(57)【要約】【課題】冷却装置において、冷却対象物をより低温まで確実に冷却し、冷却対象物を冷却することで高温化した冷却剤をより低温に冷却する。【解決手段】冷却対象物Ｘを冷却槽１に貯留された冷却剤Ｙ中に浸漬することによって冷却する冷却装置であって、冷却対象物Ｘを冷却することによって加温した冷却剤Ｙを冷却する場合に、冷却剤Ｙを強制流動させる流動化手段Ａと、流動状態の冷却剤Ｙを熱交換によって冷却する熱交換手段６とを具備する。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却対象物（Ｘ）を冷却槽（１）に貯留された冷却剤（Ｙ）中に浸漬することによって冷却する冷却装置であって、
冷却対象物（Ｘ）を冷却することによって加熱された冷却剤（Ｙ）を冷却する場合に、冷却剤（Ｙ）を強制流動させる流動化手段（Ａ）と、
流動状態の冷却剤（Ｙ）を熱交換によって冷却する熱交換手段（６）と
を具備することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
流動化手段（Ａ）は、
一方から吸入した冷却剤（Ｙ）を他方に吐出するポンプ（５）と、
該ポンプ（５）を駆動する駆動手段（Ｂ）と、
駆動手段（Ｂ）を制御する制御手段（８）と
を具備することを特徴とする請求項１記載の冷却装置。
【請求項３】
一端が冷却槽（１）の所定部位に連結されると共に、他端が前記所定部位と離間した部位に連結される配管（４）を具備し、
ポンプ（５）及び熱交換手段（６）は、配管（４）の途中部位に設けられることを特徴とする請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
熱交換手段（６）をバイパスするバイパス配管（４ａ）と、
該バイパス配管（４ａ）あるいは熱交換手段（６）に択一的に冷却剤（Ｙ）を導く経路選択手段（Ｃ）とをさらに備え、
経路選択手段（Ｃ）は、冷却剤（Ｙ）を冷却しない場合には、冷却剤（Ｙ）をバイパス管（４ａ）に導き、
流動化手段（Ａ）は、冷却剤（Ｙ）を冷却しない場合にも冷却剤（Ｙ）を強制流動させることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
流動化手段（Ａ）は、冷却槽（１）内の冷却剤（Ｙ）の温度を測定する温度計測手段（７）をさらに備え、
制御手段（８）は、温度計測手段（７）によって測定される温度が所定の目標温度となるように駆動手段を制御することを特徴とする請求項２〜４いずれかに記載の冷却装置。
【請求項６】
冷却槽（１）内の冷却剤（Ｙ）を攪拌する攪拌手段（２）を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
冷却槽（１）内の冷却剤（Ｙ）を加温する加温手段（３）を備えることを特徴とする請求項１〜６いずれかに記載の冷却装置。
【請求項８】
冷却槽（１）を不活性雰囲気の容器内に設置することを特徴とする請求項１〜７いずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】
冷却対象物（Ｘ）を冷却槽（１）に貯留された冷却剤（Ｙ）中に浸漬することによって冷却する冷却方法であって、
冷却対象物（Ｘ）を冷却することによって加熱した冷却剤（Ｙ）を冷却する場合に冷却剤（Ｙ）を強制流動させ、この流動状態の冷却剤（Ｙ）を熱交換によって冷却することを特徴とする冷却方法。
【請求項１０】
冷却剤（Ｙ）を一方から他方に強制流動させ、該強制流動の流速を制御することを特徴とする請求項９記載の冷却方法。
【請求項１１】
一端が冷却槽（１）の所定部位に連結されると共に、他端が前記所定部位と離間した部位に連結される配管（４）の途中部位において冷却剤（Ｙ）を強制流動させ、冷却することを特徴とする請求項１０記載の冷却方法。
【請求項１２】
冷却剤（Ｙ）を冷却しない場合には、冷却剤（Ｙ）を熱交換手段（６）をバイパスさせて強制流動させることを特徴とする請求項９〜１１いずれかに記載の冷却方法。
【請求項１３】
冷却槽（１）内の冷却剤（Ｙ）の温度を計測し、該温度に基づいて冷却剤（Ｙ）の強制流動の流速を制御することを特徴とする請求項１０〜１２いずれかに記載の冷却方法。
【請求項１４】
冷却槽（１）内の冷却剤（Ｙ）を攪拌することを特徴とする請求項９〜１３いずれかに記載の冷却方法。
【請求項１５】
冷却対象物（Ｘ）を浸漬する以前に冷却槽（１）内の冷却剤（Ｙ）を加温することを特徴とする請求項９〜１４いずれかに記載の冷却方法。
【請求項１６】
冷却槽（１）を不活性雰囲気の容器内に設置することを特徴とする請求項９〜１５いずれかに記載の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却対象物を冷却剤によって冷却する冷却装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば金属材の焼入れ処理では、加熱処理された金属材（冷却対象物）を冷却装置を用いて冷却する。一般に上記冷却装置には、冷却油等の冷却剤をスクリュー等の攪拌器で流動化させるアジテータ式のものが用いられる。このような冷却装置は、油槽内に設けられたヒータ等の加熱器によって冷却油を所定の温度（通常は８０度〜２００度）に保持し、該冷却油に金属材を浸漬することによって金属材を冷却する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなアジテータ式の冷却装置は、金属材を冷却することで高温化した冷却油を冷却する能力が低いため、金属材の冷却に伴って冷却油の温度が所定の温度より上昇してしまう。このため、従来の冷却装置は、金属材と冷却油が熱平衡状態となる約２５０度程度までしか金属材を冷却することができなかった。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）冷却装置及び方法において、冷却対象物をより低温まで確実に冷却する。
（２）冷却対象物を冷却することで高温化した冷却剤をより低温に冷却する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、冷却装置に係わる第１の手段として、冷却対象物を冷却槽に貯留された冷却剤中に浸漬することによって冷却する冷却装置であって、冷却対象物を冷却することによって加熱した冷却剤を冷却する場合に、冷却剤を強制流動させる流動化手段と、流動状態の冷却剤を熱交換によって冷却する熱交換手段とを具備するという構成を採用する。
【０００６】
冷却装置に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、流動化手段は、一方から吸入した冷却剤を他方に吐出するポンプと、該ポンプを駆動する駆動手段と、駆動手段を制御する制御手段とを具備するという構成を採用する。
【０００７】
冷却装置に係わる第３の手段として、上記第２の手段において、一端が冷却槽の所定部位に連結されると共に、他端が上記所定部位と離間した部位に連結される配管を具備し、ポンプ及び熱交換手段は、配管の途中部位に設けられるという構成を採用する。
【０００８】
冷却装置に係わる第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段おいて、熱交換手段をバイパスするバイパス配管と、該バイパス配管あるいは熱交換手段に択一的に冷却剤を導く経路選択手段とをさらに備え、経路選択手段は、冷却剤を冷却しない場合には、冷却剤をバイパス管に導き、流動化手段は、冷却剤を冷却しない場合にも冷却剤を強制流動させるという構成を採用する。
【０００９】
冷却装置に係わる第５の手段として、上記第２〜第４いずれかの手段において、流動化手段は、冷却槽内の冷却剤の温度を測定する温度計測手段をさらに備え、制御手段は、温度計測手段によって測定される温度が所定の目標温度となるように駆動手段を制御するという構成を採用する。
【００１０】
冷却装置に係わる第６の手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、冷却槽内の冷却剤を攪拌する攪拌手段を備えるという構成を採用する。
【００１１】
冷却装置に係わる第７の手段として、上記第１〜第６いずれかの手段において、冷却槽内の冷却剤を加温する加温手段を備えるという構成を採用する。
【００１２】
冷却装置に係わる第８の手段として、上記第１〜第７いずれかの手段において、冷却槽を不活性雰囲気の容器内に設置するという構成を採用する。
【００１３】
冷却方法に係わる第１の手段として、冷却対象物を冷却剤中に浸漬することによって冷却する冷却方法であって、冷却対象物を冷却することによって加温した冷却剤を冷却する場合に冷却剤を強制流動させ、この流動状態の冷却剤を熱交換によって冷却するという方式を採用する。
【００１４】
冷却方法に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、冷却剤を一方から他方に強制流動させ、該強制流動の流速を制御するという方式を採用する。
【００１５】
冷却方法に係わる第３の手段として、上記第２の手段において、一端が冷却槽の所定部位に連結されると共に、他端が上記所定部位と離間した部位に連結される配管の途中部位において冷却剤を強制流動させ、冷却するという方式を採用する。
【００１６】
冷却方法に係わる第４の手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、冷却剤を冷却しない場合には、冷却剤を熱交換手段をバイパスさせて冷却剤を強制流動させるという方式を採用する。
【００１７】
冷却方法に係わる第５の手段として、上記第２〜第４いずれかの手段において、冷却槽内の冷却剤の温度を計測し、該温度に基づいて冷却剤の強制流動の流速を制御するという方式を採用する。
【００１８】
冷却方法に係わる第６の手段として、上記第１〜第５いずれかの手段において、冷却槽内の冷却剤を攪拌するという方式を採用する。
【００１９】
冷却方法に係わる第７の手段として、上記第１〜第６いずれかの手段において、冷却対象物を浸漬する以前に冷却槽内の冷却剤を加温するという方式を採用する。
【００２０】
冷却方法に係わる第８の手段として、上記第１〜第７いずれかの手段において、冷却槽を不活性雰囲気の容器内に設置するという方式を採用する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる冷却装置及び方法の一実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態における冷却装置の全体図である。この図において、符号１は油槽（冷却槽）、２は攪拌部（攪拌手段）、３はヒータ（加温手段）、４は配管、５はポンプ、６は熱交換器（熱交換手段）、７は温度計（温度計測手段）、８は制御部（制御手段）である。またＡは流動化部（流動化手段）、Ｂは駆動部（駆動手段）、Ｃは経路選択部（経路選択手段）、Ｘは金属材（冷却対象物）、Ｙは冷却油（冷却剤）である。
【００２３】
油槽１の内部には、冷却油Ｙが貯留されており、金属材Ｘはこの冷却油Ｙの中に浸漬されることによって冷却される。攪拌部２は、冷却油Ｙを攪拌するものであり、攪拌部用モータ２ａ及びプロペラ２ｂから構成されている。攪拌部用モータ２ａは、上記油槽１の外部に設置されており、連結棒を介して油槽１の内部、すなわち冷却油Ｙの中に設置されたプロペラ２ｂを回転させる。ヒータ３もまた油槽１の内部に設置される。このヒータ３は、金属材Ｘが冷却油Ｙに浸漬される以前に冷却油Ｙの温度を所定の温度（通常８０度〜２００度）に温度設定しておくものである。上記攪拌部２及びヒータ３は、図示するように、油槽１の右端及び左端に各々設けられる。
【００２４】
配管４は、一端が油槽１の所定部位に連結されると共に、他端が上記所定部位と離間した部位に連結されるものである。すなわち、配管４の一端は、図示するように油槽１の右端の側面に連結され、他端は、油槽１の底面に連結される。また、配管４は、油槽１の外部に設置される。
【００２５】
流動化部Ａは、駆動部Ｂ、ポンプ５、温度計７及び制御部８から構成されている。流動化部Ａは、冷却油Ｙを所定の流速で強制流動させる。この駆動部Ｂは、ポンプ５を駆動するものであり、インバータＢ１及び駆動部用モータＢ２から構成されている。ポンプ５は、上記配管４の途中部位に設置され、冷却油Ｙを直接的に強制流動させるものである。また、温度計７は、油槽１内の冷却油Ｙの温度を測定するものである。すなわち、温度計７は、油槽１の側面に連結された配管４ａの一端とポンプ５との間に設置されることによって油槽１内の冷却油Ｙの温度を計測し、温度計測信号として制御部８に出力するものであり、制御部８は、温度計７によって測定される温度が所定の目標温度となるように駆動部Ｂを制御する。つまり、制御部８は、上記温度計測信号に基づいてポンプ５の稼動状態を制御する。
【００２６】
熱交換器６は、流動状態の冷却油Ｙを熱交換によって冷却するものである。この熱交換器６は、ポンプ５の下流側に設置される。また、配管４には、熱交換器６をバイパスするバイパス管４ａが設けられている。すなわち、バイパス管４ａは、ポンプ５を経由した冷却油Ｙがダイレクトに油槽１に流入するためのものである。
【００２７】
経路選択部Ｃは、バイパス管４ａあるいは熱交換器６に択一的に冷却油Ｙを導くものであり、上記流動化部Ａの構成要素である制御部８とバイパス管用バルブＶ１及び熱交換器用バルブＶ２から構成される。バイパス管用バルブＶ１は、バイパス管４ａ設置される。また、熱交換器用バルブＶ２は、バイパス管４ａの分岐点と熱交換器との間に設置される。このバイパス管用バルブＶ１及び熱交換器用バルブＶ２は、制御部８から入力される信号に基づいて開閉状態を制御される。
【００２８】
制御部８は、金属材Ｘの冷却状態を時間を計測して把握することで、その金属材Ｘの冷却状態に適した温度の冷却油Ｙが油槽１に流入するようにバイパス管用バルブＶ１及び熱交換器用バルブＶ２のいずれかを開閉状態にする。すなわち、制御部８がバイパス管用バルブＶ１及び熱交換器用バルブＶ２の開閉状態を制御することによって１つの金属材Ｘに対して冷却油Ｙの温度を可変設定することができる。
【００２９】
安全弁Ｖａは、例えば、本冷却装置を部分的にメンテナンスする場合に冷却油Ｙがメンテナンスが行われる部分に流入しないようにするために配管４に設置されるものであり、熱交換器６の近傍の上流及び下流、油槽１の側面に連結された一端の近傍及び油槽１の底面に連結された他端の近傍の計４つ設置されている。
【００３０】
次に、このように構成された冷却装置の動作及び冷却方法について説明する。
【００３１】
ポンプ５の回転によって冷却油Ｙは、油槽１の側面に連結された配管４の一端からポンプ５を経由して油槽１の底面に連結された配管４の他端に向け循環される。まず、ヒータ３によって冷却油Ｙは、所定の温度（８０度〜２００度）に温度設定される。この場合において、制御部８は、バイパス管用バルブＶ１を開放状態にし、熱交換器用バルブＶ２を閉鎖状態にすると共に、ポンプ５を低速運転状態に設定する。すなわち、制御部８によって熱交換器６を経由しない経路が形成され、冷却油Ｙは、このような熱交換器６を経由しない経路を循環することによってヒータ３から熱量を奪うことで温度設定される。また、冷却油Ｙは、油槽１の底面から油槽１の内部に流入することによって、図示するような対流を起こすと共に、プロペラ２ｂによって攪拌される。つまり、油槽１内の冷却油Ｙの温度は均一化される。ここでポンプ５を低速回転させるのは、冷却油Ｙの流速が遅い場合であっても十分に油槽１内における冷却油Ｙを攪拌できるので、高速回転させる必要がないためである。
【００３２】
金属材Ｘは、上述した温度に温度設定された冷却油Ｙ中に浸漬されることによって、一定時間経過後にある所定の温度まで冷却される。制御部８は、金属材Ｘがある所定の温度になったことを時間を計測することによって認知し、バイパス管用バルブＶ１を開放状態にし、熱交換器用バルブＶ２を閉鎖状態にすると共に、ポンプ５を低速運転状態に設定する。すなわち、制御部８によって熱交換器６を経由しない経路が形成された状態で、金属材Ｘは油槽１内の均一化した冷却油Ｙによって均一に冷却される。
【００３３】
最後に、金属材Ｘは、要求された温度（例えば１００度）までさらに冷却される。この場合、制御部８は、バイパス管用バルブＶ１を閉鎖状態にし、熱交換器用バルブＶ２を開放状態にすると共に、ポンプ５を高速運転状態に設定して冷却油Ｙを所定の流速で循環させる。ここでいう所定の流速とは、例えば金属材Ｘを要求された温度（例えば１００度）に冷却することを実現するための流速であり、すなわち冷却油Ｙと熱交換器６とにおいて上記要求を実現するのに十分な熱交換が行われる流速である。すなわち、制御部８によって熱交換器６を経由する経路が形成された状態で、金属材Ｘは、熱交換器６を高速で流れることによって十分に冷却された冷却油Ｙによって、要求された温度まで冷却される。なお、この場合においても上述したのと同様に油槽１内の冷却油Ｙは均一化されるので、金属材Ｘは、均一に冷却される。また、ここでポンプ５を高速回転させるのは、冷却油Ｙの流速を早くすることによって熱交換器６と冷却油Ｙとが十分に熱交換されると共に、金属材Ｘと冷却油Ｙとが十分に熱交換を行うようにするためである。
【００３４】
上述した動作の中で、制御部８は、金属材Ｘの温度状態を時間を計測することによって認知すると共に、温度計７によってフィードバックされる温度測定信号に基づいて、臨機応変に冷却油Ｙの温度をポンプ５の回転数及びバイパス管用バルブＶ１、熱交換器用バルブＶ２の開閉状態を制御することによって所定の温度により早く、確実に設定する。すなわち、制御部８は、例えば冷却油Ｙの温度を冷却する必要がない場合には、バイパス管用バルブＶ１を開放状態にし、熱交換器用バルブＶ２閉鎖状態にすると共に、ポンプ５を低速回転させる。冷却油Ｙの温度を少々冷却する場合には、バイパス管用バルブＶ１を閉鎖状態にし、熱交換器用バルブＶ２開放状態にすると共に、ポンプ５を低速回転させる。また、冷却油Ｙの温度を急速に冷却する場合には、バイパス管用バルブＶ１を閉鎖状態にし、熱交換器用バルブＶ２開放状態にすると共に、ポンプ５を高速回転させる。
【００３５】
すなわち、本冷却装置によれば、１つの金属材Ｘの冷却中に、冷却油Ｙの温度を可変設定することができるので、その金属材Ｘの温度状況に適した温度の冷却油Ｙを油槽１内に流入させることによって、金属材Ｘの温度変化による焼き割れ及び歪み、冷却速度が遅い場合に発生する不適合組織の発生を防止することが可能である。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例も考えられる。
（１）上記実施形態における油槽１を不活性雰囲気の容器内に設置しても良い。すなわち、油槽１を不活性雰囲気の容器内に設置することによって、金属材Ｘの表面に酸化膜が生成されないため、金属材Ｘの光沢を保持した状態で冷却することが可能となる。
【００３７】
（２）上記実施形態において、まず金属材Ｘをある所定の温度まで冷却してから要求される温度まで冷却した。しかしながら、これに限らず、金属材Ｘの材質及び最終的に要求する温度の違いによって、冷却温度、時間を変化させることは本冷却装置の使用者の自由である。
【００３８】
（３）上記実施形態において、配管４の一端を油槽１の右端の側面に連結し、他端を油槽１の底面に連結した。しかしながら、効率的に金属材Ｘを冷却する程度に両端が離間していれば良く、例えば一端を油槽１の右端の側面に連結し、他端を油槽１の側面に連結しても良い。すなわち、一端を油槽１の右端の側面に連結し、他端を油槽１の左端の側面に連結することによって、油槽１内の冷却油Ｙに油槽１の左端の側面から右端の側面に向かう流れを持たせることができ、上記冷却油Ｙの流れを制御することによって、油槽１内に攪拌部２を設置しなくても、金属材Ｘを均一に冷却することができる。
【００３９】
（４）上記実施形態において、制御部８は、時間を計測することによって、金属材Ｘの温度状態を認知した。しかしながら、温度計７からの温度計測信号にのみ基づいて金属材Ｘの温度状態を認知しても良い。この場合、制御部８には、温度計測信号と金属材Ｘの温度状態との関係データが予め記憶される。
【００４０】
（５）上記実施形態において、配管４を油槽１の外部に設置した。しかしながら、油槽１内に収納させても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷却対象物を冷却槽に貯留された冷却剤中に浸漬することによって冷却する冷却装置であって、冷却対象物を冷却することによって加温した冷却剤を冷却する場合に冷却剤を強制流動させる流動化手段と、流動状態の冷却剤を熱交換によって冷却する熱交換手段とを具備する。また、冷却対象物を冷却剤中に浸漬することによって冷却する冷却方法であって、冷却対象物を冷却することによって加熱した冷却剤を冷却する場合に冷却剤を強制流動させ、この流動状態の冷却剤を熱交換によって冷却する。すなわち、冷却剤の流速を制御することができるので、冷却装置及び方法において、冷却対象物をより低温まで確実に冷却し、冷却対象物を冷却することで高温化した冷却剤をより低温に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる冷却装置の全体図である。
【符号の説明】
１……油槽（冷却槽）
２……攪拌部（攪拌手段）
２ａ……攪拌部用モータ
２ｂ……プロペラ
３……ヒータ（加温手段）
４……配管
４ａ……バイパス管
５……ポンプ
６……熱交換器（熱交換手段）
７……温度計（温度計測手段）
８……制御部（制御手段）
Ａ……流動化部（流動化手段）
Ｂ……駆動部（駆動手段）
Ｂ１……インバータ
Ｂ２……駆動部用モータ
Ｃ……経路選択部（経路選択手段）
Ｖ１……バイパス管用バルブ
Ｖ２……熱交換器用バルブ
Ｖａ……安全弁
Ｘ……金属材（冷却対象物）
Ｙ……冷却油（冷却剤）
【図１】
2004083930.tif 000003