JPWO2010123010A1

JPWO2010123010A1 - プラスチック成形材料の減圧乾燥装置

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Publication number: JPWO2010123010A1
Application number: JP2011510329A
Authority: JP
Inventors: 花岡　一成; 一成花岡; 順ニ中川
Original assignee: Matsui Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Matsui Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-04-20
Publication date: 2012-10-25
Also published as: CN102405128B; US8776390B2; CN102405128A; US20120030961A1; WO2010123010A1

Abstract

上部に気体を密閉できる材料投入バルブ２４を設け下部に材料排出バルブ２５を設け、真空配管１１により真空ポンプ１０を接続した乾燥ホッパ２を備え、前記乾燥ホッパには伝熱による加熱手段４が設置され、前記材料排出バルブと乾燥ホッパの間には、ガスを貯留したガスタンク３１にガス切替弁３２を介して接続されたガス投入口３０が設置され、一定時間経過後、前記ガス切替弁を開くことで、貯留したガスを、乾燥ホッパに投入し、プラスチック成形材料の付着を防止するプラスチック成形材料付着防止手段を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチック成形材料の付着防止手段を備えた減圧乾燥装置に関するものである。

プラスチック成形材料であるペレットもしくは粉砕材を成形前に乾燥する場合、従来から通気式乾燥機を用いた方法が採用されていた。通気式乾燥とは乾燥機の上部にプラスチック成形材料投入口を、下部に排出口を設け、乾燥機の下部より所定の温度に昇温した熱風を導入し、上部に向けて通気してプラスチック成形材料を加熱し、乾燥する方法である。しかし、乾燥機に導入した熱風を工場内に排出する通気式乾燥方法は環境によくないことから、近年伝熱によりプラスチック成形材料を加熱し乾燥する、さらに真空にすることにより、発生した水分を系外に抜き去る方法が採用され、乾燥機に導入した熱風を乾燥機から外部に放出しない方法として、多く採用されている。そして乾燥を促進する方法として、乾燥機ホッパ内で発生した水分を乾燥機外に排出するため、少量のパージエアーを注入し、またそのパージエアー量は真空乾燥の場合、真空状態を維持しつつ、乾燥を促進できる程度とする方法が特許文献１（特開２０００−１２７１５３号公報）に記載されている。

しかし、伝熱によりプラスチック成形材料を加熱する方法では、できるだけ多くのプラスチック成形材料が伝熱により加熱され、しかもプラスチック成形材料が均一に加熱されることが重要となる。このため伝熱授受面積を多くするため、伝熱フィンを設けてできるだけ伝熱フィンとプラスチック成形材料の接触面積を多くとることになる。

伝熱フィンに囲まれて長時間プラスチック成形材料を静止乾燥状態に置くとプラスチック成形材料表面が活性化することによりまたは、プラスチック成形材料表面から揮発したガスにより、伝熱フィンにプラスチック成形材料が付着したり、プラスチック成形材料同士が付着して、下部から排出できない状態が発生し、プラスチック成形材料が乾燥ホッパから排出されないというトラブルが発生し、安定したプラスチック成形材料排出ができないという欠点があった。

この改善策の１つとして、特許文献２（特公平７−１０１１５０号公報）に記載されているように乾燥機の外側に振動装置や打撃装置などを設け、乾燥機外部から振動などで乾燥機内のプラスチック成形材料を揺さぶるなどの方法がとられてきた。しかし機械に振動や衝撃を与えることは、機械に負荷を与えることとなり、亀裂が生じたり、プラスチック成形材料の先入れ先出しができないため、連続処理に向かないこと、さらには真空乾燥の場合、リークの発生原因になったりして、十分な成果を得ることができなかった。
また２つ目の方法として、特許文献３（国際公開特許公報WO２００４／０６１３８３号）に記載のように一定時間経過しても乾燥機から材料が排出されないとき、強制的に材料を抜いて、乾燥ホッパ内の材料を移動させることにより、付着による排出不良をなくする方法もとられてきたが、排出したプラスチック成形材料を乾燥機に戻す循環ラインでは、乾燥ホッパ内のプラスチック成形材料の乾燥時間が制御できなくなり、過乾燥となる乾燥材料の発生で不良が発生したり、エネルギーの無駄が発生した。

特開２０００−１２７１５３号公報

特公平７−１０１１５０号公報

国際公開特許公報ＷＯ２００４／０６１３８３

本発明は粉粒体材料を乾燥ホッパー内において減圧状態で乾燥するときに生ずるプラスチック成形材料の付着を防止し、またプラスチック成形材料の付着防止対策を行い、プラスチック成形材料のショートパスを防ぎながら、乾燥済み材料を安定して供給できるプラスチック成形材料の付着防止装置を備えた減圧乾燥装置の提供を目的とするものである。

上記目的を達成するため本発明の減圧乾燥装置は、上部に気体を密閉できる材料投入バルブを設け下部に材料排出バルブを設け、真空配管により真空ポンプを接続した乾燥ホッパを備え、前記乾燥ホッパには伝熱による加熱手段が設置され、前記材料排出バルブと乾燥ホッパの間には、ガスを貯留したガスタンクにガス切替弁を介して接続されたガス投入口が設置され、一定時間経過後、前記ガス切替弁を開くことで、貯留したガスを、乾燥ホッパに投入し、プラスチック成形材料の付着を防止するプラスチック成形材料付着防止手段を備えていることを特徴とする減圧乾燥装置である。

また、本発明においては、前記ガス切替弁として、前記ガスタンクに3つの接続口を持つガス切替弁を設け、1つの接続口は常にガスタンクに接続され、2つ目の接続口は開閉弁を介してガス供給口に接続されたガス圧力調整弁に接続され、3つ目の接続口は開閉弁を介して前記ガス投入口に接続され、通常はガス供給口の開閉弁を開放しガス投入口の開閉弁は閉鎖し、一定時間経過されると乾燥ホッパの減圧状態を維持しつつ、ガス圧力調整弁の開閉弁を閉鎖しガス投入口の開閉弁を開放し、貯留したガスを乾燥ホッパに投入するようにしてもよい。

また、本発明においては、前記付着防止手段は、圧縮空気源からのガスを貯留するガスタンクと、このガスタンクと前記乾燥ホッパとを連通させる管路に設けられた開閉弁と、該管路を通過したガスを前記乾燥ホッパ内の下端部に導入させるガス投入口とを備えた構成とし、ＣＰＵ等の制御部によって、前記開閉弁を開放させ、前記ガスタンクのガスをガス投入口から乾燥ホッパ内に瞬発的に導入させて該乾燥ホッパ内を急昇圧させることで、プラスチック成形材料の付着を防止するようにしてもよい。
また、本発明においては、前記ガスタンクに貯留したガスを、前記乾燥ホッパに投入する際には、前記真空ポンプを停止させる制御を実行するようにしてもよい。

本発明の減圧乾燥装置によれば、ガス投入口より、ガスタンクに蓄えられたガスが瞬時に減圧状態の乾燥ホッパに投入されることにより、乾燥ホッパに収納されているプラスチック成形材料を、瞬時のガス流入による抵抗で全体的に上部に持ち上がるように動かすことができるので、材料のショートパスを防ぎ、且つプラスチック成形材料間の付着を防止できるという利点がある。

また、前記ガスタンクに３つの接続口を持つガス切替弁を設けた構成とすれば、１つの接続口は常にガスタンクに接続され、２つ目の接続口は開閉弁を介してガス供給口に接続されたガス圧力調整弁に、３つ目の接続口は開閉弁を介して前記ガス投入口に接続される。通常の乾燥状態ではガス圧力調整弁の開閉弁を開放し、ガス投入口の開閉弁は閉鎖することで一定のガス容積と設定された圧力のガスをガスタンクに貯留する。一定時間経過されるとガス圧力調整弁の開閉弁を閉鎖しガス投入口の開閉弁を開放し、一定容量と設定された圧力で貯留したガスを乾燥ホッパに投入することで乾燥ホッパの減圧状態を維持したまま、プラスチック成形材料間の付着を防止できるという利点がある。
また、前記ガスタンクに貯留したガスを、前記乾燥ホッパに投入する際に、前記真空ポンプを停止させる制御を実行するようにすれば、ガスタンクに貯留したガスをより迅速かつ効率的に乾燥ホッパ内に投入させることができる。

図１は本発明の樹脂付着防止装置を設けた減圧乾燥装置の一例の全体構成を示す系統図である。図２は本発明の一実施形態を示す樹脂付着防止装置を設けた減圧乾燥装置の1部を切り欠きした本体部外観を示す図である。図３は同実施形態に係る減圧乾燥装置が備えるガス投入口の一例の詳細図である。

以下、本発明に係る粉粒体材料の減圧乾燥装置の一実施形態について、図を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態に係る付着防止装置を設けたプラスチック成形材料の減圧乾燥装置の一例で、プラスチック成形に使用した状態の全体図を示す系統図、図２は、本発明の実施形態を示す減圧乾燥装置の本体部外観を示しその一部を切り欠きした正面図で、図３は、ガス投入口の詳細図である。

図１に示す減圧乾燥装置１は、床置き型であって、乾燥ホッパ２の外周部にアルミニュウム材などの熱伝導性の良好な素材で形成された熱伝導壁３を設け、その外周にバンドヒータからなる外部側加熱手段４を設けている。また、乾燥ホッパ２の内部にアルミニュウム等の熱伝導性の良好な素材で形成された熱伝導筒５を設け、その中心部にパイプヒータからなる内部側加熱手段６を内蔵している。そして、熱伝導壁３には、複数の上下方向に連接した伝熱フィン７を内部中心側に向けて放射状に且つほほ同じ厚みでほぼ同間隔をもって延出させ、熱伝導筒５には外側に向けて放射状に且つほぼ同じ厚みでほぼ同間隔をもって内部伝熱フィン８を延出させている。これらの伝熱フィン７，内部伝熱フィン８の相対する先端部の間にはプラスチック成形材料が止まらない程度の適当な間隔を持たせるか、あるいはお互いに当接させてもよい。樹脂成形の場合、プラスチック成形材料はペレットが多く用いられる。

さらに乾燥ホッパ２内には、ホッパ内の粉粒体材料の量を検出するためのレベルゲージ（LV）９が配置されており、さらに、乾燥ホッパに接続されている真空ポンプ１０からの真空配管１１には、所定の真空度を検出する真空センサ（PS）１２、吸引する気体のろ過フィルター１３、乾燥ホッパ２内を大気に戻すための真空破壊バルブ１４、乾燥ホッパ２内の真空度、あるいは、減圧度を測定する圧力ゲージ（PG）１５が接続されている。

また前記乾燥ホッパ２を、機台１６に設置し、この機台１６の下部には、キャスター１７が設けられ移動可能となっている。乾燥ホッパ２の上部には、材料投入バルブ２４が設置され、この材料投入バルブ２４の上方には、１次側材料輸送配管２１を介して材料タンクなどに設けられたノズル２２に接続された捕集器２３が設置されている。前記乾燥ホッパ２の下部には材料排出バルブ２５が設置され、２次側輸送先である成形機上捕集ホッパ２６に２次側材料配管２７を介して接続されている。

また乾燥ホッパ２の下部と材料排出バルブ２５との間には、ガス投入口３０と、キャリアガス導入バルブ３４に接続されている導入口３５とが設けられている。図３にガス投入口３０の詳細を示す。乾燥ホッパ２の下部に横方向から矢印で示すようにガスタンク３１からのガスが導入され、ガスが投入されるとき樹脂で覆われて圧力損失が発生するのを防ぐため、乾燥ホッパ下部の口径とほぼ同径の直管３０ａを配し、この直管３０ａの周囲とガス投入口３０の接続筒の内周面との間に空間３０ｂを設け、直管下部に隙間３０ｃを設けて圧力損失を軽減しつつ、ガスが導入できるようになっている。

樹脂付着を防止するための付着防止手段としてのガスを貯蔵するガスタンク３１には２つの開閉弁と１つの接続口からなるガス切替弁３２の内１つの接続口が常時に接続され、前記ガス切替弁のうち１つの開閉弁はガス圧力調整弁３６ともう１つのガス切替弁はガス投入口３０に接続され、ガスタンク３１をガス圧力調整弁３６とガス投入口３０とに切替えられるようにしている。ガス供給口３３とガス切替弁３２の間に圧力調整弁３６を設けている。つまり、本実施形態では、圧縮空気源などに接続されたガス供給口３３からのガスを貯留するガスタンク３１と、このガスタンク３１と乾燥ホッパ２とを連通させる管路に設けられた開閉弁としてのガス切替弁３２と、この管路を通過したガスを乾燥ホッパ２内の下端部に導入させるガス投入口３０とによって付着防止手段としての付着防止装置を構成し、後記するように、ＣＰＵ等の制御部によって、ガス切替弁を切り替えて、開放させ、ガスタンク３１のガスをガス投入口３０から乾燥ホッパ２内に瞬発的に導入させて乾燥ホッパ２内を急昇圧させる制御を実行するようにしている。
また、前記キャリアガス導入バルブ３４はエアー供給口と接続されているが除湿されたガスに接続してもよい。

そして前記機台１６には材料輸送用ブロワー４０が設置され、吸引側には、輸送用空気をろ過する輸送フィルター４１が接続され、この輸送フィルター４１は、輸送空気切替弁４２を介して、前記樹脂成形機上捕集ホッパ２６からの輸送排気あるいは、前記捕集器２３からの輸送排気が選択的に接続されている。機台１６にはさらに、乾燥ホッパ内を真空にするための前記真空ポンプ（VP）１０と、減圧乾燥機装置１の全体を制御するＣＰＵなどの制御部を有した制御盤４３が設置されている。この制御盤４３の制御部の制御により予め設定されたプログラムに基づいて、以下のような各種の動作が実行される。

次に作用について説明する。前記乾燥ホッパ２は熱伝導壁３、熱伝導筒５、伝熱フィン７、内部伝熱フィン８で仕切られた小区画が生成されるが、この小区画の断面積はほぼ等しく、熱伝導壁３などからの伝導熱が、その小区画内部の粉粒体材料に、均一に伝わるようにしている。また、できるだけ、伝熱フィン７、内部伝熱フィン８を多く設けるようにして、熱伝導のための表面積を広くし、熱伝導効率を向上させている。

この減圧乾燥装置１では、上記真空ポンプ（VP）１０が、プラスチック成形材料から水蒸気や揮発性ガスなどの雑ガスを発生させるための減圧手段を構成するとともに、この雑ガスを含んだ乾燥ホッパ内の気体を外部へ導出する為のガス放出手段を兼ねている。また、下部側にはキャリアガス置換のためにキャリアガスの導入量を調整する調整弁３４からなるキャリアガス導入バルブに接続された導入口３５が接続されている。

このキャリアガス置換を用いたプラスチック成形材料の減圧乾燥装置１では、輸送空気輸送切替弁４２を切換えて材料輸送用ブロワー４０の送風側を開放し、一方、切替弁４２を捕集器２３側に切替えて、輸送ブロワー４０の吸引側を捕集器２３に接続して、捕集器２３にノズル２２を介してプラスチック成形材料を捕集する。ついで、レベルゲージ９が信号を発するまで、乾燥ホッパ１内の気密が維持されるように密閉し、外部側加熱手段４、内部側加熱手段６によって、貯留された粉粒体材料を加熱し、さらに、真空ポンプ１０によって、乾燥ホッパ２内を所定の減圧度に減圧しながら、プラスチック成形材料を減圧処理する。

こうするとプラスチック成形材料から、その内部に保持されていた水分が水蒸気として発生し、またプラスチック成形材料に含まれていた揮発成分が揮発ガスとして発生する。このようなガスを発生させながら、この減圧乾燥装置１では導入口３５から、湿度や温度などの調整されたキャリアガスを導入させ、同時に乾燥ホッパ２の雑ガスを含む気体を、真空ポンプ１０によって、吸出し、乾燥ホッパ２の外部へ導出することによって、プラスチック成形材料を減圧乾燥している。

２次輸送先のプラスチック成形材料のペレットが消費され、成形機上捕集ホッパ２６に設けられた材料レベル計２８により２次側輸送要求信号が発せられると、輸送空気切替弁４２が成形機上捕集ホッパ２６に接続され、次に材料排出バルブ２５が開き、材料輸送用ブロワー４０が起動し乾燥ホッパ２から乾燥されたプラスチック成形材料であるペレットが空気輸送される。これにより乾燥ホッパ内の材料は下部に移動する。

この動作が設定された時間内に定期的に行われるとプラスチック成形材料であるペレットは固まらない。しかし通常の通気乾燥とは異なり、プラスチック成形材料の表面に乾燥空気によるプラスチック成形材料界面の空気層を作ることができない減圧乾燥装置１の場合、プラスチック成形材料から発生した、揮発ガスが界面に付着し、プラスチック成形材料の固まりを生ずる原因となる。この固まりは発生初期は僅かな振動で崩すことが可能であるが、長時間静止状態で乾燥が進むと固まりを崩すことは困難になる。このため、乾燥材料であるプラスチック成形材料を僅かな振動で固まりを崩せる時間をあらかじめ設定しておき、２次輸送がこの設定された時間以内に起らなかった場合、プラスチック成形材料付着防止手段としてのプラスチック成形材料付着防止装置が作動する。

ガス切替弁３２はまずガスタンク３１とガス圧力調整弁３６との間に設けられた開閉弁を開き、ガスタンク３１にガス圧力調整弁３６で設定された圧力までガスが充填される。
次に、設定した時間を経過したとき、ガス切替弁３２が切り替えられ、ガスタンク３１とガス投入口３０との間に設けられた開閉弁を開放し、乾燥ホッパ２内にガスタンク３１からのガスが瞬時に設定量投入され、乾燥ホッパ２内の材料が衝撃力で全体的に動かせられる。これにより材料の付着を解消できる。乾燥ホッパ２にガスを投入した後、ガス切替弁３２は、ガスタンク３１とガス圧力調整弁３６とを連通させる状態に切り替えられ、例えば、容量２リットルとされたガスタンクに設定圧力０．２ＭＰａとなるまでガスを注入する。一例では、ガス切替弁３２を切り替えて、１秒以下高圧ガスを投入することで乾燥ホッパ２内の粉粒体材料の上部が約１０ｍｍ持ち上がり、真空度は−０．９ｋＰａから−０．６ｋＰａとなり、大気圧に近づくが減圧状態は維持されており、３０秒程度で元の真空圧−０．９ｋＰａに戻る。

プラスチック成形材料付着防止装置の動作として、２次輸送のタイミングに関係なく、ガスタンク３１へのガス供給圧力が設定値に達し、乾燥ホッパ２の圧力が通常の真空度に達したとき、いつでも開始できる。

また変形例としてガス切替弁３２は３方向切替弁を用いガスタンク３１に常に接続し、一方の接続先をガス圧力調整弁３６もしくはガス投入口３０に切替えてもよい。

また、ガス切替弁を開くことで、ガスタンク３１に貯留したガスを、乾燥ホッパ２に投入し、プラスチック成形材料の付着を防止するプラスチック成形材料付着防止手段としては、上記した態様に限られない。例えば、コンプレッサや高圧ガスタンクなどの圧縮空気源などに接続されたガス供給口３３から供給されるガスを貯留するガスタンク３１と、このガスタンク３１と乾燥ホッパ２とを連通させる管路に設けられたガス切替弁としての開閉弁と、上記管路を通過したガスを乾燥ホッパ２内の下端部に導入させるガス投入口３０とを備えた構成とし、ＣＰＵ等の制御部によって、開閉弁を開放させ、ガスタンク３１のガスをガス投入口３０から乾燥ホッパ２内に瞬発的に導入させて乾燥ホッパ２内を急昇圧させることで、プラスチック成形材料の付着を防止するようにしてもよい。このような付着防止手段としての付着防止装置が備えるガス切替弁としての開閉弁としては、ガス供給口とガスタンク、ガスタンクとガス投入口とをそれぞれに接続する管路の態様によっては、種々の開閉弁の採用が可能であり、図例のような三方切替弁に限られず、単なる開閉バルブを設けるようにしてもよい。

さらにまた、真空ポンプ１０を作動させ、乾燥ホッパ２内の減圧状態を維持しながら、ガスタンク３１に貯留したガスを、乾燥ホッパ２に投入する態様に限られない。例えば、ガスタンク３１に貯留したガスを、乾燥ホッパ２に投入する際には、真空ポンプ１０を停止させる制御を実行するようにしてもよい。これによれば、ガスタンク３１に貯留したガスをより迅速かつ効率的に乾燥ホッパ２内に投入させることができる。この場合、ガスタンクに貯留されたガスは、瞬時に乾燥ホッパ内に投入されるため、比較的、短時間の所定時間経過後、真空ポンプを作動させるようにしてもよい。
さらには、ガスタンク３１に貯留したガスを、乾燥ホッパ２に投入する際には、真空ポンプ１０を停止させずに、つまりは、作動させた状態とし、ガス投入直後は、減圧状態が破壊され、大気圧以上となる態様としてもよい。

プラスチック成形材料付着防止装置による乾燥ホッパ２へのガスの導入により、キャリアガス導入バルブ３４及び導入口３５を省略するようにしてもよい。

例えば、成形加工するときの前準備として、プラスチック成形材料を乾燥し、次工程に乾燥済み材料を供給する装置として用いることができる。

１減圧乾燥装置
２乾燥ホッパ
４加熱手段
７伝熱フィン
１０真空ポンプ
１１真空配管
２４材料投入バルブ
２５材料排出バルブ
３０ガス投入口
３１ガスタンク
３２ガス切替弁
３６ガス圧力調整弁

Claims

上部に気体を密閉できる材料投入バルブを設け下部に材料排出バルブを設け、真空配管により真空ポンプを接続した乾燥ホッパを備え、
前記乾燥ホッパには伝熱による加熱手段が設置され、前記材料排出バルブと乾燥ホッパの間には、ガスを貯留したガスタンクにガス切替弁を介して接続されたガス投入口が設置され、一定時間経過後、前記ガス切替弁を開くことで、貯留したガスを、乾燥ホッパに投入し、プラスチック成形材料の付着を防止するプラスチック成形材料付着防止手段を備えていることを特徴とする減圧乾燥装置。
前記ガス切替弁として、前記ガスタンクに3つの接続口を持つガス切替弁を設け、1つの接続口は常にガスタンクに接続され、2つ目の接続口は開閉弁を介してガス供給口に接続されたガス圧力調整弁に接続され、3つ目の接続口は開閉弁を介して前記ガス投入口に接続され、通常はガス供給口の開閉弁を開放しガス投入口の開閉弁は閉鎖し、一定時間経過されると乾燥ホッパの減圧状態を維持しつつ、ガス圧力調整弁の開閉弁を閉鎖しガス投入口の開閉弁は開放し、貯留したガスを乾燥ホッパに投入することを特徴とする請求項1記載の減圧乾燥装置。
前記ガスタンクに貯留したガスを、前記乾燥ホッパに投入する際には、前記真空ポンプを停止させる制御を実行することを特徴とする請求項１記載の減圧乾燥装置。