特開 2015-215099 流体加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-215099(P2015-215099A)

(43)【公開日】2015年12月3日

(54)【発明の名称】流体加熱装置

(51)【国際特許分類】

   F24H 1/00 20060101AFI20151106BHJP

   F24H 1/20 20060101ALI20151106BHJP

   F24H 1/18 20060101ALI20151106BHJP

【ＦＩ】

   F24H1/00 C

   F24H1/20 F

   F24H1/18 302P

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2014-96560(P2014-96560)

(22)【出願日】2014年5月8日

(71)【出願人】

【識別番号】592068635

【氏名又は名称】アクトファイブ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001069

【氏名又は名称】特許業務法人京都国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石井 郁男

【テーマコード（参考）】

3L122

【Ｆターム（参考）】

3L122AA02

3L122AA33

3L122AB30

3L122AB45

3L122BB02

3L122BB06

3L122BB25

3L122CA01

3L122DA01

3L122DA35

3L122EA02

3L122FA25

3L122GA08

(57)【要約】

【課題】熱交換の効率が高く、且つ、容易に温度制御を行うことができる流体加熱装置を提供する。
【解決手段】流体加熱装置１０は、液体又は気体である被加熱物を加熱する装置であって、液体の水である熱媒体と、上部に空間を残して前記熱媒体が貯留された状態で密閉されたタンクであって、該熱媒体の導入口１１２と、該熱媒体の液面よりも下側に設けられた該熱媒体の送出口１１１を有するタンク１１と、タンク１１内の熱媒体を加熱する加熱装置（電気ヒータ１４）と、タンク１１の外部に設けられた、送出口１１１と導入口１１２を接続する循環経路１３と、循環経路１３中に設けられた、熱媒体の熱により被加熱物を加熱する熱交換器１２と、循環経路１３中に設けられた、熱媒体を送出口１１１から導入口１１２に送液する送液ポンプ１５とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体又は気体である被加熱物を加熱する装置であって、
a) 液体の水である熱媒体と、
b) 上部に空間を残して前記熱媒体が貯留された状態で密閉されたタンクであって、該熱媒体の導入口と、該熱媒体の液面よりも下側に設けられた該熱媒体の送出口を有するタンクと、
c) 前記タンク内の前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置と、
d) 前記タンクの外部に設けられた、前記送出口と前記導入口を接続する循環経路と、
e) 前記循環経路中に設けられた、前記熱媒体の熱により前記被加熱物を加熱する熱交換器と、
f) 前記循環経路中に設けられた、前記熱媒体を前記送出口から前記導入口に送液する送液ポンプと
を備えることを特徴とする流体加熱装置。

【請求項2】

前記熱媒体加熱装置が前記熱媒体を100℃よりも高い温度に加熱するものであることを特徴とする請求項１に記載の流体加熱装置。

【請求項3】

前記液面が前記送出口よりも上側にあることを検知する液面計を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体加熱装置。

【請求項4】

前記送出口を前記タンクの底部に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の流体加熱装置。

【請求項5】

前記タンク、前記熱媒体加熱装置、前記循環経路、前記熱交換器及び前記送液ポンプを備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の流体加熱装置に用いるための流体加熱装置用設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体又は気体（流体）を加熱する装置に関する。本発明に係る流体加熱装置は、可燃性流体を発火させることなく安全に加熱するために好適に用いることができるものである。

【背景技術】

【0002】

金属を切削加工することによりワークを作製する際、切削加工直後のワークの表面には、切削加工時の摩擦の低減及び冷却のために用いられた切削液や削りかすが付着している。これら切削液や削りかすをワークの表面から除去するために、切削加工後にワークの洗浄が行われる。この洗浄の際には、洗浄後にワークを速く乾燥させることができるという理由で、炭化水素溶剤が洗浄液として広く用いられている。

【0003】

炭化水素溶剤の洗浄液は一般に廃棄に関する規制が厳しい。そのため、できるだけ廃棄する量を少なくするよう、炭化水素溶剤の洗浄液は繰り返し使用される。しかし、そのまま繰り返し使用していると、洗浄液中の切削液や削りかすの濃度が増加して洗浄の能力が低下する。そのため、使用された洗浄液を加熱して炭化水素溶剤を蒸留することによって洗浄液を再生する処理が行われている。

【0004】

洗浄液は、電気ヒータやガスバーナ等を用いて急激に加熱すると、発火するおそれがある。そのため、発火の危険性が低い液体又は気体の熱媒体を電気ヒータやガスバーナ等を用いて加熱したうえで、その熱媒体を用いて洗浄液を加熱するという、間接加熱が行われている。熱媒体にはシリコーンオイル等の熱媒体油が使用されることが多い（例えば特許文献１）。しかし、熱媒体油は長時間使用すると劣化するため、定期的に交換する必要があり、コストが上昇するばかりでなく、メンテナンスの手間も要する。

【0005】

特許文献２には、熱媒体として水蒸気を使用する間接加熱装置の例が２つ記載されている。第１の例の間接加熱装置は、液体の水を貯留するタンク内にヒータが設けられた水蒸気発生源と、タンクの上側に設けられた、被処理液（使用済洗浄液）を貯留する蒸留釜を有する。この装置では、タンク内の水をヒータで加熱することにより水蒸気が発生し、その水蒸気で蒸留釜を加熱することにより、蒸留釜内の被処理液が間接的に加熱される。この装置は、熱媒体として水蒸気を用いることにより、安全であって、且つ繰り返し使用しても熱媒体が劣化しない、という特長を有する。しかし、第１の例の間接加熱装置では、蒸留釜を水蒸気発生源の上側にしか配置することができず、装置の全高が高くなるため、設置箇所が制約される。

【0006】

第２の例の間接加熱装置は、水蒸気発生源から発生する水蒸気を熱交換器に送給したうえでタンクに戻す循環経路の配管を有する。この装置では、水蒸気発生源と熱交換器を独立に配置することができるため、第１の例よりも設置箇所の自由度は高い。しかし、熱交換器内やそれ以外の配管内において水蒸気の一部が冷却されて液化し、液化した水が配管の内壁に付着する。このような水は配管内を通過する水蒸気の抵抗となるため、熱交換の効率が低下する原因となる。

【0007】

特許文献３には、熱媒体として液体の水を使用する間接加熱装置が記載されている。この間接加熱装置では、吸熱用熱交換器及び放熱用熱交換器を含む配管内に水が充填されており、配管中の水を吸熱用熱交換器において加熱することにより、液体の状態のままで100℃以上に水を加熱する。水は液体の状態のまま配管内を循環するため、水の循環が妨げられることがない。そのため、この間接加熱装置は、特許文献２における第２の例の間接加熱装置とは異なり、熱交換の効率が低下することを防止することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開2009-222251号公報

【特許文献2】特開2008-006368号公報

【特許文献3】特開平08-313053号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

炭化水素溶剤の洗浄液を再生する際、その温度は発火等を防止するために所定の上限温度以下に維持する必要がある一方、切削液等を蒸発させず洗浄液のみを蒸発させるために所定の温度範囲内に維持するように制御する必要がある。そのため、間接加熱装置では放熱用熱交換器において熱媒体の温度が所定の温度範囲内になるように制御しなければならない。しかし、特許文献３には熱媒体の温度制御について明確な記載がない。

【0010】

本発明が解決しようとする課題は、熱交換の効率が高く、且つ、容易に温度制御を行うことができる流体加熱装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するために成された本発明に係る流体加熱装置は、液体又は気体である被加熱物を加熱する装置であって、
a) 液体の水である熱媒体と、
b) 上部に空間を残して前記熱媒体が貯留された状態で密閉されたタンクであって、該熱媒体の導入口と、該熱媒体の液面よりも下側に設けられた該熱媒体の送出口を有するタンクと、
c) 前記タンク内の前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱装置と、
d) 前記タンクの外部に設けられた、前記送出口と前記導入口を接続する循環経路と、
e) 前記循環経路中に設けられた、前記熱媒体の熱により前記被加熱物を加熱する熱交換器と、
f) 前記循環経路中に設けられた、前記熱媒体を前記送出口から前記導入口に送液する送液ポンプと
を備えることを特徴とする。

【0012】

本発明に係る流体加熱装置では、タンク内に貯留された液体の水である熱媒体を熱媒体加熱装置で加熱することにより、熱媒体の温度が上昇すると共に、密閉されたタンク内の上部の空間に熱媒体の一部が蒸発し、タンク内の圧力が上昇する。そのため、熱媒体を100℃よりも高い温度に加熱することができる。このように貯留された熱媒体に対して温度制御を行うため、熱媒体の温度が安定し、容易に温度制御をすることができる。

【0013】

加熱された熱媒体は、熱媒体の液面よりも下側に設けられた送出口から液体の状態で熱交換器に送給され、熱交換器において被処理液が加熱される。熱交換器を通過した熱媒体は導入口を通ってタンクに戻る。導入口の位置は熱媒体の液面よりも上であってもよいし、下であってもよい。このように、本発明に係る流体加熱装置では、循環経路内が液体の熱媒体で満たされているため、送液ポンプを用いた送液の際に熱媒体の循環が妨げられることがなく、熱交換の効率が低下しない。

【0014】

本発明に係る流体加熱装置の熱交換器において加熱する被加熱物は、液体、気体のいずれであってもよい。

【0015】

本発明に係る流体加熱装置において、熱媒体を送出口よりも上側まで確実に貯留するために、タンク内の液面が前記送出口よりも上側にあることを検知する液面計を備えることが望ましい。

【0016】

あるいは、本発明に係る流体加熱装置において、熱媒体を送出口よりも上側まで確実に貯留するために、送出口をタンクの底部に設けてもよい。

【0017】

なお、熱媒体は、タンク内に貯留した状態で出荷してもよいし、出荷後の設置時や使用開始時等にタンク内に注入してもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る流体加熱装置によれば、熱交換の効率が高く、且つ、容易に温度制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る流体加熱装置の一実施例を示す概略構成図。

【図2】本発明に係る流体加熱装置の変形例を示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明に係る流体加熱装置の実施例を、図１及び図２を用いて説明する。

【実施例】

【0021】

図１は、本実施例の流体加熱装置１０を示す概略構成図である。この流体加熱装置１０は、液体である被加熱物を加熱するためのものである。流体加熱装置１０は、水である熱媒体を貯留するタンク１１と、熱媒体と被加熱物の間で熱交換を行う熱交換器１２を有している。タンク１１と熱交換器１２の間は、後述のように熱媒体送出管１３１及び熱媒体返送管１３２で接続されており、これら熱媒体送出管１３１及び熱媒体返送管１３２により、熱媒体の循環経路１３が形成されている。

【0022】

タンク１１の底には送出口１１１が、天井には導入口１１２が、それぞれ設けられている。送出口１１１には熱媒体送出管１３１の一端が接続されており、導入口１１２には熱媒体返送管１３２の一端が接続されている。熱媒体送出管１３１の送出口１１１付近には開閉弁１１１１が設けられている。タンク１１内には、熱媒体加熱装置である電気ヒータ１４が収容されており、電気ヒータ１４には電源１４１が接続されている。電源１４１には、その出力を制御する温度調節器１４２が接続されている。この温度調節器１４２には、タンク１１内の熱媒体の温度を測定する第１水温計１４３１及び第２水温計１４３２が接続されている。第１水温計１４３１は電気ヒータ１４の近傍に、第２水温計１４３２は送出口１１１の近傍に、それぞれ設けられている。タンク１１内には液面センサ（液面スイッチ）１１３が設けられており、タンク１１内にある熱媒体の液面の高さが所定の範囲外にあるときには電気ヒータ１４に電流が流れないように設定されている。その他、タンク１１には、安全弁１１４及び圧力計１１５、並びに熱媒体を補充するための給水管１１６が設けられている。

【0023】

熱交換器１２は、被処理液が貯留される被処理液貯留槽１２１と、被処理液貯留槽１２１内に設けられた熱媒体通過管１２２を有する。熱媒体通過管１２２はコイル状の管であって、一端が熱媒体送出管１３１に、他端が熱媒体返送管１３２に接続されている。なお、「熱媒体送出管」及び「熱媒体返送管」との名はタンク１１を基準に付したものであり、熱交換器１２においては、熱媒体は熱媒体送出管１３１から熱媒体通過管１２２に導入され、熱媒体返送管１３２に送出される。被処理液蒸気排出口１２３は被処理液貯留槽１２１内で蒸発した被処理液の蒸気を排出するものであり、被処理液貯留槽１２１の天井に設けられた被処理液蒸気排出口１２３を経て凝縮器（図示せず）に接続されている。また、被処理液貯留槽１２１は被処理液蒸気排出口１２３より減圧されている。

【0024】

熱媒体送出管１３１中には送液ポンプ１５が設けられている。本実施例では、送液ポンプ１５には、タンク１１側に設けられた第１送液ポンプ（ブースターポンプ）１５１と、熱交換器１２側に設けられた第２送液ポンプ１５２の２つのポンプを直列に接続したものを用いる。

【0025】

本実施例の流体加熱装置１０の動作を説明する。初期状態では、タンク１１には所定の範囲内の高さまで熱媒体である水が貯留されており、開閉弁１１１１は閉鎖されている。操作者は熱交換器１２の被処理液貯留槽１２１に被処理液を貯留すると共に、温度調節器１４２で熱媒体の目標温度を設定する。ここで示す例では、上述の減圧下における被処理液の沸点である約100℃よりも高い130℃とする。

【0026】

温度調節器１４２は、液面センサ１１３により検出される熱媒体の液面の高さが所定の範囲外にある場合には警報を発し、該高さが所定の範囲にある場合には電源１４１に出力を指示する信号を送信する。電源１４１はその信号に対応した電流を電気ヒータ１４に供給する。これにより、熱媒体が昇温してゆき、タンク１１内で熱媒体が蒸発することによってタンク１１内の圧力も上昇してゆく。このように圧力が上昇することにより、熱媒体である水は100℃を越えて加熱される。温度調節器１４２は、第１水温計１４３１及び第２水温計１４３２で測定される熱媒体の温度が130℃に近づくと、該温度が130℃で安定するように電源１４１の出力を制御する。熱媒体の温度が130℃で安定すると、圧力計１１５で測定されるタンク１１内の圧力は約0.27MPa（圧力計１１５に表示される値は、実際の圧力から大気圧を差し引いた約0.17MPa）となる。

【0027】

熱媒体の温度が安定した段階で、開閉弁１１１１を開放すると共に、第１送液ポンプ１５１及び第２送液ポンプ１５２を作動させる。なお、この操作は、温度調節器１４２と連動した制御装置（図示せず）によって自動的に行うようにしてもよいし、第１水温計１４３１及び第２水温計１４３２で測定される熱媒体の温度を表示したうえで操作者が行うようにしてもよい。この操作により、温度が130℃である熱媒体が液体の状態のままで熱交換器１２に供給される。熱交換器１２では、熱媒体が熱媒体通過管１２２を通過する間に、被処理液貯留槽１２１内の被処理液と熱交換を行うことにより、被処理液を加熱する。加熱された被処理液は蒸発してゆく。生成された被処理液の蒸気は被処理液蒸気排出口１２３を経て凝縮器に送られ、液化されることにより、不純物が除去された被処理液（炭化水素溶剤）が得られる。

【0028】

熱媒体通過管１２２を通過した熱媒体は温度が130℃よりも低下した状態で、熱媒体返送管１３２を通ってタンク１１に返送され、タンク１１内において加熱される。こうして、熱媒体は循環使用される。

【0029】

なお、本発明では送液ポンプは１つのみ用いてもよいが、上記のように２つの送液ポンプを直列に接続して用いる方が望ましい。送液ポンプを１つのみ用いた場合には、ポンプの吸引側（タンク１１側）において熱媒体の圧力が大幅に低下し、熱媒体内に溶解した気体成分が気泡となるキャビテーションが生じるおそれがある。それに対して２つの送液ポンプを直列に接続することにより、各ポンプの吸引側における圧力の低下を小さくすることができるため、キャビテーションの発生を抑えることができる。

【0030】

本発明は上記実施例には限定されない。
例えば、上記実施例では電気ヒータ１４をタンク１１内に設けたが、図２に示す流体加熱装置１０Ａのように、電気ヒータ１４Ａをタンク１１の外側に設けてもよい。あるいは、熱媒体加熱装置として電気ヒータの代わりにガスバーナを用いてもよいが、電気ヒータの方がより正確に出力を調整することができるため望ましい。

【0031】

上記実施例では送出口１１１をタンク１１の底に設けたが、図２に示すように、液面センサ１１３で設定されている使用時における熱媒体の液面の範囲よりも下側であれば、送出口１１１Ａはタンク１１の底以外の壁に設けてもよい。

【0032】

上記実施例では熱交換器１２には被処理液貯留槽１２１と熱媒体通過管１２２を有するものを用いたが、被処理液貯留槽１２１の代わりに、図２に示すように被処理流体通過管１２１Ａを用いてもよい。被処理流体通過管１２１Ａ内には熱媒体通過管１２２が配置されている。被処理流体は、被処理流体通過管１２１Ａ内を通過する間に、熱媒体通過管１２２内の熱媒体から熱を受けて加熱される。

【0033】

被処理流体は、液体だけではなく気体であってもよい。例えば、本実施例の流体加熱装置を用いて、炭化水素系洗浄液の発火温度よりも低い温度に空気を加熱することにより、被処理物に付着した炭化水素系洗浄液を安全に乾燥させるために使用する温風を生成することができる。

【符号の説明】

【0034】

１０、１０Ａ…流体加熱装置
１１…タンク
１１１、１１１Ａ…送出口
１１１１…開閉弁
１１２…導入口
１１３…液面センサ
１１４…安全弁
１１５…圧力計
１１６…給水管
１２…熱交換器
１２１…被処理液貯留槽
１２１Ａ…被処理流体通過管
１２２…熱媒体通過管
１２３…被処理液蒸気排出口
１３…循環経路
１３１…熱媒体送出管
１３２…熱媒体返送管
１４、１４Ａ…電気ヒータ
１４１…電源
１４２…温度調節器
１４３１…第１水温計
１４３２…第２水温計
１５…送液ポンプ
１５１…第１送液ポンプ
１５２…第２送液ポンプ

【図1】

【図2】