JP5074324B2 - 混練押出機の冷却水供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却水タンクからの冷却水を混練押出機のバレルの冷却ジャケットに供給する混練押出機の冷却水供給方法に関するものである。

混練押出機は、壁内部に冷却ジャケット（冷却水通路）を有するバレルと、このバレルのスクリュ収納部内に回転自在に配設されたスクリュとを備え、スクリュを回転させることで樹脂などの材料を搬送しながら混合・混練し、押し出すようにしたものである。この混練押出機の運転の際には、冷却水供給装置により、バレルの前記冷却ジャケットに冷却水を流すことにより、混練物温度を下げたり、バレル温度を下げたりするようにしている。

混練押出機の前記冷却水供給装置は、所定の一定量の冷却水を貯える冷却水タンク、冷却水タンクから冷却水を送給するための循環ポンプ、冷却水の温度を所定温度に下げるためのクーラなどを備え、冷却水タンクからの冷却水を、循環ポンプ、クーラなどを経てバレルの冷却ジャケットに供給し、該冷却ジャケットを経て前記冷却水タンクに戻すように循環させている。

ところで、前記冷却水として、通常、工業用水が用いられている。また、前記した従来の冷却水供給装置では、前記冷却水タンクの水面上は大気雰囲気となっており、冷却ジャケットからの戻りの冷却水が、冷却水タンクに戻る際に冷却水タンクの水面上に落下したり、あるいは、冷却水タンク内の水面近傍の冷却水中に押し出されたりすることにより、水面が波立ち、大気雰囲気と接触することで、常に、冷却水タンク内の冷却水に酸素が取り込まれる状態となっている。

このため、従来の冷却水供給装置では、前記冷却ジャケットに供給される冷却水に含まれる残存酸素の影響によって鋳鉄製の冷却ジャケットの内周面に腐食が生じるという問題があった。

そして、混練押出機の運転中は、バレルの温度が２００℃を超えた状態となり、２０〜６０℃程度の冷却水がバレルの冷却ジャケットに導入されることで、冷却ジャケット内周面には大きな熱応力が生じることとなる。冷却ジャケット内周面に腐食が生じると、小さな熱応力でも亀裂が発生し、腐食の影響と熱応力の繰返しとで亀裂が進展して行き、やがて冷却ジャケット内周面とスクリュ収納部面とが亀裂にてつながってしまうなどの問題が発生するおそれがある。
特開２００６−１８１９０３号公報（第２図） 特開２００４−６６７０５号公報（第４図）

そこで、本発明の課題は、混練押出機のバレルの冷却ジャケット（冷却水通路）に供給される冷却水の溶存酸素量を低減させて、冷却ジャケット内周面の腐食を防止することができる混練押出機の冷却水供給方法を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。

請求項１の発明は、冷却水タンクからの冷却水を混練押出機のバレルの冷却ジャケットに供給し、かつ、該冷却ジャケットを経て当該冷却水タンクに戻すように循環させ、その際、溶存酸素量が低減された冷却水を当該冷却ジャケットに供給する混練押出機の冷却水供給方法であって、前記冷却水タンクには、該冷却水タンク内の水面上の空間からタンク外部の大気圧雰囲気に通じ、かつ、管路途中に該冷却水タンク内にタンク外部から大気が侵入することを防ぐための絞り部が設けられたガス放出管路が接続されており、前記冷却水タンクから、冷却ジャケット入側開閉弁が設けられた冷却水送り側管路、冷却ジャケット、及び冷却ジャケット出側逆止弁が設けられた冷却水戻り側管路を順に介して、前記冷却水タンクに冷却水を循環させるのに先立って、前記冷却ジャケット入側開閉弁を閉じ、前記冷却水送り側管路の一部、前記冷却水送り側管路における前記冷却ジャケット入側開閉弁の入側から前記冷却水戻り側管路における前記冷却ジャケット出側逆止弁の出側に連絡するバイパス管路、及び前記冷却水戻り側管路の一部をこの順に経て、前記冷却水タンクからの冷却水を該冷却水タンクに戻すように循環させながら、前記冷却水タンクに不活性ガスを供給して該冷却水タンク内の冷却水に該不活性ガスを接触させて該冷却水中の溶存酸素量を低減させ、一方、前記ガス放出管路で、前記冷却水中から分離された酸素を含む不活性ガスを前記冷却水タンク内の水面上の空間からタンク外部に放出し、かつ、前記絞り部によってタンク外部から大気が侵入することを防ぎ、予め設定された時間経過後、前記冷却ジャケット入側開閉弁を開き、引き続き前記冷却水タンク内の冷却水に不活性ガスを接触させながら、前記冷却水タンクからの溶存酸素量が低減された冷却水を前記冷却ジャケットに供給することを特徴とする混練押出機の冷却水供給方法である。

本発明による混練押出機の冷却水供給方法は、冷却水タンク内に不活性ガスを供給し、冷却水タンク内の冷却水に不活性ガス（例えば窒素ガス）を接触させ、冷却水中の溶存酸素を不活性ガスに移行させることにより、冷却水タンク内の冷却水中の溶存酸素量を低減する一方、冷却水タンクに設けられ、絞り部が設けられたガス放出管路で、酸素が移行した不活性ガスを冷却水タンク内の水面上の空間からタンク外部に放出し、かつ、絞り部によってタンク外部から大気が侵入することを防ぐようにしている。よって、混練押出機のバレルの冷却ジャケットに供給される冷却水の溶存酸素量を低減させて、冷却ジャケットに溶存酸素量が極めて少ない冷却水を供給することができ、冷却ジャケット内周面の腐食を防止することができ、混練押出機のバレルの長寿命化を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明が適用される混練押出機のひとつである二軸混練押出機のバレルにおける混練部の断面図である。

図１において、１は樹脂材料が供給される二軸混練押出機のバレルである。このバレル１のスクリュ収納部２内には、同一方向に回転し、外周にスクリュ翼を有する２本のスクリュ４が備えられている。また、バレル１の壁内部には、断面視においてスクリュ収納部２を取り囲むように冷却ジャケット（冷却水通路）３が設けられている。

図２は本発明の一実施形態による方法を実施する二軸混練押出機の冷却水供給装置の全体構成を示す図である。

図２において、１０は所定の一定量の冷却水を貯える冷却水タンクである。この冷却水タンク１０は、大気と遮断された密閉容器で構成されており、その下部に冷却水送出口１０ａが設けられ、その天井部分に冷却水戻り口１０ｂが設けられている。

前記冷却水タンク１０内の底部には、気泡発生器５１が配置されている。気泡発生器５１は、多数の細孔から不活性ガスとして窒素ガスを冷却水中に噴出し、冷却水中に窒素ガス気泡を形成するものであり、窒素ガス供給管路５０によって冷却水タンク１０外部の図示しない窒素ガス供給源に接続されている。窒素ガス供給源（加圧された窒素ガスの供給源）、前記窒素ガス供給管路５０及び前記気泡発生器５１は、冷却水タンク内の冷却水に窒素ガスを接触させ、冷却水中の溶存酸素量を低減する溶存酸素低減手段を構成している。

また、冷却水タンク１０の天井部分には、冷却水タンク１０内の水面上の空間からタンク外部の大気圧雰囲気に通じ、かつ、管路途中に冷却水タンク１０内にタンク外部から大気が侵入することを防ぐための絞り部６１が設けられたガス放出管路６０が接続されている。ガス放出管路６０の前記絞り部６１により、冷却水タンク１０内の水面上の空間の圧力がタンク外部の大気圧よりも高い正圧に保持されるようになされている。

そして、冷却水タンク１０の冷却水送出口１０ａからバレル１の各冷却ジャケット３の冷却水導入口３ａに、管路途中に上流側から順に、冷却水タンク１０から冷却水を送給するための循環ポンプ２１、冷却水の温度を所定温度に下げるためのクーラ２２、開閉弁２３及び冷却ジャケット入側開閉弁２４が設けられている冷却水送り側管路（冷却水送り側ライン）２０が連絡している。

また、各冷却ジャケット３の冷却水排出口３ｂから冷却水タンク１０の冷却水戻り口１０ｂに、冷却水が冷却ジャケット側へ流れることを防止するための冷却ジャケット出側逆止弁３１が管路途中に設けられている冷却水戻り側管路（冷却水戻り側ライン）３０が連絡している。

さらに、前記冷却水送り側管路２０における冷却ジャケット入側開閉弁２４の入側から前記冷却水戻り側管路３０における冷却ジャケット出側逆止弁３１の出側に、バイパス管路（バイパスライン）４０が連絡している。

次に、このように構成される冷却水供給装置を用いて行う本発明の冷却水供給方法を前記冷却水供給装置の動作とともに説明する。

まず、各冷却ジャケット入側開閉弁２４を閉じ、図示しない前記窒素ガス供給源から窒素ガスを窒素ガス供給管路５０を通して気泡発生器５１に供給しながら、冷却水タンク１０からの冷却水を、冷却水送り側管路２０の一部、バイパス管路４０、及び冷却水戻り側管路３０の一部をこの順に経て冷却水タンク１０に戻す（以下、単に「冷却水タンク１０からの冷却水をバイパス管路４０を経て冷却水タンク１０に戻す」ともいう。）ように、すなわち、各冷却ジャケット３に送給しないように迂回して冷却水タンク１０に戻すように循環させる。

この場合、気泡発生器５１に窒素ガスを供給することにより、気泡発生器５１の多数の細孔から窒素ガスが冷却水中に噴出し、冷却水中に細かな窒素ガス気泡が形成される。そして、冷却水が上昇中の窒素ガス気泡と接触し、冷却水中の溶存酸素が窒素ガス気泡側雰囲気中に移行して、時間の経過に従って、冷却水タンク１０内及び管路２０，４０，３０内の冷却水中の溶存酸素量が低減することとなる。

一方、冷却水中から分離された酸素は、冷却水タンク１０内の水面上の空間からガス放出管路６０を経てタンク外部に放出される。

次いで、予め設定された時間経過後、すなわち、冷却水タンク１０内及び管路２０，４０，３０内の冷却水中の溶存酸素量が十分に低減されるのに要する時間を経過したのち（例えば、後述する溶存酸素含有率が１０％以下に低減されたのち）、前記各冷却ジャケット入側開閉弁２４を開き、引き続き気泡発生器５１に窒素ガスを供給しながら、冷却水タンク１０からの冷却水を各冷却ジャケット３に供給する。この時、冷却水タンク１０内の水面上の空間は、ガス放出管路６０に設けられた絞り部６１でガス放出量が制限されることにより、大気圧より若干高い正圧に保たれるようにされている。

これにより、バレル１の各冷却ジャケット３に供給される冷却水の溶存酸素量を低減させて、各冷却ジャケット３に溶存酸素量が極めて少ない冷却水を供給することができ、冷却ジャケット内周面の腐食を防止することができ、混練押出機のバレル１の長寿命化を図ることができる。

また、この実施形態では、冷却水タンク内の冷却水に不活性ガスを接触させて該冷却水中の溶存酸素量を低減させるに際し、冷却水タンク１０内の冷却水中に窒素ガスをバブリングさせて窒素ガス気泡を生成させるようにしている。よって、前述の効果に加え、冷却水タンク１０内の冷却水中の溶存酸素量を短時間で減らすことができるという利点がある。

図３は本発明の別の実施形態による方法を実施する二軸混練押出機の冷却水供給装置の全体構成を示す図である。ここで、溶存酸素低減手段が変更されている点以外は、前記図２に示される冷却水供給装置と同一なので、図２の冷却水供給装置と同一部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点について説明する。

図３に示すように、冷却水タンク１０の天井部分に、冷却水タンク１０内の冷却水水面に窒素ガスを吹き付ける窒素ガス吹き付け管路５２が、その先端部が冷却水タンク１０内に突出する状態で接続されている。この窒素ガス吹き付け管路５２の基端部は、冷却水タンク１０外部の図示しない窒素ガス供給源（加圧された窒素ガスの供給源）に接続されている。前記窒素ガス供給源及び前記窒素ガス吹き付け管路５２は、溶存酸素低減手段を構成している。

このように構成される冷却水供給装置を用いて行う本実施形態による方法では、窒素ガス吹き付け管路５２の先端部から冷却水タンク１０内に噴出（供給）される窒素ガスが冷却水タンク１０内の冷却水水面に吹き付けられることにより、水面が波立ちながら冷却水が窒素ガスと接触し、冷却水中の溶存酸素が窒素ガス側雰囲気中に移行して、時間の経過に従って、冷却水タンク１０内及び管路２０，４０，３０内の冷却水中の溶存酸素量が低減することとなる。なお、冷却水中から分離された酸素は、冷却水タンク１０内の水面上の空間からガス放出管路６０を経てタンク外部に放出される。

このように、前記図２に示される冷却水供給装置を用いて行う方法と同様に、バレル１の各冷却ジャケット３に供給される冷却水の溶存酸素量を低減させて、各冷却ジャケット３に溶存酸素量が極めて少ない冷却水を供給することができ、冷却ジャケット内周面の腐食を防止することができ、混練押出機のバレル１の長寿命化を図ることができる。

また、この実施形態では、冷却水タンク内の冷却水に不活性ガスを接触させて該冷却水中の溶存酸素量を低減させるに際し、冷却水タンク１０内の冷却水水面に窒素ガスを吹き付けるようにしている。よって、前述の効果に加え、溶存酸素低減手段を簡単な構造にて容易に実現することができるという利点がある。また、この実施形態においては、冷却水タンク１０上部に開口する冷却水戻り口１０ｂから冷却水をタンク内部に落とすように構成されているが、冷却水戻り口１０ｂの開口部が冷却水中に浸漬するように管路をのばしてもよい。これによって、冷却水水面における酸素の巻き込みを低減することができる。

なお、本発明による冷却水供給方法に用いる不活性ガスとしては、図２，図３に示す実施形態では、コストの点から窒素ガスを用いたが、窒素ガスの他に、アルゴンガス、ヘリウムガス等を適用することが可能である。

図４は本発明に係るグラフであって、窒素ガスバブリングの場合と窒素ガス吹き付けの場合における冷却水タンク内の冷却水の溶存酸素含有率の時間的変化の一例を示すグラフである。

このグラフの横軸は冷却水循環開始後の時間（分）であり、縦軸は溶存酸素計によって測定した溶存酸素含有率（％）である。ここで、冷却水循環開始後の時間とは、前述したところの、冷却ジャケット入側開閉弁２４を閉じ、溶存酸素低減手段を作動させながら、冷却水タンク１０からの冷却水をバイパス管路４０を経て冷却水タンク１０に戻すことを開始してから（循環ポンプ２１を作動し始めてから）の経過時間のことである。また、溶存酸素含有率については、冷却水中の溶存酸素量を測定し、その測定値を基に冷却水の溶存酸素含有率（酸素飽和度）を算出したものである。

ここで、冷却水タンク１０は、約５０リットルの冷却水を貯えるタンクである。冷却水の循環流量は、４ｍ^３／ｈであり、温度は２０〜３０℃である。また、窒素ガスによるバブリングの場合の窒素ガス量は、１５ＮＬ／ｍｉｎである。窒素ガスによる吹き付けの場合の窒素ガス量は、１５ＮＬ／ｍｉｎである。

図４に示すように、窒素ガスバブリングの場合、冷却水循環開始後、約１分で、溶存酸素含有率を０％にすることができた。また、窒素ガス吹き付けの場合、冷却水循環開始後、約３６分で溶存酸素含有率を１０％以下にすることができた。

図５は本発明に係るグラフであって、窒素ガス吹き付けの場合における冷却水タンク内の冷却水の溶存酸素含有率の時間的変化の一例を示すグラフである。

図５に示すように、窒素ガス吹き付けの場合、窒素ガス量：２．５ＮＬ／ｍｉｎでは、冷却水循環開始後、約４０分で溶存酸素含有率を１０％以下にすることができた。また、窒素ガス量：５ＮＬ／ｍｉｎでは、冷却水循環開始後、約３２分で溶存酸素含有率を１０％以下にすることができた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。例えば、前述の実施形態においては二軸混練押出機に適用した例を挙げているが、単軸混練押出機にも適用することができる。また、本発明は、混練押出機として、押出し機能を有する単軸又は二軸の連続混練機や、ギヤポンプなどにより押出し機能が付加された単軸又は二軸の連続混練機に適用できる。また、気泡発生器として、マイクロ・ナノバブルを発生する気泡発生器を用いてもよい。

本発明が適用される混練押出機のひとつである二軸混練押出機のバレルにおける混練部の断面図である。 本発明の一実施形態による方法を実施する二軸混練押出機の冷却水供給装置の全体構成を示す図である。 本発明の別の実施形態による方法を実施する二軸混練押出機の冷却水供給装置の全体構成を示す図である。 本発明に係るグラフであって、窒素ガスバブリングの場合と窒素ガス吹き付けの場合における冷却水タンク内の冷却水の溶存酸素含有率の時間的変化の一例を示すグラフである。 本発明に係るグラフであって、窒素ガス吹き付けの場合における冷却水タンク内の冷却水の溶存酸素含有率の時間的変化の一例を示すグラフである。

１…二軸混練押出機のバレル
２…バレルのスクリュ収納部
３…バレルの冷却ジャケット
３ａ…冷却水導入口 ３ｂ…冷却水排出口
４…スクリュ
１０…冷却水タンク
１０ａ…冷却水送出口 １０ｂ…冷却水戻り口
２０…冷却水送り側管路
２１…循環ポンプ
２２…クーラ
２３…開閉弁
２４…冷却ジャケット入側開閉弁
３０…冷却水戻り側管路
３１…冷却ジャケット出側逆止弁
４０…パイパス管路
５０…窒素ガス供給管路
５１…気泡発生器
５２…窒素ガス吹き付け管路
６０…ガス放出管路
６１…絞り部

Claims (1)

1. 冷却水タンクからの冷却水を混練押出機のバレルの冷却ジャケットに供給し、かつ、該冷却ジャケットを経て当該冷却水タンクに戻すように循環させ、その際、溶存酸素量が低減された冷却水を当該冷却ジャケットに供給する混練押出機の冷却水供給方法であって、
   前記冷却水タンクには、該冷却水タンク内の水面上の空間からタンク外部の大気圧雰囲気に通じ、かつ、管路途中に該冷却水タンク内にタンク外部から大気が侵入することを防ぐための絞り部が設けられたガス放出管路が接続されており、
   前記冷却水タンクから、冷却ジャケット入側開閉弁が設けられた冷却水送り側管路、冷却ジャケット、及び冷却ジャケット出側逆止弁が設けられた冷却水戻り側管路を順に介して、前記冷却水タンクに冷却水を循環させるのに先立って、
   前記冷却ジャケット入側開閉弁を閉じ、前記冷却水送り側管路の一部、前記冷却水送り側管路における前記冷却ジャケット入側開閉弁の入側から前記冷却水戻り側管路における前記冷却ジャケット出側逆止弁の出側に連絡するバイパス管路、及び前記冷却水戻り側管路の一部をこの順に経て、前記冷却水タンクからの冷却水を該冷却水タンクに戻すように循環させながら、前記冷却水タンクに不活性ガスを供給して該冷却水タンク内の冷却水に該不活性ガスを接触させて該冷却水中の溶存酸素量を低減させ、
   一方、前記ガス放出管路で、前記冷却水中から分離された酸素を含む不活性ガスを前記冷却水タンク内の水面上の空間からタンク外部に放出し、かつ、前記絞り部によってタンク外部から大気が侵入することを防ぎ、
   予め設定された時間経過後、前記冷却ジャケット入側開閉弁を開き、引き続き前記冷却水タンク内の冷却水に不活性ガスを接触させながら、前記冷却水タンクからの溶存酸素量が低減された冷却水を前記冷却ジャケットに供給することを特徴とする混練押出機の冷却水供給方法。