ウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置
【課題】 ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供すること。
【解決手段】 ウレタン原液の導入流路１、ガスローディング用のガス導入流路２、該ガス導入流路２に設けられたガス流量調整部７、前記各導入流路１，２が接続された混合部３、該混合部３から供出された混合液の比重を検出できる測定部５、該測定部５の出力を指標として前記ガス流量調整部７によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部８、を有することを特徴とする。
【解決手段】 ウレタン原液の導入流路１、ガスローディング用のガス導入流路２、該ガス導入流路２に設けられたガス流量調整部７、前記各導入流路１，２が接続された混合部３、該混合部３から供出された混合液の比重を検出できる測定部５、該測定部５の出力を指標として前記ガス流量調整部７によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部８、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置に関し、具体的には、例えばポリウレタンフォームを製造するためのウレタン発泡装置等において、発泡の均一性を確保するために用いるウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ウレタン発泡装置においては、注型成形等を行う前にウレタン原液に対してガスローディングを仕掛ける方法が用いられている。この方法によれば原材料中に予め多量のガスを含有させるため、より発泡率が高い低密度タイプのポリウレタンフォームを製造することができる。例えば、自動車シート用クッション材としてポリウレタン原材料に予め混合させておくことによって、加工性の高いポリウレタンフォームを作製することができる。
【０００３】
この場合、ウレタン発泡装置のウレタン原料の貯留タンクとは別にガスローディング用のブレンドタンクを設置し、ウレタン原液をブレンドタンク内に循環させながらガスローディングされたブレンド液を作製し、該ブレンド液を貯留タンクへ供給してタンク内のウレタン原料との攪拌・混合した後にミキシングヘッドに供給され、ウレタン発泡に使用する方法が用いられていた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
具体的には、図４に例示するような、ガスローディング装置を用いたポリウレタンフォームを製造するためのウレタン発泡装置において、ポリイソシアネートを主成分とする第一の原料が原料供給管５１から供給される第一の貯留槽５２と、ポリオール化合物を主成分とする第二の原料が原料供給管６１から供給される第二の貯留槽６２と、ミキシングヘッド６０とから構成されている。これら二つの貯留槽５２，６２には、各々、モータ５３，６３を備えた攪拌器５４，６４が備えられており、槽内に貯留する原料を常時攪拌混合することができる。而して、これら二つの貯留槽５２，６２とミキシングヘッド６０とは、各々、計量ポンプ５６，６６を備えた供給用送液管５５，６５および排出用送液管５８，６８によって連通されている。これにより、上記第一の原料と第二の原料は、各々別個に図２における矢印方向にミキシングヘッド６０に循環供給される。
【０００５】
一方、第二の貯留槽６２には、気液混合槽７２を備えたガスローディング装置７０が装備されており、このガスローディング装置７０を作動させることによって第二の貯留槽６２内に貯留する第二の原料に多量のガスを混合させている。すなわち、図４に示すように、上記気液混合槽７２はモータ７３付き攪拌器７５を装備するとともにガス供給管７４を介して外部から炭酸ガス等のガスを供給するように構成されている。一方、この気液混合槽７２はポンプ７６を備えた給液管７７および送液管７８によって第二の貯留槽６２に連通している。このことによって、ポンプ７６付き給液管７７を介して気液混合槽７２内に流入した第二の原料は、別途ガス供給管７４より供給されてきたガスと当該槽内において攪拌・混合される。そして、ガスが十分混合された第二の原料は、送液管７８を介して第二の貯留槽６２に戻される。以上のように構成された結果、従来のポリウレタンフォーム製造装置５０ａにおいて、ポリイソシアネートを主成分とする第一の原料と所望するガスを多量に含有したポリオール化合物を主体とする第二の原料とがミキシングヘッド６０において混合され、そのミキシングヘッド６０の放出口６０ａから当該ガス含有混合原料を外部（典型的には成形型内）に向けて放出している。
【０００６】
上記の方法は、ウレタン原液のミキシングヘッドへの連続注入あるいはバッチ注入のいずれにおいても同様であり、また、連続注入に限ってはウレタン圧送ポンプサクション側へガスを投入して撹伴し、使用するワンウェイブレンド方式が利用されていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２９３０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従前のこうしたガスローディング装置を用いたウレタン発泡装置には、以下のような問題点があった。
【０００９】
（１）従前のウレタン発泡装置においては、貯留タンクとは別にブレンドタンクが必要となり、ウレタン発泡装置内に広いブレンドタンクの設置スペースが必要となる。従って、コスト面での負荷も大きくなり、装置のコンパクト化および低コスト化という課題があった。
【００１０】
（２）ガスローディング装置において、ブレンドタンク内で制御、管理されてブレンド液が作製されるが、ガスを混入させているためブレンドタンク内の上層部、下層部でブレンド状態のムラ（ブレンドムラ）が発生する。従って、そのブレンド液が供給される貯留タンク内でも、同様にブレンドムラが発生することから、最終製品であるポリウレタンフォームにおいても発泡状態にムラが生じるおそれがあった。さらに、層内でのブレンドムラだけではなく、ブレンドタンクに供給されるウレタン原液の量に対応したガス供給量を調整する必要があるとともに、最終的には貯留タンクから供出されるウレタン原液中にブレンドされたガス量が一定であることが必要となる。
【００１１】
（３）以上の課題に対して、連続注入の場合は、所定の安定化時間経過後の操作にワンウェイブレンド方式を利用すれば、上記の欠点をカバーすることができるが、バッチ注入の場合ガスローディング率の安定性に欠け、一定のガスがブレンドされたウレタン原液を利用することが困難となる。また、従前の方法にあっては、定期的あるいは随意に必要となることがある場合には、通常の運転時にガスローディングをしないウレタン発泡装置であっても、ガスローディング装置を常時取り付ける必要があり、設置場所あるいは保守など作業効率の向上を図るための阻害要因の１つとなっていた。
【００１２】
本発明の目的は、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供することにある。また、既設ウレタン発泡装置に後付して利用することができ、あるいはバッチ注入で使用するウレタン発泡装置においても利用することができるウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示すウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
つまり、本発明は、ウレタン原液へのガスローディング装置であって、ウレタン原液の導入流路、ガスローディング用のガス導入流路、該ガス導入流路に設けられたガス流量調整部、前記各導入流路が接続された混合部、該混合部から供出された混合液の比重を検出できる測定部、該測定部の出力を指標として前記ガス流量調整部によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部、を有することを特徴とする。
【００１５】
従前のガスローディング方法では、上記のようないくつかの課題があった。本発明は、ウレタン発泡装置のウレタン原液流路中にガスローディング装置を配設するとともに、ウレタン原液とガスの混合液の比重を検出し、これを指標としてガスローディング用のガス流量を制御・管理することによって、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置を提供することができる。つまり、ガスローディングの効果は、ウレタン原液中のガス混入量とその安定性によって評価することができ、ウレタン原液中のガス量は、混合液の比重を指標とすることによって測定することが可能であることを検証し、本発明に適用したもので、簡便な測定部によって、精度よくガスローディング用のガス流量を制御・管理することが可能となった。また、測定部を直接ウレタン原液流路中に配設することによって、迅速かつ精度の高い測定が可能となり、より精度よくガスローディング用のガス流量を制御・管理することが可能となった。
【００１６】
本発明は、上記ウレタン原液へのガスローディング装置であって、前記測定部として質量流量計を用い、前記混合液の比重を測定することを特徴とする。
【００１７】
ウレタン原液へのガスローディングにおいては、ウレタン原液中のガス混入量の測定に混合液の比重測定が有効であるとともに、高圧条件下での連続測定が必要とされる。本発明においては、測定器としてこうした条件を具備し、さらに混合液の比重の高精度な測定が可能な方法として、質量流量計が適していることを見出した。具体的には、後述するように、マスフローセンサやマスフローコントローラなどを挙げることができる。
【００１８】
本発明は、上記ウレタン原液へのガスローディング装置であって、前記測定部の出力値が予め設定した基準値あるいは基準範囲内にあるとき、ガスローディング用のガスの供給を停止するとともに、前記混合部の作動を継続することを特徴とする。
【００１９】
上記のように、本発明に係るウレタン原液へのガスローディング装置は、ウレタン発泡装置のウレタン原液流路中に配設することが可能であり、特にミキシングヘッド直前の流路に設けることによって、ウレタン発泡装置を稼動するときの迅速な立ち上げに好適である。また、迅速な立ち上がりによって、素早く均一にガスローディングされた混合液をミキシングヘッドに供給することができるとともに、循環系のウレタン原液流路を形成している場合には、循環系全体の混合液中のガス量の均一性を迅速に確保することができる。従って、ガスローディング装置において新たなガスローディング用のガスを供給せずに均一なガスローディングを行うことが可能となり、混合部の作動を継続するだけで、さらに均一性の高いガスローディングを行うことが可能となる。
【００２０】
本発明は、ウレタン発泡装置であって、ウレタン原液の貯留タンクからポリウレタン発泡用のミキシングヘッドに供給あるいは両者を循環するウレタン原液流路中であって該ミキシングヘッド直前に、上記いずれかのガスローディング装置を配設することを特徴とする。
【００２１】
ウレタン発泡装置においては、ミキシングヘッドに導入されるウレタン原液の状態が、最終製品であるポリウレタンフォームの特性を左右する。特に種々のポリオール化合物が混合された場合や、さらに添加剤が混合された場合などにおいては、ウレタン原液の均一性が重要となり、上記のようなガスローディング装置は、ポリオール化合物とイソシアネートとの攪拌性の向上を図るとともに、ウレタン原液自体の均一性を向上させることができる。このとき、ウレタン発泡装置のミキシングヘッド直前の流路に設けることが可能であり、これによってウレタン原液の均一性を確保することが可能となる。またウレタン発泡装置を稼動するときの迅速な立ち上げに好適であり、素早く均一にガスローディングされた混合液をミキシングヘッドに供給することができる。従って、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明は、上記ウレタン発泡装置であって、前記ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有することを特徴とする。
【００２３】
ガスローディングは、ポリオール化合物とイソシアネートとの攪拌性の向上を図ることを目的とするもので、ウレタン原液の性状あるいはイソシアネートの種類によっては必ずしも必要ではない。また、バッチ注入のウレタン発泡装置においては、常時稼動しない場合であっても、従前はガスローディング装置を常時取り付ける必要があった。本発明は、ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有するウレタン発泡装置とすることによって、バッチ注入に対しても迅速に対応することが可能で、均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置を提供することが可能となる。また、こうした構成を有することによって、既設のウレタン発泡装置に対してもガスローディング装置を後付して利用することが可能となり、ブレンドタンクが不要で均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置とすることが可能となる。
【００２４】
本発明は、上記ウレタン発泡装置であって、前記ウレタン原液流路中に熱交換器および加圧手段を有し、前記ガスローディング装置のウレタン原液の導入流路の温度および圧力を所定値に制御することを特徴とする。
【００２５】
均一なガスローディングを行うには、混合液を構成する各成分の温度および圧力を一定にする必要がある。本発明のウレタン発泡装置であっては、ウレタン原液流路中に熱交換器および加圧手段を有し、ガスローディング装置へ導入されるウレタン原液の温度および圧力を所定値に制御することによって、定圧・定流量で供給されるガスローディング用のガスとの均一な混合を図ることができる。その結果、混合液を構成する各成分の均一な攪拌性を確保し、ミキシングヘッドでの均一な混合を行うことができる。従って、均一性の優れたポリウレタンフォームの作製が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明は、ウレタン発泡装置のウレタン原液流路中にガスローディング装置を配設し、混合液の比重を基にガスローディング用のガス流量を制御・管理することによって、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供することが可能となる。特に、従前のガスローディング装置ではできなかった、バッチ注入タイプのウレタン発泡装置に使用することや、既設のウレタン発泡装置に後付して使用することなどが、本発明に係るガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置によって可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置の好適な実施形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
＜本発明に係るウレタン原液へのガスローディング装置の構成例＞
本発明に係るガスローディング装置（以下「本ガスローディング装置」という。）は、ウレタン原液の導入流路、ガスローディング用のガス導入流路、該ガス導入流路に設けられたガス流量調整部、各導入流路が接続された混合部、混合部から供出された混合液の比重を検出できる測定部、測定部の出力を指標としてガス流量調整部によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部、を有することを特徴とする。
【００２９】
図１は、本ガスローディング装置の構成例を示す。導入流路１からウレタン原液、ガス導入流路２からガスローディング用のガスが導入され、両者が混合部３において攪拌・混合される。混合部３には攪拌駆動用のモータ４が設けられ、十分に攪拌された混合液が質量流量計５（測定部に相当）を介して供出流路６から供出される。ここで、ガス導入流路２にはガス流量調整部７が配設され、質量流量計５の出力を基に、制御部８によってガスローディング用のガス流量が制御・管理される。
【００３０】
ここで、ガスローディング用のガスとしては、入手が容易で、ウレタン原液に対して物理的あるいは化学的作用を及ぼさないガスが好ましい。具体的には、ドライな空気や窒素ガスあるいはアルゴンガスなどの不活性ガスを挙げることができる。
【００３１】
また、混合部３としては、溶液とガスの攪拌・混合機能を有するものであれば、特に限定されるものではないが、攪拌機能の高さから、例えば、羽根車式ミキサー、ローター式ミキサー、あるいは振動型ミキサーなどを使用することが好適である。
【００３２】
質量流量計５としては、通常コリオリ式質量流量計と熱式質量流量計に大別されるが、本ガスローディング装置は、ウレタン原液約１０〜４０Ｌ／ｍｉｎの流量域で使用されることが多いことから、コリオリ式質量流量計を用いることが好ましい。
【００３３】
制御部８においては、質量流量計５の出力を基にガス流量調整部７を制御し導入ガス量を調整するとともに、攪拌駆動用のモータ４の作動を制御することが好ましい。導入ガス量の制御は、例えばガスを混入する前のウレタン原液の比重が既知の場合は、その値を制御部８に入力して質量流量に換算し、予め求めた質量流量と混合ガス量との関係から導入ガス量を演算することができる。また、ガスを混入する前のウレタン原液の比重が未知の場合は、予め質量流量計５によって質量流量を測定し、予め求めた質量流量と混合ガス量との関係から導入ガス量を演算することができる。従って、質量流量計５の出力値が予め設定した基準値あるいは基準範囲内にある場合には、ガスローディングを行う必要はないことから、ガスの供給を停止するとともに、混合部３の作動を継続することによって、混合液中のガス量の均一性を確保することができる。
【００３４】
なお、例えば既設のウレタン発泡装置に配設された場合には、該ウレタン発泡装置に設けられた制御機能との交信によってウレタン原液の温度や圧力あるいは流量などの情報を入力し、混合液中のガス量の補正や演算処理を行うことが好ましい。また、ガスローディング用のガスが、ウレタン原液の流量と同様、本ガスローディング装置の外部で制御調整される場合には、ガス流量調整部７は必ずしも必要とされないが、例えばウレタン発泡装置において循環系のウレタン原液流路を形成する場合には、導入されるウレタン原液中に既にガスが混合されていることから、導入ガス量を調整することによって過剰な供給を抑制することが可能となる。
【００３５】
＜上記ガスローディング装置を用いたウレタン発泡装置の構成例＞
本発明に係るウレタン発泡装置（以下「本発泡装置」という。）は、ウレタン原液の貯留タンクからポリウレタン発泡用のミキシングヘッドに供給あるいは両者を循環するウレタン原液流路中であってミキシングヘッド直前に、本ガスローディング装置を配設することを特徴とする。このとき、発泡装置が、本ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有することが好ましい。
【００３６】
図２は、本ガスローディング装置１０を用いた本発泡装置の構成例の概要を示す。ポリオール化合物を主成分とするウレタン原液が、原液供給口１１から貯留タンク１２に供給されると同時に、貯留タンク１２に設けられた攪拌機１３によって攪拌・混合され、均一なウレタン原液が作製される。作製されたウレタン原液は、ストレーナ１４によって清浄化された後、取合部１５ａを介して本ガスローディング装置１０に導入される。ここで、所定量のガスローディング用ガスと攪拌・混合処理された混合液（以下「Ｒ液」という。）は、取合部１５ｂを介して供出され、高圧ポンプ１６（加圧手段に相当）によって昇圧されてミキシングヘッド１７に導入される。ポリウレタンフォームを作製するためにミキシングヘッド１７から吐出させる時は、Ｒ液は、ミキシングヘッド１７において、例えばイソシアネートを主成分とする液（以下「Ｐ液」という。）と混合され、発泡成形されてポリウレタンフォームが作製される。それ以外の時は、ミキシングヘッド１７から熱交換器１８を介して再び貯留タンク１２に戻され、ウレタン原液の循環系を形成する。ここで、攪拌機１３の攪拌速度や攪拌時間、高圧ポンプ１６の吐出圧力、熱交換器１８の温度、ウレタン原液の循環系を構成する流路の温度、あるいは貯留タンク１２の温度や貯留量などが、装置制御部１９によって制御・管理される。
【００３７】
本ガスローディング装置１０は、取合部１５ａと導入流路１、および取合部１５ｂと供出流路６との接続によって、本発泡装置への取り付け・取り外しが可能な構成としていることを特徴としている。主としてバッチ注入のウレタン発泡装置に対応可能なように、必要なときに取り付け稼動させることによって、本発泡装置に対する不要な負荷を軽減することができる。
【００３８】
本発泡装置が稼動し、ウレタン注入作業により貯留タンク１２内のウレタン原液が減少して新しいウレタン原液が投入された場合には、通常の生産開始時のガスローディング率よりも低いガス量となる。このとき、質量流量計５による実測値が、予め設定されたガスローディング率に対して低い値となった場合には、ウレタン原液流路内にガスが投入されてガスローディング機能が作動し、ガスローディング率が設定値に達すると、ガス投入が中断され、単なるウレタン原液の循環状態となる。これによって、均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置を構成することができる。
【００３９】
また、図２においては、本ガスローディング装置１０がストレーナ１４と高圧ポンプ１６の中間に設けられた場合を例示した。これによって素早く均一にガスローディングされた混合液をミキシングヘッドに供給することができることから、ウレタン原液の均一性を確保することが可能となり、ウレタン発泡装置を稼動するときの迅速な立ち上げを図ることができる。
【００４０】
なお、本ガスローディング装置１０が既設の本発泡装置に付設された場合を含め、本ガスローディング装置１０の制御機能と装置制御部１９の交信によってウレタン原液の温度や圧力あるいは流量などの情報を入力し、混合液中のガス量の補正や演算処理を行うことが好ましい。この場合、ガスローディング用のガス流量を本発泡装置において制御・調整することも可能である。
【００４１】
本ガスローディング装置１０に導入されたウレタン原液は、図１に例示したように、質量流量計５の出力を基に流量が制御・管理されたガスローディング用ガスと、混合部３において攪拌・混合され、十分に攪拌されたＲ液が供出される。
【００４２】
次に、図３の構成図を基に、本発泡装置の詳細について説明する。
【００４３】
貯留タンク１２は、ウレタン原液が貯留され、ポリウレタンフォームの作製に伴う減量分は原液供給口１１から補充される。貯留タンク１２には、ウレタン原液を撹拌するための撹拌羽根１３ａが設けられており、撹拌羽根１３ａは駆動装置１３ｂにより回転駆動される。貯留タンク１２内のウレタン原液は液状であり、常温において粘度の高いウレタン原液については、温度センサ１２ａの出力を基に温度調節手段１２ｂを制御し加温することによって所望の粘度に調整され、温度分布の均一性を図っている。貯留タンク１２の温度調節手段１２ｂは、熱媒体循環式やジャケット式などを使用することが可能である。また、貯留タンク１２内部の状態を管理するために、ウレタン原液の液面を検出するレベル計１２ｃや内部圧力を検出するタンク圧力計１２ｄを設けることが好ましい。さらに、安全性を確保すべく安全弁１２ｅを設け、貯留タンク１２内気層部のパージやウレタン原液の圧送のためのバック圧エア１２ｆの供給も好適である。
【００４４】
貯留タンク１２から供出されたウレタン原液は、ストレーナ１４を介して本ガスローディング装置１０に導入される。ここで、ストレーナ１４は、内部にフィルタ機能を有するタイプや、不純物の付着などによって除去可能な流路壁面を有するタイプなどを使用することが可能である。
【００４５】
本ガスローディング装置１０について詳細には、既述のような構成例に加え、いくつかの付加機能を設けることが好ましい。具体的には、図３に例示するように、
（１）取合部１５ａと導入流路１、および取合部１５ｂと供出流路６とをフレキシブルなホースを用いて接続することによって、既設の本発泡装置であっても容易に取付けることができる。
（２）ガス導入流路２において、ガス流量調整部７に加え、圧力計２ａや流量計２ｂを設けることによって、より精度の高いガス流量制御が可能となる。
（３）質量流量計５からの供出流路６において、エア抜き用バルブ６ａを設けることによって、本発泡装置のミキシングヘッド１７へのＲ液供給流路への過剰ガスの混入を防止して、Ｒ液供給量の安定を確保することができる。
【００４６】
高圧ポンプ１６としては、加圧対象が飽和状態の気液混合液であることから、圧力や流量の安定性が高く、外部から制御しやすいメタリングポンプが好ましい。また、高圧ポンプ１６には、エア抜き用バルブ１６ａを設けることが好ましく、予め付設されているタイプの高圧ポンプ１６もある。これによって、高圧ポンプ１６でのキャビテーションを防止し、Ｒ液供給量の安定を確保することができる。
【００４７】
高圧ポンプ１６からミキシングヘッド１７までの流路には、高圧安全弁１６ｂ、高圧流量計１６ｃや圧力スイッチ１６ｄを設けることが好ましい。ミキシングヘッド１７に供給されるＲ液の最終条件および安全性を確保することができる。また、エア抜き用バルブ６ａ，１６ａが機能した場合、図３に例示するように、その高圧のＲ液あるいは過剰ガスは、熱交換器１８によって温度調整された状態で循環系の貯留タンク１２に循環させることが好ましい。循環系を形成することによって、こうした高圧のＲ液あるいは過剰ガスが有する熱量や圧力を生かすことが可能となる。
【００４８】
ミキシングヘッド１７は、ミキシングヘッド本体１７ａと吐出ノズル１７ｂを備え、吐出ノズル１７ｂの先端には必要に応じて延長ノズルが装着されることがある。また、ミキシングヘッド本体１７ａには、Ｒ液導入口１７ｃとＲ液供出口１７ｄ、およびＰ液導入口１７ｅとＰ液供出口１７ｆが設けられ、Ｒ液導入口１７ｃから導入されたＲ液とＰ液導入口１７ｅから導入されたＰ液とがミキシングヘッド本体１７ａ内で混合され、吐出ノズル１７ｂからポリウレタンフォームを形成しながら吐出される。ミキシングヘッド１７の構成は特に限定されないが、図３に例示するように、ミキシングヘッド本体１７ａ内のピストンを油圧シリンダー１７ｇで後退させて衝突混合を行い、吐出ノズル１７ｂより吐出する高圧発泡ミキシングヘッドの使用が好ましい。所定量の発泡原液組成物を吐出した後には、ピストンは油圧シリンダー１７ｇを元の位置に進出させることにより混合、吐出を終了する。
【００４９】
熱交換器１８は、添加剤や発泡剤などが混合されたＲ液を冷却または加熱する機能を有する。熱交換器１８の内部には、熱媒体を循環させるための配管（図示せず）が設けられており、これと接したＲ液を冷却または加熱する。熱交換の方式は、特に限定されるものではない。
【００５０】
本発泡装置においては、ミキシングヘッド１７から戻されるＲ液の一部または全部が熱交換器１８にて温度調節され、貯留タンク１２に戻され、循環系を形成する。これにより、貯留タンク１２の内部での攪拌・混合の均一化を図り、ウレタン原液の品質の安定性を確保することができる。また、熱交換器１８は、季節や本発泡装置の設置条件の変化に対応し、ウレタン原液の温度を安定化させる役割を担っている。例えば、ウレタン原液の温度は、冬季はかなり低く夏季は高いため、これらを所定温度範囲内に収めるべく、熱交換器１８を介して貯留タンク１２に戻すことによって温度調節を行う。つまり、循環系を形成することによって、ウレタン原液の液温度を制御、管理することも兼ねている。
【００５１】
以上のように、本ガスローディング装置１０を本発泡装置に用いることによって、別途ブレンドタンクを保有する必要がなく、ウレタン注入作業の合間に、ウレタン原液を、貯留タンク１２→ガスローディング装置１０→高圧ポンプ１６→ミキシングヘッド１７→熱交換器１８→貯留タンク１２と循環させて、ガスをブレンドし制御・管理することができる。これによって、バッチ注入式のウレタン発泡システムでも安定してガスローディングをかけたウレタン原液が利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上の実施形態では、ポリウレタンフォームの原液であるポリオール組成物のガスローディング装置およびそれを用いたウレタン発泡装置について例示したが、本発明は、広く他の発泡性ポリマー原液のガスローディング装置およびそれを用いたウレタン発泡装置について適用することが可能である。具体的には、フェノール樹脂フォームなど種々のフォームについて適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係るガスローディング装置の構成例を示す説明図
【図２】本発明に係るウレタン発泡装置の構成例を示す説明図
【図３】本発明に係るウレタン発泡装置の詳細を例示する説明図
【図４】従来のウレタン発泡装置の構成を例示する説明図
【符号の説明】
【００５４】
１ ウレタン原液の導入流路
２ ガス導入流路
３ 混合部
５ 質量流量計（測定部）
６ 供出流路
７ ガス流量調整部
８ 制御部
１０ 本ガスローディング装置
１２ 貯留タンク
１４ ストレーナ
１５ａ，１５ｂ 取合部
１６ 高圧ポンプ
１７ ミキシングヘッド
１８ 熱交換器
１９ 装置制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置に関し、具体的には、例えばポリウレタンフォームを製造するためのウレタン発泡装置等において、発泡の均一性を確保するために用いるウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、ウレタン発泡装置においては、注型成形等を行う前にウレタン原液に対してガスローディングを仕掛ける方法が用いられている。この方法によれば原材料中に予め多量のガスを含有させるため、より発泡率が高い低密度タイプのポリウレタンフォームを製造することができる。例えば、自動車シート用クッション材としてポリウレタン原材料に予め混合させておくことによって、加工性の高いポリウレタンフォームを作製することができる。
【０００３】
この場合、ウレタン発泡装置のウレタン原料の貯留タンクとは別にガスローディング用のブレンドタンクを設置し、ウレタン原液をブレンドタンク内に循環させながらガスローディングされたブレンド液を作製し、該ブレンド液を貯留タンクへ供給してタンク内のウレタン原料との攪拌・混合した後にミキシングヘッドに供給され、ウレタン発泡に使用する方法が用いられていた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
具体的には、図４に例示するような、ガスローディング装置を用いたポリウレタンフォームを製造するためのウレタン発泡装置において、ポリイソシアネートを主成分とする第一の原料が原料供給管５１から供給される第一の貯留槽５２と、ポリオール化合物を主成分とする第二の原料が原料供給管６１から供給される第二の貯留槽６２と、ミキシングヘッド６０とから構成されている。これら二つの貯留槽５２，６２には、各々、モータ５３，６３を備えた攪拌器５４，６４が備えられており、槽内に貯留する原料を常時攪拌混合することができる。而して、これら二つの貯留槽５２，６２とミキシングヘッド６０とは、各々、計量ポンプ５６，６６を備えた供給用送液管５５，６５および排出用送液管５８，６８によって連通されている。これにより、上記第一の原料と第二の原料は、各々別個に図２における矢印方向にミキシングヘッド６０に循環供給される。
【０００５】
一方、第二の貯留槽６２には、気液混合槽７２を備えたガスローディング装置７０が装備されており、このガスローディング装置７０を作動させることによって第二の貯留槽６２内に貯留する第二の原料に多量のガスを混合させている。すなわち、図４に示すように、上記気液混合槽７２はモータ７３付き攪拌器７５を装備するとともにガス供給管７４を介して外部から炭酸ガス等のガスを供給するように構成されている。一方、この気液混合槽７２はポンプ７６を備えた給液管７７および送液管７８によって第二の貯留槽６２に連通している。このことによって、ポンプ７６付き給液管７７を介して気液混合槽７２内に流入した第二の原料は、別途ガス供給管７４より供給されてきたガスと当該槽内において攪拌・混合される。そして、ガスが十分混合された第二の原料は、送液管７８を介して第二の貯留槽６２に戻される。以上のように構成された結果、従来のポリウレタンフォーム製造装置５０ａにおいて、ポリイソシアネートを主成分とする第一の原料と所望するガスを多量に含有したポリオール化合物を主体とする第二の原料とがミキシングヘッド６０において混合され、そのミキシングヘッド６０の放出口６０ａから当該ガス含有混合原料を外部（典型的には成形型内）に向けて放出している。
【０００６】
上記の方法は、ウレタン原液のミキシングヘッドへの連続注入あるいはバッチ注入のいずれにおいても同様であり、また、連続注入に限ってはウレタン圧送ポンプサクション側へガスを投入して撹伴し、使用するワンウェイブレンド方式が利用されていた。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２９３０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従前のこうしたガスローディング装置を用いたウレタン発泡装置には、以下のような問題点があった。
【０００９】
（１）従前のウレタン発泡装置においては、貯留タンクとは別にブレンドタンクが必要となり、ウレタン発泡装置内に広いブレンドタンクの設置スペースが必要となる。従って、コスト面での負荷も大きくなり、装置のコンパクト化および低コスト化という課題があった。
【００１０】
（２）ガスローディング装置において、ブレンドタンク内で制御、管理されてブレンド液が作製されるが、ガスを混入させているためブレンドタンク内の上層部、下層部でブレンド状態のムラ（ブレンドムラ）が発生する。従って、そのブレンド液が供給される貯留タンク内でも、同様にブレンドムラが発生することから、最終製品であるポリウレタンフォームにおいても発泡状態にムラが生じるおそれがあった。さらに、層内でのブレンドムラだけではなく、ブレンドタンクに供給されるウレタン原液の量に対応したガス供給量を調整する必要があるとともに、最終的には貯留タンクから供出されるウレタン原液中にブレンドされたガス量が一定であることが必要となる。
【００１１】
（３）以上の課題に対して、連続注入の場合は、所定の安定化時間経過後の操作にワンウェイブレンド方式を利用すれば、上記の欠点をカバーすることができるが、バッチ注入の場合ガスローディング率の安定性に欠け、一定のガスがブレンドされたウレタン原液を利用することが困難となる。また、従前の方法にあっては、定期的あるいは随意に必要となることがある場合には、通常の運転時にガスローディングをしないウレタン発泡装置であっても、ガスローディング装置を常時取り付ける必要があり、設置場所あるいは保守など作業効率の向上を図るための阻害要因の１つとなっていた。
【００１２】
本発明の目的は、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供することにある。また、既設ウレタン発泡装置に後付して利用することができ、あるいはバッチ注入で使用するウレタン発泡装置においても利用することができるウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、以下に示すウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置によって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
つまり、本発明は、ウレタン原液へのガスローディング装置であって、ウレタン原液の導入流路、ガスローディング用のガス導入流路、該ガス導入流路に設けられたガス流量調整部、前記各導入流路が接続された混合部、該混合部から供出された混合液の比重を検出できる測定部、該測定部の出力を指標として前記ガス流量調整部によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部、を有することを特徴とする。
【００１５】
従前のガスローディング方法では、上記のようないくつかの課題があった。本発明は、ウレタン発泡装置のウレタン原液流路中にガスローディング装置を配設するとともに、ウレタン原液とガスの混合液の比重を検出し、これを指標としてガスローディング用のガス流量を制御・管理することによって、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置を提供することができる。つまり、ガスローディングの効果は、ウレタン原液中のガス混入量とその安定性によって評価することができ、ウレタン原液中のガス量は、混合液の比重を指標とすることによって測定することが可能であることを検証し、本発明に適用したもので、簡便な測定部によって、精度よくガスローディング用のガス流量を制御・管理することが可能となった。また、測定部を直接ウレタン原液流路中に配設することによって、迅速かつ精度の高い測定が可能となり、より精度よくガスローディング用のガス流量を制御・管理することが可能となった。
【００１６】
本発明は、上記ウレタン原液へのガスローディング装置であって、前記測定部として質量流量計を用い、前記混合液の比重を測定することを特徴とする。
【００１７】
ウレタン原液へのガスローディングにおいては、ウレタン原液中のガス混入量の測定に混合液の比重測定が有効であるとともに、高圧条件下での連続測定が必要とされる。本発明においては、測定器としてこうした条件を具備し、さらに混合液の比重の高精度な測定が可能な方法として、質量流量計が適していることを見出した。具体的には、後述するように、マスフローセンサやマスフローコントローラなどを挙げることができる。
【００１８】
本発明は、上記ウレタン原液へのガスローディング装置であって、前記測定部の出力値が予め設定した基準値あるいは基準範囲内にあるとき、ガスローディング用のガスの供給を停止するとともに、前記混合部の作動を継続することを特徴とする。
【００１９】
上記のように、本発明に係るウレタン原液へのガスローディング装置は、ウレタン発泡装置のウレタン原液流路中に配設することが可能であり、特にミキシングヘッド直前の流路に設けることによって、ウレタン発泡装置を稼動するときの迅速な立ち上げに好適である。また、迅速な立ち上がりによって、素早く均一にガスローディングされた混合液をミキシングヘッドに供給することができるとともに、循環系のウレタン原液流路を形成している場合には、循環系全体の混合液中のガス量の均一性を迅速に確保することができる。従って、ガスローディング装置において新たなガスローディング用のガスを供給せずに均一なガスローディングを行うことが可能となり、混合部の作動を継続するだけで、さらに均一性の高いガスローディングを行うことが可能となる。
【００２０】
本発明は、ウレタン発泡装置であって、ウレタン原液の貯留タンクからポリウレタン発泡用のミキシングヘッドに供給あるいは両者を循環するウレタン原液流路中であって該ミキシングヘッド直前に、上記いずれかのガスローディング装置を配設することを特徴とする。
【００２１】
ウレタン発泡装置においては、ミキシングヘッドに導入されるウレタン原液の状態が、最終製品であるポリウレタンフォームの特性を左右する。特に種々のポリオール化合物が混合された場合や、さらに添加剤が混合された場合などにおいては、ウレタン原液の均一性が重要となり、上記のようなガスローディング装置は、ポリオール化合物とイソシアネートとの攪拌性の向上を図るとともに、ウレタン原液自体の均一性を向上させることができる。このとき、ウレタン発泡装置のミキシングヘッド直前の流路に設けることが可能であり、これによってウレタン原液の均一性を確保することが可能となる。またウレタン発泡装置を稼動するときの迅速な立ち上げに好適であり、素早く均一にガスローディングされた混合液をミキシングヘッドに供給することができる。従って、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置を提供することが可能となる。
【００２２】
本発明は、上記ウレタン発泡装置であって、前記ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有することを特徴とする。
【００２３】
ガスローディングは、ポリオール化合物とイソシアネートとの攪拌性の向上を図ることを目的とするもので、ウレタン原液の性状あるいはイソシアネートの種類によっては必ずしも必要ではない。また、バッチ注入のウレタン発泡装置においては、常時稼動しない場合であっても、従前はガスローディング装置を常時取り付ける必要があった。本発明は、ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有するウレタン発泡装置とすることによって、バッチ注入に対しても迅速に対応することが可能で、均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置を提供することが可能となる。また、こうした構成を有することによって、既設のウレタン発泡装置に対してもガスローディング装置を後付して利用することが可能となり、ブレンドタンクが不要で均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置とすることが可能となる。
【００２４】
本発明は、上記ウレタン発泡装置であって、前記ウレタン原液流路中に熱交換器および加圧手段を有し、前記ガスローディング装置のウレタン原液の導入流路の温度および圧力を所定値に制御することを特徴とする。
【００２５】
均一なガスローディングを行うには、混合液を構成する各成分の温度および圧力を一定にする必要がある。本発明のウレタン発泡装置であっては、ウレタン原液流路中に熱交換器および加圧手段を有し、ガスローディング装置へ導入されるウレタン原液の温度および圧力を所定値に制御することによって、定圧・定流量で供給されるガスローディング用のガスとの均一な混合を図ることができる。その結果、混合液を構成する各成分の均一な攪拌性を確保し、ミキシングヘッドでの均一な混合を行うことができる。従って、均一性の優れたポリウレタンフォームの作製が可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明は、ウレタン発泡装置のウレタン原液流路中にガスローディング装置を配設し、混合液の比重を基にガスローディング用のガス流量を制御・管理することによって、ブレンドタンクが不要で、均一なガスローディングを行うことが可能なウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置を提供することが可能となる。特に、従前のガスローディング装置ではできなかった、バッチ注入タイプのウレタン発泡装置に使用することや、既設のウレタン発泡装置に後付して使用することなどが、本発明に係るガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置によって可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るウレタン原液へのガスローディング装置およびこれを用いたウレタン発泡装置の好適な実施形態について図面を用いて説明する。
【００２８】
＜本発明に係るウレタン原液へのガスローディング装置の構成例＞
本発明に係るガスローディング装置（以下「本ガスローディング装置」という。）は、ウレタン原液の導入流路、ガスローディング用のガス導入流路、該ガス導入流路に設けられたガス流量調整部、各導入流路が接続された混合部、混合部から供出された混合液の比重を検出できる測定部、測定部の出力を指標としてガス流量調整部によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部、を有することを特徴とする。
【００２９】
図１は、本ガスローディング装置の構成例を示す。導入流路１からウレタン原液、ガス導入流路２からガスローディング用のガスが導入され、両者が混合部３において攪拌・混合される。混合部３には攪拌駆動用のモータ４が設けられ、十分に攪拌された混合液が質量流量計５（測定部に相当）を介して供出流路６から供出される。ここで、ガス導入流路２にはガス流量調整部７が配設され、質量流量計５の出力を基に、制御部８によってガスローディング用のガス流量が制御・管理される。
【００３０】
ここで、ガスローディング用のガスとしては、入手が容易で、ウレタン原液に対して物理的あるいは化学的作用を及ぼさないガスが好ましい。具体的には、ドライな空気や窒素ガスあるいはアルゴンガスなどの不活性ガスを挙げることができる。
【００３１】
また、混合部３としては、溶液とガスの攪拌・混合機能を有するものであれば、特に限定されるものではないが、攪拌機能の高さから、例えば、羽根車式ミキサー、ローター式ミキサー、あるいは振動型ミキサーなどを使用することが好適である。
【００３２】
質量流量計５としては、通常コリオリ式質量流量計と熱式質量流量計に大別されるが、本ガスローディング装置は、ウレタン原液約１０〜４０Ｌ／ｍｉｎの流量域で使用されることが多いことから、コリオリ式質量流量計を用いることが好ましい。
【００３３】
制御部８においては、質量流量計５の出力を基にガス流量調整部７を制御し導入ガス量を調整するとともに、攪拌駆動用のモータ４の作動を制御することが好ましい。導入ガス量の制御は、例えばガスを混入する前のウレタン原液の比重が既知の場合は、その値を制御部８に入力して質量流量に換算し、予め求めた質量流量と混合ガス量との関係から導入ガス量を演算することができる。また、ガスを混入する前のウレタン原液の比重が未知の場合は、予め質量流量計５によって質量流量を測定し、予め求めた質量流量と混合ガス量との関係から導入ガス量を演算することができる。従って、質量流量計５の出力値が予め設定した基準値あるいは基準範囲内にある場合には、ガスローディングを行う必要はないことから、ガスの供給を停止するとともに、混合部３の作動を継続することによって、混合液中のガス量の均一性を確保することができる。
【００３４】
なお、例えば既設のウレタン発泡装置に配設された場合には、該ウレタン発泡装置に設けられた制御機能との交信によってウレタン原液の温度や圧力あるいは流量などの情報を入力し、混合液中のガス量の補正や演算処理を行うことが好ましい。また、ガスローディング用のガスが、ウレタン原液の流量と同様、本ガスローディング装置の外部で制御調整される場合には、ガス流量調整部７は必ずしも必要とされないが、例えばウレタン発泡装置において循環系のウレタン原液流路を形成する場合には、導入されるウレタン原液中に既にガスが混合されていることから、導入ガス量を調整することによって過剰な供給を抑制することが可能となる。
【００３５】
＜上記ガスローディング装置を用いたウレタン発泡装置の構成例＞
本発明に係るウレタン発泡装置（以下「本発泡装置」という。）は、ウレタン原液の貯留タンクからポリウレタン発泡用のミキシングヘッドに供給あるいは両者を循環するウレタン原液流路中であってミキシングヘッド直前に、本ガスローディング装置を配設することを特徴とする。このとき、発泡装置が、本ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有することが好ましい。
【００３６】
図２は、本ガスローディング装置１０を用いた本発泡装置の構成例の概要を示す。ポリオール化合物を主成分とするウレタン原液が、原液供給口１１から貯留タンク１２に供給されると同時に、貯留タンク１２に設けられた攪拌機１３によって攪拌・混合され、均一なウレタン原液が作製される。作製されたウレタン原液は、ストレーナ１４によって清浄化された後、取合部１５ａを介して本ガスローディング装置１０に導入される。ここで、所定量のガスローディング用ガスと攪拌・混合処理された混合液（以下「Ｒ液」という。）は、取合部１５ｂを介して供出され、高圧ポンプ１６（加圧手段に相当）によって昇圧されてミキシングヘッド１７に導入される。ポリウレタンフォームを作製するためにミキシングヘッド１７から吐出させる時は、Ｒ液は、ミキシングヘッド１７において、例えばイソシアネートを主成分とする液（以下「Ｐ液」という。）と混合され、発泡成形されてポリウレタンフォームが作製される。それ以外の時は、ミキシングヘッド１７から熱交換器１８を介して再び貯留タンク１２に戻され、ウレタン原液の循環系を形成する。ここで、攪拌機１３の攪拌速度や攪拌時間、高圧ポンプ１６の吐出圧力、熱交換器１８の温度、ウレタン原液の循環系を構成する流路の温度、あるいは貯留タンク１２の温度や貯留量などが、装置制御部１９によって制御・管理される。
【００３７】
本ガスローディング装置１０は、取合部１５ａと導入流路１、および取合部１５ｂと供出流路６との接続によって、本発泡装置への取り付け・取り外しが可能な構成としていることを特徴としている。主としてバッチ注入のウレタン発泡装置に対応可能なように、必要なときに取り付け稼動させることによって、本発泡装置に対する不要な負荷を軽減することができる。
【００３８】
本発泡装置が稼動し、ウレタン注入作業により貯留タンク１２内のウレタン原液が減少して新しいウレタン原液が投入された場合には、通常の生産開始時のガスローディング率よりも低いガス量となる。このとき、質量流量計５による実測値が、予め設定されたガスローディング率に対して低い値となった場合には、ウレタン原液流路内にガスが投入されてガスローディング機能が作動し、ガスローディング率が設定値に達すると、ガス投入が中断され、単なるウレタン原液の循環状態となる。これによって、均一なガスローディングを行うことができるウレタン発泡装置を構成することができる。
【００３９】
また、図２においては、本ガスローディング装置１０がストレーナ１４と高圧ポンプ１６の中間に設けられた場合を例示した。これによって素早く均一にガスローディングされた混合液をミキシングヘッドに供給することができることから、ウレタン原液の均一性を確保することが可能となり、ウレタン発泡装置を稼動するときの迅速な立ち上げを図ることができる。
【００４０】
なお、本ガスローディング装置１０が既設の本発泡装置に付設された場合を含め、本ガスローディング装置１０の制御機能と装置制御部１９の交信によってウレタン原液の温度や圧力あるいは流量などの情報を入力し、混合液中のガス量の補正や演算処理を行うことが好ましい。この場合、ガスローディング用のガス流量を本発泡装置において制御・調整することも可能である。
【００４１】
本ガスローディング装置１０に導入されたウレタン原液は、図１に例示したように、質量流量計５の出力を基に流量が制御・管理されたガスローディング用ガスと、混合部３において攪拌・混合され、十分に攪拌されたＲ液が供出される。
【００４２】
次に、図３の構成図を基に、本発泡装置の詳細について説明する。
【００４３】
貯留タンク１２は、ウレタン原液が貯留され、ポリウレタンフォームの作製に伴う減量分は原液供給口１１から補充される。貯留タンク１２には、ウレタン原液を撹拌するための撹拌羽根１３ａが設けられており、撹拌羽根１３ａは駆動装置１３ｂにより回転駆動される。貯留タンク１２内のウレタン原液は液状であり、常温において粘度の高いウレタン原液については、温度センサ１２ａの出力を基に温度調節手段１２ｂを制御し加温することによって所望の粘度に調整され、温度分布の均一性を図っている。貯留タンク１２の温度調節手段１２ｂは、熱媒体循環式やジャケット式などを使用することが可能である。また、貯留タンク１２内部の状態を管理するために、ウレタン原液の液面を検出するレベル計１２ｃや内部圧力を検出するタンク圧力計１２ｄを設けることが好ましい。さらに、安全性を確保すべく安全弁１２ｅを設け、貯留タンク１２内気層部のパージやウレタン原液の圧送のためのバック圧エア１２ｆの供給も好適である。
【００４４】
貯留タンク１２から供出されたウレタン原液は、ストレーナ１４を介して本ガスローディング装置１０に導入される。ここで、ストレーナ１４は、内部にフィルタ機能を有するタイプや、不純物の付着などによって除去可能な流路壁面を有するタイプなどを使用することが可能である。
【００４５】
本ガスローディング装置１０について詳細には、既述のような構成例に加え、いくつかの付加機能を設けることが好ましい。具体的には、図３に例示するように、
（１）取合部１５ａと導入流路１、および取合部１５ｂと供出流路６とをフレキシブルなホースを用いて接続することによって、既設の本発泡装置であっても容易に取付けることができる。
（２）ガス導入流路２において、ガス流量調整部７に加え、圧力計２ａや流量計２ｂを設けることによって、より精度の高いガス流量制御が可能となる。
（３）質量流量計５からの供出流路６において、エア抜き用バルブ６ａを設けることによって、本発泡装置のミキシングヘッド１７へのＲ液供給流路への過剰ガスの混入を防止して、Ｒ液供給量の安定を確保することができる。
【００４６】
高圧ポンプ１６としては、加圧対象が飽和状態の気液混合液であることから、圧力や流量の安定性が高く、外部から制御しやすいメタリングポンプが好ましい。また、高圧ポンプ１６には、エア抜き用バルブ１６ａを設けることが好ましく、予め付設されているタイプの高圧ポンプ１６もある。これによって、高圧ポンプ１６でのキャビテーションを防止し、Ｒ液供給量の安定を確保することができる。
【００４７】
高圧ポンプ１６からミキシングヘッド１７までの流路には、高圧安全弁１６ｂ、高圧流量計１６ｃや圧力スイッチ１６ｄを設けることが好ましい。ミキシングヘッド１７に供給されるＲ液の最終条件および安全性を確保することができる。また、エア抜き用バルブ６ａ，１６ａが機能した場合、図３に例示するように、その高圧のＲ液あるいは過剰ガスは、熱交換器１８によって温度調整された状態で循環系の貯留タンク１２に循環させることが好ましい。循環系を形成することによって、こうした高圧のＲ液あるいは過剰ガスが有する熱量や圧力を生かすことが可能となる。
【００４８】
ミキシングヘッド１７は、ミキシングヘッド本体１７ａと吐出ノズル１７ｂを備え、吐出ノズル１７ｂの先端には必要に応じて延長ノズルが装着されることがある。また、ミキシングヘッド本体１７ａには、Ｒ液導入口１７ｃとＲ液供出口１７ｄ、およびＰ液導入口１７ｅとＰ液供出口１７ｆが設けられ、Ｒ液導入口１７ｃから導入されたＲ液とＰ液導入口１７ｅから導入されたＰ液とがミキシングヘッド本体１７ａ内で混合され、吐出ノズル１７ｂからポリウレタンフォームを形成しながら吐出される。ミキシングヘッド１７の構成は特に限定されないが、図３に例示するように、ミキシングヘッド本体１７ａ内のピストンを油圧シリンダー１７ｇで後退させて衝突混合を行い、吐出ノズル１７ｂより吐出する高圧発泡ミキシングヘッドの使用が好ましい。所定量の発泡原液組成物を吐出した後には、ピストンは油圧シリンダー１７ｇを元の位置に進出させることにより混合、吐出を終了する。
【００４９】
熱交換器１８は、添加剤や発泡剤などが混合されたＲ液を冷却または加熱する機能を有する。熱交換器１８の内部には、熱媒体を循環させるための配管（図示せず）が設けられており、これと接したＲ液を冷却または加熱する。熱交換の方式は、特に限定されるものではない。
【００５０】
本発泡装置においては、ミキシングヘッド１７から戻されるＲ液の一部または全部が熱交換器１８にて温度調節され、貯留タンク１２に戻され、循環系を形成する。これにより、貯留タンク１２の内部での攪拌・混合の均一化を図り、ウレタン原液の品質の安定性を確保することができる。また、熱交換器１８は、季節や本発泡装置の設置条件の変化に対応し、ウレタン原液の温度を安定化させる役割を担っている。例えば、ウレタン原液の温度は、冬季はかなり低く夏季は高いため、これらを所定温度範囲内に収めるべく、熱交換器１８を介して貯留タンク１２に戻すことによって温度調節を行う。つまり、循環系を形成することによって、ウレタン原液の液温度を制御、管理することも兼ねている。
【００５１】
以上のように、本ガスローディング装置１０を本発泡装置に用いることによって、別途ブレンドタンクを保有する必要がなく、ウレタン注入作業の合間に、ウレタン原液を、貯留タンク１２→ガスローディング装置１０→高圧ポンプ１６→ミキシングヘッド１７→熱交換器１８→貯留タンク１２と循環させて、ガスをブレンドし制御・管理することができる。これによって、バッチ注入式のウレタン発泡システムでも安定してガスローディングをかけたウレタン原液が利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上の実施形態では、ポリウレタンフォームの原液であるポリオール組成物のガスローディング装置およびそれを用いたウレタン発泡装置について例示したが、本発明は、広く他の発泡性ポリマー原液のガスローディング装置およびそれを用いたウレタン発泡装置について適用することが可能である。具体的には、フェノール樹脂フォームなど種々のフォームについて適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係るガスローディング装置の構成例を示す説明図
【図２】本発明に係るウレタン発泡装置の構成例を示す説明図
【図３】本発明に係るウレタン発泡装置の詳細を例示する説明図
【図４】従来のウレタン発泡装置の構成を例示する説明図
【符号の説明】
【００５４】
１ ウレタン原液の導入流路
２ ガス導入流路
３ 混合部
５ 質量流量計（測定部）
６ 供出流路
７ ガス流量調整部
８ 制御部
１０ 本ガスローディング装置
１２ 貯留タンク
１４ ストレーナ
１５ａ，１５ｂ 取合部
１６ 高圧ポンプ
１７ ミキシングヘッド
１８ 熱交換器
１９ 装置制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウレタン原液の導入流路、ガスローディング用のガス導入流路、該ガス導入流路に設けられたガス流量調整部、前記各導入流路が接続された混合部、該混合部から供出された混合液の比重を検出できる測定部、該測定部の出力を指標として前記ガス流量調整部によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部、を有することを特徴とするウレタン原液へのガスローディング装置。
【請求項２】
前記測定部として質量流量計を用い、前記混合液の比重を測定することを特徴とする請求項１記載のウレタン原液へのガスローディング装置。
【請求項３】
前記測定部の出力値が予め設定した基準値あるいは基準範囲内にあるとき、ガスローディング用のガスの供給を停止するとともに、前記混合部の作動を継続することを特徴とする請求項１または２記載のウレタン原液へのガスローディング装置。
【請求項４】
ウレタン原液の貯留タンクからポリウレタン発泡用のミキシングヘッドに供給あるいは両者を循環するウレタン原液流路中であって該ミキシングヘッド直前に、請求項１〜３のいずれかのガスローディング装置を配設することを特徴とするウレタン発泡装置。
【請求項５】
前記ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有することを特徴とする請求項４記載のウレタン発泡装置。
【請求項６】
前記ウレタン原液流路中に熱交換器および加圧手段を有し、前記ガスローディング装置のウレタン原液の導入流路の温度および圧力を所定値に制御することを特徴とする請求項４または５記載のウレタン発泡装置。
【請求項１】
ウレタン原液の導入流路、ガスローディング用のガス導入流路、該ガス導入流路に設けられたガス流量調整部、前記各導入流路が接続された混合部、該混合部から供出された混合液の比重を検出できる測定部、該測定部の出力を指標として前記ガス流量調整部によってガスローディング用のガス流量を制御・管理する制御部、を有することを特徴とするウレタン原液へのガスローディング装置。
【請求項２】
前記測定部として質量流量計を用い、前記混合液の比重を測定することを特徴とする請求項１記載のウレタン原液へのガスローディング装置。
【請求項３】
前記測定部の出力値が予め設定した基準値あるいは基準範囲内にあるとき、ガスローディング用のガスの供給を停止するとともに、前記混合部の作動を継続することを特徴とする請求項１または２記載のウレタン原液へのガスローディング装置。
【請求項４】
ウレタン原液の貯留タンクからポリウレタン発泡用のミキシングヘッドに供給あるいは両者を循環するウレタン原液流路中であって該ミキシングヘッド直前に、請求項１〜３のいずれかのガスローディング装置を配設することを特徴とするウレタン発泡装置。
【請求項５】
前記ガスローディング装置の取り付け・取り外しが可能な取合部を有することを特徴とする請求項４記載のウレタン発泡装置。
【請求項６】
前記ウレタン原液流路中に熱交換器および加圧手段を有し、前記ガスローディング装置のウレタン原液の導入流路の温度および圧力を所定値に制御することを特徴とする請求項４または５記載のウレタン発泡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−３０７７２８（Ｐ２００７−３０７７２８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３６６０９（Ｐ２００６−１３６６０９）
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００３１４８）東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００３１４８）東洋ゴム工業株式会社 (2,711)
【Ｆターム（参考）】
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