JP6007275B2 - 凝縮器及び洗浄装置 - Google Patents

Description

本発明は、凝縮器及び洗浄装置に関する。

特許文献１には、炭化水素系洗浄剤の蒸気を生成する蒸気室と、蒸気室から供給される炭化水素系洗浄剤の蒸気によって減圧下でワークを洗浄する洗浄室と、開閉バルブを介して洗浄室に接続されると共に減圧状態かつ低温状態に保持された乾燥室とを備え、洗浄室におけるワークの洗浄が終了すると、開閉バルブを開弁状態とすることにより洗浄室と乾燥室とを連通させることによりワークを乾燥させる真空洗浄装置が開示されている。

すなわち、この真空洗浄装置では、減圧状態に保持された乾燥室が洗浄時の蒸気供給によって乾燥室よりも高圧状態になっている洗浄室と連通することにより、ワークに付着した洗浄液が瞬間的に気化して洗浄室から乾燥室に移動して凝縮し、以ってワークの乾燥を実現する。なお、下記特許文献２にも、特許文献１と同様な乾燥室（凝縮室）を備えた真空洗浄装置が開示されている。

特開２０１４−０７３４５３号公報 国際公開第２０１３／０７７３３６号

ところで、特許文献１及び特許文献２には、乾燥室の減圧室としての機能及び乾燥室の凝縮器としての機能については説明されているが、機能機械的構成については何も記載されていない。特に、乾燥室の凝縮器としての機能、つまり洗浄室から流入する洗浄液等の蒸気を液化する機能は、乾燥室の機械的構成によって優劣が決まるので、乾燥室の性能を向上させるためには乾燥室の機械的構成を最適化する必要がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、凝縮性能を従来よりも向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、凝縮器に係る第１の解決手段として、鉛直姿勢に設けられる蒸気取入口から取り入れた蒸気を液化させる凝縮器であって、蒸気取入口の対向面は、冷媒の流通が自在な二重殻構造に形成されている、という手段を採用する。

本発明では、凝縮器に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、対向面であって、外周が円形あるいは長円形な第１平面部と、蒸気取入口が設けられ、第１平面部と略平行な第２平面部と、第１平面部の外周と第２平面部の外周とを接続する無端状の周面部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、凝縮器に係る第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、周面部は、冷媒の流通が自在な二重殻構造に形成されている、という手段を採用する。

本発明では、凝縮器に係る第４の解決手段として、鉛直姿勢に設けられる蒸気取入口から取り入れた蒸気を液化させる凝縮器であって、蒸気取入口の対向面に複数のフィンが設けられる、という手段を採用する。

本発明では、凝縮器に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、複数のフィンが設けられ、外周が円形あるいは長円形な第１平面部と、蒸気取入口が設けられ、第１平面部と略平行な第２平面部と、第１平面部の外周と第２平面部の外周とを接続する無端状の周面部とを備える、という手段を採用する。

本発明では、凝縮器に係る第６の解決手段として、上記第４または第５の解決手段において、複数のフィンは、鉛直方向に延在すると共に当該鉛直方向に所定間隔を空けて設けられる、という手段を採用する。

本発明では、洗浄装置に係る解決手段として、上記第１〜第６のいずれかの解決手段に係る凝縮器を備える、という手段を採用する。

本発明によれば、蒸気取入口から取り込まれた蒸気は冷媒の流通が自在な二重殻構造の対向面に速やかに接触するので、凝縮性能を従来よりも向上させることが可能である。

本発明の一実施形態に係る真空洗浄装置の全体的な概要構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る真空洗浄装置において、凝縮器を取り外した状態を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る真空洗浄装置の概要構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る凝縮器の詳細構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る真空洗浄装置は、図１あるいは図３に示すように、洗浄室１、蒸気発生部２、フロントドア３、乾燥室４、接続部材５、開閉機構６、真空ポンプ７、冷媒供給源８及び再生濃縮器９を備えている。なお、これら構成要素のうち、乾燥室４は本実施形態に係る凝縮器である。

本実施形態に係る真空洗浄装置の概要について最初に説明すると、この真空洗浄装置は、汚れ成分が付着したワーク（被洗浄物）に洗浄剤の蒸気（洗浄蒸気）を作用させることによりワークを洗浄する装置である。すなわち、この真空洗浄装置は、洗浄蒸気を所定期間（洗浄期間）に亘って連続的に洗浄室１に供給することにより、洗浄室１内に収容されたワークの表面で洗浄蒸気の付着と凝縮とを連続的に行わせ、以ってワークの表面に付着した汚れ成分を洗浄剤の凝縮液とともにワークの表面から洗い落す。なお、ワークは、例えば加工によって表面に切削油等が汚れ成分として付着した金属部品である。

このような真空洗浄装置は、図１に直交座標軸として示すＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸のうち、Ｚ軸が鉛直方向となるように所定の台座上に設置される。なお、この図１では、本実施形態に係る真空洗浄装置の特徴点に直接関係しない構成要素、例えば各種の配管や弁については、便宜的に省略している。実際の真空洗浄装置（実機）は、上述した各構成要素の周囲に複数の配管や弁が実装され、さらにその外側に外装品が実装されている。

洗浄室１は、全体として中空の直方体形状（略箱型）に形成されており、内部空間がワーク（被洗浄物）を収容する。この洗浄室１には、一側面（フロント面）に開口（ワーク挿通口１ａ）が設けられている。このワーク挿通口１ａは、洗浄室１と外部との間でワークを出し入れするための鉛直姿勢の開口であり、図示するように矩形形状である。なお、このようなワーク挿通口１ａの周囲外側には、フロントドア３と密着するためのシール材が全周に亘って設けられている。

また、このような洗浄室１の上部かつリヤ面近傍部位には、排気ポート１ｂが設けられている。この排気ポート１ｂは、上記洗浄室１内の空気を外部に排気するための開口であり、図示しない配管によって真空ポンプ７に接続されている。また、洗浄室１において乾燥室４と隣接する側面には、図２に示すように、洗浄室１を乾燥室４と連通させるための円形開口（乾燥室用開口１ｃ）が形成されている。すなわち、洗浄室１は、乾燥室用開口１ｃを介して乾燥室４と連通する。

さらに、洗浄室１の側部には、排液ポート１ｄと蒸気取入ポート１ｅとが設けられている。排液ポート１ｄは、ワークの洗浄によって発生した洗浄液及び汚れ成分の混合液を洗浄室１の外部に排出するための開口であり、図示しない配管によって再生濃縮器９に接続されている。蒸気取入ポート１ｅは、再生濃縮器９で生成された洗浄液の蒸気を洗浄室１に取り入れるための開口であり、図示しない配管によって再生濃縮器９に接続されている。

蒸気発生部２は、洗浄室１の上部に備えられており、洗浄剤の蒸気を発生させる。この蒸気発生部２は、例えば洗浄剤を加熱して洗浄蒸気を発生させる加熱部と、洗浄蒸気を一時的に貯留する蒸気タンクとを備えており、加熱部で発生させた蒸気を蒸気タンクに一旦貯留し、当該蒸気タンクを介して洗浄蒸気を洗浄室１に供給する。このような蒸気発生部２によれば、蒸気タンクを備えているので、洗浄室１に対して所定流量の洗浄蒸気を洗浄期間に亘って安定的に供給することができる。

なお、上記洗浄剤は、炭化水素系の洗浄剤、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である。さらに具体的には、クリーニングソルベントと呼ばれるテクリーン（登録商標）Ｎ２０、クリーンソルＧ、ダフニーソルベント等、第３石油類の洗浄剤である。

フロントドア３は、洗浄室１のフロント面に備えられ、上記ワーク挿通口１ａを閉鎖あるいは開放する平板状部材である。このフロントドア３は、例えばスライドドアであり、鉛直姿勢のワーク挿通口１ａに同じく鉛直姿勢で対向配置され、当該鉛直姿勢のまま左右方向（Ｘ軸方向）に移動することによってワーク挿通口１ａを閉鎖あるいは開放する。なお、フロントドア３は、ワーク挿通口１ａの周囲外側（フロントドア３側）に設けられたシール材と接触することにより、洗浄室１を密閉する。

乾燥室４は、図１に示すように丸みを帯びた箱型であり、上記洗浄室１から取り込んだ蒸気（残留蒸気）を凝縮（液化）させる凝縮器である。洗浄室１でのワークの洗浄が終了した状態では、ワークの表面や洗浄室１の内面は洗浄剤で濡れた状態である。詳細については後述するが、乾燥室４は、このようなワークの洗浄後において洗浄室１に残留する洗浄剤の蒸気（残留蒸気）を洗浄室１から取り込んで凝縮（液化）させる。

このような乾燥室４は、図１に加えて図３及び図４にも示すように、第１平面部４ａ、第２平面部４ｂ、周面部４ｃ、窪み部４ｄ、排気ポート４ｅ、排液ポート４ｆ、蒸気取入ポート４ｇ、冷媒取入ポート４ｈ、冷媒排液ポート４ｉ、蒸気取入口４ｊ、複数のフィン４ｋ及び温度保持装置４ｍを備えている。

第１平面部４ａは、複数のフィン４ｋが設けられ、外周が長円状の板部位である。第２平面部４ｂは、蒸気取入口４ｊが設けられ、上記第１平面部４ａと略同一形状で、かつ上記第１平面部４ａに略平行な板部位である。すなわち、この第２平面部４ｂは、第１平面部４ａと同様に外周が長円形な部位である。なお、互いに平行な関係にある第１平面部４ａ及び第２平面部４ｂは、鉛直姿勢である。

周面部４ｃは、上記第１平面部４ａの外周と上記第２平面部４ｂの外周とを接続する無端状の板部位である。この周面部４ｃは、図４に示すように、外周壁４ｃ1と内周壁４ｃ2とからなり、冷媒の流通が自在な二重殻構造を備えている。すなわち、周面部４ｃは、所定距離隔てた状態で対向する外周壁４ｃ1と内周壁４ｃ2との間が冷媒が流通する流路（冷媒流路Ｒ）になっている。

この冷媒流路Ｒは、冷媒取入ポート４ｈ及び冷媒排液ポート４ｉと連通している。なお、図４には示されていないが、上記二重殻構造は周面部４ｃだけではなく、第１平面部４ａも二重殻構造を備えている。このような乾燥室４は、第１平面部４ａ、第２平面部４ｂ及び周面部４ｃによって形成されている。

窪み部４ｄは、図１に示すように、第１平面部４ａの中心から若干下に変位した部位が所定面積に亘って陥没した部位である。このような窪み部４ｄの底部（第１平面部４ａの一部）には、開閉機構６の一部（エアーシリンダー６ａ等）が取り付けられている。排気ポート４ｅは、乾燥室４の空気を外部に排気するための開口であり、図示しない配管によって真空ポンプ７に接続されている。排液ポート４ｆは、残留蒸気が乾燥室４で凝縮して発生する凝縮液（残留凝縮液）を外部に排液するための開口であり、図示しない配管によって再生濃縮器９に接続されている。

蒸気取入ポート４ｇは、再生濃縮器９で発生させた洗浄液の蒸気（再生蒸気）を乾燥室４に取り込むするための開口であり、図示しない配管によって再生濃縮器９に接続されている。冷媒取入ポート４ｈは、冷媒を上記冷媒流路Ｒ内に取り入れるための開口であり、図示しない配管によって冷媒供給源８に接続されている。冷媒排液ポート４ｉは、上記冷媒流路Ｒ内の冷媒を乾燥室４の外部に排出するための開口であり、図示しない配管によって排液タンク（図示略）に接続されている。

蒸気取入口４ｊは、上記第２平面部４ｂに設けられた所定サイズの円形開口である。この蒸気取入口４ｊは、上記第１平面部４ａに設けられた窪み部４ｄの位置に符合する位置、つまり長円形状の第２平面部４ｂの中心から下側に若干変位した位置に設けられている。

複数のフィン４ｋは、図４に示すように、乾燥室４に突出するように第１平面部４ａの内側に設けられた矩形の板状部材である。すなわち、これらフィン４ｋは、蒸気取入口４ｊの対向面である第１平面部４ａの内側面に設けられている。より具体的には、これらフィン４ｋは、第１平面部４ａにおいて窪み部４ｄの上方側のみに設けられており、また鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在すると共に当該鉛直方向及び水平方向に所定間隔を空けて設けられている。

温度保持装置４ｍは、乾燥室４の温度（乾燥室温度）を洗浄室１の温度（洗浄室温度）よりも低い所定温度に保持する装置であり、図１に示すように窪み部４ｄ（第１平面部４ａ）に設けられている。この温度保持装置４ｍは、より具体的には乾燥室４内に延在する冷却管（図示略）によって乾燥室温度を洗浄室温度よりも低い温度に保持する。この温度保持装置４ｍによって設定・保持される乾燥室温度は、例えば５〜５０℃である。なお、乾燥室温度は、温度保持装置４ｍに加えて、上述した冷媒流路Ｒに冷媒供給源８から所定の冷媒が供給されることによって所定温度に設定・保持される。

接続部材５は、洗浄室１の乾燥室用開口１ｃと乾燥室４の蒸気取入口４ｊとを接続する円筒状部材であり、軸線方向が水平方向（Ｘ軸方向）に設定されている。この接続部材５は、例えば円筒状の金属製蛇腹であり、乾燥室用開口１ｃと蒸気取入口４ｊとの間に介装される。本実施形態に係る真空洗浄装置では、接続部材５を金属製蛇腹とすることにより、洗浄室１の熱変形が乾燥室４に影響を与えることを軽減している。

開閉機構６は、図２に示す乾燥室用開口１ｃを閉鎖あるいは開放するものであり、図１に示すエアーシリンダー６ａ、図２に示す弁体６ｂ等から構成されている。上記エアーシリンダー６ａは、自らの可動ロッドが接続部材５の軸線方向（Ｘ軸方向）となるように窪み部４ｄに設けられている。また、上記可動ロッドの先端には弁体６ｂが固定されいる。弁体６ｂは、乾燥室用開口１ｃの洗浄室１側に設けられる円形部材であり、乾燥室用開口１ｃよりも若干大きな形状を有すると共に、乾燥室用開口１ｃの接続部材５側（乾燥室４側）において可動ロッドの先端に接続されている。

このような開閉機構６は、エアーシリンダー６ａが可動ロッドを引き込むように作動することによって、弁体６ｂの外周部が乾燥室用開口１ｃの内側面（洗浄室１の側面）に当接して乾燥室用開口１ｃを閉鎖する。一方、開閉機構６は、エアーシリンダー６ａが可動ロッドを突出させるように作動することによって、弁体６ｂの外周部が乾燥室用開口１ｃの内側面（洗浄室１の側面）から離間して乾燥室用開口１ｃを開放する。

真空ポンプ７は、図示しない配管を介して排気ポート１ｂ、４ｅに接続されており、洗浄室１及び乾燥室４の空気を外部に排気する。冷媒供給源８は、図示しない配管を介して冷媒取入ポート４ｈに接続されており、乾燥室４に冷媒を供給する。この冷媒は、例えば水である。再生濃縮器９は、図示しない配管を介して排液ポート１ｄ、４ｆ及び蒸気取入ポート１ｅ、４ｇに接続されており、洗浄室１及び乾燥室４から回収した洗浄剤及び汚れ成分の凝縮液のうち、洗浄剤のみを再蒸気化して洗浄室１及び乾燥室４に供給すると共に汚れ成分を分離・濃縮する。

次に、このように構成された本実施形態に係る真空洗浄装置の動作について詳しく説明する。

この真空洗浄装置でワークを洗浄する場合、ワークはワーク挿通口１ａから洗浄室１に収容される。このワークは表面に切削油等の汚れ成分が付着した物である。そして、フロントドア３が作動して洗浄室１及び乾燥室４が密閉空間とされる。そして、真空ポンプ７が作動して洗浄室１及び乾燥室４が徐々に減圧されて、例えば１０ｋＰａ以下の圧力（初期圧力）に圧力設定される。

また、このような減圧処理に平行して、蒸気発生部２が作動して洗浄蒸気が生成される。この洗浄蒸気は、圧力が飽和蒸気圧、また温度が洗浄液の沸点近傍、例えば８０〜１４０℃である。また、上記減圧処理に平行して開閉機構６が作動することにより洗浄室１と乾燥室４とが個別の部屋として分離され、さらに温度保持装置４ｍ及び冷媒供給源８が作動することにより、乾燥室温度が洗浄終了後の洗浄室温度よりも低温な状態（例えば５〜５０℃）に温度設定される。

そして、このような状態で蒸気発生部２から洗浄室１に洗浄蒸気が所定の洗浄期間に亘って順次供給されることによって、洗浄室１内のワークが洗浄される。すなわち、洗浄期間において、ワークの表面では洗浄蒸気の付着と凝縮とが連続的に繰り返され、ワークの表面に付着した汚れ成分が洗浄蒸気の凝縮液と共にワークの表面から流下して除去（洗浄）される。

上記洗浄処理が終了した時点において、洗浄室１の圧力（洗浄室圧力）は洗浄蒸気の飽和蒸気圧にほぼ等しい圧力、また洗浄蒸気の温度にほぼ等しい温度（８０〜１４０℃程度）になっている。すなわち、洗浄室圧力及び洗浄室温度は、予め設定・保持された乾燥室４の圧力（乾燥室圧力）及び温度（乾燥室温度）よりもかなり高い値になっている。

上記洗浄処理に引き続いて洗浄室１内のワークの乾燥処理が行われるが、この乾燥処理では、開閉機構６を作動させることにより上記圧力関係及び温度関係にある洗浄室１と乾燥室４とを連通させる。すなわち、エアーシリンダー６ａが作動することによって、弁体６ｂの外周部が乾燥室用開口１ｃの内側面（洗浄室１の側面）に当接している状態から離間する状態に急峻に変位させることにより、洗浄室１と乾燥室４とを短時間かつ比較的大きな面積で接続させる。

この結果、洗浄室圧力は急速に減圧され、この急速減圧に起因してワークの表面に付着している洗浄蒸気の凝縮液（残留液）が一瞬で沸騰（突沸）する。また、洗浄室１と乾燥室４とを短時間かつ比較的大きな面積で接続することによって、ワークの表面から発生した残留液の蒸気（残留蒸気）は洗浄室１（高圧側）から弁体６ｂと乾燥室用開口１ｃとの隙間と接続部材５と蒸気取入口４ｊとを経由して乾燥室４（低圧側）に高速移動する。

そして、乾燥室４（低圧側）に移動した残留蒸気は、乾燥室温度が洗浄室温度よりも低温かつ洗浄液の沸点以下に保持されているので凝縮する。ここで、乾燥室４における残留蒸気の凝縮は、乾燥室４の内面の表面積が大きい程に残留蒸気が上記部材に接触して低温化され易くなるので効率的に行われる。

このような乾燥室４における残留蒸気の凝縮処理に対して、本実施形態における乾燥室４（凝縮器）は、残留蒸気が流入する蒸気取入口４ｊの対向面である第１平面部４ａの内側面に複数のフィン４ｋが設けられているので、蒸気取入口４ｊから乾燥室４に勢い良く流入した残留蒸気は、前方に位置するフィン４ｋに速やかに接触して凝縮する。仮に、複数のフィン４ｋが蒸気取入口４ｊと同一側つまり第２平面部４ｂの内側面に設けられていた場合には、複数のフィン４ｋが残留蒸気の流入方向に対して後方側に位置することになるので、凝縮効率が低下する。

また、本実施形態における複数のフィン４ｋは、当該鉛直方向（Ｚ軸方向）かつ水平方向（Ｙ軸方向）に所定間隔を空けて設けられる、つまり蒸気取入口４ｊの対向面に分散配置されているので、残留蒸気との接触効率が良い。したがって、本実施形態によれば、これによっても乾燥室４における残留蒸気の凝縮効率を向上させることができる。したがって、本実施形態によれば、洗浄室１から乾燥室４に流入した残留蒸気を効率よく凝縮させることが可能であり、よって凝縮性能を従来よりも向上させることができる。

また、本実施形態における複数のフィン４ｋは、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在するので、その表面で凝縮した残留蒸気の凝縮液が下方に比較的速やかに滴下して当該表面から除去される。この結果、残留蒸気の凝縮液がフィン４ｋの表面に滞留することを抑制できるので、本実施形態によれば、これによっても残留蒸気の凝縮効率を向上させることができる。

また、本実施形態における第１平面部４ａは、内部に冷媒が流通する二重殻構造を備えているので、第１平面部４ａの内側面及び複数のフィン４ｋを効果的に冷却することが可能である。したがって、本実施形態によれば、これによっても残留蒸気の凝縮効率を向上させることができる。また、周面部４ｃも二重殻構造を備えているので、周面部４ｃの内面に付着した残留蒸気を効率よく凝縮させることができる。

さらには、本実施形態における周面部４ｃは、第１平面部４ａ及び第２平面部４ｂの外周形状に対応して長円形状に形成されているので、残留蒸気の凝縮液を排液ポート４ｆに効果的に集液することが可能であり、よって乾燥室４内の凝縮液を再生濃縮器９に効果的に排液することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、複数のフィン４ｋを鉛直方向（Ｚ軸方向）に延在すると共に当該鉛直方向（Ｚ軸方向）かつ水平方向（Ｙ軸方向）に所定間隔を空けて離散配置したが、本発明はこれに限定されない。複数のフィン４ｋは蒸気取入口４ｊの対向面に設けられるものであれば、他の設置態様でもよい。

（２）上記実施形態では、第１平面部４ａ及び第２平面部４ｂの外周形状及び周面部４ｃの外形を長円形状としたが、長円状に代えて円形（真円形状）や楕円形状にしてもよい。

（３）上記実施形態では、第１平面部４ａ及び第２平面部４ｂを鉛直姿勢としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１平面部４ａ及び／あるいは第２平面部４ｂを鉛直姿勢から若干傾斜させてもよい。

１…洗浄室、１ａ…ワーク挿通口、１ｂ…排気ポート、１ｃ…乾燥室用開口、１ｄ…排液ポート、１ｅ…蒸気取入ポート、２…蒸気発生部、３…フロントドア、４…乾燥室（凝縮器）、４ａ…第１平面部、４ｂ…第２平面部、４ｃ…周面部、４ｄ…窪み部、４ｅ…排気ポート、４ｆ…排液ポート、４ｇ…蒸気取入ポート、４ｈ…冷媒取入ポート、４ｉ…冷媒排液ポート、４ｊ…蒸気取入口、４ｋ…フィン、４ｍ…温度保持装置、５…接続部材、６…開閉機構、６ａ…エアーシリンダー、６ｂ…弁体、７…真空ポンプ、８…冷媒供給源、９…再生濃縮器

Claims (2)

1. 鉛直姿勢に設けられる蒸気取入口から取り入れた蒸気を液化させる凝縮器であって、
   前記蒸気取入口の対向面は、冷媒の流通が自在な二重殻構造に形成されており、
   前記対向面であって、外周が円形あるいは長円形な第１平面部と、
   前記蒸気取入口が設けられ、前記第１平面部と略平行な第２平面部と、
   前記第１平面部の外周と前記第２平面部の外周とを接続する無端状の周面部とを備え、
   前記周面部は、冷媒の流通が自在な二重殻構造に形成されていることを特徴とする凝縮器。
2. 請求項１に記載の凝縮器を備えることを特徴とする洗浄装置。

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