JP2001321886A - 粉粒体の温度調節ユニット及びこれを用いた温度調節装置 - Google Patents
粉粒体の温度調節ユニット及びこれを用いた温度調節装置Info
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Abstract
法で用いるレジンコーテッドサンドや有機常温自硬性
法、コールドボックス法で用いる原料鋳物砂を流動状態
で加熱又は冷却するために使用される温度調節ユニット
及びこれを用いた温度調節装置に関する。 【解決手段】 熱冷媒を貫流させる螺旋状に形成した中
空管から成る熱交換器Aと粉粒体を流動させる気体を供
給する流動用気体分配管Bとで構成されたことを特徴と
する粉粒体の温度調節ユニット。その温度調節ユニット
において、熱交換器Aの上方及び/ 又は流動用気体分配
管Bの下方に粉粒体圧バッファCを設けた温度調節ユニ
ット。それを鋳物砂の温度調節に利用すること。
Description
樹脂粉粒体、成型材料、砂型鋳造のシェルモールド法で
用いるレジンコーテッドサンドや有機常温自硬性法、コ
ールドボックス法で用いる原料鋳物砂( 以下、総称して
粉粒体という) などを流動状態で加熱又は冷却するため
に使用される温度調節ユニット及びこれを用いた温度調
節装置に関する。
物砂に熱硬化性フェノール樹脂などの結合剤を被覆して
製造される樹脂被覆砂であり、このものは加熱金型内に
充填後焼成して鋳型に賦形されている。また、例えばコ
ールドボックス法で用いる粘結剤被覆砂は、鋳型成型の
際に温度の影響を受け易い性質を有するにも拘わらず、
これを調製する際に用いる原料鋳物砂は、ほとんど温度
管理されずに使用されている。
テッドサンドは、冬季においては造型時間の延長、造型
不良の発生などによる鋳型の生産性の低下を招き易く、
一方、温度管理をせずに環境温度の原料鋳物砂を用いて
調製したコールドボックス用粘結剤被覆砂は、冬期にお
いては硬化が遅く、夏季においては可使時間が短くなり
鋳型の造型に支障を来すという問題があった。
粒体については、種々の温度調節装置、例えば吹き上げ
温風により粉粒体を浮遊流動状態に保持しながら加熱す
る加熱装置( 実公昭54−35127号公報、特開昭5
5−109541号公報) 、調温槽内に加熱・冷却媒体
を貫流させる管を配管した加熱冷却装置( 実公昭59−
35318号公報) 、温風を下方に吹出させて加熱する
加熱装置( 特開昭59−191540号公報) などによ
る熱交換処理(加熱又は冷却)が有効な対応とされてき
た。
多量の粉粒体の処理を対象とする大型の装置であり、加
えて熱交換処理後には使用現場へ粉粒体を搬送するため
の付帯工事など、設備費や設置スペースの点で容易に対
応するには困難な問題を有することから、未だに広く普
及するに至っていない。このような事情から、例えば鋳
型を造型するための鋳型造型機やコールドボックス法に
用いる粘結剤被覆砂を製造するための混練ミキサーなど
の使用現場ごとに設置し得、かつ所要量ごとの熱交換処
理が可能な小型の温度調節装置の開発が望まれていた。
練ミキサーの関連設備として既設又は新設の各種ホッパ
ー、例えば円錐形、円筒形、縮径形などの粉粒体受入れ
貯留槽( 以下「粉粒体貯留槽」という。) を、粉粒体の
処理量に応じた熱交換能を有し、かつ粉粒体の発塵やレ
ジン皮膜の剥離を抑止しえる従来装置より小型の温度調
節装置として改造できる温度調節ユニットを提供するこ
とにある。その目的は、第2に、粉粒体貯留槽の貯留部
に制御的に搬入される粉粒体の自重の影響を受けること
なく熱交換部での粉粒体が良好な流動を実施し得、かつ
粉粒体排出後には、貯留部から熱交換部への粉粒体供給
が支障なく行なえるようにした、粉粒体の連続処理が可
能な温度調節ユニットを提供することにある。又、さら
にその目的は第3に粉粒体の加熱と冷却の切替が可能な
温度調節装置を提供することにある。
調節装置の小型化について鋭意検討を行なった結果、特
定の熱交換器と特定の流動用気体分配管の構成を基本と
する温度調節ユニットにより、所期の目的を達成できる
ことを見出し、この知見をもとに更に検討を行って本発
明を完成するに至った。
る螺旋状に形成した中空管から成る熱交換器A(以下
「螺旋状熱交換器A」という。) と粉粒体を流動させる
気体を供給する流動用気体分配管Bで構成された粉粒体
の温度調節ユニットである。好ましくは、(2)螺旋状
熱交換器Aの上方及び/ 又は流動用気体分配管Bの下方
に粉粒体圧バッファCを設けた前記(1)に記載の温度
調節ユニットである。また、(3)流動用気体分配管B
の下方に複数の気体吹出孔3を設けた前記(1)又は
(2)に記載の温度調節ユニットである。
記(1)〜(3)のいずれかに記載の温度調節ユニット
を設置した粉粒体の温度調節装置である。好ましくは、
(5)粉粒体貯留槽の上部に位置する貯留部1に一対の
レベルコントローラLを設けた前記(4)に記載の温度
調節装置である。また、他の本発明は、(6)粉粒体の
加熱又は冷却を切替可能とした前記(4)又は(5)に
記載の温度調節装置である。
を図面を参照しながら説明する。本発明の第1実施の態
様として示す図1は、下部にシャッター7を備えた排出
口Dを有する既設の円形の粉粒体貯留槽T1 内に、差渡
し径(mφ、nφ)が異なり、かつ共通の熱冷媒受入口
5と熱冷媒排出口6を有する独立する2個の螺旋状熱交
換器A(A1、A2)と、気体受入口4と気体吹出孔3
を有する流動用気体分配管Bとで構成されている温度調
節ユニットを設置して貯留部1と熱交換部2を形成して
成る温度調節装置の縦断面図である。
一又は異なるもの、あるいは順次拡径又は縮径するもの
を1つ配置することは可能であるが、その複数を縦列、
並列状、又は同心円状に配置することにより、構造的に
熱交換器群(A1 、A2 …)の縦横の広がり、即ち粉粒
体貯留槽Tの形状に応じた熱交換部2の縦横の広がりを
形成することができる。しかも、螺旋形状及び材質に由
来する優れた熱交換能(熱交換面積及び熱交換率)を有
する。したがって、熱交換部2の粉粒体は、深さや広が
りに関係なく均等かっ効率よく熱交換(加熱又は冷却)
を受けることになり、所望温度への昇温・降温が円滑に
達成される。又、熱交換器を螺旋状に構成することによ
り、粉粒体の自重による下方への移動を効果的にして、
下記の流動用気体分配管Bから分配されて粉粉体の間に
存在する気体(空気)との共同作用により、熱交換器な
どへの粉粒体の付着や接触を必要に応じて防止すると共
に、粉粒体の排出を円滑にすることができる。
た中空管から成り、主に熱交換能と加工性の観点から、
好ましくは内径5〜30mm、とりわけ8〜20mmの
銅管を使用し、例えば図6に示すような螺旋状(例えば
(a)円錐形、(b)円筒形、(c)太鼓形及びその他
異形コイル状並びに(d)平面渦巻状のものの(e)縦
列形)に製作されているが、なかでも、螺旋に傾斜をも
たせたものが、滞留防止および冷熱媒体の流通上好まし
い。中空管の材質については前記要件を満たすものであ
れば特に限定はされない。かかる銅管の長さは、主に粉
粒体の処理条件(量、温度、サイクル)を考慮して決定
されるが、因みに1分間あたり26Kgの原料鋳物砂を
5℃から40℃まで昇温するのに必要な12mmφ銅管
の長さは概略延べ80m程度である。また、螺旋状熱交
換器の配置間隔及び螺旋ピッチは、通常、粉粒体の流動
状態の観察により決定するため特に限定されないが、経
験的にはいずれも30mm程度の間隔を設けておく必要
がある。
交換用熱冷媒は、例えば熱冷媒供給装置から流量調整
弁、流量計、入口端5を経て螺旋状熱交換器内を貫流し
て出口端6より熱冷媒供給装置に戻る回路(一部図示せ
ず)を循環しながら流動用気体分配管Bの吹出孔3から
吹出される気体と熱交換し、この気体は、さらにこれと
接触流動する粉粒体と熱交換し、場合によっては静止粉
粒体との直接伝熱によるなど、熱冷媒はかかる間接又は
直接的熱交換により粉粒体を所定の温度に昇温あるいは
冷却して温度を制御している。かかる熱冷媒としては、
温度制御や加熱・冷却切替の容易さ、装置製作及び運転
コストの観点から、温冷水が最適であるが、特に限定は
なく、温冷水にかえて熱媒や冷媒を用いてもよい。温水
の温度としては、通常40〜90℃、特に耐ブロック性
対応を要する場合には、50〜80℃の温水が使用され
る。一方、冷却の場合は、もちろん環境温度ないしは冷
却された水の使用が一般的である。特に、本発明で使用
する螺旋状熱交換器は、図示を省略した熱冷媒切替可能
な供給装置と組み合わせることにより、加熱・冷却の停
止及び再開が容易となり、休憩時や作業終了時に温度調
節装置からの粉粒体排出作業などの面倒さから開放され
るなど労働の軽減に寄与することができる。
用気体分配管Bは、図示を省略した加圧気体供給装置
(例えばブロワー、コンプレッサー、圧力ボンベ)から
供給される加圧された環境温度の気体、一般的には空気
又はこれを除湿若しくは冷却した空気、場合によって
は、窒素ガス等の不活性ガスと空気の混合ガスや不活性
ガス(以下、これらの気体を代表して単に「気体」とい
う)を受入れる気体受入口4と所望の間隔で設けた管内
部と連通している複数の気体吹出孔3を有している。
止めた際、粉粒体の管内流入による詰り又は気体のショ
ートパスなどを生じにくい角度及び方向へ開口し又は覆
い構造(例えばトワイヤ)にするなどの配慮が施されて
いる。なかでも、図4に示すように、管の水平中心線よ
り下側、例えば斜め下や真下に穿設した吹出孔3が好ま
しい。気体吹出孔の形状としては、吹き出し抵抗(圧
損)及び加工の容易さの観点から、円形が好適であるが
これに限定されるものではない。その孔径としては、1
〜6mmφ、流動状態と吹出圧の調節、気体のショート
パスの防止、吹出気体量のバラツキ、気体供給装置の供
給能力アップなどを考慮すると好ましくは2〜4mmφ
である。又、気体吹出孔の配置、数も気体の圧が高い所
では小さく、又は少なく、圧の低くなるところは大き目
で、又は多くするなどの工夫をすることにより、均一な
熱交換が実現できるようにすることが好ましい。又、孔
は、粉粒体による目詰りが発生しない位置であれば、流
動用分配管の縦方向の管にも併設することができる。
の形状に応じて決定されるため特に限定されないが、例
えば実施態様で示すような円錐構造のほか環形、円型
形、円筒形、角筒形、角錐形、放射形及びこれらの複合
ないし複数縦列構造などを例示することができる。この
流動用気体分配管は、一般に金属で製作されているが材
質については特に限定はなく、例えば陶磁器、繊維強化
プラスチック、プラスチックなどであってもよい。
より吹出させる流動用気体は、粉粒体の流動化と熱交換
媒体として機能するものであるが、このものは一般に粉
粒体の性質に応じて連続又は間欠に送風される。例え
ば、レジンコーテッドサンドのような熱の影響を受け易
い粉粒体の場合には、ブロワーによる連続送風、他方鋳
物砂のような熱変質を受けない粉粒体の場合には、コン
プレッサーによる間欠送風が好ましい。しかも、本発明
においては、前述したように熱交換能に優れた螺旋状熱
交換器と熱冷媒として温冷水を好適に使用する関係上、
従来の装置で多く観られる浮遊流動や気体のショートパ
スを生じるような風量及び吐出圧は必要とせず、少なく
とも熱交換媒体として粉粒体間を満たす程度の風量と、
粉粒体の静止を防ぐ程度から粉粒体の置換ないしは混合
を生じる程度の微流動ないし流動状態、すなわち粉粒体
の移動はあるが浮遊を生じない程度の吐出圧の気体を供
給できればよい。気体供給装置での気体の吐出圧は、粉
粒体の種類や処理量、粉粒体貯留槽の構造、吹出孔径な
どにより異なるので一概に限定されないが、経験的には
ブロワーによる連続送風では0.005〜0.02MP
a、コンプレッサーによる間欠送風では0.2〜0.4
MPa程度であり、また気体量は1分間あたり1〜1.
5m3 程度である。このため、流動処理時のレジン皮膜
の剥離や発塵を防止できるなどの利点が提供される。熱
交換部で使用された気体は、熱交換器から貯留部内に上
昇拡散しつつ、被処理粉粒体と熱交換したのち廃熱とし
て排気される。このため、熱処理サイクルの短縮、エネ
ルギーコストの低減に寄与することができる。さらなる
廃熱の利用及び発塵防止の観点から、粉粒体貯留槽に
は、排気口(図示せず)を、かつ未処理粉粒体の受入口
等の開口部を設けた外蓋を設けるのが好ましい。さらに
流動用気体分配管に、震動部あるいは震動伝達部を設け
て、震動を継続したり、滞留し勝ちになった場合に随時
震動させることにより、排出口Dからの円滑な粉粒体の
排出が可能となる。
に制御された粉粒体(例えば、レジンコーテッドサン
ド、鋳物砂)の排出を容易に、かつ、粉粒体と冷熱媒体
との熱交換を効率的に行うために、相対的に螺旋状熱交
換器Aの下方となることが好ましい。例えば、流動用気
体分配管Bは、その一部(あるいは複数の流動用気体分
配管Bである場合はその内の1つ)が螺旋状熱交換器A
と重なる位置に設けられるとしても、流動用気体分配管
Bの下方に設ける気体吹出孔3が螺旋状熱交換器Aの下
端部より粉粒体排出口Dに近くなるように配置されるこ
とが好ましい。流動用気体分配管は、粉粒体が滞留しな
いように螺旋管との配置間隔を考慮したり、水平方向の
配管面を傾斜させる程の構成も有効である。さらに、複
数の流動用気体分配管を、上下関係に設けたり複数並列
させたりすることもできる。これらの流動用気体分配管
B、螺旋状熱交換器A、粉粒体圧バッファCの数、配置
は、相互の関係を考慮して設定できる。
図2は、粉粒体の好適な連続処理を図るために縮径形粉
粒体貯留槽T2 内に、差渡し径(mφ、nφ)の異なる
2個の螺旋状熱交換器A1 及びA2 が連結され、かつ一
つの熱冷媒受入口5と一つの熱冷媒排出口6を有する1
個の熱交換器と、流動用気体分配管Bと、貯留部1に一
対のレベルコントローラL(L1 、L2 )と、粉粒体圧
バッファCとで構成された縮径形温度調節装置の縦断面
図である。
ントローラLは、図示を省略したバケットエレベータな
どの搬送装置により搬入される粉粒体(例えばレジンコ
ーテッドサンド、鋳物砂)の受入れ上限量を調節するレ
ベルコントローラL1 と下限量を調節するレベルコント
ローラL2 で構成されており、これらは前記搬送装置を
制御して貯留部1内の粉粒体を定量に維持するための粉
粒体自動受入れを可能としている。粉粒体は、粉粒体貯
留槽Tの貯留部1にバッチ式、又は連続式に供給するこ
とができる。
粉粒体圧バッファCは、前記レベルコントローラL(L
1 、L2 )により貯留部1に制御的に搬入される粉粒体
の自重の影響を受けることなく、熱交換部2での粉粒体
の良好な流動状態を形成し、かっ粉粒体排出後には貯留
部から熱交換部への粉粒体の供給が支障なく行なえるよ
うに機能し、副次的に発塵の抑止、また流動用気体分配
管Bの下方近くに設けることにより排出時の混合作用に
よる粉粒体の温度の均一化を成すことができる。又、そ
の双方を設置することもできる。これらの粉粒体圧バッ
ファCに震動部や震動伝達部を接続して、粉粒体の滞留
を防止し、円滑な冷却(加熱)を促進させることもでき
る。
上述した機能を有するものであれば特に限定されない
が、粉粒体排出後の貯留部から熱交換部への粉粒体補給
能の観点から、とくに粉粒体の流下性を考慮した処置、
たとえば、粉粒体が自然流下する安息角以上の勾配をも
たせた及び/又は粉粒体が通る大きさの複数の開口部を
設けた、場合によってはフッソ樹脂加工などの表面滑性
化処理を施した形状、具体的には各種形状、例えば板
状、格子状、すのこ状、陣笠状、山形状、円錐状、角錐
状、ラッパ状、コーン状などを例示することができる。
なかでも、図2に示すようなコーン状のものが好まし
い。これらの粉粒体圧バッファCは複数を並設してもよ
い。粉粒体圧バッファCは、一般に金属で製作されてい
るが、その材質については特に限定はなく、例えば陶磁
器、繊維強化プラスチックス、プラスチックス、木材な
どであってもよい。螺旋状熱交換器A、流動用気体分配
管B及び粉粒体圧バッファCの粉粒体貯留槽Tへの取付
けは、例えば溶接、ボルト、治具など、従来知られた固
着手段により適宜行うことができる。
した温度調節装置により処理される粉粒体は、使用目的
により異なるが、一般的には20〜70℃、好ましくは
20〜50℃の温度を有し、例えばレジンコーテッドサ
ンドでは、冬季においても造型時間や造型不良などの不
具合による鋳型の生産性の低下を解決し、一方コールド
ボックス法では、冬期における硬化や夏季における可使
時間などの不具合による造型上の問題を解決することが
できる。
ニット及びこれを用いた温度調節装置によれば次に記載
する効果を奏する。
の広がりに対応できる熱交換部形成能と優れた熱交換能
を有する螺旋状熱交換器と、粉粒体の置換ないしは混合
を惹起する程度、即ち粉粒体の移動はあるが浮遊してい
ない流動状態を形成する流動用気体を供給する流動用気
体分配管を基本に構成されていることから、現場にある
既設の粉粒体貯留槽を粉粒体の処理量に応じた熱交換部
を有する温度調節装置として容易に改造し得、かつ従来
装置より小型化を達成することができる。このため、従
来装置のような設置スペース及び設備費の問題を解決
し、加えて粉塵の発生やレジン皮膜の剥離を防止するこ
とができる。
ットを設置した縮径型温度調節装置の貯留部に一対のレ
ベルコントローラと粉粒体圧バッファを設けることによ
り、貯留部内の粉粒体を定量に維持し、貯留部の粉粒体
の自重による熱交換部での流動阻害を受けず、粉粒体排
出後には貯留部から熱交換部への粉粒体の供給が支障な
く実施できるため、粉粒体の連続処理が可能な温度調節
装置を提供することができる。加えて発塵の抑止、また
流動用気体分配管の下方近くに設けることにより排出時
の混合作用による粉粒体の温度の均一化を図ることがで
きる。
な熱冷媒供給装置と組み合わせることにより、加熱・冷
却の停止及び再開が容易となり、休憩時や作業終了時に
装置からの粉粒体排出作業などの面倒さから開放される
ため労働の軽減に寄与することができる。
にある粉粒体は熱交換部から上昇拡散する流動用気体に
より熱交換されるため、処理サイクルの短縮、エネルギ
ーコストの低減に寄与することができる。
明の一実施態様である温度調節ユニットを設置して作製
した温度調節装置の縦断面図である。
に、本発明の他の実施態様である温度調節ユニットを設
置して作製した温度調節装置の縦断面図である。
配管Bの平面図である。
線での気体吹出孔3の好適な位置を示す断面説明図であ
る。
は螺旋状熱交換器Aの形状例を示す説明図で、(e)は
(d)の構成単位で平面渦巻きである。
Claims (6)
- 【請求項1】 熱冷媒を貫流させる螺旋状に形成した中
空管から成る熱交換器Aと粉粒体を流動させる気体を供
給する流動用気体分配管Bとで構成されたことを特徴と
する粉粒体の温度調節ユニット。 - 【請求項2】 前記熱交換器Aの上方及び/ 又は流動用
気体分配管Bの下方に粉粒体圧バッファCを設けた請求
項1記載の粉粒体の温度調節ユニット。 - 【請求項3】 流動用気体分配管Bの下部に複数の気体
吹出孔3を設けた請求項1又は2に記載の粉粒体の温度
調節ユニット。 - 【請求項4】 粉粒体貯留槽内に請求項1〜3のいずれ
かに記載の温度調節ユニットを設置したことを特徴とす
る粉粒体の温度調節装置。 - 【請求項5】 粉粒体貯留槽の上部に位置する貯留部1
に一対のレベルコントローラLを設けた請求項4に記載
の粉粒体の温度調節装置。 - 【請求項6】 粉粒体の加熱又は冷却を切替可能とした
請求項4又は5に記載の粉粒体の温度調節装置。
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