JP4109660B2 - オートクレーブの熱風循環方法・装置 - Google Patents
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Description
なお、マッフル炉3の内側空間はワークゾーン10を形成し、ここに成形材(被加工材)11、治具・工具及び台車を収容する。
圧力容器2内部は、別途、加圧設備(真空手段を含む)12とバルブを介して連通して成るオートクレーブが一般である。
即ち、成形材11を治具・工具及び台車と共にワークゾーン10内に収容したのち、扉1で圧力容器2を密閉すると共に、バルブを開いて加圧設備12から(通常)高圧ガスを圧力容器2内に供給して成形材11を治具・工具に対し加圧する一方、モーター7を駆動して循環ファン8を回転させ、ヒーター5・クーラー6により加熱・調整した前記高圧ガスを風胴9を介して吸引し、これを放射方向に圧力容器2底壁に沿って旋回させながら外通風路4方向に送り出し、扉1側に向かって流通させる(矢印参照)。
モデルで示せば、図4(b)のような雰囲気温度曲線が得られる。
図中、x軸をワークゾーン10の上流側から下流側長さL、y軸は、雰囲気温度t°Cとしている。
このように成形材の長さが長い程、ワークゾーン10の上流部と下流側との雰囲気温度差が大きくなる傾向が見られる。
加工材・治具・台車:30000Kg
ガス循環量 :1200m3/min
平均流速 :1.6m/sec
の条件を与え、
後部のヒーター5(クーラー6の調節を含め)と循環ファン8を制御して、成形材11を1°C/minで昇温させた場合は、ワークゾーン10の上流側と下流側との温度差が約、10.5°Cに達する。
と言った、資料(成形材の形状、材質によっても異なるが)も得られている。
又、機械構造的に見ても、負荷熱量はマッフル炉3の炉床部の方が天井部に比べて圧倒的に大きくなるので、床面に向かって温度も下がり易く、ガス流速も低下する。
ワークゾーン内空間の雰囲気ガスの温度分布に不均一が生じると、加工後の成形品の品質にバラツキが生じる恐れもあり、加工時間に余裕を採らねばならず、稼働能率に影響する。
各セクション毎にヒーター15・クーラー16の制御を行い、ワークゾーン10内空間域での雰囲気の温度を調節する。尤も、ワークゾーン10内でマッフル炉底のヒーター15・クーラー16側から撹拌扇14に立ち上がる各循環流の間には境界が無いから、相互に干渉がある事は当然である。
また、相互に加熱温度を制御して、ワークゾーン10内長手軸方向の雰囲気の温度を可及的に均一になし得る。
即ち、当該ガス流は、さきに見た水平循環型のガス熱風流路の形を、マッフル炉3内の各セクション断面内に現出したと理解することができる。但し、異なる処は、ワークゾーン10内で加熱ガスが、形成材(治具・工具及び台車を含む)の面(長手方向)に対し直角方向に流れる事である。
このタイプの循環流では、さきに述べたように長尺材料に対して直角方向に雰囲気ガスが流れるため、成形材の形状又は積載形式によっては、セクション内で殆ど流れが生じない場所ができる。
成形材の2段積みは不可で、一段積みでも上面と下面とでは温度差が生じる事がある。
長尺材料の処理には不向きである。
又、機械構造的に見ても、負荷熱量は炉床部の方が天井部に比べて圧倒的に大きくなるので、床面に向かって温度も下がり易く、ガスの流速も低下傾する。
ワークゾーン内のガス流れが成形材に直角方向の場合は、成形材の上下面で温度差が生じ易く、流れが生じない場所ができる事がある。流速分布が乱れ、雰囲気ガスの温度分布・風速にバラツキが生じる。
ワークゾーン内における雰囲気ガスの温度分布が不均一だと、成形品の品質にバラツキが生じる恐れがあって成形材の装填方法にも留意する必要があり、又、加工時間に余裕を採らねばならず、オートクレーブの稼働能率に影響する。
そこで本願発明は、上述各不都合な現状を解決するオートクレーブのガス循環方法・装置を提供する事を目的とする。
(1)圧力容器内に同容器と略、同心に設置した両端開放のマッフル炉の外壁と前記圧力容器内壁との間に外通風路を設け、前記マッフル炉の一方端に隣接してクーラー・メインヒーターを設けると共に、クーラー・メインヒーターに対して直列に圧力容器の一端に配置したファンを駆動し、マッフル炉内のガスをクーラー・メインヒーターを通して吸引し外通風路を流通させ、圧力容器の他方端で反転して、再び、マッフル炉内に戻すような循環経路を形成した、圧力容器内で材料を加圧・加熱、冷却し、成形材を接着成形するオートクレーブにおいて、前記マッフル炉内を長手軸方向に境界を設けずに複数のセクションに区画し、それぞれのセクション毎に、圧力容器外壁の長手軸方向に間隔を置いて撹拌用モーターを設置し、前記モーターのシャフトを圧力容器の長手軸心に対して直角方向に配置し、その端部を前記外通風路及びマッフル炉壁を貫通して前記炉内に伸出せしめ、前記シャフトの先端に撹拌扇を取付け、対応してマッフル炉内側壁に補助ヒーターを設置し、各補助ヒーターによってマッフル炉内を流通するガスへ成形材・治具・工具等に消費した熱量を補給する一方、撹拌扇で前記ガス流を撹拌・混合して、マッフル炉内のガスの主たる流れに混・乱流を発生させることを特徴とするオートクレーブの熱風循環方法。
ただし、前記撹拌扇は各セクション内でガスの撹拌を行うので、ワークゾーン10内を長手軸方向に上流側から下流側に流れるガス流量は、圧力容器底に配置した熱風循環ファン8の風量である。
従って、ガスの平均流速は水平方向の何処の断面においても略、一定で、断面内の流速ムラを解消し、水平方向でのガスの温度分布を、略、一定に保つことができる。
この撹拌扇は、容量が小さいので、ワークゾーン10内のガスの主たる流れは熱風循環ファンの流れに従い、略、水平方向である事を特徴とする。
加熱ガスは、主調節用温度プログラム調節計(TPC)により、炉内温度を調節する一方、その設定温度を各セクションに対応する温度調節計(TC1〜TC4)に送り、各セクション毎の温度調節を可能にする(図3参照)。
更に、各セクション毎に、撹拌扇14…に対応してマッフル炉3内壁の対向面にそれぞれ、補助ヒーター17a、17b、17c…が配置されている。
前記一対の補助ヒーター17…(17a、17b、17c…を代表する)は、容量に較べて薄くかつ表面積を拡げて設け、補助ヒーター17…の表面に沿ってガスが流通する事を妨げず、又その間に満遍なく、かつ均等に加熱するように配慮されている。
また、圧力容器炉床部分の不均一な熱負荷による影響も解消する。
但し、撹拌扇14…によるガス流れの撹拌・混合範囲は各セクションの領域内に限られるよう小規模に制御されており、全体の(水平)循環流を無効にするおそれはない。
上記各セクションに所属する撹拌モーター13…、撹拌扇14…の配置は、必ずしも圧力容器2の上部外壁のみを選択する事を要さず、例えば、容器2底面外側壁又は容器の上部外壁と底面外側壁とに交互に分配、配置しても良い。
各セクションに属する補助センサーJ1、J21、J3…は、主温度調節計TCのコン
トロールの許にある補助温度調節計TC1、TC2、TC3…に信号を入力して、各SCR1(電力調整器)、SCR2、SCR3…を介して補助ヒーター17…に印加される電力をコントロールするよう配置されている。
本実施例の場合、撹拌扇14…は、所定回転数で駆動されている。
水平循環型ガス流の雰囲気温度は、ワークゾーン内を成形材に沿って流れ下る間に、成形材、治具・工具、台車等に熱を奪われて、漸次、温度が低下する傾向にあるが、上流側から下流側に連なる補助ヒーターの制御と撹拌扇の回転とによって、その都度、熱量を補充され、ワークゾーン内の各部分の雰囲気ガスの温度を所望の範囲内に制御する事ができる。
ワークゾーン内の各部分の雰囲気ガスの温度を所望の範囲内で制御する事ができたから、異形材、成形品に部分的な加工ムラが生じるおそれが無いし、操業(稼働)時間の短縮、作業効率も向上する。
2 円筒状圧力容器
3 マッフル炉
4 外通風路(風胴)
5,15 ヒーター
6,16 クーラー
7 モーター
8 循環ファン
9 風胴
10 ワークゾーン
11 成形材(被加工材)
12 加圧設備
13 撹拌モーター
14 撹拌扇
17 補助ヒーター
Claims (3)
- 圧力容器内に同容器と略、同心に設置した両端開放のマッフル炉の外壁と前記圧力容器内壁との間に外通風路を設け、前記マッフル炉の一方端に隣接してクーラー・メインヒーターを設けると共に、クーラー・メインヒーターに対して直列に圧力容器の一端に配置したファンを駆動し、マッフル炉内のガスをクーラー・メインヒーターを通して吸引し外通風路を流通させ、圧力容器の他方端で反転して、再び、マッフル炉内に戻すような循環経路を形成した、圧力容器内で材料を加圧・加熱、冷却し、成形材を接着、成形するオートクレーブにおいて、前記マッフル炉内を長手軸方向に境界を設けずに複数のセクションに区画し、それぞれのセクション毎に、圧力容器外壁の長手軸方向に間隔を置いて撹拌用モーターを設置し、前記モーターのシャフトを圧力容器の長手軸心に対して直角方向に配置し、その端部を前記外通風路及びマッフル炉壁を貫通して前記炉内に伸出せしめ、前記シャフトの先端に撹拌扇を取付け、対応してマッフル炉内側壁に補助ヒーターを設置し、各補助ヒーターによってマッフル炉内を流通するガスへ成形材・治具・工具等に消費した熱量を補給する一方、撹拌扇で前記ガス流を撹拌・混合して、マッフル炉内のガスの主たる流れに混・乱流を発生させることを特徴とするオートクレーブの熱風循環方法。
- マッフル炉内を長手軸方向に境界を設けずに複数のセクションに区画し、それぞれのセクション毎に温度調節センサーを配置して、前記温度調節センサーからの信号に基づき、各セクション内の雰囲気温度を設定値に保持するよう、補助ヒーターの出力を制御することを特徴とする請求項1記載のオートクレーブの熱風循環方法。
- 筒形圧力容器内で、同圧力容器と略、同心に設置した両端開放のマッフル炉の外壁と圧力容器内壁との間に外通風路を設け、マッフル炉の一方端に隣接してクーラー・メインヒーターを設けると共に、クーラー・メインヒーターに対して直列に圧力容器の一端に配置したファンを駆動して、マッフル炉内のガスを吸引し外通風路を流通させ、圧力容器の他方端で反転して、再び、マッフル炉内に戻すような循環経路を形成した、圧力容器内で材料を加圧・加熱、冷却し、成形材を接着、成形するオートクレーブにおいて、前記マッフル炉内を長手軸方向に境界を設けずに複数のセクションに区画し、それぞれのセクション毎に、圧力容器外壁上部の長手軸方向に間隔を置いて撹拌用モーターを設置し、前記モーターのシャフトを圧力容器の長手軸心に対し直角方向に配置して、その端部を前記外通風路及びマッフル炉壁を貫通して前記炉内に伸出せしめ、前記シャフトの先端に撹拌扇を取付け、マッフル炉内側壁に対応して一対の補助ヒーターを設置し、前記補助ヒーターによってマッフル炉内を流通するガスに対し、成形材・治具・工具等に消費した熱量を補給する一方、各撹拌扇で前記ガス流を撹拌・混合して、マッフル炉内のガスの主たる流れに混・乱流を発生させることを特徴とするオートクレーブの熱風循環装置。
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