JP2014113579A

JP2014113579A - 水分含有油の脱水処理装置及び方法、風力発電装置

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Publication number: JP2014113579A
Application number: JP2012271586A
Authority: JP
Inventors: Ayako Ureshino; 絢子嬉野; Chisato Tsukahara; 千幸人塚原
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】水分を含む油から効率よく水分を処理できる水分含有油の脱水処理装置及び方法、風力発電装置を提供する。
【解決手段】貯蔵タンク１１からの水分含有油１２を所定量投入する脱水器本体１３と、前記脱水器本体１３内に投入された水分含有油内に所定間隔を持って一対配置される陽極１４と陰極１５とからなる電気分解電極と、陽極１４と陰極１５に電流を供給する電源１６と、を具備し、前記陽極１４と陰極１５に電流を供給して、電気分解により油中の水を電気分解する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水分含有油の脱水処理装置及び方法、風力発電装置に関する。

水分を含む燃料油、潤滑油から水分を除去する脱水方法として、例えば沈殿分離方法、加熱処理方法、フィルタ濾過（吸着）方法、遠心分離方法等が存在する。

沈殿分離方法、遠心分離方法等は、分離水の除去は可能であるが、油中に溶解する溶解水の除去ができないという、問題がある。
また、過熱処理方法は、油の劣化を加速するので、好ましくないという問題がある。

溶解水を除去することができるフィルタ濾過法として、原油中に含まれる水分を除去する中空糸膜ユニットを用いた方法が提案されている（特許文献１）。

特開平１１−２４４６６８号公報

しかしながら、フィルタ濾過方法は、水分を多量に含むような油を処理する場合には、ランニングコストが多大となる、という問題がある。

そこで、水分を多量に含む油から溶解水を効率よく処理することができる、水分含有油の脱水処理装置及び方法の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、水分を含む油から効率よく水分を処理できる水分含有油の脱水処理装置及び方法、風力発電装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、水分含有油を所定量投入する脱水器本体と、前記脱水器本体内に投入された水分含有油内に所定間隔を持って一対配置される陽極と陰極とからなる電気分解電極と、前記電気分解電極に電流を供給する電源と、を具備し、前記電気分解電極に電流を供給して、電気分解により油中の水を電気分解することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記脱水器本体内に希釈ガスを導入し、発生した水素を希釈することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記脱水器本体の底部から水分含有油を供給し、対向する電気分解電極間を徐々に流通しつつ電気分解することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置にある。

第４の発明は、脱水器本体に水分含有油を導入した後、電気分解により、油中の水分を分解・気化させ、脱水処理油を得ることを特徴とする水分含有油の脱水処理方法にある。

第５の発明は、油圧モータ型の風車と、第１乃至３のいずれか一つの発明の水分含有油の脱水処理装置とを備え、前記油圧モータに用いる油圧オイルを、前記水分含有油の脱水処理装置により脱水することを特徴とする風力発電装置にある。

本発明によれば、水分含有油を電気分解処理することで、油に含まれる水の除去を簡易に行うことができる。

図１は、実施例１に係る水分含有油の脱水処理装置の概略図である。図２は、実施例２に係る水分含有油の脱水処理装置の概略図である。図３は、電圧と電気分解効率との関係図である。図４は、実施例３に係る脱水処理装置を備えた風車の概略図である。図５は、油圧ドライブユニットの構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

本発明による実施例に係る水分含有油の脱水処理装置及び方法について、図面を参照して説明する。図１は、水分含有油の脱水処理装置の概略図である。
図１に示すように、水分含有油の脱水処理装置（以下「脱水処理装置」という）１０Ａは、貯蔵タンク１１からの水分含有油１２を所定量投入する脱水器本体１３と、前記脱水器本体１３内に投入された水分含有油１２内に所定間隔を持って一対配置される陽極１４と陰極１５とからなる電気分解電極と、前記陽極１４と陰極１５とに電流を供給する電源１６と、を具備し、前記陽極１４と陰極１５に電流を供給して、電気分解により油中の水を電気分解する。
図１中、符号１７は脱水処理油タンク、Ｌ₁は水分含有油１１を脱水器本体１３に供給する供給ライン、Ｌ₂は脱水処理油を脱水処理油タンク１７に供給する供給ライン、Ｌ₃は希釈ガス（窒素ガス）を導入するガス供給ライン、Ｌ₄は排気ライン、Ｐ₁は排気ポンプ、Ｖ₁，Ｖ₂は排出弁を各々図示する。

本実施例では、水分含有油の脱水方法として、電気分解法を適用し、油中に含まれる水分を電気分解により酸素（Ｏ₂）と水素（Ｈ₂）とに分離・気化し、外部に排出するようにしている。

ここで、本実施例で用いる電気分解電極としては、陽極１４に二酸化チタン（ＴｉＯ₂）を用い、陰極１５に白金（Ｐｔ）を用いるようにしている。
なお、陽極１４として、白金電極そのもの、又は白金と二酸化チタンとの積層体からなる電極を用いるようにしてもよい。

ここで、二酸化チタンを陽極１４に用いるのは、二酸化チタンは、水に対してなじみのある材質であるからである。特に二酸化チタンアナターザ型のＴｉＯ₂を用いるのが好ましい。これは、二酸化チタンを陽極として用いる場合、電極表面の親水性が高くなり、そのことにより油中水分が電極に接触しやすくなるからである。

また、電気分解電極の陽極１４と陰極１５の対向間隔ｄとしては、１〜１０ｍｍ程度、より好ましくは、２〜３ｍｍとするのが好ましい。
これは、１０ｍｍ以上間隔が離れると、効率的な電気分解ができないからである。

本実施例の脱水処理装置１０Ａの電極としては、図１では、一対の陽極１４と陰極１５とからなる電気分解電極を例示しているが、大量の水分含有油を処理する実機に適応する場合では、陽極１４と陰極１５とからなる電気分解電極を複数セット近接して配置し、効率的な電気分解を行うようにするのが好ましい。

複数の電気分解電極を配置する場合、電気分解電極同士が近接する場合には、電極同士の間に絶縁部材を配して、ショートをすることを防止するようにしている。これは、特に潤滑油等のように油中に金属粉等が混入するような場合には、ショート対策として必要となる。

また、陽極１４と陰極１５とに印加する電圧は４０〜１００Ｖ程度とするのが好ましい。
これは、４０Ｖ以下では電気分解効率が遅くなり、一方１００Ｖを超える場合には油の劣化が進行してしまい、好ましくないからである。

図３は電圧と電気分解効率との関係図である。
図３に示すように、４０Ｖ以下では電気分解効率が悪いことが確認された。ここで、本例では、陽極１４に二酸化チタン（ＴｉＯ₂）を用い、陰極１５に白金（Ｐｔ）を用いており、電極の間隔ｄは３ｍｍとした。

脱水の完了は、油層に設けた水分計３０により計測している。
ここで、水分計３０としては、例えば近赤外線水分計、静電容量水分計等の公知の水分計を用いることができる。

本実施例の脱水処理装置１０を用いた電気分解処理の手順を説明する。
脱水器本体１３に水分含有油１２を、貯蔵タンク１１から所定量投入する。
脱水器本体１３に配置した一対の陽極１４、陰極１５に電源１６から電流を流す。
この電流を流すことにより、陽極１４であるＴｉＯ₂極の表面に油中の水（Ｈ₂Ｏ）が集まる。この集まった水が電気分解され、陽極１４のＰｔ極の表面では、酸素（Ｏ₂）が発生し、陰極１５の表面では水素（Ｈ₂）が発生する。

また、脱水器本体１３には窒素（Ｎ₂）を導入し、発生した水素（Ｈ₂）を希釈し、排気ポンプＰ₁を介して、排気ラインＬ₄から外部に排出される。

なお窒素は、窒素ボンベ以外に、例えば圧力スイング装置（Pressure Swing Adsorption：ＰＳＡ）により吸着剤を用いて空気から得られた窒素を用いるようにしてもよい。

脱水後の脱水処理油は、排出弁Ｖ₂を介して脱水処理油タンク１７に回収される。

本発明によれば、電気分解により、油中に含まれる水分を電気分解するので、簡易な構成で水分を除去することができる。また、脱水操作に伴う消費物質がない、サイクル方式での脱水が可能となる。

以上のように、本発明に係る水分含有油の脱水処理装置及び方法によれば、水分を含む油から溶解水を簡易な設備で効率よく処理することができ、例えば燃料油、潤滑油の処理が簡易になる。

本発明による実施例に係る脱水処理装置について、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係る脱水処理装置の概略図である。なお、実施例１の脱水処理装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、実施例２に係る脱水処理装置１０Ｂは、脱水器本体１３を円筒状としており、この脱水器本体１３内に、平板状の一対の陽極１４と陰極１５とからなる電気分解電極を配置する。

水分含有油１２は、脱水器本体１３の底部から導入され、一対の陽極１４と陰極１５とで隘路を形成しており、陽極１４と陰極１５との間のみを水分含有油１２が通過するようにしている。
なお、陽極１４と陰極１５の対向間隔ｄとしては、実施例１と同様に、１〜１０ｍｍ程度、より好ましくは、２〜３ｍｍとする。

一対の陽極１４と陰極１５の対向する間を、水分含有油１２を流入する速度は、およそ５０〜２００ｍＬ／分とするのが好ましい。
なお、流速をあまり速くするのは好ましくない。これは、電極１４、１５との接触効率が悪くなり、良好な脱水とならないからである。

本実施例の脱水処理装置１０Ｂを用いることで、一対の陽極１４と陰極１５の対向する間に、水分含有油１２を流入することで、電気分解され、油中の水分が脱水される。
脱水処理した後の脱水処理油は、脱水器本体１３の頂部側から排出ラインＬ₅により排出され、分離器２０で酸素と水素とを分離させ、脱水処理タンク１７に供給ラインＬ₂を介して送られる。分離器２０には窒素を導入して、排気ラインＬ₆により外部へ排出される。

なお、返送ラインＬ₇を介して、分離器２０から脱水処理油を、貯蔵タンク１１側へ戻すようにしてもよい。

実施例１ではバッチ処理により所定量の油を脱水処理していたが、本実施例では連続して水分含有油１２を脱水器本体１３内に供給することで、連続しての脱水処理が可能となる。

本発明による実施例に係る脱水処理装置を備えた風車について、図面を参照して説明する。図４は、実施例３に係る脱水処理装置を備えた風車の概略図である。図５は、油圧ドライブユニットの構成図である。なお、実施例１の脱水処理装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る風力発電装置１００は、風車翼１０１を取り付けたロータヘッド（ハブ）１０２と、ロータヘッド１０２を軸支するナセル１０４と、ナセル１０４を支持する支柱（タワー）１０５と、タワー１０５を設置するための基台１０６とから構成されている。

ロータヘッド１０２は、主軸１１０に連結されて回転するロータヘッド鋳物１１１と、ロータヘッド鋳物１１１の外周に所定の空間を形成してロータヘッド鋳物１１１を覆うロータヘッドカバー１１２とにより構成されている。ロータヘッド鋳物１１１に回転軸方向に対して放射状に複数の風車翼１０１が取り付けられている。この風車翼１０１には外風により揚力が発生し、この発生した揚力がロータヘッド１０２を回転軸方向に対して周方向に回転させる動力となる。

また、ロータヘッド鋳物１１１の内部には、例えば風車翼１０１のピッチ制御を行う油圧機器類やコントロールパネル等の制御機器類（不図示）およびその電源が収納設置されている。

また、ナセル１０４の内部には、例えばロータヘッド１０２と同軸の油圧ポンプ１１３と油圧ポンプ１１３からの油圧によりモータを回転させる油圧モータ１１４と、油圧モータ１１４の回転により発電する同期発電機１１５を具備してなる油圧・発電機構が収納設置されている。そして、ロータヘッド１０２の回転を油圧ポンプ１１３の油に圧力をかけ、その圧力で油圧モータ１１４を回して同期発電機１１５を駆動させることにより、該発電機１１５より発電機出力が得られる。油圧をかけるために、油圧ポンプ１１３と油圧モータ１１４との間には油圧配管１１６が配され、図示しない制御手段により油圧を制御することで、同期発電機１１５の回転数を一定に制御している。

また、図５に示すように、油圧ドライブユニット１２０は、ロータヘッド１０２の回転により油に圧力をかける油圧ポンプ１１３と、その圧力がかけられた油を送給する油圧配管１１６と、圧力がかけられた油により回転する油圧モータ１１４と、油圧モータ１１４の回転により発電する同期発電機１１５と、油圧モータ１１４からの戻り油を冷却する冷却手段１２１と、油を補給する油タンク１２２と、油タンク１２２から供給される油オイル１２３を脱水する水分含有油の脱水処理装置１０（１０Ａ、１０Ｂ）とを具備してなる。

本実施例の風力発電装置１００は、実施例１又は２の水分含有油の脱水処理装置１０Ａ、１０Ｂを備えていることにより、長期間に亙って風車を運転する際において、油圧ドライブユニット１２０で用いる油圧オイル１２３を脱水することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ水分含有油の脱水処理装置（脱水処理装置）
１２水分含有油
１３脱水器本体
１４陽極
１５陰極
１６電源

Claims

水分含有油を所定量投入する脱水器本体と、
前記脱水器本体内に投入された水分含有油内に所定間隔を持って一対配置される陽極と陰極とからなる電気分解電極と、
前記電気分解電極に電流を供給する電源と、を具備し、
前記電気分解電極に電流を供給して、電気分解により油中の水を電気分解することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置。
請求項１において、
前記脱水器本体内に希釈ガスを導入し、発生した水素を希釈することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置。
請求項１又は２において、
前記脱水器本体の底部から水分含有油を供給し、対向する電気分解電極間を徐々に流通しつつ電気分解することを特徴とする水分含有油の脱水処理装置。
脱水器本体に水分含有油を導入した後、電気分解により、油中の水分を分解・気化させ、脱水処理油を得ることを特徴とする水分含有油の脱水処理方法。
油圧モータ型の風車と、
請求項１乃至３のいずれか一つの水分含有油の脱水処理装置とを備え、
前記油圧モータに用いる油圧オイルを、前記水分含有油の脱水処理装置により脱水することを特徴とする風力発電装置。