JP2013181222A

JP2013181222A - ワークのガス冷却装置

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Publication number: JP2013181222A
Application number: JP2012046349A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Fujita; 貴弘藤田; Koji Abe; 浩次阿部
Original assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Current assignee: Dowa Thermotech Co Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: JP5912670B2

Abstract

【課題】ワークの焼入れ処理を行う場合に、該ワークの上面、側面及び下面に冷却能力の高い冷却ガスを均一に接触させ、従来に比べ冷却効率良くワークの焼入れ処理（冷却）を行うことが可能なガス冷却装置を提供する。
【解決手段】ワークを入れる密閉容器と、前記密閉容器内を真空引きする真空ポンプと、前記密閉容器内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給源と、を有し、前記密閉容器は上蓋、底板及び外筒からなり、前記外筒の中心部に設けられる前記ワークを支持する支持台と、前記外筒と前記支持台との間に配置される中間筒と、前記中間筒と前記外筒、前記上蓋及び前記底板との間にそれぞれ形成される冷却ガス流路と、前記中間筒内の上部に配置される循環ファンと、前記中間筒内に配置される環状壁と、前記中間筒内において前記支持台の上方に配置される内部ダクトと、を備え、前記内部ダクトには冷却機構が設けられている、ガス冷却装置が提供される。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワークのガス冷却装置に関する。

自動車の内部部品（例えばトランスミッション部品等）に用いられる歯車等のワーク（鋼部品）の製造過程においては、焼入れ処理を行うために、前段工程において加熱処理が行われた後、冷却装置によってワークの冷却が行われる。そこで、例えば特許文献１にはワーク（鋼部品）を入れた密閉容器内に冷却ガスを封入し、その冷却ガスを密閉容器内でファンによって循環させワークを強制対流冷却させるガス冷却方法およびガス冷却装置が開示されている。

また、例えば特許文献２にはワーク（鋼部品）に冷却ガスを接触させて冷却させる際に、冷却ガスを整流する整流機構を設けて当該ガスをワークに対して均一に接触させる技術が開示されている。

ここでは、特に特許文献１に開示されている従来のガス冷却装置について図面を参照してその構造を簡単に説明する。図１には、従来のガス冷却装置における密閉状態である容器１００の縦断面図を示す。容器１００は外筒１０８と内筒１０９から成る二重構造であり、この二重筒間には冷却水が通る冷却水路１１０が形成されている。内筒１０９の中心部１１１には支持台１１２が設けられ支持台１１２には冷却対象であるワーク１２０が保持される。また、内筒１０９と支持台１１２の間には中間筒１１４が配置され、この中間筒１１４と内筒１０９の間、中間筒１１４と容器１００の上蓋１０１との間および中間筒１１４と容器１００の底板１０２との間には流体流路１２２〜１２４が形成されている。中間筒１１４の内周面には、中心部１１１で最も狭くなり、これより上下方向に向かって次第に広がる逆円錐台形状および円錐台形状の断面形状を持つ空間１２６、１２７が形成されるような環状壁１２９が設けられている。

また、中間筒１１４内の上部中央には回転軸１３１に支持される循環ファン１３０が設置され、上蓋１０１上部に載置されたモーター１３３の動力によって循環ファン１３０が稼動（回転）する。循環ファン１３０の下面と支持台１１２間の空間１２６には空間１２６を流れる流体を整流するための内部ダクト１３５が配置される。

図２（ａ）にはこの内部ダクト１３５の平面図、図２（ｂ）には内部ダクト１３５の正面図を示す。図２に示すように内部ダクト１３５は、空間１２６の上部から中心部１１１に向かって延びる逆円錐台形状のコア部１３６と、コア部１３６の外周面に互いに円周方向に離間して上下方向および半径方向外側に延び、その上端が互いに同一円周方向に弧状に湾曲する複数のガイド片１３７から構成される。このガイド片１３７の任意のものが中間筒１１４の環状壁１２９に固定されることで、内部ダクト１３５は固定される。

また、内筒１０９の内周面には伝熱フィン１４０が設置されている。一方、容器１下方の底板１０２上には、その中央部が円錐台形状に上方に盛り上がり、周辺部が弧状に上方に湾曲する下部整流板１４５が設置され、容器１００上方の上蓋１０１下面には、その中央部が逆円錐台形状に下方に突出する上部整流板１４６が設置される。なお、モーター１３３の回転軸１４８はこの上部整流板１４６の中央部を貫通して循環ファン１３０に連通する構成となっている。

以上説明したように構成される従来のガス冷却装置において、ワーク１２０が支持台１１２に保持された後、容器１００内に冷却ガスが導入され、容器１００に冷却ガスが封入される。そして、循環ファン１３０をモーター１３３の稼動により回転させ、冷却ガスを図１に示す矢印のように流体流路１２２〜１２４において循環させる。ワーク１２０は容器１００内を循環する冷却ガスによって所定の時間冷却される。ここで、容器１００内の冷却ガスは、冷却水路１１０を通る冷却水によって水冷された伝熱フィン１４０に接触することによって随時冷却され、その冷却性能が常時担保される。

なお、ワーク（鋼部品）を冷却する際の冷却ガスとしては、例えば一種の不活性ガス、一種または二種以上の混合不活性ガス、または水素ガス単体や、水素ガスと不活性ガスの混合ガスが用いられる。

特開２０００−８７１３６号公報特開２０１１−１２３０３号公報

しかしながら、上記図１及び図２を参照して説明したような構成の上記特許文献１等に開示された従来のガス冷却装置を用いてワークの冷却を行う場合、ワークの上面に、上方から冷却ガスが接触し、その後ワークの側面、下面に冷却ガスが接触するというように、常時均一に冷却ガスがワークに接触する状態での冷却ができなかった。ワークとしては例えば歯車が例示されるが、その歯車の歯部は側面に設けられているため、ワークが歯車である場合、歯部の冷却が均一に行われない恐れがあった。歯車の歯部にはその性質上極めて緻密な精度での焼入れ処理が求められるため、上面、側面、下面に対し高精度に均一な焼入れ処理（冷却）が行われる必要がある。即ち、ワークの焼入れ処理に極めて高精度な均一性が求められる場合、上記特許文献１に記載のガス冷却装置ではその冷却において十分な精度が担保されないという問題点があった。

また、ワーク上面と下面の冷却が均一に行われないために、例えば歯車の歯部だけに限らず、ワーク全体の形状が変形してしまう恐れがあった。これは、ワーク上面に接触する冷却ガスの速度とワーク下面に接触する冷却ガスの速度が異なるため、上面と下面での冷却速度に差異が生じてしまうためである。

一方、上記特許文献２に記載のガス冷却装置を用いてワークの冷却を行う場合、ワークの材質や大きさによっては冷却ガスの整流・循環が十分に行われない場合があった。即ち、ワークの大きさが大きくなると、冷却時に必要な熱交換量が増大するため、既存の設備の冷却能力では十分ではなくなる場合がある。また、ワークが大きくなると、予め定められた冷却工程サイクル内において冷却が完了しない恐れがあり、冷却工程サイクルの延長を行う必要があるため、冷却（熱処理）コストの増大や生産性の低下が懸念されていた。更には、ワークの材質によっては、冷却処理中に高温（例えば１０００℃程度）のワークが整流機構近傍に配置され、特に複数のワークに対して冷却処理を行う場合には、複数の高温のワークが連続して整流機構や内部ダクト近傍に配置されることになるため、整流機構や内部ダクト自体が加熱されてしまう恐れがあった。

また、上記特許文献１、２に記載されているような従来のガス冷却装置において冷却能力の向上を図るための方法としては、例えば装置内の冷却ガス密度の増加、低比熱ガスの選定、熱交換容量の増加、ガス循環用のファン能力の向上等が挙げられる。しかしながら、冷却ガス密度の増加には装置の密閉容器内圧力を上げる必要があり、設備コストが増大してしまうことや、密閉容器の保全管理が難しくなるといった問題がある。また、例えば水素ガスやヘリウムガス等の低比熱ガスを用いるとコスト増大に加え、特に水素ガスを用いた場合には、装置の危険性が増大してしまうといった問題がある。更に、例えば密閉容器内に設置される伝熱フィンの表面積を増やしたり、冷却水路内の水温を低下させることで熱交換容量を増加させると、伝熱フィンの設備コスト増大や、冷却水の水温を低温で維持するためのコスト等が増大してしまう。また、ガス循環用のファン能力（回転数・ファン口径）を上げるためにはモーター容量を増大させる必要があり、設備コストの増大が問題となる。従って、このような方法は現実的に実施することは難しい。

一方で、設備コスト等の面から、従来に比べ尚一層の装置の小型化を図ることが好ましい。このとき、ガス冷却装置の小型化に際し密閉容器の外筒・内筒の変更には届出が必要であり、手続が煩雑であることから、装置内部の変更のみで冷却効率を向上させることが可能な装置開発が求められていた。即ち、ガス冷却装置における密閉容器は例えば第２種圧力容器（労働安全衛生法施工令第１条第７号にて定められる）であり、密閉容器の外筒・内筒の変更にはボイラ協会の認可（各種書類の提出や立会検査等）が必要とされる。具体的には、密閉容器の外筒・内筒にて溶接・穴あけ・切断・研磨等の加工や使用部品の交換には再認可が必要とされる。従って、密閉容器内部の構造を変更するのみでワークの均一冷却を行うことが求められており、従来のガス冷却装置にはなお改良の余地があった。

そこで、上記事情に鑑み、本発明の目的は、ワークの焼入れ処理を行う場合に、該ワークの上面、側面及び下面に冷却能力の高い冷却ガスを均一に接触させ、且つ、ワーク近傍を重点的に冷却することで従来に比べ冷却効率良くワークの焼入れ処理（冷却）を行うことが可能なガス冷却装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、ワークに冷却ガスを接触させて冷却するガス冷却装置であって、ワークを入れる密閉容器と、前記密閉容器内を真空引きする真空ポンプと、前記密閉容器内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給源と、を有し、前記密閉容器は上蓋、底板及び外筒からなり、前記外筒の中心部に設けられる前記ワークを支持する支持台と、前記外筒と前記支持台との間に配置される中間筒と、前記中間筒と前記外筒、前記上蓋及び前記底板との間にそれぞれ形成される冷却ガス流路と、前記中間筒内の上部に配置される循環ファンと、前記中間筒内に配置される環状壁と、前記中間筒内において前記支持台の上方に配置される内部ダクトと、を備え、前記内部ダクトには冷却機構が設けられている、ガス冷却装置が提供される。

上記ガス冷却装置において、前記冷却機構は、前記内部ダクトに取り付けられ、内部に冷媒が流れる構成の冷却パイプであっても良い。また、前記内部ダクトは２重管構造であり、前記冷却機構は前記内部ダクトの内部を通る冷媒流路であっても良い。

また、上記ガス冷却装置は、前記中間筒と前記支持台の間に設けられ、冷却ガスの整流を行う整流機構を備えていても良い。前記整流機構には、内部に冷媒が流れる冷却パイプが取り付けられていても良い。前記整流機構は、冷却ガスを整流する整流流路と、冷却ガスを排出する排出部から構成され、前記整流流路は２重管構造であり、当該整流流路の内部には冷媒流路が設けられていても良い。

また、上記ガス冷却装置において、前記環状壁には、内部に冷媒が流れる冷却パイプが取り付けられていても良い。前記環状壁は２重管構造であり、当該環状壁の内部には冷媒流路が設けられていても良い。前記環状壁は、前記中間筒内において前記支持台を囲むように配置されていても良い。

前記循環ファンの回転数は可変であっても良い。また、前記内部ダクトは、円錐台形状のコア部と、前記コア部の外周面に沿った方向に互いに相離れ、上下方向および半径方向に延び、その先端部が互いに同一円周方向に弧状に湾曲する複数のガイド片とから成るものとしても良い。

また、上記ガス冷却装置においては、前記底板の上面に、その中央部が円錐台形状に上方に盛り上がり、周辺部が弧状に上方に湾曲する下部整流板を有しても良く、前記上蓋の下面に、その中央部が逆円錐台形状に下方に突出する上部整流板を有しても良い。

また、前記冷却ガスは、１ＭＰａ以下の圧力の不活性ガス、水素ガスまたはこれら２種の混合ガスであっても良い。

本発明によれば、ワークの焼入れ処理を行う場合に、該ワークの上面、側面及び下面に冷却能力の高い冷却ガスを均一に接触させ、且つ、ワーク近傍を重点的に冷却することで従来に比べ冷却効率良くワークの焼入れ処理（冷却）を行うことが可能なガス冷却装置が提供される。また、従来のガス冷却装置に比べ設備の小型化が図られ、設備の簡素化、設備コストの低減が可能となる。

従来のガス冷却装置における密閉状態である容器の縦断面図である。（ａ）従来のガス冷却装置における内部ダクトの平面図である。（ｂ）従来のガス冷却装置における内部ダクトの正面図である。本発明の実施の形態にかかるガス冷却装置全体の概略説明図である。容器の構成を示す説明図である。（ａ）ガス冷却装置における内部ダクトの平面図である。（ｂ）ガス冷却装置における内部ダクトの正面図である。ワーク近傍の冷却ガスの流れを示す説明図である。本発明の他の実施の形態にかかる容器の概略説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図３は本実施の形態にかかるガス冷却装置１全体の概略説明図である。ワーク５が投入される減圧および加圧可能な密閉容器１０（以下、単に容器１０とも呼称する）は、排気バルブ１１を備える排気路１２を介して、真空ポンプ１４に連通している。また、容器１０は、導入バルブ１６を備える導入路１７を介して容器１０に冷却ガスを導入する冷却ガス供給源としての貯留部２０と連通している。

また、図４は容器１０の構成を示す説明図である。容器１０は外筒２４、上蓋３４及び底板３５から構成される円柱形状の構造を有しており、容器１０の側面（即ち、外筒２４の側面）には、ワーク５の容器１０への搬入・搬出を行うための出入口２７が設けられている。なお、ワーク５としては例えば歯車等のリング形状の鋼部品が例示される。

外筒２４内部の中心部にはワーク５を支持する支持台３０が設置されており、ガス冷却を行う場合には、ワーク５が支持台３０に支持される。また、外筒２４と支持台３０との間には円筒形状の中間筒３２が配置されている。図４に示すように、中間筒３２と上蓋３４との間には空間が空いており、当該空間は冷却ガスが通る流体通路３７となっている。また、中間筒３２と外筒２４との間にも空間が空いており、当該空間は流体通路３８となっている。更に、中間筒３２と底板３５との間にも空間が空いており、当該空間は流体通路３９となっている。これら流体通路３７〜３９と中間筒３２の内部空間４２は容器１０内部において連通しており、流体通路３７〜３９と後述する内部空間４２を冷却ガス流路として、容器１０内に導入された冷却ガスが所定の方向に循環する構成となっている。

また、上蓋３４には、貯留部２０に連通する導入路１７が設けられており、底板３５には真空ポンプ１４に連通する排気路１２が設けられている（図３参照）。この導入路１７を介して冷却ガス導入源としての貯留部２０から冷却ガスが容器１０内に導入される構成となっている。

中間筒３２の内部中央の支持台３０上方には、円錐台形状（上に凸形状）の内部ダクト４０が配置されており、内部ダクト４０の側方、即ち中間筒３２と内部ダクト４０の間には、下方向に向かって狭くなる内部空間４２が形成されている。図５には、内部ダクト４０の平面図（図５ａ）および正面図（図５ｂ）を示す。ここで、内部ダクト４０は、円錐台形状のコア部４０ａとコア部４０ａの外周面に互いに相離れた上下方向および半径方向に延び、その上端が互いに同一円周状に弧状に湾曲する複数のガイド片４０ｂから成っている。内部空間４２では、このガイド片４０ｂに沿って冷却ガスが流動する構成となっている。

また、空間４２の下部には、空間４２を流れる流体を支持台３０の方向（ワーク５の方向）に整流する整流機構４５が設置されている。整流機構４５は支持台３０および支持台３０に支持されたワーク５を囲むような形状であり、複数の湾曲した整流流路４５ａと冷却後のガスを排出する排出部４５ｂから構成されている。図４に示すように、整流流路４５ａの一方の端部は空間４２に面して上方に開口しており、他方の端部は支持台３０に保持された状態のワーク５側面に対向するように開口している。また、整流流路４５ａの下部には容器１０の下方に向かって広がる円錐台形状の排出部４５ｂが配置される。

また、中間筒３２の内部においては、上記整流機構４５の排出部４５ｂを囲むように、環状壁４７が設けられている。この環状壁４７は整流機構４５を流れる冷却ガスを、排出部４５ｂを介して容器１０の内部下方（即ち、流体通路３９）に効率的に排出させるために設けられている。

また、中間筒３２内の上部中央には回転軸４９に支持される循環ファン５０が設置され、回転軸４９と接続されている上蓋３４上部に載置されるモーター５１の駆動により循環ファン５０は回転する。

また、図４に示すように、上蓋３４の下面には、その中央部６０ａが逆円錐台形状に下方に突出する上部整流板６０が配置され、底板３５の上面にはその中央部６１ａが円錐台形状に盛り上がり、周辺部６１ｂが弧状に上方に湾曲する下部整流板６１が配置される。容器１０内の冷却ガスはこれら上部整流板６０及び下部整流板６１に沿って循環する。

一方、内部ダクト４０のコア部４０ａ側面及び下面と、環状壁４７の内側面には冷却機構としての複数の冷却パイプ７０が取り付けられている。また、複数の整流流路４５ａにも同様に冷却機構としての複数の冷却パイプ７０が取り付けられている。これら冷却パイプ７０に流れる冷媒は共通の流路から分岐している構成となっており、容器１０内部且つ中間筒３２の外側の空間（即ち、流体通路３８）の一方側には、冷却パイプ７０に冷媒を供給する供給側パイプ７２が設けられ、他方側には、冷却パイプ７０を通った冷媒を排出するための排出側パイプ７３が設けられている。即ち、供給側パイプ７２から複数に分岐した冷却パイプ７０がコア部４０ａ側面、環状壁４７内側面及び整流流路４５ａのそれぞれに取り付けられ、それら冷却パイプ７０に流れる冷媒によって内部ダクト４０、環状壁４７及び整流機構４５が冷却される構成となっている。なお、複数の冷却パイプ７０の構成は図４に図示したような構成に限定されるものではなく、コア部４０ａ、環状壁４７内側面及び整流流路４５ａを効率的に冷却することが可能な構成であれば良い。

また、供給側パイプ７２はガス冷却装置１外部に設けられた冷媒供給装置（図示せず）に接続しており、例えば冷却水等の冷媒が装置外部の冷媒供給装置から供給され、分岐する冷却パイプ７０へと導入される。一方、排出側パイプ７３はガス冷却装置１外部に設けられた冷媒排出装置（図示せず）に接続しており、冷却パイプ７０を通った冷媒が排出側パイプ７３を介して装置外部の冷媒排出装置へ排出される。

以上図３〜５を参照して説明したように構成される本実施の形態にかかるガス冷却装置１において、例えば鋼部品の焼入れ処理等に代表されるワーク５のガス冷却が行われる。以下にそのガス冷却について説明する。

先ず、冷却ガスの導入前に、容器１０内部は真空ポンプ１４の稼動により減圧される。そして、貯留部２０から例えば窒素、ヘリウム等の不活性ガス、水素ガスあるいはこれらのガスを２種ないし３種を混合したガスである冷却ガスが導入路１７を介して容器１０に導入される。このとき、容器１０の減圧は行われず、冷却ガス導入時には容器１０内が冷却ガスによって加圧された状態となる。冷却ガス導入後の容器１０内の内圧は１ＭＰａ以下であることが好ましく、該圧力で十分な冷却能力を有し、且つ均一な冷却が可能である。そして、前段工程において加熱処理がなされた高温のワーク５が出入口２７から容器１０へ搬入される。搬入されたワーク５は支持台３０に支持される。

続いて、モーター５１の稼動により循環ファン５０が回転し、容器１０内部に導入された冷却ガスの循環が行われる。ここで、容器１０内部における冷却ガスの循環経路は、上部整流板６０、下部整流板６１および整流機構４５による冷却ガスの整流に伴い、内部空間４２、整流機構４５内部（整流流路４５ａ、排出部４５ｂ）、流体通路３９、３８、３７を経由する経路（図４中の矢印に示すような経路）となる。所定の時間循環ファン５０を回転させて冷却ガスを容器１０内に循環させ、ワーク５の冷却が行われる。なお、整流機構４５における冷却ガスの流動についての詳細な説明は、図６を参照して後述する。

また、容器１０に冷却ガスが導入されると共に、容器外部の冷媒供給装置（図示せず）から供給側パイプ７２を介して冷媒が供給され、複数の分岐した各冷却パイプ７０に冷媒が流れる。これにより、各冷却パイプ７０が取り付けられた内部ダクト４０、環状壁４７及び整流機構４５が冷却される。その結果、容器１０内において循環する冷却ガスが内部空間４２、整流流路４５ａ、排出部４５ｂをそれぞれ通過する際に、当該冷却ガスが冷媒によって冷却された内部空間４２、整流流路４５ａ、排出部４５ｂに接触することで、冷却ガスの冷却能力が従来に比べ向上し、ガス冷却装置１におけるワーク５の冷却が効率的に行われる。なお、各冷却パイプ７０に流された冷媒は排出側パイプ７３に集められ、容器外部の冷媒排出装置（図示せず）へ排出される。

そして、ワーク５が十分に冷却された後、出入口２７より当該ワーク５が取り出され、冷却が完了する。

ここで、ワーク５の冷却において、ワーク５近傍（即ち、整流機構４５）における冷却ガスの流れはワーク５の側面に垂直な方向に当該ガスが噴射されるような構成となっている。図６は、本実施の形態にかかるガス冷却装置１におけるワーク５近傍の冷却ガスの流れを示す説明図である。なお、図６中の矢印が冷却ガスの流れを示す。

図６に示されるように、整流流路４５ａの開口部Ａは、ワーク５の側面に垂直に冷却ガスが噴射されるように開口している。そのため、ワーク５の側面に冷却ガスは均一に噴射され、冷却が均一に行われる。また、整流機構４５（整流流路４５ａ）とワーク５の位置関係を適宜変更することにより、図６中の矢印に示すようにワーク５の上面および下面に冷却ガスが均一に流動・接触させられるような装置構成をとることが可能であるため、整流機構４５とワーク５の位置関係を適当なものとすることにより、ワーク５の上面および下面に均一に冷却ガスを流動・接触させることが可能となる。

以上説明した本実施の形態にかかるガス冷却装置１及びそれを用いたワーク５の冷却方法では、内部ダクト４０、環状壁４７及び整流機構４５にそれぞれを冷却するための冷却機構としての冷却パイプ７０を取り付けた装置構成としてワーク５の冷却を行うものとしている。このため、容器１０内において循環する冷却ガスが内部空間４２、整流流路４５ａ、排出部４５ｂをそれぞれ通過する際に、冷媒によって冷却された内部空間４２、整流流路４５ａ、排出部４５ｂに広範囲にわたって接触し、冷却ガスの冷却能力が従来の装置に比べ向上する。

加えて、本実施の形態にかかるガス冷却装置１では、整流機構４５とワーク５の位置関係を好適なものとすることにより、ワーク５側面、上面および下面に均一に冷却ガスを接触させることができる。従って、ワーク５の上面と下面に対する冷却ガスの噴射量や流動速度が均一となり、ワーク５の上面と下面の冷却が均一に行われるため、ワーク５の上面と下面での冷却が不均一に行われることによって発生するワーク５の変形が防止されることとなる。

特に、ワーク５の代表例として例示される歯車における歯部は、通常ワーク５の側面部であり、本実施の形態にかかるガス冷却装置１によれば、この側面部全体に対する冷却が均一に行われることから、極めて緻密な均一性が求められる歯車の歯部の冷却（焼入れ）においても、本実施の形態にかかるガス冷却装置１は有用である。

以上説明したように、本実施の形態にかかるガス冷却装置１によれば、従来の装置に比べ冷却ガスの冷却能力を向上させることができるため、ワーク５を従来に比べ効率的に冷却することが可能となる。具体的には、冷却時間の短縮化やワークの生産効率の向上等が実現される。

また、特に特許文献２に記載のガス冷却装置と本実施の形態にかかるガス冷却装置１を比較した場合、従来のガス冷却装置では密閉容器を外筒・内筒の２つの外壁部分から構成されるものとしているが、本願では容器１０の外壁部分を外筒２４のみから構成しているため、装置の小型化が図られる。加えて、既存の密閉容器の場合、例えば第２種圧力容器であるガス冷却装置の容器部分の変更・改造には許可が必要となっているが、本願発明では容器の態様を変更・改造することなく、上記説明したような比較的簡易な構造の冷却機構（冷却パイプ７０）を取り付けるだけで冷却能力の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば上記実施の形態にかかるガス冷却装置１では、冷却機構として冷媒の流れる冷却パイプ７０を内部ダクト４０、環状壁４７及び整流機構４５にそれぞれ取り付けるものとしているが、本発明における冷却機構の構成はこれに限られるものではない。

図７は本発明の他の実施の形態にかかるガス冷却装置に備えられる容器８０の概略説明図である。なお、図７に図示した容器８０の各構成要素については、冷却機構の構成と、後述する伝熱フィン８６を除き上記実施の形態にかかるガス冷却装置１と同様であるため、同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７に示すように、容器８０に備えられる内部ダクト４０’、環状壁４７’及び整流流路４５ａ’を構成する流路部分８４は２重管構造となっており、それぞれの内部には冷媒流路８２が形成されている。具体的には、内部ダクト４０’の側面及び下面に沿うように例えば冷却水である冷媒が流れる冷媒流路８２が形成されており、この冷媒流路８２に冷媒を流すことで内部ダクト４０’が冷却される。また、同様に、環状壁４７’にも外周に沿って冷媒流路８２が形成されている。更には、複数の湾曲した整流流路４５ａ’を構成する流路部分８４の内部にも冷媒流路８２が形成されている。なお、図７に示すこれら冷媒流路８２は、上記実施の形態と同様に装置外部の冷媒供給装置及び冷媒排出装置（共に図示せず）と連通しているが、その構成については上記実施の形態と同様であるため、説明は省略する。

また、図７に示すように、容器８０の外筒２４の内側面には鋼製の伝熱フィン８６が設けられている。これにより、流体通路３８を通過する冷却ガスが伝熱フィン８６に接触することで冷却され、当該冷却ガスの冷却能力が向上する。

本発明の他の実施の形態にかかる容器８０を備えたガス冷却装置によれば、上記実施の形態と同様に、容器８０内において循環する冷却ガスが内部空間４２、整流流路４５ａ、排出部４５ｂをそれぞれ通過する際に、冷媒によって冷却された内部空間４２、整流流路４５ａ、排出部４５ｂに広範囲にわたって接触し、冷却ガスの冷却能力が従来の装置に比べ向上する。

加えて、容器８０においては、例えば１０００℃程度の高温のワーク５が整流機構４５や内部ダクト４０’近傍に配置され、且つ、複数のワーク５の冷却を連続的に行うため、整流流路４５ａを構成する流路部分８４や内部ダクト４０’が加熱されてしまう。その点、本実施の形態にかかる容器８０では、流路部分８４や内部ダクト４０’の側面及び下面を２重管構造とし、冷媒流路８２を設けたことで、上記実施の形態において図４に示した冷却パイプ７０を取り付ける構成に比べ、流路部分８４や内部ダクト４０’がより効率的に冷却されるため、流路部分８４や内部ダクト４０’の加熱が抑えられ、その結果、容器８０内を循環する冷却ガスの温度上昇も抑えられることとなり、冷却効率の向上が図られることになる。

本発明は、ワークのガス冷却装置に適用できる。

１…ガス冷却装置
５…ワーク
１０、８０…容器
１１…排気バルブ
１２…排気路
１６…導入バルブ
１７…導入路
２０…貯留部
２４…外筒
２７…出入口
３０…支持台
３２…中間筒
３４…上蓋
３５…底板
３７、３８、３９…流体通路
４０、４０’…内部ダクト
４０ａ…コア部
４０ｂ…ガイド片
４２…内部空間
４５…整流機構
４５ａ、４５ａ’…整流流路
４５ｂ…排出部
４７、４７’…環状壁
４９…回転軸
５０…循環ファン
５１…モーター
６０…上部整流板
６１…下部整流板
７０…冷却パイプ
７２…供給側パイプ
７３…排出側パイプ
８２…冷媒流路
８４…流路部分
８６…伝熱フィン

Claims

ワークに冷却ガスを接触させて冷却するガス冷却装置であって、
ワークを入れる密閉容器と、
前記密閉容器内を真空引きする真空ポンプと、
前記密閉容器内に冷却ガスを供給する冷却ガス供給源と、を有し、
前記密閉容器は上蓋、底板及び外筒からなり、
前記外筒の中心部に設けられる前記ワークを支持する支持台と、
前記外筒と前記支持台との間に配置される中間筒と、
前記中間筒と前記外筒、前記上蓋及び前記底板との間にそれぞれ形成される冷却ガス流路と、
前記中間筒内の上部に配置される循環ファンと、
前記中間筒内に配置される環状壁と、
前記中間筒内において前記支持台の上方に配置される内部ダクトと、を備え、
前記内部ダクトには冷却機構が設けられている、ガス冷却装置。
前記冷却機構は、前記内部ダクトに取り付けられ、内部に冷媒が流れる構成の冷却パイプである、請求項１に記載のガス冷却装置。
前記内部ダクトは２重管構造であり、前記冷却機構は前記内部ダクトの内部を通る冷媒流路である、請求項１に記載のガス冷却装置。
前記中間筒と前記支持台の間に設けられ、冷却ガスの整流を行う整流機構を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記整流機構には、内部に冷媒が流れる冷却パイプが取り付けられている、請求項４に記載のガス冷却装置。
前記整流機構は、冷却ガスを整流する整流流路と、冷却ガスを排出する排出部から構成され、前記整流流路は２重管構造であり、当該整流流路の内部には冷媒流路が設けられている、請求項４に記載のガス冷却装置。
前記環状壁には、内部に冷媒が流れる冷却パイプが取り付けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記環状壁は２重管構造であり、当該環状壁の内部には冷媒流路が設けられている、請求項１〜６のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記環状壁は、前記中間筒内において前記支持台を囲むように配置される、請求項１〜８のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記循環ファンの回転数は可変である、請求項１〜９のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記内部ダクトは、円錐台形状のコア部と、前記コア部の外周面に沿った方向に互いに相離れ、上下方向および半径方向に延び、その先端部が互いに同一円周方向に弧状に湾曲する複数のガイド片とから成る、請求項１〜１０のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記底板の上面に、その中央部が円錐台形状に上方に盛り上がり、周辺部が弧状に上方に湾曲する下部整流板を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記上蓋の下面に、その中央部が逆円錐台形状に下方に突出する上部整流板を有する、請求項１〜１２のいずれかに記載のガス冷却装置。
前記冷却ガスは、１ＭＰａ以下の圧力の不活性ガス、水素ガスまたはこれら２種の混合ガスである、請求項１〜１３のいずれかに記載のガス冷却装置。