(57)【要約】【課題】洗浄槽内の気体を置換するための置換気体を再利用することが可能な洗浄装置を提供する。【解決手段】洗浄システム１は、超臨界または液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物５００を洗浄する洗浄システム１において、被洗浄対象物５００を収容するための洗浄槽３１０と、洗浄槽３１０内の気体と置換するための置換気体を含む気体を洗浄槽３１０に供給するための供給管３３０と、置換気体と洗浄槽３１０内の気体とを含む混合気体を洗浄槽３１０から排出するための排出管３４０と、排出管３４０から排出された混合気体を供給管３３０を通じて洗浄槽３１０に戻すために排出管３４０と供給管３３０とに接続される返還流路３７０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超臨界または液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物を洗浄する洗浄装置において、
被洗浄対象物を収容するための洗浄槽と、
前記洗浄槽内の気体と置換するための置換気体を含む気体を前記洗浄槽に供給するための供給手段と、
置換気体と前記洗浄槽内の気体とを含む混合気体を前記洗浄槽から排出するための排出手段と、
前記排出手段から排出された混合気体を前記供給手段を通じて前記洗浄槽に戻すために前記排出手段と前記供給手段とに接続される返還流路とを備える、洗浄装置。
【請求項２】
前記供給手段は、置換気体を含む気体を前記洗浄槽に供給するための第１の供給部と第２の供給部とを有し、
前記排出手段は、混合気体を前記洗浄槽から排出するための第１の排出部と第２の排出部とを有し、
前記第１の供給部と前記第１の排出部は前記洗浄槽の上部に配置され、前記第２の供給部と前記第２の排出部は前記洗浄槽の下部に配置され、
前記返還流路から前記供給手段を通じて前記洗浄槽に戻される混合気体の組成に応じて、混合気体が前記第１の供給部と前記第２の供給部のいずれか一方から前記洗浄槽に供給され、前記第１の排出部と前記第２の排出部のいずれか一方から排出されるように、前記供給手段と前記排出手段とを制御する制御部を備える、請求項１に記載の洗浄装置。
【請求項３】
混合気体中の二酸化炭素の濃度を検知するための検知部を備え、
前記検知部は前記供給手段に配置され、
前記制御部は、
前記検知部によって検知される二酸化炭素の濃度に基づいて、混合気体が前記第１の供給部と前記第２の供給部のいずれか一方から前記洗浄槽に供給され、前記第１の排出部と前記第２の排出部のいずれか一方から排出されるように、前記供給手段と前記排出手段とを制御する、請求項２に記載の洗浄装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記検知部によって検知される二酸化炭素の濃度が１０００ｐｐｍ以上である場合には、混合気体が前記第２の供給部から前記洗浄槽に供給されて前記第１の排出部から排出されるように前記供給手段と前記排出手段とを制御する、請求項３に記載の洗浄装置。
【請求項５】
混合気体に含まれる二酸化炭素と置換気体とを分離するための分離手段を備える、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には洗浄装置に関し、特定的には、超臨界または液体状態の二酸化炭素を用いて、例えば繊維の洗浄を行なう洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、洗浄方法としては、水、有機溶剤、酸、アルカリなどの溶媒を利用する湿式洗浄があるが、このような湿式洗浄方式に変わって、超臨界流体を溶媒とする洗浄方式が環境配慮型の洗浄方式として普及しつつある。超臨界流体を溶媒とする洗浄方式では、例えば、超臨界状態の二酸化炭素が溶媒として用いられる。
【０００３】
二酸化炭素は、ある温度以下で圧縮すると液体状態の二酸化炭素になり、また、３１．１℃でかつ圧力が７．４ＭＰａ以上では超臨界状態の二酸化炭素となる。このような性質を有する超臨界状態の二酸化炭素は、１９００年代初頭から抽出剤として使用されている。超臨界状態の二酸化炭素は、気体と液体の中間の粘度、拡散係数、密度、溶解力を持ち、微細機構に入り込みやすく、疎水性物質の溶解度が高い、といった特徴を持つ。また、洗浄溶媒として超臨界状態の二酸化炭素を用いることによって、水を溶媒とする場合と異なり、乾燥をする必要がなくなる。超臨界状態の二酸化炭素は、このような利点を有するので、高精度の洗浄が求められる半導体材料などの電子デバイス部品の洗浄に応用されている。
【０００４】
近年では、超臨界流体を用いる洗浄方式は、半導体以外の被洗浄対象物として衣類洗浄にも応用されている。ドライクリーニング溶剤による環境汚染が深刻化する中、安全性の高い代替溶剤として超臨界状態の二酸化炭素が注目されている。また、ドライクリーニング溶剤が洗浄後の被洗浄対象物に残ることによって、健康に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
超臨界状態の二酸化炭素を用いる洗浄においては、使用後の超臨界状態の二酸化炭素を回収して再利用することが可能であり、洗浄後に乾燥を必要としないなど環境面に対する利点がある。一方、超臨界状態の二酸化炭素を生成するためには二酸化炭素を高圧にする必要があるが、現在では高圧ガスに関する法規制が厳しく、また、超臨界状態の二酸化炭素を用いるドライクリーニング装置では、設備が大掛かりになるという課題がある。そのため、超臨界状態の二酸化炭素を用いる洗浄は主として業務用のクリーニング技術として普及している。しかしながら、環境面、健康面に対する利点を踏まえると、将来的には新しい洗濯スタイルとして家庭用に普及する可能性が考えられる。
【０００６】
このような、超臨界または液体状態の二酸化炭素を用いて洗浄を行なう洗浄装置では、洗浄槽から被洗浄対象物を取り出すときに、洗浄槽の内部に残っている二酸化炭素が大気中に放出される。二酸化炭素が大気中に放出されることは、地球温暖化など環境面において好ましくない。
【０００７】
例えば、特開２００３−１３５８９１号公報（特許文献１）に記載の洗浄装置は、洗浄槽内の二酸化炭素を不活性ガスでパージ（掃気）した後、洗浄槽から被洗浄対象物を取り出すように構成されている。
【特許文献１】特開２００３−１３５８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特開２００３−１３５８９１号公報（特許文献１）に記載の洗浄装置では、洗浄動作毎に洗浄槽に新たにパージ用の不活性ガスを供給する必要がある。そのため、不活性ガスのボンベを頻繁に交換する必要がある。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、洗浄槽内の気体を置換するための置換気体を再利用することが可能な洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に従った洗浄装置は、超臨界または液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物を洗浄する洗浄装置において、被洗浄対象物を収容するための洗浄槽と、洗浄槽内の気体と置換するための置換気体を含む気体を洗浄槽に供給するための供給手段と、置換気体と洗浄槽内の気体とを含む混合気体を洗浄槽から排出するための排出手段と、排出手段から排出された混合気体を供給手段を通じて洗浄槽に戻すために排出手段と供給手段とに接続される返還流路とを備える。
【００１１】
被洗浄対象物を超臨界または液体状態の二酸化炭素で洗浄した後は、洗浄槽の内部が二酸化炭素で満たされている。また、被洗浄対象物を外部から洗浄槽の内部に収容したときには、洗浄槽の内部が空気で満たされている。供給手段によって洗浄槽の内部に置換気体を供給することによって、洗浄槽内の二酸化炭素や空気と置換気体とが混合して混合気体になる。混合気体は排出手段によって洗浄槽から排出される。排出手段は、返還流路によって供給手段に接続されている。次に洗浄槽内をパージ（掃気）するときには、排出手段によって洗浄槽から排出された混合気体を、返還流路を介して供給手段に流入させて、供給手段を通じて混合気体を洗浄槽内に戻すことによって、置換気体を再利用することができる。
【００１２】
このようにすることにより、置換気体を再利用することが可能な洗浄装置を提供することができる。
【００１３】
この発明に従った洗浄装置においては、供給手段は、置換気体を含む気体を洗浄槽に供給するための第１の供給部と第２の供給部とを有し、排出手段は、混合気体を洗浄槽から排出するための第１の排出部と第２の排出部とを有し、第１の供給部と第１の排出部は洗浄槽の上部に配置され、第２の供給部と第２の排出部は洗浄槽の下部に配置され、返還流路から供給手段を通じて洗浄槽に戻される混合気体の組成に応じて、混合気体が第１の供給部と第２の供給部のいずれか一方から洗浄槽に供給され、第１の排出部と第２の排出部のいずれか一方から排出されるように、供給手段と排出手段とを制御する制御部を備えることが好ましい。
【００１４】
置換気体を再利用することによって、洗浄に用いられた二酸化炭素を置換する気体には、置換気体と二酸化炭素とが含まれる。また、被洗浄対象物を外部から洗浄槽の内部に収容した後には、洗浄槽の内部に置換気体と二酸化炭素の他、空気中の酸素やアルゴン等の気体も含まれる。そのため、置換気体の再利用を繰り返すことによって、供給手段を通じて洗浄槽に戻される混合気体の組成が変化する。混合気体の組成が変化することによって、混合気体の比重と、洗浄槽の内部の気体の比重との大小関係が変化する。たとえば、パージされる洗浄槽内の気体の比重の方が洗浄槽内に戻される混合気体の比重よりも小さい場合には、混合気体を第２の供給部から洗浄槽内に供給して、第１の排出部から排出することによって、洗浄槽内を効率よくパージすることができる。
【００１５】
そこで、このようにすることにより、置換気体を再利用して洗浄槽内に戻される混合気体の組成が変化しても、混合気体を効率よく洗浄槽に供給して、置換気体の使用量を低減することができる。
【００１６】
この発明に従った洗浄装置は、混合気体中の二酸化炭素の濃度を検知するための検知部を備え、検知部は供給手段に配置され、制御部は、検知部によって検知される二酸化炭素の濃度に基づいて、混合気体が第１の供給部と第２の供給部のいずれか一方から洗浄槽に供給され、第１の排出部と第２の排出部のいずれか一方から排出されるように、供給手段と排出手段とを制御することが好ましい。
【００１７】
超臨界または液体状態の二酸化炭素を用いて洗浄を行なう洗浄装置では、置換気体を再利用することによって、洗浄槽内に戻される混合気体中の二酸化炭素濃度が変化する。混合気体中の二酸化炭素濃度が変化すると、洗浄槽内に戻される混合気体の比重と、洗浄槽の内部の気体の比重との大小関係が変化する。
【００１８】
そこで、本発明のようにすることにより、置換気体を再利用して洗浄槽内に戻される混合気体中の二酸化炭素の濃度が変化しても、混合気体を効率よく洗浄槽に供給して、置換気体の使用量を低減することができる。
【００１９】
この発明に従った洗浄装置においては、制御部は、検知部によって検知される二酸化炭素の濃度が１０００ｐｐｍ以上である場合には、混合気体が第２の供給部から洗浄槽に供給されて第１の排出部から排出されるように供給手段と排出手段とを制御することが好ましい。
【００２０】
洗浄槽内に戻される混合気体中に所定量以上の二酸化炭素が含まれていると、供給手段によって洗浄槽に混合気体が流入したときに、略断熱膨張によって二酸化炭素がドライアイス化（固形化）することがある。ドライアイスは、洗浄槽内の下部に堆積する。
【００２１】
そこで、本発明のようにすることにより、置換気体を再利用して、洗浄槽内に戻される混合気体に二酸化炭素が含まれていても、排出手段の詰まりを防止することができる。
【００２２】
この発明に従った洗浄装置は、混合気体に含まれる二酸化炭素と置換気体とを分離するための分離手段を備えることが好ましい。
【００２３】
洗浄槽の内部に超臨界または液体状態の二酸化炭素以外の気体が導入されることによって、二酸化炭素を循環利用する場合には、洗浄するために洗浄槽内に供給される二酸化炭素に他の気体が混入してしまい、洗浄効率が徐々に低下する。
【００２４】
そこで、混合気体に含まれる二酸化炭素と置換気体とを分離するための分離手段を備えることによって、洗浄効率が低下することを防ぐことができる。
【００２５】
また、このようにすることにより、混合気体から二酸化炭素を分離して、二酸化炭素の量が低減された混合気体を洗浄槽に戻すことができるので、大気中に放出される二酸化炭素の量を低減することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、この発明によれば、洗浄槽内の気体を置換するための置換気体を再利用することが可能な洗浄装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、この発明の一つの実施の形態として、洗浄システムの全体を概略的に示す図である。
【００２９】
図１に示すように、洗浄装置として洗浄システム１は、主に、被洗浄対象物５００を収容して洗浄するための洗浄槽３１０と、被洗浄対象物５００の洗浄に用いられる二酸化炭素の供給源として液化二酸化炭素ボンベ１１０と、洗浄槽３１０の内部をパージ（掃気）するための置換気体として窒素を洗浄槽３１０に供給するための液化窒素ボンベ２１０と、洗浄に用いられた超臨界または液体状態の二酸化炭素を蒸発させて汚れ成分と二酸化炭素とを分離するための気液分離槽１３０と、吸着槽１４０と、洗浄槽３１０内を減圧するための減圧ポンプ１５０と、二酸化炭素の冷却と圧縮とを行なう凝縮機１６０と、二酸化炭素を液化して貯留する液化二酸化炭素貯留タンク１７０と、窒素を圧縮するポンプ２２０と、圧縮した窒素を貯留する窒素貯留タンク２３０を備える。
【００３０】
液化二酸化炭素ボンベ１１０には、ボンベ開閉弁１１１が配置されている。液化二酸化炭素ボンベ１１０と洗浄槽３１０は、二酸化炭素供給ポンプ１２０を介して、切替弁１８１と開閉弁１８２が配置される二酸化炭素供給管３２０によって接続されている。
【００３１】
洗浄槽３１０には、洗浄槽３１０の内部を加熱および冷却するための洗浄槽温度調節器３５０が配置されている。洗浄槽３１０には、二酸化炭素供給管３２０の他、窒素および窒素を含む気体を洗浄槽３１０に供給するための供給管３３０と、洗浄槽３１０の内部の気体を排出するための排出管３４０が接続されている。洗浄槽３１０と、洗浄槽温度調節器３５０と、二酸化炭素供給管３２０と、供給管３３０と、排出管３４０とが洗浄部３００を構成している。洗浄槽３１０は、排出管３４０によって気液分離槽１３０に接続されている。排出管３４０には、排出管３４０から洗浄システム１の外部に気体を放出するかどうかを調節するための切替弁１８３と開閉弁１８４と、流量を調整するための流量調整弁１８５と、開閉弁１８６が配置されている。
【００３２】
洗浄槽３１０に接続される気液分離槽１３０には、気液分離槽１３０の内部を加熱するための加熱器１３１が配置されている。気液分離槽１３０の下部には、二酸化炭素から分離された汚れを排出するための汚れ成分排出弁１３２が配置されている。気液分離槽１３０は、開閉弁１８７が配置される配管によって吸着槽１４０に接続されている。
【００３３】
気液分離槽１３０に接続される吸着槽１４０は、ろ過フィルタと活性炭によって構成されている。吸着槽１４０は、切替弁１８８と切替弁１８９と開閉弁１９０が配置される配管によって、凝縮機１６０に接続されている。切替弁１８８と切替弁１８９との間には、吸着槽１４０と凝縮機１６０とを接続する配管と並列に、減圧ポンプ１５０を備える配管が接続されている。
【００３４】
吸着槽１４０に接続される凝縮機１６０は、圧縮ポンプと冷却器によって構成されている。凝縮機１６０は、開閉弁１９１が配置される配管によって液化二酸化炭素貯留タンク１７０に接続されている。
【００３５】
凝縮機１６０に接続される液化二酸化炭素貯留タンク１７０には、液化二酸化炭素貯留タンク１７０内を加熱および冷却するためのタンク温度調節器１７１が配置されている。また、液化二酸化炭素貯留タンク１７０内の液体二酸化炭素の液位を検知するための液位センサ１７２が配置されている。液化二酸化炭素貯留タンク１７０とタンク温度調節器１７１は分離手段の一例である。
【００３６】
液化二酸化炭素貯留タンク１７０の上部に配置される配管は窒素貯留タンク２３０に接続され、液化二酸化炭素貯留タンク１７０の下部に配置される配管は開閉弁１９２と切替弁１８１と二酸化炭素供給ポンプ１２０を介して二酸化炭素供給管３２０に接続される。液化二酸化炭素貯留タンク１７０と窒素貯留タンク２３０は、分離弁２２１とポンプ２２０を介して配管で接続されている。
【００３７】
窒素貯留タンク２３０は、タンク開閉弁２４１と窒素供給切替弁２４２が配置されている配管を介して、供給管３３０に接続されている。
【００３８】
洗浄部３００の排出管３４０から、気液分離槽１３０、吸着槽１４０、液化二酸化炭素貯留タンク１７０、窒素貯留タンク２３０を通って、洗浄部３００の供給管３３０に戻るまでの配管は、返還流路３７０を構成している。
【００３９】
液化窒素ボンベ２１０は、ボンベ開閉弁２１１と、窒素供給切替弁２４２を介して、供給管３３０に接続されている。この実施の形態においては、置換気体として窒素を用いているが、置換気体は、他の不活性ガスであってもよい。また、置換気体は、単体の気体ではなく、混合気体が用いられてもよい。
【００４０】
被洗浄対象物５００は、例えば、衣類など、繊維で構成されている繊維構造体である。繊維構造体は、衣類や、リネン、布団、枕、マット、ハンカチ、タオル、ぬいぐるみなど、繊維からできているものであればよい。また、被洗浄対象物５００は、超臨界または液体状態の二酸化炭素で洗浄される物であればよく、繊維構造体に限られない。
【００４１】
図２は、洗浄システムの洗浄部の全体を概略的に示す図である。
【００４２】
図２に示すように、洗浄部３００は、洗浄槽３１０と、洗浄槽３１０に二酸化炭素を供給するための二酸化炭素供給管３２０と、第１の供給部として上供給口３３１と第２の供給部として下供給口３３２を有する供給管３３０と、第１の排出部として上排出口３４１と第２の排出部として下排出口３４２を有する排出管３４０と、供給切替弁３３３と、排出切替弁３４３と、検知部として濃度センサ３６０とから構成されている。図２には、洗浄槽３１０に配置される洗浄槽温度調節器３５０（図１）は図示していない。
【００４３】
供給管３３０内の気体は、供給切替弁３３３によって、洗浄槽３１０の上部に配置される上供給口３３１と洗浄槽３１０の下部に配置される下供給口３３２のどちらから洗浄槽３１０内に供給されるかを切り替えられる。また、洗浄槽３１０内の気体は、排出切替弁３４３によって、洗浄槽３１０の上部に配置される上排出口３４１と洗浄槽３１０の下部に配置される下排出口３４２のどちらから排出管３４０に排出されるかを切り替えられる。供給管３３０には、供給管３３０の内部における二酸化炭素の濃度を検知する濃度センサ３６０が配置されている。供給管３３０と上供給口３３１と下供給口３３２と供給切替弁３３３は、供給手段を構成している。排出管３４０と上排出口３４１と下排出口３４２と排出切替弁３４３は、排出手段を構成している。
【００４４】
図３は、洗浄システムの洗浄部の制御関連の構成を示すブロック図である。
【００４５】
図３に示すように、濃度センサ３６０は、供給管３３０（図２）の内部の二酸化炭素の濃度を検知して、制御部４００に信号を送信する。制御部４００は、濃度センサ３６０から信号を受信して、供給切替弁３３３と排出切替弁３４３に制御信号を送信する。制御部４００は、濃度センサ３６０から受信した信号に基づいて、後述するように、供給切替弁３３３と排出切替弁３４３を制御する。
【００４６】
次に、洗浄システム１の洗浄時の運転工程について説明する。
【００４７】
洗浄槽３１０内に被洗浄対象物５００を収容した後、洗浄システム１の運転を開始する。まず、液化二酸化炭素ボンベ１１０から、ボンベ開閉弁１１１、切替弁１８１を経て二酸化炭素供給ポンプ１２０に気液混合状態の二酸化炭素が導入される。二酸化炭素供給ポンプ１２０は、気液混合状態の二酸化炭素を高圧にして、液体状態の二酸化炭素にする。開閉弁１８２を開放すると、液体状態の二酸化炭素が洗浄槽３１０内に送出される。
【００４８】
洗浄槽３１０内では、供給された液体状態の二酸化炭素が被洗浄対象物５００の洗浄に適した圧力と温度の超臨界二酸化炭素になるように、洗浄槽温度調節器３５０によって洗浄槽３１０内の温度が調節される。この実施の形態においては、洗浄槽３１０内では二酸化炭素が１０ＭＰａ、３５℃の超臨界二酸化炭素になるように、洗浄槽温度調節器３５０が洗浄槽３１０内を加熱する。
【００４９】
図４は、温度と圧力を変化させたときの二酸化炭素の状態を示す図である。
【００５０】
図４に示すように、１０ＭＰａ、３５℃になるように洗浄槽３１０内の温度と圧力を調節すると、二酸化炭素はＡ点の状態になり、超臨界状態になる。
【００５１】
洗浄槽３１０内では、被洗浄対象物５００が超臨界状態の二酸化炭素と接触する。被洗浄対象物５００の汚れは、超臨界状態の二酸化炭素中に溶解する。このようにして、被洗浄対象物５００から汚れが除去される。被洗浄対象物５００から除去された汚れを溶解した超臨界状態の二酸化炭素は、切替弁１８３と流量調整弁１８５と開閉弁１８６を経て、気液分離槽１３０に流入する。
【００５２】
洗浄槽３１０から気液分離槽１３０に流入する超臨界状態の二酸化炭素は、流量調整弁１８５で流量を調整される。超臨界状態の二酸化炭素は、気液分離槽１３０の内部においては、減圧されるとともに、加熱器１３１で温度を調節されて、気体状態の二酸化炭素になる。この実施の形態においては、図４のＢ点の状態になるように、１．２ＭＰａ、５℃に調節される。超臨界状態の二酸化炭素が気体状態の二酸化炭素になると、超臨界状態の二酸化炭素に溶解していた汚れ成分の溶解度が大幅に低下する。汚れ成分は、二酸化炭素から分離して、気液分離槽１３０の底部に堆積する。気液分離槽１３０の底部に堆積する汚れ成分が所定量に達すると、汚れ成分排出弁１３２を開放して、汚れ成分を気液分離槽１３０から排出する。
【００５３】
気液分離槽１３０で気体状態にされた二酸化炭素は、開閉弁１８７を経て、吸着槽１４０を通過する。吸着槽１４０では、ろ過フィルタと活性炭によって、気液分離槽１３０では分離しきれなかった汚れ成分や、弁の潤滑油などが除去される。
【００５４】
吸着槽１４０で汚れを除去された気体状態の二酸化炭素は、切替弁１８８、切替弁１８９、開閉弁１９０を経て、凝縮機１６０に送られる。凝縮機１６０は、気体状態の二酸化炭素を液体状態に凝縮させる。この実施の形態においては、気体状態の二酸化炭素は図４のＣ点の状態になるように、５ＭＰａ、１０℃に調節されて、液体状態になる。
【００５５】
液体状態の二酸化炭素は、開閉弁１９１を経て、液化二酸化炭素貯留タンク１７０に送られる。二酸化炭素は、洗浄システム１の運転中は、液化二酸化炭素貯留タンク１７０に一旦、貯留された後、開閉弁１９２、切替弁１８１を経て、二酸化炭素供給ポンプ１２０に送られる。二酸化炭素供給ポンプ１２０は、液化二酸化炭素貯留タンク１７０の二酸化炭素を、二酸化炭素供給管３２０から洗浄槽３１０内に送出する。
【００５６】
このようにして、二酸化炭素は、図１に二点鎖線の矢印で示すように洗浄システム１内を循環する。洗浄システム１の運転停止時には、開閉弁１９２が閉じられて、二酸化炭素は液化二酸化炭素貯留タンク１７０内に貯留される。
【００５７】
次に、洗浄システム１の洗浄槽３１０のパージ（掃気）工程について説明する。
【００５８】
まず、洗浄が終了して、洗浄槽３１０から被洗浄対象物５００を取り出すときのパージ工程について説明する。
【００５９】
超臨界または液体状態の二酸化炭素を用いる洗浄の終了時には、洗浄槽３１０の内部は、高圧の二酸化炭素で満たされている。開閉弁１８２を閉じて、切替弁１８８と切替弁１８９を動作させて、洗浄槽３１０の内部の圧力を低下させる。
【００６０】
置換気体として、窒素のみを用いる場合には、液化窒素ボンベ２１０のボンベ開閉弁２１１を開くと、液化窒素が窒素供給切替弁２４２を通って供給管３３０から洗浄槽３１０に供給される。洗浄槽３１０の内部の二酸化炭素は、洗浄槽３１０に供給された窒素と混合されて、混合気体として排出管３４０に排出される。
【００６１】
所定時間経過して、洗浄槽３１０内が窒素で満たされた後、開閉弁２１１を閉じる。洗浄槽３１０の内部の圧力が大気圧以下に減圧されている状態で、減圧ポンプ１５０の駆動を停止する。その後、洗浄槽３１０の内部を大気に開放して、被洗浄対象物５００を取り出す。このようにすることにより、洗浄に用いられた二酸化炭素が大気中に放出されることを防ぐことができる。また、洗浄槽３１０の内部を減圧してから洗浄槽３１０の内部を大気に開放しているので、洗浄槽３１０内の窒素が急激に洗浄槽３１０外に放出されることがなく、使用者が窒息する危険性もない。
【００６２】
一方、排出管３４０に排出された二酸化炭素と窒素は、上述の洗浄工程における二酸化炭素と同様に、液化二酸化炭素貯留タンク１７０まで、混合されたままで流れる。液化二酸化炭素貯留タンク１７０内は、混合気体の圧力が５ＭＰａ、１０℃になるように調整されている。窒素の分圧は、混合気体中の窒素の濃度に依存するので、例えば、混合気体中の窒素のモル分率が０．０５であるときには、窒素の分圧は０．２５ＭＰａである。
【００６３】
図５は、温度と圧力を変化させたときの窒素の状態を示す図である。
【００６４】
図５に示すように、二酸化炭素と窒素の混合気体の圧力が５ＭＰａ、１０℃に調整されているとき、混合気体中の窒素のモル分率が０．０５であれば、窒素の分圧は０．２５ＭＰａであるので、窒素は気体状態になる。
【００６５】
液化二酸化炭素貯留タンク１７０の内部の気体状態の窒素は、液化二酸化炭素貯留タンク１７０の上部に配置される配管から、分離弁２２１を通って、ポンプ２２０で圧縮されて窒素貯留タンク２３０内に供給される。ポンプ２２０は、気体状態の窒素を送出するとともに、圧縮して、貯留量を大きくしている。気体状態の窒素が流通する配管は、液体状態の二酸化炭素と、気体状態の二酸化炭素と、気体状態の窒素の密度差から、液化二酸化炭素貯留タンク１７０の最上部の開口に接続されている。液化二酸化炭素貯留タンク１７０では、窒素とともに、二酸化炭素も一部気化して、分離弁２２１とポンプ２２０を通って、窒素貯留タンク２３０内に流入する。
【００６６】
液化二酸化炭素貯留タンク１７０には、液位センサ１７２が配置されている。凝縮機１６０から送出される液体状態の二酸化炭素が増えて、所定の液位になったことを液位センサ１７２が検知すると、分離弁２２１が閉じられ、ポンプ２２０は駆動停止する。このようにして、窒素貯留タンク２３０には、液体状態の二酸化炭素が流入しないようにされている。
【００６７】
窒素貯留タンク２３０内に貯留されている混合気体を用いて洗浄槽３１０内をパージする場合には、窒素貯留タンク２３０内の混合気体は、タンク開閉弁２４１と窒素供給切替弁２４２を通って、供給管３３０に流入し、洗浄槽３１０内に戻される。このように、窒素は、図１に一点鎖線の矢印で示すように洗浄システム１内を循環する。
【００６８】
次に、洗浄槽３１０内に被洗浄対象物５００を収容して、洗浄を開始するときのパージ工程について説明する。
【００６９】
洗浄槽３１０内を大気に開放して、被洗浄対象物５００を洗浄槽３１０内に収容すると、洗浄槽３１０内は空気で満たされる。
【００７０】
切替弁１８３を切り替えて、開閉弁１８４を開き、液化窒素ボンベ２１０のボンベ開閉弁２１１またはタンク開閉弁２４１のいずれか一方と、窒素供給切替弁２４２を開くと、洗浄槽３１０内は液化窒素ボンベ２１０内の窒素または窒素貯留タンク２３０内の混合気体によってパージされる。所定時間経過して、洗浄槽３１０内が窒素または混合気体によって満たされた後、ボンベ開閉弁２１１およびタンク開閉弁２４１を閉じる。その後、洗浄運転を開始する。
【００７１】
このように、洗浄運転の開始前に洗浄槽３１０内の空気を窒素または混合気体で置換することにより、洗浄運転中に、洗浄槽３１０内の空気に含まれる酸素が圧縮されて爆発する危険性を回避することができる。
【００７２】
次に、供給切替弁３３３と排出切替弁３４３の制御について説明する。
【００７３】
洗浄槽３１０から被洗浄対象物５００を取り出す場合には、洗浄槽３１０内は、大気圧よりも低圧の二酸化炭素で満たされている。
【００７４】
この場合において、液化窒素ボンベ２１０の窒素を用いて、洗浄槽３１０内の二酸化炭素をパージするときには、窒素の比重は二酸化炭素よりも小さいので、制御部４００は、上供給口３３１から窒素が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御する。また、洗浄槽３１０内の気体が下供給口３３２から排出管３４０に排出されるように排出切替弁３４３を制御する。
【００７５】
また、この場合において、窒素貯留タンク２３０内の混合気体を用いて、洗浄槽３１０内の二酸化炭素をパージするときには、混合ガスの比重は二酸化炭素よりも小さいので、同様に、制御部４００は、上供給口３３１から混合気体が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御する。また、洗浄槽３１０内の気体が下供給口３３２から排出管３４０に排出されるように排出切替弁３４３を制御する。
【００７６】
ただし、濃度センサ３６０によって、供給管３３０内の混合気体中に、二酸化炭素が１０００ｐｐｍ以上含まれていることが検知された場合には、制御部４００は、下供給口３３２から混合気体が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御し、上排出口３４１から混合気体を排出管３４０に排出するように、排出切替弁３４３を制御する。混合気体に所定量以上の二酸化炭素が含まれていると、供給管３３０から洗浄槽３１０内に混合気体が流入したときに、略断熱膨張によって二酸化炭素がドライアイス化（固化）してしまい、ドライアイスが洗浄槽３１０内の下部に堆積して、下排出口３４２が目詰まりする可能性があるからである。
【００７７】
一方、洗浄槽３１０に被洗浄対象物５００を収容して洗浄を開始する場合には、洗浄槽３１０内は、大気圧の空気で満たされている。
【００７８】
この場合において、液化窒素ボンベ２１０内の窒素を用いて洗浄槽３１０内をパージするときには、窒素の比重が空気の比重よりも小さいので、制御部４００は、上供給口３３１から窒素が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御する。また、洗浄槽３１０内の気体が下供給口３３２から排出管３４０に排出されるように排出切替弁３４３を制御する。
【００７９】
また、この場合において、窒素貯留タンク２３０内の混合気体を用いて洗浄槽３１０の内部をパージするときには、濃度センサ３６０によって検知される混合気体に含まれる二酸化炭素の濃度によって、制御部４００は供給切替弁３３３と排出切替弁３４３を切り替える。混合気体中の二酸化炭素濃度が低いとき、例えば、４％未満であるときには、混合気体の比重が空気の比重よりも小さいので、制御部４００は、上供給口３３１から混合気体が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御する。また、洗浄槽３１０内の気体が下供給口３３２から排出管３４０に排出されるように排出切替弁３４３を制御する。混合気体中の二酸化炭素の濃度が高いとき、例えば、４％以上であるときには、混合気体の比重が空気の比重よりも大きいので、制御部４００は、下供給口３３２から混合気体が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御する。また、洗浄槽３１０内の気体が上供給口３３１から排出管３４０に排出されるように排出切替弁３４３を制御する。
【００８０】
ただし、混合気体中の二酸化炭素の濃度が４％以上であるかどうかを制御部４００が判定する前に、濃度センサ３６０によって、供給管３３０内の混合気体中に二酸化炭素が１０００ｐｐｍ以上含まれていることが検知された場合には、制御部４００は、下供給口３３２から混合気体が洗浄槽３１０の内部に供給されるように供給切替弁３３３を制御し、上排出口３４１から混合気体を排出管３４０に排出するように排出切替弁３４３を制御する。混合気体に所定量以上の二酸化炭素が含まれていると、供給管３３０から洗浄槽３１０内に混合気体が流入したときに、略断熱膨張によって二酸化炭素がドライアイス化（固化）してしまい、下排出口３４２が目詰まりする可能性があるからである。
【００８１】
なお、洗浄システム１は、洗浄槽３１０内を大気圧以下に減圧する減圧ポンプ１５０を備えるが、凝縮機１６０の圧縮ポンプが減圧ポンプ１５０を兼ねていてもよい。このように構成される洗浄システム１では、凝縮機１６０は洗浄時と異なる温度と圧力で二酸化炭素を吸入することになる。そのため、二酸化炭素を液化するための冷却動作の制御が複雑になる。しかし、洗浄システム１に含まれる装置を簡略化したり、減圧ポンプ１５０を備えない分、コストを低減したりすることができる。
【００８２】
また、この実施の形態においては、主溶媒である二酸化炭素のみで被洗浄対象物５００を洗浄しているが、超臨界または液体状態の二酸化炭素では、被洗浄対象物５００からは、いわゆる油汚れしか除去することができない。そこで、水溶性汚れやタンパク質汚れを除去するために、各々の汚れの除去に適した添加剤が用いられることが多い。このように、添加剤が用いられる場合には、例えば、添加剤を二酸化炭素供給管３２０内に混入させるためのポンプ等を洗浄システム１に追加する必要がある。このような部材は、置換気体の循環のための装置とは別体として、用途に応じて追加されることができる。
【００８３】
以上のように、洗浄システム１は、超臨界または液体状態の二酸化炭素によって被洗浄対象物５００を洗浄する洗浄システム１において、被洗浄対象物５００を収容するための洗浄槽３１０と、洗浄槽３１０内の気体と置換するための置換気体を含む気体を洗浄槽３１０に供給するための供給管３３０と、置換気体と洗浄槽３１０内の気体とを含む混合気体を洗浄槽３１０から排出するための排出管３４０と、排出管３４０から排出された混合気体を供給管３３０を通じて洗浄槽３１０に戻すために排出管３４０と供給管３３０とに接続される返還流路３７０とを備える。
【００８４】
被洗浄対象物５００を超臨界または液体状態の二酸化炭素で洗浄した後は、洗浄槽３１０の内部が二酸化炭素で満たされている。また、被洗浄対象物５００を外部から洗浄槽３１０の内部に収容したときには、洗浄槽３１０の内部が空気で満たされている。供給管３３０によって洗浄槽３１０の内部に置換気体を供給することによって、洗浄槽３１０内の二酸化炭素や空気と置換気体とが混合して混合気体になる。混合気体は排出管３４０によって洗浄槽３１０から排出される。排出管３４０は、返還流路３７０によって供給管３３０に接続されている。次に洗浄槽３１０内をパージするときには、排出管３４０によって洗浄槽３１０から排出された混合気体を、返還流路３７０を介して供給管３３０に流入させて、供給管３３０を通じて混合気体を洗浄槽３１０内に戻すことによって、置換気体を再利用することができる。
【００８５】
このようにすることにより、置換気体を再利用することが可能な洗浄システム１を提供することができる。
【００８６】
また、洗浄システム１においては、供給管３３０は、置換気体を含む気体を洗浄槽３１０に供給するための上供給口３３１と下供給口３３２と供給切替弁３３３とを有し、排出管３４０は、混合気体を洗浄槽３１０から排出するための上排出口３４１と下排出口３４２と排出切替弁３４３とを有し、上供給口３３１と上排出口３４１は洗浄槽３１０の上部に配置され、下供給口３３２と下排出口３４２は洗浄槽３１０の下部に配置され、返還流路３７０から供給管３３０を通じて洗浄槽３１０に戻される混合気体の組成に応じて、混合気体が上供給口３３１と下供給口３３２のいずれか一方から洗浄槽３１０に供給され、上排出口３４１と下排出口３４２のいずれか一方から排出されるように、供給切替弁３３３と排出切替弁３４３とを制御する制御部４００を備える。
【００８７】
置換気体を再利用することによって、洗浄に用いられた二酸化炭素を置換する気体には、置換気体と二酸化炭素とが含まれる。また、被洗浄対象物５００を外部から洗浄槽３１０の内部に収容した後には、洗浄槽３１０の内部に置換気体と二酸化炭素の他、空気中の酸素やアルゴン等の気体も含まれる。そのため、置換気体の再利用を繰り返すことによって、供給管３３０を通じて洗浄槽３１０に戻される混合気体の組成が変化する。混合気体の組成が変化することによって、洗浄槽３１０に戻される混合気体の比重と、洗浄槽３１０の内部の気体の比重との大小関係が変化する。たとえば、パージされる洗浄槽３１０内の気体の比重の方が洗浄槽３１０に戻される混合気体の比重よりも小さい場合には、混合気体を下供給口３３２から洗浄槽３１０内に供給して、上排出口３４１から排出することによって、洗浄槽３１０内を効率よくパージすることができる。
【００８８】
そこで、本発明のようにすることにより、置換気体を再利用して洗浄槽３１０に戻される混合気体の組成が変化しても、混合気体を効率よく洗浄槽３１０に供給して、置換気体の使用量を低減することができる。
【００８９】
また、洗浄システム１は、洗浄槽３１０に戻される混合気体中の二酸化炭素の濃度を検知するための濃度センサ３６０を備え、濃度センサ３６０は供給管３３０に配置され、制御部４００は、濃度センサ３６０によって検知される二酸化炭素の濃度に基づいて、混合気体が上供給口３３１と下供給口３３２のいずれか一方から洗浄槽３１０に供給され、上排出口３４１と下排出口３４２のいずれか一方から排出されるように、供給切替弁３３３と排出切替弁３４３とを制御する。
【００９０】
超臨界または液体状態の二酸化炭素を用いて洗浄を行なう洗浄システム１では、置換気体を再利用することによって、洗浄槽３１０に戻される混合気体中の二酸化炭素濃度が変化する。混合気体中の二酸化炭素濃度が変化すると、洗浄槽３１０に戻される混合気体の比重と、洗浄槽３１０の内部の気体の比重との大小関係が変化する。
【００９１】
そこで、本発明のようにすることにより、置換気体を再利用して、洗浄槽３１０に戻される混合気体中の二酸化炭素の濃度が変化しても、混合気体を効率よく洗浄槽３１０に供給して、置換気体の使用量を低減することができる。
【００９２】
また、洗浄システム１においては、制御部４００は、濃度センサ３６０によって検知される二酸化炭素の濃度が１０００ｐｐｍ以上である場合には、混合気体が下供給口３３２から洗浄槽３１０に供給されて上排出口３４１から排出されるように供給切替弁３３３と排出切替弁３４３とを制御する。
【００９３】
本発明のようにすることにより、置換気体を再利用して、洗浄槽３１０に戻される混合気体に二酸化炭素が含まれていても、排出管３４０の詰まりを防止することができる。
【００９４】
また、洗浄システム１は、混合気体に含まれる二酸化炭素と置換気体とを分離するための液化二酸化炭素貯留タンク１７０とタンク温度調節器１７１を備える。
【００９５】
洗浄槽３１０の内部に超臨界または液体状態の二酸化炭素以外の気体が導入されることによって、二酸化炭素を循環利用する場合には、洗浄するために洗浄槽３１０内に供給される二酸化炭素に他の気体が混入してしまい、洗浄効率が徐々に低下する。
【００９６】
そこで、混合気体に含まれる二酸化炭素と置換気体とを分離するための液化二酸化炭素貯留タンク１７０とタンク温度調節器１７１を備えることによって、洗浄効率が低下することを防ぐことができる。
【００９７】
また、本発明のようにすることにより、混合気体から二酸化炭素を分離して、二酸化炭素の量が低減された混合気体を洗浄槽３１０に戻すことができるので、大気中に放出される二酸化炭素の量を低減することができる。
【００９８】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】この発明の一つの実施の形態として、洗浄システムの全体を概略的に示す図である。
【図２】洗浄システムの洗浄部の全体を概略的に示す図である。
【図３】洗浄システムの洗浄部の制御関連の構成を示すブロック図である。
【図４】温度と圧力を変化させたときの二酸化炭素の状態を示す図である。
【図５】温度と圧力を変化させたときの窒素の状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１：洗浄システム、１７０：液化二酸化炭素貯留タンク、１７１：タンク温度調節器、３１０：洗浄槽、３３０：供給管、３３１：上供給口、３３２：下供給口、３３３：供給切替弁、３４０：排出管、３４１：上排出口、３４２：下排出口、３４３：排出切替弁、３６０：濃度センサ、３７０：返還流路、４００：制御部。
【図１】
2009279117.tif 000003
【図２】
2009279117.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009279117.tif 000006
【図５】
2009279117.tif 000007