JP6881152B2 - 金属コイルの保管設備、金属コイルの保管方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属コイルの保管設備、金属コイルの保管方法に関するものである。

従来から、結露により錆等が発生しやすい金属製品、例えば金属板を巻き取ってコイル状とした金属コイルの製造において、製造完了した金属コイルはコイル専用倉庫やヤードに保管される場合もあるが、多くの場合、図１１に示すように、製造工程が行われている建屋１０７で保管されている。より具体的には、製造工程の途中で製造ライン１０２と製造ライン１０２の中間に保管される。

製造ライン１０２はメッキラインや冷間圧延ラインなど種々あるが、設備によってはメッキ液の循環タンク１０３や整流装置１０４、モータなどを具備したものがある。整流装置１０４、モータは大量の熱を発生させるため、装置の保護の為に、ブロワ１０５により大量の外気を送風して冷却している。送風された空気は建屋１０７の上部に設けた換気口１２４や、シャッター１２３などが備えられた出入り口を介して外部に送られる。また循環タンク１０３を地下に設置している場合は点検する作業員を酸欠から守るためにブロワ１０５により大量の外気を送風して換気している。そのため建屋１０７内の雰囲気は外気と殆ど同値になってしまう。

ところで、前日まで低温（10℃以下）が続き、急激に暖気が入り込むと共に降雨を伴うような気象が稀に発生する。この場合、外気の気温および露点は10℃〜20℃近くまで高くなるが、倉庫内のコイル１０６は重量が大きいために低温のままである。このため、外気が侵入してコイル１０６に接触すると結露が発生する。

その結果、金属コイル１０６は結露により発錆し商品価値を著しく損ねる。これを防止するためにコイル１０６にビニールシートをかけたり、製造ラインを休止させたりする必要があり、製造コストの増加や、生産量の低下を招いている。

そこで、特許文献１のように気化性防錆剤をコイルに吹きつけて結露を防止する方法や、特許文献２のようにコイル周辺温度を外気よりも高くすることで結露を防止する方法などが考えられている。金属コイルが専用倉庫に保管されており、倉庫内に外気の侵入が少ない場合は、このような方法も有効な策である。

また、特許文献３のように、吸湿機能を有する伸縮式カバーでコイルを覆う方法などがある。さらには、特許文献４では、金属コイルを柱で囲い、柱から不活性ガスや湿度や温度を調節した空気を噴出す案や全体を壁で囲い、壁の上部からガスを噴出す案が記載されている。

特開平８−３２５６３１号公報 特開平１１−１１８２２６号公報 特開平１−８１７０６号公報 特開２００２−２９０６号公報

ところで、コイル置き場の周辺に製造ラインがあり、その設備で使用するモータや整流装置を冷却するために大量の外気を取り入れる必要のある場合や、地下室を有し、その中に大量の外気を供給して酸欠を防止するような設備などで、特許文献１に記載されている技術を適用させようとしても、気化性防錆剤は希釈されてしまう。このため、このような環境では特許文献１に記載されている技術は十分な効果を発揮できない。また、このような方法を実施しようとすると、防錆剤を大量に使用する必要があり、高コストとなる。

また特許文献２に記載されている技術は、結露発生を予測して、ヤード内のコイル周辺気温を外気より上昇させることを特徴とする、と記載されているが、前述同様、多量の外気が侵入するケースでは膨大な熱量を必要とし現実性に乏しい。また、特許文献３に記載されている技術のように、吸湿機能を有する伸縮式カバーでコイルを覆う方法では、コイルを移動するたびに伸縮式カバーを開閉する必要があるため、カバーが磨耗しやすく、吸湿機能の劣化に伴う再生処理などの維持費が高いことが欠点である。

特許文献４に記載された技術は、ヤードが小さい場合は有効であるが、例えば両端からの距離が３０ｍ〜５０ｍの大規模なヤードの場合、壁の上部からガスを水平方向に吹いても、ガスがもう一方の端まで到達することは現実的には無理であり、ヤード全体に結露防止用の気体を溜めることは無理である。

また、上部が開放された容器に空気を溜める方法としてスーパーマーケットなどで見かける開放式平型低温ショーケースが挙げられるが、これは空気の温度を冷蔵／冷凍を兼ねて下げ、密度を大きくする事で冷気のケース外への拡散を抑制するものである。これらの内部温度は冷凍用でマイナス２０℃前後、冷蔵用でも５℃前後が一般的である。この方式を金属コイルのヤードに適用した場合、結露を防止するための気体（例えば不活性ガスや露点を調整した気体）のヤード外への拡散は抑制されるが、コイルも冷やされ、５℃前後になってしまう。そして結露の危険が去った後、コイルをヤードから移動させた瞬間にコイルは結露してしまう。何故ならヤード外の露点温度は、結露の危機が去った後でも後述のように１０℃以上だからである。結局、結露防止用の気体を冷やしてヤード内に充填する方法では目的が達成できない。

本発明は、このような背景のもとでなされたものであり、その課題は、建屋内の一部に設けられたヤードに保管された金属コイルの結露を防止することである。

上記課題を解決するため、金属コイルを配置するヤードを建屋内の一部に設けた金属コイルの保管設備であって、建屋内をヤード内とヤード外に区画するようにヤードを囲う壁と、ヤード外から吸い込んだ空気を除湿する除湿機と、除湿機で除湿された除湿空気の温度を調整可能な気温調整装置と、気温調整装置で温度調整された除湿空気をヤードに導入する充填経路と、ヤード内とヤード外の温度差が±2℃以内になるように除湿空気の温度を調整する制御装置と、を備えた金属コイルの保管設備とする。

また前記保管設備において、ヤードの壁の高さはコイル直径の１〜３倍であることが好ましい。

また、建屋内の一部に設けたヤードに金属コイルを保管する、金属コイルの保管方法であって、建屋内をヤード内とヤード外に区画する壁で囲った空間内に対して、ヤード外から吸い込んだ空気を除湿後に温度調整して充填し、ヤード内とヤード外の温度差を±2℃以内とする金属コイルの保管方法とする。

また前記保管方法において、ヤードの壁の高さはコイル直径の１〜３倍とすることが好ましい。

本発明を用いると、建屋内の一部に設けられたヤードに保管された金属コイルの結露を防止することができる。

本実施形態の結露防止装置を備え建屋の概略を表した図である。 露点の変化とコイル温度の変化の例を表した図である。 ヤード内温度からヤード外温度を引いた平均温度差と上昇気流との関係を表した図である。 上昇気流が発生した際に、ヤード外からヤード内に向かう下降気流が発生した状態を表した図である。 湿り空気線図である。 ヤード内の温度がヤード外の温度より３度高い場合（左側の図）と、ヤード内の温度とヤード外の温度が同じ場合（右側の図）の除湿空気の状態を表す図である。 「外露点-中露点」で導かれる露点低減代と、ヤード内外の温度差との関係を表す図である。 壁高さが２ｍであって、気流が０．４ｍの場合（左側の図）と、０．８ｍの場合（右側の図）の除湿空気の状態を表す図である。 壁高さが３ｍであって、気流が０．４ｍの場合（左側の図）と、０．８ｍの場合（右側の図）の除湿空気の状態を表す図である。 「気流（ｍ／ｓ）」と「壁の高さ/コイル高さ」と「ヤード内に残る除湿空気」の関係を表した図である。 従来例における建屋に金属コイルを保管している状態を表す図である。

以下では、発明の実施形態について説明する。本実施形態における金属コイルの保管設備１では、金属コイル６を配置するヤード２１を、建屋７内の一部に設けている。また、建屋７内をヤード２１内とヤード２１外に区画するようにヤード２１を囲う壁１０と、ヤード２１外の空気を除湿する除湿機８と、除湿機８で除湿された除湿空気の温度を調整可能な気温調整装置９と、気温調整装置９で温度調整された除湿空気をヤード２１に導入する充填経路２２と、ヤード２１内とヤード２１外の温度差が0℃±2℃になるように除湿空気の温度を調整する制御装置と、を備えている。このため、建屋７内の一部に設けられたヤード２１に保管された金属コイル６の結露を防止することが可能となる。

また、本実施形態における金属コイル６の保管方法では、建屋７内の一部に設けたヤード２１に金属コイル６を保管している。また、建屋７内をヤード２１内とヤード２１外に区画する壁１０で囲った空間内に対して、ヤード２１外から吸い込んだ空気を除湿後に温度調整して充填し、ヤード２１内とヤード２１外の温度差が±2℃以内となるようにしている。このため、建屋７内の一部に設けられたヤード２１に保管された金属コイル６の結露を防止することが可能となる。

本実施形態の設備構成を図１に基づいて説明する。建屋７の屋内に設置し所定の高さの壁１０で囲われた上部が開放されたヤード２１に金属コイル６を置き、囲いの外の空気の一部を吸い込み、除湿機８により露点温度を下げた後、ヤード２１の内外の温度差を所定の範囲となるように気温調整装置９により除湿空気を冷却してヤード２１内に供給する。

より具体的には、金属コイル６は製造工程の途中で製造ライン２と製造ライン２の中間に保管されている。また、メッキ液の循環タンク３や整流装置４、モータなどを具備している。また、装置の保護の為に、ブロワ５により大量の外気を送風して冷却している。送風された空気は建屋７の上部に設けた換気口２４や、シャッター２３などが備えられた出入り口を介して外部に送られる。また循環タンク３を地下に設置しており、地下を介して大量の外気を送風して換気している。ヤード２１は上部がヤード２１外と繋がっているため、建屋７内に設置されたクレーンで金属コイル６を運搬することができる。

ヤード２１外の空気は、除湿機８と、気温調整装置９である冷房装置と、充填経路２２を経てヤード２１内に導入されるが、除湿空気はヤード２１内とヤード２１外の温度差が0℃±2℃になるように調整される。ヤード２１内の温度はヤード２１内に位置する温度計１１により測定され、ヤード２１外の温度は、ヤード２１外に位置する温度計１２により測定される。これらの測定結果を基に制御装置は除湿空気の温度を調整する。なお、本実施形態では充填経路２２を通過する除湿空気は、ヤード２１外との温度差が±2℃以内になるように調整されている。

ここで、実際に発生した大規模な結露被害の事例で結露発生形態を説明する。図２に示すことから理解されるように、コイルの結露はコイル周辺空気の露点温度がコイルの表面温度よりも高くなる場合に発生する。その日は前日までの冷え込みでコイル温度が15℃付近であったが、結露当日は南からの暖気が入り込むとともに少量の降雨により露点温度が急激に上昇した。しかしコイルは重量が大きいため、気温が上昇しても殆どコイル温度は変化せず15℃前後のままであった。最終的に露点温度が20℃まで上昇し、この間、約15時間にわたり結露は継続した。

このような結露を防止するには、コイル温度が露点温度以下とならないように、コイル温度を上げる方法か、露点温度をさげる方法が有効である。コイルを昇温するには熱風による対流加熱や輻射パイプによる輻射加熱などがあげられる。露点温度を下げる方法としては除湿機の設置が有効である。そしていずれの方法においても密閉された空間にコイルが保管されていることが好ましい。しかしながら、本発明で解決しようとするような外気の侵入が多い建屋ではコイルを加熱するために投入した熱や除湿した空気が屋外に拡散し有効な策とならない。

また、この問題を解消するため建屋内に壁で囲んだヤードを設置しその中に加熱空気または除湿空気を投入して結露を防止する方法が考えられるが、それだけでは問題は解決しない。その理由は周辺よりも温度の高い空気は密度が小さくなるため上昇し、ヤード内に留まらないからである。例えば、ヤード内外の温度差が9℃発生した場合、下記する式に従い、図３に示すように0.6ｍ/ｓ近い上昇気流（給気速度）が発生する。

これにより図４に示すように、ヤードから抜けた空気を補充するためにヤード外から温度の低い空気が侵入し結果としてヤード内の温度を高く維持することは困難となる。

一方、除湿された空気をヤード内に閉じ込めることも困難である。理由は除湿された空気は温度が上昇するという特徴があるからである。空気を加湿すると蒸発潜熱を奪って空気の温度が低下することとは反対の物理現象により、除去された水量に相当する潜熱が放出される。これを図５の湿り空気線図を使って説明する。点Aから点Bに操作した場合は露点td1から露点td2に除湿され、その際、等エンタルピー線に沿って空気温度はt1からt2へ昇温される。例えば露点20℃の湿った空気を露点8℃に除湿すると気温は22℃から31℃まで9℃上昇する。よって、除湿された空気は加熱された空気と同様、上昇気流が発生し囲いの外の高露点空気がヤード内に侵入する。このため低露点空気を囲いの中に滞留させることは困難である。

本発明者らはこれらの問題を解決する方法として、除湿した空気を冷却し、壁１０で囲われたヤード２１の中と外の温度が近くなるように除湿空気を温度制御することで低露点空気を滞留できることを見出した。図６は数値計算結果である。ヤード２１内外の温度差が大きい（ヤード２１内外の温度差＝内−外、即ちヤード２１内の温度が高い）と除湿空気の割合が小さく、ヤード２１内外温度差が0℃になると除湿空気が留まることがわかる。実験の結果、図７に示すようにヤード２１内外の温度差は＋2℃を超えると露点低減代（外の露点−内の露点）が小さくなり、結露しやすくなるため、その上限は＋2℃以下が好ましいことが判明した。

ヤード２１内外の温度差の下限は−2℃とする。その根拠は結露の危険がなくなり金属コイルをヤード２１の外に移動させても結露しない条件であり、具体的には露点温度はピークを過ぎた後は概ね毎時2〜5℃の割合で回復することがこれまでの実績から判明している。そのためコイル温度がヤード２１の外の温度よりも2℃冷えていたとして1時間後にはコイルを移動できるため操業上あまり問題とならいないからである。それ以上、冷却することはコイルが移動できない時間が長くなるだけでなくエネルギーを無駄に使用することとなり好ましくない。以上の理由から、ヤード２１内外の温度差は±2℃であることが好ましい。

次に建屋７内の気流の影響について数値計算および実験を実施し適正な条件を探索した。その結果、図８に示すように、気流の流速が速くなるとヤード２１内の除湿空気は外に随伴されて減少してしまう虞があることがわかった。これを防止するためには図９に示すように壁１０の高さを1ｍ高くすれば改善され、このようにすることでヤード２１内の除湿空気を必要な濃度に維持することが可能となることがわかった。更に種々実験を繰り返した結果、ヤード２１の壁１０の高さは、少なくともコイル直径と同じ（１倍）以上あることが好ましく、上限は設備コストや早期換気の必要性などから３倍程度あれば十分であることがわかった。この実験結果の一部を図１０に表している。図１０では、「気流（ｍ／ｓ）」と「壁１０の高さ/コイル高さ」と「ヤード２１内に残る除湿空気」の関係を表している。なお、図１０において丸印ついていれば、ヤード２１内に残る除湿空気が十分量あることを意味しており、三角印がついていれば許容範囲の量はあることを意味しており、バツ印がついていれば、ヤード２１内に残る除湿空気が不足した状態であることを意味している。

以上、一つの実施形態を中心に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。例えば、除湿機と空気調整装置は一体構造とすることも可能である。また、各機器を制御する制御装置は、これらの各々若しくはこれらの一体物に一体化されていても良いし、独立して設けても良い。

１ 金属コイルの保管設備
６ 金属コイル
７ 建屋
８ 除湿機
９ 気温調整装置
１０ 壁
２１ ヤード
２２ 充填経路

Claims (4)

1. 金属コイルを配置するヤードを建屋内の一部に設けた金属コイルの保管設備であって、
   建屋内をヤード内とヤード外に区画するようにヤードを囲う壁と、ヤード外から吸い込んだ空気を除湿する除湿機と、除湿機で除湿された除湿空気の温度を調整可能な気温調整装置と、気温調整装置で温度調整された除湿空気をヤードに導入する充填経路と、ヤード内とヤード外の温度差が±2℃以内になるように除湿空気の温度を調整する制御装置と、を備えた金属コイルの保管設備。
2. ヤードの壁の高さがコイル直径の１〜３倍である請求項１に記載の金属コイルの保管設備。
3. 建屋内の一部に設けたヤードに金属コイルを保管する、金属コイルの保管方法であって、
   建屋内をヤード内とヤード外に区画する壁で囲った空間内に対して、ヤード外から吸い込んだ空気を除湿後に温度調整して充填し、ヤード内とヤード外の温度差を±2℃以内とする金属コイルの保管方法。
4. ヤードの壁の高さをコイル直径の１〜３倍とする請求項３に記載の金属コイルの保管方法。

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