JP5726845B2 - 鋳造金型冷却装置及び鋳造金型冷却方法 - Google Patents
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Description
しかし、金型内の冷媒通路で沸点に近い温度となるように、金型の手前に昇温手段を設置して冷媒を高温のヒーター等で加熱すると、昇温手段で部分的に沸点を超える温度まで冷媒が加熱されてウォーターハンマー現象が発生し、冷媒通路等が衝撃を受けて劣化するおそれがある。
また、本発明に係る鋳造金型冷却方法は、鋳造金型を冷却する金型冷却部の上流側に配管抵抗を増大させるオリフィス部が設けられた冷媒通路内を通流する冷媒によって鋳造金型を冷却する鋳造金型冷却方法であって、予め設定した設定沸点で沸騰するように前記冷媒を設定圧力に加圧する加圧工程と、加圧した冷媒を前記オリフィス部に向かって圧送する圧送工程と、圧送された前記冷媒を前記オリフィス部の上流側で加熱する加熱工程と、前記オリフィス部を通過した冷媒が前記金型冷却部で沸騰する気化熱によって前記鋳造金型を冷却する金型冷却工程と、を備え、前記加熱工程は、前記圧送工程によって昇圧された前記冷媒が前記オリフィス部を通過して前記設定圧力まで降圧したときに前記設定沸点よりも低い温度になり、かつ、当該冷媒が前記鋳造金型からの入熱によって前記金型冷却部内で沸騰する温度になるように、前記圧送工程によって昇圧された前記冷媒を加熱することを特徴とする。
また、金型冷却部の上流側には配管抵抗を増大させるオリフィス部が設けられており、ポンプによってオリフィス部に冷媒が圧送されるので(圧送工程)、ポンプからオリフィス部までの冷媒通路内における冷媒の圧力が、加圧手段によって加圧された冷媒の圧力よりも高くなる。これにより、ポンプとオリフィス部との間における冷媒の沸点が設定沸点よりも高くなるので、ポンプとオリフィス部との間に設けた加熱手段で冷媒を、前記オリフィス部を通過して前記設定圧力まで降圧したときに前記設定沸点よりも低い温度になり、かつ、当該冷媒が前記鋳造金型からの入熱によって前記金型冷却部内で沸騰する温度になるように加熱しても、冷媒が部分的に又は瞬間的に沸騰してしまうことがない。そのため、ウォーターハンマー現象等が発生し難くなり、冷媒通路等の劣化の抑制が図られる。
また、本発明に係る鋳造金型冷却方法は、前記金型冷却部における冷媒の温度を計測し、計測した冷媒の温度が前記設定沸点を超えている場合に、前記設定沸点が上昇するように冷媒を加圧する追加加圧工程をさらに備えるのが好ましい。
図1は、本実施形態に係る鋳造金型冷却装置の構成を示す模式図である。なお、図1では、鋳造金型Kの一部を仮想線(二点鎖線)で描いている。
鋳造金型冷却装置1は、冷媒を加圧する加圧手段である膨張タンク3と、鋳造金型Kを冷却する金型冷却部4と、冷媒通路2の配管抵抗を増大させるオリフィス部5と、冷媒を循環させるポンプ6と、冷媒を加熱する加熱手段である加熱装置7と、冷媒を冷却する冷却手段である冷却装置8と、を冷媒通路2上に備えている。また、鋳造金型冷却装置1は、金型冷却部4における冷媒の温度を計測する温度計41と、膨張タンク3を制御する制御部9と、を有している。
図2に示すように、密閉式の膨張タンク3は、液面31を介して液室32と気体室33に分かれている。液面31は、液室32と気体室33の圧力が釣り合うように上下する。液室32には冷媒が充填されており、冷媒通路2と連通している。気体室33には、高圧ボンベ34が接続されており、冷媒の設定圧力に等しいかそれよりも高圧の圧縮気体が注入されている。また、気体室33には圧力計35が設置されており、気体室33の加圧力(すなわち冷媒の設定圧力)を計測している。気体室33と高圧タンク34を接続する配管34aには流量制御弁36が設置されている。また、気体室33にはパージ弁37が設けられている。圧力計35、流量制御弁36及びパージ弁37は、冷媒の加圧力を制御するための制御部9に接続されており、圧力計35の計測値に基づいて流量制御弁36及びパージ弁37の開度が制御される。これにより、冷媒が設定圧力まで加圧される。
圧できるものであればよい。例えば、図3に示すように、ばね38と加圧板39とを用いたいわゆるピストンのような機械的な加圧機構を有する構造の膨張タンク3(加圧手段)を用いることもできる。
行することによりコンピューターとして機能し、所定の制御を実行するように構成されている。制御部9には、圧力計35、流量制御弁36、パージ弁37及び温度計41が接続されている。例えば、制御部9は、冷媒が設定沸点で沸騰する設定圧力になるように流量制御弁36及びパージ弁37を制御している。また、制御部9は、温度計41の計測値が設定沸点を超えている場合に、設定沸点が上昇するように流量制御弁36及びパージ弁37を制御している。
図5は、鋳造金型冷却装置の各部位と冷媒の流量、圧力及び温度の関係を説明するための説明図である。
図5に示すように、冷却通路2を流れる冷媒は、設定沸点T0で沸騰するように、膨張タンク3によって設定圧力P1に加圧される。具体的には、圧力計35の計測値に基づいて制御部9が流量制御弁36及びパージ弁37の開度を制御することによって、冷媒が設定圧力P1に加圧される。なお、膨張タンク3による加圧時の冷媒の初期温度をT1(T1<T0)とする。
膨張タンク3で加圧された冷媒は、ポンプ6によってオリフィス部5に向かって圧送される。冷媒通路2は、オリフィス部5によって配管抵抗が高められているので、ポンプ6とオリフィス部5の間の冷媒の圧力は、設定圧力P1よりもポンプの揚程分だけ高い圧力P2となる。
そして、ポンプ6とオリフィス部5の間の加熱装置7によって、冷媒は設定沸点T0に近い温度T2まで昇温する。このとき、ポンプ6とオリフィス部5の間の冷媒は、設定圧力P1よりも高い圧力P2に昇圧されているので、加熱装置7の内部で部分的又は瞬間的に設定沸点T0を超える温度になったとしても沸騰することがない。そのため、冷媒の沸騰によるウォーターハンマー現象を抑制することができ、冷媒通路2の衝撃抑制、劣化防止を図ることができる。
設定沸点T0に近い温度T2に昇温された冷媒は、オリフィス部5を通過することで設定圧力P1まで降圧し、金型冷却部4内に供給される。冷媒は、金型冷却部4で鋳造金型Kから熱を奪うことで昇温して温度T3(=設定沸点T0)となり沸騰する。そして、金
型冷却部4で冷媒の沸騰状態が持続されることにより、冷媒の気化熱を利用した沸騰熱伝達作用による効率のよい金型冷却効果を得ることができる。
金型冷却部4を通過した冷媒は、気化状態又は二層流状態で冷却装置8に供給される。冷媒は、この冷却装置8で初期温度T1まで冷却されて液状になり、再び膨張タンク3及びポンプ6に循環する。なお、全工程において、冷媒の流量Q1は一定である。
さらに、図1、図2に示すように、制御部9は、金型冷却部4に供給された冷媒の温度を計測する温度計41の計測値に基づいて、膨張タンク3における冷媒の加圧力を制御している。具体的には、制御部9は、予め設定された設定沸点T0と、温度計41で計測された冷媒温度T3との差温(T0−T3)を求め、この差温(T0−T3)が負の値になった(冷媒温度が設定沸点を超えた)場合に、それまでの設定沸点T0よりも高い温度となる新たな設定沸点T0’(T0’>T0)を設定し、冷媒が新たな設定沸点T0’に対応する設定圧力P1’になるように膨張タンク3の流量制御弁36及びパージ弁37の開度を調整する。
2 冷媒通路
3 膨張タンク(加圧手段)
4 金型冷却部
5 オリフィス部
6 ポンプ
7 加熱装置(加熱手段)
8 冷却装置
9 制御部(制御手段)
K 鋳造金型
T0 設定沸点
Claims (4)
- 冷媒通路内を通流する冷媒によって鋳造金型を冷却する鋳造金型冷却装置であって、
予め設定した設定沸点で沸騰するように前記冷媒を設定圧力に加圧する加圧手段と、
前記鋳造金型の内部に設けられ、前記鋳造金型からの熱によって沸騰する前記冷媒の気化熱で前記鋳造金型を冷却する金型冷却部と、
前記金型冷却部の上流側に設けられ、前記冷媒通路の配管抵抗を増大させるオリフィス部と、
前記加圧手段の下流側であって前記オリフィス部の上流側に設けられ、前記加圧手段で加圧された冷媒を前記オリフィス部に向かって圧送するポンプと、
前記ポンプの下流側であって前記オリフィス部の上流側に設けられ、前記冷媒を加熱する加熱手段と、を備え、
前記加熱手段は、前記ポンプによって昇圧された前記冷媒が前記オリフィス部を通過して前記設定圧力まで降圧したときに前記設定沸点よりも低い温度になり、かつ、当該冷媒が前記鋳造金型からの入熱によって前記金型冷却部内で沸騰する温度になるように、前記ポンプによって昇圧された前記冷媒を加熱することを特徴とする鋳造金型冷却装置。 - 前記金型冷却部に供給された前記冷媒の温度を計測する冷媒温度計測手段と、
前記冷媒温度計測手段で計測した冷媒温度が前記設定沸点を超えた場合に、前記設定沸点が上昇するように前記加圧手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の鋳造金型冷却装置。 - 鋳造金型を冷却する金型冷却部の上流側に配管抵抗を増大させるオリフィス部が設けられた冷媒通路内を通流する冷媒によって鋳造金型を冷却する鋳造金型冷却方法であって、
予め設定した設定沸点で沸騰するように前記冷媒を設定圧力に加圧する加圧工程と、
加圧した冷媒を前記オリフィス部に向かって圧送する圧送工程と、
圧送された前記冷媒を前記オリフィス部の上流側で加熱する加熱工程と、
前記オリフィス部を通過した冷媒が前記金型冷却部で沸騰する気化熱によって前記鋳造金型を冷却する金型冷却工程と、を備え、
前記加熱工程は、前記圧送工程によって昇圧された前記冷媒が前記オリフィス部を通過して前記設定圧力まで降圧したときに前記設定沸点よりも低い温度になり、かつ、当該冷媒が前記鋳造金型からの入熱によって前記金型冷却部内で沸騰する温度になるように、前記圧送工程によって昇圧された前記冷媒を加熱することを特徴とする鋳造金型冷却方法。 - 前記金型冷却部における冷媒の温度を計測し、計測した冷媒の温度が前記設定沸点を超えている場合に、前記設定沸点が上昇するように冷媒を加圧する追加加圧工程をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の鋳造金型冷却方法。
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