JPH08511205A

JPH08511205A - 低温流体の噴射による切断設備と方法

Info

Publication number: JPH08511205A
Application number: JP52176094A
Authority: JP
Inventors: グリュウジンスキ，リシャール
Original assignee: ジェオリサーチエス．アー．エール．エル．
Priority date: 1993-04-02
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1996-11-26
Also published as: EP0691901A1; WO1994022646A1

Abstract

(57)【要約】本発明は低圧低温液体貯蔵タンクと、高圧圧縮機（12）と、断熱導管によって接続された噴射ノズル（19）とから成る低温流体の噴射による切断設備に関するものである。一定の設定温度で噴射される流体を冷却するために貯蔵タンク（１）と噴射ノズル（19）の間に配設された熱交換機（８）の動作は高圧圧縮機（12）の入口に配設された温度検出器（31）によって発生する信号によって制御される。本発明は前記設備によって使用される切断方法にも関連する。

Description

【発明の詳細な説明】低温流体の噴射による切断設備と方法本発明は低温流体の噴射による切断設備と方法に関するものである。この切断方法は高圧水噴射または研磨粒子含有流体噴射による切断方法に類似している。切断される材料をぬらさないと言う利点があるので、食品または親水性の材料の切断にとくに有利である。他方、低温流体の沸点は大気圧では一般的に０℃よりはるかに低い。このためこの方法は冷凍製品の切断にとくに適している。先行技術には、揮発性噴射による方法が開示されている。とくにフランス特許第2,647,049号には、タンク内では低圧に維持され、ついで高圧に圧縮されて、材料を切断した後に気化する噴射を形成する流体による材料切断方法が開示されている。本発明の目的はこの方法を、とくに切断効率を上げることによって、改善することである。もっと具体的には、本発明は低圧低温液体貯蔵タンクと、高圧圧縮機と、断熱導管によって接続された噴射ノズルと、さらに一定の設定温度で噴射される流体を冷却するために貯蔵タンクと噴射ノズルの間に配設された熱交換機とから成る低温流体の噴射による切断設備に関わるものである。熱交換機の動作は高圧圧縮機の入口に配設された温度検出器によって発生する信号によって制御される。この実施態様は噴射の力学的効率の恒常性を保証する。推奨実施態様によれば、熱交換機は貯蔵タンクと高圧圧縮機の間に配設される。第１の変型によれば、熱交換機は囲いの中の液体窒素の膨張を引き起こす真空ポンプに接続された液体窒素を含む囲いによって構成される。第２の変型によれば、熱交換機は貯蔵タンクから来た低温流体がその中を循環する１次回路を備え、前記１次回路は、低温産生機からの流体がその中の循環している２次回路に熱的に接続されている。有利には、熱交換機は、高圧圧縮機の入口に配設され、経験的に決められた設定値を調整するための調節手段を含む温度検出器に接続された電子回路によって制御される。好適には、電子回路は一方の入力が温度検出器からの信号を受信し、他方の逆転入力が設定温度調節手段から来る設定電圧を受信する比較器を備えている。本発明は500バールを越える圧力に圧縮され、小口径の検定された孔から噴射される低温流体噴射による切断方法にも関わるものである。この方法によれば、噴射の力学的効率を至適化し、また低温流体の温度を制御された熱交換機の設定値に等しく保つことによって、高圧圧縮機入口の低温流体の設定温度が経験的に決定される。本発明のもう１つの目的は複数個の要素の工業的切断を可能にすることである。加工品を切断するためには噴射ノズルを加工品に対して相対的に移動しなければならない。通常は1000バールを越える圧縮機出口の流体圧力と、噴射される流体のきわめて低い温度を考慮して、従来技術においては、ノズルを長さが短い導管で圧縮機に接続し、加工品を流体噴射の軸に垂直な面内で移動することが提案された。この解決法は実験的使用または切断速度が低い場合には十分である。反対に、大きな寸法の材料から大量の加工品を切り取ることは不可能である。別の解決法はドイツ特許第PS3631116号によって開示された。この特許文書はＸ−Ｙ面内を移動するノズルを含む切断装置を開示している。高圧ポンプとノズルの間の連結は高圧に耐え、変形を防止するように連接された導管によって実現される。ドイツ特許第PS3631116号によって開示された解決法は、螺旋状の要素と連接によってＺ軸を中心に回動して導管が移動できることを特徴とする。この方法は明らかに、導管に螺旋状の形を取らせることによって高圧に耐える管の横断方向の変形を防止することを目的としている。この特許文書第PS3631116号には、螺旋状の成形とは両立しがたく、切断システムの概略寸法を過大にし、異なるノズルの間がひどく離れてしまうこと以外に、導管の断熱処置に関する特性は明らかにされていない。本発明の第２の目的は、高性能の低温噴射による多重切断を可能にすることによってこれらの問題点を解消することである。このため、本発明はより具体的には、高圧圧縮機の出口が断熱された肉厚の管状導管によって構成される固定連結路に接続され、その上に連結路と反対側の端が導管の長手方向軸にほぼ垂直な面内の可動台と一体である断熱された肉厚の少なくとも１本の導管が接続され、噴射ノズルが前記導管の可動端に接続されている設備に関連する。台によって肉厚導管の一方の端に力が掛かると、他の端は固定されているので、導管が変形するが、前記導管の弾性限度を超えない限り、この変形は逆転する。推奨実施態様によれば、複数個の肉厚導管が固定連結路に接続され、それぞれの前記管の端は前記導管の長手方向軸にほぼ垂直な平面内で移動する台と一体であり、噴射ノズルは前記導管のそれぞれの可動端に接続されている。有利には、肉厚導管は気密外装によって囲繞され、気密外装と導管の間の空間は真空ポンプに接続される。推奨実施態様によれば、それぞれの噴射ノズルは台の位置に関わらず噴射方向を一定に維持するように台に固定されている。本発明は付属の図面を参照して以下の説明を読むことによっていっそう深く理解されるだろう。図１は本発明による設備の概略図である。図２は熱交換機の制御のための電子回路の実施例である。図３は低温流体の温度・エントロピーのグラフである。図４は本発明による設備の変型の概略図である。図５は本発明による設備の概略図である。図６は低温噴射システムの断面図である。本発明の１つの実施例を図１を参照して説明する。この設備は低圧で、沸点にほぼ相当する温度、すなわち大気圧で77．3°Ｋの液体窒素の貯蔵タンク（１）を備えている。液体窒素の温度は断熱の欠陥による熱損失のために保存の間に１日およそ0．5度上昇する。このタンク（１）は側板によって閉じられた肉厚の円筒状の本体によって構成される。このタンクは断熱導管（２）を介してもっと容量の小さい中間タンク（３）に接続される。バルブ（４）は中間タンク（３）の充填の制御を可能にする。たとえば、約30バールの、低圧窒素を含む気体窒素のタンク（５）も中間タンク（３）に接続されている。この気体窒素タンク（５）はそれに続く高圧圧縮機の強制送給に十分な圧力に達するまで中間タンク（３）内に含まれる液体窒素の圧力を上昇させることを可能にする。一般的に、強制送給圧力はおよそ30バールである。この圧力に達するために、バルブ（４）をあけて中間タンク（３）の充填から始める。この間、中間タンクの出口に配設されたバルブ（７）は閉じておく。平衡圧力に達したとき、中間タンク（３）の入口に配設されたバルブ（４）を閉じて液体窒素タンク（５）を中間タンク（３）に接続しているバルブ（６）を開放する。このようにして中間タンク（３）の液体窒素の圧力が強制送給圧力まで上昇する。このとき出口バルブ（７）を開いて、高圧圧縮サイクルを開始することができる。中間タンク（３）は、ヘリウムスターリングなどの低温産生機（９）によって、あるいは液体窒素の膨張によって低温の１次流体が供給された熱交換機（８）に接続されている。この熱交換機（８）の役割は液体窒素の温度を沸点未満の温度に下げ、高圧圧縮機に供給されている窒素の温度を調節することである。これは断熱バルブ（11 ）を備えた導管（10）によって高圧圧縮機（12）に接続されている。温度検出器（31）は高圧圧縮機（12）の入口での低温流体温度を測定する。温度検出器（31）から発生した信号は電子回路（33）によって調節装置（32）から発生した設定信号と比較される。この電子回路（33）は高圧圧縮機（12）に供給される低温流体の温度を一定かつ設定温度に等しく保つように熱交換機（８）の動作を制御する。高圧圧縮機（12）はバルブ（17）によって制御された導管（16）を介してタンク（13）から供給される圧縮空気によって作動する断面が大きいヘッド（14）を備えた、複効ピストンを使用する圧力増強器から成る。ピストンの他の端は低圧液体窒素が供給された室（18）と連通している、断面が小さなピストンプランジャー（15）から成る。加圧機（12）の出口は周知の仕方で径が検定された穴があいたサファイアを備えた噴射ノズル（19）に供給している。噴射ヘッド（20）は断熱スリーブ（23）によって囲繞された導管（22）によって減圧ポンプ（39）に接続された断熱スリーブによって囲繞されている。同様に、別の断熱導管も真空ポンプ（39）に接続されている。図２は電子回路（33）の実施例を示している。回路は一方の入力が温度検出器（31）からの信号を受信し、他方の入力が設定信号を発生する可変抵抗（36）に接続された差動増幅器（35）から成る。動作増幅器（35）の出口は低温産生機の電動機の運転を制御する１段の出力（36）に接続されている。設定温度の調節は次のように行われる：切断設備が運転を開始した後、切断テーブルの上に規定の厚みの、標準材料製の板片などの、規定の標本をおく。つぎに、噴射の下で標本を移動し、切断の変化を観察しながら制御装置（32）を経験的に調節して設定値を変更する。噴射の力学的効率が最大になったときに至適調整が達成されたと見なされる。その一つの方法は設定値の調節に応じた切断最高速度を観察することである。切断最高速度は低温流体噴射による標本の通過に応じて標本を支えるテーブルが移動することによって求められる。設定値が求められたとき、設備は作業サイクルでの運転が可能である。貯蔵タンク内の低温流体の昇温による変動のために、調節は定期的に見直さなければならない。図３は設備の温度・エントロピーグラフを表している。１バールのとき、気相と平衡している液体窒素の温度は77．35°Ｋである。設備が完璧で熱損失がないとき、サイクルは断熱され、垂直線AA'に対応し、A A'の線は加圧機（12）本体部位での外部との交換がいっさいない断熱圧縮を表し、線A'Aはノズル（19）部位での外部との交換がない、断熱液体窒素の噴射出口を表している。現実の条件においては、変型する都度エントロピーが上昇する。温度・エントロピーのグラフに点Ｂ’で表した気相と液相混合物に対応する出口の噴射を得るためには、交換を考慮に入れ、したがって、運転開始点を沸点未満の開始温度に対応する気水分離曲線の点Ｃに定める必要がある。１バール未満、たとえば0．5バールの圧力Ｐ_cで、77°Ｋ未満、たとえば72° Ｋの温度Ｔ_cに対応する点Ｃから出発したとき、加圧機（12）内の圧縮は線CDで表され、CDは窒素と加圧機（12）の壁との間の熱交換損失によるエントロピーの増加を表している。ノズル（19）部位で発生する膨張は圧延による熱損失を表す線DBによって示される。点Ｂにおいて、蒸気の圧力は１バール未満であり、したがって、噴射された流体は完全に液体で、気相はない。ノズル（19）内の損失が増加すると、動作点は大気圧を超える蒸気圧に対応するＢ’に移動する。この場合、ノズル出口の噴射は完全に気化し、そのためいっさいの切断効果を喪失する。最大切断効果を得るために、流体に含まれる気相の比率が体積で１から20％の間に含まれるように、ノズル（19）の出口の動作点Ｂ”が大気圧で77．3°Ｋの温度に対応する平衡点をわずかに上回るように、加圧機内に導入される窒素の動作点Ｃを調整する。このようにして流体は切断する流体に接触したときに浸食の力学的作用を発生する気泡を含む液体として振る舞う。至適動作点Ｂ”の維持は熱交換器（８）による冷却温度の制御によって得られる。図４は設備の変型実施態様を表している。加圧機（12）に入る前の液体窒素の冷却は貯蔵タンク（１）からの液体窒素を含む囲い（41）内の循環によって実現される。この囲いは減圧して液体窒素の膨張を引き起こし、それによって温度を下げる真空ポンプ（42）に接続されている。たとえば、0．3バールの減圧で温度は８度下がる。温度検出器（31）は電子回路（33）に信号を送り、他方で設定値調節手段（32 ）から来る信号を受信する。電子回路（33）の出力は真空ポンプの動作、ならびに真空ポンプ（42）と囲い（41）の間に配設されたバルブの動作を制御する。図５と６は多重ノズル低温噴射切断設備の変型実施態様に関連する。ノズル（69）は肉厚導管（74）によって加圧低温流体を供給される。この導管は内径が1．6mm、外径が6．35mmのステンレス製の管で構成される。導管（74）は断熱スリーブ（73）によって囲繞された断熱導管（72）によって液体窒素タンク（53）に接続された断熱スリーブによって囲繞されている。加圧機（62）をノズル（69）に接続する導管（74）の上流側の端（75）は固定されている。ノズル（69）にもっとも近い反対側の端は導管（74）の長手方向軸に垂直な平面内を移動する。図示されていないフレームに取り付けられた電動機（77）は図の面に対して垂直方向にノズル（69）を駆動する。導管（74）の弾性によって側面方向に揺動するが、その振幅は導管（74）の長さと使用される材料の力学特性によって決まる。たとえば、内径が1．6mm、外径が6．35mmのステンレス製の導管の場合、可動端は長さ80cmにつきおよそ50mm側面方向に移動できる。切断加工品（80）は、ローラーコンベヤなどのコンベヤ（81）によって、噴射軸と、ノズル（69）の移動方向に垂直な方向に移動する。２つの運動の組合せによって任意の切断線に従うことができる。図６は複数個の噴射ノズル（90から93）を有する噴射システムを示している。加圧機（112）の出口は供給連結路（94）に接続されている。この供給連結路は複数個の管状区分（95から98）によって構成される。管状の区分（95から98）は周知の仕方で相互に接続されている。それぞれの管状の区分（95から98）は高圧低温流体をいずれかのノズル（90から93）に供給する導管（99から102）内に開口している分路を備えている。それぞれの導管（99から102）は対応する管状の区分（95から98）を囲繞するスリーブ（107から110）に開口している、蛇腹式外装（103から106）によって囲繞されている。ノズル（90から93）は駆動機構（112から115）を支える台（111）と一体である。台（111）は連結路（94）に対して固定されている。駆動機構（112から115）は対応するノズル（90から93）の側面方向の移動を保証し、それによって対応する導管（99から102）の変形を引き起こす。図６に示した実施例において、導管（101）の尖端に配置されたノズル（92）は右側に移動され、導管（101）の長手方向の変形を引き起こすが、その両端は最初の方向を保っている。上流側の端は連結路（94）を通る水平面に垂直なままである。同様に、下流側の端は台（111）に対して垂直を維持する。導管（101）の中間部分は導管を構成する材料の力学的特性によって決まる一定の曲線を取る。同様に、導管（102）は対応するノズル（93）が右に移動することによって反対側に変形する。切断される材料（116）はコンベヤ（117）によって台（111）と平行な面内を移動する。図６に示した装置は同時に４ラインの切断が実施できる。ノズル（90 から93）の駆動機構（112から115）とコンベヤ（117）の運転は、必要ならば切断速度に応じて、計算機によって制御できる。以上、例を挙げて本発明を説明したが、それは本発明を制限するものではない。もちろん当業者は各種の変型を実施することができるが、それをもって本発明の範囲を逸脱することはできない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年３月８日【補正内容】補正された請求の範囲１．低圧低温液体貯蔵タンクと、高圧圧縮機（12）と、断熱導管によって接続された噴射ノズル（19）とから成る低温流体の噴射による切断設備において、さらに一定の設定温度で噴射される流体を冷却するために貯蔵タンク（１）と噴射ノズル（19）の間に配設された熱交換機（８）を備え、前記熱交換器が高圧圧縮機（12）の入口に配設された温度検出器（31）によって発生する信号によって制御され、高圧圧縮機（２）の出口が１本または複数の噴射ノズル（19）に接続されていることを特徴とする設備。２．請求項１に記載の低温流体の噴射による切断設備において、噴射ヘッド（20 、69、90から93）が隔離のための断熱スリーブ（23）ならびに加圧機と前記噴射ヘッドの供給管によって囲繞されていることを特徴とする設備。３．請求項１または２に記載の低温流体の噴射による切断設備において、噴射ヘッド（20、69、90から93）が液体窒素タンク（53）に接続された隔離のための断熱スリーブ（23）ならびに加圧機と前記噴射ヘッドの供給管によって囲繞されていることを特徴とする設備。４．請求項１または３のいずれかに記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換機（８）が貯蔵タンク（１）と高圧圧縮機（12）の間に配設されていることを特徴とする設備。５．請求項１から４のいずれか一つに記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換機（８）が囲い内に含まれる液体窒素の膨張を引き起こす真空ポンプ（42）に接続された液体窒素を含む囲い（41）によって構成されることを特徴とする設備。６．請求項１から５のいずれか一つに記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換器（８）が貯蔵タンク（１）から来た低温流体がその中を循環する１次回路を備え、前記１次回路が、低温産生機からの流体がその中の循環している２次回路に熱的に接続されていることを特徴とする設備。７．前記いずれかの請求項の一つに記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換機（８）が、高圧圧縮機の入口に配設された温度検出器（31）に接続され、経験的に決められた設定値を調整するための調節手段を含む電子回路によって制御されることを特徴とする設備。８．前記請求項に記載の低温流体の噴射による切断設備において、電子回路が一方の入力が温度検出器（31）からの信号を受信し、他方の逆転入力が設定温度調節手段から来る設定信号（35）を受信する差動増幅器（37）を備えていることを特徴とする設備。９．500バールを越える圧力に圧縮され、小口径の検定された孔から噴射される低温流体噴射による切断方法において、噴射の力学的効率を至適化することによって高圧圧縮機入口の低温流体の設定温度が経験的に決定され、また低温流体の温度を制御された熱交換機によって設定値に等しく保つことを特徴とする方法。１０．前記いずれかの請求項の一つに記載の低温流体の噴射による切断設備において、導管（99から102）の長手方向軸にほぼ垂直な面内の可動台（111）と一体である少なくとも１本の噴射ノズル（90から93）を備え、噴射ノズル（90から93 ）が断熱された肉厚の管状導管によって構成される固定連結路（94）に接続された、断熱された肉厚の管状の導管（99から102）によって高圧圧縮機に接続されていることを特徴とする設備。１１．請求項１０に記載の低温流体の噴射による切断設備において、肉厚の複数個の導管（99から102）が固定連結路（94）に接続され、前記それぞれの導管の端が前記導管の長手方向軸にほぼ垂直な面内で可動台と一体であり、１本の噴射ノズルが前記導管のそれぞれの可動端に接続されていることを特徴とする設備。１２．請求項１０または１１に記載の低温流体の噴射による切断設備において、肉厚導管が断熱材で製作された蛇腹状の堅い気密外装によって囲繞されていることを特徴とする設備。１３．請求項１２に記載の低温流体の噴射による切断設備において、蛇腹状の外装と管状導管の間の空間が真空ポンプに接続されていることを特徴とする設備。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者グリュウジンスキ，リシャールフランス共和国，エフ―95940 ロワシーシャルル―ドゥ―ゴール，ボワットポスタル 50309，リュドゥラペルドリックス，13，ゾーンアンテルナショナル，ゼッド．イー．パリノールドゥ（番地なし），ジェオリサーチエス. アー．エール．エル.

Claims

【特許請求の範囲】１．低圧低温液体貯蔵タンクと、高圧圧縮機（12）と、断熱導管によって接続された噴射ノズル（19）とから成る低温流体の噴射による切断設備において、さらに一定の設定温度で噴射される流体を冷却するために貯蔵タンク（１）と噴射ノズル（19）の間に配設された熱交換機（８）を備え、前記熱交換器が高圧圧縮機（12）の入口に配設された温度検出器（31）によって発生する信号によって制御されることを特徴とする設備。２．請求項１に記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換器（８）が貯蔵タンク（１）と高圧圧縮機（12）の間に配設されていることを特徴とする設備。３．請求項１または２に記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換機（８）が囲いの中の液体窒素の膨張を引き起こす真空ポンプ（42）に接続された液体窒素を含む囲い（41）によって構成されることを特徴とする設備。４．請求項１または２に記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換機（８）が貯蔵タンク（１）から来た低温流体がその中を循環する1次回路を備え、前記１次回路が、低温産生機からの流体がその中の循環している2次回路に熱的に接続されていることを特徴とする設備。５．前記いずれかの請求項の一つに記載の低温流体の噴射による切断設備において、熱交換機（８）が高圧圧縮機の入口に配設された温度検出器（31）に接続され、経験的に決められた設定値を調整するための調節手段を含む電子回路によって制御されることを特徴とする設備。６．前記の請求項に記載の低温流体の噴射による切断設備において、電子回路が一方の入力が温度検出器（31）からの信号を受信し、他方の逆転入力が設定温度調節手段から来る設定信号（35）を受信する差動増幅器（37）を備えていることを特徴とする設備。７．500バールを越える圧力に圧縮され、小口径の検定された孔から噴射される低温流体噴射による切断方法において、噴射の力学的効率を至適化することによって高圧圧縮機入口の低温流体の設定温度が経験的に決定され、また低温流体の温度を制御された熱交換機によって設定値に等しく保つことを特徴とする方法。８．前記いずれかの請求項の一つに記載の低温流体の噴射による切断設備において、導管（99から102）の長手方向軸にほぼ垂直な面内の可動台（111）と一体である少なくとも1本の噴射ノズル（90から93）を備え、噴射ノズル（90から93）が断熱された肉厚の管状導管によって構成される固定連結路（94）に接続された、断熱された肉厚の管状の導管（99から102）によって高圧圧縮機に接続されていることを特徴とする設備。９．請求項８に記載の低温流体の噴射による切断設備において、肉厚の複数個の導管（99から102）が固定連結路（94）に接続され、前記それぞれの導管の端が前記導管の長手方向軸にほぼ垂直な面内で可動台と一体であり、1本の噴射ノズルが前記導管のそれぞれの可動端に接続されていることを特徴とする設備。１０．請求項８または９に記載の低温流体の噴射による切断設備において、肉厚導管が断熱材で製作された蛇腹状の堅い気密外装によって囲繞されていることを特徴とする設備。１１．請求項１０に記載の低温流体の噴射による切断設備において、蛇腹状の外装と管状導管の間の空間が真空ポンプに接続されていることを特徴とする設備。