JP6556194B2

JP6556194B2 - 排気冷却装置

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Publication number: JP6556194B2
Application number: JP2017116820A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　厳一; 厳一佐藤
Original assignee: 佐藤　厳一; 厳一佐藤
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2037-06-14
Also published as: JP2019000935A

Description

本発明は、工作機械に使用される工作液を冷却する液冷却装置に備えられた排気冷却装置に関するものである。

一般に、自動車の部品製造工場等には、例えば、切削盤、研削盤やマシニングセンタなどの工作機械に使用する切削油、研削液や主軸潤滑油等の工作液を冷却するための液冷却装置が使用されている。当該液冷却装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁および蒸発器を接続した冷却回路と、凝縮器に対して空気流を供給する送風ファンと、を備えている。そして、液冷却装置の蒸発器によって工作液（液体）を冷却する構成となっている。また、液冷却装置には、上述した各構成部材を収容する装置本体の正面に空気を吸い込むための吸入口が設けられ、一方、装置本体の上面に空気を排出するための排気口が設けられている。そして、送風ファンを駆動させることによって発生した空気流が、装置本体の正面に設けられた吸入口から凝縮器に吸い込まれ、凝縮器にて熱交換された後、装置本体の上面に設けられた排気口から吹き出されるようになる。

上述した液冷却装置では、装置本体の上面の排気口から高温の空気が排出され、その温度は５０℃を超えることもあり、この工場内の高温化が避けられず、作業環境が悪化する。また、この作業環境の悪化を防ぐために、工場内の空調設備等の冷却能力（空調設備への負荷）を上げるようとすると、消費電力が大きくなり、好ましくない。しかも、工場内は高温に晒されているために、当然ながら液冷却装置の吸入口から吸い込まれる空気も高温であるために、液冷却装置の冷却能力（液冷却装置への負荷）が上がり、この点からも消費電力が大きくなり、改善する必要があった。

ところで、高温の排気の温度を下げる従来技術として特許文献１には、エアコン排気冷却装置が開示されている。当該特許文献に係るエアコン排気冷却装置では、吸水性を有する材料からなる冷却用部材と、エアコン排気を通過させるための排気経路と冷却用部材に水分を供給するための導水経路とを有するエアコン室外機カバーと、を備えており、前記冷却用部材は、前記排気経路を通過するエアコン排気に晒されるように、前記エアコン室外機カバーに付設されている。

特開２００７−２５５７９２号公報

しかしながら、上述した特許文献に係るエアコン排気冷却装置では、エアコン排気の温度を下げるためには、エアコンの作動中、頻繁にエアコン室外機カバーの上方から散水する必要があり、その作業が手間であり、しかも、このエアコン排気冷却装置では、省エネルギー効果を一切得ることができず、採用することはできない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、省エネルギー効果を得ることのできる排気冷却装置を提供することを目的とする。

（発明の態様）
以下に示す発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項分けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれるものである。

（１）工作機械に使用される工作液を冷却する液冷却装置に備えられた排気冷却装置であって、前記液冷却装置の排気口付近に設けられ、クーリングタワーの冷却水を循環させて、該冷却水により前記排気口からの排気の熱を吸収する熱交換器を備え、前記熱交換器を通過した空気を、前記液冷却装置の空気の吸入口に案内する案内部を備える、排気冷却装置（請求項１の発明に相当）。
（１）項に記載の排気冷却装置では、液冷却装置からの排気が熱交換器を通過すると、排気の熱が熱交換器を流れる冷却水によって吸収されて、温度が下がった状態で外部に放出される。これにより、工場内の高温化を抑制することができるので、工場内の空調設備等の冷却能力を上げる必要はなく、省エネルギー効果を得ることができる。また、熱交換器は、部品製造工場の屋外に必然的に設置されているクーリングタワーからの冷却水を使用するので、新たな専用の冷却システムを構築する必要はなく、装置全体のコストを削減することができる。
また、（１）項に記載の排気冷却装置では、熱交換器を通過した空気を、液冷却装置の空気の吸入口に案内する案内部を備えるので、熱交換器により温度が下がった排気を、再び液冷却装置の吸入口から内部に流入させることができる。これにより、液冷却装置の凝縮器による冷媒ガスの冷却・凝縮作用を促進させることができ、液冷却装置への負荷が減少するので、省エネルギーにつながる。

（２）工作機械に使用される工作液を冷却する液冷却装置に備えられた排気冷却装置であって、前記液冷却装置の排気口付近に設けられ、クーリングタワーの冷却水を循環させて、該冷却水により前記排気口からの排気の熱を吸収する熱交換器を備え、前記排気口からの排気を、前記熱交換器に供給する送風ファンを備える、排気冷却装置（請求項２の発明に相当）。
（２）項に記載の排気冷却装置では、特に、排気口からの排気を、熱交換器に供給する送風ファンを備えるので、液冷却装置の排気口からの排気を、速やかに熱交換器に供給することができる。

（３）（２）項に記載の排気冷却装置であって、前記送風ファンは、前記液冷却装置の前記吸入口と略同一平面上に位置する、排気冷却装置。
（３）項に記載の排気冷却装置では、熱交換器を通過し温度が下がって送風ファンを通過した空気が、液冷却装置の吸入口に流入し易くなる。

（４）（１）項〜（３）項いずれか一項に記載の排気冷却装置であって、前記熱交換器は、前記液冷却装置の排気口全域を覆うように配置される、排気冷却装置。
（４）項に記載の排気冷却装置では、排気口からの排気の略全てを、熱交換器に供給することができる。

（５）（１）項〜（４）項いずれか一項に記載の排気冷却装置であって、前記液冷却装置の排気口からの排気を、前記熱交換器に案内する案内板を備える、排気冷却装置。
（５）項に記載の排気冷却装置では、排気口からの排気を、案内板に沿って円滑に熱交換器に案内することができる。

本発明に係る排気冷却装置によれば、装置全体のコストを抑えたうえで、省エネルギー効果を得ることができる。

図１は、液冷却装置に備えられた、本発明の実施の形態に係る排気冷却装置の斜視図である。図２は、液冷却装置の側方から見た内部構成を模式的に示した図を含む本排気冷却装置の断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。図４は、本排気冷却装置が採用される液冷却装置の構成図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る排気冷却装置１は、図１に示すように、工作機械５０に使用される工作液を冷却する液冷却装置３０の上方に備えられる。
まず、液冷却装置３０を図２及び図４に基づいて簡単に説明する。当該液冷却装置３０は、図４に示すように、圧縮機３３、凝縮器３４、膨張弁３５及び蒸発器３６を接続した冷媒回路３７を備えている。冷媒回路３７では、圧縮機３３の吐出口に凝縮器３４が接続され、その凝縮器３４に膨張弁３５が接続される。そして、膨張弁３５に蒸発器３６の一端が接続され、その蒸発器３６の他端にアキュームレータ３８を介して圧縮機３３の吸入口が接続される。当該液冷却装置３０では、圧縮機３３から吐出された冷媒が、凝縮器３４、膨張弁３５、蒸発器３６へと順に流れ、アキュームレータ３８を介して圧縮機３３に戻る冷却サイクルが形成される。

圧縮機３３では、低温・低圧の冷媒ガスを凝縮器３４で容易に冷却・液化できるように高温・高圧の圧縮冷媒ガスに変化させる。凝縮器３４では、圧縮機３３で生成された圧縮冷媒ガスを空気にて冷却・凝縮して、常温・高圧の液状冷媒に変化させる。膨張弁３５では、常温・高圧の液状冷媒を絞って減圧して、蒸発器３６で容易に蒸発できるように低温・低圧の液状冷媒に変化させる。そして、蒸発器３６では、膨張弁３５により生成された液状冷媒が、タンクＴ内の工作液から熱を奪って蒸発（工作液が冷却）することで、再び低温・低圧の冷媒ガスが生成される。

図１〜図３も参照して、当該液冷却装置３０は、浸漬型の液冷却装置である。該液冷却装置３０では、装置本体３１に圧縮機３３、凝縮器３４及び膨張弁３５が収容される。装置本体３１は、上壁部３１Ａ、底壁部３１Ｂ、一対の側壁部３１Ｃ、３１Ｃ、前壁部３１Ｄ及び後壁部３１Ｅを有する略直方体形状に形成される。蒸発器３６は、装置本体３１の底壁部３１Ｂよりも下方に配置される。蒸発器３６がタンクＴ内に溜められた工作液に浸漬される。そして、浸漬型の液冷却装置３０にあっては、タンクＴ内において蒸発器３６により工作液が冷却される。液冷却装置３０の凝縮器３４は、図２に示すように、装置本体３１の前壁部３１Ｄに沿って配置される。すなわち、凝縮器３４の前面が装置本体３１の前壁部３１Ｄに形成された空気の吸入口４５と対向する。該吸入口４５は正面視で略矩形状に形成される。該吸入口４５の全域にフィルタが配置される。

装置本体３１内には、凝縮器３４に対して空気流を供給する送風ファン３９が配置される。送風ファン３９は、ファンモータ３９Ａの駆動により回転する。送風ファン３９は、凝縮器３４の空気流下流側に配置され、凝縮器３４と対向するように配置される。送風ファン３９が駆動されることによって発生した空気流は、装置本体３１の前壁部３１Ｄに形成された吸入口４５から凝縮器３４に吸い込まれて凝縮器３４で熱交換されたあと、高温の排気となって装置本体３１の上壁部３１Ａに形成された排気口４６から外側に吹き出される。排気口４６は、装置本体３１の上壁部３１Ａで背面寄りに形成される。排気口４６は上面視で略矩形状に形成される。

送風ファン３９の空気流下流側には、圧縮機３３およびアキュームレータ３８（図４参照）が配置される。圧縮機３３は、モータ（図示略）の駆動によって圧縮機構（図示略）にて冷媒ガスを圧縮するものである。蒸発器３６は、装置本体３１の底壁部３１Ｂから鉛直下方に配置されており、上下方向に沿ってコイル状に形成されている。また、装置本体３１の底壁部３１Ｂから下方には、タンクＴ内の工作液を攪拌するための撹拌機４３が配置されている。撹拌機４３は、撹拌モータ４３Ａの駆動によって撹拌羽根４３Ｂを回転させてタンクＴ内の工作液を撹拌するものである。なお、図２では、アキュームレータ３８、膨張弁３５や冷却回路３７を構成する配管等の図示は省略されている。

そして、上述した液冷却装置３０の上壁部３１Ａの上方に、本発明の実施形態に係る排気冷却装置１が配置される。本排気冷却装置１は、図１〜図３に示すように、液冷却装置３０の上壁部３１Ａ全域を囲うようにして外部と遮断する遮断外壁部３と、該遮断外壁部３内に、液冷却装置３０の上壁部３１Ａに設けた排気口４６に近接して設けられ、クーリングタワー１０の冷却水を循環させて、該冷却水により排気口４６からの排気の熱を吸収するラジエタ４と、該排気口４６からの排気をラジエタ４に供給する送風ファン５と、該送風ファン５を通過した空気を、液冷却装置３０の吸入口４５に案内するひさし壁部６と、を備えている。なお、ラジエタ４が熱交換器に相当する。ひさし壁部６が案内部に相当する。

遮断外壁部３は、液冷却装置３０の一対の側壁部３１Ｃ、３１Ｃから上方に延びる一対の側壁部１３、１３と、液冷却装置３０の前壁部３１Ｄから上方に延びる前壁部１４と、液冷却装置３０の後壁部３１Ｅから上方に延びる後壁部１５と、一対の側壁部１３、１３の上端、前壁部１４の上端、後壁部１５の上端にそれぞれ接続される天壁部１６と、から構成される。前壁部１４の高さは後壁部１５の高さより高く形成されており、天壁部１６は、後壁部１５から前壁部１４に向かって斜め上方に延びている。

遮断外壁部３の天壁部１６及び一対の側壁部１３、１３の前端から連続して、前方に突出するひさし壁部６が形成される。ひさし壁部６は、天壁部１６の前端から前方に延び、その前壁部１４と間隔を置いた位置にて湾曲して下方に垂れ下がるひさし垂下壁部２０と、該ひさし垂下壁部２０の左右の側方を覆うようにして、一対の側壁部１３、１３から連続して前方に延びる一対のひさし側壁部２１、２１と、からなる。ひさし垂下壁部２０の直線部位は、遮断外壁部３の前壁部１４と略平行である。ひさし壁部６と、遮断外壁部３の前壁部１４との間の空間が、各送風ファン５を通過した排気の排気通路２６として機能する。ひさし垂下壁部２０の下端は、液冷却装置３０の上端に略一致する。ひさし垂下壁部２０の上下方向の長さは特に限定されないが、ひさし垂下壁部２０の下端を、液冷却装置３０に前壁部３１Ｄに設けた吸入口４５の上端に一致させるようにしてもよい。図１から解るように、一対のひさし側壁部２１、２１には、下方を開放するコ字状凹部２２、２２が形成される。

ラジエタ４には、屋外に設置されているクーリングタワー１０からの冷却水が循環される。そして、ラジエタ４を流れる冷却水により、ラジエタ４を通過する排気の熱を吸収することができる。なお、クーリングタワー１０は、冷却塔のことで、部品製造工場内の各種装置や機器を冷却する目的で屋外に設置されている。クーリングタワー１０は、冷却水を捨てずに繰り返し循環して使用できるように、冷却水を大気と直接的（開放型）または間接的（密閉型）に接触させて冷却する熱交換器である。

ラジエタ４は、遮断外壁部３内に配置される。ラジエタ４は、液冷却装置３０の上壁部３１Ａと略同じ程度の大きさ（面積）を有する。ラジエタ４は、液冷却装置３０の上壁部３１Ａの全域を覆うように、該上壁部３１Ａと間隔を置いて配置される。ラジエタ４は、遮断外壁部３の後壁部１５の上端付近に配置される。ラジエタ４は、液冷却装置３０の上壁部３１Ａと略平行に配置される。その結果、ラジエタ４は、液冷却装置３０の排気口４６の全域を覆うように、排気口４６と略平行に該排気口４６に近接して配置される。また、液冷却装置３０の上壁部３１Ａで排気口４６の前端付近に接続されて、前方に向かって斜め上方に延びる案内板２５が配置される。該案内板２５の前端は、遮断外壁部３の前壁部１４で、ラジエタ４の前端の下端付近に接続される。この案内板２５により、液冷却装置３０の排気口４６から排出される高温の排気を、円滑にラジエタ４に案内することができる。

遮断外壁部３の前壁部１４には、ラジエタ４よりも上方の位置に送風ファン５が組み込まれている。該送風ファン５は、図示しないファンモータの駆動により回転する。該送風ファン５は、図３から解るように、液冷却装置３０の左右方向に沿って間隔を置いて複数配置されている。本実施形態では、送風ファン５は３箇所配置される。なお、液冷却装置３０の排気口４６が背面側に配置され、各送風ファン５が遮断外壁部３の前壁部１４に組み込まれて、これら排気口４６と送風ファン５との間にラジエタ４が配置されているので、排気口４６からの排気をラジエタ４全域に分散させることができる。また、各送風ファン５は、遮断外壁部３の前壁部１４に配置されているので、各送風ファン５は、液冷却装置３０の前壁部３１Ｄに設けた吸入口４５と略同一平面上に位置する。これにより、温度が下がって送風ファン５を通過した空気が、液冷却装置３０の吸入口４５から内部に流入し易くなる。

そして、本発明の実施形態に係る排気冷却装置１では、液冷却装置３０の駆動中各送風ファン５を駆動させることにより、液冷却装置３０の排気口４６から排出される、高温の排気の略全てが案内板２５に沿ってラジエタ４に導かれる。このとき、排気口４６からの排気は、ラジエタ４全域に分散されて該ラジエタ４を通過する。そして、高温の排気がラジエタ４を通過することで、排気の熱がラジエタ４を循環する冷却水により吸収されて、各送風ファン５を通過して遮断外壁部３の前壁部１４から外部に放出される。その後、外部に放出された低温の排気は、遮断外壁部３の前壁部１４とひさし壁部６との間の排気通路２６を通り、液冷却装置３０の前方を下方に向かって流れる。その後、低温の空気は、再び液冷却装置３０の吸入口４５から内部に吸い込まれる。なお、図２に示す矢印は、空気の流れを示している。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る排気冷却装置１では、液冷却装置３０の排気口４６から排出される高温の排気が、ラジエタ４により熱交換されて低温にて外部に放出される。これにより、工場内の高温化を抑制することができるので、工場内の空調設備等の冷却能力を上げる必要はなく、省エネルギー効果を得ることができる。また、ラジエタ４には、部品製造工場の屋外に必然的に設置されているクーリングタワー１０内の冷却水が循環されて、該冷却水により排気の熱を吸収しているので、装置全体のコストを抑えることができる。

また、本発明の実施形態に係る排気冷却装置１では、遮断外壁部３にひさし壁部６を設け、遮断外壁部３の前壁部１４（各送風ファン５）から外部に放出された低温の排気は、遮断外壁部３の前壁部１４とひさし壁部６との間の排気通路２６を通り、再び液冷却装置３０の吸入口４５から内部に吸い込まれる。この低温の空気により、液冷却装置３０の凝縮器３４による冷媒ガスの冷却・凝縮作用を促進することができるので、液冷却装置３０の冷却能力（液冷却装置３０への負荷）が抑えられ、省エネルギーにつながる。

さらに、本発明の実施形態に係る排気冷却装置１では、各送風ファン５が、液冷却装置３０の前壁部３１Ｄと略同一平面上に、すなわち前壁部３１Ｄに設けた吸入口４５と略同一平面上に位置するので、温度が下がって送風ファン５を通過した空気が、液冷却装置３０の吸入口４５に流入し易くなる。

なお、上述した本実施形態では、本排気冷却装置１を、浸漬型の液冷却装置３０に採用した形態を説明したが、本排気冷却装置１を、工作液を内部に循環させて冷却する、循環型の液冷却装置に採用しても良い。

１排気冷却装置，３遮断外壁部，４ラジエタ（熱交換器），５送風ファン，６ひさし壁部（案内部），１０クーリングタワー，３０液冷却装置，４６排気口，５０工作機械

Claims

工作機械に使用される工作液を冷却する液冷却装置に備えられた排気冷却装置であって、
前記液冷却装置の排気口付近に設けられ、クーリングタワーの冷却水を循環させて、該冷却水により前記排気口からの排気の熱を吸収する熱交換器を備え、
前記熱交換器を通過した空気を、前記液冷却装置の空気の吸入口に案内する案内部を備える、排気冷却装置。
工作機械に使用される工作液を冷却する液冷却装置に備えられた排気冷却装置であって、
前記液冷却装置の排気口付近に設けられ、クーリングタワーの冷却水を循環させて、該冷却水により前記排気口からの排気の熱を吸収する熱交換器を備え、
前記排気口からの排気を、前記熱交換器に供給する送風ファンを備える、排気冷却装置。