JP2017148739A - 溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システム - Google Patents

Abstract

【課題】 排気雰囲気から除去した溶媒を容易に回収可能とし、排気経路のメンテナンスを容易に行うことができる、溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システムを提供する。【解決手段】 ケーシング６２の収容空間６３に収容された羽根車７１を回転させることにより、気化した溶媒２３を含んだ気体２２を前記ケーシングの取り入れ口６４から前記収容空間に取り入れ、表面温度が前記気体の温度よりも低温となるように冷却された回収面８３で前記気化した溶媒を冷却し液化させることで、前記気体から前記溶媒を分離する。【選択図】図１

Description

本発明は、気化した溶媒を含む気体から、溶媒を除去する溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システムに関するものである。

近年、家電等の様々な工業製品の組み立て製造工程、又は、これらの製品の構成部品となる電子部品、電池、若しくは、基板などのデバイス製造工程において、各種の機能を持ったペースト状の材料を塗布したのち、熱処理装置によって加熱処理が行われている。熱処理装置は、例えば、乾燥炉、焼成炉、キュア炉、もしくはリフロー炉などである。リフロー炉は、電子部品の実装工程などではんだ付けに使用される。ペースト状の材料には、最終的に製品に必要とされる固形分などに加え、水又は有機溶剤などの各種の溶媒が混入されて粘度調整又は性能調整が施されている。

ペースト状の材料に含まれている溶媒は、熱処理装置における加熱工程で、気化及び脱媒の工程を経て、ペースト状の材料から熱処理装置内に放出される。熱処理装置内において気化した溶媒の濃度が上がると、様々な不具合につながる可能性がある。例えば、熱処理装置内の雰囲気の溶媒濃度が飽和状態に近づくと、熱処理対象物の乾燥が困難となる可能性がある。そのため、熱処理装置内に外気や窒素ガス又はその他の雰囲気ガスを定期的又は連続的に供給するとともに、溶媒濃度が上昇した熱処理装置内の雰囲気を外部に放出する。

図１０は、熱処理装置１に対する外気の供給及び雰囲気の排気を説明する図である。送風ブロア２は、熱処理装置１の内部に外気を供給する。排気ブロア３は、気化した溶媒を含んだ雰囲気の一部を熱処理装置外に排出する。ただし、溶媒が熱処理装置外に排出されると、環境への影響が懸念される場合がある。そこで、熱処理装置外に排出する排気雰囲気から溶媒を除去する方法として、例えば特許文献１の方式が知られている。

図１１は特許文献１の説明図である。特許文献１では、熱処理装置１の熱処理装置内排気ダクト４に対して、冷却器５、熱処理装置外排気ダクト６、及びミストコレクタ７が順に接続されている。冷却器５は、熱処理装置１から排出される排気雰囲気を冷却することで、排気雰囲気に含まれる気化した溶媒を液化させる。液化した溶媒を含む排気雰囲気は、熱処理装置外排気ダクト６を介してミストコレクタ７に送られ、ミストコレクタ７で、液化した溶媒を捕捉して除去する。これにより、熱処理装置１から排出する排気雰囲気から溶媒を除去することができる。

特開２００４−３０１３７３号公報

しかしながら、冷却器５で液化した溶媒は、排気経路に付着しやすくなる。特許文献１の構成では、液化した溶媒の一部は、ミストコレクタ７で捕捉されるだけでなく、冷却器５及び熱処理装置外排気ダクト６などの排気経路にも付着する。排気経路に溶媒が付着して蓄積していくと、排気雰囲気を浄化処理する能力が低下する。このため定期的に排気経路を分解して、排気経路に蓄積した溶媒を除去するメンテナンスを行う必要がある。

特許文献１の構成では、液化した溶媒がミストコレクタ７だけでなく、冷却器５及び熱処理装置外排気ダクト６にも付着して残留するため、排気経路を分解して溶媒を除去するメンテナンスが必要で手数が掛かる。また、メンテナンスに手数が掛かることにより、熱処理装置１を長期間停止させる必要があるため、熱処理装置１の稼働率を低下させることとなる。

本発明は、このような点に鑑み、排気雰囲気から除去した溶媒を容易に回収可能とし、排気経路のメンテナンスを容易に行うことができる、溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる溶媒分離方法は、気化した溶媒を含む気体から、前記溶媒を除去する溶媒分離方法であって、
ケーシングの収容空間に収容された羽根車を回転させることにより、前記気化した溶媒を含んだ気体を前記ケーシングの取り入れ口から前記収容空間に取り入れる工程と、
前記収容空間に取り入れた前記気化した溶媒を、表面温度が前記気体の温度よりも低温となるように冷却された回収面で冷却して液化させることで、前記気体から前記溶媒を分離する工程とを含む、溶媒分離方法である。

本発明の第２の態様にかかる溶媒分離方法は、前記第１の態様において、前記気化した溶媒を含んだ気体を前記収容空間に取り入れる工程の前に、前記気化した溶媒を含んだ気体に対し、前記気化した溶媒を凝集させる工程を含む、溶媒分離方法である。

本発明の第３の態様にかかる溶媒分離方法は、前記第１または第２の態様において、前記気体から前記溶媒を分離する工程に続いて、前記溶媒を分離した気体に電界をかけて、前記気体に残存する気化した溶媒を分離する工程を含む、溶媒分離方法である。

また、本発明の第４の態様にかかる溶媒分離装置は、回転軸回りに複数の羽根が配列され、前記回転軸を中心として回転可能な羽根車を有するとともに、前記羽根車を収容する収容空間と、前記気体を前記収容空間に取り入れる取り入れ口と、前記気体を前記収容空間から排出する排出口と、を有するケーシングと、
前記収容空間に面した回収面を有し、前記回収面の表面温度が、前記取り入れ口から取り入れられる気体の温度よりも低温となるように冷却される回収部と、を備え、
前記羽根車が回転することにより、気化した溶媒を含んだ気体を前記取り入れ口から前記収容空間に取り入れ、前記回収面で前記気化した溶媒を冷却し液化させることで、前記気体から前記溶媒を分離する溶媒分離装置である。

本発明の第５の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４の態様において、前記回収面は、前記ケーシングの内面で構成される溶媒分離装置である。

本発明の第６の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４または第５の態様において、前記ケーシングは、前記回収面を含む第１部分と、前記第１部分以外の第２部分とに分解可能に構成され、前記ケーシングを分解して前記回収面のメンテナンスが可能な、溶媒分離装置である。

本発明の第７の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第６のいずれか１つの態様において、前記回収部は、前記ケーシングから分離可能とした、溶媒分離装置である。

本発明の第８の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第７のいずれか１つの態様において、前記ケーシングの内面付近における気体の流速が、前記羽根車から送出される気体の流速にほぼ等しい領域を高速領域とし、前記ケーシングの内面付近における気体の流速が、前記羽根車から送出される気体の流速よりも低い領域を低速領域として、前記回収面は、前記低速領域に配置される、溶媒分離装置である。

本発明の第９の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第８のいずれか１つの態様において、前記取り入れ口は、前記ケーシングの前記回転軸に交差する面に配置され、前記排出口は、前記回転軸に交差する方向に向けて配置されており、前記回収面は、前記ケーシングの内面のうち、前記取り入れ口が配置される面に対向した面に配置される、溶媒分離装置である。

本発明の第１０の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第９の態様において、前記回転軸に沿う方向を第１方向とし、前記第１方向から見て、前記回収面は、前記羽根車に対して半径方向外側に配置されている、溶媒分離装置である。

本発明の第１１の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第１０のいずれか１つの態様において、前記ケーシングに断熱材が配置されている領域を断熱領域とし、断熱材が配置されていない領域を放熱領域として、前記回収面は、前記放熱領域に配置されている、溶媒分離装置である。

本発明の第１２の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第１１のいずれか１つの態様において、前記回収部は、前記回収面の表面積を拡大するための表面積拡大部を有する、溶媒分離装置である。

本発明の第１３の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第１２の態様において、前記表面積拡大部は、ディンプル形状、凹凸形状、凹形状、及び針形状のいずれか、又はこれらを組み合わせた形状を有する、溶媒分離装置である。

本発明の第１４の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第１３のいずれか１つの態様において、前記回収部は、放熱するためのヒートシンクを有する、溶媒分離装置である。

本発明の第１５の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第１４のいずれか１つの態様において、前記回収部は、前記回収面を強制冷却する冷却部をさらに有する、溶媒分離装置である。

本発明の第１６の態様にかかる溶媒分離装置は、前記第４から第１５のいずれか１つの態様において、前記回収部は、前記回収面の温度を制御する温度制御部をさらに有する、溶媒分離装置である。

また、本発明の第１７の態様にかかる溶媒分離システムは、気化した溶媒を含んだ気体を発生させる排気発生装置の下流に配置される、前記第１から第１３のいずれか１つの態様の溶媒分離装置と、前記排気発生装置と前記溶媒分離装置の間に配置され、前記気化した溶媒を凝集させる凝集装置と、を含む、溶媒分離システムである。

また、本発明の第１８の態様にかかる溶媒分離システムは、前記第１７の態様において、前記溶媒分離装置の下流において、前記溶媒分離装置から排出された気体にさらに電界をかけて、前記気体に残存する気化した溶媒を分離する集塵部を備える、溶媒分離システムである。

また、本発明の第１９の態様にかかる溶媒分離システムは、前記第１７または第１８の態様において、気化した溶媒を分離した後の気体を前記排気発生装置に供給する、溶媒分離システムである。

本発明の前記第１から第１９の態様にかかる溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システムのそれぞれによれば、排気雰囲気から除去した溶媒を容易に回収することが可能となり、排気経路のメンテナンスを容易に行うことができる。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる溶媒分離システムの構成を示す図である。 図２は、凝集部の正面断面図である。 図３は、水の分子構造を示す図である。 図４は、集塵ファンの正面断面図である。 図５は、集塵ファンの平面断面図である。 図６は、集塵部の正面断面図である 図７は、集塵ファンの回収部の変形例を示す図である。 図８は、集塵ファンの回収部の別の変形例を示す図である。 図９は、集塵ファンの回収部の別の変形例を示す図である。 図１０は、従来の排気浄化装置の説明図である。 図１１は、従来の排気浄化装置の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる溶媒分離システム１００の構成を示す図である。溶媒分離システム１００は、排気発生装置の一例としての熱処理装置１０に接続されている。溶媒分離システム１００は、凝集装置の一例としての凝集部３０、集塵部４０、集塵ファン６０、及び電圧印加装置４３を備えている。集塵ファン６０は、本発明の第１実施形態にかかる溶媒分離装置の一例に相当する。溶媒分離システム１００は、例えば１つの排気熱循環ユニットに組み込むことができる。

熱処理装置１０は、例えば、焼成炉、乾燥炉、キュア炉、又は、リフロー炉など、加熱処理を行う炉である。加熱処理は、加熱対象の各種材料又は部材に対して加熱を行う。加熱処理により熱処理装置１０内の雰囲気（気体）中に溶媒が気化する。気化した溶媒を含む雰囲気の一部は、熱処理装置１０に連通して配置されている第１排気ダクト１１に導かれる。第１排気ダクト１１は、断熱材１８で外部と断熱されており、排気雰囲気は、断熱された状態で下流に導かれる。

凝集部３０は、第１排気ダクト１１の下流側に連通している。凝集部３０内には、第１排気ダクト１１を介して排気雰囲気が送り込まれる。凝集部３０は、断熱材３０Ａで外部と断熱されており、排気雰囲気は、断熱された状態で処理される。

凝集部３０内には、電極３８が配置されている。電極３８は、電圧印加装置４３から電圧が印加されることにより、凝集部３０内に電界を発生させる。詳細は後述するが、排気雰囲気に電界がかけられると、極性を持ちかつ気化した溶媒の分子は、静電誘引により、電極３８側に偏在する状態となり、排気雰囲気の中で溶媒濃度の偏りが生じる。また、溶媒分子同士がクーロン力により引き合い、溶媒分子が徐々に凝集する。凝集した溶媒分子を含む排気雰囲気は、凝集部３０に連通して配置されている第２排気ダクト１２に導かれる。第２排気ダクト１２は、断熱材１８で外部と断熱されており、排気雰囲気は、断熱された状態で下流に導かれる。

集塵ファン６０は、第２排気ダクト１２の下流側に連通している。第２排気ダクト１２は、集塵ファン６０の取り入れ口６４に接続されている。集塵ファン６０のケーシング６２の内部には、羽根車７１（図４、図５参照）が配置されており、羽根車７１が回転することにより、排気雰囲気は、取り入れ口６４からケーシング６２内に取り入れられる。

ケーシング６２には、外面の一部を除いて断熱材６０Ａが配置されている。ケーシング６２の内部には、回収面８３が配置されている。詳細は後述するが、回収面８３は、ケーシング６２の内部に送り込まれる排気雰囲気の温度よりも低温状態になっている。

回収面８３が低温であることにより、回収面８３に接触した排気雰囲気の温度が低下し、その結果一部の溶媒が液化する。ここで、溶媒は上流の凝集部３０で凝集しているため、液化しやすい状態になっている。液化した溶媒は、回収面８３に付着して排気雰囲気から除去される。溶媒の一部が除去された排気雰囲気は、排出口６５から排出され、排出口６５に連通して配置されている第３排気ダクト１３に導かれる。第３排気ダクト１３は、断熱材１８で外部と断熱されており、排気雰囲気は、断熱された状態で下流に導かれる。

集塵部４０は、第３排気ダクト１３の下流側に連通している。集塵部４０内には、集塵ファン６０から第３排気ダクト１３を介して排気雰囲気が送り込まれる。集塵部４０は、断熱材４０Ａで外部と断熱されており、排気雰囲気は、断熱された状態で処理される。集塵部４０内には、電極４８が配置されている。電極４８は、電圧印加装置４３から電圧が印加されることにより、集塵部４０内に電界を発生させる。詳細は後述するが、排気雰囲気に電界がかけられると、排気雰囲気に残存している溶媒の分子は、静電誘引により、電極４８側に偏在する状態となり、排気雰囲気は溶媒を含む部分と溶媒を含まない部分に分離される。

集塵部４０には、循環ダクト１４及び排出ダクト１５が連通して配置されている。排気雰囲気のうち、溶媒を含まない部分は、循環ダクト１４に導かれ、熱処理装置１０に戻される。一方、溶媒を含む部分は、排出ダクト１５に導かれ、集塵部４０の外に排出され回収される。循環ダクト１４及び排出ダクト１５は、断熱材１８で外部と断熱されており、排気雰囲気は、断熱された状態で下流に導かれる。

以上のように、気化した溶媒を含む排気雰囲気は、凝集部３０、集塵ファン６０、及び集塵部４０の順に導かれ、集塵ファン６０及び集塵部４０で溶媒が除去される。溶媒が除去された排気雰囲気は、再び、熱処理装置１０内に戻される。以下では、凝集部３０、集塵ファン６０、及び集塵部４０について詳細に説明する。

まず、凝集部３０について説明する。図２は、凝集部３０の正面断面図である。以下の図では、矢印Ｒは右方向、矢印Ｌは左方向を示す。矢印Ｕは上方向、矢印Ｄは下方向を示す。矢印Ｆは前方向、矢印Ｂは後方向を示す。

図２に示すように、凝集部３０は、筒状部材３１、断熱材３０Ａ、及び電極３８を備えている。筒状部材３１は、例えば四角柱状であり、少なくとも第１壁面（例えば内壁面）３１Ａ及び第２壁面３１Ｂを有している。第１壁面３１Ａ及び第２壁面３１Ｂは互いに対向する位置に設けられている。筒状部材３１の内部には、排気雰囲気２２を一定方向に流す流路３２が形成されている。筒状部材３１の入口３１Ｃ側には、第１排気ダクト１１が設けられ、筒状部材３１の出口３１Ｄ側には、第２排気ダクト１２が設けられている。

断熱材３０Ａは、筒状部材３１の外面に配置されている。筒状部材３１は、断熱材３０Ａで外部と断熱されており、筒状部材３１に導入される排気雰囲気２２は、断熱された状態で凝集処理される。このため、排気雰囲気２２が保有する熱エネルギーの損失を抑制するとともに、気化している溶媒２３が液化して筒状部材３１の内部に付着することを抑制することができる。

電極３８は、排気雰囲気２２が流れる方向に伸びるように、第１壁面３１Ａに沿って設けられている。電極３８は、電圧印加装置４３により電圧が印加される。印加される電圧の大きさは、溶媒２３の濃度、電極３８の配置長さ、排気雰囲気２２の流速、又は、流路３２の大きさなどを考慮して、適宜決定される。第１壁面３１Ａに対向する第２壁面３１Ｂは、電極３８とは絶縁されており、アースに接続されている。

電極３８に電圧が印加されると、第２壁面３１Ｂと電極３８の間に電位差が生じ、凝集部３０内に電界２４が発生する。電界２４は、排気雰囲気２２が流れる方向と交差する方向に発生する。

第１排気ダクト１１から導入された排気雰囲気２２（２２Ａ）に電界がかけられると、分子構造で極性を持つ溶媒２３の分子は、静電誘引により、電極３８側に偏在する状態となり、排気雰囲気２２の中で溶媒濃度の偏りが生じる。ここで、静電誘引とは、正の電荷に帯電した物質は負の電荷に引き寄せられ、負の電荷に帯電した物質は正の電荷に引き寄せられることを言う。さらに、溶媒２３の分子の正の極性を有する部分と、他の溶媒２３の分子の負の極性を有する部分とがクーロン力により引き合うことになる。これにより、溶媒２３の分子は徐々に凝集する。凝集した溶媒２３の分子を含む排気雰囲気２２（２２Ｂ）は、筒状部材３１の出口３１Ｄ側に配置されている第２排気ダクト１２に導かれる。

ここで、溶媒２３の分子の極性について説明する。図３は、水の分子構造を示す図である。図３に示すように、水は分子構造の関係で極性を有するために、電気的に偏りがある。これは、エタノールなどの他の溶媒についても同様である。一般的に溶媒として使用される物質については、分子構造の関係でこのように極性を有することで、他の物質を容易に溶融し得る性質を持つ。つまり、溶媒として使用される物質の多くは、極性を有していると言える。このような極性を有する溶媒分子が電界の中に置かれた場合に、この電界を発生させる電極が正極の場合でも負極の場合でも、溶媒分子は静電誘引によって電極に引き寄せられる。これは、電極が正極の場合は溶媒分子の負の極性を有する部分が、電極が負極の場合は溶媒分子の正の極性を有する側が、それぞれ静電誘引にて引き寄せられることによる。尚、溶媒分子に極性がない場合でも、溶媒分子が電界の中に置かれることにより、静電分極が生じ、溶媒分子が極性を有する状態となる。このため、溶媒分子に極性がない場合でも、電界をかけることにより、極性を有する溶媒分子の場合と同様のふるまいをすることになる。

次に、集塵ファン６０について説明する。図４は、集塵ファン６０の正面断面図である。図４に示すように、集塵ファン６０は、ケーシング６２、羽根車７１、及び回収部８１を有している。本実施形態の集塵ファン６０は、遠心ファンの一種であるシロッコファンである。ただし、集塵ファン６０は、シロッコファンに限定されず、同じく遠心ファンの一種であるターボファンであってもよく、あるいは回転軸方向に気体を送出する軸流ファンであってもよい。

羽根車７１は、複数の羽根７２と、支持板７３と、リング部７４とを有している。複数の羽根７２は、湾曲した板状の部材であり、回転軸７５回りに等間隔に配列されている。複数の羽根７２の後端部は、支持板７３にそれぞれ支持されている。支持板７３は、円盤状の部材であり、中心部が回転軸７５に接続されている。回転軸７５はケーシング６２の背面板６２Ｂを回転可能に貫通しており、モータＭ（図５参照）に接続されている。複数の羽根７２の前端部は、リング部７４でそれぞれ相互に連結されて強度が保たれている。羽根車７１は、モータＭの駆動力により回転軸７５を中心として矢印Ｒ方向に回転可能である。

ケーシング６２は、主に、正面板６２Ａ（図５参照）、背面板６２Ｂ、及び側面板６２Ｃで構成されており、収容空間６３と、取り入れ口６４と、排出口６５とを有している。正面板６２Ａと背面板６２Ｂとは、前後方向に対向するように配置されている。側面板６２Ｃは、正面板６２Ａと背面板６２Ｂとの周囲を接続するように配置されている。

収容空間６３は、羽根車７１を回転可能に収容する空間である。取り入れ口６４は、収容空間６３の前側の中央に配置され、排気雰囲気２２を収容空間６３に取り入れるための開口部である。取り入れ口６４は、正面板６２Ａの中央部に形成されている（図５参照）。取り入れ口６４には、第２排気ダクト１２が接続されている。正面板６２Ａは、回転軸７５に対して交差する方向の面であるため、第２排気ダクト１２から導入される排気雰囲気２２（２２Ｂ）は、回転軸７５の軸方向に向かう方向、すなわち前方から後方に向けて取り入れ口６４から取り入れられる。

排出口６５は、図４のケーシング６２の下部右側に突出して配置され、排気雰囲気２２（２２Ｃ）を収容空間６３から排出するための開口部である。排出口６５は、回転軸７５に交差する方向、図４では右方に向けて配置されている。羽根車７１が矢印Ｒ方向に回転することにより、取り入れ口６４から羽根車７１の中心部に取り入れられた排気雰囲気２２（２２Ｂ）は、遠心力によって羽根車７１の中心部から羽根７２と羽根７２との間をそれぞれ通過して半径方向外側に向けて放出される。そして、排気雰囲気２２（２２Ｃ）は、ケーシング６２の側面板６２Ｃに沿って収容空間６３内で矢印Ｒ方向に旋回し、遠心力によって排出口６５から排出される。

回収部８１は、背面板６２Ｂに配置されている。本実施形態では、背面板６２Ｂの一部を回収部８１とし、回収部８１の収容空間６３側の面（回収部８１の内面）を回収面８３としている。また、本実施形態では、回転軸７５の前方から後方に向かう方向を正面視（第１方向）として、回収面８３は、正面視で羽根車７１に対して半径方向外側の外周部に環状に設定されている。言い換えると、回収面８３は、正面視で羽根車７１を取り囲むように円環状に配置されている。

ケーシング６２の外面には、断熱材６０Ａが配置されている。ただし、背面板６２Ｂの外面のうち、回収部８１及び回収面８３に対応する円環状の領域には、断熱材６０Ａは配置されていない（図５参照）。このため、回収面８３は、ケーシング６２の背面板６２Ｂを介して放熱される。ケーシング６２の内部に高温の排気雰囲気２２が送り込まれても、回収面８３の表面は、放熱により冷却され、排気雰囲気２２の温度よりも低温状態となる。

図５は、集塵ファン６０の平面断面図である。上述のように、背面板６２Ｂの外面のうち、回収部８１及び回収面８３に対応する円環状の領域には、断熱材６０Ａは配置されていない。ケーシング６２の外面のうち、回収部８１及び回収面８３に対応して断熱材６０Ａが配置されていない円環状の領域を放熱領域ＬＴとする。また、回収部８１及び回収面８３に対応しておらず断熱材６０Ａが配置されている領域を断熱領域ＨＴとする。

羽根車７１が回転することにより、排気雰囲気２２は、矢印ＦＬに示すように、回転軸７５の軸方向に向かう方向、すなわち前方から後方に向けて取り入れ口６４から収容空間６３内に取り入れられる。取り入れ口６４から収容空間６３内の羽根車７１の中心部に取り入れられた排気雰囲気２２は、矢印ＦＬで示すように、遠心力によって羽根車７１の中心部から各羽根７２と羽根７２の間を通過して羽根車７１の半径方向外側に向けて放出される。そして、排気雰囲気２２は、収容空間６３内でケーシング６２の側面板６２Ｃに沿って矢印Ｒ方向（図４参照）に旋回し、遠心力によって排出口６５から排出される。

このとき、収容空間６３内の側面板６２Ｃ付近の領域では、羽根車７１から放出される排気雰囲気２２が直接吹き付けられる。このため、側面板６２Ｃ付近の領域では、排気雰囲気２２の流速は、羽根車７１から放出される排気雰囲気２２の流速にほぼ等しい高速となる。そこで、側面板６２Ｃ付近の領域を高速領域ＨＶとする。一方、背面板６２Ｂの外周部付近の領域は、羽根車７１から放出される排気雰囲気２２が直接吹き付けられる領域ではない。このため、背面板６２Ｂの外周部付近の領域では、排気雰囲気２２の流速は、羽根車７１から放出される排気雰囲気２２の流速よりも低速となる。そこで、背面板６２Ｂ付近の領域を低速領域ＬＶとする。本実施形態では、回収部８１の回収面８３は、低速領域ＬＶに配置されるよう設定されている。

つまり、回収面８３は、断熱材６０Ａが配置されていない放熱領域ＬＴであって、かつ、排気雰囲気２２の流速が比較的低い低速領域ＬＶに配置されている。このため、回収面８３の表面は、放熱により冷却され、ケーシング６２の内部に送り込まれる排気雰囲気２２の温度よりも低温状態となる。

回収面８３が排気雰囲気２２の温度よりも低温であることにより、回収面８３に接触した排気雰囲気２２の温度が低下し、その結果、溶媒２３の飽和蒸気圧が低下して溶媒２３の分子の一部が回収面８３で液化する。ここで、溶媒２３の分子は上流部に配置されている凝集部３０で凝集しているため、液化しやすい状態になっている。液化した溶媒２３は、回収面８３に付着して除去される。その結果、排気雰囲気２２に含まれていた溶媒２３の一部が除去され、排気雰囲気２２における溶媒濃度を低下させることができる。

回収面８３に付着した溶媒２３は、ケーシング６２を分解してメンテナンスを行うことで除去可能である。図５に示すように、ケーシング６２の背面板６２Ｂ（第１部分の一例）と側面板６２Ｃ（第２部分の一例）とは、別部材で構成されており、図示しないボルト等で固定されている。ボルト等を外すことにより、背面板６２Ｂと側面板６２Ｃとを分離するようにケーシング６２を容易に分解して、背面板６２Ｂの内面（回収面８３）をメンテナンスすることができる。尚、図５では、正面板６２Ａと側面板６２Ｃとは一体の部材としているが、正面板６２Ａと側面板６２Ｃとを別部材で構成してボルト等で固定されるようにしてもよい。この場合、ケーシング６２の内部のメンテナンスがさらに容易になる。

また、ケーシング６２は、回収面８３に対応する放熱領域ＬＴ以外は、断熱材６０Ａによって高温が保たれる断熱領域ＨＴであるため、溶媒２３が液化しにくい。このため、回収面８３以外に液化した溶媒２３が付着することを抑制することができ、ケーシング６２の内部のメンテナンスが容易になる。また、回収面８３は、排気雰囲気２２の流速が比較的低い低速領域ＬＶに配置されているため、回収面８３の表面温度が上昇しにくく、回収面８３に付着した液化した溶媒２３が再び気化することを抑制することができる。

次に、集塵部４０について説明する。図６は、集塵部４０の正面断面図である。図６に示すように、集塵部４０は、筒状部材４１、断熱材４０Ａ、及び電極４８を備えている。

筒状部材４１は、例えば四角柱状であり、少なくとも第１壁面（例えば内壁面）４１Ａ及び第２壁面４１Ｂを有している。第１壁面４１Ａ及び第２壁面４１Ｂは互いに対向する位置に設けられている。筒状部材４１の内部には、排気雰囲気２２を一定方向に流す流路４２が形成されている。筒状部材４１の入口４１Ｃ側には、第３排気ダクト１３が設けられている。筒状部材４１の出口４１Ｄ側には、第１壁面４１Ａに沿って排出ダクト１５が設けられており、第２壁面４１Ｂに沿って循環ダクト１４が設けられている。つまり、筒状部材４１の出口４１Ｄ側は、排出ダクト１５と循環ダクト１４とに分岐するように構成されている。

断熱材４０Ａは、筒状部材４１の外面に配置されている。筒状部材４１は、断熱材４０Ａで外部と断熱されており、筒状部材４１に導入される排気雰囲気２２は、断熱された状態で集塵処理される。このため、排気雰囲気２２が保有する熱エネルギーの損失を抑制するとともに、溶媒２３が液化して筒状部材４１の内部に付着することを抑制することができる。

電極４８は、排気雰囲気２２が流れる方向に伸びるように、第１壁面４１Ａに沿って設けられている。電極４８は、電圧印加装置４３により電圧が印加される。印加される電圧の大きさは、溶媒２３の濃度、電極４８の配置長さ、排気雰囲気２２の流速、又は、流路４２の大きさなどを考慮して、適宜決定される。第１壁面４１Ａに対向する第２壁面４１Ｂは、電極４８とは絶縁されており、アースに接続されている。なお、電極４８は、第１壁面４１Ａから、第１壁面４１Ａに続く排出ダクト１５の壁面の少なくとも分岐部分まで設けられている。

電極４８に電圧が印加されると、第２壁面４１Ｂと電極４８の間に電位差が生じ、凝集部４０内に電界２４が発生する。電界２４は、排気雰囲気２２が流れる方向と交差する方向に発生する。

第３排気ダクト１３から導入された排気雰囲気２２（２２Ｃ）に電界がかけられると、分子構造で極性を持つ溶媒２３の分子は、静電誘引により、電極４８側に偏在する状態となり、排気雰囲気２２の中で溶媒濃度の偏りが生じる。その後、電極４８の近傍に集中した溶媒２３を含む排気雰囲気２２（２２Ｅ）は、排出ダクト１５に導かれて集塵部４０の外に排出された後、回収される。一方、溶媒２３が除去された排気雰囲気２２（２２Ｄ）は、循環ダクト１４に導かれて集塵部４０の外に排出された後、熱処理装置１０に再び導入される。

なお、図６では電極４８は上方の第１壁面４１Ａ側に配置されているが、電極４８を配置した第１壁面４１Ａを下方に配置し、第２壁面４１Ｂを上方に配置してもよい。この場合、溶媒２３の自重により、溶媒２３を含む排気雰囲気２２が下方の電極４８の近傍に集中しやすくなり、溶媒２３を含む排気雰囲気２２を排出ダクト１５に導きやすくなる。

第１実施形態によれば、集塵ファン６０の回収面８３に付着した溶媒２３は、ケーシング６２を分解しメンテナンスを行うことで除去可能である。また、集塵ファン６０の回収面８３以外の部分、及び排気経路は、高温に保たれているため、溶媒２３は液化しにくく付着しにくい。このため、排気雰囲気２２から除去した溶媒２３を容易に回収可能とするとともに、排気経路のメンテナンスを容易に行うことができる。

また、集塵ファン６０の上流側において、凝集部３０によって溶媒２３の分子を凝集させている。このため、集塵ファン６０で溶媒２３を液化して除去することが容易である。

また、集塵ファン６０の下流側では、集塵ファン６０で除去されずに残存している溶媒２３を集塵部４０で除去している。このため、排気雰囲気２２に含まれる溶媒２３の回収率を高めることができる。

（変形例）
図７は、集塵ファン６０の回収部８１の変形例を示す図である。図７の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、回収部８１は、ケーシング６２の背面板６２Ｂとは別部材として、取外し可能にボルト（図示せず）などで固定するようにしてもよい。この場合、回収部８１のみをケーシング６２の背面板６２Ｂから外向きに取り外し、回収面８３に付着した溶媒２３を除去することができる。このため、ケーシング６２を分解する場合に比べて、集塵ファン６０のメンテナンスが容易になる。

回収部８１は、回収面８３側に表面積拡大部８４を有してもよい。表面積拡大部８４は、回収面８３の表面積を拡大するために設けられる。図７の（Ａ）では、表面積拡大部８４は多数のディンプル形状を有している。図７の（Ｂ）では、表面積拡大部８４は多数の凹凸形状を有している。図７の（Ｃ）では、表面積拡大部８４は多数の針形状を有している。図７の（Ｄ）では、表面積拡大部８４は１つの凹形状を有している。さらに、表面積拡大部８４は、前記したディンプル形状、凹凸形状、凹形状、及び針形状を任意に組み合わせた形状でもよい。回収面８３は、表面積拡大部８４の表面に設けられる。表面積拡大部８４を設けることにより回収面８３の表面積が増大し、溶媒２３を効率良く付着させることができる。尚、表面積拡大部８４はこれらの形状に限定されない。表面積拡大部８４の形状は、回収面８３の表面積を拡大する形状であれば、任意の形状でもよい。

図８は、集塵ファン６０の回収部８１の別の変形例を示す図である。図８に示すように、回収部８１の外面にヒートシンク８５を設けてもよい。ヒートシンク８５は、回収面８３の放熱性を高めるために設けられる。ヒートシンク８５を設けることにより回収面８３を低温に保つことができ、回収面８３に接触した溶媒２３を液化させやすくなる。尚、ヒートシンク８５と上述した表面積拡大部８４とを組み合わせてもよい。

図９は、集塵ファン６０の回収部８１の別の変形例を示す図である。回収部８１は、冷却部８６及び温度制御部８７を有してもよい。冷却部８６は、回収面８３を強制冷却する部分である。冷却部８６は、例えば、送風ファンにより送風させること、又は、冷媒を循環させることにより、回収面８３を強制冷却する機構を備えている。温度制御部８７は、冷却部８６の動作を制御して、回収面８３の温度を制御する。温度制御部８７は、回収面８３の温度を検知するセンサ８８を有している。温度制御部８７は、センサ８８からの検知信号に基づいて冷却部８６の動作を制御して、回収面８３の温度を制御する。この場合、回収面８３をケーシング６２の内部に送り込まれる排気雰囲気の温度よりも低温に確実に保つことができ、回収面８３に接触した溶媒２３を液化させやすくなる。尚、温度制御部８７を設けずに、回収面８３を強制冷却する冷却部８６のみを設けてもよい。この場合、回収面８３の温度を制御することはできないが、回収面８３をケーシング６２の内部に送り込まれる排気雰囲気の温度よりも低温にすることが可能になる。

なお、本実施形態では、凝集部３０、集塵部４０、及び集塵ファン６０を設けたが、溶媒の濃度又は必要とされる処理能力に応じて、溶媒分離システム１００を集塵部４０及び集塵ファン６０で構成してもよい。また、溶媒分離システム１００を凝集部３０及び溶媒分離装置の一例としての集塵ファン６０で構成してもよい。また、集塵ファン６０のみで排気雰囲気２２から溶媒２３を除去するようにしてもよい。

本実施形態では、集塵ファン６０は１台としたが（図１参照）、複数台設置してもよい。例えば、図１において、第２排気ダクト１２に複数台の集塵ファン６０を並列に接続し、バルブによって排気雰囲気２２を取り込む集塵ファン６０を切り替えるようにしてもよい。この場合、集塵ファン６０をメンテナンスする場合、バルブを操作することによりメンテナンス対象の集塵ファン６０を排気経路から切り離し、メンテナンス対象外の別の集塵ファン６０を作動させることができる。これにより、熱処理装置１０及び溶媒分離システム１００を停止させずに集塵ファン６０のメンテナンスを行うことができる。

前記実施形態によれば、排気雰囲気から除去した溶媒を容易に回収することが可能となり、排気経路のメンテナンスを容易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システムは、排気雰囲気から除去した溶媒を容易に回収可能とし、排気経路のメンテナンスを容易に行うことができる。このため、溶媒分離方法、溶媒分離装置及び溶媒分離システムは、各種工業製品の製造工程又は各種電子部品の製造工程における乾燥炉、焼成炉、キュア炉、又はリフロー炉などの各種熱処理を行う熱処理装置などの排気発生装置に適用できる。

１００ 溶媒分離システム
１０ 熱処理装置
２２ 排気雰囲気
２３ 溶媒
３０ 凝集部
４０ 集塵部
６０ 集塵ファン（溶媒分離装置）
６２ ケーシング
６３ 収容空間
６４ 取り入れ口
６５ 排出口
７１ 羽根車
７２ 羽根
７５ 回転軸
８１ 回収部
８３ 回収面
８５ ヒートシンク
８６ 冷却部
８７ 温度制御部

Claims (19)

1. 気化した溶媒を含む気体から、前記溶媒を除去する溶媒分離方法であって、
   ケーシングの収容空間に収容された羽根車を回転させることにより、前記気化した溶媒を含んだ気体を前記ケーシングの取り入れ口から前記収容空間に取り入れる工程と、
   前記収容空間に取り入れた前記気化した溶媒を、表面温度が前記気体の温度よりも低温となるように冷却された回収面で冷却して液化させることで、前記気体から前記溶媒を分離する工程とを含む、溶媒分離方法。
2. 前記気化した溶媒を含んだ気体を前記収容空間に取り入れる工程の前に、前記気化した溶媒を含んだ気体に対し、前記気化した溶媒を凝集させる工程を含む、請求項１に記載の溶媒分離方法。
3. 前記気体から前記溶媒を分離する工程に続いて、前記溶媒を分離した気体に電界をかけて、前記気体に残存する気化した溶媒を分離する工程を含む、請求項１または請求項２に記載の溶媒分離方法。
4. 回転軸回りに複数の羽根が配列され、前記回転軸を中心として回転可能な羽根車を有するとともに、前記羽根車を収容する収容空間と、気体を前記収容空間に取り入れる取り入れ口と、前記気体を前記収容空間から排出する排出口と、を有するケーシングと、
   前記収容空間に面した回収面を有し、前記回収面の表面温度が、前記取り入れ口から取り入れられる気体の温度よりも低温となるように冷却される回収部と、を備え、
   前記羽根車が回転することにより、気化した溶媒を含んだ気体を前記取り入れ口から前記収容空間に取り入れ、前記回収面で前記気化した溶媒を冷却し液化させることで、前記気体から前記溶媒を分離する溶媒分離装置。
5. 前記回収面は、前記ケーシングの内面で構成される請求項４に記載の溶媒分離装置。
6. 前記ケーシングは、前記回収面を含む第１部分と、前記第１部分以外の第２部分とに分解可能に構成され、前記ケーシングを分解して前記回収面のメンテナンスが可能な、請求項４または請求項５に記載の溶媒分離装置。
7. 前記回収部は、前記ケーシングから分離可能とした、請求項４から請求項６のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
8. 前記ケーシングの内面付近における気体の流速が、前記羽根車から送出される気体の流速にほぼ等しい領域を高速領域とし、前記ケーシングの内面付近における気体の流速が、前記羽根車から送出される気体の流速よりも低い領域を低速領域として、前記回収面は、前記低速領域に配置される、請求項４から請求項７のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
9. 前記取り入れ口は、前記ケーシングの前記回転軸に交差する面に配置され、前記排出口は、前記回転軸に交差する方向に向けて配置されており、前記回収面は、前記ケーシングの内面のうち、前記取り入れ口が配置される面に対向した面に配置される、請求項４から請求項８のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
10. 前記回転軸に沿う方向を第１方向とし、前記第１方向から見て、前記回収面は、前記羽根車に対して半径方向外側に配置されている、請求項９に記載の溶媒分離装置。
11. 前記ケーシングに断熱材が配置されている領域を断熱領域とし、断熱材が配置されていない領域を放熱領域として、前記回収面は、前記放熱領域に配置されている、請求項４から請求項１０のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
12. 前記回収部は、前記回収面の表面積を拡大するための表面積拡大部を有する、請求項４から請求項１１のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
13. 前記表面積拡大部は、ディンプル形状、凹凸形状、凹形状、又は針形状のいずれか、又はこれらを組み合わせた形状を有する、請求項１２に記載の溶媒分離装置。
14. 前記回収部は、放熱するためのヒートシンクを有する、請求項４から請求項１３のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
15. 前記回収部は、前記回収面を強制冷却する冷却部をさらに有する、請求項４から請求項１４のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
16. 前記回収部は、前記回収面の温度を制御する温度制御部をさらに有する、請求項４から請求項１５のいずれか１つに記載の溶媒分離装置。
17. 気化した溶媒を含んだ気体を発生させる排気発生装置の下流に配置される、請求項１から請求項１３のいずれか１つに記載の溶媒分離装置と、
    前記排気発生装置と前記溶媒分離装置の間に配置され、前記気化した溶媒を凝集させる凝集装置とを含む、溶媒分離システム。
18. 前記溶媒分離装置の下流において、前記溶媒分離装置から排出された気体にさらに電界をかけて、前記気体に残存する気化した溶媒を分離する集塵部を備える、請求項１７に記載の溶媒分離システム。
19. 気化した溶媒を分離した後の気体を前記排気発生装置に供給する、請求項１７または請求項１８に記載の溶媒分離システム。

Images