JP7135520B2 - Cooling system - Google Patents
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Description
本発明は、ワークを冷却する冷却装置に関する。 The present invention relates to a cooling device for cooling a work.
ワークに対して加熱と冷却とを行う場合にはコンベア炉が用いられることがある。コンベア炉では加熱ゾーンと冷却ゾーンとが設けられ、コンベアで搬送されるワークの加熱・冷却を行っている。加熱ゾーンでは温度を目標値温度またはそれ以上に設定しておき気体伝熱及び輻射によってワークが加熱される。冷却ゾーンでは送風もしくは冷却ガスの導入によりワークを冷却する。また、ワークは例えば円筒状のものが想定されるがその径は様々である。コンベア炉においては、コンベアに載せられる径であれば加熱ゾーンおよび冷却ゾーンで加熱・冷却が可能である。 A conveyor furnace is sometimes used to heat and cool the work. The conveyor furnace is provided with a heating zone and a cooling zone, and heats and cools the work carried by the conveyor. In the heating zone, the temperature is set to the target value temperature or higher, and the workpiece is heated by gas heat transfer and radiation. In the cooling zone, the work is cooled by blowing air or introducing cooling gas. Also, although the work is assumed to be cylindrical, for example, its diameter varies. In the conveyor furnace, heating and cooling are possible in the heating zone and the cooling zone as long as the diameter is placed on the conveyor.
一般的にコンベア炉ではワークの昇温速度および冷却速度が遅く、そのため搬送経路が長くなり大きな設備となっている。加熱ゾーンと冷却ゾーンとの一体化は困難であり小型化できず、設備コストが高い。 In general, conveyor furnaces have slow heating and cooling speeds for workpieces, resulting in long transport paths and large facilities. It is difficult to integrate the heating zone and the cooling zone, it cannot be miniaturized, and the equipment cost is high.
このうち、加熱については誘導加熱を用いることにより装置の小型化と効率化とをはかることができる。特許文献1には円筒形状のワークに対して誘導加熱する装置が示されている。 Among these methods, induction heating can be used for heating, so that the size of the device can be reduced and the efficiency can be improved. Patent Literature 1 discloses an apparatus for induction heating a cylindrical workpiece.
一方、冷却については、コンベア炉の冷却ゾーン全体に送風または冷却ガス導入をする必要があり、ランニングコストが高く、しかも冷却速度が遅い。 On the other hand, for cooling, it is necessary to blow air or introduce a cooling gas to the entire cooling zone of the conveyor furnace, resulting in high running costs and a slow cooling rate.
また、特許文献1に記載の装置では、加熱については様々な径のワークに適用可能であるが、冷却はできない。 Further, the apparatus described in Patent Document 1 can be applied to heating works of various diameters, but cannot be cooled.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、小型でしかも冷却効率の高い冷却装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact cooling device with high cooling efficiency.
また、本発明は、小型でありながら様々な径のワークを冷却することができる冷却装置を提供することを目的とする。 Another object of the present invention is to provide a compact cooling device capable of cooling workpieces having various diameters.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる冷却装置は、ワークを冷却する冷却装置であって、冷却フィン群と、前記冷却フィン群に向かって冷媒を送出する冷媒送出手段と、を有し、前記冷却フィン群は、互いに離間して層をなす複数の冷却フィンからなり、前記冷却フィンは、一部が前記ワークの外面に接触し、層方向に貫通する複数の冷媒孔を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a cooling device according to the present invention is a cooling device for cooling a workpiece, comprising: a group of cooling fins; The cooling fin group comprises a plurality of cooling fins spaced apart from each other to form layers, and the cooling fins partially contact the outer surface of the workpiece and penetrate in the layer direction. It is characterized by having coolant holes.
前記冷媒孔は、層方向に隣接する前記冷却フィンにおいて互いにずれた位置に形成されてもよい。 The coolant holes may be formed at mutually shifted positions in the cooling fins adjacent in the layer direction.
前記ワークは柱状物であって、前記冷却フィン群は、複数設けられて前記ワークに対して放射状に配置され、前記ワークの柱面の全周を覆い、それぞれ前記外面に対して進退可能に構成され、前記外面に対して接触および離間してもよい。 The work is a columnar object, and the cooling fin group is provided in a plurality and arranged radially with respect to the work, covers the entire circumference of the column surface of the work, and is configured to be movable forward and backward with respect to the outer surface of the work. may be in contact with and spaced apart from said outer surface.
1の前記冷却フィン群における前記冷却フィンと、隣接する他の前記冷却フィン群における前記冷却フィンとは層方向にずれて積層されており、それぞれが非干渉で前記外面に当接可能であってもよい。 The cooling fins in one cooling fin group and the cooling fins in the other adjacent cooling fin group are stacked with a shift in the layer direction, and can contact the outer surface without interference. good too.
前記冷却フィンの内径側部は、鈍角に屈曲した対称形状であってもよい。 The inner diameter side portion of the cooling fin may have a symmetrical shape bent at an obtuse angle.
前記冷却フィンの内径側部は、前記外面に合わせた形状であってもよい。 An inner diameter side portion of the cooling fin may be shaped to match the outer surface.
前記冷却フィンの内径側部には、耐熱性柔軟物が設けられていてもよい。 An inner diameter side portion of the cooling fin may be provided with a heat-resistant flexible material.
また、本発明にかかる冷却装置は、柱状物のワークを冷却する冷却装置であって、前記ワークに対して放射状に配置され、前記ワークの全周を覆い、それぞれ前記ワークの柱面に対して進退可能に構成され、前記柱面に対して接触および離間する複数の冷却フィン群と、前記冷却フィン群に向かって冷媒を送出する冷媒送出手段と、を有し、前記冷却フィン群は、互いに離間して層をなす複数の冷却フィンからなり、前記冷却フィンは、前記柱状物の軸に対して垂直な板形状であって、内面が前記柱面に接触することを特徴とする。 Further, a cooling device according to the present invention is a cooling device for cooling a columnar work, which is arranged radially with respect to the work, covers the entire circumference of the work, and has a A plurality of cooling fin groups configured to be movable back and forth, contacting and separating from the column surface, and coolant delivery means for delivering coolant toward the cooling fin groups, wherein the cooling fin groups are connected to each other. It comprises a plurality of cooling fins spaced apart to form layers, and the cooling fins are plate-shaped perpendicular to the axis of the columnar body, and the inner surface is in contact with the columnar surface.
本発明にかかる冷却装置では、冷却フィンが、内面が柱面に接触し、貫通する複数の冷媒孔を備えている。また、1の冷却フィンにおける冷媒孔から噴出した冷媒は、層方向に隣接する他の冷却フィンにおける面に衝突するように構成されていて、衝突噴流となる。したがって、伝熱境界膜槽が非常に薄くなり熱伝導率・冷却効率が高まり、装置の小型化が可能となる。 In the cooling device according to the present invention, the cooling fins are provided with a plurality of coolant holes that penetrate through the cooling fins, the inner surfaces of which are in contact with the column surfaces. Also, the coolant ejected from the coolant holes in one cooling fin collides with the surface of another cooling fin adjacent in the layer direction, and forms a collision jet. Therefore, the heat transfer boundary film tank becomes very thin, the thermal conductivity and the cooling efficiency are improved, and the size of the device can be reduced.
さらに、本発明にかかる冷却装置では、冷却フィン群は柱面に対して進退可能に構成され、柱面に対して接触および離間することから、様々な径のワークに対して適用可能となり、しかも雰囲気を冷房するのではなく冷却フィンがワークの柱面に接触して伝熱・放熱させることから小型化が可能になる。 Furthermore, in the cooling device according to the present invention, the cooling fin group is configured to be able to move forward and backward with respect to the column surface, and is in contact with and separated from the column surface. Since the cooling fins contact the column surface of the workpiece to transfer and release heat instead of cooling the atmosphere, downsizing is possible.
以下に、本発明にかかる冷却装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a cooling device according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
図1は、本発明にかかる冷却装置の実施形態である冷却装置10を示す模式斜視図である。冷却装置10はワーク(柱状物)12を冷却する装置である。ワーク12は円筒状の金属体であり、例えば、モータにおける複数の円盤状の薄板鋼板を積層したロータコアである。ロータコアの中央に形成された孔にシャフトを焼き嵌めにて固定する場合、ロータコアを加熱することにより、ロータコアの中央に形成された孔を拡径した後、この孔にシャフトを挿入し、ロータコアを冷却してロータコアとシャフトとを固定する。このとき、ロータコアは約130℃まで加熱された後に冷却される。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a
冷却装置10は、8つの冷却フィン群14と、冷却フィン群14に向かって冷媒を送出するファン(冷媒送出手段)16とを有する。ファン16は、例えばワーク12と同軸上に設けられ、冷媒は冷却フィン群14およびワーク12の端面に向かって送出される。冷媒は空気、冷却ガスまたは冷却液である。冷媒送出手段は例えば1以上のノズルでもよい。冷却フィン群14はワーク12に対して放射状に配置され、ワーク12の柱面12aの全周を覆うように配置されている。ワーク12の柱面12aの全周を覆うためには、冷却フィン群14の数は4以上が適当である。
The
一方、冷却フィン群14は数が少なければ機構が簡単になり、数が多ければ後述する内径側部19a(図3参照)によるワーク12との接触面積が広く確保されるので、条件に応じて4~12の範囲で設定するとよい。冷却フィン群14は図示しない進退機構によりワーク12の柱面12aに対して同期しながら径方向に進退する。このような進退機構によりワーク12の径が異なる場合にも適用可能である。
On the other hand, if the number of the
冷却フィン群14は、互いに冷却フィン18の板厚以上の隙間を設けて離間して層をなす複数枚の冷却フィン18からなる。冷却フィン18はワーク12の軸方向に積層されている。1つの冷却フィン群14における冷却フィン18は、例えば5~8枚だが、ワーク12の軸方向長さや冷却フィン18の板厚等の条件によって枚数を増減してよい。冷却フィン18の枚数が多いと表面積が増えて冷却効果が高まる。
The
冷却フィン18は、ワーク12の軸に対して垂直な板形状であって、層方向(板厚方向)に貫通する多数の冷媒孔20を備える。冷媒孔20は適度な間隔で冷却フィン18のほぼ全域に設けられている。冷却フィン18は2つの直線部とこれら直線部の間にある内径側部19aと外径側部19bとからなる扇形であり、柱面12aに近い方向が狭く、遠い方向が広くなっている。なお、内径側部19aは2つの直線部から構成されているが、3つ以上の直線部で構成したり、円弧形状であってもよい。また、外径側部19bは円弧形状となっているが、2つ以上の直線部から構成してもよい。冷却フィン群14および冷却フィン18は径方向に進退可能であり、内径側部19aの一部が柱面12aに接触および離間する。
The
ある冷却フィン群14における冷却フィン18と、周方向に隣接する他の冷却フィン群14における冷却フィン18とは層方向にずれて積層されており、一部が周方向で重複しながらもそれぞれの冷却フィン群4は互いに非干渉で柱面12aに当接可能である。これにより、隣接する冷却フィン群14同士の周方向の隙間がなくなり、冷媒の漏れが少なく冷却フィン群14に当たることになる。また、冷却フィン群14の進退ストロークを長く確保することにより、径寸法が大きく異なるワーク12に対しても適用可能となる。ある冷却フィン群14における冷却フィン18と、周方向に隣接する他の冷却フィン群14における冷却フィン18とは互いに層方向で接触していると構造的に安定するとともに熱伝達率が高まり、しかも冷媒の漏れが少なくなって冷媒孔20を通過しやすくなる。
The cooling
図2に示すように、冷却フィン18のうちある層の冷却フィン18aにおける冷媒孔20は、層方向に隣接する他の冷却フィン18bにおける冷媒孔20とずれた位置に形成されている。冷却フィン18aと冷却フィン18bとは交互に配置されている。これにより、一部に矢印で示すように、冷却フィン18aの冷媒孔20から噴出した冷媒は、次の下流側に位置する冷却フィン18bに当たるとき冷媒孔20のない箇所に当たり、衝突噴流となる。また、この冷却フィン18bの冷媒孔20から抜けて次の下流側に位置する冷却フィン18aに当たるときも冷媒孔20のない箇所に当たり、同様に衝突噴流となる。このように、積層された冷却フィン18の各面では衝突噴流により伝熱境界膜槽が非常に薄くなって熱伝導率・冷却効率が高まり、冷却装置10の小型化が可能となる。冷却フィン18aにおける冷媒孔20と隣接する冷却フィン18bにおける冷媒孔20とは完全にずれていることが望ましいが、条件によっては一部が重複していても相応の効果が得られる。また、冷媒孔20から噴出した冷媒は、層方向に隣接する他の冷却フィン18における面に衝突するように構成されていればよく、条件によっては、例えば冷媒孔20の貫通方向がある程度斜めになっていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
図3に示すように、冷却フィン18は扇形の板材であり、材質としては例えば熱伝導率のよい銅やアルミニウムまたはアルミニウム合金等を用いることができる。冷却フィン18が形成する扇形の中心角は、例えば50°であり、周方向に8つ並んだ冷却フィン群14(つまり8枚の冷却フィン18)によりワーク12の柱面12aの全周360°を十分にカバーできる。すなわち、「扇形の中心角×周方向の冷却フィン18の枚数≧360°」とするのがよい。冷却フィン18の内径側部19aはワーク12の柱面12aに対する当接面であり、鈍角に屈曲した対称形状となっている。内径側部19aには耐熱性柔軟物22が設けられている。耐熱性柔軟物22は例えばシリコーン材であり、高温のワーク12に対しても変質することなく、しかも柱面12aと冷却フィン18との接触面積が大きくなって熱伝導率が向上する。また、内径側部19aは鈍角に屈曲した形状であることから、様々な径のワーク12に適用可能である。
As shown in FIG. 3, the cooling
なお、用途によりワーク12の径が一定である場合には、内径側部19aはそのワーク12の柱面12aに合わせた円弧面にしてもよい。これにより、接触面積が一層増加して熱伝導率が向上する。さらに、ワーク12としては筒状体に限らず、例えば角柱でもよい。この場合、内径側部19aは屈曲のない平面にするとよい。
If the diameter of the
冷却装置10を径の小さいワーク12に対して適用する場合は、図4(a)および図4(b)に示すように、隣接する冷却フィン群14同士はやや広い範囲で重なり合いながら内径側部19aがワーク12の柱面12aに当接する。また、冷却装置10を径の大きいワーク12に対して適用する場合は、図5(a)および図5(b)に示すように、隣接する冷却フィン群14同士は狭い範囲で重なり合いながら内径側部19aがワーク12の柱面12aに当接する。このように冷却装置10は様々な径のワーク12に対して適用可能であって、汎用性が高い。なお、図4(b)および図5(b)では、煩雑とならないように冷却フィン群14は周方向に連続して並ぶ3つだけを図示している。
When the
図4および図5のいずれの場合においても、ワーク12の柱面12aは内径側部19aの鈍角屈曲形状と耐熱性柔軟物22とにより各冷却フィン18に対して適度に広い面積で接触して伝熱および放熱する。内径側部19aの熱は外径側部19bに向かって拡散する。冷却フィン18は適度に広くしかも枚数が多いことから、いわゆるヒートシンクとして作用してワーク12を冷却させる。
4 and 5, the
さらに、冷却装置10ではファン16により冷媒が送出され、冷却フィン18の冷媒孔20を通過しながら層方向に隣接する冷却フィン18の面に衝突噴流として当たり、冷却効率が高める。冷媒は、冷却フィン群14以外にワーク12の端面や内周面にも当たって冷却を促進する。また、冷却装置10はワーク12が配置されている場所の雰囲気を冷却するのではなく、冷却フィン18に伝熱させて該冷却フィン18を強制空冷または強制液冷することから、従来技術の冷却ゾーンのような空間は必要なく小型でしかも冷却効率が高い。冷却効率が高いことにより、ワーク12を急速に冷却することができるとともに、ランニングコストも低減される。
Furthermore, in the
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be freely modified without departing from the gist of the present invention.
10 冷却装置
12 ワーク
12a 柱面
14 冷却フィン群
16 ファン
18,18a,18b 冷却フィン
19a 内径側部
20 冷媒孔
22 耐熱性柔軟物
10
Claims (7)
複数設けられて前記ワークに対して放射状に配置され、前記ワークの柱面の全周を覆い、それぞれ前記ワークの外面に対して進退可能に構成され、前記外面に対して接触および離間する冷却フィン群と、
前記冷却フィン群に向かって冷媒を送出する冷媒送出手段と、
を有し、
前記冷却フィン群は、互いに離間して層をなす複数の冷却フィンからなり、
前記冷却フィンは、一部が前記外面に接触し、層方向に貫通する複数の冷媒孔を備えることを特徴とする冷却装置。 A cooling device for cooling a columnar workpiece,
A plurality of cooling fins arranged radially with respect to the work, covering the entire circumference of the cylindrical surface of the work, configured to be movable forward and backward with respect to the outer surface of the work, and in contact with and separated from the outer surface flock and
coolant delivery means for delivering coolant toward the cooling fin group;
has
The cooling fin group consists of a plurality of cooling fins spaced apart from each other to form layers,
A cooling device, wherein the cooling fins are partially in contact with the outer surface and have a plurality of coolant holes penetrating in a layer direction.
前記冷媒孔は、層方向に隣接する前記冷却フィンにおいて互いにずれた位置に形成されることを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 1, wherein
The cooling device according to claim 1, wherein the cooling fins adjacent to each other in the layer direction have the cooling holes at positions shifted from each other.
1の前記冷却フィン群における前記冷却フィンと、隣接する他の前記冷却フィン群における前記冷却フィンとは層方向にずれて積層されており、それぞれが非干渉で前記外面に当接可能であることを特徴とする冷却装置。 The cooling device according to claim 1 , wherein
The cooling fins in one cooling fin group and the cooling fins in the other adjacent cooling fin group are stacked with a shift in the layer direction, and can contact the outer surface without interference. A cooling device characterized by:
前記冷却フィンの内径側部は、鈍角に屈曲した対称形状であることを特徴とする冷却装置。 In the cooling device according to any one of claims 1 to 3 ,
The cooling device according to claim 1, wherein the inner diameter side portion of the cooling fin has a symmetrical shape bent at an obtuse angle.
前記冷却フィンの内径側部は、前記外面に合わせた形状であることを特徴とする冷却装置。 In the cooling device according to any one of claims 1 to 3 ,
The cooling device according to claim 1, wherein the inner diameter side portion of the cooling fin has a shape matching the outer surface.
前記冷却フィンの内径側部には、耐熱性柔軟物が設けられていることを特徴とする冷却装置。 In the cooling device according to any one of claims 1 to 5 ,
A cooling device, wherein a heat-resistant flexible material is provided on an inner diameter side portion of the cooling fin.
前記ワークに対して放射状に配置され、前記ワークの全周を覆い、それぞれ前記ワークの柱面に対して進退可能に構成され、前記柱面に対して接触および離間する複数の冷却フィン群と、
前記冷却フィン群に向かって冷媒を送出する冷媒送出手段と、
を有し、
前記冷却フィン群は、互いに離間して層をなす複数の冷却フィンからなり、
前記冷却フィンは、前記柱状物の軸に対して垂直な板形状であって、内面が前記柱面に接触することを特徴とする冷却装置。 A cooling device for cooling a columnar workpiece,
a plurality of cooling fin groups arranged radially with respect to the work, covering the entire circumference of the work, configured to be movable forward and backward with respect to the column surface of the work, and being in contact with and separated from the column surface;
coolant delivery means for delivering coolant toward the cooling fin group;
has
The cooling fin group consists of a plurality of cooling fins spaced apart from each other to form layers,
A cooling device, wherein the cooling fins have a plate shape perpendicular to the axis of the columnar object, and the inner surfaces thereof are in contact with the columnar surfaces.
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