JP2013141613A

JP2013141613A - 産業用加熱装置

Info

Publication number: JP2013141613A
Application number: JP2012001292A
Authority: JP
Inventors: Masahito Hori; 将人堀; Isao Iba; 功井場
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Toshiba Carrier Corp
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】
産業用加熱装置の洗浄液や被加工物を加熱する液体は、供給される洗浄液を貯留槽へ一定量貯留し、加熱してから利用側へ供給される方式が用いられているが、貯留槽内でも一定の熱量が失われ、さらに、貯留槽に追加供給される洗浄液はその温度が環境温度に依存して変化し、貯留槽内の洗浄液の温度を一定に保つのが困難であった。
【解決手段】
被加工物を洗浄した後の洗浄済液を一時的に貯留する貯留槽と、貯留槽に貯留された洗浄済液を再洗浄液にするための再生部と、貯留槽に未使用の洗浄液を供給する供給管が備えられている。この供給管の中途部には未使用の洗浄液を加熱するための、予熱装置が設けられる。供給管から供給された未使用の洗浄液と、再洗浄液とは、混合部で混合される。混合部には混合された洗浄液を加熱するヒートポンプ装置が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施態様は、産業用設備において被加熱物を加熱するヒートポンプ装置を用いた産業用加熱装置に関する。

部品を製造する工場などの産業用設備において、仕上げた部品を加熱した水等の洗浄液で洗浄する工程や、被加工物を加熱するための工程がある。たとえば、従来は、洗浄液や、被加工物を過熱するための液体を、化石燃料を燃焼させるボイラーや電力を直接熱エネルギーに変換する電気ヒーターなどを用いて先浄液や被加工物を加熱していた。

また、加熱用の熱源機として外気を熱源とした冷凍サイクルからなるヒートポンプ装置を用いる場合もある。

特開２０１０−２６６１９１号公報

上述したような産業用加熱装置の洗浄液や被加工物を加熱する液体は、供給される洗浄液を貯留槽へ一定量貯留し、加熱してから利用側へ供給される方式が用いられている。
しかし、貯留槽内でも一定の熱量が失われ、さらに、貯留槽に追加供給される洗浄液はその温度が環境温度に依存して変化し、貯留槽内の洗浄液の温度を一定に保つのが困難であった。

本発明の実施形態は上記課題を解決するためなされたものであり、洗浄液により被加工物を洗浄する産業用加熱装置である。
この産業用加熱装置は、被加工物を洗浄した後の洗浄済液を一時的に貯留する貯留槽と、貯留槽に貯留された洗浄済液を再洗浄液にするための再生部と、貯留槽に未使用の洗浄液を供給する供給管が備えられている。この供給管の中途部には未使用の洗浄液を加熱するための、予熱装置が設けられる。供給管から供給された未使用の洗浄液と、再洗浄液とは、混合部で混合される。混合部には混合された洗浄液を加熱するヒートポンプ装置が設けられている。

第１の実施形態に係る産業用加熱装置の概略構成図。第１の実施形態に係る産業用加熱装置の動作状態によって変化する、洗浄液の温度を所定温度に保つために必要な熱量を示すグラフ図。第２の実施形態に係る産業用加熱装置の概略構成図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の産業用加熱装置Ａについて、図１に概略図を示す。
第１の実施形態に係る産業用加熱装置Ａは、組込み前の機械部品等の被加工物４ａを洗浄するための洗浄装置であり、洗浄ラインＳを流通する被加工物４ａを洗浄する洗浄液を加熱するものである。

産業用加熱装置Ａは、洗浄液Ｌを貯留するための洗浄液貯留槽２を備えている。
洗浄液貯留槽２は、上部が開口しており、内部は洗浄後の洗浄済液をろ過するフィルタ等からなる洗浄液再生部１１によって、混合槽２ａと洗浄済液貯留槽２ｂに仕切られている。

洗浄済液貯留槽２ｂの直上には、被加工物４ａをベルトコンベア等で流通させつつ洗浄する洗浄ラインＳが配置されている。また、洗浄済液貯留槽２ｂの液面高さ付近には、廃液管１が接続されており、液面高さ付近の汚れた洗浄液Ｌが貯留槽２外へ排出されるようになっている。
一方、混合槽２ａの上方には、供給管６ａの供給口が設けられており、未使用洗浄液Ｌ１が供給されるように配置されている。これにより、廃液管１から洗浄後の汚れた洗浄液Ｌ２が排出されても新たな未使用の洗浄液Ｌ１が供給され、洗浄液貯留槽２内の液面高さは一定に保たれるようになっている。

また、洗浄汲み上げポンプ２１を有する洗浄配管３が設けられており、一端が混合槽２ａ内に浸漬されて配置されている。洗浄配管３の他端には、洗浄シャワー１５が設けられており、洗浄ラインＳの上方から被加工物４ａへ洗浄液Ｌを吹き付けるように配置されている。

混合槽２ａの下方には循環流路配管８が接続されており、加熱ヒートポンプ装置５が接続されている。

この加熱ヒートポンプ装置５は、冷媒配管によって順次接続された圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器を備えた冷凍サイクルを有しており、この冷凍サイクル内を冷媒が循環することで、外気から熱を汲み上げ、凝縮器で冷媒と洗浄液Ｌ３を熱交換させて洗浄液循環流路８内を循環する洗浄液Ｌ３を加熱する。

新たな未使用の洗浄液Ｌ１を供給する供給管６の中途部には、予熱用貯留槽９が設けられており、予熱用貯留槽９には、圧縮機と凝縮器と膨張装置と蒸発器とを有する冷凍サイクル装置を備えた予熱ヒートポンプ装置１０が接続されている。予熱用貯留槽９及び予熱ヒートポンプ装置１０は、未使用の洗浄液Ｌ１を加熱することで、未使用の洗浄液Ｌ１を予熱する予熱装置として機能する。即ち、供給管６を流動する未使用の洗浄液Ｌ１は一時的に、予熱用貯留槽９へ貯留され、予熱ヒートポンプ装置１０により予熱される。その後、未使用の洗浄液Ｌ１は供給管６を介して混合槽２ａに供給される。

次に、上記のように構成された産業用加熱装置Ａの動作について説明する。なお、産業用加熱装置Ａの動作状態によって変化する洗浄液Ｌ３の温度を所定温度に保つために必要な熱量の様子を図２に示す。
図２のグラフは横軸に産業用加熱装置Ａの立上から経過した時間を示し、縦軸に熱量を示すものである。

産業用加熱装置Ａの運転開始前には、洗浄液貯留槽２に前回運転により貯留された洗浄液Ｌ３が貯留されている。産業用加熱装置Ａが洗浄運転を開始する前の準備段階として立上を行なう。即ち、加熱ヒートポンプ装置５が運転を開始し、洗浄液貯留槽２の混合槽２ａ内の洗浄液Ｌ３を加熱する。立上直後には洗浄液貯留槽２内の洗浄液Ｌ３の温度は、洗浄運転に必要な所定温度を大きく下回っている。そのため、洗浄液Ｌ３の温度を所定温度にまで上昇させる必要があり、必要な熱量は図２のグラフの領域Ｘ１のように、運転中で最も大きくなる。
そのため、立上直後には、洗浄ラインＳの運転は行わず、加熱ヒートポンプ装置５を運転させて洗浄液貯留槽２内の洗浄液Ｌ３を所定温度まで上昇させる。
また、加熱ヒートポンプ装置５の運転と同時に予熱ヒートポンプ装置１０の運転を開始して、予熱用貯留槽９内に貯留された未使用洗浄液Ｌ１を所定温度まで加熱する。

洗浄液貯留槽２内の洗浄液Ｌ３の温度が所定温度まで上昇すると、待機（保温）状態となり、図２の領域Ｘ２の様に、周囲の雰囲気温度等の自然条件によって生じる放熱による熱負荷に対して、貯留槽２内の洗浄液Ｌ３の温度低下を防ぐ熱量が供給される。
また、予熱ヒートポンプ装置１０は、予熱用貯留槽９内の未使用洗浄液Ｌ１が一定温度に保たれるように運転を行なう。

その後、産業用加熱装置Ａが洗浄運転を開始すると、予熱用貯留槽９に貯留された未使用洗浄液Ｌ１が供給管６ａを介して、混合槽２ａに供給される。
また、洗浄用ポンプ２１が駆動し、汲み上げられた洗浄液Ｌが洗浄配管３を介して、洗浄シャワー１５へ供給され、洗浄ラインＳ上へ散布される。また、混合槽２ａ内の洗浄ラインＳが動作を開始し、被加工物４ａが洗浄液Ｌにより洗浄されつつ、洗浄ラインＳ上を流れていく。

被加工物４ａを洗浄した洗浄液Ｌは、被加工物４ａに付着した汚れや油分を含む洗浄済液Ｌ２となって、洗浄ラインＳ下方の洗浄済液貯留槽２ｂへ滴下し、貯留される。
洗浄済液貯留槽２ｂ内に貯留された洗浄済液Ｌ２の液面には、洗浄によって被加工物に付着していた油分や汚れ等の不純物が浮いており、洗浄済液Ｌ２の一部とともに廃液管１から常時排出される。

また、洗浄済液貯留槽２ｂに貯留された洗浄済液Ｌ２の一部は、洗浄液再生部１１を通過して油分や汚れ等の不純物が濾過され、混合槽２ａへ流れ、再処理洗浄液Ｌ３となり、供給管６から供給された未使用洗浄液Ｌ１と混合される。そして、混合された洗浄液Ｌ３は、洗浄用ポンプ２１から吸い上げられ洗浄配管３から洗浄シャワー１５へ送られ洗浄ラインＳへ散布される。この様に、洗浄液Ｌのほとんどは循環するようになっている。

洗浄運転中において、洗浄液Ｌは洗浄シャワー２１の散布などにより熱量が失われるため、グラフの領域Ｘ３のように、待機状態に比べて失う熱量は大きくなる。このため、洗浄運転中に洗浄液貯留槽２内の洗浄液Ｌ２，Ｌ３の温度を保つために供給される熱量は大きくする必要がある。

ここで、予熱用貯留槽２内に貯留されている未使用洗浄液Ｌ１の温度は、洗浄運転中において、洗浄シャワー２１の散布などで失われる熱量を補うために、洗浄液貯留槽２内の温度よりも高い温度に設定されているのが好ましく、これにより、加熱ヒートポンプ装置５の運転出力を一定に保ちつつ、容易に洗浄液貯留槽２内の洗浄液Ｌの温度を一定に保つことが可能となる。

上記実施形態では、加熱装置として、ヒートポンプ装置のみを用いたが、その他の加熱手段を合わせて用いても良い。特に、大きな熱量を必要とする立上時には、電気ヒーターやボイラー等のような短時間で大きな熱量を発生させる熱源を組み合わせて用いても良い。

上記のように、供給管６から供給される未使用洗浄液Ｌ１を、予め所定の温度に予熱することで、混合槽２ａに未使用洗浄液Ｌ１が供給されても、混合槽２ａ内の温度変化が小さくすることができ、温度分布がより均一な状態となるため、容易に温度管理を行なうことができ、より均一な温度の洗浄液Ｌによって洗浄処理を行なうことができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の産業用加熱装置Ａについて、図３に概略構成図を示し説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
第２の実施形態の産業用加熱装置Ａは予熱ヒートポンプ装置を備えておらず、排熱回収熱交換器１４が設けられている。

排熱回収熱交換器１４は、供給管６と排水管７に接続されており、供給管６から流動する未使用洗浄液Ｌ１と排水管７から流動する洗浄済液Ｌ２を熱交換させるものである。
即ち、排熱回収熱交換器１４は、洗浄液貯留槽２から排出された洗浄済液Ｌ２の持つ余熱を熱源として、未使用洗浄液Ｌ１を加温する予熱装置として機能する。
また、混合槽２ａにはボイラーや電気ヒーターなどの加熱熱源１３が設けられている。

上記のように、洗浄処理後に廃棄される洗浄済液Ｌ２の熱を用いて、洗浄処理前の未使用洗浄液Ｌ１を予熱することにより、廃熱を回収し、エネルギー損失を小さくすることができる。これにより、加熱熱源１３の出力を低く抑えることができ、エネルギーコストを低く抑えることができる。
また、洗浄済液Ｌ２は、一定温度に保たれた洗浄液貯留槽２から直接廃液管１へ供給されるため、安定した熱源として使用することができ、温度の安定した洗浄液Ｌ３を洗浄ラインＳへ供給することが出来る。

上記のように、供給管６から供給される未使用洗浄液Ｌ１を、排熱回収熱交換器１４を用いて、洗浄済液Ｌ２の熱を利用し予熱することで、新たに電力や化石燃料を消費しせずに、予熱することができる。これにより、エネルギーコストを低く抑えつつ、未使用洗浄液Ｌ１を予熱し、混合槽２ａ内の温度変化が小さく、温度分布が均一で温度管理を容易に行なうことができる産業用加熱装置Ａを提供することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば、第１、第２の実施形態において、加熱ヒートポンプ装置５は、循環流路配管８を介して、加熱ヒートポンプ装置５内の凝縮器に洗浄液Ｌを流通させ、冷凍サイクル中の冷媒と熱交換させることで洗浄液Ｌを加熱したが、その他にも、冷媒の凝縮器そのものを混合槽２ａ内に配置して混合槽２ａ内の洗浄液Ｌを直接加熱しても良い。
また、中間熱媒体を用い、冷凍サイクルの凝縮器において冷媒と中間熱媒体とを熱交換させ、さらにこの中間熱媒体と洗浄液貯留槽２の洗浄液Ｌ３が熱交換する熱交換器を洗浄液貯留槽２内に浸漬し、両熱交換器間を中間熱媒体が流通するように配管接続するとともに、その配管途中に中間熱媒体を循環させるポンプを設けても良い。このような中間熱媒体としては、水や不凍液が適切である。

洗浄液貯留槽２は、自然に失われる熱量を小さくするために小規模に構成することが好ましい。また、上記第１、第２の実施形態では、洗浄済液貯留槽２ｂ及び混合槽２ａは一体である洗浄液貯留槽２を、洗浄液再生部１１で仕切って構成したが、その他の実施形態として、洗浄済液貯留槽２ｂと混合槽２ａをそれぞれ別の槽とし、この２つの槽を洗浄液が流通可能な連通路で接続し、洗浄済液貯留槽２ｂの洗浄済液を再洗浄液とする洗浄液再生部をこの連通路中に設けても良い。即ち、洗浄済液貯留槽２ｂと洗浄液再生部１１と混合槽２ａとが配管等により接続された構成としても良い。
また、連通路中に洗浄済液貯留槽２ｂ内の洗浄済液Ｌ２が混合槽２ａに強制的に流れるようにポンプを設けてもよい。

さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成でき、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

産業用加熱装置…Ａ、洗浄液…Ｌ、未使用洗浄液…Ｌ１、洗浄済液…Ｌ２、再処理洗浄液…Ｌ３、廃液管…１、洗浄液貯留槽…２、混合槽…２ａ、洗浄済液貯留槽…２ｂ、洗浄液再生部…１１、供給管…６、供給口…６ａ、加熱ヒートポンプ装置…５、予熱用貯留槽…９、予熱ヒートポンプ装置…１０、排熱回収熱交換器…１４、洗浄ライン…Ｓ、被加工物 …４ａ、循環流路配管…８、洗浄用ポンプ…２１、洗浄配管…３、洗浄シャワー…１５、加熱熱源…１８

Claims

被加工物を洗浄する洗浄液を加熱する産業用加熱装置において、
被加工物を洗浄した後の洗浄済液を一時的に貯留する貯留槽と、
前記貯留槽に貯留された洗浄済液を再洗浄液にするための再生部と、
未使用の洗浄液と、前記再洗浄液とを混合する混合部と、
未使用の洗浄液を前記混合部に供給する供給管と、
前記混合部で混合された洗浄液を加熱するヒートポンプ装置と、
前記供給管の中途部に設けられて、未使用の洗浄液を加熱する予熱装置とを、
有することを特徴とする産業用加熱装置。
前記予熱装置がヒートポンプ装置であることを特徴とする請求項１に記載の産業用加熱装置。
前記貯留槽には、洗浄済液の一部を排出するための廃液管が接続されており、
前記予熱装置は、前記廃液管に接続されて、前記未使用の洗浄液と前記廃液管から排出された前記洗浄済液を熱交換させることを特徴とする請求項１に記載の産業用加熱装置。