JP2011033277A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプへの空気の混入を防止し、所定の温度の冷却液を安定して送り続けることができるコンパクトなタンクの冷却装置を提供する。
【解決手段】冷却液を貯留するタンク１０の内部を、仕切り壁１１で低温槽１３と高温槽１２に分割する。仕切り壁１１は、タンク１０内の冷却液の平均液面より下方に連通部１４を有している。低温槽１３に接続し、第１ポンプ４０と被冷却体の熱交換路９１とを介して、高温槽１２に接続する第１循環路２０と、高温槽１３に接続し、第２ポンプ５０と冷却液冷却用の熱交換器８０とを介して、低温槽１３に接続する第２循環路３０を設ける。
そして、低温槽１３から熱交換路９１までの間に温度センサ６０を配設し、温度センサ６０の計測値に基づき、第２ポンプを作動または停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却液のタンクを有し、冷却液を強制循環させて被冷却体を冷却する冷却装置に関するものである。

冷却水を貯留するタンクを有し、冷却水を強制循環させて被冷却体を冷却する冷却装置として、タンクを小型化するために、タンクの内部に仕切り壁を設け、低温槽と高温槽に分割した特許文献１記載の装置が知られている。

確かに、特許文献１の装置は、従来の冷却装置よりもタンクが小型化されている。しかし、冷却水の温度調節をする際、冷却水が仕切り壁の上を乗り越えるため、その際、泡を生じさせ、ポンプに空気が混入するおそれがあった。また、被冷却体に送られる冷却水の温度、すなわち低温槽の冷却水の温度が下がりすぎたときに、高温槽の高温の冷却水を仕切り壁の上から低温槽に流入させ低温槽の冷却水の温度を調節するようになっているが、高温の冷却水のほうが低温の冷却水より比重が小さいため、すぐに混合せず、被冷却体に送られる冷却水の温度が所定の温度になる頃には、低温槽の冷却水の温度が高くなりすぎてしまうおそれがあった。つまり、被冷却体に送る冷却水の温度を一定に保つのが困難であった。

特開平１０−２６５２号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ポンプへの空気の混入を防止し、所定の温度の冷却液を安定して送り続けることができるコンパクトなタンクの冷却装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、
内部の仕切り壁にて低温槽と高温槽とが形成された冷却液を貯留するタンクと、
前記低温槽に低温液吸入口で接続され、被冷却体の熱交換路を介して、前記高温槽に高温液吐出口で接続される第１循環路と、
前記高温槽に高温液吸入口で接続され、冷却液冷却用の熱交換器を介して、前記低温槽に低温液吐出口で接続される第２循環路と、
前記第１循環路に冷却液を強制循環させる第１ポンプと、
前記第２循環路に冷却液を強制循環させる第２ポンプと、
前記低温液吸入口から前記被冷却体の熱交換路までの間の前記第１循環路内に配設され、前記被冷却体に送られる冷却液の温度を計測する第１温度センサと、
第１温度センサの計測値に基づき、第２ポンプを作動または停止させる第２ポンプ制御部と、
を備える冷却装置において、
前記仕切り壁は、前記タンク内の冷却液の平均液面より下方に連通部を有していることを特徴としている。

請求項に２に係る発明は、請求項１に記載の冷却装置において、
前記連通部は、前記仕切り壁の下部に設けられていることを特徴としている。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の冷却装置において、
前記低温液吸入口と前記高温液吸入口は、それぞれ前記タンクの下部に配設され、
前記高温液吐出口と前記低温液吐出口は、それぞれ前記低温液吸入口と前記高温液吸入口の近傍に配設されていることを特徴としている。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置において、
前記被冷却体は、プレス型であることを特徴としている。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載の冷却装置において、
前記被冷却体の熱交換路から前記高温液吐出口までの間の前記第１循環路内に、第２温度センサがさらに配設され、
前記第２ポンプ制御部は、第２ポンプが停止している状態において第２温度センサの計測値に基づき第２ポンプを作動させ、または、第２ポンプが作動している状態において第２温度センサの計測値に基づき第２ポンプを停止させることを特徴としている。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、第１ポンプを常に運転させた状態にして、第２ポンプを作動させることで、低温槽の冷却液の温度を低下させ、第２ポンプを停止させることで、低温槽の冷却液の温度を上昇させることができる。これにより、コンパクトなタンクで低温槽の冷却液の温度を一定に保つことができ、その結果、所定の温度の冷却液を被冷却体の熱交換路に送り続けることができる。また、第２ポンプを停止させたときに高温槽の冷却液が仕切り壁の連通部を通って低温槽に移動するが、連通部は、タンク内の冷却液の平均液面よりも下方に設けられているため、冷却液の移動の際、泡が生じることはなく、ポンプのエア噛みを防止することができる。
そして、パスカルの原理により、冷却液の液面高さは平均液面を維持するため、タンクから冷却液が溢れることはない。

上記のように構成した請求項２に係る発明によれば、高温槽から低温槽に流入した冷却液を低温槽の冷却液と短時間に混合させることができる。高温槽の冷却液のほうが低温槽の冷却液よりも比重が小さいため、例えば仕切り壁の上から冷却液を流入させたのでは低温槽の冷却液と混合されるのに時間がかかってしまう。この点、本願発明では、仕切り壁の下部から冷却液を流入させるため、効率よく混合させることができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明によれば、高温液吐出口と高温液吸入口とが近くに配設されているため、高温液吐出口から高温槽に吐出される冷却液は、高温槽の冷却液の温度の影響をほとんど受けることなく、そのまま第２循環路に吸入される。また、低温液吐出口と低温液吸入口とが近くに配設されているため、低温液吐出口から低温槽に吐出された冷却液は、低温槽の冷却液の温度の影響をほとんど受けることなく、そのまま第１循環路に吸入される。これにより、高温槽および低温槽の冷却液全体の温度が低下するのを待たずに被冷却体の状態に反応し、第２ポンプを停止させることができる。そして、さらに、第２ポンプを始動または再始動させる場合には、高温槽および低温槽の冷却液全体の温度の影響をあまり受けることなく、短時間で定常時の運転状態に安定させることができる。
また、連通部は仕切り壁の下部に設けられ、高温液吐出口および低温液吸入口もタンクの下部に設けられていることから、高温液吐出口から高温槽に吐出された冷却液は、高温槽の冷却液の温度の影響をあまり受けることなく低温槽に移動しやすくなっており、さらに、低温槽に移動した後も低温槽の冷却液の温度の影響をあまり受けることなく、低温液吸入口に吸入されやすくなっている。これにより、高温槽および低温槽の冷却液全体の温度が上昇するのを待たずに被冷却体の状態に反応し、第２ポンプを作動させることができる。
また、第１循環路および第２循環路からタンクに送られる冷却液がそれぞれ高温槽および低温槽の冷却液の液面下で吐出されるため、吐出時の泡の発生を防ぐことができ、ポンプのエア噛みを防止することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明によれば、被冷却体であるプレス型を所定の温度の冷却液で冷却し続けることができる。本願発明は、特にプレス型の冷却に適しているものである。

上記のように構成した請求項５に係る発明によれば、プレス機の一時停止等のためにプレス型の熱交換路から高温槽に送られる冷却液の温度が下がった場合、第２ポンプを停止させるタイミングをより早くすることができ、プレス型の熱交換路に送られる冷却液の温度が下がりすぎてしまうことを防止できる。また、プレス機の運転を再開した等の理由によりプレス型の熱交換路から高温槽に送られる冷却液の温度が上がった場合、第２ポンプを作動させるタイミングをより早くすることができ、定常時の運転状態になるまでの時間をより短縮できる。

実施例１の概略を示す全体図である。 第２ポンプ停止時のタンク内の冷却液の流れを示す模式図である。 第２ポンプ作動時のタンク内の冷却液の流れを示す模式図である。 実施例２の概略を示す全体図である。

以下、本発明の冷却装置を具体化した実施例について図面を参照しつつ説明する。

まず、実施例１の冷却装置１の構成について、図１を参照して説明する。冷却装置１はタンク１０、第１循環路２０、第２循環路３０、第１ポンプ４０、第２ポンプ５０、温度センサ６０、第２ポンプ制御部７０、熱交換器８０、チラー８１、プレス型９０で構成される。

タンク１０には、内部に仕切り壁１１が設けられ、タンク１０の内部を高温槽１２と低温槽１３とに分割している。仕切り壁１１の下端は、タンク１０の底部からやや離れたところに設けられ、その仕切り壁１１の下端とタンク１０内の底部との間に連通部１４が形成されている。この連通部１４の開口面積は、第１循環路２０を循環する冷却液の流量が十分連通する大きさである。本実施形態では、少なくとも後述のとおり毎分Ｃリットルの冷却液が連通可能な開口面積となっている。

第１循環路２０は、低温液吸入口２１で低温槽１３に接続され、プレス型９０に設けられた冷却用通路９１（本発明の被冷却体の熱交換路に相当する。）を介して、高温液吐出口２２で高温槽１２に接続されている。低温液吸入口２１は、低温槽１３側のタンク１０の側面下部に配設された管の先端部である。高温液吐出口２２は、高温槽１２の上部からタンクの底部に向かって延びる管の先端部である。そして、低温液吸入口２１と高温液吐出口２２は、近傍に配設されている。

第２循環路３０は、高温液吸入口３１で高温槽１２に接続され、チラー８１に接続された熱交換器８０を介して、低温液吐出口３２で低温槽１３に接続されている。高温液吸入口３１は、高温槽１２側のタンク１０の側面下部に配設された管の先端部である。低温液吐出口３２は、低温槽１３の上部からタンクの底部に向かって延びる管の先端部である。そして、高温液吸入口３１と低温液吐出口３２は、近傍に配設されている。

第１ポンプ４０は、渦巻きポンプであり、第１循環路２０に冷却液を強制循環させる。第１ポンプは、本冷却装置１が作動している間は、常に一定の能力で運転されている。
第２ポンプ５０は、渦巻きポンプであり、第２循環路３０に冷却液を強制循環させる。第２ポンプ５０は、第２ポンプ制御部７０によって、作動または停止される。

温度センサ６０は、低温液吸入口２１から冷却用通路９１までの間の第１循環路２０内に配設され、冷却用通路９１に送られる冷却液の温度を計測する。計測値は第２ポンプ制御部７０に送られる。
第２ポンプ制御部７０は、温度センサ６０の計測値に基づいて、第２ポンプ５０を作動または停止させる。

つぎに、冷却装置１がどのように作動するかについて、プレス機の定常運転時、プレス機の一時停止時、プレス機の運転を再開した時の順に説明する。本装置の目的は、被冷却体であるプレス型９０を所定の温度に維持することである。プレス機が定常間隔で運転されている場合に、プレス型９０を所定の温度に維持するためには、冷却用通路９１に継続して何℃の冷却液を毎分何リットル送らなければいけないか、あらかじめ調べておくことが可能である。また、それが決まると、冷却用通路９１を経由した冷却液の温度、すなわち高温槽１２に送られる冷却液の温度も決まる。
本実施形態では、プレス型９０を所定の温度に維持するためには、継続してＡ℃の冷却液を毎分Ｃリットル送る必要があり、冷却用通路９１を経由した冷却液の温度は、Ｂ℃であるとする。
第１ポンプ４０は、第１循環路２０の抵抗を考慮して冷却液を毎分Ｃリットル送る能力を備えている。また、第２ポンプ５０は、第２循環路３０の抵抗を考慮して冷却液を毎分Ｃリットル送る能力を備えている。

（１）プレス機の定常運転時
低温槽１３のＡ℃の冷却液は、第１ポンプ４０によって、低温液吸入口２１から第１循環路２０に毎分Ｃリットル吸入され、プレス型９０の冷却用通路９１を通って、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出される。高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出される冷却液は、毎分Ｃリットルで、温度はＢ℃である。
高温槽１２のＢ℃の冷却液は、第２ポンプによって、高温液吸入口３１から第２循環路３０に毎分Ｃリットル吸入され、チラー８１に接続された熱交換器８０を通って、低温液吐出口３２から低温槽１３に吐出される。低温液吐出口３２から低温槽１３に吐出される冷却液は、毎分Ｃリットルで、温度はＡ℃である。
ここで、熱交換器８０は、Ｂ℃の冷却液を毎分Ｃリットル送ったときに熱交換後の温度がＡ℃となるように調整されている。
このように、定常時は、第１ポンプ４０と第２ポンプ５０の両方が作動して、プレス型９０の冷却用通路９１に対しＡ℃の冷却液を毎分Ｃリットル送り続けることができる。
そして、高温液吐出口２２および低温液吐出口３２は、それぞれタンクの下部に配設された高温液吸入口３１および低温液吸入口２１の近傍、すなわち、高温槽１２および低温槽１３の下部に配設されているため、冷却液を吐出する際に泡を生じることがなく、ポンプのエア噛みを防止することができる。
なお、プレス機が定常運転している時の高温槽１２と低温槽１３の冷却液の流入量と流出量は、すべて毎分Ｃリットルで同じであるため、高温槽１２と低温槽１３との間に冷却液の移動はほとんど生じない。

（２）プレス機の一時停止時
前述のとおり、第１ポンプ４０によって、低温槽１３のＡ℃の冷却液は、低温液吸入口２１から第１循環路２０に毎分Ｃリットル吸入され、プレス型９０の冷却用通路９１を通って、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出される。しかし、プレス機が一時停止しているため、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出される冷却液は、毎分Ｃリットルで、温度はＢ℃よりも低い温度となる。この段階では、高温槽１２の冷却液の温度は、まだほぼＢ℃である。

ここで、高温液吐出口２２と高温液吸入口３１とが近くに配設されているため、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出されるＢ℃よりも温度が低い冷却液は、高温槽１２の冷却液の温度の影響をほとんど受けることなく、第２ポンプによって、そのまま第２循環路に吸入される。そして、熱交換器８０を通って、Ａ℃より低い温度となり、低温液吐出口３２から低温槽１３に吐出される。この段階では、低温槽１３の冷却液の温度は、まだほぼＡ℃である。
また、ここで、低温液吐出口３２と低温液吸入口２１とが近くに配設されているため、低温液吐出口３２から低温槽１２に吐出されたＡ℃よりも温度が低い冷却液は、低温槽１３の冷却液の温度の影響をほとんど受けることなく、第１ポンプによって、そのまま第１循環路に吸入される。

そして、第２ポンプ制御部７０は、温度センサ６０の計測値が設定された下限の閾値よりも下がった場合、第２ポンプを停止する。つまり、プレス機が停止し、冷却用通路９１から高温槽１２に送られる冷却液の温度がＢ℃より下がると、高温槽１２の冷却液の温度や低温槽１３の冷却液の温度の影響をほとんど受けずに、比較的短時間で第２ポンプを停止するようになっている。第２ポンプが停止された後も、第１ポンプは定常時の運転を続けている。

第２ポンプが停止されると、低温槽１３は、冷却液が送出されるばかりで流入しないため、液面が下がろうとする。反対に高温槽１２は、冷却液が流入するばかりで流出しないため、液面が上がろうとする。その結果、パスカルの原理により、高温槽１２の冷却液が仕切り壁１１の連通部１４を通じて低温槽１３に移動する。

仕切り壁１１は、下端がタンク１０内の底部からやや離れたところに配設されている。すなわち、仕切り壁１１の下部に連通部１４が設けられており、高温槽１２の冷却液は、この連通部１４を通って低温槽１３に移動するため、移動の際泡が立つことがない。これにより、ポンプのエア噛みを防止することができる。また、上記のように第２ポンプを停止した場合であってもタンクから冷却液が溢れ出すこともない。
このようにして、冷却用通路９１に送られる冷却液の温度が下がりすぎてしまうことを防止している。

そして、第２ポンプ制御部７０は、冷却用通路９１に送られる冷却液の温度が設定された上限の閾値を超えたところで、再び第２ポンプを作動させる。
このように、第２ポンプ制御部７０が第２ポンプ５０を作動、停止させることによって、冷却用通路９１に送られる冷却液の温度をＡ℃に維持し、プレス機の運転をいつ再開してもいいようになっている。

（３）プレス機の運転を再開した時
プレス機の停止時間が長いほど、高温槽１２の冷却液の温度はＡ℃に近づいていくことになる。しかし、高温槽１２の冷却液の温度がＡ℃よりも下がることはない。また、低温槽１３の冷却液の温度は、温度調節のため多少上下するがＡ℃を維持する。
ここでは、高温槽１３の冷却液の温度がＡ℃に近い状態であり、第２ポンプが停止しているとして説明する。第1ポンプは定常時の運転している。

プレス機の運転を再開すると、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出される冷却液の温度はＢ℃となる。
まだ第２ポンプは作動していない。高温槽１２の冷却液の温度は少しずつ上がり始め、高温槽１２の冷却液は、連通部１４を通って低温槽１３に移動している。
ここで、連通部１４は、仕切り壁１１の下部に設けられており、高温液吐出口２２および低温液吸入口３２の比較的近くに位置している。このため、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出された冷却液は、図２に示すとおり、高温槽１２の冷却液の温度の影響をあまり受けることなく、低温槽１３に移動しやすくなっている。また、高温槽１２から低温槽１３に移動した冷却液も低温槽１３の冷却液の温度の影響をあまり受けることなく、低温液吸入口２１に吸入されやすくなっている。
したがって、高温槽１２の冷却液全体の温度が上がる前にＢ℃に近い温度の冷却液が連通部１４を通過し、低温槽１３全体の温度が上がる前にＢ℃に近い温度の冷却液が第１循環路２０に吸入されることとなる。ここで、第２ポンプが作動される。

この段階で、高温槽１２の冷却液の温度は、まだＢ℃よりも低い状態となっている。しかし、前述のとおり、高温液吐出口２２と高温液吸入口３１とが近くに設けられているため、高温液吐出口２２から高温槽１２に吐出されたＢ℃の冷却液は、高温槽１２の冷却液の温度の影響をほとんど受けることなく、そのまま高温液吸入口３１から第２循環路３０に吸入され、低温液吐出口３２から低温槽１３に吐出する冷却液の温度をＡ℃とすることができる。
このようにして、プレス機の運転を再開した時に、冷却装置１がプレス機の定常運転時の作動状態になるまでの時間を短縮している。

実施例２の冷却装置２は、温度センサ６１を備える点以外、冷却装置１と同様の構成となっている。このため、冷却装置１と異なる点についてのみ説明する。
温度センサ６１は、冷却用通路９１から高温液吐出口２２までの間の第１循環路２０内に配設され、冷却用通路９１から高温液吐出口２２に送られる冷却液の温度を計測する。計測値は第２ポンプ制御部７０に送られる。
第２ポンプ制御部７０は、温度センサ６１の計測値に基づいて、第２ポンプ５０を作動または停止させる。具体的には、第２ポンプが停止している状態において、冷却用通路９１から高温液吐出口２２に送られる冷却液の温度が設定された値よりが上がれば、第２ポンプを作動させ、第２ポンプが作動している状態において、冷却用通路９１から高温液吐出口２２に送られる冷却液の温度が設定された値よりが下がれば、第２ポンプを停止させる。

これにより、プレス機の一時停止等のためにプレス型９０の冷却用通路９１から高温槽１２に送られる冷却液の温度が下がった場合、第２ポンプを停止させるタイミングをより早くすることができ、冷却用通路９１に送られる冷却液の温度が下がりすぎてしまうことを防止できる。また、プレス機の運転を再開した等の理由によりプレス型９０の冷却用通路９１から高温槽１２に送られる冷却液の温度が上がった場合、第２ポンプを作動させるタイミングをより早くすることができ、冷却装置２がプレス機の定常運転時の作動状態になるまでの時間をより短縮できる。

なお、本実施例１および２では、冷却液に水を使用しているが、プレス型９０が錆びないように脱気という方法を用いてもよい。脱気とは、冷却液中の酸素を除去し、タンク１０内の冷却液にビーズを浮かせ冷却液と大気とを遮断する方法である。この方法を用いた場合、冷却液を仕切り壁の上から移動させる従来の技術では、ビーズが高温槽から低温に移動し、冷却液が大気に触れてしまう。しかし、本実施形態では、連通部１４が仕切り壁１１の下部に設けられているため、ビーズが移動することはない。

また、本実施例１および２では、タンク１０、仕切り壁１１、第１循環路２０および第２循環路３０に用いられる配管等をステンレス製としているが、材質はこれに限るものではない。

１：冷却装置１（実施例１）、 ２：冷却装置２（実施例２）
１０：タンク、 １１：仕切り壁、 １２：高温槽、 １３：低温槽、 １４：連通部
２０：第１循環路、 ２１：低温液吸入口、 ２２：高温液吐出口
３０：第２循環路、 ３１：高温液吸入口、 ３２：低温液吐出口
４０：第１ポンプ、 ５０：第２ポンプ
６０：温度センサ、 ６１温度センサ、 ７０：第２ポンプ制御部
８０：熱交換器、 ８１：チラー
９０：プレス型（被冷却体）、 ９１：冷却用通路（被冷却体の熱交換路）

Claims (5)

1. 内部の仕切り壁にて低温槽と高温槽とが形成された冷却液を貯留するタンクと、
   前記低温槽に低温液吸入口で接続され、被冷却体の熱交換路を介して、前記高温槽に高温液吐出口で接続される第１循環路と、
   前記高温槽に高温液吸入口で接続され、冷却液冷却用の熱交換器を介して、前記低温槽に低温液吐出口で接続される第２循環路と、
   前記第１循環路に冷却液を強制循環させる第１ポンプと、
   前記第２循環路に冷却液を強制循環させる第２ポンプと、
   前記低温液吸入口から前記被冷却体の熱交換路までの間の前記第１循環路内に配設され、前記被冷却体に送られる冷却液の温度を計測する第１温度センサと、
   第１温度センサの計測値に基づき、第２ポンプを作動または停止させる第２ポンプ制御部と、
   を備える冷却装置において、
   前記仕切り壁は、前記タンク内の冷却液の平均液面より下方に連通部を有していることを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１において、
   前記連通部は、前記仕切り壁の下部に設けられていることを特徴とする冷却装置。
3. 請求項２において、
   前記低温液吸入口と前記高温液吸入口は、それぞれ前記タンクの下部に配設され、
   前記高温液吐出口と前記低温液吐出口は、それぞれ前記低温液吸入口と前記高温液吸入口の近傍に配設されていることを特徴とする冷却装置。
4. 請求項１〜３において、
   前記被冷却体は、プレス型であることを特徴とする冷却装置。
5. 請求項４において、
   前記被冷却体の熱交換路から前記高温液吐出口までの間の前記第１循環路内に、第２温度センサがさらに配設され、
   前記第２ポンプ制御部は、第２ポンプが停止している状態において第２温度センサの計測値に基づき第２ポンプを作動させ、または、第２ポンプが作動している状態において第２温度センサの計測値に基づき第２ポンプを停止させることを特徴とする冷却装置。

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