特許 7430315 冷却装置

(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】2024-02-02

(45)【発行日】2024-02-13

(54)【発明の名称】冷却装置

(51)【国際特許分類】

   F25D 3/10 20060101AFI20240205BHJP

   F25D 1/00 20060101ALI20240205BHJP

【ＦＩ】

F25D3/10 C

F25D1/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2018143026

(22)【出願日】2018-07-31

(65)【公開番号】P2020020502

(43)【公開日】2020-02-06

【審査請求日】2021-07-30

【審判番号】

【審判請求日】2022-12-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000213297

【氏名又は名称】中部電力株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】392035352

【氏名又は名称】株式会社豊電子工業

(73)【特許権者】

【識別番号】000214939

【氏名又は名称】直本工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001597

【氏名又は名称】弁理士法人アローレインターナショナル

(72)【発明者】

【氏名】長 伸朗

(72)【発明者】

【氏名】今村 幸伯

(72)【発明者】

【氏名】青木 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】上林 丈仁

(72)【発明者】

【氏名】金岡 明男

(72)【発明者】

【氏名】大塚 啓志

【合議体】

【審判長】間中 耕治

【審判官】鈴木 充

【審判官】岩▲崎▼ 則昌

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４９３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－１４５９８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１－２３４７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－２４３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－４１８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F25D 3/10

F25D 1/00

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

容器内に収容されたワークを冷却する冷却装置であって、
前記容器内にミストを噴霧するミストノズルと、
噴霧されたミストをワークに押し当てるように前記容器内に外気を押し込み供給する送風機とを備え、
前記ミストノズルは、ワークに向けてミストを噴霧するように配置されており、
前記容器内の気流によってワークの表面にミストを押し当てて、ワークからミストへの伝熱を促すことによりワークを冷却し、
前記送風機は、流路断面が絞られた絞り部を介して前記容器に接続されている冷却装置。

【請求項2】

前記容器は、ワークの一方面側に吹き付けられる気流の一部をワークの周囲に拡散させる第１のガイド部を備える請求項１に記載の冷却装置。

【請求項3】

前記容器は、内部に拡散された気流をワークの他方面側に吹き付けるように案内する第２のガイド部を備える請求項２に記載の冷却装置。

【請求項4】

前記ミストノズルは、ワークの周囲に複数配置されており、
前記容器内に噴霧したミストが、前記容器内の気流によってワークの表面全体に押し当てられる請求項１から３のいずれかに記載の冷却装置。

【請求項5】

前記容器内を通過するようにワークを搬送する搬送装置を更に備え、
前記送風機およびミストノズルは、前記容器内を搬送されるワークを互いに離間する複数の冷却位置で冷却するように、各冷却位置に対応して配置されている請求項１または２に記載の冷却装置。

【請求項6】

搬送方向上流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの粒径が、搬送方向下流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの粒径よりも大きい請求項５に記載の冷却装置。

【請求項7】

搬送方向上流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの単位時間あたりの噴霧量が、搬送方向下流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの単位時間あたりの噴霧量よりも多い請求項５または６に記載の冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

鋳造等により高温に加熱された金属製品等のワークを冷却する方法として、自然放熱やファンの利用等が従来から行われているが、冷却に長時間を要するという問題がある。また、ワークを水に浸して冷却時間を短くする方法もあるが、ワークの急激な温度変化により割れが発生するおそれがある。

【0003】

そこで、これらの問題を解決するため、非特許文献１には、微小な水滴（ミスト）と高圧エアを製品にあてることで、従来の自然放熱方式やファン風冷方式の１００分の１以下の時間で、製品不良が発生することなく冷却することができる急速冷却装置が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【文献】中部電力株式会社等、「急速冷却装置“HDブラストクーラー”の開発～冷却時間を従来と比べ100分の1以下>に短縮できる画期的な技術～」、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成２９年１０月２４日、中部電力株式会社ウェブページ、［平成３０年６月２２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ:http://www.chuden.co.jp/corporate/publicity/pub_release/press/3266100_21432.html＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記非特許文献１に開示された急速冷却装置は、冷却時間短縮および製品不良防止の両立を図ることができる一方、高圧エアを使用するために、設置場所の制約を受けるおそれや、エアの消費量の増大によってランニングコストが増大するおそれがあり、この点で更に改良の余地があった。

【0006】

そこで、本発明は、ワークの不良発生を防止しつつ、迅速・容易且つ低コストにワークの冷却を行うことができる冷却装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の前記目的は、容器内に収容されたワークを冷却する冷却装置であって、前記容器内にミストを噴霧するミストノズルと、噴霧されたミストをワークに押し当てるように前記容器内に外気を押し込み供給する送風機とを備え、前記ミストノズルは、ワークに向けてミストを噴霧するように配置されており、前記容器内の気流によってワークの表面にミストを押し当てて、ワークからミストへの伝熱を促すことによりワークを冷却し、前記送風機は、流路断面が絞られた絞り部を介して前記容器に接続されている冷却装置により達成される。

【0009】

前記容器は、ワークの一方面側に吹き付けられる気流の一部をワークの周囲に拡散させる第１のガイド部を備えることが好ましい。

【0010】

前記容器は、内部に拡散された気流をワークの他方面側に吹き付けるように案内する第２のガイド部を備えることが好ましい。

【0011】

前記ミストノズルは、ワークの周囲に複数配置されていることが好ましく、前記容器内に噴霧したミストが、前記容器内の気流によってワークの表面全体に押し当てられることが好ましい。

【0012】

また、前記容器内を通過するようにワークを搬送する搬送装置を更に備えることが可能である。この場合、前記送風機およびミストノズルは、前記容器内を搬送されるワークを互いに離間する複数の冷却位置で冷却するように、各冷却位置に対応して配置されていることが好ましい。この構成においては、搬送方向上流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの粒径が、搬送方向下流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの粒径よりも大きいことが好ましい。また、搬送方向上流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの単位時間あたりの噴霧量が、搬送方向下流側の冷却位置に搬送されたワークに対して前記ミストノズルが噴霧するミストの単位時間あたりの噴霧量よりも多いことが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、ワークの不良発生を防止しつつ、迅速・容易且つ低コストにワークの冷却を行うことができる冷却装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る冷却装置の正面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】図２に示す冷却装置の要部拡大図である。

【図4】図２に示す冷却装置の変形例を示す要部拡大図である。

【図5】本発明の他の実施形態に係る冷却装置の正面図である。

【図6】図５のＢ－Ｂ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る冷却装置の正面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図１および図２に示すように、冷却装置１は、容器１０および送風機２０を備えている。

【0016】

容器１０は、上部に絞り部１１が設けられており、絞り部１１の上端に供給口１２が形成されている。送風機２０は、供給口１２に接続されており、ケーシング２１の内部に配置された羽根車２２が電動モータ２３により回転駆動されることで、吸込口２４から外気を取り込み、絞り部１１を介して容器１０内に外気を供給する。送風機２０の種類は、容器１０内に外気を押し込み供給可能であれば特に限定されないが、吹出静圧が高いターボファンやシロッコファン等の遠心ファンを、好ましく例示することができる。

【0017】

容器１０の内部は、絞り部１１において円形状の流路断面が絞られた後、下方に向けてテーパ状に拡がるように形成されている。容器１０の下部には、くびれ部１９が形成されており、くびれ部１９の下方で内部が再度テーパ状に拡がるように形成されている。容器１０の内壁面は、くびれ部１９の上方に湾曲部１０ａが形成されており、この湾曲部１０ａによって気流が容器１０の中央に向かうように案内される。容器１０の下端には、気流を排出する排出口１３が形成されている。排出口１３は、鉛直方向に延びる絞り部１１の中心線が中心を通過するように配置されている。

【0018】

くびれ部１９の上部には格子状の載置台１５が設けられており、容器１０の側壁に開閉自在に設けられた扉１４を介して、ワークＷを載置台１５に搭載することができる。

【0019】

容器１０の内部には、載置台１５に搭載されるワークＷを取り囲むように、複数のミストノズル３１，３２，３３が設けられている。すなわち、容器１０の上部および下部に、第１のミストノズル３１および第２のミストノズル３２がそれぞれ配置されており、ワークＷと略同じ高さの周囲に、第３のミストノズル３３が周方向に９０度ずつ間隔をあけて４個配置されている。第１のミストノズル３１、第２のミストノズル３２および第３のミストノズル３３は、加圧ポンプや開閉弁を適宜介して水道管や貯水タンク等の給水源（いずれも図示せず）に接続されており、ワークＷに向けてミストを噴霧するように、不図示のブラケットにより支持されている。噴霧される液体は、水道水に限定されるものではなく、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類やフロン等のように、粘性が低く４０～１５０℃程度で蒸発する液体を使用してもよい。ミストノズル３１，３２，３３は、一流体ノズルであってもよく、あるいは、圧縮空気と混合する二流体ノズルであってもよい。

【0020】

また、容器１０の内部には、絞り部１１を介して容器１０内に導入される気流を案内する第１のガイド部４１および第２のガイド部４２が設けられている。第１のガイド部４１は、絞り部１１の近傍に設けられており、容器１０の内壁面に放射状に設けられた複数のリブ４１ａを備えている。第２のガイド部４２は、容器１０の内壁面から延びる支持ロッド（図示せず）により載置台１５の下方近傍に支持されており、ガイド溝４２ａを備えている。ガイド溝４２ａは、底面がワークＷに対向しており、第２のミストノズル３２を取り囲むようにリング状に形成されている。

【0021】

上記の構成を備える冷却装置１は、送風機２０を作動させると共に、第１のミストノズル３１、第２のミストノズル３２および第３のミストノズル３３を作動させることにより、容器１０内に外気およびミストが供給される。

【0022】

図３は、容器１０の内部を拡大して示す断面図であり、容器１０内における気流およびミスト流れを、破線の矢印で示している。載置台１５に搭載したワークＷが直方体状である場合、第１のミストノズル３１、第２のミストノズル３２および第３のミストノズル３３から、それぞれワークＷの上面、下面および側面に向けて、ミストＭ１，Ｍ２，Ｍ３が噴射される。容器１０に導入される気流は、絞り部１１を通過することにより整流され、流速分布が均一となって容器１０内に導入される。絞り部１１の断面中央部を通過した気流Ｆ１は、ワークＷの上面に吹き付けられ、第１のミストノズル３１から噴霧されたミストＭ１をワークＷの上面に押し当てる。

【0023】

一方、絞り部１１の断面周縁部を通過した気流は、容器１０の内壁面に沿って拡散される。本実施形態においては、絞り部１１の近傍に第１のガイド部４１が設けられているため、絞り部１１の断面周縁部を通過する気流を、より確実に拡散させることができる。第１のガイド部４１は、本実施形態のリブ状のものに限定されず、例えば、格子状やスリット状の構造を有する部材であってもよい。

【0024】

容器１０内で拡散された気流のうち、主として湾曲面１０ａによって案内される気流Ｆ３は、ワークＷの側面に吹き付けられ、第３のミストノズル３３から噴霧されたミストＭ３をワークＷの側面に押し当てる。また、くびれ部１９を通過した気流のうち、主として第２のガイド部４２により案内される気流Ｆ２は、格子状の載置台１５を介してワークＷの下面に吹き付けられ、第２のミストノズル４２から噴霧されたミストＭ２をワークＷの下面に押し当てる。こうして、ワークＷの各面に吹き付けられた気流は、第２のガイド部４２の周囲を通過して外部に排出される。

【0025】

このように、本実施形態の冷却装置１は、容器１０内に噴霧したミストを、ワークＷの表面全体に押し当てることができるので、高い冷却効果を得ることができる。すなわち、ワークＷに付着したミストは、ワークＷがまだ高温（例えば、１４０～３００℃程度）の場合にワークＷの表面近傍で蒸発し、ワークＷとミストとの間に蒸気膜を形成して冷却効率を低下させる、いわゆるライデンフロスト現象が生じるおそれがあるが、本実施形態の冷却装置１は、ワークＷの全体にミストを確実に押し当てることができるので、ワークＷからミストへの伝熱を促して、ワークＷの全体を効率良く冷却することができる。したがって、ワークの不良発生を防止しつつ、ワークを迅速に冷却することができる。

【0026】

更に、本実施形態の冷却装置１は、送風機２０の作動によりワークＷの広範囲を確実に冷却することができるので、高圧エアを大量に使用する必要がなく、ワークの冷却を容易且つ低コストに行うことができる。

【0027】

送風機２０を作動させる間にミストノズル３１，３２，３３から噴霧されるミストの単位時間あたりの噴霧量は、一定であってもよいが、時間の経過と共に噴霧量を低減させるか、あるいは噴霧を停止させるようにミストノズル３１，３２，３３の作動制御を行ってもよく、これによって冷却後のワークＷに水分が残留するのを確実に防止することができる。

【0028】

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、ワークＷの形状は、直方体状に限定されず、任意の立体形状であってよく、焼き入れ等により高温になった種々の形状を有する金属製品やセラミック製品等を、迅速に冷却することができる。ミストノズル３１，３２，３３の数や配置についても特に制限はなく、ミストが気流によってワークＷの表面全体に押し当てられるように構成すればよい。例えば、ワークＷが薄板状である場合には、第３のミストノズル３３を設けずに、第１のミストノズル３１および第２のミストノズル３２のみを備える構成であってもよい。ミストノズル３１，３２，３３は、ワークＷの形状や大きさに応じて、噴霧位置や噴霧方向等を調整できるように構成してもよい。また、本実施形態の容器１０は円錐状に形成されているが、容器１０の形状についても特に制限はなく、例えば、容器１０を四角錐状に形成し、絞り部１１において四角形状の流路断面を絞るように構成することもできる。

【0029】

また、本実施形態においては、第１のガイド部４１および第２のガイド部４２が、それぞれ気流の拡散および収束を行うことにより、ワークＷの一方面側（例えば上面）および他方面側（例えば下面）への気流の吹き付けを確実に行うように構成しているが、容器１０の内壁面の形状等によって容器１０内の気流を制御することも可能であり、第１のガイド部４１および第２のガイド部４２の一方または双方を備えない構成にすることもできる。

【0030】

また、本実施形態においては、各ミストノズル３１，３２，３３からワークＷに向けてミストＭ１，Ｍ２，Ｍ３を噴霧し、ミストＭ１，Ｍ２，Ｍ３の周囲から気流Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３をワークＷに吹き付けることにより、ワークＷの表面にミストを確実に押し当てるように構成しているが、例えば、図４（ａ）に示すように、容器１０の内壁面に沿って流れる気流Ｆの流れ方向に沿ってミストＭを噴霧するようにミストノズル３０を配置してもよく、ミストＭを気流Ｆに乗せてワークに押し当てることもできる。ミストノズル３０は、例えばブラケット３０ａを介して容器１０の内壁面に取り付けることができる。

【0031】

あるいは、図４（ｂ）に示すように、容器１０内に生じる気流Ｆと交差するようにミストノズル３０からミストＭを噴霧し、ミストＭを気流Ｆに混合させてワークＷの表面に押し当てることもできる。この場合、気流Ｆの外部からミストＭを噴霧すると、ミストＭが気流Ｆによって弾かれてしまい、ミストＭと気流Ｆとの混合が良好に行われないおそれがあることから、ミストノズル３０のノズル先端３０ｂを気流Ｆ内に配置することが好ましい。これによって、噴霧したミストＭを気流Ｆと共にワークの表面に確実に搬送することができ、ワークを迅速に冷却することができる。

【0032】

また、本実施形態の冷却装置１は、ワークを静止状態で冷却するバッチ式の構成としているが、複数のワークを順次搬送しながら冷却する連続式の構成にすることも可能である。図５は、連続式の冷却装置１０１の一例を示す正面図であり、図６は、図５のＢ－Ｂ断面図である。図５および図６に示す冷却装置１０１において、図１等に示す冷却装置１と同様の構成部分には、同一の符号を付している。

【0033】

図５および図６に示すように、冷却装置１０１は、容器１０が基台５０の上面に設けられており、ベルトコンベアからなる搬送装置５１を備えている。搬送装置５１は、無端状に形成されたネット状のコンベアベルト５１ａを備えており、コンベアベルト５１ａに搭載されたワークＷを矢示Ｔ方向に水平搬送することにより、ワークＷを入口１０ｂから容器１０内に導入して、出口１０ｃから排出する。

【0034】

容器１０は、互いに離間した搬送位置である第１の冷却位置Ｐ１および第２の冷却位置Ｐ２においてワークＷを冷却できるように、複数の送風機２０、２０が接続されている。第１の冷却位置Ｐ１および第２の冷却位置Ｐ２のそれぞれには、第１のミストノズル３１および第３のミストノズル３３が設けられており、噴霧されたミストを、送風機２０から第１のガイド部４１によって案内された気流によって、ワークＷに押し付けることができる。ミストノズルの配置や気流のガイド構造は、図１等に示す冷却装置１と同様に種々の変形が可能である。容器１０内の気流は、複数の送風機２０の間に設置された排気ダクト１６を上昇し、排出口１３から排出される。

【0035】

容器１０の入口１０ｂおよび出口１０ｃ付近には、容器１０内に噴霧されたミストを捕集するスチームトラップを設けてもよい。また、容器１０内の冷却位置は３つ以上にすることも可能であり、各冷却位置において所望の気流が生じるように、容器１０内に仕切板を適宜設けてもよい。

【0036】

上記の構成を備える冷却装置１０１は、複数の冷却位置Ｐ１，Ｐ２においてワークＷを迅速に冷却することができるので、搬送装置５１の搬送速度を高めても、ワークＷを確実に冷却することができる。したがって、多数のワークＷを効率良く冷却することができる。

【0037】

搬送方向上流側である第１の冷却位置Ｐ１においてワークＷに噴霧するミストの粒径は、搬送方向下流側である第２の冷却位置Ｐ２においてワークＷに噴霧するミストの粒径よりも大きいことが好ましい。これにより、ワークＷが高温（例えば、５００℃～１００℃）の間は、第１の冷却位置Ｐ１において、粒径の大きいミストによりワークＷの冷却を促進することができる一方、ワークＷの温度が低下（例えば、１００℃未満）した後は、第２の冷却位置Ｐ２において、粒径の小さいミストの蒸発を促して、冷却後のワークＷに水分が残留するのを確実に防止することができる。

【0038】

あるいは、第１の冷却位置Ｐ１においてワークＷに噴霧するミストの単位時間あたりの噴霧量を、第２の冷却位置Ｐ２においてワークＷに噴霧するミストの単位時間あたりの噴霧量よりも多くしてもよく、これによっても上記と同様の効果を得ることができる。更には、上述した第１の冷却位置Ｐ１および第２の冷却位置Ｐ２におけるミスト粒径の制御とミスト噴霧量の制御とを併用してもよい。

【符号の説明】

【0039】

１，１０１ 冷却装置
１０ 容器
１１ 絞り部
２０ 送風機
３１ 第１のミストノズル
３２ 第２のミストノズル
３３ 第３のミストノズル
４１ 第１のガイド部
４２ 第２のガイド部
５１ 搬送装置
Ｗ ワーク
Ｐ１ 第１の冷却位置
Ｐ２ 第２の冷却位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】