JP6448115B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に関するものである。

従来から、真空浸炭炉等の熱処理炉には、加熱処理された被処理物を油等の冷却液に浸漬して冷却するための冷却装置が設けられている。例えば、特許文献１に示すように、冷却装置は、液槽の内部に冷却液を撹拌するためのプロペラと、プロペラから被処理物まで冷却液の流れを導くダクトとを備えている。このような冷却装置では、プロペラが回転することによって形成される流れをダクトで案内することにより、被処理物を通過する対流を液槽の内部に形成し、これによって冷却性能を向上させている。

特開２０１３−２２７５９５号公報

被処理物の品質をより向上させるためには、被処理物が均一に冷却されることが望ましい。しかしながら、特許文献１の冷却装置では、冷却液の流れに偏りが生じ、被処理物が載置される領域の隅部において流れが滞留する傾向がある。このため、被処理物が載置される領域の隅部での流速が低下し、十分に被処理物を均一に冷却することができない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、冷却液に浸漬することにより被処理物の冷却を行う冷却装置において、被処理物をより均一に冷却し、被処理物のさらなる品質の向上を図ることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、冷却液を貯留すると共に内部に被処理物の載置領域が設けられた液槽と、上記液槽の内部に配置されると共に上記冷却液を圧送するプロペラと、上記プロペラから上記載置領域の下方まで上記冷却液を案内するダクトとを備える冷却装置であって、上記ダクトの内部に設けられ、上記載置領域の底部の隅部に向けて上記ダクトの内部を流れる上記冷却液を案内する案内板を備えるという構成を採用する。

第２の発明は、熱処理炉用の冷却装置であって、冷却液を貯留すると共に内部に被処理物の載置領域が設けられた液槽と、上記液槽の内部に配置されると共に上記冷却液を圧送するプロペラと、上記プロペラから上記載置領域の下方まで上記冷却液を案内するダクトと、上記ダクトの内部に設けられ上記冷却液を案内する案内板とを備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記プロペラが、上記載置領域の側方に配置されると共に下方に向けて上記冷却液を圧送し、上記ダクトが、上記プロペラの下方に配置されると共に上方に向けて開口される入口と上記載置領域の底部に下方から接続される出口とを有し、上記案内板が、上記ダクトの内部で立設されており、平面視にて下流側端部が上流側端部よりも上記載置領域の隅部側に位置されるように、上記ダクトの中心線に対して傾斜して設けられているという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記案内板の上記上流側端部が、上記プロペラの直下から変位した位置に設けられているという構成を採用する。

第５の発明は、上記第１〜第４いずれかの発明において、鉛直配置されると共に上記プロペラが固定されるシャフトを備え、当該シャフトに対して、上下に配列された複数の上記プロペラが設けられているという構成を採用する。

第６の発明は、上記第１〜第５いずれかの発明において、平面視にて、上記載置領域の両側に上記プロペラ及び上記ダクトが設けられているという構成を採用する。

本発明によれば、プロペラが回転することによって圧送された冷却液が、案内板により、被処理物が載置される領域である載置領域の底部の隅部に案内される。つまり、本発明によれば、案内板により、プロペラで形成される冷却液の流れが載置領域の底部の隅部に案内される。このため、本発明によれば、載置領域の底部の隅部が冷却液の滞留箇所となることを防止し、冷却液に浸漬することにより被処理物の冷却を行う冷却装置において、被処理物をより均一に冷却し、被処理物のさらなる品質の向上を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態の冷却装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る冷却装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

図１は、本実施形態の冷却装置１の概略構成を模式的に示す縦断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。本実施形態の冷却装置１は、例えば二室式の真空浸炭炉に設置され、加熱された被処理物Ｗの冷却を行うものである。この冷却装置１は、図１に示すように、油槽２（液槽）と、搬送室３と、昇降装置４と、撹拌機５と、プロペラダクト６と、整流ダクト７（本発明のダクトに相当）と、案内板８と、グレーチング９とを備えている。

油槽２は、冷却油Ｙを貯留しており、冷却対象である被処理物Ｗを収容可能な容量とされた槽である。被処理物Ｗは、この油槽２において冷却油Ｙに浸漬されることによって冷却される。以下、油槽２において、冷却時に被処理物Ｗが配置可能領域を載置領域Ｒと称する。なお、被処理物Ｗの形状は様々であることから、実際の被処理物Ｗの形状と、載置領域Ｒとは必ずしも一致しない。

搬送室３は、油槽２の上方に設けられている。この搬送室３は、油槽２に対して出し入れされる被処理物Ｗが一時的に留置き等される部屋である。この搬送室３は、例えば不図示の加熱室と接続されており、加熱室への被処理物Ｗの受渡しを行うための部屋として機能する。つまり、搬送室３においては、油槽２や不図示の加熱室に対して出し入れされる被処理物Ｗの搬送が行われる。

昇降装置４は、被処理物Ｗが載置されるフォーク４ａを備えており、不図示の駆動機構によりフォーク４ａを昇降させることで、油槽２と搬送室３との間において被処理物Ｗの搬送を行う。なお、被処理物Ｗは、フォーク４ａに載置された状態のまま油槽２に貯留される冷却油に浸漬され、フォーク４ａに載置された状態のまま油槽２において冷却される。なお、図１においては、昇降装置４のうち、フォーク４ａのみを図示し、他の構成部材については省略している。

撹拌機５は、図２に示すように、載置領域Ｒの一方側と他方側とに各々２つずつ設けられ、本実施形態においては４つ設けられている。図１に示すように、各撹拌機５は、モータ５ａと、シャフト５ｂと、軸受部５ｃと、第１プロペラ５ｄと、第２プロペラ５ｅとを備えている。

モータ５ａは、油槽２の天井部２ａに固定されており、油槽２の外部に配置されている。このモータ５ａは、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅを回転させるための動力を生成する。シャフト５ｂは、上端がモータ５ａと接続され、油槽２の天井部２ａを貫通して油槽２の内部まで垂下されていることにより鉛直配置されている。このシャフト５ｂの下端側は、油槽２に貯留された冷却油Ｙの液面下に配置されており、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅが設けられる。軸受部５ｃは、油槽２の天井部２ａのシャフト５ｂが貫通される部位に設けられており、シャフト５ｂを回転可能に支持する。

第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅは、シャフト５ｂに設けられる同一形状のプロペラであり、第１プロペラ５ｄが上方に、第２プロペラ５ｅが下方（シャフト５ｂの先端）となるように配列されている。これらの第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅは、油槽２に貯留される冷却油Ｙの液面下であって載置領域Ｒの側方に配置されており、シャフト５ｂと共に回転されることで冷却油Ｙを下方に向けて圧送する。また、図２に示すように、本実施形態においては、４つ全ての撹拌機５において、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅが同一方向に回転されている。

プロペラダクト６は、撹拌機５の第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅを囲う円筒形状のダクトであり、上端が開放端とされ、下端が整流ダクト７と接続されている。このプロペラダクト６は、撹拌機５ごとに設けられており、図２に示すように、本実施形態においては合計４つ設けられている。これらのプロペラダクト６は、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅの回転によって生成された流れが周囲に拡散することを防止し、当該流れを下方の整流ダクト７に対して案内する。

整流ダクト７は、入口７ａがプロペラダクト６の下端と接続され、出口７ｂが載置領域Ｒの底部と接続されるダクトである。この整流ダクト７は、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅによって圧送される冷却油Ｙを第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅから載置領域Ｒの下方まで案内する。このような整流ダクト７の入口７ａは、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅの鉛直方向の下方に配置されており、上方に向けて開口されている。また、整流ダクト７の出口７ｂは、載置領域Ｒの底部に対して下方から接続されている。

この整流ダクト７は、撹拌機５ごとに設けられており、図２に示すように、本実施形態においては合計４つ設けられている。各整流ダクト７の出口７ｂは、図２に示すように、４つで載置領域Ｒの全域を覆うように全体として矩形状に配置されている。

案内板８は、当該案内板８が設置されない場合に冷却油Ｙの滞留が生じる領域に向けて、整流ダクト７の内部を流れる冷却油Ｙを案内するものである。本実施形態においては、図２に示すように、載置領域Ｒの２つの隅部Ｒ１において滞留が生じる。つまり、ここで４つの撹拌機５のうち、図２における左下に位置するものを第１撹拌機５Ａ、図２における左上に位置するものを第２撹拌機５Ｂ、図２における右下に位置するものを第３撹拌機５Ｃ、図２における右上に位置するものを第４撹拌機５Ｄとすると、第２撹拌機５Ｂに近い隅部Ｒ１と、第３撹拌機５Ｃに近い隅部Ｒ１とにおいて冷却油Ｙの滞留が生じる。このため、本実施形態においては、第２撹拌機５Ｂに対して設けられた整流ダクト７の内部と、第３撹拌機５Ｃに対して設けられた整流ダクト７の内部とに案内板８が設置されている。

この案内板８は、図１に示すように、整流ダクト７の内部に立設された平板状の部材である。この案内板８の上流側端部８ａは、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅの鉛直方向の下方（すなわち直下）を避けるように、整流ダクト７の出口７ｂ側に変位した位置に設けられている。さらに、図２に示すように、案内板８は、図２に示すように、平面視にて、下流側端部８ｂが上流側端部８ａよりも載置領域Ｒの隅部Ｒ１側に位置されるように、整流ダクト７の中心線Ｌに対して傾斜して設けられている。

隅部Ｒ１において冷却油Ｙの滞留が生じるということは、整流ダクト７の内部において冷却油Ｙの流れに偏りが生じ、隅部Ｒ１方向に流れる冷却油Ｙの流量が低下していると考えられる。このとき、本実施形態の冷却装置１によれば、相対的に流量が多くなっていると考えられる整流ダクト７の隅部Ｒ１と反対側の領域から、案内板８によって隅部Ｒ１側に冷却油Ｙを案内することができ、隅部Ｒ１に供給される冷却油Ｙの流量を増加することができる。したがって、隅部Ｒ１における冷却油Ｙの滞留を解消することができる。

なお、冷却油Ｙの滞留は、載置領域Ｒの底部の隅部において生じやすいが、必ずしも全ての隅部において滞留が生じるものではない。このため、冷却油Ｙの滞留が生じていない隅部に対しては、案内板８によって冷却油Ｙを案内する必要はない。いずれの隅部で滞留が生じるかは、載置領域Ｒや油槽２の形状等によって変化するため、予め実験やシミュレーションでの検証が行われる。

グレーチング９は、整流ダクト７の出口７ｂに対して取り付けられており、整流ダクト７への異物の進入を防止する。このグレーチング９は、各整流ダクト７に対して設けられており、本実施形態においては合計４つ設けられている。

このような本実施形態の冷却装置１では、モータ５ａが駆動され、第１プロペラ５ｄと第２プロペラ５ｅとが回転駆動されると、油槽２内に冷却油Ｙの循環流Ｘが形成され、載置領域Ｒに載置された被処理物Ｗが冷却される。

ここで、本実施形態の冷却装置１においては、第１プロペラ５ｄと第２プロペラ５ｅとが回転することによって圧送された冷却油Ｙが、案内板８により、載置領域Ｒの底部の隅部Ｒ１に案内される。つまり、本実施形態の冷却装置１によれば、案内板８により、第１プロペラ５ｄと第２プロペラ５ｅで形成される冷却油Ｙの流れが載置領域Ｒの底部の隅部Ｒ１に向けて案内される。このため、載置領域Ｒの底部の隅部Ｒ１が冷却油Ｙの滞留箇所となることを防止し、被処理物Ｗをより均一に冷却し、被処理物Ｗのさらなる品質の向上を図ることが可能となる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、案内板８は、整流ダクト７の内部で立設されており、平面視にて下流側端部８ｂが上流側端部８ａよりも載置領域Ｒの隅部Ｒ１側に位置されるように、整流ダクトの中心線Ｌに対して傾斜して設けられている。このため、簡易な形状の案内板８によって、容易に載置領域Ｒの隅部Ｒ１に対して冷却油Ｙを案内することができる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、案内板８の上流側端部８ａは、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅの直下から変位した位置に設けられている。このため、乱流状態の第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅの近傍において、この乱流と案内板８とが干渉することを防止し、乱流と案内板８とが干渉することによって生じるキャビテーションの発生を防止することができる。したがって、第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅの回転数を高めて流速を速くすることが可能となり、被処理物Ｗをより短時間で冷却することが可能となる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、１つのシャフト５ｂに対して、２つ（複数）のプロペラ（第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅ）が設けられている。つまり、１つの撹拌機５において、プロペラが上下に二段化されている。この結果、各整流ダクト７の内部における流速を速め、出口７ｂから吐出される冷却油Ｙの流速を速めることができる。この結果、異なる出口７ｂから吐出された冷却油Ｙの流れ同士が混ざり合うことを抑制することができる。異なる出口７ｂから吐出された冷却油Ｙの流れ同士が混ざり合うと、流速が不均一な干渉流が形成され、被処理物Ｗの冷却が不均一となる。本実施形態の冷却装置１によれば、上述のように異なる出口７ｂから吐出された冷却油Ｙの流れ同士が混ざり合うことを抑制することができるため、被処理物Ｗをより均一に冷却することが可能となる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、平面視にて、載置領域Ｒの両側にプロペラ（第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅ）及び整流ダクト７が設けられている。このため、被処理物Ｗに載置された載置領域Ｒの両側の流速を均等にすることができ、より被処理物Ｗを均一に冷却することが可能となる。

また、本実施形態の冷却装置１においては、全てのプロペラ（第１プロペラ５ｄ及び第２プロペラ５ｅ）が同一方向に回転される。このため、各整流ダクト７の出口７ｂから吐出された流れの旋回方向が同一方向となる。各整流ダクト７の出口７ｂから吐出されるときには、流れの旋回成分は大きくないが、これでも旋回方向が同一である場合には、流れ同士が干渉したときに乱流が形成され難く、各流れが混ざり合うことを抑制することができる。したがって、上述の干渉流の発生を抑制し、被処理物Ｗをより均一に冷却することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、４つの整流ダクト７のうち、２つの整流ダクト７に対して案内板８を設置する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却油Ｙの滞留が生じる載置領域Ｒの隅部Ｒ１の数が変化すれば、これに応じて案内板８の設置数も変化される。

また、上記実施形態において、案内板８に対して直交する水平板１０を設置し、案内板８と水平板１０とによって整流ダクト７の内部を４つに分割するようにしても良い。このような場合には、整流ダクト７の内部がより細かく分割され、出口７ｂから吐出される冷却油Ｙの流れをより均一化することができる。

また、上記実施形態においては、載置領域Ｒの両側に各々２つずつ撹拌機５を設置する構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、載置領域Ｒの両側に各々１つずつ撹拌機５を設置するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、冷却液として冷却油Ｙを用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却液として他の液体（例えば水）を用いる構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態において、第１撹拌機５Ａに対して設けられたプロペラダクト６と第２撹拌機５Ｂに対して設けられたプロペラダクト６とを一体化させても良い。また、第３撹拌機５Ｃに対して設けられたプロペラダクト６と第４撹拌機５Ｄに対して設けられたプロペラダクト６とを一体化させても良い。

１……冷却装置、２……油槽（液槽）、２ａ……天井部、３……搬送室、４……昇降装置、４ａ……フォーク、５……撹拌機、５Ａ……第１撹拌機、５Ｂ……第２撹拌機、５Ｃ……第３撹拌機、５Ｄ……第４撹拌機、５ａ……モータ、５ｂ……シャフト、５ｃ……軸受部、５ｄ……第１プロペラ（プロペラ）、５ｅ……第２プロペラ（プロペラ）、６……プロペラダクト、７……整流ダクト（ダクト）、７ａ……入口、７ｂ……出口、８……案内板、８ａ……上流側端部、８ｂ……下流側端部、９……グレーチング、１０……水平板、Ｌ……中心線、Ｒ……載置領域、Ｒ１……隅部、Ｗ……被処理物、Ｘ……循環流、Ｙ……冷却油（冷却液）

Claims (4)

1. 冷却液を貯留すると共に内部に被処理物の載置領域が設けられた液槽と、前記液槽の内部に配置されると共に前記冷却液を圧送するプロペラと、前記プロペラから前記載置領域の下方まで前記冷却液を案内するダクトとを備える冷却装置であって、
   前記ダクトの内部に設けられ、前記載置領域の底部の隅部に向けて前記ダクトの内部を流れる前記冷却液を案内する案内板を備え、
   前記プロペラが、前記載置領域の側方に配置されると共に下方に向けて前記冷却液を圧送し、
   前記ダクトが、前記プロペラの下方に配置されると共に上方に向けて開口される入口と前記載置領域の底部に下方から接続される出口とを有し、
   前記案内板は、一部が前記載置領域の直下に立設するように配置されており、上方から見て下流側端部が上流側端部よりも前記載置領域の隅部側に位置されて前記冷却液が水平方向に案内されるように、前記ダクトの中心線に対して傾斜して設けられている
   ことを特徴とする冷却装置。
2. 前記案内板の前記上流側端部は、前記プロペラの直下から変位した位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
3. 鉛直配置されると共に前記プロペラが固定されるシャフトを備え、当該シャフトに対して、上下に配列された複数の前記プロペラが設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の冷却装置。
4. 上方から見て、前記載置領域の両側に前記プロペラ及び前記ダクトが設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の冷却装置。

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