JP2016203139A - 油の再生方法及び再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油などの油の再生方法を提供する。【解決手段】第１電極１１及び第２電極１２間に２５Ｖの交流電圧を印加すると、潤滑油中の水粒子が振動し、水粒子同士が凝集して大きな塊となり、筒状フィルタ１４表面に膜を形成し、更に比重が潤滑油より大きいため、凝集した水粒子は下方に沈降する。この後、水分が除去された潤滑油を再びろ過する。このろ過は、スイッチをオフ、スイッチをオンにして第１電極１１と第２電極１２間に直流電圧を印加して行う。第１電極１１が正極、第２電極１２が負極になるように直流電圧を印加すると、筒状フィルタ１４の表面が負に帯電し、金属粒子などの正に帯電した粒子が筒状フィルタ１４表面に静電吸着される。【選択図】図２

Description

本発明は、潤滑油などの油中の金属粒子などの夾雑粒子及び水粒子を荷電凝集法及び静電吸着法を利用して除去する再生方法及び再生装置に関する。

本発明者は水溶性の加工液中の金属粒子などの粉、油分を分離することで加工液を再利用することができるようにした技術を特許文献１及び特許文献２で提案している。

特許文献１には、荷電コアレッサー型の油水分離装置を組み込んだ水溶性廃液濾過システム車両が開示されている。
上記荷電コアレッサー型の油水分離装置は、金属粉や油粒子を含んだ工場の廃液（水溶液）に交流電圧を印加することで、表面に電気二重層を形成して互いに反発している粒子を廃液中で振動させ、この振動によって表面の電気二重層を破壊し、反発していた粒子を凝集させ、大きく成長した凝集粒子をフィルタで除去することで、水溶性廃液の再生を行っている。

特許文献２には、水溶性加工液の直流電圧を印加して殺菌を行う装置が開示されている。この装置は、中心筒電極の外周面にフィルタを配置し、このフィルタの外周面に筒状荷電極を配置し、この筒状荷電極の外側に筒状荷電極と接してイオン発生電極を設け、このイオン発生電極の外側にスペースを空けてアース電極を設け、イオン発生電極とアース電極との間のスペースを液体分離空間とした構造となっている。

特許文献２の説明では、中心筒電極と筒状荷電極間に発生する電界によって油滴等の微粒子はゼータ電位を失い、粒子間引力によってフィルタを通過する間に凝集すると説明しているが、実際には、この分離装置では電極間に直流電圧を印加するため、互いに反発する粒子は振動せず、したがって粒子表面の電気二重層のクーロン力による反発力も低下しないため粒子は凝集しない。特許文献２は金属イオンを発生させてバクテリアなどの殺菌効果を狙ったものである。

特許文献３には、陰陽の２つの電極板を対向して配置し、これら陰陽の電極板間に誘電体からなる集塵体を設け、この集塵体に油中の汚染物を静電吸着させる際に、両電極間に印加する直流印加電圧を１５ｋＶ、油の流量を３．３〜４．０リットル／分とすることで、油の帯電電圧を３００Ｖ以下にし、放電の際に油分子が剪断されてフリーラジカルが生じないようにして、油の劣化を防止した装置が提案されている。

更に、荷電せずに、水分の除去方法として、繊維質フィルタを通過する間に油中の微細な水粒子の凝集と粗大化を行い、繊維質フィルタを通過して二次側に出てきた巨大化した水粒子を油との比重差で分離する方法も知られている。

ＷＯ２００４／１１０５９０ 特開平１１−１４７００４号公報 特開平１０−１８９９４０号公報

発電所のタービン等の潤滑油は鉱物油であり、金属粉等の夾雑粒子の他に水分も混入する。水分の混入が多くなると、錆の原因になる。そこで、水粒子と金属粉等の汚染粒子の両方を除去する必要がある。

潤滑油などの油の再生を行うために、特許文献１に示された荷電凝集法を利用して油中の水粒子と金属粉等の汚染粒子を同時に除去すると長時間かかってしまう。
即ち、荷電凝集法は交流を印加して粒子を振動させ、粒子同士を反発させている表面のゼータ電位を低くし、粒子同士がファンデルワールス力にて結合するものであるが、潤滑油の場合は粘性が水溶液に比べて極めて大きく、粒子の移動に時間がかかるので、仮にゼータ電位が低くなっても凝集しにくい。
このため、例えば火力発電所のタービンの定期点検の際の潤滑油の再生などに適用した場合、点検にかかる時間（非稼働時間）が長くなってしまう。

また、電圧を印加せず繊維質フィルタを通過させることでフィルタ内部で水粒子を凝集・粗大化させる方法では、二次側に粗大化しない微細な水粒子が出てくるため、十分に水分を除去できない。

一方、直流を印加することで、フィルタ表面を負又は正に帯電させることで、フィルタ表面に金属粒子などを吸着されることができるが、水粒子の場合には電気分解され水素と酸素が発生する。大量に水素が発生すると、爆発などの危険回避の処置を講じなければならない。

上記の課題を解決するため本発明は、金属粒子などの夾雑粒子の他に水粒子を含んだ潤滑油などの油から前記夾雑粒子及び水粒子を除去して油を再生するにあたり、先ず前記夾雑粒子及び水粒子を含んだ油を濾過フィルタを備えた処理装置に投入し、投入した油に対し交流を印加し荷電凝集法によって水粒子を除去し、次いで水粒子が除去された油に対し直流を印加し、前記フィルタ表面を帯電させて夾雑粒子をフィルタ表面に吸着させるようにした。

水分を含む油に直流を印加すると、水分子の分解により水素が発生するが、大量の水素が発生すると、爆発などの問題がでてくるため、本発明では最初の工程を交流を印加する荷電凝集法として水分を除去しているが、油中の水分量が５００ｐｐｍを超えない場合には、先に直流を印加し金属粒子などを除去することも可能である。

また、直流を印加してフィルタでろ過する場合には、なるべく電圧を低くし、フィルタの透過速度を小さくすることが好ましい。
即ち、高電圧でフィルタ透過速度を早くすると、油とフィルタを構成する繊維との接触によって油が帯電し、帯電量が一定値を超えると放電が起き、油分子が剪断され、反応性に富むフリーラジカルが発生し、酸化（劣化）してしまう。
このような観点から、好ましい直流印加電圧は５００Ｖ以下とし、流量は表面積が１４０ｃｍ²のフィルタで２Ｌ／分以下とすることが好ましい。

また、直流を印加して夾雑粒子をフィルタ表面に吸着させる工程では、第１及び第２の処理槽を用意し、第１の処理槽でのフィルタ表面と第２の処理槽でのフィルタ表面での帯電を逆にし、第１の処理槽での吸着処理が終了した油を第２の処理槽に送り込んで処理することで、正、負のいずれに帯電した粒子をも除去するようにしてもよい。

更に、本発明に係る油の再生装置は、接地されたケース内に筒状フィルタが少なくとも１本配置され、この筒状フィルタの周囲には第１電極が設けられ、筒状フィルタの中心部には第２電極が設けられ、ケースの底部には筒状フィルタを透過した油が貯まる貯留部が設けられ、またケース側面には比重差で沈降した水を抜くドレーン管が接続され、更に前記第１及び第２電極には切り替えスイッチを介して、交流または直流のいずれかが印加される構成とした。

前記第１電極は外側第１電極、内側第１電極及びこれらの間に配設される径方向第１電極から構成され、これら外側第１電極、内側第１電極及び径方向第１電極によって形成される空間内に１本の筒状フィルタが配置される構成とすることで、筒状フィルタ表面と第１電極との間隔をほぼ等しくして、筒状フィルタ表面の帯電の強さを均一にし、吸着効果を高めるようにしてもよい。

本発明に係る潤滑油などの油の再生方法及び再生装置によれば、金属粒子などの夾雑粒子の他に水粒子を含んだ潤滑油などの油から、夾雑粒子及び水粒子を短時間のうちに確実に除去することができる。

したがって、例えば火力発電所のタービンの潤滑の再生などを行う際に、タービンの運転を停止する時間を最短にすることができる。

本発明に係る潤滑油の再生方法を説明した概略図 本発明に係る潤滑油の再生装置の平面図 同再生装置の縦断面図 水粒子の凝集を説明した図

図１は本発明に係る再生方法を火力発電所のタービン潤滑油の再生に適用した例を示す。
オイルタンク１はタービンからの再生前の潤滑油を受け入れる室１ａと、再生後の潤滑油を貯留する室１ｂに分けられ、室１ａからはポンプ２を備えた配管３によって再生前の潤滑油はストレーナ４に送られ、ストレーナ４において、粗大ゴミが除去された再生前の潤滑油は配管５を介してろ過装置６に送られる。

ろ過装置６によってろ過された潤滑油は配管７を介して前記室１ａに送られ、この室１ａからタービンに戻され、また潤滑油から分離された水は配管８を介して廃棄される。

前記ろ過装置６の構造は図２及び図３に示すように、アースされた筒状ケース１０内に交流または直流が印加される第１電極１１と第２電極１２を配置している。

第１電極１１は外側第１電極１１ａ、内側第１電極１１ｂ及びこれらの電極１１ａ、１１ｂ間に配設される径方向第１電極１１ｃから構成される。外側第１電極１１ａと内側第１電極１１ｂはケース１０の中心を基準として同心状に配置され、複数の径方向第１電極１１ｃは周方向に等間隔で配置されている。その結果、外側第１電極、内側第１電極及び径方向第１電極によって等容積の空間１３が複数形成される。

前記複数の空間１３内のそれぞれには、１本の筒状フィルタ１４（表面積＝１４０ｃｍ²）が配置されている。筒状フィルタ１４は空間１３の中心に配置されているため、筒状フィルタ１４表面と第１電極１１との距離はほぼ等しく、直流を印加した場合、筒状フィルタ１４表面は均一に帯電する。

また、内側第１電極１１ｂの内側にも複数の筒状フィルタ１４が配置され、更にケース１０の中心部にも中心第１電極１１ｄとその内側にアース電極１５が配置され、前記同様、直流を印加した場合、筒状フィルタ１４表面は均一に帯電する構成になっている。

また各筒状フィルタ１４の中心部には前記第２電極１２が挿通されている。この第２電極１２の外側面と筒状フィルタ１４の内側面との間に隙間１６が形成されている。

前記ケース１０の下部には隔壁１７によって再生油の貯留部１８が形成され、 筒状フィルタ１４の一次側（外側）から入り、筒状フィルタ１４の二次側（内側）に透過した油は前記隙間１６から配管１９を介して、貯留部１８内に回収される。回収された再生油は前記配管７を介してオイルタンク１の室１ａに送られる。

また、前記第１電極１１及び第２電極１２はスイッチ２０、２１を介して、交流電源及び直流電源に接続されている。

以上において、潤滑油の再生を行うには、ケース１０内に未再生の潤滑油を供給し、スイッチ２０をオン、スイッチ２１をオフにして第１電極１１及び第２電極１２間に２５Ｖの交流電圧を印加する。

すると、潤滑油中の水粒子が振動し、図４に示すように潤滑油中の水粒子表面に存在していた電気二重層（ゼータ電位）が弱くなり、水粒子同士が凝集して大きな塊となる。大きな塊となった水粒子は筒状フィルタ１４を透過せず、筒状フィルタ１４表面に膜を形成する。この膜形成により、筒状フィルタ１４の細孔径は更に小さくなり、細かな水粒子も透過しにくくなる。

筒状フィルタ１４の一次側表面に堆積し膜状となった水粒子の塊は筒状フィルタ１４の一次側面に留まらず、比重が潤滑油より大きいため、下方に沈降する。
下方に沈降した水粒子の塊は前記隔壁１７上に溜り、配管８を介して廃棄される。

この後、水分が除去（５００ｐｐｍ以下）された潤滑油をオイルタンク１に貯留し、タービンに戻さずに再びろ過する。このろ過は、スイッチ２０をオフ、スイッチ２１をオンにして第１電極１１と第２電極１２間に５００Ｖ以下の直流電圧を印加して行う。

第１電極１１が正極、第２電極１２が負極になるように直流電圧を印加すると、筒状フィルタ１４の表面が負に帯電し、金属粒子などの正に帯電した粒子が筒状フィルタ１４表面に静電吸着される。尚、フィルタ１４の透過流量は２Ｌ／分以下とすることが好ましい。

潤滑油中の夾雑粒子は摩擦によって発生する金属粒子が最も多く、金属粒子は正電荷を持つため、第１電極１１が正極、第２電極１２が負極になるように直流電圧を印加するだけでも、十分に夾雑粒子を除去することができる。しかしながら、負電荷を持つ夾雑粒子を除去する場合には、別のろ過装置を用意し、このろ過装置の第２電極１２が正極になるようにすれば、正負いずれに帯電した粒子でも除去することができる。

本発明に係る油の再生方法（装置）の適用対象は、潤滑油に限らず各種オイルに適用することができる。

１…オイルタンク、１ａ、１ｂ…オイルタンクの室、２…ポンプ、３、５、７、８…配管、４…ストレーナ、６…ろ過装置、１０…ケース、１１…第１電極、１１ａ…外側第１電極、１１ｂ…内側第１電極、１１ｃ…径方向第１電極、１１ｄ…中心第１電極、１２…第２電極、１３…空間、１４…筒状フィルタ、１５…アース電極、１６…隙間、１７…隔壁、１８…再生油の貯留部、１９…配管、２０、２１…スイッチ。

Claims (5)

1. 金属粒子などの夾雑粒子の他に水粒子を含んだ潤滑油などの油から前記夾雑粒子及び水粒子を除去して油を再生する方法であって、前記夾雑粒子及び水粒子を含んだ油を濾過フィルタを備えた処理装置に投入し、投入した油に対し交流を印加し荷電凝集法によって水粒子を凝集させて分離し、次いで水粒子が分離除去された油に対し直流を印加し、フィルタ表面を帯電させて油中の夾雑粒子をフィルタ表面に吸着させることを特徴とする油の再生方法。
2. 請求項１に記載の油の再生方法において、前記油中の水分量は５００ｐｐｍ以上であることを特徴とする油の再生方法。
3. 請求項１に記載の油の再生方法において、前記直流を印加して油中の夾雑粒子をフィルタ表面に吸着させる際の、直流印加電圧は５００Ｖ以下とし、フィルタの透過流量は、表面積が１４０ｃｍ²のフィルタで２Ｌ／分以下とすることを特徴とする油の再生方法。
4. 金属粒子などの夾雑粒子の他に水粒子を含んだ潤滑油などの油から前記夾雑粒子及び水粒子を除去して油を再生する装置であって、この装置は接地されたケース内に筒状フィルタが少なくとも１本配置され、この筒状フィルタの周囲には第１電極が設けられ、筒状フィルタの中心部には第２電極が設けられ、ケースの底部には筒状フィルタを透過した油が貯まる貯留部が設けられ、またケース側面には比重差で沈降した水を抜くドレーン管が接続され、更に前記第１及び第２電極には切り替えスイッチを介して、交流または直流のいずれかが印加されることを特徴とする油の再生装置。
5. 請求項４に記載の油の再生装置において、前記第１電極は外側第１電極、内側第１電極及びこれらの間に配設される径方向第１電極から構成され、これら外側第１電極、内側第１電極及び径方向第１電極によって形成される空間内に１本の筒状フィルタが配置されることを特徴とする油の再生装置。

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