(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却物を収容する冷却槽と該冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を塞ぐ蓋体とを備え、
前記蓋体の下面に前記蓋体の周縁部に沿って前記冷却槽側に突出する蓋体側凸条縁を設け、
前記側壁の上端面に前記開口部周縁部かつ前記蓋体側凸条縁の内側に沿って前記蓋体側に突出する冷却槽側凸条縁を設け、
前記蓋体側凸条縁と前記冷却槽側凸条縁とが係合することにより、前記開口部を密封する冷却装置の気密構造において、
前記蓋体側凸条縁の先端面と前記側壁の上端面との間に介設されたチューブ固定部材を有し、
前記チューブ固定部材は、前記蓋体側凸条縁の先端面と対向する部分にアリ溝を形成し、
前記アリ溝に、内部に加温されたガスが供給可能なチューブが嵌合され、
閉蓋時に、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記チューブとが当接し、前記チューブが弾性変形することによって前記開口部を密封し、
前記チューブの内部に供給されるガスの圧力を調整することにより、前記アリ溝への前記チューブの脱着を可能とした冷却装置の気密構造。
【請求項２】
被冷却物を収容する冷却槽と該冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を塞ぐ蓋体とを備え、
前記蓋体の下面に前記蓋体の周縁部に沿って前記冷却槽側に突出する蓋体側凸条縁を設け、
前記側壁の上端面に前記開口部周縁部かつ前記蓋体側凸条縁の内側に沿って前記蓋体側に突出する冷却槽側凸条縁を設け、
前記蓋体側凸条縁と前記冷却槽側凸条縁とが係合することにより、前記開口部を密封する冷却装置の気密構造において、
前記蓋体側凸条縁の先端面と前記側壁の上端面との間に介設されたチューブ固定部材を有し、
前記チューブ固定部材は、前記蓋体側凸条縁の先端面と対向する部分にアリ溝を形成し、
前記アリ溝に、内部に加温されたガスが供給可能なチューブが嵌合され、
閉蓋時に、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記チューブとが当接し、前記チューブが弾性変形することによって前記開口部を密封し、
前記アリ溝の内部にヒーターを設けたことを特徴とする冷却装置の気密構造。
【請求項３】
被冷却物を収容する冷却槽と該冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を塞ぐ蓋体とを備え、
前記蓋体の下面に前記蓋体の周縁部に沿って前記冷却槽側に突出する蓋体側凸条縁を設け、
前記側壁の上端面に前記開口部周縁部かつ前記蓋体側凸条縁の内側に沿って前記蓋体側に突出する冷却槽側凸条縁を設け、
前記蓋体側凸条縁と前記冷却槽側凸条縁とが係合することにより、前記開口部を密封する冷却装置の気密構造において、
前記蓋体側凸条縁の先端面と前記側壁の上端面との間に介設されたチューブ固定部材を有し、
前記チューブ固定部材は、前記蓋体側凸条縁の先端面と対向する部分にアリ溝を形成し、
前記アリ溝に、内部に加温されたガスが供給可能なチューブが嵌合され、
閉蓋時に、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記チューブとが当接し、前記チューブが弾性変形することによって前記開口部を密封し、
前記チューブ固定部材が前記冷却槽よりも熱伝導率が低い素材で形成されていることを特徴とする冷却装置の気密構造。
【請求項４】
前記アリ溝の内部にヒーターを設けたことを特徴とする請求項１記載の冷却装置の気密構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置の気密構造に関し、詳しくは、液体窒素などを用いて冷却槽内に収容された被冷却物を冷却するバッチ型低温冷却装置（例えば、冷凍食品を製造する際に用いる食品凍結装置や金属材料のサブゼロ処理に用いるサブゼロ処理装置）の蓋部における気密構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機械部品等の鉄鋼材の高度や靱性等の性能の向上を図るために、機械部品等の鉄鋼材を０℃以下の低温に冷却するサブ処理を行うためのサブゼロ処理装置として、冷却槽内に導入された液体窒素を冷却槽内の撹拌ファンにより霧状に拡散させると共に、冷却槽内の低温窒素ガスを撹拌することで、冷却槽内の被冷却物を冷却するサブゼロ処理装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
このようなサブゼロ処理装置の冷却槽の上部には、冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を有しており、該開口部から被冷却物の出し入れを行う。この開口部を蓋体によって塞ぐ際に、冷却装置を密封するために、蓋体の下面側に、蓋体の周縁部に沿って、冷却槽の側壁の上端面に当接する軟質合成樹脂製の巴型のパッキンを、固定用の板材を介して取り付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４６７９６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、軟質合成樹脂製のパッキンは、その柔軟性により、接触面の多少の凹凸や構造材の歪みにも対応できるという利点を有しているが、−５０℃以下のような低温条件下では、軟質合成樹脂材料の硬化によって気密性が低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、冷却槽内の気密性を保つために、冷却槽側のシール面に均等に圧縮力が作用してパッキンが密着するように蓋体を調整する必要があるが、常温時に調整を行っても、−５０℃以下のような低温条件下では、冷却槽の構造材（ステンレス）に歪みが生じてしまい、常温時にはなかった隙間が発生し、硬化して変形してしまったパッキンでは、その隙間に対応できず、シール性が悪くなってしまう場合があった。さらに、巴形のパッキンを、固定用の板材によって抑え込むように蓋体に取り付けているため、パッキンが劣化した際の交換を容易に行うことができなかった。
【０００７】
そこで本発明は、低温条件下でも十分な気密性を得ることができ、メンテナンスも容易に行うことができる冷却装置の気密構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の冷却装置の気密構造は、被冷却物を収容する冷却槽と該冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を塞ぐ蓋体とを備え、前記蓋体の下面に前記蓋体の周縁部に沿って前記冷却槽側に突出する蓋体側凸条縁を設け、前記側壁の上端面に前記開口部周縁部かつ前記蓋体側凸条縁の内側に沿って前記蓋体側に突出する冷却槽側凸条縁を設け、前記蓋体側凸条縁と前記冷却槽側凸条縁とが係合することにより、前記開口部を密封する冷却装置の気密構造において、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記側壁の上端面との間に介設されたチューブ固定部材を有し、前記チューブ固定部材は、前記蓋体側凸条縁の先端面と対向する部分にアリ溝を形成し、前記アリ溝に、内部に加温されたガスが供給可能なチューブが嵌合され、閉蓋時に、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記チューブとが当接し、前記チューブが弾性変形することによって前記開口部を密封し、前記チューブの内部に供給されるガスの圧力を調整することにより、前記アリ溝への前記チューブの脱着を可能としたことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の冷却装置の気密構造は、被冷却物を収容する冷却槽と該冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を塞ぐ蓋体とを備え、前記蓋体の下面に前記蓋体の周縁部に沿って前記冷却槽側に突出する蓋体側凸条縁を設け、前記側壁の上端面に前記開口部周縁部かつ前記蓋体側凸条縁の内側に沿って前記蓋体側に突出する冷却槽側凸条縁を設け、前記蓋体側凸条縁と前記冷却槽側凸条縁とが係合することにより、前記開口部を密封する冷却装置の気密構造において、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記側壁の上端面との間に介設されたチューブ固定部材を有し、前記チューブ固定部材は、前記蓋体側凸条縁の先端面と対向する部分にアリ溝を形成し、前記アリ溝に、内部に加温されたガスが供給可能なチューブが嵌合され、閉蓋時に、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記チューブとが当接し、前記チューブが弾性変形することによって前記開口部を密封し、前記チューブの内部に供給されるガスの圧力を調整することにより、前記アリ溝への前記チューブの脱着を可能としたことを特徴としている。さらに、本発明の冷却装置の気密構造は、被冷却物を収容する冷却槽と該冷却槽の側壁によって囲まれた開口部を塞ぐ蓋体とを備え、前記蓋体の下面に前記蓋体の周縁部に沿って前記冷却槽側に突出する蓋体側凸条縁を設け、前記側壁の上端面に前記開口部周縁部かつ前記蓋体側凸条縁の内側に沿って前記蓋体側に突出する冷却槽側凸条縁を設け、前記蓋体側凸条縁と前記冷却槽側凸条縁とが係合することにより、前記開口部を密封する冷却装置の気密構造において、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記側壁の上端面との間に介設されたチューブ固定部材を有し、前記チューブ固定部材は、前記蓋体側凸条縁の先端面と対向する部分にアリ溝を形成し、前記アリ溝に、内部に加温されたガスが供給可能なチューブが嵌合され、閉蓋時に、前記蓋体側凸条縁の先端面と前記チューブとが当接し、前記チューブが弾性変形することによって前記開口部を密封し、前記アリ溝の内部にヒーターを設けたり、前記チューブ固定部材が前記冷却槽よりも熱伝導率が低い素材で形成されていたりすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の冷却装置の気密構造によれば、チューブ内に加温されたガスを供給して、チューブを所定の温度に保つことで、低温条件下でもチューブの硬化を抑制することができる。また、チューブ内に加温されたガスを供給することでチューブが加圧され、シール面にチューブを押し付ける方向の力が常に働くため、十分な気密性が得られる。さらに、蓋体側凸条縁と冷却槽側凸条縁とが段差を介して係合していることによって、チューブ内に供給される加温ガスによって、チューブ周辺の空気が暖められても、その暖められた空気が冷却槽内へ侵入することを抑えることができる。
【００１１】
また、チューブ内にガスを供給して、チューブを加圧することにより、チューブ固定部材のアリ溝にチューブを固定するこができ、チューブ内の圧力を下げれば、チューブの脱着が容易に行うことができ、劣化したチューブの交換が容易にできるので、メンテナンス性も高い。
【００１２】
さらに、アリ溝の内部にヒーターを設けることで、確実にチューブの硬化を防ぐことができる。また、チューブ固定部材を冷却槽よりも熱伝導率が低い素材で形成することにより、加温されたガスやヒーターによる熱が冷却槽内に侵入することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の冷却装置の気密構造を適用したサブゼロ処理装置の一形態を示す説明図である。
【図２】図１に示すサブゼロ処理装置の冷却槽の図１に示すＡ視方向の断面図である。
【図３】図１に示すサブゼロ処理装置の冷却槽の図１に示すＢ視方向の断面図である。
【図４】図１に示すサブゼロ処理装置の蓋体の開状態を示す要部の断面図である。
【図５】同じく閉状態を示す要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１乃至図３は、本発明の冷却装置の気密構造を適用したサブゼロ処理装置の一形態を示すものであり、図１は冷却槽が側面方向から透過されている図となっており、図２は冷却槽内を図１のＡ視方向からの、図３は冷却槽内を図１のＢ視方向からのそれぞれ断面図である。
【００１５】
本形態例に示されるサブゼロ処理装置１０は、冷却槽１１と、蓋体１２と、温度センサ（ＴＥ）１３と、温度調節計（ＴＩＣ）１４と、冷媒供給ライン１５と、冷媒供給部１６と、冷媒導入弁１７と、整流部材１８と、撹拌ファン１９と、回転軸２０と、回転駆動装置２１とを有している。
【００１６】
冷却槽１１は、ステンレス製で矩形状の底板１１ａと、底板１１ａの外縁を囲むように配置された４枚のステンレス製の側壁１１ｂとが一体となっており、冷却槽１１内の上部側に側壁１１ｂによって囲まれた開口部１１ｃを形成している。この開口部１１ｃから被冷却物１の出し入れを行う。また、冷却槽１１の内部は、整流部材１８によって、被冷却物１を載置する被冷却物載置室２２と撹拌ファン１９を収容するファン収容室２３とに区切られている。
【００１７】
冷媒供給ライン１５は、液体冷媒供給源（図示しない）から供給される液冷媒、例えば液体窒素をファン収容室２３内に配置された冷媒供給部１６から冷却槽１１内に導入するための配管であり、冷媒導入弁１７によって供給量が調整される。
【００１８】
温度センサ１３は、先端部１３ａがファン収容室２３内に配置され、温度調節計１４と電気的に接続され、ファン収容室２３内の温度データを温度調節計１４に送信する。温度センサ１３には、例えば、先端部１３ａを温接点接合点とする熱電対を用いることができる。
【００１９】
温度調節計１４は、温度センサ１３及び冷媒導入弁１７と電気的に接続され、温度センサ１３から送られたファン収容室２３内の温度が所定の温度範囲（例えば、−８０℃〜−７０℃）内となるように、液冷媒導入弁１７の開閉（開度を含む）を調節する。
【００２０】
整流部材１８は、均一な厚さである板状部材１８ａと、板状部材１８ａに設けられた吸い込み口１８ｂ及び２つの吹き出し口１８ｃ，１８ｃとで形成されている。板状部材１８ａの上端面は蓋体１２の下面と接触し、板状部材１８ａの下端面は底板１１ａの上面と接触し、板状部材１８ａの横方向の両端面はそれぞれ側壁１１ｂの内面と接触しており、冷却槽１１内を被冷却物載置室２２とファン収容室２３とに区切っている。
【００２１】
吸い込み口１８ｂは、被冷却物載置室２２の雰囲気をファン収容室２３に導くためのものであり、板状部材１８ａの中央部で撹拌ファン１９と対向する部分に、撹拌ファン１９の外径と略等しい大きさに貫通するように設けられている。また、吹き出し口１８ｃ，１８ｃは、ファン収容室２３の雰囲気を被冷却物載置室２２に導くためのものであり、吸い込み口１８ｂと側壁１１ｂとの間に位置する板状部材を上下方向に貫通させたスリット状に形成されている。
【００２２】
撹拌ファン１９は、吸い込み口１８ｂと対向するように、ファン収容室２３内に配置されており、側壁１１ｂを貫通する回転軸２０の一端と接続されている。回転軸２０の他端は、冷却槽１１の外部に設けられた回転駆動装置２１と接続されており、撹拌ファン１９は、回転軸２０を介して、回転駆動装置２１により回転される。
【００２３】
撹拌ファン１９は、撹拌ファン１９の側面に冷媒供給部１６を介して供給された液冷媒を霧状又はガス状にするとともに、冷却槽１１内の雰囲気を撹拌する。吸い込み口１８ｂを介して吸い込まれた被冷却物載置室２２の雰囲気は、撹拌ファン１９の後方に広がり、ファン収容室２３の雰囲気は、吹き出し口１８ｃ，１８ｃを介して、被冷却物載置室２２に導入される。このように整流部材１８によって、撹拌ファン１９による撹拌作用を向上させることにより、被冷却物載置室２２の温度分布が均一化され、被冷却物１が均一に冷却される。
【００２４】
また、側壁１１ｂには、冷媒の供給により、冷却槽１１内の圧力が上昇して所定の上限圧力値を超えた場合に、冷却槽１１内のガスの一部を外部に排気するための排気口２４が設けられている。
【００２５】
次に、図１乃至図３に加え、図４及び図５を用いて、冷却槽１１の開口部１１ｃを蓋体１２によって密封する気密構造について説明する。
【００２６】
蓋体１２は、ステンレス製の矩形状の天板部３０と、該天板部３０の下面の周縁部に沿って一周するように冷却槽１１側に突出する蓋体側凸条縁３１とで形成されている。
【００２７】
また、冷却槽１１の側壁１１ｂの上端面３２には、開口部１１ｃの周縁部及び蓋体側凸条縁３１の内側（開口部側）に沿って一周するように蓋体１２側に突出する冷却槽側凸条縁３３が設けられており、蓋体側凸条縁３１の段差と冷却槽側凸条縁３３との段差とが係合するようにして、蓋体１２が開口部１１ｃを塞ぐ。
【００２８】
さらに、蓋体側凸条縁３１と冷却槽１１の側壁１１ｂの上端面３２との間には、チューブ３４を保持するチューブ固定部材３５が介設されている。チューブ固定部材３５は、蓋体側凸条縁３１の先端面３１ａと側壁１１ｂの上端面３２との間に介在する本体部３５ａと、蓋体側凸条縁３１の内側壁３１ｂと冷却槽側凸条縁３３の外側壁３３ａとの間に介在する立上がり部３５ｂとからなる断面Ｌ字状の部材であり、冷却槽１１の素材よりも熱伝導率が低い素材、例えば、ベークライトによって形成されている。チューブ固定部材３５は、接着剤又はボルト等の任意の手段により、側壁１１ｂの上端面３２に固定される。
【００２９】
また、チューブ固定部材３５の本体部３５ａには、チューブ３４を保持するための断面形状が等脚台形であるアリ溝３５ｃが、冷却槽１１の側壁１１ｂの周縁部に沿って一周するように設けられる。
【００３０】
チューブ３４は、内部に加温されたガスが供給可能な耐熱性かつ柔軟性をもつ、例えばシリコン製のチューブである。アリ溝３５ｃの断面形状の台形の上辺の幅は、チューブ内にガスが供給されていない状態のチューブ３４の外径より若干小さく、台形の高さ（アリ溝３５ｃの深さ）はチューブ３４を設置した際にチューブ３４がパッキンとして機能する程度の深さにするのが好ましく、例えば、外径９．５３ｍｍのチューブ３４を用いる場合には、アリ溝３５ｃの断面形状の台形の上辺の幅は９ｍｍ程度、深さは４．５ｍｍ程度とすればよい。
【００３１】
したがって、チューブ３４の外径がアリ溝３５ｃの断面形状の台形の上辺の幅よりも小さいものの、チューブ内にガスが供給されていない状態では、チューブ３４の柔軟性によってアリ溝３５ｃ内へのチューブ３４の脱着を容易に行うことができる。また、チューブ内にガスが供給されていない状態でも、チューブ３４の柔軟性によってアリ溝３５ｃ内に嵌合して固定されるが、チューブ３４内部にガスが供給されると、チューブ３４が膨らみ、チューブ３４の内圧でアリ溝３５ｃの断面形状の台形上辺部に食い込むようになり、さらに強固に固定される。また、アリ溝３５ｃの内部の隙間には、ヒーター４２，４２が設置されている。
【００３２】
チューブ３４へのガス、例えば窒素ガスの供給は、窒素ガス供給源（図示しない）から供給される窒素ガスを減圧弁３６により減圧した上で、加温器３７により３０℃ほど加熱し、流量調整弁３８で流量を制御した状態で、チューブ用ガス導入部３９を介して行われる。チューブ３４内に供給された窒素ガスは、チューブ用ガス導入部３９と対向する箇所に設けたチューブ用ガス排気部４０により排気される。
【００３３】
チューブ用ガス排気部４０の下流側には保圧弁４１が設けられ、チューブ内の圧力が大気圧以上０．２ＭＰａ以下の一定の圧力に保持される。また、図２に示されるように、左右対称に窒素ガスを供給可能にするため、チューブ用ガス導入口３９及びチューブ用ガス排気口４０は、それぞれ対向する側壁１１ｂの略中心に設けられている。また、チューブ用ガス導入口３９及びチューブ用ガス排気口４０に対応するチューブ固定部材３５の本体部３５ａにも溝が形成されている。
【００３４】
このように構成することにより、図５に示されるように、蓋体１２で開口部１１ｃを閉じた場合には、蓋体側凸条縁３１の先端面３１ａとチューブ３４とが当接し、チューブ３４が弾性変形することによって密封する。さらに、チューブ３４内に供給されたガスによって、チューブ３４が加圧され、シール面にチューブ３４を押し付ける方向の力が常に働くため、気密性が維持される。また、チューブ３４内に供給されるガスが加温されているので、低温条件下でもチューブ３４の硬化が抑制され、接触面の凹凸や構造材の歪みにも対応することができる。また、チューブ３４がヒーター４２で加熱されることにより、チューブ３４の低温硬化をより確実に防止し、チューブ３４の柔軟性を保持することができる。
【００３５】
また、チューブ固定部材３５が冷却槽１１よりも熱伝導率が低い素材で形成されているので、チューブ３４内に供給される窒素ガスやヒーター４２の熱が冷却槽内に侵入するのを防ぐことができる。さらに、蓋体側凸条縁と冷却槽側凸条縁とが段差を介して係合することによって、熱移動の抵抗となり、チューブ３４周辺の空気が暖められても、冷却槽１１内へ侵入することが抑制されるため、冷却槽１１内部での被冷却物１への冷却には影響を与えない。
【００３６】
なお、上記形態例では、金属材料のサブゼロ処理に用いるサブゼロ処理装置を用いて説明したが、本願の冷却装置の気密構造は、冷凍食品を製造する際に用いる食品凍結装置等、冷却槽内に収容された被冷却物を冷却する各種のバッチ型低温冷却装置に適用することができる。
【００３７】
また、冷却槽の開口部が上部に形成されておらず、側面に開口部が形成されており、蓋体が扉状に開閉するような冷凍装置であっても、本願の気密構造を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…サブゼロ処理装置、１１…冷却槽、１１ａ…底板、１１ｂ…側壁、１１ｃ…開口部、１２…蓋体、１３…温度センサ、１４…温度調節計、１５…冷媒供給ライン、１６…冷媒供給部、１７…冷媒導入弁、１８…整流部材、１８ａ…板状部材、１８ｂ…吸い込み口、１８ｃ…吹き出し口、１９…撹拌ファン、２０…回転軸、２１…回転駆動装置、２２…被冷却物載置室、２３…ファン収容室、２４…排気口、３０…天板部、３１…蓋体側凸条縁、３１ａ…先端面、３１ｂ…内側壁、３２…上端面、３３…冷却槽側凸条縁、３３ａ…外側壁、３４…チューブ、３５…チューブ固定部材、３５ａ…本体部、３５ｂ…立上り部、３５ｃ…アリ溝、３６…減圧弁、３７…加温器、３８…流量調整弁、３９…チューブ用ガス導入部、４０…チューブ用ガス排気部、４１…保圧弁、４２…ヒーター
【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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