JP2010094581A - 液体分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離容器に貯えられた２種類の液体からなる混合液体の分離の進行度合を判別することが可能な液体分離装置を提供する。
【解決手段】液体分離装置１は、比重の異なる水Ｌ１と軽油Ｌ２との水エマルジョン燃料Ｌｍを貯える分離容器２と、分離容器内２に配置され、水Ｌ１の比重より小さく水エマルジョン燃料Ｌｍの比重より大きい比重を有する高比重液体用フロート３と、軽油Ｌ２の比重より大きく水エマルジョン燃料Ｌｍの比重より小さい比重を有する低比重液体用フロート４と、高比重液体用フロート３と低比重液体用フロート４のそれぞれの高さ方向の位置を検出するフロート位置センサ１０と、フロート位置センサ１０が検出した両フロート３、４の高さの差に基づいて、水Ｌ１と軽油Ｌ２との分離の進行度合いを判別する制御装置１１と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２種類の液体を混合した混合液体を分離する液体分離装置に関する。

灯軽油軽質化物質と水との混合物から灯軽油軽質化物質を分離することができる液体分離装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び３が存在する。

特開平０５−０３１３０２号公報 特開平０６−１９３５６４号公報 実開平０５−０６６７１４号公報

特許文献１に記載されているような液体分離装置では、灯軽油軽質化物質の比重と水の比重とのほぼ中間の比重を有するフロートを使用している。このフロートは灯軽油軽質化物質と水との境界面に沿って２つの液体を仕切るような仕切り板の機能を有し、これによって２つの層が明確に仕切られ、分離した灯軽油軽質化物質と水との割合が判別できる。しかし、このような液体分離装置では灯軽油軽質化物質と水との混合液体が時間とともに分離する分離の進行度合いを判別することができない。

そこで、本発明では、分離容器に貯えられた２種類の液体からなる混合液体の分離の進行度合を判別することが可能な液体分離装置を提供することを目的とする。

本発明の液体分離装置は、比重の異なる第１の液体と第２の液体との混合液体を貯える分離容器と、前記分離容器内に配置され、前記第１の液体の比重より小さく前記混合液体の比重より大きい比重を有する第１のフロートと、前記第２の液体の比重より大きく前記混合液体の比重より小さい比重を有する第２のフロートと、前記第１のフロートと前記第２のフロートのそれぞれの高さ方向の位置を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した両フロートの高さの差に基づいて、前記第１の液体と前記第２の液体との分離の進行度合いを判別する判別手段と、を備えている（請求項１）。

本発明の液体分離装置は、２種類の液体が混合された混合液体を分離容器に貯え、比重の違いによって混合液体が時間とともに分離する性質を利用している。比重の大きい液体は混合液体の下層へ、比重の小さい液体は混合液体の上層へ分離し、次第に混合液体の層が薄くなり時間とともに分離が進行する。すなわち、分離容器の下方から比重の大きい液体の層、混合液体の層、及び比重の小さい液体の層の順に積層する。そこで、比重の大きい液体と混合液体との境界面と、比重の小さい液体と混合液体との境界面と、の２つの境界面の高さ方向の位置を第１及び第２のフロートによってそれぞれ測定し、その差分から混合液体の層の厚さを求め分離の進行度合いを判別する。

本発明の液体分離装置の一形態において、前記分離容器に貯えられた前記混合液体の温度を調整する調温手段と、前記混合液体の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段が検出した温度に基づいて前記調温手段の動作を制御する温度制御手段と、を備えてもよい（請求項２）。本形態によれば、温度計測手段が計測した温度に基づいて調温手段を動作させることにより、混合液体の温度を適温に保持することが可能である。従って、液体温度の変化に伴う比重の変化を抑えて、分離の進行度合いの判別精度を高めることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、分離容器に貯えられた比重の大きい液体と混合液体との境界面と、比重の小さい液体と混合液体との境界面と、の高さ方向の位置を比重の異なる２種類のフロートによって計測し、時間とともに変化する混合液体の層の厚さから分離の進行度合いを判別することができる。

（第１の形態）
図１は本発明の液体分離装置の第１の形態を示している。液体分離装置１は、分離容器２と、第１のフロートとしての高比重液体用フロート３と、第２のフロートとしての低比重液体用フロート４とを備えている。分離容器２は、耐軽油性の樹脂または金属で形成されており、燃料供給口５と、燃料排出口６とを備えている。液体分離装置１には、燃料供給口５を開閉する燃料供給弁７と、燃料排出口６を開閉する燃料排出弁８とが設けられている。

燃料供給口５は燃料供給弁７を介して、燃料のリターン配管と接続されている。燃料は、高比重液体と低比重液体とを混合したものである。一例として、水と軽油とを混合したものである。燃料供給弁７を開くと、それらの液体は、互いに混合された混合液体としての水エマルジョン燃料の状態で分離容器２内に流入する。燃料排出弁８を閉じて水エマルジョン燃料を貯えると、分離容器２内で時間の経過とともに比重の大きな水Ｌ１が下に、比重の小さな軽油Ｌ２が上に分離される。分離された燃料は燃料排出弁８を開くことにより、燃料排出口６から順次排出されて、それぞれのタンクに戻される。

分離容器２の右側の内壁には、フロートケース９が設けられている。フロートケース９の内外は多数の開口を介して通じている。高比重液体用フロート３と、低比重液体用フロート４とはフロートケース９内を上下に移動する。高比重液体用フロート３の比重は、水Ｌ１の比重よりも僅かに小さく、低比重液体用フロート４の比重は軽油Ｌ２の比重よりも僅かに大きくそれぞれ設定され、例えば、水Ｌ１の比重Ｓｎ（＝１．００ｇ／ｃｍ３）に対して、高比重液体用フロート３の比重Ｓｈｆは０．９８ｇ／ｃｍ３、軽油Ｌ２の比重Ｓｌ（＝０．８４ｇ／ｃｍ３）対して低比重液体用フロート４の比重Ｓｌｆは０．８６ｇ／ｃｍ３にそれぞれ設定される。従って、比重Ｓｌ、Ｓｌｆ、Ｓｈｆ、Ｓｈの間には、Ｓｌ＜Ｓｌｆ＜Ｓｈｆ＜Ｓｈの関係が成立する。

液体分離装置１は、フロートの高さ方向の位置を検出するフロート位置センサ１０と、制御装置１１とをさらに備えている。制御装置１１は、マイクロプロセッサおよびそのマイクロプロセッサの動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を備えたコンピュータユニットである。制御装置１１は、液体分離装置１に設けられたフロート位置センサ１０が検出した両フロート３、４の位置に基づいて、水と軽油の分離の進行度合を判別し、燃料供給弁７と燃料排出弁８の開閉を制御する。

制御装置１１は、以下の様にして分離の進行度合いを判別する。制御装置１１は、フロートケース９の最下端をＺ＝０、最上端をＺ＝Ｈとしたときのフロート３の高さ方向の位置Ｚｈｆ、及びフロート４の高さ方向の位置Ｚｌｆをフロート位置センサ１０から取得する。次に、制御装置１１は、下式（１）により、水Ｌ１と軽油Ｌ２との分離の進行度合いを表す変数Ｆを求める。

（１）式において、ΔＺは、両フロート３、４の高さ位置の差（＝Ｚｌｆ−Ｚｈｆ）である。フロート３、４の比重Ｓｈｆ、Ｓｌｆと水及び軽油の比重Ｓｈ、Ｓｌとの関係から、高比重液体用フロート３は水Ｌ１と軽油Ｌ２との混合液体（水エマルジョン燃料）Ｌｍと水Ｌ１との境界に位置し、低比重液体用フロート４は混合液体Ｌｍと軽油Ｌ２との境界に位置する。このため、水と軽油とが完全に分離した状態では２つのフロート３、４の位置が重なってΔＺ＝０であり、Ｆ＝１である。一方、水Ｌ１と軽油Ｌ２とが完全に混ざり合った状態では、その混合液体Ｌｍの比重Ｓがフロート３、４の比重Ｓｈｆ、Ｓｌｆに対して、Ｓｌｆ＜Ｓ＜Ｓｈｆとなる。よって、高比重液体用フロート３はフロートケース９の最下端に、低比重液体用フロート４はフロートケース９の最上端に位置し、ΔＺ＝Ｈ、Ｆ＝０である。混合液体Ｌｍの分離が進むほどΔＺは減少し、変数Ｆの値が増加する。従って、変数Ｆを求めることにより、水Ｌ１と軽油Ｌ２との分離の進行度合いを判別することができる。

制御装置１１は、（１）式による変数Ｆの算出を適当な周期で繰り返し実行する。そして、変数Ｆが所定の閾値（例えば０．９）以上になると、水Ｌ１と軽油Ｌ２との分離が完了したものと判断して燃料排出弁８を開く。分離容器２内の水及び燃料の排出が完了するまで燃料排出弁８を開放した後、制御装置１１は燃料排出弁８を閉じる。燃料排出弁８の開放を継続する時間は、予め分離容器２から全ての燃料を排出するために必要な時間を計測し、その時間に幾らかの余裕を見込んだ時間に設定すればよい。燃料排出弁８を閉じた後、制御装置１１は、燃料供給弁７を開いて分離容器２内に新たな混合燃料を導入させる。分離容器２内が混合燃料で満たされるまで継続した後、制御装置１１は燃料供給弁７を閉じる。燃料供給弁７の開放を継続する時間も、予め計測して幾らの余裕を見込んだ時間に設定すればよい。新たな混合燃料の導入が完了した後、制御装置１１は上記と同様の処理を実行する。

なお、上記の例では、Ｈを定数として液面がＺ＝Ｈに達するまで燃料供給弁７を開いているが、燃料供給弁７の開弁時間から最上端の液面の位置Ｈを求め（１）式にあてはめてもよい。あるいは、センサを利用してＨを求めてもよい。

（第２の形態）
図２は本発明の第２の形態に係る液体分離装置１の概念図である。但し、図２において、図１と共通する構成要素には同一符号を付し、それらの説明を省略する。図２に示す液体分離装置１Ａは、水エマルジョン燃料の温度を計測する温度計測手段としての温度センサ１２と、フロート３、４の周囲の水エマルジョン燃料を加熱する調温手段としての電気ヒータ１３と、を備えている。温度センサ１２は制御装置１１に接続されている。電気ヒータ１３は、フロートケース９内に、その下端から上端まで延びるようにして設けられている。制御装置１１は、温度センサ１２の出力信号を参照して電気ヒータ１３の出力を制御する温度制御手段としての機能を有する。制御装置１１は、フロートケース９内の液体温度が略一定に保たれるように電気ヒータ１３の動作を制御する。

以上のように第２の形態によれば、制御装置１１が電気ヒータ１３を制御することによりフロート３、４の周囲の温度が略一定に保たれる。従って、水、軽油及び混合液体のそれぞれの比重の変化が抑制される。よって、水エマルジョン燃料の温度が激しく変化するような環境下でも精度よく分離の進行度合いの変数Ｆを求めることができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、混合液体は内燃機関に適用される水エマルジョン燃料に限定されることなく、比重が異なる２種類の液体を混ぜ合わせた各種の混合液体を対象とすることができる。例えば、水分が混入した廃軽油の処理プラントに本発明が適用されてもよい。また、本発明の調温手段は、混合液体を加熱して液体温度を一定に保つばかりでなく、冷却することで液体温度を保持してもよいし、加熱及び冷却の両方によって保持してもよい。本発明の分離装置は、変数Ｆを液体の分離が完了したか否かの判別に利用する形態に限らない。本発明においては、変数Ｆの変化又は増加に応じて、適宜の処理を行なってもよい。

第１の形態に係る概念図。 第２の形態に係る概念図。

符号の説明

５ 燃料供給口
６ 燃料排出口
７ 燃料供給弁
８ 燃料排出弁
９ フロートケース
Ｚ＝０ フロートケース９の最下端
Ｚ＝Ｈ フロートケース９の最上端
Ｚｈｆ フロート３の高さ方向の位置
Ｚｌｆ フロート４の高さ方向の位置
ΔＺ 両フロート３、４の高さ位置の差

Claims (2)

1. 比重の異なる第１の液体と第２の液体との混合液体を貯える分離容器と、前記分離容器内に配置され、前記第１の液体の比重より小さく前記混合液体の比重より大きい比重を有する第１のフロートと、前記第２の液体の比重より大きく前記混合液体の比重より小さい比重を有する第２のフロートと、前記第１のフロートと前記第２のフロートのそれぞれの高さ方向の位置を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した両フロートの高さの差に基づいて、前記第１の液体と前記第２の液体との分離の進行度合いを判別する判別手段と、を備えた液体分離装置。
2. 前記分離容器に貯えられた前記混合液体の温度を調整する調温手段と、前記混合液体の温度を計測する温度計測手段と、前記温度計測手段が検出した温度に基づいて前記調温手段の動作を制御する温度制御手段と、を備えた請求項１に記載の液体分離装置。

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