WO2019235337A1 - 塗装装置及び塗装方法 - Google Patents

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WO2019235337A1
WO2019235337A1 PCT/JP2019/021399 JP2019021399W WO2019235337A1 WO 2019235337 A1 WO2019235337 A1 WO 2019235337A1 JP 2019021399 W JP2019021399 W JP 2019021399W WO 2019235337 A1 WO2019235337 A1 WO 2019235337A1
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WO
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carbon dioxide
mixture
line
mixer
pressure vessel
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Application number
PCT/JP2019/021399
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English (en)
French (fr)
Inventor
政敬 光本
宜晃 早坂
Original Assignee
長瀬産業株式会社
加美電子工業株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/24—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/24—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas with means, e.g. a container, for supplying liquid or other fluent material to a discharge device
    • B05B7/26—Apparatus in which liquids or other fluent materials from different sources are brought together before entering the discharge device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/02—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by spraying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/34—Applying different liquids or other fluent materials simultaneously

Definitions

  • the present invention relates to a coating apparatus and a coating method.
  • liquid carbon dioxide in a pressure vessel such as a cylinder is supplied to a mixer by a carbon dioxide supply line without a pump and mixed with paint, and then the mixture is sprayed from the sprayer and applied. Yes.
  • the liquid carbon dioxide in the pressure vessel is in a gas-liquid equilibrium state at a temperature according to the outside air temperature or the like.
  • the pressure drop at the flow regulating valve provided in the carbon dioxide line causes the carbon dioxide to pass after passing through the flow regulating valve.
  • the pressure of carbon becomes lower than the pressure in the pressure vessel. Therefore, the boiling point of carbon dioxide is lower than that in the pressure vessel, and liquid carbon dioxide tends to become a gas in the line.
  • the spraying behavior deteriorates, for example, the spraying pulsates.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a coating apparatus and a coating method capable of stable spraying.
  • a first coating apparatus connects a mixer that obtains a mixture by mixing carbon dioxide and paint, a pressure vessel that stores liquid or supercritical carbon dioxide, and the mixer, and controls the flow rate.
  • the carbon dioxide line which has a valve in the middle and is not provided with the pump, the sprayer which sprays the said mixture, and the heat exchanger which cools the carbon dioxide in the said carbon dioxide line are provided.
  • the carbon dioxide in the carbon dioxide line is cooled by the heat exchanger, Carbon dioxide can be liquefied or maintained in a liquid state. Therefore, a liquid mixture containing no gas can be obtained with the mixer, and stable spraying with reduced pulsation becomes possible.
  • a second coating apparatus connects a mixer that obtains a mixture by mixing carbon dioxide and paint, a pressure vessel that stores liquid or supercritical carbon dioxide, and the mixer, and controls the flow rate.
  • a carbon dioxide line that has a valve in the middle and is not provided with a pump, a sprayer that sprays the mixture, a mixture line that connects the mixer and the sprayer, and cools the mixture in the mixture line A heat exchanger.
  • the pressure is reduced and the boiling point of carbon dioxide is lowered, so that the carbon dioxide is vaporized and a mixture containing gas and liquid of paint and carbon dioxide is obtained in the mixer.
  • gaseous carbon dioxide can be liquefied in the mixture line and a liquid mixture containing no gas can be sprayed from the sprayer. For this reason, the stable spray which suppressed the pulsation from the sprayer is attained.
  • each of the above devices can further include a heater for heating the pressure vessel.
  • a heater for heating the pressure vessel.
  • a first coating method includes supplying a liquid in a pressure vessel or supercritical carbon dioxide to a mixer via a carbon dioxide line having a flow control valve and no pump, Cooling the carbon dioxide flowing through the carbon dioxide line, liquefying the carbon dioxide that has passed through the flow rate control valve, or maintaining the liquid state; Mixing the liquid carbon dioxide and the paint in the mixer to obtain a mixture; Spraying the mixture.
  • the second coating method includes a step of supplying liquid or supercritical carbon dioxide in a pressure vessel to a mixer via a carbon dioxide line having a flow control valve and no pump, Supplying paint to the mixer; Mixing the carbon dioxide and the paint in the mixer to obtain a mixture; Supplying and spraying the mixture to a sprayer via a mixture line; Cooling the mixture flowing through the mixture line to liquefy carbon dioxide in the mixture.
  • the first and second coating methods may further include a step of heating the pressure vessel to increase the pressure in the pressure vessel.
  • a coating apparatus and a coating method capable of stable spraying are provided.
  • the coating apparatus 500 includes a paint tank 1, a paint line L3, a pump 2, a pressure reducing valve 11, a check valve 3, a pressure vessel 20 that stores liquid carbon dioxide, a pressure vessel thermometer 40, a carbon dioxide line L2, and a flow rate adjustment valve. 24, the heat exchanger 28C, the carbon dioxide line thermometer 41, the check valve 15, the mixer 8, the mixture line L4, the filter 13, and the sprayer 9 are mainly provided.
  • the paint tank 1 stores a liquid paint containing a resin component.
  • the paint can contain a solvent in addition to the resin component.
  • the pressure in the paint tank 1 is normally normal pressure, that is, atmospheric pressure, but may be pressurized to about 0.1 to 0.2 MPa in order to stably supply the paint to the pump.
  • the resin component is not particularly limited as long as it is a resin usually used in paints.
  • epoxy resin acrylic resin, acrylic urethane resin, polyester resin, acrylic silicon resin, alkyd resin, UV curable resin, vinyl chloride / acetic acid Vinyl copolymer resin (vinyl acetate resin), styrene butadiene rubber, polyester urethane resin, styrene acrylic resin, amino resin, polyurethane resin, phenol resin, vinyl chloride resin, nitrocellulose resin, cellulose acetate butyrate resin, styrene resin, melamine A urea resin etc. are mentioned. You may use these individually or in mixture of 2 or more types.
  • the resin component may be a one-component curable resin, a two-component curable resin, or an active energy ray curable resin such as UV.
  • Solvent dissolves or disperses resin components to increase the fluidity of the paint.
  • the solvent may be a single compound or a mixture.
  • the solvent include methyl isobutyl ketone, 3-methoxybutyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, Solvesso 100 (trade name, manufactured by TonenGeneral Sekiyu KK), Solvesso 150 (trade name, manufactured by TonenGeneral Sekiyu KK), Glycol acetate, n-butanol, diisobutyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, toluene, xylene, isobutanol, diacetone alcohol, cyclohexanol, isophorone, ethyl-3-ethoxypropionate, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, Methyl propylene diglycol, isobutyl acetate, isoamy
  • solvents include formamide, hydrazine, glycerin, N-methylformamide, 1,4-diformylpiperazine, ethylene cyanohydrin, malononitrile, 2-pyrrolidine, ethylene carbonate, methylacetamide, ethylene glycol, methanol, dimethyl sulfoxide.
  • the amount of the solvent in the paint is not particularly limited, but can be 25 to 10000 parts by weight, preferably 25 to 1000 parts by weight based on 100 parts by weight of the resin component. More preferred is 87 to 461 parts by mass.
  • the paint can contain various additives in addition to the above.
  • additives for example, co-solvents, diluents, pigments, pigment dispersants, UV absorbers, light stabilizers, leveling agents, adhesion promoters, rheology control agents, polymerization initiators, and other additives that are usually added to paints. It may be.
  • a curing agent may be included as an additive.
  • curing agent of 2 liquid curable resin The hardening
  • the total amount of additives in the paint is not particularly limited, but may be 0.1 to 1000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin component.
  • the paint line L3 connects the paint tank 1 and the mixer 8.
  • the paint line L3 is provided with a pump 2, a pressure reducing valve 11, and a check valve 3 in order from the upstream side.
  • the pump 2 pressurizes the paint supplied from the paint tank 1 via the paint line L3.
  • the type of the pump is not particularly limited, and a known pump such as a plunger pump or a diaphragm pump can be used.
  • the pressure on the discharge side can be about the same as the pressure in the pressure vessel 20.
  • the pressure reducing valve 11 adjusts the supply pressure of the paint from the paint line L3 to a constant pressure.
  • the pressure of the paint supplied to the mixer 8 is slightly lower than the pressure inside the carbon dioxide pressure vessel 20 by the pressure reducing valve 11, it is possible to suppress the paint from flowing back to the carbon dioxide line L2 when the spraying is stopped. . Further, when the pressure reducing valve 11 is provided, the pulsation of the flow rate of the paint pump can be suppressed, so that stable spraying can be performed.
  • the set pressure of the pressure reducing valve 11 defines the pressure of the mixer 8 and the mixture line L4 downstream from the flow rate adjusting valve 24 of the carbon dioxide line L2 at the time of spraying.
  • the set pressure of the pressure reducing valve 11 can be appropriately set according to the type of the sprayer 9 and the like.
  • the set pressure of the pressure reducing valve 11 can be, for example, 4 MPa or more, 5 MPa or more, or 6 MPa or more, and the upper limit can be, for example, 10 MPa or less. When this pressure is high, it is easy to increase the amount of carbon dioxide in the liquid mixture of paint and carbon dioxide.
  • the check valve 3 is a valve for preventing the back flow of the paint in the paint line L3.
  • the pressure vessel 20 is a pressure vessel in which the inside of the pressure vessel is under a temperature and pressure condition where gas-liquid equilibrium is achieved, a gas-liquid interface I is formed therein, and liquid carbon dioxide is stored.
  • the temperature inside the pressure vessel 20 may be determined by the temperature outside the pressure vessel 20 such as outside air temperature, and may be heated by the pressure vessel heater 26H when the outside air temperature is low such as in winter.
  • the temperature Tv of the carbon dioxide in the pressure vessel 20 can be measured by the pressure vessel thermometer 40, and the temperature of the pressure vessel heater 26H can be controlled to a constant temperature.
  • the pressure vessel heater 26 ⁇ / b> H can make the temperature of carbon dioxide in the pressure vessel 20 higher than the outside air temperature around the pressure vessel by heating the pressure vessel 20.
  • the pressure vessel heater 26H needs to maintain the carbon dioxide in the pressure vessel under a temperature condition that is not supercritical and is in a gas-liquid equilibrium state. For example, the carbon dioxide in the pressure vessel is less than 31.1 ° C. Can be controlled within the range.
  • An example of the temperature inside the pressure vessel 20 is ⁇ 50 to 31 ° C., and the gauge pressure inside the pressure vessel 20 can be 0.68 to 7.4 MPa. If the temperature is lower than 31.1 ° C., the inside of the pressure vessel 20 can be in a gas-liquid equilibrium, and a gas-liquid interface I can be formed. From the viewpoint of supplying a sufficient amount of liquid carbon dioxide to the downstream side by making the pressure inside the pressure vessel 20 higher than the set pressure on the downstream side of the pressure reducing valve 11, the temperature Tv is 23 to 30 ° C., particularly 25 to It is suitable that it is 30 degreeC. For example, when Tv is 23 ° C., the pressure inside the pressure vessel 20 is 6.1 MPa, when Tv is 25 ° C., the pressure is 6.3 MPa, and when Tv is 30 ° C., the pressure is 7.2 MPa.
  • the pressure vessel 20 has an outlet pipe 22.
  • the outlet pipe 22 communicates the inside and outside of the pressure vessel 20, and the lower end 22 b in the pressure vessel 20 is disposed below the gas-liquid interface I in the pressure vessel 20.
  • the other end 22t of the outlet pipe 22 protrudes outside the pressure vessel 20 and is connected to the carbon dioxide line L2.
  • the carbon dioxide line L2 connects the outlet pipe 22 of the pressure vessel 20 and the mixer 8.
  • the carbon dioxide line L2 is provided with a flow rate adjustment valve 24, a heat exchanger 28C, and a check valve 15 that suppresses the flow of paint back to the carbon dioxide line L2 in order from the upstream side.
  • a carbon dioxide line thermometer 41 is further provided in the carbon dioxide line L2.
  • Examples of the flow control valve 24 are a needle valve and a globe valve.
  • the flow rate adjusting valve 24 gives a large pressure loss of, for example, 0.1 MPa or more during the flow of carbon dioxide for adjusting the flow rate.
  • an orifice may be provided upstream or downstream of the flow rate adjustment valve 24.
  • the heat exchanger 28C exchanges the heat of carbon dioxide in the carbon dioxide line L2 with the outside to lower the temperature of carbon dioxide. With the heat exchanger 28C, the temperature of carbon dioxide in the carbon dioxide line L2 can be lowered than the temperature of carbon dioxide in the pressure vessel 20.
  • the heat exchanger 28C preferably exchanges heat between carbon dioxide and the refrigerant to lower the temperature of the carbon dioxide.
  • the heat exchanger 28C can be a heat exchanger that exchanges heat between carbon dioxide and liquid refrigerant.
  • the heat exchanger 28C includes a metal heat transfer tube 100 that constitutes at least a part of the carbon dioxide line L2, and a jacket tube 102 that surrounds the metal heat transfer tube 100.
  • a chiller 104 that supplies a liquid refrigerant is connected to both ends of the jacket tube 102 via a pair of lines L102.
  • liquid refrigerant such as cooling water
  • the liquid refrigerant can be, for example, water.
  • the temperature of the liquid refrigerant can be, for example, 5 to 15 ° C. or 10 to 15 ° C.
  • the heat exchanger 28C can also be a heat exchanger that exchanges heat between carbon dioxide and a gaseous refrigerant, as shown in FIG.
  • the heat exchanger 28C includes a metal heat transfer tube 100 that constitutes at least a part of the carbon dioxide line L2.
  • the metal heat transfer tube 100 is accommodated in a room (container) R, and an air conditioner 110 that adjusts the temperature of the air in the room R is provided in the room R.
  • the air conditioner 110 By maintaining the temperature of the air in the room R lower than the temperature of carbon dioxide in the metal heat transfer tube 100 by the air conditioner 110, the carbon dioxide in the metal heat transfer tube 100 is cooled by exchanging heat with air.
  • the temperature in the room R can be 20 to 25 ° C., for example.
  • the metal heat transfer tube 100 of the heat exchanger 28C may be brought into contact with a Peltier element capable of cooling an object by causing heat transfer when electric power is supplied instead of a refrigerant.
  • the material of the metal heat transfer tube 100 and the heat exchanger 28C is not limited, but for example, stainless steel, copper or the like can be used.
  • the heat exchanger 28 ⁇ / b> C only needs to be provided at a position where the temperature of carbon dioxide supplied to the mixer 8 can be lowered in the carbon dioxide line L ⁇ b> 2. It may be disposed in a portion upstream of the valve 24 or may be disposed in a portion downstream of the flow rate adjusting valve 24. From the standpoint of reliably liquefying or maintaining carbon dioxide downstream of the flow control valve 24, it is preferable to cool the carbon dioxide downstream of the flow control valve 24. It is also preferable to cool the flow rate adjustment valve 24 itself from the viewpoint of suppressing gas generation and improving the accuracy of flow rate adjustment.
  • the carbon dioxide line thermometer 41 can measure the temperature Tt of carbon dioxide in the carbon dioxide line L2.
  • the carbon dioxide line thermometer 41 is preferably located downstream of the heat exchanger 28C, and measures the temperature of carbon dioxide downstream of the carbon dioxide line L2, that is, the temperature of carbon dioxide supplied to the mixer 8. It is preferable to do.
  • the temperature Tt of the carbon dioxide cooled by the heat exchanger 28C can be set as appropriate as long as the carbon dioxide that has been decompressed through the flow rate adjusting valve 24 becomes solid, supercritical, or does not become a gas but a liquid.
  • the temperature can be adjusted by adjusting the temperature of the refrigerant and / or the flow rate of the refrigerant.
  • the pressure in the mixer 8 As described above, the pressure in the mixer 8, the pressure downstream of the flow rate adjusting valve 24 of the carbon dioxide line L2, and the pressure (spray pressure) of the mixture line L4 during spraying are the paint line L3 described later. It becomes the same level as the set pressure of the pressure reducing valve 11.
  • the carbon dioxide is cooled by the heat exchanger 28C so that the temperature Tt is equal to or lower than the boiling point Tb of the carbon dioxide at the set pressure of the pressure reducing valve 11 or lower than the boiling point Tb.
  • the temperature Tt cooled by the heat exchanger 28C may be 0.1 ° C. or less, 0.2 ° C. or less, 0.5 ° C. or less, or 1.0 ° C. or less lower than Tb.
  • the temperature Tt of the carbon dioxide after cooling can be 30 ° C. or lower, 28 ° C. or lower, 24 ° C. or lower, 20 ° C. or lower, 15 ° C. or lower, 12 ° C. or lower, or 10 ° C. or lower.
  • the check valve 15 is a valve that prevents a back flow of carbon dioxide in the carbon dioxide line L2.
  • the mixer 8 mixes carbon dioxide supplied via the carbon dioxide line L2 and paint supplied via the paint line L3 to obtain a mixture.
  • the mixer 8 for example, an in-line mixer can be used.
  • the carbon dioxide in the mixer 8 is a liquid.
  • the mixing ratio of carbon dioxide and paint during mixing can be adjusted so that the concentration of carbon dioxide is 2 to 95% by mass or 3 to 50% by mass in the mixture.
  • the mixture line L4 connects the mixer 8 and the sprayer 9.
  • the sprayer 9 sprays the mixture supplied from the mixer 8 via the mixture line L4 onto the object.
  • Various known spray nozzles can be used as the sprayer 9.
  • the object is not particularly limited, and examples thereof include an automobile body.
  • the filter 13 collects impurities in the mixture.
  • the mixture line L4 is provided with a mixture line heater 29H that heats the temperature of the mixture flowing through the mixture line L4.
  • the mixture line heater 29H can raise the temperature of the mixture to 10 to 150 ° C., for example.
  • the upper limit of the temperature is not particularly limited, but there is no problem as long as it is lower than the boiling point of the solvent having the lowest boiling point among the solvents contained in the mixture. Thereby, the viscosity of the paint sprayed from the sprayer 9 can be lowered, and the expansion energy of carbon dioxide can be used efficiently.
  • the pressure in the pressure vessel 20 is defined by the ambient temperature around the pressure vessel or the temperature determined by the pressure vessel heater 26H, and the pressure vessel 20 is in a gas-liquid equilibrium state. It has become. For example, when the temperature is 20 ° C., the pressure in the pressure vessel 20 is about 5.6 MPa in gauge pressure and 5.7 MPa in absolute pressure.
  • the flow control valve 24 is opened. As a result, liquid carbon dioxide is pushed out by the internal pressure and supplied to the mixer 8 via the outlet pipe 22 and the carbon dioxide line L2. The flow rate of the liquid carbon dioxide is adjusted by the opening degree of the flow rate adjustment valve 24. Further, the carbon dioxide in the carbon dioxide line L2 is cooled by the heat exchanger 28C, and the vaporized carbon dioxide is maintained in a liquid state, or the vaporized carbon dioxide is returned to a liquid.
  • the pump 2 supplies the paint in the paint tank 1 to the mixer 8 via the paint line L3.
  • the paint and liquid carbon dioxide are mixed, and the mixture is sprayed from the sprayer 9 through the mixture line L4.
  • the order of supplying the coating material and liquid carbon dioxide to the mixer 8 if the coating material is supplied first, the precipitation of the resin is easily suppressed.
  • the carbon dioxide line L2 between the pressure vessel 20 and the mixer 8 does not have a pump, and the pressure of the liquid carbon dioxide in the gas-liquid equilibrium state discharged from the pressure vessel 20 passes through the flow control valve 24. Then, the pressure in the pressure vessel 20 drops below the gas-liquid equilibrium state. That is, when liquid carbon dioxide passes through the flow control valve 24, the boiling point is lowered due to the pressure drop, and the liquid carbon dioxide is easily vaporized.
  • the carbon dioxide in the carbon dioxide line L2 is cooled by the heat exchanger 28C and the temperature of the carbon dioxide can be adjusted or maintained below the boiling point after the pressure drop due to the passage of the flow rate regulating valve 24, the carbon dioxide Carbon dioxide in the line L2 can be liquefied, or vaporization of the carbon dioxide in the carbon dioxide line L2 can be suppressed to maintain the carbon dioxide state in a liquid state.
  • liquid carbon dioxide and paint can be mixed with each other, and a highly homogeneous liquid mixture can be obtained.
  • spraying with less pulsation becomes possible.
  • a coating apparatus 600 according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the difference between the coating apparatus 600 and the coating apparatus 500 of FIG. 1 is that supercritical carbon dioxide is stored in the pressure vessel 20 instead of liquid carbon dioxide.
  • the critical temperature 31.1 ° C.
  • the pressure vessel 20 is heated to higher than the critical temperature by the pressure vessel heater 26H. Situations can arise.
  • the following operational effects are obtained.
  • the heat exchanger 28C can cool the carbon dioxide in the mixture line L4 to below the boiling point after depressurization and below 31.1 ° C. can do. Therefore, in the mixer 8, liquid carbon dioxide and paint can be mixed with each other, and a highly homogeneous liquid mixture can be obtained. When this liquid mixture is sprayed from the sprayer 9, spraying with less pulsation becomes possible.
  • a coating apparatus 700 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 1 in that instead of the heat exchanger 28C and the carbon dioxide line thermometer 41 of the carbon dioxide line L2, the heat exchanger 29C and the temperature Tm of the mixture are added to the mixture line L4. It is the point provided with the mixture line thermometer 42 to measure.
  • the heat exchanger 29C lowers the temperature of the mixture by heat exchange between the mixture in the mixture line L4 and the outside. It is preferable that the temperature Tm of the mixture is lower than the temperature Tv of carbon dioxide in the pressure vessel 20 by the heat exchanger 29C.
  • the aspect of the heat exchanger 29C can be the same as that of the heat exchanger 28C of the first embodiment.
  • the heat exchanger 29C only needs to be provided at a position where the temperature of the mixture supplied to the sprayer 9 through the mixture line L4 can be lowered with respect to the mixture line L4, and from the filter 13 in the mixture line L4. May be disposed in the upstream portion, or may be disposed in the downstream portion of the filter 13.
  • the mixture line thermometer 42 can measure the temperature Tm of the mixture in the mixture line L4.
  • the mixture line thermometer 42 is preferably downstream of the heat exchanger 29C, and preferably measures the temperature of the mixture on the downstream side of the mixture line L4, that is, the temperature of the mixture supplied to the sprayer 9. It is.
  • the heat exchanger 29C can appropriately cool the mixture, that is, carbon dioxide within a range in which the carbon dioxide in the mixture becomes a solid, supercritical, or gas without becoming a gas.
  • the internal pressure (spray pressure) of the mixture line L4 at the time of spraying is approximately the same as the downstream set pressure (refer to the first embodiment for details) of the pressure reducing valve 11. Therefore, it is preferable that the heat exchanger 29C cools the mixture such that the temperature Tm is equal to or lower than the boiling point Tb of the carbon dioxide under the set pressure of the pressure reducing valve 11 or lower than the boiling point Tb.
  • the heat exchanger 29C can cool the mixture so that the temperature Tm is 0.1 ° C. or lower, 0.2 ° C.
  • the mixture is cooled so that the temperature Tm of the mixture after cooling is 30 ° C. or lower, 28 ° C. or lower, 24 ° C. or lower, 20 ° C. or lower, 15 ° C. or lower, 12 ° C. or lower, or 10 ° C. or lower. be able to.
  • the following effects are produced. Also in this embodiment, there is no pump between the pressure vessel 20 and the mixer 8, and the pressure of the liquid carbon dioxide in a gas-liquid equilibrium state discharged from the pressure vessel 20 passes through the flow rate adjustment valve 24, The pressure drops below the vapor-liquid equilibrium state. That is, when the carbon dioxide passes through the flow rate control valve 24, the boiling point thereof is lowered due to the pressure drop, and is easily vaporized.
  • the mixer 8 a liquid paint and gaseous carbon dioxide are mixed to obtain a two-phase mixture of a gas phase and a liquid phase, and when this mixture is supplied to the sprayer 9 as it is, the sprayer 9 This prevents stable spraying.
  • the heat exchanger 29C returns the carbon dioxide in the gas phase in the two-phase mixture in the mixture line L4 to a liquid, and thus the mixture becomes a liquid mixture. Stable spraying with reduced pulsation is possible.
  • a coating apparatus 800 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 5 in that supercritical carbon dioxide is stored in the pressure vessel 20 instead of liquid carbon dioxide. Specifically, for example, such a situation occurs when the environmental temperature around the pressure vessel 20 is higher than the critical temperature (31.1 ° C.) or when the pressure vessel heater 26H is heated above the critical temperature. obtain.
  • the following operational effects are obtained. Also in this embodiment, since there is no pump between the pressure vessel 20 and the mixer 8 and carbon dioxide is not pressurized, the pressure of carbon dioxide falls below the pressure in the pressure vessel 20 when passing through the flow rate adjusting valve 24. . That is, when the carbon dioxide passes through the flow control valve 24, it easily returns from the supercritical state to the gas due to the pressure drop.
  • a liquid paint and gaseous carbon dioxide are mixed to obtain a two-phase mixture of a gas phase and a liquid phase, and when this mixture is supplied to the sprayer 9 as it is, the sprayer 9 This prevents stable spraying.
  • the heat exchanger 29C returns the carbon dioxide in the gas phase in the two-phase mixture in the mixture line L4 to a liquid, and thus the mixture becomes a liquid mixture. Stable spraying with reduced pulsation is possible.
  • the outlet pipe 22 extends vertically, but the outlet pipe 22 may penetrate the side wall of the pressure vessel.
  • the mixture line heater 29H and the pressure vessel heater 26H are not essential. Furthermore, the filter 13 may not be provided.
  • the configuration of the paint line L3 is not particularly limited. There may be no check valve 15 and various thermometers.
  • the pressure reducing valve 11 of the paint line L3 may not be provided.
  • the spray pressure is defined by the paint pump.
  • the form of the heat exchanger may not be a single pipe type, but may be a multi-pipe type in which the line branches into a plurality.
  • Example 1 Spraying was performed using the coating apparatus 500 of FIG. 1 of the first embodiment.
  • the composition of the paint and the amount of carbon dioxide were adjusted as shown in Table 1.
  • the temperature of the coating material supplied was 7 ° C. in Example 5, 21 ° C. in Example 8, and 25 ° C. in other cases.
  • the type of the heat exchanger 28C was a gas-liquid heat exchange type as shown in FIG.
  • spray pressure mixture Table 1 shows the pressure of the mixture supplied to the sprayer at the time of spraying
  • Tv-Tt, Tv-Tm, Tb-Tt, Tb-Tm and the state of spraying.
  • “gas-liquid” indicates that gas and liquid exist
  • liquid super indicates that liquid and supercritical fluid exist.
  • a pressure vessel heater 26H (or a cooler) was appropriately used.
  • the heat exchanger 28C was used to lower the temperature Tt in the carbon dioxide line L2 below the temperature Tv.
  • a mixture line heater 29H (or a cooler) was appropriately used.
  • ⁇ in the spray state indicates that the spray state is stable without pulsation
  • X indicates that the spray has pulsation (a state in which the mixture does not come out) and an unstable state.
  • Example 11 to 13 Spraying was performed in the same manner as in Example 1 except that the coating device 600 of FIG. 4 of the second embodiment was used and the composition of the coating material, the amount of carbon dioxide, and each temperature were set as shown in Table 1. Carbon dioxide in the pressure vessel was supercritical.
  • Example 14 to 16 Spraying was performed in the same manner as in Example 1 except that the composition of the coating material, the amount of carbon dioxide, and each temperature were set as shown in Table 2 using the coating apparatus 700 of FIG. 5 of the third embodiment.
  • the heat exchanger 29C was used in place of the heat exchanger 28C, and the temperature Tm in the mixture line L4 was lowered below the temperature Tv.
  • Examples 17 to 19 Spraying was performed in the same manner as in Example 1 except that the coating apparatus 800 of FIG. 6 of the fourth embodiment was used and the composition of the paint, the amount of carbon dioxide, and each temperature were set as shown in Table 2. Carbon dioxide in the pressure vessel was supercritical. The heat exchanger 29C was used in place of the heat exchanger 28C, and the temperature Tm in the mixture line L4 was lowered below the temperature Tv.
  • Example 1 Spraying was performed in the same manner as in Example 1 except that the composition of the coating material and each temperature were set as shown in Table 3. Instead of using the heat exchanger 28C and the heat exchanger 29C, instead of using a heater or the like, both the temperature Tt of carbon dioxide before the mixer in the carbon dioxide line and the temperature Tm of the mixture before the sprayer in the mixture line are used. These temperatures were controlled to be higher than the boiling point Tb at the spray pressure.
  • Example 13 Spraying was performed in the same manner as in Example 19 except that the composition of the coating material and each temperature were set as shown in Table 4. Without using the heat exchanger 28C and the heat exchanger 29C, carbon dioxide becomes supercritical at the spray pressure, and there is no boiling point Tb. In Table 4, “liquid super” indicates a mixture of a liquid paint and supercritical carbon dioxide.

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Abstract

本発明は、安定した噴霧が可能な塗装装置及び塗装方法を提供する。塗装装置５００は、二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器８と、液体の二酸化炭素を貯留する圧力容器２０と混合器８とを接続し、流量調節バルブ２４を途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインＬ２と、混合物を噴霧する噴霧器９と、前記二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素を冷却する熱交換器２８Ｃと、を備える。

Description

塗装装置及び塗装方法
　本発明は、塗装装置及び塗装方法に関する。
　ボンベなどの圧力容器内の液体の二酸化炭素を、ポンプを有さない二酸化炭素供給ラインで混合器に供給して塗料と混合し、その後、混合物を噴霧器から噴霧して塗装する方法が知られている。
特許第６００６４４８号
　本発明者らが検討したところ、上述のような方法では、噴霧器からの噴霧挙動が不安定になる場合があることが判明した。
　具体的には、まず、圧力容器内の液体二酸化炭素は外気温等に応じた温度で気液平衡の状態となっている。そして、圧力容器内の液体の二酸化炭素を、ポンプを有さない二酸化炭素ラインで混合器に供給する際、二酸化炭素ラインに設けた流量調節バルブでの圧力降下により、流量調節バルブの通過後に二酸化炭素の圧力が圧力容器内の圧力よりも低くなる。したがって、二酸化炭素の沸点が圧力容器内よりも下がり、ライン内で液体の二酸化炭素が気体となりやすい。気体の二酸化炭素と液体の塗料との２相混合物を噴霧部から噴霧すると、噴霧が脈動するなど噴霧挙動が劣化する。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安定した噴霧が可能な塗装装置及び塗装方法の提供を目的とする。
　本発明に掛かる第１の塗装装置は、二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、前記混合物を噴霧する噴霧器と、前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器と、を備える。
　本発明によれば、流量調節バルブを通過することにより圧力が低下して二酸化炭素ライン内を通る二酸化炭素の沸点が下がっても、熱交換器により二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却して、二酸化炭素を液化する又は液体状態に維持することができる。したがって、混合器で気体を含まない液体混合物を得ることができ、脈動を抑えた安定的な噴霧可能となる。
　本発明に掛かる第２の塗装装置は、二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、液体又は超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、前記混合物を噴霧する噴霧器と、前記混合器と前記噴霧器とを接続する混合物ラインと、前記混合物ライン内の混合物を冷却する熱交換器と、を備える。
　本発明によれば、流量調節バルブを通過することにより圧力が低下して二酸化炭素の沸点が下がり、二酸化炭素が気化して混合器において塗料と二酸化炭素との気体及び液体を含む混合物が得られても、混合物ラインにおいて気体の二酸化炭素を液化させて、気体を含まない液体混合物を噴霧器から噴霧させることができる。このため、噴霧器から脈動を抑えた安定的な噴霧が可能となる。
　ここで、上記各装置は、前記圧力容器を加熱するヒータを更に備えることができる。これにより、冬期など、圧力容器の周りの温度が低い場合でも、圧力容器内の圧力を高めることができ、ポンプなしで好適に二酸化炭素を二酸化炭素ラインを介して供給することができる。
　本発明に掛かる第１の塗装方法は、圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
　前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素を冷却して、前記流量調節バルブを通過した二酸化炭素を、液化する、又は、液体状態に維持する工程と、
　前記混合器で、液体の二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る工程と、
　前記混合物を噴霧する工程と、を備える。
　本発明に掛かる第２の塗装方法は、圧力容器内の液体又は超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
　塗料を前記混合器に供給する工程と、
　前記混合器で前記二酸化炭素と前記塗料とを混合して混合物を得る工程と、
　前記混合物を、混合物ラインを介して噴霧器へ供給して噴霧する工程と、
　前記混合物ラインを流れる混合物を冷却して、前記混合物中の二酸化炭素を液化する工程と、を備える。
　第１及び第２の塗装方法は、前記圧力容器を加熱して前記圧力容器内の圧力を高くする工程を更に備えてもよい。
　本発明によれば、安定した噴霧が可能な塗装装置及び塗装方法が提供される。
本発明の第一実施形態に係る塗装装置５００のフロー図である。 図１の熱交換器の１実施態様を示す概略断面図である。 図１の熱交換器の他の実施態様を示すフロー図である。 本発明の第二実施形態に係る塗装装置６００のフロー図である。 本発明の第三実施形態に係る塗装装置７００のフロー図である。 本発明の第四実施形態に係る塗装装置８００のフロー図である。
　図面を参照して本発明の第一実施形態を説明する。
　＜第一実施形態＞
　図１を参照して、本実施形態に係る塗装装置５００及び塗装方法を説明する。塗装装置５００は、塗料タンク１、塗料ラインＬ３、ポンプ２、減圧弁１１、逆止弁３、液体の二酸化炭素を貯留する圧力容器２０、圧力容器温度計４０、二酸化炭素ラインＬ２、流量調節バルブ２４、熱交換器２８Ｃ、二酸化炭素ライン温度計４１、逆止弁１５、混合器８、混合物ラインＬ４、フィルタ１３、及び噴霧器９を主として備える。
　塗料タンク１は、樹脂成分を含む液状の塗料を貯留する。塗料は、樹脂成分以外に溶剤を含むことができる。塗料タンク１内の圧力は通常常圧すなわち大気圧であるが、ポンプに塗料を安定供給するため０．１～０．２ＭＰａ程度に加圧してもよい。
　樹脂成分としては、塗料に通常用いられる樹脂であれば特に制限はないが、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルシリコン樹脂、アルキッド樹脂、ＵＶ硬化樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合樹脂（塩酢ビ樹脂）、スチレンブタジエンゴム、ポリエステルウレタン樹脂、スチレンアクリル樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニル樹脂、ニトロセルロース樹脂、セルロースアセテートブチレート樹脂、スチレン樹脂、メラミン尿素樹脂等が挙げられる。これらは、単独で又は２種類以上を混合して使用してもよい。樹脂成分は、１液硬化型樹脂であっても、２液硬化型樹脂であってもよく、ＵＶなどの活性エネルギー線硬化型樹脂であってもよい。
　溶剤は樹脂成分を溶解又は分散して塗料の流動性を高めるものである。溶剤は単一化合物であっても混合物であってもよい。溶剤としては、例えば、メチルイソブチルケトン、酢酸３－メトキシブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ソルベッソ１００（東燃ゼネラル石油社製、商品名）、ソルベッソ１５０（東燃ゼネラル石油社製、商品名）、エチルジグリコールアセテート、ｎ－ブタノール、ジイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、キシレン、イソブタノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、イソホロン、エチル－３－エトキシプロピオネート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、メチルプロピレンジグリコール、酢酸イソブチル、酢酸イソアミル、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、酢酸イソプロピル、メチルアミルケトン、メチルジグリコール、メチルセロソルブ、セロソルブアセテート、酢酸カービトール、エトキシプロピルアセテート、アセトン、メチルエチルケトン、ｎ－ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、エチルベンゼン、ミネラルスピリッツ等が挙げられる。
　また、溶剤の他の例は、ホルムアミド、ヒドラジン、グリセリン、Ｎ－メチルホルムアミド、１，４－ジホルミルピペラジン、エチレンシアノヒドリン、マロノニトリル、２－ピロリジン、エチレンカーボネート、メチルアセトアミド、エチレングリコール、メタノール、ジメチルスルホキシド、フェノール、１，４－ジアセチルピペラジン、無水マレイン酸、２－ピペリドン、ギ酸、メチルエチルスルホン、ピロン、テトラメチレンスルホン、プロピオラクトン、炭酸プロピレン、Ｎ－ニトロソジメチルアミン、Ｎ－ホルミルモルホリン、３－メチルスルホラン、ニトロメタン、エタノール、ε－カプロラクタム、プロピレングリコール、ブチロラクトン、クロロアセトニトリル、メチルプロピルスルホン、フルフリルアルコール、フェニルヒドラジン、亜リン酸ジメチル、２－メトキシエタノール、ジエチルスルホン、エチレンジアミン、エチルアセトアミド、２－クロロエタノール、ベンジルアルコール、４－エチル－１，３－ジオキソラン－２－オン、フタル酸ビス（２－エチルヘキシル）、ジメチルホルムアミド、ジエチレングリコール、１，４－ブタンジオール、テトラヒドロ－２，４－ジメチルチオフェン１，１－ジオキシド、アクリル酸、１－プロパノール、アセトニトリル、アリルアルコール、４－アセチルモルホリン、１，３－ブタンジオール、ホルミルピペリジン、ペンタンジオール、イソプロパノール、エチレングリコールモノフェニルエーテル、及びエチルセロソルブである。また、溶剤は水を含んでいてもよい。
　塗料が溶剤を含む場合、塗料における溶剤の配合量は特に限定されないが、樹脂成分１００質量部に対して、２５～１００００質量部であることができ、２５～１０００質量部であることが好ましく、８７～４６１質量部であることがより好ましい。
　塗料は、上記以外に種々の添加剤を含むことが出来る。例えば、助溶剤、希釈剤、顔料、顔料分散剤、紫外線吸収剤、光安定剤、レベリング剤、密着性付与剤、レオロジーコントロール剤、重合開始剤等、塗料に通常添加される添加剤を含有していてもよい。樹脂成分として２液硬化型樹脂を用いた場合、添加剤として硬化剤を含んでいてもよい。２液硬化型樹脂の硬化剤としては、特に限定されないが、イソシアネートなど、２液硬化型樹脂の硬化剤として一般に使用される硬化剤を用いることができる。
　塗料における添加剤の合計配合量は特に限定されないが、樹脂成分１００質量部に対して、０．１～１０００質量部であることができる。
　塗料ラインＬ３は、塗料タンク１と混合器８とを接続する。塗料ラインＬ３には、上流側から順に、ポンプ２、減圧弁１１、及び逆止弁３が設けられている。
　ポンプ２は、塗料タンク１から塗料ラインＬ３を介して供給される塗料を加圧する。ポンプの形式は特に限定されないが、プランジャポンプ、ダイヤフラムポンプなどの公知のポンプを使用できる。吐出側の圧力は、圧力容器２０内の圧力と同程度であることができる。
　減圧弁１１は、塗料ラインＬ３からの塗料の供給圧力を一定の圧力に調整する。減圧弁１１により、混合器８に供給する塗料の圧力を、二酸化炭素の圧力容器２０の内部の圧力よりも少し低くすると、噴霧停止時において、塗料が二酸化炭素ラインＬ２へ逆流することを抑制できる。また、減圧弁１１があると、塗料ポンプの流量の脈動を抑えることができるため安定した噴霧を行うことができる。
　減圧弁１１の設定圧力は、噴霧時における、二酸化炭素ラインＬ２の流量調節バルブ２４より下流側、混合器８、及び、混合物ラインＬ４の圧力を規定する。減圧弁１１の設定圧力は、噴霧器９の形式等に応じて適宜設定できる。減圧弁１１の設定圧力は、例えば、４ＭＰａ以上、５ＭＰａ以上、又は６ＭＰａ以上であることができ、上限は、例えば、１０ＭＰａ以下であることができる。この圧力が高いと、塗料と二酸化炭素との液体混合物における二酸化炭素の混合量を増やしやすい。
　逆止弁３は、塗料ラインＬ３における塗料の逆流を防止する弁である。
　圧力容器２０は、圧力容器内が気液平衡となる温度及び圧力条件下にあり、内部に気液界面Ｉが形成され、液体の二酸化炭素を貯留する圧力容器である。圧力容器２０の内部の温度は、外気温等の圧力容器２０の外の温度により定まってもよく、冬期など外気温が低い場合には圧力容器ヒータ２６Ｈで加熱してもよい。
　圧力容器温度計４０により圧力容器２０内の二酸化炭素の温度Ｔｖを測定し、圧力容器ヒータ２６Ｈの温度を一定温度に制御することができる。圧力容器ヒータ２６Ｈは、圧力容器２０を加熱することにより、圧力容器２０内の二酸化炭素の温度を圧力容器の周りの外気温度よりも高くすることができる。圧力容器ヒータ２６Ｈは、圧力容器内の二酸化炭素を、超臨界でなく、気液平衡状態の温度条件下に維持することが必要であり、例えば、圧力容器内の二酸化炭素を３１．１℃未満の範囲内で制御することができる。
　圧力容器２０の内部の温度の例は－５０～３１℃であり、圧力容器２０の内部のゲージ圧力は０．６８～７．４ＭＰａであることができる。温度が３１．１℃未満であれば、圧力容器２０の内部は気液平衡となることができ、気液界面Ｉが形成され得る。
　圧力容器２０の内部の圧力を、減圧弁１１の下流側設定圧力よりも高くして十分な量の液体二酸化炭素を下流側に供給する観点から、温度Ｔｖは２３～３０℃、特に、２５～３０℃であることが好適である。例えば、Ｔｖを２３℃にすると圧力容器２０の内部の圧力は６．１ＭＰａとなり、Ｔｖを２５℃にすると圧力は６．３ＭＰａとなり、Ｔｖを３０℃にすると、圧力は７．２ＭＰａとなる。
　圧力容器２０は、出口管２２を有している。出口管２２は、圧力容器２０の内外を連通し、圧力容器２０内の下端部２２ｂが圧力容器２０内の気液界面Ｉよりも下に配置される。出口管２２の他端２２ｔは圧力容器２０の外部に出ていて、二酸化炭素ラインＬ２に接続されている。
　二酸化炭素ラインＬ２は、圧力容器２０の出口管２２と、混合器８とを接続する。二酸化炭素ラインＬ２には、上流側から順に、流量調節バルブ２４、熱交換器２８Ｃ、及び、塗料が二酸化炭素ラインＬ２に逆流することを抑制する逆止弁１５が設けられている。二酸化炭素ラインＬ２には、さらに、二酸化炭素ライン温度計４１も設けられている。
　流量調節バルブ２４の例は、ニードル弁及びグローブ弁である。流量調節バルブ２４は、流量の調節のために、二酸化炭素の流通時において大きな、例えば、０．１ＭＰａ以上の圧力損失を与える。なお、二酸化炭素を精度良く供給するために、流量調節バルブ２４の上流もしくは下流にオリフィスを設置してもよい。
　熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の熱を外部と熱交換して、二酸化炭素の温度を下げる。熱交換器２８Ｃにより、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の温度を、圧力容器２０内の二酸化炭素の温度よりも下げることができる。
　熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素と冷媒とで熱交換して、二酸化炭素の温度を下げることが好適である。
　熱交換器２８Ｃは、図２に示すように、二酸化炭素と液体冷媒とで熱交換させる熱交換器であることができる。この熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２の少なくとも一部を構成する金属伝熱管１００と、金属伝熱管１００の周りを取り囲むジャケット管１０２とを有する。ジャケット管１０２の両端部には、液体冷媒を供給するチラー１０４が一対のラインＬ１０２を介して接続されている。チラー１０４からジャケット管１０２と金属伝熱管１００との間に冷却水等の液体冷媒を供給して循環させると、液体冷媒により金属伝熱管１００内の二酸化炭素を冷却することができる。液体冷媒は、例えば、水であることができる。液体冷媒の温度は、例えば、５～１５℃又は１０～１５℃であることができる。
　また、熱交換器２８Ｃは、図３に示すように、二酸化炭素と気体冷媒とを熱交換させる熱交換器であることもできる。この熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２の少なくとも一部を構成する金属伝熱管１００を有する。金属伝熱管１００は部屋（容器）Ｒに収容され、部屋Ｒには、部屋Ｒ内の空気の温度を調整するエアコンディショナー１１０が設けられている。部屋Ｒ内の空気の温度をエアコンディショナー１１０により金属伝熱管１００内の二酸化炭素の温度よりも低く維持することにより、金属伝熱管１００内の二酸化炭素が空気と熱交換して冷却される。部屋Ｒ内の温度は、例えば２０～２５℃とであることができる。
　熱交換器２８Ｃの金属伝熱管１００は、冷媒でなく、電力を供給すると熱移動を起こして対象物を冷却できるペルチエ素子と接触させてもよい。
　上記の金属伝熱管１００及び熱交換器２８Ｃの材質に限定はないが、例えば、ステンレス、銅等を利用できる。
　図１に戻って、熱交換器２８Ｃは、二酸化炭素ラインＬ２において、混合器８に供給される二酸化炭素の温度を下げることができる位置に設けられていればよく、二酸化炭素ラインＬ２における流量調節バルブ２４よりも上流側の部分に配置されてもよく、流量調節バルブ２４よりも下流側の部分に配置されてもよい。流量調節バルブ２４より下流側で二酸化炭素を確実に液化する又は液体に維持する観点から、流量調節バルブ２４よりも下流において二酸化炭素を冷却することが好適である。また、気体の発生を抑えて流量調節の精度を高める観点から、流量調節バルブ２４自体を冷却することも好適である。
　二酸化炭素ライン温度計４１は、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の温度Ｔｔを測定することができる。二酸化炭素ライン温度計４１は、熱交換器２８Ｃの下流にあることが好適であり、二酸化炭素ラインＬ２の下流側の二酸化炭素の温度、すなわち、混合器８に供給される二酸化炭素の温度を測定することが好適である。
　熱交換器２８Ｃにより冷却された二酸化炭素の温度Ｔｔは、流量調節バルブ２４を通過して減圧された二酸化炭素が固体、超臨界、又は気体にならず液体になる範囲で、適宜設定できる。温度の調節は、冷媒の温度及び／又は冷媒の流量の調節等により行うことができる。
　上述のように、噴霧時における、混合器８内の圧力、二酸化炭素ラインＬ２の流量調節バルブ２４よりも下流側の圧力、及び、混合物ラインＬ４の圧力（噴霧圧力）は、後述する塗料ラインＬ３の減圧弁１１の設定圧力と同程度となる。
　熱交換器２８Ｃにより、温度Ｔｔが減圧弁１１の設定圧力での二酸化炭素の沸点Ｔｂ以下、或いは、この沸点Ｔｂ未満の温度となるように、二酸化炭素を冷却することが好適である。熱交換器２８Ｃにより冷却された温度Ｔｔは、Ｔｂよりも０．１℃以下、０．２℃以下、０．５℃以下、又は１．０℃以下低くてもよい。具体的には、冷却後の二酸化炭素の温度Ｔｔは、３０℃以下、２８℃以下、２４℃以下、２０℃以下、１５℃以下、１２℃以下、又は１０℃以下であることができる。
　逆止弁１５は、二酸化炭素ラインＬ２における二酸化炭素の逆流を防止する弁である。
　混合器８は、二酸化炭素ラインＬ２を介して供給される二酸化炭素と、塗料ラインＬ３を介して供給される塗料と、を混合して混合物を得る。混合器８としては、例えば、インラインミキサーを使用できる。後述するように、本実施形態において、混合器８内の二酸化炭素は液体である。混合時の二酸化炭素及び塗料の混合比率は、混合物において、二酸化炭素の濃度が２～９５質量％又は３～５０質量％となるように調節することができる。
　混合物ラインＬ４は、混合器８と噴霧器９とを接続する。噴霧器９は、混合物ラインＬ４を介して混合器８から供給される混合物を対象物に噴霧する。噴霧器９としては、公知の種々のスプレーノズルを使用できる。対象物も特に限定されず、自動車ボディー等が挙げられる。
　フィルタ１３は、混合物中の夾雑物を捕集する。
　混合物ラインＬ４には、混合物ラインＬ４を流れる混合物の温度を加熱する混合物ラインヒータ２９Ｈが設けられている。混合物ラインヒータ２９Ｈは、例えば、混合物の温度を１０～１５０℃まで上げることができる。温度の上限については、特に制限はないが、混合物に含まれる溶剤の中で最も沸点の低い溶剤の沸点より低ければ問題ない。これにより、噴霧器９から噴霧される塗料の粘度を下げて、二酸化炭素の膨張エネルギーを効率的に利用することが可能となる。
　つぎにこの塗装装置５００の使用方法を説明する。
　流量調節バルブ２４を閉めた状態で、圧力容器２０内の圧力は、圧力容器の周りの環境温度、或いは、圧力容器ヒータ２６Ｈにより定められる温度によって規定され、圧力容器２０内は気液平衡状態となっている。例えば、上記温度が２０℃のとき、圧力容器２０内の圧力は、ゲージ圧で約５．６ＭＰａ、絶対圧で５．７ＭＰａとなる。つぎに、流量調節バルブ２４を開く。これにより、内圧により液体の二酸化炭素が押し出されて、出口管２２及び二酸化炭素ラインＬ２を介して混合器８に供給される。液体の二酸化炭素の流量は、流量調節バルブ２４の開度により調節する。また、熱交換器２８Ｃにより、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素を冷却し、気化を抑えて液体に維持する、或いは、気化した二酸化炭素を液体に戻す。
　ポンプ２により、塗料タンク１内の塗料を、塗料ラインＬ３を介して混合器８に供給する。混合器８では、塗料と液体の二酸化炭素とを混合し、混合物を、混合物ラインＬ４を介して噴霧器９から噴霧する。混合器８への塗料と液体二酸化炭素の供給の順番に関して、塗料を先に供給すると樹脂の析出が抑えられやすい。
　このような塗装装置５００によれば、以下のような作用効果が生じる。本実施形態では、圧力容器２０と混合器８との間の二酸化炭素ラインＬ２にポンプがなく、圧力容器２０から排出された気液平衡状態の液体二酸化炭素の圧力は、流量調節バルブ２４を通過すると圧力容器２０内の気液平衡状態の圧力よりも下がる。すなわち、液体二酸化炭素が流量調節バルブ２４を通過すると、圧力低下により沸点が下がって、液体二酸化炭素が気化しやすくなる。しかしながら、熱交換器２８Ｃにより二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素は冷却され、二酸化炭素の温度を、流量調節バルブ２４の通過による圧力低下後の沸点以下に調節又は維持することができるので、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素を液化でき、又は、二酸化炭素ラインＬ２内の二酸化炭素の気化を抑制して二酸化炭素の状態を液体に維持できる。
　したがって、混合器８で、液体の二酸化炭素と塗料とを液体同士で混合でき、均質性の高い液体混合物を得ることができる。そして、この液体混合物を噴霧器９から噴霧すると、脈動の少ない噴霧が可能となる。
　なお、混合器８で塗料と液体の二酸化炭素とが一度混合されて液体混合物となった後は、液体混合物は混合物ラインヒータ２９Ｈによって加熱されても、直ちに相分離はしにくいので、噴霧に問題は生じにくい。
　＜第二実施形態＞
　続いて、図４を参照して第二実施形態に係る塗装装置６００について説明する。
　塗装装置６００が、図１の塗装装置５００と異なる点は、圧力容器２０内に液体の二酸化炭素に代えて、超臨界状態の二酸化炭素が貯留されている点である。具体的には、例えば、圧力容器２０の周りの環境温度が臨界温度（３１．１℃）超の場合、或いは、圧力容器２０を圧力容器ヒータ２６Ｈで臨界温度超に加熱した場合に、そのような状況が生じ得る。
　本実施形態によれば以下のような作用効果を奏する。上述のように、本実施形態においても、圧力容器２０と混合器８との間にポンプがなく、二酸化炭素が加圧されないので、流量調節バルブ２４を通過すると二酸化炭素の圧力が圧力容器２０内の圧力よりも下がる。すなわち、流量調節バルブ２４を通過すると、二酸化炭素は、圧力低下により超臨界状態から気体に戻りやすくなる。しかしながら、熱交換器２８Ｃにより、混合物ラインＬ４内の二酸化炭素を減圧後の沸点以下かつ３１．１℃未満に冷却することができ、流量調節バルブ２４の通過により圧力低下した二酸化炭素を液体状態にすることができる。したがって、混合器８で、液体の二酸化炭素と塗料とを液体同士で混合でき、均質性の高い液体混合物を得ることができる。そして、この液体混合物を噴霧器９から噴霧すると、脈動の少ない噴霧が可能となる。
　＜第三実施形態＞
　続いて、図５を参照して第三実施形態に係る塗装装置７００について説明する。
　塗装装置７００が、図１の塗装装置５００と異なる点は、二酸化炭素ラインＬ２の熱交換器２８Ｃ及び二酸化炭素ライン温度計４１に代えて、混合物ラインＬ４に熱交換器２９Ｃ及び混合物の温度Ｔｍを測定する混合物ライン温度計４２を備えている点である。
　熱交換器２９Ｃは、混合物ラインＬ４内の混合物と外部との熱交換により、混合物の温度を下げる。熱交換器２９Ｃにより、混合物の温度Ｔｍを、圧力容器２０内の二酸化炭素の温度Ｔｖよりも下げることが好適である。熱交換器２９Ｃの態様は、第一実施形態の熱交換器２８Ｃと同様であることができる。
　熱交換器２９Ｃは、混合物ラインＬ４に対して、混合物ラインＬ４内を通って噴霧器９に供給される混合物の温度を下げることができる位置に設けられていればよく、混合物ラインＬ４におけるフィルタ１３よりも上流側の部分に配置されてもよく、フィルタ１３よりも下流側の部分に配置されてもよい。
　混合物ライン温度計４２は、混合物ラインＬ４内の混合物の温度Ｔｍを測定することができる。混合物ライン温度計４２は、熱交換器２９Ｃよりも下流にあることが好適であり、混合物ラインＬ４の下流側の混合物の温度、すなわち、噴霧器９に供給される混合物の温度を測定することが好適である。
　熱交換器２９Ｃは、混合物中の二酸化炭素が固体、超臨界、又は気体にならず液体になる範囲で、混合物、すなわち二酸化炭素を適宜冷却することができる。ここで、前述のように、噴霧時における、混合物ラインＬ４の内部圧力（噴霧圧力）は、減圧弁１１の下流側設定圧力（詳しくは第一実施形態参照）と同程度となる。したがって、熱交換器２９Ｃは、温度Ｔｍが減圧弁１１の設定圧力下での二酸化炭素の沸点Ｔｂ以下、或いは、沸点Ｔｂ未満の温度となるように、混合物を冷却することが好適である。熱交換器２９Ｃは、温度Ｔｍが、Ｔｂよりも０．１℃以下、０．２℃以下、０．５℃以下、又は１．０℃以下低くなるように混合物を冷却することができる。具体的には、冷却後の混合物の温度Ｔｍが、３０℃以下、２８℃以下、２４℃以下、２０℃以下、１５℃以下、１２℃以下、又は１０℃以下となるように混合物を冷却することができる。
　このような塗装装置７００によれば、以下のような作用効果が生じる。本実施形態でも、圧力容器２０と混合器８との間にポンプがなく、圧力容器２０から排出された気液平衡状態の液体二酸化炭素の圧力は、流量調節バルブ２４を通過すると圧力容器２０内の気液平衡状態の圧力よりも下がる。すなわち、二酸化炭素は、流量調節バルブ２４を通過すると圧力低下により沸点が下がって気化しやすくなる。そして、混合器８においては、液体の塗料と、気体の二酸化炭素とが混合されて気相と液相との２相混合物が得られ、この混合物がそのまま噴霧器９に供給されると、噴霧器９から安定的な噴霧ができなくなる。
　これに対して、本実施形態によれば、熱交換器２９Ｃにより、混合物ラインＬ４内の２相混合物中の気相の二酸化炭素が液体に戻り、したがって混合物が液体混合物になるので、噴霧器９から脈動を抑えた安定的な噴霧が可能となる。
　＜第四実施形態＞
　続いて、図６を参照して第四実施形態に係る塗装装置８００について説明する。
　塗装装置８００が、図５の塗装装置７００と異なる点は、圧力容器２０内に液体の二酸化炭素に代えて、超臨界状態の二酸化炭素が貯留されている点である。具体的には、例えば、圧力容器２０の周りの環境温度が臨界温度（３１．１℃）超の場合、或いは、圧力容器ヒータ２６Ｈで臨界温度超に加熱した場合に、そのような状況が生じ得る。
　本実施形態によれば以下のような作用効果を奏する。本実施形態においても、圧力容器２０と混合器８との間にポンプがなく、二酸化炭素が加圧されないので、流量調節バルブ２４を通過すると二酸化炭素の圧力が圧力容器２０内の圧力よりも下がる。すなわち、二酸化炭素は、流量調節バルブ２４を通過すると、圧力低下により超臨界状態から気体に戻りやすくなる。そして、混合器８においては、液体の塗料と、気体の二酸化炭素とが混合されて気相と液相との２相混合物が得られ、この混合物がそのまま噴霧器９に供給されると、噴霧器９から安定的な噴霧ができなくなる。
　これに対して、本実施形態によれば、熱交換器２９Ｃにより、混合物ラインＬ４内の２相混合物中の気相の二酸化炭素が液体に戻り、したがって混合物が液体混合物になるので、噴霧器９から脈動を抑えた安定的な噴霧が可能となる。
　本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、出口管２２は上下に延びているが、出口管２２は圧力容器の側壁を貫通してもよい。
　また、混合物ラインヒータ２９Ｈ及び圧力容器ヒータ２６Ｈは必須ではない。さらに、フィルタ１３はなくてもよい。また、塗料ラインＬ３の構成も特に限定はない。逆止弁１５及び各種の温度計もなくてもよい。
　また、塗料ラインＬ３の減圧弁１１はなくてもよい。この場合、噴霧圧力は、塗料ポンプが規定する。
　また、熱交換器の形態は、単管式でなく、ラインが複数に分岐する多管式であってもよい。
　（実施例１～１０）
　第一実施形態の図１の塗装装置５００を用い、噴霧を行った。塗料の組成、及び、二酸化炭素の量は、表１に示すように調節した。供給する塗料の温度は、実施例５は７℃、実施例８は２１℃、それ以外は、概ね２５℃であった。熱交換器２８Ｃの形式は、図２のような気液熱交換式であった。
　圧力容器内の温度Ｔｖ、二酸化炭素ラインＬ２における混合器８の手前での二酸化炭素の温度Ｔｔ及び状態、及び、混合物ラインＬ４における噴霧器９の手前での混合物の温度Ｔｍ及び状態、噴霧圧力（混合物の噴霧時において噴霧器に供給される混合物の圧力）、Ｔｖ－Ｔｔ、Ｔｖ－Ｔｍ、Ｔｂ－Ｔｔ、Ｔｂ－Ｔｍ、及び、噴霧の状態を表１に示す。なお、状態における「気液」とは気体及び液体が存在することを示し、「液超」とは液体及び超臨界流体が存在することを示す。
　圧力容器内の二酸化炭素の温度Ｔｖを変化させるために適宜、圧力容器ヒータ２６Ｈ（或いはクーラ）を用いた。二酸化炭素ラインＬ２内の温度Ｔｔを温度Ｔｖよりも低下させるために熱交換器２８Ｃを用いた。混合物ラインＬ４の混合物の温度Ｔｍを所定の温度とするために適宜混合物ラインヒータ２９Ｈ（或いはクーラ）を用いた。
　噴霧の状態における○は噴霧状態が脈動なく安定であることを示し、×は噴霧に脈動（混合物が出たり出なかったりする状態）があって不安定な状態を示す。
　（実施例１１～１３）
　第二実施形態の図４の塗装装置６００を用い、塗料の組成、二酸化炭素の量、及び各温度を表１に示すように設定した以外は、実施例１と同様にして噴霧を行った。圧力容器内の二酸化炭素は超臨界であった。
　（実施例１４～１６）
　第三実施形態の図５の塗装装置７００を用い、塗料の組成、二酸化炭素の量、及び各温度を表２に示すように設定した以外は、実施例１と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃに代えて熱交換器２９Ｃを使用し、混合物ラインＬ４内の温度Ｔｍを温度Ｔｖよりも低下させた。
　（実施例１７～１９）
　第四実施形態の図６の塗装装置８００を用い、塗料の組成、二酸化炭素の量、及び各温度を表２に示すように設定した以外は、実施例１と同様にして噴霧を行った。圧力容器内の二酸化炭素は超臨界であった。熱交換器２８Ｃに代えて熱交換器２９Ｃを使用し、混合物ラインＬ４内の温度Ｔｍを温度Ｔｖよりも低下させた。
　（比較例１～１２）
　塗料の組成及び各温度を表３に示すように設定した以外は実施例１と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃ及び熱交換器２９Ｃを使用せず、代わりにヒータ等を用いて二酸化炭素ラインにおける混合器手前での二酸化炭素の温度Ｔｔ及び混合物ラインにおける噴霧器手前での混合物の温度Ｔｍの両方を制御し、これらの温度を噴霧圧力における沸点Ｔｂよりも高くした。
　（比較例１３～１４）
　塗料の組成及び各温度を表４に示すように設定した以外は実施例１９と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃ及び熱交換器２９Ｃを使用せず、噴霧圧力では二酸化炭素は超臨界となり沸点Ｔｂは存在しない。なお、表４における「液超」とは、液体塗料と超臨界二酸化炭素との混合物を示す。
　（比較例１５～１６）
　塗料の組成及び各温度を表４に示すように設定した以外は比較例１１と同様にして噴霧を行った。熱交換器２８Ｃ及び熱交換器２９Ｃを使用せず、二酸化炭素ラインにおける混合器手前での二酸化炭素の温度Ｔｔ及び混合物ラインにおける噴霧器手前での混合物の温度Ｔｍの両方を、噴霧圧力における沸点Ｔｂよりも高くした。気化熱により二酸化炭素ラインの温度が下がるため、ヒータによりＴｔ及びＴｍのそれぞれを２５℃又は２４℃に維持した。
　（比較例１７～１８）
　塗料の組成及び各温度を表４に示すように設定した以外は比較例１３と同様にして噴霧を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　実施例では、安定的な噴霧ができた。
　Ｌ２…二酸化炭素ライン、Ｌ４…混合物ライン、８…混合器、９…噴霧器、２０…圧力容器、２２…出口管、２４…流量調節バルブ、２６Ｈ…圧力容器ヒータ、２８Ｃ…熱交換器、２９Ｃ…熱交換器、２９Ｈ…混合物ラインヒータ、４０…圧力容器温度計、４１…二酸化炭素ライン温度計、４２…混合物ライン温度計、５００，６００，７００，８００…塗装装置。

Claims (10)

  1. 　二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
    　超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
    　前記混合物を噴霧する噴霧器と、
    　前記二酸化炭素ライン内の二酸化炭素を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
  2. 　前記熱交換器が、前記流量調節バルブよりも下流側に配置された、請求項１に記載の塗装装置。
  3. 　二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る混合器と、
    　超臨界の二酸化炭素を貯留する圧力容器と前記混合器とを接続し、流量調節バルブを途中に有し、かつ、ポンプが設けられていない二酸化炭素ラインと、
    　前記混合物を噴霧する噴霧器と、
    　前記混合器と前記噴霧器とを接続する混合物ラインと、
    　前記混合物ライン内の混合物を冷却する熱交換器と、を備える、塗装装置。
  4. 　前記熱交換器が、前記混合物ライン内の混合物を冷却して該混合物中の気体の二酸化炭素を液体にする、請求項３に記載の塗装装置。
  5. 　前記圧力容器を加熱するヒータを更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の装置。
  6. 　圧力容器内の超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
    　前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素を冷却して、前記流量調節バルブを通過した二酸化炭素を液化する工程と、
    　前記混合器で、液体の二酸化炭素と塗料とを混合して混合物を得る工程と、
    　前記混合物を噴霧する工程と、を備える、塗装方法。
  7. 　前記二酸化炭素ラインを流れる二酸化炭素の冷却が、前記流量調節バルブよりも下流側で行われる、請求項６に記載の塗装方法。
  8. 　圧力容器内の超臨界の二酸化炭素を、流量調節バルブを有しポンプを有さない二酸化炭素ラインを介して混合器に供給する工程と、
    　塗料を前記混合器に供給する工程と、
    　前記混合器で前記二酸化炭素と前記塗料とを混合して混合物を得る工程と、
    　前記混合物を、混合物ラインを介して噴霧器へ供給して噴霧する工程と、
    　前記混合物ラインを流れる混合物を冷却して、前記混合物中の二酸化炭素を液化する工程と、を備える、塗装方法。
  9. 　前記混合物中の前記液化される二酸化炭素が気体である、請求項８に記載の塗装方法。
  10. 　前記圧力容器を加熱して前記圧力容器内の圧力を高くする工程を更に備える、請求項６～９のいずれか一項に記載の塗装方法。
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