JP2020175419A

JP2020175419A - 鋳物砂の熱交換装置

Info

Publication number: JP2020175419A
Application number: JP2019079900A
Authority: JP
Inventors: 浩庸渡邉; Hiroyasu Watanabe; 山下　大輔; Daisuke Yamashita; 大輔山下; 啓一郎中根; Keiichiro Nakane; 悠大井; Yu Oi
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyotsu Tec Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyotsu Tec Corp
Priority date: 2019-04-19
Filing date: 2019-04-19
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2039-04-19
Also published as: JP7201520B2

Abstract

【課題】輸送管内部の摩耗を抑制することができる鋳物砂の熱交換装置を提供する。【解決手段】熱交換装置１００は、鋳物砂Ｓが供給される供給口１０１Ａを備え、下部から鋳物砂Ｓとは温度が異なる流動エアーが供給され、供給口１０１Ａから離れるにしたがって高さが低くなる複数の仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃが立設されている下段熱交換槽１０１と、下段熱交換槽１０１の供給口１０１Ａ側とは反対側の位置に下段熱交換槽１０１の上下方向に沿って立設された管であって、当該管の下部が下段熱交換槽１０１の内部に挿入されている熱交換管１０７と、熱交換管１０７の下側から内部に向かって鋳物砂Ｓとは温度が異なる圧縮エアーを供給する圧縮エアー供給管１０６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、鋳物砂の熱交換装置に関する。

特許文献１には、鋳型を解砕した際に発生する鋳物砂（古砂とも称される。）を冷却する熱交換帯を形成する筒状の輸送管を備え、当該輸送管の一端に吸引式集塵機の吸引口が接続された鋳物砂の冷却装置が記載されている。具体的には、当該冷却装置では、輸送管が上下方向に形成されており、吸引式集塵機による吸引によって、輸送管内部に上昇気流が形成され、当該上昇気流と鋳物砂とを直接流動接触させることによって、鋳物砂を冷却している。

特開２０１１−２２４５９９号公報

しかしながら、特許文献１の冷却装置では、輸送管内部を吸引式集塵機によって吸引することにより鋳物砂を輸送する。この場合、輸送管内における流動砂の流動は均一流となっており、吸引される空気の量に対して輸送される鋳物砂の量が少ないため、鋳物砂の輸送速度が、例えば、２０ｍ／ｓ程度と速くなる。そのため、当該輸送管の内部が早く摩耗してしまうという虞がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、輸送管内部の摩耗を抑制することができる鋳物砂の熱交換装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る鋳物砂の熱交換装置は、鋳物砂が供給される供給口を備え、下部から前記鋳物砂とは温度が異なる流動エアーが供給され、前記供給口から離れるにしたがって高さが低くなる複数の仕切り板が立設されている熱交換槽と、前記熱交換槽の前記供給口側とは反対側の位置に前記熱交換槽の上下方向に沿って立設された管であって、前記管の下部が前記熱交換槽の内部に挿入されている熱交換管と、前記熱交換管の下側から内部に向かって前記鋳物砂とは温度が異なる圧縮エアーを供給する圧縮エアー供給部と、を備える。

本発明に係る鋳物砂の熱交換装置によれば、熱交換槽において、下部から供給された流動エアーによって熱交換槽内の鋳物砂が流動し、複数の仕切り板が供給口から離れるにしたがって低くなっているため、供給口から離れる方向に向かって鋳物砂が移動する。また、熱交換管の内部に向かって供給される圧縮エアーによって熱交換管の下付近まで移動した鋳物砂が熱交換管の内部に送り込まれ、熱交換管を上方に向かって移動する。そのため、熱交換槽内部及び熱交換管内部における鋳物砂の流動は、例えば、約３ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下の流動流となり、熱交換槽や熱交換管の内部の摩耗を抑制することができる。また、流動エアー及び圧縮エアーの温度は鋳物砂の温度とは異なるため、熱交換槽及び熱交換管において鋳物砂の熱交換を行うことができる。そのため、輸送管内部の摩耗を抑制することができる鋳物砂の熱交換装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る鋳物砂の再生処理方法と本発明の実施の形態１に係る熱交換装置の一例を側面側から見た断面とを模式的に示す図である。本発明の実施の形態１に係る熱交換装置の下段熱交換帯の一例を上面側から見た断面を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１に係る熱交換管の下部構造を側面側から見た断面を模式的に示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に、本発明の実施の形態１に係る鋳物砂Ｓの再生処理方法と本発明の実施の形態１に係る熱交換装置１００の一例を側面側から見た断面とを模式的に示す。また、図２に、実施の形態１に係る熱交換装置１００の下段熱交換帯Ｚ１の一例を上面側から見た断面を模式的に示す。また、図３に、実施の形態１に係る熱交換管１０７の下部構造を側面側から見た断面を模式的に示す。なお、図１乃至図３において、鋳物砂Ｓの流動方向を実線の矢印で示し、流動エアー（空気）の流動方向を太字矢印で示す。

図１に示すように、鋳物砂Ｓの再生処理方法は、鋳型を解砕した際に発生する鋳物砂Ｓを回収する工程（ステップＳ１）、鋳物砂Ｓを解砕する工程（ステップＳ２）、鋳物砂Ｓを加熱する工程（ステップＳ３）、鋳物砂Ｓを冷却する工程（ステップＳ４）、鋳物砂Ｓを研磨する工程（ステップＳ５）、鋳物砂Ｓを分級する工程（ステップＳ６）等を備える。
そして、本発明に係る熱交換装置１００は、鋳物砂Ｓを加熱する工程（ステップＳ３）及び鋳物砂Ｓを冷却する工程（ステップＳ４）等において用いることができる。本実施の形態１では、熱交換装置１００が鋳物砂Ｓを冷却する工程（ステップＳ４）において用いられる例について説明する。

また、図１に示すように、熱交換装置１００は、下段熱交換帯Ｚ１、輸送熱交換帯Ｚ２、上段熱交換帯Ｚ３を備える。そして、輸送熱交換帯Ｚ２は、下段熱交換帯Ｚ１から上段熱交換帯Ｚ３へと鋳物砂Ｓを輸送しながら、当該鋳物砂Ｓの熱交換を行う。なお、上段熱交換帯Ｚ３は、必要に応じて設けられれば良い。

具体的には、熱交換装置１００は、下段熱交換槽１０１、仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ、下段流動エアーボックス１０３、下段多孔板１０４、下段流動エアー供給管１０５、圧縮エアー供給部としての圧縮エアー供給管１０６、熱交換管１０７、上段熱交換槽１０８、仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃ、上段流動エアーボックス１１０、上段多孔板１１１、上段流動エアー供給管１１２等を備える。
そして、下段熱交換帯Ｚ１は、下段熱交換槽１０１、仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ、下段流動エアーボックス１０３、下段多孔板１０４、下段流動エアー供給管１０５等を備えている。
また、輸送熱交換帯Ｚ２は、圧縮エアー供給管１０６、熱交換管１０７等を備えている。
また、上段熱交換帯Ｚ３は、上段熱交換槽１０８、仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃ、上段流動エアーボックス１１０、上段多孔板１１１、上段流動エアー供給管１１２等を備えている。
なお、仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ及び仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃが設けられる枚数は図１及び図２に示す枚数に限定されるものではなく、仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃの枚数と仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃの枚数が異なっていてもよい。

下段熱交換槽１０１は、鋳物砂Ｓが供給される供給口１０１Ａを備える。供給口１０１Ａは、図１及び図２に示すように、例えば、下段熱交換槽１０１の側面から突出するように、且つ、下段熱交換槽１０１の当該側面から離れるにしたがって上方に向かって傾斜するように、設けられている。また、供給口１０１Ａは、下段熱交換槽１０１の側面の上部側に設けられている。

下段熱交換槽１０１の下部は、下段多孔板１０４を介して、下段流動エアーボックス１０３に接続されている。そして、下段流動エアー供給管１０５を介して流動エアーが下段流動エアーボックス１０３内に供給されると、下段多孔板１０４の孔を通って、流動エアーが下段熱交換槽１０１内部に入り込む。すなわち、下段熱交換槽１０１の下部から流動エアーが供給される。なお、流動エアーの温度は、下段熱交換槽１０１に供給される鋳物砂Ｓの温度と異なる温度となるように制御されている。流動エアーの温度が下段熱交換槽１０１に供給される鋳物砂Ｓの温度より低い場合、下段熱交換帯Ｚ１は、鋳物砂Ｓを冷却する。反対に、流動エアーの温度が下段熱交換槽１０１に供給される鋳物砂Ｓの温度より高い場合、下段熱交換帯Ｚ１は、鋳物砂Ｓを加熱する。
また、下段流動エアー供給管１０５は、下段熱交換槽１０１の供給口１０１Ａとは反対側から延びて下段流動エアーボックス１０３へ接続されている。具体的には、後述する複数の仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃによって区画される複数の熱交換帯毎に、下段流動エアー供給管１０５は分岐して下段流動エアーボックス１０３に接続されている。

また、下段熱交換槽１０１には、複数の仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃが立設されている。また、複数の仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃの面は、それぞれ、供給口１０１Ａから熱交換管１０７に向かう方向に実質的に垂直となっている。これにより、下段熱交換槽１０１の内部及び下段流動エアーボックス１０３の内部は複数の熱交換帯に分割されている。
また、複数の仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃの高さは、供給口１０１Ａから離れるにしたがって低くなっている。これにより、下段熱交換槽１０１の下部から供給された流動エアーによって下段熱交換槽１０１内の鋳物砂Ｓが流動し、供給口１０１Ａから離れる方向に向かって鋳物砂Ｓが移動する。

圧縮エアー供給管１０６は、図１及び図３に示すように、下段熱交換槽１０１の内部に挿入されている。また、熱交換管１０７は、下段熱交換槽１０１の供給口１０１Ａ側とは反対側の位置に下段熱交換槽１０１の上下方向に沿って立設された管である。また、熱交換管１０７の下部は、下段熱交換槽１０１の内部に挿入されている。そして、圧縮エアー供給管１０６の先端部は、熱交換管１０７の下側の先端部１０７Ａの内部に向けられている。また、圧縮エアー供給管１０６の先端部には、ノズル孔が少なくとも１つ以上設けられている。そのため、圧縮エアー供給管１０６を介して圧縮エアーが熱交換管１０７の下側から内部に向かって供給される。これにより、熱交換管１０７の下付近の鋳物砂Ｓは、圧縮エアーの流動に伴って、熱交換管１０７の内部へと送り込まれ、熱交換管１０７を上方に向かって移動する。なお、圧縮エアーの温度は、熱交換管１０７に送り込まれる鋳物砂Ｓの温度と異なる温度となるように制御されている。圧縮エアーの温度が熱交換管１０７に送り込まれる鋳物砂Ｓの温度より低い場合、輸送熱交換帯Ｚ２は、鋳物砂Ｓを冷却する。反対に、圧縮エアーの温度が熱交換管１０７に送り込まれる鋳物砂Ｓの温度より高い場合、輸送熱交換帯Ｚ２は、鋳物砂Ｓを加熱する。

また、図３に示すように、熱交換管１０７の先端部１０７Ａは、下端に向かうにつれて径が大きくなる形状となっている。換言すれば、熱交換管１０７の先端部１０７Ａは、ラッパ形状となっている。これにより、熱交換管１０７の下付近に位置する鋳物砂Ｓをより効率的に熱交換管１０７の内部へと送り込むことができる。すなわち、熱交換管１０７の鋳物砂Ｓの輸送効率を向上させることができる。なお、熱交換管１０７の鋳物砂Ｓの輸送効率は、（所定期間内に熱交換管１０７によって輸送された鋳物砂Ｓの量）／（所定期間内に圧縮エアー供給管１０６によって供給された圧縮エアーの量）で表すことができる。ここで、鋳物砂Ｓの量及び圧縮エアーの量は体積及び質量の何れであってもよい。
また、圧縮エアー供給管１０６の先端部の上端は、熱交換管１０７の先端部１０７Ａの下端よりも上に位置している。これにより、圧縮エアー供給管１０６を介して熱交換管１０７の内部に向かって供給される圧縮エアーによって、鋳物砂Ｓをより確実に熱交換管１０７の内部へと送り込むことができる。
また、熱交換管１０７の上部は、上段熱交換槽１０８の内部に挿入されている。これにより、熱交換管１０７を上方に向かって移動した鋳物砂Ｓは、上段熱交換槽１０８の内部へと供給される。

上段熱交換槽１０８は、鋳物砂Ｓが排出される排出口１０８Ａを備える。排出口１０８Ａは、図１に示すように、例えば、上段熱交換槽１０８の側面から突出するように、且つ、上段熱交換槽１０８の当該側面から離れるにしたがって下方に向かって傾斜するように、設けられている。また、排出口１０８Ａは、上段熱交換槽１０８の側面の下部側に設けられている。

上段熱交換槽１０８の下部は、上段多孔板１１１を介して、上段流動エアーボックス１１０に接続されている。そして、上段流動エアー供給管１１２を介して流動エアーが上段流動エアーボックス１１０内に供給されると、上段多孔板１１１の孔を通って、流動エアーが上段熱交換槽１０８内部に入り込む。すなわち、上段熱交換槽１０８の下部から流動エアーが供給される。なお、流動エアーの温度は、上段熱交換槽１０８に熱交換管１０７から供給される鋳物砂Ｓの温度と異なる温度となるように制御されている。流動エアーの温度が上段熱交換槽１０８に供給される鋳物砂Ｓの温度より低い場合、上段熱交換帯Ｚ３は、鋳物砂Ｓを冷却する。反対に、流動エアーの温度が上段熱交換槽１０８に供給される鋳物砂Ｓの温度より高い場合、上段熱交換帯Ｚ３は、鋳物砂Ｓを加熱する。
また、上段流動エアー供給管１１２は、上段熱交換槽１０８の排出口１０８Ａとは反対側から延びて上段流動エアーボックス１１０へ接続されている。具体的には、後述する複数の仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃによって区画される複数の熱交換帯毎に、上段流動エアー供給管１１２は分岐して上段流動エアーボックス１１０に接続されている。

また、上段熱交換槽１０８には、複数の仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃが立設されている。また、複数の仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃの面は、それぞれ、熱交換管１０７から排出口１０８Ａに向かう方向に実質的に垂直となっている。これにより、上段熱交換槽１０８の内部及び上段流動エアーボックス１１０の内部は複数の熱交換帯に分割されている。
また、複数の仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃの高さは、熱交換管１０７から離れるにしたがって低くなっている。これにより、上段熱交換槽１０８の下部から供給された流動エアーによって上段熱交換槽１０８内の鋳物砂Ｓが流動し、熱交換管１０７から離れる方向に向かって鋳物砂Ｓが移動する。

以上に説明した実施の形態１に係る熱交換装置１００によれば、下段熱交換槽１０１において、下部から供給された流動エアーによって下段熱交換槽１０１内の鋳物砂Ｓが流動し、複数の仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃが供給口１０１Ａから離れるにしたがって低くなっているため、供給口１０１Ａから離れる方向に向かって鋳物砂Ｓが移動する。また、熱交換管１０７の内部に向かって供給される圧縮エアーによって熱交換管１０７の下付近まで移動した鋳物砂Ｓが熱交換管１０７の内部に送り込まれ、熱交換管１０７を上方に向かって移動する。そのため、下段熱交換槽１０１内部及び熱交換管１０７内部における鋳物砂Ｓの流動は、例えば、約３ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下の流動流となり、下段熱交換槽１０１や熱交換管１０７の内部の摩耗を抑制することができる。また、流動エアー及び圧縮エアーの温度は鋳物砂Ｓの温度とは異なるため、下段熱交換槽１０１及び熱交換管１０７において鋳物砂Ｓの熱交換を行うことができる。そのため、輸送管内部の摩耗を抑制することができる鋳物砂Ｓの熱交換装置１００を提供することができる。

また、熱交換管１０７の先端部１０７Ａは、ラッパ形状となっているため、熱交換管１０７の下付近に位置する鋳物砂Ｓをより効率的に熱交換管１０７の内部へと送り込むことができる。すなわち、熱交換管１０７の鋳物砂Ｓの輸送効率を向上させることができる。また、圧縮エアー供給管１０６の先端部の上端は、熱交換管１０７の先端部１０７Ａの下端よりも上に位置しているため、圧縮エアー供給管１０６を介して熱交換管１０７の内部に向かって供給される圧縮エアーによって、鋳物砂Ｓをより確実に熱交換管１０７の内部へと送り込むことができる。

また、下段熱交換槽１０１において、供給口１０１Ａは、下段熱交換槽１０１の側面の上部側から当該側面から離れるにしたがって上方に向かって傾斜するように、設けられている。すなわち、供給口１０１Ａは、自然落下のシュートとなっている。そのため、バケットエレベータ等の搬送装置を用いなくても、前工程から回収した鋳物砂Ｓを下段熱交換槽１０１の内部へと供給することができる。
同様に、上段熱交換槽１０８において、排出口１０８Ａは、上段熱交換槽１０８の側面の下部側から当該側面から離れるにしたがって下方に向かって傾斜するように、設けられている。すなわち、排出口１０８Ａは、自然落下のシュートとなっている。そのため、バケットエレベータ等の搬送装置を用いなくても、上段熱交換槽１０８の内部の鋳物砂Ｓを後工程へと供給することができる。

また、吸引式集塵機によって鋳物砂Ｓを輸送する場合、輸送する鋳物砂Ｓの量に対して大量の風量が必要となり大型のファンが必要になる。そのため、吸引式集塵機のフィルタを大型にする必要がある。また、鋳物砂Ｓに含まれる微粉ダストや添加物によって吸引式集塵機のフィルタが目詰まりするため、当該フィルタの清掃が必要となる。しかし、本実施の形態１に係る熱交換装置１００では、熱交換管１０７における鋳物砂Ｓの輸送に圧縮エアーを用いるため、大型フィルタや大型ファンを必要とせず、フィルタの清掃も必要ない。

また、本実施の形態１に係る熱交換装置１００では、鋳物砂Ｓの冷却に冷却水を用いる必要がない。そのため、ラジエータや熱交換用の細い配管等を省くことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃの高さは、熱交換を行う材料の特性や熱交換仕様に合わせて適宜設定されるものであり、実施の形態１に示したものに限定されるものではない。これにより、仕切り板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃによって区画される下段熱交換槽１０１の各熱交換帯における鋳物砂Ｓの滞留時間を鋳物砂Ｓの材料特性や所望する熱交換仕様に合わせて設定することができる。同様に、仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃの高さを、熱交換を行う材料の特性や熱交換仕様に合わせて適宜設定することにより、仕切り板１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃによって区画される上段熱交換槽１０８の各熱交換帯における鋳物砂Ｓの滞留時間を所望する時間に設定することができる。

１００熱交換装置
１０１下段熱交換槽
１０１Ａ供給口
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ仕切り板
１０３下段流動エアーボックス
１０４下段多孔板
１０５下段流動エアー供給管
１０６圧縮エアー供給管（圧縮エアー供給部）
１０７熱交換管
１０８上段熱交換槽
１０９Ａ，１０９Ｂ，１０９Ｃ仕切り板
１１０上段流動エアーボックス
１１１上段多孔板
１１２上段流動エアー供給管
Ｚ１下段熱交換帯
Ｚ２輸送熱交換帯
Ｚ３上段熱交換帯
Ｓ鋳物砂

Claims

鋳物砂が供給される供給口を備え、下部から前記鋳物砂とは温度が異なる流動エアーが供給され、前記供給口から離れるにしたがって高さが低くなる複数の仕切り板が立設されている熱交換槽と、
前記熱交換槽の前記供給口側とは反対側の位置に前記熱交換槽の上下方向に沿って立設された管であって、前記管の下部が前記熱交換槽の内部に挿入されている熱交換管と、
前記熱交換管の下側から内部に向かって前記鋳物砂とは温度が異なる圧縮エアーを供給する圧縮エアー供給部と、
を備える、鋳物砂の熱交換装置。