(57)【要約】【課題】オフセット印刷工程のブランケットの洗浄や、印刷機の保守に使用された、汚れた洗浄液を蒸留し、再使用を可能にする装置に関する。【解決手段】円筒状の蒸発室２と、下部にサイクロン機能を持たせた凝集室と、超音波発振素子12を配した霧発生室1と、蒸発室２―凝集室５―霧発生室１を一巡する気体の環流路を形成する配管路７と、蒸発室２と凝集室5間、凝集室５と霧発生室１間のいずれかに環流を生じさせるブロワー３を配し、蒸発室２と凝集室５間及び凝集室５と霧発生室１間の配管路７に一つずつの熱交換機４，６を配し、二つの熱交換機４，６の間を熱移動手段で結合し、蒸発室２と凝集室５の間に配した熱交換機４，６から環流気体の熱を吸収し熱移動手段によって凝集室５と霧発生室１の中間の熱交換機４，６に移動させ環流気体中に放熱する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の蒸発室と、円筒管の下部を逆円錐状に絞ってサイクロン機能を持たせた凝縮室と、霧発生手段として超音波発振素子を配設した霧発生室と、蒸発室―凝集室―霧発生出室を一巡する気体の環流路を形成する配管路と、蒸発室と凝集室間及び、凝集室と霧発生室間のいずれか一方に環流を生じさせるためのブロワーを配し、さらに蒸発室と凝集室及び凝集室と霧発生室間の配管路にそれぞれ一つずつの熱交換機を配し、蒸発室と凝集室及び凝集室と霧発生室の中間に配した二つの熱交換機の間を熱移動手段で結合し、蒸発室と凝集室の間に配した熱交換機からの環流気体の熱を吸収し熱移動手段によって凝集室と霧発生室の中間に配した熱交換機に移動させ環流気体中に放熱する構造からなる洗浄廃液蒸留再生装置。
【請求項２】
請求項１の前記霧発生手段をノズルによる噴霧としたことを特徴とする蒸留装置。
【請求項３】
請求項1において、霧発生手段で発生した被蒸留洗浄廃液の霧を拡散させた環流気体を、円筒状の蒸発室の外側の内壁に沿うように導入し、円筒状の蒸発室の内壁に沿って回転するようにし、霧を構成する微粒の液を蒸発させて環流気体に拡散した蒸気とすると同時に霧の中に含まれる異物及び蒸発しにくいため濃縮された液体粒を、遠心力によって円筒壁面に集めて壁面に沿って落下させ、遠心力に逆らって容易に中心部に至ることのできる軽量の環流気体と混合した蒸気を環流気体とともに、円筒状の蒸発室の天井板から円筒の中央に挿入した排気管に導入するようにした気体導入部と気体排出部を設けた円筒状の蒸発室を特徴とする洗浄廃液蒸留再生装置。
【請求項４】
請求項1における熱移動装置が、ペルチェー素子の吸熱側を蒸発室と凝集室をつなぐ配管路に設けた熱交換機に圧接し、該ペルチェー素子の放熱側を凝集室と霧発生室ををつなぐ管路に設けた熱交換機に圧接して、蒸発室を経由して蒸気を多く含んだ環流気体から熱を奪い気体の温度を低下せしめて環流気体中に混合し得る溶剤の分圧値を小さくして溶剤の過飽和気体として凝集室に導入するようにし、凝集質を経由して蒸気をあまり含んでいない環流気体を加熱するようにする方法で還流気体の温度を上昇せしめて還流気体中に含み得る溶剤の分圧量値を大きくして蒸発室における蒸発を容易にする方法で、洗浄廃液の蒸留効率を上げるようにした請求項1に記載の洗浄廃液蒸留再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オフセット印刷工程におけるブランケットの洗浄や、印刷機の保守に使用された、汚れた洗浄液を蒸留し、再使用を可能にするための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
オフセット印刷機のブランケット洗浄には、一般的に石油系の溶剤（灯油等）に浸透性を改善する溶剤を添加した形式のものが多く使われている。このような溶剤を再利用する従来の装置としては、沈殿槽とフィルターを組み合わせたものが使われている。この方法ではブランケットに残留しているインキに含まれる溶解性の成分を取り除くことはできない。  1〜2回の再利用で洗浄効果は低下するため、再生液2に対して新液1程度を混合して用いているのが現状である。  一方、電子部品の製造工程でも多くの洗浄液が使われているが，電子部品洗浄のための洗浄液の多くは、浸透性が強く人体に有害である。電子部品洗浄剤のように人体に害になる溶剤を再生利用する装置に蒸留法が用いられているが、蒸留装置は大型となり設備コストがかかる、また、排気の管理や、装置の発熱による冷房負荷の増加などの理由で印刷分野で使われることはない。最近の技術進歩の結果、人体への害が少なく低価格の洗浄用溶剤が、種々の分野で使用されるようになっている。  これらの溶剤は少量ずつであるが、地球規模では総量は多く、人類への害になることから、再利用が要求されている。
【０００３】
従来の蒸留装置は、大きく分けて（１）沸騰型蒸留装置、（２）減圧型蒸留装置、（３）環流型蒸留装置がある。  （１）の沸騰型蒸留装置は、釜の中に液体をいれ沸騰状態まで加熱し、発生した蒸気を凝縮機に導き、冷却して液体に戻す形式であるが、その欠点は蒸留する液体を沸騰させるための温度まで加熱して、蒸気を発生させるために必要な気化熱を与え続けるための加熱が必要で、また、凝縮機では加熱して蒸発熱として吸収された熱とほぼ等しい熱を放出するので、加熱した熱と同量を取り去る必要がある。  さらに、釜の加熱と釜が放熱する熱量及び凝縮機の冷却の効率などで更に多くの熱を用い、放熱するため電力を多く消費する。  さらに、冷房された工場内などで使用する場合は、冷房負荷として冷房に必要な電力も増加するため、洗浄装置の近傍で溶剤を連続的に再生利用するには適当でない。（２）の減圧型蒸留装置は、容器を減圧して液体の沸点を低くすることによって、加熱したり凝縮するための熱量を小さくすることができるが、蒸発室を減圧容器、凝縮側を加圧容器にし、減圧・加圧のためのポンプを配備するなど装置が高価になり、コスト面で印刷所の洗浄廃液の再生利用の目的にそぐわない。また、両者に共通な欠点として、沸点や蒸気圧の大きく違う成分が添加されている洗浄用の溶剤では、蒸留前と蒸留後の成分比が異なったものとなり、多くの洗浄剤に再生利用の目的にそぐわない。  （３）の環流型蒸留装置で、一般的に工業用として用いられているものは、乾留気体として水蒸気を使う例が多いが、蒸留装置とは別に水蒸気発生のためのボイラーが必要である。  また、水蒸気による乾留方式では、アルコールなど水に溶けやすい成分が添加されている洗浄用溶剤では、蒸留後の成分比率が変化するため、リサイクル装置として適切でない。  実験室ではエーテルの回収など窒素乾留装置が使われることがあるが、それぞれの目的溶剤に対して組み立てるものであり、種々の洗浄用の溶剤のリサイクルに適応できるものはない。  また、工業的に使われる溶剤製造プラントでも、特定の溶剤にのみ効率的に働くよう設計されているが、種々の添加物を含む溶剤の洗浄剤蒸留再生装置としての適応性はない。  すなわち、洗浄溶剤の再生利用のためには、（イ）配合された溶剤の成分比をできるだけ変えないで蒸留する、  （ロ）系全体の熱の発散を少なくして空調室内での使用を可能にする、（ハ）ランニングコストが溶剤の購入廃棄の経費より低いか、又は、同等でなければならない、等の条件を満たす必要があり、従来の装置ではこれらのいずれの条件も満足するものはない。
【非特許文献１】平成１１年３月１５日第１版第７号発行の株式会社オーム社発行の「絵とき空調設備のやさしい知識」著者  大隈和男、長谷川勝實
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
印刷用のブランケット装置を洗浄した洗浄廃液には、インキとインキに含まれる可溶性成分及び輪転機の機械油等が溶解しており、沈殿槽で固形成分を取り除いたりフィルターで濾過しても可溶成分を取り除くことが困難であることは明白である。すなわち、濾過法による洗浄廃液の再生では、再生を繰り返すたびに溶解成分が蓄積することは明白である。  インキの可溶成分や輪転機の油等は溶剤に比較して蒸発しにくい。  そこで、本発明では、その特性を加味して蒸発法による洗浄再生法を採用し、印刷用のブランケット洗浄廃液の再生利用に使用できる程度の設備コスト及びランニングコストを得るための方法を探索した。
すなわち、本発明では、（イ）配合された溶剤の成分比をできるだけ変えないで蒸留するために、低温で十分な環流気体を用いて蒸留する。  （ロ）系全体の熱の発散を少なくして空調室内での使用を可能にするために、蒸気の凝縮の熱を移動させて蒸発のために利用して外部への熱の放出を最小限にする。  （ハ）ランニングコストが溶剤の購入廃棄の経費より低いか、又は、同等とするために省電力の装置とすることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
再生した洗浄溶剤を繰り返し使うためには、蒸留法で成分を変えない方法の開発が必要である。
本発明では、洗浄用溶剤は乾燥しやすく且つ乾燥後に残留汚染が残らないような特性が要求されていることに着目し、気温より少し高い程度の温風を環流して、風乾の条件に近い方法で溶剤を蒸発させる手段を開発した。  また、成分変化を最小とするため、比較的少ない気体を密閉容器で環流することによって、蒸発しにくい成分を繰り返し風乾させることができ、また、凝集しにくい成分を繰り返し凝縮装置を通過させる方法で回収させ、さらに、微量の添加成分の蒸気を密閉容器内で環流させて凝集させ、大気中に逃がすことなく回収することによって蒸留した再生溶剤の成分比の変化を最小にしている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、インキの可溶成分や輪転機の油等は溶剤に比較して蒸発しにくいという特性を加味して、蒸発法による洗浄再生法を採用することで、印刷用のブランケット洗浄廃液の再生使用に利用できる程度の設備コスト及びランニングコストを得ることができたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明に係わる蒸留装置の具体的実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施形態を説明するために示した原理図である。
図において、２は蒸発室、５はサイクロン機能を持った凝集室、１は超音波素子12によって霧を発生する霧発生室、4及び６は熱交換機であり、１，２，３，４，５，6は7なる配管路によって環流が生じるように接続されており、この配管路の一部に環流を生じさせるブロアー３が配備されている。  熱交換機４と６はぺルチェー素子8により熱流が生じるように結合されており、ぺルチェー素子８に流される電流によって熱を4から６の方向に移動させ、熱交換機４を通る気体は冷却され、熱交換機６を通る気体は加温されるような構造となっている。  洗浄廃液は洗浄廃液タンク１１に保持され、パイプによって霧発生室に導入され，超音波素子12によって霧状にされる。  霧状になった洗浄廃液は配管路7によって装置全体を環流している気体に運ばれて蒸発室２に導入され気化する。  １３は超音波素子１２を駆動する駆動源である。
図2は図1で説明した本発明の実施例の1〜１１の構成要素がどのように機能するかを示したブロック図である。  この図では超音波発振素子１２と超音波素子を駆動する駆動源１３は省略した。  ただし、超音波発振器と超音波素子で霧を発生させる方法は、家庭用の超音波加湿器等で用いている方法と同様の原理によるものである。
図2では環流路７は６−１−２−３−４−５の順に環流気体逃れが生じるように形成され、５から６へ戻るように径路が形成されている。  この環流路の気体の流れを発生させる要因はブロアー３によるもので、ブロアー３は蒸発室２から気体を吸い込み加速及び加圧して熱交換機４に送りこみ全体の流れを環状に形成している。  溶剤の蒸気圧は温度に対して比例的に増加する。  すなわち、温度の高い気体は温度の低い気体より多くの蒸気を含むことができる。  この原理から、熱交換機６で加温された気体は加温機の入口から入る気体より出口からでる気体の方が溶剤蒸気を多く含むことができる。  すなわち、熱交換機６を通過した環流気体は乾燥状態にある。  廃液タンク１１から霧発生室１に導入された洗浄廃液は霧発生室１で霧状態になり熱交換機６からの乾燥状態の環流気体に混合されて蒸発室２に送り込まれる。  蒸発室２は、円筒状の構造で、霧とともに吸い込まれた環流気体は円筒の内壁に沿って回転するように導入され管内壁に沿って十数回回転して中央に挿入された配管に吸いこまれて蒸発室を出ていく。  この蒸発室は気体の入口の断面積は、出口の断面積より小さく設計されており、また、出口はブロアーで吸引されているため霧発生室１より圧力は低下しており、溶剤の飽和蒸気圧の環流気体に対する比率はさらに大きくなる。また、霧状の溶剤廃液は霧粒に含まれる液体に対し表面積の比率が大きいため、円筒状の蒸発室内壁に沿って回転している間に蒸発する成分のほとんどを気化させることができる。  また、蒸発しない成分は壁面に沿って回転している間に、遠心力により壁面に押し付けられ、壁面に沿って下方へ流れ落ちる。  流れ落ちた廃液は濃縮廃液タンク９に集められて、適宜廃棄することになる。
ブロアー３は蒸発室２から洗浄溶剤の蒸気で飽和状態にある気体を吸引し加圧して熱交換機４に移送する。  ブロアー３を通過した気体は吸いこみ口より＋５ＫＰa〜１０ＫＰａの加圧状態になるため、気体に含まれる溶剤蒸気も同時に加圧され溶剤飽和の状態になっている。  さらに、熱交換機４に送り込まれた環流気体は冷却され温度が低下する。  そこで、気化して環流気体と一体化していた溶剤の蒸気は再び霧状になって環流気体とともに凝集室５に送り込まれる。  凝集室５はサイクロンと同様の設計となっているため、霧は内壁を回転している間に壁面に付着し凝集して液化する。  液化した洗浄溶剤は凝集室の下部に設けられた蒸留液タンクに集積され再生液とすることができる。  この液は気化させた溶剤廃液が環流気体によって移送されたものであるから、固形成分や、蒸発しにくい成分は含まれることはない。  また、比較的回収しにくい成分も環流気体によって、繰り返し
凝集室を通過する間に少しずつ凝集して回収されるため、元の洗浄剤の成分比に近い洗浄溶剤の再生液を得ることができる。凝集室５の構造はサイクロンと同様の設計となっているが、環流気体の出口のパイプの径はサイクロンの排気口の断面積をより小さくしている。  サイクロンにおいて排気口の径を小さくした場合圧力損失が大きくなることは周知である。  しかし、本発明の装置ではサイクロンに溶剤の過飽和気体から溶剤を回収するための機能を付加するためにサイクロン内の圧力を維持するようにした。  その結果、サイクロン状の凝集室内部と排気管を経て熱交換機に至る径路とで凝集室内より圧力に差を生じ、凝集室内で飽和状態の環流気体は配管路では飽和点以下の溶剤蒸気量となり、結露することはない。
【０００８】
次に、本発明の蒸留方法を図1、図2と対応させて数値で説明する。
洗浄用の溶剤は混合物であるため、蒸気圧―温度特性それぞれの調合により異なる。  そこで、本発明の説明には、キシレンを用いて説明する。
キシレンを低温で蒸留する場合は、爆発の恐れがない窒素を用いることになるが、窒素の比熱等の物性は空気に近いので説明のために計算は空気を用いて行う。  ペルチェー素子で移動できる温度差は60℃以上であるが、熱交換機の効率などを考慮して熱交換機５で加温される気体の温度を50℃、熱交換機4で冷却できる気体の温度を15℃としてその差が35℃の時に蒸留が可能なことを説明する。  1969年に米国標準局により発表されたデータを引用するとキシレンの蒸気圧―温度特性は、
50℃          25．5ｍＨｇ
15℃          ３．5ｍHｇ
である。  この数値を用いて50℃  １気圧の時のキシレンの飽和気体の混合比を環流気体の全圧を760ｍＨｇとして計算すると次のようになる。
洗浄溶剤の蒸気が蒸発室で飽和蒸態になる場合、蒸発室から凝集室に運ばれるキシレンの量は、環流気体の体積に対し、
25．5ｍＨｇ÷760ｍＨｇ×100＝3．36％
洗浄溶剤の蒸気が熱交換機４で冷却されて過飽和状態に入り、過飽和の溶剤蒸気をすべて液体にして凝集室で回収した場合、環流気体は15℃の飽和気体になるので、凝集室から霧発生室に環流する気体が運ぶ溶剤の量は
3．5mHg÷760ｍＨｇ×100＝0．46％
である。
そこで、環流気体が回収する洗浄溶剤の量は、気化した体積比で
3．36％−0.46％＝2．9％
である。  1グラム分子の化合物の気化状態の体積は、20℃で２２．４リットルであることを用いて、１リットルの溶剤を回収するために必要な環流気体の量を求めると次のようなる。
キシレンの分子量は（Ｃ８Ｈ１０）であるから、分子量は10６である。
そこで、20℃で106ｇのキシレンが気化した場合は、22．4リットルの気体になる。  キシレン類の比重は0．857〜0．876であるから、0．86を用いて１リットルのキシレンの重さは
1000×0．86＝860ｇ
キシレン１リットルが気化した場合の体積は
860÷106×22．4＝181．74リットルである。
そこで、１リットルの溶剤を回収するに必要な環流気体の量は
181．74÷0．029＝6，267リットル
となる。  すなわち、6．3ｍ３／ｍｉｎの送風能力のブロワーで環流を行うと１分間に１リットルのキシレンが回収できることがわかる。
一般的に大型の輪転機1台で使用する洗浄溶剤の量は、1日当たり20リットル〜30リットルである。  そこで、8時間の稼働時間に平均化すると、１時間あたり2．5リットル〜3．75リットル、１分間あたり0．042リットル〜０．063リットルである。  すなわち、環流気体の量は
6．3×0．063＝0．4ｍ３／ｍｉｎ
でよいことになり、市販のブロアーを調べると60ｗ以下の電力で良いことになる。  ここで環流させる気体としては装置の環流路の中を繰り返し環流するのであるから装置の内容積で決まる。  試作した装置では約20リットルであった。
【０００９】
次に、ペルチェー素子による熱の移動量を計算する。
キシレンの蒸発熱は１グラムあたり80〜100ｃａｌである。
１リットル当たりの蒸発熱は、キシレンの比重0．86を用いて
1000×0．86×100＝86000ｃａｌである。
キシレンを蒸留する場合は、液状のキシレン１リットルに86kcalの熱を与えると１リットルすべてを気化させることができる。  また、気体のキシレン181．74リットルを冷却して86kcalを奪うと１リットルの液体が得られることを意味する。  すなわち、蒸留作業では、凝集側で熱を吸収して蒸発側で放熱させれば外部との熱のやりとりはないため、周辺に熱を放出しないことになる。
このような熱の移動手段の一つにペルチェー素子がある。  次にペルチェー素子を用いて蒸留装置を作った場合の例を計算する。
１時間当たりの回収量を前記で述べた消費量から3．75リットルとして１時間に移動させる熱量は
3．75×86000cal＝322500cal……323Ｋｃａｌである。  電力に直すと
323×1．163＝375．65Ｗ／ｈ
35℃の温度差を得るときのペルチェー素子の効率は約50％であるから
375．65÷0．5＝751ｗ／ｈ
となる。  この場合のランニングコストは十分に低く小規模印刷工場でも使い得る経済性を持ち、廃棄物の削減に寄与することは明白である。
ここで、効率50％で使われる電力に加算した損失電力は熱となるため、試作した装置ではキシレンを常温から50℃のに上げるために用い、また、蒸発室の温度を50℃に上げるために消費したことによって、装置外にでる熱量は十分低いものとなった。
次に環流気体は溶剤蒸気とともに環流路を流れておりその量は１時間に
0．4×60ｍｉｎ＝24ｍ３／ｈ
が環流することになる。  この空気を蒸発側では15℃から50℃にあげ、冷却側では50℃から15℃に下げることになる。
このときの熱の移送量は
0．24×1．2×24×（50−15）＝241．92ｋｃａｌ
ここで0.24は空気の比熱ｋｃａｌ／ｋｇ／℃で、１．２は空気の比重１ｋｇ／ｍ３である。
この熱量はキシレンの蒸発―液化のために移送される熱量に比べ小さい。  また、試作装置で行った実験では、本実施例説明の最初に述べたペルチェー素子による熱移動の場合の温度差を50℃−15℃＝35℃としたが、ペルチェー素子は60℃程度の温度差を発生できているので、加熱された環流気体は60℃近くまで上昇しており、溶剤を蒸発させるとき環流気体がら熱をもらいながら蒸発室で、環流気体全体で50℃の飽和気体になっている。  また、冷却側では、熱交換機表面の温度は5℃以下になっており、環流気体の加温冷却の熱量の移動はペルチェー素子と熱交換機の損失に含まれると考えられている。
【００１０】
また、熱の移動方法は、ペルチェー素子に限定するものではない。  冷暖機や冷蔵庫に用いられている冷却装置の吸熱側を凝集室に、放熱側を蒸発室に配備することで熱の移動を行わせることができる。  この熱移動手段を用いて本発明の蒸留装置を構成した場合、電力効率は30％ないし40％程度となる。
【００１１】
次に蒸発室2の構造を図3を用いて説明する。
霧発生手段の霧発生室１で発生した被蒸留洗浄液の霧を拡散させた還流気体を、円筒状の蒸発室２の外壁の内側に沿うように導入し、円筒状の蒸発室２の内壁に沿って回転するようにし、霧を構成する微粒の液を蒸発させて環流気体に拡散した蒸気とするすると同時に霧の中に含まれる異物及び蒸発しにくいため濃縮された液体粒を、遠心力によって円筒壁面に集めて壁面に沿って流下させ，遠心力に逆らって容易に中心部に至ることのできる軽量の環流気体と混合した蒸気を環流気体とともに、円筒状の蒸発室３の天井板から円筒の中央に挿入した排気管に導入するようにした気体導入部と気体排出部を設けたものである。
【００１２】
図4は、超音波素子12を用いて霧発生室1内に超音波による噴流を発生させ環流気体と廃液流の流れに対して廃液の霧を発生させ、この廃液の霧を蒸発室２に導入する手段を示すものである。
【００１３】
図５は、図4に示す超音波素子12の代わりに霧発生室1内にノズル14を配し、ノズル14から廃液流を噴射させて、廃液の霧を発生させ、この廃液の霧を蒸気室２に導入する手段を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を説明するために示した原理図である。
【図２】本発明の構成要素の機能を示すブロック図である。
【図３】蒸発室とその周辺の装置の説明図である。
【図４】超音波発振器による霧発生室内での霧発生手段を示す説明図である。
【図５】ノズルによる霧発生室内での霧発」手段を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１５】
１    霧発生室
２    蒸気室
３    ブロアー
４    熱交換機
５    凝集室
６    熱交換機
７    配管路
１２  超音波素子
１４  ノズル
【図１】
2005131543.tif 000003
【図２】
2005131543.tif 000004
【図３】
2005131543.tif 000005
【図４】
2005131543.tif 000006
【図５】
2005131543.tif 000007