JPH03224626A - オートクレーブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、耐圧容器内に配設した共通熱交換器への熱媒
および冷媒の供給量を加減して温度制御することのでき
るオートクレーブに関する。

［従来の技術１ 従来のオートクレーブでは、例えば特開昭６２１４９３
７号公報、実開昭６２−１３５３４号公報に示された如
く、耐圧容器内にヒータと冷却コイルとか併設されてい
る。

すなわち、第２図に示すように、耐圧容器１内に筒形マ
ツフル２を配設して空気流路３を形成し、モータ４で回
転制御される循環ファン５によって、ワークＷの収容空
間Ｓから吸込んだ空気を空気流路３を介して循環させて
いる。

ここに、オートクレーブは、上記収容空間Ｓ内の雰囲気
温度を例えは３５０℃の如く高温とするために、空気流
路３内にヒータ７を配設している。

ヒータ７は電熱型とされるのが一般的である。

また、熱処理品質向上のため昇温・降温工程中の温度変
化率も規制される。したがって、空気流Ｆ＃１３内には
冷却コイル８が配設されている。

したがって、ヒータ７と冷却コイル８とを独立使用また
は併用使用してその雰囲気温度をコントロールすること
ができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来のいわゆる併設方式には、次のような
問題点がある。

■　最大温度変化率に追従制御可能とするために、ヒー
タ７、冷却コイル８をともに大容量としなければならず
、設備大型化と横遣ａ雑化の原因となっている。

■　ヒータ７と冷却コイル８とを起動・停止するいわゆ
る０Ｎ−ＯＦＦ制御方式であるから、所望の温度変化率
でスムースに昇温、降温することかできない、また、一
定の高温度に維持するための上下温度範囲が大きい。つ
まり、温度変動幅か大きい。

したかって、航空機部品等における益々の高品質達成要
請を満たすことが困誼となっている。

■　特に、ヒータ７がサーマルストレス等による断線や
端子外れ等の故障を引起し易く、メンテナンスか煩わし
い。−旦故障が発生すると熱処理を中止しなければなら
す生産性を低下させている。

■　また、オートクレーブの周囲にこれと類する熱源・
冷源か設置されているにも拘らず、別個独立してヒータ
７、冷却コイル用クラ−等を設けるので、全体として熱
効率か悪く不経済である。

ここに、本発明の目的は、上記従来問題点を解消し、熱
効率の向上、小型化を図りつつ所望の温度カーブで迅速
かつ正確に温度コントロールできる取扱容易なオートク
レーブを提供することにある。

［課題を解決するための手Ｈ］ 本発明は、耐圧容器内に配設された熱媒と冷媒とに共通
の熱交換器と、外部に配設された熱媒加熱手段および冷
媒冷却手段と、熱媒加熱手段および冷媒冷却手段のそれ
ぞれと熱交換器とを連結する配管装置とを含み、 前記熱交換器へ供給する熱媒および冷媒の供給量を加減
して前記耐圧容器内の雰囲気温度を制御するように構成
したことを特徴とする。

［作　用］ 本発明では、耐圧容器内に配設された熱交換器に供給す
る熱媒または／および冷媒の供給量を加減することによ
って急速な昇温または降温を行える。また、熱媒と冷媒
とを混合した任意温度の熱冷媒として供給することがで
きるから、ハンチングのないスムースな温度変化率で昇
温・降温できる。このことは、一定温度維持コントロー
ルを行うに際する許容温度変化幅を極小とできることを
意味する。よって、高品質熱処理か保障され熱効率か高
い。また、熱媒・冷媒として蓄熱容量の大きな油等を採
用でき熱交換器を小さく設備を小型化できる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は全体構成図である。

本オートクレーブは、第１図に示す如く、大別ｉ−て耐
圧容器１、この耐圧容器１内に配設される熱交換器１０
、熱媒加熱手段２０、冷媒冷却手段３０、ミキシンクタ
ンク４０、配管装置５０および制御手段７０とから構成
され、熱交換器１０への熱媒と冷媒との供給Ｉを加減す
ることにより耐圧容器１内の雰囲気温度を所望カーブに
則って正確にコントロールできるように形成されている
。

まず、熱交換器１０は、熱（冷）媒と耐圧容器１内雰囲
気との熱交換を行うもので、この実施例では昇温工程と
降温工程との大量熱交換用としての中型熱交換器要素１
０Ａと一定温度維持コントロール用としての小型熱交換
器要素１０Ｂとから形成している。いずれも複数の細管
を並列配設したものとされている。

かかる熱交換器１０は、熱媒と冷媒とを形成する熱容量
の大きな油液を通すものであるから、非常に小型で良く
、耐圧容器１の流路３内に容易に取付けできる。したか
って、耐圧容器１自体の小型化と構造単純化を図れるわ
けである。

次に、熱媒加熱手段２０は、油（熱油媒）を高温に加熱
する手段であって、オートクレーブ温度を例えば３５０
℃とした場合に３５０〜４００℃に加熱した油を供給で
きるものとされている。

なお、この熱媒加熱手段２０は他の目的に設置された乾
燥炉の熱源としても共用される。

一方、冷媒冷却手段３０は、冷媒を熱媒と同じ油液とし
ているので、間接冷却方式と形成されている。つまり、
第１図に示す如くヒートイクスチェンジャー３１とクー
ラ３２と循環ポンプ３３とからなる。

但し、クーラ３２は、例えば２０〜３０℃の常温をもつ
水道水を用いても実繕できる。

次に、４０はミキシングタンクである。高温Ｔ、の熱媒
と低温Ｔｃの冷媒とを混合して適宜な温度ＴＭの熱冷媒
（熱交換器１０へ供給する混合液、以下同じ）を生成す
るものである。

温度Ｔ、、Ｔｏが一定であれば、温度ＴＭは熱媒の供給
量Ｑ、と冷媒の供給量Ｑｃとの流量比により定まり、そ
の結果Ｑ、はＱｏ＋Ｑｃとなる。

したがって、昇温工程では熱媒の供給量Ｑ□を多く、降
温工程では冷媒の供給量Ｑｃを多くして運転することか
できる。つまり、従来は昇温（降温）工程中にヒータ７
（冷却コイル８）をＯＮさせ、容器内温度が高（低）す
ぎるとヒータ７（冷却コイル８）をＯＦＦさせかつ冷却
コイル８（ヒータ７）を−時的にＯＮさせる０Ｎ−ＯＦ
Ｆ制御であるためその温度変化率の変動幅が大きかった
が、本発明によれば熱冷媒の流量Ｑ。を一定としてその
温度ＴＭを温度変化率に応じて上昇（下降）させ、ある
いは温度Ｔ、を一定として流量Ｑ。を増減できるので、
変動幅の小さな良好な昇温・降温かでき品質を一層向上
できる。また、このことは立上（立下）の大きなあるい
は緩やかな昇温（降温）カーブにも迅速追従できること
を意味する。

この際、熱交換器１０はその要素１０Ａ、１０Ｂを同時
に用いることができるものとされている。

ところで、このミキシングタンク４０の導入による最大
の利点は、耐圧容器１内の雰囲気を例えば３５０℃に一
定に保って熱処理する場合、その温度変動幅を極端に小
さくすることができ、熱効率も高められるということに
ある。すなわち、熱冷媒の持つエンタルピを耐圧容器１
からの放熱損失をカバーするだけ大きくしておけば、上
記３５０゛Ｃを一定に維持できる。したがって、品質を
飛躍的に向上できる。この場合、小型の熱交換器要素１
０Ｂのみを用いることができるように形成されているか
ら、熱冷媒の流量Ｑ１１が比較的小さくとも要素１０Ｂ
内の流速を高めることができ熱交換効率を高く保つこと
ができるわけである。

かくして、熱媒加熱手段２０および冷媒冷却手段３０と
熱交換器１０とを連絡する配管装置５０は、次のような
構成とされている。

熱媒の循環系は、配管５１．５２Ａ、５２Ｂ、５３．５
４とから形成されポンプ５５で循環される。冷媒の循環
系は配管６１．５２Ａ、５２Ｂ、５３．６４とからなり
、ポンプ６５で循環される。

なお、オートクレーブは耐圧容器１内温度を高温として
処理するものであるから、基本的には熱交換器１０には
高温の熱冷媒を常時供給して給熱する必要がある。そこ
で、ポンプ５５は熱媒循環系の下流側に、ポンプ６５は
冷媒循環系の上流側に配設されている。

上記配管５２Ａ、５２Ｂは、この実施例の場合、熱交換
器１０へ熱冷媒として供給するものとされているので、
両者（熱媒、冷媒）に共通である。

また、配管５２Ａは中型熱交換器要素１０Ａ用のため大
径（例えば５０ｍｍφ）で、配管５２Ｂは要素１０Ｂ用
のため小径（例えば２５ｍｍφ）とされている。

また、第１図中の５６は熱媒流量コントロール弁、６６
は冷媒流量コントロール弁で、コントローラ７２によっ
て反比例的に開度調整される。

５８は、開閉弁でオートクレーブ処理中に大型熱交換器
要素１０Ａを休止させるときに閉塞させるものである。

さらに、熱媒循環系には、熱媒遮断弁５７と背圧弁５９
が設けられている。背圧弁５９は配管５１と５４とを結
ぶバイパス管に介装され逃し弁を形成する。一方、冷媒
循環系には配管６１と６４とを結ぶバイパス管に介装さ
れた温度制御弁６７が設けられている。この弁６７はヒ
ートイクスチェンジャ−３１の入口温度をコントロール
するもので、コントローラ７９で制御される。

次に、制御装置ｆ７０は、温度センサ７３、コントロー
ラ７２および制御ユニット７１からなる。

コントローラ７２は、制御ユニット７１がらの設定信号
Ｓと温度センサ７３からの耐圧容器１内の温度信号ｆと
を比較して、両コントロール弁５６．６６を制御するも
のである。

制御ユニット７１は、設定信号Ｓを出方する他、弁５８
．５７をも適時に開閉するものと形成されている。

設定信号Ｓは、その温度設定器７５、温度変化率設定器
７６の一方または双方の設定値に基づいて生成される。

温度変化率設定器７６は、昇温指令スイッチ７７まなは
降温指令スイッチ７８が操作するときにその温度変化率
の絶対値を設定するものとされている。

次に、この実施例の作用を説明する。

（昇温工程） 制御ユニット７１の温度設定器７６に目標とする処理温
度（例えば３５０”Ｃ）を設定する、とともにその処理
温度に到達するまでの温度変化率を設定器７６に設定す
る。

ここで、昇温指令スイッチ７７をＯＮすれは、制御ユニ
ット７１は、熱媒遮断弁５７と開閉弁５８を開放する。

その後、両コントロール弁５６６６は、設定信号Ｓに基
づきかつ温度信号ｆをフィードバック信号として、コン
トローラ７２で開度調整される。

しなかって、ミキシングタンク４ｏがら所定の熱冷媒か
発生される。温度Ｔｖ、流量Ｑ、の熱冷媒は配管５２Ａ
、５２Ｂを並流し、熱交換器１゜＜ＩＯＡ、ｌ０Ｂ）に
供給され、耐圧容器１内の空気温度を設定温度変化率に
したがって昇温する。

この昇温工程は、耐圧容器１内の雰囲気温度が、設定器
７５で設定した温度に到達したところで終了する６ （熱処理工程ニ一定温度維持工程） 耐圧容器１内の雰囲気温度が設定温度（３５゜℃）に到
達すると、制御ユニット７１は、弁５８を開基すると同
時に両コントロール弁５６．６６を絞るべき設定信号Ｓ
を出力する。熱交換器１０（１０Ｂ）への供給熱量は、
耐圧容器１の放熱損失を補うだけの小さなものであるの
でよいがらである。ここに、コントローラ７２は、雰囲
気温度信号ｆを監視しつつ耐圧容器１内温度を設定温度
（３５０℃）に一定に維持コントロールする。０Ｎ−Ｏ
ＦＦ制御でないから変動幅に小さな温度コントロールが
達成される。

（降温工程） 制御ユニット７１の温度変化率設定器７６に所望の変化
率を設定するとともに降温指令スイッチ７８を操作する
。

制御ユニット７１は、再び開閉弁５８を開放し、降温す
べき設定信号Ｓを出力する。

コントローラ７２は、熱媒コントロール弁５６を大きく
絞りかつ冷媒コントロール弁６６を大きく開いて、熱冷
媒の温度Ｔ、を低下させる。よって、耐圧容器１内は熱
交換器１０　（ＩＯＡ、１０Ｂ）で吸熱され設定温度変
化率で降温される。

しかして、この実施例によれば、耐圧容器１内に配設さ
れた熱交換器ＩＯと外部配設した熱媒加熱手段２０．冷
媒加熱手段３０と配管装置５０とを含み、熱交１＊器ｌ
Ｏに供給する熱媒・冷媒の温度または流量を加減して容
器１内雰囲気をコントロールする構成であるから、小型
で温度制御性の高い数機容易なオートクレーブを確立で
きる。

また、熱媒・冷媒を熱容量の大きな油としているので、
熱交換器ＩＱを小型化でき、オートクレーブ全体を小型
かつ構造簡素とできる、とともにヒータ（７）の断線等
の従来欠点が一掃できメンテナンスが楽である。

また、熱交換器１０は、中型要素１０Ａと小型要素１０
Ｂとから形成されているので、急速な昇温・降温を達成
できる、とともに本来的一定温度維持コントロールに際
しても小型要素１０Ｂを用いることにより熱交換効率を
高く保持できる。

また、熱媒加熱手段２０、冷媒冷却手段３０は、曲の設
備と兼用されるから、この点からも全体的熱効率が高く
、経済的である。

また、熱媒と冷奴とは、別個独立的に熱交換器１０へ供
給することも可能であるが、この実施例ではミキシング
タンク４０を設けて混合液たる熱冷媒として供給する構
成とされているので、従来０Ｎ−ＯＦＦ制御方式に比較
して飛躍的に制御特性を高められる。すなわち、熱処理
温度を変動幅か小さく正確に一定コントロールできるば
かりか温度変化率の変動の極小の昇温・降温運転ができ
、品質を大幅に向上できる。運転操作も容易となる。

さらに、制御手段７０は、制御ユニット７１゜コントロ
ーラ７２等を含み形成され、耐圧容器１内の温度を検出
してフィードバック制御するので、応答性が高く所望の
カーブに則った温度制御ができる。また、各種設定器１
スイッチ７５，７６゜７７．７８を設定・操作するだけ
で自動運転できる。

［発明の効果１ 本発明は、耐圧容器内に１つの共通熱交換器を設け、こ
の熱交換器に外部配設された熱媒加熱手段および冷媒冷
却手段から供給される熱媒と冷媒との供給量を加減して
容器内雰囲気温度を制御する構成であるから、次のよう
な効果を奏する。

■　熱媒・冷媒に共通な熱交換器であるから、耐圧容器
内配設が容易で、全体の小型化を図れる。

加熱・冷却源を熱容ｌの大きな油等とすることができる
から一層小型化できる。

■　熱媒・冷却の加熱・冷却手段を他の設備用加熱・冷
却装置を兼用した構成とできるから、全体としての熱効
率を向上させることができ経済的である。

■　熱媒と冷媒とを混合した所望温度の熱冷媒として熱
交換器に供給できるから、追従制御特性が良く変動幅の
小さな一定温度維持制御および所望カーブの昇温・降温
を達成でき熱処理品質を一段と向上できる。

■　従来の併設型によるヒータの断線、端子外れ等の発
生する余地がなく、メンテナンスを簡素化できる。

■　０Ｎ−ＯＦＦ制御による極端な超高温・低温間の繰
返しを一掃できるから、サーマルストレスか小さく、運
転監視も容易で、完全自動化を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体構成図および第２
図は従来オートクレーブの全体構成図である。 １・・・耐圧容器、 １０　（１０Ａ、ｌ０Ｂ）・・・熱交換器、２０・・・
熱媒加熱手段、 ３０・・・冷媒冷却手段、 ４０・・・ミキシングタンク、 ５０・・・配管装置、 ７０・・・制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐圧容器内に配設された熱媒と冷媒とに共通の熱
   交換器と、外部に配設された熱媒加熱手段および冷媒冷
   却手段と、熱媒加熱手段および冷媒冷却手段のそれぞれ
   と熱交換器とを連絡する配管装置とを含み、 前記熱交換器へ供給する熱媒および冷媒の供給量を加減
   して前記耐圧容器内の雰囲気温度を制御するように構成
   したことを特徴とするオートクレーブ。