JP2015029951A

JP2015029951A - 洗浄システム及び洗浄液の浄化装置

Info

Publication number: JP2015029951A
Application number: JP2013160970A
Authority: JP
Inventors: 山本　健; Ken Yamamoto; 健山本; 龍一和田; Ryuichi Wada; 仲野　真一; Shinichi Nakano; 真一仲野
Original assignee: Aqua Chemical Co Ltd
Current assignee: Aqua Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-08-02
Filing date: 2013-08-02
Publication date: 2015-02-16
Anticipated expiration: 2033-08-02
Also published as: JP6298603B2

Abstract

【課題】乳化状態の加工油を効果的に除去して、長期間にわたって通常運転を継続できる洗浄システムを提供する。【解決手段】洗浄槽１Ａから洗浄液を受けて乳化状態の加工油を除去して洗浄液を再生する浄化装置４は、洗浄槽１Ａからの洗浄液を受ける濃縮タンク１０と、流入口に受ける洗浄液を中空糸膜の膜面に沿って流通させて流出口に出力する一方、中空糸膜を通過した再生液を再生口から出力する中空糸膜モジュール１１と、濃縮タンクの洗浄液を流入口に供給すると共に、流出口から出力される洗浄液を濃縮タンクに供給する循環部１２，１３と、を有して構成され、再生口から出力される再生液が、洗浄槽１Ａにおいて再使用される。【選択図】図１

Description

本発明は、使用後の洗浄液から乳化状態の加工油を除去して、長期間にわたって洗浄液を再使用可能に構成した洗浄システム、及び洗浄液の浄化装置に関する。

金属の切削、研磨、塑性可能などの機械加工では、切削油などの加工油が使用されるので、加工物に付着した加工油を洗浄除去することが必要となる。そして、洗浄処理では、シャワー洗浄、スプレー洗浄、ジェット洗浄、浸漬洗浄、超音波洗浄、揺動・回転洗浄、バブリング洗浄、蒸気洗浄（真空洗浄）などが適宜に選択されて実行される。

洗浄工程で使用される洗浄剤は、一般に、水系洗浄剤と、非水系洗浄剤と、準水系洗浄剤とに区分される。水系洗浄剤は、通常、無機・有機ビルダー、界面活性剤、キレート剤、防錆剤などから構成され、濃縮液や粉末の状態で提供されて、１０〜１００倍程度に水で希釈して使用される。

一方、非水系洗浄剤は油性の溶剤であり、炭化水素系、アルコール系、シリコーン系などに細分される可燃性洗浄剤と、その他の不燃性洗浄剤とに大別される。但し、不燃性洗浄剤には環境破壊の問題があるので、最近では、可燃性洗浄剤、とりわけ炭化水素系洗浄剤が好適に使用されている。

また、準水系洗浄剤は、水系洗浄剤と非水系洗浄剤の中間的な洗浄剤であり、非水系溶剤に界面活性剤などを配合した可燃物型と、水溶性溶剤に少量の水を配合した非可燃物型とに区分される。

特開平９−６６２６６号公報特開２００１−１４９７６０号公報

上記の通り、洗浄装置で使用される洗浄剤として各種のものが存在するが、このうち、水系洗浄剤は、引火性や爆発性がない上に、固形物汚れも除去可能であって毒性も極めて少なく、しかも、ランニングコストが安いという利点がある。

また、水系洗浄剤は、超音波洗浄にも相性が良いという特徴もある。超音波洗浄は、洗浄槽に超音波振動子を配置して超音波振動を発生させる洗浄方式であり、キャビテーション効果によって加工物の細部も含めて油汚れを剥ぎ取ることができる点で非常に効果的である。

しかし、超音波洗浄では、超音波振動によって加工油の乳化分散を促進するので、乳化状態の加工油の除去が大きな問題となる。すなわち、コアレッサーなどの油水分離フィルターでは、乳化状態の加工油を効果的に除去することはできない。

ここで、炭化水素系洗浄剤であれば、これを蒸留再生することができるが、水系洗浄剤では、蒸留再生が不可能であるので、限界を超えて汚れた洗浄液の全量を廃棄するしかなく、水系洗浄剤の持つランニングコスト上のメリットを生かし切れないという問題があった。

ところで、中空糸膜モジュールの使用に関し、特許文献１や特許文献２の提案はあるが、これらの構成は、洗浄液についての浄化処理を何ら示唆するものではない。しかも、特許文献１に記載の発明のように、全量濾過方式を採る場合（図２参照）には、濾過効率に優れるものの、短期間の運転の後に逆洗処理が必要となり、長期間の定常運転が望めない。一方、引用文献２に記載の発明は、中空糸膜の分離精度が０．５〜３μｍであってクーラント中の懸濁物質を除去できるに過ぎず、洗浄液の浄化処理、とりわけ、乳化状態の加工油を含んだ洗浄液の浄化処理を示唆するものではない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、乳化状態の加工油を効果的に除去して、洗浄液を交換することなく、長期間にわたって通常運転を継続できる洗浄システム、及び洗浄液の浄化装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、水系又は準水系の洗浄液を使用して被洗浄物を洗浄する洗浄槽と、洗浄槽で使用した洗浄液を受けて乳化状態の加工油を除去して洗浄液を再生する浄化装置と、を有して構成された洗浄システムであって、前記浄化装置は、前記洗浄槽からの洗浄液を受ける濃縮タンクと、流入口に受ける洗浄液を中空糸膜の膜面に沿って流通させて流出口に出力する一方、中空糸膜を通過した再生液を再生口から出力する中空糸膜モジュールと、前記濃縮タンクの洗浄液を前記流入口に供給すると共に、前記流出口から出力される洗浄液を前記濃縮タンクに供給する循環部と、を有して構成され、前記再生口から出力される再生液が、前記洗浄槽において再使用されるよう構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、被洗浄物に付着した加工油を洗浄する洗浄システムの適所に配置されて、洗浄槽で使用された洗浄液を浄化する浄化装置であって、前記洗浄槽からの洗浄液を受ける濃縮タンクと、流入口に受ける洗浄液を中空糸膜の膜面に沿って流通させて流出口に出力する一方、中空糸膜を通過した再生液を再生口から出力する中空糸膜モジュールと、前記濃縮タンクの洗浄液を前記流入口に供給すると共に、前記流出口から出力される洗浄液を前記濃縮タンクに供給する循環部と、を有して構成され、前記再生口から出力される再生液が、前記洗浄槽において再使用されるよう構成されている。

上記何れの発明も、洗浄液で中空糸膜の膜面を洗浄しつつ、洗浄液を浄化する点に大きな特徴がある。具体的には、乳化状態の加工油を含んだ洗浄液が、循環部の機能に基づき適度な流速で流通するので、洗浄液は、中空糸膜モジュールの膜面を洗浄しつつ濃縮タンクに還流され、また、中空糸膜を通過する過程で、加工油が除去されて浄化された再生液となる。そして、浄化された再生液は、洗浄槽において再使用されるので、洗浄液を交換することなく、長期間にわたって洗浄システムの通常運転を継続することができる。

しかも、本発明では、流入口に受ける洗浄液を中空糸膜の膜面に沿って流通させて流出口に出力するので（クロスフロー濾過方式）、中空糸膜の内面は、洗浄液によって定常的に洗浄されることになり、中空糸膜を、長期間にわったって安定して機能させることができ、この意味でも、洗浄システムの通常運転を長期間にわたって継続させることができる。

本発明の洗浄槽は、特に限定されないが、好適には、超音波振動子を配置して超音波洗浄を実行する超音波洗浄槽がこれに該当する。本発明の構成を採ることで、超音波振動によって乳化された加工油についても効果的に除去することができる。

本発明の洗浄液は、非水系の洗浄剤を除いた、水系又は準水系の洗浄剤に基づく洗浄液である。水系洗浄剤は、アルカリ洗浄剤と、中性洗浄剤と、酸性洗浄剤と、に区分されるが、本発明の洗浄剤として、好適には、超音波洗浄工程に適用可能なアルカリ洗浄剤及び中性洗浄剤が使用される。

ここで、アルカリ洗浄剤は、一般に、(1) 界面活性剤と、(2) 苛性ソーダ、リン酸塩、珪酸塩、炭酸塩、キレート剤などの無機・有機ビルダーと、(3) 防錆剤などから構成される。また、中性洗浄剤は、一般に、(1) 界面活性剤と、(2) 無機・有機ビルダーと、(3) 防錆剤などから構成され、界面活性能によって洗浄効果が発揮される。

本発明の中空糸膜の素材は、特に限定されないが、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリイミド、ポリアラミド、ポリアクリロニトリル、ポリカードネート、ポリアミド、ＰＭＭＡ、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、酢酸セルロース、フッ素基含有樹脂などを例示することができる。

これらの有機材料のうち、特に、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアラミド、ポリプロピン、ポリエチレンなどの疎水性ポリマーが好適である。なお、有機材料に無機微粉体を含有させることは何ら禁止されない。

本発明において、濃縮タンクの洗浄液は、４０℃〜７０℃の温度範囲に維持されているのが好ましく、４０℃以上の温度域を管理することで、洗浄効果を高めることができ、且つ、付着物質の堆積を効果的に抑制することができる。また、７０℃以下の温度域に管理することで、中空糸膜を劣化させることもない。なお、より好適には、濃縮タンクの洗浄液は、５０℃〜６０℃の温度域に管理すべきである。

本発明の中空糸膜は、分画分子量が３，０００〜５０，００００程度であって、平均孔径が０．００５μｍ〜０．０５μｍの限外濾過（Ultra Filtration）膜で構成されているのが好ましく、より好ましくは、分画分子量が１５，０００程度であって、平均孔径が０．００５μｍ〜０．０２μｍの限外濾過膜が使用される。

本発明の中空糸膜は、必要時に、洗浄液の循環路に、温水又は水系の洗浄液を所定時間流通されることでフラッシング処理（Flushing）を完了させるのが好ましい。このような構成を採れば、逆洗処理のための付帯設備を要することなく、通常運転時の液流路で濃縮タンクを含めて洗浄することができる。但し、本発明の場合には、中空糸膜の内面が洗浄液によって定常的に洗浄されるので、フラッシング処理に至るまでの期間は他の構成と比較にならないほど長い。

本発明の中空糸膜は、チューブ型に形成された膜面の内側空間に洗浄液が流通させるのが好ましい。この場合、例えば、循環部に配置されたポンプで加圧された洗浄液が流入口に導入すれば、洗浄液が膜面の内側空間で更に加圧されて中空糸膜を外方に押圧することで、濾過性能を高めることができる。

本発明の構成の場合、中空糸膜モジュールの流入口の上流位置での液圧を３０〜２００ｋＰａ程度に管理することで、中空糸膜の膜内外の圧力差が３００ｋＰａ以下に制限することができる。また、流出口から出力される洗浄液と、再生口から出力される再生液の流量比を、４０：１〜１０：１に管理するのが好ましく、再生液の流量が管理範囲を下回る場合にフラッシング処理に移行すれば良く、フラッシング処理後は、中空糸膜モジュールを交換することなく、通常運転を再開することができる。

上記した通り、本発明によれば、乳化状態の加工油を効果的に除去して、長期間にわたって通常運転を継続できる洗浄システム及び洗浄液の浄化装置を実現することができる。

洗浄システムＳＹＳの要部を示す図面である。中空糸膜を説明する概念図である。

以下、実施例について説明するが、具体的な記載内容は、特に本発明を限定するものではない。図１は、超音波洗浄槽を多段に設けた洗浄システムＳＹＳの要部を図示したものであり、一連の洗浄処理の上流側の工程を示している。

図示の通り、この洗浄システムＳＹＳの要部は、一次洗浄槽１Ａ及び二次洗浄槽１Ｂに多段に配置された洗浄槽１と、一次洗浄槽１Ａからの洗浄液を受けて不要成分を比重分離する分離槽２と、比重分離後の洗浄液を濾過する第１濾過部３と、第１濾過部３の出力の一部を受けて加工油と洗浄液とを分離する浄化装置４と、二次洗浄槽１Ｂからの洗浄液を濾過する第２濾過部５とを有して構成されている。

一次洗浄槽１Ａ及び二次洗浄槽１Ｂには、各々、超音波振動子ＵＳが配置され、一次洗浄槽１Ａで洗浄されたワークが二次洗浄槽１Ｂに移送されることで、二段階の超音波洗浄が実行されている。洗浄液としては、アルカリ洗浄剤又は中性洗浄剤である水系洗浄剤を、適宜に水希釈した洗浄液が好適に使用され、二次洗浄槽１Ｂからオーバーフローした洗浄液が一次洗浄槽１Ａに導入され、一次洗浄槽１Ａからオーバーフローした洗浄液が分離槽２に導入されるよう構成されている。

そして、分離槽２を経由した洗浄液が、浄化装置４を循環することで、乳化状態の加工油などの不純物が除去され、浄化後の洗浄液が二次洗浄槽１Ｂに導入される。なお、特に限定されないが、洗浄液の循環は、限界以上に汚れた洗浄液の廃棄や、浄化装置４のフラッシング処理に至るまで、停止されることなく連続して実行される。

浄化装置４は、５０℃〜６０℃の温度域に管理された濃縮タンク１０と、中空糸膜をケース内部に収容した中空糸膜モジュール１１と、洗浄液を循環させる送液ポンプ１２と、中空糸膜モジュール１１を流通する洗浄液の循環路１３と、第１濾過部３での処理液を濃縮タンク１０に導入する導入路１４と、必要時に汚染液を排出する排出路１５と、中空糸膜モジュール１１で浄化された洗浄再生液を二次洗浄槽１Ｂに供給する供給路１６とを有して構成されている。

実施例の中空糸膜モジュール１１は、内径０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のポリエーテルサルホン製の中空糸膜が、多数束ねられて構成されている。そして、分画分子量が１５，０００程度であって、平均孔径０．０１μｍ（公称値）の限外濾過膜となっている。

実施例の中空糸膜モジュール１１は、クロスフロー濾過方式で運転されており、濃縮タンク１０から出力される洗浄液は、送液ポンプ１２によって加圧されて中空糸膜の膜面の内側空間に導入され、膜面に沿って流通するよう構成されている。なお、本発明者による確認実験によれば、上記した中空糸膜モジュール１１の構成によって、加工油などの不要成分が確実に除去できる一方、水系洗浄剤（アルカリ性又は中性の洗浄剤）の有効成分については、中空糸膜を繰り返し循環させても、正常レベルに維持できることが確認されている。

図２（ａ）は、中空糸膜ＨＯの内側空間を軸方向に流通する洗浄液と、中空糸膜ＨＯを径方向外向きに通過する再生液との関係を図示したものである。実施例の中空糸膜ＨＯは、平均孔径０．０１μｍ程度の限外濾過膜であるため、乳化状態の加工油であっても、中空糸膜を通過することができず内側空間を真直ぐに流通する。

図２（ｂ）は、中空糸膜モジュール１１の概略構成を図示したものであり、送液ポンプ１２で加圧された洗浄液が導入される流入口ＩＮと、中空糸膜ＨＯの内側空間を真直ぐに流通する洗浄液が導出される流出口ＯＵＴと、中空糸膜ＨＯを径方向外向きに通過した再生液が導出される再生口ＲＥとが示されている。

実施例の場合、中空糸膜モジュール１１の流入口の上流位置での液圧は、５０ｋＰａ程度に管理されることで、洗浄液と、再生液の流量比が、１００：３程度に設定されている。再生液の流量は、洗浄システムＳＹＳの運転使用期間に対応して減少傾向となり、濃縮タンクの洗浄液の油汚染や、中空糸膜の性能劣化が示唆される。

そこで、濃縮タンク１０の洗浄液の油汚れが限界を超えていると判断される場合には、濃縮タンク１０の洗浄液を排出路１５から全量廃棄する。一方、中空糸膜の濾過性能の劣化が想定される場合には、超音波洗浄を含んだ洗浄ラインを停止して、フラッシング処理に移行させる。

但し、引用文献１や引用文献２に記載の装置と異なり、本実施例では、中空糸膜の内部空間に洗浄液が定常的に流通しているので、中空糸膜の内面が目詰りなく定常的に洗浄されることになり、中空糸膜の性能劣化までの期間は非常に長い。

フラッシング液は、特に限定されないが、５０℃〜７０℃（典型的には６０℃程度）の温水や、中性の水系洗浄剤を使用するのが好適である。この場合、水系洗浄剤を継続して流通させるより、温水の流通（予備洗浄）→中性洗浄剤の流通→温水の流通（仕上げリンス）とするのが効果的である。

以上、図１に示す実施例について説明したが、具体的な記載内容は適宜に変更可能である。例えば、図１の実施例では、多段構成された洗浄槽を例示したが、超音波洗浄槽を単一槽とする場合には、浄化された洗浄液は一次洗浄槽１Ａに導入される。なお、洗浄槽が多段構成の場合、浄化された洗浄液は、最下流の洗浄槽だけでなく、その他の洗浄槽に導入しても良い。

また、本発明の適用が超音波洗浄槽に限定されないことは勿論であり、ワークに付着した洗浄液が持ち込まれる下流側の洗浄槽にも、本発明を好適に適用することができる。例えば、仕上げ洗浄槽に本発明を適用する場合、仕上げ洗浄に使用したリンス水を、濃縮タンクと中空糸膜モジュールを循環させることで、不純物を除いた清浄なリンス水に再生することができる。このような場合も含め、図１に示す浄化装置４は、洗浄液の浄化装置として、洗浄システムの適所に配置することができる。

１洗浄槽
４浄化装置
１０濃縮タンク
１１中空糸膜モジュール
１２循環部
１３循環部
ＳＹＳ洗浄システム。

Claims

水系又は準水系の洗浄液を使用して被洗浄物を洗浄する洗浄槽と、洗浄槽で使用した洗浄液を受けて乳化状態の加工油を除去して洗浄液を再生する浄化装置と、を有して構成された洗浄システムであって、
前記浄化装置は、
前記洗浄槽からの洗浄液を受ける濃縮タンクと、
流入口に受ける洗浄液を中空糸膜の膜面に沿って流通させて流出口に出力する一方、中空糸膜を通過した再生液を再生口から出力する中空糸膜モジュールと、
前記濃縮タンクの洗浄液を前記流入口に供給すると共に、前記流出口から出力される洗浄液を前記濃縮タンクに供給する循環部と、を有して構成され、
前記再生口から出力される再生液が、前記洗浄槽において再使用されるよう構成されていることを特徴とする洗浄システム。
前記濃縮タンクの洗浄液は、４０℃〜７０℃の温度範囲に維持されている請求項１に記載の洗浄システム。
前記洗浄槽には、超音波振動子が配置されている請求項１又は２に記載の洗浄システム。
前記中空糸膜は、平均孔径が０．００５μｍ〜０．０５μｍの限外濾過膜で構成されている請求項１〜３の何れかに記載の洗浄システム。
前記中空糸膜は、洗浄液の循環路に、温水又は水系の洗浄液を所定時間流通されることでフラッシング処理を完了させるよう構成されている請求項１〜４の何れか記載の洗浄システム。
前記中空糸膜は、チューブ型に形成された膜面の内側空間に洗浄液が流通するよう構成されている請求項１〜５の何れかに記載の洗浄システム。
前記循環部に配置されたポンプにより、３０ｋＰａ〜２００ｋＰａに加圧された洗浄液が前記流入口に導入されることで、中空糸膜の膜面内外の圧力差が３００ｋＰａ以下に設定されている請求項６に記載の洗浄システム。
前記流出口から出力される洗浄液と、前記再生口から出力される再生液の流量比は、４０：１〜１０：１に管理されている請求項１〜７の何れかに記載の洗浄システム。
被洗浄物に付着した加工油を洗浄する洗浄システムの適所に配置されて、洗浄槽で使用された洗浄液を浄化する浄化装置であって、
前記洗浄槽からの洗浄液を受ける濃縮タンクと、
流入口に受ける洗浄液を中空糸膜の膜面に沿って流通させて流出口に出力する一方、中空糸膜を通過した再生液を再生口から出力する中空糸膜モジュールと、
前記濃縮タンクの洗浄液を前記流入口に供給すると共に、前記流出口から出力される洗浄液を前記濃縮タンクに供給する循環部と、を有して構成され、
前記再生口から出力される再生液が、前記洗浄槽において再使用されるよう構成されていることを特徴とする浄化装置。