JP2011036731A - コアレッサカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】コアレッサカートリッジの廃棄処理作業を容易化する。
【解決手段】コアレッサカートリッジ１が、流体に含まれる固形物を捕捉除去する固形物除去部５と、固形物除去部５の外周側面に取り付けられ、流体に含まれる水分を凝集させて水滴化させる水凝集部６とからなる濾材部８を有し、固形物除去部５を通過して固形物除去部５の外周側に流入した流体を水凝集部６を通過させることにより遊離した水分が除去されるように構成される。固形物除去部５および水凝集部６が、ポリエチレンテレフタレート３０を主材料として成形され、また、固形物除去部５および水凝集部６が、ポリエチレンテレフタレート３０およびガラス繊維４０で構成されるハイブリッド型繊維成形体からなる。また、固形物除去部５および水凝集部６を構成するポリエチレンテレフタレート４０の繊維同士がエポキシ樹脂５０により架橋結合されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固形物除去部と水凝集部とからなる濾材部を有して構成されるコアレッサカートリッジに関する。

従来から、石油精製工場等では、石油中に混入される水分や固形物をコアレッサカートリッジにより分離除去することが一般的になっている（例えば、特許文献１参照）。このようなコアレッサカートリッジとして、側面に多数の貫通孔を有した円筒状の金属性コア部材に濾材や凝集材を巻き付け、軸方向両端面に金属製のエンドプレートが取り付けられて構成されたものが知られている。コア部材の内部空間に流入したオイルは、濾紙により固形物が捕捉されるとともに凝集濾材により水分が凝集されて分離され、清浄化されてカートリッジの外部空間に流出する。このようなコアレッサカートリッジは、所定期間使用されると濾材に目詰まりが生じるなどして分離除去性能が低下するため、着脱交換可能に設けられる。使用後のコアレッサカートリッジは、材料ごとに分別されて廃棄処分される。

実公平４−６８０１号公報

従来のコアレッサカートリッジは、成形性がよいことなどからコア部材が金属製になっている一方、濾材や凝集材として濾紙やグラスファイバ等を材質として成形する方法が用いられている。このように、従来においては製品の一部が金属からなるため、重量が大きくなって取り扱いしにくく、また、廃棄処分時には、金属製の部品からオイルを含んだ濾紙やグラスファイバ等からなる凝集材を分別しなければならず、分別するのに多大な手間が掛かっていた。また、従来のコアレッサカートリッジは、内部の骨格をなすコア部材が金属製であるため、簡単に容積を小さくできず、大きな処理コストを必要としていた。

このような課題に鑑み、本発明は、廃棄処理作業を容易化できる環境保全型のコアレッサカートリッジを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係るコアレッサカートリッジは、流体に含まれる固形物を捕捉除去する略円筒状の固形物除去部と、固形物除去部の外周側面に取り付けられ、筒状に成形された多孔性のコア部材を有し流体に含まれる水分を凝集させて水滴化させる水凝集部とからなる濾材部を有し、固形物除去部を通過して固形物除去部の外周側に流入した流体を水凝集部を通過させることにより遊離した水分が除去されるように構成され、固形物除去部および水凝集部が、同一材料で成形される。

また、上記構成のコアレッサカートリッジにおいて、固形物除去部および水凝集部が、熱可塑性樹脂（例えば、実施形態におけるポリエチレンテレフタレート３０）を主材料として成形され、また、固形物除去部および水凝集部が、熱可塑性樹脂および親水性繊維（例えば、実施形態におけるガラス繊維４０）で構成されるハイブリッド型繊維成形体からなるのが好ましい。

また、上記構成のコアレッサカートリッジにおいて、固形物除去部および水凝集部を構成する熱可塑性樹脂の繊維同士が架橋結合されているのが好ましい。

さらに、上記構成のコアレッサカートリッジにおいて、コア部材が、融点の異なる熱可塑性樹脂からなる複合繊維を熱接着して成形されるのが好ましい。

また、上記構成のコアレッサカートリッジにおいて、固形物除去部および水凝集部の長手軸方向両端面を挟持するエンドプレートが熱可塑性樹脂からなるのが好ましい。

本発明に関するコアレッサカートリッジによれば、固形物除去部および水凝集部が、同一材料で成形されるため、従来とは異なり廃棄の際に分別することが不要である。また、これらが熱可塑性樹脂からなる繊維を主材料として成形されているため、軽量化することが可能で取り扱い易く、金属を材質とするものに比べて潰し易く廃棄の際に容易に減容することが可能であり、熱可塑性樹脂として再生利用することも可能である。

また、固形物除去部および水凝集部が、親油性の熱可塑性樹脂からなる繊維と親水性のガラス繊維とからなるハイブリッド型繊維成形体で構成されているため、高い油水分離性能を有し、しかも高い油水分離性能を保持した状態で長期間使用することができる。さらに、固形物除去部や水凝集部を構成する熱可塑性樹脂を構成する繊維の複数の繊維同士が架橋結合されているため、実用上耐油性や強度を十分確保している。

また、水凝集部を構成するコア部材として、融点の異なる熱可塑性樹脂からなるポリエチレンテレフタレート等の複合繊維が使用されており、これらを熱接着して成形するためコア部材の透気度が確保され（多孔質からなり）、固形物除去部側から水凝集部側へと流体を流入させ易くなっている。さらに、固形物除去部側および水凝集部を挟持するエンドプレートが、固形物除去部や水凝集部と同じ熱可塑性樹脂を材質としているため、エンドプレートを樹脂により接着もしくは熱溶着により固形物除去部等に接合させることが可能である。

本発明に係るコアレッサカートリッジが設けられたフィルタセパレータの構成を示す概要図である。 上記コアレッサカートリッジの縦断面図を含む側面図である。 上記コアレッサカートリッジの図３におけるＡ―Ａ断面図を含む平面図である。 上記コアレッサカートリッジの濾紙部を構成するハイブリッド型繊維成形体の様子を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。ここではまず、図１を用いて本発明に係るコアレッサカートリッジ２０が設けられたフィルタセパレータ１の構成について説明する。なお、図１に示す矢印Ｕの方向を流体の流れ方向として説明する。そして、外形が略円筒状に形成されるコアレッサカートリッジ２０の長手軸方向を上下方向とする。図１に全体構成を示すフィルタセパレータ１は、ケーシング２と、ケーシング２の内部に収容されるコアレッサカートリッジ２０（凝集層）とセパレータカートリッジ１０とから構成される。このフィルタセパレータ１は、例えば石油精製工場や石油化学工場の製品出荷ラインに設けられている。

ケーシング２は、例えば上下の半体を組み付けることにより構成され、組付状態において上下に延びる円筒状に成形され、内部に閉じた空間２Ｃが形成される。ケーシング２には、内部空間２Ｃとケーシング２の外部とを連通させるオイル流入孔２ａおよびオイル流出孔２ｂが形成されている。

ケーシング２には、内部空間２Ｃを上下に区画し、上方内部空間２Ｄと下方内部空間２Ｅとを形成させる仕切壁２ｃが設けられている。下部内部空間２Ｅは、さらに、オイル流入孔２ａ側の汚油室２Ｆと、オイル流出孔２ｂ側の清浄油室２Ｇとに区画される。仕切壁２ｃには、中心部とその外側の適宜位置との３箇所にそれぞれ、上下に貫通する開口２ｄ，２ｅ，２ｆが形成されている。開口２ｅは、上下に延びてコアレッサカートリッジ２０を取り付ける垂直管２ｇを介してコアレッサカートリッジ２０内部に連通し、開口２ｆは、上下に延びてセパレータカートリッジ１０を取り付ける垂直管２ｈを介してセパレータカートリッジ１０内部に連通する。また、仕切壁２ｃの中心部に設けられた開口２ｄおよび上下に延びる凝集水排出配管２ｉを介して、上方内部空間２Ｄとケーシング２の外部とが汚油室２Ｆおよび清浄油室２Ｇとは遮蔽された状態に連通される。

汚油室２Ｆは上下に延びる汚油排出配管２ｊと連通しており、汚油室２Ｆ内の清掃時等において、汚油室２Ｆ内の油を汚油排出配管２ｊを介してケーシング２の外部へ排出させることが可能である。また、清浄油室２Ｇは上下に延びる清浄油排出配管２ｋと連通しており、清浄油室２Ｆ内の清掃時等において、清浄油室２Ｆ内の油を清浄油排出配管２ｋを介してケーシング２の外部へ排出させることが可能である。

コアレッサカートリッジ２０は、油中に含まれる固形夾雑物を捕捉して微小な水滴を凝集分離する機能を有している。一方、セパレータカートリッジ１０は、コアレッサカートリッジ２０により分離除去しきれない水滴を撥水除去する機能を有している。すなわち、図１に示すように、オイル流入孔２ａからケーシング２内に区画された汚油室２Ｆを介してコアレッサカートリッジ２０に流入することによりコアレッサカートリッジ２０で微小な水滴が凝集分離された油は、セパレータカートリッジ１０を通過することにより水滴を撥水除去され、ケーシング２内に区画された清浄油室２Ｇを介してオイル流出孔２ｂから外部へと流出するようになっている。

ここで、本発明に係るコアレッサカートリッジ２０の構成について図２乃至図４を用いて説明する。コアレッサカートリッジ２０は、略円筒状の固形物除去部５と、固形物除去部５の外周側に固形物除去部５に巻かれるように設けられた略円筒状の水凝集部６とからなる濾材部８を有して構成され、水凝集部６の外周面が多孔性のソックス７により覆われている。水凝集部６は固形物除去部５の外周側に配設されたコア部材となる略円筒状の第１の濾材６ａ、第１の濾材６ａの外周面に密接して巻かれた第２の濾材６ｂ及び第２の濾材６ｂの外周面に密接して巻かれた第３の濾材６ｃ、さらに、第３の濾材６ｃの外周面に密接して設けられ不織布からなる第４の濾材６ｄで構成される。ソックス７は、この第４の濾材６ｄを覆うようにして水凝集部６に設けられている。

そして、コアレッサカートリッジ２０は、固形物除去部５および水凝集部６からなる濾材部８とソックス７とが、円筒軸方向両端に配設され断面略コの字状であって平面視略円形状のエンドプレート１１，１１により挟持されている。エンドプレート１１には、その中心位置に略円形の開口１１ａ（直径９０ｍｍ程度であるが、この寸法に限られない）が形成されており、この開口１１ａが、濾材部８を構成する固形物除去部５の内周面で囲まれた内周空間１２に連通している。エンドプレート１１を上下に取り付けた状態において、コアレッサカートリッジ２０の長手軸方向の長さは７００ｍｍ程度であるが、必ずしもこの寸法に限られない。また、エンドプレート１１を上下に取り付けた状態のコアレッサカートリッジ２０の直径は、１５０ｍｍ程度であるが、必ずしもこの寸法に限られない。

濾材部８は、固形物の捕捉性能及び遊離水分の分離性能を高めるために、さらには濾層の剛性を高めることを目的として次のような素材及び形状からなる。まず、固形物除去部５は、１００μ以下の濾過精度を有するハイブリッド型繊維からなる湿式不織布を蛇腹状に折り畳んで環状にし、断面菊花状に形成して構成する。このハイブリッド型繊維の材質として、例えばポリエチレンテレフタレート３０と親水性繊維であるガラス繊維４０とからなるものが挙げられる。図４に示すように、ポリエチレンテレフタレート繊維は低融点の樹脂３０ａを高融点繊維３０ｂの外周に溶着させた２重の構成となっており、ろ紙成型時に１００〜１２０℃でカレンダー処理することにより低融点部が溶着して繊維同士が接合される。更に固形物除去５に使用する濾材は低温架橋性のエポキシ樹脂５０（フェノール樹脂等でもよい）をディッピング処理（含浸処理）することにより、折り加工時の成型性を向上している。このように繊維全体を架橋硬化させることで、固形物除去部５全体の剛性を上げている。これにより固形物捕捉性能や強度が向上して性能が劣化することなく長期間の使用にも耐え得るようになっている。

水凝集部６のコア部材である第１の濾材６ａは、従来の金属製のものに代わるものとして、乾式製法による５デニールの太さの融点が異なるポリエチレンテレフタレート等を材質とする２層構造繊維のシートを成型機にて一定の圧力（２ＫＰａ〜１０ＫＰａ）を掛けながら１００〜１２０°の加熱条件下で巻き込むことにより低融点部を熱溶し層を形成させる。また、ポアを多く形成させて多孔性とすることにより透気度を確保しつつ強度を持たせている。水凝集部６の第２・第３の濾材６ｂ・６ｃは、固形物除去部５と同様に１００μ以下の濾過精度の異なるハイブリッド型繊維で構成されている。このハイブリッド型繊維の材質として、ポリエチレンテレフタレートに１５％のガラス繊維を混抄したものが挙げられ、シート状に形成された濾材を第１の濾材ａで加熱しながら巻き込んで筒状に形成している。そして第４の濾材４ｄはポリエチレンテレフタレートを材質とする筒状の乾式不織布で構成される。

コアレッサカートリッジ２０の上下をシールするエンドプレート１１，１１は、主として固形物除去部５や水凝集部６と同一の材質からなり、例えば、ポリエチレンテレフタレートに対して２５％のマイクロガラスを混ぜたものを射出成形によりプレート型に成形される。このようにして成形されたプレート型のエンドプレート１１，１１が、濾材部８およびソックス７の両端部を各々被せるような状態にエポキシ樹脂等の接着剤により接着される。また、エンドプレート１１は、母材として固形物除去部５や水凝集部６と同じ熱可塑性のポリエチレンテレフタレートからなるため、エンドプレート１１の固形物除去部５等への取り付けに当たっては、エンドプレート１１，１１を各々固形物除去部５や水凝集部６等の上下に被せた状態で、熱溶着により固形物除去部５、水凝集部６およびエンドプレート１１を一体成形することも可能である。

このように構成されるコアレッサカートリッジ２０の両端面には、コアレッサカートリッジ２０の内周空間１２に連通するように略円形の開口が中心に形成された略円板状のガスケット９が設けられている。そして、コアレッサカートリッジ２０の上部に設けられた上部ガスケット９ａにより、コアレッサカートリッジ２０の上部に載置される図示しない蓋部材とエンドプレート１１との隙間から内周空間１２の流体が外部に漏れ出さないようになっている。また、コアレッサカートリッジ２０の下部に設けられた下部ガスケット９ｂにより、コアレッサカートリッジ２０を取り付ける垂直管２ｇ（図１参照）とエンドプレート１１との隙間から内周空間１２の流体が外部に漏れ出さないようになっている。

次に、以上のように構成されたコアレッサカートリッジ２０を有するフィルタセパレータ１により灯油、軽油、ガソリン等の燃料としての油の濾過や潤滑油等を濾過する場合について説明する。まず、油はオイル流入孔２ａよりフィルタセパレータ１の汚油室２Ｆ内に導入される。汚油室２Ｆ内に導入された燃料は垂直管２ｇを通ってコアレッサエレメント２０の下部側から内周空間１２に流入する。内周空間１２に流入した油は、固形物除去部５を通過の際に油に含まれる固形物が捕捉されて除去される。固形物除去部５を通過した油は、水凝集部６を構成する多孔性の第１の濾材６ａを通過した後、第２の濾材６ｂ、第３の濾材６ｃ、第４の濾材６ｄの順に略水平方向に放射状に通過するように流れる。

油が第１の濾材６ａ〜第４の濾材６ｄを順に流れる過程で、以下のようにして油に混入する遊離水分が凝集して水滴化する。まず、遊離水分により乳化した状態で第１の濾材６ａに流入した油は、図４に示すような繊維を通過することで、微小な水滴が破壊される。破壊された微小な水滴は、親水性のガラス繊維４０により水滴同士が徐々に凝集して粗粒化される。粗粒化した水滴は、第１の濾材６ａから第４の濾材６ｄに向かって流れるとともに凝集が繰り返されて、最終的には２ｍｍ乃至６ｍｍ程度の径の水滴に成長する。

水凝集部６で凝集されて水滴化した水は、油の流れに押し出されるようにしてソックス７を介してコアレッサカートリッジ２０の外周表面から離脱し、水と油との比重差により沈降する。沈降した水滴は、ケーシング２の上方内部空間２Ｄの下部の底面に水Ｗとして貯留する。

コアレッサエレメント２０の固形物除去部５および水凝集部６を通過してケーシング２の上方内部空間２Ｄに流出した油は、ケーシング２内をセパレータエレメント１０方向に流れ、セパレータエレメント１０を通過することにより、ケーシング２内で自重沈降しきれなかった水分が撥水除去され、遊離水分が完全に分離除去された清浄な油として清浄油室２Ｇを通ってフィルタセパレータ１の外部へと流出する。

これまで、本発明に係るコアレッサカートリッジの実施形態を説明したが、必ずしも上記構成に限られない。上記実施例では、石油から水分を除去するためのフィルタセパレータ１のコアレッサカートリッジとして用いる例を示したが、本発明に係るコアレッサカートリッジは、石油以外の他の液体の液分離装置（すなわち、液−液分離装置）に用いられてもよい。また、石油から水分を除去するためのフィルタセパレータ１としての利用についても、石油精製工場の製品出荷ラインに設けるだけに限らず、他の用途であっても同様にして実施でき、同様の効果を得ることができる。また、水に侵入する油分を分離する液−液分離装置や、ガス（気体）に混入する油や水のミスト等を分離する気−液分離装置に用いることもできる。

１ フィルタセパレータ
２ ケーシング
５ 固形物除去部（濾材部）
６ 水凝集部（濾材部）
６ａ 第１の濾材（コア部材、水凝集部）
６ｂ 第２の濾材（水凝集部）
６ｃ 第３の濾材（水凝集部）
６ｄ 第４の濾材（水凝集部）
７ ソックス
８ 濾材部
９ ガスケット
１０ セパレータカートリッジ
１１ エンドプレート
１１ａ 上部エンドプレート
１１ｂ 下部エンドプレート
２０ コアレッサカートリッジ
３０ ポリエチレンテレフタレート（熱可塑性樹脂）
４０ ガラス繊維（親水性繊維）
５０ エポキシ樹脂

Claims (6)

1. 流体に含まれる固形物を捕捉除去する略円筒状の固形物除去部と、前記固形物除去部の外周側面に取り付けられ、筒状に成形された多孔性のコア部材を有し流体に含まれる水分を凝集させて水滴化させる水凝集部とからなる濾材部を有し、
   前記固形物除去部を通過して前記固形物除去部の外周側に流入した流体を前記水凝集部を通過させることにより遊離した水分が除去されるように構成されたコアレッサカートリッジであって、
   前記固形物除去部および前記水凝集部が、同一材料で成形されることを特徴とするコアレッサカートリッジ。
2. 前記固形物除去部および前記水凝集部が、熱可塑性樹脂を主材料として成形されることを特徴とする請求項１に記載のコアレッサカートリッジ。
3. 前記固形物除去部および前記水凝集部が、前記熱可塑性樹脂および親水性繊維で構成されるハイブリッド型繊維成形体からなることを特徴とする請求項２に記載のコアレッサカートリッジ。
4. 前記固形物除去部および前記水凝集部を構成する前記熱可塑性樹脂の繊維同士が架橋結合されていることを特徴とする請求項２もしくは３に記載のコアレッサカートリッジ。
5. 前記コア部材が、融点の異なる前記熱可塑性樹脂からなる複合繊維を熱接着して成形されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のコアレッサカートリッジ。
6. 前記固形物除去部および前記水凝集部の長手軸方向両端面を挟持するエンドプレートが熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のコアレッサカートリッジ。

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