JP2010531757A - ブロー成形容器用のブロー成形機においてエネルギーを循環利用するための方法 - Google Patents

ブロー成形容器用のブロー成形機においてエネルギーを循環利用するための方法 Download PDF

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Abstract

エネルギーを循環利用するための方法、および関連するブロー成形機。ブロー成形機は、そのブローキャビティから得られる排気の空圧エネルギーを循環利用するための循環利用システムを備える、ブロー成形プラスチック材料容器用の成形機であり、次にキャビティ内にブローするために所与の圧力で使用可能とされる排気を循環利用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばPETから製造されるボトルなどの、プラスチック材料容器用の成形機のブローキャビティから得られる排気の空圧エネルギーを循環利用するための方法、および対応する設備に関するものである。
関連する設備において様々な工業プロセスのために使用される、空気または他の加圧ガスからのエネルギーを循環利用するための設備またはシステムが知られている。
これらのシステムの一例が、米国特許第4,488,863号の文献に開示されており、その中で、キャビティの脱気ステップの際に加圧空気の圧力プロファイルを探知することができ、低圧で得られる空気を再利用することができる、具体的には空気圧弁および空気圧センサにより形成される設備を備えている、プラスチック容器に対するブロー空気を循環利用するためのシステムが開示されている。
ここで、ボトルまたは他のプラスチック材料容器の製造、とりわけ、今日非常に普及している、PETから製造されるボトルまたは他のプラスチック容器の製造において、ブロー成形プロセスは、単一ステージ機またはブロー機のブローキャビティ内に注入されるかなりの量の加圧空気の使用を伴うものである。
ここで、ボトル、ジャー、等の容器を製造するための単一ステージ機は、一つの単一機における射出プロセスと、その後の伸展およびブローによって、PET顆粒をブローされた容器へ変形させる装置を指すものである。それに対し、ブロー機は、加熱プロセスと、その後の伸展及びブローによって、射出機を介して個別に得られたパリソンを、ブローされた容器に変形する装置を指すものである。
そして、ブロー成形作業の最後において、ブローキャビティから得られる加圧空気の残余空圧エネルギーは一般的には浪費されているが、この空圧エネルギーを、例えば容器をブローするためなどに循環利用及び再利用することができる、このタイプの機械に適用可能なシステムまたはデバイスが現在開発されつつある。このブロー空気の無視できない残留圧力と、この機械が継続的に作動することを考えると、前記空圧エネルギーを循環利用しないということは、これらの機械のエネルギーバランスにおいて、かなりの量のエネルギーを浪費していることを意味している。
最新技術によるブロー空気を循環利用するための一つのプロセスが、図1のグラフの曲線2で示され、これは以下のように行われる。
まず、約10バールである低圧の加圧空気、いわゆる一次空気が、パリソンの中にブローされ、このパリソンは、ブロー成形型の内方形状に適合させるようにパリソンを膨張させる温度にある。これは図1の曲線2のA-B区間に対応している。
曲線2の区間B-Hに対応する第2のステップでは、約40バールの相対的に高い圧力値の加圧空気がプラスチック容器内に注入されて、その容器が恒常的形状となる。ここで、この空気は、この機械に新たな空気を供給することによって加圧され、大量のエネルギーをシステム内にもたらすものである。そして、このステップの最後では、ブローされたプラスチック容器は、使用されるプラスチックのタイプに応じて、そして他の既知のパラメータに応じて、ある時間の間、高圧で維持される。
そして、所定の時間に、容器内の空気は、その空気が平均圧力(約15〜18バール)に達するまで排気されて循環利用される。これは曲線2の区間H-Iに対応している。このステップでは、この空気は特定のタンク内に送られ、次いで、上述のように、A-B区間内のその次のブローサイクルにおいて、一次ブロー空気(約8〜10バール)として使用される。
その後、容器内に残留している低圧空気が大気中に排気され、これは曲線2のI-J区間に対応している。
したがって、プラスチック容器製造設備のエネルギーバランスを改善させる、プラスチック材料容器用の成形機のブローキャビティから得られる排気の空圧エネルギーを循環利用するための方法を確立すること、および排気の空圧エネルギーを循環利用するための循環利用システムを有する対応する成形機を確立することが必要であると考えられる。
本発明の主要な目的は、シアー圧力値の所定の選択によって更に良好な効率を得るために、プラスチック材料容器用の成形機のブローキャビティから得られる排気の空圧エネルギーを循環利用するための方法を最適化することである。
本発明の他の目的は、プラスチック材料容器用の成形機のブローキャビティから得られる排気の空圧エネルギーを循環利用するための代替システムを確立することである。この代替システムにより、少なくとも一つの所定の圧力で使用可能であるブロー空気を、直接的に一次空気タンクへ、または直接的に二次空気タンクへ、または少なくとも一つの特定の循環利用タンクへ循環利用することが可能となる。
したがって、本発明は、ブロー成形プラスチック材料容器用のブロー成形機においてブロー空気を循環利用するための方法を確立することにより、上記の目的を達成することを目的とされ、この成形機が、ブローキャビティを備える型と、一次空気タンクを備え、前記型のキャビティ内に一次空気をブローするための第1のブロー手段と、二次空気タンクを備え、前記型のキャビティ内に二次空気をブローするための第2のブロー手段と、容器から空気を排気する第1のステップにおいて、前記キャビティから排出されるブロー空気を循環利用するための第1の循環利用手段と、を備え、請求項1に記載の前記循環利用方法は、以下のステージ、すなわち、a)ブローサイクルの所定の開始時間に、第1のブロー手段によって所定の第1の圧力で型のキャビティ内に空気をブローし、第1の時間までキャビティ内で空気をこの第1の圧力に維持し、前記空気を一次空気と規定するステージと、b)第2のブロー手段によって第1の圧力に対して相対的に高い所定の第2の圧力で型のキャビティ内に空気をブローし、第2の時間まで空気を該第2の圧力に維持し、前記空気を二次空気と規定するステージと、c)容器内が前記第1の圧力と第2の圧力の間の値を有する第3の圧力に到達するまで、キャビティから空気を排気し、第1の循環利用手段によって該第3の圧力で空気を循環利用するステージと、d)キャビティ内に収容される残留空気を大気圧で排気するステージと、からなり、ステージc)において、前記第3の圧力は20から28バールの間の範囲内の値を有しているものである。
本発明の他の態様によれば、前述の方法を実施するように適合された、ブロー成形プラスチック材料容器用のブロー成形機が提供され、請求項16に記載のこのブロー成形機は、ブローキャビティを備える型と、一次空気タンクを備え、前記型のキャビティ内に一次空気をブローするための第1のブロー手段と、二次空気タンクを備え、前記型のキャビティ内に二次空気をブローするための第2のブロー手段と、容器から空気を排気する第1のステップにおいて、前記キャビティから排出されるブロー空気を循環利用するための第1の循環利用手段とを備え、前記第1の循環利用手段が、前記型のキャビティ内での第1のブローステージへ一次空気を注入できるように、または、第2のブローステージへ二次空気の一部を注入できるように構成されている。
そして、ブロー空気を循環利用するための設備、およびこの設備に関連する方法は、単一ステージ機及びブロー機の両方における、例えばPET(ポリエチレンテレフタラート)熱可塑性ポリマーなどから製造されるプラスチック容器の製造に使用できる。ここで、ブロー空気という語には、約8〜10バールの圧力の空気として従来的には規定される一次空気、約36〜38バールの圧力の空気として従来的には規定される二次空気、および再循環空気が共に含まれる。また、再循環空気は、高温液体で充填することが意図されたPETから製造される容器の製造において特に使用されており、最新技術において知られているように、パリソンに関する通常の射出プロセスと、パリソンを伸展させ、その後ブローしてパリソンを最終容器の状態にすることと、PETから製造される容器が既に完全に形成され、依然として成形キャビティ内にあるステップにおける、成形サイクルの完了時のブローキャビティ内の空気再循環ステップと、からなるものである。
本発明のプロセスの第1の実施の形態においては、直接的に一次空気タンク内へ、または特定の循環利用タンク内へ循環利用される空気は、従来的に約8〜10バールである低圧で使用可能となり、次のブローサイクルにおいて一次空気として使用される。
具体的には、一次空気タンク内への一次空気の直接的な循環利用は、ブローキャビティ内部の空気の実現可能な再循環ステップと互換性があり、前記ステップは熱硬化(HS)容器を製造する場合に行われる。
この直接的な循環利用の利点には、設備の高い単純性および高い費用対効果があり、一次空気および二次空気について一般的に使用されるタンクを除いて、対応するシステムおよび調節デバイスと共に、ブロー空気を循環利用するための専用タンクを使用する必要性がないことや、一次空気タンクの供給ライン上の圧力調節器の上流に配置される開閉弁を使用することにより、一次空気タンク内への空気の直接的な循環利用が更に良好に管理されることと、シアー圧力が標準的な循環利用方法の圧力に対して相対的に高いことにより、利用可能な合計ブロー時間に対して循環利用ステップの際の侵害性がさらに低くなり、したがって合計プロセスウィンドウに対する影響がさらに低くなること、および、シアー圧力の選択が、一次空気として使用される循環利用空気の体積に対して循環利用される体積を釣り合わせるように調整され、したがって、一次空気タンク内における圧力振動を低減させるように調整されること、が含まれている。
本発明のプロセスのこの第1の実施の形態の特徴により、空気消費量の低減度、したがってエネルギー消費量の低減度は、循環利用を伴わないブロープロセスに対して約15〜20%に相当するものとなる。
また、本発明のプロセスの第2の実施の形態においては、循環利用される空気は、二次空気の第1のステップとして使用されるように、約20〜25バールの、好ましくは22から25バールの間の中圧であり(したがって、約36〜38バールのプロセスに要求されるしきい値に達した場合のみ、圧縮機から得られる高圧空気を使用する)、さらに、一次空気として若しくは成形機における作動空気として使用されるように、または、設備空気としてクライアントに戻されるように、従来的に約8〜10バールの低圧である、二つのステップにおいて使用可能となる。
したがって、この第2の場合では、本発明の循環利用プロセスは中圧/低圧循環利用と呼ばれる。
本発明のプロセスのこの第2の実施の形態の特徴により、空気消費量の低減度、したがってエネルギー消費量の低減度は、循環利用を伴わないブロープロセスに対して約50〜55%に相当するものとなり、単一ステップ循環利用を伴うプロセスに対して約30〜35%に相当するものとなる。
有利には、本発明の循環利用方法によれば、中圧のシアー圧力値は20から28バールの間であり、25から28バールの間または22から25バールの間であるのが好ましい。
また、従属請求項は、本発明の好ましい実施の形態を説明するものである。
添付の図面の補助によって、非限定的な例として示される、容器成形機に対して排気の空圧エネルギーを循環利用するための設備の好ましい、しかし非排他的な実施の形態の詳細な説明から、本発明の他の特徴および利点がさらに明らかとなるであろう。
空気の循環利用を伴わない標準的なブロープロセス、既知の技術による空気の循環利用を伴うプロセス、および、本発明による空気の循環利用を伴うプロセスの第1の実施の形態にそれぞれ関する、ブローキャビティ内の圧力プロファイルのグラフである。 図1で示す本発明の空気循環利用プロセスを実施するように適合された設備の第1の変形の形態の図である。 空気の循環利用を伴わない標準的なブロープロセス、既知の技術による空気の循環利用を伴うプロセス、および、本発明による空気の循環利用を伴うプロセスの第2の実施の形態にそれぞれ関する、ブローキャビティ内の圧力プロファイルのグラフである。 図3で示す本発明の空気循環利用プロセスを実施するように適合された設備の図である。
図1を参照すると、プラスチック容器のためのブローキャビティ内の圧力プロファイルが概略的に示されて比較される。これらのプロファイルは、以下のものに対応している。
i)空気の循環利用を伴わない、一次空気および二次空気の使用を伴う、標準的なブロープロセスであり、参照番号1を有する曲線によって示されるプロファイルA-B-C-D。
ii)最新技術によるブロー空気の循環利用を伴うブロープロセスであり、参照番号2を有する曲線によって示されるプロファイルA-B-H-I-J。
iii)本発明による中圧での空気の循環利用を伴うブロープロセスの第1の実施の形態であり、参照番号3を有する曲線によって示されるプロファイルA-B-E-F-G。
そして、中圧のブロー空気を循環利用するための本発明の循環利用プロセスは、以下の通りに実施される。
まず、約10バールである低圧P1の加圧空気、いわゆる一次空気が、パリソンの中にブローされ、このパリソンは、ブロー成形型の内方形状に適合させるようにパリソンを膨張させる温度にある。これは図1の曲線の区間A-Bに対応している。
曲線3の区間B-Eに対応する第2のステップでは、約40バールである高圧P2の二次空気がプラスチック容器内に注入されて、その容器が恒常的形状となる。ここで、この空気は既知のタイプの加圧手段によって生成され、このシステムにとって新しい空気から構成されている。
この第2のステップの最終部分では、ブローされたプラスチック容器は、使用されるプラスチックのタイプに応じて、そして他の既知のパラメータに応じて、ある時間の間、高圧で維持される。
第3のステップでは、所定の時間に、容器内の空気が約20〜28バールの、好ましくは約25〜28バールの中圧P3に到達するまで排気されて循環利用される。これは曲線3の区間E-Fに対応している。
このプロセスの第1の変形の形態においては、この第3のステップで循環利用される空気は一次空気タンクに直接送られて、その後、A-B区間内のその次のブローサイクルで使用される。
また、このプロセスの第2の変形の形態においては、この第3のステップで循環利用される空気は一次空気タンクとは異なる循環利用タンクに送られ、上述のように、その後、区間A-Bにおけるその次のブローサイクルで使用される。
ここで、この第3のステップの持続時間は0.05秒から0.15秒の間の範囲内であり、次いで第4のステップが実施され、ここでは、ブローされた容器内の残留空気が大気中に排気される(曲線3の区間F-G)。
また、シアー圧力値(箇所F)の選択は、一次空気の供給のために必要な循環利用体積に対し、正味効率で循環利用体積を釣り合わせるように調整されることに留意することが有益である。
有利には、前述の第4の排気ステップでは、キャビティにおいて再循環ステップを実施するために、空気は約4〜6バールに相当する圧力P4に維持されるのが好ましい。これは、曲線3'の区間K-Lに相当している。また、前記再循環ステップは、好ましくは約5バールに相当する、キャビティ内に収容される容器内の逆圧を維持するために実施される。
また、成形機を始動させるステップにおいて容器内で圧力P1を確保するために、一次空気タンクの、または循環利用タンクの事前加圧ステージが実施されるのが有利である。
図2は、一次空気タンク内の空気を直接的に循環利用する場合に、一次空気、二次空気、再循環空気、および、上述のブロープロセスから循環利用される空気を使用する、ブロー設備の空圧に関する図の第1の変形の形態を示している。
このような設備は、有利には、交互に一次空気及び二次空気のブローを行うブロー手段、実現可能な再循環手段、ブロー成形型の実現可能な温度調整手段、および、ブロー空気及び/又は再循環空気を循環利用するための循環利用システムを備えているものである。
ブロー手段は、一次空気タンク13、二次空気タンク14、容器への注入のための対応する注入弁13'、14'、対応する配管13''、14''、および対応する圧縮機を備えている。
また、再循環手段は、再循環弁5、対応する配管5'、および、容器4内に再循環空気を導くためのチャネルを内部に有する、同じく対応する延伸ロッド15を備えている。
また、型のための温度調整手段は、例えば、油量調整ユニット、または、キャビティごとに約1.8kWの設置出力を有する抵抗などを備えている。
さらに、単一ステージ機又はブロー機のブローキャビティから得られる、ブロー空気の空圧エネルギーおよび可能な場合の再循環空気の空圧エネルギーを循環利用するための循環利用システムは、空気循環利用手段、および電子制御/自動制御手段を備えるものである。
有利には、この第1の変形の形態において、ブロー空気および再循環空気を循環利用するための循環利用手段は、前述の一次空気タンク13を有する同一の一次空気回路を備え、したがって、循環利用される空気はこの一次空気タンク13へ直接送られる。
ブローキャビティ内に一次空気を供給する注入弁13'は、キャビティの脱気の開始時において、空気流を一次空気タンク13の方に送り戻す二方弁であることから、この一次空気タンク13は、一次空気注入の終了時の圧力ps1から始まり、ブローの開始時のタンク13内の圧力ps0を、つまり、第1のブローステップの圧力P1を、基本的には超過した状態で回復する。
タンク13内が、圧力ps0と比較した場合に基本的に超過しているこの第1の圧力ps2に到達すると、弁13'が閉じ、それと同時に脱気弁7が開いて、キャビティからの排気が完了する。
そして、ブローされる容器を形成するために必要な正確さを有し、一次空気ブロー開始の正確な圧力ps0における、タンク13の最終加圧は、圧力変換器20から得られる信号で制御される放出弁10によって、超過状態の圧力ps2を、基本的に不足した圧力ps3まで低減させ、最終的に、可能である場合には、タンク13のインライン供給の入口に配置される圧力調節器30によって初期値ps0を補正することで達成されることとなる。
ここで、ブローされる容器のプロセス要求にかかわらず、どのような場合でも、一次空気ブロー終了の圧力ps1からブロー開始の一次空気圧ps0に繰り返し確実に到達するようにするために、および、ブロー空気の循環利用を最大にし、したがって消費量を低減させるために、一次空気タンク13内の圧力を補正するために異なる器具を同時に使用することが必要である。
有利には、一次空気ブローの開始時において、圧力調節器30によるタンク13のインライン供給は、インライン供給自体が圧力ps0を回復するのを防ぐように開閉弁6を作動させることによって中断され、したがって、前記二方弁13'を介してブローキャビティから得られる排気によって、前述の態様のごとく、圧力ps0の回復を行うことが可能となる。
さらに、シアー圧力(図1の曲線3の箇所F)が、標準的な循環利用ステップのシアー圧力(図1の曲線2の箇所I)に対して相対的に高いことで、循環利用ステップの侵害性が利用可能な合計ブロー時間に対して低減され、合計プロセスウィンドウに対する影響もまた低減される。
空気圧に関する図の第2の変形の形態(図示せず)においては、ブロー空気循環利用手段および再循環空気循環利用手段は、特定の循環利用タンク、対応する配管、および循環利用弁を備えており、この場合には、容器への一次空気注入弁13'は単純な一方向弁であってもよい。
有利には、前記循環利用タンクの下流に、容器4内に一次空気を注入するためのさらなる弁を有する配管が設けられ、このさらなる一次空気注入弁は、曲線3の区間A-Bに対応するいわゆる一次空気ステップにおいて、循環利用される空気を使用するために開かれる。
具体的には、ブローキャビティの脱気ステップにおいて、加圧空気の圧力プロファイルを探知することが可能な空気圧弁および空気圧センサが配されている。
有利には、それぞれの変形の形態における前述の循環利用手段によって、循環利用される空気を、所定の圧力P1(約8〜10バール)で使用することが可能となり、容器4から排気する最終ステップにおいて(区間F-G)、高温充填耐久性の特徴を有する容器の製造に適した最適な逆圧をキャビティ内で生成するために、適切な調節手段によって、好ましくは約4〜6バールに相当する実質的に一定の圧力P4で加圧空気の調節が行われてもよい。
ここで、それぞれの変形の形態における電子制御/自動制御手段は、商用電源への接続要素、スイッチや断路器やフューズ等の設備の装置のための電気機械的制御/保護手段、および、電子制御カードと対応するソフトウェアを備えている。
図1および図2は、最大定格で作動する、第1の変形の形態における本発明の設備の主弁の作動シーケンスを示しており、この作動シーケンスは、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t1まで、圧力P1の一次空気を注入する(区間A-B)ために、第1の方向に二方弁13'を開くこと、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t2まで、圧力P2の二次空気を注入する(区間B-E)ために注入弁14'を開くこと、時間t3まで、容器4から排出されるブロー空気を一次空気タンク13内へ直接的に循環利用する(区間E-F)ために、第1の方向と逆の第2の方向に二方弁13'を再度開くこと、および、二方弁13'を閉じ、それと同時に空気が大気中に完全に排気される(区間F-G)まで減圧弁又は脱気弁7を開くことからなるものである。
空気圧に関する図の第2の変形の形態(図示せず)の場合における、最大定格で作動している場合の設備の主弁の作動シーケンスは、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t1まで、圧力P1の一次空気を注入する(区間A-B)ために、注入弁13'を開くこと、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t2まで、圧力P2の二次空気を注入する(区間B-E)ために、注入弁14'を開くこと、時間t3まで、容器内で既に使用されたブロー空気を循環利用タンク内に注入する(区間E-F)ために循環利用弁を開くこと、および、循環利用弁を閉じ、それと同時に空気がキャビティから大気中に完全に排気される(区間F-G)まで減圧弁を開くことからなるものである。
他の形態として、それぞれの変形の形態において、熱硬化プラスチック容器を製造する場合に、区間F-Gに沿って、ブローキャビティ内で時間t4に圧力P4が到達される(箇所K)際には、容器4中に再循環空気を注入するために再循環弁5を開き、それと同時に脱気弁7を開いたままとすること、および、時間t4'まで容器内の逆圧を値P4に維持すること(区間K-L)が行われる。
この場合、再循環弁5を閉じ、減圧弁7を常時開いたままにすることによって、キャビティから大気中への残留空気の完全な排気(区間L-M)が行われる。
そして、時間t1、t2、t3、t4、およびt4'は、このサイクルに対する決定時間であり、種々の要素によって決定されるものである。
t1およびt2の場合、これらは、予め規定された安定レベルに達しなければならない容器内の圧力の検出値に基づいて、ブロー成形サイクル開始時間t0に対して規定されるのが好ましい。
さらに、時間t3は、型の高温壁部に接触した状態で行われる調整プロセスを施されなければならない容器の壁部の厚さに基づいて規定される。
したがって、t2からt3の間の範囲は0.05から0.15秒の間の範囲内の値である。
また、t4からt4'の間の可能な範囲は0.3から1秒の間の範囲内の値である。
図3を参照すると、プラスチック容器のためのブローキャビティ内の圧力プロファイルが概略的に図示されて比較され、これらのプロファイルは以下のものに対応している。
i)空気の循環利用を伴わない、一次空気および二次空気を使用する、標準的なブロープロセスであり、参照番号1を有する曲線によって示されるプロファイルA-B-C-D。
ii)最新技術によるブロー空気の循環利用を伴うブロープロセスであり、参照番号2を有する曲線によって示されるプロファイルA-B-H-I-J。
iii)本発明による中圧での空気の循環利用を伴うブロープロセスの第2の実施の形態であり、参照番号31を有する曲線によって示されるプロファイルA-B-E'-E-F-F'-G。
このブロー空気循環利用プロセスは、この第2の実施の形態においては、中圧および低圧での二重循環利用を行い、以下の通りに実施される。
まず、約10バールである低圧の加圧空気、いわゆる一次空気が、パリソンの中にブローされ、このパリソンは、ブロー成形型の内方形状に適合させるようにパリソンを膨張させる温度にある。これは図1の曲線の区間A-Bに対応している。
曲線31の区間B-E'に対応する第2のステップでは、加圧空気が約20〜23バールの相対的に高い値の圧力P5で導入され、これは、成形プロセスの終了時に容器を排気するステップの一部において循環利用される空気を収容するための空気タンクから得られる、いわゆる中圧の二次空気である。
次いで、曲線31の区間E'-Eによって示される第3のステップでは、約40バールである高圧P2の二次空気がプラスチック容器内に注入されて、その容器が恒常的形状となる。ここで、この空気は既知のタイプの圧縮手段によって生成され、このシステムにとって新しい空気から構成されている。そして、この第3のステップの最終部分では、ブローされたプラスチック容器は、使用されるプラスチックのタイプに応じて、そして他の既知のパラメータに応じて、ある時間の間、高圧で維持される。
第4のステップでは、所定の時間に、容器内の空気が、中圧P3(約22〜25バール)に到達するまで排気されて循環利用され、これは、曲線31のE-F区間に対応している。この空気は、この第4のステップでは、第1の専用循環利用タンクに送られるか、または、二次空気タンク内に直接送られて、上述のように、その後、B-E'区間内のその次のブローサイクルで使用される。ここで、この第4のステップの持続時間は0.05秒から0.10秒の間の範囲内である。
その後、容器からの空気の第2の排気ステップでは、空気が低圧P3'(約12〜14バール)で循環利用され(曲線31のF-F'区間に対応する)、第2の循環利用タンクまたは他の適切な専用貯蔵手段内に送られる。ここで、このさらなる排気ステップの持続時間は0.05秒から0.10秒の間の範囲内である。
この空気は、区間A-B内の以下のブローサイクルにおいて、一次空気(約8〜10バール)として使用される。また、低圧のこの循環利用される空気のさらなる用途は、ブロー機の作動の際にブロー機を空圧作動させることであり、または、挙げられた前述の用途に対して超過している場合には、低圧空気の生成は、例えば設備空気として使用できる。
有利には、上述の前記第2の排気ステップでは、キャビティにおいて循環利用ステップを実施するために、空気は約12〜18バールに相当する圧力P4'に維持されるのが好ましい。これは曲線31'の区間K-Lに相当している。前記循環利用ステップは13から17バールの間の範囲内の、好ましくは約15バールのキャビティ内に収容される容器内の逆圧を維持するために実施される。しかし、これらの値は、最少で10バールから最大で30バールまでの間で、調整されることとなる容器の壁部の厚さに応じて変動してもよい。
また、成形機を始動させるステップにおいて容器内で圧力P5および圧力P1をそれぞれ確保するために、第1および第2の循環利用タンクの、または、二次空気タンクおよび第2の循環利用タンクの事前加圧ステージが実施されることが有利である。
ブローされた容器内の残留空気は、最新技術の設備内の大気中に排気される圧力(曲線2の区間I-J)に対して相対的に低い圧力(曲線31の区間F'-G)から始まり、大気中に排気され、このことから、大気中に排気される空気がさらに低いエネルギー含有量を有することとなるため、さらなる節減が可能となる。
また、シアー圧力値(箇所F、F')の選択は、一次空気の供給のために、および第1のステップの二次空気の供給のために(箇所B、E')必要な、循環利用体積に対して正味効率で循環利用体積を釣り合わせるように設定されることに留意されたい。
図4は、二つの専用循環利用タンクが設けられる場合に、一次空気、二次空気、再循環空気、および、この第2の実施形態において説明されるブロープロセスから循環利用される空気を使用する、ブロー設備の空圧に関する図の第3の変形の形態を示している。
この図において、中圧の空気の循環利用タンクおよび低圧の空気の循環利用タンクは、対応する数字8および9によって示されている。
このような設備は、図2に示されるもののように、有利には、交互に一次空気および二次空気のブローを行うブロー手段、既知の設備に比して増加された流量に適切に適合された実現可能な再循環手段、既知の設備に対して約二倍の高さの出力を有するブロー成形型の実現可能な温度調整手段、および、ブロー空気および/または再循環空気のための循環利用システムを備えている。
ブロー手段は、一次空気タンク13、二次空気タンク14、容器への注入のための対応する注入弁13'、14'、対応する配管13''、14''、および対応する圧縮機を備えている。
また、再循環手段は、再循環弁5、対応する配管5'、および、容器4内に再循環空気を導くためのチャネルを内部に有する、同じく対応する延伸ロッド15を備えている。
また、型のための温度調整手段は、例えば、油量調整ユニット、または、キャビティごとに約1.8kWの設置出力を有する抵抗などを備えている。
最後に、単一ステージ機またはブロー機のブローキャビティから得られる、ブロー空気の空圧エネルギー、および、可能な場合の再循環物の空圧エネルギーを循環利用するための循環利用システムは、さらに、空気循環利用手段、および電子制御/自動制御手段を備えている。
有利には、空気をブローイングおよび再循環するための循環利用手段は、第1の循環利用タンク9、対応する配管9'、および循環利用弁9''、および、第2の循環利用タンク8、対応する配管8'、および循環利用弁8''を備えている。
有利には、前記第1のタンク9の下流に、容器4に二次空気を注入するためのさらなる注入弁14'''を有する配管が設けられ、この弁14'''はいわゆる二次空気の第1のステップを実施するために開かれており、これは曲線31の区間B-E'に対応している。
具体的には、ブローキャビティの脱気ステップにおいて、加圧空気の圧力プロファイルを探知することが可能な空気圧弁および空気圧センサが配されている。
有利には、前記循環利用手段によって、所定の圧力P3(約22〜25バール)で、可能な場合には、高温充填耐久性および長期耐用性の特徴を有する容器の製造に適した最適な逆圧をキャビティ内で生成するために、適切な調節手段によって、好ましくは約12〜18バールに相当する実質的に一定の圧力P4'で調節されるように、さらなる所定の圧力P3'(約12〜14バール)で、循環利用される空気が使用可能となる。
他の形態として、図4の空気圧に関する図の変形の形態(図示せず)において、ブロー空気を循環利用する第1のステップは、二次空気タンク内へ直接的に行われる。一次空気タンク内への直接的な循環利用ステップに関して同様に述べたように、この場合には、ブローキャビティ内に二次空気を供給する注入弁14'は、キャビティの脱気の開始時において、空気流を二次空気タンク14の方に送り戻す二方弁であることから、この二次空気タンク14は、二次空気注入の終了時の圧力ps1'から始まり、ブローの開始時のタンク14内の圧力ps0'を、つまり、二次空気の第1のブローステップの圧力P5を、基本的には超過した状態で回復する。
タンク14内が、圧力ps0'に対して基本的に超過しているこの第1の圧力ps2'に到達すると、弁14'が閉じ、それと同時に循環利用タンク8の循環利用弁8''が開かれる。
したがって、二次空気ブロー開始の正確な圧力ps0'における、タンク14の最終加圧は、圧力変換器から得られる信号で制御される放出弁によって、超過状態の圧力ps2'を、基本的に不足した圧力ps3'まで低減させ、最終的に、可能である場合には、二次空気タンクのインライン供給の入口に配置される圧力調節器によって初期値ps0'を補正することで達成されることとなる。
ここで、ブローされる容器のプロセス要求にかかわらず、どのような場合でも、二次空気ブロー終了の圧力ps1'からブロー開始の二次空気圧力ps0'に繰り返し確実に到達するようにするために、および、ブロー空気の循環利用を最大にし、したがって消費量を低減させるために、二次空気タンク14内の圧力を補正するために異なる器具を同時に使用することが必要である。
有利には、二次空気ブローの開始時において、圧力調節器30によるタンク14のインライン供給は、このインライン供給自体が圧力ps0'を回復するのを防ぐように開閉弁を作動させることによって中断され、したがって、二方弁14'を介してブローキャビティから得られる排気によって、前述の態様のごとく、圧力ps0'の回復を行うことが可能となる。
電子制御/自動制御手段は、さらなるこれら二つの変形の形態においてもやはり、商用電源への接続要素、スイッチや断路器やフューズ等々の設備の装置のための電気機械的制御/保護手段、および、電子制御カードと対応するソフトウェアを備えている。
図3および図4は、最大定格で作動する場合の、本発明の設備の主弁の作動シーケンスを示しており、この作動シーケンスは、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t1まで、圧力P1の一次空気のために(区間A-B)注入弁13'を開くこと、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t2'まで、圧力P5の二次空気を注入する(区間B-E')ために注入弁14'''を開くこと、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t2まで、圧力P2の二次空気を注入する(区間E'-E)ために注入弁14'を開くこと、時間t3まで、容器内で既に使用されたブロー空気を第1の循環利用タンク9内に注入する(区間E-F)ために循環利用弁9''を開くこと、時間t5まで、容器内で既に使用されたブロー空気を第2の循環利用タンク8内に注入する(区間F-F')ために循環利用弁8''を開くこと、および、循環利用弁8''を閉じ、それと同時に空気がキャビティから大気中に完全に排気されるまで減圧弁7を開くこと(区間F'-G)からなるものである。
二次空気タンク内への第1の直接的な循環利用が行われる、空気圧に関する図のさらなる変形の形態(図示せず)の場合における、最大定格で作動している場合の設備の主弁の作動シーケンスは、容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t1まで、圧力P1の一次空気を注入する(区間A-B)ために注入弁13'を開くこと、時間t2'まで、圧力P5の二次空気を導入する(区間B-E')ために、および、次いで容器内の圧力を安定化させるために必要な時間t2まで、圧力P2の二次空気を導入する(区間E'-E)ために、第1の方向に二方弁14'を開くこと、時間t3まで、容器4から排出されるブロー空気を二次空気タンク14内へ直接的に循環利用する(区間E-F)ために、第1の方向と逆の第2の方向に二方弁14'を再度開くこと、二方弁14'を閉じ、それと同時に、時間t5まで、容器内で既に使用されたブロー空気を第2の循環利用タンク8内に注入する(区間F-F')ために、循環利用弁8''を開くこと、および、循環利用弁8''を閉じ、それと同時に空気がキャビティから大気中に完全に排気される(区間F'-G)まで減圧弁7を開くことからなるものである。
他の形態として、熱硬化/長期劣化プラスチック容器を製造する場合に、区間F-F'に沿って、ブローキャビティ内で時間t4に圧力P4'が到達される際には(箇所K)、容器4中に再循環空気を注入するために再循環弁5を開き、それと同時に循環利用弁8''を開いたままとすること、および、時間t4'まで容器内の逆圧を値P4'に維持すること(区間K-L)が行われる。
この場合、循環利用弁8''および再循環弁5を閉じ、それと同時に減圧弁7を開くことによって、大気中へのキャビティの残留空気の完全な排気(区間L-M)が行われる。
そして、時間t1、t2'、t2、t3、およびt5、またはt4およびt4'は、このサイクルに対する決定時間であり、種々の要素によって決定されるものである。
t1及びt2の場合、これらは、予め規定された安定レベルに達しなければならない容器内の圧力の検出値に基づいて、サイクル開始時間t0に対して規定されるのが好ましい。
さらに、時間t3及びt5は、型の高温壁部に接触した状態で行われる調整プロセスを施されなければならない容器の壁部の厚さに基づいて規定される。
したがって、t2からt3の間の範囲、およびt3からt5の間の範囲は、0.05から0.10秒の間の範囲内の値である。
また、t4からt4'の間の可能な範囲は0.2から1.5秒の間の範囲内の値である。
また、圧力P4'が圧力P3'と合致し得るため、時間t4およびt5もまた合致し得る。
有利には、各ブロー成形作業の終了時において、循環利用タンク8内に貯蔵された空気は、一次空気のタンク13に供給するために再利用されてもよく、設備の他の部分において再利用するために、第1の取扱空気送給部11に、または第2の空気送給部12に送られてもよい。
有利には、循環利用タンク9内に貯蔵された空気は、二次空気の第1のステップにおいて容器4に供給する(区間B-E')ために再利用されてもよい。
上述のすべての変形の形態において、本明細書に説明される態様によってブロー空気の循環利用を可能にするための、PETから製造される容器を製造する機械に対する設備調節は、単一ステージ機およびブロー機の両方に対して適用できる。

Claims (25)

  1. ブロー成形プラスチック材料容器用のブロー成形機からのブロー空気を循環利用するための方法であって、前記成形機が、
    ブローキャビティを備える型と、
    一次空気タンク(13)を備え、前記型の前記キャビティ内に一次空気をブローするための第1のブロー手段(13、13')と、
    二次空気タンク(14)を備え、前記型の前記キャビティ内に二次空気をブローするための第2のブロー手段(14、14')と、
    前記容器から前記空気を排気する第1のステップにおいて、前記キャビティから排出される前記ブロー空気を循環利用するための第1の循環利用手段と、を備えている方法において、
    a)ブローサイクルの所定の開始時間(t0)に、前記第1のブロー手段によって所定の第1の圧力(P1)で前記型の前記キャビティ内に前記空気をブローし、第1の時間(t1)まで該キャビティ内で該空気を該第1の圧力に維持し、該空気を一次空気と規定するステージと、
    b)前記第2のブロー手段によって前記第1の圧力(P1)に対して相対的に高い所定の第2の圧力(P2)で前記型の前記キャビティ内に前記空気をブローし、第2の時間(t2)まで該空気を該第2の圧力に維持し、該空気を二次空気と規定するステージと、
    c)前記容器内が前記第1の圧力(P1)と前記第2の圧力(P2)の間の値を有する第3の圧力(P3)に到達するまで、前記キャビティから前記空気を排気し、前記第1の循環利用手段によって該第3の圧力で該空気を循環利用するステージと、
    d)前記キャビティ内に収容される残留空気を大気圧で排気するステージと、
    からなり、ステージc)において、前記第3の圧力(P3)は20から28バールの間の範囲内の値を有している、方法。
  2. 次のブローサイクルのステージa)において一次空気を供給するために、前記第1の循環利用手段によって循環利用される前記空気が、前記一次空気タンク(13)内へ直接的に循環利用される、請求項1に記載の方法。
  3. ステージc)において、前記タンク(13)内への直接的な循環利用によって、該タンク(13)内が、ブローサイクルの開始時間(t0)の該タンク(13)内の前記第1の圧力(P1)に対して基本的に超過した状態の圧力(ps2)に到達するようになっている、請求項2に記載の方法。
  4. ブローサイクルの開始ステップにおいて、前記容器内で前記第1の圧力(P1)を確保するために、前記タンク(13)の事前加圧ステージが行われる、請求項3に記載の方法。
  5. 前記事前加圧ステージが、圧力変換器(20)で制御される放出弁(10)によって、前記超過状態の圧力(ps2)を、前記第1の圧力(P1)に対して基本的に不足している圧力(ps3)に低減させることと、可能な場合には、前記タンク(13)のインライン供給の入口に配置された圧力調節器(30)によって前記第1の圧力(P1)の値まで補正を行うことを含んでいる、請求項4に記載の方法。
  6. 開閉弁(6)を作動させることによって、ブローサイクルの前記開始時間(t0)に、前記圧力調節器(30)による前記タンク(13)の前記インライン供給が中断される、請求項5に記載の方法。
  7. 次のブローサイクルのステージa)において一次空気を供給するために、前記第1の循環利用手段によって循環利用される前記空気が、前記一次空気タンク(13)とは異なる循環利用タンク内へ循環利用される、請求項1に記載の方法。
  8. 前記容器内が、前記第1の圧力(P1)に対して相対的に高く前記第2の圧力(P2)に対して相対的に低い第4の圧力(P5)に到達するまで、ブローステージb)において二次空気の一部を供給するために、ステージc)において循環利用される前記空気が、第1の循環利用タンク(9)内へ、または直接的に前記二次空気タンク(14)内へ循環利用される、請求項1に記載の方法。
  9. ステージc)とステージd)の間において、前記容器内が前記第1の圧力(P1)と前記第3の圧力(P3)の間の値を有する第5の圧力(P3')に到達するまで、前記キャビティからの前記空気の中間的な排気が行われ、第2の循環利用タンク(8)を備える第2の循環利用手段によって、該第5の圧力で該空気を循環利用する、請求項8に記載の方法。
  10. 前記中間的な排気において循環利用される前記空気が、次のブローサイクルのステージa)において一次空気を供給するために使用される、請求項9に記載の方法。
  11. 前記キャビティ内において、それぞれ、前記ステージb)の第1の部分に対して前記第4の圧力(P5)を確保し、ブローサイクルの開始ステップにおいて前記第1の圧力(P1)を確保するために、前記第1及び第2の循環利用タンク(9、8)の事前加圧ステージが行われる、請求項9に記載の方法。
  12. ステージd)において、第6の圧力(P4)に到達すると、前記キャビティ内への再循環ステップを実施するために、第3の時間(t4')まで該キャビティ内の前記空気を該第6の圧力で維持する、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記中間的な排気において、第6の圧力(P4')に到達すると、前記キャビティ内への再循環ステップを実施するために、第3の時間(t4')まで該キャビティ内の前記空気を該第6の圧力で維持する、請求項9又は10に記載の方法。
  14. 前記第3の圧力(P3)は25から28バールの間の、または22から25バールの間の値を有し、所定の前記第2の圧力(P2)は約40バールに相当する値を有し、所定の前記第1の圧力(P1)は約10バールに相当する値を有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記ステージc)の持続時間が0.05から0.15秒の間の範囲内である、請求項1から14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 請求項1から15のいずれか一項に記載の前記方法を実施するように適合された、ブロー成形プラスチック材料容器(4)用のブロー成形機であって、
    ブローキャビティを備える型と、
    一次空気タンク(13)を備え、前記型の前記キャビティ内に一次空気をブローするための第1のブロー手段と、
    二次空気タンク(14)を備え、前記型の前記キャビティ内に二次空気をブローするための第2のブロー手段(14、14')と、
    前記容器から前記空気を排気する第1のステップにおいて、前記キャビティから排出される前記ブロー空気を循環利用するための第1の循環利用手段と、を備え、
    前記第1の循環利用手段が、前記型の前記キャビティ内での第1のブローステージへ一次空気を注入できるように、または、第2のブローステージへ二次空気の一部を注入できるように構成されている、ブロー成形機。
  17. 前記第1の循環利用手段が、前記一次空気タンク(13)と、前記キャビティ内に一次空気を注入するための弁(13')を備え、前記弁(13')は二方向型で、前記一次空気タンク(13)内へ前記ブロー空気を直接的に循環利用できるように適合されている、請求項16に記載のブロー成形機。
  18. 圧力変換器(20)で制御される放出弁(10)と、前記一次空気タンク(13)の前記インライン供給の前記入口に配置される圧力調節器(30)を備え、該一次空気タンク(13)の事前加圧手段を備えている、請求項17に記載のブロー成形機。
  19. 前記キャビティ内への前記一次空気のブローが開始されると、前記圧力調節器(30)による前記一次空気タンク(13)の前記インライン供給を中断するように適合された、開閉弁(6)を備えている、請求項18に記載のブロー成形機。
  20. 前記キャビティ内に一次空気を供給するために、前記第1の循環利用手段が、前記一次空気タンク(13)とは異なる循環利用タンクを備えている、請求項16に記載のブロー成形機。
  21. 前記第1の循環利用手段は、第1の循環利用タンク(9)と、循環利用弁(9'')と、対応する循環利用配管(9')を備え、前記キャビティ自体において前記第4の圧力(P5)を生成するために、前記容器内で前記ブローステージb)へ前記二次空気の一部を注入できるように適合されている、請求項16に記載のブロー成形機。
  22. 前記第1の循環利用手段が、前記二次空気タンク(14)と、前記キャビティ内に二次空気を注入するための弁(14')を備え、前記弁(14')は二方向型で、前記二次空気タンク(14)内へ前記ブロー空気を直接的に循環利用できるように適合されている、請求項16に記載のブロー成形機。
  23. 第2の排気ステップにおいて、前記キャビティから排出される前記空気を貯蔵するための第2の貯蔵手段(8)が設けられ、該第2の貯蔵手段(8)は、前記キャビティ自体において前記第1の圧力(P1)を生成するために、前記容器内で前記ブローステージa)へ一次空気を注入できるように適合されている、請求項21または22に記載のブロー成形機。
  24. 前記第2の貯蔵手段は、第2の循環利用タンク(8)と、循環利用弁(8'')と、対応する循環利用配管(8')を備えている、請求項23に記載のブロー成形機。
  25. 再循環弁(5)および対応する再循環配管(5')を備え、前記型の前記キャビティ内に配置された、前記容器内に循環利用空気(5)を注入する注入手段が配されている、請求項16から24のいずれか一項に記載のブロー成形機。
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