JP2017219206A - Tunnel type cooler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低温液化ガスの冷熱を利用したトンネル式の冷却装置に関し、より詳しくは、低温液化ガスを作用させてトンネル内を移動する冷却対象物を急速冷却するトンネル式冷却装置に関する。 The present invention relates to a tunnel-type cooling device that uses cold heat of a low-temperature liquefied gas, and more particularly to a tunnel-type cooling device that rapidly cools an object to be cooled that moves in a tunnel by applying a low-temperature liquefied gas.
従来、食品や工業製品を冷却ないし凍結処理する場合、処理室内冷媒となる液体または気体を噴射し、その保有冷熱及び気化熱を利用するものが知られている。そして、冷却対象物を均一かつ十分に冷却あるいは凍結させるため、冷媒の噴射方法について様々な検討がなされている。 2. Description of the Related Art Conventionally, when food or industrial products are cooled or frozen, a liquid or gas that serves as a refrigerant in the processing chamber is jetted and the stored cold heat and heat of vaporization are used. In order to cool or freeze the object to be cooled uniformly and sufficiently, various studies have been made on the refrigerant injection method.
たとえば、特許文献1では、凍結処理室となる断熱ケース内に複数の液化窒素噴射ノズル及び液化二酸化炭素噴射ノズルを設けることで、凍結対象物に対して均一かつ効率的に液体窒素を接触させるようにしたトンネル式の凍結装置が提案されている。
For example, in
また、特許文献2では、トンネル型の冷却装置内での搬送方向下手側部分に液体窒素を冷却対象物に向けて噴霧する低温液化ガスの噴霧ノズルを設けるとともに、トンネル内の低温ガスを撹拌するための複数の撹拌ファンを設けたトンネル式の凍結装置が提案されている。この凍結装置では、噴射ノズルから噴射された液体窒素は冷却対象物に接触して低温ガスへと気化し、撹拌ファンにより発生した乱流によって冷却対象物に万遍なく接触するようになっている。
Further, in
さらに、特許文献3には、熱間加工で鋼管を形成する際に、走行する鋼管の外周に鋼管の軸方向に冷媒を噴射する複数の噴射ノズルを位置させ、冷却対象物に周方向から冷媒を作用させるようにした冷却装置が開示してある。
Further, in
しかし、特許文献1に示されているような液体窒素(冷媒)を冷却対象物の移動方向に配置した複数の噴射ノズルから直接噴霧するものでは、各ノズルまでの液体窒素供給配管の長さがそれぞれ異なるため、均一かつ微細な液体窒素供給が難しいという問題があった。また、冷媒として用いる液体低温ガスは、たとえば液体窒素の場合−196℃と極低温であることから、室温状態での冷却対象物に対して直接的に散布すると、冷却対象物に対して急激な温度変化を与えることとなるため、冷却対象物にヒビ割れ等が生じる虞があった。
However, in the case where liquid nitrogen (refrigerant) as shown in
また、特許文献2に示されているような冷却システムでは、冷却対象物が冷媒ノズル配設個所に到達されるまでに、トンネル内に生じる低温ガスの流れと接触して徐々に冷却されることから、急激な温度変化によるひび割れの発生を抑制することはできるが、冷却装置内に多数の撹拌ファンを設置して気化ガスの流れを形成しなければならないことから、設備が大型化し、設備費用も大きくなってしまうという問題があった。
Further, in the cooling system as shown in
また、特許文献3に開示されているものは、冷却対象物の外周に複数の噴射ノズルを配置するとともに、冷却対象物の移動方向でも複数の噴射ノズル群を配置していることから、周方向での冷却度合いを周方向全面にわたって均一化することはできるが、この場合でも、冷媒として液化窒素等の液体低温ガスが作用すると、冷却対象物に対して急激な温度変化を与えることとなるため、冷却対象物にヒビ割れ等が生じる虞は解消することはできない。
In addition, what is disclosed in
本発明は、このような問題に鑑み提案されたものであり、冷却対象物を効率的、かつ均一に冷却することができ、加えて、急激な温度変化に伴うヒビ割れ等の発生を回避することのできるトンネル型の冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been proposed in view of such a problem, and can cool an object to be cooled efficiently and uniformly. In addition, the occurrence of cracks and the like accompanying a rapid temperature change is avoided. It is an object of the present invention to provide a tunnel-type cooling device that can be used.
上述の目的を達成するために請求項1に記載の発明は、トンネル型に形成した冷却室の内部で冷却室中心軸部分を冷却対象物が走行するトンネル型の冷却装置であって、該冷却室における移動方向中心よりも冷却対象物搬出口側にケーシング外周面側から走行経路中心に向かって低温液化ガスを噴出する冷媒噴射ノズルを配置し、この冷媒噴射ノズルのノズル口が該ノズル口から噴出される低温液化ガスの噴出方向が冷却室における冷却対象物搬入側となるように傾斜させてあることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention described in
また、請求項2に記載した発明は前記請求項1に記載の構成に加えて、冷媒噴射ノズルへの低温液化ガス供給経路に低温液化ガスの流量調整弁と、冷却室内の温度に基づき前記流量調整弁の開度を制御する温度調整器とを配置し、この流量調整弁の開度を冷却室の冷却対象物搬入側で検出した室内温度に基づき制御するようにしたことを特徴としている。
In addition to the configuration of the first aspect, the invention described in
本発明では、冷媒噴射ノズルから冷却対象物に向けて噴出された冷媒(液体窒素)は冷却対象物を直接冷却し、かつ、噴出後に気化した低温の液化ガスが冷却室に導入された冷却対象物をあらかじめ一定温度まで予冷するので、冷媒が直接接触する際での温度変化を小さくすることができ、よって生じる冷却対象部のヒビ割れを抑制することができる。 In the present invention, the refrigerant (liquid nitrogen) ejected from the refrigerant injection nozzle toward the object to be cooled directly cools the object to be cooled, and the cooling object in which the low-temperature liquefied gas vaporized after the ejection is introduced into the cooling chamber Since the object is pre-cooled to a certain temperature in advance, the temperature change when the refrigerant is in direct contact can be reduced, and cracks in the cooling target portion caused thereby can be suppressed.
また、冷媒噴射ノズルからの噴出冷媒の噴出方向を冷却室の冷却対象物導入口側に傾斜させた場合、低温液化ガスの噴出位置が筒状冷却装置の走行方向での中心よりも出口側であることから、噴出された低温液化ガスの気化ガスを利用して冷却装置に導入された付近から予冷を行うことができるとともに、低温液化ガスとの直接接触するまでの距離を多くとることによって冷却対象物を十分に予冷する時間を確保することができる。 Further, when the jet direction of the refrigerant jetted from the refrigerant jet nozzle is inclined toward the cooling object inlet side of the cooling chamber, the jet position of the low-temperature liquefied gas is closer to the outlet side than the center in the running direction of the cylindrical cooling device. Therefore, it is possible to perform pre-cooling from the vicinity introduced into the cooling device by using the vaporized low-temperature liquefied gas, and to cool by increasing the distance until direct contact with the low-temperature liquefied gas. A time for sufficiently pre-cooling the object can be secured.
さらに、同一の冷却装置内で気化した低温ガスによる予冷と、低温液化ガスの直接接触による冷却とを同時に行うことになるので、低温液化ガスの潜熱を効率的に利用することができるとともに、冷却装置自体をコンパクトにすることができる。 Furthermore, since pre-cooling with the low-temperature gas vaporized in the same cooling device and cooling by direct contact with the low-temperature liquefied gas are performed at the same time, the latent heat of the low-temperature liquefied gas can be used efficiently and cooling The device itself can be made compact.
図1は、冷却装置の一例を示す概略構成図である。この冷却装置(1)は、筒状に形成された冷却処理部(2)と、冷却処理部(2)の内部を走行して冷却される冷却対象物(3)と、冷却処理部(2)に冷却用冷媒)を供給する冷却冷媒供給部(4)とを具備している。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a cooling device. The cooling device (1) includes a cooling processing unit (2) formed in a cylindrical shape, a cooling object (3) that is cooled by running inside the cooling processing unit (2), and a cooling processing unit (2 And a cooling refrigerant supply unit (4) for supplying a cooling refrigerant).
図2に示すように冷却処理部(2)は、冷却対象物が走行する筒状空間(5)をステンレス管(6)で構成してあり、冷却冷媒となる低温液化ガスを走行路の中心軸方向に向かって噴出する環状の冷却冷媒噴出ノズル(7)が、筒状空間(5)の中央よりも冷却対象物走行方向下手側部分(出口側)に設置してある。 As shown in FIG. 2, the cooling processing unit (2) includes a stainless steel tube (6) in which a cylindrical space (5) in which an object to be cooled travels, and a low-temperature liquefied gas serving as a cooling refrigerant is placed in the center of the travel path. An annular cooling refrigerant jet nozzle (7) that jets out in the axial direction is installed on the lower side (outlet side) in the cooling object traveling direction than the center of the cylindrical space (5).
この冷却冷媒噴出ノズル(7)は低温液化ガス貯槽(8)に低温液化ガス導出路(9)を含む冷却冷媒供給部(4)で連通接続されている。低温液化ガス貯槽(8)には低温液化ガスとしての液体窒素が貯蔵されている。低温液化ガス導出路(9)には、低温液化ガス貯槽(8)側から、サブクーラー(10)、流量調整弁(11)が装着してあり、冷却処理部(2)の筒状空間(5)の入口側(冷却対象物走行方向上手側)での気化ガス温度を温度調整器(12)にて一定制御し、その出力信号を流量調整弁(11)にフィードバックすることで、冷却液噴出ノズル(7)からの液体窒素噴出量を微調整できるようにしてある。 The cooling refrigerant jet nozzle (7) is connected to the low temperature liquefied gas storage tank (8) through a cooling refrigerant supply section (4) including a low temperature liquefied gas lead-out path (9). Liquid nitrogen as a low temperature liquefied gas is stored in the low temperature liquefied gas storage tank (8). A subcooler (10) and a flow rate adjustment valve (11) are attached to the low temperature liquefied gas lead-out path (9) from the low temperature liquefied gas storage tank (8) side, and a cylindrical space ( 5) The temperature of the vaporized gas at the inlet side (the upper side in the running direction of the object to be cooled) is controlled by the temperature regulator (12), and the output signal is fed back to the flow rate adjustment valve (11), so that the coolant The amount of liquid nitrogen ejected from the ejection nozzle (7) can be finely adjusted.
筒状空間(5)の出口側に配置されている冷却冷媒噴出ノズル(7)は、図3に示すように、内側を冷却対象物(3)の走行経路とした環状に形成してあり、この冷却冷媒噴出ノズル(7)の内周面に、口径0.4mmの冷却冷媒噴出孔(ノズル口)(13)が周面等間隔で8個形成してある。この冷却冷媒噴出孔(13)は、その噴出軸が冷却対象物(3)の走行軸線に直交する平面に対して上流側に30度の角度をなすように形成してある。このように冷却冷媒としての低温液化ガスを上流側に傾けた状態で噴出すると、冷却対象物(3)の表面に噴霧した低温液化ガスが直接的に作用するとともに、噴霧した低温液化ガスは走行方向上流側(入口側)への噴出成分を有することになるから、噴出に伴い気化した気化ガスの走行方向上流側への移動成分が形成され、冷却対象物(3)の低温ガスによる予冷をホース流入側から徐々に行うことができる。 As shown in FIG. 3, the cooling refrigerant jet nozzle (7) arranged on the outlet side of the cylindrical space (5) is formed in an annular shape with the inside as a travel path of the cooling object (3). On the inner peripheral surface of the cooling refrigerant jet nozzle (7), eight cooling refrigerant jet holes (nozzle ports) (13) having a diameter of 0.4 mm are formed at equal intervals on the peripheral surface. The cooling refrigerant jet hole (13) is formed such that its jet axis forms an angle of 30 degrees upstream with respect to a plane perpendicular to the traveling axis of the cooling object (3). When the low-temperature liquefied gas as the cooling refrigerant is jetted in a state inclined to the upstream side, the sprayed low-temperature liquefied gas directly acts on the surface of the cooling object (3), and the sprayed low-temperature liquefied gas travels. Since there is a component ejected to the upstream side (inlet side) in the direction, a moving component of the vaporized gas that has vaporized due to the ejection to the upstream side in the traveling direction is formed, and the cooling target (3) is precooled by the low-temperature gas. This can be done gradually from the hose inlet side.
この実施形態では、低温液化ガス貯槽(8)からの低温液化ガス導出路(9)の低温液化ガス貯槽(8)にサブクーラを配置していることから、低温液化ガスが気液混合状態であってもサブクーラーの過冷却効果により冷却冷媒を期待の少ない液体の状態に変えて安定供給することが可能となるうえ、冷却処理部(2)の入口側出冷却冷媒が既に気化して温度が安定していることから、前記したように冷却処理部(2)の筒状空間(5)の入口側(冷却対象物走行方向上手側)での気化ガス温度を検出して温度調整器(12)にて一定に制御している。 In this embodiment, since the subcooler is arranged in the low temperature liquefied gas storage tank (8) of the low temperature liquefied gas lead-out path (9) from the low temperature liquefied gas storage tank (8), the low temperature liquefied gas is in a gas-liquid mixed state. However, the supercooling effect of the subcooler makes it possible to stably supply the cooling refrigerant by changing it to a less expected liquid state, and the inlet side outlet cooling refrigerant of the cooling processing unit (2) has already vaporized and the temperature is increased. Since it is stable, as described above, the temperature regulator (12) detects the vaporized gas temperature on the inlet side (upper side in the running direction of the object to be cooled) of the cylindrical space (5) of the cooling processing unit (2). ) Is controlled constantly.
図4は、バルブ開度6〜30%の範囲で−100℃を設定値(目標値)とした場合の経過時間と冷却装置入口での温度変化を示している。また、図5は、−100℃を設定値(目標値)とした場合の経過時間と冷却装置入口での温度変化と冷却液(液体窒素)の重量変化を示している。 FIG. 4 shows an elapsed time and a temperature change at the inlet of the cooling device when −100 ° C. is set as a set value (target value) in a valve opening range of 6 to 30%. FIG. 5 shows the elapsed time, the temperature change at the inlet of the cooling device, and the weight change of the coolant (liquid nitrogen) when −100 ° C. is set as the set value (target value).
これらの検出結果から、冷却装置入口での温度は約−100℃で安定し、冷却液の流量は0.13Kg/minで安定制御できていることがわかる。 From these detection results, it can be seen that the temperature at the inlet of the cooling device is stable at about −100 ° C., and the flow rate of the cooling liquid can be stably controlled at 0.13 kg / min.
1…冷却装置、2…冷却処理部、3…冷却対象物、4…冷却冷媒供給部、7…冷却冷媒噴出ノズル、9…低温液化ガス導出路、11…流量調整弁、12…温度調整器、13…冷却冷媒噴出孔(ノズル口)。
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