JP2023025536A - 発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法 - Google Patents

発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法 Download PDF

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Yuichiro Ono
倫生 梶田
Michio Kajita
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Hoko Yabushita
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Kenichi Inoue
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Abstract

【課題】液体流路を流れる液体に対して発泡剤を安定して供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供する。【解決手段】液体ポンプ40によって供給され、かつ液体流路30を流れる液体L1に対して発泡剤Eを添加させる装置であって、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの圧力を測定する発泡剤圧力計81と、発泡剤圧力計81により測定される発泡剤Eの圧力が、液体流路圧力計31により測定された液体圧力より高圧となるように発泡剤流路12を流れる発泡剤Eを加圧する発泡剤加圧ポンプ80と、液体流路30に所定量の発泡剤Eを供給する発泡剤計量ポンプ50と、液体L1に対する発泡剤Eの添加を開閉によって制御する開閉弁60と、ポンプ駆動検知部41によって検知された液体ポンプ40の駆動状況に応じて、開閉弁60を開弁する制御をする制御部61とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は、液体に対して発泡剤を添加させるための発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法に関する。
従来、建築物や構造物の屋根、壁面、床等に、現場にてポリオールとイソシアネートを混合させ、その混合物を吹き付けて発泡させることにより、ポリウレタンフォームを形成する施工方法が広く知られている。ポリウレタンフォームの施工性を補助する方法として、例えば、ポリオールとイソシアネートの2成分を混合するとき、第3成分として発泡剤を添加する方法(以下「フロス法」という。)が広く知られている。フロス法では、例えばポリオール又はイソシアネートを供給するための液体流路に接続される発泡剤流路が設けられ、タンクなどから発泡剤流路を介して、発泡剤としての二酸化炭素などを液体流路内のポリオール又はイソシアネートに添加させる発泡剤添加装置が一般的に使用されている。発泡剤添加装置において二酸化炭素などの発泡剤が添加されたポリオール又はイソシアネートは、さらにイソシアネート又はポリオールと混合されたうえで外部に向けて吐出される。
発泡剤添加装置の液体流路内における液体は、加圧状態で供給されることが一般的であり、発泡剤は、液体流路内の液体圧力よりも高い圧力に加圧されたうえで液体流路に添加することで、液体に安定して混合させることができる。そこで、液体流路内の液体圧力と発泡剤流路内の発泡剤圧力を測定し、発泡剤圧力が液体圧力よりも高いときに開閉弁を開弁して発泡剤を液体に添加する制御がされる装置が使用されている(例えば、特許文献1参照)。
また、発泡剤容器を加熱することによって、発泡剤ポンプを用いることなく、液体流路内の液体圧よりも高い圧力まで発泡剤圧力を加圧することで、発泡剤圧力と液体圧力の差圧によって、発泡剤を液体に添加する制御がされる装置も開示されている。(例えば、特許文献2~3参照)。
特許第6395556号公報 特許第5255239号公報 特許第5255380号公報
従来の発泡剤添加装置においては、発泡剤を添加する条件として、発泡剤圧力が液体圧力よりも高いことが必要であるため、液体流路内の液体圧力を検知しつつ、発泡剤の添加を制御している。しかし、従来の発泡剤添加装置においては、液体流路を流れる液体が液体ポンプによって脈動して供給されるため、液体流路内の液体圧力は、液体ポンプの脈動の影響を受けやすく、液体圧力に応じる制御方法では発泡剤の添加を制御することが難しい。
また、従来の発泡剤添加装置においては、開閉弁を開弁して発泡剤を液体に添加する際の液体圧力と発泡剤圧力との差圧や、開閉弁の開弁時間によって発泡剤の添加量が変動してしまうため、発泡剤の添加量の定量性の把握が難しく、発泡剤の添加量の調整が困難であった。
また、従来の発泡剤添加装置においては、発泡剤流路内の発泡剤圧力が、液体流路内の液体圧力より低くなってしまった場合、発泡剤流路内に液体が逆流してしまうことがあり、発泡剤流路で逆流が発生した後の発泡剤の添加量の調整が困難であった。
そこで、本発明は、液体流路内の液体圧力に応じる制御ではなく、液体ポンプの駆動に応じた制御とすることで、液体ポンプの脈動の影響を受けることなく、液体流路を流れる液体に対して発泡剤を安定して供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、液体流路を流れる液体に所定量の発泡剤を供給する発泡剤計量ポンプの利用によって、液体流路を流れる液体に対して所定量(所定容積)の発泡剤を供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明は、発泡剤流路内における逆流を防止し、発泡剤を安定して供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供することを課題とする。
本発明は、以下の[1]~[15]を要旨とする。
[1]液体ポンプによって供給され、かつ液体流路を流れる液体に対して発泡剤を添加させるための発泡剤添加装置であって、前記液体流路を流れる前記液体の圧力を測定する液体流路圧力計と、前記液体ポンプの駆動を検知するポンプ駆動検知部と、前記発泡剤を収容する発泡剤容器と、前記発泡剤容器から供給された前記発泡剤を流す発泡剤流路と、前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤の圧力を測定する発泡剤圧力計と、前記発泡剤圧力計により測定される前記発泡剤の圧力が、前記液体流路圧力計により測定された前記液体圧力より高圧となるように前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤を加圧する発泡剤加圧ポンプと、前記液体流路に所定量の前記発泡剤を供給する発泡剤計量ポンプと、前記液体に対する前記発泡剤の添加を開閉によって制御する開閉弁と、前記ポンプ駆動検知部によって検知された前記液体ポンプの駆動状況に応じて、前記開閉弁を開弁する制御をする制御部とを備える、発泡剤添加装置。
[2]前記制御部は、液体ポンプの駆動位置が予め定められた位置になった際に、前記開閉弁を開弁する、[1]に記載の発泡剤添加装置。
[3]前記制御部は、前記液体に対して前記所定量の前記発泡剤を添加した際に、前記開閉弁を閉弁する制御をする、[1]又は[2]に記載の発泡剤添加装置。
[4]前記発泡剤計量ポンプは、容積式ポンプである、[1]~[3]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[5]前記発泡剤計量ポンプは、往復式ポンプである、[1]~[4]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[6]前記発泡剤加圧ポンプは、前記発泡剤を連続的に加圧するポンプである、[1]~[5]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[7]前記発泡剤加圧ポンプは、アキシャルポンプ及びギアポンプのいずれかである、[1]~[6]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[8]前記液体は、ポリオール又はポリイソシアネートを含むである、[1]~[7]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[9]前記液体は、フィラーを含有する、[1]~[8]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[10]前記発泡剤は、二酸化炭素を含む、[1]~[9]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[11]前記制御部は、前記液体流路圧力計により測定された前記液体圧力が所定値よりも低い場合には、前記開閉弁を開弁しないように制御する、[1]~[10]のいずれかに記載の発泡剤添加装置。
[12][1]~[11]のいずれかに記載の発泡剤添加装置を備える、吹付用発泡機。
[13]液体ポンプによって供給され、かつ液体流路を流れる液体に対して発泡剤を添加させるための発泡剤添加方法であって、発泡剤容器に収容された発泡剤を発泡剤流路に供給する工程と、前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤の圧力を発泡剤圧力計で測定する工程と、前記液体流路を流れる前記液体の圧力を液体流路圧力計で測定する工程と、前記発泡剤圧力計により測定される前記発泡剤の圧力が、前記液体流路圧力計により測定された前記液体圧力より高圧となるように前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤を発泡剤加圧ポンプで加圧する工程と、前記液体ポンプの駆動をポンプ駆動検知部で検知する工程と、前記液体流路に供給する所定量の前記発泡剤を発泡剤計量ポンプで計量する工程と、前記液体に対する前記発泡剤の添加を開閉弁の開閉によって制御する工程とを含み、前記発泡剤の添加を開閉弁の開閉によって制御する工程において、前記液体ポンプ駆動検知部によって検知された前記液体ポンプの駆動状況に応じて、制御部が前記開閉弁を開弁する制御をする、発泡剤添加方法。
[14]前記発泡剤の添加を開閉弁の開閉によって制御する工程において、前記液体圧力計の測定圧力が所定値よりも低い場合には、前記開閉弁を開弁しないように制御する、[13]に記載の発泡剤添加方法。
[15][13]又は[14]に記載の発泡剤添加方法により、液体流路を流れる液体に対して発泡剤を添加させる工程を含む、発泡体製造方法。
本発明においては、液体流路内の液体圧力に応じる制御ではなく、液体ポンプの駆動状況に応じた制御とすることで、液体ポンプの脈動の影響を受けることなく、液体流路を流れる液体に対して発泡剤を安定して供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供することができる。
また、本発明においては、液体流路を流れる液体に所定量の発泡剤を供給する発泡剤計量ポンプの利用によって、液体流路を流れる液体に対して所定量(所定容積)の発泡剤を供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供することができる。
また、本発明は、発泡剤流路内における逆流を防止し、発泡剤を安定して供給することが可能な発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法を提供することができる。
本発明の第1の実施形態に係る発泡剤添加装置を示す模式図である。 本発明の第1の実施形態に係る吹付用発泡機を示す模式図である。 本発明の第1の実施形態に係る発泡剤添加方法を示すフローチャートである。
[第1の実施形態]
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を詳細に説明する。
第1の実施形態に係る発泡剤添加装置10は、図1に示すように、液体流路30に流れる液体L1に、発泡剤Eを混合するための装置である。
<液体>
液体L1は、特に限定されないが、発泡体の原料であるフォーム原料が好ましい。発泡剤添加装置10は、フォーム原料である液体L1に、発泡剤Eを混合することで発泡体を製造できる。発泡体は、ポリウレタンフォーム、フェノールフォーム、ポリスチレンフォームなどが挙げられる。したがって、液体L1としては、これら発泡体の原料となり得るものであればよい。発泡体は、上記した中では、製造容易性、硬化速度、発泡性などの観点から、ポリウレタンフォームが好ましい。また、ポリウレタンフォームは硬質ポリウレタンフォームであることがさらに好ましい。硬質ポリウレタンフォームを使用することで、自己接着性、断熱性、機械強度などが良好となりやすい。
ポリウレタンフォームを形成するためのウレタン樹脂組成物は、一般的に、ポリオールを含む1液と、ポリイソシアネートを含む2液とを混合することで調製される。ウレタン樹脂組成物は、該組成物に混合される発泡剤Eにより発泡され、かつ硬化されることでポリウレタンフォームが形成される。発泡剤Eは、1液及び2液のいずれかに混合させればよいが、安定性などの観点から1液に混合させることが好ましい。すなわち、発泡剤添加装置10は、ポリオール及びポリイソシアネートのいずれかを含む液体(1液又は2液)に、液体状の発泡剤Eを混合させることが好ましいが、ポリオールを含む液体(1液)に発泡剤Eを混合させることがより好ましい。
ポリオールを含む液体(1液)は、ポリオールに加えて、触媒、及び整泡剤を含有するポリオール組成物であることが好ましく、また、発泡剤をさらに含有してもよい。なお、このように1液(ポリオール組成物)に予め含有される発泡剤は、上記した発泡剤Eと区別するために、「内添発泡剤」ともいう。
また、ポリウレタンフォームを形成するためのウレタン樹脂組成物は、フィラーを含有してもよい。ウレタン樹脂組成物がフィラーを含有することで、得られるポリウレタンフォームの難燃性が向上する。ポリオール及びポリイソシアネートのいずれかを含む液体(1液又は2液)に、フィラーを混合させることが好ましいが、ポリオールを含む液体(1液)にフィラーを混合させることがより好ましい。
フィラーは、液状の原料組成物において固体分として含まれるものであり、一般的に原料組成物において粒状、粉状として存在する成分である。
フィラーは、常温(23℃)、常圧(1気圧)において、固体であり、かつ液状の原料組成物において溶解しない成分であればよい。
フィラーとしては、固体難燃剤及び沈降防止剤などが挙げられる。固体難燃剤としては、赤燐系難燃剤、ホウ素含有難燃剤、臭素含有難燃剤、リン酸塩含有難燃剤、塩素含有難燃剤、アンチモン含有難燃剤、金属水酸化物及び針状フィラー等が挙げられ、赤燐系難燃剤、ホウ素含有難燃剤及び臭素含有難燃剤からなる群から選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。
また、ポリオール組成物は、硬化触媒、整泡剤、フィラー以外にも、難燃剤(固体難燃剤、液状難燃剤)、酸化防止剤、熱安定剤、金属害防止剤、帯電防止剤、架橋剤、滑剤、軟化剤、顔料などの各種添加剤を含むことができる。
<発泡剤>
内添発泡剤としては、特に限定されないが、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)、ハイドロフルオロカーボン(HFC)、炭化水素、ジエチルエーテルなどが使用できる。内添発泡剤に使用されるハイドロフルオロオレフィン(HFO)としては、例えば、炭素数が3~6個程度であるフルオロアルケン等を挙げることができ、好ましくは炭素数3又は4であり、より好ましくは炭素数3である。ハイドロフルオロオレフィンは塩素原子を有するハイドロクロロフルオロオレフィンであってもよい。ハイドロフルオロカーボン(HFC)としては、例えば炭素数1~4程度のハイドロフルオロカーボンが挙げられ、ハイドロフルオロカーボンは塩素原子を有してもよい。炭化水素としては、炭素数2~5の炭化水素が挙げられる。炭素数2~5の炭化水素は、炭素数3、4の炭化水素が好適であり、また、プロパンとブタン類とを主成分とするLPGなども使用できる。
一方で、発泡剤Eは、フロス法による発泡に使用できる発泡剤であればよく、室温(23℃)、常圧(1気圧)で気体となる発泡剤であればよく、好ましくは常圧下で沸点が0℃未満となるものである。発泡剤Eは、特に限定されないが、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)、二酸化炭素などが挙げられる。なお、フロス法は、常温、常圧で気体となる発泡剤Eを、ポリオールを含む液体(1液)などのフォーム原料に混合させて発泡させるものである。なお、ポリオールを含む液体は、発泡剤(内添発泡剤)を予め含有することがあるが、そのような場合、発泡剤Eは発泡性、施工性を改善するための発泡助剤としての機能を有する。
本発明において、発泡剤Eとしては、二酸化炭素を使用することが好ましい。二酸化炭素は、後述する加圧により液体状態で液体L1に混合させることができ、それにより、液体L1に対する混合性が向上する。また、二酸化炭素を使用することで環境負荷が低くなる。ただし、二酸化炭素は、超臨界又は亜臨界状態で液体L1に混合されてもよい。
発泡剤Eとして二酸化炭素を使用する場合、二酸化炭素単独で使用してもよいが、ハイドロフルオロオレフィン(HFO)と二酸化炭素との混合ガスを使用してもよい。
(発泡剤添加装置)
以下、発泡剤添加装置10についてより詳細に説明する。
発泡剤添加装置10は、液体流路圧力計31と、ポンプ駆動検知部41と、発泡剤容器11と、発泡剤流路12と、発泡剤圧力計81と、発泡剤加圧ポンプ80と、発泡剤計量ポンプ50と、開閉弁60と、制御部61とを備える。発泡剤添加装置10は、液体流路30を流れる液体Lに対して発泡剤Eを添加させるための装置である。
液体流路30には、液体ポンプ40が接続され、ドラム缶などの容器(図示せず)に充填された液体L1が液体ポンプ40により液体流路30に供給されて送出される。
液体ポンプ40は、容積式又は非容積式のいずれでもよいが、容積式ポンプであることが好ましい。容積式ポンプは脈動が大きいが、本発明によれば脈動が大きくても発泡剤の安定供給が可能である。容積式ポンプは、往復式、回転式ポンプのいずれでもよいが、シール機構が駆動部側にあるシリンジポンプ及びシール機構がシリンダ側にあるプランジャーポンプ等の往復式ポンプが好ましい。また、容積式は、可変容量式でもよいし、定容量式でもよい。
液体ポンプ40は、ポンプの種類によって、シリンダ、ギア、ベーン、プランジャなどの各種駆動部を回転又は直線運動などにより周期的に駆動することで流体の吐出を繰り返し行う。例えば、シリンジポンプは、シリンダが下死点と上死点との間で繰り返し直線運動をする。
液体流路30に流される液体L1は、吐出圧に加圧された状態で流される。液体流路30には、液体流路圧力計31が接続され、液体流路圧力計31により液体流路30を流れる液体L1の液体圧力LPが測定される。液体流路30を流れる液体L1の圧力LPは、作業安定性の観点から、5~10MPaであることが好ましい。液体流路圧力計31は、測定された液体圧力LPを制御部61へ送信する。
液体ポンプ40には、ポンプ駆動検知部41が設けられている。ポンプ駆動検知部41は、液体ポンプ40の駆動を検知する。ポンプ駆動検知部41は、検知した液体ポンプ40の駆動に関するポンプ駆動情報DIを制御部61に送信する。
液体ポンプ40は、上記のとおり、往復又は回転運動などにより、駆動部を周期的に駆動させるが、ポンプ駆動検知部41は、その周期において駆動部がどの位置に駆動しているかを検知できる。例えば、シリンジポンプなどの往復式ポンプでは、下死点又は上死点の間を往復運動するが、ポンプ駆動検知部41は、ポンプの駆動部がその往復運動においてどの位置に駆動されているかを検知できる。回転ポンプでも、同様に、駆動部が回転運動のどの位置に駆動されているかを検知できればよい。
ポンプ駆動検知部41としてはセンサーを使用する。具体的なセンサーとしては、液体ポンプ40の駆動部の駆動位置を距離として測定するレーザー距離センサー、及び液体ポンプ40の駆動部が一定の位置(例えば、上死点又は下死点など)に到達したことを検知する位置センサーなどが挙げられる。
発泡剤容器11としては、耐圧容器が使用され、例えば公知のガスボンベを使用すればよい。発泡剤容器11は、発泡剤Eを加圧状態で収納するとよい。また、発泡剤容器11は、ヒーター(図示せず)を備えてもよく、ヒーターによって加温することで、発泡剤容器11の内部圧力は上昇し、それにより、発泡剤加圧ポンプ80による加圧の負担を低減することができ、発泡剤Eを高い圧力に加圧された状態で発泡体流路12に送出しやすくなる。
発泡剤流路12は、上記の通り、発泡剤容器11から発泡剤Eを液体流路30に供給する経路である。発泡剤流路12は、クーラントなどで構成される流路冷却装置(図示せず)を備えてもよく、それにより、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eを冷却することができる。発泡剤流路12において発泡剤Eを冷却することで発泡剤各流路において発泡剤Eが気化されにくくなり、液体状態で液体Lに混合しやすくなる。発泡剤流路12内部の温度は-20~20℃の範囲に維持することが好ましい。
発泡剤流路12には、発泡剤圧力計81が設けられる。発泡剤圧力計81は、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPが測定される。発泡剤流路圧力計81は、測定された発泡剤圧力EPを制御部61へ送信する。
発泡剤流路12には、発泡剤加圧ポンプ80が設けられる。発泡剤加圧ポンプ80は、制御部61と接続され、発泡剤流路12における発泡剤計量ポンプ50の上流側に設けられる。発泡剤加圧ポンプ80は、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPを、液体流路30を流れる液体L1の圧力LPより高圧となるように加圧することで、発泡剤Eの逆流を抑制し、下流側に設けられている発泡剤計量ポンプ50に安定して一定量の発泡剤Eを供給することを可能とする。
発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPは、発泡剤Eの逆流を防ぐという観点から、液体流路30を流れる液体L1の圧力LPより0.3~2.0MPa以上高いことが好ましい。
発泡剤加圧ポンプ80としては、発泡剤計量ポンプ50に一定量で発泡剤Eを供給することを可能とする観点から、安定した圧力で発泡剤Eを高圧加圧し供給できるポンプであることが好ましく、中でも、アキシャルポンプ及びギアポンプのいずれかであることが好ましい。
発泡剤流路12内部の発泡剤圧力EPは、発泡剤計量ポンプ50の吸引によって低下するなど変化が起こりやすく、発泡剤圧力EPの変化が起こることで発泡剤Eが気化したり、逆流したりする問題がある。そこで、液体流路30及び発泡剤計量ポンプ50へ送り出す発泡剤Eの発泡剤圧力EPが5~12MPaの範囲になるように調整されることが好ましい。発泡剤流路12の発泡剤Eは、上記範囲内に調整されることで、液体状態で液体流路30に供給されやすくなる。発泡剤Eは、液体状態で液体流路30に供給されると液体L1に混合されやすくなる。
発泡剤加圧ポンプ80は、制御部61により制御されるとよい。制御部61は、液体流路圧力計31から受信した液体圧力LPと、発泡剤圧力計81から受信した発泡剤圧力EPとを比較し、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPを、液体流路30を流れる液体L1の圧力LPより高圧となるように加圧するように発泡剤加圧ポンプ80を制御する。また、制御部61は、発泡剤圧力EPが所定圧力未満である場合に、発泡剤加圧ポンプ80から発泡剤計量ポンプ50への発泡剤Eの供給を継続するように制御する。また、制御部61は、発泡剤圧力EPが所定圧力に到達すると、発泡剤加圧ポンプ80から発泡剤計量ポンプ50への発泡剤Eの供給を停止するように制御するとよい。
以上のように、発泡剤Eの発泡剤圧力EPを制御することで、下流側に設けられている発泡剤計量ポンプ50に安定して発泡剤Eを供給することを可能とする。
発泡剤流路12には、発泡剤計量ポンプ50が設けられる。発泡剤計量ポンプ50は、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eを受け取り、計量することで、液体流路30に予め定められた所定量(所定容積)の発泡剤Eを供給する。
発泡剤計量ポンプ50は、非容積式でも容積式でもよいが、一定量の発泡剤の供給が容易であること、及び容積可変が容易であることから、容積式ポンプが好ましい。容積式ポンプとしては、シリンジポンプ及びプランジャーポンプ等の往復式ポンプが好ましく、中でも、1ショット量の計量精度が高く、高圧輸送にも優れるシリンジポンプであることが好ましい。
また、発泡剤計量ポンプ50は、可変容量式でもよいし、定容量式でもよいが、可変容量式が好ましい。容積可変することで、供給する発泡剤Eの所定量を可変することができる。発泡剤計量ポンプ50の容積可変制御は、CPU(マイクロプロセッサ)、メモリ、入力ポート、出力ポートなどを備えた公知の制御装置で構成されるとよく、パーソナルコンピューターなどにより構成されてもよいし、手動により可変としてもよい。
発泡剤流路12において、発泡剤計量ポンプ50の下流側に、開閉弁60が設けられる。開閉弁60は、液体L1に対する発泡剤Eの添加を開閉によって制御する。開閉弁60は、開弁することで発泡剤流路12を流れる発泡剤Eを液体L1に対して供給する。一方、開閉弁60は、閉弁することで液体L1に対する発泡剤Eの供給を停止する。開閉弁60は、例えば電磁弁で構成される。
開閉弁60には、開閉弁60の開弁又は閉弁を制御する制御部61が接続されている。制御部61は、ポンプ駆動検知部41から液体ポンプ40のポンプ駆動情報DIを受信し、液体ポンプ40の駆動状況に応じて開閉弁60を開弁する制御を行う。具体的には、液体ポンプ40における駆動位置が予め定められた位置(所定位置)となった際に、開閉弁60を開弁する制御を行う。開閉弁60の開弁により、液体流路30には、上記のとおり、予め定められた所定量の発泡剤Eが供給される。
液体ポンプ40は、上記の通り周期的に駆動するが、液体ポンプ40の駆動部の位置(駆動位置)が所定位置となった際に開閉弁60が開弁すると、その周期の同じタイミングにおいて、発泡剤Eが液体Lに供給されることになる。ここで、液体ポンプ40は、周期の同じタイミングにおいてはほぼ同じ挙動(すなわち、ほぼ同じ圧力及び同じ流量)で液体Lを流路30に供給するので、そのタイミングで所定量(すなわち、一定量)の発泡剤が流路30に対して供給されると、液体Lに対する発泡剤Eの供給が安定する。
すなわち、本実施形態では、液体流路30内の液体圧力に応じる制御ではなく、液体ポンプ40の駆動部が予め定められた位置(所定位置)となった際に開閉弁60を開弁する制御をすることで、液体Lに対する発泡剤Eの安定供給が可能になる。
また、所定位置となった際に開閉弁60を開弁し、その後閉弁する制御を行うことで、開閉弁の開閉は、繰り返されることになる。
上記所定位置は、特に限定されないが、液体ポンプ40がシリンジポンプなどの往復式ポンプでは、上死点、下死点、又はこれらの間の特定の位置のいずれでもよいが、上死点又は下死点のいずれかであることが好ましい。上死点又は下死点に到達すると、その後、液体流路30に供給される液体Lの圧力が低下する。したがって、所定位置を上死点又は下死点とすると、その圧力が低下したタイミングで発泡剤Eが供給されることになり、液体Lに発泡剤Eを混合させやすくなる。
また、上記所定位置は、往復式ポンプでは、駆動部が上死点から下死点へ到達し、その後、下死点から上死点へ到達する1周期の間に1箇所である必要はなく、2箇所以上でもよく、例えば上死点及び下死点の両方を所定位置に設定しておいてもよい。
また、上記所定位置は、回転式ポンプでは、同様に、例えば、回転周期(0~360°)のうち、いずれかの特定の位置であるn°(ただし、nは0~360のうちのいずれか)の位置を所定位置に設定しておけばよい。
制御部61は、液体ポンプ40の駆動部が1周期ごとに開閉弁60を1回開弁するように制御してよいし、2周期ごとに開閉弁60を1回開弁するように制御してもよいし、n周期(nは3以上の整数)ごとに開閉弁60を1回開弁するように制御してもよい。また、制御部61は、液体ポンプ40の駆動部が1周期のうちに開閉弁60を複数回開弁するように制御してもよく、例えば、半周期に1回開弁するように制御してもよい。
なお、1周期ごとに1回開弁するとは、例えば、上死点を所定位置に設定する場合には、上死点に到達する毎に開弁することを意味する。下死点の場合も同様である。
また、例えば、上死点と下死点の間の特定の位置を上記所定位置とする場合には、駆動部が所定位置となった場合のいずれの場合も、開閉弁60を開弁する必要はなく、駆動部が上死点から下死点、又は下死点から上死点に移動する際の何れかにおいて開弁するように制御するとよい。
さらに、駆動部が複数ある複動型(例えば、複動型プランジャポンプ)においては、開閉弁は、いずれか1つの駆動部の駆動に基づいて制御されてもよいし、複数の駆動部の駆動に基づいて制御されてもよい。複数の駆動部の駆動に基づいて制御される場合には、例えば、各駆動部の駆動部が所定位置に配置されるごとに開弁してもよい。
制御部61は、液体流路30の液体L1に対して発泡剤計量ポンプ50から所定量の発泡剤Eが添加された際に、開閉弁60を閉弁する制御をする。このように、発泡剤計量ポンプ50から所定量の発泡剤Eが液体流路30の液体L1に添加された際に、開閉弁60を閉弁することで、液体流路30を流れる液体L1に対して余剰の発泡剤Eを添加すること無く、所定量(所定容積)の発泡剤Eを安定して供給することができる。
ここで、制御部61は、発泡剤計量ポンプ50から送出される発泡剤Eの量を計測し、その送出量が規定量となった時点で液体L1に対して所定量の発泡剤Eが添加されたと判断して閉弁してもよいし、開弁から一定時間経過後に閉弁することで、所定量の発泡剤Eを液体L1に添加させてもよい。また、制御部61は、発泡剤計量ポンプ50の駆動を検知して、発泡剤計量ポンプ50の計量した所定量の発泡剤Eが全て添加されたと判断された時点で閉弁してもよい。
また、制御部61は、液体流路圧力計31で測定した液体流路30を流れる液体L1の液体圧力LPを受信し、測定圧力LPが所定値よりも低い場合には、開閉弁60を開弁しないように制御する。制御部61の制御によって、測定圧力LPが所定値よりも低い場合に開閉弁60を開弁しないことで、液体流路30を流れる液体L1が少量である場合の発泡剤Eの添加を防ぐことができる。測定圧力LPが所定値よりも低い場合としては、発泡剤添加装置10の起動時、停止時、及び液体流路30が詰まっているとき等が挙げられる。測定圧力LPの所定値は、液体ポンプ40の脈動の振れよりも低い値とすることが好ましく、例えば、3MPaと設定すればよい。
また、制御部61は、液体流路圧力計31で測定した液体流路30を流れる液体L1の液体圧力LP、及び、発泡剤流路圧力計81で測定した発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPを受信し、発泡剤圧力EPが液体圧力LPより高圧となるように発泡剤加圧ポンプ80を制御する。
液体流路30を流れる液体L1に対する発泡剤Eの供給量は、液体L1に対する発泡剤Eの添加時における体積割合で、0.05~5.0%であることが好ましく、0.1~4.5%であることがより好ましく、0.15~4.0%であることがさらに好ましい。発泡剤Eの供給量を上記範囲内とすることで、ポリオールなどに適切な量の発泡剤を含有させることが可能になり、ポリウレタンフォームを適切に発泡できる。なお、液体流路30を流れる液体L1に対する発泡剤Eの供給量は、使用する発泡剤Eによって調整することが好ましく、例えば、発泡剤Eが二酸化炭素の場合は0.2~2.0%であることが好ましく、発泡剤Eがハイドロフルオロオレフィンと二酸化炭素との混合ガスの場合は0.4~3.5%であることが好ましい。
(吹付用発泡機)
吹付用発泡機1は、図2に示すように、上記した発泡剤添加装置10を備える。本実施形態における吹付用発泡機1は、ポリウレタンフォームを形成するための装置である。ただし、本発明において吹付用発泡機は、ポリウレタンフォームを形成するための装置に限定されず、他のフォームを形成するための装置であってもよい。ポリウレタンフォームは、上記のとおり硬質ポリウレタンフォームが好ましい。また、吹付用発泡機1は、現場吹付用発泡機であり、ポリウレタンフォームを施工する施工現場に持ち込まれて、施工現場にてポリウレタンフォームを形成するための装置である。
吹付用発泡機1は、発泡剤添加装置10に加え、さらに上記した液体流路30(以下、第1の液体流路30ともいう)及び液体ポンプ40(以下、第1の液体ポンプ40ともいう)を備える。また、吹付用発泡機1は、上記液体L1とは別の液体L2が流される第2の液体流路32と、第2の液体流路32に液体L2を送出する液体ポンプ42(以下、第2の液体ポンプ42ともいう)とを備える。第1及び第2の液体ポンプ40,42は、ドラム缶などの液体容器(図示せず)に接続され、液体容器から吸引した液体L1,L2を第1及び第2の液体流路30,32それぞれに送出する。
ポリウレタンフォームは、上記のとおり、ポリオールを含む1液と、ポリイソシアネートを含む2液とを混合させ、発泡かつ硬化させることで形成できる。第1の液体流路30に流される液体L1は、1液又は2液のうちの一方であり、第2の液体流路32に流される液体L2は1液又は2液のうちの他方であるが、液体L1がポリオールを含む1液であり、液体L2がポリイソシアネートを含む2液であることが好ましい。
吹付用発泡機1は、スプレーガン70を備える。スプレーガン70は、吐出部70Aと混合部70Bを備える。混合部70Bでは、第1及び第2の液体流路30、35が合流される。第1及び第2の液体流路30,32に流される1液と2液は、混合部70Bで混合され、その混合物(ウレタン樹脂組成物)が吐出部70Aより噴射される。この際、ウレタン樹脂組成物は、建築物や構造物の屋根、壁面、床等の施工対象面に吹き付けられるとよい。噴射されたウレタン樹脂組成物は、発泡かつ硬化してポリウレタンフォームとなる。ポリウレタンフォームは、例えば断熱材として使用される。
以上の吹付用発泡機1では、発泡剤添加装置10を用いて発泡剤Eを適切に混合した液体L1を、ポリウレタンフォームの原料として使用しているので、発泡性、吹き付け性が良好なポリウレタンフォームを形成できる。
[発泡剤添加方法]
本実施形態における発泡剤添加装置10における発泡剤Eの液体L1への発泡剤添加方法を、図3のフローチャートにより詳細に説明する。なお、以下では、発泡剤Eが二酸化炭素である場合を具体例として、圧力、温度などを説明するが、発泡剤Eが他の物質である場合には、その物質の性状に応じて圧力、温度など設定すればよい。
ステップS1において、発泡剤容器11に収容された発泡剤Eを発泡剤流路12に供給する。発泡剤流路12に供給された発泡剤Eの温度は、-20~20℃の範囲に維持することが好ましい。また、発泡剤流路12内部の圧力は、発泡剤計量ポンプ50へ送り出す発泡剤Eの圧力が5~12MPaの範囲になるように調整されることが好ましい。
次に、ステップS2において、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPを発泡剤圧力計81で測定する。得られた発泡剤圧力EPは、制御部61に送信される。
また、ステップS3において、液体流路30を流れる液体L1の液体圧力LPを液体圧力計31で測定する。得られた液体圧力LPは、制御部61に送信される。
次に、ステップS4において、発泡剤圧力計81により測定される発泡剤Eの発泡剤圧力EPが、液体流路圧力計31により測定された液体圧力LPより高圧となるように発泡剤流路12を流れる発泡剤Eを発泡剤加圧ポンプ80で加圧する。具体的には、液体流路圧力計31で測定した液体流路30を流れる液体L1の液体圧力LP、及び、発泡剤流路圧力計81で測定した発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPを受信した制御部61によって、液体圧力LP及び発泡剤圧力EPを比較し、発泡剤圧力EPが液体圧力LPより高圧となるように発泡剤加圧ポンプ80を制御する。
次に、ステップS5において、液体ポンプ40の駆動をポンプ駆動検知部41で検知する。具体的には、液体流路30を流れる液体L1を加圧するための液体ポンプ40の駆動部の駆動位置をポンプ駆動検知部41によって検知し、検知した液体ポンプ40の駆動に関するポンプ駆動情報DIを得る。ポンプ駆動検知部41としては、液体ポンプ40の駆動部の駆動位置を継続して測定することが可能なレーザーアプリセンサーであることが好ましい。得られたポンプ駆動情報DIは、制御部61に送信される。
次に、ステップS6において、液体流路30に供給する所定量の発泡剤Eを発泡剤計量ポンプ50で計量する。
次に、ステップS7において、液体L1に対する発泡剤Eの添加を開閉弁60の開閉によって制御する。
発泡剤Eの添加を開閉弁60の開閉によって制御する工程において、ポンプ駆動検知部41によって検知された液体ポンプ40の駆動状況に応じて、制御部61が開閉弁60を開弁する制御をする。具体的には、ポンプ駆動検知部41から液体ポンプ40のポンプ駆動情報DIを制御部61が受信し、液体ポンプ40における駆動部の駆動位置が予め定められた位置(所定位置)となった際に、開閉弁60を開弁する制御を行う。
ただし、上記したステップS1~S7は、制御の一例を示しているにすぎず、本発明の要旨に反しない限りいかなる順番で行ってもよい。例えば、ステップS2は、ステップS3からステップS6の各ステップと同時並行で行ってもよいし、ステップS3からステップS6のいずれかの後に行ってもよい。例えば、ステップS5とステップS6は、順番を入れ替えて行ってもよいし、同時並行に行ってもよい。また、ステップS2~ステップS4と、ステップS5~ステップS6も同時並行に行ってもよい。ステップS2とステップS3も順番を入れ替えて行ってもよいし、同時並行に行ってもよい。
[発泡体製造方法]
本発明の第1の実施形態に係る発泡剤添加装置10を用いることで発泡体の形成することができる。本実施形態におけるポリウレタンフォームの製造方法は、上記のステップS1~ステップS7の工程を含み、さらに、発泡剤添加装置10で液体流路30を流れる液体L1に対して発泡剤Eを添加させた液体L1と、液体L2とを吹付用発泡機1で混合して調製した混合物を吐出装置から吐出する工程を含む。具体的には、以下の工程(1)~(8)を含む。
(1)発泡剤容器11に収容された発泡剤Eを発泡剤流路12に供給する工程
(2)液体流路30を流れる液体L1の液体圧力LPを液体圧力計31で測定する工程
(3)発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの発泡剤圧力EPを発泡剤圧力計81で測定する工程
(4)泡剤圧力計81により測定される発泡剤Eの発泡剤圧力EPが、液体流路圧力計31により測定された液体圧力LPより高圧となるように発泡剤流路12を流れる発泡剤Eを発泡剤加圧ポンプ80で加圧する工程
(5)液体ポンプ40の駆動をポンプ駆動検知部41で検知する工程
(6)液体流路30に供給する所定量の発泡剤Eを発泡剤計量ポンプ50で計量する工程
(7)液体L1に対する発泡剤Eの添加を開閉弁60の開閉によって制御する工程
(8)発泡剤添加装置10で液体流路30を流れる液体L1に対して発泡剤Eを添加させた液体L1と、液体L2とを吹付用発泡機1で混合して調製した混合物を吐出装置から吐出する工程
以上のように、本実施形態においては、液体ポンプ40の駆動を検知するポンプ駆動検知部41を備えることで、液体ポンプ40の駆動状況を検知し、液体ポンプ40の駆動状況に応じた制御とする。このように、液体流路30内の液体圧力に応じる制御ではなく、液体ポンプ40の駆動状況に応じた制御とすることで、液体ポンプ40の脈動の影響を受けることなく、液体流路30を流れる液体L1に対して発泡剤Eを安定して供給することができる。
また、本実施形態においては、液体流路30を流れる液体L1に所定量の発泡剤Eを供給する発泡剤計量ポンプ50の利用によって、液体流路30を流れる液体L1に対して所定量(所定容積)の発泡剤を安定して供給することができる。
また、本実施形態においては、発泡剤加圧ポンプ80の利用によって、発泡剤流路12内の発泡剤圧力EPを液体流路30内の液体圧力LPより高く維持することで、発泡剤流路12内における逆流を防止し、発泡剤Eを安定して供給することができる。
[その他の実施形態]
以上のように第1の実施形態を示して説明した発泡剤添加装置、吹付用発泡機、発泡剤添加方法及び発泡体製造方法は、本発明の一例であり、本発明は、上記実施形態の構成に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な改良及び変更が可能であり、構成要素を適宜加えてもよい。
例えば、液体流路30に供給する所定量の発泡剤Eを発泡剤計量ポンプ50で計量する工程(ステップS6)の前に、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの圧力を、発泡剤加圧ポンプ80で所定圧力まで加圧する工程を含む。
発泡剤加圧ポンプ80で所定圧力まで加圧する工程においては、発泡剤加圧ポンプ80と発泡剤計量ポンプ50との間に備える発泡剤圧力計81によって、発泡剤流路12を流れる発泡剤Eの圧力を測定してもよい。発泡剤圧力計81によって圧力を測定することで、発泡剤加圧ポンプ80で所定圧力まで加圧する精度を向上させることができ、下流側に設けられている発泡剤計量ポンプ50に一層安定して発泡剤Eを供給することを可能とする。
例えば、発泡剤添加方法において、液体L1に対する発泡剤Eの添加を開閉弁60の開閉によって制御する工程(ステップS7)において、液体圧力計31の測定圧力LPが所定値よりも低い場合には、開閉弁60を開弁しないように制御してもよい。発泡剤添加方法にステップS20を含ませることで、発泡剤添加装置10の起動時、停止時、及び液体流路30が詰まっているとき等の液体流路30を流れる液体L1が少量である場合には、発泡剤Eを安定した割合で添加することにならないため、添加をしない制御を行うことができる。測定圧力LPの所定値としては、液体ポンプ40の脈動の振れよりも低い値とすることが好ましく、例えば、3MPaと設定すればよい。
1 吹付用発泡機
10 発泡剤添加装置
11 発泡剤容器
12 発泡剤流路
30 液体流路(第1の液体流路)
31 液体流路圧力計
32 第2の液体流路
40 液体ポンプ(第1の液体ポンプ)
41 ポンプ駆動検知部41
42 液体ポンプ(第2の液体ポンプ)
50 発泡剤計量ポンプ
60 開閉弁
61 制御部
70 スプレーガン
70A 吐出部
70B 混合部
80 発泡剤加圧ポンプ
81 発泡剤圧力計
E 発泡剤
L1、L2 液体

Claims (15)

  1. 液体ポンプによって供給され、かつ液体流路を流れる液体に対して発泡剤を添加させるための発泡剤添加装置であって、
    前記液体流路を流れる前記液体の圧力を測定する液体流路圧力計と、
    前記液体ポンプの駆動を検知するポンプ駆動検知部と、
    前記発泡剤を収容する発泡剤容器と、
    前記発泡剤容器から供給された前記発泡剤を流す発泡剤流路と、
    前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤の圧力を測定する発泡剤圧力計と、
    前記発泡剤圧力計により測定される前記発泡剤の圧力が、前記液体流路圧力計により測定された前記液体圧力より高圧となるように前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤を加圧する発泡剤加圧ポンプと、
    前記液体流路に所定量の前記発泡剤を供給する発泡剤計量ポンプと、
    前記液体に対する前記発泡剤の添加を開閉によって制御する開閉弁と、
    前記ポンプ駆動検知部によって検知された前記液体ポンプの駆動状況に応じて、前記開閉弁を開弁する制御をする制御部とを備える、発泡剤添加装置。
  2. 前記制御部は、液体ポンプの駆動位置が予め定められた位置になった際に、前記開閉弁を開弁する、請求項1に記載の発泡剤添加装置。
  3. 前記制御部は、前記液体に対して前記所定量の前記発泡剤を添加した際に、前記開閉弁を閉弁する制御をする、請求項1又は2に記載の発泡剤添加装置。
  4. 前記発泡剤計量ポンプは、容積式ポンプである、請求項1~3のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  5. 前記発泡剤計量ポンプは、往復式ポンプである、請求項1~4のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  6. 前記発泡剤加圧ポンプは、前記発泡剤を連続的に加圧するポンプである、請求項1~5のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  7. 前記発泡剤加圧ポンプは、アキシャルポンプ及びギアポンプのいずれかである、請求項1~6のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  8. 前記液体は、ポリオール又はポリイソシアネートを含むである、請求項1~7のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  9. 前記液体は、フィラーを含有する、請求項1~8のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  10. 前記発泡剤は、二酸化炭素を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  11. 前記制御部は、前記液体流路圧力計により測定された前記液体圧力が所定値よりも低い場合には、前記開閉弁を開弁しないように制御する、請求項1~10のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置。
  12. 請求項1~11のいずれか1項に記載の発泡剤添加装置を備える、吹付用発泡機。
  13. 液体ポンプによって供給され、かつ液体流路を流れる液体に対して発泡剤を添加させるための発泡剤添加方法であって、
    発泡剤容器に収容された発泡剤を発泡剤流路に供給する工程と、
    前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤の圧力を発泡剤圧力計で測定する工程と、
    前記液体流路を流れる前記液体の圧力を液体流路圧力計で測定する工程と、
    前記発泡剤圧力計により測定される前記発泡剤の圧力が、前記液体流路圧力計により測定された前記液体圧力より高圧となるように前記発泡剤流路を流れる前記発泡剤を発泡剤加圧ポンプで加圧する工程と、
    前記液体ポンプの駆動をポンプ駆動検知部で検知する工程と、
    前記液体流路に供給する所定量の前記発泡剤を発泡剤計量ポンプで計量する工程と、
    前記液体に対する前記発泡剤の添加を開閉弁の開閉によって制御する工程とを含み、
    前記発泡剤の添加を開閉弁の開閉によって制御する工程において、前記液体ポンプ駆動検知部によって検知された前記液体ポンプの駆動状況に応じて、制御部が前記開閉弁を開弁する制御をする、発泡剤添加方法。
  14. 前記発泡剤の添加を開閉弁の開閉によって制御する工程において、前記液体圧力計の測定圧力が所定値よりも低い場合には、前記開閉弁を開弁しないように制御する、請求項13に記載の発泡剤添加方法。
  15. 請求項13又は14に記載の発泡剤添加方法により、液体流路を流れる液体に対して発泡剤を添加させる工程を含む、発泡体製造方法。
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