JP6964199B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷却装置に関する。
本願は、２０１８年９月２７日に日本に出願された特願２０１８−１８１９９０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

例えば、特許文献１には、被処理物を冷却槽内に浸漬させて冷却する焼入装置が開示されている。このような焼入装置においては、油の温度の偏りを防止するため、循環装置により、被処理物の下方より被処理物の上方へと向けて冷却槽内の油を循環させ、被処理物に対して油の流れを形成している。

日本国特開２０１６−２１１０２６号公報

しかしながら、被処理物は、昇降装置等により降下されることで冷却槽内に浸漬される。したがって、冷却開始直後において、被処理物は、上部よりも下部の温度が低い傾向が見られる。さらに、冷却槽内には、被処理物の下部に向けて流れる冷却油の循環流が形成される。このため、被処理物は、下部が優先的に冷却され、下部と上部との温度差が大きくなる。すなわち、上述の構成の冷却装置においては、被処理物の上部と下部とで温度履歴が異なると考えられる。

本開示は、上述する事情に鑑みてなされたもので、被処理物を均一に冷却することを目的とする。

本開示の、第１の態様に係る冷却装置は、被処理物を下部から冷却液に浸漬させて冷却する冷却装置であって、少なくとも前記被処理物の冷却開始時に、前記被処理物の上部に前記冷却液を供給する液供給部を備える。

第２の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記液供給部は、前記被処理物の下側の前記冷却液を上側へ送る液送装置と、前記冷却液内において前記被処理物の上方に設けられ、前記液送装置から流入する前記冷却液を前記被処理物の上部に向けて案内するダクトとを備える。

第３の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記液送装置は、前記被処理物の冷却開始から一定時間後に、前記被処理物の上側の前記冷却液を下側へ送るように構成されている。

第４の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記ダクトを前記冷却液外から前記冷却液内において前記被処理物の上方に移動させる移動機構を備える。

第５の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記ダクトに接続されると共に、前記冷却液内において鉛直方向に延在し、前記液送装置が内部に設けられる液送装置ダクトを備える。

第６の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記液送装置ダクトに設けられると共に、前記冷却液を整流する整流板を備える。

第７の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記被処理物の側方に設けられ、前記被処理物に沿うように前記冷却液を案内する案内板を備える。

第８の態様に係る冷却装置は、上記第１の態様において、前記案内板の姿勢を変更する姿勢変更部を備える。

本開示によれば、被処理物を均一に冷却することが可能である。

本開示の第１実施形態に係る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。 本開示の第２実施形態に係る冷却装置の概略構成を模式的に示す縦断面図である。

［第１実施形態］
図１は、本実施形態に係る冷却装置Ｒ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Ｒ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。この冷却装置Ｒは、図１及び図２に示すように、油槽１（冷却槽）と、搬送室２と、被処理物昇降装置３と、４個の油送装置４（液送装置）と、４個の上部ダクト５（ダクト）と、ダクト昇降装置６（移動機構）と、４個のプロペラダクト７（液送装置ダクト）と、４個の下部ダクト８と、案内板部９と、グレーチング１０とを備えている。また、上部ダクト５、油送装置４、プロペラダクト７及び下部ダクト８は、２個一対とされ、図１における奥行き方向において、２列設置されている。また、上部ダクト５、油送装置４、プロペラダクト７及び下部ダクト８は、本願開示における液供給部（２０）を構成している。

油槽１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１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１において、冷却時に被処理物Ｗが配置可能な領域を載置領域Ａ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Ａとは必ずしも一致しない。

搬送室２は、油槽１の上方に設けられている。この搬送室２は、油槽１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２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２においては、油槽１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。

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

油送装置４は、図２に示すように、載置領域Ａ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、各油送装置４は、モータ４ａと、シャフト４ｂと、プロペラ４ｃとを備えている。

モータ４ａは、油槽１の底部に固定されている。モータ４ａは、プロペラ４ｃを回転させるための動力を生成する。シャフト４ｂは、上端がモータ４ａと接続されて鉛直配置されている。このシャフト４ｂの下端側は、油槽１に貯留された冷却油Ｙの液面下に配置されており、プロペラ４ｃが設けられる。

プロペラ４ｃは、シャフト４ｂに設けられるプロペラである。プロペラ４ｃは、油槽１に貯留される冷却油Ｙの液面下であって載置領域Ａの側方に配置されており、シャフト４ｂと共に回転されることで冷却油Ｙを上方または下方へと送る。なお、プロペラ４ｃは、回転方向が変更されることにより、冷却油Ｙの流動方向を変更させることが可能である。また、図２に示すように、本実施形態においては、４つ全ての油送装置４において、プロペラ４ｃが同一方向に回転されている。なお、図２中の矢印は、プロペラの回転方向を示す。図２では、一例としてプロペラの回転方向は、時計回りとしたが、反時計回りであってもよい。

上部ダクト５は、被処理物Ｗの被処理物昇降装置３が配置されている側、すなわち上方に設けられたダクトである。上部ダクト５は、被処理物Ｗが油槽１に浸漬された状態において、入口５ａがプロペラダクト７の出口と接続されると共に、出口５ｂが被処理物Ｗの上方であって、冷却油Ｙの油面近傍に配置されている。また、上部ダクト５は、プロペラダクト７と独立しており、ダクト昇降装置６により上下方向に移動可能である。

ダクト昇降装置６は、シャフト６ａと、モータ６ｂと、ダクト吊下部６ｃとを備えている。シャフト６ａは、搬送室２内の側壁に沿って上下方向に設けられている。また、シャフト６ａは、上端が搬送室２の外部へと露出しており、下端が油槽１の液面よりも上に配置されている。

モータ６ｂは、シャフト６ａの上端に取り付けられたサーボモータである。すなわち、モータ６ｂは、搬送室２の外部に露出した状態である。このようなモータ６ｂは、不図示の制御装置により制御されることにより、ダクト吊下部６ｃを昇降させる動力を生成する。

ダクト吊下部６ｃは、４個の上部ダクト５を上部から吊り下げた状態で支持する部材である。また、ダクト吊下部６ｃは、シャフト６ａに上下方向に移動可能に取り付けられている。これにより、ダクト吊下部６ｃは、４個の上部ダクト５を吊下げ支持した状態で、モータ６ｂにより上下方向に移動される。

プロペラダクト７は、油送装置４のプロペラ４ｃを囲う円筒形状のダクトであり、上端の出口が上部ダクト５の入口５ａと接続され、下端の入口が下部ダクト８と接続されている。このプロペラダクト７は、油送装置４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か所に設けられている。これらのプロペラダクト７は、プロペラ４ｃ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、当該流れを上方の上部ダクト５へと案内する。

下部ダクト８は、入口８ａが載置領域Ａの底部と接続され、出口８ｂがプロペラダクト７の下端と接続されるダクトである。この下部ダクト８は、被処理物Ｗに沿って流れた冷却油Ｙをプロペラ４ｃまで案内する。このような下部ダクト８の出口８ｂは、プロペラ４ｃ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、下部ダクト８の出口８ｂは、載置領域Ａの底部に対して下方から接続されている。

この下部ダクト８は、油送装置４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個設けられている。各下部ダクト８の出口８ｂは、４個で載置領域Ａの全域を覆うように配置されている。

案内板部９は、フォーク３ａの淵部に設けられており、案内板９ａと、姿勢変更部９ｂとを備えている。案内板９ａは、姿勢変更部９ｂによりフォーク３ａの端部に固定された平板状の部材である。案内板９ａは、被処理物Ｗの上方から下方へと向かう冷却油Ｙの流れを、被処理物Ｗに沿うように下部ダクト８の入口８ａへと案内する。

姿勢変更部９ｂは、案内板９ａとフォーク３ａとの間に設けられ、フォーク３ａに対する案内板９ａの角度を変更可能とすると共に固定する部材である。姿勢変更部９ｂは、不図示の制御装置からの指示に基づいて駆動し、該姿勢変更部９ｂを中心として案内板９ａの姿勢を変更する。この姿勢変更部９ｂにより、案内板９ａは、フォーク３ａに対して垂直の状態から１０°程度まで外側へと開いた状態まで姿勢を変更することが可能である。

グレーチング１０は、図２に示すように、下部ダクト８の入口８ａに対して取り付けられた柵状の部材である。グレーチング１０は、被処理物Ｗの上部から下部に向けて冷却油Ｙが流れる際に、下部ダクト８内に異物が侵入することを防止する。

このような本実施形態の冷却装置Ｒにおいては、まず、加熱された被処理物Ｗが、フォーク３ａに載置された状態で、被処理物昇降装置３により油槽１へと搬送される。そして、被処理物Ｗが油槽１の冷却油Ｙへと浸漬されると、搬送室２側に移動されていた上部ダクト５がダクト昇降装置６により下降され、プロペラダクト７と接続される。また、このとき、案内板９ａは、フォーク３ａに対して垂直状態から１０°程度外側に開いた状態である。

冷却開始時においては、モータ４ａが駆動され、プロペラ４ｃが回転駆動されると、油槽１内に冷却油Ｙの循環流Ｘが形成される。循環流Ｘは、下部ダクト８の入口８ａから流入した冷却油Ｙが、油送装置４により、プロペラダクト７を介して上部ダクト５の出口５ｂより流出することで形成されている。このとき、冷却油Ｙは、案内板９ａに案内されることにより、被処理物Ｗの上部から下部に向かって、被処理物Ｗの表面に沿って流れる。

そして、冷却開始から一定時間（例えば、５分）経過後に、不図示の制御装置の指示によりモータ４ａの回転方向が変更されることで、プロペラ４ｃの回転方向が逆回転へと変更される。また、姿勢変更部９ｂにより、案内板９ａの姿勢がフォーク３ａに対して略垂直となるように変更される。これにより、油槽１内には、循環流Ｘと逆の流動が生じる。すなわち、冷却油Ｙは、上部ダクト５の出口５ｂから流入し、プロペラダクト７を介して下部ダクト８へと流れ、下部ダクト８の入口８ａより流出する。すなわち、油送装置４は、被処理物Ｗの下側の冷却油Ｙを上側へと送る。これにより、冷却油Ｙは、案内板９ａに案内されることにより、被処理物Ｗの下部から上部に向かって、被処理物Ｗの表面に沿って流れる。

そして、冷却油Ｙの流動方向を変更してから一定時間（例えば、５分）が経過した際には、再度、不図示の制御装置の指示によりモータ４ａの回転方向が変更されることで、プロペラ４ｃの回転方向が逆回転へと変更される。また、姿勢変更部９ｂにより、案内板９ａの姿勢がフォーク３ａに対して垂直状態から１０°程度外側に開いた状態となるように変更される。これにより、油槽１内に冷却油Ｙの循環流Ｘが形成される。
このように、被処理物Ｗの冷却開始から、冷却完了までの所定時間において、複数回流動方向が変更される。

被処理物Ｗは、冷却油Ｙに浸漬された時点で、先に浸漬される下部よりも上部の温度が高い傾向がある。これに対して、本実施形態によれば、油送装置４と上部ダクト５とにより、冷却開始時に被処理物Ｗの上部から下部に向けた流れを形成できる。これにより、被処理物Ｗの上部に積極的に冷却油Ｙを接触させることができ、冷却開始時における被処理物Ｗの温度分布を解消することが可能である。すなわち、本実施形態に係る冷却装置Ｒは、被処理物Ｗを均一に冷却することが可能である。

また、被処理物Ｗに沿うように冷却油Ｙを案内する案内板９ａにより、循環流Ｘが被処理物Ｗの表面に沿って流れる。したがって、被処理物Ｗが常に循環流Ｘと接触した状態となり、被処理物Ｗを効率よく冷却することが可能である。

また、本実施形態においては、各ダクトに対して冷却油Ｙを案内しやすいように案内板９ａの姿勢を変更している。すなわち、姿勢変更部９ｂにより、冷却油Ｙの流れの状態や、被処理物Ｗの形状に応じて、被処理物Ｗに対して好適な案内板９ａの姿勢に変更することが可能である。

また、油送装置４は、被処理物Ｗの冷却開始から一定時間後に、冷却油Ｙの流動方向を変更し、循環流Ｘと逆方向へと冷却油Ｙが流れるようにする。これにより、被処理物Ｗの下部から上部に向けて冷却油Ｙが流れるようになり、被処理物Ｗに対して上方と下方との双方向より冷却油Ｙを接触させることが可能である。したがって、冷却装置Ｒは、被処理物Ｗにおいて温度の偏りが生じることを防止でき、被処理物Ｗを均一に冷却することが可能である。

また、上部ダクト５をダクト昇降装置６により上下方向に移動可能としたことにより、被処理物Ｗの搬送を上部ダクト５が阻害することがない。

また、プロペラダクト７を設けることにより、油送装置４により送られる冷却油を、油槽１の上方へと案内している。したがって、油槽１内に循環流Ｘを形成することが可能であり、油槽１内の冷却油Ｙの流れの制御を容易としている。

［第２実施形態］
続いて、上記第１実施形態の変形例を第２実施形態として、図３を参照して説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、符号を同一とし、説明を省略する。図３は、本実施形態に係る冷却装置Ｒ１を示す縦断面図である。

本実施形態に係る冷却装置Ｒ１は、整流板部１１をさらに備え、油送装置４が整流板４ｄを備えている。
整流板４ｄは、モータ４ａの外周から立設された板部材である。この整流板４ｄは、プロペラダクト７における冷却油Ｙの流れ方向に沿って設置されることにより、プロペラダクト７内を流れる冷却油Ｙの滞留を防止し、冷却油Ｙを整流する。

整流板部１１は、プロペラダクト７内に設けられ、軸部１１ａと、整流板１１ｂとを備えている。軸部１１ａは、プロペラダクト７内において、冷却油Ｙの流れ方向に沿って設けられている。整流板１１ｂは、軸部１１ａから径方向に向けて立設された板部材である。整流板１１ｂは、冷却油Ｙの流れ方向に沿って設置されることにより、プロペラダクト７内を流れる冷却油Ｙの滞留を防止し、冷却油Ｙを整流する。

このような本実施形態に係る冷却装置Ｒ１は、プロペラダクト７に対して整流板４ｄ及び整流板１１ｂを設けることにより、プロペラダクト７内の冷却油Ｙの流速を均一化し、冷却油Ｙの滞留を防止することができる。したがって、循環流Ｘ及び循環流Ｘの逆方向の流れをスムーズに形成することが可能である。

また、プロペラ４ｃを挟んで整流板４ｄと整流板１１ｂとが設けられていることにより、冷却油Ｙがいずれの方向に流れる場合においても、プロペラ４ｃの下流側に整流板が配置された状態となる。したがって、いずれの流動方向であっても、プロペラ４ｃにより送り出された冷却油Ｙを、整流板４ｄ、１１ｂにより整流することが可能である。

なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態においては、上部ダクト５、油送装置４、プロペラダクト７及び下部ダクト８は、奥行き方向において２列設置されるものとしたが、本開示はこれに限定されず、３列設けるものとしてもよい。また、この場合、各プロペラ４ｃの回転速度を変えることにより、３列の上部ダクト５、プロペラダクト７及び下部ダクト８内を流れる冷却油Ｙの流速を変更することも可能である。

（２）上記実施形態においては、上部ダクト５をダクト昇降装置６により上下方向において移動可能としたが、本開示はこれに限定されない。上部ダクト５は、それぞれ側方（図１の左右方向）へと移動するものとしてもよい。また、プロペラダクト７よりも上部ダクト５の径が小さい場合には、プロペラダクト７内に上部ダクト５を収容することも可能である。

（３）上記実施形態においては、冷却装置Ｒは、油槽１内における冷却油Ｙの流動方向を適宜変更するものとしたが、本開示はこれに限定されない。冷却装置Ｒは、被処理物Ｗの上部から下部に向かう流れのみを形成するものとしてもよい。

（４）また、冷却液は、冷却油Ｙ（油）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。

（５）また、上記実施形態においては、冷却油Ｙにより循環流Ｘを形成することで、被処理物Ｗの上部に対して冷却油Ｙを供給するものとしたが、本開示はこれに限定されない。
例えば、冷却装置Ｒは、冷却油Ｙが貯留されたタンクと、上部ダクト５とを備え、油槽１内の冷却油Ｙに浸漬された被処理物Ｗに対して、タンクに貯留された冷却油Ｙを上部ダクト５から供給するものとしてもよい。この場合についても同様に、被処理物Ｗの上部に冷却油Ｙを供給でき、被処理物Ｗを均一に冷却することが可能である。

本開示の冷却装置を当該分野に適用することにより、被処理物を均一に冷却することができる。

１ 油槽
２ 搬送室
３ 被処理物昇降装置
３ａ フォーク
４ 油送装置
４ａ モータ
４ｂ シャフト
４ｃ プロペラ
４ｄ 整流板
５ 上部ダクト
５ａ 入口
５ｂ 出口
６ ダクト昇降装置
６ａ シャフト
６ｂ モータ
６ｃ ダクト吊下部
７ プロペラダクト
８ 下部ダクト
８ａ 入口
８ｂ 出口
９ 案内板部
９ａ 案内板
９ｂ 姿勢変更部
１０ グレーチング
１１ 整流板部
１１ａ 軸部
１１ｂ 整流板
２０ 液供給部
Ａ 載置領域
Ｒ 冷却装置
Ｒ１ 冷却装置
Ｗ 被処理物
Ｘ 循環流
Ｙ 冷却油

Claims (6)

1. 被処理物を下部から冷却液に浸漬させて冷却する冷却装置であって、
   前記被処理物の下側の前記冷却液を前記被処理物の上側へ、あるいは前記上側の前記冷却液を前記下側へ送る液送装置と、
   前記冷却液内において前記被処理物の上方に設けられ、前記液送装置から流入する前記冷却液を前記被処理物の上部に向けて案内するダクトとを備え、
   前記液送装置は、前記被処理物の冷却開始時に前記上側に前記冷却液を供給し、前記被処理物の冷却開始から一定時間後に前記冷却液を前記下側へ送る冷却装置。
2. 前記ダクトを前記冷却液外から前記冷却液内において前記被処理物の上方に移動させる移動機構を備える請求項１記載の冷却装置。
3. 前記ダクトに接続されると共に、前記冷却液内において鉛直方向に延在し、前記液送装置が内部に設けられる液送装置ダクトを備える請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記液送装置ダクトに設けられると共に、前記冷却液を整流する整流板を備える請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記被処理物の側方に設けられ、前記被処理物に沿うように前記冷却液を案内する案内板を備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置。
6. 前記案内板の姿勢を変更する姿勢変更部を備える請求項５に記載の冷却装置。

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