(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
収容空間を有する凝縮容器と、
前記収容空間に連結された気体状態の二酸化炭素の供給源と、
前記凝縮容器に連結されたノズルモジュールと、を有し、前記気体状態の二酸化炭素が前記収容空間内で液体二酸化炭素に変換される二酸化炭素供給装置であって、
前記ノズルモジュールは、
前記収容空間に連結され、第１の流路を有する噴射ユニットと、
該噴射ユニットに連結され、該第１の流路と連通し、大きさが該第１の流路の大きさより大きい第２の流路を有する熱隔離ユニットと、
を有しており、
前記液体二酸化炭素は、固体状態の二酸化炭素と気体状態の二酸化炭素とに変換されるように前記第１の流路を通って前記第２の流路に入る、二酸化炭素供給装置。
【請求項２】
前記凝縮容器はハウジングと冷却物質とをさらに有し、該ハウジングは前記収容空間を封入し、該冷却物質は前記ハウジングと前記収容空間との間に配置される、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項３】
前記冷却物質は水である請求項２に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項４】
前記気体状態の二酸化炭素の供給源は、二酸化炭素スチールボンベまたは二酸化炭素貯蔵タンクである、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項５】
前記凝縮容器と前記気体状態の二酸化炭素の供給源との間に配置された圧力検出ユニットをさらに有する、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項６】
前記凝縮容器と前記気体状態の二酸化炭素の供給源とを連結する第１の連結ユニットをさらに有する、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項７】
前記第１の連結ユニットは高圧導管である請求項６に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項８】
前記噴射ユニットは前記第１の流路に配置されたオリフィス構造体を有する、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項９】
前記オリフィス構造体はオリフィスプレートである請求項８に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１０】
前記オリフィス構造体のオリフィスの大きさは０．０３ｍｍ２から０．４ｍｍ２である、請求項９に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１１】
前記ノズルモジュールは、前記噴射ユニットと前記凝縮容器との間に配置された電磁弁をさらに有する、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１２】
前記ノズルモジュールは、前記電磁弁に電気的に接続された制御装置をさらに有する、請求項１１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１３】
前記凝縮容器と、前記電磁弁と、前記制御装置とを連結する第２の連結ユニットをさらに有する、請求項１２に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１４】
前記第２の連結ユニットは高圧導管である請求項１３に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１５】
前記熱隔離ユニットは熱隔離材と断熱材とを有し、該断熱材は前記熱隔離材の外面に配置される、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１６】
前記熱隔離材はポリテトラフルオロエチレン材である請求項１５に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１７】
前記断熱材は発泡材である請求項１５に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１８】
前記二酸化炭素供給装置は、前記ノズルモジュールの前記熱隔離ユニットによって溶解炉に連結され、前記溶解炉は、金属／合金の溶解物を収容し、前記固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素は、前記第２の流路を通って、前記溶解炉へ吹き付けられ前記金属／合金溶解物を保護する、請求項１に記載の二酸化炭素供給装置。
【請求項１９】
前記溶解炉内に挿入される熱電対をさらに有し、前記熱電対は、第１の熱電対と第２の熱電対とを備え、前記第１の熱電対は前記金属／合金溶解物と接触し、前記第２の熱電対は前記金属／合金溶解物上に配置されて前記金属／合金溶解物と接触せず、それぞれ、前記金属／合金溶解物の温度および前記溶解炉の内部の気体の温度を測定する、請求項１８に記載の二酸化炭素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化炭素供給装置に関し、より詳細には二酸化炭素の相変化を引き起こすことができる二酸化炭素供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の液体二酸化炭素供給装置の概略図である。従来の液体二酸化炭素供給装置１は、１つの二酸化炭素スチールボンベ１１と、液体二酸化炭素１２と、吐出管１３とを有する。二酸化炭素スチールボンベ１１は、液体二酸化炭素１２を収容している。二酸化炭素スチールボンベ１１は、取り出し口１１１を持つ。吐出管１３の一方の端部は取り出し口１１１に連結され、他方の端部は液体二酸化炭素１２に浸されている。液体二酸化炭素１２は、二酸化炭素スチールボンベ１１内部の圧力によって押し上げられ、吐出管１３を通り、取り出し口１１１から取り出されて使用される。
【０００３】
しかしながら、二酸化炭素スチールボンベ１１中の液体二酸化炭素１２が使い切られてしまうと、二酸化炭素スチールボンベ１１中の液体二酸化炭素１２から変換された気体状態の二酸化炭素の量は不十分となるので、二酸化炭素スチールボンベ１１内部の圧力は不安定になる。つまり、液体二酸化炭素１２の液面が吐出管１３より低くなって初めて液体二酸化炭素１２が使い切られたことに気づくため、液体二酸化炭素供給装置１の取り替えが遅れてしまう。したがって、二酸化炭素スチールボンベ１１中の液体二酸化炭素１２から変換された気体状態の二酸化炭素は、吐出管１３を直接通って取り出し口１１１から取り出されるが、このことは液体二酸化炭素１２の供給動作に影響を与える。
【０００４】
従来の液体二酸化炭素供給装置１は圧力が不安定になる問題があるため、液体二酸化炭素供給装置１の取り替えが遅れ、二酸化炭素の浪費および二酸化炭素使用量の増加を招いていた。それゆえ、製造コストが増加し、温室効果が悪化することになる。
【０００５】
したがって、前述問題を解決する二酸化炭素供給装置を提供する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、凝縮容器と気体状態の二酸化炭素の供給源とを有する二酸化炭素供給装置を提供することである。該凝縮容器は収容空間を有する。該気体状態の二酸化炭素の供給源は収容空間に連結され、気体状態の二酸化炭素は収容空間内で液体二酸化炭素に変換される。
【０００７】
本発明の凝縮容器は気体状態の二酸化炭素を液体二酸化炭素に変換し、該凝縮容器の収容空間に収容された二酸化炭素の液体状態を確保するものである。したがって、安定した圧力および安定した流量を有する液体二酸化炭素をノズルモジュールに供給して、ノズルモジュールによって大量の固体状態および気体状態の二酸化炭素を発生させ、鋳造中の金属／合金の溶解物を保護することができる。それによって二酸化炭素の使用量は低減され、その結果温室効果は緩和され、製造コストは低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図２に、本発明の第１の実施形態による二酸化炭素供給装置の概略図を示す。第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２は、凝縮容器２１と、気体状態の二酸化炭素の供給源２２とを有する。該凝縮容器２１は収容空間２１１を有する。本実施形態において、凝縮容器２１は、ハウジング２１２と冷却物質２１３とを有する。ハウジング２１２は収容空間２１１を封入している。冷却物質２１３は、ハウジング２１２と収容空間２１１との間に配置されている。冷却物質２１３は繰り返し再利用することができる。冷却物質２１３は水であることが好ましい。
【０００９】
気体状態の二酸化炭素の供給源２２は収容空間２１１に連結され、気体状態の二酸化炭素は該収容空間２１１内で液体二酸化炭素に変換される。好ましくは、気体状態の二酸化炭素の供給源２２は、二酸化炭素スチールボンベまたは二酸化炭素貯蔵タンクである。本実施形態において、第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２は、凝縮容器２１と気体状態の二酸化炭素の供給源２２とを連結する、第１の連結ユニット２３をさらに有する。第１の連結ユニット２３は高圧導管であるのが好ましい。また、第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２は、凝縮容器２１と気体状態の二酸化炭素の供給源２２との間に配置された圧力検出ユニット２４をさらに有する。圧力検出ユニット２４は気体状態の二酸化炭素の供給源２２の圧力を感知し、第１の連結ユニット２３によって、凝縮容器２１および気体状態の二酸化炭素の供給源２２にそれぞれ連結されている。
【００１０】
本発明の凝縮容器２１は、気体状態の二酸化炭素を液体二酸化炭素に変換して、凝縮容器２１の収容空間２１１に収容された二酸化炭素の液体状態を確保し、それによって、安定した圧力および安定した流量を有する液体二酸化炭素を供給する。さらに、気体状態の二酸化炭素の供給源２２の圧力は、気体状態の二酸化炭素の供給源２２を取り替える基準として役立つように、圧力検出ユニット２４によって感知することができる（すなわち、気体状態の二酸化炭素の使用量）。
【００１１】
図３に、本発明の第２の実施形態による二酸化炭素供給装置の概略図を示す。図２および図３では、第２の実施形態の二酸化炭素供給装置３は、第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２とノズルモジュール４とを有する。第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２は、第１の実施形態で詳細に説明しているので、ここでは説明を繰り返さない。
【００１２】
ノズルモジュール４は、第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２に連結されている。ノズルモジュール４は、噴射ユニット４１と熱隔離ユニット４２とを有する。噴射ユニット４１は収容空間２１１に連結されており、第１の流路４１１を有している。熱隔離ユニット４２は噴射ユニット４１に連結されており、第２の流路４２１を有している。第２の流路４２１は、第１の流路４１１と連通している。第２の流路４２１の大きさは、第１の流路４１１の大きさより大きいことが好ましい。
【００１３】
本実施形態において、熱隔離ユニット４２は、熱隔離材４２２と断熱材４２３とを有する。断熱材４２３は、熱隔離材４２２の外面に配置されている。熱隔離材４２２はＴＥＦＬＯＮ（テフロン）材であり、断熱材４２３は発泡材であることが好ましい。液体二酸化炭素が噴射ユニット４１の第１の流路４１１を通って第２の流路４２１に入ると、液体二酸化炭素は固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素に変換される。
【００１４】
本実施形態において、噴射ユニット４１は、第１の流路４１１に配置されたオリフィス構造体４１２（例えば、オリフィスプレート）を有している。オリフィス構造体４１２のオリフィスの大きさは、０．０３ｍｍ２から０．４ｍｍ２であることが好ましい。
【００１５】
好ましくは、ノズルモジュール４は、液体二酸化炭素の噴射ユニット４１への流入の可否を制御する、噴射ユニット４１と凝縮容器２１との間に配置された電磁弁４３をさらに備えることができる。さらに、ノズルモジュール４は、噴射ユニット４１に入る液体二酸化炭素の流量を調節、制御する、電磁弁４３に電気的に接続された制御装置４４も備えることができる。本実施形態において、凝縮容器２１と電磁弁４３とが第２の連結ユニット４５によって連結されているが、他の用途では、凝縮容器２１、電磁弁４３、および噴射ユニット４１が第２の連結ユニット４５によって連結されている。第２の連結ユニット４５は高圧導管であることが好ましい。
【００１６】
本発明の凝縮容器２１は、気体状態の二酸化炭素を液体二酸化炭素に変換して、凝縮容器２１に収容された二酸化炭素の液体状態を確保し、それによって安定した圧力および安定した流量を有する液体二酸化炭素を供給している。第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２によって供給される安定した圧力および安定した流量を有する液体二酸化炭素が噴射ユニット４１に入る流量を、制御装置４４によって調節、制御することにより、液体二酸化炭素はその後第２の流路４２１へ噴射され、大量の固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素を発生させる。それによって二酸化炭素の使用量は低減され、その結果温室効果は緩和され、製造コストは低減される。
【００１７】
図４は、金属／合金の溶解工程において、本発明の第２の実施形態による二酸化炭素供給装置３を適用した概略図である。なお、本発明の第２の実施形態による二酸化炭素供給装置３は、金属／合金溶解の分野への適用に限定されるものではなく、二酸化炭素を必要とする他のいかなる分野にも適用できることに留意されたい。
【００１８】
図２から図４に示された本実施形態において、第２の実施形態の二酸化炭素供給装置３は、金属／合金の溶解物を保護している溶解炉５に連結されている。第２の実施形態の二酸化炭素供給装置３は、ノズルモジュール４の熱隔離ユニット４２によって溶解炉５に連結されている。溶解炉５は、金属／合金の溶解物６（例えば、マグネシウム合金）を収容している。
【００１９】
第１の実施形態の二酸化炭素供給装置２の凝縮容器２１は、気体状態の二酸化炭素を液体二酸化炭素に変換し、安定した圧力および安定した流量を有する液体二酸化炭素をノズルモジュール４に供給する。ノズルモジュール４の噴射ユニット４１は、その後第２の流路４２１へ安定した圧力および安定した流量を有する液体二酸化炭素を噴射し、大量の固体状態および気体状態の二酸化炭素を発生させる。固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素は、第２の流路４２１を通って、溶解炉５へ吹き付けられ金属／合金溶解物６を保護する。固体状態の二酸化炭素は、高温の金属／合金溶解物６の表面に接触すると、急速な熱吸収能力（５７３ＫＪ／ｋｇ）を利用して金属／合金溶解物６の表面温度を低下させ、金属／合金溶解物６の酸化速度を減少させるように、気体に昇華される。
【００２０】
本実施形態では、熱電対７を溶解炉の中にさらに挿入することができる。熱電対７は、データ処理装置８（例えば、コンピュータ）に接続されていることが好ましい。熱電対７は、第１の熱電対７１と第２の熱電対７２とを備えている。第１の熱電対７１は金属／合金溶解物６と接触し、第２の熱電対７２は金属／合金溶解物６上に配置されて金属／合金溶解物６と接触せず、それぞれ、金属／合金溶解物６の温度および溶解炉５内部の気体の温度を測定する。
【００２１】
なお、金属／合金の溶解に必要な保護条件に対して、固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素の吹き付け量を調節し（例えば、固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素を連続的に吹き付けるか、または固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素をパルスによって不連続的に吹き付ける）、その結果、溶解炉５中の酸素ガス濃度を急速に低下させて金属／合金溶解物６を外気から隔離し、金属／合金溶解物６が燃焼するのを防いで保護の目的を達成することができることに留意されたい。
【００２２】
さらに、ノズルモジュール４は、熱隔離ユニット４２によって溶解炉５に連結されているため、溶解炉５によって発生した高温はノズルモジュール４には伝導しないので、固体状態の二酸化炭素および気体状態の二酸化炭素を発生するノズルモジュール４の効率は低下しない。また、制御装置４４を使用して噴射ユニット４１に入る液体二酸化炭素の流量を調節、制御し、それにより二酸化炭素の使用量を削減することができ、その結果、温室効果は緩和され、製造コストは低減される。
【００２３】
本発明の実施形態を例証し説明したが、当業者は、種々の変更および改良をすることができるであろう。したがって、本発明の実施形態は例証として説明したものであり、本発明を限定する意味で説明したものではない。本発明は例証したような特定の形態に限定されるものではなく、本発明の精神および範囲を維持する変更はすべて添付の請求項に定義される範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の液体二酸化炭素供給装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による、二酸化炭素供給装置の概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態による、二酸化炭素供給装置の概略図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による二酸化炭素供給装置、および金属／合金の溶解工程における、本発明の第２の実施形態による二酸化炭素供給装置の適用の概略図である。
【図１】
0004756025.tif 000002
【図２】
0004756025.tif 000003
【図３】
0004756025.tif 000004
【図４】
0004756025.tif 000005