(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されて冷却炉内に設けられた被処理物に対して冷却用液体をミスト状に噴射できるノズルと、駆動源によって駆動され前記ノズルに向けて冷却用液体を流動させるポンプとを有する冷却システムを備えたミスト冷却装置であって、
前記駆動源の停止に応じて作動し、前記被処理物を冷却する第２冷却システムを備え、
前記ポンプは、電力によって駆動され、
前記第２冷却システムは、前記電力の供給停止に応じて前記ポンプを駆動させる非常用電源を有し、
前記冷却システムは、前記ポンプを複数有し、
前記非常用電源は、複数の前記ポンプのうち特定のポンプを駆動させることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項２】
請求項１に記載のミスト冷却装置において、
前記冷却システムは、前記ノズルを複数有し、
前記第２冷却システムは、前記ポンプと複数の前記ノズルのうち前記被処理物の上側に位置するノズルとの間に設けられ且つ少なくとも前記電力の供給停止中に開状態となるバルブを有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項３】
請求項１に記載のミスト冷却装置において、
前記第２冷却システムは、
前記冷却炉より上側に設けられ、冷却用液体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽と前記ノズルとの間に設けられ、少なくとも前記駆動源の停止中に開状態となる第２バルブを有することを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項４】
請求項３に記載のミスト冷却装置において、
前記冷却システムは、前記ノズルを複数有し、
前記第２バルブは、前記貯留槽と複数の前記ノズルのうち前記被処理物の上側に位置するノズルとの間に設けられていることを特徴とするミスト冷却装置。
【請求項５】
被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、
請求項１から４のいずれか一項に記載のミスト冷却装置を有することを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト冷却装置及び熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、金属等の被処理物に対する熱処理に用いられ、被処理物を冷却するためのミスト冷却装置が開示されている。ミスト冷却装置は、加熱された被処理物にミスト状の冷却液を噴射し、冷却液の気化潜熱を利用して冷却を行うため、従来のガス噴射型冷却装置に比べその冷却能力は高い。また、ミストの噴射量を調整することで、従来の浸漬型冷却装置では難しかった被処理物の冷却速度の制御を容易に行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１５３３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術には、以下のような課題が存在する。
従来の浸漬型冷却装置では、加熱された被処理物は冷却液内に浸漬されるため、停電等により装置が停止しても冷却は続行される。よって、被処理物の熱によって装置が破損する可能性は低い。一方、ミスト冷却装置では、ポンプ等により冷却液を流動させて、噴射ノズルから冷却液をミスト状に噴射している。そのため、停電等により装置が停止するとミストの噴射も停止してしまい、被処理物の熱により装置内部の温度・圧力が上昇し、装置が破損する虞があった。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、停電等の非常時において、被処理物の熱によって装置が破損することを防止できるミスト冷却装置及び熱処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、加熱されて冷却炉内に設けられた被処理物に対して冷却用液体をミスト状に噴射できるノズルと、駆動源によって駆動されノズルに向けて冷却用液体を流動させるポンプとを有する冷却システムを備えたミスト冷却装置であって、駆動源の停止に応じて作動し、被処理物を冷却する第２冷却システムを備える、という構成を採用する。
本発明では、駆動源が停止し冷却システムによる被処理物に対する冷却が停止すると、第２冷却システムが作動して被処理物に対する冷却を続行する。
【０００７】
また、本発明は、ポンプは電力によって駆動され、第２冷却システムは電力の供給停止に応じてポンプを駆動させる非常用電源を有する、という構成を採用する。
本発明では、電力の供給が停止し冷却システムによる被処理物に対する冷却が停止すると、非常用電源によってポンプを駆動させて被処理物に対する冷却を続行する。
【０００８】
また、本発明は、冷却システムがノズルを複数有し、第２冷却システムはポンプと複数のノズルのうち被処理物の上側に位置するノズルとの間に設けられ且つ少なくとも電力の供給停止中に開状態となるバルブを有する、という構成を採用する。
本発明では、電力の供給が停止すると上記バルブは開状態となる。そのため、被処理物の上側に位置するノズルから冷却用液体が供給される。
【０００９】
また、本発明は、冷却システムがポンプを複数有し、非常用電源は複数のポンプのうち特定のポンプを駆動させる、という構成を採用する。
本発明では、電力の供給が停止し冷却システムによる被処理物に対する冷却が停止すると、非常用電源によって特定のポンプを駆動させて被処理物に対する冷却を続行する。そのため、非常用電源の容量を特定のポンプを駆動させるに十分なものに限定することが可能となる。
【００１０】
また、本発明は、第２冷却システムが、冷却炉より上側に設けられ冷却用液体を貯留する貯留槽と、貯留槽とノズルとの間に設けられ少なくとも駆動源の停止中に開状態となる第２バルブを有する、という構成を採用する。
本発明では、駆動源が停止し冷却システムによる被処理物に対する冷却が停止すると、第２バルブが開状態となる。そのため、冷却炉より上側に設けられる貯留槽からノズルを介して冷却用液体が装置内に供給される。
【００１１】
また、本発明は、冷却システムがノズルを複数有し、第２バルブは貯留槽と複数のノズルのうち被処理物の上側に位置するノズルとの間に設けられている、という構成を採用する。
本発明では、駆動源が停止すると第２バルブは開状態となる。そのため、被処理物の上側に位置するノズルから冷却用液体が供給される。
【００１２】
また、本発明は、被処理物に対して熱処理を行う熱処理装置であって、請求項１から６のいずれか一項に記載のミスト冷却装置を有する、という構成を採用する。
本発明では、駆動源が停止し冷却システムによる被処理物に対する冷却が停止すると、第２冷却システムが作動して被処理物に対する冷却を続行する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、駆動源が停止し冷却システムによる被処理物に対する冷却が停止しても、第２冷却システムが作動して被処理物に対する冷却を続行することができる。そのため、駆動源停止という非常時において、被処理物の熱によって装置が破損することを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】熱処理装置１の全体構成図である。
【図２】冷却室３の構成を示す概略図である。
【図３】第２冷却システム４０の動作を示す概略図である。
【図４】冷却室３Ａの構成を示す概略図である。
【図５】第２冷却システム４０Ａの動作を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図１から図５を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明では、熱処理装置として２室型の熱処理装置の例を示す。
【００１６】
〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る熱処理装置１の全体構成図である。
熱処理装置１は、被処理物Ｍに対して焼き入れ等の熱処理を施すものであって、加熱室２と、冷却室（ミスト冷却装置）３とを有している。加熱室２と冷却室３とは、隣接して配置されている。加熱室２と冷却室３との間には隔壁４が設けられ、隔壁４の開放時に、加熱室２において加熱された被処理物Ｍを冷却室３へ移動させ、冷却室３内で被処理物Ｍを冷却する。
【００１７】
被処理物Ｍは、熱処理装置１によって熱処理が施されるものであって、所定量の炭素を含有した鋼等の金属材料（合金含む）からなる。以下の説明に用いる各図面では、被処理物Ｍを直方体形状に表しているが、その形状や大きさ、一度に処理する個数等は様々なものが存在する。
【００１８】
次に、冷却室３の構成を、図２を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る冷却室３の構成を示す概略図である。なお、図２は、図１のＡ−Ａ線から見た断面図を用いている。
【００１９】
冷却室３は、容器（冷却炉）１０と、搬送部２０と、冷却システム３０と、第２冷却システム４０と、制御部５０とを有している。
容器１０は、冷却室３の外殻を構成し、内部に密閉した空間を形成可能な略円筒状の容器である。容器１０は、複数の支持脚１１によって床面に設置されている。
【００２０】
搬送部２０は、被処理物Ｍを加熱室２から冷却室３へ搬入し、さらに冷却室３から外部に搬出するためのものであって、容器１０の中心軸と平行する方向で被処理物Ｍを搬送するものである。搬送部２０は、一対の支持フレーム２１と、複数の搬送ローラ２２と、不図示の駆動部とを有している。
【００２１】
一対の支持フレーム２１は、容器１０の内側底部に立設され、複数の搬送ローラ２２を介して被処理物Ｍを下方から支持するものである。一対の支持フレーム２１は、被処理物Ｍの搬送方向に延在して設けられている。複数の搬送ローラ２２は、回転することで被処理物Ｍを円滑に搬送するものであり、一対の支持フレーム２１の互いに対向する面に、搬送方向に所定の間隔をあけて回転自在に設けられている。不図示の駆動部は搬送ローラ２２を回転させるものである。また、本実施形態の被処理物Ｍは直接に搬送ローラ２２に載置されず、トレー２３を介して搬送ローラ２２に載置される。
【００２２】
冷却システム３０は、加熱されて容器１０内に設けられた被処理物Ｍに対して冷却用液体をミスト状に噴射して、被処理物Ｍを冷却するものである。冷却システム３０は、回収管３１と、熱交換器３２と、ポンプ３３と、供給管３４と、ノズル３５とを有している。なお、使用される冷却用液体としては、例えば水、油、ソルト又はフッ素系不活性液体等が用いられる。
【００２３】
回収管３１は、容器１０内に供給された冷却用液体を回収する管部材である。なお、回収管３１に回収されるときの冷却用液体は、被処理物Ｍの熱により加熱されている。熱交換器３２は、回収された冷却用液体を冷却するものである。
【００２４】
ポンプ３３は、容器１０内から回収され回収管３１内に導入された冷却用液体を、供給管３４に吐出しノズル３５に向けて流動させるものである。なお、本実施形態のポンプ３３は複数台が使用されており、第１ポンプ（特定のポンプ）３３ａ、第２ポンプ３３ｂ及び第３ポンプ３３ｃの３台が設けられている。第１ポンプ３３ａ、第２ポンプ３３ｂ及び第３ポンプ３３ｃは、供給管３４に対して並列に配置されている。複数のポンプ３３が並列配置されることで、１台のポンプでは作り出せない大きな流量を作り出すことができ、冷却システム３０における冷却用液体の流量の調整幅を広く設定することが可能となる。
【００２５】
複数のポンプ３３には、それぞれインバータ３６が接続されている。すなわち、第１ポンプ３３ａ、第２ポンプ３３ｂ及び第３ポンプ３３ｃには、第１インバータ３６ａ、第２インバータ３６ｂ、第３インバータ３６ｃがそれぞれに対応して接続されている。インバータ３６は、後述する制御部５０の指示に従ってポンプ３３を駆動するものである。ポンプ３３の駆動源は電力Ｅであり、電力Ｅはインバータ３６に供給される構成となっている。
【００２６】
供給管３４は、複数のポンプ３３から吐出された冷却用液体を一度集約した後、後述する複数のノズル３５にそれぞれ供給する管部材である。
【００２７】
ノズル３５は、加熱されて容器１０内に設けられた被処理物Ｍに対して冷却用液体をミスト状に噴射して、被処理物Ｍを冷却するものである。ノズル３５は、容器１０の内壁に被処理物Ｍを取り囲むようにして複数設けられている。これは、被処理物Ｍにおけるミストの当たらない部分を極力無くし、被処理物Ｍを均一に冷却することで、冷却の不均一性を原因とする被処理物Ｍの歪み等の発生を防止するためである。また、被処理物Ｍの鉛直方向上側には、上側ノズル３５Ａが設けられている。
【００２８】
供給管３４のうち、複数のノズル３５に接続されている部分には、複数のバルブ３７が設けられている。バルブ３７は電力Ｅにより作動するものであり、電力Ｅの供給が停止すると閉状態となるノーマルクローズタイプのバルブである。
【００２９】
一方、供給管３４のうち、上側ノズル３５Ａに接続されている部分には、非常用バルブ３７Ａが設けられている。非常用バルブ３７Ａは、電力Ｅにより作動するものであるが、バルブ３７とは異なり、電力Ｅの供給が停止すると開状態となるノーマルオープンタイプのバルブである。
【００３０】
第２冷却システム４０は、冷却システム３０を駆動させる電力Ｅの供給が停止したときに、加熱された被処理物Ｍに対して冷却用液体を供給して被処理物Ｍを冷却するものである。第２冷却システム４０は、バッテリー（非常用電源）４１と、非常用バルブ３７Ａとを有している。
【００３１】
バッテリー４１は、第１インバータ３６ａのみに接続されており、電力Ｅの供給停止等の非常時に第１ポンプ３３ａのみを駆動させる駆動源である。なお、バッテリー４１の代わりに、内燃機関等を用いた非常用電源装置を用いてもよい。
【００３２】
制御部５０は、インバータ３６を介してポンプ３３の駆動を制御するものである。制御部５０は、複数のポンプ３３の駆動を個別に制御でき、また特定のポンプ３３のみを駆動させることも可能である。制御部５０は電力Ｅによって駆動することから、電力Ｅの供給停止時に、制御部５０によって第１ポンプ３３ａの駆動を制御する必要がある場合には、バッテリー４１の電力を制御部５０に供給してもよい。
【００３３】
続いて、本実施形態に係る冷却室３の被処理物Ｍに対する冷却動作を説明する。
まず、冷却システム３０の被処理物Ｍに対する冷却動作を、図１及び図２を参照して説明する。
被処理物Ｍは加熱室２において加熱される。加熱室２における加熱が終了した後、隔壁４が開放され、搬送部２０の駆動により加熱された被処理物Ｍが冷却室３内に搬入される。
【００３４】
冷却室３への搬入終了後、冷却システム３０が被処理物Ｍに対する冷却を開始する。制御部５０が、インバータ３６を介してポンプ３３の駆動を制御し、供給管３４に冷却用液体が吐出される。冷却用液体は供給管３４内をノズル３５に向かって流動し、ノズル３５から被処理物Ｍに向かってミスト状に噴射される。加熱された被処理物Ｍに付着したミストは被処理物Ｍから気化潜熱を奪い気化する。冷却用液体の気化潜熱を利用することで、被処理物Ｍを迅速に冷却することができる。
【００３５】
気化した冷却用液体は、不図示の液化トラップ等で再び液化され回収管３１に導入される。回収管３１内を流動する冷却用液体は、熱交換器３２によって冷却され、再びポンプ３３によって供給管３４に対して吐出される。
冷却システム３０内を冷却用液体が循環して流動することで、被処理物Ｍを冷却することができる。
【００３６】
次に、冷却システム３０を作動させる電力Ｅの供給が停止したときの、第２冷却システム４０による被処理物Ｍの冷却動作を、図３を参照して説明する。
図３は、本実施形態における第２冷却システム４０の動作を示す概略図である。なお、図３に示す回収管３１及び供給管３４において、冷却用液体が流動する部分のみ太線で表している。
【００３７】
電力Ｅの供給が停止すると、第２ポンプ３３ｂ及び第３ポンプ３３ｃの駆動は停止する。ここで、第１ポンプ３３ａと接続される第１インバータ３６ａには、バッテリー４１が接続されている。そのため、電力Ｅの供給が停止しても、バッテリー４１からの電力供給により第１ポンプ３３ａはその駆動を続行できる。また、バッテリー４１は第１ポンプ３３ａを駆動するのみであるため、バッテリー４１の容量を、第１ポンプ３３ａを駆動させるに十分なものに限定することができ、第２冷却システム４０を設置するためのコストを抑制することができる。
【００３８】
バッテリー４１からの電力供給により、第１ポンプ３３ａは駆動を続行する。供給管３４に設けられた複数のバルブ３７はノーマルクローズタイプのバルブであるため、電力Ｅの供給停止により全て閉状態となる。したがって、冷却用液体のノズル３５へ向かう流れがバルブ３７によって遮られ、ノズル３５からの冷却用液体の供給は停止する。
【００３９】
一方、非常用バルブ３７Ａはノーマルオープンタイプのバルブであるため、電力Ｅの供給停止により開状態となる。すなわち、供給管３４から非常用バルブ３７Ａを介して、上側ノズル３５Ａに対してのみ冷却用液体が供給される。冷却室３内に複数設けられるノズルのうち、特定の上側ノズル３５Ａからのみ冷却用液体を供給可能とすることで、バッテリー４１が第１ポンプ３３ａのみを駆動する場合でも、上側ノズル３５Ａから十分に冷却用液体をミスト状に噴射することができる。
【００４０】
また、上側ノズル３５Ａは被処理物Ｍの鉛直方向上側に設けられていることから、冷却用液体の流量が少ない場合でも被処理物Ｍに対して冷却用液体を確実に供給できる。よって、上側ノズル３５Ａから被処理物Ｍに向けて冷却用液体が供給され、加熱された被処理物Ｍに対する冷却が続行される。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、電力Ｅの供給が停止し冷却システム３０による被処理物Ｍに対する冷却が停止しても、第２冷却システム４０が作動して被処理物Ｍに対する冷却を続行することができる。そのため、電力Ｅの供給停止という非常時において、被処理物Ｍの熱によって冷却室３が破損することを防止できるという効果がある。
【００４２】
〔第２実施形態〕
本実施形態における冷却室３Ａの構成を、図４を参照して説明する。
図４は、本実施形態に係る冷却室３Ａの構成を示す概略図である。なお、図４は、図１のＡ−Ａ線から見た断面図を用いている。また、図４において、図２に示す第１の実施形態の構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４３】
本実施形態の冷却室（ミスト冷却装置）３Ａは、第１の実施形態と同じく、熱処理装置１に設けられるものである。また、上側ノズル３５Ａと接続する供給管３４には、ノーマルクローズタイプのバルブ３７が設けられている。
【００４４】
冷却室３Ａは、第２冷却システム４０Ａを有している。第２冷却システム４０Ａは、冷却システム３０への電力Ｅの供給停止時に、被処理物Ｍの冷却を続行するためのものである。第２冷却システム４０Ａは、貯留槽４５と、第２供給管４６と、第２非常用バルブ４７とを有している。
【００４５】
貯留槽４５は、その内部に第２冷却用液体（冷却用流体）Ｌを貯留する槽である。貯留槽４５は、冷却室３Ａの容器１０よりも上側に設けられている。第２冷却用液体Ｌとしては、水等が用いられる。
【００４６】
第２供給管４６は、上側ノズル３５Ａに対応するバルブ３７と並列して配設され、上側ノズル３５Ａと貯留槽４５とを接続する管部材である。第２非常用バルブ４７は、第２供給管４６に設けられている。第２非常用バルブ４７は、電力Ｅの供給が停止すると開状態となるノーマルオープンタイプのバルブである。なお、第２非常用バルブ４７は、電力Ｅが供給されている間は常時閉状態となっている。
【００４７】
次に、冷却システム３０を作動させる電力Ｅの供給が停止したときの、第２冷却システム４０による被処理物Ｍの冷却動作を、図５を参照して説明する。なお、冷却システム３０による被処理物Ｍに対する冷却動作は、第１の実施形態と同様であるためその説明を省略する。
【００４８】
図５は、本実施形態における第２冷却システム４０Ａの動作を示す概略図である。なお、図５に示す供給管３４及び第２供給管４６において、第２冷却用液体Ｌが流動する部分のみ太線で表している。
【００４９】
供給管３４に設けられるバルブ３７は、電力Ｅの供給停止により全て閉状態となる。すなわち、本実施形態において、電力Ｅの供給停止時に冷却用液体は冷却システム３０内を流動しない。
【００５０】
一方、第２非常用バルブ４７は、電力Ｅの供給停止により開状態となる。よって、第２供給管４６を介して貯留槽４５から第２冷却用液体Ｌが上側ノズル３５Ａに向かって流動し、上側ノズル３５Ａから第２冷却用液体Ｌが被処理物Ｍに向かって供給される。ここで、貯留槽４５は容器１０より上側に設けられ、第２冷却用液体Ｌは高低差を利用して被処理物Ｍに対して供給されるため、第２冷却システム４０Ａを駆動するための駆動源を必要としない。
【００５１】
なお、本実施形態では、貯留槽４５内の第２冷却用液体Ｌは高低差を利用して上側ノズル３５Ａから吐出されるため、ミスト状に噴射されることはない。もっとも、上側ノズル３５Ａは、被処理物Ｍの鉛直方向上側に設けられているため、被処理物Ｍに対して第２冷却用液体Ｌを確実に供給できる。したがって、上側ノズル３５Ａから被処理物Ｍに向けて第２冷却用液体Ｌが供給され、加熱された被処理物Ｍに対する冷却が続行される。
【００５２】
したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、電力Ｅの供給が停止し冷却システム３０による被処理物Ｍに対する冷却が停止しても、第２冷却システム４０Ａが作動して被処理物Ｍに対する冷却を続行することができる。そのため、電力Ｅの供給停止という非常時において、被処理物Ｍの熱によって冷却室３Ａが破損することを防止できるという効果がある。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００５４】
例えば、第２の実施形態では、冷却システム３０の駆動源の種類は問わず、電力Ｅ以外を駆動源としてもよい。例えば、冷却システム３０のポンプが燃料等を駆動源として駆動するものであってもよく、燃料等の供給が停止したときに第２冷却システム４０Ａが作動する構成としてもよい。また、第２冷却システム４０Ａが作動するときは、駆動源の供給が停止したときだけでなく、第２供給管４６が破損しない限りは、冷却システム３０の回収管３１又は供給管３４が破損したときに、第２冷却システム４０Ａを作動させてもよい。
【００５５】
また、第２の実施形態では、第２非常用バルブ４７はノーマルオープンタイプのバルブであるため、貯留槽４５内の第２冷却用液体Ｌが尽きるまで被処理物Ｍに対する供給は止まらない。そこで、容器１０内に供給された第２冷却用液体Ｌの水位を計測する機器を設け、一定の水位に達したら第２非常用バルブ４７を閉める構成としてもよい。この場合は、上記水位計測器及び第２非常用バルブ４７を駆動させる駆動源（バッテリー等）が必要となる。
【符号の説明】
【００５６】
１…熱処理装置、３，３Ａ…冷却室（ミスト冷却装置）、１０…容器（冷却炉）、３０…冷却システム、３３…ポンプ、３３ａ…第１ポンプ（特定のポンプ）、３５…ノズル、３５Ａ…上側ノズル、３７Ａ…非常用バルブ、４０，４０Ａ…第２冷却システム、４１…バッテリー（非常用電源）、４５…貯留槽、４７…第２非常用バルブ、Ｍ…被処理物、Ｌ…第２冷却用液体（冷却用流体）、Ｅ…電力（駆動源）
【図１】
0005478340.tif 000002
【図２】
0005478340.tif 000003
【図３】
0005478340.tif 000004
【図４】
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【図５】
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