JP2551777B2 - ヒ−トポンプ式蒸気洗浄装置 - 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、溶剤液を蒸発させてその蒸気
によつて機械部品等の洗浄を行なうようにしたヒートポ
ンプ式蒸気洗浄装置の改良に関する。

（従来の技術） 従前のヒートポンプ式蒸気洗浄装置としては、第３図
及び第４図に示す構造のものが知られている。

前記各ヒートポンプ式蒸気洗浄装置は、溶剤液を貯溜
する貯溜部29及び溶剤蒸気の存在する洗浄部30を備えた
蒸気洗浄槽31と、溶剤蒸気の凝縮熱を回収する蒸発器32
及び溶剤液を加熱する凝縮器33等を備えたヒートポンプ
34と、蒸気洗浄槽31に接続されて液相部35及び気相部36
を備えた蒸溜槽37とから構成されて居り、前者はヒート
ポンプ34の凝縮器33を蒸気洗浄槽１の貯溜部29に浸漬
し、後者はヒートポンプ34をユニツト化して蒸気洗浄槽
１の外部に配設した構造となつている。

尚、第３図及び第４図に於いて、38は洗浄部30に設け
た冷却管、39は洗浄部30に設けたドレンパン、40は貯溜
部29に設けた電気ヒータ、41はヒートポンプ34の圧縮
機、42はヒートポンプ34の膨張弁、43は冷却管38と蒸発
器32間を環状に連結する冷却水循環管路、44は冷却水循
環管路43に設けた冷却水循環ポンプ、45は貯溜部29と凝
縮器33間を環状に連結する溶剤液循環管路、46は溶剤液
循環管路45に設けた溶剤液循環ポンプ、47は液相部35に
設けた電気ヒータ、48はドレンパン39と液相部35を連通
する溶剤液管、49は洗浄部30と気相部35を連通する溶剤
蒸気管、50は蒸溜槽37に設けたブロー弁である。

而して、蒸気洗浄槽31内の溶剤液は、電気ヒータ40及
び凝縮器33によつて加熱され、蒸発する。この溶剤蒸気
は、洗浄部30へ供給され、ここで被洗浄物51及び冷却管
38によつて冷却され、凝縮する。この際、冷却管38に与
えられた凝縮熱は、冷却水及び蒸発器32を介してヒート
ポンプ34の冷媒に回収され、ヒートポンプ34により昇
温、昇圧された後、溶剤液の加熱に利用される。このよ
うに、熱閉鎖サイクルにより溶剤液の加熱と凝縮が行な
われる。

一方、被洗浄物51の外表面で凝縮した溶剤液は、被洗
浄物51の外表面に沿つて流下する間に洗浄作用を行う。
洗浄後の汚染溶剤液は、ドレンパン39によつて集めら
れ、蒸溜槽37へ導入された後、電気ヒータ47で加熱され
る。加熱により蒸溜精製された溶剤蒸気は、洗浄部30へ
戻され、濃縮された汚染溶剤液はブロー弁50により外部
へ排出される。このようにして、汚染溶剤液の大部分は
蒸溜槽37によつて浄化される。

又、冷却管38により冷却されて凝縮した比較的清浄な
溶剤液は、貯溜部29へ流下し、再利用される。

然し乍ら、前記各ヒートポンプ式蒸気洗浄装置は、溶
剤液の加熱システムが、蒸気洗浄槽31内の電気ヒータ40
と、蒸溜槽37内の電気ヒータ47と、ヒートポンプ34とに
よる三元的な加熱になつている為、加熱制御や加熱操作
が極めて煩雑化すると云う問題がある。又、蒸溜槽37内
の汚染溶剤液は、濃度が高い為、電気ヒータ47の外表面
に固形物が析出し、電気ヒータ47の焼付きや火災の原因
になり易いという問題もある。

一方、前記問題を避ける為に蒸気洗浄槽31及び蒸溜槽
37の各溶剤液をヒートポンプ34で加熱し、電気ヒータ4
0,47は装置の起動時や高負荷時のみ作動させるようにし
ても良い。この場合、ヒートポンプの冷媒には単一冷媒
（例えばＲ−12或はＲ−114）を使用するものとする。

従つて、前記ヒートポンプ式蒸気洗浄装置は、第５図
に示す構造となり、これは冷媒を圧縮機41で蒸発圧力よ
り高温凝縮器33′圧力まで昇温、昇圧するものであり、
一部の熱量（×％）を蒸気洗浄槽31用に使用し、残りの
熱量（（１−×）％）を蒸溜槽37用に使用するものであ
る。

尚、第５図に於いて、33′は高温凝縮器、33″は低温
凝縮器、53は汚染溶剤液循環管路、54は汚染溶剤液循環
ポンプ、である。又、第３図及び第４図に示すヒートポ
ンプ式蒸気洗浄装置の部材と同じ部材には同じ符号を付
し、その説明を省略している。

而して、前記ヒートポンプ式蒸気洗浄装置のサイクル
をTS線図（縦軸に絶対温度T,横軸にエントロピＳをとつ
たもの）で表わすと、第６図に示す如くなる。

即ち、第５図に示すヒートポンプ式蒸気洗浄装置のサ
イクルの場合、圧縮機41に導入される動力は面積1564と
なり、低温凝縮器33″に於ける冷媒の凝縮温度はT₄、そ
の凝縮熱量は面積ab34で、蒸気洗浄槽31の溶剤液の温度
はTf、蒸気洗浄槽31に利用しうる熱量は面積abgfとな
る。又、高温凝縮器33′に於ける冷媒の凝縮温度はT₄、
その凝縮熱量は面積bc63で、蒸溜槽37の溶剤液の温度は
Ti、蒸溜槽37に利用しうる熱量は面積bcihとなる。従つ
て、各槽31,37に必要な動力は面積1564、利用しうる熱
量は面積acihgfとなり、両凝縮器33′,33″に於ける損
失熱量は面積fghi64で表わされる。

尚、熱損失は凝縮器側だけでなく、蒸発器32側でも発
生する。この蒸発器32に於ける損失熱量は、冷却水の蒸
発器32内に於ける温度降下をde、冷媒の蒸発温度をT₁と
すると、面積15deで表わされる。

然し乍ら、前記ヒートポンプ式蒸気洗浄装置に於いて
も、所要動力及び損失熱量が比較的大きいうえ、各槽3
1,37に装置の起動時や高負荷時に各槽31,37の溶剤液に
必要な熱量を与える電気ヒータ40,47を配設し、溶剤液
を直接加熱しているので、どうしても電気ヒータ40,47
の焼付き等を生じると云う問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記の問題点を解消する為に創案されたも
のであり、その目的は比較的簡単な構造によつて所要動
力及び損失熱量の減少を図れると共に、ヒータによる溶
剤液の直接加熱を排してヒータトラブルの防止等を可能
としたヒートポンプ式蒸気洗浄装置を提供するにある。

（問題点を解決する為の手段） 本発明のヒートポンプ式蒸気洗浄装置は、溶剤液を貯
溜する貯溜部及び溶剤蒸気の存在する洗浄部を有すると
共に、洗浄部に冷却管を配設した蒸気洗浄槽と、蒸気洗
浄槽から洗浄後の高濃度汚染溶剤液を受け取つてこれを
貯溜する液相部及び蒸気洗浄槽の洗浄部へ連通する気相
部を備えた蒸溜槽と、冷却管に接続されて冷却管内を流
通する冷却水を冷却する蒸発器、蒸溜槽に接続されて蒸
溜槽の高濃度汚染溶剤液を加熱する高温凝縮器及び蒸気
洗浄槽に接続されて蒸気洗浄槽の清浄溶剤液を加熱する
低温凝縮器等を備えたヒートポンプとから成り、前記ヒ
ートポンプの冷媒に、高沸点冷媒と低沸点冷媒を混合し
た非共沸混合冷媒を使用したことに特徴がある。

（作用） 蒸発器で熱を回収した混合冷媒は、圧縮機により圧縮
されて高温凝縮器に入り、ここで高沸点冷媒が主として
凝縮を始め、蒸溜槽からの高濃度の高沸点汚染溶剤液を
その沸点まで加熱し、次に、低温凝縮器に入り、ここで
低沸点冷媒が主として凝縮してこれにより蒸気洗浄槽か
らの清浄な低沸点溶剤液をその沸点まで加熱し、すべて
の冷媒が凝縮を終了した後、膨張弁を経て蒸発器へ入
り、上述のサイクルを繰り返す。

一方、蒸気洗浄槽内の溶剤液は、低温凝縮器で加熱さ
れ、蒸発する。蒸発した溶剤蒸気は、洗浄部へ供給さ
れ、ここで被洗浄物及び冷却管によつて冷却され、凝縮
する。この際、被洗浄物の外表面で凝縮した溶剤液は、
被洗浄物の表面に沿つて流下する間に洗浄作用を行な
う。洗浄後の汚染溶剤液は、蒸溜槽に導入された後、高
温凝縮器によつて加熱され蒸発する。加熱により蒸溜精
製された溶剤蒸気は、洗浄部へ戻される。

又、冷却管で冷却されて凝縮した清浄な溶剤液は、貯
溜部へ流下して再利用される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明の実施例に係るヒートポンプ式蒸気洗
浄装置の概略系統図であつて、当該装置は、蒸気洗浄槽
１、蒸溜槽２及びヒートポンプ３等から構成されてい
る。

前記蒸気洗浄槽１は、下方に溶剤液を貯溜する貯溜部
４を有すると共に、その上方に溶剤蒸気の存在する洗浄
部５を備えて居り、洗浄部５には冷却管６及びドレンパ
ン７が夫々配設されている。尚、８は蒸気洗浄槽１の
蓋、９は機械部品等の被洗浄物である。

前記蒸溜槽２は、その下方に汚染溶剤液を貯溜する液
相部10を有すると共に、その上方に溶剤蒸気が存在する
気相部11を備えて居り、気相部11は汚染溶剤液管12を介
して蒸気洗浄槽１内のドレンパン７へ接続されていると
共に、溶剤蒸気管13を介して蒸気洗浄槽１の洗浄部５へ
接続されている。又、液相部10にはブロー弁14を介設し
た汚染溶剤液排出管15が接続されている。

前記ヒートポンプ３は、蒸発器16、圧縮器17、高温凝
縮器18、低温凝縮器19及び膨張弁20等から構成されて居
り、蒸気洗浄相１の外部にユニツト化して配設されてい
る。又、このヒートポンプ３の蒸発器16は冷却管６へ、
高温凝縮器18は蒸溜槽２へ、低温凝縮器19は蒸気洗浄槽
１へ夫々接続されている。

即ち、蒸発器16は、冷却水循環管路21を介して冷却管
６の出入口に接続されて居り、冷却水循環管路21には冷
却水循環ポンプ22及びヒータ23（例えば電気ヒータ、蒸
気ヒータ）を有する水タンク24が夫々介設されている。
このヒータ23は、装置の起動時や高負荷時に作動し、冷
却水に必要な補助熱量を与えるものである。

又、高温凝縮器18は、汚染溶剤液循環管路25を介して
蒸溜槽２の液相部10と気相部11に接続されて居り、汚染
溶剤液循環管25には汚染溶剤液循環ポンプ26が介設され
ている。

更に、低温凝縮器19は、溶剤液循環管路27を介して蒸
気洗浄槽１の貯溜部４と洗浄部５に接続されて居り、溶
剤液循環管路27には溶剤液循環ポンプ28が介設されてい
る。

そして、このヒートポンプ２の冷媒には高沸点冷媒
（例えばＲ−114）と低沸点冷媒（Ｒ−12）を混合した
非共沸混合冷媒が使用されて居り、この非共沸混合冷媒
は単一の冷媒（例えばＲ−12或はＲ−114）と異なり、
等圧蒸発及び等圧凝縮中に蒸発、凝縮温度が変化し、気
相及び液相中の冷媒の組成が変化するものである。従つ
て、高温側負荷で混合冷媒中の高沸点冷媒が主として凝
縮動作し、低温側負荷で低沸点冷媒が主として凝縮動作
する。

次に、前記ヒートポンプ式蒸気洗浄装置の作動につい
て説明する。

蒸発器16で凝縮熱を回収した混合冷媒は、圧縮機17に
圧縮されて高温凝縮器18に入り、ここで混合冷媒中の高
沸点冷媒が主として凝縮を始め、蒸溜槽２からの高濃度
の高沸点汚染溶剤液をその沸点温度まで加熱し、次に、
低温凝縮器19に入り、ここで低沸点冷媒が主として凝縮
してこれにより蒸気洗浄槽１からの清浄な低沸点溶剤液
をその沸点温度まで加熱し、すべての冷媒が凝縮を終了
した後、膨張弁20を経て再び蒸発器16内に入る。このよ
うにして、上述のサイクルを繰り返す。

一方、蒸気洗浄槽１内の清浄な溶剤液は、溶剤液循環
管路27を経て低温凝縮器19で加熱され、蒸発する。蒸発
した溶剤蒸気は、洗浄部へ供給され、ここで被洗浄物９
及び冷却管６によつて冷却され、凝縮する。この際、被
洗浄物９の外表面で凝縮した溶剤液は、被洗浄物９の表
面に沿つて流下する間に洗浄作用を行う。洗浄後の汚染
溶剤液は、ドレンパン７及び汚染溶剤液管12を経て蒸溜
槽２に導入された後、汚染溶剤液循環管路25を経て高温
凝縮器18で加熱され、蒸発する。加熱により蒸溜精製さ
れた溶剤蒸気は、溶剤蒸気管13を経て洗浄部５へ戻され
る。

又、冷却管６で冷却されて凝縮した清浄な溶剤液は、
貯溜部４へ流下して再利用される。冷却管６上で凝縮し
た溶剤蒸気の凝縮熱は、冷却水循環管路21内の冷却水に
与えられ、蒸発器16でヒートポンプ３の混合冷媒に回収
される。そして、装置の起動時や高負荷時には水タンク
24内のヒータ23が作動し、冷却水に所要熱量を与えるこ
とにより、ヒートポンプ３を介して所定の補給熱量が供
給される。

尚、前記ヒートポンプ式蒸気洗浄装置のサイクルをTS
線図で表わすと、第２図に示す如くなる。

即ち、圧縮機17に導入される動力は面積15′64′、凝
縮熱量は面積ac64′、利用される熱量は面積acihgfとな
り、凝縮器18,19に於ける損失熱量は面積fghi64′で表
わされる。又、蒸発器16に於ける損失熱量は面積15′de
で表わされる。

従つて、第５図の場合のサイクルと比較すると、凝縮
器18,19に於ける損失熱量は面積44′６だけ減少し、蒸
発器16に於ける損失熱量は面積155′だけ減少する。こ
の損失熱量を更に減少させ、効率を高めようとすれば、
凝縮器18,19に於ける温度差T₄′−Tf,T₃′−Th、蒸発器
16に於ける温度差Te−T₁を小さくすれば良く、この場合
には凝縮器18,19及び蒸発器16の伝熱面積を増やすか、
熱伝達を改善する必要がある。

上記実施例に於いては、イートポンプ３をユニツト化
して蒸気洗浄槽１の外部に配設するようにしたが、本発
明は上記実施例のものに限定されるものではなく、ヒー
トポンプ３をユニツト型とせず、高温凝縮器18を蒸溜槽
２の液相部10に、又、低温凝縮器19を蒸気洗浄槽１の貯
溜部４に夫々浸漬させるようにしても良い（図示省
略）。

（発明の効果） 上述の通り、本発明のヒートポンプ式蒸気洗浄装置
は、ヒートポンプの高温凝縮器で蒸溜槽の高濃度の汚染
溶剤液を加熱すると共に、その低温凝縮器で蒸気洗浄槽
の清浄な溶剤液を加熱し、ヒートポンプの冷媒には高沸
点冷媒と低沸点冷媒を混合した非共沸混合冷媒を使用す
る構成とした為、第２図及び第６図のTS線図に示すよう
に従来のヒートポンプ式蒸気洗浄装置に比較して所要動
力と凝縮器及び蒸発器に於ける損失熱量の減少を図れる
うえ、装置自体の構造も比較的簡単である。

又、蒸気洗浄槽及び蒸溜槽の各溶剤液をヒートポンプ
により加熱し、電気ヒータによる溶剤液の加熱を行わな
い為、溶剤液内の固形物の析出による電気ヒータの焼付
きや火災の発生等が皆無になると共に、溶剤液の加熱が
一元化され、加熱制御や加熱操作も極めて容易になる。

更に、蒸気洗浄槽の冷却管とヒートポンプの蒸発器と
を連結する冷却水循環管路に、ヒータを有する水タンク
を設け、装置の起動時や高負荷時にはヒータにより補助
熱量を冷却水に与え、ヒートポンプの出力を増やす構成
としている為、装置の起動を迅速に行えると共に、負荷
変動に対する応答性も高くなり、然も、電気洗浄槽及び
蒸溜槽からヒータを除去できて焼付き等の事故を確実に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るヒートポンプ式蒸気洗浄
装置の概略系統図、第２図は第１図に於けるサイクルの
TS線図、第３図及び第４図は従来のヒートポンプ式蒸気
洗浄装置の概略系統図、第５図は蒸気洗浄槽及び蒸溜槽
の各溶剤液をヒートポンプで加熱するようにしたヒート
ポンプ式蒸気洗浄装置の概略系統図、第６図は第５図に
於けるサイクルのTS線図である。 １は蒸気洗浄槽、２は蒸溜槽、３はヒートポンプ、４は
貯溜部、５は洗浄部、６は冷却管、10は液相部、11は気
相部、16は蒸発器、18は高温凝縮器、19は低温凝縮器、
21は冷却水循環管路、23はヒータ、24は水タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 巧 神奈川県横須賀市田浦港町無番地 関東 自動車工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−18483（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−315183（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−175683（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−193685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−205299（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−218769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196554（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−189563（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−37753（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−55193（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−55191（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−38918（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−30434（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−53873（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−47672（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−12344（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−53456（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭61−13545（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−40621（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−31113（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶剤液を貯溜する貯溜部（４）及び溶剤蒸
   気の存在する洗浄部（５）を有すると共に、洗浄部
   （５）に冷却管（６）を配設した蒸気洗浄槽（１）と、
   蒸気洗浄槽（１）から洗浄後の高濃度汚染溶剤液を受け
   取ってこれを貯溜する液相部（10）及び蒸気洗浄槽
   （１）の洗浄部（５）へ連通する気相部（11）を備えた
   蒸溜槽（２）と、冷却管（６）に接続されて冷却管
   （６）内を流通する冷却水を冷却する蒸発器（16）、蒸
   溜槽（２）に接続されて蒸溜槽（２）の高濃度汚染溶剤
   液を加熱する高温凝縮器（18）及び蒸気洗浄槽（１）に
   接続されて蒸気洗浄槽（１）の清浄溶剤液を加熱する低
   温凝縮器（19）等を備えたヒートポンプ（３）とから成
   り、前記ヒートポンプ（３）の冷冷媒に、高沸点冷媒と
   低沸点冷媒を混合した非共沸混合冷媒を使用したことを
   特徴とするヒートポンプ式蒸気洗浄装置。
2. 【請求項２】前記冷却管（６）と蒸発器（16）とを連結
   する冷却水循環管路（21）が、ヒータ（23）を有する水
   タンク（24）を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のヒートポンプ式蒸気洗浄装置。
3. 【請求項３】前記ヒートポンプ（３）の高温凝縮器（1
   8）を蒸溜槽（２）の液相部（10）に、又、低温凝縮器
   （19）を蒸気洗浄槽（１）の貯溜部（４）に浸漬させた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第２項記
   載のヒートポンプ式蒸気洗浄装置。