WO2013161644A1 - 真空洗浄装置 - Google Patents

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WO2013161644A1
WO2013161644A1 PCT/JP2013/061411 JP2013061411W WO2013161644A1 WO 2013161644 A1 WO2013161644 A1 WO 2013161644A1 JP 2013061411 W JP2013061411 W JP 2013061411W WO 2013161644 A1 WO2013161644 A1 WO 2013161644A1
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WO
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heat exchanger
heat
chamber
cleaning agent
steam
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/061411
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English (en)
French (fr)
Inventor
淳 平田
康弘 茂垣
平田　哲也
一雄 三好
至康 松田
昇 平本
Original Assignee
株式会社Ihi
株式会社Ｉｈｉ機械システム
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Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi, 株式会社Ｉｈｉ機械システム filed Critical 株式会社Ihi
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Priority to EP13781328.3A priority patent/EP2842643A4/en
Publication of WO2013161644A1 publication Critical patent/WO2013161644A1/ja
Priority to US14/457,277 priority patent/US9636716B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B08B5/04—Cleaning by suction, with or without auxiliary action
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/08—Cleaning involving contact with liquid the liquid having chemical or dissolving effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/04—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by a combination of operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents
    • C23G5/02—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents using organic solvents
    • C23G5/04—Apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum cleaning apparatus for cleaning a workpiece by supplying a vapor of a hydrocarbon-based cleaning agent to a cleaning chamber under reduced pressure.
  • a vacuum cleaning apparatus disclosed in Patent Document 1 is known.
  • a depressurization step is performed to depressurize the steam cleaning / drying chamber into which the work has been carried in using a vacuum pump, and then the hydrocarbon cleaning agent vapor is supplied to the steam cleaning / drying chamber to remove the workpiece.
  • a steam cleaning process for cleaning is performed.
  • a spray dip cleaning process is performed to clean the components.
  • used hydrocarbon cleaners contaminants adhering to the workpiece and hydrocarbon cleaners, hereinafter referred to as used cleaners
  • used cleaners are sent to the steam chamber for regeneration.
  • the used cleaning agent sent to the steam chamber is heated by an electric heater or the like to become substantially hydrocarbon-based cleaning vapor (distillation).
  • generated hydrocarbon type cleaning agent is utilized again in a vapor
  • the used cleaning agent in a vapor state generated in the steam cleaning / drying chamber is cooled by the first heat exchanging unit using water (liquid) as a heat medium, and the first heat exchange is performed.
  • Technology is disclosed in which heat exchange is performed in two stages of a second heat exchange unit that indirectly recovers heat obtained by the unit, and sensible heat obtained by water (liquid) is supplied to the vapor chamber (for example, Patent Document 2).
  • the first heat exchange unit uses the sensible heat of water to recover the heat of the used cleaning agent or indirectly the heat obtained by the first heat exchange unit. Since heat exchange is performed in two stages of the second heat exchanging unit that collects the heat, the heat recovery efficiency is as low as 1/10 to 1/100 compared to the case of using the latent heat of the heat medium. Therefore, in order to sufficiently recover heat at the first heat exchange section, the contact area between the first heat exchange section and the second heat exchange section must be increased, and the heat exchanger is increased in size. . Therefore, if the technique of Patent Document 2 is simply applied to a vacuum cleaning apparatus, the occupied volume of the apparatus itself may increase.
  • An object of the present invention is to provide a vacuum cleaning apparatus capable of efficiently recovering heat used in a steam chamber without increasing the size of the apparatus itself.
  • a first aspect of the vacuum cleaning apparatus of the present invention includes a vapor chamber that generates a vapor of a hydrocarbon-based cleaning agent, a condensation chamber connected to the vapor chamber, and the condensation chamber.
  • a first heat exchanger that heats the heat medium while condensing the steam into a hydrocarbon-based cleaning agent by performing heat exchange between the steam introduced from the steam chamber and the heat medium.
  • the adiabatic compression of the cleaning chamber capable of cleaning the workpiece under reduced pressure by the condensed hydrocarbon-based cleaning agent supplied from the condensation chamber and the heat medium heated by the first heat exchanger are further heated.
  • heat exchange is performed between the heat medium heated by the compressor and the hydrocarbon-based cleaning agent to vaporize the hydrocarbon-based cleaning agent and generate steam.
  • Second heat for cooling the heat medium And a decompression unit that decompresses and further cools the heat medium cooled by the second heat exchanger, and the heat medium cooled by the decompression unit is provided in the first heat exchanger. By being returned, the heat medium circulates through the first heat exchanger, the compressor, the second heat exchanger, and the decompression unit.
  • the decompression unit may be an expansion valve.
  • the decompression unit is configured by a turbine that rotates by a heat medium cooled by the second heat exchanger, and the compressor is assisted by driving by the rotational power of the turbine. May be.
  • heat is generated by the heat medium that flows between the first heat exchanger and the compressor and the heat medium that flows between the second heat exchanger and the decompression unit. You may provide the 3rd heat exchanger which performs exchange.
  • the hydrocarbon-based cleaning agent may be a third petroleum cleaning agent.
  • heat utilized in the steam chamber can be efficiently recovered without increasing the size of the apparatus itself.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining the vacuum cleaning apparatus 100.
  • the vacuum cleaning apparatus 100 includes a vacuum container 104 in which a cleaning chamber 102 is provided.
  • An opening 104 a is formed in the vacuum container 104, and the opening 104 a can be opened and closed by an opening / closing door 106. Therefore, when cleaning the workpiece W, the opening / closing door 106 is opened, the workpiece W is loaded into the cleaning chamber 102 from the opening 104a and placed on the mounting portion 108, and the opening / closing door 106 is closed to close the workpiece W. Then, the opening / closing door 106 is opened again, and the workpiece W is carried out from the opening 104a.
  • a shower unit 110 is provided in the cleaning chamber 102.
  • the shower unit 110 is connected to the vapor chamber 200 via a vapor supply pipe 114, a condensation chamber 120, a condensed cleaning agent supply pipe 122, a cleaning agent storage unit 124, and a condensed cleaning agent supply pipe 126.
  • the steam chamber 200 includes a heater 202 and a second heat exchanger 320, and a hydrocarbon-based cleaning agent (solvent) is heated to, for example, about 80 to 140 ° C., preferably about 120 ° C.
  • a cleaning agent vapor (hereinafter simply referred to as vapor) is generated.
  • the steam generated in the steam chamber 200 is introduced into the condensing chamber 120 via the steam supply pipe 114.
  • the condensation chamber 120 includes a first heat exchanger 310, and the vapor introduced into the condensation chamber 120 is cooled by the first heat exchanger 310 to be a liquid hydrocarbon-based cleaning agent (hereinafter simply referred to as “cleaning agent”). Condensed detergent).
  • cleaning agent a liquid hydrocarbon-based cleaning agent
  • Condensed detergent Condensed detergent
  • the condensed cleaning agent is stored in the cleaning agent storage unit 124 via the condensed cleaning agent supply pipe 122 and then supplied to the cleaning chamber 102 via the condensed cleaning agent supply pipe 126 and the shower unit 110.
  • the cooling mechanism by the first heat exchanger 310 and the heating mechanism by the second heat exchanger 320 will be described in detail later.
  • an immersion chamber 130 is provided below the cleaning chamber 102.
  • the immersion chamber 130 stores an amount of hydrocarbon-based cleaning agent (liquid) in which the workpiece W can be completely immersed, and is provided with a heater 130a for heating the hydrocarbon-based cleaning agent.
  • An intermediate door 140 is provided between the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130, and the intermediate door 140 allows the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130 to communicate with each other or the communication to be interrupted.
  • the hydrocarbon cleaning agent stored in the immersion chamber 130 includes the condensed cleaning agent supplied from the shower unit 110 and the condensed cleaning agent supplied from the cleaning agent storage unit 124 via the condensed cleaning agent supply pipe 128. Either one or both of the agents.
  • the mounting part 108 is provided with an elevator device (not shown), and the mounting part 108 is configured to be movable in the vertical direction. Therefore, by driving the lifting / lowering device in a state where the intermediate door 140 is opened and the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130 are communicated, the workpiece W is moved from the cleaning chamber 102 to the immersion chamber 130 as indicated by a broken line in the figure. Alternatively, the workpiece W can be moved from the immersion chamber 130 to the cleaning chamber 102.
  • the condensed cleaning agent supplied from the shower unit 110 for cleaning the workpiece W and the condensed cleaning agent for cleaning the workpiece W in the immersion chamber 130 (hereinafter simply referred to as used cleaning agent) are used cleaning agent introduction pipes 150. Then, the steam is again introduced into the steam chamber 200 and is heated by the heater 202 and the second heat exchanger 320 described above to become steam (regeneration).
  • the type of the hydrocarbon-based cleaning agent is not particularly limited, but it is desirable to use a third petroleum cleaning agent from the viewpoint of safety.
  • a third petroleum cleaning agent For example, normal paraffinic, isoparaffinic, naphthenic, aromatic
  • Teclean N20, Clean Sol G, Daphne Solvent or the like called a cleaning solvent as a cleaning agent for the third petroleum.
  • a vacuum pump (not shown) is connected to the cleaning chamber 102 and the vapor chamber 200. This vacuum pump depressurizes the inside of the vacuum vessel 104 and the vapor chamber 200 to, for example, about 6 kPa by evacuation (initial vacuum) in the depressurization step before starting the cleaning of the workpiece W.
  • a pipe (not shown) for opening the cleaning chamber 102 to the atmosphere is connected to the cleaning chamber 102. This pipe is provided with an air release valve that shuts off the atmosphere and the cleaning chamber 102. The air release valve releases the cleaning chamber 102 to the atmosphere and returns it to atmospheric pressure in the unloading process after the cleaning process and the drying process of the workpiece W are completed.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the processing steps of the vacuum cleaning apparatus 100.
  • the preparation process step S110
  • step S120 a carry-in process
  • step S130 a decompression process
  • step S140 a shower cleaning process
  • Step S150 an immersion cleaning process
  • Step S160 a drying process
  • Step S180 an unloading process
  • Step S110 First, when the vacuum cleaning apparatus 100 is operated, the open / close door 106 is closed to shut off the inside of the vacuum vessel 104 from the outside. Then, the intermediate door 140 is opened to allow the immersion chamber 130 to communicate with the cleaning chamber 102. Next, the vacuum pump is driven, and the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130 are decompressed to, for example, 10 kPa or less by evacuation. When the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130 are depressurized to a desired pressure in this way, the intermediate door 140 is closed and the immersion chamber 130 is shut off from the cleaning chamber 102. Then, after shutting off, the atmosphere release valve is opened to open the cleaning chamber 102 to the atmosphere.
  • the heater 202 and a heat pump unit 300 (second heat exchanger 320), which will be described later, are driven to heat the hydrocarbon-based cleaning agent stored in the steam chamber 200 to generate steam.
  • the steam generated in the steam chamber 200 is introduced into the condensation chamber 120, cooled by the heat pump unit 300 (first heat exchanger 310), condensed into the condensed cleaning agent, and stored in the cleaning agent storage unit 124. .
  • it is stored in the immersion chamber 130 through the condensed cleaning agent supply pipe 128.
  • the heater 130a is driven to heat the hydrocarbon-based cleaning agent stored in the immersion chamber 130 to generate steam.
  • the intermediate door 140 is closed, the steam generated in the immersion chamber 130 is filled in the immersion chamber 130. Thereby, the preparation process of the vacuum cleaning apparatus 100 is completed, and the workpiece W can be cleaned by the vacuum cleaning apparatus 100.
  • step S120 When the workpiece W is cleaned by the vacuum cleaning apparatus 100, first, the opening / closing door 106 is opened, and the workpiece W is loaded into the cleaning chamber 102 through the opening 104a and placed on the placement unit 108. When the loading of the workpiece W is completed, the opening / closing door 106 is closed and the cleaning chamber 102 is sealed. At this time, the temperature of the workpiece W is normal temperature (about 15 to 40 degrees).
  • Step S130 the vacuum pump is driven to depressurize the cleaning chamber 102 and the vapor chamber 200 to 10 kPa or less by evacuation.
  • Step S140 Next, the intermediate door 140 is opened, the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130 are communicated, and the steam generated by the immersion chamber 130 is supplied to the cleaning chamber 102. At this time, the temperature of the steam is controlled to 80 to 140 ° C., and the high temperature steam fills the cleaning chamber 102.
  • the temperature of the workpiece W is lower than the temperature of the vapor, so that the vapor condenses on the surface of the workpiece W, and the surface of the workpiece W
  • the fats and oils adhering to are dissolved and flowed down by the condensed hydrocarbon cleaning agent, and the workpiece W is cleaned.
  • This steam cleaning process is performed until the temperature of the work W reaches 80 to 140 ° C., which is the temperature of the steam (the boiling point of the hydrocarbon-based cleaning agent), and when the temperature of the work W reaches the temperature of the steam.
  • the steam cleaning process ends.
  • Step S150 Shower washing process: Step S150
  • the shower unit 110 injects the condensed cleaning agent stored in the cleaning agent storage unit 124 onto the workpiece W. In this way, oils and fats and the like adhering to the details of the workpiece W that could not be cleaned in the steam cleaning process are cleaned.
  • Step S160 When the shower cleaning process is completed, the placement unit 108 is lowered, and the workpiece W is immersed in the hydrocarbon-based cleaning agent stored in the immersion chamber 130. At this time, the workpiece W is repeatedly raised and lowered in the vertical direction a plurality of times by a lifting device (not shown), and the oils and fats attached to the details of the workpiece W that could not be cleaned in the steam cleaning process or the shower cleaning process are cleaned.
  • the placement unit 108 is raised to transport the workpiece W to the cleaning chamber 102, the intermediate door 140 is closed, and the cleaning chamber 102 and the immersion chamber 130 are shut off.
  • Step S170 When the immersion cleaning process in step S160 is completed, a drying process for drying the hydrocarbon-based cleaning agent attached to the workpiece W during cleaning is performed. This drying process is performed by driving a vacuum pump.
  • Step S180 Unloading process: Step S180
  • the air release valve is opened to release the cleaning chamber 102 to the atmosphere, and when the cleaning chamber 102 returns to atmospheric pressure, the opening / closing door 106 is opened. Then, the workpiece W is unloaded from the opening 104a, and all processes for the workpiece W are completed.
  • the steps S120 to S180 may be repeated through the determination step (step S190).
  • the vacuum cleaning apparatus 100 generates steam by heating the hydrocarbon-based cleaning agent in the steam chamber 200, and cools the steam in the condensation chamber 120, thereby The condensed cleaning agent used in 110 and the immersion chamber 130 is generated.
  • the vacuum cleaning apparatus 100 employs the heat pump unit 300 to significantly reduce heat loss by using the heat collected in the condensing chamber 120 in the steam chamber 200. Then, the specific structure of such a heat pump unit 300 is demonstrated.
  • the heat pump unit 300 includes a first heat exchanger 310, a second heat exchanger 320, a heat medium circulation line 330 (shown as 330a to 330f in FIG. 1), a compressor 340, a decompression unit 350, And a third heat exchanger 360.
  • the heat medium circulates through the heat medium circulation line 330, as indicated by the dashed arrows in FIG. 1, and the first heat exchanger 310 and the third heat exchanger provided in the heat medium circulation line 330.
  • the heat exchanger 360, the compressor 340, the second heat exchanger 320, the third heat exchanger 360, and the decompression unit 350 are reintroduced into the first heat exchanger 310.
  • the type of the heat medium is not particularly limited, it is preferable to use a Freon-based heat medium that can utilize the latent heat of the heat medium in the first heat exchanger 310.
  • the first heat exchanger 310 performs heat exchange between the heat medium and the steam introduced from the steam chamber 200 in the condensing chamber 120, thereby condensing and condensing the steam into a condensed cleaning agent.
  • the heating medium is heated.
  • the heat medium becomes a gas (indicated by G in FIG. 1).
  • the heat medium heated by the first heat exchanger 310 is heated by the third heat exchanger 360.
  • the heating mechanism by the third heat exchanger 360 will be described in detail later.
  • the compressor 340 adiabatically compresses the heat medium heated by the third heat exchanger 360 and further heats it.
  • the second heat exchanger 320 heats the hydrocarbon-based cleaning agent by performing heat exchange between the heat medium heated by the compressor 340 and the liquid hydrocarbon-based cleaning agent in the steam chamber 200. Steam is generated and the heat medium is cooled.
  • the heat medium is in a gas-liquid mixed state (indicated by G and L in FIG. 1).
  • the heat medium cooled by the second heat exchanger 320 is further cooled by the third heat exchanger 360.
  • the cooling mechanism by the third heat exchanger 360 will be described in detail later.
  • the decompression unit 350 includes an expansion valve that is a valve that causes a pressure drop of the fluid, and further decompresses and expands the heat medium cooled by the second heat exchanger 320.
  • the heat medium becomes a liquid (indicated by L in FIG. 1).
  • the heat medium cooled in the decompression unit 350 is again introduced into the first heat exchanger 310 through the heat medium circulation line 330f.
  • a halogen-based cleaning agent having a boiling point of about 30 ° C. to 80 ° C. (atmospheric pressure) (trichloroethane or Trichloroethylene) is used.
  • Such a halogen-based cleaning agent is highly corrosive because it decomposes chlorine in the component when heated, and if the steam is brought into direct contact with the heat exchange part, the heat exchange part may corrode immediately. There is. Therefore, conventionally, in order to facilitate replacement and maintenance, the first heat exchange unit that contacts the steam and the second heat exchange unit that indirectly recovers the heat obtained by the first heat exchange unit Heat exchange is performed in two stages. For this reason, the apparatus configuration of the heat exchange unit is complicated, and the heat exchange efficiency is reduced as compared with the case where the heat exchange is performed in one stage.
  • the vacuum cleaning apparatus 100 can depressurize the cleaning chamber 102, it is possible to use a non-corrosive cleaning agent having a boiling point of about 80 to 140 ° C. (6 kPa). . Therefore, the first heat exchanger 310 that recovers heat in the condensing chamber 120 in direct contact with the steam and the second heat exchanger 320 that is used in the steam chamber 200 are communicated by the same heat medium circulation line 330. Can do. That is, the heat (latent heat) recovered by cooling the steam in the condensation chamber 120 by the first heat exchanger 310 can be directly used by the second heat exchanger 320 in the steam chamber 200, and the heat loss. It is possible to efficiently condense steam and generate steam while minimizing the above. Therefore, the heating amount of the heater 202 in the steam chamber 200 can be suppressed.
  • the vacuum cleaning apparatus 100 in the steam cleaning apparatus at atmospheric pressure, heat is recovered from steam having a boiling point of about 30 ° C. to 80 ° C., but the vacuum cleaning apparatus 100 according to the present embodiment has a boiling point of 80 ° C. to 80 ° C. Heat can be recovered from steam as high as 140 ° C. Therefore, the first heat exchanger 310 can recover a higher amount of heat compared to the atmospheric pressure steam cleaning device.
  • the heat of the used cleaning agent is recovered using the sensible heat of water, or the recovered heat is applied to the second heat exchanger.
  • the vacuum cleaning apparatus 100 can recover the heat of the cleaning agent using the latent heat of the heat medium in the first heat exchanger 310 by using the fluorocarbon material as the heat medium. Therefore, the first heat exchanger 310 and the second heat exchanger 320 can be reduced in size, and the occupied volume of the vacuum cleaning device 100 itself can be reduced.
  • the third heat exchanger 360 includes a heat medium that flows through the heat medium circulation lines 330a and 330b (between the first heat exchanger 310 and the compressor 340), and a heat medium circulation line 330d and 330e (second heat Heat exchange is performed with a heat medium flowing between the exchanger 320 and the decompression unit 350).
  • the heat medium heated by the first heat exchanger 310 and flowing through the heat medium circulation line 330a may not be completely vaporized but may be a gas-liquid mixed fluid. In this case, if the liquid heat medium is introduced into the compressor 340, there is a possibility that the compressor 340 has a problem.
  • the heat medium heat medium introduced into the compressor 340 is heated by heating the heat medium flowing through the heat medium circulation line 330a to a temperature higher than the saturation temperature by the configuration including the third heat exchanger 360. It is possible to ensure that only the gas is used as the heat medium flowing through the circulation line 330b. Thereby, the situation where a malfunction arises in the compressor 340 can be avoided.
  • Example 1 Temperature and compression of the heat medium when the steam chamber 200 generates 120 ° C. steam (Case 1) and 110 ° C. steam (Case 2) without the third heat exchanger 360
  • the use energy (kW) of the machine 340 and the heating amount (kW) of the steam chamber 200 by the second heat exchanger 320 were examined.
  • the heater needs a capacity of 35 kW (normally, 36 kW in the initial operation) when the steam chamber tries to generate steam at 120 ° C.
  • the heat medium is heated from 92 ° C. to 95 ° C. in the first heat exchanger 310, and is heated from 95 ° C. to 132 ° C. by the compressor 340. It can be seen that the sample was cooled from 132 ° C to 128 ° C.
  • the energy used by the compressor 340 was 6.5 kW
  • the heating amount of the steam chamber 200 by the second heat exchanger 320 was 36.5 kW. Therefore, it can be seen that only the 6.5 kW used by the compressor 340 can provide the steam chamber 200 with a heating amount equivalent to that of a conventional vacuum cleaning apparatus that does not include a heat pump unit. That is, when generating steam at 120 ° C. in the steam chamber 200, it takes 35 kW in the conventional vacuum cleaning device, but it takes only 6.5 kW according to the vacuum cleaning device 100 according to the present embodiment. That is, it can be seen that energy consumption can be reduced by about 80%.
  • the heat medium is heated from 92 ° C. to 95 ° C. in the first heat exchanger 310, and is heated from 95 ° C. to 122 ° C. by the compressor 340, so that the second heat exchange is performed.
  • the vessel 320 was cooled from 122 ° C. to 118 ° C.
  • the energy used by the compressor 340 was 4.2 kW
  • the heating amount of the steam chamber 200 by the second heat exchanger 320 was 34.2 kW.
  • Example 2 Temperature and compression of the heat medium when the steam chamber 200 generates 120 ° C. steam (Case 3) and 110 ° C. steam (Case 4) with the third heat exchanger 360 provided.
  • the use energy (kW) of the machine 340 and the heating amount (kW) of the steam chamber 200 by the second heat exchanger 320 were examined.
  • the heat medium is heated from 92 ° C. to 95 ° C. in the first heat exchanger 310, heated from 95 ° C. to 103 ° C. in the third heat exchanger 360, and the compressor 340
  • the sample was heated from 103 ° C. to 139 ° C., cooled from 139 ° C. to 128 ° C. in the second heat exchanger 320, and cooled from 128 ° C. to 123 ° C. in the third heat exchanger 360.
  • the energy used by the compressor 340 is 6.2 kW
  • the heating amount of the steam chamber 200 by the second heat exchanger 320 is 36.2 kW.
  • the heat medium is heated from 92 ° C. to 95 ° C. in the first heat exchanger 310, and is heated from 95 ° C. to 101 ° C. in the third heat exchanger 360, and compressed.
  • the machine 340 heats from 101 ° C. to 127 ° C., cools from 127 ° C. to 118 ° C. in the second heat exchanger 320, and cools from 118 ° C. to 114 ° C. in the third heat exchanger 360.
  • the energy used by the compressor 340 is 4.1 kW
  • the heating amount of the steam chamber 200 by the second heat exchanger 320 is 34.1 kW.
  • the temperature of the heat medium flowing through the heat medium circulation line 330b can be equal to or higher than the saturation temperature (superheat degree 8 ° C. in Case 3, superheat degree 6 ° C. in Case 4). It can be seen that the heat medium can be reliably vaporized.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a modified vacuum cleaning apparatus 100.
  • the decompression unit 450 is configured by a turbine that is rotated by the heat medium cooled by the second heat exchanger 320, and the compressor 340 is the rotational power of the turbine. Driven by.
  • a pressure regulating valve 452 may be provided on the upstream side of the turbine.
  • the first heat exchanger 310 and the second heat exchanger 320 generate steam at a target temperature (80 ° C. to 140 ° C., for example, 120 ° C.) in the steam chamber 200 without the heater 202.
  • the heater 202 may be used only during initial operation.
  • step S110 the generation of steam by the second heat exchanger 320 in the steam chamber 200 and the generation of the condensed cleaning agent by the first heat exchanger 310 in the condensation chamber 120 are preparation steps (step S110). Although the configuration performed only by the above has been described, it may be performed in steps S120 to S180.
  • the vacuum cleaning device 500 when steam cleaning is performed, steam generated by the immersion chamber 130 is used.
  • the vacuum cleaning device 500 includes a steam chamber 200, a cleaning chamber 102, A pipe 510 that communicates with each other and a valve 512 may be provided in the pipe 510 so that steam generated in the steam chamber 200 may be used.
  • the immersion chamber 130 is not an essential component, and the immersion chamber 130 may not be provided.
  • steps of the vacuum cleaning method of the present specification do not necessarily have to be processed in time series in the order described in the flowchart, and may include processing in parallel or by a subroutine.
  • the present invention can be used for a vacuum cleaning apparatus that supplies a hydrocarbon-based cleaning agent vapor to a cleaning chamber under reduced pressure to clean a workpiece.

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Abstract

本願の真空洗浄装置（１００）は、炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成する蒸気室（２００）と、凝縮室（１２０）と、凝縮室において、蒸気と熱媒体とで熱交換を行う第１の熱交換器（３１０）と、凝縮室（１２０）で生成された凝縮洗浄剤によって減圧下でワークを洗浄可能な洗浄室（１０２）と、第１の熱交換器で加熱された熱媒体を断熱圧縮し、さらに加熱する圧縮機（３４０）と、蒸気室において、圧縮機によって加熱された熱媒体と、炭化水素系洗浄剤とで熱交換を行う第２の熱交換器（３２０）と、第２の熱交換器で冷却された熱媒体を減圧膨張させてさらに冷却する減圧部（３５０）とを備える。減圧部によって冷却された熱媒体が第１の熱交換器に返送されることで、熱媒体は、第１の熱交換器、圧縮機、第２の熱交換器、減圧部を循環する。

Description

真空洗浄装置
本発明は、減圧下にある洗浄室に炭化水素系洗浄剤の蒸気を供給してワークを洗浄する真空洗浄装置に関する。
本願は、２０１２年４月２５日に、日本に出願された特願２０１２－１００３１２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来、例えば、特許文献１に示される真空洗浄装置が知られている。この真空洗浄装置によれば、まず、ワークが搬入された蒸気洗浄乾燥室を真空ポンプによって減圧する減圧工程がなされ、その後、炭化水素系洗浄剤の蒸気を蒸気洗浄乾燥室に供給してワークを洗浄する蒸気洗浄工程がなされる。次に、ワークに炭化水素系洗浄剤を噴霧したり、浸漬室に貯留された炭化水素系洗浄剤にワークを浸漬させたりして、特に、蒸気洗浄工程で洗浄が不十分となるワークの隙間等を洗浄する噴霧浸漬洗浄工程がなされる。このようにしてワークの洗浄が完了すると、再び蒸気洗浄乾燥室にワークを搬送した後に、蒸気洗浄乾燥室をさらに減圧してワーク表面に付着した洗浄剤を蒸発させる乾燥工程がなされる。そして、乾燥工程が終了したら、蒸気洗浄乾燥室を大気圧に復帰させた後にワークを搬出して一連の工程が終了する。
このような真空洗浄装置において、使用済みの炭化水素系洗浄剤（ワークに付着した汚染物および炭化水素系洗浄剤、以下、使用済み洗浄剤と称する）は、蒸気室に送られて再生される。具体的に説明すると、蒸気室に送られた使用済み洗浄剤は、電気ヒータ等で加熱されることによって、実質的に炭化水素系洗浄剤のみの蒸気となる（蒸留）。そして、生成された炭化水素系洗浄剤のみの蒸気は、再度蒸気洗浄工程で利用されたり、冷却水を利用した冷却器で凝縮された後、噴霧浸漬洗浄工程で利用されたりする。
しかし、特許文献１の技術では、蒸気室において炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成するために利用された熱が、冷却器で回収されて捨てられている。また、蒸気を冷却するためには、２００Ｌ／ｍｉｎ程度といった大量の冷却水が必要であり、貯水槽、クーリングタワー等も必要であることから、装置が大型化する。
そこで、大気圧の蒸気洗浄装置において、蒸気洗浄乾燥室において生じた蒸気状態の使用済み洗浄剤を、水（液体）を熱媒体とした第１の熱交換部で冷却し、第１の熱交換部が得た熱を間接的に回収する第２の熱交換部の２段階で熱交換を行い、水（液体）が得た顕熱を蒸気室に供給する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
日本国特開平７－１６６３８５号公報 日本国特公平３－３１１１３号公報
しかし、特許文献２の技術において、第１の熱交換部は、水の顕熱を利用して、使用済み洗浄剤の熱を回収したり、第１の熱交換部が得た熱を間接的に回収する第２の熱交換部の２段階で熱交換を行うため、熱媒体の潜熱を利用する場合と比較して、熱の回収効率が１／１０から１／１００程度と低い。したがって、第１の熱交換部で熱を十分に回収するため、第１の熱交換部と第２の熱交換部との接触面積を大きくしなければならず、熱交換器が大型化している。したがって、特許文献２の技術を単に真空洗浄装置に適用すると、装置自体の占有体積が大きくなってしまう可能性がある。 
本発明の目的は、装置自体を大型化することなく、蒸気室で利用される熱を効率よく回収することができる真空洗浄装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の真空洗浄装置に係る第一の態様は、炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成する蒸気室と、前記蒸気室に接続された凝縮室と、前記凝縮室において、前記蒸気室から導入された蒸気と熱媒体とで熱交換を行うことにより、前記蒸気を凝縮して炭化水素系洗浄剤にするとともに、前記熱媒体を加熱する第１の熱交換器と、前記凝縮室から供給される凝縮された炭化水素系洗浄剤によって減圧下でワークを洗浄可能な洗浄室と、前記第１の熱交換器で加熱された熱媒体を断熱圧縮し、さらに加熱する圧縮機と、前記蒸気室において、前記圧縮機によって加熱された熱媒体と、前記炭化水素系洗浄剤とで熱交換を行うことで、前記炭化水素系洗浄剤を気化させて蒸気を生成するとともに、前記熱媒体を冷却する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器で冷却された熱媒体を減圧膨張させてさらに冷却する減圧部と、を備え、前記減圧部によって冷却された熱媒体が前記第１の熱交換器に返送されることで、前記熱媒体は、前記第１の熱交換器、前記圧縮機、前記第２の熱交換器、前記減圧部を循環する。
また、前記第一の態様において、前記減圧部は、膨張弁で構成されてもよい。
また、前記第一の態様において、前記減圧部は、前記第２の熱交換器で冷却された熱媒体によって回転するタービンで構成され、前記圧縮機は、前記タービンの回転動力によって駆動を補助されてもよい。
また、前記第一の態様において、前記第１の熱交換器および前記圧縮機の間を流通する熱媒体と、前記第２の熱交換器および前記減圧部の間を流通する熱媒体とで熱交換を行う第３の熱交換器を備えてもよい。
また、前記第一の態様において、前記炭化水素系洗浄剤は、第３石油類の洗浄剤でもよい。
本発明によれば、装置自体を大型化することなく、蒸気室で利用される熱を効率よく回収することができる。
本発明の実施形態に係る真空洗浄装置を説明するための概念図である。 本発明の実施形態に係る真空洗浄装置の処理工程を説明するフローチャートである。 本発明の変形例の真空洗浄装置を説明するための概念図である。 本発明の変形例の真空洗浄装置を説明するための概念図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
（真空洗浄装置１００）
図１は、真空洗浄装置１００を説明するための概念図である。この図に示すように、真空洗浄装置１００は、内部に洗浄室１０２が設けられた真空容器１０４を備えている。この真空容器１０４には、開口１０４ａが形成されており、開閉扉１０６によって開口１０４ａが開閉可能となっている。したがって、ワークＷを洗浄する際には、開閉扉１０６を開放して開口１０４ａから洗浄室１０２内にワークＷを搬入して載置部１０８に載置するとともに、開閉扉１０６を閉じてワークＷを洗浄した後、再び開閉扉１０６を開放して、開口１０４ａからワークＷを搬出する。
そして、上記の洗浄室１０２には、シャワー部１１０が設けられている。シャワー部１１０は、蒸気供給管１１４、凝縮室１２０、凝縮洗浄剤供給管１２２、洗浄剤貯留部１２４、凝縮洗浄剤供給管１２６を介して蒸気室２００に接続されている。
蒸気室２００は、ヒータ２０２および第２の熱交換器３２０を備えており、炭化水素系洗浄剤（溶剤）を、例えば、８０～１４０℃程度、好ましくは１２０℃程度に加熱して炭化水素系洗浄剤の蒸気（以下、単に蒸気と称する）を生成する。蒸気室２００において生成された蒸気は、蒸気供給管１１４を介して凝縮室１２０に導入される。
凝縮室１２０は、第１の熱交換器３１０を備えており、凝縮室１２０に導入された蒸気は、第１の熱交換器３１０によって冷却されて、液体の炭化水素系洗浄剤（以下、単に凝縮洗浄剤と称する）に凝縮される。そして、凝縮洗浄剤は、凝縮洗浄剤供給管１２２を介して、洗浄剤貯留部１２４に貯留された後、凝縮洗浄剤供給管１２６およびシャワー部１１０を介して、洗浄室１０２に供給される。第１の熱交換器３１０による冷却機構および第２の熱交換器３２０による加熱機構については、後に詳述する。
また真空容器１０４内には、洗浄室１０２の下方に配置された浸漬室１３０が設けられている。この浸漬室１３０には、ワークＷが完全に浸漬可能な量の炭化水素系洗浄剤（液体）が貯留されており、この炭化水素系洗浄剤を加熱するためのヒータ１３０ａが設けられている。また洗浄室１０２と浸漬室１３０との間には中間扉１４０が設けられており、この中間扉１４０によって、洗浄室１０２と浸漬室１３０とが連通したり、あるいはその連通が遮断されたりする。
なお、浸漬室１３０に貯留されている炭化水素系洗浄剤は、シャワー部１１０から供給された凝縮洗浄剤、および、洗浄剤貯留部１２４から凝縮洗浄剤供給管１２８を介して供給された凝縮洗浄剤のいずれか一方または両方である。また、本実施形態において、載置部１０８に不図示の昇降装置が設けられており、載置部１０８が鉛直方向に移動可能に構成されている。したがって、中間扉１４０を開放して洗浄室１０２と浸漬室１３０とを連通させた状態で昇降装置を駆動することにより、図中破線で示すように、ワークＷを洗浄室１０２から浸漬室１３０に移動させたり、あるいは、ワークＷを浸漬室１３０から洗浄室１０２に移動させたりすることができる。
そして、シャワー部１１０から供給されワークＷを洗浄した凝縮洗浄剤や、浸漬室１３０においてワークＷを洗浄した凝縮洗浄剤（以下、単に使用済み洗浄剤と称する）は、使用済み洗浄剤導入管１５０を介して、再び蒸気室２００に導入され、上述したヒータ２０２や第２の熱交換器３２０によって加熱されることで蒸気となる（再生）。
なお、この炭化水素系洗浄剤の種類は特に限定されないが、安全性の観点から第３石油類の洗浄剤を使用することが望ましく、例えば、ノルマルパラフィン系、イソパラフィン系、ナフテン系、芳香族系の炭化水素系洗浄剤が挙げられる。具体的には、第３石油類の洗浄剤として、クリーニングソルベントと呼ばれるテクリーンＮ２０、クリーンソルＧ、ダフニーソルベント等を使用することが好ましい。
また、洗浄室１０２および蒸気室２００には、不図示の真空ポンプが接続されている。この真空ポンプは、ワークＷの洗浄を開始する前の減圧工程において、真空容器１０４および蒸気室２００内を真空引き（初期真空）によって例えば、６ｋＰａ程度に減圧する。さらに、洗浄室１０２には、前記洗浄室１０２を大気開放するための不図示の配管が接続されている。この配管には、大気と洗浄室１０２とを遮断する大気開放弁が設けられている。この大気開放弁は、ワークＷの洗浄工程および乾燥工程が終了した後の搬出工程において、洗浄室１０２を大気開放して大気圧に復帰させる。
次に、上記の真空洗浄装置１００におけるワークＷの真空洗浄方法について図１および図２を用いて説明する。
図２は、真空洗浄装置１００の処理工程を説明するフローチャートである。真空洗浄装置１００を利用するにあたっては、まず、準備工程（ステップＳ１１０）を１回行い、その後、１のワークＷに対して、搬入工程（ステップＳ１２０）、減圧工程（ステップＳ１３０）、蒸気洗浄工程（ステップＳ１４０）、シャワー洗浄工程（ステップＳ１５０）、浸漬洗浄工程（ステップＳ１６０）、乾燥工程（ステップＳ１７０）、搬出工程（ステップＳ１８０）を行う。そして、以後、順次搬入されるワークＷに対して、ステップＳ１２０～ステップＳ１８０の工程が行われることとなる。以下に、図１を参照しながら、上記の各工程について説明する。
（準備工程：ステップＳ１１０）
まず、真空洗浄装置１００を稼働するにあたり、開閉扉１０６を閉じて真空容器１０４内を外部から遮断する。そして、中間扉１４０を開放して、浸漬室１３０を洗浄室１０２に連通させる。次に、真空ポンプを駆動し、洗浄室１０２および浸漬室１３０を真空引きにより、例えば１０ｋＰａ以下に減圧する。このようにして、洗浄室１０２および浸漬室１３０を所望の圧力まで減圧したら、中間扉１４０を閉じて、浸漬室１３０を洗浄室１０２から遮断する。そして、遮断後、大気開放弁を開弁して洗浄室１０２を大気開放する。
そして、ヒータ２０２および後述するヒートポンプユニット３００（第２の熱交換器３２０）を駆動して蒸気室２００に貯留されている炭化水素系洗浄剤を加温して蒸気を生成させる。そして、蒸気室２００で生成された蒸気は凝縮室１２０に導入され、ヒートポンプユニット３００（第１の熱交換器３１０）によって冷却され、凝縮洗浄剤に凝縮し、洗浄剤貯留部１２４に貯留される。または、凝縮洗浄剤供給管１２８を介して浸漬室１３０に貯留される。また、ヒータ１３０ａを駆動して浸漬室１３０に貯留されている炭化水素系洗浄剤を加温して蒸気を生成させる。このとき、中間扉１４０が閉じられていることから、浸漬室１３０で生成された蒸気は浸漬室１３０内に充満している。これにより、真空洗浄装置１００の準備工程が終了し、真空洗浄装置１００によるワークＷの洗浄が可能となる。
（搬入工程：ステップＳ１２０）
真空洗浄装置１００によってワークＷの洗浄を行う際には、まず、開閉扉１０６を開放し、開口１０４ａから洗浄室１０２にワークＷを搬入して載置部１０８に載置する。そして、ワークＷの搬入が完了したら、開閉扉１０６を閉じて洗浄室１０２を密閉状態にする。なお、このとき、ワークＷの温度は常温（１５～４０度程度）となっている。
（減圧工程：ステップＳ１３０）
次に、真空ポンプを駆動して、真空引きにより洗浄室１０２および蒸気室２００を１０ｋＰａ以下に減圧する。
（蒸気洗浄工程：ステップＳ１４０） 
次に、中間扉１４０を開放して、洗浄室１０２と浸漬室１３０とを連通し、浸漬室１３０によって生成された蒸気を洗浄室１０２に供給する。このとき、蒸気の温度は、８０～１４０℃に制御されており、高温の蒸気が洗浄室１０２に充満する。
このように、洗浄室１０２に供給された蒸気がワークＷの表面に付着すると、ワークＷの温度が蒸気の温度に比べて低いことから、蒸気がワークＷの表面で凝縮し、ワークＷの表面に付着していた油脂類が、凝縮された炭化水素系洗浄剤によって溶解、流下され、ワークＷが洗浄される。この蒸気洗浄工程は、ワークＷの温度が、蒸気の温度（炭化水素系洗浄剤の沸点）である８０～１４０℃に到達するまで行われるとともに、ワークＷの温度が蒸気の温度に到達したところで蒸気洗浄工程が終了する。
（シャワー洗浄工程：ステップＳ１５０）
蒸気洗浄工程が終了すると、シャワー部１１０は、洗浄剤貯留部１２４に貯留された凝縮洗浄剤をワークＷに噴射する。こうして、蒸気洗浄工程で洗浄しきれなかったワークＷの細部に付着した油脂類等が洗浄される。
（浸漬洗浄工程：ステップＳ１６０）
シャワー洗浄工程が終了すると、載置部１０８が降下して、浸漬室１３０に貯留された炭化水素系洗浄剤にワークＷが浸漬される。このとき、不図示の昇降装置によってワークＷが複数回鉛直方向に昇降を繰り返し、蒸気洗浄工程やシャワー洗浄工程で洗浄しきれなかったワークＷの細部に付着した油脂類等が洗浄される。このようにしてワークＷの洗浄が完了したら、載置部１０８を上昇させてワークＷを洗浄室１０２に搬送し、中間扉１４０を閉じて洗浄室１０２と浸漬室１３０とを遮断する。
（乾燥工程：ステップＳ１７０）
上記ステップＳ１６０の浸漬洗浄工程が終了すると、次に、洗浄の際にワークＷに付着した炭化水素系洗浄剤を乾燥させる乾燥工程が行われる。この乾燥工程は、真空ポンプを駆動することにより行われる。
（搬出工程：ステップＳ１８０）
上記のように、洗浄室１０２およびワークＷの乾燥が完了したら、大気開放弁を開弁して洗浄室１０２を大気開放し、洗浄室１０２が大気圧まで復圧したところで、開閉扉１０６を開放して開口１０４ａからワークＷを搬出し、ワークＷに対する全工程が終了する。あるいは、判断工程を経てステップＳ１２０～ステップＳ１８０の工程を繰り返してもよい（ステップＳ１９０）。
 
以上説明したように、本実施形態にかかる真空洗浄装置１００は、蒸気室２００において炭化水素系洗浄剤を加熱することによって蒸気を生成し、かかる蒸気を凝縮室１２０において冷却することによって、シャワー部１１０や浸漬室１３０で利用する凝縮洗浄剤を生成している。ここで真空洗浄装置１００は、ヒートポンプユニット３００を採用することによって、凝縮室１２０において回収した熱を蒸気室２００で利用することにより、熱の損失を著しく低減させている。続いて、このようなヒートポンプユニット３００の具体的な構成について説明する。
（ヒートポンプユニット３００）
ヒートポンプユニット３００は、第１の熱交換器３１０と、第２の熱交換器３２０と、熱媒体循環ライン３３０（図１中、３３０ａ～３３０ｆで示す）と、圧縮機３４０と、減圧部３５０と、第３の熱交換器３６０とを含んで構成される。ヒートポンプユニット３００において、熱媒体は、図１中破線の矢印で示すように、熱媒体循環ライン３３０を循環しており、熱媒体循環ライン３３０に設けられた第１の熱交換器３１０、第３の熱交換器３６０、圧縮機３４０、第２の熱交換器３２０、第３の熱交換器３６０、減圧部３５０を 介して、第１の熱交換器３１０に再び導入される。なお、この熱媒体の種類は特に限定されないが、第１の熱交換器３１０において熱媒体の潜熱を利用することができる、フロン系の熱媒体を使用することが好ましい。
第１の熱交換器３１０は、凝縮室１２０において、熱媒体と、蒸気室２００から導入された蒸気とで熱交換を行うことにより、蒸気を冷却することで凝縮して凝縮洗浄剤にするとともに、熱媒体を加熱する。ここで、第１の熱交換器３１０よって加熱されることにより、熱媒体は気体（図１中、Ｇで示す）となる。そして、第１の熱交換器３１０によって加熱された熱媒体は、第３の熱交換器３６０によって加熱される。第３の熱交換器３６０による加熱機構については、後に詳述する。
圧縮機３４０は、第３の熱交換器３６０で加熱された熱媒体を断熱圧縮し、さらに加熱する。
第２の熱交換器３２０は、蒸気室２００において、圧縮機３４０によって加熱された熱媒体と、液体の炭化水素系洗浄剤とで熱交換を行うことで、炭化水素系洗浄剤を加熱して蒸気を生成するとともに、熱媒体を冷却する。ここで、第２の熱交換器３２０によって冷却されることにより、熱媒体は気液混合状態（図１中、Ｇ、Ｌで示す）となる。そして、第２の熱交換器３２０によって冷却された熱媒体は、第３の熱交換器３６０によってさらに冷却される。第３の熱交換器３６０による冷却機構については、後に詳述する。
減圧部３５０は、流体の圧力降下をもたらす弁である膨張弁で構成され、第２の熱交換器３２０で冷却された熱媒体を減圧膨張させてさらに冷却する。ここで、減圧部３５０によって冷却されることにより、熱媒体は液体（図１中、Ｌで示す）となる。そして、減圧部３５０において冷却された熱媒体は、熱媒体循環ライン３３０ｆを通って再び第１の熱交換器３１０に導入される。
従来の大気圧の蒸気洗浄装置では、大気圧下で洗浄剤を蒸気にする必要があるため、洗浄剤として、沸点が３０℃～８０℃程度（大気圧）のハロゲン系の洗浄剤（トリクロロエタンやトリクロロエチレン）を利用している。このようなハロゲン系の洗浄剤は、加熱されると成分中の塩素が分解するため、腐食性が高く、熱交換部に蒸気を直接接触させると熱交換部がすぐに腐食してしまう可能性がある。そこで、従来は、交換やメンテナンスが容易になるように、蒸気に接触する第１の熱交換部、および、第１の熱交換部が得た熱を間接的に回収する第２の熱交換部の２段階で熱交換を行う。このため、熱交換部の装置構成が複雑になり、かつ、熱交換を１段で行う場合と比較して熱交換効率が低下する。
しかし、本実施形態にかかる真空洗浄装置１００は、洗浄室１０２を減圧することができるので、沸点が８０～１４０℃程度（６ｋＰａ）の腐食性を有しない洗浄剤を利用することが可能である。したがって、蒸気が直接接触する凝縮室１２０において熱を回収する第１の熱交換器３１０と、蒸気室２００で利用する第２の熱交換器３２０とを同一の熱媒体循環ライン３３０で連通させることができる。つまり、凝縮室１２０において第１の熱交換器３１０が蒸気を冷却することによって回収した熱（潜熱）を、蒸気室２００において第２の熱交換器３２０が直接利用することができ、熱の損失を最低限に抑えつつ、蒸気の凝縮と蒸気の生成を効率よく行うことが可能となる。したがって、蒸気室２００におけるヒータ２０２の加熱量を抑えることができる。
また、上述したように、大気圧の蒸気洗浄装置では、沸点が３０℃～８０℃程度の蒸気から熱を回収しているが、本実施形態にかかる真空洗浄装置１００は、沸点が８０℃～１４０℃程度といった高温の蒸気から熱を回収することができる。そのため、第１の熱交換器３１０は、大気圧の蒸気洗浄装置と比較して、高い熱量を回収することが可能となる。
さらに、上述したように、大気圧の蒸気洗浄装置では、水の顕熱を利用して、使用済み洗浄剤の熱を回収したり、回収した熱を第２の熱交換器に与えたりする。しかし、真空洗浄装置１００は、熱媒体としてフロン系の物質を利用することにより、第１の熱交換器３１０において熱媒体の潜熱を利用して洗浄剤の熱を回収することが可能となる。したがって、第１の熱交換器３１０、第２の熱交換器３２０を小型化することができ、真空洗浄装置１００自体の占有体積を小さくすることが可能となる。
第３の熱交換器３６０は、熱媒体循環ライン３３０ａ、３３０ｂ（第１の熱交換器３１０および圧縮機３４０の間）を流通する熱媒体と、熱媒体循環ライン３３０ｄ、３３０ｅ（第２の熱交換器３２０および減圧部３５０の間）を流通する熱媒体とで熱交換を行う。第１の熱交換器３１０によって加熱され、熱媒体循環ライン３３０ａを流通する熱媒体が、完全に気化しておらず、気液混合流体となっている場合もある。この場合、液体の熱媒体が圧縮機３４０に導入されてしまうと、圧縮機３４０に不具合が生じる可能性がある。
そこで、第３の熱交換器３６０を備える構成により、熱媒体循環ライン３３０ａを流通する熱媒体を加熱して飽和温度よりも高温とすることで、圧縮機３４０に導入される熱媒体（熱媒体循環ライン３３０ｂを流通する熱媒体）を確実に気体のみにすることが可能となる。これにより、圧縮機３４０に不具合が生じてしまう事態を回避することができる。
（実施例１）
第３の熱交換器３６０を備えない状態で、蒸気室２００が１２０℃の蒸気を生成する場合（Ｃａｓｅ１）と、１１０℃の蒸気を生成する場合（Ｃａｓｅ２）とにおける、熱媒体の温度、圧縮機３４０の使用エネルギー（ｋＷ）、第２の熱交換器３２０による蒸気室２００の加熱量（ｋＷ）について検討した。
ヒートポンプユニットを備えない、従来の真空洗浄装置では、蒸気室が１２０℃の蒸気を生成しようとすると、ヒータは、３５ｋＷ（定常時、初期稼働時には３６ｋＷ）の容量を必要としている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１に示すように、Ｃａｓｅ１では、第１の熱交換器３１０において熱媒体が９２℃から９５℃に加熱され、圧縮機３４０によって９５℃から１３２℃に加熱され、第２の熱交換器３２０において１３２℃から１２８℃に冷却されたことが分かる。また、圧縮機３４０の使用エネルギーは、６．５ｋＷであり、第２の熱交換器３２０による蒸気室２００の加熱量は、３６．５ｋＷとなった。したがって、圧縮機３４０が利用する６．５ｋＷのみで、従来のヒートポンプユニットを備えない真空洗浄装置と同等の加熱量を蒸気室２００において得られることがわかる。つまり、蒸気室２００で１２０℃の蒸気を生成する場合、従来の真空洗浄装置では３５ｋＷかかっていたところ、本実施形態にかかる真空洗浄装置１００によれば６．５ｋＷしかかからない。すなわち、８０％程度の消費エネルギーの削減ができることが分かる。
また、表１に示すように、Ｃａｓｅ２では、第１の熱交換器３１０において熱媒体が９２℃から９５℃に加熱され、圧縮機３４０によって９５℃から１２２℃に加熱され、第２の熱交換器３２０において１２２℃から１１８℃に冷却されたことが分かる。また、圧縮機３４０の使用エネルギーは、４．２ｋＷであり、第２の熱交換器３２０による蒸気室２００の加熱量は、３４．２ｋＷとなった。Ｃａｓｅ２においても圧縮機３４０が利用する４．２ｋＷのみで、従来のヒートポンプユニットを備えない真空洗浄装置と同等の加熱量を蒸気室２００において得られることがわかる。
（実施例２）
第３の熱交換器３６０を備えた状態で、蒸気室２００が１２０℃の蒸気を生成する場合（Ｃａｓｅ３）と、１１０℃の蒸気を生成する場合（Ｃａｓｅ４）とにおける、熱媒体の温度、圧縮機３４０の使用エネルギー（ｋＷ）、第２の熱交換器３２０による蒸気室２００の加熱量（ｋＷ）について検討した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
表２に示すように、Ｃａｓｅ３では、第１の熱交換器３１０において熱媒体が９２℃から９５℃に加熱され、第３の熱交換器３６０で９５℃から１０３℃に加熱され、圧縮機３４０によって１０３℃から１３９℃に加熱され、第２の熱交換器３２０において１３９℃から１２８℃に冷却され、第３の熱交換器３６０で１２８℃から１２３℃に冷却されたことが分かる。また、圧縮機３４０の使用エネルギーは、６．２ｋＷであり、第２の熱交換器３２０による蒸気室２００の加熱量は、３６．２ｋＷとなる。
また、表２に示すように、Ｃａｓｅ４では、第１の熱交換器３１０において熱媒体が９２℃から９５℃に加熱され、第３の熱交換器３６０で９５℃から１０１℃に加熱され、圧縮機３４０によって１０１℃から１２７℃に加熱され、第２の熱交換器３２０において１２７℃から１１８℃に冷却され、第３の熱交換器３６０で１１８℃から１１４℃に冷却されることが分かる。また、圧縮機３４０の使用エネルギーは、４．１ｋＷであり、第２の熱交換器３２０による蒸気室２００の加熱量は、３４．１ｋＷとなる。
したがって、第３の熱交換器３６０を備えることにより、熱媒体循環ライン３３０ｂを流通する熱媒体の温度を飽和温度以上にすることができ（Ｃａｓｅ３では過熱度８℃、Ｃａｓｅ４では過熱度６℃）、熱媒体を確実に気化させることが可能となることが分かる。 
（変形例）
上述した実施形態において、減圧部３５０を膨張弁で構成する場合を例に挙げて説明したが、熱媒体を冷却できれば他の構成を採用することもできる。図３は、変形例の真空洗浄装置１００を説明するための概念図である。変形例の真空洗浄装置１００において、洗浄室１０２、真空容器１０４、開口１０４ａ、開閉扉１０６、載置部１０８、シャワー部１１０、蒸気供給管１１４、凝縮室１２０、凝縮洗浄剤供給管１２２、１２６、１２８、洗浄剤貯留部１２４、浸漬室１３０、ヒータ１３０ａ、２０２、蒸気室２００、ヒートポンプユニット３００、第１の熱交換器３１０、第２の熱交換器３２０、熱媒体循環ライン３３０、圧縮機３４０、第３の熱交換器３６０については、上述した実施形態の真空洗浄装置１００と実質的に機能が等しいので、同一の符号を付して重複説明を省略し、ここでは機能の異なる減圧部４５０について詳述する。
図３に示すように変形例の真空洗浄装置１００において、減圧部４５０は、第２の熱交換器３２０で冷却された熱媒体によって回転するタービンで構成され、圧縮機３４０は、タービンの回転動力によって駆動される。
減圧部４５０をタービンで構成することにより、熱媒体の流れを利用して、圧縮機３４０を駆動する動力の一部を回収することができる。したがって、膨張弁で構成する場合と比較して、より消費エネルギーの低減を図ることが可能となる。なお、この場合、タービンの上流側に圧力調整弁４５２を備えるとよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、第１の熱交換器３１０および第２の熱交換器３２０によって、ヒータ２０２を備えずとも、蒸気室２００において目的とする温度（８０℃～１４０℃、例えば、１２０℃）の蒸気を生成できれば、ヒータ２０２は初期稼働時のみに利用してもよい。
また、上述した実施形態において、蒸気室２００における第２の熱交換器３２０による蒸気の生成と、凝縮室１２０における第１の熱交換器３１０による凝縮洗浄剤の生成は、準備工程（ステップＳ１１０）のみで行う構成について説明したが、ステップＳ１２０～ステップＳ１８０において行ってもよい。
さらに、上述した実施形態では、蒸気洗浄を行う際に、浸漬室１３０が生成した蒸気を利用するが、例えば、図４に示すように、真空洗浄装置５００は、蒸気室２００と洗浄室１０２とを連通する配管５１０と、配管５１０にバルブ５１２を設けておき、蒸気室２００で生成した蒸気を利用してもよい。また、この場合、浸漬室１３０は必須の構成ではなく、浸漬室１３０を備えなくともよい。
なお、本明細書の真空洗浄方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
本発明は、減圧下にある洗浄室に炭化水素系洗浄剤の蒸気を供給してワークを洗浄する真空洗浄装置に利用することができる。
１００、５００ …真空洗浄装置
１０２ …洗浄室
１２０ …凝縮室
２００ …蒸気室
３１０ …第１の熱交換器
３２０ …第２の熱交換器
３４０ …圧縮機
３５０、４５０ …減圧部
３６０ …第３の熱交換器 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Claims (10)

  1. 炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成する蒸気室と、前記蒸気室に接続された凝縮室と、前記凝縮室において、前記蒸気室から導入された蒸気と熱媒体とで熱交換を行うことにより、前記蒸気を凝縮して炭化水素系洗浄剤にするとともに、前記熱媒体を加熱する第１の熱交換器と、前記凝縮室から供給される凝縮された炭化水素系洗浄剤によって減圧下でワークを洗浄可能な洗浄室と、前記第１の熱交換器で加熱された熱媒体を断熱圧縮し、さらに加熱する圧縮機と、前記蒸気室において、前記圧縮機によって加熱された熱媒体と、前記炭化水素系洗浄剤とで熱交換を行うことで、前記炭化水素系洗浄剤を気化させて蒸気を生成するとともに、前記熱媒体を冷却する第２の熱交換器と、前記第２の熱交換器で冷却された熱媒体を減圧膨張させてさらに冷却する減圧部と、を備え、
    前記減圧部によって冷却された熱媒体が前記第１の熱交換器に返送されることで、前記熱媒体は、前記第１の熱交換器、前記圧縮機、前記第２の熱交換器、前記減圧部を循環する真空洗浄装置。
  2. 前記減圧部は、膨張弁で構成される請求項１に記載の真空洗浄装置。
  3. 前記減圧部は、前記第２の熱交換器で冷却された熱媒体によって回転するタービンで構成され、
    前記圧縮機は、前記タービンの回転動力によって駆動を補助される請求項１に記載の真空洗浄装置。
  4. 前記第１の熱交換器および前記圧縮機の間を流通する熱媒体と、前記第２の熱交換器および前記減圧部の間を流通する熱媒体とで熱交換を行う第３の熱交換器を備える請求項１に記載の真空洗浄装置。
  5. 前記炭化水素系洗浄剤は、第３石油類の洗浄剤である請求項１に記載の真空洗浄装置。 
  6. 前記第１の熱交換器および前記圧縮機の間を流通する熱媒体と、前記第２の熱交換器および前記減圧部の間を流通する熱媒体とで熱交換を行う第３の熱交換器を備えた請求項２に記載の真空洗浄装置。
  7. 前記第１の熱交換器および前記圧縮機の間を流通する熱媒体と、前記第２の熱交換器および前記減圧部の間を流通する熱媒体とで熱交換を行う第３の熱交換器を備えた請求項３に記載の真空洗浄装置。
  8. 前記炭化水素系洗浄剤は、第３石油類の洗浄剤である請求項２に記載の真空洗浄装置。 
  9. 前記炭化水素系洗浄剤は、第３石油類の洗浄剤である請求項３に記載の真空洗浄装置。 
  10. 前記炭化水素系洗浄剤は、第３石油類の洗浄剤である請求項４に記載の真空洗浄装置。 
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     
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