JP5922329B2 - 二酸化炭素供給システム - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化炭素を供給する二酸化炭素供給システムに関する。
樹脂の発泡成形加工において、炭酸ガスを発泡剤として用いる場合がある。このような場合には、樹脂に対して炭酸ガスを均一に混合するために、成形機に炭酸ガスを定量的に供給する必要がある。
炭酸ガスを定量的に供給する装置として、例えば、炭酸ガスをガス供給源から樹脂発泡成形機に導入するガス流路に、ポンプと、ポンプの下流側に配されるバッファタンクとを備えた定量供給装置が提案されている（たとえば、下記特許文献１参照）。
この定量供給装置では、ポンプによって圧送される炭酸ガスをバッファタンクに一時的に貯留し、その後、バッファタンクから樹脂発泡成形機へ炭酸ガスを流すことにより、炭酸ガスの供給時における脈動を防止している。
特開２００４−４４６５０号公報
しかるに、上記特許文献１に記載の定量供給装置では、バッファタンクと樹脂発泡成形機との圧力差によって、より高圧のバッファタンクから、より低圧の樹脂発泡成形機へ、炭酸ガスが供給されている。
一方、樹脂発泡成形機内では、供給された炭酸ガスを樹脂に混合するときに、樹脂および炭酸ガスの流動によって、圧力が部分的に変動する（圧力が不均一になる）場合がある。
樹脂発泡成形機内において圧力変動が生じた場合には、その圧力変動によってバッファタンクと樹脂発泡成形機との圧力差も変動し、バッファタンクから樹脂発泡成形機への炭酸ガスの供給量が変動するという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、供給先の圧力変動に関わらず、二酸化炭素を定量的に供給することができる二酸化炭素供給システムを提供することにある。
本発明は、二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給システムであって、二酸化炭素を貯留する貯留槽と、前記貯留槽に対して、二酸化炭素の供給方向下流側に配置され、脈動を抑制しながら二酸化炭素を圧送するポンプと、前記貯留槽と前記ポンプとを接続する第１配管と、前記ポンプの前記供給方向下流側に接続され、前記ポンプの脈動を緩衝するための脈動緩衝手段を有さない第２配管と、少なくとも前記第１配管の途中に介在される冷却装置とを備えることを特徴としている。
このような構成によれば、二酸化炭素供給システムは、ポンプの脈動を緩衝するための脈動緩衝手段を有さない第２配管を備えている。そのため、二酸化炭素の供給先において圧力が変動しても、供給先と脈動緩衝手段との間に圧力差が生じることがなく、二酸化炭素の供給量が変動することを、防止することができる。
また、二酸化炭素供給システムは、脈動を抑制しながら二酸化炭素を圧送するポンプを備えている。そのため、ポンプによって脈動を抑制することができ、脈動によって二酸化炭素の供給量が変動することを、防止することができる。
その結果、供給先の圧力変動に関わらず、二酸化炭素を定量的に供給することができる。
また、本発明の二酸化炭素供給システムは、前記第１配管内を流れる二酸化炭素の温度を計測する温度計と、前記第１配管内の圧力を計測する第１圧力計と、前記温度計および前記第１圧力計の計測結果に基づいて、前記ポンプの動作を制御する制御手段とを備えることが好適である。
このような構成によれば、温度計および第１圧力計の計測結果によって、ポンプへ流入する一次側の二酸化炭素の状態を監視することができる。
そして、温度計および第１圧力計の計測結果に基づいてポンプの動作を制御すれば、簡易な構成で、二酸化炭素の供給量を一定に制御することができる。
また、本発明の二酸化炭素供給システムは、前記第２配管内の圧力を計測する第２圧力計を備え、前記制御手段は、前記温度計、前記第１圧力計および前記第２圧力計の計測結果に基づいて、前記ポンプの動作を制御することが好適である。
このような構成によれば、温度計および第１圧力計の計測結果によって、ポンプへ流入する一次側の二酸化炭素の状態を推測することができるとともに、第１圧力計および第２圧力計によって、一次側の圧力と、ポンプから流出する二次側の圧力とを計測して、ポンプの圧送状態を監視することができる。
そのため、温度計、第１圧力計および第２圧力計の計測結果に基づいてポンプの動作を制御すれば、簡易な構成で、二酸化炭素の供給量をより一定に制御することができる。
また、本発明の二酸化炭素供給システムは、前記第１配管と前記第２配管とに接続され、二酸化炭素の供給を停止するときに、前記ポンプによって圧送される二酸化炭素を、前記第２配管から前記第１配管へ還流させる第３配管を備えることが好適である。
このような構成によれば、二酸化炭素システムすべてを停止させることなく、ポンプによって圧送される二酸化炭素を、第２配管から第１配管へ還流させるだけで、二酸化炭素の供給を停止することができる。
そのため、二酸化炭素の供給、および、二酸化炭素の供給停止を、容易に切り替えることができる。
本発明の二酸化炭素供給システムによれば、供給先の圧力変動に関わらず、二酸化炭素を定量的に供給することができる。
図１は、本発明の二酸化炭素供給システムの一実施形態を示す概略構成図である。
発明の実施形態
図１は、本発明の二酸化炭素供給システムの一実施形態を示す概略構成図である。
二酸化炭素供給システム１は、図１に示すように、貯留槽の一例としての二酸化炭素タンク２、二酸化炭素タンク２内の二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給部３、および、二酸化炭素還流部４を備えている。
二酸化炭素タンク２は、二酸化炭素を貯留するためのボンベであって、内部には、液体の二酸化炭素が充填されている。
二酸化炭素供給部３は、一次側供給部５と、ポンプ６と、二次側供給部７とを備えている。
一次側供給部５は、二酸化炭素タンク２に対して、二酸化炭素の供給方向下流側（以下、特に言及のない場合には、下流側および上流側は、二酸化炭素の供給方向を基準とする。）に配置され、二酸化炭素タンク２に接続されている。一次側供給部５は、二酸化炭素タンク２内の二酸化炭素をポンプ６へ流入させる。すなわち、一次側供給部５は、二酸化炭素のポンプ６への流入側（一次側）に設けられている。また、一次側供給部５は、第１配管の一例としての第１供給ライン８と、第１圧力計の一例としての一次側圧力計９と、温度計１０と、冷却装置の一例としてのチラー１１とを備えている。
第１供給ライン８は、金属製の配管として形成されており、一端部（上流側端部）が二酸化炭素タンク２に接続されている。また、第１供給ライン８の一端部には、第１開閉弁１２が設けられている。
第１開閉弁１２は、開位置または閉位置に移動され、開位置において、二酸化炭素タンク２から第１供給ライン８への二酸化炭素の通過を許容し、閉位置において、二酸化炭素タンク２から第１供給ライン８への二酸化炭素の通過を遮断する。
一次側圧力計９は、第１供給ライン８の途中（ポンプ６の近傍）に設けられ、一次側における第１供給ライン８内の圧力を計測する。また、一次側圧力計９は、ＣＰＵ１５（後述）に接続され、計測値をＣＰＵ１５（後述）に入力する。
温度計１０は、第１供給ライン８における一次側圧力計９より下流側に設けられ、第１供給ライン８内を流れる二酸化炭素の温度を計測する。また、温度計１０は、ＣＰＵ１５（後述）に接続され、計測値をＣＰＵ１５（後述）に入力する。
チラー１１は、第１供給ライン８の途中であって、第１開閉弁１２と一次側圧力計９との間に設けられ、第１供給ライン８内を流れる二酸化炭素を、液体の状態に保持するように、一定温度に冷却する。
ポンプ６は、一次側供給部５の下流側に配置され、第１供給ライン８の他端部（下流側端部）に接続されている。ポンプ６は、脈動を抑制しながら二酸化炭素を圧送する。ポンプ６としては、例えば、特開平６−１４７１０２号公報に記載される多連式無脈動定量ポンプなどが挙げられる。
また、ポンプ６には、ポンプ６を駆動させるためのモータ１３、モータ１３に電力を供給するためのインバータ１４、および、インバータ１４を介してモータ１３の駆動を制御する制御手段の一例としてのＣＰＵ１５が接続されている。
二次側供給部７は、ポンプ６の下流側に配置され、ポンプ６に接続されている。また、二次側供給部７は、ポンプ６から流出された二酸化炭素を、例えば、成形機などの供給先に供給する。すなわち、二次側供給部７は、二酸化炭素のポンプ６からの流出側（二次側）に設けられている。二次側供給部７は、第２配管の一例としての第２供給ライン１６と、第２圧力計の一例としての二次側圧力計１７とを備えている。
第２供給ライン１６は、金属製の配管として形成されており、一端部（上流側端部）がポンプ６に接続されている。また、第２供給ライン１６の他端部には、逆止弁１８と第２開閉弁１９とが設けられている。
逆止弁１８は、第２供給ライン１６から供給先へ二酸化炭素を供給するときに、供給先から第２供給ライン１６へ二酸化炭素が逆流することを防止する。
第２開閉弁１９は、逆止弁１８の下流側において、開位置または閉位置に移動可能に設けられ、開位置において、第２供給ライン１６から供給先への二酸化炭素の通過を許容し、閉位置において、第２供給ライン１６から供給先への二酸化炭素の通過を遮断する。
また、第２供給ライン１６は、ポンプ６の脈動を緩衝するための脈動緩衝手段を有さない。脈動緩衝手段としては、例えば、ポンプによって圧送される二酸化炭素を一時的に貯留するバッファタンクなどが挙げられる。
二次側圧力計１７は、第２供給ライン１６の途中であって、ポンプ６と逆止弁１８との間に設けられ、二次側における第２供給ライン１６内の圧力を計測する。また、二次側圧力計１７は、ＣＰＵ１５に接続され、計測値をＣＰＵ１５に入力する。
二酸化炭素還流部４は、第１供給ライン８と第２供給ライン１６とに接続され、ポンプ６によって圧送される二酸化炭素を、第２供給ライン１６から第１供給ライン８へ還流させる。二酸化炭素還流部４は、第３配管の一例としての還流ライン２０と、圧力開放弁２１とを備えている。
還流ライン２０は、金属製の配管として形成されており、一端部（二酸化炭素の還流方向上流側端部）が、二次側圧力計１７と逆止弁１８との間において、第２供給ライン１６に接続され、他端部（二酸化炭素の還流方向下流側端部）が、第１開閉弁１２とチラー１１との間において、第１供給ライン８に接続されている。また、還流ライン２０の一端部には、第３開閉弁２２が設けられている。
第３開閉弁２２は、開位置または閉位置に移動可能に設けられ、開位置において、第２供給ライン１６から還流ライン２０への二酸化炭素の通過を許容し、閉位置において、第２供給ライン１６から還流ライン２０への二酸化炭素の通過を遮断する。
圧力開放弁２１は、還流ライン２０の途中に設けられており、還流ライン２０内の圧力が所定の圧力以上になったときに自動的に開放され、還流ライン２０内の圧力を、所定の圧力よりも高圧にならないように調整する。
次いで、この二酸化炭素供給システム１による二酸化炭素の供給および供給停止について説明する。
二酸化炭素供給システム１が二酸化炭素を供給するときには、まず、第３開閉弁２２を閉位置に、第１開閉弁１２および第２開閉弁１９を開位置に配置する。
そして、電源（図示せず）からインバータ１４を介してモータ１３に電力を供給し、ポンプ６を駆動させる。
すると、二酸化炭素タンク２内の二酸化炭素が、二酸化炭素タンク２から第１供給ライン８を介して、ポンプ６へ導入される。
このとき、二酸化炭素は、チラー１１によって冷却されながら、液体の状態で、第１供給ライン８内を流れ、ポンプ６に流入される。
そして、ポンプ６により圧送され、ポンプ６から吐出された二酸化炭素は、高圧（例えば超臨界）の状態で、第２供給ライン１６を介して供給先へ供給される。
また、二酸化炭素供給システム１が二酸化炭素の供給を一旦停止するときには、第１開閉弁１２を開位置に配置させ、ポンプ６を駆動させたまま、第３開閉弁２２を開位置に配置させるとともに、第２開閉弁１９を閉位置に配置させる。
すると、ポンプ６から吐出された二酸化炭素は、第２供給ライン１６から還流ライン２０に流入し、還流ライン２０を介して、チラー１１よりも上流側において、第１供給ライン８へ還流される。還流された二酸化炭素は、再びチラー１１によって冷却されながらポンプ６へ流入される。
次いで、ＣＰＵ１５によるポンプ６の動作の制御について説明する。
二酸化炭素供給システム１では、二酸化炭素がポンプ６に流入される一次側供給部５において、第１供給ライン８内の圧力が一次側圧力計９で計測されるとともに、ポンプ６に流入される二酸化炭素の温度が温度計１０で計測され、一次側圧力計９および温度計１０の計測結果は、ＣＰＵ１５に送られる。
すると、ＣＰＵ１５は、一次側圧力計９および温度計１０の計測結果（すなわち、圧力および温度）に基づいて、第１供給ライン８内における二酸化炭素の密度（すなわち、ポンプ６に流入される二酸化炭素の密度）を計算する。
また、二酸化炭素供給システム１では、二酸化炭素がポンプ６から流出される二次側供給部７において、第２供給ライン１６内の圧力が二次側圧力計１７で計測され、その計測結果は、ＣＰＵ１５に送られる。
そして、ＣＰＵ１５は、計算された二酸化炭素の密度に基づいて、目的とするポンプ６の吐出量に応じて、インバータ１４およびモータ１３を制御し、ポンプ６の吐出量を制御するとともに、一次側圧力計９および二次側圧力計１７の計測結果に基づいて、ポンプ６の圧送状態を監視し、ポンプ６の動作を制御する。
このようにして、ＣＰＵ１５は、温度計１０、一次側圧力計９および二次側圧力計１７の計測結果に基づいて、ポンプ６の動作を制御する。
３．作用効果
この二酸化炭素供給システム１によれば、図１に示すように、ポンプ６の脈動を緩衝するための脈動緩衝手段を有さない第２供給ライン１６を備えている。そのため、二酸化炭素の供給先において圧力が変動しても、供給先と脈動緩衝手段との間に圧力差が生じることがなく、二酸化炭素の供給量が変動することを、防止することができる。
また、二酸化炭素供給システム１は、脈動を抑制しながら二酸化炭素を圧送するポンプ６を備えている。そのため、ポンプ６によって脈動を抑制することができ、脈動によって二酸化炭素の供給量が変動することを、防止することができる。
その結果、供給先の圧力変動に関わらず、二酸化炭素を定量的に供給することができる。
また、この二酸化炭素供給システム１によれば、温度計１０および一次側圧力計９の計測結果によって、ポンプ６へ流入する一次側の二酸化炭素の状態を監視することができる。
そして、温度計１０および一次側圧力計９の計測結果に基づいてポンプ６の動作を制御すれば、例えば、二次側供給部７に高価な流量計を設けなくても、簡易かつ安価な構成で、二酸化炭素の供給量を一定に制御することができる。
また、この二酸化炭素供給システム１によれば、温度計１０および一次側圧力計９の計測結果によって、ポンプ６へ流入する一次側の二酸化炭素の状態を監視することができるとともに、一次側圧力計９および二次側圧力計１７によって、一次側の圧力と、ポンプ６から流出する二次側の圧力とを計測して、ポンプ６の圧送状態を監視することができる。
そのため、温度計１０、一次側圧力計９および二次側圧力計１７の計測結果に基づいてポンプ６の動作を制御すれば、簡易な構成で、二酸化炭素の供給量をより一定に制御することができる。
また、この二酸化炭素供給システム１によれば、供給先への二酸化炭素の供給を一旦停止するときには、二酸化炭素供給システム１すべてを停止させることなく、ポンプ６によって圧送される二酸化炭素を、第２供給ライン１６から還流ライン２０を介して第１供給ライン８へ還流させるだけで、二酸化炭素の供給を一旦停止することができる。
そのため、二酸化炭素の供給、および、二酸化炭素の供給停止を、容易に切り替えることができる。
なお、上記した実施形態において、二酸化炭素を成形機に供給する場合には、供給先である成形機と、第２供給ライン１６との間にヒーター（図示せず）を設けてもよい。
そして、成形機内において高温（例えば、１５０〜３００℃）で溶融している樹脂の温度を低下させないように、二酸化炭素を、ヒーター（図示せず）で、例えば、３０〜２００℃に昇温してから、成形機に供給してもよい。このとき、二酸化炭素は、ポンプ６による加圧と、ヒーター（図示せず）による加熱により、超臨界の状態で成形機に供給される。
これにより、成形機内の樹脂の温度を一定に保つことができ、安定な成形加工を実現することができる。
なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記特許請求の範囲に含まれるものである。
本発明の二酸化炭素供給システムは、二酸化炭素を発泡剤としてを用いる発泡成形加工において、二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給システムとして利用される。

Claims (1)

  1. 二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給システムであって、
    二酸化炭素を貯留する貯留槽と、
    前記貯留槽に対して、二酸化炭素の供給方向下流側に配置され、脈動を抑制しながら二酸化炭素を圧送するポンプと、
    前記貯留槽と前記ポンプとを接続する第１配管と、
    前記ポンプの前記供給方向下流側に接続され、前記ポンプの脈動を緩衝するための脈動緩衝手段を有さない第２配管と、
    前記第１配管と前記第２配管とに接続され、二酸化炭素の供給を停止するときに、前記ポンプによって圧送される二酸化炭素を、前記第２配管から前記第１配管へ還流させる第３配管と、
    前記第３配管において、前記第２配管から前記第１配管への二酸化炭素の還流方向上流側端部に設けられ、二酸化炭素を供給するときに、前記第２配管から前記第３配管への二酸化炭素の通過を遮断する開閉弁と、
    少なくとも前記第１配管の途中に介在される冷却装置と、
    前記第１配管内を流れる二酸化炭素の温度を計測する温度計と、
    前記第１配管内の圧力を計測する第１圧力計と、
    前記第２配管内の圧力を計測する第２圧力計と、
    前記ポンプの吐出量を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記制御手段は、前記温度計および前記第１圧力計の計測結果に基づいて前記第１配管内における二酸化炭素の密度を計算し、前記第１圧力計および前記第２圧力計の計測結果に基づいて前記ポンプの圧送状態を監視しつつ、計算された二酸化炭素の密度に基づいて前記ポンプの吐出量を制御することにより、供給先と前記第２配管との圧力差を低減することを特徴とする、二酸化炭素供給システム。
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