JP2020189252A - 油回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアコンプレッサにより圧縮された圧縮エア中の油分と水分を分離し、さらに、分離された油分と水分を含む油水混合液から水分を蒸発させる油回収装置の提供。【解決手段】圧縮エア５０を発生するエアコンプレッサ３と、圧縮エア５０中の油水混合液を除去する油回収装置５と、油水混合液を除去した圧縮エア５２を貯留するエアタンク４とを備える圧縮エア供給装置１において、エアコンプレッサ３に接続のインレットポート１４とエアタンク４に接続のアウトレットポート１５とを有する分離室１１を油回収装置５に設け、インレットポート１４に供給の圧縮エア５０で分離板１９を回転する遠心分離機１６を分離室１１に設け、分離室１１下方に乾燥室１２を設け、油水混合液を乾燥室１２に流す通液路２３を仕切壁に設け、乾燥室１２には側壁に排気口４６を、底部にドレン３８を、外部に圧縮エアが流れる加熱管４３をそれぞれ設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に搭載される各種アクチュエータの作動動力源に利用される圧縮エア中に含まれる、油分と水分を圧縮エアから分離し、さらに、分離した油分と水分が混在する液体（以下、油水混合液という）から水分を蒸発させ、油を再利用することができるようにするための油回収装置に関する。

トラックやバス等の大型車両においては、エアコンプレッサにより所定圧力（例えば、１．０ＭＰａ程度）に圧縮したエア（空気）をエアタンクに貯留しておき、この圧縮エアをエアサスペンション、エアブレーキおよび変速機等を作動させる各種アクチュエータの作動動力源として利用している。
ここで、エアコンプレッサにより圧縮されたエアは、通常圧力の大気圧状態に比べて含有する水蒸気の凝結により水を発生し易い状態にある。
また、エンジンにより回転駆動されるエアコンプレッサを潤滑するための潤滑油も圧縮エア中に混在する（特許文献１参照）。
つまり、エアコンプレッサによって圧縮された圧縮エアには油分と水分が含まれる。

そこで、エンジンのブローバイガス等の油分を含む気体から油分を取り除く手段として、液体によって回転される回転部材と、この回転部材とともに回転する複数の分離ディスクとを備え、この回転する複数の分離ディスクの間に油分を含む気体を通過させ、分離ディスクの遠心力を利用して油分をケーシングの方向に飛ばすことによって気体から油分を取り除く遠心分離装置が提案されている（特許文献２参照）。

実開平０６−６７８７３号公報 特表２００８−５４３５３５号公報

しかしながら、エアコンプレッサによって圧縮された圧縮エア中の油分と水分を遠心分離装置を用いて分離することは可能であるが、さらに、分離した油分と水分を含む油水混合液から水分を分離して油を回収することは難しく、油をそのまま再利用することはできない。

したがって、圧縮エアから分離した油水混合液を大気中に放出あるいは別の容器に溜めておいて、人手によって廃棄することになる。そのため、周囲の環境を汚染する、人手による頻繁なメンテナンスが必要になる等という問題点がある。

本発明の目的は、圧縮エア中の油分と水分を圧縮エアから分離し、さらに、分離した油水混合液から水分を蒸発させて油を回収し、再利用することができる油回収装置を提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
圧縮エアを供給されるインレットポートおよび圧縮エアを排出するアウトレットポートが設けられた分離室と、前記インレットポートに供給された前記圧縮エアによって分離板
が回転される遠心分離機と、前記遠心分離機によって分離された油水混合液から水分を蒸発させる乾燥室と、を備えている油回収装置。

前記した手段によれば、圧縮エア中の油分と水分を圧縮エアから分離し、さらに、分離した油水混合液から水分を蒸発させることができるので、油を再利用することができる。

本発明の一実施形態である圧縮エア供給装置を示す回路図である。 本発明の一実施形態である油回収装置を示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に即して説明する。

本実施形態において、本発明に係る油回収装置は、エアコンプレッサによって発生された圧縮エアをエアタンクに供給する圧縮エア供給装置に使用されており、圧縮エア中の油分と水分を分離（以下、浄化ということがある）してエアタンクに供給し、さらに、浄化した油水混合液から水分を蒸発させて圧縮エア中の油分を回収し、もって、油を再利用可能とするものとして構成されている。
図１に示されているように、圧縮エア供給装置１はエンジン２に駆動されるエアコンプレッサ３と、大型車両や建設機械における各種アクチュエータの作動動力源である圧縮エアを貯留するエアタンク４と、圧縮エアから油分と水分を分離し、さらに、分離した油水混合液から水分を蒸発させて油分を回収する油回収装置５とを備えており、油回収装置５はエアコンプレッサ３とエアタンク４とを結ぶ空圧回路に介設されている。

図２に示されているように、本実施形態に係る油回収装置５は円筒形状に形成された筐体１０を備えており、筐体１０内には分離室１１と乾燥室１２とが仕切壁１３によって上下に仕切られて形成されている。分離室１１にはエアコンプレッサ３に接続されるインレットポート１４およびエアタンク４に接続されるアウトレットポート１５がそれぞれ開設されている。

分離室１１には遠心分離機１６が設置されている。遠心分離機１６は回転軸１７を備えており、回転軸１７は分離室１１の中央に垂直に配置されて上下両端を一対の軸受１８、１８によって回転自在に支承されている。回転軸１７の中間部には皿形状に形成された分離板１９が複数枚、互いに間隔を置いて回転軸１７に直交するように固定されている。
回転軸１７の上端部にはタービン羽根車２０が固定されており、分離室１１のタービン羽根車２０に対向する位置にはインレットポート１４に接続されたノズル２１が圧縮エアをタービン羽根車２０に噴射するように設置されている。

仕切壁１３は分離室１１の下端に形成されており、分離室１１の底である仕切壁１３の上端面には液溜２２がすり鉢形状に形成されている。仕切壁１３における液溜２２の底に対応する位置には分離室１１と乾燥室１２とを連通する通液路２３が上下方向に開設されており、通液路２３の乾燥室１２側の端部には絞り２４が設けられている。通液路２３には常時閉で所定時開の切換弁（以下、第一切換弁という）２５が介設されている。

仕切壁１３における他の位置には分離室１１と乾燥室１２とを連通する通気路２６が開設されている。通気路２６の通路面積は絞り２４の通路面積よりも充分に大きく設定されている。通気路２６の上端には取り入れ管２７が分離室１１の底面から上方に突き出るように接続されており、取り入れ管２４の高さは液溜２２に溜まった液体の上面から上端開口が確実に突き出るように設定されている。通気路２６には常時閉で所定時開の切換弁（
以下、第二切換弁という）２８が介設されている。

仕切壁１３内にはエアタンク４内の圧力を一定に保つレギュレータ３０が設けられており、レギュレータ３０の一次側は配管２９によってエアタンク４に接続されている。レギュレータ３０の二次側には第一切換弁２５のパイロット路３１と、第二切換弁２８のパイロット路３２と、エアコンプレッサ３のアンロード弁（図示せず）の制御ポート３ａに接続されたパイロット路３３と、分離室１１のアウトレットポート１５に接続された切換弁（以下、第三切換弁という）３５のパイロット路３４とが接続されている。

筐体１０内における仕切壁１３の下方に形成された乾燥室１２には乾燥板３６が複数枚、交互に傾斜するジグザグ状に設置されている。最上段の乾燥板３６の上面は通液路２３の下端開口に対向されており、最下段の乾燥板３６の下端は乾燥室１２の底面に接近されている。

乾燥室１２の底には油溜３７がすり鉢形状に形成されており、乾燥室１２の底壁における油溜３７の底に対応する位置には、乾燥室１２の内外を連通させるドレン３８が開設されており、ドレン３８には常時閉で所定時開の切換弁（以下、ドレン弁という）３９の一次側ポートが接続されている。ドレン弁３９の二次側ポートにはドレン路４０の一端が接続されており、ドレン路４０の他端はエンジン２内に接続されている。ドレン弁３９はパイロット路４２を備えており、パイロット路４２はアウトレットポート１５に接続された第三切換弁３５の二次側ポートに接続されている。ドレン弁３９のセット圧力値はレギュレータ３０のセット圧力値の上限（例えば、１．０ＭＰａ）に設定されている。

乾燥室１２の側壁外周である筐体１０の下部外周には加熱管４３が螺旋状に敷設されている。加熱管４３の下端には一次側配管４４の一端が接続されており、一次側配管４４の他端はエアコンプレッサ３の吐出ポート３ｂに接続されている。加熱管４３の他端は二次側配管４５の一端が接続されており、二次側配管４５の他端は分離室１１のインレットポート１４に接続されている。
乾燥室１２の側壁の上部には排気口４６が乾燥室１２の内外を連通するように開設されている。排気口４６の通路面積は絞り２４および通気路２６の通路面積よりも小さく設定されている。また、排気口４６の通路面積は絞り２４および通気路２６から導入される分離室１１の圧力によって乾燥室１２の内圧がエンジン２の内圧よりも大きくなるように設定されている。

図１に示されているように、分離室１１のアウトレットポート１５には供給路４７の一端が接続されており、供給路４７の他端は逆止弁４８を介してエアタンク４に接続されている。
供給路４７には分岐路４９の一端が逆止弁４８の上流側に接続されており、分岐路４９の他端には第三切換弁３５の一次側ポートが接続されている。第三切換弁３５は常時閉で所定時開の２ポート２位置パイロット切換弁として構成されており、アウトレットポート１５の二次側ポートにはドレン弁３９のパイロット路４２が接続されている。

次に作用を説明する。

エアエアコンプレッサ３がエンジン２によって駆動されると、油分と水分を含んだ圧縮エア（以下、ウエット圧縮エア５０という）がエアエアコンプレッサ３の吐出ポート３ｂから吐出される。吐出されたウエット圧縮エア５０は一次側配管４４、加熱管４３および二次側配管４５を経由してインレットポート１４に供給される。インレットポート１４に供給されたウエット圧縮エア５０は高いエネルギを有するので、ノズル２１から分離室１１内に噴出するとともに、タービン羽根車２０に噴射する。

タービン羽根車２０に噴射したウエット圧縮エア５０は遠心分離機１４を高速度で回転させる。タービン羽根車２０を通過したウエット圧縮エア５０は遠心分離機１４の分離板１９の中心部から最外周に向かう。
この際、ウエット圧縮エア５０の中に含まれる油分と水分が分離板１９の表面に付着する。分離板１９に付着した油分と水分を含む油水混合液５１は回転する分離板１９の遠心力によって粒径を拡大しながら分離板１９の最外周に運ばれた後に、外方に放出されて分離室１１の側壁内周面に付着する。
分離室１１側壁内周面に付着した油水混合液５１は、内周面を伝い重力によって分離室１１の底部に形成された液溜２２に溜まる。

他方、油分と水分を分離された圧縮エア（以下、浄化圧縮エア５２という）はアウトレットポート１５から供給路４７および逆止弁４８を経由してエアタンク４に供給されて貯留される。
ちなみに、エアタンク４に貯留された浄化圧縮エア５２はエアサスペンション、エアブレーキおよび変速機等を作動させる各種アクチュエータに適時に供給される。

エアタンク４の圧力が予め設定された圧力値（例えば、１．０ＭＰａ）に達すると、信号圧（パイロット圧）がレギュレータ３０から第一切換弁２５のパイロット路３１と、第二切換弁２８のパイロット路３２と、エアコンプレッサ３のアンロード弁の制御ポート３ａに接続されたパイロット路３３と、分離室１１のアウトレットポート１５に接続された第三切換弁３５のパイロット路３４と、に印加される。

レギュレータ３０からのパイロット圧によって第一切換弁２５が開くと、液溜２２に溜まった油水混合液５１が通液路２３と第一切換弁２５と絞り２４とを経由して乾燥室１２に分離室１１と乾燥室１２との内圧差によって移動される。
この際、乾燥室１２の排気口４６の通路面積が絞り２４および通気路２６の通路面積よりも小さく設定されていることにより、乾燥室１２の内圧が上昇するので、分離室１１と乾燥室１２との内圧差は小さく抑制される。分離室１１と乾燥室１２との内圧差が小さく抑制されることにより、分離室１１内から乾燥室１２内に移動する油水混合液５１が流速を抑制されるので、油水混合液５１は噴霧化することなく液状のまま乾燥室１２内に移動する。

乾燥室１２内に移動した油水混合液５１は最上段の乾燥板３６の上に滴下し、各段の乾燥板３６の上を下方に重力によってゆっくりと移動する。
この際、乾燥室１２が加熱管４３を流れる高温のウエット圧縮エア５０によって加熱されることにより、乾燥室１２内の温度は１００℃程度になっているので、各乾燥板３６をゆっくりと移動する油水混合液５１の水分が水蒸気５３となって蒸発する。油水混合液５１の水分の沸点は油分の沸点よりも低いので、水分だけが水蒸気５３となって蒸発する。
蒸発した水蒸気５３は排気口４６から乾燥室１２外に放出される。

油水混合液５１は水分を除去されると、油５４となって油溜３７に溜まる。
レギュレータ３０からパイロット圧が印加されると、第一切換弁２５が開くと同時に、第三切換弁３５が開く。第三切換弁３５が開くと、分離室１１内の圧力がドレン弁３９のパイロット路４２に印加するので、ドレン弁３９が開く。
ドレン弁３９が開くと、油溜３７に溜まった油５４は乾燥室１２の内圧によってドレン口３８、ドレン弁３９およびドレン路４０を経由してエンジン２内に送られる。
この際、ドレン弁３９のセット圧力値はレギュレータ３０のセット圧力値の上限に設定されているので、ドレン弁３９は分離室１１の内圧が下降すると直ぐに閉じる。したがって、油溜３７に溜まった油５４は短時間でエンジン２内に送られることになる。
油溜３７に溜まった油５４が短時間でエンジン２内に送られることにより、油５４と一緒に流入する乾燥室１２内の水蒸気５３の量は僅かに抑制されるので、エンジン２の内圧には殆ど影響しない。
また、ドレン弁３９は通常時は閉じているので、エンジン２のブローバイガスが乾燥室１２側に逆流し、ブローバイガスが乾燥室１２を経由して大気に放出されることもない。

本実施形態によれば、次の効果が得られる。

（１）油水混合液から水分を蒸発させて油をエンジンに戻すことができるので、メンテナンス性能が向上する。

（２）乾燥室から大気に放出されるのは水蒸気であるので、周囲の環境を汚染しない。

（３）油回収装置のメンテナンス性能を向上させることにより、ランニングコストを低減することができる。

（４）浄化対象であるウエット圧縮エアをタービン羽根車に噴射して遠心分離機の分離板を回転させることにより、遠心分離機のランニングコストを低減することができるばかりでなく、油回収装置を自己制御的に運転することができる。

（５）遠心分離機が設置された分離室の下方に乾燥室を設け、遠心分離機が分離した油水混合液を乾燥室に導いて加熱することにより、油水混合液から水分を蒸発させて油だけを回収することができるので、潤滑油の消費量を削減することができる。

（６）常時閉でエアコンプレッサのアンロード弁のアンロード作動時に開くドレン弁を乾燥室のドレンとエンジン内とを接続するドレン路に介設することにより、乾燥室に溜まった油をアンロード作動時にエンジン内に自動的に戻すことができるので、乾燥室に溜まった油の回収作業を省略することができ、油回収装置のメンテナンス性能を向上させることができる。

（７）乾燥室のドレンとエンジン内とを接続するドレン路を介設することにより、油水混合液が道路に放出されるのを防止することができる。

なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、ウエット圧縮エア中の油水混合液から水分を蒸発させた油を回収するためのドレン路はエンジンに接続するに限らず、エアコンプレッサに接続してもよい。

レギュレータは仕切壁に内蔵するに限らず、エアタンクに設けてもよい。

ドレン弁はパイロット圧によってエアコンプレッサのアンロード時に開弁させるに限らず、電磁弁によって構成してエンジンの始動時や停止時に開弁させてもよい。

アウトレットポートとエアタンクとの間にエアドライヤ装置を設けてもよい。

以上の実施形態では、油回収装置をエアコンプレッサの圧縮エアを使用する車両に提要した場合について説明したが、本発明はエアコンプレッサを使用する建設機械や工作機械等にも適用することができ、用途を限定するものではない。

１…圧縮エア供給装置、２…エンジン、３…エアコンプレッサ、４…エアタンク、５…油回収装置、
１０…筐体、１１…分離室、１２…乾燥室、１３…仕切壁、１４…インレットポート、１５…アウトレットポート、
１６…遠心分離機、１７…回転軸、１８…軸受、１９…分離板、２０…タービン羽根車、２１…ノズル、
２２…液溜、２３…通液路、２４…絞り、２５…第一切換弁、２６…通気路、２７…取り入れ管、２８…第二切換弁、
２９…一次側配管、３０…レギュレータ、３１〜３４…パイロット路、３５…第三切換弁、
３６…乾燥板、３７…油溜、３８…ドレン、３９…ドレン弁、４０…ドレン路、４２…パイロット路、４３…加熱管、４４…一次側配管、４５…二次側配管、４６…排気口、
４７…供給路、４８…逆止弁、４９…分岐路、
５０…ウエット圧縮エア（エアコンプレッサから吐出される圧縮エア）、５１…油水混合液、５２…浄化圧縮エア（油分と水分を分離された圧縮エア）、５３…水蒸気（油水混合液から蒸発した水蒸気）、５４…油（油水混合液から水蒸気が蒸発した油）。

Claims (5)

1. 圧縮エアを供給されるインレットポートおよび圧縮エアを排出するアウトレットポートが設けられた分離室と、前記インレットポートに供給された前記圧縮エアによって分離板が回転される遠心分離機と、前記遠心分離機によって分離された油水混合液から水分を蒸発させる乾燥室と、を備えている油回収装置。
2. 前記分離室に回転自在に支持されて前記分離板が設けられた回転軸と、前記回転軸に設けられたタービン羽根車と、前記インレットポートに供給された前記圧縮エアを前記タービン羽根車に噴射するノズルと、を備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の油回収装置。
3. 前記分離室の下方に設置された前記乾燥室と、前記分離室と前記乾燥室とを連通して前記圧縮エア中から分離した油水混合液を前記乾燥室に流す通液路と、前記乾燥室内外を連通する排気口と、前記乾燥室の底部に開設されたドレンと、前記乾燥室の外方に敷設されて前記圧縮エアを供給される加熱管と、を備えている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の油回収装置。
4. 前記分離室と前記乾燥室とを連通して前記分離室の内圧を前記乾燥室に導く通気路が設けられており、該通気路の通路面積が前記排気口の通路面積よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮エア供給装置。
5. 前記分離室と前記乾燥室とを連通して前記分離室の内圧を前記乾燥室に導く通気路が設けられ、前記通液路に絞りが設けられており、前記絞りの通路面積が前記通気路の通路面積よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の圧縮エア供給装置。

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