JPWO2007108216A1 - 水系洗浄液を用いる洗浄装置 - Google Patents

Abstract

水系洗浄液を用いる洗浄装置（１）において、高温にした水系洗浄液により、装置（１）内に水蒸気が充満する。従来、この水蒸気が漏れ出すことで、洗浄液の加熱や乾燥の際に多くの熱エネルギー損失があった。そこで、洗浄装置（１）の排気室（１０）と外気圧の差圧を測定する差圧測定手段（１１）を設置し、差圧が所定の最適な値になるように排気室（１０）からの排気量を制御して、過剰な水蒸気の漏れ出しを防ぎ、常に最適な排気風量で運転する。また、排気の熱を洗浄装置（１）内の洗浄液に回収するヒートポンプ機構を備え付けて、排気とともに散逸していたエネルギーを再利用する。

Description

本発明は水系洗浄液を用いる洗浄装置、特に、洗浄装置の省エネルギー化技術に関する。

従来、機械部品等の洗浄については、有機溶剤を用いる洗浄装置が多く使用されていたが、環境規制等により水系洗浄装置への転換が積極的に行われている。

水系洗浄装置は、高温にした水系の洗浄液を被洗浄物に噴射するか、或いは被洗浄物を高温の水系洗浄液に浸漬して、被洗浄物に付着した油や異物等を除去する。

このような洗浄装置では、洗浄中は洗浄装置内部に水蒸気が充満する。この水蒸気は、洗浄装置の被洗浄物投入口や取出口から漏れ出して作業環境を悪化させ、また、水切り工程や乾燥工程における乾燥性能を低下させる原因となる。このため、水系洗浄装置には、通常、内部の水蒸気を排気するための排気装置が設けられている（特許文献１）。

特開平07-290007号公報（[0031]、図１）

このような水系洗浄装置の第１の問題は、洗浄液の加熱や乾燥に多くの熱エネルギーを必要とすることである。この熱エネルギーはほとんど回収されることがなく失われ、中でも、洗浄装置の排気から排出される水蒸気が持つ蒸発熱はその大きな部分を占める。

特に、洗浄装置からの水蒸気の漏れ出し量を低減するため、或いは洗浄装置内部の湿度を低減させることを目的として、排気風量を多くすると、逃げ出す熱エネルギーが多くなるばかりでなく、外部の空気が洗浄装置内部へ大量に流入することとなり、水系洗浄液を冷却させてしまい、熱エネルギーの損失が更に増大する。

更に、洗浄装置の排気装置に接続される排気ダクトはその直径、長さ、曲がりの数等によって通風抵抗が変化するため、排気装置の排気風量をあらかじめ最適な値に定めておくことは困難である。また、排気ダクトに設けたダンパー等で排気風量を調節することも行われているが、稼動現場において排気風量の最適値を求めることは容易ではないため、通常は、排気量が最適値よりも多めとなるようにダンパーの開度が設定されていることが多い。

水系洗浄装置の第２の問題は、仮に排気風量が適正量に調整できたとしても、この排気による熱エネルギーの散逸を防止することはできないということである。

前記第１の問題を解決するために成された本発明に係る第１の洗浄装置は、水系洗浄液を用いる洗浄装置において、
a) 被洗浄物を搬送する搬送手段と、
b) 被洗浄物に加温した水系洗浄液を噴射して洗浄するスプレーノズルと、
c) 洗浄装置内部の空気を吸気し、被洗浄物に付着した水を吹き飛ばすエアブローノズルと、
d) 洗浄装置の被洗浄物投入部に設けた排気室から洗浄装置内部の水蒸気を含んだ空気を排気する排気手段と、
e) 外気大気圧と排気室の気圧の差圧を測定する差圧測定手段と、
f) 差圧測定手段によって測定された差圧データに基づいて排気手段の排気風量を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする。

ここで、前記排気手段は、水蒸気を含んだ空気を、被洗浄物投入部に設けた排気室から排気することが望ましい。

搬送手段としては、ネットによるコンベヤ式とすることが望ましい。こうすることにより、スプレーノズル及びエアブローノズルをコンベヤの上下に設け、被洗浄物の上下から洗浄液を噴射し、エアーを吹き付けることができるようになる。

スプレーノズルを備えた洗浄室及びエアブローノズルを備えた水切り室は、それぞれ複数設けることが望ましい。これにより、より確実な洗浄及び水切りを行うことができるようになる。

排気手段による排気風量の制御は、排気ファンの回転数を調節することにより行うこともできるし、排気通路に設けたダンパの開度を調節することにより行うこともできる。

そして、制御手段は、排気室の気圧を外気大気圧よりも0.1Paから5Pa低くなるように制御することが望ましい。更には、その差圧を0.2Paから2Paとすることが望ましい。

本発明に係る洗浄装置は、上記のネットコンベヤ式の搬送手段の代わりに被洗浄物を上下及び前後に搬送する搬送手段を備え、被洗浄物をヒータ及び超音波発生器を備えた洗浄タンクに浸漬することにより洗浄する方式を採用するものであってもよい。

この場合、排気手段が洗浄装置内の空気を排気する箇所は、上記の被洗浄物投入部に設けた排気室の代わりに、或いはそれに加えて、被洗浄物取出部に設けた排気部であってもよい。

上記第２の問題を解決するために成された本発明は、上記洗浄装置において、排気の熱を洗浄液に回収するヒートポンプ機構を備えることを特徴とする。

このヒートポンプ機構は、
a) 排気手段中に設けた、排気中の熱を熱媒体に与える蒸発器と、
b) 気化した熱媒体を圧縮して液化する圧縮手段と、
c) 液化した熱媒体の凝縮熱を洗浄液に与える凝縮手段と、
d) 熱媒体を気化する膨張弁またはキャピラリチューブと
を備えるものとすることができる。

更に、この洗浄装置において、前記凝縮手段と、膨張弁またはキャピラリチューブの間に、
a) 排気熱交換器と、
b) 排気熱交換器を冷却する排気熱交換器冷却手段と、
c) 凝縮手段を流れる洗浄液の温度を測定する温度測定手段と、
d) 測定された洗浄液温度に応じて圧縮手段および排気熱交換器冷却手段を制御するヒートポンプ制御手段と
を設けることが望ましい。

更に、前記ヒートポンプ制御手段に、
a) 次の設定温度Ｔ１〜Ｔ４を記憶する温度記憶手段と、
・圧縮手段運転開始温度 Ｔ１
・排気熱交換器冷却手段間欠運転停止温度 Ｔ２
・排気熱交換器冷却手段間欠運転開始温度 Ｔ３
・排気熱交換器冷却手段連続運転開始温度 Ｔ４
b) 温度測定手段で測定した洗浄液の温度Ｔとこれらの設定温度Ｔ１〜Ｔ４を比較して、
・Ｔ＜Ｔ１のときに圧縮手段を停止し、
・Ｔ１≦Ｔのときに圧縮手段を運転し、
・Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ４のときに排気熱交換器冷却手段を間欠運転し、
・Ｔ４≦Ｔのときに排気熱交換器冷却手段を連続運転し、
・排気熱交換器冷却手段が運転を開始した後にＴ＜Ｔ２となったときに排気熱交換器冷却手段を停止する
運動制御手段と
を設けることが望ましい。

前記温度記憶手段に記憶しておく設定温度Ｔ１〜Ｔ４は、洗浄装置における水系洗浄液の好ましい使用温度（基準使用温度）をＴＷ℃としたとき、
・（ＴＷ−４５）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
・（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
・（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
・ ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
・０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４
とすることが望ましい。

或いは、
・（ＴＷ−２０）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
・（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
・（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
・ ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
・０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４
としてもよい。

前記排気熱交換器冷却手段の間欠運転に際しては、前記運転制御手段は、排気熱交換器冷却手段の運転比率を
｛（Ｔ−Ｔ３）／（Ｔ４−Ｔ３）｝×１００％
とすることが望ましい。

また、前記排気熱交換器冷却手段をファンとしたときには、前記運転制御手段はそのファンの回転数Ｒを、
Ｔ＜Ｔ３のとき、Ｒ＝０
Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ４のとき、Ｒ＝（Ｔ−Ｔ３）／（Ｔ４−Ｔ３）×Ａ×Ｒ０
Ｔ４≦Ｔのとき、Ｒ＝Ａ×Ｒ０
（ただし、Ａはファンの冷却能力に応じて定める係数で、０．１〜１．０の値。Ｒ０はファンの定格回転数。）と制御することが望ましい。

また、気化した熱媒体を圧縮して液化する前記圧縮手段がモータを用いたものであるときには、前記運転制御手段は、そのモータの回転数を連続的又は段階的な制御するようにしてもよい。モータは、インバータ制御等により、その回転数を連続的又は段階的に変化させることが可能である。そこで、洗浄液の温度が目標温度に近づけばモータを減速し、目標温度に到達すれば停止するようにしてもよい。

なお、基準使用温度は一般的には５０〜６０℃とするが、油の付着状態がひどく、洗浄対象物が高温に耐えうる場合には７０〜８０℃とする場合があり、逆に、洗浄対象物が高温で変色したり酸化する恐れがある等の場合は４０℃程度とする場合もある。

エアブローを外気導入で行うと、洗浄装置内に送り込まれたエアブロー用の空気以上に排気を行わないと洗浄室内部の水蒸気を含む空気が洗浄装置外に漏れだしてしまう。本発明に係る第１の洗浄装置では、エアブローの吸気を洗浄装置内部から行うため、水蒸気の漏れ出しを防止できると共に、外気によって洗浄装置内部が冷却されることがなくなる。加えて、外気大気圧と排気室の気圧の差圧を測定することによって排気風量を調節するので、運転条件や排気ダクトの形状が異なっても排気装置を常に最適な排気風量で運転することができる。

特に、洗浄装置の排気室の気圧を外気大気圧よりも0.1Paから5Pa(望ましくは、0.2Pa〜2Pa)低くなるように排気装置の排気風量を調節することで、乾燥性や水蒸気の漏れ出し防止効果を損なわず、最適な排気風量とすることができる。

本発明に係る第２の洗浄装置では、排気と共に散逸する熱エネルギーを蒸発器で回収し、回収した熱エネルギーによって凝縮手段において水系洗浄液の加熱を行うことで熱エネルギーの散逸を大幅に低減し、熱エネルギーの再利用を行う。

更に、ヒートポンプ制御手段に温度記憶手段及び運転制御手段を設け、温度測定手段で測定した洗浄液の温度Ｔに応じて圧縮手段及び排気熱交換機冷却手段の運転を上記のように制御することにより、排気から回収する熱量が多い場合に過剰な熱エネルギーを排気熱交換器冷却手段によって冷却することができ、洗浄液の温度調節が容易になり、洗浄液の温度変動も低減することができる。

上記の設定温度Ｔ１〜Ｔ４は次のように定めることができる。洗浄装置の水系洗浄液の基準使用温度をＴＷ℃としたとき、
・（ＴＷ−４５）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
・（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
・（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
・ ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
・０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４

又は、洗浄装置の水系洗浄液の基準使用温度をＴＷ℃としたとき、
・（ＴＷ−２０）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
・（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
・（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
・ ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
・０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４
と設定してもよい。

本発明の実施例における洗浄装置の概略構成図である。 本発明の実施例における洗浄装置の洗浄室および水切り室の拡大図である。 本発明の実施例における排気手段の排気風量を制御する別の方法を示す概略構成図である。 本発明の実施例における別の洗浄装置の概略構成図である。 本発明の実施例における排気手段の排気風量を制御する別の方法を示す概略構成図である。 本発明の実施例におけるヒートポンプを組み合わせた洗浄装置の概略構成図である。 本発明の実施例におけるヒートポンプを組み合わせた洗浄装置の概略構成図である。 本発明の実施例におけるヒートポンプを組み合わせた洗浄装置の概略構成図である。 本発明の実施例における別のヒートポンプの概略構成図である。

符号の説明

１ 洗浄装置
２ 投入口
３ 取出口
４ 洗浄装置
５ 被洗浄物
１０ 排気室
１１ 差圧計
１２ 排気室
１３ 差圧計
２０ 制御手段
２１ 演算装置
２２ インバーター
２３ サーボコントロールユニット
２４ サーボモーター
２５ 風量調整ダンパー
２６ ダンパー
５０ 排気ダクト
５１ 排気ファン
７０ 搬送ネット
７１ 前後搬送機構
７２ 上下搬送機構
１００ 第１洗浄室
１０１ 洗浄液タンク
１０２ ヒーター
１０３ ポンプ
１０４ スプレーノズル
１０５ 超音波発生器
１０６ 熱交換器
１０８ 中間洗浄液タンク
１０９ 最終洗浄液タンク
１１０ 第１水切り室
１１１ 送風機
１１２ エアブロー吸気ダクト
１１３ エアブローノズル
２００ 第２洗浄室
２０１ 洗浄液タンク
２０５ 超音波発生器
２１０ 第２水切り室
２２０ 最終洗浄室
２３１ サーボコントロールユニット
２３２ サーボコントロールユニット
２４１ サーボモーター
２４２ サーボモーター
２５１ 風量調整ダンパー
２５２ 風量調整ダンパー
２６１ ダンパー
２６２ ダンパー
３００ 乾燥室
３０１ 吸気口
３０２ 熱風ファン
３０３ 熱風ヒーター
３０４ 吹き出し口
５０１ 排気ダクト
５０２ 排気ダクト
６００ ヒートポンプ機構
６０１ 圧縮手段（コンプレッサー）
６０２ 凝縮手段（凝縮器）
６０３ 膨張弁 または キャピラリチューブ
６０４ 蒸発器
６０５ 循環ポンプ
６０６ 排気熱交換器
６０７ 冷却ファン
６０８ 給水温度測定手段（温度センサー）（Ｔ）
６０９ ヒートポンプ制御装置

以下、図面に基づき本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の第１の実施例である洗浄装置の概略構成図、図２はその洗浄室および水切り室の詳細図である。
実施例１の洗浄装置１はネットコンベア搬送式であり、搬送ネット７０によって被洗浄物５を移動しながら洗浄、水切り、乾燥の各工程を行うものである。被洗浄物５の搬送順に投入口２から取出口３の間に排気室１０、第１洗浄室１００、第１水切り室１１０、第２洗浄室２００、第２水切り室２１０、乾燥室３００の順に配置されて構成されている。なお、この構成は一例であり、洗浄室、水切り室、乾燥室の数や順序が異なっても構わない。

排気室１０には差圧計１１が設けられ、外気大気圧と排気室内の気圧差を測定する。測定データは制御装置２０に伝送され、その中に含まれる演算装置２１にて最適な排気風量が計算される。算出された最適排気風量のデータは制御装置２０内のインバーター２２に送られ、インバーター２２はそのデータに基づき、排気手段である排気ファン５１の回転数を制御する。排気ファン５１は、排気室１０と洗浄装置の外部の間に設けられた排気ダクト５０の途上に設けられ、排気室１０内の空気を外部に排出するように回転する。これにより、排気室内の空気は最適流量で洗浄装置外に排気される。

第１洗浄室１００の下部には洗浄液タンク１０１が配置され、洗浄液タンク１０１の内部には洗浄液を加熱するためのヒーター１０２が設置されている。洗浄液タンク１０１の下方からは第１洗浄液配管が上方に延び、第１洗浄液配管は第１洗浄室１００内の搬送ネット７０の上下から搬送ネット７０に向けて噴出するように配置されたスプレーノズル１０４に接続されている。第１洗浄液配管の途上にはポンプ１０３が設けられている。これにより、ヒーター１０２によって加熱された洗浄液タンク１０１内の水系洗浄液はポンプ１０３で送水され、搬送ネット７０の上下に配置されたスプレーノズル１０４から搬送ネット７０上の被洗浄物５に噴射され、集水ダクトにより洗浄液タンク１０１に戻る。

第１水切り室１１０の搬送ネット７０の上下にはエアブローノズル１１３が配置されている。上下のエアブローノズル１１３は送風手段である送風機１１１に接続され、送風機の吸気側は吸気ダクト１１２により第１水切り室１１０内に開口している。これにより、第１水切り室１１０内の空気がエアブローノズル１１３により上下から被洗浄物に吹き付けられ、第１洗浄室１００で被洗浄物に付着した洗浄液の水滴を除去する。

第１洗浄室１００及び第１水切り室１１０を通過した搬送ネット７０上の被洗浄物５は第２洗浄室２００及び第２水切り室２１０を通過するが、これら第２洗浄室２００及び第２水切り室２１０の構造及び動作は第１洗浄室１００及び第１水切り室１１０と同様である。

第１洗浄室１００、第１水切り室１１０、第２洗浄室２００及び第２水切り室２１０を通過した搬送ネット７０上の被洗浄物は、最後に乾燥室３００に入る。乾燥室３００内には、上下から搬送ネット７０に対して噴出する吹き出し口３０４が設けられ、そこには、吸気口３０１が乾燥室３００内部に開口する配管が接続されている。この配管には熱風ファン３０２及び熱風ヒーター３０３が配設されており、乾燥室３００内で吸引された空気が熱風ヒーター３０３により加熱され、上下の吹き出し口３０４より搬送ネット７０上の被洗浄物に吹き付けられる。

こうして洗浄及び乾燥された被洗浄物は、洗浄装置の取出口３から搬出される。

上記構成を有する本実施例の洗浄装置において、排気室１０内の空気を外部に排気する排気ファン５１の風量は、排気室１０内の気圧が外気大気圧よりも0.1Paから5Pa低くなるように制御することが重要である。差圧が0.1Pa未満であると、洗浄室１００、２００内に充満している水蒸気が排気室１０を通過し、投入口２から漏れる可能性がある。また、第２洗浄室２００の水蒸気が第２水切り室２１０や乾燥室３００に流入し、乾燥性が低下する原因ともなる。一方、差圧が5Paを超えると、排気室１０から排出される風量が増大し、排気と共に大量の熱エネルギーが外部に散逸することとなる。また、投入口２から流入する外気も増大し、流入する空気の風速が大きくなるため、外気の一部が排気室１０を通過して第１洗浄室１００に流入する。これにより、スプレーノズル１０４から噴射されている洗浄液が冷却されることとなり、ヒーター１０２の稼働率が高くなって消費エネルギーが増大する。なお、その差圧の更に望ましい範囲は0.2〜2Paである。

従って、制御装置２０は、外気大気圧と排気室１０の差圧を測定し、差圧が0.1Pa未満(又は0.2Pa未満)となったときには排気ファン５１の回転数を増加させるようにインバーター２２の周波数を増加させ、差圧が5Pa(又は2Pa)を超えるときには排気ファン５１の回転数を減少させるようにインバーター２２の周波数を減少させるように制御する。こうして、外気大気圧と排気室１０の差圧が常に0.1Paから5Paの範囲(又は0.2Paから2Pa)となるように制御することにより、洗浄装置で消費するエネルギーを最も低くすることができる。

また、上記で説明した通り、第１水切り室１１０及び第２水切り室２１０におけるエアブローは洗浄装置内部の空気を吸気し、その空気でエアブローを行うことが望ましい。外気を導入してエアブローを行うと、洗浄装置内に流入した空気以上の量の排気を行う必要があり、排気風量が増加し、排気に伴って散逸する熱エネルギーも増大する。それに対して、上記実施例のように洗浄装置内部の空気を吸気し、この空気でエアブローを行えば、排気を増加させる必要が無く、排気による熱エネルギー散逸の増加を防止できる。

図３は本発明の第２の実施例である、排気手段の排気風量を制御する別の方法を示す概略構成図である。

差圧計１１により測定された差圧データが制御装置２０の演算装置２１で処理されるのは実施例１と同じである。本実施例では、排気風量を制御するために、排気手段である排気ファン５１の吹出側に風量調整ダンパー機構２５を設ける。風量調整ダンパー機構２５内部のダンパー２６の開き角度は、角度調節機能を持つサーボモーター２４で調節される。サーボモーター２４の動き、すなわちダンパー２６の開き角度は、演算装置２１の指令に基づき、サーボコントロールユニット２３により制御される。ダンパー２６の開き角度を調節することによって、外気大気圧と排気室１０の差圧が常に0.1Paから5Paの範囲内(又は0.2Paから2Pa)となるように制御するのは、実施例１と同じである。

図４は本発明の第３実施例である別の洗浄装置の概略構成図である。
実施例３の洗浄装置４は浸漬超音波式のものであり、前後搬送機構７１と上下搬送機構７２によって被洗浄物５を搬送し、洗浄、水切りの各工程を行うものである。被洗浄物の投入口２と取出口３の間に、第１洗浄室１００、第２洗浄室２００及び水切室１１０がこの順に配置されて構成されている。第１洗浄室１００及び第２洗浄室２００の水系洗浄液タンク１０１、２０１には、ヒーター１０２、２０２及び超音波発生器１０５、２０５が設けられている。被洗浄物５は、まず第１洗浄室１００において上下搬送機構７２により洗浄液タンク１０１内に浸漬され、ヒーター１０２で５０〜６０℃に加熱された洗浄液内で超音波洗浄される。そこにおける洗浄が終了したら、上下搬送機構７２で引き上げられ、前後搬送機構７１により第２洗浄室２００に送られて、同様に洗浄液タンク２０１内に浸漬されて超音波洗浄される。そこでの洗浄が終了すると、被洗浄物は引き上げられ、前後搬送機構７１により水切り室１１０に搬送される。ここでは、上下に設けられたエアブローノズル１１３より被洗浄物にエアーが吹き付けられ、洗浄液が除去される。このエアブローノズル１１３の空気も、洗浄装置内に設けられた吸気ダクト１１２から吸引される。なお、この構成は一例であり、洗浄室、水切り室の数や順序が異なっていても構わない。

洗浄装置の投入口２及び取出口３にはそれぞれ排気室１０、排気室１２が設けられ、これら排気室１０、１２からは洗浄装置４の外部に排気するための排気ダクト５０１、５０２が接続されている。これら両排気ダクト５０１、５０２の途上には、それぞれ風量調整ダンパー機構２５１、２５２が配設されている。各風量調整ダンパー機構２５１、２５２の内部にはダンパー２６１、２６２が設けられている。両排気ダクト５０１、５０２は途中で合流して１本となり本洗浄装置４の外部に開口しているが、その途上に排気手段である排気ファン５１が設けられている。

図５は、第３実施例の洗浄装置における、排気手段の排気風量を制御する方法を示す概略構成図である。
投入口２側の排気室１０と取出口３側の排気室１２にはそれぞれ差圧計１１、１３が設けられ、外気大気圧と排気室１０、１２内の気圧差を測定する。差圧計１１、１３により測定されたデータは制御装置２０に伝送され、その中にある演算装置２１において最適な風量が計算される。算出された最適風量のデータはインバーター２２に送られ、インバーター２２はそのデータに基づき排気ファン５１の回転数を制御する。また、最適風量のデータは制御装置２０内のサーボコントロールユニット２３１、２３２にも送られ、両サーボコントロールユニット２３１、２３２は、サーボモーター２４１、２４２を動作させることにより排気ダクト５０１、５０２上のダンパー２６１、２６２の開度を調節して吸気風量を調節する。このとき、投入口２側の排気室１０及び取出口３側の排気室１２の内部の気圧が外気大気圧よりも0.1Paから5Pa(又は0.2Paから2Pa)低くなるように制御する。

図６(a)は本発明の第４の実施例である、ヒートポンプを組み合わせた洗浄装置の概略構成図である。本実施例の洗浄装置のヒートポンプ機構６００は、気化した熱媒体を圧縮する圧縮手段であるコンプレッサー６０１と、液化した熱媒体の凝縮熱を洗浄液に与える凝縮手段である凝縮器６０２と、熱媒体を気化する膨張弁６０３と、排気中の熱を熱媒体に与える蒸発器６０４がこの順に接続して構成されている。

コンプレッサー６０１で圧縮された熱媒体は凝縮器６０２に圧送される。洗浄液タンク１０１の洗浄液は循環ポンプ６０５によって凝縮器６０２に送水され、熱媒体の凝縮熱によって加熱されて洗浄液タンク１０１に戻る。凝縮器６０２を経由した熱媒体は膨張弁６０３を通過して気化した後、蒸発器６０４に至り、排気から熱を吸収して再びコンプレッサー６０１で圧縮される。排気ファン５１から蒸発器６０４に送風された排気は、この蒸発器６０４において熱媒体に熱を与え、洗浄装置外に排出される。

本実施例の洗浄装置では、これまで排気と共に装置外に散逸していた熱エネルギー（主に洗浄液の蒸発熱）がヒートポンプ機構６００の蒸発器６０４によって回収され、洗浄液の加熱に再利用することができる。洗浄液の蒸発が多くなるほど排気から回収される熱エネルギーも増大するため、熱効率の良いシステムを構成することが可能である。従って、これまで洗浄液の加熱に使用していたヒーター１０２の稼働率を低減することが可能となり、洗浄装置全体として省エネルギーを達成することができる。
なお、図６(b)に示すように、凝縮器６０２からの洗浄液は、複数の洗浄液槽１０１、１０９に回して使用することも可能である。これにより、回収された熱をより効率よく使用することができるようになる。

さらに、図６(c)に示すように、洗浄液タンクが直列に３槽以上設けられている場合は以下のような経路で洗浄液を熱交換の媒体として利用するように、各洗浄液タンク間を循環させてもよい。例えば、まず、投入口２側に配置した洗浄液タンク１０１から前記ヒートポンプ機構６００に洗浄液を送液する。これにより洗浄液は、ヒートポンプ機構６００にて熱交換により加熱される。こうして加熱された洗浄液を、取出口３側に配置した最終洗浄液タンク１０９に設けた熱交換器１０６に送り、その熱により最終洗浄液タンク１０９に蓄えた洗浄液を加熱する。熱媒体となった洗浄液はその後、投入口２側の洗浄タンク１０１と取出口３側の最終洗浄液タンク１０９の間に挟まれた中間洗浄液タンク１０８を経由せずに、元の洗浄液タンク１０１に戻す。このようにして両端の洗浄液タンク１０１と最終洗浄液タンク１０９の洗浄液のみを加熱することにより、その間に挟まれている中間洗浄液タンク１０８の洗浄液も冷めにくくなる。その結果、全ての洗浄液タンクの温度を一定に保ちやすくなり、回収された熱をより効率よく使用することができるようになる。なおこの構成は一例であり、取出口３側の最終洗浄液タンク１０９から前記ヒートポンプ６００に洗浄液を送水して投入口２側の洗浄液タンク１０１に設けた熱交換器１０６を経由させ、元の最終洗浄液タンク１０９に戻しても構わず、洗浄室、熱交換器、水切り室の数や順序が異なっていても構わない。またここで洗浄液タンクが直列に３槽以上設けられている場合というのは、単に洗浄液タンクの配置が直列という意味である。

また、本実施例は前記実施例１から実施例３の構成と組み合わせることが可能である。前記実施例では排気風量を最適化することにより洗浄機から熱エネルギーの散逸を低減する効果を得たが、必要な量の排気は行うため、これに伴う熱の散逸は免れ得ない。そこで、本実施例を組み合わせることによって、排気から熱を回収することが可能となり、更なる省エネルギーを行うことができる。

なお、ヒートポンプ機構６００を構成する膨張弁６０３はキャピラリチューブで代用することも可能である。特に、小型のヒートポンプであれば、キャピラリチューブを用いることによってヒートポンプ制御を簡略化することが可能となり、コストも低減できる。

一方、膨張弁６０３を用いた場合は、熱負荷状況に追随した制御が可能であり、比較的大型のシステムに適する。

図７は本発明の第５の実施例である別のヒートポンプの概略構成図である。
本実施例のヒートポンプ機構６００は、気化した熱媒体を圧縮する圧縮手段であるコンプレッサー６０１と、液化した熱媒体の凝縮熱を洗浄液に与える凝縮手段である凝縮器６０２と、排気熱交換器６０６と、熱媒体を気化する膨張弁６０３と、排気の熱を熱媒体に与える蒸発器６０４がこの順に接続して構成されている。排気熱交換器６０６には、それに隣接して排気熱交換器冷却手段としての冷却ファン６０７が設置され、排気熱交換器６０６を空冷する。更に、凝縮器６０２に供給される洗浄液の給水温度測定手段としての温度センサー（Ｔ）６０８が設けられている。なお、膨張弁６０３はキャピラリチューブで代用することも可能である。

コンプレッサー６０１と冷却ファン６０７は温度センサー（Ｔ）６０８の測定データに基づき、ヒートポンプ制御装置６０９によって制御される。ヒートポンプ制御装置６０９にはコンプレッサー６０１と冷却ファン６０７の運転制御条件として、次の４個の制御温度設定値が記憶されている。
・圧縮手段運転開始温度 Ｔ１
・排気熱交換器冷却手段間欠運転停止温度 Ｔ２
・排気熱交換器冷却手段間欠運転開始温度 Ｔ３
・排気熱交換器冷却手段連続運転開始温度 Ｔ４
これらＴ１〜Ｔ４と凝縮器に供給される洗浄液の温度Ｔとを比較し、次の条件でコンプレッサー６０１と冷却ファン６０７の運転制御を行う。
・Ｔ＜Ｔ１のときにコンプレッサー（圧縮手段）を停止する。
・Ｔ１≦Ｔのときにコンプレッサー（圧縮手段）を運転する。
・Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ４のときに冷却ファン（排気熱交換器冷却手段）を間欠運転する。
・Ｔ４≦Ｔのときに冷却ファン（排気熱交換器冷却手段）を連続運転する。
・冷却ファン（排気熱交換器冷却手段）が運転を開始した後にＴ＜Ｔ２となったときに冷却ファン（排気熱交換器冷却手段）を停止する。

本実施例では洗浄液の凝縮器への給水温度Ｔに基づいてコンプレッサーと冷却ファンを制御することとなる。

給水温度ＴがＴ１よりも低い温度でコンプレッサーを停止するのは、熱媒体温度が下がり過ぎて配管が凍結する等の支障がないようにするためである。そして、ＴがＴ１以上となったときにコンプレッサーの運転を開始して排気からの熱回収を行う。その後、ＴがＴ３以上Ｔ４未満の温度範囲に達した場合、排気の熱量が多く洗浄液の温度を加熱しすぎることが予測されるため、冷却ファンを間欠運転し、排気熱交換器によって熱媒体の温度を下げる。ここで間欠運転とは、１秒運転・１秒停止の交互運転等である。また、間欠運転ではなく、インバーターを用いて低速で運転することで制御することも可能である。

更に、給水温度ＴがＴ４以上になったときには、冷却ファンを連続運転または高速運転することで、熱媒体の温度上昇を防止する。ＴがＴ３またはＴ４以上になったときに冷却ファンを運転しなければ、熱媒体の温度が上昇し、洗浄液温度が好ましい温度範囲を超えることとなってしまう。この様な制御を行うことで、ヒートポンプによる洗浄液の加熱を安定的に行うことができる。

この冷却ファン（排気熱交換器冷却手段）の間欠運転に際しては、ファンの運転比率を
｛（Ｔ−Ｔ３）／（Ｔ４−Ｔ３）｝×１００％
とすることが望ましい。
例えば、Ｔ＝５３℃、Ｔ３＝５２℃、Ｔ４＝５５℃とした場合、ファンの運転比率は
（５３−５２）／（５５−５２）×１００％＝３３％
すなわち、０．６７秒運転、１．３３秒停止とすることが望ましい。

或いは、間欠運転するのではなく、そのファンの回転数Ｒを、
Ｔ＜Ｔ３のとき、Ｒ＝０
Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ４のとき、Ｒ＝（Ｔ−Ｔ３）／（Ｔ４−Ｔ３）×Ａ×Ｒ０
Ｔ４≦Ｔのとき、Ｒ＝Ａ×Ｒ０
（ただし、Ａはファンの冷却能力に応じて定める係数で、０．１〜１．０の値。Ｒ０はファンの定格回転数。）と連続的に制御するようにしてもよい。この方がシステムとして安定し、ファンやモータの寿命延長、及び運転時の騒音低減の効果がある。

上記設定温度Ｔ１〜Ｔ４は、洗浄装置の水系洗浄液の基準使用温度をＴＷ℃としたとき、
（ＴＷ−４５）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４
となるように設定すると、洗浄装置を安定的に制御することができる。

さらに好ましくは、Ｔ１について、
（ＴＷ−２０）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
と設定する。

例えば、洗浄装置の水系洗浄液の基準使用温度ＴＷを５５℃とした場合、
１０℃≦Ｔ１≦５０℃
４５℃≦Ｔ２≦５５℃
５０℃≦Ｔ３≦６０℃
５５℃≦Ｔ４≦６５℃

さらに好ましくは
３５℃≦Ｔ１≦５０℃
４５℃≦Ｔ２≦５５℃
５０℃≦Ｔ３≦６０℃
５５℃≦Ｔ４≦６５℃
と設定する。

Claims (27)

1. a) 被洗浄物を搬送する搬送手段と、
   b) 被洗浄物に加温した水系洗浄液を噴射して洗浄するスプレーノズルと、
   c) 洗浄装置内部の空気を吸気し、被洗浄物に付着した水を吹き飛ばすエアブローノズルと、
   d) 洗浄装置内部の水蒸気を含んだ空気を排気する排気手段と、
   e) 外気大気圧と排気室の気圧の差圧を測定する差圧測定手段と、
   f) 差圧測定手段によって測定された差圧データに基づいて排気手段の排気風量を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする、水系洗浄液を用いた洗浄装置。
2. 前記排気手段が、洗浄装置の被洗浄物投入部に設けた排気室から排気することを特徴とする請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記搬送手段がネット状コンベヤとなっており、スプレーノズル及びエアブローノズルが該ネット状コンベヤの上下に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の洗浄装置。
4. スプレーノズルが設けられた洗浄室、及びエアブローノズルが設けられた水切り室がそれぞれ複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の洗浄装置。
5. 排気風量の調節を、排気ファンの回転数により行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の洗浄装置。
6. 排気風量の調節を、排気通路に設けたダンパの開度により行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の洗浄装置。
7. 前記制御手段が、排気室の気圧が外気大気圧よりも0.1〜5Pa低くなるように排気手段の排気風量を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の洗浄装置。
8. 前記制御手段が、排気室の気圧が外気大気圧よりも0.2〜2Pa低くなるように排気手段の排気風量を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の洗浄装置。
9. a) 被洗浄物を上下及び前後に搬送する搬送手段と、
   b) 水系洗浄液を保持する、ヒーター及び超音波発生器を備えた洗浄液タンクと、
   c) 洗浄装置内部の空気を吸気し、被洗浄物に付着した水を吹き飛ばすエアブローノズルと、
   d) 洗浄装置内部の水蒸気を含んだ空気を排気する排気手段と、
   e) 外気大気圧と排気室の気圧の差圧を測定する差圧測定手段と、
   f) 差圧測定手段によって測定された差圧データに基づいて排気手段の排気風量を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする、水系洗浄液を用いた洗浄装置。
10. 前記排気手段が、洗浄装置の被洗浄物投入部に設けた排気室から排気することを特徴とする請求項９に記載の洗浄装置。
11. 前記排気手段が、洗浄装置の被洗浄物取出部に設けた排気室から排気することを特徴とする請求項９又は１０に記載の洗浄装置。
12. 排気風量の調節を、排気ファンの回転数により行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の洗浄装置。
13. 排気風量の調節を、排気通路に設けたダンパの開度により行うことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の洗浄装置。
14. 前記制御手段が、排気室の気圧が外気大気圧よりも0.1〜5Pa低くなるように排気手段の排気風量を制御することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の洗浄装置。
15. 前記制御手段が、排気室の気圧が外気大気圧よりも0.2〜2Pa低くなるように排気手段の排気風量を制御することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の洗浄装置。
16. 排気手段が、排気の熱を洗浄液に回収するヒートポンプ機構を備えることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の洗浄装置。
17. a) 被洗浄物を搬送する搬送手段と、
    b) 水系洗浄液を保持する洗浄液タンクと、
    c) 加温した水系洗浄液で被洗浄物を洗浄する洗浄手段と、
    d) 洗浄装置内部の水蒸気を含んだ空気を排気する排気手段と、
    e) 排気の熱を洗浄液に回収するヒートポンプ機構と
    を備えることを特徴とする、水系洗浄液を用いた洗浄装置。
18. 前記ヒートポンプ機構が、
    a) 排気手段中に設けた、排気中の熱を熱媒体に与える蒸発器と、
    b) 気化した熱媒体を圧縮して液化する圧縮手段と、
    c) 液化した熱媒体の凝縮熱を洗浄液に与える凝縮手段と、
    d) 熱媒体を気化する膨張弁またはキャピラリチューブと
    を備えることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の洗浄装置。
19. a) 洗浄液を保持するタンクが２槽以上設けられており、
    b) うち少なくとも１槽の洗浄液タンクに熱交換器が設けられる一方、他の洗浄液タンクには熱交換器が設けられておらず、熱交換器が設けられていない洗浄液タンクから洗浄液を前記ヒートポンプ機構に送液し、前記ヒートポンプ機構にて加熱された洗浄液を熱交換器が設けられた洗浄液タンクの熱交換器を経由して元の洗浄液タンクに戻す洗浄液循環機構を設けた
    ことを特徴とする請求項１８に記載の洗浄装置。
    
20. a) 洗浄液タンクが直列に３槽以上設けられており、
    b) それらの洗浄液タンクのうち一方の端に配置した洗浄液タンクに熱交換器が設けられる一方、他方の端に配置した洗浄液タンクには熱交換器が設けられておらず、他方の端に配置した洗浄液タンクから洗浄液を前記ヒートポンプ機構に送液し、前記ヒートポンプ機構にて加熱された洗浄液を熱交換器が設けられた洗浄液タンクの熱交換器を経由して元の洗浄液タンクに戻す洗浄液循環機構を設けた
    ことを特徴とする請求項１９に記載の洗浄装置。
    
21. 前記凝縮手段と膨張弁またはキャピラリチューブの間に、
    a) 排気熱交換器と、
    b) 排気熱交換器を冷却する排気熱交換器冷却手段と、
    c) 凝縮手段を流れる洗浄液の温度を測定する温度測定手段と、
    d) 測定された洗浄液温度に応じて圧縮手段および排気熱交換器冷却手段を制御するヒートポンプ制御手段と
    を備えることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれかに記載の洗浄装置。
22. 前記ヒートポンプ制御手段が、
    a) 次の設定温度Ｔ１〜Ｔ４を記憶する温度記憶手段と、
    ・圧縮手段運転開始温度 Ｔ１
    ・排気熱交換器冷却手段間欠運転停止温度 Ｔ２
    ・排気熱交換器冷却手段間欠運転開始温度 Ｔ３
    ・排気熱交換器冷却手段連続運転開始温度 Ｔ４
    b) 温度測定手段で測定した洗浄液の温度Ｔとこれら設定温度Ｔ１〜Ｔ４を比較して、
    ・Ｔ＜Ｔ１のときに圧縮手段を停止し、
    ・Ｔ１≦Ｔのときに圧縮手段を運転し、
    ・Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ４のときに排気熱交換器冷却手段を間欠運転し、
    ・Ｔ４≦Ｔのときに排気熱交換器冷却手段を連続運転し、
    ・排気熱交換器冷却手段が運転を開始した後にＴ＜Ｔ２となったときに排気熱交換器冷却手段を停止する
    運転制御手段と
    を備えることを特徴とする請求項２１に記載の洗浄装置。
23. 洗浄装置の水系洗浄液の基準使用温度をＴＷ℃としたとき、前記温度記憶手段に記憶されている設定温度Ｔ１〜Ｔ４が、
    ・（ＴＷ−４５）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
    ・（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
    ・（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
    ・ ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
    ・０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４
    であることを特徴とする請求項２２に記載の洗浄装置。
24. 洗浄装置の水系洗浄液の基準使用温度をＴＷ℃としたとき、前記温度記憶手段に記憶されている設定温度Ｔ１〜Ｔ４が、
    ・（ＴＷ−２０）℃≦Ｔ１≦（ＴＷ− ５）℃
    ・（ＴＷ−１０）℃≦Ｔ２≦ ＴＷ ℃
    ・（ＴＷ− ５）℃≦Ｔ３≦（ＴＷ＋ ５）℃
    ・ ＴＷ ℃≦Ｔ４≦（ＴＷ＋１０）℃
    ・０℃＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４
    であることを特徴とする請求項２２に記載の洗浄装置。
25. 前記運転制御手段が、前記排気熱交換器冷却手段の間欠運転に際して排気熱交換器冷却手段の運転比率を
    ｛（Ｔ−Ｔ３）／（Ｔ４−Ｔ３）｝×１００％
    とすることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれかに記載の洗浄装置。
26. 前記排気熱交換器冷却手段がファンであり、前記運転制御手段がそのファンの回転数Ｒを、
    Ｔ＜Ｔ３のとき、Ｒ＝０
    Ｔ３≦Ｔ＜Ｔ４のとき、Ｒ＝（Ｔ−Ｔ３）／（Ｔ４−Ｔ３）×Ａ×Ｒ０
    Ｔ４≦Ｔのとき、Ｒ＝Ａ×Ｒ０
    （ただし、Ａはファンの冷却能力に応じて定める係数で、０．１〜１．０の値。Ｒ０はファンの定格回転数。）と制御することを特徴とする請求項２２〜２５のいずれかに記載の洗浄装置。
27. 前記圧縮手段がモータを用いており、前記運転制御手段は該モータの回転数を連続的又は段階的に制御すること特徴とする請求項２２〜２６のいずれかに記載の洗浄装置。

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