(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理材の搬送方向に沿って設けられ且つ密閉された空間を形成する冷却区域を備え、
前記冷却区域を、前記被処理材の搬送方向に沿って、前記被処理材の搬送を妨げない大きさの遮蔽板により分割した複数の冷却室から構成し、所定の温度に加熱された前記被処理材を前記複数の冷却室を通過させつつ所定の温度パターンに沿って冷却する冷却装置であって、
前記被処理材を冷却する冷却空気を前記冷却室毎に供給する冷却手段と、前記複数の冷却室の空気が前記被処理材の搬送方向に沿って流れるように前記冷却区域内の空気を排気する排気手段と、を備え、
前記排気手段は、前記最下流側の冷却室からのみ前記冷却区域内の空気を排気することを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
各冷却室への前記冷却空気の供給量を制御する供給量制御手段を備え、
前記供給量制御手段は、対象とする冷却室における抜熱量と上流側の冷却室から持ち込まれた熱容量とに基づき各冷却室への冷却空気の供給量を制御することを特徴とする請求項１に記載した冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の温度に加熱された被処理材を所定の温度パターンに沿って冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加熱区域及び冷却区域が設けられている熱処理炉において、加熱区域で所定の温度に加熱された金属ストリップコイル等の被処理材を、冷却区域で冷却する方法として、例えば以下に示すような二種類の方法がある。
第１の方法は、例えば特許文献１に記載されているものであり、図３に示すように、冷却区域Ｃを仕切扉６によって複数の冷却室Ｒに分割し、各冷却室Ｒ毎に冷却空気を供給する冷却手段１０と冷却室Ｒの空気を排気する排気手段３０とを設ける。そして、各冷却室Ｒに冷却空気を供給して、各冷却室Ｒの温度を被処理材２の搬送方向に沿って段階的に低下させ、被処理材２を搬送して各冷却室Ｒを順に通過させつつ、被処理材２を直接冷却するものである。
【０００３】
また、第２の方法は、冷却区域Ｃを被処理材の搬送方向に沿って仮想的に複数の冷却室に分割し、分割した冷却室毎に冷却空気等の冷媒が流れる冷却パイプを設け、各冷却室毎に冷媒の流量を制御する。そして、被処理材を搬送して各冷却室を順に通過させつつ、熱交換によって間接的に冷却するものである。
【特許文献１】特許２７７４０１１号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、第１の方法では、冷却区域Ｃを複数の冷却室Ｒに分割するため多くの仕切扉６が必要となるが、仕切扉６は十分なシール性を有し且つ昇降可能な構造とする必要があるとともに、耐火物で形成する必要がある。さらに、各冷却室Ｒ毎に排気手段３０や排気ダンパー等の設備が必要となるため、設備コストが増加するという問題がある。
また、第２の方法では、各冷却室が物理的に分割されていないため、隣接する冷却室同士は互いに空気の出入りを生じる。このため、隣接する冷却室同士の熱干渉が生じてしまい、冷却効率が低下するという問題がある。さらに、被処理材が搬送された冷却室は高熱環境となり、冷却パイプや支持部品等が高温による熱変形を生じたり、高温酸化による酸化減肉によって損傷するため、部品コスト及び補修コストが増加するという問題がある。また、冷却パイプや支持部品等の補修作業による設備停止によって、設備の稼働率が低下するという問題もある。したがって、冷却室の高熱環境から冷却パイプを保護するために、冷却パイプに一定量の冷媒を流し続ける必要があるため、冷却室の温度制御範囲が制限されてしまうという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、被処理材の冷却効率の低下を防止するとともに設備コストを低減し、冷却温度の制御範囲を拡大することが可能な冷却装置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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、被処理材の搬送方向に沿って設けられ且つ密閉された空間を形成する冷却区域を備え、
前記冷却区域を、前記被処理材の搬送方向に沿って、前記被処理材の搬送を妨げない大きさの遮蔽板により分割した複数の冷却室から構成し、所定の温度に加熱された前記被処理材を前記複数の冷却室を通過させつつ所定の温度パターンに沿って冷却する冷却装置であって、
前記被処理材を冷却する冷却空気を前記冷却室毎に供給する冷却手段と、前記複数の冷却室の空気が前記被処理材の搬送方向に沿って流れるように前記冷却区域内の空気を排気する排気手段と、を備え、
前記排気手段は、前記最下流側の冷却室からのみ前記冷却区域内の空気を排気することを特徴とするものである。
【０００６】
本発明によると、全冷却室の空気が被処理材の搬送方向に沿って流れるため、隣接する冷却室同士に生じる熱干渉が低下し、被処理材の冷却効率の低下を防止することが可能となる。
また、本発明によると、冷却区域内の空気を最下流側の冷却室からのみ排気することによって、全冷却室の空気を被処理材の搬送方向に沿って流すことが可能となる。
また、本発明によると、隣接する冷却室同士に生じる熱干渉がさらに低下するため、被処理材の冷却効率の低下を防止することが可能となる。
ここで、「仮想的に分割」とは、冷却区域を互いに通気可能な複数の冷却室に分割することであり、物理的に完全に遮蔽するものではない。また、「所定の温度パターン」とは、各冷却室毎に被処理材の冷却温度（以下、設定温度と示す）を設定し、各冷却室の設定温度を被処理材の搬送方向に沿って段階的に低下させるパターンのことである。
【０００８】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、各冷却室への前記冷却空気の供給量を制御する供給量制御手段を備え、
前記供給量制御手段は、対象とする冷却室における抜熱量と上流側の冷却室から持ち込まれた熱容量とに基づき各冷却室への冷却空気の供給量を制御することを特徴とするものである。
本発明によると、被処理材を目的の温度まで精度よく冷却することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被処理材の冷却効率の低下を防止するとともに、設備コスト等の低減及び冷却温度の制御範囲を拡大することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
まず、図１を参照して本発明の構成を説明する。なお、図３に示したものと同一部分には同一符号を付して説明する。
図１に示すように、本発明の冷却装置１は、冷却区域Ｃと、冷却手段１０と、供給量制御手段２０と、排気手段３０とを備えている。
本実施形態の冷却区域Ｃは、被処理材２の搬送方向に沿って、被処理材２を所定の温度に加熱する加熱区域Ｈと連続して設けられている。また、冷却区域Ｃは、被処理材２の搬送方向に沿って、図中に破線で示す位置を境に、最上流側の第１室から最下流側の第ｎ室まで仮想的に複数の冷却室Ｒに分割されている。（以下、第１室を冷却室Ｒ1、第ｎ室を冷却室Ｒnと示し、第１室〜第ｎ室間の各冷却室Ｒに関しても同様に示す）。隣接する冷却室Ｒ同士は、互いに通気可能となっており、隣接する冷却室Ｒ間には、固定式の遮蔽板４が設けられている。この遮蔽板４は、被処理材２の搬送を妨げない高さまで天井から下がっている。
【００１２】
冷却区域Ｃの被処理材２の搬送方向に沿った最上流部及び最下流部には、それぞれ仕切扉６が設けられている。仕切扉６は耐火物で形成され、十分なシール性を有し、昇降可能となっている。仕切扉６が上昇した状態では、被処理材２の冷却区域Ｃへの搬入及び冷却区域Ｃからの搬出が可能であり、仕切扉６が下降した状態では、冷却区域Ｃは密閉される。
【００１３】
冷却手段１０は、冷却ファン１２と、冷却制御弁１４と、吹き出しノズル１６とを備えている。冷却ファン１２は、被処理材２を冷却する冷却空気を発生し、この冷却空気は、冷却制御弁１４を介して、各冷却室Ｒに設けられた吹き出しノズル１６から各冷却室Ｒに供給される。冷却制御弁１４は、各冷却室Ｒに設けられており、供給量制御手段２０から送信された信号に基づき、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量を制御する。
【００１４】
温度センサ１８は、各冷却室Ｒに設けられており、各冷却室Ｒの温度Ｔを検出して供給量制御手段２０へ出力する。
供給量制御手段２０は、各冷却室Ｒにおいて、被処理材２と、冷却室Ｒ内と、冷却室Ｒの内壁（以下、被処理材２等と示す）とが、所定の温度パターンにおける設定温度となるように、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量を算出する。そして、算出した冷却空気の供給量を供給量制御信号Ｓ１として、各冷却室Ｒに設けられた冷却制御弁１４と、排気量制御手段３８へ送信する。
【００１５】
ここで、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量の算出は、冷却空気を供給する冷却室Ｒにおける抜熱量と、上流側の冷却室Ｒから持ち込まれた熱容量とに基づいて行う。冷却空気を供給する冷却室Ｒにおける抜熱量は、冷却空気を供給する冷却室Ｒと上流側の冷却室Ｒとの設定温度の差と、被処理材２の比熱とに基づき算出する。また、上流側の冷却室Ｒから持ち込まれた熱容量は、冷却空気を供給する冷却室Ｒと上流側の冷却室Ｒとの温度差と、上流側の冷却室Ｒから冷却空気を供給する冷却室Ｒに持ち込まれた空気の量とに基づき算出する。なお、上流側の冷却室Ｒから冷却空気を供給する冷却室Ｒに持ち込まれた空気の量は、例えば上流側の冷却室Ｒへの冷却空気の供給量から算出する。
【００１６】
以上のようなフィードフォワード制御を行なえば、例えば、被処理材２の温度や重量等による熱負荷が大きく変化した際にも精度よく炉温制御することができるが、冷却装置１の設計時に上記のようなシミュレーション計算を行ない、必要となる供給空気の制御量に基づき冷却制御弁１４や配管径等の冷却手段１０の設計を行っておけば、実操業では、単に冷却室Ｒの炉温が目標値となるように冷却空気の供給量を制御するというフィードバック制御とすることもできる。
【００１７】
記憶部２２には、所定の温度パターンにおける各冷却室Ｒ毎の設定温度が記憶されている。なお、所定の温度パターンは適宜変更可能である。
排気手段３０は、排気ファン３２と、排気制御弁３４と、排気口３６と、排気量制御手段３８とを備えている。排気ファン３２は、排気制御弁３４を介して、排気口３６から流れてくる全冷却室Ｒ内の空気を排気する。排気制御弁３４は、排気量制御手段３８から送信された信号に基づき、全冷却室Ｒ内の空気の排気量を制御する。排気口３６は、冷却室Ｒnにのみ設けられている。
【００１８】
排気量制御手段３８は、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量に応じて全冷却室Ｒの排気量を算出し、この算出した排気量を排気量制御信号Ｓ２として排気制御弁３４へ送信する。なお、全冷却室Ｒの排気量は、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量と等量としてもよく、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量から増減した量としてもよい。
また、排気量についても以上のようなフィードフォワード制御を行なえば、より精度よく制御を行なうことができるが、冷却装置１の設計時にシミュレーション計算を行なって、各排気手段３０の能力を設計しておけば、実操業では、単に冷却室Ｒの炉圧が目標値となるように排気量を制御するというフィードバック制御とすることもできる。
【００１９】
次に、上記の構成を備えた冷却装置１の作用・効果等について説明する。なお、以下に説明する制御方法は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
供給量制御手段２０は、冷却空気の供給量の制御対象となる冷却室Ｒ（以下、冷却室ＲCと示す）の温度ＴCと、冷却室Ｒの前室の冷却室Ｒ（以下、冷却室ＲC-1と示す）の温度ＴC-1との温度差と、冷却室ＲC-1から冷却室ＲCに持ち込まれた空気の量とに基づき、冷却室ＲC-1から持ち込まれた熱容量を算出する。そして、算出した熱容量と冷却室ＲCにおける抜熱量とに基づき、冷却室ＲCにおいて被処理材２等が設定温度となるように、冷却室ＲCへの冷却空気の供給量を算出し、この冷却空気の供給量を供給量制御信号Ｓ１として、冷却室ＲCに設けられた冷却制御弁１４と、排気量制御手段３８へ送信する。
【００２０】
冷却室ＲCに設けられた冷却制御弁１４は、冷却室ＲCへの冷却空気の供給量を制御する。そして、冷却室ＲCには、被処理材２等を設定温度に冷却するために必要な量の冷却空気が供給される。したがって、冷却室ＲCにおいては、被処理材２等とともに、冷却室ＲC-1から持ち込まれた空気も設定温度に冷却されるため、被処理材２等の冷却効率の低下が防止される。
なお、全冷却室Ｒのうち最上流側の冷却室Ｒ1においては、冷却室Ｒ1における抜熱量に基づいてのみ冷却空気の供給量が算出され、被処理材２等を設定温度に冷却するために必要な量の冷却空気が供給される。
【００２１】
排気量制御手段３８は、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量に応じて全冷却室Ｒの排気量を算出し、排気制御弁３４へ排気量制御信号Ｓ２を送信する。排気制御弁３４へ排気量制御信号Ｓ２が送信されると、全冷却室Ｒ内の空気が排気口３６から排気され、全冷却室Ｒ内の空気が被処理材２の搬送方向に沿って流れるため、設定温度の高い冷却室Ｒから設定温度の低い冷却室Ｒへの空気の流れが生じる。このため、隣接する冷却室Ｒ同士に生じる熱干渉が低下し、被処理材２等の冷却効率の低下が防止される。また、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量に応じて全冷却室Ｒ内の空気が排気量が制御されるため、全冷却室Ｒ内の気圧を任意に制御することが可能となり、被処理材２等の冷却効率の低下を防止することが可能となる。
【００２２】
さらに、遮蔽板４によって、隣接する冷却室Ｒ同士に生じる熱干渉がさらに低下するため、被処理材２等の冷却効率の低下を防止することが可能となる。
なお、所定の温度パターンが、例えば各冷却室Ｒの設定温度に大きな差がある場合には、次に示す方法によって、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量を算出してもよい。この方法は、あらかじめ各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量を算出しておき、この供給量と各冷却室Ｒの温度とに基づいて、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量を再び算出するものである。この方法によれば、各冷却室Ｒの設定温度に大きな差があっても、各冷却室Ｒへの冷却空気の供給量が適切な量となるため、冷却装置１の追従性及び応答性が低下することが防止される。
【００２３】
なお、本実施の形態では、冷却室Ｒnにのみ排気口３６を設けたが、冷却室Ｒn以外の冷却室Ｒにも排気口３６を設け、冷却室Ｒnに設けた排気口３６からの排気を補助してもよい。このとき、冷却室Ｒn以外の冷却室Ｒに設けた排気口３６からの排気量は、冷却室Ｒnに設けた排気口３６からの排気量よりも少なくし、全冷却室Ｒ内の空気が被処理材２の搬送方向に沿って流れるようにする。
【００２４】
また、各冷却室Ｒ毎に温度センサ１８を備えたが、例えば、冷却室Ｒ1及び冷却室Ｒnにのみ温度センサ１８を備え、冷却室Ｒ1の温度Ｔ1及び冷却室Ｒnの温度Ｔnを検出することにより、冷却室Ｒ1及び冷却室Ｒn以外の各冷却室Ｒの温度を推定してもよい。
さらに、被処理材２を冷却区域Ｃへ搬入する前に、あらかじめ各冷却室Ｒ内及び各冷却室Ｒの内壁を設定温度に冷却しておいてもよい。
【実施例】
【００２５】
本実施の形態で説明したものと同様の構成を有する冷却装置を用いた冷却方法によって、被処理材の冷却を行った。また、比較例として、背景技術で説明した第２の方法と同様の冷却方法によって、被処理材の冷却を行った。
その結果、図２に示されるように、本発明例の冷却方法は、比較例の冷却方法よりも冷却温度の制御範囲が拡大していることが確認された。
【００２６】
また、本発明例の冷却方法は、冷却空気によって被処理材を直接冷却するため、比較例の冷却方法よりも被処理材の冷却効率が高い。したがって、比較例の冷却方法より冷却ファンの電動機容量を１／６程度まで低下させた場合でも、比較例の冷却方法より急速な冷却が可能である。
さらに、比較例の冷却方法では冷却パイプに一定量の冷媒を流し続ける必要があり、徐冷性能に限界があるが、本発明例の冷却方法では任意の冷却室への冷却空気の供給を停止することが可能であるため、比較例の冷却方法よりも徐冷性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の冷却装置を示す概略図である。
【図２】本発明例及び比較例の冷却方法による冷却温度の制御範囲の比較図である。
【図３】従来の冷却装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    冷却装置
２    被処理材
４    遮蔽板
６    仕切扉
１０  冷却手段
１２  冷却ファン
１４  冷却制御弁
１６  吹き出しノズル
１８  温度センサ
２０  供給量制御手段
２２  記憶部
３０  排気手段
３２  排気ファン
３４  排気制御弁
３６  排気口
３８  排気量制御手段
Ｃ    冷却区域
Ｈ    加熱区域
Ｒ    冷却室
Ｓ１  供給量制御信号
Ｓ２  排気量制御信号
Ｔ    冷却室Ｒの温度
【図１】
0004647925.tif 000002
【図２】
0004647925.tif 000003
【図３】
0004647925.tif 000004