JP2015003307A - Cleaning liquid regeneration method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水溶性切削剤等、水溶性の異物が付着したワークを洗浄する際に用いられる洗浄液に混入した水分を除去することにより、洗浄液を再生する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for regenerating a cleaning liquid by removing moisture mixed in a cleaning liquid used when cleaning a workpiece to which a water-soluble foreign matter adheres, such as a water-soluble cutting agent.
金属等の切削加工を行う際に摩擦の抑制と冷却のために用いられる切削剤は、かつては油性のものが用いられていたが、近年では、主成分である水に添加剤が添加された水溶性切削剤が、冷却効率がより高いという理由によって主流になっている。このような水溶性切削剤が付着したワークは、一般的に、アルコール性溶剤やグリコールエーテル系溶剤等の水溶性洗浄液や、炭化水素溶液のようにそれ自体は非水溶性である溶剤に界面活性剤を添加することによって水溶性異物を除去できるようにした洗浄液を用いて洗浄される。 In the past, oil-based cutting agents used for friction suppression and cooling when cutting metal or the like have been used, but in recent years, additives have been added to the main component of water. Water-soluble cutting agents have become mainstream because of their higher cooling efficiency. In general, a workpiece with such a water-soluble cutting agent is surface-active with a water-soluble cleaning solution such as an alcoholic solvent or a glycol ether solvent, or a solvent that is itself water-insoluble such as a hydrocarbon solution. Cleaning is performed using a cleaning liquid that can remove water-soluble foreign matters by adding an agent.
同じ洗浄液を用いて上述の洗浄を繰り返し行うと、洗浄液中の水溶性切削剤の量が徐々に増加し、洗浄能力が低下してゆく。そのため、従来は多くの場合、一定回数使用する毎に洗浄液を新品と交換するという使い捨てを行っていたが、そうすると洗浄液の消費量が多くなってしまう。実際には、水溶性切削剤の成分の大半を水が占めているため、使用後の洗浄液に混入した水溶性切削剤のうち、水さえ除去できれば、洗浄液の洗浄能力が実用上十分に回復し、洗浄液を再利用することができる。 When the above-described cleaning is repeatedly performed using the same cleaning liquid, the amount of the water-soluble cutting agent in the cleaning liquid gradually increases and the cleaning ability decreases. Therefore, in the past, in many cases, a disposable was used in which the cleaning liquid was replaced with a new one every time it was used a certain number of times. However, this would increase the consumption of the cleaning liquid. Actually, water accounts for most of the components of the water-soluble cutting agent, so if the water-soluble cutting agent mixed in the cleaning liquid after use can remove even water, the cleaning ability of the cleaning liquid will be sufficiently restored to practical use. The cleaning liquid can be reused.
特許文献1には、このような使用後の洗浄液から水を除去する装置が記載されている。この装置では、水が混入した洗浄液を蒸留釜に投入し、所定の圧力に減圧すると共に、当該圧力において水の沸点及び洗浄液の成分(以下、純粋な洗浄液の成分を「洗浄液成分」と呼び、水が混合した洗浄液と区別する。)の沸点よりも高い温度に加熱する。これにより、水及び洗浄液成分が共に気化し、両者が混合した気体が生成される。この気体を、内部を減圧した第1ガス冷却器内に導入し、その圧力において水の沸点よりも高く且つ洗浄液成分の沸点よりも低い温度(一般に、洗浄液成分の沸点は水の沸点よりも高いことから、このようなことが可能となる。)に冷却する。これにより、水は気体(水蒸気)の状態のままで、洗浄液成分のみが液化して回収される。こうして水が除去された洗浄液が得られ、再利用に供することができる。残った水蒸気は、第2ガス冷却器内において沸点以下の温度に冷却することにより液化されて水になり、廃棄される。
特許文献1の装置では、蒸留釜において水及び洗浄液成分の双方の沸点よりも温度を高くすることにより、両者ともに蒸発(気化)させるため、気化潜熱も含め、大きな熱エネルギーが必要となる。また、蒸留釜で生成される気体には、処理前の洗浄液と同様に洗浄液成分の方が水よりも圧倒的に多く含まれている。そのため、第1ガス冷却器内において洗浄液成分を完全には液化させることは困難であり、洗浄液成分の気体の一部が水蒸気に混入したまま第2ガス冷却器に導入されてしまう。そのため、洗浄液の一部が無駄になるうえに、最終的に廃棄される水の中に当該成分が混入してしまう。
In the apparatus of
本発明が解決しようとする課題は、洗浄液に混入した水を、より小さい熱エネルギー且つより高い精度で該洗浄液から分離することができる、洗浄液再生方法及び装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a cleaning liquid regeneration method and apparatus capable of separating water mixed in the cleaning liquid from the cleaning liquid with less thermal energy and higher accuracy.
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再生方法は、
水が混入した洗浄液を蒸発槽内に貯留し、
前記蒸発槽内を、水が沸騰し且つ前記洗浄液の成分が沸騰しない圧力に減圧し、
前記蒸発槽内の上部空間に、前記圧力における水の沸点よりも高い温度の冷却体を設け、
前記蒸発槽から気体を排出する
ことを特徴とする。
The cleaning liquid regeneration method according to the present invention made to solve the above problems is as follows.
Store the cleaning liquid mixed with water in the evaporation tank,
The inside of the evaporation tank is depressurized to a pressure at which water boils and the components of the cleaning liquid do not boil,
In the upper space in the evaporation tank, a cooling body having a temperature higher than the boiling point of water at the pressure is provided,
Gas is discharged from the evaporation tank.
本発明の方法によれば、上記のように蒸発槽内を減圧することにより、水は沸騰するが洗浄液成分は沸騰しないため、従来の方法よりも低いエネルギーで洗浄液から水を分離(気化)することができる。また、洗浄液成分は飽和蒸気圧に達するまで気化するものの沸騰しないため、洗浄液が気化した気体の成分の大半を水が占めることとなる。そのため、従来の方法よりも高い精度で洗浄液から水を分離することができる。 According to the method of the present invention, by depressurizing the inside of the evaporation tank as described above, water is boiled but the cleaning liquid component is not boiled. Therefore, water is separated (vaporized) from the cleaning liquid with lower energy than the conventional method. be able to. In addition, since the cleaning liquid component evaporates until reaching the saturated vapor pressure but does not boil, water accounts for most of the gas components evaporated by the cleaning liquid. Therefore, water can be separated from the cleaning liquid with higher accuracy than the conventional method.
洗浄液が気化した気体は、蒸発槽内の上部空間において、冷却体により冷却される。ここで、冷却体の温度が(もちろん当該気体の温度よりは低いが)水の沸点よりも高いため、当該気体中の水はほとんど液化することなく、洗浄液成分が液化する。これにより、当該気体中の水はそのまま蒸発槽から排出され、液化した洗浄液成分は、蒸発槽内に貯留された洗浄液中に戻るため、無駄になることがない。 The gas vaporized by the cleaning liquid is cooled by the cooling body in the upper space in the evaporation tank. Here, since the temperature of the cooling body is higher than the boiling point of water (although lower than the temperature of the gas), the water in the gas hardly liquefies and the cleaning liquid component liquefies. Thereby, the water in the gas is discharged from the evaporation tank as it is, and the liquefied cleaning liquid component returns to the cleaning liquid stored in the evaporation tank, so that it is not wasted.
本発明に係る洗浄液再生方法では、蒸発槽内の洗浄液を加熱する必要はない。このように加熱を行わないことにより、エネルギーの消費量を抑えることができる。もっとも、水の気化を促進するために、洗浄液成分が沸騰しない温度範囲内で洗浄液を加熱してもよい。 In the cleaning liquid regeneration method according to the present invention, it is not necessary to heat the cleaning liquid in the evaporation tank. Thus, energy consumption can be suppressed by not performing heating. But in order to accelerate | stimulate vaporization of water, you may heat a washing | cleaning liquid within the temperature range in which a washing | cleaning-liquid component does not boil.
本発明に係る洗浄液再生方法において、蒸発槽から排出された気体をさらに、水の沸点よりも高い温度範囲内で冷却する2次冷却を行ってもよい。これにより、当該気体中にわずかに残留する洗浄液成分を除去することができる。 In the cleaning liquid regeneration method according to the present invention, secondary cooling may be performed in which the gas discharged from the evaporation tank is further cooled within a temperature range higher than the boiling point of water. Thereby, it is possible to remove a cleaning liquid component slightly remaining in the gas.
本発明に係る洗浄液再生方法において、前記気体が前記冷却体で冷却されることにより生成される液体中における水の含有率を検出し、該検出結果に基づいて水の含有量を減少させるように前記冷却体の温度を調整する操作を行ってもよい。水の含有率は、例えば当該液体の比重や屈折率を測定することにより求めることができる。 In the cleaning liquid regeneration method according to the present invention, the water content in the liquid generated by cooling the gas with the cooling body is detected, and the water content is reduced based on the detection result. You may perform operation which adjusts the temperature of the said cooling body. The water content can be determined, for example, by measuring the specific gravity or refractive index of the liquid.
本発明に係る洗浄液再生装置は、
a) 水が混入した洗浄液を貯留する蒸発槽と、
b) 前記蒸発槽内を、水が沸騰し且つ前記洗浄液の成分が沸騰しない圧力に減圧する減圧手段と、
c) 前記蒸発槽内の上部空間に設けられた、前記圧力における水の沸点よりも高い温度の冷却体と、
d) 前記蒸発槽から気体を排出する排出手段と
を備えることを特徴とする。
The cleaning liquid regenerating apparatus according to the present invention includes:
a) an evaporation tank for storing a cleaning solution mixed with water;
b) Depressurizing means for depressurizing the inside of the evaporation tank to a pressure at which water boils and components of the cleaning liquid do not boil;
c) a cooling body having a temperature higher than the boiling point of water at the pressure, provided in the upper space in the evaporation tank;
d) Discharging means for discharging gas from the evaporation tank.
前記減圧手段と前記排出手段には、共通の減圧ポンプを用いることができる。 A common decompression pump can be used for the decompression means and the discharge means.
本発明に係る洗浄液再生方法及び装置によれば、洗浄液に混入した水を、従来よりも小さい熱エネルギー且つより高い精度で、該洗浄液から分離することができる。 According to the cleaning liquid regeneration method and apparatus of the present invention, water mixed in the cleaning liquid can be separated from the cleaning liquid with lower thermal energy and higher accuracy than in the past.
本発明に係る洗浄液再生方法及び装置の実施例を、図1〜図6を用いて説明する。以下ではまず、洗浄液再生装置の実施例の構成を説明したうえで、該装置の動作とともに洗浄液再生方法の実施例を説明する。 Embodiments of the cleaning liquid regeneration method and apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following, first, the configuration of the embodiment of the cleaning liquid regenerating apparatus will be described, and then the embodiment of the cleaning liquid regenerating method will be described together with the operation of the apparatus.
本実施例の洗浄液再生装置10は、図1に示すように、蒸発槽11と、冷却体12と、排出管13と、減圧ポンプ14と、2次冷却部15を有する。
As shown in FIG. 1, the cleaning liquid regenerating
蒸発槽11は、円筒の両端を半球状にした形状を有する。蒸発槽11には、洗浄液再生装置10外に設けられた洗浄槽21内に貯留された再生処理前の洗浄液を該蒸発槽11に導入する導入管111と、再生処理後に蒸発槽11内の洗浄液を洗浄槽21に返送する返送管112が接続されている。洗浄液の導入及び返送のための具体的な構成は後述する。
The
冷却体12は、蒸発槽11内の上部空間に設けられており、蒸発槽11の円筒状の内面に沿って巻回するコイル状の管である。該管は、冷却水を流すことができるように、蒸発槽11の外にある冷却水源(図示せず)と接続されている。
The cooling
排出管13は、一端が蒸発槽11の上端に接続されており、該排出管13の途中に減圧ポンプ14及び2次冷却部15が設けられている。排出管13の減圧ポンプ14よりも上流側(蒸発槽11側)には、圧力調整バルブ131が設けられている。この圧力調整バルブ131の開度を調整することにより、蒸発槽11内の圧力、及び蒸発槽11内の気体の排出速度を制御することができる。排出管13の他端は、洗浄液から除去された水の排出口として機能する。
One end of the
2次冷却部15は、減圧ポンプ14から排出された気体を通過させる気体流路と、該気体流路の周囲に設けられた冷却水流路(気体流路及び冷却水流路は図示せず)と、気体流路内で液化した液体を洗浄槽21に返送する第2返送管151を有する。冷却水流路には、2次冷却部15の外部から冷却水が供給される。
The
冷却体12の一部の下方には、冷却体12の該一部の表面から落下する液体を受ける受液部116が設けられている。また、受液部116には、受けた液を蒸発槽11の外に回収する管が接続されており、この管は蒸発槽11の壁を通過して、蒸発槽11の外に設けられた回収容器117に接続されている。これら受液部116及び回収容器117は、後述のように、蒸発槽11内の気体が液化した液体中における水の含有率を測定するサンプルを回収するために用いられるものである。
Below a part of the cooling
次に、洗浄液の導入及び返送のための具体的な構成を説明する。導入管111及び返送管112にはそれぞれ導入バルブ111V及び返送バルブ112Vが設けられている。蒸発槽11内には液面の高さを測定するボールタップ113が設けられている。ボールタップ113は、洗浄液の導入中に液面が所定の高さまで達したときに洗浄液の導入が停止されるように、導入バルブ111Vと連動している。返送管112の途中には送液ポンプ114が設けられている。蒸発槽11内の液面は常に洗浄槽21内の液面よりも低くなるように設定されているため、導入時には導入バルブ111Vを開放するだけでよいのに対して、返送時には返送バルブ112Vを開放したうえで、送液ポンプ114を用いて洗浄液を移動させる。返送管112の途中には、洗浄液中の固形の異物を除去するフィルタ115が設けられている。
Next, a specific configuration for introducing and returning the cleaning liquid will be described. The
次に、洗浄液再生装置10の動作(本発明に係る洗浄液再生方法の実施例)を、図1〜図5を用いて説明する。ここでは、洗浄液として、グリコールエーテルが主成分(含有率:99重量%以上)である「ファイントップS110」及び「ファイントップNS110」(いずれも、株式会社クラレ製。以下、「S110」及び「NS110」とする。)を用いる例を示す。 Next, the operation of the cleaning liquid regeneration apparatus 10 (an embodiment of the cleaning liquid regeneration method according to the present invention) will be described with reference to FIGS. Here, as a cleaning liquid, “Fine Top S110” and “Fine Top NS110” (both made by Kuraray Co., Ltd.), whose main components (content ratio: 99% by weight or more) are glycol ethers, hereinafter “S110” and “NS110 ")") Is shown.
(1) 蒸発槽11への洗浄液の導入
まず、導入バルブ111Vを開放することにより、洗浄槽21内に貯留された再生処理前の洗浄液を、導入管111を通して蒸発槽11に導入する。蒸発槽11内に所定量まで洗浄液が貯留されると、そのことをボールタップ113が検知し、導入バルブ111Vが閉鎖される。
(1) Introduction of the cleaning liquid into the
(2) 蒸発槽11内の減圧
次に、圧力調整バルブ131を開放し、減圧ポンプ14によって蒸発槽11内の気体を蒸発槽11外に排出する。その際、圧力調整バルブ131を所定の開度とすることにより、蒸発槽11内は、当該開度に対応した圧力まで減圧され、当該圧力で均衡する。ここで、圧力調整バルブ131の開度と蒸発槽11内の到達圧力の関係は、同じ洗浄液であって且つ貯留量及び温度が同程度であればある程度の再現性があるため、当該開度は、必要な到達圧力(後述)に対応する大きさを予備実験で求めておいたものを用いればよい。もちろん、蒸発槽11内の到達圧力をその都度圧力計を用いて測定し、その値によって開度を微調整してもよい。
(2) Decompression in the
ここで、蒸発槽11内における必要な到達圧力を説明するための前提として、図2及び図3に示したグラフについて説明する。図2は、水及び洗浄液(水等の不純物を含有していないもの)における圧力と沸点(温度)の関係を示したグラフであり、図3はその拡大図である。洗浄液は、上記の通り、その主成分であるグリコールエーテルが99重量%以上を占めているため、この洗浄液に関するグラフは、洗浄液成分(グリコールエーテル)に関するグラフである、とみなしてよい。S110及びNS110の沸点は、全ての圧力範囲において水の沸点よりも高い。例えば、大気圧(760mmHg=1.013×105Pa。「常圧」ともいう。)では、S110及びNS110の沸点はいずれも約175℃である。そして、水の沸点を示す曲線と、洗浄液成分の沸点を示す曲線の間の領域(図2に、S110に関して当該領域を斜線で示す)が、「水が沸騰し、且つ、洗浄液成分が沸騰しない」領域である。以下、この領域を「中間圧力領域」と呼ぶ。
Here, the graph shown in FIG.2 and FIG.3 is demonstrated as a premise for demonstrating the required ultimate pressure in the
蒸発槽11内における必要な到達圧力は、この中間圧力領域内の圧力とする。すなわち、図3に示すように、蒸発槽11内がある温度T1のとき、グラフ上で下方に移動するように、温度T1はそのままで、圧力のみを中間圧力領域中の所定値P1まで減圧する(図3中の矢印(a))。
The necessary ultimate pressure in the
この減圧により、洗浄液の温度は当該圧力P1における水の沸点を上回るため、洗浄液からは、その中に混入した水が沸騰して気化する。一方、洗浄液成分は、その温度が当該圧力P1における沸点を下回っているものの、わずかに気化する。これら気化した水及び洗浄液成分の気体は、蒸発槽11内の上部空間に移動する。
Since the temperature of the cleaning liquid exceeds the boiling point of water at the pressure P 1 due to this pressure reduction, the water mixed in the cleaning liquid boils and vaporizes. On the other hand, the cleaning solution components, although its temperature is below the boiling point at the pressure P 1, slightly vaporizes. The vaporized water and the gas of the cleaning liquid component move to the upper space in the
(3) 気体の冷却
蒸発槽11内の上部空間では、冷却体12の管内に冷却水が流されており、該管の表面において、水及び洗浄液成分の気体が温度T2まで冷却される(図3中の矢印(b))。温度T2は、前記温度T1よりも低く、且つ圧力P1における水の沸点よりも高くする。これにより、当該気体は、中間圧力領域内に収まる範囲内で冷却される。そして、当該気体中の水はその沸点よりも温度T2が高いためほとんど液化することなく、洗浄液成分が液化する。この温度T2は冷却水の流量によって調整することができ、上述の温度T1と同様にある程度の再現性がある。そのため、本実施例では予備実験で適切な流量を求めておき、洗浄液再生方法の実施中にはその流量に設定したままで調整を行っていないが、冷却体12の表面又はその近傍に温度センサを設けて、冷却体12の温度を常時監視しつつ該流量の調整を行ってもよい。
(3) Cooling of gas In the upper space in the evaporating
冷却体12で気体が冷却されることにより液化した液体は、冷却体12の表面から、蒸発槽11に貯留された洗浄液中へ落下する。前記気体中の水がほとんど液化しないことから、この液体の成分の大半は洗浄液成分であるため、ここまでの操作によって、蒸発槽11内の洗浄液中の洗浄液成分の濃度は上昇する。そこで、冷却体12の表面から落下する液体を受液部116及び回収容器117によって回収し、当該液体中における水の含有率を測定するとよい。この測定結果を参照しつつ、該含有率が減少するように、冷却体12に流す冷却水の流量を調整することにより、洗浄液から水を分離する効率を高めることができる。水の含有率は、例えば回収した液体の比重を測定したうえで、図4に示したS110中の水の含有率と比重の関係を示すグラフから求めることができる。あるいは、水の含有率は、回収した液体の屈折率を測定したうえで、図5に示したS110中の水の含有率と屈折率の関係を示すグラフから求めることもできる。なお、屈折率は温度にはそれほど依存しないのに対して、比重は温度に強く依存するため、図4では特定の温度(22℃)における含有率と比重の関係を示した。
The liquid liquefied when the gas is cooled by the cooling
(4) 蒸発槽11からの気体の排出
冷却体12で冷却されることによって洗浄液成分が液化した後に残った気体は、減圧ポンプ14によって蒸発槽11の外に排出される。この排出後の気体は、ほとんどが水から成るものの、冷却体12で液化しきれなかった洗浄液成分がわずかに残留している可能性がある。そこで、この気体を2次冷却部15に送り、水の沸点よりも高く、且つ当該気体の温度よりも低い温度に冷却する。これにより、当該気体に残留した洗浄液成分を液化させる。そして、液化せずに気体のまま残った水は、気体のまま、又は液化したうえで廃棄される。また、ここで液化した洗浄液成分は、第2返送管151を通して洗浄槽21に返送される。
(4) Discharge of gas from the
(5) 再生処理後の洗浄液の洗浄槽21への返送
上記(2)〜(4)の処理を十分な時間行うと、蒸発槽11内の洗浄液には水がほとんど残留しなくなり、2次冷却部15から水がほとんど排出されなくなる。その時点で蒸発槽11内の減圧を停止し、リークバルブ(図示せず)を開放して蒸発槽11内を大気圧にする。そして、返送バルブ112Vを開放し、送液ポンプ114によって蒸発槽11内の洗浄液を、返送管112を通して洗浄槽21に返送する。ここで、返送管112の途中に設けられたフィルタ115により、洗浄液中の固形の異物が除去される。
(5) Returning the cleaning liquid after the regeneration process to the
本発明は上記の実施例には限定されない。
例えば、上記実施例で用いた2次冷却部15、受液部116及び回収容器117は、本発明の必須要件ではなく、これらを用いなくてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments.
For example, the
また、図6に示すように、蒸発槽11内に、洗浄液を加熱するためのヒータ19を設けてもよい。このヒータ19は、洗浄液をその沸点以上に加熱するためのものではなく、蒸発槽11内を減圧する際に温度が降下するのを補うように加熱することにより、洗浄液の温度変化を小さくするために用いられる。もちろん、単に減圧するだけで中間圧力領域内に収まるのであれば、このようなヒータを用いる必要はない。
Further, as shown in FIG. 6, a
上記実施例では、冷却水を流す管を蒸発槽11内に設けることによって冷却体12を構成しているが、例えば冷却水を流す管を蒸発槽11の外壁面に接するように設け、この外壁面を冷却体として用いてもよい。
In the above embodiment, the cooling
10…洗浄液再生装置
11…蒸発槽
111…導入管
111V…導入バルブ
112…返送管
112V…返送バルブ
113…ボールタップ
114…送液ポンプ
115…フィルタ
116…受液部
117…回収容器
12…冷却体
13…排出管
131…圧力調整バルブ
14…減圧ポンプ
15…2次冷却部
151…第2返送管
19…ヒータ
21…洗浄槽
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記蒸発槽内を、水が沸騰し且つ前記洗浄液の成分が沸騰しない圧力に減圧し、
前記蒸発槽内の上部空間に、前記圧力における水の沸点よりも高い温度の冷却体を設け、
前記蒸発槽から気体を排出する
ことを特徴とする洗浄液再生方法。 Store the cleaning liquid mixed with water in the evaporation tank,
The inside of the evaporation tank is depressurized to a pressure at which water boils and the components of the cleaning liquid do not boil,
In the upper space in the evaporation tank, a cooling body having a temperature higher than the boiling point of water at the pressure is provided,
A cleaning liquid regeneration method, wherein gas is discharged from the evaporation tank.
b) 前記蒸発槽内を、水が沸騰し且つ前記洗浄液の成分が沸騰しない圧力に減圧する減圧手段と、
c) 前記蒸発槽内の上部空間に設けられた、前記圧力における水の沸点よりも高い温度の冷却体と、
d) 前記蒸発槽から気体を排出する排出手段と
を備えることを特徴とする洗浄液再生装置。 a) an evaporation tank for storing a cleaning solution mixed with water;
b) Depressurizing means for depressurizing the inside of the evaporation tank to a pressure at which water boils and components of the cleaning liquid do not boil;
c) a cooling body having a temperature higher than the boiling point of water at the pressure, provided in the upper space in the evaporation tank;
d) A cleaning liquid regenerating apparatus comprising a discharging means for discharging gas from the evaporation tank.
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