JP4580588B2 - ホース冷却装置及びホース冷却方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホース冷却装置及びホース冷却方法に関し、特に内管ゴムホースと、該内管ゴムホースの外周面に1層以上の補強層と、該補強層を被覆する外面層を有するワイヤーブレードホースの内管ゴムホースを冷却するのに適したホース冷却装置及びホース冷却方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ワイヤーブレードホースは、事前にゴム製のマンドレル等の上に被覆した内管ゴムホースの弾性が無くなり、ある程度の表面硬度がでる温度まで冷却し、その上に補強用の金属線を編組し、更に外被ゴムをかぶせた後、加硫することにより製造されている。
【0003】
このようなワイヤーブレードホースの内管ゴムホースの冷却方法としては、まず、内径50〜100mm、長さ2〜3mm程度の金属製のパイプを用意し、その内部に液体窒素を吹き込むことにより氷点下100℃前後まで冷却し、この冷却された金属パイプの内部を事前に内管ゴムホースを被覆したマンドレルを通過させることによって、内管ゴムホース自体の温度を下げる方法が一般的である。
【0004】
しかしながら、従来の冷却方式の欠点としては、金属パイプの内側に液体窒素を吹き込むだけであるため、金属パイプを冷やすのに大半のエネルギーが消費されてしまい、かかるエネルギー消費の無駄の大半は金属パイプと外気温度の差(約100℃)によるものである。この冷熱放射の無駄を減らすため、通常は金属パイプの外側に断熱材を巻き付けているが、硬質発泡ウレタンフォームのような比較的断熱性が高いとされる材料を用いても冷熱エネルギーの半分以上は大気中に失われてしまうという問題がある。
【0005】
また、従来の冷却方式は、金属パイプの中でほぼ静止した状態の冷たい気体のなかを内管ゴムホースが1〜2m/分のゆっくりとした速度で移動していくだけであるので内管ゴムホース表面付近の空気層は入れ替わることがなく、この内管ゴムホース表面付近の空気層は、そのまま動かない断熱層となってしまい、その結果、金属パイプ内側の冷気から内管ゴムホース表面への熱伝導は極めて効率が悪くなってしまうという問題がある。
【0006】
一方、液体窒素の代わりに冷凍機にて冷却したマイナス30℃程度の冷風を内管ゴムホースに直接吹き付ける冷却方式も試みられているが、冷却温度が不十分であり、内管ゴムホースの硬度が十分上がらない上に、この方式では冷凍機運転用に多大の電力を要し、コストアップを招くおそれがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、断熱性及び熱伝導性に優れ、特にワイヤーブレードホースの内管ゴムホースを効率よく冷却することができるホース冷却装置及びホース冷却方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため、下記のホース冷却装置及びホース冷却方法を提供する。
【0009】
請求項1の発明は、冷気攪拌用送風装置を内部に配置した送風部と、
前記送風装置と連通した内部をマンドレルに被覆した内管ゴムホースが通過する内側金属パイプと、該内側金属パイプの外側に配置された中間金属パイプと、該中間金属パイプと内側金属パイプの間に前記送風部と連通するリング状第1空所を設けると共に、前記中間金属パイプの外側に配置された外側金属パイプと、該外側金属パイプと中間金属パイプの間にリング状第2空所とを有する内中外の三重パイプ構造の冷却パイプ部と、
前記内側金属パイプ内に開口し液体窒素を注入するための液体窒素注入手段とを備えたホース冷却装置であって、
前記リング状第2空所の両端を気密に閉塞し脱気することにより真空断熱状態にすると共に、前記冷気攪拌用送風装置から送出され、液体窒素注入手段からの液体窒素で冷却された空気を内側金属パイプ内に流し込み、該内側金属パイプの先端部に設けた冷気リターン孔を通じてリング状第1空所へと誘導し、送風部に戻すことにより、冷気を冷却パイプ部と送風部の間で循環させるように構成したことを特徴とするホース冷却装置である。
【0010】
請求項2の発明は、前記冷気攪拌用送風装置の周囲に内外二重の鉄板壁を設け、該内側鉄板壁と外側鉄板壁の間の空所を真空断熱状態とした請求項1記載のホース冷却装置である。
【0011】
請求項3の発明は、前記外側鉄板壁の周囲に断熱材を被覆した請求項2記載のホース冷却装置である。
【0012】
請求項4の発明は、前記外側金属パイプの外周に断熱材を被覆した請求項1乃至3のいずれか1項記載のホース冷却装置である。
【0013】
請求項5の発明は、断熱材が硬質発泡ウレタンフォーム又は発泡スチロールである請求項3又は4記載のホース冷却装置である。
【0014】
請求項6の発明は、内側金属パイプに取付けた温度センサーで、該内側金属パイプ内の冷気の温度を検知し、液体窒素注入手段からの液体窒素の注入量をコントロール可能に構成した請求項1乃至5のいずれか1項記載のホース冷却装置である。
【0015】
請求項7の発明は、前記冷気攪拌用送風装置の回転軸を延出し、送風部の外部で電動モーターと連結し、該モーターの駆動力を送風装置に伝える構造とした請求項1乃至6のいずれか1項記載のホース冷却装置である。
【0016】
請求項8の発明は、ゴム又は熱可塑性エラストマーで形成された内管ゴムホースと、該内管ゴムホースの外周面に1層以上の金属繊維で編組されてなる補強層と、該補強層を被覆する外面層とを有するワイヤーブレードホースの内管ゴムホースを冷却するのに用いられる請求項1乃至7のいずれか1項記載のホース冷却装置である。
【0017】
請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項記載のホース冷却装置を用いてワイヤーブレードホースの内管ゴムホースを冷却することを特徴とするホース冷却方法である。
【0018】
請求項1の発明によれば、内中外の三重パイプ構造の冷却パイプ部と送風部を備え、外側金属パイプと中間金属パイプとの間のリング状第2空所を真空断熱状態とすることにより、外気温度との差が緩和され、冷熱エネルギーが大気中に失われることを効果的に防止できると共に、冷気を冷却パイプ部と送風部との間で循環させることにより、従来の冷却方式に比べて熱伝導性が大幅に向上できると共に、外部への無駄な冷熱の放出も防ぐことができる。
【0019】
請求項2乃至5の発明によれば、送風部及び冷却パイプ部の周囲を断熱材で被覆することにより、更に断熱効果が向上するものである。
【0020】
請求項6の発明によれば、温度センサーで常時温度を制御することにより、液体窒素の使用量の大幅な削減が可能となるものである。
【0021】
請求項7の発明によれば、安価な電動モーターを用いることができるので、コストダウンが図れるものである。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して更に詳しく説明する。
図1は、本発明のホース冷却装置20の一例を示す概略断面図であり、図2は、図1のa−a線に沿った断面図をそれぞれ示す。
【0023】
本発明のホース冷却装置20は、図1に示したように、冷気攪拌用送風装置2を内蔵した送風部1と、内中外の3重構造の金属製パイプ12,13,14を設けてなる冷却パイプ部10とを備えている。
【0024】
前記送風部1は、内部に配置された冷気攪拌用送風装置2の周囲に内外二重の鉄板壁を設け、これら内側鉄板壁3と外側鉄板壁4との間の空所5を真空ポンプで脱気して真空断熱状態にすることが好ましい。これにより、断熱効果が更に向上する。
【0025】
また、内側鉄板壁3の−100℃の冷熱が機械的構造物のジョイント部を通じて外側鉄板壁4部分まで伝わり、大気の雰囲気温度以下となり、大気中の水分が外側鉄板壁4表面で結露又は結氷するおそれがあるため、図3に示したように、外側鉄板壁4の外側を発泡スチロール、硬質発泡ウレタンホーム等の断熱材7で被覆することが好ましい。なお、内外側鉄板壁3,4の厚み、大きさ、断熱材7の厚みなどは適宜設定することができる。
【0026】
前記冷気攪拌用送風装置2としては、−100℃の温度環境に耐える電動モーターは高価であるため、図示を省略しているが、冷気攪拌用送風装置の回転軸を装置の外側にまで延出し、送風部の外部で電動モーターと連結し、該電動モーターの駆動力を送風装置に伝える構造とすることがコストダウンを図る観点から好ましい。
【0027】
前記3重パイプ構造の冷却パイプ部10は、冷気攪拌用送風装置2と連通した内部にマンドレルに被覆した内管ゴムホース11が通過する(図中矢印A方向)内側金属パイプ12と、該内側金属パイプ12の外側に配置された中間金属パイプ13と、該内側金属パイプ12と中間金属パイプ13との間に送風部1と連通するリング状第1空所15を設けると共に、前記中間金属パイプ13の外側に配置された外側金属パイプ14と、該外側金属パイプ14と中間金属パイプ13の間にリング状第2空所16を設けてなるものである。
【0028】
前記冷却パイプ部10は、一番外側の金属パイプ(外側金属パイプ14)と、その内側の2番目の金属パイプ(中間金属パイプ13)の間の空間(リング状第2空所16)の両端を気密に閉塞し真空ポンプで脱気して真空状態とし、真空断熱効果を持たせている。これにより、従来の硬質発泡ウレタンフォームを被覆した金属パイプを用いた冷却方式に比べて約2倍の断熱性能が得られる。
【0029】
前記冷却パイプ部10において、外側金属パイプ14は大気温度程度、中間金属パイプ13と内側金属パイプ12はいずれも−100℃程度となるため、熱膨張係数によりパイプ長さに差が生じる。この差は冷却装置の製作時にはゼロであり、装置を起動させると絶対のパイプ長さの差となり、この差がパイプに熱応力を与える。この熱応力が冷却装置を起動、停止させる度に負荷のオン及びオフを繰り返すので熱による繰り返し疲労を発生させることになる。この熱疲労は原理上避けられないので、自ずから許容のパイプ長さが決定される。
【0030】
なお、更に冷却パイプ部10に断熱効果を発揮させる観点から、図3,4に示したように、外側金属パイプの外周に断熱材18を被覆することが好ましい。この場合、断熱材としては、特に制限されないが、発泡スチロール、硬質発泡ウレタンホーム等を用いることが好ましい。
【0031】
図1中6は、内側金属パイプ内に開口し液体窒素を注入するための液体窒素注入手段である。本発明においては、内側金属パイプに取付けた温度センサー(図示せず)により循環する冷気の温度を常時検知しつつ、液体窒素注入手段6からの液体窒素の注入量をコントロール可能に構成することが好ましい。かかる温度制御を行うことにより、従来の単なるパイプ構造の冷気の循環しない冷却方式に比べて、液体窒素の消費量を30〜40%減少させることができるものである。
なお、温度センサーの取付け位置は内側金属パイプ12内に限られず、リング状第1空所15であっても構わない。
【0032】
本発明のホース冷却装置20は、前記冷気攪拌用送風装置2から送出され、液体窒素注入手段6からの液体窒素で冷却された空気(冷気)を内側金属パイプ12内に流し込み、該内側金属パイプの先端部に設けられた冷気リターン孔17を通じてリング状第1空所15に誘導し、送風部1へと循環させるように構成したものである(図1中矢印方向)。これにより、静止状態の冷気に比して熱伝達効率が大幅に向上すると共に、外部への無駄な冷熱の放出を防ぐことができる。
【0033】
本発明のホース冷却装置は、特に制限されないが、ゴム又は熱可塑性エラストマーで形成された内管ゴムホースと、該内管ゴムホースの外周面に1層以上の金属繊維で編組されてなる補強層と、該補強層を被覆する外面層とを有するワイヤーブレードホースの内管ゴムホースの冷却に好適に用いることができるものであるが、これに制限されるものではない。
【0034】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更しても差支えない。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内中外の三重パイプ構造の冷却パイプ部と送風部を備え、外側金属パイプと中間金属パイプとの間のリング状第2空所を真空断熱状態とすることにより、外気温度との差が緩和され、冷熱エネルギーが大気中に失われることを効果的に防止できると共に、冷気を冷却パイプ部と送風部との間で循環させることにより、従来の冷却方式に比べて熱伝導性が大幅に向上できると共に、外部への無駄な冷熱の放出も防ぐことができ、特にワイヤーブレードホースの内管ゴムホースの冷却に好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のホース冷却装置の一例を示す断面概略説明図である。
【図2】図1のa−a線に沿った断面図である。
【図3】本発明の別のホース冷却装置の一例を示す断面概略説明図である。
【図4】図3のa−a線に沿った断面図である。
【符号の説明】
1 送風部
2 冷気攪拌用送風装置
3 内側鉄板壁
4 外側鉄板壁
5 空所
6 液体窒素注入手段
7 断熱材
10 ホース冷却部
11 内管ゴムホース
12 内側金属パイプ
13 中間金属パイプ
14 外側金属パイプ
15 リング状第1空所
16 リング状第2空所
17 冷気リターン孔
18 断熱材
20 ホース冷却装置
Claims (9)
- 冷気攪拌用送風装置を内部に配置した送風部と、
前記送風装置と連通した内部をマンドレルに被覆した内管ゴムホースが通過する内側金属パイプと、該内側金属パイプの外側に配置された中間金属パイプと、該中間金属パイプと内側金属パイプの間に前記送風部と連通するリング状第1空所を設けると共に、前記中間金属パイプの外側に配置された外側金属パイプと、該外側金属パイプと中間金属パイプの間にリング状第2空所とを有する内中外の三重パイプ構造の冷却パイプ部と、
前記内側金属パイプ内に開口し液体窒素を注入するための液体窒素注入手段とを備えたホース冷却装置であって、
前記リング状第2空所の両端を気密に閉塞し脱気することにより真空断熱状態にすると共に、前記冷気攪拌用送風装置から送出され、液体窒素注入手段からの液体窒素で冷却された空気を内側金属パイプ内に流し込み、該内側金属パイプの先端部に設けた冷気リターン孔を通じてリング状第1空所へと誘導し、送風部に戻すことにより、冷気を冷却パイプ部と送風部の間で循環させるように構成したことを特徴とするホース冷却装置。 - 前記冷気攪拌用送風装置の周囲に内外二重の鉄板壁を設け、該内側鉄板壁と外側鉄板壁の間の空所を真空断熱状態とした請求項1記載のホース冷却装置。
- 前記外側鉄板壁の周囲に断熱材を被覆した請求項2記載のホース冷却装置。
- 前記外側金属パイプの外周に断熱材を被覆した請求項1乃至3のいずれか1項記載のホース冷却装置。
- 断熱材が硬質発泡ウレタンフォーム又は発泡スチロールである請求項3又は4記載のホース冷却装置。
- 内側金属パイプに取付けた温度センサーで、該内側金属パイプ内の冷気の温度を検知し、液体窒素注入手段からの液体窒素の注入量をコントロール可能に構成した請求項1乃至5のいずれか1項記載のホース冷却装置。
- 前記冷気攪拌用送風装置の回転軸を延出し、送風部の外部で電動モーターと連結し、該モーターの駆動力を送風装置に伝える構造とした請求項1乃至6のいずれか1項記載のホース冷却装置。
- ゴム又は熱可塑性エラストマーで形成された内管ゴムホースと、該内管ゴムホースの外周面に1層以上の金属繊維で編組されてなる補強層と、該補強層を被覆する外面層とを有するワイヤーブレードホースの内管ゴムホースを冷却するのに用いられる請求項1乃至7のいずれか1項記載のホース冷却装置。
- 請求項1乃至8のいずれか1項記載のホース冷却装置を用いてワイヤーブレードホースの内管ゴムホースを冷却することを特徴とするホース冷却方法。
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