特許 7174118 ファン軸の冷却機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-08

(45)【発行日】2022-11-17

(54)【発明の名称】ファン軸の冷却機構

(51)【国際特許分類】

   F27D 7/04 20060101AFI20221109BHJP

   F27D 7/06 20060101ALI20221109BHJP

   C21D 1/74 20060101ALI20221109BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20221109BHJP

【ＦＩ】

F27D7/04

F27D7/06 B

C21D1/74 X

F04D29/58 Q

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021121558

(22)【出願日】2021-07-26

(65)【公開番号】P2022153227

(43)【公開日】2022-10-12

【審査請求日】2021-07-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000211123

【氏名又は名称】中外炉工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101454

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 卓二

(74)【代理人】

【識別番号】100144200

【弁理士】

【氏名又は名称】奥西 祐之

(72)【発明者】

【氏名】中井 真伍

【審査官】立木 林

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－２２９８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８５８２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２１４７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６３６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公昭５７－５２１０１（ＪＰ，Ｙ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｄ ７／０４

Ｆ２７Ｄ ７／０６

Ｃ２１Ｄ １／７４

Ｆ０４Ｄ ２９／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱処理炉における炉体の内部および外部をつなぐ貫通孔と、
前記炉体の外部に配設される駆動源と、前記炉体の内部に配設される羽根と、前記貫通孔に挿通されて前記駆動源からの回転駆動力を前記羽根に伝えるファン軸とを有するファンと、
前記ファン軸を取り囲むように前記炉体に配設される冷却部とを備え、
前記冷却部および前記ファン軸の間に形成される隙間に存する気体を攪拌する攪拌部が、前記冷却部に対向するように、前記ファン軸の外周部に設けられることを特徴とする、
ファン軸の冷却機構。

【請求項2】

前記攪拌部は、凹形状を有する、請求項１に記載のファン軸の冷却機構。

【請求項3】

前記凹形状を有する前記攪拌部は、溝であることを特徴とする、請求項２に記載のファン軸の冷却機構。

【請求項4】

前記溝は、前記ファン軸の軸方向に延在することを特徴とする、請求項３に記載のファン軸の冷却機構。

【請求項5】

前記溝は、前記ファン軸の軸方向に対して斜めに延在することを特徴とする、請求項３に記載のファン軸の冷却機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、熱処理炉の炉内の雰囲気を攪拌するファンにおけるファン軸の冷却機構に関する。

【背景技術】

【0002】

熱処理炉が、炉内の雰囲気を攪拌するファンを有する場合、炉体に配設されるファン軸が、炉内から受ける熱の影響を抑制する構成が提案されている。

【0003】

特許文献１は、炉体の外部に位置するファン軸に対して冷却ファンを設けて、冷却ファンの送風によってファン軸や軸受を冷却する構成を開示する。特許文献２は、ファン軸の周囲に配設される金属筒の外周に対して螺旋状に配設される冷却チューブによって、ファン軸を冷却する構成を開示する。特許文献３は、ファン軸の中空部に対して断熱材を設ける構成を開示する。特許文献４は、水ジャケット部を軸封部の下方周域に設ける構成を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１４－１８５８２４号公報

【文献】特開２００３－２１４７２号公報

【文献】特開２０１４－１６３６３７号公報

【文献】実公昭５７－５２１０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した特許文献では、軸受やシールを保護するために、何らかの昇温抑制手段（冷却手段や断熱手段）が、ファン軸とは別体に新たに設けられている。ファン軸とは別体の新たな昇温抑制手段を設けることは、部品点数が増加することや設置スペースが必要になることなどの問題がある。

【0006】

そこで、この発明の課題は、部品点数を増加させないことや新たな設置スペースが不要であることを実現する、ファン軸の冷却機構を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係るファン軸の冷却機構は、
熱処理炉における炉体の内部および外部をつなぐ貫通孔と、
前記炉体の外部に配設される駆動源と、前記炉体の内部に配設される羽根と、前記貫通孔に挿通されて前記駆動源からの回転駆動力を前記羽根に伝えるファン軸とを有するファンと、
前記貫通孔を取り囲むように前記炉体に配設される冷却部とを備え、
前記貫通孔および前記ファン軸の間に形成される隙間に存する気体を攪拌する攪拌部が、前記冷却部に対応するように、前記ファン軸の外周部に設けられることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、隙間に存する気体が、ファン軸の外周部に設けられる攪拌部で攪拌されることによって、高温のファン軸から冷却部への放熱が促進されてファン軸を効果的に冷却できるので、部品点数を増加させないことや新たな設置スペースが不要であることを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係るファン軸の冷却機構を模式的に説明する断面図である。

【図2】図１に示したファン軸の冷却機構をＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図である。

【図3】図２の要部拡大図である。

【図4】第２実施形態に係るファン軸の冷却機構を模式的に説明する要部拡大断面図である。

【図5】第３実施形態に係るファン軸の冷却機構を模式的に説明する要部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら、この発明に係るファン軸の冷却機構４０の実施の形態を説明する。

【0011】

〔第１実施形態〕
図１から図３を参照しながら、第１実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０を説明する。図１は、第１実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０を模式的に説明する断面図である。図２は、図１に示した、ファン軸１４の冷却機構４０をＩＩ－ＩＩ線で切断した断面図である。図３は、図２の要部拡大図である。図２および図３において、ファン軸１４での矢印は、ファン軸１４の回転を示し、図３において、隙間７での矢印は、隙間７に存する気体の対流を示す。

【0012】

図１に示すように、熱処理炉１は、炉体４を有する。炉体４は、断熱材２および炉殻３を有する。断熱材２の内側に形成される熱処理空間では、ワークの熱処理が行われる。炉殻３は、断熱材２の外側部分を覆って、炉体４の筐体として働く。例えば炉体４の上部には、円筒形状の貫通孔５が形成される。貫通孔５は、炉体４の内部および外部をつなぎ、炉体４の断熱材２および炉殻３を例えば上下方向に貫通する。

【0013】

例えば、炉体４の上部には、ファン１０が設けられる。ファン１０は、例えば、熱処理空間の雰囲気を攪拌する攪拌ファンである。ファン１０は、羽根１２とファン軸１４と軸受１６とを有する。ファン軸１４は、例えば上下方向に延在する円柱形状を有する耐熱鋼からなり、貫通孔５に挿通される。貫通孔５に挿通されるファン軸１４は、貫通孔５が形成される断熱材２に対して隙間７で離間している。ファン軸１４が挿通された貫通孔５の軸受１６の側では、炉殻３に当接配置されるシール１８によって、炉体４の内部の雰囲気が炉体４の外部に漏れることを防止している。

【0014】

ファン軸１４の一端（例えば下端）には、羽根１２が取り付けられる。羽根１２によって、熱処理空間の雰囲気が攪拌される。ファン軸１４の他端（例えば上端）には、駆動源１１（例えばモーター）が接続される。駆動源１１は、炉体４の外部に配置されて、ファン軸１４を回転駆動する。ファン軸１４は、軸受１６によって、回転可能に支持される。軸受１６は、駆動源１１とシール１８との間に配置される。

【0015】

貫通孔５を取り囲むように、冷却部２０が断熱材２の中に配設される。冷却部２０は、冷却ジャケット２１と、導入管２２および排出管２３とを有する。冷却ジャケット２１は、耐熱鋼などからなる金属部２４から構成され、導入管２２および排出管２３は、耐熱鋼などからなる金属管２５から構成される。冷却ジャケット２１は、貫通孔５を取り囲むように貫通孔５の近傍に配設されて、貫通孔５の軸方向に延在する。導入管２２は、冷却ジャケット２１に連通し、冷却ジャケット２１は、排出管２３に連通する。冷却用の流体（例えば冷却水Ｗ）が、導入管２２から供給され、冷却ジャケット２１を流通したあと、排出管２３から排出される。これにより、隙間７に存する気体（例えば、エアや雰囲気ガスであり、以下、単に気体という）が冷却され、冷却された気体を介して、ファン軸１４が冷却される。

【0016】

隙間７が至近距離である場合、ファン軸１４が有する熱は、輻射によって冷却部２０の冷却ジャケット２１に放射される。言い換えると、ファン軸１４の熱が、輻射によって冷却ジャケット２１の中を流れる冷却水Ｗに伝えられる。したがって、冷却部２０の冷却ジャケット２１は、ファン軸１４の冷却機構４０として働く。

【0017】

ファン軸１４は、その外周部において、少なくとも１つの攪拌部３０を有する。図１に示すように、攪拌部３０は、冷却部２０の冷却ジャケット２１の軸方向長さに対応するように、ファン軸１４の外周部に設けられる。図２に例示したファン軸１４は、攪拌部３０として働く８つの溝３０を有する。溝３０は、ファン軸１４の外周面に対して凹設されて、ファン軸１４の軸方向に延在する。これにより、隙間７に存する気体が攪拌される軸方向の攪拌部分が長くなることにより、冷却効率が向上して、ファン軸１４をより効果的に冷却できる。溝３０は、ファン軸１４の外周部に対する機械加工で容易に形成できる。溝３０は、図２および図３に示すように、軸直交方向の断面視で、例えば矩形の凹形状を有する。なお、溝３０は、軸直交方向の断面視で、例えば半円凹形状や半楕円凹形状や三角凹形状などの様々な凹形状を有していてもよい。

【0018】

図３に模式的に示すように、攪拌部３０として働く溝３０は、ファン軸１４が回転すると、貫通孔５の内周面とファン軸１４の外周面との間に形成される隙間７に存する気体を攪拌する。隙間７に存する気体が攪拌されることにより、気体の対流による熱伝達が起こる。言い換えると、ファン軸１４の熱が、対流によって冷却ジャケット２１に伝えられる。したがって、ファン軸１４の溝３０は、ファン軸１４の冷却機構４０として働く。

【0019】

輻射による放熱に対して、対流による放熱が加わるので、冷却効率が向上して、ファン軸１４を効果的に冷却できる。そして、攪拌部３０として働く溝３０は、ファン軸１４の外周部に加工するだけで形成されるので、部品点数を増加させず、新たな設置スペースが不要である。

【0020】

したがって、第１実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０によれば、ファン軸１４の外周部に設けられる溝（攪拌部）３０によって、隙間７に存する気体が攪拌されてファン軸１４を効果的に冷却できるので、部品点数を増加させないことや新たな設置スペースが不要であることを実現できる。

【0021】

〔第２実施形態〕
図４を参照しながら、第２施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０を説明する。図４は、第２実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０を模式的に説明する要部拡大断面図である。図４において、ファン軸１４での矢印は、ファン軸１４の回転を示し、隙間７での矢印は、隙間７に存する気体の流れを示す。第２実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０では、溝３０がファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在することが、上記第１実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０と相違している。

【0022】

図４に例示したファン軸１４は、攪拌部３０として働く複数の（例えば８つの）溝３０を有する。溝３０は、冷却部２０の冷却ジャケット２１の軸方向長さに対応するように、ファン軸１４の外周部に設けられる。溝３０は、ファン軸１４の外周面に対して凹設されて、ファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在する。例えば、溝３０は、軸受１６の側の端部がファン軸１４の円周において回転方向の前方側に位置するとともに、羽根１２の側の端部がファン軸１４の円周において回転方向の後方側に位置するように、ファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在する。言い換えると、軸受１６の側から見て、例えば、ファン軸１４が反時計回りに回転する場合において、溝３０は、図４の側面視で、ファン軸１４の右上から左下に向けて斜めに延在するように構成される。これにより、ファン軸１４が回転すると、隙間７に存する気体が羽根１２の側に流れ、ファン軸１４の熱が軸受１６に伝わりにくくなる。

【0023】

したがって、ファン軸１４が回転するとき、隙間７に存する気体が攪拌されることに加えて、隙間７に存する気体が羽根１２の側に流れて、気体の対流による熱伝達が起こるので、冷却効率が向上して、ファン軸１４を効果的に冷却できる。したがって、ファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在する溝３０は、ファン軸１４の冷却機構４０として働く。

【0024】

図４に例示した、ファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在する溝３０は、ファン軸１４の外周部に対する機械加工で容易に形成できる。溝３０は、軸直交方向の断面視で、例えば矩形の凹形状を有する。なお、溝３０は、軸直交方向の断面視で、例えば半円凹形状や半楕円凹形状や三角凹形状などの様々な凹形状を有していてもよい。

【0025】

〔第３実施形態〕
図５を参照しながら、第３実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０を説明する。図５は、第３実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０を模式的に説明する要部拡大断面図である。図５において、ファン軸１４での矢印は、ファン軸１４の回転を示し、隙間７での矢印は、隙間７に存する気体の流れを示す。第３実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０では、溝３０がネジのような螺旋形状を有することが、上記第１実施形態に係るファン軸１４の冷却機構４０と相違している。

【0026】

図５に例示したファン軸１４は、攪拌部３０として働く１つの溝３０を有する。溝３０は、冷却部２０の冷却ジャケット２１の軸方向長さに対応するように、ファン軸１４の外周部に設けられる。溝３０は、ファン軸１４の外周面に対して凹設されて、雄ネジのような螺旋形状を有する。例えば、溝３０は、軸受１６の側の端部がファン軸１４の円周において回転方向の前方側に位置するとともに、羽根１２の側の端部がファン軸１４の円周において回転方向の後方側に位置するように、ファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在する。言い換えると、軸受１６の側から見て、例えば、ファン軸１４が反時計回りに回転する場合において、溝３０は、図５の側面視で、ファン軸１４の右上から左下に向けて斜めに一筆書きのように延在するように構成される。これにより、螺旋形状を有する溝３０は、ファン軸１４が回転すると、隙間７に存する気体が羽根１２の側に流れ、ファン軸１４の熱が軸受１６に伝わりにくくなる。

【0027】

したがって、ファン軸１４が回転するとき、隙間７に存する気体が攪拌されることに加えて、隙間７に存する気体が羽根１２の側に流れて、気体の対流による熱伝達が起こるので、冷却効率が向上して、ファン軸１４を効果的に冷却できる。したがって、雄ネジのような螺旋形状を有する溝３０は、ファン軸１４の冷却機構４０として働く。

【0028】

図５に例示した、雄ネジのような螺旋形状を有する溝３０は、ファン軸１４の外周部に対する機械加工で容易に形成できる。溝３０は、軸直交方向の断面視で、例えば矩形の凹形状を有する。なお、溝３０は、軸直交方向の断面視で、例えば半円凹形状や半楕円凹形状やＶ字凹形状などの様々な凹形状を有していてもよい。

【0029】

凹形状を有する攪拌部３０として、細長い凹部である溝３０を例示したが、凹形状を有する攪拌部３０は、ディンプル凹形状（小さな円形くぼみ）や多角柱凹形状や多角錐凹形状や多角錐台凹形状などを有する微小凹部を複数個分散して配置した態様にすることもできる。

【0030】

ファン軸１４の外周部に設けられる攪拌部３０は、外周面から径方向外側に突出する凸形状を有してもよい。凸形状の攪拌部３０は、ファン軸１４の外周部において、少なくとも１つ設けられ、冷却部２０の冷却ジャケット２１の軸方向長さに対応するように延在する。凸形状は、上記の凹形状と逆形状にすることができ、凸形状の攪拌部３０は、軸直交方向の断面視で、例えば半円凸形状や半楕円凸形状やＶ字凸形状を有する細長い凸部の態様にしたり、バンプ凸形状（小さな円形突起）や多角柱凹形状や多角錐凸形状や多角錐台凸形状などを有する微小凸部を複数個分散して配置した態様にすることもできる。

【0031】

なお、この発明を限定しない数値を例示すると、ファン軸１４の外径が１００ｍｍである場合、溝３０の深さが１乃至５ｍｍであり、隙間７の軸直交方向距離が５乃至２０ｍｍである。言い換えると、溝３０の深さがファン軸１４の外径に対して１乃至５％であり、隙間７の軸直交方向距離がファン軸１４の外径に対して５乃至２０％である。

【0032】

この発明の具体的な実施の形態や数値について説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【0033】

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

【0034】

この発明の一態様に係るファン軸１４の冷却機構４０は、
熱処理炉１における炉体４の内部および外部をつなぐ貫通孔５と、
前記炉体４の外部に配設される駆動源１１と、前記炉体４の内部に配設される羽根１２と、前記貫通孔５に挿通されて前記駆動源１１からの回転駆動力を前記羽根１２に伝えるファン軸１４とを有するファン１０と、
前記貫通孔５を取り囲むように前記炉体４に配設される冷却部２０とを備え、
前記貫通孔５および前記ファン軸１４の間に形成される隙間７に存する気体を攪拌する攪拌部３０が、前記冷却部２０に対応するように、前記ファン軸１４の外周部に設けられることを特徴とする。

【0035】

上記構成によれば、隙間７に存する気体が、ファン軸１４の外周部に設けられる攪拌部３０で攪拌されることによって、冷却部２０への熱伝達が促進されてファン軸１４を効果的に冷却できるので、部品点数を増加させないことや新たな設置スペースが不要であることを実現できる。

【0036】

また、一実施形態のファン軸１４の冷却機構４０では、
前記攪拌部３０は、凹形状を有する。

【0037】

上記実施形態によれば、ファン軸１４の外周部に対する機械加工で容易に形成できる。

【0038】

また、一実施形態のファン軸１４の冷却機構４０では、
前記凹形状を有する前記攪拌部３０は、溝３０である。

【0039】

上記実施形態によれば、ファン軸１４の外周部に対する機械加工で容易に形成できる。

【0040】

また、一実施形態のファン軸１４の冷却機構４０では、
前記溝３０は、前記ファン軸１４の軸方向に延在する。

【0041】

上記実施形態によれば、隙間７に存する気体が攪拌される軸方向の攪拌部分が長くなることにより、冷却効率が向上して、ファン軸１４をより効果的に冷却できる。

【0042】

また、一実施形態のファン軸１４の冷却機構４０では、
前記溝３０は、前記ファン軸１４の軸方向に対して斜めに延在する。

【0043】

上記実施形態によれば、ファン軸１４が回転すると、隙間７に存する気体が羽根１２の側に流れ、ファン軸１４の熱が軸受１６に伝わりにくくなる。

【符号の説明】

【0044】

１…熱処理炉
２…断熱材
３…炉殻
４…炉体
５…貫通孔
７…隙間
１０…ファン
１１…駆動源
１２…羽根
１４…ファン軸
１６…軸受
１８…シール
２０…冷却部
２１…冷却ジャケット
２２…導入管
２３…排出管
２４…金属部
２５…金属管
３０…溝（攪拌部）
４０…冷却機構
Ｗ…冷却水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】