(57)【要約】【課題】冷媒の流動様式を模擬すると共に外部から視認可能にする冷媒状態模擬装置及び模擬熱量算出方法を提供する。【解決手段】鋳造金型内の冷媒流路を流れる冷媒の沸騰状態を模擬すると共に外部から視認可能とする模擬装置１００であって、鋳造金型を模擬した金型であって、冷媒流路を模擬すると共に外部に開口した模擬冷媒流路１１を有する模擬金型１０と、模擬冷媒流路１１の開口１２を塞ぐと共に透明である窓パネル２１と、鋳造金型に注入される溶湯を模擬すると共に、模擬金型１０を加熱するヒータ５０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造金型内の冷媒流路を流れる冷媒の沸騰状態を模擬すると共に外部から視認可能とする冷媒状態模擬装置であって、
前記鋳造金型を模擬した金型であって、前記冷媒流路を模擬すると共に外部に開口した模擬冷媒流路を有する模擬金型と、
前記模擬冷媒流路の開口を塞ぐと共に透明である窓部材と、
前記鋳造金型に注入される溶湯を模擬すると共に、前記模擬金型を加熱するヒータと、
を備える
ことを特徴とする冷媒状態模擬装置。
【請求項２】
前記模擬冷媒流路を通流する冷媒を加圧する加圧手段と、
前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の冷媒状態模擬装置。
【請求項３】
前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の流量を可変する流量可変手段と、
前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の流量を検出する流量検出手段と、
を備える
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の冷媒状態模擬装置。
【請求項４】
前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の冷媒状態模擬装置。
【請求項５】
前記模擬金型と前記窓部材とを挟持する挟持手段と、
前記模擬金型及び前記窓部材が密着する方向に付勢する弾性部材と、
を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の冷媒状態模擬装置。
【請求項６】
前記模擬金型に対して前記ヒータを接触／離間可能とする接離手段と、
前記ヒータと前記接離手段との間に設けられた断熱材と、
を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の冷却状態模擬装置。
【請求項７】
前記ヒータは、通電することで発熱するヒータ本体と、前記ヒータ本体で加熱される金属体と、を備え、
前記金属体の温度を検出する金属体温度検出手段を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の冷却状態模擬装置。
【請求項８】
請求項７に記載の冷却状態模擬装置において、前記ヒータから前記模擬金型に与えられる模擬熱量を算出する模擬熱量算出方法であって、
前記ヒータと前記模擬金型との接触後、前記金属体温度検出手段の検出する前記金属体の温度の変化量に基づいて、前記ヒータから前記模擬金型に与えられた模擬熱量を算出する
ことを特徴とする模擬熱量算出方法。
【請求項９】
接触時における前記ヒータの温度は、溶湯の凝固潜熱を考慮して設定される
ことを特徴とする請求項８に記載の模擬熱量算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒状態模擬装置及び模擬熱量算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造においてキャビティに注がれた溶湯（溶融金属）を冷却凝固させて良好な成型品を得るには、金型の温度調整が極めて重要である。金型の温度調整方法としては、（１）成型品を得る金型表面に冷媒を直接噴霧等する方法、（２）金型内に冷媒流路を形成し、この冷媒流路に冷媒を通流させる方法、が知られている。ところが、金型表面に冷媒を直接噴霧等する方法では、溶湯に冷媒が混入し、成型品の品質が低下する虞があるので、金型内に冷媒を通流させ、金型の内部から冷却する方法が望ましい。
【０００３】
ところで、金型内を通流させる冷媒としては、一般的に水やオイルが使用され、そして、金型から冷媒への熱伝達を向上させるために沸騰熱伝達を用いることが一般的である（特許文献１、２参照）。具体的には、沸騰直前の冷媒を金型の冷媒流路に封入又は冷媒流路を経由させて通流させておき、溶湯が冷却凝固する際に発する熱が、金型を介して冷媒に伝達し、冷媒の温度を上昇させることで沸騰作用を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１０１３６３号公報
【特許文献２】特開昭６３−１５７７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば強制対流における沸騰熱伝達の熱伝達率は、気泡流、環状流、噴霧流等の流動様式の違いで大きく変化する（図１参照）。すなわち、図１に示すように、流動様式が、液相流、気泡流、スラグ流、環状流と変化するにつれて、熱伝達率が上昇する。ここで、熱伝達率が上昇することは、熱が溶湯及び金型から冷媒に移動し易くなり、溶湯及び金型が冷却され易くなることを意味する。
【０００６】
また、冷媒の流動様式は、冷媒の温度や冷媒の圧力に依存するが、冷媒が実際にどのような流動様式で通流しているかを判別するには、冷媒の流動様式を外部から視認する必要がある。なお、冷媒の温度は、溶湯からの熱の他、金型への流入直前の冷媒を加熱するヒータからの熱によって変化し、冷媒の圧力は冷媒を循環させるポンプの吐出圧や、冷媒の循環回路に設けられたオリフィス等によって変化する。
【０００７】
そこで、本発明は、冷媒の流動様式を模擬すると共に外部から視認可能にする冷媒状態模擬装置及び模擬熱量算出方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、鋳造金型内の冷媒流路を流れる冷媒の沸騰状態を模擬すると共に外部から視認可能とする冷媒状態模擬装置であって、前記鋳造金型を模擬した金型であって、前記冷媒流路を模擬すると共に外部に開口した模擬冷媒流路を有する模擬金型と、前記模擬冷媒流路の開口を塞ぐと共に透明である窓部材と、前記鋳造金型に注入される溶湯を模擬すると共に、前記模擬金型を加熱するヒータと、を備えることを特徴とする冷媒状態模擬装置である。
【０００９】
このような構成によれば、溶湯を模擬するヒータによって模擬金型を加熱し、そして、模擬金型の模擬冷媒流路を通流する冷媒を加熱できる。これにより、模擬冷媒流路を通流する冷媒を沸騰させることができ、鋳造金型内の冷媒流路を流れる冷媒の沸騰状態を模擬できる。
【００１０】
このようにして冷媒が沸騰するが、窓部材が模擬冷媒流路の開口を塞いでいるので、沸騰した冷媒が外部に飛散等することはない。また、窓部材は透明であるので、外部から模擬冷媒流路を通流する冷媒の流動様式（気泡流等）を視認できる。したがって、カメラ等の撮像装置を備える構成とすれば、冷媒の流動様式を可視化することもできる。
【００１１】
また、冷媒状態模擬装置において、前記模擬冷媒流路を通流する冷媒を加圧する加圧手段と、前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の圧力を検出する圧力検出手段と、を備えることが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、加圧手段で模擬冷媒流路を通流する冷媒を加圧することにより、鋳造金型内の冷媒流路を流れる冷媒の加圧沸騰状態を模擬できる。そして、圧力検出手段によって模擬冷媒流路を通流する冷媒の圧力を検出できる。
【００１３】
また、冷媒状態模擬装置において、前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の流量を可変する流量可変手段と、前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の流量を検出する流量検出手段と、を備えることが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、流量可変手段によって模擬冷媒流路を通流する冷媒の流量を可変し、流量検出手段によって模擬冷媒流路を通流する冷媒の流量を検出できる。
【００１５】
また、冷媒状態模擬装置において、前記模擬冷媒流路を通流する冷媒の温度を検出する冷媒温度検出手段を備えることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、冷媒温度検出手段によって模擬冷媒流路を通流する冷媒の温度を検出できる。
【００１７】
また、冷媒状態模擬装置において、前記模擬金型と前記窓部材とを挟持する挟持手段と、前記模擬金型及び前記窓部材が密着する方向に付勢する弾性部材と、を備えることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、挟持手段によって模擬金型と窓部材とを挟持することで、窓部材が模擬冷媒流路の開口を良好に塞ぐことができる。また、弾性部材によって模擬金型及び窓部材を良好に密着させることができる。
【００１９】
また、冷媒状態模擬装置において、前記模擬金型に対して前記ヒータを接触／離間可能とする接離手段と、前記ヒータと前記接離手段との間に設けられた断熱材と、を備えることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、接離手段が、模擬金型に対してヒータを接触／離間可能とできる。これにより、ヒータを昇温した後、模擬金型に接触させることにより、鋳造金型に高温の溶湯が注入された直後を模擬（再現）することもできる。
また、ヒータと接離手段との間に設けられた断熱材によって、ヒータの熱は断熱され、接離手段に伝達し難くなる。
【００２１】
また、冷媒状態模擬装置において、前記ヒータは、通電することで発熱するヒータ本体と、前記ヒータ本体で加熱される金属体と、を備え、前記金属体の温度を検出する金属体温度検出手段を備えることが好ましい。
【００２２】
このような構成によれば、通電することで発熱するヒータ本体で金属体を加熱し、加熱された金属体によって模擬金型を加熱できる。そして、金属体温度検出手段によって金属体の温度を検出できる。
【００２３】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、前記冷却状態模擬装置において、前記ヒータから前記模擬金型に与えられる模擬熱量を算出する模擬熱量算出方法であって、前記ヒータと前記模擬金型との接触後、前記金属体温度検出手段の検出する前記金属体の温度の変化量に基づいて、前記ヒータから前記模擬金型に与えられた模擬熱量を算出することを特徴とする模擬熱量算出方法である。
【００２４】
このような構成によれば、ヒータと模擬金型との接触後、金属体温度検出手段の検出する金属体の温度の変化量に基づいて、ヒータから模擬金型に与えられた模擬熱量を算出できる。
【００２５】
また、模擬熱量算出方法において、接触時における前記ヒータの温度は、溶湯の凝固潜熱を考慮して設定されることが好ましい。
【００２６】
このような構成によれば、溶湯の凝固潜熱を考慮して、ヒータから模擬金型に熱量を与えることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、冷媒の流動様式を模擬すると共に外部から視認可能にする冷媒状態模擬装置及び模擬熱量算出方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】冷媒の流動様式（液相流等）と熱伝達率との関係を示す図である。
【図２】本実施形態に係る模擬装置の構成図である。
【図３】本実施形態に係る模擬装置本体の斜視図である。
【図４】本実施形態に係る模擬装置本体の分解斜視図である。
【図５】本実施形態に係る模擬装置本体の平面図である。
【図６】本実施形態に係るヒータの断面図である。
【図７】本実施形態に係る模擬装置本体の断面図であり、エアシリンダが上昇し、ヒータが模擬金型に接触した状態を示している。
【図８】本実施形態に係る模擬装置本体の断面図であり、エアシリンダが下降し、ヒータが模擬金型から離間した状態を示している。
【図９】本実施形態に係る模擬装置の一動作例を示すタイムチャートである。
【図１０】（ａ）は、鋳造金型に溶湯を注入する実際鋳造における温度勾配を示し、（ｂ）は本実施形態に係る模擬装置における温度勾配を示す。
【図１１】溶湯（ヒータ）から金型に入力される熱量を示す棒グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
【００３０】
≪模擬装置の構成≫
本実施形態に係る冷媒状態模擬装置（模擬装置１００）は、鋳造金型内の冷媒流路を流れる冷媒の沸騰状態を模擬する装置である。
図２に示すように、模擬装置１００は、模擬装置本体１と、模擬装置本体１を経由するように冷媒を循環させる冷媒循環系と、冷媒ヒータ１２１と、カメラ１３１（撮像装置、可視化装置）と、入力装置１４１と、出力装置１４２と、装置全体を制御するコントローラ１５０（制御手段）と、を備えている。
【００３１】
＜模擬装置本体＞
模擬装置本体１は、鋳造金型及び溶湯を模擬（再現）するものである。模擬装置本体１は、図３〜図８に示すように、模擬金型１０と、窓パネル２１（窓部材）と、挟持装置３０と、４本（複数）の圧縮コイルばね４１（弾性部材）と、ヒータ５０と、エアシリンダ６１（接離手段）と、断熱材７１と、温度センサ１５と、温度センサ５９（金属体温度検出手段）と、を備えている。
【００３２】
＜模擬金型＞
模擬金型１０は、鋳造金型を模擬する肉厚の板体であり、ＳＫＤ材等の金属製である。模擬金型１０は、平面視で矩形を呈しており、その左右方向中央で前後方向に延びる長穴状の模擬冷媒流路１１を有している。つまり、模擬冷媒流路１１は、開口１２で外部に開口している。模擬冷媒流路１１は、鋳造金型の冷却回路を模擬するものであり、その内部を冷媒が通流する。模擬冷媒流路１１は、模擬金型１０に形成された入口ポート１３及び出口ポート１４を介して外部と連通している（図５参照）。
【００３３】
温度センサ１５（熱電対）は、模擬金型１０に埋設されている（図２参照）。温度センサ１５は、模擬金型１０の金型温度Ｔ１を検出し、コントローラ１５０に出力するようになっている。
【００３４】
＜窓パネル＞
窓パネル２１は、板状のパネルであって（図４参照）、模擬金型１０の上面に密着することで模擬冷媒流路１１の開口１２を塞ぎ、冷媒の外部への飛散を防止している。また、窓パネル２１は、ガラス等の透明材料で形成され透明であり、外部から窓パネル２１を介して、模擬冷媒流路１１を通流する冷媒の流動様式（沸騰状態）を視認可能となっている。なお、窓パネル２１は、適度な耐熱性及び耐圧性を備えている。
【００３５】
＜挟持装置＞
挟持装置３０は、模擬金型１０と窓パネル２１とを厚さ方向において挟持することで、模擬金型１０と窓パネル２１とを密着させるものである。挟持装置３０は、窓パネル２１の上面に重ねられる四角板状の上パネル３１と、模擬金型１０の下面に重ねられる四角枠状の下枠３２と、角部で上パネル３１及び下枠３２とを締結するボルト３３及びナット３４と、を備えている。
【００３６】
上パネル３１の略中央の模擬冷媒流路１１と対応する位置に、窓孔３１ａが形成されている。そして、外部から、窓孔３１ａ、窓パネル２１を介して、模擬冷媒流路１１の冷媒を視認可能となっている。
上パネル３１は、鉛直方向に延びる４本の支柱８１にボルト８２で締結され、４本の支柱８１に支持されている。
【００３７】
下枠３２の中空部は、鉛直方向において段違いで形成されており（図７、図８参照）、上方に開口した大形の大孔３２ａと、大孔３２ａに連通すると共に下方に開口した小形の小孔３２ｂとを備えている。
【００３８】
大孔３２ａは、平面視において、ヒータ５０及び断熱材７１よりも大きく形成されており、ヒータ５０及び断熱材７１が大孔３２ａの内周面に干渉せずに昇降自在となっている。
【００３９】
小孔３２ｂを取り囲む四角枠状の底壁部３２ｃは、エアシリンダ６１が下降した場合（図８参照）、断熱材７１の外縁部を下方から支持するようになっている。
【００４０】
これにより、エアシリンダ６１を縮退（下降）させ、底壁部３２ｃで断熱材７１及びヒータ５０を支持した状態でヒータ５０を昇温可能となっている。すなわち、ヒータ５０が模擬金型１０に接触しない状態でヒータ５０を溶湯に相当する温度に昇温させ、昇温したヒータ５０を模擬金型１０に接触させることにより、鋳造金型に高温の溶湯が注入される状態が再現されるようになっている。
【００４１】
＜圧縮コイルばね＞
圧縮コイルばね４１は、ボルト３３のボルト頭３３ａと下枠３２との間に介装されており、下枠３２を上方に付勢、つまり、模擬金型１０及び窓パネル２１が密着する方向に付勢している。これにより、例えば、金属製の模擬金型１０が厚さ方向（上下方向）において膨張／収縮しても、圧縮コイルばね４１がこれに追従して縮退／伸長し、模擬金型１０及び窓パネル２１の密着状態が維持され、模擬冷媒流路１１の冷媒が外部に漏れないようになっている。
【００４２】
すなわち、模擬冷媒流路１１を加圧された冷媒が通流する場合、この冷媒が開口１２の面積に比例した鉛直上向きの力で窓パネル２１を上方に押圧することになるが、圧縮コイルばね４１のばね力を前記鉛直上向きの力よりも大きくすることで、窓パネル２１と模擬金型１０との密着状態が維持される。圧縮コイルばね４１のばね長・ピッチは、模擬金型１０が厚さ方向において膨張しても、圧縮コイルばね４１が完全に縮退しないように設計される。
【００４３】
＜ヒータ＞
ヒータ５０は、鋳造金型に注入される溶湯（溶融金属）を模擬すると共に、模擬金型１０を加熱するものである。すなわち、ヒータ５０は、鋳造金型に注入後に温度低下することで溶融状態から凝固（固体）状態に変化すると共に、鋳造金型及び冷媒を加熱する溶湯を模擬するものである。溶湯ヒータ５０は、複数のヒータ本体５１と、金属体５５と、を備えている。
【００４４】
＜ヒータ−ヒータ本体＞
ヒータ本体５１は、通電することで発熱する電気ヒータで構成されている。ヒータ本体５１は電源５２と電気的に接続されており、コントローラ１５０が電源５２を制御することで、電源５２からヒータ本体５１に供給される電力が可変し、ヒータ本体５１の出力（加熱量）が制御されるようになっている。なお、ヒータ本体５１は、金属体５５に厚さ方向において複数形成された加工孔の内部にそれぞれ挿入されている（図６参照）。
【００４５】
＜ヒータ−金属体＞
金属体５５は、ヒータ本体５１で加熱されることで昇温し、模擬金型１０を全体的に加熱し易くするための熱媒体である。このような金属体５５は、アルミニウム合金、銅合金（黄銅）等で形成されている。
【００４６】
＜温度センサ＞
複数（図６では２つ）の温度センサ５９は、金属体５５に埋設されている。具体的には、複数の温度センサ５９は、金属体５５の厚さ方向において、ヒータ本体５１と同位置であって、等間隔で配置されている。そして、各温度センサ５９は、金属体５５の温度であるヒータ温度Ｔ２を検出し、コントローラ１５０に出力するようになっている。なお、コントローラ１５０は複数のヒータ温度Ｔ２を平均するようになっている。
【００４７】
＜エアシリンダ＞
エアシリンダ６１は、ヒータ５０を昇降することで、模擬金型１０に対してヒータ５０を接触／離間可能とする接離手段である。エアシリンダ６１は、ヒータ５０を下方から支持する支持板６２を備えている。そして、エアが供給されると支持板６２が上昇し（図７参照）、エアが排出されると支持板６２が下降するようになっている（図８参照）。なお、コントローラ１５０が、エアシリンダ６１に対してエアを供給するコンプレッサ及びエアを排出する排出弁（図示しない）を制御することで、支持板６２が昇降するようになっている。
【００４８】
したがって、（１）エアシリンダ６１を上昇させ、ヒータ５０と模擬金型１０との接触状態を維持したり、（２）エアシリンダ６１の上昇／下降を繰り返すことで、ヒータ５０と模擬金型１０との接触／離間（非接触）を繰り返すことが可能となっている。
【００４９】
＜断熱材＞
断熱材７１は、ヒータ５０の放熱を防止する板状部材であって、例えば、発泡コンクリート等の断熱性、つまり、熱伝達率の低い材料で形成されている。断熱材７１は、平面視においてヒータ５０と略同形で、ヒータ５０の下面に重ねられている。すなわち、断熱材７１は、ヒータ５０と支持板６２（エアシリンダ６１）との間に設けられている。この他、断熱材７１が支持板６２の上面に固定された構成でもよい。
【００５０】
＜冷媒循環系＞
図２に戻って説明を続ける。
冷媒循環系は、ポンプ１１１と、絞り弁１１２（膨張弁）と、放熱器１１３と、タンク１１４（リザーバ）と、オリフィス１１５と、温度センサ１１６（冷媒温度検出手段）と、圧力センサ１１７（圧力検出手段）と、流量センサ１１８（流量検出手段）と、を備えている。
【００５１】
ポンプ１１１の吐出口は、配管１１１ａを介して、入口ポート１３に接続されている（図５参照）。出口ポート１４は、配管１１２ａ、絞り弁１１２、配管１１２ｂ、放熱器１１３、配管１１３ａ、タンク１１４、配管１１４ａを介して、ポンプ１１１の吸込口に接続されている。そして、コントローラ１５０の指令に従ってポンプ１１１が作動すると、冷媒が模擬冷媒流路１１を経由して循環するようになっている。
【００５２】
ポンプ１１１は、冷媒を圧送する装置であり、その回転速度はコントローラ１５０によって制御される。ポンプ１１１の回転速度が高くなると、その吐出圧が高くなり、模擬冷媒流路１１における冷媒の圧力が高くなる関係となっている。
【００５３】
絞り弁１１２は、絞り量（開度）を調整可能な弁であって、例えば、バタフライ弁、ニードル弁で構成される。絞り量はコントローラ１５０によって制御され、絞り量が大きくなると（開度が小さくなると）、模擬冷媒流路１１における冷媒の圧力が高くなる関係となっている。
【００５４】
放熱器１１３は、冷媒の熱を外部に放熱する機器であり、空冷式、水冷式等で構成される。
タンク１１４は、冷媒を一時的に貯溜する容器である。
【００５５】
オリフィス１１５は、配管１１１ａの入口ポート１３（図５参照）側に設けられており、冷媒の通流する流路断面積を絞っている。これにより、ポンプ１１１とオリフィス１１５との間における冷媒の圧力が上昇し、冷媒の沸点が上昇するように構成されている。したがって、冷媒ヒータ１２１で加熱されても冷媒が沸騰し難くなっている。言い換えると、冷媒の圧力を高めることで、沸騰直前の冷媒が模擬冷媒流路１１に流入するようになっている。
【００５６】
温度センサ１１６は、配管１１２ａの出口ポート１４側に取り付けられており、配管１１２ａ内の冷媒温度Ｔ３を検出し、コントローラ１５０に出力するようになっている。なお、配管１１２ａ内の冷媒温度Ｔ３は、模擬冷媒流路１１の冷媒の温度と略等しい。
【００５７】
圧力センサ１１７は、配管１１２ａの出口ポート１４側に取り付けられており、配管１１２ａ内の冷媒圧力Ｐ１を検出し、コントローラ１５０に出力するようになっている。なお、配管１１２ａ内の冷媒圧力Ｐ１は、模擬冷媒流路１１の冷媒の圧力と略等しい。
【００５８】
流量センサ１１８は、配管１１２ａの出口ポート１４側に取り付けられており、配管１１２ａを通流する冷媒流量Ｑ１を検出し、コントローラ１５０に出力するようになっている。なお、配管１１２ａを通流する冷媒流量Ｑ１は、模擬冷媒流路１１の冷媒の流量と略等しい。
【００５９】
ここで、模擬冷媒流路１１を通流する冷媒を加圧する加圧手段は、ポンプ１１１と、絞り弁１１２と、これらを制御するコントローラ１５０と、を備えて構成されている。すなわち、冷媒の圧力を高める場合、コントローラ１５０は、ポンプ１１１の回転速度を高め、絞り弁１１２の絞り量を大きく（開度を小さく）する。そして、加圧手段で冷媒の圧力を可変しつつ、圧力センサ１１７を介して実際の冷媒圧力Ｐ１を監視しながら、冷媒の加圧沸騰状態を観察できる。
【００６０】
模擬冷媒流路１１を通流する冷媒の流量を可変する流量可変手段は、ポンプ１１１と、絞り弁１１２と、これらを制御するコントローラ１５０と、を備えて構成されている。すなわち、冷媒の流量を増加する場合、コントローラ１５０は、ポンプ１１１の回転速度を高め、絞り弁１１２の絞り量を小さく（開度を大きく）する。そして、流量可変手段で冷媒の流量を可変しつつ、流量センサ１１８を介して実際の冷媒流量Ｑ１を監視しながら、冷媒の加圧沸騰状態を観察できる。
【００６１】
＜冷媒ヒータ＞
冷媒ヒータ１２１は、模擬冷媒流路１１に流入する冷媒を加熱する電気ヒータであり、電源１２２から電力が供給されるようになっている。そして、コントローラ１５０が電源を制御することで、冷媒ヒータ１２１の出力（加熱量）が制御されるようになっている。
【００６２】
＜カメラ＞
カメラ１３１は、模擬冷媒流路１１の冷媒の流動様式（気泡流等）を撮像する装置である。具体的には、カメラ１３１は、上パネル３１の窓孔３１ａ、窓パネル２１を介して、模擬冷媒流路１１の冷媒の流動様式（加圧沸騰状態）を撮像し、その画像データをコントローラ１５０に出力するようになっている。
【００６３】
＜入力装置＞
入力装置１４１は、オペレータが模擬装置１００の運転条件を入力する装置であり、キーボート等を備えている。そして、入力装置１４１は、運転条件をコントローラ１５０に出力するようになっている。運転条件は、模擬冷媒流路１１における冷媒の圧力、流量、模擬冷媒流路１１に流入直前の冷媒の温度、ヒータ５０の目標温度、等である。
【００６４】
＜出力装置＞
出力装置１４２は、コントローラ１５０から入力される模擬冷媒流路１１の冷媒の流動様式に関する画像データを出力する装置であり、液晶モニタ等を備えている。
【００６５】
＜コントローラ＞
コントローラ１５０は、模擬装置１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００６６】
≪模擬装置の動作・効果≫
このような模擬装置１００の動作・効果を説明する。
コントローラ１５０が、入力装置１４１に入力された運転条件（冷媒温度・圧力・流量、ヒータ温度等）に従って、ポンプ１１１、絞り弁１１２、冷媒ヒータ１２１等を作動させ、冷媒を加圧状態で循環させる。なお、冷媒ヒータ１２１の加熱によって、冷媒が沸騰しないように、冷媒ヒータ１２１の加熱量、冷媒圧力を調整する。
【００６７】
これに並行して、コントローラ１５０は、ヒータ５０をＯＮし、ヒータ５０を昇温する。この場合において、ヒータ５０の目標ヒータ温度は、溶湯が温度低下の際に放出する顕熱に加えて、凝固（相変化）の際に放出する凝固潜熱も考慮して設定される。
【００６８】
温度センサ５９を介して検出されるヒータ５０のヒータ温度Ｔ２が目標ヒータ温度に到達すると、コントローラ１５０は、エアシリンダ６１を上昇させ、ヒータ５０を模擬金型１０に接触させた後（図７参照）、ヒータ５０をＯＦＦする。
【００６９】
そうすると、ヒータ５０の熱が、模擬金型１０を介して、模擬冷媒流路１１の冷媒に伝達し、ヒータ温度Ｔ２が低下する。これと同時に、冷媒の温度が上昇し、気化し始め（図１参照）、液相流から、気泡流、スラグ流、環状流、噴霧流のいずれかに変化する。このような冷媒の沸騰状態（流動様式）は、窓孔３１ａ、窓パネル２１を介して外部から視認される。
【００７０】
次いで、カメラ１３１が、冷媒の沸騰状態を撮像し、その画像データをコントローラ１５０に出力する。コントローラ１５０は、画像データを画像処理し（明るさ調整等）、画像処理後の画像データを出力装置１４２に出力する。出力装置１４２は、その液晶モニタ等に、画像処理後の画像データを表示し、冷媒の沸騰状態を可視化する。
【００７１】
そして、コントローラ１５０は、ヒータ５０から模擬金型１０に与えられた模擬熱量を、ヒータ５０の接触後におけるヒータ温度Ｔ２の変化量（低下量）に基づいて算出し、出力装置１４２に出力する。具体的には、ヒータ温度Ｔ２の低下量が大きくなるにつれて、また、金属体５５を構成する金属の比熱及び密度の積が大きくなるにつれて、模擬熱量が大きくなる関係となっている。
【００７２】
また、図９に示すように、ヒータ５０を模擬金型１０に接触させたまま、ヒータ５０のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す構成としてもよい。その他、ヒータ５０をＯＮしたまま、ヒータ５０の接触／離間を繰り返す構成としてもよい。
【００７３】
＜目標ヒータ温度の設定方法＞
次に、ヒータ５０の目標ヒータ温度の一設定方法を説明する。ここでは、ヒータ５０を目標ヒータ温度に昇温させた後、ヒータ５０を上昇させ、模擬金型１０に接触させる方法について説明する。
【００７４】
例えば、図１０（ａ）に示すように、アルミニウム合金製の鋳造品を製造する場合において、溶湯の温度（鋳込み温度）を６５０℃、鋳造品の取り出し温度を３５０℃としたとき、３００℃の温度低下分に相当する顕熱と、相変化（凝固）に伴う３７８℃に相当する凝固潜熱との合計に相当する熱量Ｑ５が、溶湯から鋳造金型に入力されることになる（図１１参照）。
【００７５】
なお、３７８℃に相当する凝固潜熱は、アルミニウム合金の凝固潜熱λを比熱Ｃｐで除することで得る（３７８＝９４．５５／０．２５、表１参照）。
【００７６】
【表１】
2014117709.tif 000003
【００７７】
この場合において、アルミニウム合金製の溶湯が凝固する際、溶湯から鋳造金型に入力される単位面積あたりの熱量Ｑ（ｋｃａｌ／ｍ２）は、式（１）で与えられる。なお、式（１）において、Δｔ１は、鋳造品の厚さ（キャビティの厚さ）である。ΔＴ１は、溶湯の注入温度（鋳込み温度）と製品取り出し温度との温度差である（図１０（ａ）参照）。
【００７８】
Ｑ＝Δｔ１×ρ×（ΔＴ１×Ｃｐ＋λ）  …（１）
【００７９】
模擬装置１００において、これと同等の熱量Ｑ６をヒータ５０から模擬金型１０に入力するには（図１０（ｂ）参照）、例えば、ヒータ５０の金属体５５をアルミニウム合金製、金属体５５の厚さを３５ｍｍとし、ヒータ５０を５００℃に昇温後、模擬金型１０に接触させ、４００℃に低下させることにより再現される（図１１参照）。
【００８０】
この場合において、ヒータ５０から模擬金型１０に入力される単位面積あたりの熱量Ｑ（ｋｃａｌ／ｍ２）は、式（２）で与えられる。なお、式（２）において、Δｔ２は、ヒータ５０（金属体５５）の厚さである。ΔＴ２は、模擬金型１０に接触時のヒータ５０の温度（目標ヒータ温度）と温度低下のヒータ温度（低下温度）との温度差である。
【００８１】
Ｑ＝Δｔ２×ρ×（ΔＴ２×Ｃｐ＋λ）  …（２）
【００８２】
ここで、式（２）に示されるように、温度差ΔＴ２（温度低下幅）を同一とした場合、密度ρと比熱Ｃｐとの積が大きくなるにつれて、ヒータ５０から模擬金型１０に入力される熱量Ｑが大きくなる。言い換えると、密度ρと比熱Ｃｐとの積を大きくすれば、ヒータ５０の厚さΔｔ２を小さくできる。
【００８３】
したがって、ヒータ５０の厚さΔｔ２を同一としたまま、ヒータ５０（金属体５５）の材質をアルミニウム合金から黄銅に変更すれば（表１参照）、密度ρと比熱Ｃｐとの積が大きくなるので、ヒータ５０から模擬金型１０に入力される熱量Ｑ６が増加することになる（図１１参照）。言い換えると、ヒータ５０（金属体５５）の材質をアルミニウム合金から黄銅に変更すれば（表１参照）、ヒータ５０の厚さΔｔ２を小さくしつつ（ヒータ５０を薄くしつつ）、同一の熱量Ｑ６を入力できる。
【００８４】
また、ヒータ５０による模擬金型１０の昇温時間を短縮するには、ヒータ５０を、高融点の材質（黄銅等）とすることにより、実現可能となる。
【００８５】
このようにして、冷媒の加圧沸騰状態を可視化できる。そして、模擬装置１００を使用して複数の運転条件で試験を繰り返すことにより、熱伝達率が高く実際の溶湯からの入熱により加圧沸騰し易い冷媒の運転条件（流量、圧力、温度）を求めることができる。このようにして求めた運転条件に従って実際に鋳造を行うことにより、溶湯を鋳造金型内で速やかに冷却し、良好な鋳造品を得ることができる。
【００８６】
また、冷媒によって、鋳造金型も速やかに冷却されることになるから、鋳造金型における温度勾配が小さくなる。そうすると、鋳造金型において温度勾配に基づく熱歪みが小さくなり、鋳造金型の厚さを薄くすることも可能となる。
【００８７】
≪変形例≫
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更できる。
【００８８】
前記した実施形態では、ヒータ５０が、ヒータ本体５１と金属体５５とを備える構成を例示したが、その他に例えば、通電により発熱する板状のヒータを、模擬金型１０に直接接触する構成としてもよい。
【００８９】
前記した実施形態では、エアシリンダ６１でヒータ５０を昇降する構成を例示したが、その他に例えば、油圧ジャッキ、電動モータによって昇降する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１      模擬装置本体
１０    模擬金型
１１    模擬冷媒流路
１２    開口
１５    温度センサ（模擬金型温度検出手段）
２１    窓パネル（窓部材）
３０    挟持装置（挟持手段）
４１    圧縮コイルばね（弾性部材）
５０    ヒータ
５１    ヒータ本体
５５    金属体
５９    温度センサ（金属体温度検出手段）
６１    エアシリンダ（接離手段）
７１    断熱材
１００  模擬装置
１１１  ポンプ（加圧手段）
１１２  絞り弁（加圧手段）
１１５  オリフィス（加圧手段）
１１６  温度センサ（冷媒温度検出手段）
１１７  圧力センサ（圧力検出手段）
１３１  カメラ（撮像手段）
１４１  入力装置
１４２  出力装置
１５０  コントローラ（制御手段）
Ｐ１    冷媒圧力
Ｔ１    金型温度
Ｔ２    ヒータ温度
Ｔ３    冷媒温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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