(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、それぞれ供給管を通して給送された前記Ａ液及び／又はＢ液に前記液化二酸化炭素を混合し、前記Ａ液及びＢ液を混合して所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置であって、
容器内が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器に始端側が接続され、前記液化二酸化炭素容器から液化二酸化炭素を、前記第１圧力を維持しつつ搬送する第１次配管と、
終端側が前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方の前記供給管に接続され、前記液化二酸化炭素を前記第１圧力より低圧の第２圧力で、前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方の前記供給管に給送する第２次配管と、
前記液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して前記吐出圧力より高圧の第１圧力まで加圧する加温手段であって、
前記液化二酸化炭素容器を加温するヒータと、
前記ヒータを温度制御する温度制御部と、
前記ヒータに電力を供給する充電池と、
前記充電池から出力される直流を交流に変換するインバータと、
前記充電池を外部交流電源からの交流で充電する充電器と、
前記充電池から出力され、変換された交流を、前記ヒータに通電する開始時間及び終了時間を設定するタイマーと、
前記ヒータに通電する電力の供給元を前記充電池と外部電源との間で切り替えるスイッチ部と、
を含む、加温手段と、
を備えることを特徴とする、ポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項２】
前記第１次配管の終端側と前記第２次配管の始端側との間に接続され、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記第２次配管を流動する液化二酸化炭素の流量を調整する流量調整手段をさらに備える、請求項１に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項３】
始端側が前記第１次配管の終端側に接続され、終端側が前記第２次配管の始端側に接続され、前記第１圧力以下の低圧であって、前記第２圧力以上の高圧の第３圧力で、前記第１次配管から前記第２次配管に液化二酸化炭素を搬送する第３次配管と、
前記第１次配管の終端側と前記第３次配管の始端側との間に接続され、前記第１次配管から前記第３次配管への液化二酸化炭素の流量を調整して、前記第３次配管内が前記第３圧力を呈するように制御する圧力制御手段と、
をさらに備える、請求項１又は２に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項４】
前記圧力制御手段は、
開閉が切り替えられる開閉弁と、
前記第３次配管内の圧力を計測する圧力計と、
前記圧力計で計測した圧力が前記第３圧力を含む所定範囲の上限を超える場合に前記開閉弁を閉止し、前記圧力計で計測した圧力が前記第３圧力を含む所定範囲の上限以下の場合に前記開閉弁を開放する弁制御手段と、
を備える、請求項３に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項５】
前記圧力制御手段は、前記第１次配管から前記第３次配管への液化二酸化炭素の流量を調整可能な絞り弁を備えることを特徴とする、請求項４に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項６】
前記圧力制御手段の前記絞り弁は、前記圧力制御手段の前記弁制御手段により絞り度が制御されるニードルバルブで構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項７】
前記流量調整手段は、
開閉が切り替えられる開閉弁と、
前記吐出装置からＡ液及びＢ液を吐出しないときは前記開閉弁を閉鎖する一方、前記吐出装置内に前記Ａ液及びＢ液を供給する動作に連動して開閉弁を開放するように制御する弁制御手段と、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項８】
前記流量調整手段は、前記第２次配管への液化二酸化炭素の流量を調整可能な絞り弁を備えることを特徴とする、請求項７に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項９】
前記第１圧力は、５ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲であり、前記第３圧力は、５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲であり、前記第２圧力及び前記吐出圧力は、４ＭＰａ〜７ＭＰａであることを特徴とする、請求項３から６のいずれか一項に記載のポリウレタンフォーム製造装置。
【請求項１０】
ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、前記液化二酸化炭素容器から第１次配管、第２次配管を通じて、前記第１次配管、前記第２次配管のそれぞれの圧力差によって前記液化二酸化炭素を搬送し、前記液化二酸化炭素を前記Ａ液及び／又はＢ液に混合して内部に貯留し、所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置を用いて、ポリウレタンフォームを製造する方法であって、前記方法は、
前記液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して前記吐出圧力より高圧の第１圧力まで加圧する加温ステップであって、
外部交流電源が使用できない場合には、充電池から出力される直流を交流に変換して、前記液化二酸化炭素容器を加温するヒータに電力を供給し、前記充電池から出力され、変換された交流を、前記ヒータに通電する開始時間及び終了時間をタイマーによって設定して、前記ヒータに通電する電力の供給元を前記充電池と外部電源との間で切り替えると共に、前記ヒータを温度制御し、
外部交流電源が使用できる場合には、前記充電池を前記外部交流電源からの交流で充電する、加温ステップと、
内部が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を、始端側が前記液化二酸化炭素容器に接続された第１次配管内を通して前記第１圧力を維持しつつ搬送する第１次配管搬送ステップと、
前記第１次配管から送り出される液化二酸化炭素の流量を調整して第２次配管内に供給し、前記第２次配管内を、前記第１圧力以下の低圧の第２圧力で前記液化二酸化炭素を搬送する第２次配管搬送ステップと、
前記第２次配管内を搬送された前記液化二酸化炭素を前記第２圧力の状態で前記Ａ液及び／又はＢ液の供給管に供給する供給ステップと、
を含み、
前記液化二酸化炭素と前記Ａ液及び／又はＢ液が混合された状態で、前記吐出装置内で前記Ａ液及びＢ液を混合して吐出し、前記液化二酸化炭素を気化させることによって発泡ポリウレタンフォームを製造することを特徴とする、ポリウレタンフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法に関する。本発明は、特に、発泡剤として液状（超臨界状態、亜臨界状態又は液体状態）の二酸化炭素を使用して行うポリウレタンフォームの発泡に好適なポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリウレタンフォームは、断熱ボード、吹き付けによる断熱材、盛土剤などで広く利用されている。このポリウレタンフォームは、通常、ポリイソシアネート成分と活性水素基含有化合物成分と発泡剤とを含む原料液を使用し、それぞれの成分を計量圧送して合流・攪拌した後、吐出装置のスプレーガンなどから吐出させ、吐出された発泡制限量を発泡させながら反応・固化させることによって製造されている。これまで、この発泡剤には、フロン等が使用されてきた。
【０００３】
ところが、近年、オゾン層破壊等の問題で、ポリウレタンフォームの発泡剤として、フロンなどの多くの発泡剤が規制されつつあり、二酸化炭素を発泡剤とする方法が検討されている。二酸化炭素を発泡剤とする場合には、液化された二酸化炭素を使用し、これを所定量供給する必要があるが、二酸化炭素の臨界点は、約３１℃、約７ＭＰａであり、常温では気体になり易い。そのため、ボンベなどの二酸化炭素貯蔵容器からポンプで定量圧送しようとすると、気体となった二酸化炭素が混入し易く、所定量の液体の二酸化炭素を圧送できないという問題がある。特に、ポンプの吸引側では圧力が低下し易いことから、気体となった二酸化炭素が混入しやすく、定量の液体の二酸化炭素を圧送できなくなるという問題がある。
【０００４】
このため、定量の液体の二酸化炭素を気化させることなく供給するための工夫が種々提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、加圧ガス容器を配設し、加圧ガス容器から液化二酸化炭素容器に加圧ガスを供給し加圧することで液化二酸化炭素を液体のまま保持している。また、特許文献２では、液化二酸化炭素の温度を低く維持しておき、第１液化二酸化炭素計量ポンプと第２液化二酸化炭素計量ポンプに導入される液化二酸化炭素の気化を防止する技術が開示されている。また、特許文献３では、冷媒の温度を調節するチラー内に、冷媒とその冷媒を冷却する伝熱管を備え、かつ、当該チラー内に液化二酸化炭素の移送流路を設けることが開示されている。
【０００６】
しかし、上記特許文献１乃至３に開示のウレタンフォームの製造装置は、いずれも二酸化炭素計量ポンプを用いて二酸化炭素の供給量を計量して供給するものであり、液体の二酸化炭素を供給するためのポンプを必須とする。すなわち、上記液化二酸化炭素の気化の問題は、二酸化炭素の計量のためにポンプを用いることに起因するものであって、ポンプを用いる以上、液化二酸化炭素の気化の問題が発生する。そこで、当該問題を少しでも解消するために、チラーなどの熱交換器や配給管を断熱構造にして液化二酸化炭素の温度を低く保つか、加圧ガス容器を用いて圧力を高めて、気化を防止しようとするものである。
【０００７】
しかし、いかに液化二酸化炭素容器の近傍で液化の状態を維持できたとしても、二酸化炭素の計量にポンプを用いる以上、ポンプの吸引側で吸引工程時に圧力が低下し易く、二酸化炭素が気化しやすいという問題に関して、抜本的な解決手法とならない。また、加圧容器や熱交換器などの部材の点数が増大し、装置が大型化かつ複雑化する。
【０００８】
そこで、本発明者らは、二酸化炭素の適正量の計量をポンプで行うことの問題を解消し、二酸化炭素計量でのポンプ利用に起因する二酸化炭素の気化の問題を解消できるポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法を提供する提案を行った（特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１９２７２０号公報
【特許文献２】特開２００５−２００４８４号公報
【特許文献３】特開２００６−２９８９９５号公報
【特許文献４】特開２００９−７５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、本発明者らが提案した二酸化炭素の計量にポンプを用いない方法（特許文献４）では、液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素の第１圧力と、吐出圧力（第２圧力）との圧力差を利用して液化二酸化炭素を第１次配管から第２次配管へ搬送することを特徴としている。
【００１１】
一方、液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素の第１圧力は、温度によって大きく変化する。図１２は、液化二酸化炭素容器の充填量の違いによる温度−圧力の関係を示すグラフである。図１２に示すように、３０℃以上の高温になる夏期には液化二酸化炭素容器を加熱することなく、液化二酸化炭素容器内の圧力は吐出圧力（４ＭＰａ〜７ＭＰａ）よりも高圧になる。一方、５℃よりも低温になる冬期には、液化二酸化炭素容器内の圧力は吐出圧力以下の低圧になる。また、液化二酸化炭素容器内の第１圧力は、温度だけでなく容器内への液化二酸化炭素の充填量によっても大きく影響を受ける。図１２の場合には、充填量３０ｋｇの場合（１）には、４０℃で１３．２ＭＰａにまで達するのに対して、充填量２０．１ｋｇの場合（４）には、４０℃で９ＭＰａとなる。そのため、液化二酸化炭素容器内の第１圧力を、年間を通して同一条件で管理するために液化二酸化炭素容器を、例えば４０℃に加熱して使用される場合がある。
【００１２】
しかし、液化二酸化炭素容器を加温あるいは冷却するには数時間、例えば５時間以上かかる場合がある。そのため、現場で作業開始直前に液化二酸化炭素容器を加温あるいは冷却を行うと現場での作業時間が著しく短くなってしまい、作業効率が悪くなる。あらかじめ深夜から加温を開始するために、そのための手間がかかっていた。
【００１３】
また、ポリウレタンフォーム製造装置は、ポリウレタンフォームを吹き付ける現場まで自動車等で搬送されることが多く、搬送中には交流電源を使用できない。そのため、交流電源が使用できる場所で液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温しておき、現場に運ばれる場合、加温していた場所と現場までの距離によって液化二酸化炭素容器の温度が異なるため液化二酸化炭素容器の温度制御が困難であった。
【００１４】
本発明は、交流電源が使用できない搬送中にも液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して、吐出圧力より高圧の第１圧力に設定できるポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成のポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法を提供する。
【００１６】
本発明の第１態様に係るポリウレタンフォーム製造装置は、ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、それぞれ供給管を通して給送された前記Ａ液及び／又はＢ液に前記液化二酸化炭素を混合し、前記Ａ液及びＢ液を混合して所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置であって、
容器内が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器に始端側が接続され、前記液化二酸化炭素容器から液化二酸化炭素を、前記第１圧力を維持しつつ搬送する第１次配管と、
終端側が前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方の前記供給管に接続され、前記液化二酸化炭素を前記第１圧力より低圧の第２圧力で、前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方の前記供給管に給送する第２次配管と、
前記液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して前記吐出圧力以上の高圧の第１圧力まで加圧する加温手段であって、
前記液化二酸化炭素容器を加温するヒータと、
前記ヒータを温度制御する温度制御部と、
前記ヒータに電力を供給する充電池と、
前記充電池から出力される直流を交流に変換するインバータと、
前記充電池を外部交流電源からの交流で充電する充電器と、
前記充電池から出力され、変換された交流を、前記ヒータに通電する開始時間及び終了時間を設定するタイマーと、
前記ヒータに通電する電力の供給元を前記充電池と外部電源との間で切り替えるスイッチ部と、
を含む、加温手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、前記第１次配管の終端側と前記第２次配管の始端側との間に接続され、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記第２次配管を流動する液化二酸化炭素の流量を調整する流量調整手段をさらに備えてもよい。
【００１８】
さらに、始端側が前記第１次配管の終端側に接続され、終端側が前記第２次配管の始端側に接続され、前記第１圧力以下の低圧であって、前記第２圧力以上の高圧の第３圧力で、前記第１次配管から前記第２次配管に液化二酸化炭素を搬送する第３次配管と、
前記第１次配管の終端側と前記第３次配管の始端側との間に接続され、前記第１次配管から前記第３次配管への液化二酸化炭素の流量を調整して、前記第３次配管内が前記第３圧力を呈するように制御する圧力制御手段と、
を備えてもよい。
【００１９】
前記圧力制御手段は、
開閉が切り替えられる開閉弁と、
前記第３次配管内の圧力を計測する第３圧力計と、
前記第３圧力計で計測した圧力が前記第３圧力を含む所定範囲の上限を超える場合に前記開閉弁を閉止し、前記第３圧力計で計測した圧力が前記第３圧力を含む所定範囲の上限以下の場合に前記開閉弁を開放する弁制御手段と、
を備えてもよい。
【００２０】
前記圧力制御手段は、前記第１次配管から前記第３次配管への液化二酸化炭素の流量を調整可能な絞り弁を備えてもよい。
【００２１】
前記圧力制御手段の前記絞り弁は、前記圧力制御手段の前記弁制御手段により絞り度が制御されるニードルバルブで構成されていてもよい。
【００２２】
さらに、前記流量調整手段は、
開閉が切り替えられる開閉弁と、
吐出装置から吐出Ａ液及びＢ液を吐出しないときは前記開閉弁を閉鎖する一方、前記吐出装置内に前記Ａ液及びＢ液を供給する動作に連動して開閉弁を開放するように制御する弁制御手段を備えてもよい。
【００２３】
また、前記流量調整手段は、前記第２次配管への液化二酸化炭素の流量を調整可能な絞り弁を備えていてもよい。さらに、絞り弁は、前記弁制御手段により絞り度が制御されるニードルバルブで構成されていてもよい。
【００２４】
また、前記流量調整手段の前記開閉弁は、流量の調整が可能な絞り機構を備え、
前記弁制御手段は、前記第２次配管内が前記第２圧力を呈する流量となるように、前記開閉弁の絞り量を制御するように構成してもよい。
【００２５】
さらに、前記Ａ液及びＢ液を前記吐出装置に供給する供給ポンプを備え、前記流量調整手段の前記弁制御手段は、前記供給ポンプの動作に連動して前記開閉弁の制御を実行するように構成してもよい。
【００２６】
また、前記第１次配管の内部に前記液化二酸化炭素を充填するためのブローバルブを備えていてもよい。
【００２７】
さらに、前記第１圧力は、５ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲であり、前記第３圧力は、５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲であり、前記第２圧力及び前記吐出圧力は、４ＭＰａ〜７ＭＰａの範囲とすることができる。
【００２８】
また、前記吐出装置は、前記Ａ液及びＢ液の少なくとも一方に前記液化二酸化炭素が混合されたのち、前記Ａ液及びＢ液を加熱するヒータを備えてもよい。
【００２９】
本発明の第２態様に係るポリウレタンフォームの製造方法は、ポリイソシアネートを主成分とするＡ液と、ポリオールを主成分とするＢ液と、液化二酸化炭素容器から供給される発泡剤としての液化二酸化炭素とを混合してポリウレタンフォームを製造するに際し、前記液化二酸化炭素容器から第１次配管、第２次配管を通じて、前記第１次配管、前記第２次配管のそれぞれの圧力差によって前記液化二酸化炭素を搬送し、前記液化二酸化炭素を前記Ａ液及び／又はＢ液に混合して内部に貯留し、所定の吐出圧力で吐出する吐出装置を備えたポリウレタンフォームの製造装置を用いて、ポリウレタンフォームを製造する方法であって、前記方法は、
前記液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して前記吐出圧力より高圧の第１圧力まで加圧する加温ステップであって、
外部交流電源が使用できない場合には、充電池から出力される直流を交流に変換して、前記液化二酸化炭素容器を加温するヒータに電力を供給し、前記充電池から出力され、変換された交流を、前記ヒータに通電する開始時間及び終了時間をタイマーによって設定して、前記ヒータに通電する電力の供給元を前記充電池と外部電源との間で切り替えると共に、前記ヒータを温度制御して前記液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温し、
外部交流電源が使用できる場合には、前記充電池を前記外部交流電源からの交流で充電する、加温ステップと、
内部が前記吐出圧力より高圧の第１圧力を有する前記液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素を、始端側が前記液化二酸化炭素容器に接続された第１次配管内を通して前記第１圧力を維持しつつ搬送する第１次配管搬送ステップと、
前記第１次配管から送り出される液化二酸化炭素の流量を調整して第２次配管内に供給し、前記第２次配管内を、前記第１圧力以下の低圧の第２圧力で前記液化二酸化炭素を搬送する第２次配管搬送ステップと、
前記第２次配管内を搬送された前記液化二酸化炭素を前記第２圧力の状態で前記Ａ液及び／又はＢ液の供給管に供給する供給ステップと、
を含み、
前記液化二酸化炭素と前記Ａ液及び／又はＢ液が混合された状態で、前記吐出装置内で前記Ａ液及びＢ液を混合して吐出し、前記液化二酸化炭素を気化させることによって発泡ポリウレタンフォームを製造することを特徴とする。
【００３０】
なお、一般には超臨界状態の二酸化炭素は、液体ではないが、本発明において液化二酸化炭素とは、超臨界状態、亜臨界状態、液体状態の二酸化炭素を含むものとする。また、亜臨界状態の二酸化炭素とは、圧力が二酸化炭素の臨界圧以上でありかつ温度が臨界温度未満である液体状態の二酸化炭素、あるいは圧力が二酸化炭素の臨界圧未満でありかつ温度が臨界温度以上である液体状態の二酸化炭素及び、温度及び圧力がともに臨界点未満ではあるがこれに近い状態、具体的には、温度が２０℃以上であり、かつ圧力が５ＭＰａ以上の二酸化炭素をいう。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係るポリウレタンフォームの製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法によれば、交流電源が使用できない搬送中においても、充電池からヒータに電力が供給されて所定時間の間にわたって液化二酸化炭素容器を所定温度に加温でき、吐出圧力以上の高圧の第１圧力に設定できる。なお、使用後は、スイッチ部で、電力供給元として外部の交流電源側にスイッチを切り替えて、充電器から充電池を充電できる。
【００３２】
また、本発明に係るポリウレタンフォームの製造装置によれば、第１次配管と第２次配管との間に第３次配管を設けると共に、第１次配管の終端側と第３次配管の始端側との間に接続され、第１次配管から第３次配管への液化二酸化炭素の流量を調整して、第３次配管内が、第１圧力以下の低圧であって、第２圧力以上の高圧である第３圧力を呈するように制御する圧力制御手段を備える。これによって、第３次配管を、液化二酸化炭素容器の充填量によって変化する第１圧力の圧力バッファとして機能させることができ、第３次配管内を第１圧力以下の低圧であって、第２圧力以上の高圧である第３圧力に制御できる。そのため、液化二酸化炭素容器の充填量にかかわらず第２次配管に流れる液化二酸化炭素の流量を一定に保つことができる。したがって、液化二酸化炭素と通常Ｂ液側に添加される発泡剤としての水の量が安定し、バランスのとれた発泡状態や発泡倍率を示すことができ、安定的にポリウレタンフォームが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置の他の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置のさらに他の構成を模式的に示す図である。
【図４】液化二酸化炭素容器の構成を示す図である。
【図５】液化二酸化炭素容器の加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図６】二酸化炭素の状態図である。
【図７】図１のポリウレタンフォーム製造装置を用いたポリウレタンフォームの製造工程を示す流れ図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置の他の構成を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置のさらに他の構成を模式的に示す図である。
【図１１】第３次配管による圧力制御方法のフローチャートである。
【図１２】液化二酸化炭素容器の充填量の違いによる温度−圧力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態に係るポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００３５】
実施の形態１
＜ポリウレタンフォーム製造装置＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置１の構成を模式的に示す図である。図１に示した実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置１は、ポリオール成分に液化二酸化炭素が供給される場合を示している。このポリウレタンフォーム製造装置１では、液化二酸化炭素容器２０内に貯留されている液化二酸化炭素１００（図４参照）を混合した成分液と、イソシアネート成分とを加温機３及びホースヒータ４を用いて加温しながら搬送し、スプレーガン５内で混合して吐出する。なお、加温機３は、図２の別例に示すように２つの加温機３ａ，３ｂで構成され、それぞれの液体を独立して加温するように構成されていてもよい。また、ホースヒータ４は、図３の別例に示すように２つのホースヒータ４ａ，４ｂで構成され、それぞれの液体を独立して加温するように構成されていてもよい。
【００３６】
このポリウレタンフォーム製造装置１は、図１に示すように、液化二酸化炭素容器２０と、ポリオールを主成分とするＢ液を貯留するポリオール成分貯蔵容器３０と、ポリイソシアネートを主成分とするＡ液を貯留するポリイソシアネート成分貯蔵容器４０とを備える。また、ポリウレタンフォーム製造装置１は、液化二酸化炭素を搬送する第１次配管Ｌ１１、第２次配管Ｌｌ２（後述するように逆止弁２９より上流側をＬ１２ａ、下流側をＬ１２ｂとする。）、Ｂ液を搬送するＢ液用配管Ｌ１３，Ａ液を搬送するＡ液用配管Ｌ１４が、吐出装置２に連通する構成を有する。
【００３７】
液化二酸化炭素を搬送する第１次配管Ｌ１１の始端は、液化二酸化炭素容器２０のコネクタ２２に接続されている。第１次配管Ｌ１１の途中にはフィルタ２３，ブローバルブ２４及び第１次配管Ｌ１１内の圧力を測定する第１圧力計２５が設けられている。また、第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２との境界部分に開閉弁２６を備え、開閉弁２６及びニードルバルブ２７で構成される流量調整機構１５を介して第２次配管Ｌ１５に連結されている。第２次配管Ｌ１２には、第２次配管Ｌ１２内の圧力を測定する第２圧力計２８，逆止弁２９が設けられており、Ｂ液用配管Ｌ１３に設けられている混合器３２に接続されている。
【００３８】
Ｂ液用配管Ｌ１３は、Ｂ液用ポンプ３１と混合器３２を備え、吐出装置２のスプレーガン５に連通する。また、Ａ液用配管Ｌ１４は、Ａ液用ポンプ４１を備え、吐出装置２のスプレーガン５に連通する。スプレーガン５は、Ａ液用配管Ｌ１４とＢ液用配管Ｌ１３によって給送されたＡ液及び液化二酸化炭素と混合したＢ液を混合させ、吐出口から吐出する。なお、Ａ液用配管Ｌ１４とＢ液用配管Ｌ１３には、加温機３及びホースヒータ４が設けられており、給送される液を加熱して温度を一定に保つことで反応条件を安定化させることができ、また、スプレーガン５からの吐出時の反応性を高めることができるように構成されている。
【００３９】
なお、図１の例では、液化二酸化炭素はＢ液に混合するように構成されているが、図２に示すように、Ａ液に混合するように構成されていてもよい。この場合は、Ａ液用配管Ｌ１４に混合器４２が設けられることとなる。また、図３に示すように、Ａ液及びＢ液の双方に混合するように構成されていてもよい。この場合は、第２次配管Ｌ１２を分岐させ、それぞれ、Ａ液用配管Ｌ１４に設けられた混合器４２とＢ液用配管Ｌ１３に設けられた混合器３２に連結するようにすればよい。
【００４０】
液化二酸化炭素容器２０は、図４に示すように、内部にサイホン管Ｌ２０が設けられたサイホン管つきの容器である。なお、容器は特に限定されるものではなく、一般に提供されているものを用いることができる。例えば、耐圧性が高く、断熱がされていない小型のガスボンベなどの容器を液化二酸化炭素容器２０として用いてもよい。
【００４１】
また、液化二酸化炭素容器２０には、図４に示すように、当該容器２０を加温するヒータ２１が設けられている。ヒータ２１は、液化二酸化炭素容器２０内に貯留されている液化二酸化炭素を加温して、液化二酸化炭素容器２０内部の圧力を吐出圧力以上の高圧の第１圧力に設定するためのものである。
【００４２】
図５は、ヒータ２１と、加温制御部６０の構成を示すブロック図である。
ヒータ２１には、例えば、電気ヒータ、スチームヒータ、温水槽を用いることができる。
加温制御部６０は、充電池６１、インバータ６２、タイマー６３、スイッチ部６４、充電器６５、温度コントローラ６６を含む。充電池６１は、通常使用できる充電池であればよい。例えば、直流２４Ｖの充電池を用いることができる。また、インバータ６２によって、充電池６１から出力される直流を交流に変換する。タイマー６３によって、充電池６１から出力され、変換された交流を、ヒータ２１に通電する開始時間及び終了時間を設定する。スイッチ部６４によって、ヒータ２１に通電する電力の供給元を充電池６１と外部電源との間で切り替える。充電器６５によって、充電池６１を外部交流電源からの交流で充電する。温度コントローラ６６によって、ヒータを温度制御する。
【００４３】
ヒータ２１によって液化二酸化炭素容器２０を加熱して、液化二酸化炭素容器２０の内部圧力が、約５ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲、好ましくは約７ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲、さらに好ましくは７ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲となるようにする。以下、液化二酸化炭素容器２０を加熱して上記範囲に設定された内部圧力を第１圧力と記載する。なお、通常市販されているガスボンベは、温度条件によって異なるが、内部圧力が３ＭＰａ〜７ＭＰａ程度であり、冬期には上記第１圧力に満たないため、加熱を行って内部圧力が上記範囲内に入るように圧力調整を行う。図１２は、液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素の充填量の違いによる温度−圧力の関係を表すグラフである。それぞれのラインは、充填量３０ｋｇ（１）、充填量２６．８ｋｇ（２）、充填量２３．６ｋｇ（３）、充填量２０．１ｋｇ（４）の各場合を表している。なお、液化二酸化炭素容器２０内は加熱されているので、貯留されている液体を大量に抜き取らない限り上記第１圧力にまで到達しないという現象は起こらない。すなわち、サイホン管付き容器は、液体の液化二酸化炭素を抜き取るので圧力低下が起こりにくい構造であり、約４０℃程度までに加熱しておけば、内部圧力を第１圧力とすることができる。
【００４４】
上記ヒータ２１と、加温制御部６０によって、交流電源が使用できない搬送中にも液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して、吐出圧力より高圧の第１圧力に設定できる。具体的には、ポリウレタンフォーム製造装置の搬送中に液化二酸化炭素容器２０をあらかじめ加温する場合には、スイッチ部６４で電力供給元として、充電池６１側にスイッチを入れて、ヒータ２１への通電の開始時間と終了時間とを設定する。これによって、交流電源が使用できない搬送中においても、充電池６１からヒータ２１に電力が供給されて所定時間の間にわたって液化二酸化炭素容器２０を所定温度に加温でき、吐出圧力以上の高圧の第１圧力に設定できる。なお、使用後は、スイッチ部６４で、電力供給元として外部の交流電源側にスイッチを切り替えて、充電器６５から充電池６１を充電できる。
【００４５】
なお、第１圧力を上記のような値に設定しているのは、液化二酸化炭素容器２０及び第１次配管Ｌ１１内の二酸化炭素が気化しないようにするためである。また、第１圧力は、温度条件によっては臨界圧（７．３８２ＭＰａ（ａｂｓ：絶対圧力表記））近傍もしくは臨界圧以上に設定する。
【００４６】
第１次配管Ｌ１１は、例えば、直径６ｍｍのステンレス製の管で構成されており、液化二酸化炭素容器２０から供給された液化二酸化炭素を、第１圧力を維持したまま給送する。第１次配管Ｌ１１に設けられているフィルタ２３は、第１次配管Ｌ１１内の異物を取り除くためのものであり、下流側の供給経路が狭く構成されているニードルバルブ２７などに異物がつまることを防止する。第１圧力計２５によって、第１次配管Ｌ１１内の圧力、すなわち、液化二酸化炭素容器２０の内部圧力を検出する。この第１圧力計２５による検出値に基づいて、加熱部材２１を制御することができる。
【００４７】
第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２との間には、開閉弁２６が設けられており、この開閉弁２６が第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２との境界となっている。また、第２次配管Ｌ１２には、ニードルバルブ２７と第２圧力計２８とが設けられており、開閉弁２６とニードルバルブ２７とによって流量調整機構１５を構成している。開閉弁２６は、第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２を連結する部材であり、後述する制御部１０によって電気的に開閉制御される。開閉弁２６は、開閉弁２６の上流側である１次圧力系と下流側である２次圧力系の圧力調整の機能を兼ねている。すなわち、開閉弁２６の両端側に連結される第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２内の圧力は異なる。
【００４８】
第２次配管Ｌ１２に設けられたニードルバルブ２７は、第１次配管Ｌ１１から第２次配管Ｌ１２に送り込まれる液化二酸化炭素の流量を調整するものであり、外気温やポリウレタンフォームの発泡の程度などの装置の使用環境に応じて、第２次配管Ｌ１２を給送する液化二酸化炭素の量を調整する。なお、ニードルバルブ２７の絞り量の調整は、手動で行うこともできるが、電気的に制御してもよい。
【００４９】
第２次配管Ｌ１２に設けられている逆止弁２９は、混合器３１と連通するＢ液用配管Ｌ１３内のＢ液が第２次配管Ｌ１２内に流入しないように、液化二酸化炭素の流動方向を規制する。
【００５０】
第２次配管Ｌ１２ｂは、第１次配管Ｌ１１よりも断面積が小さい細径のものが用いられており、本実施の形態では、例えば、直径３ｍｍのステンレス製の管で構成されている。すなわち、ニードルバルブ２７の上流側と下流側において、液化二酸化炭素の流量が異なるため、第２次配管Ｌ１２ｂを細径にして、圧力の低下を少なくすることができる。第２次配管Ｌ１２は、給送される液化二酸化炭素の流量が少なくなるため、第１次配管Ｌ１１内の第１圧力より低圧の第２圧力の状態となる。第２圧力の具体的数値としては、４ＭＰａ〜７ＭＰａの範囲、好ましくは５ＭＰａ〜６ＭＰａの範囲であり、吐出装置のスプレーガン５の吐出圧力（停止時）とほぼ同じ圧力であることが好ましい。
【００５１】
Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４は、それぞれポンプ３１，４１で加圧された圧力でＢ液及びＡ液をスプレーガン５へ給送する。
【００５２】
Ａ液の主成分であるポリイソシアネートとしては、例えば、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネート、また、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート又は脂環族ジイソシアネートのイソシアネート基の一部をウレタン及び／又はウレアに変性したものを用いてもよく、イソシアネート基の一部をビュウレット、アロファネート、カルボジイミド、オキサジリドン、アシド、イミド等に変性したものを用いてもよい。
【００５３】
Ｂ液の主成分であるポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、３−メチル−１、５−ペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、シュークローズ、グルコース、フラクトースソルビトール、メチルグリコキシド等の活性水素を有する化合物のうち少なくとも１種が挙げられる。また、例えば、上記の他の活性水素を有する化合物としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ジエチレントリアミン、トルエンジアミン、メタフェニレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、キシリレンジアミン等のようなアミンのうちの少なくとも１種が挙げられる。
【００５４】
さらに、活性水素基含有化合物としてポリエーテルポリオールを使用してもよく、ポリエーテルポリオールとしては、例えば、上記例示した活性水素化合物のうちの少なくとも一種を開始剤として、アルキレンオキサイド等のモノマーを公知の方法により付加重合することによって得られるものが挙げられる。なお、付加重合反応に使用するモノマーとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、グリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、ｔ−ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル等が挙げられる。
【００５５】
また、活性水素基含有化合物としてポリエステルポリオールを使用してもよく、ポリエステルポリオールとしては、例えば、エチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１、５−ペンタンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、ビスフェノールＡのような少なくとも２つ以上のヒドロキシル基を有する化合物のうちの少なくとも１種と、例えば、アジピン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、ピメリン酸、セバシン酸、シュウ酸、フタル酸、テレフタル酸、アゼライン酸、トリメリット酸、グルタコン酸、α−ヒドロムコン酸、β−ジエチルサクシン酸、ヘミメリチン酸、１、４−シクロヘキサンジカルボン酸等のような少なくとも２つ以上のカルボキシル基を有する化合物のうちの少なくとも１種を使用し、公知の方法によって製造したものが挙げられる。
【００５６】
さらに、上記のポリエステルポリオールの他に、ポリアルキレンテレフタレートポリマーと低分子ジオールとのエステル交換により生成されるポリエステルポリオールも使用することができる。なお、低分子ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ブタンジオール、グリセロール、トリメチロールプロパン、シクロヘキサンジメタノール等が挙げられる。
【００５７】
ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物とのウレタン化反応を進行させるための触媒は特に限定されず、例えば公知の触媒を使用することができる。また、整泡剤も特に限定されるものではなく、例えば、ポリウレタンフォームの製造において使用されているものは全て利用できる。また、触媒、整泡剤、難燃剤等の添加剤は、通常Ｂ液側に混合される。なお、本発明のポリウレタンフォームには、ポリイソシアヌレートフォームも含まれる。
【００５８】
Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力、すなわち、スプレーガン５の吐出圧力は、ポンプ３１，４１により一定（４ＭＰａ〜６ＭＰａ）となるように制御されている。Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力は、ポンプの駆動により、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内をＢ液及びＡ液が脈動するため、圧力が変動するが、ポンプの停止時には、５ＭＰａ程度となるように構成されている。すなわち、ポンプ３１，４１は、油圧などの圧力調整機構５０により一定圧力で常時Ｂ液及びＡ液をポリオール成分貯蔵容器３０とポリイソシアネート成分貯蔵容器４０から給送するように構成されており、例えば、スプレーガン５を操作して、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の液が消費された場合、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の吐出圧力が低下するため、ポンプが駆動して吐出圧力を一定に調整する。
【００５９】
上記の通り、第２次配管Ｌ１２内の内部圧力は、開閉弁２６による液化二酸化炭素の給送及びニードルバルブ２７の開放度（絞り量）を調整することによって、第２次配管Ｌ１２への流量が少なくなる結果、第２圧力（吐出圧力と略同じ）に減圧されている。よって、第２次配管Ｌ１２、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の２次圧力系は、ポンプ３１，４１の動作によってＡ液及びＢ液の圧力を調整するとともに、開閉弁２６による開閉の切り換え及びニードルバルブ２７によって第１次配管Ｌ１１内の１次圧力系から供給される液化二酸化炭素の流量が調整され、液化二酸化炭素の圧力が調整される結果、２次圧力系の圧力をほぼ均一にすることができる。
【００６０】
具体的には、ポンプ３１，４１の動作と開閉弁２６の開閉の切り換えを連動させることにより、この液化二酸化炭素の流量の調整を自動化させることができ、本実施の形態に係るポリウレタンフォーム製造装置では、制御部１０によってこの調整を自動化する構成をとる。制御部１０の動作についての詳細は後述する。
【００６１】
なお、ポンプ３１、４１の脈動により、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力、すなわち、スプレーガン５の吐出圧力が一時的に第２次配管Ｌ１２内圧力よりも高くなる場合があり得るが、その場合のＢ液及び／又はＡ液の第２次配管Ｌ１２内への逆流は逆止弁２９により防止される。
【００６２】
（変形例）
なお、流量調整機構１５は、図２，図３に示すような変形例として構成することもできる。図２に示す例はニードルバルブ２７のみで流量調整機構１５を構成するものであり、制御部１０は、ニードルバルブ２７の開放度（絞り量）を調整する。すなわち、外気温などの運転条件に加え、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４の圧力に応じて動作するポンプ３１，４１の動作及び第２次配管Ｌ１２内の圧力の情報などに基づいて、ニードルバルブ２７の開放度を調整する。このとき、ニードルバルブ２７は、第１次配管Ｌ１１から第２次配管Ｌ１２間の液化二酸化炭素の流動を完全に停止できるような開閉機構を備えているものであることが好ましい。すなわち、ニードルバルブ２７を最も絞った状態で、液化二酸化炭素の供給を停止できない場合は、装置をスタンバイ状態で放置することにより、第２次配管Ｌ１２内へ液化二酸化炭素の供給が連続して行われることになる。その結果、第２次配管Ｌ１２内圧力が高くなりすぎ、ポリウレタンフォームを発泡させるには過剰な二酸化炭素が吐出装置２へ供給され、適正なポリウレタンフォームの製造を行うことが困難となる。
【００６３】
また、図３に示す変形例は、制御装置１０が開閉弁２６の開閉に加え、ニードルバルブ２７の開放度も調整する例である。上記のように、図１の例との相違は、ニードルバルブ２７の開放度は、外気温などの運転条件に応じて手動で設定することとなっているのに対し、図３の変形例では、この開放度を制御装置１０からの制御により自動化することである。
【００６４】
＜ポリウレタンフォーム製造方法＞
＜準備手順＞
次に、本実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造方法について説明する。まず、本実施の形態に係るポリウレタンフォーム製造装置を用いてポリウレタンフォームを製造する前に、行う準備手順について説明する。
【００６５】
事前準備として、液化二酸化炭素容器２０を所定温度に加温しておき、吐出圧力以上の第１圧力に設定する。図５に示すように、ヒータ２１と、加温制御部６０によって、交流電源が使用できない搬送中にも液化二酸化炭素容器２０をあらかじめ加温して、吐出圧力より高圧の第１圧力に設定できる。具体的には、ポリウレタンフォーム製造装置の搬送中に液化二酸化炭素容器２０をあらかじめ加温する場合には、スイッチ部６４で電力供給元として、充電池６１側にスイッチを入れて、施行時間から逆算して、ヒータ２１への通電の開始時間と終了時間とを設定する。これによって、交流電源が使用できない搬送中においても、充電池６１からヒータ２１に電力が供給されて所定時間の間にわたって液化二酸化炭素容器２０を所定温度に加温でき、吐出圧力以上の高圧の第１圧力に設定できる。
なお、使用後は、スイッチ部６４で、電力供給元として外部の交流電源側にスイッチを切り替えて、充電器６５から充電池６１を充電できる。
【００６６】
本実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置は、まず、原料である液化二酸化炭素容器２０，ポリオール成分貯蔵容器３０、ポリイソシアネート成分貯蔵容器４０を接続した後、配管Ｌ１３，Ｌ１４内にそれぞれＢ液及びＡ液を充填させる。
【００６７】
次いで、液化二酸化炭素を１次配管Ｌ１１内に充填させる。この動作は、開閉弁２６を閉じた状態で、液化二酸化炭素を第１次配管Ｌ１１内に給送するが、第１次配管には、空気などが存在しているため、一端を開放しなければ、液化二酸化炭素を充填することができない。そこで本実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置１では、第１次配管Ｌ１１にブローバルブ２４を設け、第１次配管Ｌ１１内に液化二酸化炭素を充填する。このため、ブローバルブ２４が設けられる位置は、第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１１との境界の開閉弁２６の上流側近傍であることが好ましい。
【００６８】
その後、加熱部材２１によって液化二酸化炭素容器２０を加熱し、第１次配管Ｌ１１内の圧力を上記７ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲に調整する。なお、加熱部材２１の温度制御は、たとえば、第１圧力計２５の出力値に基づいて、所定の第１圧力を維持するようにコンピュータ制御するように構成してもよい。
【００６９】
その後、第２次配管Ｌ１２の開閉弁２６とニードルバルブ２７を開放して第１次配管Ｌ１１から第２次配管Ｌ１２内に液化二酸化炭素を充填し、さらに、ニードルバルブ２７の開放度を調整する。第２次配管Ｌ１２内の圧力は、液化二酸化炭素の流量減少により自然に圧力が低下し、Ｂ液用配管Ｌ１３及びＡ液用配管Ｌ１４内の圧力（４ＭＰａ〜６ＭＰａ）とほぼ均衡する。ニードルバルブ２７の開放度は、例えば、ポリウレタンフォーム製造装置を使用する気温などにより調整すればよく、例えば、低温のときは液化二酸化炭素の流量を多くし、高温のときは流量を少なくするように調整することができる。第２次配管Ｌ１２内の圧力が所定圧に設定されると、開閉弁２６を閉じる。
【００７０】
なお、上記の通り第１圧力を７ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲に調整しているのは、二酸化炭素の相状態に基づいている。すなわち、二酸化炭素は、図５に示すような状態図を持ち、臨界点（７．３８２ＭＰａ（ａｂｓ）、３１．１℃）を有する。よって、この臨界圧力付近の高圧を維持している限り、二酸化炭素が気体となることがない。よって、第１圧力を７ＭＰａ〜１４ＭＰａとすることにより、第１次配管Ｌ１１内での温度が２０℃程度であれば、液体の状態を保つことができる。
【００７１】
また、一般に、吐出装置２の吐出圧力は、４ＭＰａ〜７ＭＰａ、好ましくは５ＭＰａ〜８ＭＰａ程度必要といわれており、第２圧力は、これよりも低く設定すると、Ｂ液用供給管に液化二酸化炭素を供給することができない。
【００７２】
＜ポリウレタンフォーム製造工程＞
上記準備工程が終了すると、ポリウレタンフォーム製造装置によりポリウレタンフォームの製造を行う。図７は、ポリウレタンフォーム製造工程のフローチャートである。
（ａ）具体的には、スプレーガン５を操作し、スプレーガン５からＡ液及びＢ液の混合液を吐出する。スプレーガン５からの吐出により、Ａ液用配管Ｌ１４及びＢ液用配管Ｌ１３内のＡ液及びＢ液及び第２次配管Ｌ１２内の液化二酸化炭素が消費され、これらの配管内すなわち、吐出圧力が低下する。吐出圧力が設定圧力（５ＭＰａ）よりも低くなる（＃１０）と、ポンプ３１，４１が駆動する（＃１１）。
（ｂ）Ａ液及びＢ液をＡ液用配管Ｌ１４及びＢ液用配管Ｌ１３内に給送する。また、ポンプ３１，４１には、スイッチが設けられており、ポンプが動作すると、制御部に信号が送られて、開閉弁２６の開閉切り換えを行う（＃２１）。
（ｃ）第２次配管Ｌ１２内に液化二酸化炭素が送り込まれる。このとき、ニードルバルブ２７によって液化二酸化炭素の流量が制限されて少なくなり、第２次配管Ｌ１２内が２次圧力に調整される（＃２２）。
【００７３】
ポンプ３１，４１の動作により、吐出圧力が所定の圧力になると（＃１２）、ポンプの動作が停止する（＃１３）。すると、制御部１０は、ポンプが停止したことを検知し、開閉弁２６を閉じる（＃２３）ように制御する。
【００７４】
このように、Ａ液及びＢ液の供給動作に応じて、開閉弁２６の開閉の切り換えを行うことにより、高圧側の１次圧力系から低圧側の２次圧力系に液化二酸化炭素が給送される。また、ニードルバルブ２７は、液化二酸化炭素の流量を調整して２次圧力系での圧力を低下させる、すなわち、流量調整機構１５は、１次圧力系と２次圧力系の隔壁としての役割を有するとともに、制御部１０からの制御によって適正な二酸化炭素の供給量の設定を行う機能を有する。
【００７５】
（効果）
以上説明したように、本実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置によれば、液化二酸化炭素容器を加熱して、第１圧力をスプレーガン５の吐出圧力に比べて高圧に設定する。具体的には、第１圧力を５ＭＰａ〜１４ＭＰａ、好ましくは７ＭＰａ〜１４ＭＰａの範囲と臨界圧以上に設定することにより、二酸化炭素容器を冷却することなく二酸化炭素の気化を防止して給送することができる。
【００７６】
さらに、第１次配管Ｌ１５から第２次配管Ｌ１２への液化二酸化炭素の流量を調整することによって、第１圧力から第２圧力にまで低下させることができる。そこで、第１次配管Ｌ１１から、第２次配管Ｌ１２を経由して吐出装置２に連通させて、第１次配管Ｌ１１の第１圧力、第２次配管Ｌ１２の第２圧力について、それぞれの配管の間に圧力差を設けてこの圧力差を搬送力とすることで、液化二酸化炭素の給送を、ポンプを用いることなく行うことができる。したがって、ポンプ使用に起因する二酸化炭素の気化の問題を避けることができる。
【００７７】
なお、図３に示すように、流量調整機構１５の具体的構成として、１つの開閉弁２６とニードルバルブ２７を組み合わせて構成した場合は、制御部１０からの制御信号を受けて、開閉弁２６の開閉と、ニードルバルブ２７の開放度の双方を制御する。
【００７８】
このように開閉弁２６とニードルバルブ２７を組み合わせることにより、開閉弁２６により容易に液化二酸化炭素の流通の切換を行うことができ、また、ニードルバルブ２７により、例えば、周囲の温度に合わせた開放度の調整を自動的に行うことができる。したがって、より容易にかつ高精度に２次圧力系への液化二酸化炭素の供給を行うことができる。
【００７９】
実施の形態２
図８は、本発明の実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置１の構成を模式的に示す図である。図９は、本発明の実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置の構成を模式的に示す図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置のさらに他の構成を模式的に示す図である。
【００８０】
実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置では、液化二酸化炭素容器２０ごとの液化二酸化炭素の充填量に依存して変化する液化二酸化炭素容器毎の第１圧力の変動分にかかわらず、第２次配管Ｌ１２に流れる液化二酸化炭素の流量を一定に保つことを課題にしている。
【００８１】
上記課題の背景について説明する。
吐出圧力（第２圧力）を、例えば７ＭＰａとする場合、図１２に示すように、液化二酸化炭素容器内の充填量２０．１ｋｇの場合（４）には、第１圧力と吐出圧力との圧力差は約２ＭＰａであり、液化二酸化炭素容器内の充填量３０ｋｇの場合（１）には、第１圧力と吐出圧力との圧力差は約６．２ＭＰａにもなる。第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２との間のニードルバルブの絞りを一定にして、圧力制御した場合、充填量２０．１ｋｇの場合と充填量３０ｋｇの場合とでは、第１圧力と第２圧力との圧力差に起因して第２次配管Ｌ１２に流れる液化二酸化炭素の流量が大きく異なる。この場合、ポリウレタンフォームの製造に際しては、液化二酸化炭素と共に発泡剤としての水も、通常併用されるが、液化二酸化炭素の流量が大きくなると、水と液化二酸化炭素により発泡過多となり、正常なポリウレタンフォームが得られなくなるという問題が発生し、また、逆に液化二酸化炭素の流量が少なすぎる場合、水だけでの発泡では所望の発泡倍率が得られなくなり、原料の使用量が大幅に増加してしまうという問題が発生することが考えられる。
【００８２】
実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置は、実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造装置と比較すると、このポリウレタンフォーム製造装置１では、液化二酸化炭素容器内の第１圧力で液化二酸化炭素を搬送する第１次配管Ｌ１１と、終端側がＡ液又はＢ液に接続され、吐出圧力以上の第２圧力で液化二酸化炭素を搬送する第２次配管Ｌ１２との間に、第３次配管Ｌ１５を設けたことを特徴とする。この第３次配管Ｌ１５は、後述する圧力制御機構４５によって、液化二酸化炭素容器２０ごとの液化二酸化炭素の充填量に依存して変化する液化二酸化炭素容器毎の第１圧力の変動分を吸収する圧力バッファとして機能させることができる。このため、液化二酸化炭素容器２０内の液化二酸化炭素の充填量にかかわらず第２次配管Ｌ１２に流れる液化二酸化炭素の流量を一定に保つことができる。
【００８３】
また、このポリウレタンフォーム製造装置１では、第１次配管Ｌ１１と第３次配管Ｌ１５との境界部分に開閉弁４６を備え、開閉弁４６及びニードルバルブ４７で構成される圧力制御機構４５を介して第１配管Ｌ１１から第３次配管に連結されている。第３次配管Ｌ１５には、第３次配管Ｌ１５内の圧力を測定する第３圧力計４８が設けられている。また、第３次配管Ｌ１５と第２次配管Ｌ１２との境界部分に開閉弁２６を備え、開閉弁２６及びニードルバルブ２７で構成される流量調整機構１５を介して第２次配管Ｌ１５に連結されている。
【００８４】
第１次配管Ｌ１１と第３次配管Ｌ１５との間には、開閉弁４６が設けられており、この開閉弁４６が第１次配管Ｌ１１と第３次配管Ｌ１５との境界となっている。また、第３次配管Ｌ１５には、ニードルバルブ４７と第３圧力計４８とが設けられており、開閉弁４６とニードルバルブ４７と第３圧力計４８とによって圧力制御機構４５を構成している。
【００８５】
第３次配管Ｌ１５に設けられたニードルバルブ４７は、第１次配管Ｌ１１から第３次配管Ｌ１５に送り込まれる液化二酸化炭素の流量を調整するものである。このニードルバルブ４７によって、第３次配管Ｌ１５を給送する液化二酸化炭素の流量を調整して、第３次配管Ｌ１５内の圧力を制御することもできる。なお、ニードルバルブ４７の絞り量の調整は、手動で行うこともできるが、電気的に制御してもよい。
【００８６】
第３次配管Ｌ１５は、例えば直径６ｍｍのステンレス製の管で構成されている。第３次配管Ｌ１５は、給送される液化二酸化炭素の流量が少なくなるため、第１次配管Ｌ１１内の第１圧力より低圧の第３圧力の状態となる。また、第３圧力は、吐出装置のスプレーガン５の吐出圧力（停止時）以上の高圧とする。第３圧力の具体的数値としては、５ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲、好ましくは７ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲である。
【００８７】
図１１は、圧力制御機構４５によって第３次配管Ｌ１５内を第３圧力について所定幅の設定圧力の範囲に制御する圧力制御方法のフローチャートである。
（ａ）まず、電源を入れる。最初、開閉弁４６を開放状態にする（Ｓ０１）。これによって第１次配管Ｌ１１から第３次配管Ｌ１５内に液化二酸化炭素が流れ込んできて、第３次配管Ｌ１５内の圧力が上昇する。
（ｂ）第３圧力計４８で計測した第３次配管Ｌ１５内の圧力と、あらかじめ設定した第３圧力に対して所定幅の設定圧力の下限以上であるか、比較する（Ｓ０２）。下限以下の場合には、液化二酸化炭素の流量が十分でない場合と思われるので、ステップＳ０１に戻る。一方、計測した圧力が設定圧力の下限以上の場合には、ステップＳ０３に進む。
（ｃ）第３圧力計４８で計測した第３次配管Ｌ１５内の圧力と、あらかじめ設定した第３圧力に対して所定幅の設定圧力の上限を超えたか、比較する（Ｓ０３）。設定圧力の上限を超えた場合には、開閉弁４６を閉止する（Ｓ０４）。設定圧力の上限以下の場合には、ステップＳ０２へ戻る。
（ｄ）開閉弁閉止後、終了か否か判断する（Ｓ０５）。終了の場合には、電源を切って終了する。一方、終了でない場合には、ステップＳ０３に戻って、設定圧力の上限を超えたままか比較する。
以上のステップを繰り返すことによって、あらかじめ設定した第３圧力に対して所定幅の設定圧力の範囲内に圧力制御することができる。これによって、図８に示すように、液化二酸化炭素容器内の液化二酸化炭素の充填量に依存して、容器毎の第１圧力が異なる場合にも、第３次配管内の第３圧力を第１圧力以下の低圧であって、設定圧力の範囲で圧力制御することができる。そこで、第１次配管Ｌ１１の第１圧力の大きな変動分に対する圧力バッファとして機能させることができる。このため、充填量にかかわらず第２次配管に流れる液化二酸化炭素の流量を一定に保つことができる。
【００８８】
なお、設定圧力の幅が広くなると圧力制御の精度は粗くなり、設定圧力の幅が狭いほど圧力制御の精度は向上する。なお、開閉弁４６は、直線運動型閉止部品からなる調整弁を備えるのが好ましい。すなわち、直線運動型閉止部品からなる調整弁によって給送される液化二酸化炭素の給送及び停止を制御する構成である。上記構成によって、回転形閉止部品、例えばボールバルブ等と比べて、開閉弁開閉の回数が多くなったとしても、耐久性を高く維持することができ、開閉弁の部品交換などの頻度を少なくすることができるためである。また、直線運動型閉止部品の中で、完全開放と完全閉止の２段階だけでなく、中間的な開放・閉止状態に制御可能な比例制御型弁を用いることもできる。すなわち、圧力計で計測した圧力が所定圧力を超える場合に前記開閉弁を完全閉止又は閉止する方向（流量を少なくする方向）に制御し、また圧力計で計測した圧力が所定圧力より低い場合に前記開閉弁を完全開放又は開放する方向（流量を多くする方向）に制御する弁制御手段であるのが好ましい。この場合には、ニードルバルブ４７は不要となる。
【００８９】
＜ポリウレタンフォーム製造方法＞
＜事前準備＞
本実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造方法は、実施の形態１に係るポリウレタンフォーム製造方法と比較すると、事前準備の段階について、第３次配管Ｌ１５への液化二酸化炭素の充填工程を含む点で相違する。
【００９０】
第１次配管Ｌ１１へ液化二酸化炭素を充填した後、第２次配管Ｌ１２へ液化二酸化炭素を充填する工程に先立って、以下の、第３次配管Ｌ１５に液化二酸化炭素を充填する工程が行われる。つまり、第３次配管Ｌ１５の開閉弁４６とニードルバルブ４７を開放して第１配管Ｌ１１から第３次配管Ｌ１５内に液化二酸化炭素を充填する。この場合、圧力制御機構４５によって、上述の図６のフローチャートに従って、第３次配管Ｌ１５内の圧力を第３圧力について所定幅の設定圧力の範囲に制御する。
【００９１】
（効果）
さらに、本実施の形態２に係るポリウレタンフォーム製造装置では、第１次配管Ｌ１１と第２次配管Ｌ１２との間に第３次配管Ｌ１５を設けると共に、第１次配管Ｌ１１と第３次配管Ｌ１５との間には、開閉弁４６が設けられている。また、第３次配管Ｌ１５には、ニードルバルブ４７と第３圧力計４８とが設けられている。開閉弁４６とニードルバルブ４７と第３圧力計４８とで構成される圧力制御機構４５によって、液化二酸化炭素容器２０の充填量に応じて変化する第１圧力の変動分を吸収する圧力バッファとして、第３次配管Ｌ１５を機能させることができる。これによって、液化二酸化炭素容器２０の液化二酸化炭素の充填量にかかわらず、第３次配管Ｌ１５内をほぼ一定の第３圧力に制御できる。
【００９２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明に係るポリウレタンフォーム製造装置及びポリウレタンフォーム製造方法は、交流電源が使用できない搬送中にも液化二酸化炭素容器をあらかじめ加温して、吐出圧力より高圧の第１圧力に設定できるので、現場での作業効率を向上させることができる。そのため、発泡剤として液体の二酸化炭素を使用して行うポリウレタンフォームの発泡に好適なポリウレタンフォーム製造装置として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ポリウレタンフォーム製造装置
２  吐出装置
３  加温機
４  ホースヒータ
５  プレーガン
１０  制御部
２０  液化二酸化炭素容器
２１  加熱部材
２２  コネクタ
２３  フィルタ
２４  ブローバルブ
２５  第１圧力計
２６  開閉弁
２７  ニードルバルブ
２８  第２圧力計
２９  逆止弁
３０  ポリオール成分貯蔵容器
３１  Ｂ液用ポンプ
３２，４２  混合器
４０  ポリイソシアネート成分貯蔵容器
４１  Ａ液用ポンプ
４５  圧力制御機構
４６  開閉弁
４７  ニードルバルブ
４８  第３圧力計
６０  加温手段
６１  充電池
６２  インバータ
６３  タイマー
６４  スイッチ部
６５  充電器
６６  温度コントローラ
Ｌ１１  第１次配管
Ｌ１２，Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂ  第２次配管
Ｌ１３  Ｂ液用配管
Ｌ１４  Ａ液用配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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