JP7308508B2 - 洗浄液回収装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークを洗浄する際に該ワークの表面に付着し、該ワークを乾燥させる際に該表面から蒸発する洗浄液を回収する装置に関する。

従来より、ワークを蒸気洗浄した後、該ワークに付着した洗浄液を除去するために真空乾燥が行われている。蒸気洗浄・真空乾燥では、まず、ワークを密閉槽に収容し、真空ポンプにより密閉槽内を真空引きした後、洗浄液を加熱することによって生成された蒸気を密閉槽内に導入する。これにより、蒸気の一部がワークと熱交換して該ワークの表面で液化することで、ワークが洗浄される。その後、真空ポンプにより密閉槽内を急激に減圧することにより、ワークの表面に付着した洗浄液を突沸・気化させ、液化しなかった蒸気と共に密閉槽から排出する。これにより、ワークの表面から洗浄液が除去され、ワークの表面が乾燥する。なお、蒸気洗浄を行う前に、洗浄液に浸漬することによりワークの洗浄を行ってもよい。

洗浄液には通常、揮発性有機化合物（Volatile Organic Compounds：VOC）等、排出規制の対象となる成分が含まれているため、環境中（大気中）に排出される洗浄液の蒸気の量を規制値以下に抑えなければならない。また、洗浄液の蒸気を環境中に排出してしまうと、洗浄液のロスとなるうえに、洗浄液を補充する手間を要するため、洗浄のランニングコストが上昇する。そこで、従来より、密閉槽から蒸気として排出される洗浄液を回収する洗浄液回収装置が用いられている（例えば特許文献１）。この種の洗浄液回収装置では、真空ポンプの吸気側（密閉槽と真空ポンプの間）及び／又は排気側に凝縮器（冷却器）が設けられている。洗浄液の蒸気は、この凝縮器により液化されて回収され、再利用される。

特開平09-042832号公報

凝縮器では洗浄液の蒸気を全て液化させることは困難であり、蒸気の一部は洗浄液回収装置から環境中に排出される。環境への悪影響をより一層低下させると共に洗浄のランニングコストをさらに抑えるために、洗浄液回収装置で回収されずに排出される洗浄液の蒸気の量を低減することが求められる。

本発明が解決しようとする課題は、回収されずに排出される洗浄液の蒸気の量を低減することができる洗浄液回収装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る洗浄液回収装置は、
a) ワークを収容する密閉槽に吸気側が接続される真空ポンプと、
b) 前記真空ポンプの排気側に吸気側が接続された、気体を圧縮する圧縮機と、
c) 前記圧縮機の排気側に吸気側が接続された、前記気体を冷却することにより凝縮させる凝縮器と
を備えることを特徴とする。

本発明に係る洗浄液回収装置は、従来の洗浄液回収装置が有する真空ポンプ及び凝縮器に加えて、吸気側が真空ポンプの排気側に接続され排気側が凝縮器の吸気側に接続された圧縮機を有する。このような構成により、本発明に係る洗浄液回収装置は、洗浄液の蒸気を、真空ポンプにより密閉槽から排出し、圧縮機で圧縮したうえで、凝縮器で凝縮させる。ここで、洗浄液の蒸気を圧縮機で圧縮することにより、単位体積あたりの洗浄液の成分の量が増加する。そのため、圧縮された洗浄液の蒸気を凝縮器で冷却すると、圧縮することなく同じ温度に冷却した場合よりも、飽和蒸気量を上回る洗浄液の成分の量が増加し、液化する洗浄液の量が増加する。従って、本発明に係る洗浄液回収装置によれば、圧縮機の無い従来の洗浄液回収装置よりも、回収されずに排出される洗浄液の蒸気の量が低減される。

本発明に係る洗浄液回収装置はさらに、前記真空ポンプと前記圧縮機の間にバッファタンクを備えることが望ましい。これにより、洗浄液の蒸気を一定に近い圧力で圧縮機に供給することができ、圧縮機の動作を安定させることができる。

本発明に係る洗浄液回収装置はさらに、前記密閉槽と前記真空ポンプの間に、第２の凝縮器（以下、「第２凝縮器」とする）を備えていてもよい。これにより、第２凝縮器によってある程度の量の蒸気を除去したうえで、残りの蒸気を真空ポンプ及び圧縮機を介して凝縮器に供給することとなるため、凝縮器における凝縮の効率を高くすることができると共に、蒸気が真空ポンプ内で液化することを抑制することができる。

前記第２凝縮器を有する場合において、さらに、前記密閉槽と前記真空ポンプの間に設けられ前記第２凝縮器を通過することなく該密閉槽と該真空ポンプを接続するバイパス流路と、該第２凝縮器と該バイパス流路の間で気体が通過する流路を切り替える切替弁とを備えることができる。この構成によれば、洗浄液の蒸気を密閉槽から排出し始めた時点では蒸気が第２凝縮器を流れるように切替弁で流路を切り替えておくことで、凝縮器における凝縮の効率を高くすることができると共に、蒸気が真空ポンプ内で液化することを抑制することができる。一方、密閉槽からの蒸気の排出を開始してからある程度時間が経過すると、密閉槽内の蒸気の量が減少するため第２凝縮器を用いる必要が低下するうえに、第２凝縮器が排気抵抗の原因となるため、気体が通過する流路を切替弁でバイパス流路に切り替えることにより、第２凝縮器を介する場合よりも真空引きの効率を高くすることができる。

本発明に係る洗浄液回収装置により、回収されずに排出される洗浄液の蒸気の量を低減することができる。

本発明に係る洗浄液回収装置の一実施形態を示す概略構成図。

図１を用いて、本発明に係る洗浄液回収装置の一実施形態を説明する。

(1) 本実施形態の洗浄液回収装置の構成
本実施形態の洗浄液回収装置１０は、密閉槽２０に接続される装置であって、真空ポンプ１１、バッファタンク１２、圧縮機１３、凝縮器１４、第２凝縮器１５、バイパス流路１６、切替弁１７及び洗浄液回収槽１８を有する。

密閉槽２０は、蒸気洗浄・真空乾燥に用いられ、ワークを内部に密閉状態で収容すると共に、図示せぬ蒸気供給源から洗浄液の蒸気が内部に供給される（蒸気洗浄・真空乾燥槽、真空槽）ものである。密閉槽２０は真空ポンプ１１により、内部を真空引き（減圧）することができるようになっている。密閉槽２０の上面には蓋２１が設けられている。ワークを密閉槽２０内に搬入する時、及びワークを密閉槽２０から搬出する際には蓋２１を開放し、蒸気洗浄及び真空乾燥を行っている間は蓋２１を閉鎖することにより密閉槽２０内を密閉することができる。

真空ポンプ１１の吸気側は、第２凝縮器１５を通過する気体流路１９１、及びバイパス流路１６を介して密閉槽２０に接続されている。また、真空ポンプ１１の排気側は、気体流路１９２によってアフタークーラー１１１及びバッファタンク１２を介して圧縮機１３の吸気側に接続されている。ここでアフタークーラー１１１は、真空ポンプ１１に付属した、真空ポンプ１１から排出される気体を冷却する冷却器である。アフタークーラー１１１には、冷却された気体が液化した液体を回収するドレン口が設けられている。バイパス流路１６は、一方の端部が第２凝縮器１５よりも密閉槽２０側で気体流路１９１に接続され、他方の端部が第２凝縮器１５よりも真空ポンプ１１側で気体流路１９１に接続されている。切替弁１７は、気体流路１９１におけるバイパス流路１６との２つの接続箇所の間、及びバイパス流路１６中にそれぞれ設けられた開閉弁であり、真空ポンプ１１で吸引される密閉槽２０内の気体（洗浄液の蒸気）が、前者を開放し後者を閉鎖したときには第２凝縮器１５側に流れ、前者を閉鎖し後者を開放したときにはバイパス流路１６側に流れるようになっている。

バッファタンク１２は、前述のように真空ポンプ１１と圧縮機１３を接続する気体流路１９２中に設けられたタンクである。バッファタンク１２には、真空ポンプ１１で吸引されて該真空ポンプ１１の排気側から排気される気体が一時的に貯留される。バッファタンク１２は、真空ポンプ１１から排気される気体（洗浄液の蒸気）を一定に近い圧力で圧縮機１３に供給することで圧縮機１３の動作を安定させるために設けられている。

圧縮機１３は、吸気側が前述のように気体流路１９２によって真空ポンプ１１の排気側に接続され、排気側が気体流路１９３によって凝縮器１４の吸気側に接続されている。圧縮機１３は、真空ポンプ１１から排気された気体を所定の圧力に圧縮するものである。圧縮後の圧力は、凝縮器１４において洗浄液の蒸気をより確実に液化させるためには高い方が望ましいが、装置コストを勘案して適宜定めればよい。本実施形態では、圧縮後の圧力は0.6MPaである。

凝縮器１４は、吸気側が前述のように気体流路１９３によって圧縮機１３の排気側に接続され、排気側が大気に開放されている。凝縮器１４は、圧縮機１３から供給された気体を所定温度に冷却することにより、該気体、すなわち洗浄液の蒸気を液化させるものである。なお、洗浄液の蒸気の一部は前述のアフタークーラー１１１において液化するが、真空ポンプ１１が気体を圧縮する能力を有しないため、洗浄液の蒸気の大半はアフタークーラー１１１を通過して凝縮器１４で液化する。前記所定温度は、洗浄液の蒸気をより確実に液化させるためには低い方がよいが、、装置コストを勘案して適宜定めればよい。本実施形態では、前記所定温度は10℃である。

第２凝縮器１５は、切替弁１７によって密閉槽２０からの気体が通過するように流路が設定されているときに、当該気体を所定温度（凝縮器１４における所定温度とは無関係であるが、同じであってもよい）に冷却するものである。第２凝縮器１５の詳細な構成は、凝縮器１４と同様に、特に問わない。

真空ポンプ１１、バッファタンク１２、圧縮機１３、凝縮器１４及び第２凝縮器１５にはそれぞれ、各構成要素において液化した液体を洗浄液回収槽１８に送液して回収する送液管１９５が接続されている。送液管１９５中には、液体の逆流を防止する逆止弁が設けられている。洗浄液回収槽１８は、上記各構成要素から送液された液体である、密閉槽２０から排気された蒸気が液化した洗浄液を貯留するものである。洗浄液回収槽１８に貯留された洗浄液は、ワークを洗浄するために再使用することができる。

その他、洗浄液回収装置１０は、真空ポンプ１１、圧縮機１３、凝縮器１４、第２凝縮器１５及び切替弁１７の動作を制御する制御部（図示せず）を有する。

ここで、本実施形態に係る洗浄液回収装置１０における主要な構成要素の具体例を示す（もちろん、本発明はこの具体例には限定されない）。密閉槽２０には容量が140Lであるものを用いた。真空ポンプ１１には、単位時間あたりの吸気量が3.6m³/分であるものを用いた。バッファタンク１２には、容量が200Lであるものを用いた。圧縮機１３には、大気圧の気体を0.6MPa（約6気圧）に加圧するように圧縮するものを用いた。凝縮器１４には、気体を10℃に冷却するものを用いた。

(2) 本実施形態の洗浄液回収装置等の動作
次に、本実施形態の洗浄液回収装置１０の動作、及びその前段となる密閉槽２０における蒸気洗浄・真空乾燥の操作を説明する。

(2-1) 蒸気洗浄・真空乾燥の操作
まず、密閉槽２０の蓋２１を開放し、密閉槽２０内にワークを搬入する。この時点では、ワークは、予め洗浄液に浸漬することによって、ある程度洗浄されていてもよいし、さほど汚れていない場合には洗浄されていなくてもよい。次に、蓋２１を閉鎖することにより密閉槽２０内を密閉する。

次に、切替弁１７によって気体流路１９１側の流路を開放したうえで、真空ポンプ１１により、密閉槽２０内を真空引きする。このときには基本的に（真空ポンプ１１を除いて）洗浄液回収装置１０を作動させる必要はない。排気された気体はバッファタンク１２、圧縮機１３及び凝縮器１４を通過して外部に排出される。但し、予め洗浄液に浸漬することによってワークを洗浄した場合には、該洗浄時にワークの表面に付着した洗浄液が気化したものが排気されるため、後述するように洗浄液回収装置１０を作動させながら密閉槽２０内の真空引きを行うことが望ましい。

密閉槽２０内が所定の圧力以下になるまで真空引きされた後、切替弁１７を全て閉鎖し、密閉槽２０内に図示せぬ蒸気供給源から洗浄液の蒸気を導入する。これにより、蒸気の一部がワークと熱交換して該ワークの表面で液化することで、ワークが洗浄される（蒸気洗浄）。

次に、真空ポンプ１１を含む洗浄液回収装置１０が後述のように動作している状態で、切替弁１７によって気体流路１９１を開放することにより、密閉槽２０内を急激に減圧する。これにより、ワークの表面に付着した洗浄液は突沸・気化し、液化しなかった蒸気と共に密閉槽２０から排出される。こうして、ワークの表面から洗浄液が除去され、ワークの表面が乾燥する（真空乾燥）。なお、真空乾燥のための真空引きを行っている間に、密閉槽２０内から気体を排出する流路を切替弁１７によって気体流路１９１からバイパス流路１６に切り替えるが、その詳細は、次に述べる本実施形態の洗浄液回収装置１０の動作のところで説明する。

(2-2) 洗浄液回収装置１０の動作
密閉槽２０において真空乾燥が行われる際、切替弁１７によって気体流路１９１を開放する前に、真空ポンプ１１、アフタークーラー１１１、圧縮機１３、凝縮器１４及び第２凝縮器１５を作動させる。真空乾燥が開始されると、真空ポンプ１１による気体の吸引によって、密閉槽２０内の洗浄液の蒸気が第２凝縮器１５に導入される。第２凝縮器１５では、導入された蒸気の一部が凝縮して液化する。

第２凝縮器１５で液化しなかった蒸気は、真空ポンプ１１に吸引された後に排出され、アフタークーラー１１１及びバッファタンク１２を介して圧縮機１３に導入される。その際、真空ポンプ１１から排気される蒸気の圧力は、大気圧に近い値になるが、密閉槽２０内の圧力の変化によって多少変動する。バッファタンク１２では、蒸気を一時的に貯留することにより、この圧力の変動を緩和し、一定に近い圧力で蒸気を圧縮機１３に供給する。これにより、圧縮機１３の動作を安定させることができる。

圧縮機１３は、真空ポンプ１１からアフタークーラー１１１及びバッファタンク１２を介して導入された蒸気を圧縮することにより、導入時よりも高い圧力で蒸気を凝縮器１４に供給する。

凝縮器１４は、圧縮機１３で圧縮された蒸気を所定温度に冷却することにより液化させる。ここで、蒸気が圧縮されていることにより、蒸気の単位体積あたりの洗浄液の成分の量は圧縮を行わない場合よりも増加している。そのため、凝縮器１４において飽和蒸気量を上回って液化する洗浄液の成分の量もまた、圧縮を行わない場合よりも増加する。これにより、蒸気が液化して回収される洗浄液の量は、圧縮を行わない場合よりも増加する。凝縮器１４で凝縮されなかった蒸気は大気に排出されるものの、その量は、圧縮機１３を用いて蒸気を圧縮しない場合よりも低減される。

具体的には、圧縮機１３によって蒸気の圧力をx（>1）倍にする場合には、単位体積あたりに凝縮器１４に供給される蒸気の量は圧縮機１３で圧縮しない場合のx倍になるのに対して、凝縮器１４で凝縮されずに蒸気のままで残る量は凝縮器１４内の温度における飽和蒸気圧に相当する分圧で定まる量だけであるため圧縮機１３での圧縮の有無に依らない。そのため、凝縮器１４で凝縮されずに残り大気に排出される蒸気の量は、圧縮機１３で圧力をx倍にした場合には圧縮を行わない場合の1/x（<1）倍となる。従って、圧縮機１３を用いて蒸気を圧縮した方が、圧縮を行わない場合よりも大気に排出される蒸気の量を低減することができる。

なお、大気に排出される蒸気の量は、蒸気を圧縮することの他に、凝縮器１４で蒸気を冷却する際の温度を低下させることで飽和蒸気圧を低下させることによっても低減することができる。例えば、炭化水素系洗浄液の1つであるNS100（販売元：株式会社ENEOSサンエナジー）では、当該洗浄液が含有する炭化水素の飽和蒸気圧は、温度が40℃のときには0.48MPa、10℃のときには0.055MPaである。この場合、凝縮器１４での冷却温度を40℃から10℃に低下させることにより、飽和蒸気圧が0.055/0.48≒0.11倍となるため、大気に排出される蒸気の量も約0.11倍に低減することができる。従って、圧縮機１３での圧力付与と凝縮器１４の温度低下を組み合わせることにより、大気に排出される蒸気の量をより一層低減することができる。

第２凝縮器１５及び凝縮器１４で液化した洗浄液は、送液管１９５を通して洗浄液回収槽１８に回収される。また、真空ポンプ１１、バッファタンク１２及び圧縮機１３においても、蒸気の一部が冷却されて液化する場合があり、そうして液化した洗浄液もまた、送液管１９５を通して洗浄液回収槽１８に回収される。

真空乾燥を開始してから時間が経過するに従って、単位時間当たりに密閉槽２０から排出される蒸気の量が減少してゆき、第２凝縮器１５では蒸気がほとんど液化しなくなる。そうすると、蒸気が第２凝縮器１５を通過する際に排気抵抗が生じることにより、真空引きの効率が低下してしまう。そこで、真空乾燥を開始してから所定の時間が経過したときに、切替弁１７により、密閉槽２０から真空ポンプ１１に至る蒸気の流路を気体流路１９１からバイパス流路１６に切り替える。これにより、真空引きの効率を高め、単位時間当たりに密閉槽２０から排出される蒸気の量を増加させることができるため、洗浄液の回収に要する時間を短くすることができる。

本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態ではバイパス流路１６及び切替弁１７が設けられているが、これらを省略し、密閉槽２０から排出される蒸気が常に第２凝縮器１５を通過するようにしてもよい。あるいは、第２凝縮器１５、バイパス流路１６及び切替弁１７の代わりに、密閉槽２０と真空ポンプ１１の吸気側を直接接続する気体流路を設け、第２凝縮器１５による蒸気の凝縮を行わないようにしてもよい。さらに、真空ポンプ１１の排気側と圧縮機１３の吸気側を直接接続する気体流路を設け、バッファタンク１２を省略してもよい。

１０…洗浄液回収装置
１１…真空ポンプ
１１１…アフタークーラー
１２…バッファタンク
１３…圧縮機
１４…凝縮器
１５…第２凝縮器
１６…バイパス流路
１７…切替弁
１８…洗浄液回収槽
１９１、１９２、１９３…気体流路
１９５…送液管
２０…密閉槽
２１…密閉槽の蓋

Claims (2)

1. ワークを収容する密閉槽に吸気側が接続される真空ポンプと、
   前記真空ポンプの排気側に吸気側が接続された、該真空ポンプにより前記密閉槽から排出された気体を圧縮する圧縮機と、
   前記圧縮機の排気側に吸気側が接続された、前記圧縮機において圧縮された気体を冷却することにより凝縮させる凝縮器と、
   前記密閉槽と前記真空ポンプの間に設けられた第２凝縮器と、
   前記密閉槽と前記真空ポンプの間に設けられ前記第２凝縮器を通過することなく該密閉槽と該真空ポンプを接続するバイパス流路と、
   前記第２凝縮器と前記バイパス流路の間で気体が通過する流路を切り替える切替弁と
   を備えることを特徴とする洗浄液回収装置。
2. さらに、前記真空ポンプと前記圧縮機の間にバッファタンクを備えることを特徴とする請求項１に記載の洗浄液回収装置。

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