JP5848866B2 - 洗浄液加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプを利用して洗浄液を加熱する洗浄液加熱装置に関する。

従来の洗浄液加熱装置として、下記特許文献１に記載のものが知られている。この洗浄液加熱装置は、洗浄液（加工水）を一定の温度に保つためにヒートポンプユニットを用いており、ヒーターを使用する場合と比較してランニングコストを低減することができるものとなっている。

特開２００８−３０１６９号公報

このような洗浄液加熱装置では、ヒーターと比べるのであれば省エネルギーとなるものの、洗浄液を極力一定の温度に保持する運転がなされるものであり、ヒートポンプ効率が考慮されておらず、更に省エネルギーとする余地を残すものとなっている。

そこで、請求項１に記載の発明は、ヒートポンプの高効率運用を行うことで更なる省エネルギー化が可能となる洗浄液加熱装置を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、洗浄液を、起動後に当該洗浄液の温度が所定の下限値を上回っても運転状態を変えずに加熱するヒートポンプと、前記洗浄液の温度が前記下限値よりも低い場合に、前記洗浄液の温度を前記下限値よりも高く持って行ける発熱量で運転し、前記ヒートポンプによる前記洗浄液の加熱を補助する他熱源を備えており、前記ヒートポンプは、前記洗浄液の温度が所定の上限値を上回ると加熱を停止し、前記上限値より２℃以上低い前記下限値を下回ると加熱を再開することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加えて、良好な加熱性能と高効率を両立する目的を達成するため、上記発明にあって、前記上限値と前記下限値の差が２℃ないしは１０℃であることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加えて、効率良く洗浄液を操業開始時に直ちに使用可能とする目的を達成するため、上記発明にあって、操業開始時刻から前記洗浄液の温度が前記下限値以上となるのに要する時間だけ遡った時刻である所定時刻の到来を把握するタイマーを備えており、前記ヒートポンプは、当該タイマーにおける前記所定時刻の到来の把握に基づいて起動されることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、上記目的に加えて、より一層省エネルギーとする目的を達成するため、上記発明にあって、前記ヒートポンプから出される冷風を案内するダクトが配置されていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、上記目的に加えて、負荷の規模に柔軟に対応可能でありながら、全体として更に省エネルギーにする目的を達成するため、上記発明にあって、前記ヒートポンプは、複数設置されており、これら複数の前記ヒートポンプを制御する制御手段と、ある全体負荷に対して前記各ヒートポンプの効率特性に照らし最も効率良く加熱できる前記ヒートポンプの台数を予め関係づけたデータベースを備えており、前記制御手段は、前記洗浄液の温度から算出される前記全体負荷を前記データベースに照会して得られた前記ヒートポンプの台数により、前記ヒートポンプを運転することを特徴とするものである。

本発明によれば、ヒートポンプの運転が切り替わる洗浄液温度に幅を持たせているため、ヒートポンプで洗浄液温度を特定温度に維持する従来の場合と比較して、洗浄性能を犠牲にすることなく運転切替回数を減少させることができ、又ヒートポンプをより長時間効率の良好な状態で運転することができ、省エネルギー化が大幅に達成された状態で洗浄液の加熱を行うことが可能となる、という効果を奏する。

本発明の第１形態に係る洗浄液加熱装置の説明図である。 図１の洗浄液加熱装置の運転状態を示すグラフである。 本発明の第２形態に係る洗浄液加熱装置における１台のヒートポンプの効率特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る実施の形態の例につき、適宜図面に基づいて説明する。尚、当該形態は、下記の例に限定されない。

［第１形態］
≪構成等≫
図１は本発明に係る第１形態の洗浄液加熱装置１の説明図である。洗浄液加熱装置１は、機械加工部品製造における切削工程後の脱脂・洗浄工程を行うために配備されており、洗浄のために供給される清浄な洗浄液を蓄えるクリーンタンク２と、洗浄後に回収した汚濁した洗浄液を貯蔵するダーティータンク４と、ダーティータンク４内の洗浄液をろ過のうえでクリーンタンク２内へ送るポンプ６と、クリーンタンク２内の洗浄液を得たうえで加熱して戻すヒートポンプ１０と、電熱によりクリーンタンク２内の洗浄液を加熱する他熱源としての電気ヒーター１２と、加熱時にヒートポンプ１０のファン１４から排出される冷風を導くダクト１６を備えている。

ヒートポンプ１０は、洗浄液を本体へ案内する配管２０と、配管２０に取り付けられており作動により洗浄液を本体へ送るポンプ２２と、本体において加熱した洗浄液をクリーンタンク２へ導出する配管２４を有している。洗浄液は、ヒートポンプ１０内でヒートポンプサイクルにより熱せられた冷媒と熱交換することで加熱される。尚、ヒートポンプ１０や電気ヒーター１２は、図示しない制御手段とそれぞれ接続されている。又、制御手段には、配管２０内の洗浄液温度（液温）を把握して送信する図示しないセンサが接続されている。

図２は時間の経過に対するクリーンタンク２内の液温の変遷例を示したグラフである。制御手段は、ヒートポンプ１０につき、運転条件に温度幅Ｗを持たせた状態で運転する。即ち、運転条件において液温の下限値Ｌ（例えば５０℃）と上限値Ｈ（例えば６０℃）を設け、制御手段が液温につき上限値Ｈを超えると加熱量を直前より減らし、下限値Ｌを下回ると加熱量を直前より増やす。温度幅Ｗ（上限値Ｌと下限値Ｈの差）は、好ましくは２℃ないしは１０℃である。

尚、制御手段は、所定時刻Ｔ１の経過を把握するための図示しないタイマーを有している。当該所定時刻Ｔ１は、加熱した洗浄液を使用し始める操業開始時刻Ｔ２（脱脂・洗浄工程の開始時刻）から、液温につき室温から下限値Ｌ以上とするのに要する時間だけ遡った時刻とされている。

≪動作等≫
制御手段は、所定時刻Ｔ１の到来をタイマにより把握すると、ヒートポンプ１０を起動し、ポンプ２２による配管２０を通じた洗浄液の導入、本体における洗浄液の加熱、ないし配管２４を経た加熱後の洗浄液の供給を開始する。すると、図２に矢印Ａで示すように、操業開始前に洗浄液を予め加熱して液温を上げ、操業開始時刻Ｔ２には既に液温が下限値Ｌに達しているようになる。

制御手段は、液温が下限値Ｌを上回っても、ヒートポンプ１０の運転状態を変えずに洗浄液の加熱を継続する。そして、制御手段は、液温が上限値Ｈを超えたことをセンサにより把握すると、ヒートポンプ１０による加熱量を減らし、液温の下降を許容する（矢印Ｂ１，Ｂ２）。尚、矢印Ｂ２の手前は休憩時間における昇温を示す。

一方、制御手段は、液温が下限値Ｌを下回ると、ヒートポンプ１０による加熱量を増し、液温を上昇させる（矢印Ｃ１，Ｃ２）。ここで、制御手段は、電気ヒーター１２も適宜運転し、ヒートポンプ１０による加熱を補助させる。このとき、制御手段は、電気ヒーター１２につき、液温を下限値Ｌより高く持って行ける最小限の発熱量で運転し、極力ヒートポンプ１０による加熱を利用するようにする。尚、液温の下降は、部品洗浄数（洗浄量）が急激に増加した場合や、洗浄水の補給水を注入した場合等に起こる。

他方、ヒートポンプ１０の運転により、冷風もファン１４を介して排出される。この冷風はダクト１６により案内され、工場冷房等として利用される。

≪効果等≫
以上の洗浄液加熱装置１では、洗浄液を加熱するヒートポンプ１０を備えており、ヒートポンプ１０は、洗浄液の温度（液温）が所定の上限値Ｈを上回ると加熱量を減少し、所定の下限値Ｌを下回ると加熱量を増加するので、ヒートポンプで液温を特定温度に維持する従来の場合と比較して、ヒートポンプ１０を効率の良好な状態で運転することができ、又運転の切替回数を少なくして更に効率に配慮することができ、洗浄液の加熱をより一層省エネルギーである状態で行うことが可能となる。

又、上限値Ｈと下限値Ｌの差（温度幅Ｗ）が２℃ないしは１０℃であるため、液温として所望される条件を満たしながら、ヒートポンプ１０における効率良い運転の継続度合を短すぎないものとし、或いは運転切替回数を頻繁にならないものとすることができ、加熱性能と効率のバランスが上手く取れたものとし、良好な加熱性能と高効率を両立することができる。

更に、洗浄液を加熱する電気ヒーター１２を別途備えているため、液温が下限値Ｌを下回り洗浄性能を低下させる期間の長期化を防止することができ、又液温急降下時やヒートポンプ１０不調時のバックアップを確保して信頼性を向上することが可能となる。

又更に、操業開始時刻Ｔ２から液温につき下限値Ｌ以上とするのに要する時間だけ遡った時刻である所定時刻Ｔ１の到来を把握するタイマーを備えており、ヒートポンプ１０は、タイマーにおける所定時刻Ｔ１の到来の把握に基づいて起動されるので、効率の良い運転が可能なヒートポンプ１０によって洗浄液を操業開始時に直ちに使用可能であるように予め加熱しておくことができる。

加えて、ヒートポンプ１０から出される冷風を案内するダクト１６を配置したため、冷風を工場空調等に利用することができ、冷風をそのまま排出する場合と比べ、より一層省エネルギーとなる。

［第２形態］
≪構成等≫
本発明に係る第２形態の洗浄液加熱装置は、ヒートポンプ１０が複数台設置されている点を除き、第１形態と同様に成る。なお、制御手段は、全てのヒートポンプ１０に対して共通とされている。

図３は、１台のヒートポンプ１０の能力（単位時間当たりの加熱量）と運転効率の関係（効率特性）を示すグラフである。ヒートポンプ１０は、加熱量が少なくて済む場合、矢印Ｄで示すように効率が悪い。そこで、制御手段は、必要とされる加熱量（負荷を賄える加熱量）が単数又は複数のヒートポンプ１０において最も効率が良くなるように負荷を配分した状態でヒートポンプ１０を運転する。即ち、制御手段は、ある全体負荷に対して効率特性に照らし最も効率良く加熱できるヒートポンプ１０の台数と各加熱量を予め関係づけたデータベースを記憶する図示しない記憶手段と接続されており、洗浄液温度から算出される全体負荷をデータベースに照会して得たヒートポンプ１０の台数と各加熱量によりヒートポンプ１０を運転する。

≪動作等≫
制御手段は、データベースに基づいた台数ないし加熱量により単数又は複数のヒートポンプ１０を運転する。例えば、全体負荷が１台のヒートポンプ１０の最大能力を僅かに超える加熱量で賄える程度である場合、１台のヒートポンプ１０を最大能力で運転し、別の１台のヒートポンプ１０を若干の加熱量で運転すると、前者は図３の矢印Ｅに応じた状態で運転され、後者は矢印Ｄに応じた状態で運転されて、それぞれ効率の悪い状態で運転されてしまうところ、第２形態の洗浄液加熱装置では、全体負荷を等分して２台のヒートポンプ１０にそれぞれ割り振ることで、何れのヒートポンプ１０においても矢印Ｆに応じた状態で運転され、効率の良い状態で運転されることとなる。

≪効果等≫
第２形態の洗浄液加熱装置では、ヒートポンプ１０が複数台設置されており、最も効率が良くなるように全体負荷が単数又は複数のヒートポンプ１０において配分された状態で運転されるため、全体負荷の規模（対応可能な最大変動幅）に応じた能力内し台数のヒートポンプを設置することが可能となってどのような規模に対しても柔軟に低コストで応じることができるし、全体負荷に応じて各ヒートポンプ１０につき効率の良好なポイントで稼働させることができ、全体として更に省エネルギーにすることが可能となる。

［変更例］
尚、主に上記各形態を変更して成る、本発明の他の形態を例示する。他熱源につき電気ヒーターに代えて蒸気或いはこれらの組合せとする。制御手段をヒートポンプや電気ヒーターに設け（ヒートポンプや電気ヒーターの制御手段と共通とし）たり、タイマーを制御手段とは別体に設けたり、制御手段を複数分散させ通信により協調処理するものとしたりする。液温につきクリーンタンク内や供給配管内のものを得るようにし、温度センサの設置位置もこれらに応じて変更する。ヒートポンプの運転につき液温が上限値を超えると加熱を停止し、或いは下限値を下回ると加熱を再開するようにする。ヒートポンプを予め起動するためのタイマにつき、休憩終了時刻に液温が下限値以上となるようにその所定時間前の時刻の到来を把握するようにする。

複数のヒートポンプの一部或いはそれぞれに制御手段を配置する。記憶手段にヒートポンプの効率特性を記憶させ、最も効率の良いヒートポンプの台数や各加熱量につき全体負荷の変化の都度、当該効率特性から算出する。

１ 洗浄液加熱装置
１０ ヒートポンプ
１２ 電気ヒーター（他熱源）
１６ ダクト
Ｈ 上限値
Ｌ 下限値
Ｔ１ 所定時刻
Ｔ２ 操業開始時刻

Claims (5)

1. 洗浄液を、起動後に当該洗浄液の温度が所定の下限値を上回っても運転状態を変えずに加熱するヒートポンプと、
   前記洗浄液の温度が前記下限値よりも低い場合に、前記洗浄液の温度を前記下限値よりも高く持って行ける発熱量で運転し、前記ヒートポンプによる前記洗浄液の加熱を補助する他熱源
   を備えており、
   前記ヒートポンプは、前記洗浄液の温度が所定の上限値を上回ると加熱を停止し、前記上限値より２℃以上低い前記下限値を下回ると加熱を再開する
   ことを特徴とする洗浄液加熱装置。
2. 前記上限値と前記下限値の差が２℃ないしは１０℃である
   ことを特徴とする請求項１に記載の洗浄液加熱装置。
3. 操業開始時刻から前記洗浄液の温度が前記下限値以上となるのに要する時間だけ遡った時刻である所定時刻の到来を把握するタイマーを備えており、
   前記ヒートポンプは、当該タイマーにおける前記所定時刻の到来の把握に基づいて起動される
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の洗浄液加熱装置。
4. 前記ヒートポンプから出される冷風を案内するダクトが配置されている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の洗浄液加熱装置。
5. 前記ヒートポンプは、複数設置されており、
   これら複数の前記ヒートポンプを制御する制御手段と、ある全体負荷に対して前記各ヒートポンプの効率特性に照らし最も効率良く加熱できる前記ヒートポンプの台数を予め関係づけたデータベースを備えており、
   前記制御手段は、前記洗浄液の温度から算出される前記全体負荷を前記データベースに照会して得られた前記ヒートポンプの台数により、前記ヒートポンプを運転する
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の洗浄液加熱装置。

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