冷却トラップ装置及び冷却トラップ装置の運転方法
【課題】長時間の連続運転が可能な冷却トラップ装置及び運転方法を提供する。
【解決手段】第１トラップ槽１１ａの蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁を開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じ、第１トラップ槽で溶媒蒸気を冷却して捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、第２トラップ槽１１ｂでは、蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及びガス流入弁を閉じて液体導入導出弁を開き、加熱槽から吸引した除霜用液体で第２トラップ槽内の霜を加熱溶解させて液化する加熱溶解段階と、ガス流入弁を開いて第２トラップ槽内にガスを導入して液体を加熱槽に戻す液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、第１トラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を第２トラップ槽の蒸発器を通す予冷段階とを含む再生工程を行う。
【解決手段】第１トラップ槽１１ａの蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁を開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じ、第１トラップ槽で溶媒蒸気を冷却して捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、第２トラップ槽１１ｂでは、蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及びガス流入弁を閉じて液体導入導出弁を開き、加熱槽から吸引した除霜用液体で第２トラップ槽内の霜を加熱溶解させて液化する加熱溶解段階と、ガス流入弁を開いて第２トラップ槽内にガスを導入して液体を加熱槽に戻す液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、第１トラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を第２トラップ槽の蒸発器を通す予冷段階とを含む再生工程を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却トラップ装置及び運転方法に関し、詳しくは、真空常温乾燥や減圧濃縮で排気される溶媒蒸気を、冷凍機の冷媒によって低温に冷却されたトラップ槽内に導入して凝縮又は凍結させて捕集するための冷却トラップ装置及び該冷却トラップ装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空常温乾燥や減圧濃縮で排出される蒸気を冷却して液化又は固化させて捕集するための冷却トラップ装置が知られている。冷却トラップ装置は、トラップ槽に設けた冷却流路に冷凍サイクルからの低温冷媒を流通させることによってトラップ槽を低温に冷却し、低温のトラップ槽内で溶媒蒸気を冷却することによって液化又は固化させて捕集するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
乾燥操作や濃縮操作で、通常の操作よりも大量の溶媒蒸気が長時間にわたって発生するような場合、トラップ槽内に大量の固形物（霜）が付着したり、トラップ槽内に大量の液体が溜まったりすることがあり、冷却トラップ装置の処理能力が低下することがあった。
【０００５】
この場合、大容量の冷却トラップ装置を使用するか、複数台の冷却トラップ装置を切り替えて使用する必要があり、いずれの場合も溶媒蒸気の捕集操作が一時的に中断することになり、また、操作に要するコストが上昇する要因となっていた。また、理化学実験用の冷却トラップ装置では、有機溶媒蒸気を捕集することがあるため、トラップ槽内の固形物や液体を除去する際には、外部への有機溶媒の漏出を防止する必要がある。
【０００６】
そこで本発明は、真空常温乾燥や減圧濃縮を行う際に大量の溶媒蒸気が発生するような場合でも、長時間の連続運転が可能な冷却トラップ装置及び該冷却トラップ装置の運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の冷却トラップ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を備えた冷凍サイクルの前記蒸発器を流れる低温冷媒によって冷却されるトラップ槽内に溶媒蒸気を導入し、該溶媒蒸気をトラップ槽内で冷却することにより液化又は固化させて捕集する冷却トラップ装置において、複数のトラップ槽と、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって除霜用液体を加熱する加熱槽とを備え、前記複数のトラップ槽は、前記溶媒蒸気をトラップ槽内に流入させる溶媒蒸気流入経路及び該溶媒蒸気流入経路に設けられた蒸気流入弁と、トラップ槽内を真空排気する排気経路及び該排気経路に設けられた排気弁と、トラップ槽の底部と前記加熱槽とを接続する液体導入導出経路及び該液体導入導出経路に設けられた液体導入導出弁と、トラップ槽内にガスを流入させるためのガス流入経路及び該ガス流入経路に設けられたガス流入弁とをそれぞれ備え、前記冷凍サイクルは、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって前記加熱槽内の除霜用液体を加熱する加熱器を備えた高温冷媒経路と、該高温冷媒経路を経た高温高圧冷媒を凝縮させる前記凝縮器と、該凝縮器で凝縮した高圧冷媒を各トラップ槽にそれぞれ設けられた複数の前記蒸発器に導入するための複数の高圧冷媒経路及び該高圧冷媒経路にそれぞれ設けられた高圧冷媒弁と、各高圧冷媒弁を経た高圧冷媒をそれぞれ膨張させる膨張弁と、各膨張弁で膨張した低温冷媒を各蒸発器に導入する低温冷媒導入経路と、各蒸発器で蒸発したガス状冷媒を各蒸発器からそれぞれ導出するガス状冷媒導出経路と、一つの蒸発器からガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を他の蒸発器に導入する予冷用冷媒経路と、前記ガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を圧縮機吸入弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる圧縮機吸入経路と、前記予冷用冷媒経路から蒸発器に導入されて該蒸発器を導出した予冷用冷媒を予冷弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる予冷冷媒循環経路とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の冷却トラップ装置は、前記加熱槽は、該加熱槽内の液体の液面があらかじめ設定された高さ超えたときに、加熱槽内の液体をオーバーフローさせて加熱槽から排出するオーバーフロー経路を備えていることを特徴とし、前記高温冷媒経路は、前記加熱器と並列に、該加熱器を迂回するバイパス経路及び該バイパス経路に設けられたバイパス弁と備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の冷却トラップ装置の運転方法における第１の構成は、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却固化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及びガス流入弁を閉じた状態で液体導入導出弁を開き、高温高圧冷媒で加熱した除霜用液体を加熱槽内から吸引して該他のトラップ槽の冷却面に付着している霜を除霜用液体により加熱溶解させて液化する加熱溶解段階と、ガス流入弁を開いて該他のトラップ槽内にガスを導入し、霜が溶解して液化した液体を含む除霜用液体を加熱槽に戻す液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と再生工程とを切り替えて実施することを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の冷却トラップ装置の運転方法における第２の構成は、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却液化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁及び高圧冷媒弁を閉じた状態でガス流入弁及び液体導入導出弁を開き、該他のトラップ槽内にガスを導入して該他のトラップ槽内に捕集した液体を加熱槽に排出する液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と前記再生工程とを切り替えて実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のトラップ槽を蒸気捕集工程と再生工程とに切り替えて運転することができるので、トラップする溶媒蒸気の量が多い場合でも、長時間にわたって連続して溶媒蒸気を捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の冷却トラップ装置の一形態例を示す要部の系統図である。
【図２】二つのトラップ槽を備えた冷却トラップ装置における冷凍サイクルの一形態例を示す系統図である。
【図３】一方のトラップ槽で捕集工程、他方のトラップ槽で除霜工程又は捕集液排出工程を開始したときの冷媒の流れを示す説明図である。
【図４】同じく他方のトラップ槽で予冷段階を行っているときの冷媒の流れを示す説明図である。
【図５】同じく一方のトラップ槽を除霜工程又は捕集液排出工程に切り替えて他方のトラップ槽を捕集工程に切り替えたときの冷媒の流れを示す説明図である。
【図６】同じく一方のトラップ槽で予冷段階を行っているときの冷媒の流れを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本形態例に示す冷却トラップ装置は、２個のトラップ槽１１ａ，１１ｂと、該トラップ槽１１ａ，１１ｂを冷却するための冷凍サイクル１２と、該冷凍サイクル１２の経路内に設けられた加熱槽１３とを備えている。
【００１４】
各トラップ槽１１ａ，１１ｂには、各トラップ槽１１ａ，１１ｂ内に乾燥装置や濃縮装置で発生した溶媒蒸気を流入させる溶媒蒸気流入経路１４ａ，１４ｂと、各トラップ槽１１ａ，１１ｂ内を真空排気する排気経路１５ａ，１５ｂと、各トラップ槽１１ａ，１１ｂの底部と前記加熱槽１３とを接続する液体導入導出経路１６ａ，１６ｂと、各トラップ槽１１ａ，１１ｂ内にガスを流入させるためのガス流入経路１７ａ，１７ｂとがそれぞれ設けられている。
【００１５】
また、前記溶媒蒸気流入経路１４ａ，１４ｂには蒸気流入弁１４Ｖａ，１４Ｖｂが、排気経路１５ａ，１５ｂには排気弁１５Ｖａ，１５Ｖｂが、液体導入導出経路１６ａ，１６ｂには液体導入導出弁１６Ｖａ，１６Ｖｂが、ガス流入経路１７ａ，１７ｂにはガス流入弁１７Ｖａ，１７Ｖｂがそれぞれ設けられている。
【００１６】
前記冷凍サイクル１２は、冷媒を圧縮してガス状の高温高圧冷媒とする圧縮機２１と、該圧縮機２１から高温冷媒経路３１に吐出された高温高圧冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器２２と、該凝縮器２２で凝縮して高圧冷媒弁３２Ｖａ，３２Ｖｂを介して２本の高圧冷媒経路３２ａ，３２ｂに導出した液状の高圧冷媒を膨張させる膨張弁２３ａ，２３ｂと、該膨張弁２３ａ，２３ｂで膨張して低温冷媒導入経路３３ａ，３３ｂに導出された低圧で液状の低圧冷媒を蒸発させる蒸発器２４ａ，２４ｂと、該蒸発器２４ａ，２４ｂで蒸発してガス状冷媒導出経路３４ａ，３４ｂに導出したガス状冷媒を合流させてから圧縮機吸入弁３５Ｖを介して前記圧縮機２１の吸引側に循環させる圧縮機吸入経路３５と、蒸発器２４ａ，２４ｂのいずれか一方から前記ガス状冷媒導出経路３４ａ，３４ｂのいずれか一方に導出したガス状冷媒を予冷用冷媒としていずれか他方の蒸発器２４ａ，２４ｂに導入し、該蒸発器２４ａ，２４ｂから予冷用冷媒導出経路３６ａ，３６ｂに導出した予冷用冷媒を、予冷弁３６Ｖａ，３６Ｖｂを介して前記圧縮機２１の吸引側に循環させる予冷冷媒循環経路３７ａ，３７ｂとを備えている。
【００１７】
前記加熱槽１３は、除霜用液体を含む液体を貯留するための槽であって、加熱槽１３には、高温冷媒経路３１を流れる高温高圧冷媒を加熱源として加熱槽１３内の液体を加熱するための加熱器３１ａと、加熱槽１３内の液体を槽底部から排出するためのドレン弁１８と、該加熱槽１３内の液体の液面があらかじめ設定された高さ超えたときに、加熱槽１３内の液体をオーバーフローさせて加熱槽１３から排出するオーバーフロー経路１９とが設けられている。
【００１８】
本形態例に示すトラップ槽１１ａ，１１ｂは、槽胴部外周に蒸発器２４ａ，２４ｂの一部を巻回しており、槽内面全体を冷却面としている。また、本形態例に示す冷凍サイクル１２では、前記加熱器３１ａと並列に、該加熱器３１ａを迂回するバイパス経路３８を設けており、加熱槽１３内の液体を加熱する必要がないときには、バイパス経路３８に設けたバイパス弁３８Ｖを開くことにより、高温高圧冷媒が加熱器３１ａを通らずに凝縮器２２に流れるようにしている。
【００１９】
以下、本形態例に示した冷却トラップ装置を用いて、溶媒蒸気をトラップ槽１１ａ，１１ｂ内で冷却固化させて捕集する第１の運転方法にて長時間連続運転する際の運転手順を説明する。溶媒蒸気を固化させて捕集する場合、加熱槽１３内には、あらかじめ設定された量の除霜用液体が投入されている。また、加熱槽１３におけるドレン弁１８は、閉状態に保たれており、オーバーフロー経路１９にオーバーフロー弁１９Ｖが設けられている場合、オーバーフロー弁１９Ｖは開状態に保たれて加熱槽１３内は大気圧状態となっている。
【００２０】
一方のトラップ槽（以下、第１トラップ槽）１１ａが再生工程から蒸気捕集工程に切り替えられ、他方のトラップ槽（以下、第２トラップ槽）１１ｂが蒸気捕集工程から再生工程に切り替えられた状態のとき、第１トラップ槽１１ａにおいては、該第１トラップ槽１１ａに関連する蒸気流入弁１４Ｖａ、排気弁１５Ｖａ、高圧冷媒弁３２Ｖａ及び圧縮機吸入弁３５Ｖをそれぞれ開いた状態とし、ガス流入弁１７Ｖａ及び液体導入導出弁１６Ｖａをそれぞれ閉じた状態とする。
【００２１】
これにより、図３に実線で示すように、冷凍サイクル１２を循環する冷媒は、圧縮機２１で圧縮され、凝縮器２２で凝縮し、膨張弁２３ａで膨張した液状の低圧冷媒が低温冷媒導入経路３３ａを通って第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａに導入され、該蒸発器２４ａ内で蒸発した低温冷媒によって第１トラップ槽１１ａの冷却面が冷却され、蒸発器２４ａからガス状冷媒導出経路３４ａに導出された低温冷媒は、圧縮機吸入弁３５Ｖを介して圧縮機吸入経路３５を通り、圧縮機２１の吸入側に循環する。
【００２２】
また、真空ポンプ（図示せず）に接続した排気経路１５ａを介して第１トラップ槽１１ａ内が減圧されることにより、乾燥装置や濃縮装置で発生した溶媒蒸気が吸引されて溶媒蒸気流入経路１４ａから第１トラップ槽１１ａ内に流入し、第１トラップ槽１１ａの内部で冷却されることにより、冷却面に霜状に固化して第１トラップ槽１１ａ内に捕集される。このとき、加熱槽１３では、加熱器３１ａを流れる高温高圧冷媒によって加熱槽１３内の除霜用液体が加熱されている。
【００２３】
一方、第２トラップ槽１１ｂでは、再生工程における第１段階の加熱溶解段階が始まり、該第２トラップ槽１１ｂに関連する蒸気流入弁１４Ｖｂ、排気弁１５Ｖｂ、高圧冷媒弁３２Ｖｂ及びガス流入弁１７Ｖｂを閉じた状態とし、第２トラップ槽１１ｂ内への溶媒蒸気の流入を遮断するとともに、蒸発器２４ｂへの低圧冷媒の導入を遮断する。この状態で液体導入導出弁１６Ｖｂを開くと、再生工程に入る前の蒸気捕集工程で真空ポンプにより減圧されて減圧状態となっている第２トラップ槽１１ｂ内に、液体導入導出経路１６ｂを通して加熱槽１３からあらかじめ設定された温度に加熱された除霜用液体が吸い上げられる。これにより、第２トラップ槽１１ｂ内が加熱された除霜用液体で満たされた状態になり、第２トラップ槽１１ｂの冷却面に霜状に固化して捕集された溶媒固化物が除霜用液体で加熱溶解されて液体となり、除霜用液体中に混合した状態となる。
【００２４】
あらかじめ設定された時間の加熱溶解段階を終えた後、再生工程における第２段階の液体排出段階に入り、液体導入導出弁１６Ｖｂを開状態に保ったままガス流入弁１７Ｖｂを開く。これにより、ガス流入経路１７ｂを通って第２トラップ槽１１ｂ内にガス、例えば大気が流入し、第２トラップ槽１１ｂ内の霜が溶解して液化した液体を含む除霜用液体が自重で液体導入導出経路１６ｂから加熱槽１３に向かって流下する。
【００２５】
液体排出段階で除霜用液体を排出した第２トラップ槽１１ｂは、再生工程における第３段階の予冷段階に入り、液体導入導出弁１６Ｖｂ及びガス流入弁１７Ｖｂを閉じるとともに、排気弁１５Ｖｂを開き、第２トラップ槽１１ｂ内の真空排気が始まる。また、圧縮機吸入弁３５Ｖを閉じるとともに予冷弁３６Ｖｂを開く。
【００２６】
これにより、図４の実線で示すように、低温冷媒導入経路３３ａから第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａに導入され、第１トラップ槽１１ａを冷却してガス状冷媒導出経路３４ａに導出された低温冷媒は、圧縮機吸入弁３５Ｖが閉じていることから第２トラップ槽１１ｂのガス状冷媒導出経路３４ｂを逆流し、第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂの出口側に導入されて蒸発器２４ｂを通過することにより第２トラップ槽１１ｂを冷却し、蒸発器２４ｂの入口側から低温冷媒導入経路３３ｂに導出される。低温冷媒導入経路３３ｂに導出された低温冷媒は、予冷用冷媒導出経路３６ｂから予冷弁３６Ｖｂを通り、さらに、予冷冷媒循環経路３７ｂから圧縮機吸入経路３５を通って圧縮機２１の吸入側に循環する。したがって、第２トラップ槽１１ｂは、第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａから導出した低温冷媒によってあらかじめ設定された予冷温度に予冷される。
【００２７】
あらかじめ設定された予冷時間を経過して第２トラップ槽１１ｂの温度が十分に低下した後、第１トラップ槽１１ａが蒸気捕集工程から再生工程に切り替えられ、第２トラップ槽１１ｂが再生工程から蒸気捕集工程に切り替えられる。すなわち、第２トラップ槽１１ｂに関連する蒸気流入弁１４Ｖｂ、排気弁１５Ｖｂ、高圧冷媒弁３２Ｖｂ及び圧縮機吸入弁３５Ｖをそれぞれ開いた状態とし、ガス流入弁１７Ｖｂ及び液体導入導出弁１６Ｖｂをそれぞれ閉じた状態とする。
【００２８】
これにより、図５の実線で示すように、冷凍サイクル１２において、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、加熱器３１ａを含む高温冷媒経路３１，凝縮器２２，高圧冷媒弁３２Ｖｂ，高圧冷媒経路３２ｂ，膨張弁２３ｂ，低温冷媒導入経路３３ｂ，第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂ，ガス状冷媒導出経路３４ｂ，圧縮機吸入弁３５Ｖ，圧縮機吸入経路３５をへて圧縮機２１に循環する。これにより、排気経路１５ｂを介して減圧された第２トラップ槽１１ｂ内に溶媒蒸気が吸引されて冷却され、冷却面に霜状に固化して第２トラップ槽１１ｂ内に捕集される。
【００２９】
また、再生工程に切り替えられた第１トラップ槽１１ａでは、蒸気流入弁１４Ｖａ、排気弁１５Ｖａ、高圧冷媒弁３２Ｖａ及びガス流入弁１７Ｖａを閉じるとともに、液体導入導出弁１６Ｖａを開いて第１トラップ槽１１ａ内に加熱槽１３から除霜用液体を吸い上げ、第１トラップ槽１１ａに捕集した溶媒固化物を加熱溶解する加熱溶解段階を行い、さらに、ガス流入弁１７Ｖａを開いて第１トラップ槽１１ａ内の液体を液体導入導出経路１６ａから加熱槽１３に排出する液体排出段階を行う。
【００３０】
次に、第１トラップ槽１１ａの予冷段階に入り、液体導入導出弁１６Ｖａ，ガス流入弁１７Ｖａ及び圧縮機吸入弁３５Ｖを閉じるとともに、排気弁１５Ｖａ及び予冷弁３６Ｖａを開き、第１トラップ槽１１ａ内を真空排気を開始し、図６の実線で示すように、第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂからガス状冷媒導出経路３４ｂに導出された低温冷媒を、ガス状冷媒導出経路３４ａから第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａに逆流させ、第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂから導出した低温冷媒によって第１トラップ槽１１ａを予冷する。
【００３１】
第１トラップ槽１１ａの再生工程が終了したら、第１トラップ槽１１ａを蒸気捕集工程に切り替え、第２トラップ槽１１ｂを再生工程に切り替える。このように、第１トラップ槽１１ａ及び第２トラップ槽１１ｂにおけるそれぞれの蒸気捕集工程と再生工程とを交互に切り替えて実施することにより、蒸気捕集工程で捕集した溶媒蒸気を再生工程で除去することができるので、長時間にわたって大量の蒸気を連続して捕集することができる。
【００３２】
また、加熱器３１ａを流れる高温高圧冷媒で加熱した除霜用液体によって霜（固化した溶媒蒸気）を直接加熱して溶解するので、高温高圧冷媒を冷却器に導入して除霜を行うホットガス方式に比べて短時間で確実に霜を除去することができ、蒸気捕集工程と再生工程との切換時間を短くすることができる。したがって、短時間で蒸気捕集工程と再生工程とに切り替えることができるので、小容量のトラップ槽を使用することが可能となり、装置全体の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００３３】
さらに、加熱槽１３にオーバーフロー経路１９を設けておくことにより、霜が加熱溶解した液体によって加熱槽１３内の除霜用液体の量が多くなっても、液体排出段階で液体の余剰分をオーバーフロー経路１９から外部の回収容器などに排出することができるので、加熱槽１３内に一定量の除霜用液体を保持することができ、加熱器３１ａを流れる高温高圧冷媒による除霜用液体の加熱を一定時間で確実に行うことができる。
【００３４】
また、溶媒蒸気をトラップ槽１１ａ，１１ｂ内で冷却液化させて捕集する第２の運転方法では、除霜用液体による固化物の加熱溶解が不要となることから、再生工程における第１段階の加熱溶解段階を省略し、再生工程に切り替えたときに第２段階の液体排出段階から開始すればよい。
【００３５】
すなわち、一方のトラップ槽、例えば第１トラップ槽１１ａで溶媒蒸気を液化させて捕集する前記同様の蒸気捕集工程を行っている際に、第２トラップ槽１１ｂでは、蒸気流入弁１４Ｖｂ、排気弁１５Ｖｂ及び高圧冷媒弁３２Ｖｂを閉じ、第２トラップ槽１１ｂ内への溶媒蒸気の流入及び第２トラップ槽１１ｂの冷却を停止した状態でガス流入弁１７Ｖｂを開き、前述の第１の運転方法における液体排出段階と同じ状態とすることにより、第２トラップ槽１１ｂ内に捕集した液体を自重で液体導入導出経路１６ｂから加熱槽１３に排出する。液体を排出した第２トラップ槽１１ｂは、前述の第１の運転方法における再生工程と同様に、液体排出段階の次の予冷段階を行い、第２トラップ槽１１ｂ内の真空排気と、第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａから導出した低温冷媒により予冷とを行う。
【００３６】
このように、溶媒蒸気を冷却液化させて捕集する場合も、加熱溶解段階を省略した再生工程と蒸気捕集工程とを第１トラップ槽１１ａ及び第２トラップ槽１１ｂにおいて交互に切り替えることにより、長時間にわたって大量の蒸気を連続して捕集することができる。
【００３７】
また、加熱槽１３で液体を加熱する必要がないので、バイパス弁３８Ｖを開いて高温高圧冷媒を加熱器３１ａに通さずにバイパス経路３８に迂回させることにより、再生工程で加熱槽１３内に流下した液体を加熱することがなくなり、加熱槽１３から溶媒蒸気が発生することを防止できる。また、加熱槽１３のドレン弁１８を開いておき、液体排出段階で加熱槽１３に流下した液体を、加熱槽１３に溜めることなく別の回収容器などに回収することができ、加熱槽１３内を常に空の状態にしておくことができる。
【００３８】
なお、溶媒蒸気が水蒸気の場合、除霜用液体は水でよく、液体排出段階でトラップ槽に流入させるガスは大気でよいが、捕集する溶媒蒸気が水に不溶性の物質の場合は、該物質を溶解可能な液体を除霜用液体として使用し、捕集する溶媒蒸気が有害な有機溶媒蒸気の場合は、除霜用液体及びトラップ槽に流入させるガスを適切に選択するとともに、オーバーフロー経路やガス流入経路から有機溶媒蒸気が装置外に漏れ出さないような密閉構造を採用することが好ましい。
【００３９】
また、冷凍サイクルの構成は冷凍能力に合わせて適宜最適な構成を採用することができ、例えば、本形態例に示す冷凍サイクル１２では、蒸発器２４ａ，２４ｂのいずれか一方から導出したガス状の低温冷媒を蒸発器２４ａ，２４ｂのいずれか他方に導入する予冷用冷媒導入経路としてガス状冷媒導出経路３４ａ，３４ｂを利用しているが、専用の予冷用冷媒導入経路を設けてもよく、弁も適宜な位置に配置することが可能である。さらに、トラップ槽を３槽以上設けて切り替え使用することでき、例えば、３槽の場合、第１のトラップ槽が蒸気捕集工程を行っている際に、第２のトラップ槽が加熱溶解段階（固化捕集時のみ）及び液体排出段階を行い、第３のトラップ槽が予冷段階を行うように設定することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１１ａ，１１ｂ…トラップ槽、１２…冷凍サイクル、１３…加熱槽、１４ａ，１４ｂ…溶媒蒸気流入経路、１４Ｖａ，１４Ｖｂ…蒸気流入弁、１５ａ，１５ｂ…排気経路、１５Ｖａ，１５Ｖｂ…排気弁、１６ａ，１６ｂ…液体導入導出経路、１６Ｖａ，１６Ｖｂ…液体導入導出弁、１７ａ，１７ｂ…ガス流入経路、１７Ｖａ，１７Ｖｂ…ガス流入弁、１８…ドレン弁、１９…オーバーフロー経路、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３ａ，２３ｂ…膨張弁、２４ａ，２４ｂ…蒸発器、３１…高温冷媒経路、３１ａ…加熱器、３２ａ，３２ｂ…高圧冷媒経路、３２Ｖａ，３２Ｖｂ…高圧冷媒弁、３３ａ，３３ｂ…低温冷媒導入経路、３４ａ，３４ｂ…ガス状冷媒導出経路、３５…圧縮機吸入経路、３５Ｖ…圧縮機吸入弁、３６ａ，３６ｂ…予冷用冷媒導出経路、３６Ｖａ，３６Ｖｂ…予冷弁、３７ａ，３７ｂ…予冷冷媒循環経路、３８…バイパス経路、３８Ｖ…バイパス弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却トラップ装置及び運転方法に関し、詳しくは、真空常温乾燥や減圧濃縮で排気される溶媒蒸気を、冷凍機の冷媒によって低温に冷却されたトラップ槽内に導入して凝縮又は凍結させて捕集するための冷却トラップ装置及び該冷却トラップ装置の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空常温乾燥や減圧濃縮で排出される蒸気を冷却して液化又は固化させて捕集するための冷却トラップ装置が知られている。冷却トラップ装置は、トラップ槽に設けた冷却流路に冷凍サイクルからの低温冷媒を流通させることによってトラップ槽を低温に冷却し、低温のトラップ槽内で溶媒蒸気を冷却することによって液化又は固化させて捕集するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
乾燥操作や濃縮操作で、通常の操作よりも大量の溶媒蒸気が長時間にわたって発生するような場合、トラップ槽内に大量の固形物（霜）が付着したり、トラップ槽内に大量の液体が溜まったりすることがあり、冷却トラップ装置の処理能力が低下することがあった。
【０００５】
この場合、大容量の冷却トラップ装置を使用するか、複数台の冷却トラップ装置を切り替えて使用する必要があり、いずれの場合も溶媒蒸気の捕集操作が一時的に中断することになり、また、操作に要するコストが上昇する要因となっていた。また、理化学実験用の冷却トラップ装置では、有機溶媒蒸気を捕集することがあるため、トラップ槽内の固形物や液体を除去する際には、外部への有機溶媒の漏出を防止する必要がある。
【０００６】
そこで本発明は、真空常温乾燥や減圧濃縮を行う際に大量の溶媒蒸気が発生するような場合でも、長時間の連続運転が可能な冷却トラップ装置及び該冷却トラップ装置の運転方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の冷却トラップ装置は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を備えた冷凍サイクルの前記蒸発器を流れる低温冷媒によって冷却されるトラップ槽内に溶媒蒸気を導入し、該溶媒蒸気をトラップ槽内で冷却することにより液化又は固化させて捕集する冷却トラップ装置において、複数のトラップ槽と、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって除霜用液体を加熱する加熱槽とを備え、前記複数のトラップ槽は、前記溶媒蒸気をトラップ槽内に流入させる溶媒蒸気流入経路及び該溶媒蒸気流入経路に設けられた蒸気流入弁と、トラップ槽内を真空排気する排気経路及び該排気経路に設けられた排気弁と、トラップ槽の底部と前記加熱槽とを接続する液体導入導出経路及び該液体導入導出経路に設けられた液体導入導出弁と、トラップ槽内にガスを流入させるためのガス流入経路及び該ガス流入経路に設けられたガス流入弁とをそれぞれ備え、前記冷凍サイクルは、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって前記加熱槽内の除霜用液体を加熱する加熱器を備えた高温冷媒経路と、該高温冷媒経路を経た高温高圧冷媒を凝縮させる前記凝縮器と、該凝縮器で凝縮した高圧冷媒を各トラップ槽にそれぞれ設けられた複数の前記蒸発器に導入するための複数の高圧冷媒経路及び該高圧冷媒経路にそれぞれ設けられた高圧冷媒弁と、各高圧冷媒弁を経た高圧冷媒をそれぞれ膨張させる膨張弁と、各膨張弁で膨張した低温冷媒を各蒸発器に導入する低温冷媒導入経路と、各蒸発器で蒸発したガス状冷媒を各蒸発器からそれぞれ導出するガス状冷媒導出経路と、一つの蒸発器からガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を他の蒸発器に導入する予冷用冷媒経路と、前記ガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を圧縮機吸入弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる圧縮機吸入経路と、前記予冷用冷媒経路から蒸発器に導入されて該蒸発器を導出した予冷用冷媒を予冷弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる予冷冷媒循環経路とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
さらに、本発明の冷却トラップ装置は、前記加熱槽は、該加熱槽内の液体の液面があらかじめ設定された高さ超えたときに、加熱槽内の液体をオーバーフローさせて加熱槽から排出するオーバーフロー経路を備えていることを特徴とし、前記高温冷媒経路は、前記加熱器と並列に、該加熱器を迂回するバイパス経路及び該バイパス経路に設けられたバイパス弁と備えていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の冷却トラップ装置の運転方法における第１の構成は、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却固化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及びガス流入弁を閉じた状態で液体導入導出弁を開き、高温高圧冷媒で加熱した除霜用液体を加熱槽内から吸引して該他のトラップ槽の冷却面に付着している霜を除霜用液体により加熱溶解させて液化する加熱溶解段階と、ガス流入弁を開いて該他のトラップ槽内にガスを導入し、霜が溶解して液化した液体を含む除霜用液体を加熱槽に戻す液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と再生工程とを切り替えて実施することを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明の冷却トラップ装置の運転方法における第２の構成は、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却液化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁及び高圧冷媒弁を閉じた状態でガス流入弁及び液体導入導出弁を開き、該他のトラップ槽内にガスを導入して該他のトラップ槽内に捕集した液体を加熱槽に排出する液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と前記再生工程とを切り替えて実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のトラップ槽を蒸気捕集工程と再生工程とに切り替えて運転することができるので、トラップする溶媒蒸気の量が多い場合でも、長時間にわたって連続して溶媒蒸気を捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の冷却トラップ装置の一形態例を示す要部の系統図である。
【図２】二つのトラップ槽を備えた冷却トラップ装置における冷凍サイクルの一形態例を示す系統図である。
【図３】一方のトラップ槽で捕集工程、他方のトラップ槽で除霜工程又は捕集液排出工程を開始したときの冷媒の流れを示す説明図である。
【図４】同じく他方のトラップ槽で予冷段階を行っているときの冷媒の流れを示す説明図である。
【図５】同じく一方のトラップ槽を除霜工程又は捕集液排出工程に切り替えて他方のトラップ槽を捕集工程に切り替えたときの冷媒の流れを示す説明図である。
【図６】同じく一方のトラップ槽で予冷段階を行っているときの冷媒の流れを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本形態例に示す冷却トラップ装置は、２個のトラップ槽１１ａ，１１ｂと、該トラップ槽１１ａ，１１ｂを冷却するための冷凍サイクル１２と、該冷凍サイクル１２の経路内に設けられた加熱槽１３とを備えている。
【００１４】
各トラップ槽１１ａ，１１ｂには、各トラップ槽１１ａ，１１ｂ内に乾燥装置や濃縮装置で発生した溶媒蒸気を流入させる溶媒蒸気流入経路１４ａ，１４ｂと、各トラップ槽１１ａ，１１ｂ内を真空排気する排気経路１５ａ，１５ｂと、各トラップ槽１１ａ，１１ｂの底部と前記加熱槽１３とを接続する液体導入導出経路１６ａ，１６ｂと、各トラップ槽１１ａ，１１ｂ内にガスを流入させるためのガス流入経路１７ａ，１７ｂとがそれぞれ設けられている。
【００１５】
また、前記溶媒蒸気流入経路１４ａ，１４ｂには蒸気流入弁１４Ｖａ，１４Ｖｂが、排気経路１５ａ，１５ｂには排気弁１５Ｖａ，１５Ｖｂが、液体導入導出経路１６ａ，１６ｂには液体導入導出弁１６Ｖａ，１６Ｖｂが、ガス流入経路１７ａ，１７ｂにはガス流入弁１７Ｖａ，１７Ｖｂがそれぞれ設けられている。
【００１６】
前記冷凍サイクル１２は、冷媒を圧縮してガス状の高温高圧冷媒とする圧縮機２１と、該圧縮機２１から高温冷媒経路３１に吐出された高温高圧冷媒を冷却して凝縮させる凝縮器２２と、該凝縮器２２で凝縮して高圧冷媒弁３２Ｖａ，３２Ｖｂを介して２本の高圧冷媒経路３２ａ，３２ｂに導出した液状の高圧冷媒を膨張させる膨張弁２３ａ，２３ｂと、該膨張弁２３ａ，２３ｂで膨張して低温冷媒導入経路３３ａ，３３ｂに導出された低圧で液状の低圧冷媒を蒸発させる蒸発器２４ａ，２４ｂと、該蒸発器２４ａ，２４ｂで蒸発してガス状冷媒導出経路３４ａ，３４ｂに導出したガス状冷媒を合流させてから圧縮機吸入弁３５Ｖを介して前記圧縮機２１の吸引側に循環させる圧縮機吸入経路３５と、蒸発器２４ａ，２４ｂのいずれか一方から前記ガス状冷媒導出経路３４ａ，３４ｂのいずれか一方に導出したガス状冷媒を予冷用冷媒としていずれか他方の蒸発器２４ａ，２４ｂに導入し、該蒸発器２４ａ，２４ｂから予冷用冷媒導出経路３６ａ，３６ｂに導出した予冷用冷媒を、予冷弁３６Ｖａ，３６Ｖｂを介して前記圧縮機２１の吸引側に循環させる予冷冷媒循環経路３７ａ，３７ｂとを備えている。
【００１７】
前記加熱槽１３は、除霜用液体を含む液体を貯留するための槽であって、加熱槽１３には、高温冷媒経路３１を流れる高温高圧冷媒を加熱源として加熱槽１３内の液体を加熱するための加熱器３１ａと、加熱槽１３内の液体を槽底部から排出するためのドレン弁１８と、該加熱槽１３内の液体の液面があらかじめ設定された高さ超えたときに、加熱槽１３内の液体をオーバーフローさせて加熱槽１３から排出するオーバーフロー経路１９とが設けられている。
【００１８】
本形態例に示すトラップ槽１１ａ，１１ｂは、槽胴部外周に蒸発器２４ａ，２４ｂの一部を巻回しており、槽内面全体を冷却面としている。また、本形態例に示す冷凍サイクル１２では、前記加熱器３１ａと並列に、該加熱器３１ａを迂回するバイパス経路３８を設けており、加熱槽１３内の液体を加熱する必要がないときには、バイパス経路３８に設けたバイパス弁３８Ｖを開くことにより、高温高圧冷媒が加熱器３１ａを通らずに凝縮器２２に流れるようにしている。
【００１９】
以下、本形態例に示した冷却トラップ装置を用いて、溶媒蒸気をトラップ槽１１ａ，１１ｂ内で冷却固化させて捕集する第１の運転方法にて長時間連続運転する際の運転手順を説明する。溶媒蒸気を固化させて捕集する場合、加熱槽１３内には、あらかじめ設定された量の除霜用液体が投入されている。また、加熱槽１３におけるドレン弁１８は、閉状態に保たれており、オーバーフロー経路１９にオーバーフロー弁１９Ｖが設けられている場合、オーバーフロー弁１９Ｖは開状態に保たれて加熱槽１３内は大気圧状態となっている。
【００２０】
一方のトラップ槽（以下、第１トラップ槽）１１ａが再生工程から蒸気捕集工程に切り替えられ、他方のトラップ槽（以下、第２トラップ槽）１１ｂが蒸気捕集工程から再生工程に切り替えられた状態のとき、第１トラップ槽１１ａにおいては、該第１トラップ槽１１ａに関連する蒸気流入弁１４Ｖａ、排気弁１５Ｖａ、高圧冷媒弁３２Ｖａ及び圧縮機吸入弁３５Ｖをそれぞれ開いた状態とし、ガス流入弁１７Ｖａ及び液体導入導出弁１６Ｖａをそれぞれ閉じた状態とする。
【００２１】
これにより、図３に実線で示すように、冷凍サイクル１２を循環する冷媒は、圧縮機２１で圧縮され、凝縮器２２で凝縮し、膨張弁２３ａで膨張した液状の低圧冷媒が低温冷媒導入経路３３ａを通って第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａに導入され、該蒸発器２４ａ内で蒸発した低温冷媒によって第１トラップ槽１１ａの冷却面が冷却され、蒸発器２４ａからガス状冷媒導出経路３４ａに導出された低温冷媒は、圧縮機吸入弁３５Ｖを介して圧縮機吸入経路３５を通り、圧縮機２１の吸入側に循環する。
【００２２】
また、真空ポンプ（図示せず）に接続した排気経路１５ａを介して第１トラップ槽１１ａ内が減圧されることにより、乾燥装置や濃縮装置で発生した溶媒蒸気が吸引されて溶媒蒸気流入経路１４ａから第１トラップ槽１１ａ内に流入し、第１トラップ槽１１ａの内部で冷却されることにより、冷却面に霜状に固化して第１トラップ槽１１ａ内に捕集される。このとき、加熱槽１３では、加熱器３１ａを流れる高温高圧冷媒によって加熱槽１３内の除霜用液体が加熱されている。
【００２３】
一方、第２トラップ槽１１ｂでは、再生工程における第１段階の加熱溶解段階が始まり、該第２トラップ槽１１ｂに関連する蒸気流入弁１４Ｖｂ、排気弁１５Ｖｂ、高圧冷媒弁３２Ｖｂ及びガス流入弁１７Ｖｂを閉じた状態とし、第２トラップ槽１１ｂ内への溶媒蒸気の流入を遮断するとともに、蒸発器２４ｂへの低圧冷媒の導入を遮断する。この状態で液体導入導出弁１６Ｖｂを開くと、再生工程に入る前の蒸気捕集工程で真空ポンプにより減圧されて減圧状態となっている第２トラップ槽１１ｂ内に、液体導入導出経路１６ｂを通して加熱槽１３からあらかじめ設定された温度に加熱された除霜用液体が吸い上げられる。これにより、第２トラップ槽１１ｂ内が加熱された除霜用液体で満たされた状態になり、第２トラップ槽１１ｂの冷却面に霜状に固化して捕集された溶媒固化物が除霜用液体で加熱溶解されて液体となり、除霜用液体中に混合した状態となる。
【００２４】
あらかじめ設定された時間の加熱溶解段階を終えた後、再生工程における第２段階の液体排出段階に入り、液体導入導出弁１６Ｖｂを開状態に保ったままガス流入弁１７Ｖｂを開く。これにより、ガス流入経路１７ｂを通って第２トラップ槽１１ｂ内にガス、例えば大気が流入し、第２トラップ槽１１ｂ内の霜が溶解して液化した液体を含む除霜用液体が自重で液体導入導出経路１６ｂから加熱槽１３に向かって流下する。
【００２５】
液体排出段階で除霜用液体を排出した第２トラップ槽１１ｂは、再生工程における第３段階の予冷段階に入り、液体導入導出弁１６Ｖｂ及びガス流入弁１７Ｖｂを閉じるとともに、排気弁１５Ｖｂを開き、第２トラップ槽１１ｂ内の真空排気が始まる。また、圧縮機吸入弁３５Ｖを閉じるとともに予冷弁３６Ｖｂを開く。
【００２６】
これにより、図４の実線で示すように、低温冷媒導入経路３３ａから第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａに導入され、第１トラップ槽１１ａを冷却してガス状冷媒導出経路３４ａに導出された低温冷媒は、圧縮機吸入弁３５Ｖが閉じていることから第２トラップ槽１１ｂのガス状冷媒導出経路３４ｂを逆流し、第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂの出口側に導入されて蒸発器２４ｂを通過することにより第２トラップ槽１１ｂを冷却し、蒸発器２４ｂの入口側から低温冷媒導入経路３３ｂに導出される。低温冷媒導入経路３３ｂに導出された低温冷媒は、予冷用冷媒導出経路３６ｂから予冷弁３６Ｖｂを通り、さらに、予冷冷媒循環経路３７ｂから圧縮機吸入経路３５を通って圧縮機２１の吸入側に循環する。したがって、第２トラップ槽１１ｂは、第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａから導出した低温冷媒によってあらかじめ設定された予冷温度に予冷される。
【００２７】
あらかじめ設定された予冷時間を経過して第２トラップ槽１１ｂの温度が十分に低下した後、第１トラップ槽１１ａが蒸気捕集工程から再生工程に切り替えられ、第２トラップ槽１１ｂが再生工程から蒸気捕集工程に切り替えられる。すなわち、第２トラップ槽１１ｂに関連する蒸気流入弁１４Ｖｂ、排気弁１５Ｖｂ、高圧冷媒弁３２Ｖｂ及び圧縮機吸入弁３５Ｖをそれぞれ開いた状態とし、ガス流入弁１７Ｖｂ及び液体導入導出弁１６Ｖｂをそれぞれ閉じた状態とする。
【００２８】
これにより、図５の実線で示すように、冷凍サイクル１２において、圧縮機２１で圧縮された冷媒は、加熱器３１ａを含む高温冷媒経路３１，凝縮器２２，高圧冷媒弁３２Ｖｂ，高圧冷媒経路３２ｂ，膨張弁２３ｂ，低温冷媒導入経路３３ｂ，第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂ，ガス状冷媒導出経路３４ｂ，圧縮機吸入弁３５Ｖ，圧縮機吸入経路３５をへて圧縮機２１に循環する。これにより、排気経路１５ｂを介して減圧された第２トラップ槽１１ｂ内に溶媒蒸気が吸引されて冷却され、冷却面に霜状に固化して第２トラップ槽１１ｂ内に捕集される。
【００２９】
また、再生工程に切り替えられた第１トラップ槽１１ａでは、蒸気流入弁１４Ｖａ、排気弁１５Ｖａ、高圧冷媒弁３２Ｖａ及びガス流入弁１７Ｖａを閉じるとともに、液体導入導出弁１６Ｖａを開いて第１トラップ槽１１ａ内に加熱槽１３から除霜用液体を吸い上げ、第１トラップ槽１１ａに捕集した溶媒固化物を加熱溶解する加熱溶解段階を行い、さらに、ガス流入弁１７Ｖａを開いて第１トラップ槽１１ａ内の液体を液体導入導出経路１６ａから加熱槽１３に排出する液体排出段階を行う。
【００３０】
次に、第１トラップ槽１１ａの予冷段階に入り、液体導入導出弁１６Ｖａ，ガス流入弁１７Ｖａ及び圧縮機吸入弁３５Ｖを閉じるとともに、排気弁１５Ｖａ及び予冷弁３６Ｖａを開き、第１トラップ槽１１ａ内を真空排気を開始し、図６の実線で示すように、第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂからガス状冷媒導出経路３４ｂに導出された低温冷媒を、ガス状冷媒導出経路３４ａから第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａに逆流させ、第２トラップ槽１１ｂの蒸発器２４ｂから導出した低温冷媒によって第１トラップ槽１１ａを予冷する。
【００３１】
第１トラップ槽１１ａの再生工程が終了したら、第１トラップ槽１１ａを蒸気捕集工程に切り替え、第２トラップ槽１１ｂを再生工程に切り替える。このように、第１トラップ槽１１ａ及び第２トラップ槽１１ｂにおけるそれぞれの蒸気捕集工程と再生工程とを交互に切り替えて実施することにより、蒸気捕集工程で捕集した溶媒蒸気を再生工程で除去することができるので、長時間にわたって大量の蒸気を連続して捕集することができる。
【００３２】
また、加熱器３１ａを流れる高温高圧冷媒で加熱した除霜用液体によって霜（固化した溶媒蒸気）を直接加熱して溶解するので、高温高圧冷媒を冷却器に導入して除霜を行うホットガス方式に比べて短時間で確実に霜を除去することができ、蒸気捕集工程と再生工程との切換時間を短くすることができる。したがって、短時間で蒸気捕集工程と再生工程とに切り替えることができるので、小容量のトラップ槽を使用することが可能となり、装置全体の小型化や低コスト化を図ることができる。
【００３３】
さらに、加熱槽１３にオーバーフロー経路１９を設けておくことにより、霜が加熱溶解した液体によって加熱槽１３内の除霜用液体の量が多くなっても、液体排出段階で液体の余剰分をオーバーフロー経路１９から外部の回収容器などに排出することができるので、加熱槽１３内に一定量の除霜用液体を保持することができ、加熱器３１ａを流れる高温高圧冷媒による除霜用液体の加熱を一定時間で確実に行うことができる。
【００３４】
また、溶媒蒸気をトラップ槽１１ａ，１１ｂ内で冷却液化させて捕集する第２の運転方法では、除霜用液体による固化物の加熱溶解が不要となることから、再生工程における第１段階の加熱溶解段階を省略し、再生工程に切り替えたときに第２段階の液体排出段階から開始すればよい。
【００３５】
すなわち、一方のトラップ槽、例えば第１トラップ槽１１ａで溶媒蒸気を液化させて捕集する前記同様の蒸気捕集工程を行っている際に、第２トラップ槽１１ｂでは、蒸気流入弁１４Ｖｂ、排気弁１５Ｖｂ及び高圧冷媒弁３２Ｖｂを閉じ、第２トラップ槽１１ｂ内への溶媒蒸気の流入及び第２トラップ槽１１ｂの冷却を停止した状態でガス流入弁１７Ｖｂを開き、前述の第１の運転方法における液体排出段階と同じ状態とすることにより、第２トラップ槽１１ｂ内に捕集した液体を自重で液体導入導出経路１６ｂから加熱槽１３に排出する。液体を排出した第２トラップ槽１１ｂは、前述の第１の運転方法における再生工程と同様に、液体排出段階の次の予冷段階を行い、第２トラップ槽１１ｂ内の真空排気と、第１トラップ槽１１ａの蒸発器２４ａから導出した低温冷媒により予冷とを行う。
【００３６】
このように、溶媒蒸気を冷却液化させて捕集する場合も、加熱溶解段階を省略した再生工程と蒸気捕集工程とを第１トラップ槽１１ａ及び第２トラップ槽１１ｂにおいて交互に切り替えることにより、長時間にわたって大量の蒸気を連続して捕集することができる。
【００３７】
また、加熱槽１３で液体を加熱する必要がないので、バイパス弁３８Ｖを開いて高温高圧冷媒を加熱器３１ａに通さずにバイパス経路３８に迂回させることにより、再生工程で加熱槽１３内に流下した液体を加熱することがなくなり、加熱槽１３から溶媒蒸気が発生することを防止できる。また、加熱槽１３のドレン弁１８を開いておき、液体排出段階で加熱槽１３に流下した液体を、加熱槽１３に溜めることなく別の回収容器などに回収することができ、加熱槽１３内を常に空の状態にしておくことができる。
【００３８】
なお、溶媒蒸気が水蒸気の場合、除霜用液体は水でよく、液体排出段階でトラップ槽に流入させるガスは大気でよいが、捕集する溶媒蒸気が水に不溶性の物質の場合は、該物質を溶解可能な液体を除霜用液体として使用し、捕集する溶媒蒸気が有害な有機溶媒蒸気の場合は、除霜用液体及びトラップ槽に流入させるガスを適切に選択するとともに、オーバーフロー経路やガス流入経路から有機溶媒蒸気が装置外に漏れ出さないような密閉構造を採用することが好ましい。
【００３９】
また、冷凍サイクルの構成は冷凍能力に合わせて適宜最適な構成を採用することができ、例えば、本形態例に示す冷凍サイクル１２では、蒸発器２４ａ，２４ｂのいずれか一方から導出したガス状の低温冷媒を蒸発器２４ａ，２４ｂのいずれか他方に導入する予冷用冷媒導入経路としてガス状冷媒導出経路３４ａ，３４ｂを利用しているが、専用の予冷用冷媒導入経路を設けてもよく、弁も適宜な位置に配置することが可能である。さらに、トラップ槽を３槽以上設けて切り替え使用することでき、例えば、３槽の場合、第１のトラップ槽が蒸気捕集工程を行っている際に、第２のトラップ槽が加熱溶解段階（固化捕集時のみ）及び液体排出段階を行い、第３のトラップ槽が予冷段階を行うように設定することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１１ａ，１１ｂ…トラップ槽、１２…冷凍サイクル、１３…加熱槽、１４ａ，１４ｂ…溶媒蒸気流入経路、１４Ｖａ，１４Ｖｂ…蒸気流入弁、１５ａ，１５ｂ…排気経路、１５Ｖａ，１５Ｖｂ…排気弁、１６ａ，１６ｂ…液体導入導出経路、１６Ｖａ，１６Ｖｂ…液体導入導出弁、１７ａ，１７ｂ…ガス流入経路、１７Ｖａ，１７Ｖｂ…ガス流入弁、１８…ドレン弁、１９…オーバーフロー経路、２１…圧縮機、２２…凝縮器、２３ａ，２３ｂ…膨張弁、２４ａ，２４ｂ…蒸発器、３１…高温冷媒経路、３１ａ…加熱器、３２ａ，３２ｂ…高圧冷媒経路、３２Ｖａ，３２Ｖｂ…高圧冷媒弁、３３ａ，３３ｂ…低温冷媒導入経路、３４ａ，３４ｂ…ガス状冷媒導出経路、３５…圧縮機吸入経路、３５Ｖ…圧縮機吸入弁、３６ａ，３６ｂ…予冷用冷媒導出経路、３６Ｖａ，３６Ｖｂ…予冷弁、３７ａ，３７ｂ…予冷冷媒循環経路、３８…バイパス経路、３８Ｖ…バイパス弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を備えた冷凍サイクルの前記蒸発器を流れる低温冷媒によって冷却されるトラップ槽内に溶媒蒸気を導入し、該溶媒蒸気をトラップ槽内で冷却することにより液化又は固化させて捕集する冷却トラップ装置において、複数のトラップ槽と、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって除霜用液体を加熱する加熱槽とを備え、前記複数のトラップ槽は、前記溶媒蒸気をトラップ槽内に流入させる溶媒蒸気流入経路及び該溶媒蒸気流入経路に設けられた蒸気流入弁と、トラップ槽内を真空排気する排気経路及び該排気経路に設けられた排気弁と、トラップ槽の底部と前記加熱槽とを接続する液体導入導出経路及び該液体導入導出経路に設けられた液体導入導出弁と、トラップ槽内にガスを流入させるためのガス流入経路及び該ガス流入経路に設けられたガス流入弁とをそれぞれ備え、前記冷凍サイクルは、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって前記加熱槽内の除霜用液体を加熱する加熱器を備えた高温冷媒経路と、該高温冷媒経路を経た高温高圧冷媒を凝縮させる前記凝縮器と、該凝縮器で凝縮した高圧冷媒を各トラップ槽にそれぞれ設けられた複数の前記蒸発器に導入するための複数の高圧冷媒経路及び該高圧冷媒経路にそれぞれ設けられた高圧冷媒弁と、各高圧冷媒弁を経た高圧冷媒をそれぞれ膨張させる膨張弁と、各膨張弁で膨張した低温冷媒を各蒸発器に導入する低温冷媒導入経路と、各蒸発器で蒸発したガス状冷媒を各蒸発器からそれぞれ導出するガス状冷媒導出経路と、一つの蒸発器からガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を他の蒸発器に導入する予冷用冷媒経路と、前記ガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を圧縮機吸入弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる圧縮機吸入経路と、前記予冷用冷媒経路から蒸発器に導入されて該蒸発器を導出した予冷用冷媒を予冷弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる予冷冷媒循環経路とを備えていることを特徴とする冷却トラップ装置。
【請求項２】
前記加熱槽は、該加熱槽内の液体の液面があらかじめ設定された高さ超えたときに、加熱槽内の液体をオーバーフローさせて加熱槽から排出するオーバーフロー経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の冷却トラップ装置。
【請求項３】
前記高温冷媒経路は、前記加熱器と並列に、該加熱器を迂回するバイパス経路及び該バイパス経路に設けられたバイパス弁と備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却トラップ装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の冷却トラップ装置の運転方法であって、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却固化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及びガス流入弁を閉じた状態で液体導入導出弁を開き、高温高圧冷媒で加熱した除霜用液体を加熱槽内から吸引して該他のトラップ槽の冷却面に付着している霜を除霜用液体により加熱溶解させて液化する加熱溶解段階と、ガス流入弁を開いて該他のトラップ槽内にガスを導入し、霜が溶解して液化した液体を含む除霜用液体を加熱槽に戻す液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と再生工程とを切り替えて実施することを特徴とする冷却トラップ装置の運転方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷却トラップ装置の運転方法であって、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却液化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁及び高圧冷媒弁を閉じた状態でガス流入弁及び液体導入導出弁を開き、該他のトラップ槽内にガスを導入して該他のトラップ槽内に捕集した液体を加熱槽に排出する液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と前記再生工程とを切り替えて実施することを特徴とする冷却トラップ装置の運転方法。
【請求項１】
圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を備えた冷凍サイクルの前記蒸発器を流れる低温冷媒によって冷却されるトラップ槽内に溶媒蒸気を導入し、該溶媒蒸気をトラップ槽内で冷却することにより液化又は固化させて捕集する冷却トラップ装置において、複数のトラップ槽と、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって除霜用液体を加熱する加熱槽とを備え、前記複数のトラップ槽は、前記溶媒蒸気をトラップ槽内に流入させる溶媒蒸気流入経路及び該溶媒蒸気流入経路に設けられた蒸気流入弁と、トラップ槽内を真空排気する排気経路及び該排気経路に設けられた排気弁と、トラップ槽の底部と前記加熱槽とを接続する液体導入導出経路及び該液体導入導出経路に設けられた液体導入導出弁と、トラップ槽内にガスを流入させるためのガス流入経路及び該ガス流入経路に設けられたガス流入弁とをそれぞれ備え、前記冷凍サイクルは、前記圧縮機で圧縮した高温高圧冷媒によって前記加熱槽内の除霜用液体を加熱する加熱器を備えた高温冷媒経路と、該高温冷媒経路を経た高温高圧冷媒を凝縮させる前記凝縮器と、該凝縮器で凝縮した高圧冷媒を各トラップ槽にそれぞれ設けられた複数の前記蒸発器に導入するための複数の高圧冷媒経路及び該高圧冷媒経路にそれぞれ設けられた高圧冷媒弁と、各高圧冷媒弁を経た高圧冷媒をそれぞれ膨張させる膨張弁と、各膨張弁で膨張した低温冷媒を各蒸発器に導入する低温冷媒導入経路と、各蒸発器で蒸発したガス状冷媒を各蒸発器からそれぞれ導出するガス状冷媒導出経路と、一つの蒸発器からガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を他の蒸発器に導入する予冷用冷媒経路と、前記ガス状冷媒導出経路に導出されたガス状冷媒を圧縮機吸入弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる圧縮機吸入経路と、前記予冷用冷媒経路から蒸発器に導入されて該蒸発器を導出した予冷用冷媒を予冷弁を介して前記圧縮機に循環吸入させる予冷冷媒循環経路とを備えていることを特徴とする冷却トラップ装置。
【請求項２】
前記加熱槽は、該加熱槽内の液体の液面があらかじめ設定された高さ超えたときに、加熱槽内の液体をオーバーフローさせて加熱槽から排出するオーバーフロー経路を備えていることを特徴とする請求項１記載の冷却トラップ装置。
【請求項３】
前記高温冷媒経路は、前記加熱器と並列に、該加熱器を迂回するバイパス経路及び該バイパス経路に設けられたバイパス弁と備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の冷却トラップ装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の冷却トラップ装置の運転方法であって、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却固化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及びガス流入弁を閉じた状態で液体導入導出弁を開き、高温高圧冷媒で加熱した除霜用液体を加熱槽内から吸引して該他のトラップ槽の冷却面に付着している霜を除霜用液体により加熱溶解させて液化する加熱溶解段階と、ガス流入弁を開いて該他のトラップ槽内にガスを導入し、霜が溶解して液化した液体を含む除霜用液体を加熱槽に戻す液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と再生工程とを切り替えて実施することを特徴とする冷却トラップ装置の運転方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の冷却トラップ装置の運転方法であって、複数のトラップ槽の中の一つのトラップ槽において、該一つのトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁、高圧冷媒弁及び圧縮機吸入弁をそれぞれ開いてガス流入弁及び液体導入導出弁を閉じた状態とし、該一つのトラップ槽の蒸発器に低温冷媒を導入して該一つのトラップ槽を冷却することにより、該一つのトラップ槽内に溶媒蒸気流入経路から流入した溶媒蒸気を冷却液化させて捕集する蒸気捕集工程を行っているときに、他のトラップ槽では、該他のトラップ槽の蒸気流入弁、排気弁及び高圧冷媒弁を閉じた状態でガス流入弁及び液体導入導出弁を開き、該他のトラップ槽内にガスを導入して該他のトラップ槽内に捕集した液体を加熱槽に排出する液体排出段階と、液体導入導出弁及びガス流入弁を閉じて排気弁及び予冷弁を開き、蒸気捕集工程を行っている一つのトラップ槽の蒸発器から導出したガス状冷媒を他のトラップ槽の蒸発器に導入し、該他のトラップ槽の蒸発器を経たガス状冷媒を圧縮機に吸入させる予冷段階とを含む再生工程を行い、複数のトラップ槽において前記蒸気捕集工程と前記再生工程とを切り替えて実施することを特徴とする冷却トラップ装置の運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２３６９１（Ｐ２０１２−２２３６９１Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９２６１６（Ｐ２０１１−９２６１６）
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（５９１２４５５４３）東京理化器械株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１９日（２０１１．４．１９）
【出願人】（５９１２４５５４３）東京理化器械株式会社 (36)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]