JPH0826705A

JPH0826705A - 高圧窒素発生装置

Info

Publication number: JPH0826705A
Application number: JP17085794A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Tanaka; 隆義田中; Nariyasu Harada; 成康原田
Original assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-01-30
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: JP3578806B2

Abstract

(57)【要約】【目的】取扱に危険が伴わず、高圧の窒素ガスを安定供
給できる高圧窒素発生装置の提供。【構成】大気中の空気に含まれる窒素ガスを当該空気中
の他のガスから分離する分離装置10と、この分離装置10
で得た窒素ガスを圧縮して増圧する増圧装置20とを設け
る。分離装置10および増圧装置20の間に第１の窒素タン
ク３を設け、増圧装置20の下流側に第２の窒素タンク４
を設ける。窒素タンク３の圧力に基づき空気圧縮機２の
制御を行うとともに、窒素タンク４の圧力に基づき増圧
装置20の制御を行うことにより、分離装置10および増圧
装置20を安定して動作させることが可能となり、高圧ボ
ンベや液体窒素等の取扱が危険なものが一切不要とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高圧窒素発生装置に関
し、高圧の窒素ガスを必要とするガス注入射出成形等に
利用できる。

【０００２】

【背景技術】従来より、内部に中空部分を備えた成形品
を成形するガス注入射出成形では、金型に充填した溶融
樹脂の内部に高圧ガスを注入することにより、内部に中
空部を成形しており、注入するガスとしては、窒素ガス
を利用している。高圧の窒素ガスは、市販の高圧窒素ガ
スボンベや、液体窒素を気化することにより得ることが
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高圧窒
素ガスボンベを利用する場合、高圧窒素ガスの使用量が
多いと、ボンベを頻繁に交換しなければならず、ボンベ
の交換作業が煩雑となるという問題がある。また、ボン
ベに充填されている窒素ガスは高圧であるため、取扱上
の誤りにより事故が発生するおそれがあり、交換作業に
危険が伴うという問題がある。一方、液体窒素を利用す
る場合、液体窒素は、非常に低温なので取扱が煩雑であ
るという問題がある。また、低温の液体窒素に触れる
と、低温火傷を負うので、高圧窒素ガスボンベを利用す
る場合と同様に、取扱には危険が伴うという問題があ
る。

【０００４】なお、窒素ガス以外のほぼすべてのガスを
透過させる中空糸膜、および、窒素ガス以外のほぼすべ
てのガスを吸着する吸着剤等により、大気中の空気の中
から窒素ガスを分離する分離装置を利用すれば、危険の
伴う作業を行うことなく、窒素ガスを得ることはでき
る。しかし、これらの分離装置では、得られる窒素ガス
の量が原料となる空気の10〜40％（体積比）と少ないう
え、同窒素ガスの圧力が低いので、これらの分離装置で
は、多量の高圧窒素ガスを瞬時に注入するガス注入射出
成形に利用できないという問題がある。しかも、分離装
置で得た窒素ガスを増圧しようとしても、ガスの供給量
が少ないため、分離装置や増圧装置の圧力制御系の動作
が不安定となり、高圧窒素ガスを安定して供給すること
が困難であるという問題がある。

【０００５】本発明の目的は、取扱に危険が伴わず、高
圧の窒素ガスを安定供給できる高圧窒素発生装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、大気中の空気
に含まれる窒素ガスを当該空気中の他のガスから分離す
る分離手段と、この分離手段で得た窒素ガスを圧縮して
増圧する増圧手段とを備え、前記分離手段および前記増
圧手段の間に第１の窒素タンクを設けるとともに、前記
増圧手段の下流側に第２の窒素タンクを設けたことを特
徴とする。以上において、分離手段としては、空気中の
窒素ガス以外のほぼすべてのガスを透過させる中空糸膜
で窒素ガスを大気中の他のガスから分離する透過式の分
離装置、あるいは、空気中の窒素ガス以外のほぼすべて
のガスを吸着する吸着剤で窒素ガスを大気中の他のガス
から分離する吸着式の分離装置等が採用できる。また、
増圧手段としては、特に制限がなく、様々な形式のもの
が採用できる。例えば、シリンダ内を往復動するピスト
ンで前記窒素ガスを圧縮するレシプロ式の増圧装置や、
タービンブレードを回転させて前記窒素ガスを圧縮する
タービン式の増圧装置等が採用できる。さらに、第２の
窒素タンクに蓄積される窒素ガスは、溶融樹脂を金型内
に射出するとともに高圧ガスを前記金型内の溶融樹脂に
向かって噴射するガス射出成形用の成形装置に供給さ
れ、ガス射出成形で使用されることが望ましい。ここ
で、ガス射出成形とは、金型内に溶融樹脂の充填を開始
した後に、高圧ガスを前記金型内の溶融樹脂に向かって
噴射する成形方法のすべてをいい、溶融樹脂の内部に高
圧ガスを注入して中空部を設け、この中空部内の高圧ガ
スの圧力で「ひけ」を防止するガス注入射出成形、およ
び、溶融樹脂の内部に中空部を設ける代わりに、前記金
型の成形面と溶融樹脂の表面との間に高圧ガスを注入
し、この高圧ガスの圧力で「ひけ」を防止する射出成形
等を含む。

【０００７】

【作用】このような本発明では、分離手段で分離した窒
素ガスは、第１の窒素タンクに送られ、この第１の窒素
タンクで蓄積される。増圧手段は、第１の窒素タンクか
ら窒素ガスを取出して圧縮し、高圧の窒素ガスを生み出
す。この高圧窒素ガスは、第２の窒素タンクに送られて
蓄積される。ここで、第１および第２の窒素タンクとし
て、適切な内容積を有するものを採用することにより、
第１および第２の窒素タンクの内部圧力が窒素ガスの使
用量の変動や、増圧手段の起動・停止等によって大きく
変動することがなくなる。このため、分離手段の制御を
第１の窒素タンクの圧力値に基づいて行うとともに、増
圧手段の制御を第２の窒素タンクの圧力値に基づいて行
うようにすれば、分離手段や増圧手段の動作が不安定と
なることがなく、高圧の窒素ガスの安定供給が可能とな
る。しかも、分離手段および増圧手段として、電気や空
気圧等を駆動源とするものを採用すれば、高圧ボンベや
液体窒素等の取扱に危険を伴うものが一切不要となり、
これらにより前記目的が達成される。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１には、本実施例に係る高圧窒素発生装置１
が示されている。この高圧窒素発生装置１は、周囲の空
気を吸入して圧縮する空気圧縮機２と、この空気圧縮機
２から供給された圧搾空気から窒素ガスを分離する分離
手段としての透過式の分離装置10と、この分離装置10か
らの窒素ガスを圧縮してさらに高圧の窒素ガスに増圧す
る増圧手段としての増圧装置20とを備えたものである。
なお、高圧窒素発生装置１が発生する高圧窒素ガスは、
図中右端に配置されたガス注入射出成形機40に供給され
るようになっている。このガス注入射出成形機40は、金
型内に充填された溶融樹脂の内部に高圧窒素ガスを注入
して中空部を形成し、この中空部内の窒素ガスの圧力に
より「ひけ」の発生を防止しつつ射出成形を行う射出成
形機である。高圧窒素発生装置１には、前記増圧装置20
の他に、第１の窒素タンク３、第２の窒素タンク４、酸
素濃度計５、減圧弁６、および、空気圧縮機２等を制御
する制御装置７が備えられている。このうち、第１の窒
素タンク３および酸素濃度計５は、分離装置10と増圧装
置20との間に設けられ、第２の窒素タンク４および減圧
弁６は、増圧装置20の下流側に設けられている。

【０００９】空気圧縮機２は、モータで駆動されるレシ
プロ式およびスクリュウー式等の様々な形式のものが選
択できる。本実施例では、最大吐出圧0.85MPa 、定格吐
出量0.26m³/minのスクリューコンプレッサ（神戸製鋼社
製 AM3UD-5 ）を採用し、吐出圧力を0.7MPaに設定し
た。酸素濃度計５は、分離装置10から吐出されるガスに
含まれる酸素の濃度を検出するものであり、分離装置10
が正常に機能しているか否かを監視するために設けられ
ている。本実施例では、（株）シンキー社製 RX-2408を
採用し、酸素濃度を1.0 ％に設定した。これにより、供
給中の窒素ガスの純度が99％以上を維持するように、監
視可能となっている。第１の窒素タンク３は、空気圧縮
機２の性能に応じた耐圧および容積を有する密閉容器で
ある。空気圧縮機２の定格から、容積が20〜50リットル
（以下「L 」と略す。）のものが採用でき、具体的に
は、耐圧0.99MPa 、容積38L の市販品を採用した。第１
の窒素タンク３には、空気圧縮機２を制御するための圧
力スイッチ3A, 3Bが取付けられている。

【００１０】増圧装置20は、大口径のシリンダ21および
小口径のシリンダ22を備えた低圧側圧縮機23と、この低
圧側圧縮機23と同様に大口径のシリンダ24および小口径
のシリンダ25を備えた高圧側圧縮機26と、低圧側圧縮機
23で圧縮した窒素ガスを冷やすクーラ27とを有するもの
である。ここでは、高圧ガス容器の法規定に適合した増
圧機を採用した。低圧側圧縮機23は、空気圧縮機２から
供給される圧搾空気で内部のピストン28を往復動させる
ものである。ピストン28は往復動を繰り返すことによ
り、第１の窒素タンク３から窒素ガスをシリンダ22内に
導入し、導入した窒素ガスを圧縮・増圧させ、高圧側圧
縮機26のシリンダ25の内部へ送り込む。これにより、高
圧側圧縮機26のシリンダ25内の窒素ガスは、圧縮されて
さらに圧力が増圧されるようになっている。高圧側圧縮
機26は、空気圧縮機２から供給される圧搾空気で内部の
ピストン29を往復動させるものである。ピストン29を前
進させることにより、高圧側圧縮機26のシリンダ25の内
部に蓄積された高圧の窒素ガスが第２の窒素タンク４へ
押出されるようになっている。

【００１１】第２の窒素タンク４は、増圧装置20の性能
に応じた耐圧および容積を有する高圧密閉容器である。
本実施例では、高圧ガス容器の規定に適合した耐圧15MP
a 、容積47L のものを採用した。第２の窒素タンク４に
は、増圧装置20を制御するための圧力スイッチ4A, 4Bが
取付けられている。減圧弁６は、第２の窒素タンク４か
ら供給される高圧窒素ガスを所定の圧力、本実施例では
3.0MPaに減圧・維持するものである。

【００１２】制御装置７は、圧力スイッチ3A,3B,4A,4B
の接点信号に基づいて、空気圧縮機２および増圧装置20
の動作を制御するものである。すなわち、圧力スイッチ
3Aは、第１の窒素タンク３内の圧力が所定の値、例え
ば、0.7MPaに達すると内部に設けられた電気接点が閉じ
るようになっている。圧力スイッチ3Bは、第１の窒素タ
ンク３内の圧力が所定の値、例えば、0.3MPaまで低下す
ると、内部に設けられた第１の電気接点が閉じ、さら
に、第１の窒素タンク３内の圧力が次の所定の値、例え
ば、0.24MPa まで低下すると、内部に設けられた第２の
電気接点が閉じるようになっている。そして、制御装置
７は、圧力スイッチ3Aの接点が閉じると、空気圧縮機２
にアンロード運転信号を送り、分離装置10への圧搾空気
の供給を停止させる一方、圧力スイッチ3Bの第１の電気
接点が閉じると、空気圧縮機２に通常運転信号を送り、
分離装置10への圧搾空気の供給を開始させるようになっ
ている。

【００１３】圧力スイッチ4Aは、第２の窒素タンク４内
の圧力が所定の値、例えば、5.0MPaまで低下すると、内
部に設けられた電気接点が閉じるようになっている。圧
力スイッチ4Bは、第２の窒素タンク４内の圧力が所定の
値、例えば、13.5MPa に達すると、内部に設けられた電
気接点が閉じるようになっている。そして、制御装置７
は、圧力スイッチ4Aの接点が閉じると、空気圧縮機２に
通常運転信号を送るとともに、空気圧縮機２が供給する
圧搾空気を増圧装置20に送って増圧装置20を駆動するよ
うになっている。なお、第１の窒素タンク３の内部の圧
力が低すぎると、増圧装置20に適正な量の窒素ガスが供
給できない。このため、増圧装置20の駆動を開始するに
あたり、圧力スイッチ3Bの第２の電気接点が閉じている
場合には、制御装置７は、増圧装置20を駆動せず、第１
の窒素タンク３の内部の圧力が上昇し、圧力スイッチ3B
の第２の電気接点が開いた後に増圧装置20を駆動するよ
うになっている。一方、圧力スイッチ4Bの接点が閉じる
と、制御装置７は、空気圧縮機２にアンロード運転信号
を送り、空気圧縮機２の圧搾空気の供給を停止させると
ともに、増圧装置20の駆動を停止させるようになってい
る。

【００１４】分離装置10は、図２に示されるように、筒
状の密閉容器11の内部に無数の中空糸膜12を設けたもの
である。中空糸膜12は、全長に渡って延びる細孔を有す
る細長いチューブ状のフィルタであり、内部の細孔が容
器11の入口13と出口14とを連通している。容器11の入口
13には、空気圧縮機２からの圧搾空気が供給されるよう
になっている。供給された圧搾空気は、中空糸膜12の細
孔の内部を通過する間に、含まれる窒素ガス以外のほぼ
すべてのガスが中空糸膜12の側壁を透過し、容器11の側
部に設けられた排出口15から排出されるようになってい
る。これにより、容器11の出口14から純度の高い窒素ガ
スが得られるようになっている。

【００１５】このような本実施例では、空気圧縮機２で
圧搾空気を分離装置10に供給し、この分離装置10で窒素
ガスのみを取り出し、取り出された窒素ガスを第１の窒
素タンク３に蓄積する。そして、第１の窒素タンク３内
の窒素ガスは、増圧装置20で圧縮されて増圧された後、
第２の窒素タンク４に蓄積される。ここで、空気圧縮機
２および増圧装置20は、所定の容積を有することから、
圧力の変動が少ない第１の窒素タンク３および第２の窒
素タンク４の各々の圧力値に基づき起動・停止が制御さ
れるので、分離装置10の窒素ガス供給量が僅かなもので
あっても、ハンチング等の不安定な動作がなく、安定し
た動作が維持されるようになる。

【００１６】前述のような本実施例によれば、次のよう
な効果がある。すなわち、空気圧縮機２および増圧装置
20の制御を、圧力の変動が少ない第１の窒素タンク３お
よび第２の窒素タンク４の各々の圧力値に基づいて行う
ようにしたので、分離装置10の窒素ガス供給量が僅かな
ものであっても、ハンチング等の不安定な動作がなくな
り、空気圧縮機２および増圧装置20を安定して動作させ
ることができる。

【００１７】また、第２の窒素タンク４に蓄積した高圧
窒素ガスを供給するようにしたので、必要なだけ窒素ガ
スを供給することができ、窒素ガスの使用量が大きく変
動しても、ガス注入射出成形装置等に窒素ガスを安定し
て供給することができる。

【００１８】さらに、モータ駆動の空気圧縮機２、透過
式の分離装置10、および、空気圧縮機２の圧搾空気で駆
動する増圧装置20を採用したので、高圧ボンベや液体窒
素等の取扱が危険なものが一切不要となるうえ、高圧ボ
ンベ等の交換作業を行うことなく連続的に高圧窒素ガス
を供給できるようになるため、高圧窒素発生装置１に係
る作業の効率および安全性を向上できる。しかも、空気
圧縮機２、分離装置10、および、増圧装置20は、メンテ
ナンス・フリーのものが採用でき、保守作業が最小限で
すむので、保守作業により高圧窒素発生装置１やその周
囲が汚れることが少なく、作業環境を衛生上の面で向上
できる。

【００１９】また、高圧窒素ガスは、使用されると同時
に、高圧窒素発生装置１で常に製造されて補給されるの
で、高圧窒素ガスの平均備蓄量を増大することがきで
る。さらに、増圧手段をレシプロ式の増圧装置20とし、
これにより、増圧装置20への窒素ガスの供給量や圧力が
低くとも増圧可能としたので、透過式の分離装置10から
得られる窒素ガスが少量であっても、確実に増圧するこ
とができる。

【００２０】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改
良並びに設計の変更が可能である。例えば、高圧窒素発
生装置としては、空気圧縮機２、分離装置10、および、
増圧装置20等を各１台ずつ備えた高圧窒素発生装置１に
限らず、空気圧縮機２、分離装置10、および、増圧装置
20等を複数台ずつ有するものでもよい。このようにすれ
ば、１台が故障しても他のものに交代して運転を続ける
ことができ、一部の故障によらず、高圧窒素ガスを連続
供給できる。

【００２１】また、分離手段としては、透過式の分離装
置10に限らず、図３に示されるように、複数のタンク31
A, 31Bを有する吸着式の分離装置30でもよい。この吸着
式の分離装置30は、タンク31A, 31Bの内部に、加圧時に
空気中に含まれる窒素ガス以外のほとんどすべてのガス
を吸着する吸着剤を入れたものである。タンク31A に接
続される配管には、電磁弁32A 〜 34Aが設けられ、タン
ク31Bに接続される配管には、電磁弁32B 〜 34Bが設け
られている。このような吸着式の分離装置30では、タン
ク31A 側の電磁弁32A, 33Aを開けるとともに、電磁弁34
A を閉じ、かつ、タンク31B 側の電磁弁32B, 33Bを閉じ
るとともに、電磁弁34B を開けた状態で、分離装置30の
入口35に圧搾空気を供給することにより、タンク31A の
吸着剤により、出口36から窒素ガスのみを取り出せるよ
うになっている。

【００２２】そして、タンク31A の吸着剤が飽和してガ
スを吸着できない状態になったら、タンク31A 側の電磁
弁32A, 33Aを閉じるとともに、電磁弁34A を開け、か
つ、タンク31B 側の電磁弁32B, 33Bを開けるとともに、
電磁弁34B を閉じる。これにより、タンク31B の吸着剤
で窒素ガスの分離を行い、かつ、タンク31A の吸着剤
は、タンク31A の内部が大気圧に復帰する際に、吸着し
ていたガスを放出して再生されるようになっている。こ
のような吸着式の分離装置30でも、透過式の分離装置10
と同様な作用、効果を奏することができる。

【００２３】さらに、高圧窒素発生装置が発生した高圧
窒素ガスの供給先としては、ガス注入射出成形機40に限
らず、金型内に溶融樹脂を充填するとともに、当該金型
の成形面と内部の溶融樹脂の表面との間に高圧ガスを注
入し、この高圧ガスの圧力で「ひけ」を防止しつつ射出
成形を行うガス射出成形機でもよい。なお、高圧窒素発
生装置を構成する各装置・機器は、前記実施例に示した
定格・容積を有するものに限らず、他の定格・容積のも
のでもよく、高圧窒素ガスの使用量や需要率に応じて適
宜選択することができる。

【００２４】

【発明の効果】前述のように本発明によれば、取扱に危
険が伴わず作業の安全性を向上できるうえ、高圧の窒素
ガスを安定供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高圧窒素発生装置の全
体を示す構成図である。

【図２】本実施例に係る分離手段である透過式の分離装
置を示す断面図である。

【図３】本発明の変形例を示す構成図である。

【符号の説明】

１高圧窒素発生装置３第１の窒素タンク４第２の窒素タンク 10 分離手段としての透過式の分離装置 12 中空糸膜 20 増圧手段としてのレシプロ式の増圧装置 21,22,24,25 シリンダ 28, 29 ピストン 30 分離手段としての吸着式の分離装置 40 ガス射出成形を行うガス注入射出成形機

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気中の空気に含まれる窒素ガスを当該空
気中の他のガスから分離する分離手段と、この分離手段
で得た窒素ガスを圧縮して増圧する増圧手段とを備え、
前記分離手段および前記増圧手段の間に第１の窒素タン
クを設けるとともに、前記増圧手段の下流側に第２の窒
素タンクを設けたことを特徴とする高圧窒素発生装置。
【請求項２】請求項１に記載の高圧窒素発生装置におい
て、前記分離手段は、空気中の窒素ガス以外のほぼすべ
てのガスを透過させる中空糸膜により、窒素ガスを大気
中の他のガスから分離する透過式の分離装置であること
を特徴とする高圧窒素発生装置。
【請求項３】請求項１に記載の高圧窒素発生装置におい
て、前記分離手段は、空気中の窒素ガス以外のほぼすべ
てのガスを吸着する吸着剤により、窒素ガスを大気中の
他のガスから分離する吸着式の分離装置であることを特
徴とする高圧窒素発生装置。
【請求項４】請求項２または請求項３に記載の高圧窒素
発生装置において、前記増圧手段は、シリンダ内を往復
動するピストンで前記窒素ガスを圧縮するレシプロ式の
増圧装置であることを特徴とする高圧窒素発生装置。
【請求項５】請求項４に記載の高圧窒素発生装置におい
て、前記第２の窒素タンクに蓄積される窒素ガスは、溶
融樹脂を金型内に射出するとともに高圧ガスを前記金型
内の溶融樹脂に向かって噴射するガス射出成形用の成形
装置に供給されることを特徴とする高圧窒素発生装置。