JP2006523804A - 圧縮機及びその他の装置の潤滑剤流体の精製及び状態の監視のためのシステム - Google Patents

Abstract

ロータリースクリュー空気圧縮機又は遠心空気圧縮機で使用される潤滑剤流体をその場で精製し、且つその状態を監視するシステムを記載する。本システムは、ロータリースクリュー空気圧縮機又は遠心空気圧縮機に機能的に組込むものであり、潤滑剤流体から酸を除去することができる少なくとも１つのフィルター装置、潤滑剤流体の状態を電子的に監視して、電気信号を処理する手段に電気信号を伝達する電気的プローブ及び電気的プローブからの電気信号を処理して、フィルター装置又は潤滑剤流体の交換の必要性を警告する電気信号処理手段から構成される。

Description

本発明は、潤滑剤流体からその場で（in situ）有機酸及び、所望なら粒状物を除去し、同時にそれをロータリースクリュー空気圧縮機又は遠心空気圧縮機に循環させるシステムであって、前記システムがロータリースクリュー空気圧縮機又は遠心空気圧縮機に機能的に組込まれ、且つ使い捨てのフィルター部材（component）、その潤滑剤流体の状態を電子的に監視する手段及びその使い捨てのフィルター部材又は潤滑剤流体それ自体の交換の必要を警告する手段を含むシステムに関する。本発明はまた、上記システムをロータリースクリュー空気圧縮機又は遠心空気圧縮機に機能的に組込むことにより、潤滑剤流体から有機酸を除去して、その寿命を延ばす方法にも関する。

ロータリースクリュー空気圧縮機は、米国では１９７０年代に広く利用できるようになり、１９８０年代までには市場において、新しい産業の装置として往復動空気圧縮機を大幅に置き換えてきた。これらの圧縮機のための潤滑の需要は、流体がその圧縮機を潤滑性するのみならず、ローターをシールし且つ、熱伝達流体としても働くという点で独特であった。高温で大量の空気及び湿気に曝されるため、潤滑剤に対する酸化の圧力は厳しい。流体の酸化は「ワニス（varnish）」の形成を導き、それが次には圧縮機の冷却器及び軸受通路を目詰まりさせて装置の故障をもたらす。その上、そのような時には、一般に用いられている低引火点の石油が高い発生率で圧縮機中での発火に見舞われた。１９８０年代には、特にロータリー圧縮機の需要に向けて開発された、第一世代の合成流体が広く使用されるようになった。ポリオキシアルキレングリコール／エステルブレンドは、特許文献１により教示されているが、典型的には流体交換の間隔を１，０００時間から８，０００時間に拡大し、石油中のワニスの形成に伴う問題を取り除いた。１９８５年までには、これらポリオキシアルキレングリコール／エステルブレンド流体は、米国の二大空気圧縮機会社により標準工場充填物（standard factory fill）として採用され、現在まで広く行きわたった用途であり続けている。１９９０年代のロータリー圧縮機の開発により、ある種の機器において、オイル貯槽の容量が益々小さくなり、圧力と温度はますます高くなった。それらの機器にはまた、多くのパラメーター、例えば圧力、負荷、使用時間及び温度などを監視して、条件が揃ったときに、警告を発するために、マイクロプロセッサー／コンピューターが装備された。最近の装置でのマイクロプロセッサーの汎用化により、流体状態の監視における関心も増大した。特許文献１には、種々の目的での条件監視装置の使用が記載されている。

Ｐａｒｋらの特許文献２には、エンジン内のオイルの粘度及び汚染を測定するための、容量（capacitive）誘電センサーの使用が記載されている。

ＭｃＡｄｏｏらの特許文献３には、強磁性磨耗金属について監視して残骸の濃度の変化を測定するために、流体中に同軸マイクロ波共鳴器を使用することが教示されている。

Ｆｒｅｅｓｅらの特許文献４には、キャパシタンスの測定による強磁性磨耗粒子の検出方法が開示されている。

Ｇａｒｖｅｙらの特許文献５には、容量センサーによる潤滑剤のタイプ及び存在する水の相対量の測定方法が記載されている。

Ｊｏｈｎｓｏｎの特許文献６には、４つの別々のセンサーを用いて、金属加工用流体を遠隔監視する方法が教示されている。

Ｋａｕｆｆｍａｎの特許文献７には、潤滑剤の酸化状態に対する導電率の関係で、導電率の測定を含む分析技法が記載されている。

注目すべきことには、機器を開発した人々によっては決して注目されてこなかった１つの領域が、十分確立された測定方法をシステムに組込んで、流体から酸を除去し、操作の必要なことを使用者に知らせることにより、流体の寿命を延ばすことにある。

ロータリースクリュー空気圧縮機に強い影響を与える技術開発のもう１つの領域は、酸の除去により流体の寿命を延ばすことである。酸の除去による潤滑剤の再生での初期の努力は、先ずガスタービン及び蒸気タービン並びに種々の大型の油圧（又は水圧）システムの用途におけるリン酸エステルに向けられた。特にリン酸エステルはリン酸を生じて劣化しやすい。これらの装置では、酸を吸収し又は中和するために、先ず活性アルミナ、ゼオライト又はフラー土を使用した。これらの装置の更なる開発により、アニオン交換樹脂を利用した二つのカラム装置がもたらされたが、その一方のカラムには潤滑剤の濾過が割り当てられ、他方は再生させる。これらのシステムは、油圧用途及びガスタービン用途におけるリン酸エステル及びポリオールエステルでは明らかに良好に稼動するが、嵩が大きく、カラムを交互に切り替えるための、更にイオン交換媒体の再生の状態を決定するための手動又は自動のシステムを必要とするなど複雑である。そのようなシステムは、Ｄｕｆｒｅｓｎｅの特許文献８に詳しく記載されている。この特許はまた、イオン交換樹脂使用の背景について非常に詳細に踏み込んでおり、その基本技術の最初の開発である。リン酸エステル及びポリオールエステル潤滑剤での酸の吸収又は中和におけるイオン交換樹脂の利用は、引用されたその他３つの刊行物でも十分に立証されている。

特にリン酸エステル流体における、また冷凍システムにおける、湿気及び酸の除去でのイオン交換樹脂の使用は、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０に引用されているように周知である。リン酸エステル及びポリオールエステル液圧流体のためのこれら現行のシステムには、典型的には、次の構成部分：（１）樹脂乾燥システム、（２）二つの再生システム並びに（３）二つのカラムシステムの間を選択するための制御装置及び（４）バルブ：の全て又はいくつかを含む。別法として、流体は操業から取り出し、濾過して再導入する。その複雑さのため、これらのユニットは支配的に大型の油圧システムに見出される。これらのシステムはこれらの用途では非常に良好に稼動することが示されてきたが、嵩が大きく、交互に切り替えるための、更にイオン交換媒体の再生の状態を決定するための、手動又は自動のシステムを必要とするなど複雑である。特許文献８に記載されたような比較的複雑なシステムは、場所に制限されず、運転にたびたび注意が向けられる５０００ガロン程度の非常に大きな流体容量を有する大型のシステムでは、非常に満足すべきものであった。これらのシステムは、第一には複雑さ、大きさ及びコストのために、コスト効率が良好であるとも、またロータリー空気圧縮機に適しているとも言えなかったであろう。ロータリー圧縮機の貯槽は、典型的には容量２〜６０ガロンの範囲である。また小さい容量の貯槽と限られたスペースを有する、ロータリースクリュー空気圧縮機などの、小さめの装置での複雑な精製システムの実用性には疑問がある。

特許文献９には、冷媒“Ｒ−１３４ａ”で作動する冷凍システム内で使用するために適しているという、別の大いに異なるイオン交換樹脂の使用について記載されている。その適用では、潤滑剤又は冷媒の分解により生成する酸は除去される。この適用では、その樹脂は、決して交換しないという意図のもとにシールされたシステム中に封入されている。そのようなシステムは、連続的に酸を受け入れ、また生成して、媒体補充のある種の形体を必要とするロータリースクリュー空気圧縮機などのシステムとは大いに異なるものである。

米国特許第４，３０２，３４３号明細書 米国特許出願公開第２００２／００１１０９５号明細書 米国特許第５，７５４，０５５号明細書 米国特許第５，６０４，４４１号明細書 米国特許第５，６５６，７６７号明細書 米国特許第５，２２４，０５１号明細書 米国特許第５，０７１，５２７号明細書 米国特許第５，６６１，１１７号明細書 日本特許第２５０７１６０号公報 国際公開第９４／２５５５０号パンフレット

現在の関心事であり、提案されるものは、ロータリー圧縮機又は遠心圧縮機における実際の使用にイオン交換樹脂技術を適用することである。ポリオキシアルキレングリコール及びポリオキシアルキレングリコール／エステルブレンドの圧縮機潤滑剤を、ロータリースクリュー圧縮機で利用するときの技術の現状は、流体の分析値が合計の酸価（ＴＡＮ）の増加に基づき流体交換の必要を示すまで、圧縮機の流体を単に稼動させることである。現行の圧縮機で現在行われている濾過は単なる粒状物の濾過であり、イオン交換樹脂による酸の除去は組込まれていない。潤滑剤流体は、典型的には８０００時間、即ち１年の間隔で、又は高温のもしくは汚染された環境ではより頻繁に交換する。いくつかの補助的な粒状物除去フィルターが有用であり、それらは副流で、即ち「じん臓ループ（kidney loop）」濾過原理で作動する。しかしながらこれらのフィルターは、グリコール流体のＴＡＮを低下させず、またイオン交換樹脂を組込んではおらず、粒状物の除去のためにのみ設計され、効果があるものである。

更に、少さい貯槽容量を有する小さな装置では、既存のイオン交換樹脂技術の利用を拒む２つの障害がある。イオン交換樹脂媒体の効果的な機能は、そのシステムの中のいくらかの水の存在に大いに依存する。ほとんどの潤滑剤の用途は無水の状態に近い。またロータリー圧縮機の既存の流路では、先行技術に記載されたものなどのシステムで使用するためには、広範な配管改修を必要とすることになり、実際の立場からはそれらを非機能的なものにしてしまう。ほとんどの圧縮機を取り巻く囲いもまた、大きな補助的な装置の設置を、仮に可能だとしても、困難にし、又は非実用的にする。

天然資源の乱費を減らし、節約して使うことの必要性及び圧縮機の維持費を減らすことの推進力が、流体の交換が非常に少なくて済み、又はその必要がないような圧縮機システムへの需要に対する、更なる止むに止まれぬ力である。結局、これらの領域の技術の解決が、本明細書に記載したような、ロータリースクリュー圧縮機における流体交換の必要性をなくし、又は大いに減らしたシステムを得るためには必要である。

本発明の１つの側面は、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機で使用される潤滑剤流体を、その場で精製し且つその状態を監視するシステムであって、このシステムはロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機に機能的に組込まれるシステムであり、（ａ）その潤滑剤流体から酸を除去することができる少なくとも１つのフィルター装置、（ｂ）その潤滑剤流体の状態を電子的に監視して、電気信号を処理する手段に電気信号を伝達するための電気的プローブ及び（ｃ）電気的プローブからの電気信号を処理して、フィルター装置又は潤滑剤流体の交換の必要を警告する電気信号処理手段を含んでなるシステムである。

本発明の別の側面は、潤滑剤流体又は液圧流体を用いたシステム、例えばロータリースクリュー圧縮機もしくは遠心圧縮機、自動車、油圧（又は水圧）装置又は建設装置などを通って潤滑剤流体が循環するときに、その潤滑剤流体から酸を除去することができるフィルター装置であって、このフィルター装置が（ａ）缶状ハウジング、（ｂ）缶状ハウジングの内側にあり、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂、（ｃ）少なくとも１つの潤滑剤流体の入口、（ｄ）潤滑剤流体出口及び（ｅ）システム搭載ハードウェアまでシールするフィルター装置の周りにあるＯ−リングを含んでなるフィルター装置である。

本発明の別の態様は、潤滑剤流体又は液圧流体を用いたシステム、例えばロータリースクリュー圧縮機もしくは遠心圧縮機、自動車、油圧（又は水圧）装置又は建設装置などを通って潤滑剤流体が循環するときに、その潤滑剤流体から酸を除去することができるフィルター装置であって、そのフィルター装置が（ａ）缶状ハウジング、（ｂ）缶状ハウジングの内側にあり、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂、（ｃ）缶状ハウジングの内側にあり、イオン交換樹脂で囲まれた標準粒状物フィルター媒体、（ｄ）少なくとも１つの潤滑剤流体入口、（ｅ）潤滑剤流体出口、及び（ｆ）システム搭載ハードウェアまでシールする、フィルター装置の周りにあるＯ−リングを含むフィルター装置である。

更に別の側面において、本発明は、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機の潤滑剤流体をその場で精製し、且つその状態を監視する方法であって、前記方法が潤滑剤流体を、（ａ）その潤滑剤流体から酸を除去することができる少なくとも１つのフィルター装置、（ｂ）その潤滑剤流体の状態を電子的に監視して、電気信号を処理する手段に電気信号を伝達するための電気的プローブ及び（ｃ）そのプローブからの電気信号を処理して、フィルター装置又は潤滑剤流体それ自体の交換の必要を警告する電気信号を処理する手段を含むシステムを通過させることを含む方法である。

更に別の側面において、本発明は、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機の潤滑剤流体を、その場で精製する方法であって、前記方法が潤滑剤流体を、（ａ）缶状ハウジング、（ｂ）缶状ハウジングの内側にあり、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂、（ｃ）少なくとも１つの潤滑剤流体入口、（ｄ）潤滑剤流体出口及び（ｅ）圧縮機搭載ハードウェアまでシールする、フィルター装置の周りにあるＯ−リングを含む少なくとも１つのフィルター装置を通過させることを含んでなる方法である。

更に別の側面において、本発明は、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機の潤滑剤流体を、その場で精製する方法であって、前記方法が潤滑剤流体を、（ａ）缶状ハウジング、（ｂ）缶状ハウジングの内側にあり、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂、（ｃ）缶状ハウジングの内側にあり、イオン交換樹脂で囲まれた標準粒状物フィルター媒体、（ｄ）少なくとも１つの潤滑剤流体入口、（ｅ）潤滑剤流体出口及び（ｆ）圧縮機搭載ハードウェアまでシールする、フィルター装置の周りにあるＯ−リングを含んでなる少なくとも１つのフィルター装置を通過させることを含む方法である。

図２に示すように、潤滑剤流体は圧縮機（１）及び本発明のシステムにより形成される閉鎖回路中で、酸除去フィルター装置（３）に入り、次いで粒状物フィルター装置（５）に入り、そして圧縮機（７）に戻るように矢印で示された方向に循環する。潤滑剤流体はフィルター搭載ヘッド（filter mounting head）ハードウェア（４）を介して粒状物フィルター装置に出入りし、そしてフィルター搭載ヘッドハードウェア（２）を介して酸除去フィルター装置に出入する。流体の一部分のみが酸除去フィルターに循環し、残量はこのフィルターの上を粒状物フィルターへと迂回する。このシステムにはまた、酸除去フィルターの下流に、潤滑剤流体の状態を監視するためにキャパシタンス、誘電率又は誘電正接を測定できる電気的プローブ（６）及びフィルター装置又は潤滑剤流体を交換する必要を運転者に警告するための警報手段（８）が含まれる。

図３は、粒状物の濾過及び酸の除去の２つの機能の実施が可能な、本発明のフィルター装置を図示する。それは鋼製の缶状物（canister）のハウジング（６）、鋼製の缶状物の底部に位置し、金網（８）に収納されたイオン交換樹脂（１）、イオン交換樹脂の上に設置された標準の襞つき（pleated）粒状物フィルター（２）、１つ又はそれ以上の潤滑剤流体入口（７）、潤滑剤流体出口（４）及び搭載ハードウェアまでシールする、フィルター装置の周りにあるＯ−リング（５）を含む。矢印（３）は潤滑剤流体の流れ方向を表す。潤滑剤の出口（４）は、フィルター装置の容易な交換を可能にするため標準のネジ止めである。粒状物フィルターは襞つき材料でもスパン（spun）材料でもよく又はその他いずれのフィルター媒体でもよい。

図４は、イオン交換樹脂のみを含む本発明のフィルター装置を図示する。それは鋼製の缶状物のハウジング（６）、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口（７）で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂（１）、イオン交換樹脂により囲まれたワイヤーメッシュ製樹脂保持器（２）、１つ又はそれ以上の潤滑剤流体入口（７）、潤滑剤流体出口（４）及び搭載ハードウェアまでシールする、フィルター装置の周りにあるＯ−リング（５）を含む。矢印（３）は潤滑剤流体の流れ方向を表す。潤滑剤流体の出口（４）は、フィルター装置の容易な交換を可能にするため標準のネジ結合（screw connection）である。このフィルター装置は、下流に配置された別の粒状物フィルターと共に利用されることができ、新しい圧縮機には最も有用である。

そのフィルター装置はスピンオンフィルター装置であっても、又はその他いずれかの取替え可能なフィルター装置であってもよい。

本発明のフィルター装置で使用するのに適したイオン交換樹脂媒体は、酸を吸収するのに適した、好ましくは潤滑剤の中に金属イオンを放出しない任意のタイプでもよい。適当なイオン交換樹脂媒体の、それに限定されない例には、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙにより販売されている“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂がある。

本発明には、最良の結果を達成するために、監視手段及び測定手段の使用が含まれる。監視手段及び測定手段は、圧縮機潤滑剤流体のキャパシタンス、誘電率又は誘電正接を測定することができ、処理のために搭載されたマイクロプロセッサー／コンピューターに電気信号を送ることができる、公知の任意の装置とすることができる。圧縮機潤滑剤のキャパシタンス、誘電率又は誘電正接を測定することができるものが好ましい。本発明では、公知の任意の工程キャパシタンスプローブ又は導電率プローブが使用できる。キャパシタンスプローブの、それに限定されない例には、 “Ｔｈｅｒｍｏ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ” （登録商標）のキャパシタンスプローブ「型式４２０」がある。そのプローブは、好ましくは潤滑剤流の通路の中に直接、より好ましくは粒状物フィルター装置より下流に配置するのがよい。キャパシタンスプローブは、可変の電圧信号又は電流信号を既存の圧縮機のマイクロプロセッサーに供給し、そのマイクロプロセッサーはその信号を、フィルター装置又は潤滑剤流体を交換するため予め設定された警告点と比較する。キャパシタンス特性の測定は、その潤滑剤の合計の酸価（ＴＡＮ）に対する信頼できる直接的な関係を支える読みを与えるために測定されてきた。この装置からの出力は、圧縮機のその他の機能を制御するマイクロプロセッサーへの入力として信頼できる。目下使用されているマイクロプロセッサー装置には、“Ｉｎｇｅｒｓｏｌｌ−Ｒａｎｄ”圧縮機の“Ｉｎｔｅｌｌｙｓｉｓ（登録商標）”装置、及び“Ｓｕｌｌａｉｒ”圧縮機の“Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ ２”装置が含まれる。その他公知のマイクロプロセッサー装置もまた、本発明の実施において使用することができる。これらの制御器はすでに、稼動温度、空気圧力、フィルター差圧及びその他の圧縮機稼動パラメーターを監視するために使用されている。本発明では、キャパシタンスプローブの電子的出力が制御器への入力として使われ、その制御器は、そこで高ＴＡＮ状態が生じたときに警告するようにプログラムされている。警報に基づいて、酸中和イオン交換フィルター又はその流体それ自体が交換することができる。本発明に重要なのは、ロータリー空気圧縮機に適した酸除去フィルターであり、そして長寿命のポリオキシアルキレングリコール／エステル圧縮機流体である。

本発明は、通常の使用では、圧縮機流体それ自体、決して交換される必要がないような潤滑剤システムを提供する。極端に汚染された用途においてさえも、遥かに長い寿命が得られるが、困難な用途では、その流体は、結局は交換する必要があるかもしれない。全ての場合において、その監視装置は使用者に酸除去フィルター又は潤滑剤流体が交換の必要があることを知らせる。本発明には、耐電圧、導電率、キャパシタンス又はその他類似の電気的特性の測定を、圧縮機の既存の電子制御装置に組込んで、ロータリースクリュー空気圧縮機の流体をいつ交換するかを決定することが含まれる。更に本発明は、このタイプの監視を酸除去フィルターと共にシステムに組込んで、ロータリースクリュー空気圧縮機における流体交換を大いに引き伸ばし、又は必要無しにする。

本発明の装置の利益は、長寿命の流体、酸除去フィルター及びロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機での、無期限の流体寿命を達成するための潤滑剤流体状態の監視の組合せの結果である。その利益は、次の４つの要素の組込みにより達成される。（ａ）効果的に防蝕性及び酸化安定性処方がなされた、ポリオキシアルキレングリコール、エステル、もしくはポリオキシアルキレングリコール／エステルブレンド又はその他のタイプを含むことができる長寿命潤滑剤流体の使用；（ｂ）潤滑剤流体から痕跡量の酸を連続的に除去するイオン交換樹脂フィルターの使用；並びに（ｃ）酸除去フィルター装置の状態を監視し、且つ流体の電気的特性、例えば導電率、キャパシタンス又は誘電率などを監視することにより、酸除去フィルター装置それ自体の交換の必要性を決定するためのプローブの使用。

本発明は、任意のタイプの潤滑剤流体ではあるが、長寿命潤滑剤流体を使用する圧縮機に特に適している潤滑剤流体を用いた、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機に使用することができる。非限定的な適当な潤滑剤流体の例には、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリオキシアルキレングリコール及びポリオールエステルのブレンド並びにポリ−α−オレフィン類がある。好ましくは、本発明は、添加剤、例えば酸化防止剤パッケージ、耐磨耗剤、防蝕剤、金属不動体化剤、消泡剤及び脱泡剤などで効果的に安定化された、ポリオキシアルキレングリコール５０％〜７０％及びポリオールエステル３０％〜５０％のブレンドである潤滑剤流体と共に、圧縮機に用いる。

ポリオキシアルキレングリコール及びポリオールエステル潤滑剤は、それらのブレンドと共に、合成潤滑剤原料の中では特別のものであるが、そこでの酸の蓄積は無期限の使用を拒む支配的な要因である。これらの流体は長期の使用に伴う極度の粘度上昇を経験することはなく、また適正に配合されたときにはワニスを形成することもないが、絶えず酸を形成する。またこれらの潤滑剤流体は、電気的特性において、増大した酸化による変化に感応することになる。同じイオン交換媒体でも、例えば合成炭化水素流体（ＰＡＯ）を用いてテストしたときにも、相当な利益を有し、低いＴＡＮに維持され変色が防止された。しかしながら、それにもかかわらず、この流体は架橋又は「ワニス」形成のため粘度が高くなるおそれがある。これらの不具合のメカニズムは、電気的特性の測定によっては容易に検出されるようなものではない。

架橋、ワニスの形成及び極度の粘度上昇などの不具合の機構は、適正に配合されたポリグリコール又は、ポリグリコール／エステルブレンド潤滑剤の特性を示すものではない。しかしアニオン交換樹脂フィルターなしでは、長寿命のポリグリコール／エステル系流体でさえも、ついには交換が必要になる。圧縮機に通常添加される少量の補充流体と組合されたとき、そのイオン交換樹脂フィルターは、流体交換の必要を無くすことができ、又は大いに減らすことができる。

イオン交換の原理並びにリン酸エステル及び限定された範囲のその他の流体への応用は周知である。また粒状物除去のためのカートリッジフィルターでの変種の使用は最近のどの自動車にも存在する。独特の本発明は、イオン交換媒体を含むフィルターの、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機、特に設置空間が限定されているものにおける新しく、新規な用途に対する適用であり、既存の装置を更新するための実際の方法を提供することである。更に本発明は、粒状物の濾過及び酸の除去という２つの目的を実行して、潤滑剤流体と圧縮機の寿命をより長くする使い捨て（disposable）フィルター装置から構成される簡単な装置であるという独特の利益を提供する。本発明は、ポリグリコール、エステル及びポリグリコール／エステルブレンド潤滑剤と共に用いて、圧縮機のための「終身充填」（“fill-for-life”）の装置をもたらすとき、特に有益である。

イオン交換媒体の有効な機能は、その装置中のいくらかの水の存在に大いに依存する。ほとんどの潤滑剤の用途は無水の状態に近い。ロータリースクリュー空気圧縮機は、ポリプロピレングリコール、ポリオールエステル又はその２種の流体のブレンドが使用されるとき、潤滑剤中の水の濃度が、稼動温度及び周囲の水分によって、百万当たり１０００〜３０００部（ｐｐｍ）の間で安定化されているという点で独特である。その装置の中のこの水のレベルは、イオン交換樹脂の優れた機能をもたらす。

ロータリー圧縮機の既存の流路は、先行技術に記載されたものなどのイオン交換濾過装置での使用のためには、広範な配管改修を必要とすることになり、実際にはそれらを機能しえなくしてしまう。ほとんどの圧縮機を取り巻く囲いは、大きな補助的な装置の設置を、仮に可能だとしても、困難にし、又は非実用的にする。本発明のフィルター装置は、単一の使い捨ての要素で、圧縮機潤滑剤からの粒状物を濾過する機能を、酸のイオン交換除去と結合したものである。このことが、米国だけで現在使用されており、典型的には２〜６０ガロンの間を変動する貯槽を有する概略１００，０００の圧縮機の容易な更新を促進する。

前記の通り、ポリグリコール及びポリグリコール／エステルブレンド空気圧縮機潤滑剤の寿命は、現行ではその流体中の酸の蓄積のみにより制限されている。本発明は、効果的に酸を除去してロータリー圧縮機中の流体の寿命を、仮に実質的には無期限とはいえないまでも、大幅に延長する。本発明には、ロータリースクリュー空気圧縮機の流体から連続的に酸を取り除く、イオン交換（酸吸収）媒体を含むスピンオンフィルター装置が組込まれている。確認の実験室試験は、その装置の中に存在する潤滑剤流体の量の約１〜２重量％に等しいイオン交換媒体が、そのイオン交換媒体を交換することなく、４０００時間を超える時間、酸レベルの上昇を有意に防止することを示した（図１参照）。その流体及びフィルターの状態は、後記するように、フィルター機素交換の必要性を運転者に警告するため監視することができる。必要なときには、そのネジ止めフィルター装置は容易に交換することができ、そしてこの工程を繰り返して、その流体の寿命をほとんど無期限に延長する。ポリグリコール及びポリグリコール／エステルブレンド流体は、それらが、炭化水素系流体とは異なり、通常は長期の使用の間に有意には粘度上昇することがないという点で独特である。従って本発明は、ポリグリコール又はポリグリコール／エステルブレンド流体の無期限の使用を阻む障害である、酸の除去を達成するものである。意外にも、ポリ−α−オレフィン系流体の寿命もまた、本発明の装置により実質的に長くなることが示された。

本発明のもう１つの主要な部分には流体の流れが含まれる。実際の立場から、その装置の最も好ましい設計は、理想的には流体流の１〜１０％の側流（side stream）のみがこの装置を通過するようにし、その流れの他の９０〜９９％は酸除去フィルターに迂回するようにすることである。このことは、缶状物における内部バイパスによるか、又は外部配管によるかのいずれかで達成される。そのフィルターを通る流体速度が高いと攪拌が生じて樹脂ビーズの損傷をもたらし、粒状物の下流への透過をもたらす。本発明のシステムが設置される圧縮機は、全てのロータリースクリュー空気圧縮機に採用されている、通常の既存粒状物フィルターの上流に酸除去フィルターを設置するようにして装備される（図４参照）。

自動車の用途では、「バイパス」フィルターもまた、摩耗金属、汚れ及びその他の粒状物を除去する目的で、流体流の一部を濾過するために普通に使用されている。本発明のフィルター装置の独特なところは、類似の濾過ハードウェア及び酸除去への配管の応用であり、且つ市販のイオン交換樹脂ではあるが、空気圧縮機でのポリグリコール又はポリグリコール／エステルブレンドでは、酸の除去に適用されてこなかったイオン交換樹脂の使用である。

イオン交換媒体は、図３に好適な態様として示されるように、スピンオンフィルター中に細かい金網によって、又はその他いずれかの機械的手段によって保持することができる。図３に図示するフィルター装置において、酸除去及び粒状物濾過の機能は、単一のスピンオン使い捨て装置の中に結合されている。フィルター装置の既存のものに代わる設計は更に簡素化された設計であることができ、粒状物フィルターそれ自体が、イオン交換樹脂ビーズを保持するために使用することを可能にする。これらのいずれかが本発明で前の空気圧縮機を更新することを可能にしよう。前の圧縮機は、最近ではフィルター用にただ１つの連結装置しか有していない。本発明では、単一のフィルター装置が、粒状物と酸の両方の濾過を１つのフィルターカートリッジ中で達成することを可能にする。新しい圧縮機には、単一の連結装置が取り付けられているか、又は最近使用されているネジ止め自動車型潤滑剤フィルターカートリッジに加えて、好ましくは別のイオン交換フィルターカートリッジ用の付加的な連結装置が取り付けられている可能性がある。

本発明の装置の最後の構成要素は潤滑剤流体特性の測定であり、またフィルター交換の間隔及びそれぞれの圧縮機の流体の状態を決めるために、その測定値を用いることである。導入する空気の温度及び汚染レベルは変わるので、フィルターの寿命は機械によって非常に大きく変わることになる。

本発明に用いられるキャパシタンスプローブは、好ましくは直接、流体流の流路の中に、より好ましくは粒状物フィルターより下流に設置するのがよい。この機器使用は、既存の圧縮機のマイクロプロセッサーに、変動する電圧又は電流の信号を提供し、そのマイクロプロセッサーがその信号を、予め設定されているフィルター又は流体を交換するための警告点と比較する。潤滑剤流体の特性を測定するために用いられる計測は、誘電分析に基づくものである。これは“Ｈｅｗｌｅｔｔ Ｐａｃｋａｒｄ ４１９４Ａ”及び“Ｇｉｌｉａｎ ＬＤ−３”セルを用いて都合よく実施される。この集合装置は、流体のキャパシタンスを周波数０．１ＭＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲で測定するために用いられる。測定の好ましい範囲は、５〜１５ＭＨｚであるが、その測定は周波数５０ｋＨｚ〜２００ＭＨｚの間で実施することができる。誘電率及び誘電正接の両方がこれらの周波数におけるＴＡＮの測定に効果的である。誘電率の上昇及び高めの誘電正接は潤滑剤中のＴＡＮが高いことと確実に対応する。

本発明は、以上の通り、潤滑剤寿命を長くすることに対する問題と障害を取り除き、同時に次の更なる利益を提供する：
（１）スピンオン自動車型形式粒状物オイルフィルターに近似した設計のフィルターを組込むことによる、使用及び取替えの容易さ。

（２）本発明は、“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”の組込みにより、ポリグリコールでの高い効率の酸吸収を提供する。この樹脂は、潤滑剤１００重量部に対してイオン交換樹脂を１〜５重量部の割合で使用したとき、４０００時間の間、酸レベルの上昇を実質的に遅らせ又は少なくする。大体この時間でフィルターを交換する。“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂は、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙにより販売されているイオン交換樹脂である。

（３）好ましいイオン交換樹脂である“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”は、酸をアンモニウムイオンとの反応により吸収し、潤滑剤中に金属イオンを放出しない。その他の類似の樹脂も同様の結果が得られるものと期待される。

（４）本発明は既存の圧縮機に容易に適合するが、そのときには、イオン交換媒体を粒状物の濾過に組合せた、単一のスピンオン要素が用いられている。

（５）本発明のコンパクトな特性は、それを既存の圧縮機のハウジングの中に適合させることを可能にし、大きな外部装置や追加の配管の必要がない。

（６）本発明は、ポリグリコール及びポリグリコール／エステルブレンドと共に用いるとき、流体の寿命を長くし又は無期限に延長するという更なる利益を提供する。ＰＡＯ合成炭化水素流体においても、またいくらかの改善が生じることが示された。

（７）使い捨ての標準フィルターカートリッジは大いに労力を減らし、現行の粒状物潤滑剤フィルターが廃棄されるのとちょうど同じように、簡単に廃棄される。

（８）潤滑剤廃棄の節約及び環境上の利益が、ロータリー空気圧縮機における流体交換を無くし又はそれを引き伸ばすことによりもたらされる。

（９）本発明は、頻繁な流体交換の必要性と、その圧縮装置のベアリングやその他の部品に対する酸の腐食攻撃のために、酸性ガスの取り込みが現行ではその装置を非実用的なものとしているような環境において、ロータリー空気圧縮機の効果的な使用を可能にする。

（１０）ロータリー圧縮機における装置として、ポリグリコール又はポリグリコール／エステルブレンドの潤滑剤と共に用いるとき、その樹脂を用いる前に水を除去する工程がなくなる。ポリグリコール液体への水の溶解性のために、水は徐々にその流体に溶解し、過剰なレベルはその圧縮機を流れる空気により除去される。

部、百分率及び比率の全ては、特段の指示がない限り、ここでは重量による。本発明は、本発明を純粋に説明することを意図した、以下の実施例を斟酌することにより更に明らかになるであろう。

以下の実施例において、長寿命のポリグリコール／エステル潤滑剤流体の配合を使用する。そのような潤滑剤は、１２０℃での実験室テストで、８，０００時間より長い、又は約１年の流体寿命を示した。

実施例に用いたイオン交換媒体は、“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂１重量％、２重量％及び５重量％（湿潤時）であった。この樹脂は、市販のポリグリコール／エステルブレンド圧縮機潤滑剤（“Ｓｕｌｌｕｂｅ（登録商標）”及び“Ｃｏｏｌａｎｔ（登録商標）”）の新しい試料、及び使用済みの試料でテストした。試料は２４８°Ｆで接触し、ＴＡＮの測定は定期的に行った。使用済みの試料において：“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂１重量％では、２１６時間で消耗試料のＴＡＮを１．０ＴＡＮから０．４１ＴＡＮに減少させた。新しい潤滑剤試料での更なる試験において、図１に示すように、“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂は、ＴＡＮの上昇を１〜５重量％のレベルで遅らせるのに効果的であった。このテストにおいて、２重量％の“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂を含む試料は、４３６８時間後、樹脂を含まない標準対照の０．４７ＴＡＮに比較して、平均０．２７ＴＡＮを示した。これらのテストは１２０℃で実施し、圧縮機での実際の使用に比べて、ほぼ因子４で劣化速度を加速させた。より詳細なテスト結果は表Ｖに示す。

使用した圧縮機流体の試料は、稼動の時点を変えて圧縮機から直接取出し、キャパシタンスプローブの使用することにより測定し、この測定値の使用により本システムを制御することの実用性が確立された。

実施例１
この例は、図３に示した、圧縮機潤滑剤流体からその場で（in situ）酸を除去するための、組合せフィルター装置の使用を実証するものである。組合せフィルター装置は、更新として、圧縮機の存在する粒状物フィルターを置き換えて使用する。そのフィルター（図３に示す）は、既存の使い捨てカートリッジオイルフィルターの代替として、その場所に簡単にねじ込まれる。完全な（full）潤滑剤流体流がスピンオンフィルター装置（６）に入る。このフィルター装置の独特の特徴は、図３に示すように、そのフィルター装置の中にイオン交換媒体（１）を含むが、それはメッシュ（８）又は他の包含手段に流体が進入して、イオン交換媒体に接触することを可能にするようにする。このメッシュはイオン交換媒体ビーズのサイズよりも実質的に細かい。フィルター装置に含まれるイオン交換媒体の量は、その装置の潤滑剤流体の量の０．１〜２０重量％、好ましくは１〜５重量％である。本実施例においては、“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂の湿潤量４００ｇを含むフィルターが、ポリグリコール／エステルブレンド潤滑剤流体４０Ｌを含む圧縮機に、約４０００時間の間、適合できる。この時間の後、フィルターは交換してもよい。図４に示されたフィルターは、一層大きい樹脂容量の既存の圧縮機、装置又は乗物に適用することができよう。実施例１で用いたフィルター装置による酸除去の効果は、図５に実証する。

実施例２
本例は、圧縮機中の潤滑剤流体を監視してその寿命を延伸する、本発明のシステムの使用について説明するものである。このシステムは、好ましい潤滑剤流体、フィルター装置及び監視・測定手段を含む。このことが、潤滑剤流体及びフィルター装置の挙動を測定することを可能にし、またその流体の導電率、キャパシタンス、誘電率、電気抵抗又はその他の電気的特性を探索するプローブからなる簡単な電子的な測定によって、使用者にそのフィルター装置を交換する必要を警告することを可能にする。

潤滑剤流体から酸を除去することにより、その潤滑剤流体のＴＡＮを長時間使用可能範囲に維持して、効果的に且つ実質的に、その潤滑剤流体及び本発明のイオン交換フィルター装置の寿命を長くする。

本例で用いるシステムは、単独のスピンオン粒状物フィルター（５）が組込まれており、図２に示されている。このシステムにおいては、流体の一部が酸フィルター装置（３）に入る。流体は、媒体の損失を防ぐため入口と出口の管に沿ってメッシュで囲まれているイオン交換媒体に接触する。フィルター内での乱流を避けるため、流体のほんの一部、１〜２０％、好ましくは約１％が、その濾過装置を通るたびにこの要素に入る。樹脂レベルが高ければ高いほどそれだけ効果的ではあるが、それだけ大きなフィルターハウジングが必要になる。残りの流体はこのフィルター装置を迂回する。例えばロータリー圧縮機では、流体全部の貯槽が分当たり約１周りの割合で循環するが、全量が流れるよりは部分的に流れる方が好ましい。全ての流体がスピンオン粒状物フィルター（５）を通り、オイル冷却器にそして圧縮機装置（７）に戻る。新しい圧縮機に対するこの装置の利益は、多量のイオン交換媒体を収容することであり、また必要に応じて、粒状物フィルターを変えることなく、それを個別に交換できることである。酸フィルター装置（３）それ自体が、ずっと詳細に図４に図示されている。また、実施例１で用いた組合せフィルター装置におけるように、“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂又はその他の適当なイオン交換樹脂が酸除去媒体として好ましい。

潤滑剤流体は圧縮機の貯槽（１）から酸スピンオンフィルター装置（３）に流れる。キャパシタンス又は導電率プローブ（６）は、潤滑剤流体流の中に設置され、電気信号を発生させる。フィルター装置を出た潤滑剤流体は、オイル冷却器及び圧縮装置に進む。プローブからの電気信号は、電線を通して、導かれる、付加的な入力を監視できるマイクロプロセッサー／コンピューター（８）に導かれ、それらの入力に基づいて警告を与える。そのコンピューターは、キャパシタンス、又はそれに変えて、導電率もしくは誘電正接の電気信号を監視するようにプログラムされている。その頭部（２）に含まれ、わずかな圧力低下を生じさせるバイパスバルブ（２）が、潤滑剤流体９５〜９９％の酸フィルターへの迂回を可能にする。スピンオンフィルター装置（５）の頭部（４）は、このフィルター装置を全量流れることを要求する。スピンオン粒状物フィルター装置（５）は、標準の、市販されている粒状物フィルターである。キャパシタンス又は導電率プローブ（６）は潤滑剤流体流れの中に設置されて、コンピューター（８）のための電気信号を発生させる。フィルター装置を出た潤滑剤流体はオイル冷却器及び圧縮装置（７）に進む。プローブ（６）からの電気信号は、電線を通して、マイクロプロセッサー／コンピューター（８）に導かれる。マイクロプロセッサーは、既に現行のモデルの圧縮機に搭載されており、付加的な入力を監視して、それらの入力に基づいて警告を与えることができる。そのコンピューターは、キャパシタンス、又はそれに変えて、導電率もしくは誘電率の電気信号を監視するようにプログラムされている。

この実施例で使用した濾過媒体により酸を除去することの効果は図１に示されている。図１は、付記されたパーセントの“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂を加えたポリグリコール／エステル流体中の、ＴＡＮの２４８°Ｆでの増加を図示しており、酸を除去することにおけるその樹脂の効果及び、潤滑剤流体の寿命の延伸を実証している。図５は、樹脂レベルの増加に伴うフィルター寿命の長期化について、その効果が増大することを示している。

この実施例では、次の電気的特性はキャパシタンスプローブで測定し、潤滑剤流体の状態を監視するために用いた。

ポリグリコール／エステル圧縮機流体の有する誘電率は周波数１５ＭＨｚで測定し、得られた結果は表Ｉに示す。

表Ｉで分かるように、誘電率は、合計の酸価（ＴＡＮ）０．１を有する潤滑剤流体についての５．０７から、ＴＡＮ４．０を有する使用流体についての６．４０までの範囲であった。

ポリグリコール／エステル潤滑剤流体の有する誘電率は周波数０．１ＭＨｚで測定し、得られた結果は表ＩＩに示す。

表ＩＩで分かるように、誘電率は、ＴＡＮ０．１を有する潤滑剤流体についての４．８４から、ＴＡＮ４．０を有する使用流体についての６．２０までの範囲であった。

誘電率の測定はまた、いくつかのタイプの不純物でその装置が汚染されることに対しても警告するであろうが、不都合の原因を識別することはないであろう。

誘電正接（dissipation factor）の測定もまた潤滑剤流体の状態を監視した。誘電正接は、試料の中の湿分の含有量の変化による測定の変動幅の小さい、ＴＡＮ測定の効果的な方法である。誘電正接は周波数１５ＭＨｚで測定され、下表ＩＩＩに示されるように、ＴＡＮ０．１０を有する潤滑剤流体についての０．０６６から、ＴＡＮ４．０を有する潤滑剤流体についての０．０９８までの範囲であった。

誘電正接はまた周波数８．７ＭＨｚで測定し、下表ＩＶに示すように、ＴＡＮ０．１０を有する潤滑剤流体についての０．０４４から、ＴＡＮ４．０を有する潤滑剤流体についての０．０６７までの範囲であった。

当業者には、ここで開示されている本明細書を斟酌し、又は本発明を実施することにより、本発明のその他の態様も明らかであろう。本明細書及び実施例は単に説明として斟酌されるものであり、本発明の真の範囲及び精神は請求項に示されるということが意図されている。

図１は量を変えた“ＤＯＷＥＸ（登録商標） ＷＢＡ−２”樹脂の存在下、１２０℃でのポリグリコール圧縮機潤滑剤の合計の酸価（ＴＡＮ）の経時変化を示すグラフ図である。 図２は別々の粒状物フィルター（３）及び酸除去フィルター（５）を使用した圧縮機の、好ましい流体流れ配管の方法を図示する模式図である。 図３は粒状物の濾過及び酸の除去の２つの機能の実施が可能な、本発明のフィルター装置の態様を図示する断面図である。 図４は入口及び出口を細かい金属メッシュで抑えられているイオン交換樹脂のみを含む、本発明のフィルター装置の態様を図示する断面図である。 図５はイオン交換樹脂のレベルを変えて用いた９０００時間に亘る長期間の効力試験の実施結果を提供する表である。

Claims (12)

1. ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機において使用される潤滑剤流体を、その場で精製し且つその状態を監視する、ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機に機能的に組込まれるシステムであって、（ａ）前記潤滑剤流体から酸を除去することができる少なくとも１つのフィルター装置、（ｂ）前記潤滑剤流体の状態を電子的に監視して、電気信号を処理する手段に電気信号を伝達する電気的プローブ及び（ｃ）前記電気的プローブからの電気信号を処理して、フィルター装置又は潤滑剤流体の交換の必要性を警告する電気信号処理手段を含んでなるシステム。
2. 前記少なくとも１つのフィルター装置が（ａ）缶状ハウジング、（ｂ）缶状ハウジングの内側にあり、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂、（ｃ）少なくとも１つの潤滑剤流体入口、（ｄ）潤滑剤流体出口及び（ｅ）圧縮機搭載ハードウェアまでシールするフィルター装置の周りにあるＯ−リングを含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つのフィルター装置が（ａ）缶状ハウジング、（ｂ）缶状ハウジングの内側にあり、潤滑剤流体の流入及び流出を可能にするそれぞれの入口で細かい金属メッシュで囲まれたイオン交換樹脂、（ｃ）缶状ハウジングの内側にあり、イオン交換樹脂で囲まれた標準粒状物フィルター媒体、（ｄ）少なくとも１つの潤滑剤流体入口、（ｅ）潤滑剤流体出口及び（ｆ）圧縮機搭載ハードウェアまでシールするフィルター装置の周りにあるＯリングを含む二重のフィルター装置である請求項１に記載の装置。
4. 少なくとも１つの使い捨てのスピン−オンフィルター装置から下流の位置に、標準粒状フィルター装置を更に含む請求項２又は３に記載の装置。
5. 電気的プローブが、潤滑剤流体から酸を除去することができるフィルター装置の潤滑剤流体流の流路に直接配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 電気的プローブが潤滑剤流体の導電率、キャパシタンス、誘電率又は電気抵抗を測定することにより潤滑剤流体の状態を連続的に監視する請求項５に記載の装置。
7. 電気的プローブが潤滑剤流体の導電率、キャパシタンス、誘電率又は電気抵抗を測定することにより潤滑剤流体の状態を断続的に監視する請求項５に記載の装置。
8. 前記プローブからの電気信号を処理する手段が、圧縮機に装備され、警報装置に統合されているコンピューター又はマイクロプロセッサーである請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 潤滑剤流体が長寿命潤滑剤流体である請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 長寿命潤滑剤流体がポリオキシアルキレングリコール、ポリオールエステル、ポリ−α−オレフィン系潤滑剤又はそれらの任意のブレンドである請求項９に記載の装置。
11. ロータリースクリュー又は遠心空気圧縮機の潤滑剤流体を、潤滑剤流体を請求項１の装置を通過させることを含む、その場で精製し且つその状態を監視する方法。
12. 潤滑剤流体の状態を監視するために、潤滑剤流体の誘電率、誘電正接又は電気抵抗を測定する請求項１１に記載の方法。

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