JPH0781767B2 - 冷却方法及び冷却トンネル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、冷却方法及び冷却トンネルに関し、これ
は、特に、例えば冷間状態で他の要素に嵌めるに適した
順次送られてくる個個の部品の冷却に適用される。

（従来の技術） 部品を嵌める以前に、これを収縮させるためにこれを冷
却することは知られている。冷凍ユニットの使用は、−
60℃より低い温度を得ることができず、これはしばしば
不十分であるから、液体窒素のような低温液体の中に部
品を浸漬させることが提案されている。

しかしながらこの方法は、大量の液体窒素を消費するか
ら高価であり、その冷凍特性が最適の方法では使用され
ない。

（発明が解決しようとする課題） この発明の目的は、低温液体の僅かな消費で、広範囲の
低温を得ることのできる冷却方法及び冷却装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） したがってこの発明は、ａ）上端の近くで開いている管
内に、冷却すべき品物の柱列を形成する段階、ｂ）前記
管の外側で低温液体を蒸発させる段階、ｃ）段階（ｂ）
で生じた気体を前記柱列の基部の付近に注入する前に、
前記管を取囲む中間室を通って下方に流れさせる段階、
ｄ）柱列の基部の付近に注入された前記気体を、管を通
って上方に流れさせる段階、及びｅ）冷却された前記品
物を、重力の作用によって管の基部から順次取出す段階
を有する冷却方法を提供する。

この発明はまた、このような冷却方法を実施するための
冷却トンネルを提供する。このトンネルは、冷却すべき
品物を供給する上方開口と冷却された品物を重力の作用
で排出する下方開口を備えた管、及び低温液体の蒸発で
生じた気体を管内を通って上方に流れさせる手段を有す
る冷却トンネルにおいて、前記手段が、両端で閉じられ
前記管を同軸に取囲む中間室、及び前記管と同軸で中間
室の外側に配置された熱交換器（３）を有し、該熱交換
器が、入口端は低温液体源に接続され出口端は中間室内
に開口する通路（13）を有し、前記中間室が、該中間室
の下端近くのオリフィスを介して前記管に連通すること
を特徴としている。

添付図面を参照しながら、この発明の実施例について説
明する。

（実施例） 第１図に図示されるトンネルは、順次送られてくるリン
グＡ（例えば、自動車のシリンダヘッドに冷間状態で嵌
められるバルブガイド）を冷却するのに適する。垂直軸
線Ｘ−Ｘを中心とする回転体の形状を大体に有するこの
トンネルは、第２の管２によって包囲される中央管１、
管２のまわりに配置される熱交換器３、管１の下端を閉
じるための装置４、及び外方ケース６の中に収容される
断熱体５を備える。

かなりの間隙でリングＡを包囲するに適する管１は、両
端で開き、これは、管２とともに、中間の環状室７を形
成する。この環状室７は、適当な上方プラグ８及び適当
な下方プラグ９によって両端で閉じられ、下方プラグ９
は断熱材料からなる。管１は、プラグ９のやや上方に位
置する環状配列のオリフィス10を有する。

熱交換器３は、管２の中間区域に位置し、この管２の長
さの一部分に延びている。これは、管２のまわりにらせ
ん状に巻かれた棒11からなり、管２と流体密ハウジング
12の間に締めつけられる。かくして棒11によって、ハウ
ジング12の中にらせん形通路13が形成される。このらせ
ん形通路13の下端は、電動バルブ15によって制御される
液体窒素供給導管14に連結され、通路13の上端は、環状
配列のオリフィス16を介して室７に連通する。

断熱体５は、断熱材料例えばプラスチック材料の発泡体
によって構成でき、これは、ハウジング12、管２の上方
部分と下方部分及びケース６によって形成される空間を
満たす。

温度プローブ17は、ケース６、断熱体５及び管２を貫通
して、オリフィス10の高さで管７の中にはいる。このプ
ローブは、検出された温度に応じて、制御箱18を介して
電動バルブ15の開閉を制御する。

閉鎖装置４はプラスチック材料から作られ、固定の水平
板19と摺動板21とを備える。水平板19は軸線Ｘ−Ｘから
ずらされた開口20を備え、摺動板21は、リングＡの厚さ
に等しい厚さを有し、ジャッキ（図示なし）の作用で、
板19とプラグ９の下側との間において摺動できる。この
摺動板は、開口20と同様に第１の内径と実質的に等しい
直径を有する開口22を有し、これは、第１図に図示され
る位置と第２図に図示される位置との間で摺動できる。
前者の位置で、開口22は管１と板19の無孔部分とに対面
し、後者の位置で、この開口は開口20に対して垂直方向
に真直に位置する。

作動の際にリングＡは、管１の中に、大体においてこれ
の高さ全体にわたって平らに積重ねられ、電動バルブ15
が開かれる。液体窒素は、導管14を通って通路13の中に
進み、この通路の中で蒸発し、気体状態でオリフィス16
を通って中間室７にはいる。この室７において気体状窒
素は、管１及びリングＡに寒冷を与えながら昇温し下向
きに流れる。かくして純粋に気体状の窒素が、オリフィ
ス10を通って管１の中にはいり、この気体窒素は、管１
とリングＡの間でこの管の中を上昇しながら次第に昇温
し、管１の上端を通って吐出される。上述した実施例の
場合のように、冷却すべき部品が、リング又はさらに一
般的には孔の部品である場合には、摺動部材21の位置に
かかわりなく、下方のリングＡの下側で管１に対して真
下に位置する溝23を、摺動部材21及び板19又はいずれか
の上面に設けることが有利であり、これによれば、窒素
はリングの開孔の中にはいることができる。

過渡的冷却段階ののちに、プローブ17は基準の又は設定
された低温を検出し、電動バルブ15の適当な制御によっ
て液体窒素の供給を調整する。

かくして管１の底に位置するリングＡは、例えば−60℃
と−170℃の間の所望の低温まで冷却される。このリン
グＡは、摺動部材21を第１図の位置と第２図の位置とに
交互に移動させることによって、一つ一つ順にトンネル
から取出される。前者の位置で、リングＡは開口22の中
に落下し、後者の位置で、このリングは開口20を通って
受け装置（図示なし）の中に落下する。

上述した配備によれば、液体窒素の蒸発熱及び気体状窒
素の顕熱が、リングＡを冷却するのに最高の効率で使用
される。さらに、上昇し下降し次いで上昇する窒素の径
路によれば、リングＡの堆積の向流方法による有効な冷
却が達成され、気体状窒素だけがオリフィス10を通って
管１の中にはいるから、閉鎖装置４を通る液体窒素の損
失は存在しない。

注目すべき点として、電動バルブ15が開かれたときに、
リングＡは、この部分における湿気又は氷の存在を防止
する窒素雰囲気の中に維持される。この点に関して、電
動バルブを閉じたときにも管１の中での窒素の永久的な
上昇流を確保するため、絞られたバイバス24を電動バル
ブに設けることが有利である。

かくして装置は、融通性のある容易に利用できる自動的
なものであって、僅かな液体窒素の消費で所望の嵌め温
度を正確に生成する。

管２の外側に熱交換器３を配置したので、冷却すべき部
品の形状および寸法に適した種種の形状及び寸法を有す
る種種の管１が、管２の中に配置できる。換言すれば、
装置の大半部分は、多くの応用に対して標準のものでよ
い。

オリフィス10に到達したときに、窒素が完全に蒸発する
ようにするため、ばらの状態で詰められる形式の詰め物
（球、「ディクソン」リング）又は他の詰め物（格子、
網、金属スポンジ）を室７に充填でき、又はこの室に、
バッフルを構成するフィンを配備できる。このライニン
グはまたはフインが熱伝導性材料で構成される場合に
は、これらはさらに、窒素と冷却すべき部品の間の熱交
換を改良するという利点を有する。

第１図及び第２図に図示されるトンネルは、断熱体５が
真空下にない場合に特に適する。確かに、周囲温度であ
る装置の下端と低温に設定されたオリフィス10の場所と
の間に、熱ブリッジを形成する金属部分を介在させるこ
となしに、対応する壁間空間を閉じることができる。

断熱体５が真空下にある場合には、第３図及び第４図に
図示される方法でトンネルの下方部分を配備することが
望ましい。中央管１は、縁部で立っているリングＡを収
容するための直角四辺形の断面を有するが、管２は、依
然として円形断面を有する。これら管１及び２は、オリ
フィス10の下方で、かなりの距離例えば10-20cmだけ下
方に延びている。管２の下端は、リング24によって外方
ケース６の下端に連結される。第１図及び第２図におけ
ると同様に、管１と２の間に形成される環状空間には、
オリフィス10の下方で絶縁材料例えば発泡体材料のプラ
グ９が充填される。変型として管１は、オリフィス10の
直下で終ることができ、管１の下端は、内部で同じ断面
に形成されたプラグ９の上端の中に係合できる。

摺動部材21は無孔であって、プラグ９の下端に対してジ
ャッキ25の作用で水平に摺動する。これは単に、管１を
閉じるに役立つ。リングＡを一つ一つ順に吐出するた
め、上方の水平なフインガ部材26及び下方の水平なフイ
ンガ部材27が設けられ、これらは、断熱体５を通る通路
28の中を水平に摺動するように案内され、ジャッキ29,3
0によってそれぞれ作動される。これら両フインガ部材
は、リングＡの直径の距離だけ相離れてリングＡの垂直
平面内に位置し、下方のフインガ部材27は、オリフィス
10の僅か上方に位置する。管１は、両フインガ部材のお
のおのの通過のためのオリフィスを有する。

第３図及び第４図には前述した詰め物31も図示され、こ
れは、プラグ９の上方における管１と２の間の空間を満
たす。

図示の位置において、摺動部材21は閉じ、下方のフイン
ガ部材27は管１の中に侵入しているが、上方のフインガ
部材26は、後退していて、この管１の中に突入していな
い。したがってリングＡの垂直列は、フインガ部材27で
支えられる。蒸発した窒素は、下方のリングＡの直下で
オリフィス10を通って管１の中にはいり、すべてのリン
グを向流方向で冷却する。

下方のリングを解放するためには、上方のフインガ部材
26が突出させられて管１の中に侵入し、下から２番目の
リングを保持する。同時に又は直後に、摺動部材21が開
かれて下方のフインガ部材27が後退させられる。オリフ
ィス10の近くの待期位置によって、設定された温度に冷
却された下方のリングは、トンネルから適当な受け装置
（図示なし）の中に落下する。次いで、摺動部材21が閉
じられ、下方のフインガ部材27が突出させられて上方の
フインガ部材26が後退させられ、かくしてリングの垂直
列が、一段階だけ下降し、新しいサイクルが繰返され
る。上述したことから明らかなように、作業の全体は容
易に自動化できる。

時ならぬ液体窒素の漏出を避けるために、摺動部材21が
開いたときは安全装置が電導バルブ15を閉じる。

この実施例においては、トンネルの出口からオリフィス
10が離れていることによって、熱損失が低減されるが、
しかしながら各リングは、装置から吐出されるまで設定
された低温に維持される。

この発明は、冷間状態で嵌めようとする各種形式の機械
的部品（バルブガイド及びバルブシート、ピニオンな
ど）の冷却に適用でき、ばら積みの材料の冷却をも包含
できる。後者の場合に、閉鎖保持装置４及び21-26-27は
省略でき、冷却される材料は、外方ケース６又は管１の
下方部分に密閉式で連結された、適当な吐出受器の中に
堆積となって収容される。この同様の場合に、閉鎖保持
装置の代りに、空所を有する回転バルブのような密閉さ
れた計量装置を採用することも可能であるが、第１図及
び第２図に図示される装置４もこの作用を遂行できる。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明による冷却用トンネルの垂直断面図
であり、 第２図は、他の作動段階におけるトンネルの下端の第１
図と同様な図であり、 第３図は、この発明による冷却用トンネルの他の実施例
の、第４図のIII-III線に沿った横断面図であり、 第４図は、このトンネルの下方部分の、第３図のIV-IV
線に沿った長手方向断面図である。

符号の説明 1:中央管、2:第２の管、3:熱交換器、4:中央管１の下端
を閉じる装置、5:断熱体、6:外方ケース、7:環状室、8:
上方プラグ、9:下方プラグ、10:オリフィス、11:棒、1
2:ハウジング、13:ラセン形通路、14:液体窒素供給導
管、15:電動バルブ、16:環状配列のオリフィス、17:温
度プローブ、18:制御箱、19:水平板、20,22:開口、21:
摺動板、23:溝、24:電動バルブ15の絞られたバイパス、
25:ジャッキ、26,27:フインガ部材、28:フインガ部材2
6,27の通路、29,30:ジャッキ、31:詰め物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トネリエ ジヤン‐イベ フランス国 38360 サツセナージユ シ ユマン ド ビルレイ 13 (56)参考文献 フランス国特許公開明細書2088148（Ｆ Ｒ，Ａ) フランス国特許公開明細書2349110（Ｆ Ｒ，Ａ)

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ａ） 上端の近くで開いている管内に、冷
   却すべき品物の柱列を形成する段階、 ｂ） 前記管の外側で低温液体を蒸発させる段階、 ｃ） 段階（ｂ）で生じた気体を前記柱列の基部の付近
   に注入する前に、前記管を取囲む中間室を通って下方に
   流れさせる段階、 ｄ） 柱列の基部の付近に注入された前記気体を、管を
   通って上方に流れさせる段階、及び ｅ） 冷却された前記品物を、重力の作用によって管の
   基部から順次取出す段階 を有する冷却方法。
2. 【請求項２】前記管内に注入される気体を所与の低温に
   維持するようなやり方で、低温液体の供給を調節するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷却方法。
3. 【請求項３】順次品物を装入することによって冷却され
   た品物を取出し、取出し期間と取出し期間の間は管の下
   端を閉じることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の冷却方法。
4. 【請求項４】冷却すべき品物を供給する上方開口と冷却
   された品物を重力の作用で排出する下方開口を備えた
   管、及び低温液体の蒸発で生じた気体を管内を通って上
   方に流れさせる手段を有する冷却トンネルにおいて、前
   記手段が、両端で閉じられ前記管を同軸に取囲む中間
   室、及び前記管と同軸で中間室の外側に配置された熱交
   換器（３）を有し、該熱交換器が、入口端は低温液体源
   に接続され出口端は中間室内に開口する通路（13）を有
   し、前記中間室が、該中間室の下端近くのオリフィスを
   介して前記管に連通することを特徴とする冷却トンネ
   ル。
5. 【請求項５】中間室が、詰め物（31）又はバッフルを収
   容していることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   の冷却トンネル。
6. 【請求項６】トンネルが、前記オリフィス（10）の区域
   での冷たい流体の温度検出するのに適した温度プローブ
   （17）、及び該温度プローブによって制御され、熱交換
   器（３）への低温液体の供給を調節する電動バルブ（1
   5）を有すことを特徴とする特許請求の範囲第４項又は
   第５項記載の冷却トンネル。
7. 【請求項７】電動バルブ（15）が、絞られたバイパス
   （24）を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項記載の冷却トンネル。
8. 【請求項８】トンネルが、管（１）の下方開口を閉じる
   手段（４）を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項から第７項のいずれか１項に記載の冷却トンネル。
9. 【請求項９】前記閉鎖手段（４）が、順次送られてくる
   冷却された品物を排出する手段（21）を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載の冷却トンネル。
10. 【請求項１０】前記閉鎖手段が、トンネルの下端と固定
    された案内板（19）との間で移動できる摺動部材を有
    し、該摺動部材が開口を備え、該開口が、摺動部材の第
    １の位置では管の下方開口及び前記案内板の無孔部分と
    対向し、摺動部材の第２の位置では案内板の開口と対向
    することを特徴とする特許請求の範囲第９項記載の冷却
    トンネル。
11. 【請求項１１】管の断面が、かなりの間隙で部品（Ａ）
    の断面に適合することを特徴とする、順次送られてくる
    個個の部品を冷却するための特許請求の範囲第４項から
    第10項のいずれか１項に記載の冷却トンネル。
12. 【請求項１２】摺動部材の上面が、摺動部材の第２の位
    置において管に対向する溝を有することを特徴とする、
    有孔部品の堆積を冷却するための特許請求の範囲第10項
    又は第11項記載の冷却トンネル。
13. 【請求項１３】案内板の上面が、管に対して真下に位置
    する溝を有することを特徴とする特許請求の範囲第12項
    記載の冷却トンネル。
14. 【請求項１４】トンネルが、前記オリフィスの近くで下
    方の部品を選択的に保持する手段、及び前記部品のすぐ
    上方に位置する部品を選択的に保持する手段を有するこ
    とを特徴とする、順次送られてくる個個の部品を冷却す
    るための特許請求の範囲第９項に記載の冷却トンネル。
15. 【請求項１５】管（１）によって限定される通路が、前
    記オリフィス（10）の下方で、所与の距離だけ同一断面
    で延長されることを特徴とする特許請求の範囲第14項記
    載の冷却トンネル。