JP3927188B2

JP3927188B2 - 冷却装置

Info

Publication number: JP3927188B2
Application number: JP2004068938A
Authority: JP
Inventors: 晴久池添
Original assignee: FUNCTIONAL FLUIDS LTD.
Current assignee: FUNCTIONAL FLUIDS LTD.
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: JP2005254595A

Description

本発明は、射出成形機等を冷却する装置に関するものである。

従来の冷却装置として、クーリングタワーを有する一次冷却系と、金型装置や成形機等の被冷却装置を冷却する二次冷却系と、二次冷却系の熱を一次冷却系に交換伝達する熱交換器を備え、さらに、二次冷却系に減圧容器を取り付けて、冷却媒体としての水の脱酸素処理を行うように構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
減圧容器は、上記冷却媒体としての水を取り込んで、負圧によって溶存酸素を除去するものである。
特許第２８０４７３４号公報

この従来の冷却装置で行う減圧装置法では、減圧容器内を気密に保つ必要があるため、減圧装置廻りに、多数の分岐回路やソレノイドバルブ等の部品が必要で、構造が複雑となり、設備コストが大きくなり、メンテナンスにも手間が掛かる。
また、水から酸素を除去する気液界面が、容器内に横断面状に配設した分離膜に限られており、脱酸素の処理量を増やすためには装置を大型にしなければならず、可能な処理量に限界がある。
さらに、減圧装置法では、容器内を減圧して脱酸素を行うというメカニズムからして、間欠的（回分）操作となり、連続的に脱酸素作業を行えないので、水中の溶存酸素濃度を安定して低く維持することができない。

そこで、本発明は、冷却媒体としての水から短時間で多量の脱酸素処理を行って常時低溶存酸素濃度に維持することができて、水の腐食を防いで被冷却装置を効率よく冷却することができ、しかも単純な構成であってメンテナンスの手間が少なく済む冷却装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る冷却装置は、一次冷却系と二次冷却系とを備え、射出成形機と金型とを有する被冷却装置を該二次冷却系により冷却し、該二次冷却系の熱を該一次冷却系に交換伝達する熱交換器を有し；上記二次冷却系は、冷却媒体としての水を温度制御して上記金型に供給する温調機を、備え；さらに、上記二次冷却系は、窒素ガス発生装置と、該窒素ガス発生装置からの窒素ガスを気泡状に上記冷却媒体としての水の中へ噴出して溶存酸素を低減する溶存酸素低減タンクと、上記窒素ガス発生装置に常時空気を供給可能なコンプレッサを、備え；上記金型を交換する際に、上記温調機と金型とが遮断状態となると共に、上記金型の流入側に上記コンプレッサが連通され、かつ上記金型の流出側が上記溶存酸素低減タンクに直通状態となるように切換える残留水除去手段を、備えている。

上記溶存酸素低減タンクは、その底部近傍に、上記窒素ガス発生装置に接続され窒素ガスを噴出する複数の孔を有するノズル部材が、配設されている。

本発明は、次のような著大な効果を奏する。
気泡状窒素ガスの供給によって、冷却媒体としての水の酸素濃度を、効率よく、短時間で低減させることができる。
よって、冷却水の溶存酸素濃度を常時低く維持できるので、二次冷却系内の冷却水の腐食を防止することができ、被冷却装置を効率よく冷却することができる。
また、二次冷却系に不純物が混入せず、スケール、錆、スライム等の発生を防ぐことができ、濃縮も生じない。
そして、金型に供給される冷却水の温度は、温調機によって、常時所定値に制御されるので、金型は、安定して効率の良い成形作業を行い得る。
また、設備を単純な構成にすることができるので、メンテナンスが楽で、設備コストも抑えられる。

以下、実施の形態を示す図面に基づき、本発明を詳説する。
図１と図２と図３は本発明の冷却装置の簡略配管系統図を三つに分割して描いた図であって、符号ＡとＡ；ＷとＷ；ＸとＸ；ＹとＹ；ＺとＺが夫々相互に接続されている。
この図１と図２と図３に於て、図１に示した範囲が一次冷却系11であり、図２の大部分と図３の大部分の範囲が二次冷却系12であって、射出成形機Ｍ₁と金型Ｍ₂とを有する被冷却装置Ｍを二次冷却系12により冷却し、二次冷却系12の熱を一次冷却系11に交換伝達するための熱交換器１を、一次冷却系11と二次冷却系12の間に介装して、両冷却系11，12を相互に接続している。
一次冷却系11及び二次冷却系12の冷却媒体としては、いずれも「水」を使用する。

一次冷却系11は、クーリングタワー３と、一次側ポンプ４と、クーリングタワー３から一次側ポンプ４へ冷却水（媒体）を送水するための吸込配管５と、一次側ポンプ４の吐出口と熱交換器１の一次側通路６とを連通連結する吐出配管７と、熱交換器１にて熱交換されて昇温した冷却水（媒体）をクーリングタワー本体８へ還流させる還り配管９と、を備える。
なお、一次冷却系11としては、上述の図例以外に、地下水や海水を一過式（ワンパス方式）で熱交換器１の一次側通路６へ通してもよい（図示省略）。

次に、二次冷却系12は、窒素ガス発生装置Ｄと、窒素ガス発生装置Ｄからの窒素ガスを冷却媒体としての水の中へ気泡状に噴出して溶存酸素を低減する溶存酸素低減タンク13と、を備える。
この溶存酸素低減タンク13は、内部が区画壁14によって高温Ｈ側と低温Ｌ側とに区分されていると共に、小さな連通孔15が区画壁14の下部に開設される。
20は二次側ポンプであり、その吸込口は、吸込管21によって上記タンク13の高温Ｈ側と連結され、かつ、その吐出口は、吐出配管22によって熱交換器１と連結される。
熱交換器１の二次側を流れて熱交換して冷却された水（媒体）は、配管23を介して上記タンク13の低温Ｌ側へ送られるように構成される。
また、上記吐出配管22の途中部から分岐した分岐配管25が、ストレーナ（フィルタ）24を介して上記吸込管21の途中に合流して接続され、二次冷却系12の一部の流れを分流して水（媒体）を浄化するよう構成されている。

溶存酸素低減タンク13は、その低温Ｌ側内の底部13ａ近傍に、窒素ガスを噴出する複数の孔30ａ…を有するノズル部材30が、配設される。
ノズル部材30と窒素ガス発生装置Ｄは、窒素ガス供給用の窒素配管27によって連通連結され、かつ、窒素ガス発生装置Ｄは、常時圧縮空気供給可能なコンプレッサ60と、エア配管10Ａによって連通連結される。
また、ノズル部材30は、溶存酸素低減タンク13の低温・高温Ｌ，Ｈ両側内部の底部13ａ，13ａ近傍に配設されてもよく、この場合、上記窒素配管27の途中部29から窒素配管28が分岐して、高温Ｈ側内の（二点鎖線にて図示の）ノズル部材30に接続される。

さらに、二次冷却系12について説明する。
タンク13の低温Ｌ側は、該低温Ｌ側内の冷却水（媒体）を吸出す吸込管16により、外部送り用ポンプ17に接続され、タンク13の高温Ｈ側は、被冷却装置Ｍを冷却し昇温した（後述の）水（媒体）を還流させるための還流配管19の一端側が、接続される。
上記外部送り用ポンプ17の吐出口に接続された外部送り用配管18は、分岐部45で、一対の分岐配管18Ａ、18Ｂに分岐し、夫々、射出成形機Ｍ₁の流入口と、温調機70の（冷却水流路の）流入口に接続される。そして、温調機70で温度制御された冷却水を供給するための第１配管31が、金型Ｍ₂（の内部の冷却水孔路）の流入口に接続される。

また、（タンク13の高温Ｈ側に接続される一端を有する）上記還流配管19は、その他端が、射出成形機Ｍ₁の流出口に接続される。
また、金型Ｍ₂に備わる冷却水流路の出口に接続された第２配管32が、分岐部44にて、戻し配管32Ａと、還流配管32Ｂに分岐し、該配管32Ａ，32Ｂは、夫々、温調機70と、上記還流配管19の途中の合流部41に、接続される。
金型Ｍ₂から排出された水（媒体）の一部は、戻し配管32Ａ内を流れて温調機70に戻り、残りの水（媒体）は、還流配管32Ｂ，19内を流れてタンク13の高温Ｈ側へ還流する。

また、本発明に係る冷却装置は、金型Ｍ₂を交換する際に、温調機70と金型Ｍ₂とが遮断状態となると共に、金型Ｍ₂の流入側にコンプレッサ60が連通され、かつ金型Ｍ₂の流出側が溶存酸素低減タンク13に直通状態となるように切換える残留水除去手段90を、備えている。
この残留水除去手段90は、第１配管31の中間部位に設けられ連通遮断切換自在とする第１開閉弁Ｖ₁と、第２配管32の中間部位に設けられ金型Ｍ₂と分岐部44を連通遮断切換自在とする第２開閉弁Ｖ₂と、金型Ｍ₂（の冷却水孔路）の流入口とコンプレッサ60とを連結すると共に連通遮断切換自在とするエア開閉弁Ｖ₀を中間部位に備えるエア配管10Ｂと、金型Ｍ₂の流出口側を上記還流配管19に直結すると共に連通遮断切換自在とする第３開閉弁Ｖ₃を中間部位に備えるバイパス配管33と、から成る。
実施例に於ては、エア配管10Ｂの下流（他端）側は、第１配管31の中間部位であって第１開閉弁Ｖ₁と金型Ｍ₂の中間の合流部40で、合流する。さらに、バイパス配管33は、その上流（一端）側が、第２配管32のうち金型Ｍ₂の流出口と第２開閉弁Ｖ₂の中間部の分岐部43に、接続されると共に、下流（他端）側が、還流配管19のうち上記合流部41よりもタンク13側の合流部42に、接続される。

次に、図１，図２，図３に於て、冷却装置の機能（作用）について説明する。
先ず、二次冷却系12に於て、冷却水（媒体）により被冷却装置Ｍを冷却する作用については、エア開閉弁Ｖ₀及び第３開閉弁Ｖ₃が遮断状態で、第１・第２開閉弁Ｖ₁，Ｖ₂が連通状態になっており、タンク13の低温Ｌ側の冷却水（媒体）は、ポンプ17の運転により、射出成形機Ｍ₁及び温調機70へ送られる。
射出成形機Ｍ₁へ送られ昇温した還りの水（媒体）は、還流配管19を流れて、タンク13の高温Ｈ側へ還流する。
一方、温調機70へ送られた冷却水は、所定温度に制御されて、金型Ｍ₂へ供給される。そして、金型Ｍ₂を冷却後昇温した水（媒体）の一部は、第２配管32，戻し配管32Ａを介して温調機70に流れ、残りの水（媒体）は、還流配管32Ｂ，19を介して、タンク13の高温Ｈ側に還流する。
金型Ｍ₂に供給される冷却水が温調機70によって温度制御されることで、金型Ｍ₂は、効率よく成形作業を行い得る状態に維持される。

次に、二次冷却系12に於ける脱酸素処理について説明すると、圧縮空気が、コンプレッサ60から窒素ガス発生装置Ｄに連続的に供給され、窒素ガス（90％以上）と酸素富化ガスとに分離される。
窒素ガスは、タンク13の低温Ｌ側内に配設されたノズル部材30に、（かつ、高温Ｈ側にもノズル部材30を配設した場合には、高温Ｈ側のノズル部材30にも、）供給される。
そして、窒素ガスが、ノズル部材30の複数の孔30ａから、多量の微細な気泡２…となって噴出し、この窒素ガス気泡２…が、タンク13内をゆっくりと上昇する。この上昇中に、窒素ガス気泡２…の中へ溶存酸素ガスが移動し、水中の溶存酸素濃度が低減する。
そして、水中の溶存酸素ガスを除去した窒素ガス気泡は、矢印26のように、タンク13の上部から排出し、周囲の空気と混合する。
コンプレッサ60から窒素ガス発生装置Ｄへ、連続的に圧縮空気を供給可能なので、タンク13内に、窒素ガスの気泡２…を常時供給できる。
また、窒素ガス発生装置Ｄにて分離された酸素富化ガスは、装置Ｄの外部へ排出され、周囲の空気と混合する。

次に、二次冷却系12に於いて、被冷却装置Ｍを冷却した水（媒体）の熱を熱交換器１で交換する作用について説明する。
二次側ポンプ20の運転により、冷却後の水（媒体）を、上記タンク13の高温Ｈ側から熱交換器１へ送る。そして、熱交換器１の二次側を流れて冷却された冷却水（媒体）は配管23を介して上記タンク13の低温Ｌ側へ送られる。
そして、二次冷却系12の熱が、熱交換器１により、一次冷却系11に交換伝達される。
また、この循環中に、水（媒体）の一部は、分岐配管25を流れ、ストレーナ（フィルタ）24により浄化される。
溶存酸素低減タンク13内では、区画壁14に開設された連通孔15によって、高温Ｈ側と低温Ｌ側とが同一水位に維持される。

次に、金型Ｍ₂を交換する場合について説明する。
先ず、エア開閉弁Ｖ₀及び第３開閉弁Ｖ₃を連通状態に、かつ、第１・第２開閉弁Ｖ₁，Ｖ₂を遮断状態に切り換え、コンプレッサ60から圧縮空気を金型Ｍ₂に供給し、金型Ｍ₂の冷却水流路から残留水を排出させて、タンク13の高温Ｈ側に還流させる。
このとき、圧縮空気が金型Ｍ₂へ供給されることで二次冷却系12内の水（媒体）の中に酸素が再溶解するが、一方でコンプレッサ60から窒素ガス発生装置Ｄに連続的に圧縮空気が供給され、タンク13内に於て連続的に脱酸素処理が行われている。
よって、二次冷却系12の溶存酸素濃度は低い状態のまま維持される。
そして、金型Ｍ₂の交換が終了したら、再びエア開閉弁Ｖ₀及び第３開閉弁Ｖ₃を遮断状態に、かつ、第１・第２開閉弁Ｖ₁，Ｖ₂を連通状態に切り換えて、射出成形機Ｍ₁，金型Ｍ₂の冷却を行う。

次に、（背景技術に於ても既述した）減圧装置を用いた脱酸素処理による溶存酸素濃度と、本発明に係る冷却装置で脱酸素処理した場合の溶存酸素濃度とを、図５に示すグラフ図により比較して説明する。
この図５に示すように、被冷却装置を冷却する冷却水を、クーリングタワーのみで熱交換する冷却系に於ては、大気の温度約30℃の条件では、冷却水の溶存酸素濃度が約８ppm である。
また、減圧装置を用いる冷却系に於ては、冷却水の溶存酸素濃度が、平均して約 4.5ppm である。

これらに対し、本発明に係る冷却装置の窒素ガス導入法を用いる冷却系に於ては、比較的純度の低い96％の窒素ガスによって、約２トンの水の脱酸素処理を行う場合でも、約５時間で、溶存酸素濃度を７ppm から２ppm に減少させて維持することができる。さらに窒素ガスの量（純度）を増加させることで、１ppm 以下に減少させることも可能である。
水中の腐食速度は、図４に示すように、その溶存酸素濃度に略比例して増加するので、溶存酸素濃度が低ければ低いほど二次冷却系12内の腐食の発生が少なくなる。

さらに、（上述したように、）コンプレッサ60で金型Ｍ₂へ圧縮空気を供給する場合のように、二次冷却系12内に酸素を再溶解させることがあっても、窒素ガス発生装置Ｄが連続的に窒素ガスを水に供給し、しかも、タンク13内で多くの気液界面にて脱酸素処理を行い得るので、溶存酸素濃度を、図５で示すように１ppm 乃至３ppm （より好ましくは約２ppm ）の低い値のまま維持できる。
このように、溶存酸素濃度を１ppm 乃至３ppm の範囲に維持することで、好気性・嫌気性のどちらのバクテリアも、繁殖が抑えられ、スライム，藻等が発生しない。

以上のように、本発明に係る冷却装置は、一次冷却系11と二次冷却系12とを備え、射出成形機Ｍ₁と金型Ｍ₂とを有する被冷却装置Ｍを二次冷却系12により冷却し、二次冷却系12の熱を一次冷却系11に交換伝達する熱交換器１を有し、二次冷却系12は、冷却媒体としての水を温度制御して金型Ｍ₂に供給する温調機70を、備え、さらに、二次冷却系12は、窒素ガス発生装置Ｄと、窒素ガス発生装置Ｄからの窒素ガスを気泡状に冷却媒体としての水の中へ噴出して溶存酸素を低減する溶存酸素低減タンク13を備えるので、冷却媒体としての水に気泡状窒素ガスを供給できて、非常に効率よく脱酸素処理を行うことができ、多量の脱酸素処理を、短時間で行うことができる。よって、冷却水の溶存酸素濃度を常時低く維持できるので、二次冷却系12内の冷却水の腐食を防止することができ、被冷却装置Ｍを効率よく冷却することができる。
また、二次冷却系12に不純物が混入せず、スケール、錆、スライム等の発生を防ぐことができ、濃縮も生じない。
また、金型Ｍ₂に供給される冷却水の温度は、温調機70によって、常時所定値に制御されるので、金型Ｍ₂は、安定して効率の良い成形作業を行い得る。
また、（減圧装置法に比べ、）設備を単純な構成にすることができるので、メンテナンスが楽で、設備コストも抑えることができる。

また、溶存酸素低減タンク13は、その底部13ａ近傍に、窒素ガス発生装置Ｄに接続され窒素ガスを噴出する複数の孔30ａを有するノズル部材30が、配設されているので、
窒素ガスを、多量の微細な気泡状にして連続的にゆっくりと上昇させることができる。よって、水と窒素ガスとの気液界面が大きくなり、効率よく水の中の溶存酸素を減少し得る。
このように小規模で簡素な構成でありながら、優れた腐食防止効果を、発揮する。

そして、窒素ガス発生装置Ｄに常時空気を供給可能なコンプレッサ60を、備え、また、金型Ｍ₂を交換する際に、温調機70と金型Ｍ₂とが遮断状態となると共に、金型Ｍ₂の流入側にコンプレッサ60が連通され、かつ金型Ｍ₂の流出側が溶存酸素低減タンク13に直通状態となるように切換える残留水除去手段90を、備えているので、簡単な切換操作で、金型Ｍ₂内の残留水を排出することができ、金型Ｍ₂の交換作業を容易に行い得る。しかも、窒素ガス発生装置Ｄに圧縮空気を供給するのと同一のコンプレッサ60を用いて残留水を排出できるので、設備を簡略化できる。
また、金型Ｍ₂内に圧縮空気を供給している間も、冷却水中に連続して窒素ガスを供給することができるので、冷却水中に酸素が再溶解しても、冷却水を、常時、低溶存酸素濃度に維持することができる。

本発明に係る冷却装置の実施の一形態を示す一部配管系統図である。他の部分を示す一部配管系統図である。さらに他の部分を示す一部配管系統図である。溶存酸素濃度と腐食速度との関係を示すグラフ図である。温度と溶存酸素濃度との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１熱交換器
11 一次冷却系
12 二次冷却系
13 タンク
13ａ底部
30 ノズル部材
30ａ孔
60 コンプレッサ
70 温調機
90 残留水除去手段
Ｄ窒素ガス発生装置
Ｍ被冷却装置
Ｍ₁射出成形機
Ｍ₂金型

Claims

一次冷却系（11）と二次冷却系（12）とを備え、射出成形機（Ｍ₁）と金型（Ｍ₂）とを有する被冷却装置（Ｍ）を該二次冷却系（12）により冷却し、該二次冷却系（12）の熱を該一次冷却系（11）に交換伝達する熱交換器（１）を有し、
上記二次冷却系（12）は、冷却媒体としての水を温度制御して上記金型（Ｍ₂）に供給する温調機（70）を、備え、
さらに、上記二次冷却系（12）は、窒素ガス発生装置（Ｄ）と、該窒素ガス発生装置（Ｄ）からの窒素ガスを気泡状に上記冷却媒体としての水の中へ噴出して溶存酸素を低減する溶存酸素低減タンク（13）と、上記窒素ガス発生装置（Ｄ）に常時空気を供給可能なコンプレッサ（60）を、備え、
上記金型（Ｍ ₂ ）を交換する際に、上記温調機（70）と金型（Ｍ ₂ ）とが遮断状態となると共に、上記金型（Ｍ ₂ ）の流入側に上記コンプレッサ（60）が連通され、かつ上記金型（Ｍ ₂ ）の流出側が上記溶存酸素低減タンク（13）に直通状態となるように切換える残留水除去手段（90）を、備えたことを特徴とする冷却装置。
上記溶存酸素低減タンク（13）は、その底部（13ａ）近傍に、上記窒素ガス発生装置（Ｄ）に接続され窒素ガスを噴出する複数の孔（30ａ）を有するノズル部材（30）が、配設された請求項１記載の冷却装置。