JP7253164B2 - 冷却システム - Google Patents

Description

本発明は、自動車の部品製造工場等内に設置される多数の熱放散装置に対して冷却効果を発揮して、当該製造工場内の高温化を抑制する冷却システム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、研削油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（特許文献１参照）。また、液冷却装置には、タンク内に貯溜される工作液を冷却する浸漬型と、工作液を内部に循環させて冷却する循環型と、が採用されている。

また、製造工場内においては、工作機械に付設される、油圧ユニット、制御盤クーラ及びミストコレクター等の熱放散機器が多数設置されており、これら熱放散機器は、ほとんどが空冷式であり、作動中、高温の空気を外部に排出している。このため、これら熱放散機器からの放熱により、製造工場内の高温化が避けられず、作業環境が悪化する。この作業環境の悪化を防ぐために、製造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。

この製造工場内の高温化を抑制する対策として、多数の熱放散機器に、製造工場の屋外等に設置されているクーリングタワーの冷却水を供給して、当該各熱放散機器からの放熱温度を下げる方法が考慮される。しかしながら、この方法では、クーリングタワーから冷却水を導く配管が、多数の熱放散機器に対応して必要になり現実的ではない。しかも、この方法では、クーリングタワーから各熱放散機器へ供給する冷却水の圧力を高く（最大圧力：０．２～０．４ＭＰａ）設定する必要があり、これに対応するためには、熱放散機器に備える熱交換器等の流通管の形状及び厚みなどにおいて耐圧構造を採用する必要があり、熱交換効率が悪化し、しかも大型化も避けられず、ひいてはコストアップにも繋がり、好ましくない。

さらに、製造工場内においては、上述の工作液が貯溜されるタンク等が設置され、浸漬型の液冷却装置が採用されている場合には、タンク内の工作液を工作機械に供給する電動ポンプが備えられている。そして、この電動ポンプからも高温の空気が排出されており、製造工場内がさらなる高温化に晒される状況となっている。

特開２０１５－６８５２４号公報

上述したように、製造工場内には、多数の熱放散機器が設置されており、これらの熱放散機器から排出される高温の空気により、当該製造工場内の高温化が避けられず、対策する必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑えたうえで、製造工場内の高温化を抑制する冷却システム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）工作機械に使用する工作液が貯溜されるタンク内に備えられ、該タンク内の工作液を冷却する液冷却装置と、前記タンク内の工作液を、製造工場内に設置される熱放散機器に送給して、当該熱放散機器からの放熱温度を下げる冷却手段と、を備え、前記液冷却装置の排気口には、該排気口からの排気の熱を吸収する排気冷却手段が近接して配置され、前記排気冷却手段にて冷却された排気を、前記液冷却装置の空気の吸入口に案内するように構成されることを特徴とする冷却システム（請求項１の発明に相当）。
（１）項に記載の冷却システムでは、冷却手段により、工作液が貯溜されるタンク内の工作液を利用して、熱放散機器からの放熱温度を下げることができ、またタンク内の工作液は、液冷却装置により冷却することができる。これにより、製造工場内の高温化を抑制することができる。また、この排気冷却手段の作用により、液冷却装置からの放熱温度を下げることができ、製造工場内の高温化を抑制することができる。

（２）（１）項に記載の冷却システムであって、前記冷却手段は、前記タンク内からの工作液が循環され、前記熱放散機器からの排気の熱を吸収する熱交換器を含むことを特徴する冷却システム（請求項２の発明に相当）。
（２）項に記載の冷却システムでは、冷却手段としての、タンク内の工作液が循環される熱交換器を、熱拡散機器の排気口に近接して配置するので、既存の熱拡散機器を改造することなく、熱放散機器からの排気の温度を下げることができ、本冷却システムを構築するためのコストを削減することができる。言い換えれば、熱放散機器からの排気は、その排気口から熱交換器に導かれて、その熱が熱交換器を流れる工作液（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。

（３）（１）項または（２）項に記載の冷却システムであって、前記熱放散機器は、前記工作機械、前記タンク内の工作液を前記工作機械に送給する電動ポンプ、前記工作機械に付設される油圧ユニット、前記工作機械に付設される制御盤クーラ、または前記工作機械に付設されるミストコレクターであることを特徴とする冷却システム（請求項３の発明に相当）。
（３）項に記載の冷却システムでは、製造工場内の高温化の起因となっている多数の熱放散機器に対して冷却効果を発揮することができ、製造工場内の高温化を抑制することができる。

（４）（１）項～（３）項いずれか一項に記載の冷却システムであって、前記液冷却装置は空冷式であって、該液冷却装置には、クーリングタワーからの冷却水により、外部への放熱温度を下げる排気冷却手段が付設されていることを特徴とする冷却システム。
（４）項に記載の冷却システムでは、排気冷却手段により、液冷却装置からの排気の温度を下げているので、液冷却装置による、製造工場内の高温化を抑制することができる。しかも、液冷却装置に排気冷却手段を付設するだけの構成で、且つ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利用して、液冷却装置からの放熱温度を下げているので、新たな冷却システムを構築する必要はなく、経済的に有効である。

本発明に係る冷却システムによれば、コストアップを抑えたうえで、製造工場内の高温化を抑制することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る冷却システムの模式図である。 図２は、本冷却システムに採用される液冷却装置の斜視図である。 図３は、図２の液冷却装置の内部構成を模式的に示した図を含む、排気冷却手段の断面図である。 図４は、図３のＡ－Ａ矢視図である。 図５は、本冷却システムに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５に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る冷却システム１は、図１に示すように、工作液が貯溜されるタンクＴ内に備えられ、該タンクＴ内の工作液を冷却する液冷却装置２と、タンクＴ内の工作液を、製造工場内に備えられる多数の熱放散機器６に送給して、当該各熱放散機器６からの放熱温度を下げる冷却手段３と、を備える。タンクＴ内には、製造工場内の工作機械５に使用される工作液が貯溜される。熱放散機器６は、その放熱温度が基準値以上となる機器である。言い換えれば、熱放散機器６は、製造工場内の高温化の起因となるような機器である。熱放散機器６は、例えば、工作機械５（例えば、旋盤やマシニングセンター等）、タンクＴ内の工作液を工作機械５に送給する電動ポンプ７、工作機械５に付設される油圧ユニット８、工作機械５に付設される制御盤クーラ９、工作機械５に付設されるミストコレクター１０等である。これら、ほとんどの熱放散機器６には、空冷式が採用されている。なお、熱放散機器６としての電動ポンプ７では、ポンプを駆動させる電動モータが発熱源となる。また、熱放散機器６としての工作機械５では、当該工作機械５の主軸等を駆動させるための電動モータ１１等が発熱源となる。

液冷却装置２は、図５に示すように、圧縮機１３、凝縮器１４、膨張弁１５及び蒸発器１６を接続した冷媒回路１７を備えている。冷媒回路１７では、圧縮機１３の吐出口に凝縮器１４が接続され、その凝縮器１４に膨張弁１５が接続される。そして、膨張弁１５に蒸発器１６の一端が接続され、その蒸発器１６の他端がアキュームレータ１８を介して圧縮機１３の吸入口に接続される。そして、当該液冷却装置２では、圧縮機１３から吐出された冷媒が、凝縮器１４、膨張弁１５、蒸発器１６へと順に流れ、アキュームレータ１８を介して圧縮機１３に戻る冷却サイクル（冷却回路１７）が形成される。

圧縮機１３では、低温・低圧の冷媒ガスを凝縮器１４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１４では、圧縮機１３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１５では、常温・高圧の液状冷媒を絞って減圧して、蒸発器１６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１６では、膨張弁１５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２～図４に示すように、当該液冷却装置２は浸漬型である。なお、図２では、膨張弁１５、アキュームレータ１８、及び冷却回路１７を構成する配管等の図示は省略されている。該液冷却装置２は、装置本体２１内に圧縮機１３、凝縮器１４及び膨張弁１５が収容される。蒸発器１６は、装置本体２１の底壁部から下方に突設される。図１を参照して、この蒸発器１６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２にあっては、液冷却装置２の蒸発器１６によりタンクＴ内の工作液が冷却される。この液冷却装置２は空冷式である。また、図３から解るように、液冷却装置２の凝縮器１４は、装置本体２１に形成された空気の吸入口２３と対向するようには配置される。吸入口２３の全域にフィルタが配置される。

図３に示すように、装置本体２１内には、凝縮器１４に対して空気流を供給する送風ファン２５が配置される。送風ファン２５は、凝縮器１４の空気流下流側に配置され、凝縮器１４と対向するように配置される。送風ファン２５が駆動されることによって発生した空気流は、装置本体２１の吸入口２３から凝縮器１４に吸い込まれて、凝縮器１４で熱交換されたあと、高温の排気となって装置本体２１の上壁部に形成された排気口２４から装置本体２１の外部に吹き出される流れとなる。

送風ファン２５の空気流下流側には、圧縮機１３およびアキュームレータ１８（図４参照）が配置される。圧縮機１３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１６は、装置本体２１の底壁部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２１の底壁部から下方には、タンクＴ内の工作液を攪拌するための撹拌機２８が配置されている。撹拌機２８は、タンクＴ内の工作液を撹拌するためのものである。

また、図２～図４に示すように、液冷却装置２（装置本体２１）の上壁部から上方に排気冷却手段３０が配置される。当該排気冷却手段３０は、液冷却装置２の上壁部全域を囲うようにして、当該上壁部から上方の空間を外部と遮断する遮断外壁部３３と、該遮断外壁部３３内に、液冷却装置２の上壁部に設けた排気口２４に近接して設けられ、クーリングタワー４０の冷却水を循環させて、該冷却水により排気口２４からの排気の熱を吸収するラジエタ３４と、該排気口２４からの排気をラジエタ３４に供給する送風ファン３５と、該送風ファン３５を通過した空気を、液冷却装置２の吸入口２３に案内するひさし壁部３６と、を備えている。なお、本実施形態では、排気冷却手段３０として送風ファン３５を備えているが、当該送風ファン３５は必須ではなく、必要に応じて備えるようにしてもよい。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、液冷却装置２の吸入口２３側を前側と称し、反対側を後側と称する。ひさし壁部３６は、遮断外壁部３３の前端から前方に一体的に延び、遮断外壁部３３の前壁部の各送風ファン３５を囲うようにして、且つ遮断外壁部３３の前壁部と間隔を置いた位置にて湾曲して下方に垂れ下がるようにして形成される。このひさし壁部３６と、遮断外壁部３３の前壁部との間の空間が、各送風ファン３５を通過した排気の排気通路３８として機能する。

ラジエタ３４には、屋外に設置されているクーリングタワー４０からの冷却水が循環される。そして、ラジエタ３４を流れる冷却水により、ラジエタ３４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４０は、冷却塔のことで、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４０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。

図３から解るように、ラジエタ３４は、遮断外壁部３３内に配置される。ラジエタ３４は、液冷却装置２（装置本体２１）の上壁部と略同じ程度の大きさ（面積）を有する。ラジエタ３４は、液冷却装置２の上壁部の全域を覆うように、該上壁部と上下方向に沿って間隔を置いて配置される。ラジエタ３４は、液冷却装置２の上壁部と略平行に配置される。その結果、ラジエタ３４は、液冷却装置２の排気口２４の全域を覆うように、排気口２４と略平行に該排気口２４に近接して配置される。また、液冷却装置２の上壁部であって、排気口２４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４２が配置される。該案内板４２の前端は、遮断外壁部３３の前壁部で、ラジエタ３４の前端の下端付近に接続される。図４も参照して、遮断外壁部３３の前壁部には、ラジエタ３４よりも上方の位置に送風ファン３５が組み込まれている。該送風ファン３５は、液冷却装置２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３５は、３箇所配置されている。なお、上述しているように、送風ファン３５は、必要に応じて備えるようにしている。

そして、排気冷却手段３０においては、液冷却装置２の駆動中、各送風ファン３５を駆動させることにより、液冷却装置２の排気口２４から排出される、高温の排気の略全てが案内板４２に沿ってラジエタ３４に導かれる。このとき、排気口２４からの排気は、ラジエタ３４全域に分散されて該ラジエタ３４を通過する。そして、高温の排気がラジエタ３４を通過することで、排気の熱がラジエタ３４を循環する冷却水により吸収されて、各送風ファン３５を通過して、遮断外壁部３３の前壁部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３３の前壁部と、ひさし壁部３６との間の排気通路３８を通り、液冷却装置２の前方（吸入口２３側）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２の吸入口２３から内部に吸い込まれる。図３に示す矢印は、空気の流れを示している。この排気冷却手段３０の作用により、液冷却装置２からの放熱温度を下げることができ、製造工場内の高温化を抑制することができ、その結果として、製造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。しかも、液冷却装置２に排気冷却手段３０を付設するだけの構成で、且つ製造工場に必然的に設置されているクーリングタワー４０からの冷却水を利用することで、液冷却装置２からの放熱温度を下げることができるので、新たな冷却システムを構築する必要はなく、経済的に有効である。

図１に示すように、冷却手段３は、各熱放散機器６（例えば、タンクＴ内の工作液を工作機械５に送給する電動ポンプ７、工作機械５に付設される油圧ユニット８、工作機械５に付設される制御盤クーラ９、工作機械５に付設されるミストコレクター１０、工作機械５に備えられる電動モータ１１等）の、高温の空気が排出される排気口（図示略）に近接して配置される熱交換器としてのラジエタ５０と、各熱放散機器６の排気口からの排気をラジエタ５０に供給する送風ファン５１と、各熱放散機器６に備えたラジエタ５０に、タンクＴ内の工作液を送給する電動ポンプ５２と、を備えている。各熱放散機器６に備えたラジエタ５０は、電動ポンプ５２によりタンクＴ内の工作液（冷却水）が循環されることで、この循環される工作液により各熱放散機器６の排気口からの排気の熱を吸収するものである。送風ファン５１は、熱放散機器６の排気口からの排気をラジエタ５０に導くためのものである。なお、本実施形態では、冷却手段３として送風ファン５１を備えているが、当該送風ファン５１は必須ではなく、必要に応じて備えるようにしてもよい。なお、タンクＴ周辺にはろ過装置５５が配置されており、該ろ過装置（フィルタ等）５５は、工作機械５からタンクＴ内に戻ってくる工作液をろ過して、該工作液に混入されている異物を除去するものである。

そして、本発明の実施形態に係る冷却システム１では、タンクＴ内の工作液は、電動ポンプ７により、工作機械５を循環しており、この高温となった工作液は、液冷却装置２により適宜温度まで冷却される。また、タンクＴ内の工作液は、電動ポンプ５２により、各熱放散機器６、例えば、電動ポンプ７、油圧ユニット８、制御盤クーラ９、ミスコレクター１０及び工作機械５の電動モータ１１等に備えたラジエタ５０、５０・・・に循環される。その結果、各熱放散機器６、６・・・の排気口からの排気は、各送風ファン５１、５１・・・により各ラジエタ５０に導かれて、その熱が各ラジエタ５０、５０・・・を流れる工作液（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。

以上説明したように、本発明の実施形態に係る冷却システム１では、液冷却装置２により冷却されたタンクＴ内の工作液を利用して、製造工場内に設置された多数の熱放散機器６からの放熱温度を下げることができる。詳しくは、本冷却システム１は、タンクＴ内の工作液を、製造工場内に設置される多数の熱放散機器６に送給して、各熱放散機器６からの放熱温度を下げる冷却手段３を備えているので、製造工場内の熱放散機器６の排気口から排出される高温の排気が、冷却手段３のラジエタ５０により熱交換され低温処理された状態で外部に放出される。しかも、本発明の実施形態に係る冷却システム１では、液冷却装置２に付設された排気冷却手段３０により、液冷却装置２からの放熱温度をも下げることができる。

これにより、製造工場内に多数設置される熱放散機器６、及び液冷却装置２からの放熱温度を下げることで、製造工場内の高温化を抑制することができる。その結果として、製造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。なお、各熱放散機器６とタンクＴとの間の距離は、各熱放散機器６とクーリングタワー４０との間の距離よりもはるかに短いために、タンクＴ内の工作液を各熱放散機器６に設けられたラジエタ５０に送給する電動ポンプ５２の圧力を低く設定（最大圧力：０．１３ＭＰａ程度）できるので、各熱放散機器６に設けられたラジエタ５０において耐圧構造を採用する必要なく、その結果、熱交換効率が良好となり、小型化が実現でき、ひいてはコスト削減に繋がる。

また、本発明の実施形態に係る冷却システム１では、液冷却装置２により冷却されたタンクＴ内の工作液を利用しており、当該タンクＴ内の工作液は、クーリングタワー４０からの冷却水（葉っぱや虫等の異物が大量に混入しており、カビや藻も大量発生している）よりも異物の混入がなくクリーンであるので、ラジエタ５０の詰まり等の発生を抑制することができる。その結果、ラジエタ５０のメンテナンスが容易で、その回数も少なくすることができ、本冷却システム１の維持コスト等を削減することができる。

さらに、本発明の実施形態に係る冷却システム１では、冷却手段３として、タンクＴ内からの工作液が循環される熱交換器であるラジエタ５０を採用して、このラジエタ５０を各熱拡散機器６の排気口に近接して配置したので、製造工場に設置されてある既存の各熱拡散機器６を改造することなく、各熱放散機器６からの排気の温度を下げることができる。これにより、本冷却システム１を構築するためのコストを抑えることができる。

なお、上述した本実施形態では、本冷却システム１における浸漬型の液冷却装置２には、空冷式が採用されており、液冷却装置２の排気口２４からの高温の排気を排気冷却手段３０（クーリングタワー４０からの冷却水）により冷却して外部に放出しているが、クーリングタワー４０からの冷却水を、液冷却装置２の発熱部位である凝縮器１４に直接導いて、該凝縮器１４を冷却する水冷式を採用してもよい。

また、本冷却システム１において、電動ポンプ７に水冷式が採用された場合には、ラジエタ５０及び送風ファン５１を設けることなく、電動ポンプ７における電動モータの発熱部位に、タンクＴ内の工作液を直接導いて冷却するように構成してもよい。

１ 冷却システム，２ 液冷却装置，３ 冷却手段，５ 工作機械，６ 熱放散機器，７ 電動ポンプ（熱放散機器），８ 油圧ユニット（熱放散機器），９ 制御盤クーラ（熱放散機器），１０ ミストコレクター（熱放散機器），１１ 電動モータ（熱放散機器），５０ ラジエタ（冷却手段の構成である熱交換器），５１ 送風ファン（冷却手段），５３ 電動ポンプ（冷却手段），Ｔ タンク

Claims (3)

1. 工作機械に使用する工作液が貯溜されるタンク内に備えられ、該タンク内の工作液を冷却する液冷却装置と、
   前記タンク内の工作液を、製造工場内に設置される熱放散機器に送給して、当該熱放散機器からの放熱温度を下げる冷却手段と、を備え、
   前記液冷却装置の排気口には、該排気口からの排気の熱を吸収する排気冷却手段が近接して配置され、
   前記排気冷却手段にて冷却された排気を、前記液冷却装置の空気の吸入口に案内するように構成されることを特徴とする冷却システム。
2. 前記冷却手段は、前記タンク内からの工作液が循環され、前記熱放散機器からの排気の熱を吸収する熱交換器を含むことを特徴とする請求項１に記載の冷却システム。
3. 前記熱放散機器は、前記工作機械、前記タンク内の工作液を前記工作機械に送給する電動ポンプ、前記工作機械に付設される油圧ユニット、前記工作機械に付設される制御盤クーラ、または前記工作機械に付設されるミストコレクターであることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却システム。

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