JP4628470B2 - ガスの供給方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、充填機械における任意の応用例において所定の任意温度および任意流量でガスまたは混合ガス(またはガス混合物)を供給する方法および装置に関するものである。以下の説明で、ガスの語は総称的に使用されるとともに、任意の混合ガス(またはガス混合物)を示すものとして使用される。さらに詳しくは、本発明は、充填機械において処理ステーションに対する所定温度のガス供給に関連する方法および装置に関する。この機械では、ガス温度を検出するセンサーを含む電気的に加熱される加熱ユニットを通して、大気圧よりも高い圧力に加圧されたガスが送られる。このセンサーの出力信号はガス温度調整ユニットへフィードバックされ、ガス温度調整ユニットは、加熱ユニットから流出するガス温度を調整するために、加熱ユニットに接続されている。

従来より、上述形式の装置は、通常はセラミックスまたはガラス製の部材内部に封入された加熱フィラメントを基本的に使用している。供給することを意図されたガスは、加熱フィラメントおよび包囲体を積極的に通過するように移動されて、適当な温度にまで加熱される。その後、ガスは導管を通してさらに、関連する適用装置に連結された１つ以上のノズルへ導かれる（図１参照）。

セラミックス材料やガラスに封入されたそのようなフィラメントの特徴は、上記したように封入されているために、また、熱的質量が比較的大きい結果として、しばしば３０分までもの比較的長い加熱時間を有することである。さらに、それらはガス流量の変化に極めて敏感である。しかしながら、そこから適切に放出されるガス流の温度は、供給される低温ガスの流量が一定であるという条件のもとで最高の信頼性をもって一定していなければならない。しかしガス流の変化が、最悪の場合、フィラメントやその包囲体の過熱をもたらし、また、フィラメントおよび包囲体を簡単に破損させ、その結果として不必要でコストを高くする運転停止をもたらしている。この種の運転停止に関連して、破壊した部材やフィラメントからの破片の拡散に対する管理を維持することはさらに困難となる。さらに、多くの場合、選ばれた適用状態によっては、温度およびガス流量の両方を極めて早く変化できることが望ましい。特に加熱しようとするガスが空気を含まない場合には、高温ガスを断続的に流せることがしばしば望まれる。このことは、上記した理由によって、従来の解決策で達成することは不可能である。開始から３０分程度経過するまでは許容できるほど信頼できる温度レベルの高温ガスを発生させることは保証できない。さらに、従来技術の解決策では、加熱されたガスが、非断熱チューブ内を提供場所まで移送され、３００Ｗ／チューブ表面ｄｍ² 程度に及ぶ大きなエネルギー損を生む要因であるという見過ごせない問題を提示している。これは、当然のことながら費用の観点から、または機械部分に生じる局部加熱の観点から、望ましくない。同時に、そのような望ましくない局部加熱は機械を取巻く大気の望ましくない加熱を生じる。

スウェーデン国の公開（ｐｒｉｎｔｅｄ）特許番号７１０４７３６−９は、圧力調整された圧縮空気が如何にしてマルチ・コア式セラミックス加熱ブロックに供給されるのかを記載している。これは電気的加熱部材を内蔵している。それらの部材を通る電流は、セラミックス加熱ブロックから出る高温空気に曝された熱電対の出力信号に応じて制御することができる。熱電対からの信号は、電子的温度調整器へフィードバックされる。しかしながら、当該公開特許は、依然として現時点の技術水準と考えられることを確認するものでしかないとみなさねばならない。

したがって、本発明の１つの主目的は、新規で簡単な方法により高温ガスを直ちに利用できるようにする必要性に応えることである。高温ガスは所定の選択された温度で、また、数秒以内に供給できる待機状態から供給できなければならない。

本発明の他の目的は、供給されるガスの或る所定流量または或る所定圧力に影響されずに、任意のタイプの高温ガスを発生させる方法を提供することである。

本発明による１つの特定の目的は、即時的に、また、設置パラメータに拘わりなく迅速に、流量および（または）温度に関して調整することのできる迅速且つ融通性のある機械設備を実現可能にすることである。これは周期的に間欠作動する機械に関して特に価値あるものとなる。

また、本発明の１つの目的は、間欠的作動であったり完全に不規則的作動であったりするにも拘わらず、即時的に使用できることの必要性を満足させ、さらに従来技術装置と比較してきわめて簡単な構造でかなり高い作動信頼性を示す装置を提供することである。

本発明によれば、上述した目的を達成できる冒頭で説明した形式の方法が実現される。この方法においては、加熱ユニットはガスまたは混合ガスの流れるキャビティを定めた導電性シェルとして形成され、このシェルは電流回路の調整器で調整される電圧を印加され、これにより回路に流れる電流、基本的にはシェル材料の抵抗によってシェルしたがってガスおよび混合ガスが加熱されるのであり、その後シェルの温度が記録されて調整器へ再び戻され、このようにしてシェルを抵抗体とする回路の電圧または電流は、シェルからの流出に望まれるガス温度に等しいガス温度になるように調整される。ガス加熱器はこのように構成されているので、非常に簡単且つ作動信頼性のある加熱器が得られることになり、これは従来技術と比較してガス流量の変動のような要因に影響されることのないユニットを与える。さらに、調整はきわめて正確に実施できる。

本発明によるさらに発展した方法によれば、シェル内温度を反映するため、また、調整器にフィードバックするために、適当な時点における各点でのシェルの導電性材料の抵抗が測定量として使用される。導電性材料の抵抗はその材料の温度に比例するので、これは高精度の測定値を与え、したがって非常に正確な値が調整器へフィードバックされる。

他のさらに発展した本発明の方法の変形例によれば、抵抗の測定は１つ以上の出口開口を含む領域のシェル材料において遂行される。これは出口開口と関係するガス温度を一層正確な方法で反映する測定抵抗を得る。

さらに他の発展した本発明の変形例によれば、シェルは、実際の適用箇所に適合する方法で形成される。これは、加熱ユニットを構成するとともに入口側の変形されていない導電性のホース／チューブを含むシェルが、そのようなホース要素の適合形態を通して発生された高温ガスを供給する箇所で、関連する適用箇所に密接に適合する形状を与えられることで実行される。例えば、この形態は真空形成によって実行できる。高温ガスの放出は、空間的に成形されるであろうホース・シェルに備えられる孔を通して適当に行われる。その特別な設計により、そうしなければ達成することは不可能であろう極めて正確に制御された温度のガスを付与箇所に供給できるのであり、これにより高温ガスの付与効率が向上する。

さらに他の発展した本発明の変形例によれば、シェルの内部はフランジ状の突起を備えて形成される。これにより、シェルの伝熱面は拡大されて、加熱プロセスの効率は高められる。

さらに他の発展した本発明の変形例によれば、穿孔された有孔ホース・シェルはその両端からガスまたは混合ガスを供給される。それにより、特に単位時間あたりに大量のガスを供給でき、この結果、もはや加熱段階が障害とは見られなくなる。

さらに他の発展した本発明の変形例によれば、シェルは外部を断熱される。当然のことながら、これは意図しない大気への熱損失を減少させ、経済的および環境的にプラスとなる。

さらに、本発明によれば、上記した方法を実施する装置が提供される。この装置は、高温ガスを付与するように設計された本体を含み、この本体はガスをその圧力が外気圧に依存するように、保持または通過させるようにするのであり、また、本体は導電性材料で製造され、本体が抵抗要素として機能するように表面上の接点ターミナルが電圧源に接続される。このように設計されたシェル本体は、高温ガスの即時の使用と、それぞれの実際の適用箇所に対して最適な方法で高温ガスを供給できる可能性とを与える。

本発明は添付図面に示す一実施例を参照して以下に非常に詳細に説明される。

図１は、ガスまた混合ガスの大きな温度上昇を可能にするために使用される従来技術を反映した１つの装置１を示している。冷温ガス若しくは常温ガスは図示された装置１の左側端部から加熱要素２へ送られ、加熱要素２は１つ以上のセラミックス要素３で取囲まれた１つ以上のフィラメントを含んでいる。セラミックス要素３は比較的大量のエネルギーを蓄え且つ放出するように意図されている理由で、また、断熱されている理由で比較的嵩が大きく、そのために高温ガスを供給する箇所に組合せて配置することができない。したがって、加熱されたガスはノズル５の配置されている箇所から放出するために導管４へ導かれる。ノズル５の中またはその位置に温度センサー（図示せず）が連結され、それらの信号は調整ユニットＲへフィードバックされる。

図２ａは本発明による方法を実現する装置７を示している。調整した圧力の冷温ガスまたは常温ガスは、この実施例では、２つの平行な導電性の短い回路チューブ６に送られる。チューブ６は、電流Ｉがチューブを流れるように付勢される。チューブは導電性であり、所定の電気抵抗を有している。チューブ６に異なる材料および形状を選択すれば異なる特性を与えることになるが、機械的強度に関する限界値が保証される限りにおいてできるだけ高い抵抗が望まれることは自明である。材料の抵抗は温度に左右される特性であり、したがって関係する温度の正確な指標として使用される。冷温ガスが送られると、チューブはこれにより冷却されて、材料内部に温度勾配が生じる。チューブの材料、長さおよび供給電圧を適合させることにより、例えばチューブに５０Ｖの直流が供給され、チューブは長さが０．５〜０．８ｍの範囲内で作られるならば、漸次減少するそのような勾配が生じて、チューブの右側端部の基端領域でほぼゼロとなることを確認できた。その領域においては、電圧降下Ｕ⁺ −Ｕ^- が多数の温度において測定され、それらの関係もまた便宜的に非常に迅速な調整ユニット（図示せず）で測定される。それらの点の間の電位差の値は調整ユニットへフィードバックされ、このユニットがこの値を所望標準値と比較し、それに応じてチューブ６への電圧供給を調整する。使用されたそれらのチューブはステンレス鋼で製造され、波形を付与されることが好ましい。波形チューブを選択する結果として、大きな伝熱面積と、乱渦流を生じる流れユニットの両方を達成することになる。これらの特性は両方とも本発明による方法の効率を高め、熱交換が向上する。チューブ６は、一方では安全性のために、また他方ではエネルギーの経済性のために、適当な電気的および熱的の両方で絶縁性の材料によって外部を適当に絶縁される。

図２ｂは、最も簡単にできる変形例の本発明による装置７を示している。この装置７は１つの、好ましくは波形を付されたステンレス鋼製チューブ６で構成されており、チューブ６は図２ａの装置と同じ方法で付勢される。チューブ６は両端に制御可能な圧力の冷温ガスまたは常温ガスを送られる。チューブ６の抵抗は、その円周状の表面に形成されている開口１０と関連して測定される。既述の方法のように、測定した抵抗値は迅速調整ユニット（図示せず）へフィードバックされる。迅速調整ユニットは、チューブに対する電圧供給を調整することを目的とするものである。それは、チューブ温度と、開口１０を通してチューブから出ようとする内部のガス温度とに依存する。

本発明の全ての実施例における導電性シェルは、装置の使用に応じて基本的に無数の方法で形成できる。これは図３および図３ｂに示されており、そこには装置の一変形例が概略的に示されている。この実施例では、加熱装置７は実質的にチューブ６を含む。チューブ６の長さの一部に沿って、ガス出口１０を備えた細長いガス導出要素１２が配置されて固定されている。これにより前記要素はチューブ６とともにシェル・ユニットを形成している。チューブ６の両端入口から送込まれる冷気は、加熱された後にガス導出要素の開口１０を通して流出する。

適当に抑制された排出ノズルを有するチューブのように、できるだけ簡単な形態を加熱装置として使用できるので、例えば、殺菌目的およびそれに関連した処理のように形成された異なる形式のキャビティにガスを送込むことが望まれる潜入式の応用例等の可能性が生じる。この装置は、恐らく基本的に極めて迅速な温度調整ができることにより、積極的に供給されるガスの流れの変動に影響されないことを再度認識しなければならない。本発明によるこの装置は、簡単であって、頑丈で、あらゆる見地から信頼できる。本発明は既述の実施例に限定されるではなく、特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ制限される。

現在の主流の方法の概略図である。 ａおよびｂは本発明による基本的な他の実施例を概略的に示す。 ａはシェル形状の加熱ユニットの形状をした本発明のさらに他の実施例を斜視図で示し、ｂは包装材料シートを加熱位置に置いた状態で図３ａの線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂに沿う横断面で図３ａの実施例を示す。

符号の説明

１ 装置
２ 加熱要素
３ セラミックス要素
４ 導管
５ ノズル
６ チューブ
７ 装置
１０ 開口
１２ ガス導出要素

Claims (10)

1. 大気圧より高く加圧されたガスまたは混合ガスが電気的に加熱される加熱ユニット（２，３；６，７）を通過され、加熱ユニットの温度の測定値が温度調整ユニットへフィードバックされ、加熱ユニット（２，３；６，７）から放出されるガスの温度を調整するために温度調整ユニットが加熱ユニットに連結されている、充填機械の処理ステーションに対して所定温度のガスまたは混合ガスを供給することに関係した方法であって、加熱ユニット（７）はガスまたは混合ガスが流れる導電性のシェルまたはキャビティ（６）として形成され、このシェルは電流回路の調整器によって調整される電圧を印加され、その電流回路に流れる電流およびシェル材料の抵抗によってシェルが加熱されてその加熱によりガスおよび混合ガスが加熱され、その後シェルの温度の測定値が調整器へフィードバックされ、調整器が、シェルまたはキャビティ（６）から流出することが望まれるガス温度に相当するガス温度に対応するように電圧を調整するようにし、また、各時点におけるシェル（６）の導電性材料の抵抗の測定値を、シェルの温度の測定値として使用して、調整器にフィードバックすることを特徴とする方法。
2. シェル材料の抵抗測定が１つ以上の放出開口を含むシェル（６）の領域で行われることを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. シェル内部にシェルの伝熱面を拡大するフランジ状の突起が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
4. シェルが用途に応じて任意に穿孔または有孔形成された真空形成ホースとして形成されることを特徴とする請求項３に記載された方法。
5. 穿孔または有孔形成されたホースが両端からガスまたは混合ガスを供給されることを特徴とする請求項４に記載された方法。
6. シェルが外部を断熱されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
7. 加熱するためにガスまたは混合ガスを送込むユニットと、一方ではガスまたは混合ガスの温度を上昇させ、また他方では温度調整ユニットの調整器へガスまたは混合ガスの温度をフィードバックするようになっている手段（６，１０）と、加熱したガスを放出する手段とを具備する、充填機械の適用箇所に所定の温度のガスまたは混合ガスを供給する装置であって、大気圧に対するガス圧力に応じてガスを内部に保持しまたは通過させることを可能にする本体（７）を含み、前記本体（７）は導電性材料で製造され、また、該本体上の接点を介して電源に接続されて該本体（７）が該本体を通して電流を流す任意の抵抗要素として機能するようになっており、また前記本体が、該本体を出ようとする所定量のガスまたは混合ガスの温度の指標となる本体の抵抗を測定する手段を備えていることを特徴とする装置。
8. 関係する抵抗が、温度調整ユニットへ連続的にフィードバックされる値であるガス温度を温度調整ユニットに対して示す手段を構成していることを特徴とする請求項７に記載された装置。
9. 温度調整ユニットがスイッチ・モード電力制御装置形式の調整器を含み、その調整器が、本体を流れる電流を調整することによって本体が消費するエネルギーを迅速に調整することを特徴とする請求項８に記載された装置。
10. 抵抗測定が１つ以上の出口開口（１０）を含む本体（７）の領域で行われることを特徴とする請求項９に記載された装置。

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