を調節するために、媒体、特に液体のための軸方向の複数の流通通路１，１０１，２０１，３０１，５０１，６０１を備えている。この通路はロール内において周囲にわたって分配配置されている。このような通路は例えば孔によって形成可能であり、そして直線的に延長可能である。すべての場合において、１個のロールにこのような複数の通路が設けられている。このようなロール本体は両側にフランジ付きピンを備えている。このフランジ付きピンによって、外部の加熱媒体または冷却媒体の供給装置に接続されている。中空ロール（図８）の場合、中央の軸方向の中空範囲は温度調節媒体用の通路４０１として利用可能である。この通路４０１は例えば供給管路（前進管路）としての働きをし、周囲にある通路１，１０１，２０１，３０１，５０１，６０１は戻り管路としての働きをするかあるいはその逆の働きをする。中央の通路４０１は流れ状態を良好に調整するために、デフレクタ４０５を備えることができる。このデフレクタの外形寸法は中空室の軸方向と半径方向の寸法に適合している。
【００１２】
図３には、直線的に延びる通路１が示してある。この通路はロールの一方の側に、流通する媒体のための入口Ｅを有し、他方の側に出口Ａを備えている。
他の実施の形態（図５）の場合、通路１０１の入口Ｅと出口Ａは通路を取り囲むロールの同じ側に設けられている。入口と出口の反対側に、軸方向の端範囲１０２があり、この端範囲には通路１０１の１８０°の方向変換部が形成されている。それによって、出口Ａ側に生じる戻り通路部分１０３が形成される。
【００１３】
図６のｃの実施の形態では、２つの方向変換部２０２が形成されている。従って通路２０１の入口側Ｅと出口側Ａはロールの両側に位置している。図６のｄでは、３つの方向変換部３０２が設けられているので、このような通路３０１の入口Ｅと出口Ａはロール本体の同じ側に位置する。このようなすべての通路１，１０１，２０１，３０１はほぼロール本体の軸方向長さにわたってあるいは全長にわたって形成されている。
【００１４】
通路５０１は、外側に位置する２つの入口管路Ｅが中央の１つの出口管路Ａに案内されるように形成されている。従って、流入口と流出口Ｅ，Ａの数が異なっている。同じことが図７のｂの通路系にも当てはまる。この通路系の場合、流入口と流出口が交替している。図７のｃの通路６０１は３つの入口Ｅと１つの出口Ａを備えているので、この場合でも、流入口Ｅと流出口Ａの数は異なっている。
【００１５】
図１に示したデフレクタ５は、その縦軸線６に対して平行に縦方向長さＬを有する。デフレクタ５は縦軸線６を取り巻くスクリューとして形成された変向範囲７を有し、この変向範囲は縦軸線６に対して傾斜している。通路１，１０１，２０１，３０１，５０１，６０１内の組み込み状態では、変向範囲７は通路１，１０１，２０１，３０１，５０１，６０１の壁１ａに対して鋭角をなしている。
【００１６】
図２のデフレクタ１０５は剛性を有するように形成された中央軸１０６を備えている。この中央軸の回りに、らせん状に形成された斜めの変向範囲１０７が延びている。変向範囲はスクリューのように、デフレクタ１０５の全長Ｌにわたってつながっているかあるいは斜めの個々の複数の変向範囲１０７が設けられている。
【００１７】
別の例（本発明の範囲外である）では、デフレクタ２０５全体がコイルばね状の部材として形成されているので、縦軸線６は変向範囲２０７によってのみ取り囲まれている。図３，５は、温度調節可能なロール、例えば中空円筒状のロールのロール本体内に配置された通路１または１０１で使用するときのデフレクタ２０５を示している。上述のように、このような通路１，１０１は他の実施の形態の通路と同様に、外側のロール表面の下方にこの表面に接近して設けられている。それによって、効果的な加熱を行うことができる。
【００１８】
図示したすべてのデフレクタ５，１０５，２０５，４０５は加熱媒体内に乱流を生じるので、個々の流動媒体部分は通路１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１内で長い距離を進み、従って滞在時間、ひいてはエネルギー伝達時間が長い。この作用は乱流によって媒体の部分の流速が区域的に増大したときにも引続き得られる。更に、形状が安定していないで流入する媒体によって形成されるこのような変向範囲７，１０７，２０７，４０７を有するデフレクタ５，１０５，２０５，４０５も可能である。それによって、媒体の混沌として流れが生じる。この流れは時間の経過または圧力の変化時に、通過する媒体によって変化し得る。
【００１９】
ばねに似たデフレクタまたは異なるように変形可能なデフレクタ２０５を使用する場合には、運転中、変向範囲２０７のピッチまたはデフレクタの長さＬを変更することができる。それによって乱流の状態と、場合によって付加的に形成される回転に影響を与えることができ、従って流速、流入する液量またはガス量、滞在時間、流入した媒体の乱流に影響を与えることができる。変向範囲７，１０７，２０７，４０７のピッチがデフレクタ５，１０５，２０５，４０５の軸方向の延長状態によって変化し得るので、小さなピッチを有する範囲７ａと大きなピッチを有する範囲７ｂが存在する。同じピッチまたは異なるピッチ７ａ，７ｂを有する範囲は更に、互いに空間的に離隔することができる。
【００２０】
図９は、通路内に挿入可能な２条ねじ（２条のらせん溝）７０の形をした分離体５０を示している。その際、一方のらせん溝内では温度調節媒体の前進流れ（往路の流れ）が生じ、他方のらせん溝内では温度調節媒体の戻りが行われる。その際、１つの通路内で往復案内を行うこともできる。更に、一方の通路のらせん溝内で温度調節媒体を前進させ、他方の通路のらせん溝内で温度調節媒体を戻しことができる。更に、１つの通路の両らせん溝に、前進する温度調節媒体または戻る温度調節媒体を供給することができる。この場合、異なる温度調節媒体、すなわち、粘度およびまたは温度およびまたは速度が異なる温度調節媒体を供給することができる。
【００２１】
図９では、温度調節媒体を前進させために使用される両らせん溝のリード角が、流れ方向に連続的に小さくなっている。それによって、温度調節媒体の移動距離が長くなり、滞在時間が長くなり、そして速度を高まるので、良好な熱伝達が可能となる。
【００２２】
図１０は分離体５０を示している。この分離体は同時にデフレクタを一体的に備えている。この分離体は通路の一部範囲内に全く任意に配置されている。通路の第２の範囲内には、連続的に変化するピッチを有するデフレクタが設けられている。
【００２３】
コンピュータ支援のシミュレーションによって、このようなデフレクタおよびまたは分離体の最適化が達成可能であるので、熱放出はロール本体の軸方向長さ全体にわたってできるだけ均一に行われる。ピッチ７ａ，７ｂが変化する場合、代替的に、区域的に制御可能な熱放出が可能である。
【００２４】
図示したデフレクタ５，１０５，２０５，４０５と分離体は任意の他の形状を有していてもよい。デフレクタと分離体は後で通路１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１に挿入可能である。それによって、組み立てが非常に容易になる。これにより、慣用のロールも装備変更可能である。
【００２５】
変向範囲７，１０７，２０７，４０７は必ずしも、図示した実施の形態のように媒体を回転させる必要はない。しかし、これは温度調節すべきロールの通路内での乱流の均一で予測可能な連続を可能にする。
【００２６】
デフレクタ５，１０５，２０５，４０５およびまたは分離体は、使用される媒体に応じて、異なる材料で形成可能である。例えば、腐食性媒体を使用する場合には、特殊鋼または合成樹脂によって形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】スクリュー状に形成されたデフレクタを示す図である。
【図２】剛性を有する中央の縦軸上に、スクリューが配置されている、図１と類似のデフレクタを示す図である。
【図３】例えばロール本体内の孔として形成された直線的な加熱通路を示す図である。
【図４】全体がコイルばねのように形成されたデフレクタを示す図である。
【図５】１８０°だけ方向変換し、流入口と流出口が同じロール側に設けられている。加熱通路を示す図である。
【図６】ａは複数のいわゆる単一通過型通路の平行配置構造を示す図、ｂは流入口と流出口が一方の側に設けられている二重通過型構造を示す図、ｃは２つの方向変換部を有する三重通過型構造を示す図、ｄは通路がそれぞれ１８０°だけ３回方向変換する四重通過型構造を示す図である。
【図７】ａは２つの流入口が１つの流出口に接続する構造を示す図、ｂは１つの流入口が２つの流出口に接続する逆の配置構造を示す図、ｃは３つの流入口が１つの流出口に接続する構造を示す図である。
【図８】温度調節媒体のための流通通路として使用される中央の中空室を備え、この中空室内にデフレクタが挿入されている、ロールの概略的な断面図である。
【図９】らせん体のリード角が流れ方向に連続的に小さくなっている、２条ねじのらせん体の形をした分離体を示す図である。
【図１０】同時にデフレクタを備えた分離体を示す図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１ 通路
５，１０５，２０５，４０５ デフレクタ
６ 縦軸
７，１０７，２０７，４０７ 変向範囲
７ａ，７ｂ 変向範囲
５０ 分離体
６０ 条片
７０ らせん体
１０２，２０２，３０２ 方向変換部
１０３，２０３，３０３ 戻り部通路部分
Ｌ 縦方向長さ

Claims (12)

1. ロール本体を備え、このロール本体を温度調節する液体を通過させるための複数の通路（１；１０１；２０１；３０１；４０１；５０１；６０１）がロール本体内にてその軸線方向に平行に形成されている、回転可能なロールにおいて、剛性を有する中央軸として形成された縦軸（６）を有し上記液体に作用するデフレクタ（５；１０５；２０５；４０５）が、上記通路の少なくとも一部範囲に挿入され、上記デフレクタが組み込み状態で、通路の壁範囲（１ａ）に対して鋭角をなす変向範囲（７；１０７；２０７；４０７）を少なくとも部分的に備え、この変向範囲が上記縦軸（６）を取り囲み、ほぼ軸方向に向いた温度調節液体流れを、付加的な流れ方向に案内することを特徴とするロール。
2. 変向範囲（７；２０７）がデフレクタ全体を取り囲んでいることを特徴とする請求項１記載のロール。
3. 変向範囲（７；１０７；２０７；４０７）がその周りを流れる媒体を回転させることを特徴とする請求項１または２に記載のロール。
4. 変向範囲がデフレクタ（５；１０５；２０５；４０５）の縦方向（Ｌ）に傾斜したらせんの形をしていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロール。
5. 変向範囲（７；１０７；２０７；４０７）がスクリューとして形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のロール。
6. 少なくとも１つの通路（１０１；２０１；３０１；５０１；６０１）が軸方向端部範囲に、１８０°の方向変換部（１０２；２０２；３０２）と、平行な戻り部（１０３；２０３；３０３）を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のロール。
7. 少なくとも１つの通路（２０１；３０１；５０１；６０１）が複数の方向変換部（２０２；３０２）を備えていることを特徴とする請求項６に記載のロール。
8. 少なくとも１つの通路（５０１；６０１）が異なる数の媒体用流入口（Ｅ）と流出口（Ａ）を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のロール。
9. デフレクタ（５；１０５；２０５；４０５）が異なるピッチの変向範囲（７ａ；７ｂ）を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のロール。
10. デフレクタ（５；１０５；２０５；４０５）の縦軸線（６）がその長さに沿ってその直径の偏差を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のロール。
11. 変向範囲（７；７ａ；７ｂ）の間隔が互いに異なる寸法を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のロール。
12. デフレクタ（４０５）が、混沌とした流れを生じるために、統計的に任意の方向に向いた変向面範囲を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロール。

Images