JPH0338918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主に自動車や工作機械等の製造産業
に於いて使用されるものであり、溶剤蒸気により
機械部品等の被洗浄物の洗浄を行なうヒートポン
プ式蒸気洗浄装置の改良と、当該装置の運転方法
に関するものである。

（従来の技術） 従前のヒートポンプ式蒸気洗浄装置は、通常第
２図及び第３図に示す如く蒸気洗浄槽１とヒート
ポンプ２等から形成されており、ヒートポンプ２
によつて溶剤蒸気の凝縮熱の回収と溶剤液の加熱
を行なうように構成されている。

即ち、第２図に於いて、前記蒸気洗浄槽１は溶
剤蒸気の存在する洗浄部１ａと溶剤液を貯留する
溶剤液貯留部１ｂとから形成されており、前記洗
浄部１ａの側壁には冷却管４が、また前記溶剤液
貯留部１ｂにはヒータ５が夫々設けられている。

又、前記ヒートポンプ２は圧縮機２ａ、凝縮器
２ｂ、膨張弁２ｃ、蒸発器２ｄ等より構成されて
おり、蒸発器２ｄの熱交換管６に、冷却水循環ポ
ンプを介設して前記冷却管４が環状に連通されて
おり、且つ凝縮器２ｂは蒸気洗浄槽１の溶剤液貯
留部１ｂ内に構成されている。

而して、ヒータ５又はヒートポンプ凝縮器２ｂ
の熱交換管８′によつて溶剤液が加熱されること
により、溶剤蒸気が発生する。発生した溶剤蒸気
は洗浄部１ａ内に充満し、被洗浄物１０及び冷却
管４により冷却され順次凝縮される。この際、冷
却管４に与えられた凝縮熱は冷却水及び蒸発器２
ｄを介してヒートポンプ２の熱媒体に回収され、
熱媒体はヒートポンプによつて昇温・昇圧された
後、溶剤液の加熱に再利用される。この様に、所
謂熱閉鎖サイクルにより溶剤液の加熱・蒸発と凝
縮が行なわれる。

一方、被洗浄物１０の外表面で凝縮した溶剤液
は、物品の外表面に沿つて流下する間に物品の洗
浄作用を果し、洗浄後の汚染溶剤液は被洗浄物１
０下方の貯留部１ｂに貯えられる。

前記従前のヒートポンプ式蒸気洗浄装置は、被
洗浄物１０を迅速且つ確実に洗浄することがで
き、優れた実用的効用を奏するものである。

然し乍ら、第２図のヒートポンプ式蒸気洗浄装
置には、下記の如く多くの問題点が残されてい
る。

(1) ヒートポンプ凝縮器２ｂの熱交換管８′を溶
剤液貯留部１ｂ内へ浸漬する構成としているた
め、貯留部１ｂの容積並びに溶剤貯留量が必然
的に大となり、熱容量が大きくなる。その結
果、洗浄装置の起動に長時間を必要とするう
え、洗浄負荷の変動に対する応答性が低いこ
と。

(2) また、溶剤蒸気の凝縮を冷却管４のみで行な
い、冷却器又はこれに代わる放熱器等を備えて
いないため、装置の停止時や洗浄負荷の急減時
に溶剤蒸気が蒸気洗浄槽１から外部へ溢流し易
いこと。

(3) 補助ヒータ５や熱交換管８′を蒸気洗浄槽１
の溶剤液貯留部１ｂ内へ配設する構成としてい
るため、伝熱面や槽底及び槽壁の点検が極めて
不便になること。

これに対して、第３図のヒートポンプ式蒸気洗
浄装置は、前述の如き問題点を改良するために開
発されたものであり、ヒートポンプ２の凝縮器２
ｄを蒸気洗浄槽１から独立させ、貯留部１ｂ内の
溶剤液を循環ポンプ９により熱交換管８へ流通さ
せると共に、溶剤蒸気の冷却用にヒートポンプ２
の蒸発器２ｄと並列に冷却装置３を設け、更にヒ
ートポンプ側冷却系に冷媒タンク１３を設ける構
成としている。

第３図の如き構成とすることにより、蒸気洗浄
槽１の貯留部１ｂは比較的小形化され、熱容量が
減少して起動時間の短縮が図れる。また、運転停
止後には、冷却水を蒸発器２ｄから冷却装置３側
へ切換えることにより、溶剤蒸気の槽外への隘流
が防止される。更に洗浄負荷の急変に伴なう溶剤
液の加熱々量と溶剤蒸気の冷却熱量間のバランス
は、冷媒タンク１３により均衡されることにな
る。

しかし、当該改良型蒸気洗浄装置にも、下記の
様な様々な問題点が残されている。

(1) 蒸気洗浄槽１の洗浄部１ａ内壁面に設けた冷
却管群４へ、冷却水を均等に供給する構成とし
ているが、装置の定常運転中に於いては、上方
に位置する冷却管４にかかる冷却負荷は比較的
小さい。

その結果、上方部の冷却管４を流通する冷却
水が余剰となり、エネルギー消費量が増大する
こと。

(2) 蒸気洗浄槽１内にヒータ５を設け、長時間装
置を停止した後に起動する場合には、ヒータ５
により溶剤液を加熱するようにしているが、溶
剤液中の固形物がヒータ外表面に析出付着し、
ヒータの焼損を生じ易いうえ、槽底の点検及び
掃除等が困難になること。

(3) 冷媒タンク１３による保有熱量だけでは、負
荷急増時に於ける溶剤蒸気レベルの確保が困難
となり、安定した洗浄が行なえないこと。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、従前のヒートポンプ式蒸気洗浄装置
に於ける前記(1)〜(3)の如き問題の解決を課題とす
るものであり、蒸気洗浄槽内冷却管４の冷却水の
循環に要するエネルギー消費量の削減を可能にす
ると共に、装置の運転停止時や負荷急変時に於い
ても安定した所要溶剤蒸気量が確保でき、しかも
電気ヒータによる溶剤液の直接的な加熱を排して
ヒータの焼損等のトラブルを皆無にしたヒートポ
ンプ式蒸気洗浄装置及びその運転方法を提供する
ものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明のヒートポンプ式蒸気洗浄装置及びその
運転方法は、上記目的を達成すべく、次のように
構成される。

すなわち、第１発明の蒸気洗浄装置は、定常運
転時における溶剤蒸気の上限レベルである標準溶
剤蒸気レベルLsの上位に配した第１冷却管群４
及びその下位に配した第２冷却管群４′を内装し
た蒸気洗浄槽１と；第２冷却管群４′に流入する
冷媒を冷却する蒸発器２ｄ及び前記蒸気洗浄槽１
内の溶剤液を加熱する凝縮器２ｂを備えたヒート
ポンプ２と；第２冷却管群４′から蒸発器２ｄに
至る冷媒流出管路１８に介設したヒータ２２を有
する冷媒タンク１３と；第１冷却管群４に流入す
る冷媒を冷却する冷却装置３と；前記蒸気洗浄槽
１内の溶剤蒸気レベルが標準溶剤蒸気レベルLs
より所定量上昇したとき、これを検出して第１冷
却管群４による冷却系を作動させる第１蒸気レベ
ル制御機構２５と；前記蒸気洗浄槽１内の溶剤蒸
気レベルが標準溶剤蒸気レベルLsより所定量以
下に下降しているとき、これを検出してヒータ２
２を作動させる第２蒸気レベル制御機構２６とを
具備するものである。かかる装置にあつては、第
１蒸気レベル制御機構２５を、第１冷却管群４に
よる冷却系の作動と同時にヒートポンプ２を停止
若しくは部分負荷運転させるものとしておくこと
が好ましい。

また、第２発明の運転方法は、蒸気洗浄槽１内
に定常運転時における溶剤蒸気の上限レベルであ
る標準溶剤蒸気レベルLsの上位に配した第１冷
却管群４及びその下位に配した第２冷却管群４′
を設けておき、装置の定常運転時には、第２冷却
管群４′による冷却系のみを作動させると共に、
ヒートポンプ２により、第２冷却管群４′から流
出する冷媒の熱量を回収し且つその回収熱量を用
いて蒸気洗浄槽１内の溶剤液を加熱するように
し、溶剤蒸気レベルが標準溶剤蒸気レベルLsよ
り所定量上昇したとき若しくは装置運転停止時に
は、第１冷却管群４による冷却系を作動させ、該
冷却管群４に流入する冷媒をヒートポンプ２とは
別に設けた冷却装置３により冷却すると共に、ヒ
ートポンプ２を停止若しくは部分負荷運転するよ
うにし、溶剤蒸気レベルが標準溶剤蒸気レベル
Lsより所定量下降したとき若しくは装置起動時
には、第２冷却管群４′から流出する冷媒をその
流出管路１８に介設した冷媒タンク１３のヒータ
２２により補助的に加熱して、ヒートポンプ２に
よる溶剤液加熱量を増大させるようにするもので
ある。

（作用） 蒸気洗浄槽１内の溶剤液はヒートポンプ２の凝
縮器２ｂにより加熱されて蒸気を発生し、この溶
剤蒸気は洗浄部１ａ内に充満されていく。

而して、当該装置が定常運転状態にある場合に
は、蒸気洗浄槽１内における溶剤蒸気の上限レベ
ルは、蒸気洗浄槽１の上面部から所定量下方のレ
ベルつまり標準溶剤蒸気レベルLsに保持される。

すなわち、定常運転時においては、標準溶剤蒸
気レベルLsより下位の第２冷却管群４′による冷
却系のみが作動されていて、洗浄部１ａ内の溶剤
蒸気は被洗浄物及び第２冷却管群４′の外表面に
おいて凝縮液化され、その上限レベルが標準溶剤
蒸気レベルに保持されることになる。

このとき、第２冷却管群４′に与えられた凝縮
熱は冷媒を介してヒートポンプ２に回収され、そ
の回収熱は前記溶剤液の蒸発熱として利用され
る。

かかる状態から装置運転を停止する、若しくは
洗浄負荷が急減すると、溶剤蒸気の上限レベルが
上昇していくことになる。

そして、この溶剤蒸気レベルが標準溶剤蒸気レ
ベルLsより所定量上昇すると、第１蒸気レベル
制御機構２５により、これを検出して第１冷却管
群４による冷却系が作動され、第１冷却管群４に
よる溶剤蒸気の凝縮が開始される。その結果、溶
剤蒸気レベルの上昇が阻止されて、溶剤蒸気の蒸
気洗浄槽１からの流出が防止される。なお、この
とき、必要に応じて、ヒートポンプ２を停止若し
くは部分負荷運転する。このヒートポンプ２の制
御は、第１蒸気レベル制御機構２５により、第１
冷却管群４による冷却系の作動と同時に行なうよ
うにしておくのがよい。

また、運転中に洗浄負荷が急増すると、蒸気レ
ベルが下降していく。

そして、蒸気レベルが標準溶剤蒸気レベルLs
より所定量下降すると、第２蒸気レベル制御機構
２６により、これを検出して冷媒タンク１３のヒ
ータ２２が作動され、ヒータ２２による補助熱量
がヒートポンプ２に供給される。その結果、ヒー
トポンプ２による溶剤液の加熱が促進され、下降
した蒸気レベルが速やかに回復される。なおかか
る作用は、当該装置の起動時においても同様に行
なわれ、起動時における蒸気レベルの上昇を迅速
に行なわしめる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図に基づいて具体
的に説明する。

まず、本発明に係るヒートポンプ式蒸気洗浄装
置の構成について説明する。

この実施例の蒸気洗浄装置は、第１図に示す如
く、蒸気洗浄槽１とヒートポンプ２と第１及び第
２蒸気レベル制御機構２５，２６とを具備する。

蒸気洗浄槽１には、被洗浄物１０を洗浄処理す
る洗浄部１ａと所定量の溶剤液を貯溜せる貯溜部
１ｂとが形成されている。

この洗浄部１ａ内には、槽１の周壁に沿つて第
１及び第２冷却管群４，４′が配設されている。
第１冷却管群４は１組のコイル状冷却管４ａから
なり、定常運転時における溶剤蒸気の上限レべル
である標準溶剤蒸気レベルLs（第１図に線分Ｓ−
Ｓで示すレベル）の上位に配置されている。第２
冷却管群４′は２組のコイル状冷却管４ｂ，４ｃ
からなり、標準溶剤蒸気レベルLsの上位に配置
されている。両冷却管４ｂ，４ｃの各端部同志は
互いに接続されている。なお、各冷却管群４，
４′を構成する冷却管の数は、洗浄能力、槽形状
等に応じて適宜に設定される。

第１冷却管群４には、冷却装置たる冷却塔３及
び循環ポンプ１６を介設した冷媒循環管路が接続
されていて、冷却塔３により冷却した冷媒たる冷
却水１２を第１冷却管群４つまり冷却管４ａに供
給、循環させうるようになつている。

前記ヒートポンプ２は圧縮機２ｂ、凝縮器２
ｂ、膨張弁２ｃ、蒸発器２ｄ等から構成されてお
り、蒸発器２ｄの熱交換管６は、冷媒タンク１３
を介設した冷媒流出管路１８及び循環ポンプ７を
介設した冷媒流入管路１９を介して中段及び下段
の冷却管４ｂ，４ｃへ、また凝縮器２ｂの熱交換
管８は、管路２０及び循環ポンプ９を介設した管
路２１を介して蒸気洗浄槽１の溶剤液貯留部１ｂ
内に連通されている。

前記管路１８に介設した冷媒タンク１３の内部
には、起動時や高負荷時に必要な補助熱量を冷却
水１２へ与えるために、電気ヒータ若しくは蒸気
ヒータ２２が設けられている。

第１蒸気レベル制御機構２５は、冷却管４ａの
上位近傍に配置した第１蒸気レベル検出器１４と
循環ポンプ１６及びヒートポンプ２の圧縮機２ａ
を制御する制御器２３とから構成されていて、槽
１内における溶剤蒸気の上限レベルが標準溶剤蒸
気レベルLsより所定量上位のレベル（第１図に
線分S′−S′で示すレベル）に達すると、これを検
出器１４が検出して、制御器２３により、第１冷
却群４よる冷却系を作動されると共にヒートポン
プ２ａを停止若しくは部分運転させるようになつ
ている。

第２蒸気レベル制御機構２６は、冷却管４ｂ，
４ｃ間に配置した第２蒸気レベル検出器１５とヒ
ータ２２を制御する制御器２４とから構成されて
いて、蒸気洗浄槽１内における溶剤蒸気の上限レ
ベルが標準溶剤蒸気レベルLsより所定量下位の
レベル（第１図に線分S″−S″で示すレベル）に
まで下降したとき、若しくはこのレベル以下とな
つているとき、これを検出器１５が検出して、制
御器２４によりヒータ２２を作動させるようにな
つている。

次に、本発明に係る運転方法を、上気構成の洗
浄装置について説明する。

ヒートポンプ２の凝縮器２ｂで加熱された溶剤
は、蒸気若しくは気液混合の状態で、管路２０を
通して蒸気洗浄槽１内へ戻され、蒸気洗浄槽１内
の洗浄部１ａには、溶剤蒸気が充満する。尚、洗
浄部１ａ内に於ける溶剤蒸気の標準レベルLsは、
装置の定常運転時に於いては、略線分Ｓ−Ｓ程度
であり、該線分Ｓ−Ｓより上方の空間部は、溶剤
蒸気密度が極めて希薄になつている。これに対し
て、装置の洗浄負荷が急減した様な場合には、溶
剤液の加熱々量の方が溶剤蒸気の冷却熱量より大
となり、溶剤蒸気レベルが上昇して略線分S′−
S′の線にまで到達する。

而して、洗浄部１ａ内の溶剤蒸気の一部は、被
洗浄物１０の外表面に於いて冷却凝縮され、物品
の外表面に沿つて流下する間に物品外表面を洗浄
する。

又、物品外表面を洗浄することにより汚染した
溶剤液は、被洗浄物１０下方の貯留部に貯えられ
る。

又、洗浄部１ａ内の他の溶剤蒸気は、中段及び
下段の冷却管４ｂ，４ｃによつて冷却され、凝縮
した溶剤液は貯留部１ｂ内へ滴下する。又、冷却
管４ｂ，４ｃに与えられた凝縮熱は、冷却水循環
ポンプ７によつて循環される冷却水１２を介し
て、ヒートポンプの熱媒体に回収され、ヒートポ
ンプ凝縮器２ｂに於いて溶剤液の加熱に再利用さ
れる。尚、装置の定常運転状態に於いては、溶剤
蒸気レベルＬか線分Ｓ−Ｓにあるため、これより
上方に位置する冷却管４ａは作動停止の状態にあ
ることは勿論である。即ち、冷却塔３の系内に含
まれる冷却管４ａは、定常運転而に於ける標準溶
剤蒸気レベルLsより上方位置に配設されている。

ところで、洗浄負荷が急減した様な場合には、
前述の如く溶剤蒸気レベルが上昇する。溶剤蒸気
レベルが線分S′−S′程度まで上昇すると、当該レ
ベルに設置されている第１蒸気レベル検知器１４
がこれを検知し、制御器２３を介してヒートポン
プ２の圧縮機２ａを部分負荷運転とするか若しく
は運転停止にすると共に、冷却塔３及びポンプ１
６を起動して冷却管４ａを作動させ、冷却管４ａ
の位置ゾーンに存在する溶剤蒸気を凝縮させる。
当該操作により、溶剤蒸気の蒸気洗浄槽外への溢
流が防止されると共に、槽内の溶剤蒸気レベル
が、操業に最適な位置レベル（線分Ｓ−Ｓ）に保
持される。

又、逆に装置の起動時や洗浄負荷の急増時に
は、溶剤蒸気レベルが低下する。溶剤蒸気レベル
が冷却管４ｃのレベル（線分S″−S″）まで下降
すると、当該レベルに設置されている第２蒸気レ
ベル検知器１５がこれを検知し、制御器２４を介
して冷媒タンク１３のヒータ２２が作動される。
これにより、冷却水が加熱され、ヒートポンプ２
の蒸発器２ｄに於いてヒートポンプ熱媒体に与え
られる熱量が増し、凝縮器２ｂの吐出熱量が増加
する。その結果、貯留部１ｂからの溶剤液の蒸発
が促進され、蒸気洗浄槽１内の溶剤蒸気レベルは
標準レベル（Ｓ−Ｓ）まで回復される。尚、装置
の起動時に、前記ヒータ２２がヒートポンプ２と
同時に作動されることは勿論である。

前述の如く、本実施例に於いては三組の冷却管
４ａ，４ｂ，４ｃを配設すると共に、溶剤蒸気レ
ベルの上限検出器１４を冷却管４ａの最上部近傍
位置に、また溶剤蒸気レベルの下限検出器１５を
冷却管４ｂと冷却管４ｃの中間位置に夫々配設す
るようにしているが、前記検出器１５を冷却管４
ｃの最下部位置近傍に設置することも可能であ
る。

又、二組の冷却管４ａ，４ｂを配設し、上限検
出器１４を上方の冷却管４ａの最上部位置近傍
に、また下限検出器１５を冷却管４ａ，４ｂの中
間位置が若しくは下方の冷却管４ｂの最下部位置
近傍に設置することも可能である。

（発明の効果） 本発明に於いては、上述の通り蒸気洗浄槽内に
配設した冷却管を二群に分割し、装置の定常運転
時に於いては、その内の下方に配設した一群のみ
の冷却管系を作動させる構成としているため、冷
却系統に於けるエネルギー消費を大幅に削減する
ことができ、安定且つ経済的な運転を行うことが
できる。

又、洗浄負荷の急減時等には他の上方位置に配
設した冷却管群を作動させ、冷却装置３によつて
冷媒を冷却する構成としているため、溶剤蒸気の
洗浄槽からの隘流事故等は皆無となる。

更に、洗浄負荷の急増時等に於いては、冷媒タ
ンクに設けたヒートを作動させ、ヒートポンプの
回収熱を増加せしめる構成としているため、溶剤
蒸気レベルの回復が迅速に図れ、安定した洗浄を
行ない得る。

このうえ、補助ヒータを冷却管系内に設けた冷
媒タンクに取付け、溶剤系統内では一切ヒータを
使用しない構成としているため、従前の蒸気洗浄
装置の様に溶剤液中の固形物の析出等によりヒー
タが焼損するようなことは皆無となり、設備の稼
働率が大幅に向上する。

本発明は上述の通り、優れた実用的効用を有す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すヒートポンプ
式蒸気洗浄装置の系統図である。第２図及び第３
図は、従前のヒートポンプ式蒸気洗浄装置の系統
図である。 １……蒸気洗浄槽、１ａ……洗浄部、１ｂ……
貯留部、２……ヒートポンプ、２ａ……圧縮機、
２ｂ……凝縮機、２ｃ……膨張弁、２ｄ……蒸発
器、３……冷却装置、４……第１冷却管群、４′
……第２冷却管群、６……熱交換管、７……ポン
プ、８……熱交換管、９……ポンプ、１０……被
洗浄物、１３……冷媒タンク、１４……第１蒸気
レベル検出器、１５……第２蒸気レベル検出器、
１６……ポンプ、１８……冷媒流出管路、２２…
…ヒータ、２５……第１蒸気レベル制御機構、２
６……第２蒸気レベル制御機構、Ls……標準溶
剤蒸気レベル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 定常運転時における溶剤蒸気の上限レベルで
   ある標準溶剤蒸気レベルLsの上位に配した第１
   冷却管群４及びその下位に配した第２冷却管群
   ４′を内装した蒸気洗浄槽１と；第２冷却管群
   ４′に流入する冷媒を冷却する蒸発器２ｄ及び前
   記蒸気洗浄槽１内の溶剤液を加熱する凝縮器２ｂ
   を備えたヒートポンプ２と；第２冷却管群４′か
   ら蒸発器２ｄに至る冷媒流出管路１８に介設した
   ヒータ２２を有する冷媒タンク１３と；第１冷却
   管群４に流入する冷媒を冷却する冷却装置３と；
   前記蒸気洗浄槽１内の溶剤蒸気レベルが標準溶剤
   蒸気レベルLsより所定量上昇したとき、これを
   検出して第１冷却管群４による冷却系を作動させ
   る第１蒸気レベル制御機構２５と；前記蒸気洗浄
   槽１内の溶剤蒸気レベルが標準溶剤蒸気レベル
   Lsより所定量以下に下降しているとき、これを
   検出してヒータ２２を作動させる第２蒸気レベル
   制御機構２６とを具備することを特徴とするヒー
   トポンプ式蒸気洗浄装置。 ２ 第１蒸気レベル制御機構２５が、第１冷却管
   群４による冷却系の作動と同時にヒートポンプ２
   を停止若しくは部分負荷運転させるものであるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の
   ヒートポンプ式蒸気洗浄装置。 ３ 蒸気洗浄槽１内に定常運転時における溶剤蒸
   気の上限レベルである標準溶剤蒸気レベルLsの
   上位に配した第１冷却管群４及びその下位に配し
   た第２冷却管群４′を設けておき、装置の定常運
   転時には、第２冷却管群４′による冷却系のみを
   作動させると共に、ヒートポンプ２により、第２
   冷却管群４′から流出する冷媒の熱量を回収し且
   つその回収熱量を用いて蒸気洗浄槽１内の溶剤液
   を加熱するようにし、溶剤蒸気レベルが標準溶剤
   蒸気レベルLsより所定量上昇したとき若しくは
   装置運転停止時には、第１冷却管群４による冷却
   系を作動させ、該冷却管群４に流入する冷媒をヒ
   ートポンプ２とは別に設けた冷却装置３により冷
   却すると共に、前記ヒートポンプ２を停止若しく
   は部分負荷運転するようにし、溶剤蒸気レベルが
   標準溶剤蒸気レベルLsより所定量下降したとき
   若しくは装置の起動時には、第２冷却管群４′か
   ら流出する冷媒をその流出管路１８に介設した冷
   媒タンク１３のヒータ２２により補助的に加熱し
   て、ヒートポンプ２による溶剤液加熱量を増大さ
   せるようにすることを特徴とするヒートポンプ式
   蒸気洗浄装置の運転方法。