(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧作動水を水圧アクチュエータに導く作動水供給回路と、
前記水圧アクチュエータから排出される作動水を導く作動水排出回路とを備える水圧駆動装置であって、
前記水圧アクチュエータによって駆動されるコンプレッサと、
このコンプレッサによって圧縮される冷媒が循環するヒートポンプ回路と、
このヒートポンプ回路を循環する冷媒を減圧する膨張弁と、
前記コンプレッサから前記膨張弁へと流れる冷媒の熱を放出する高圧側熱交換器と、
前記膨張弁から前記コンプレッサへと流れる冷媒に熱を与える低圧側熱交換器とを備え、
この低圧側熱交換器は、
前記ヒートポンプ回路にて前記膨張弁から流出する冷媒が循環する冷媒循環通路と、
前記水圧アクチュエータから前記作動水排出回路を通って排出される作動水が循環する作動水循環通路とを備え、
前記ヒートポンプ回路を流れる冷媒と前記作動水排出回路を流れる作動水との間で熱交換を行う構成としたことを特徴とする水圧システム。
【請求項２】
前記水圧アクチュエータによって駆動される循環ポンプと、
この循環ポンプによって温水が循環する加熱回路とを備え、
前記高圧側熱交換器は、
前記ヒートポンプ回路にて前記コンプレッサから吐出される冷媒が循環する冷媒循環通路と、
前記加熱回路の温水が循環する温水循環通路とを備え、
前記ヒートポンプ回路を循環する冷媒と前記加熱回路を循環する温水との間で熱交換が行われる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の水圧システム。
【請求項３】
温水を噴射するノズルと、
この温水を貯留する貯湯ユニットと、
この貯湯ユニットに貯留される温水を前記ノズルに供給する温水供給回路とを備え、
この貯湯ユニットに前記加熱回路を接続し、
前記ヒートポンプ回路を循環する冷媒と前記加熱回路を循環する貯湯ユニットの温水との間で熱交換が行われる構成としたことを特徴とする請求項２に記載の水圧システム。
【請求項４】
前記ノズルに対して前記温水供給回路と前記作動水供給回路とを接続する温度調整弁を備え、
この温度調整弁によって前記温水供給回路から導かれる温水と前記作動水供給回路から導かれる冷水とが混合して前記ノズルに供給される構成としたことを特徴とする請求項３に記載の水圧システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の水圧システムを備えることを特徴とする食品加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧作動水が供給されることによって水圧アクチュエータを駆動する水圧システム及び食品加工装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示された食品加工装置は、駆動部を水を作動流体とする水圧シリンダや水圧モータ等の水圧アクチュエータで構成し、水圧アクチュエータの駆動制御を水圧制御弁を用いて行うようになっている。
【０００３】
この場合、高温洗浄水を水圧アクチュエータに噴射して洗浄することが可能となり、安全衛生面での性能を高められる。
【０００４】
特許文献２には、ヒートポンプを用いて温水を加熱する給湯装置が開示されている。このヒートポンプは空気から吸収した熱を温水に移送するようになっている。
【特許文献１】特開２００２−２３８４４４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の水圧システムを循環する作動水は、水圧アクチュエータ及び水圧制御弁にて行われる負荷動作によって温度上昇するため、作動水を冷却して水圧アクチュエータ及び水圧制御弁が過熱されないようにする必要があった。
【０００６】
一方、従来のヒートポンプを用いる給湯装置は、空気から熱を吸収する構成のため、水圧システムを循環する作動水の熱エネルギを回収することができず、作動水の熱が無駄になるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、消費エネルギを低減し、環境への負荷が低い水圧システム及び食品加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、加圧作動水を水圧アクチュエータに導く作動水供給回路と、水圧アクチュエータから排出される作動水を導く作動水排出回路とを備える水圧駆動装置であって、水圧アクチュエータによって駆動されるコンプレッサと、このコンプレッサによって圧縮される冷媒が循環するヒートポンプ回路と、このヒートポンプ回路を循環する冷媒を減圧する膨張弁と、コンプレッサから膨張弁へと流れる冷媒の熱を放出する高圧側熱交換器と、膨張弁からコンプレッサへと流れる冷媒に熱を与える低圧側熱交換器とを備え、この低圧側熱交換器は、ヒートポンプ回路にて膨張弁から流出する冷媒が循環する冷媒循環通路と、水圧アクチュエータから作動水排出回路を通って排出される作動水が循環する作動水循環通路とを備え、ヒートポンプ回路を流れる冷媒と作動水排出回路を流れる作動水との間で熱交換を行う構成としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、低圧側熱交換器では、膨張弁によって減圧された冷媒が冷媒循環通路を流れる過程で液体から気体へと気化し、このとき冷媒に吸収される熱が作動水循環通路を流れる作動水から奪われ、冷媒を加熱することと、作動水を冷却することとが行われる。これにより、水圧アクチュエータ及び水圧制御弁にて行われる負荷動作によって温度上昇した作動水の熱を有効に利用することが可能となる。
【００１０】
ヒートポンプ回路のコンプレッサを水圧アクチュエータによって駆動し、水圧アクチュエータの負荷動作により温度上昇した作動水の熱エネルギによってヒートポンプ回路の冷媒を加熱するため、冷媒を加熱するのに必要な消費エネルギを低減し、環境への負荷が低い水圧システムを提供することができる。同時にヒートポンプシステムで有効回収された熱よって加熱した温水を用いて食品加工装置の洗浄、消毒、殺菌を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、例えば食肉等の加工を自動的に行う食品加工装置３０の構成図である。
【００１３】
食品加工装置３０は、食肉等のワークを水平移動するコンベア３１と、ワークを昇降するテーブル３２と、コンベア３１やテーブル３２によって運ばれるワークに切断等の加工を行う加工機（図示せず）とを備え、コンベア３１やテーブル３２の作動はコントローラ５０によって制御され、ワークの加工が自動的に行われる（特許文献１参照）。
【００１４】
なお、食品加工装置３０が行う負荷動作は、上記したワークの水平移動、上昇、下降に限らず、例えば、ワークの回転、保持、洗浄、殺菌等が行われる。
【００１５】
コンベア３１やテーブル３２は水圧アクチュエータによって駆動される。コンベア３１を駆動する水圧アクチュエータとして水圧モータ１４が設けられる。テーブル３２を駆動する水圧アクチュエータとして水圧シリンダ１２が設けられる。
【００１６】
これらの水圧アクチュエータ１２、１４に加圧作動水を供給する水圧源として水圧ユニット１が設けられる。
【００１７】
水圧ユニット１は、作動水を貯留する水圧タンク１０と、水圧タンク１０の作動水を吸い込んで加圧する水圧ポンプ２とを備える。水圧タンク１０に給水する手段として、水圧タンク１０には電磁弁３６を介して給水回路３４が接続される。電磁弁３６の開閉はコントローラ５０によって制御され、水圧タンク１０の貯水量が所定値より低下すると電磁弁３６が開弁し、給水回路３４からの水が水圧タンク１０に供給される。
【００１８】
食品加工装置３０の動力源として電動モータ３が設けられ、この電動モータ３によって水圧ポンプ２が駆動される。電動モータ３は他の機器とは隔離して設けられ、ワークや加工機を洗浄する温水等にさらされないようにする。
【００１９】
なお、食品加工装置３０の動力源は、上記電動モータ３に限らず、水圧モータ、空気圧モータ等を用いても良い。
【００２０】
水圧ユニット１と水圧アクチュエータ１２、１４との間には作動水供給回路５１と作動水排出回路５２とが配設される。水圧ポンプ２から吐出される加圧作動水が作動水供給回路５１を通って水圧アクチュエータ１２、１４に供給され、水圧アクチュエータ１２、１４から排出される作動水が作動水排出回路５２を通って水圧タンク１０に戻される。作動水供給回路５１には電磁弁５、６等が介装され、水圧アクチュエータ１２、１４に導かれる加圧作動水の流量が調節される。
【００２１】
なお、作動水排出回路５２は、水圧タンク１０に戻す構成に限らず、水圧アクチュエータ１２、１４から排出される作動水を外部に排出する構成としてもよい。
【００２２】
作動水供給回路５１と作動水排出回路５２とを連通するバイパス回路５３が配設され、このバイパス回路５３には圧力調整弁７が介装される。この圧力調整弁７は、作動水供給回路５１の圧力が所定値を超えて上昇すると開弁し、これにより作動水供給回路５１の圧力が所定値に維持される。
【００２３】
ワークや加工機の高温洗浄、高温殺菌を行う手段として、ワークや加工機に温水を噴射するノズル１１と、この温水を貯留する貯湯ユニット２６と、この貯湯ユニット２６の温水を加熱するヒートポンプユニット１９とを備える。
【００２４】
貯湯ユニット２６は、温水を貯留する貯湯タンク２７と、この貯湯タンク２７の温水をヒートポンプユニット１９との間で循環させる循環ポンプ２８とを備える。
【００２５】
貯湯タンク２７に給水する手段として、貯湯タンク２７には電磁弁１８を介して給水回路３４が接続される。電磁弁１８の開閉はコントローラ５０によって制御され、貯湯タンク２７の貯水量が所定値より低下すると電磁弁１８が開弁し、給水回路３４からの水が貯湯タンク２７に供給される。
【００２６】
ノズル１１には温度調整弁１６を介して温水供給回路３５と作動水供給回路５１とが接続される。温水供給回路３５はノズル１１に貯湯タンク２７からの温水を導く一方、作動水供給回路５１はノズル１１に水圧ユニット１からの冷水を導く。
【００２７】
温度調整弁１６はコントローラ５０からの指令に基づいてノズル１１に対する温水供給回路３５の開度と作動水供給回路５１の開度をそれぞれ調整する。温度調整弁１６によって温水供給回路３５から導かれる温水と作動水供給回路５１から導かれる冷水とが混合してノズル１１に供給され、ノズル１１から所定の温度に調整された温水が噴射される。これにより、ワークや加工機の高温洗浄、高温殺菌が行われる。
【００２８】
温水供給回路３５と給水回路３４を結ぶバイパス回路３７が配設され、バイパス回路３７に温度調整弁１７が介装される。温度調整弁１７はコントローラ５０からの指令に基づいてバイパス回路３７の開度を調整する。温度調整弁１７によって給水回路３４から導かれる冷水が貯湯タンク２７から導かれる温水と混合し、ノズル３８から所定の温度に調整された温水が供給される。
【００２９】
貯湯タンク２７の温水を加熱する手段として、貯湯タンク２７とヒートポンプユニット１９とを結ぶ加熱回路３３が設けられ、この加熱回路３３に循環ポンプ２８が介装される。循環ポンプ２８によって温水が図中矢印で示すように加熱回路３３を通って貯湯タンク２７とヒートポンプユニット１９の間を循環する。
【００３０】
循環ポンプ２８を駆動する水圧アクチュエータとして水圧モータ２９が設けられる。水圧モータ２９に水圧ユニット１からの加圧作動水を導く作動水供給回路５１の通路には電磁弁１５が介装され、この電磁弁１５の開閉はコントローラ５０によって制御される。これにより、貯湯タンク２７に貯留される温水の温度を所定値に保つように循環ポンプ２８が作動する。
【００３１】
ところで、水圧ユニット１と水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９の間で循環する作動水は、電磁弁５、６、１５、圧力調整弁７を通る過程で発生する熱によって温度上昇するとともに、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９の作動負荷により発生する熱によって温度上昇する。
【００３２】
このため、従来は、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９から流出して温度上昇した作動水の熱を大気に放熱する熱交換器が設けられ、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９等が過熱されることを防止するようになっていた。
【００３３】
本願発明は、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９から流出して温度上昇した作動水の熱を有効に利用するため、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９から排出される作動水の熱を加熱回路３３を循環する温水に移送するヒートポンプユニット１９を設けるものである。
【００３４】
ヒートポンプユニット１９は、ヒートポンプ回路４１にコンプレッサ２３、高圧側熱交換器２２、膨張弁２１、低圧側熱交換器２０が介装される。冷媒がヒートポンプ回路４１を循環することにより、低圧側熱交換器２０にて吸収した熱を高圧側熱交換器２２に移送して放熱する。
【００３５】
コンプレッサ２３は、冷媒を吸引して圧縮することにより、冷媒の温度を上昇させる働きをする。
【００３６】
コンプレッサ２３を駆動する水圧アクチュエータとして水圧モータ２４が設けられる。水圧モータ２４に水圧ユニット１からの加圧作動水を導く作動水供給回路５１の通路には電磁弁２５が介装され、この電磁弁２５の開閉はコントローラ５０によって制御される。これにより、貯湯タンク２７に貯留される温水の温度を所定値に保つようにコンプレッサ２３が作動する。
【００３７】
高圧側熱交換器２２は、ヒートポンプ回路４１にてコンプレッサ２３から吐出される冷媒が循環する冷媒循環通路と、加熱回路３３にて循環ポンプ２８から吐出される温水が循環する温水循環通路とを備え、ヒートポンプ回路４１を循環する冷媒と加熱回路３３を循環する温水との間で熱交換が行われる。
【００３８】
高圧側熱交換器２２にて、コンプレッサ２３によって加圧された冷媒が冷媒循環通路を流れる過程で気体から液体へと凝固し、このとき冷媒から発生する熱が温水循環通路を流れる温水に伝えられ、温水の温度が高められる。
【００３９】
膨張弁２１は、高圧冷媒を減圧し、冷媒の温度を低下させる働きをする。
【００４０】
低圧側熱交換器２０は、ヒートポンプ回路４１にて膨張弁２１から流出する冷媒が循環する冷媒循環通路と、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９から作動水排出回路５２を通って排出される作動水が循環する作動水循環通路とを備え、ヒートポンプ回路４１を循環する冷媒と作動水排出回路５２を循環する作動水との間で熱交換が行われる。低圧側熱交換器２０では、膨張弁２１によって減圧された冷媒が冷媒循環通路を流れる過程で液体から気体へと気化し、このとき冷媒に吸収される熱が作動水循環通路を流れる作動水から奪われ、冷媒を加熱することと、作動水を冷却することとが行われる。
【００４１】
コントローラ５０は、電動モータ３、各電磁弁４〜６、１５、切換制御弁１３、温度調整弁１７、１６の作動を制御し、ワークの搬送、加工、ワークや加工の高温洗浄、高温殺菌が自動的に行われる。
【００４２】
食品加工装置３０は、以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。
【００４３】
水圧ユニット１の作動水は、電磁弁５、６、１５、圧力調整弁７を通る過程で発生する熱によって温度上昇するとともに、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９の作動負荷により発生する熱によって温度上昇するが、作動水排出回路５２を通って水圧タンク１０に戻される過程でヒートポンプユニット１９を介して冷却されることにより、その温度が下げられ、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９が過熱されることを抑えられ、ワークの搬送、加工、ワークや加工、ヒートポンプユニット１９の作動等が円滑に行われる。
【００４４】
一方、加熱回路３３を循環する温水は、ヒートポンプユニット１９を介して加熱され、貯湯タンク２７に貯留される温水の温度が所定値以上に高められる。ヒートポンプユニット１９は、作動水排出回路５２を通る作動水の熱エネルギを回収して加熱回路３３の温水を加熱するため、温水を加熱するのに空気を熱源として熱エネルギをくみ上げる従来のヒートポンプ給湯装置に比べて消費エネルギを大幅に低減し、環境への負荷が低い水圧システムを提供することができる。
【００４５】
食品加工装置３０は、ワークを搬送するコンベア３１、テーブル３２、ワークの加工機（図示せず）、温水を循環させる貯湯ユニット２６、冷媒を循環させるヒートポンプユニット１９に設けられる全てのアクチュエータ１２、１４、２４、２９を水圧ユニット１から供給される作動水圧によって作動する構成としたため、電動アクチュエータ、空気圧アクチュエータのようにオイルミスト等が発生せず、食品加工装置３０に要求される安全衛生面での性能を確保できるとともに、これらのアクチュエータを用いるよりも応答性がよく、高性能化がはかれる。
【００４６】
また、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９を用いることにより、油圧アクチュエータのように油が漏れて周囲環境を汚染することがなく、防油、防火を行う必要がない安全なシステムを提供できる。
【００４７】
また、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９を用いることにより、空気圧アクチュエータに比べてエネルギロスが少ない、高効率のシステムを提供できる。
【００４８】
各水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９を洗浄するのに、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータのように分解作業等を行うことなく、各水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９を作動させながら高圧温水で洗浄することが可能となる。これにより、食品加工装置３０を連続稼働させて、生産性を高められる。
【００４９】
各水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９は、電動アクチュエータ、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータのように防水、防滴を行う必要がなく、食品加工装置３０の構造を簡素化し、小型化がはかれる。
【００５０】
食品加工装置３０の駆動系に水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９を用いることにより、メンテナンスの技術が統一され、保守、点検が容易に行える。
【００５１】
本実施の形態では、加圧作動水を水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９に導く作動水供給回路５１と、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９から排出される作動水を導く作動水排出回路５２とを備える水圧駆動装置であって、水圧アクチュエータ２４によって駆動されるコンプレッサ２３と、このコンプレッサ２３によって圧縮される冷媒が循環するヒートポンプ回路４１と、このヒートポンプ回路４１を循環する冷媒を減圧する膨張弁２１と、コンプレッサ２３から膨張弁２１へと流れる冷媒の熱を放出する高圧側熱交換器２２と、膨張弁２１からコンプレッサ２３へと流れる冷媒に熱を与える低圧側熱交換器２０とを備え、この低圧側熱交換器２０は、ヒートポンプ回路４１にて膨張弁２１から流出する冷媒が循環する冷媒循環通路と、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９から作動水排出回路５２を通って排出される作動水が循環する作動水循環通路とを備え、ヒートポンプ回路４１を流れる冷媒と作動水排出回路５２を流れる作動水との間で熱交換を行う構成とした。
【００５２】
上記構成に基づき、低圧側熱交換器２０では、膨張弁２１によって減圧された冷媒が冷媒循環通路を流れる過程で液体から気体へと気化し、このとき冷媒に吸収される熱が作動水循環通路を流れる作動水から奪われ、冷媒を加熱することと、作動水を冷却することとが行われる。これにより、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９の負荷動作により温度上昇した作動水の熱を有効に利用することが可能となる。
【００５３】
本実施の形態では、ヒートポンプ回路４１のコンプレッサ２３を水圧アクチュエータ２４によって駆動し、水圧アクチュエータ２４の負荷動作により温度上昇した作動水の熱エネルギによってヒートポンプ回路４１の冷媒を加熱するため、冷媒を加熱するのに必要な消費エネルギを低減し、かつ、作動水を冷却するのに必要な消費エネルギを低減し、環境への負荷が低い水圧システムを提供することができる。
【００５４】
本実施の形態では、水圧アクチュエータ２９によって駆動される循環ポンプ２８と、この循環ポンプ２８によって温水が循環する加熱回路３３とを備え、高圧側熱交換器２２は、ヒートポンプ回路４１にてコンプレッサ２３から吐出される冷媒が循環する冷媒循環通路と、加熱回路３３の温水が循環する温水循環通路とを備え、ヒートポンプ回路４１を循環する冷媒と加熱回路３３を循環する温水との間で熱交換が行われる構成とした。
【００５５】
上記構成に基づき、高圧側熱交換器２２では、コンプレッサ２３によって加圧された冷媒が冷媒循環通路を流れる過程で気体から液体へと凝固し、このとき冷媒から発生する熱が温水循環通路を流れる温水に伝えられ、温水の温度が高められる。
【００５６】
本実施の形態では、加熱回路３３の循環ポンプ２８を水圧アクチュエータ２９によって駆動し、水圧アクチュエータ２９の負荷動作により温度上昇した作動水の熱エネルギを回収して加熱回路３３の温水を加熱するため、この温水を加熱するのに必要な消費エネルギを低減し、環境への負荷が低い水圧システムを提供することができる。
【００５７】
本実施の形態では、温水を噴射するノズル１１と、この温水を貯留する貯湯ユニット２６と、この貯湯ユニット２６に貯留される温水をノズル１１に供給する温水供給回路３５と備え、貯湯ユニット２６に加熱回路３３を接続し、ヒートポンプ回路４１を循環する冷媒と加熱回路３３を循環する貯湯ユニット２６の温水との間で熱交換が行われる構成とした。
【００５８】
上記構成に基づき、水圧アクチュエータ１２、１４、２４、２９の負荷動作により温度上昇した作動水の熱エネルギを回収して加熱回路３３の温水を加熱するため、ノズル１１から噴射される温水を加熱するに必要な消費エネルギを低減し、環境への負荷が低い水圧システムを提供することができる。
【００５９】
本実施の形態では、ノズル１１に対して温水供給回路３５と作動水供給回路５１とを接続する温度調整弁１６を備え、この温度調整弁１６によって温水供給回路３５から導かれる温水と作動水供給回路５１から導かれる冷水とが混合してノズル１１に供給される構成とした。
【００６０】
上記構成に基づき、ノズル１１から所定の温度に調整された温水が噴射される。これにより、ワークや加工機の高温洗浄、高温殺菌が行われる。
【００６１】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の水圧システムは、食品加工装置に限らず、洗浄、殺菌等、安全、衛生、クリーンが要求される医療、医業、化粧品等に関連する他の装置、設備等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態を示す食品加工装置のシステム図。
【符号の説明】
【００６４】
１  水圧ユニット
２  水圧ポンプ
１１  ノズル
１２、１４、２４、２９  水圧アクチュエータ
１６  温度調整弁
２０  低圧側熱交換器
２１  膨張弁
２２  高圧側熱交換器
２３  コンプレッサ
２８  循環ポンプ
３０  食品加工装置
３３  加熱回路
４１  ヒートポンプ回路
５２  作動水排出回路
【図１】
0004976994.tif 000002