JP4217124B2 - 被覆電線冷却方法及び被覆電線冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、被覆電線を製造する際に用いられ、樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線を冷却する被覆電線冷却方法及び被覆電線冷却装置に関するものである。

被覆電線を製造する電線被覆装置は、芯線を走行させながら該芯線に樹脂被覆を施し、樹脂被覆されて走行する高温の被覆電線を冷却し、冷却された被覆電線を巻き取るようにしたものである。このような電線被覆装置には、押出機によって施された樹脂被覆を冷却硬化（凝固定着、冷却固化）させるために、樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線を冷却する被覆電線冷却装置が備えられている。従来、この被覆電線冷却装置は、一般に、押出機による樹脂被覆後の高温の被覆電線を水平方向に延びた冷却水槽の冷却水中に浸して冷却するように構成されている。なお、押出機による樹脂被覆後の該樹脂被覆の温度は、通常、１５０〜３００℃であり、樹脂被覆が例えばＰＶＣであれば１８０℃前後の値である。

一方、実開昭５７−１４５２１４号公報には、被覆電線冷却装置としてのケーブル冷却装置が提案されている。図７は従来技術を示すものであって、ケーブル冷却装置の縦断面図、図８はその横断面図である。このケーブル冷却装置は、長手方向にわたって複数個のノズル２１０〜２１３，２２０〜２２３，２３１，２４１等を間欠的に有し、かつ、前記ノズルから冷却水をミスト状態で噴射する複数個の冷却パイプ２ａ〜２ｄを、ケーブル（被覆電線）１近傍の四方にわたって設け、前記冷却パイプ２ａ〜２ｄの外方に、ケーブル１及び冷却パイプ２ａ〜２ｄを包囲する容器３を設けてなるものである。

しかしこのケーブル冷却装置では、樹脂被覆されて走行する高温の被覆電線に冷却水をミスト状態で噴射するようにしたものの、被覆電線に集中して無駄なくミストを吹き付ける点について配慮されていない。
実開昭５７−１４５２１４号公報（第２図、第３図）

そこで本発明は、被覆電線を製造する際に、押出機による樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線に集中して無駄なく液状冷却媒体を吹き付けることができ、これにより液状冷却媒体使用量の低減や液状冷却媒体循環装置の小型化を図ることができる被覆電線冷却方法及び被覆電線冷却装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、押出機により樹脂被覆され、この樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線を冷却する被覆電線冷却方法において、噴射ノズルを被覆電線走行方向に沿って間隔をあけて複数設け、これら複数の噴射ノズルについて、各個別に設けられた液状冷却媒体量密度調整手段を調整して、被覆電線走行方向における下流側の噴射ノズルから噴射される液状冷却媒体の被覆電線走行位置における液状冷却媒体量密度を、上流側の噴射ノズルよりも大きく設定し、当該噴射ノズルにより、前記被覆電線に、吹き付け断面形状として該被覆電線の走行方向に沿って細長く延びる細長形状を形成して液状冷却媒体を噴射することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の被覆電線冷却方法において、前記液状冷却媒体として冷却水をミスト状態で噴射することを特徴とするものである。

請求項３の発明は、押出機により樹脂被覆され、この樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線を冷却する被覆電線冷却装置において、前記被覆電線に、吹き付け断面形状として該被覆電線の走行方向に沿って細長く延びる細長形状を形成して液状冷却媒体を噴射する噴射ノズルを備え、前記噴射ノズルが被覆電線走行方向に沿って間隔をあけて複数設けられ、被覆電線走行方向における下流側の噴射ノズルから噴射される液状冷却媒体の被覆電線走行位置における液状冷却媒体量密度が、上流側の噴射ノズルよりも大きくなるように調整すべく、前記複数の噴射ノズルについて、液状冷却媒体の噴射量と、噴射ノズルと被覆電線間の距離との少なくとも一方を調整可能とする液状冷却媒体量密度調整手段が、各個別に備えられていることを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項３記載の被覆電線冷却装置において、前記噴射ノズルは、液状冷却媒体として冷却水をミスト状態で噴射するものであることを特徴とするものである。

請求項１の被覆電線冷却方法又は請求項３の被覆電線冷却装置は、噴射ノズルを被覆電線走行方向に沿って間隔をあけて複数設け、各噴射ノズルにより、押出機による樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線に、吹き付け断面形状として該被覆電線の走行方向に沿って細長く延びる細長形状を形成して液状冷却媒体を噴射するようにしている。これにより、押出機による樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線に集中して無駄なく液状冷却媒体を吹き付けることができるので、円板状の吹き付け断面形状に比べて液状冷却媒体使用量を減らし液状冷却媒体循環装置の小型化を図ることができ、ひいては被覆電線の製造コストを下げることができる。また、前記複数の噴射ノズルについて、各個別に設けられた液状冷却媒体量密度調整手段を調整して、被覆電線走行方向における下流側の噴射ノズルから噴射される液状冷却媒体の被覆電線走行位置における液状冷却媒体量密度が、上流側に位置する噴射ノズルよりも大きくなるように設定している。これにより、走行方向下流側に行くに従って被覆電線の樹脂被覆の温度が低下しても、走行方向下流側における被覆電線に対する冷却効率（熱伝達率）を高めることができるので、走行方向における被覆電線の冷却距離を短くして冷却装置のコンパクト化とその設置面積の省スペース化を図ることができる。

請求項２の被覆電線冷却方法又は請求項４の被覆電線冷却装置は、各噴射ノズルにより、押出機による樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線に、吹き付け断面形状として該被覆電線の走行方向に沿って細長く延びる細長形状を形成して冷却水をミスト状態で噴射するようにしている。これにより、冷却水をシャワー状に噴射する場合に比較してより少ない冷却水量にて、被覆電線に均一にムラなくミストを吹き付けることができるので、冷却水使用量に対する冷却効果を高めることができる。また、冷却水槽に浸して冷却する場合や冷却水をシャワー状に噴射する場合に比べて、被覆電線にかかる抵抗が小さいので被覆電線を巻き取るための動力が少なくてすむ。さらに、被覆電線にかかる抵抗が小さいことでその分被覆電線にかかる張力も小さくなるので、被覆電線の外径縮小値を小さくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による被覆電線冷却装置の構成を概略的に示す平面図、図２は図１の被覆電線冷却装置のＡ矢視正面図、図３は図１における噴射ノズルによる吹き付け断面形状の説明図である。なお、図１では図における上側が実際には押出機２２から見て左側、図における下側が実際には押出機２２から見て右側になっている。また、図１は受水槽１１の蓋体１２を取り除いた状態で示しており、図２は下流側壁面を取り除いた状態で示している。

被覆電線冷却装置は、電線被覆装置における押出機２２と図示しない引取機との間の位置に設置されている。図１及び図２に示すように、被覆電線冷却装置は、上部が開放された箱状の受水槽１１と、被覆電線２１の走行方向に沿って所定の間隔をあけて位置され、かつ、被覆電線２１（被覆電線２１の走行路）を挟むように対向する状態で受水槽１１内に設けられた複数の噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’と、噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’に冷却水を供給して各噴射ノズルから冷却水をミスト状態で噴射させるために受水槽１１内に設けられた導管１５とを備えている。導管１５はその内部に冷却水供給路を有している。噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’は、空気混合機能を有しており、これにより冷却水をミスト状態とすることができる。各噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’には、冷却水供給路が噴射ノズル毎にそれぞれ絞り弁１４Ａ〜１４Ｅ，１４Ａ’〜１４Ｅ’を介して連通している。

被覆電線冷却装置は、受水槽１１の外部に、導管１５内に設けられた前記冷却水供給路に冷却水を供給するための冷却水循環装置１６を備えている。冷却水循環装置１６は、噴射された後に受水槽１１内に溜まって排水された水を冷却し、再び冷却水供給路に送り出すようになっている。

そして、各噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’から冷却水がミスト状態で、図１及び図２に示すように扁平扇状をなし、かつ、図３に示すように、吹き付け断面形状として細長く直線状に延びる細長形状なして噴射されるようになっている。図３に示すように、例えば、ミストによる細長形状をなす吹き付け断面形状の厚み寸法Ｔは約１０ｍｍ、長さ寸法Ｌは約１７０ｍｍである。また、噴射されるミストの平均粒径は、９００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下がよい。

このように、この被覆電線冷却装置は、噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’により、押出機２２による樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線２１に、吹き付け断面形状として該被覆電線２１に沿って細長く延びる細長形状を形成して冷却水をミスト状態で噴射するようにしている。これにより、円板状の吹き付け断面形状に比べてより少ない冷却水量（例えば約１／１０の冷却水量）にて、被覆電線２１に均一にムラなくミストを吹き付けることができるので、冷却水使用量に対する冷却効果を高めることができる。よって、円板状の吹き付け断面形状に比べて冷却水使用量を減らし冷却水循環装置１６の小型化を図ることができ、ひいては被覆電線の製造コストを下げることができる。

また、この被覆電線冷却装置は、被覆電線走行方向における下流側の噴射ノズル、例えば噴射ノズル１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｄ’，１３Ｅ’から噴射されるミストの被覆電線走行位置における水量密度が、上流側に位置する噴射ノズル、例えば噴射ノズル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ａ’，１３Ｂ’よりも大きくなるように設定している。これにより、走行方向下流側に行くに従って被覆電線２１の樹脂被覆の温度が低下しても、走行方向下流側における被覆電線２１に対する冷却効率（熱伝達率）を高めることができるので、走行方向における被覆電線２１の冷却距離を短くして受水槽１１のコンパクト化とその設置面積の省スペース化を図ることができる。ここで、本実施形態では、開度調整可能な絞り弁１４Ａ〜１４Ｅ，１４Ａ’〜１４Ｅ’は、下流側の噴射ノズル１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｄ’，１３Ｅ’による水量密度を上流側の噴射ノズル１３Ａ，１３Ｂ，１３Ａ’，１３Ｂ’よりも大きくなるように設定するための、ミストの噴射量を調整可能とする水量密度調整手段（液状冷却媒体量密度調整手段）を構成している。なお、水量密度調整手段として、前記絞り弁１４Ａ〜１４Ｅ，１４Ａ’〜１４Ｅ’に代えて、噴射ノズル１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’と被覆電線２１間の距離を調整可能な構成にしてもよく、また、噴射ノズル自体を噴射量の異なる複数のものとしてもよく、さらに、これらのことと絞り弁とを併用するようにしてもよい。

次に、吹き付け断面形状として細長く延びる細長形状を形成する噴射ノズルを用いて後述する高温の模擬電線に冷却水をミスト状態で噴射する実験を実施して、熱伝達率（熱伝達係数）を算出し、また、ノズル水量と熱伝達率との関係を調査したので、この実験について説明する。

図４は模擬電線の構造説明図であって、その（ａ）は模式的斜視図、その（ｂ）は断面図である。実験用として、カンタル線３１ａ（ヒータ用金属線）の外周面にＰＴＦＥ樹脂（四ふっ化エチレン樹脂）被覆３１ｂを施してなる模擬電線３１を作製した。カンタル線３１ａの外径は０．８ｍｍ、模擬電線３１の外径は１．７ｍｍである。模擬電線３１のＰＴＦＥ樹脂被覆３１ｂ中に温度測定用の熱電対３２を埋設した。

図５は模擬電線に対する噴射ノズルの配置位置の説明図であって、その（ａ）は平面図、その（ｂ）はＡ矢視正面図である。図５に示すように、模擬電線３１を挟んで対向するように左右に合計２個の噴射ノズル３３を配置した。噴射ノズル３３と模擬電線３１間の距離は７０ｍｍである。

カンタル線３１ａに通電してＰＴＦＥ樹脂被覆３１ｂを約１７０℃〜約１８０℃（表３のｔ＝０のときの各温度参照）に加熱した後、２個の噴射ノズル３３により、模擬電線３１に冷却水をミスト状態で吹き付けた。ミストの平均粒径は、約３００μｍである。そして、表２の試験Ｎｏ．２〜５に示すようにノズル水量（噴射ノズル３３に供給する冷却水量）を変化させ、この場合のＰＴＦＥ樹脂被覆３１ｂの温度変化について、サンプリング周期０．０１ｓ、サンプリング期間１０ｓでデータ収集した。表２に試験条件、表３にＰＴＦＥ樹脂被覆３１ｂの温度変化の測定結果を示す。そして、表３に示す温度測定結果に基づいて熱伝達率（熱伝達係数）を算出し、その結果を同じく表３に示す。

ここで、この熱伝達率（熱伝達係数）の求め方について説明する。図４に示す構造のものでは次の式１に示すエネルギ式が成立する。そして、この式１の解として、熱伝達率ｈは式２で与えられる。ここで、式１，式２において、ρ₁：カンタル線の密度（ｋｇ／ｍ³）、ρ₂：ＰＴＦＥ樹脂被覆の密度（ｋｇ／ｍ³）、Ｃ₁：カンタル線の比熱（Ｊ／（ｋｇ・℃））、Ｃ₂：ＰＴＦＥ樹脂被覆の比熱（Ｊ／（ｋｇ・℃））、Ｓ₁：カンタル線の断面積（ｍ²）、Ｓ₂：ＰＴＦＥ樹脂被覆の断面積（ｍ²）、Ｄ：直径（ｍ）、ｔ：時間（ｓ）、Ｔ：樹脂被覆温度（℃）、Ｔ_a：冷却水温度（℃）、Ｔ₀：樹脂被覆初期温度（℃）、ｈ：熱伝達率（Ｗ／（ｍ²・℃））、である。

この式２に、表１に示すカンタル線３１ａ及びＰＴＦＥ樹脂被覆３１ｂの物性値などと、表３に示す温度測定結果とを代入することにより、表３に示す熱伝達率を算出することができる。

図６は、この実験から得られたところの、ノズル水量（ノズル水量密度）と熱伝達率との関係を示すグラフである。図６からわかるように、ノズル水量密度が１００リットル／（ｍｉｎ・ｍ²）以上において高い熱伝達率（熱伝達係数）、つまり高い冷却効率が得られた。

図１は本発明の一実施形態による被覆電線冷却装置の構成を概略的に示す平面図である。 図１の被覆電線冷却装置のＡ矢視正面図である。 図１における噴射ノズルによる吹き付け断面形状の説明図である。 模擬電線の構造説明図であって、その（ａ）は模式的斜視図、その（ｂ）は断面図である。 模擬電線に対する噴射ノズルの配置位置の説明図であって、その（ａ）は平面図、その（ｂ）はＡ矢視正面図である。 ノズル水量（ノズル水量密度）と熱伝達率との関係を示すグラフである。 従来技術を示すものであって、ケーブル冷却装置の縦断面図である。 ケーブル冷却装置の横断面図である。

符号の説明

１１…受水槽
１２…蓋体
１３Ａ〜１３Ｅ，１３Ａ’〜１３Ｅ’…噴射ノズル
１４Ａ〜１４Ｅ，１４Ａ’〜１４Ｅ’…絞り弁
１５…導管
１６…冷却水循環装置
２１…被覆電線
２２…押出機
３１…模擬電線
３１ａ…カンタル線
３１ｂ…ＰＴＦＥ樹脂被覆
３２…熱電対
３３…噴射ノズル

Claims (4)

1. 押出機により樹脂被覆され、この樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線を冷却する被覆電線冷却方法において、噴射ノズルを被覆電線走行方向に沿って間隔をあけて複数設け、これら複数の噴射ノズルについて、各個別に設けられた液状冷却媒体量密度調整手段を調整して、被覆電線走行方向における下流側の噴射ノズルから噴射される液状冷却媒体の被覆電線走行位置における液状冷却媒体量密度を、上流側の噴射ノズルよりも大きく設定し、当該噴射ノズルにより、前記被覆電線に、吹き付け断面形状として該被覆電線の走行方向に沿って細長く延びる細長形状を形成して液状冷却媒体を噴射することを特徴とする被覆電線冷却方法。
2. 前記液状冷却媒体として冷却水をミスト状態で噴射するものであることを特徴とする請求項１記載の被覆電線冷却方法。
3. 押出機により樹脂被覆され、この樹脂被覆後の走行する高温の被覆電線を冷却する被覆電線冷却装置において、前記被覆電線に、吹き付け断面形状として該被覆電線の走行方向に沿って細長く延びる細長形状を形成して液状冷却媒体を噴射する噴射ノズルを備え、前記噴射ノズルが被覆電線走行方向に沿って間隔をあけて複数設けられ、被覆電線走行方向における下流側の噴射ノズルから噴射される液状冷却媒体の被覆電線走行位置における液状冷却媒体量密度が、上流側の噴射ノズルよりも大きくなるように調整すべく、前記複数の噴射ノズルについて、液状冷却媒体の噴射量と、噴射ノズルと被覆電線間の距離との少なくとも一方を調整可能とする液状冷却媒体量密度調整手段が、各個別に備えられていることを特徴とする被覆電線冷却装置。
4. 前記噴射ノズルは、液状冷却媒体として冷却水をミスト状態で噴射するものであることを特徴とする請求項３記載の被覆電線冷却装置。