JP3719619B2 - Cartridge with specimen quenching mechanism - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙材料実験等において、電気炉等の加熱装置に装着された試料カートリッジ内で加熱溶融した試料を急冷して凝固させるための試料カートリッジに関するもので、特に、急冷機構付カートリッジに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
高温に加熱された試料を冷却する手段としては、加熱終了と同時に電気炉内にヘリウムなどの不活性ガスを封入し、そのガスによる熱伝達を利用し、電気炉の外壁に設けた水冷配管または水冷ジャケットにより排熱する手段がある。しかし、この場合、加熱終了直後の高温の電気炉内に冷却ガスを封入するため、電気炉自体がカートリッジよりもはるかに大きい熱容量を有するので、試料の冷却速度はせいぜい1℃/秒程度であり、必要な冷却速度が得られていなかった。そこで、加熱終了後のカートリッジに冷却ガスを吹き流すようにした「急冷機構付きカートリッジ」が本発明と同一の出願人から提案されている(特開平8−68593号公報)。
【0003】
図3は、特開平8−68593号に提案した急冷機構付きカートリッジを示す図である。この図に示す急冷機構付きカートリッジは、内部に試料格納室1を有する中空筒形の試料カートリッジ2と、冷却ガス入口ポート3および冷却ガス出口ポート4を有して試料カートリッジ2の一端部に装着されたヘッダ5と、試料カートリッジ2の他端部に装着された封止キャップ6とを備え、かつ、試料カートリッジ2には、ヘッダ5の冷却ガス入口ポート3に連通している冷却ガス往通路7と、ヘッダ5の冷却ガス出口ポート4に連通している冷却ガス復通路8と、を有するものである。この構成により、試料カートリッジ2内の試料を試料カートリッジ2とともに加熱炉で加熱し、その加熱終了と同時に、冷却ガスをヘッダ5の冷却ガス入口ポート3から試料カートリッジ2の冷却ガス往通路4に流し、さらに、冷却ガス復通路8を経て冷却ガス出口ポート4から排出させることができる。すなわち、冷却ガスを加熱炉に封入することなく、試料カートリッジ2本体内に流して冷却することができ、試料の急冷をすることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した急冷機構付カートリッジでは、試料カートリッジの急冷自体はできるものの、試料軸方向の冷却速度差が大きく、そのため、急冷時の軸方向に大きな温度差が生じてしまう問題点があった。すなわち、上述した急冷機構付カートリッジでは、試料カートリッジを囲む隙間に冷却ガスを流して急冷するが、この隙間が試料軸方向に一定であるため、上流側の冷却が強くなり、温度均一性が悪化する問題点があった。
【0005】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、中空円筒形の試料カートリッジを急冷することができ、かつ試料カートリッジの軸方向の冷却速度をより均一化でき、これにより、急冷時の軸方向温度分布をより均一化できる均熱炉における試料急冷機構付カートリッジを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内部に試料を封入した中空円筒形の試料容器と、該試料容器を間隔を隔てて囲み、試料容器との隙間に冷却ガスが流れるようになった中空円筒状の試料カートリッジと、からなり、前記試料カートリッジは、試料容器内の試料を均一に加熱する均熱炉内に挿入されるようになっており、前記試料容器は、試料カートリッジと同心に保持されており、試料カートリッジの内面は、試料容器との隙間が上流側から下流側に漸減するように構成されている、ことを特徴とする試料急冷機構付カートリッジが提供される。
【0007】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記試料カートリッジは、試料容器との隙間が、その隙間を流れる冷却ガスの温度と流速から定まる熱伝達率αが下流ほど大きくなるように定められている。また、前記試料カートリッジは、中空管と該中空管内に固定されるスリーブ管とからなり、該スリーブ管は下流側が細いテーパ管に形成されている。
【0008】
上記本発明の構成によれば、試料カートリッジの内面は、試料容器との隙間が上流側から下流側に漸減するように構成されているので、下流側ほど流速が大きくなり、例えば熱伝達率αを下流ほど大きくなるように定めることにより、棒状試料軸に沿って流れる冷却ガスの速度を軸方向に強制的に分布させることができ、試料表面での冷却性能を軸方向で均一に近づけることができる。従って、棒状試料の冷却時に、急冷と共により良い温度の均一性を確保することができる。
【0009】
また、前記試料カートリッジを、中空管と該中空管内に固定されるスリーブ管とから構成し、該スリーブ管を下流側が細いテーパ管に形成することにより、試料下流部の冷却性能が向上し、試料温度のより均一化が図れる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図1は、本発明による試料急冷機構付カートリッジの構成図である。この図において、本発明の試料急冷機構付カートリッジ10は、内部に試料を封入した中空円筒形の試料容器12と、試料容器12を間隔Cを隔てて囲む中空円筒状の試料カートリッジ14と、からなる。
【0011】
試料カートリッジ14は、試料容器12との隙間Cに冷却ガス9が流れるようになっている。また、試料カートリッジ14は、試料容器12内の試料を均一に加熱する均熱炉(図示せず)の中に挿入されるようになっている。
【0012】
図1において、試料容器12は、試料カートリッジ14と同心に支持部材13により保持されている。支持部材13には周方向に複数の貫通部が設けられ、この貫通部を通して冷却ガス9が自由に通過できるようになっている。また、この例において、試料カートリッジ14は、中空管14aとこの中空管14a内に取り付けられたスリーブ管14bとからなり、スリーブ管14bは、下流側が細いテーパ管に形成され、試料カートリッジ14の内面が、試料容器12との隙間Cが上流側から下流側に漸減するように構成されている。
【0013】
図2は、カートリッジ内の温度分布と流速分布を示す模式図であり、(A)は温度分布、(B)は流速分布を示している。図2(A)に示すように、試料容器12の上流側から下流側に流れるにつれて、冷却ガス9の温度は、試料容器12の冷却と共に上昇する。この温度上昇の度合は、冷却ガス9の流量と初期温度によりある程度調節することができる。一方、図2(B)に示すように、冷却ガス9の流速も、試料容器12の上流側から下流側に流れるにつれて増加する。上述したように、試料容器12との隙間Cが上流側から下流側に漸減するように構成されているので、この速度増加の度合は、従来の場合に比較して急激に増大する。
【0014】
本発明によれば、試料カートリッジ14(すなわち、スリーブ管14b)は、試料容器12との隙間Cが、その隙間Cを流れる冷却ガスの温度tと流速vから定まる熱伝達率αが下流ほど大きくなるように定められている。この構成は、冷却ガス9の流量と初期温度により冷却ガス9の温度tを調節し、かつ試料カートリッジ14の内面形状を変化させて流速vを調節することにより、実施することができる。
【0015】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【0016】
【発明の効果】
上述した構成により、試料カートリッジ14の内面が、試料容器12との隙間Cが上流側から下流側に漸減するように構成されているので、下流側ほど流速が大きくなり、例えば熱伝達率αを下流ほど大きくなるように定めることにより、棒状試料軸に沿って流れる冷却ガス9の速度を軸方向に強制的に分布させることができ、試料表面での冷却性能を軸方向で均一に近づけることができ、棒状試料の冷却時に、急冷と共により良い温度の均一性を確保することができる。
【0017】
従って、本発明の試料急冷機構付カートリッジは、中空円筒形の試料カートリッジを急冷することができ、かつ試料カートリッジの軸方向の冷却速度をより均一化でき、これにより、急冷時の軸方向温度分布をより均一化できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による試料急冷機構付カートリッジの構成図である。
【図2】カートリッジ内の温度分布と流速分布を示す図である。
【図3】従来の急冷機構付カートリッジの構成図である。
【符号の説明】
1 試料格納室
2 試料カートリッジ
3 冷却ガス入口ポート
4 冷却ガス出口ポート
5 ヘッダ
6 封止キャップ
7 冷却ガス往通路
8 冷却ガス復通路
9 冷却ガス
10 試料急冷機構付カートリッジ
12 試料容器
13 支持部材
14 試料カートリッジ
14a 中空管
14b スリーブ管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sample cartridge for rapidly cooling and solidifying a sample heated and melted in a sample cartridge mounted on a heating device such as an electric furnace in space material experiments, and more particularly to a cartridge with a rapid cooling mechanism. It is.
[0002]
[Prior art]
As a means for cooling the sample heated to a high temperature, an inert gas such as helium is enclosed in the electric furnace at the same time as the heating is completed, and heat transfer by the gas is used, or a water-cooled pipe provided on the outer wall of the electric furnace or There is a means to exhaust heat with a water cooling jacket. However, in this case, since the cooling gas is sealed in the high-temperature electric furnace immediately after the heating, the electric furnace itself has a much larger heat capacity than the cartridge, so the cooling rate of the sample is about 1 ° C./second at most. The required cooling rate was not obtained. Therefore, a “cartridge with a quenching mechanism” in which cooling gas is blown into the heated cartridge is proposed by the same applicant as that of the present invention (Japanese Patent Laid-Open No. 8-68593).
[0003]
FIG. 3 is a view showing a cartridge with a quenching mechanism proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-68593. The cartridge with a quenching mechanism shown in this figure has a hollow
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the above-described cartridge with the quenching mechanism can quench the sample cartridge itself, there is a large difference in the cooling rate in the sample axial direction, which causes a problem that a large temperature difference occurs in the axial direction during rapid cooling. That is, in the above-mentioned cartridge with the rapid cooling mechanism, cooling gas is supplied to the gap surrounding the sample cartridge to quench it, but since this gap is constant in the sample axis direction, the upstream cooling becomes stronger and the temperature uniformity deteriorates. There was a problem to do.
[0005]
The present invention has been made to solve such problems. That is, the object of the present invention is to rapidly cool a hollow cylindrical sample cartridge and to make the cooling rate in the axial direction of the sample cartridge more uniform, thereby making the axial temperature distribution during quenching more uniform. Another object of the present invention is to provide a cartridge with a sample quenching mechanism in a soaking furnace.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a hollow cylindrical sample container in which a sample is enclosed, and a hollow cylindrical sample cartridge that surrounds the sample container at an interval so that cooling gas flows through the gap between the sample container and the sample container. The sample cartridge is inserted into a soaking furnace that uniformly heats the sample in the sample container, and the sample container is held concentrically with the sample cartridge. A cartridge with a sample quenching mechanism is provided in which the inner surface of the cartridge is configured such that the gap with the sample container gradually decreases from the upstream side to the downstream side.
[0007]
According to a preferred embodiment of the present invention, the gap between the sample cartridge and the sample container is determined such that the heat transfer coefficient α determined from the temperature and flow velocity of the cooling gas flowing through the gap increases toward the downstream. The sample cartridge includes a hollow tube and a sleeve tube fixed in the hollow tube, and the sleeve tube is formed as a tapered tube having a narrow downstream side.
[0008]
According to the configuration of the present invention, the inner surface of the sample cartridge is configured such that the gap with the sample container gradually decreases from the upstream side to the downstream side, so that the flow rate increases toward the downstream side, for example, the heat transfer coefficient α Is determined so as to increase in the downstream direction, the velocity of the cooling gas flowing along the rod-shaped sample axis can be forcibly distributed in the axial direction, and the cooling performance on the sample surface can be made closer to the axial direction uniformly. it can. Therefore, when cooling the rod-shaped sample, it is possible to ensure better temperature uniformity together with rapid cooling.
[0009]
Further, the sample cartridge comprises a hollow tube and a sleeve tube fixed in the hollow tube, and the sleeve tube is formed into a tapered tube with a narrow downstream side, thereby improving the cooling performance of the sample downstream portion, The sample temperature can be made more uniform.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and used for the common part in each figure.
FIG. 1 is a configuration diagram of a cartridge with a sample quenching mechanism according to the present invention. In this figure, a cartridge with a
[0011]
In the
[0012]
In FIG. 1, the
[0013]
2A and 2B are schematic diagrams showing the temperature distribution and flow velocity distribution in the cartridge. FIG. 2A shows the temperature distribution and FIG. 2B shows the flow velocity distribution. As shown in FIG. 2A, as the
[0014]
According to the present invention, the gap C between the sample cartridge 14 (that is, the
[0015]
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, it can change variously in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0016]
【The invention's effect】
With the above-described configuration, the inner surface of the
[0017]
Therefore, the cartridge with the sample quenching mechanism of the present invention can quench the hollow cylindrical sample cartridge and can make the cooling rate in the axial direction of the sample cartridge more uniform, and thereby the axial temperature distribution during quenching Can be made more uniform.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a cartridge with a sample quenching mechanism according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a temperature distribution and a flow velocity distribution in the cartridge.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional cartridge with a rapid cooling mechanism.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記試料カートリッジは、試料容器内の試料を均一に加熱する均熱炉内に挿入されるようになっており、前記試料容器は、試料カートリッジと同心に保持され、試料カートリッジの内面は、試料容器との隙間が上流側から下流側に漸減するように構成されている、ことを特徴とする試料急冷機構付カートリッジ。A hollow cylindrical sample container in which a sample is enclosed, and a hollow cylindrical sample cartridge that surrounds the sample container at an interval and allows a cooling gas to flow between the sample container and the sample container.
The sample cartridge is inserted into a soaking furnace that uniformly heats the sample in the sample container, the sample container is held concentrically with the sample cartridge, and the inner surface of the sample cartridge is the sample container The sample quenching mechanism-equipped cartridge is characterized in that the gap between the first and second samples is gradually reduced from the upstream side to the downstream side.
Priority Applications (1)
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JP19018396A JP3719619B2 (en) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | Cartridge with specimen quenching mechanism |
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JP19018396A JP3719619B2 (en) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | Cartridge with specimen quenching mechanism |
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JPH1038470A JPH1038470A (en) | 1998-02-13 |
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Families Citing this family (2)
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JP5526408B2 (en) | 2010-01-19 | 2014-06-18 | 国立大学法人東北大学 | Fuel property determination method and fuel property determination device |
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- 1996-07-19 JP JP19018396A patent/JP3719619B2/en not_active Expired - Lifetime
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