JP4335172B2 - 劣化制御オイルフィルタ及びシステム並びに方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関等に用いられる潤滑油中のスラッジを除去するオイルフィルタに関し、特に、酸化等による潤滑油の劣化抑制並びにオイル中の溶存酸素の減少機能を有するオイルフィルタ及びシステム並びに方法に関する。

特開２００１−１３７６２３号公報

内燃機関等には、潤滑油中からスラッジ等の浮遊物を除去するオイルフィルタが用いられている。

以下に図を用いて特許文献１記載のオイルフィルタの構造及び使用される環境について説明する。

図６に示すように、潤滑油使用装置１には、潤滑油を循環させるポンプ２及び潤滑油を浄化するオイルフィルタ３とが耐熱・耐油性の材料により形成された配管（又はホース等）を構成する入油管４及び出油管５により接続されている。

潤滑油使用装置１は、例えば、ガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン等の内燃機関６と、潤滑油を冷却させるオイルクーラー或いはラジエター等の冷却装置７とにより構成されている。潤滑油は、内燃機関６内のピストンとシリンダのような各摺動面の摺動抵抗を減らすと共に摺動面の削れを防止すると共に、内燃機関６の過熱を防止するための冷却媒体としても用いられる。ポンプ２は、潤滑油使用装置１から排出された潤滑油を、オイルフィルタ３を介して潤滑油使用装置１に戻すように循環させている。

オイルフィルタ３は、図５に示すように、筐体８の中に、入油側有孔仕切板９と出油側有孔仕切板１０とで仕切られた鉱石粒室１１が形成されている。この鉱石粒室１１には、多数の緑泥片岩の鉱石粒１２が充填されている。

入油側有孔仕切板９及び出油側有孔仕切板１０は、例えば、潤滑油を通過させることができると共に緑泥片岩の鉱石粒１２を鉱石粒室１１から流出しないように寸法を決定した貫通孔が設けられた鋼板、或いは、貫通孔と同様に潤滑油を通過させることと鉱石粒１２が流出しないことを両立するように寸法が決定された網目を有する金網等である。なお、貫通孔或いは網目の数は任意であって、例えば、潤滑油を通過させる際の負荷抵抗を減少させるために仕切板の全面に多数の貫通孔を設けても良いし、鉱石粒１２を閉じこめることを優先する場合には必要最小限の数の貫通孔であるように、例えば、２個あるいは３個としても良い。

また、オイルフィルタ３に接続された入油管４と出油管５とは、入油側有孔仕切板９、出油側有孔仕切板１０、鉱石粒１２の交換のために、脱着可能な構成である。

入油管４は筐体８の上部中央から鉱石粒室１１を貫通して入油管口４ａを下向きとしたまま入油側有孔仕切板９の下方から潤滑油を吐出する。出油管５は入油管４を取り巻くように筐体８の上部を塞ぎ、入油側有孔仕切板９、鉱石粒室１１（内の鉱石粒１２）、出油側有孔仕切板１０を通過して内燃機関６へと潤滑油を供給する。

この際、入油管４の入油管口４ａから筐体８の内底面に向けて吐出された潤滑油は、入油側有孔仕切板９の下方空間を形成する入油圧調整室１３にて油圧が調整されて、入油側有孔仕切板９の入油面を均等に圧し、入油側有孔仕切板９に設けられた貫通孔または網目等を通過する。

その入油側有孔仕切板９を通過した潤滑油は、鉱石粒室１１に入り劣化抑制濾過層を構成する鉱石粒１２の隙間を通過した後、出油側有孔仕切板１０に設けられた貫通孔または網目等を通過して出油管５から排出される。

ところで、上記した従来のオイルフィルタは、各仕切板９，１０に挟まれた鉱石粒室１１内の鉱石粒１２は限られた空間内に密集して設けられているため、潤滑油が流れる際にも鉱石粒１２は略同一位置に留まっていることとなる。

これにより、鉱石粒１２の表面積は設置初期から略一定であり、スラッジ等の浮遊物の除去量が少ないうえ潤滑油の酸化抑制効果も少ないという問題が生じていた。

また、鉱石粒室１１内を通過する潤滑油は、片道の一方向にのみ流れて濾過されるため、鉱石粒室１１の高さを確保しないと十分な濾過効果を確保することができず、潤滑油の酸化抑制効果も少ないという問題が生じていた。

本発明は、潤滑油中の汚濁物質及び浮遊物質等の浄化効果の向上並びに潤滑油の酸化抑制効果の向上を実現することができる劣化抑制オイルフィルタ及びシステムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の劣化抑制オイルフィルタは、筐体の底部中央に接続されて該筐体内に潤滑油を吐出する入油管と、該入油管を避けるように前記筐体の底部に接続された出油管と、前記入油管から前記筐体の上方に向けて吐出された潤滑油の圧力によって前記筐体上方中央が盛り上がりつつ全体が攪拌され且つ潤滑油が筐体内を循環するように前記筐体内に上部に空間を存して設けられた鉱石粒とを備えていることを特徴とする。

請求項２に記載の劣化抑制オイルフィルタは、前記鉱石粒にはマンガン、ニッケル乃至鉄など含有のものが用いられていることを特徴とする。

請求項３に記載の劣化抑制オイルフィルタは、前記筐体は大気から隔絶されていることを特徴とする。

請求項４に記載の劣化抑制オイルシステムは、
ラインからのオイルを貯めるオイルタンクと、
筐体の底部中央に接続されて該筐体内に潤滑油を吐出する入油管と、該入油管を避けるように前記筐体の底部に接続された出油管と、前記入油管から前記筐体の上方に向けて吐出された潤滑油の圧力によって前記筐体上方中央が盛り上がりつつ全体が攪拌され且つ潤滑油が筐体内を循環するように前記筐体内に上部に空間を存して設けられた鉱石粒とを備えている劣化抑制オイルフィルタと、
オイルタンクからオイルを、前記劣化抑制オイルフィルタを介して循環させるためのポ
ンプと、
を有することを特徴とする。

請求項５に記載の劣化抑制オイルシステムは、全体の系が大気から隔絶されていることを特徴とする。

請求項１に記載の劣化制御オイルフィルタによれば、潤滑油が筐体内の上下に循環するため、鉱石粒による濾過機能距離を長く確保することができ、潤滑油中に含まれる汚濁物質及び浮遊物質等の浄化効果の向上並びに潤滑油或いは作動オイルの酸化抑制効果の向上を実現することができる。

請求項２に記載の劣化制御オイルフィルタによれば、マンガン含有の鉱石粒を用いるこ
とにより、潤滑油中の溶存酸素を効率よく減少させることができる。
請求項３に記載の劣化抑制オイルフィルタによればオイルの劣化をさらに抑制すること
ができる。
請求項４に記載のオイル劣化抑制システムによれば、オイルの劣化を効率的に抑制する
ことができる。
請求項５に記載のオイル劣化抑制システムによれば、オイルの劣化をより一層抑制する
ことが可能となる。

以下、本発明の最良の実施の形態に基づいて説明する。図１は本形態の劣化制御オイルフィルタの断面図、図２はＭｎ含有の鉱石粒とＭｎ非含有の構成粒との溶存酸素の減少割合を示す比較グラフ図、図３は本形態の劣化制御オイルフィルタの配置例のブロック図である。

図３において、潤滑油使用装置２１には、潤滑油を循環させるポンプ２２及び潤滑油を浄化するオイルフィルタ２３とが耐熱・耐油性の材料により形成された配管（又はホース等）を構成する入油管２４及び出油管２５により接続されている。

この系において、少なくとも潤滑油は大気から隔絶されている。系全体を大気から隔絶することが好ましい。これにより酸素、水分の混入を防止できる。
オイルが大気と接触していると大気中の酸素、水分は徐々にオイル相中に溶解していく。オイル相に溶解した酸素、水分がオイルを酸化してオイルを劣化させる。また、一旦劣化が始まると劣化の連鎖反応が起こり、次々と酸化が進行する。従って、劣化の連鎖の引き金となる初期酸化を防止することにより劣化を抑制する。
また、酸化によってオイル分子はフリーラジカルを持ち、熱が加わると熱重合反応によって劣化が開始する。大気から隔絶することによりかかるメカニズムを抑制してオイルの劣化を抑制する。

潤滑油使用装置２１は、例えば、ガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン等の内燃機関２６と、潤滑油を冷却させるオイルクーラー或いはラジエター等の冷却装置２７とにより構成されている。潤滑油は、内燃機関２６内のピストンとシリンダのような各摺動面の摺動抵抗を減らすと共に摺動面の削れを防止すると共に、内燃機関２６の過熱を防止するための冷却媒体としても用いられる。ポンプ２２は、潤滑油使用装置２１から排出された潤滑油を、オイルフィルタ２３を介して潤滑油使用装置２１に戻すように循環させている。

オイルフィルタ２３は、図１に示すように、蓋体２８によって大気と隔絶された筐体２９の内部に、多数の鉱石粒３０を設けた鉱石粒室３１が形成されている。この鉱石粒室３１は、筐体２９の内部上方に空間を存するように設けられている。

入油管２４は筐体２９の下部中央に接続されており、下方から上方に向けて潤滑油を吐出する。また、入油管２４の入り口には鉱石粒が筐体２９から流出しないように適切な目の大きさの金網が設置されている。出油管２５は筐体２９の下部に入油管２４を避けるように接続されており、入油管２４から上方に向けて吐出された潤滑油が上下に往復した後に内燃機関２６へと潤滑油を供給する。また，同様に出油管２５と筐体２９の接合部分には鉱石粒が筐体２９から流出しないように適切な目の大きさの金網が設置されている。

この際、入油管２４から筐体２９の上方に向けて吐出された潤滑油は、その圧力により上方中央の鉱石粒３０が盛り上がり、鉱石粒３０の全体が攪拌されるようになっている。すなわち、内部上方に空間が設けられているため鉱石粒は流動化し、上方に向かって噴射する。

したがって、鉱石粒３０は、その攪拌時に割れたり、削られたりして微粉化することによって表面積が広く確保され、潤滑油中の汚濁物質及び浮遊物質等の浄化効果を向上することができるばかりでなく、潤滑油中に含まれる酸素（溶存酸素）を減少させることができる。
すなわち、潤滑油を筐体２９内に導入すると、鉱石粒３０のＭｎなどの成分が潤滑油内に溶解する。溶解したＭｎなどの成分は潤滑油内の酸素と反応して酸化物を生成する。これにより潤滑油内の酸素は除去される。オイルの劣化の最大の原因はオイル内に溶解した溶存酸素であるため酸素の除去によりオイルの劣化を抑制することが可能となる。

このように、溶存酸素の除去は、吸着による除去ではなく、酸化させることにより酸素を除去するものと考えられる。すなわち、金属酸化物を生成させて除去するものと考えられる。なお、Ｍｎ、Ｆｅ，Ｎｉ、Ｃａなどの溶解を促進し、また、酸化反応を促進するために、オイルフィルタ２３内においてオイル乃至鉱石粒３０を加熱してもよい。吸着による除去の場合は加熱により吸着したガスは脱離するため除去効果は低減するが、本発明では酸化による除去のため加熱によって除去効果は促進される。なお、加熱によりオイルの酸化も促進されるが、両者のバランス上Ｍｎなどの酸化が優勢になり、酸素の除去効果が達成される。

図４は、上述したオイルフィルタ２３を組み込んだオイル劣化抑制システムの概念図である。
ラインからのオイルを貯めるオイルタンク４０と、劣化抑制オイルフィルタ２３と、オイルタンク４０からオイルを、劣化抑制オイルフィルタ２３を介して循環させるためのポンプ２２と、を有している。
オイルタンク４０と劣化抑制オイルフィルタ２３との間にはスラッジを除去するためのフィルタが設けられている。

本例では、オイルタンク４０は大気から隔絶されている。そのため、外部から水分、酸素がオイルタンク４０中のオイルに混入することが防止されている。なお、システム全体を大気から隔絶することが好ましい。また、オイルタンク４０の周囲に冷却手段を設けておき、オイルタンク４０内のオイルを冷却することが好ましい。

ここで、鉱石粒３０は、緑泥片岩を破砕したマンガン（Ｍｎ）などを含有の鉱石粒である。緑泥片岩は、岩質が泥岩質であり、例えば、三波変成岩に含まれている。三波変成岩は、鉱物学上では炭素系天然石に分類され、属種は石墨片岩あるいは絹雲母岩とされており、１つの岩石に異質の岩石である緑泥片岩がサンドイッチ状に挟まれそれに石墨が微妙に化合した構成である。

また、三波変成岩は、日本で最も古いと言われる古生層の地層から算出される断層粘土の集合体からなる鉱石である。三波変成岩の如き変成岩とは、既存の岩石が地殻の内部にて熱、圧力、火成岩の貫入等による作用を受けて別の岩石となったものであり、その生成された過程により、接触変成岩（熱変成岩）と広域変成岩とに分類される。

主に熱の影響により生成されたものが接触変成岩であり、広範囲に渡り主に圧力或いは圧力と熱の影響により生成されたものが広域変成岩と呼ばれる。三波変成岩は広域変成岩に分類される。

広域変成岩では、地殻の偏圧下にて変成作用が行われて鉱物組成の異なる薄層が片状に形成される。地殻の偏圧下にて広域変成岩の片状の薄層には無数に発達した劈開が生成され、その劈開に沿って再結晶作用が行われる。結晶の成長方向は、劈開に平行方向であるか、地殻の偏圧方向である。

緑泥片岩は、一般的に上記のように泥岩質であることから水あるいは潤滑油の如き液体に溶けやすい（軟質である）という性質を有している。このため、従来は水に溶けやすい緑泥片岩をそのまま水質浄化等に用いることは非常識と考えられており、水に溶けにくい焼結体であるセラミック粒、花崗岩である麦飯石粒、あるいは、花崗岩であるトルマリン粒等を水質浄化等に用いる研究が行われていた。

また、緑泥片岩は、成分として炭素、磁鉄鉱、硫磁鉄鉱等と共に、２価鉄と３価鉄とを約３：１の非率にて含んでおり、炭素を媒介として酸化作用と還元作用を反復することができる。また、３価鉄のイオンはマイナス電荷を得て２価鉄のイオンになり、その際には７７１ｍＶのエネルギーを発生し、逆に、２価鉄のイオンはエネルギーを得て３価鉄のイオンになり、その際にマイナス電荷（マイナスイオン）を放出する作用が知られている。マイナス電荷の動きは電流であることから磁力線を発生する。

一般的に取石地から掘り出されたばかりの緑泥片岩中の２価鉄及び３価鉄は、酸化が進んでいない不安定な状態であり、掘り出されて周囲の空気（酸素）と触れることにより徐々に周りの酸素を取り込んで安定な酸化鉄になると考えられる。一般的に鉄の酸化は、２価鉄と酸素が結合してＦｅＯとなり、３価鉄が酸素と結合してＦｅ₂Ｏ₃になるわけであるが、例えば、２価鉄が酸化される際には、まず、２価鉄が酸化され、その２価鉄の酸化物に対してさらに酸化が進むと、３価鉄の酸化物が生成されると考えられる。その２価鉄酸化物から３価鉄酸化物が生成される際には、上記したように、２価鉄のイオンが３価鉄のイオンになる際にマイナス電荷（マイナスイオン）を放出する作用を行っていると考えられる。

また、上記の鉄の酸化が行われる際には、周囲から酸素を取り込むので、周囲の物質（酸素を含む空気、液体または固体等）を還元していると考えられる。また、本発明に用いる緑泥片岩は、上記したように磁気（磁力線）等を発生することから、水の分子のクラスタ規模を大きくすることができ、その結果、油分と水分間の結合を弱くするので、水分と結合して容器等の壁面に付着した油分を壁面から乖離させたり、油分と水分が混合して乳化した液体を再び油分と水分に分離させる（分離度を高める）という性質を有している。

また、本発明に用いる緑泥片岩は、上記した再結晶作用等により、貫通孔の連続多孔質形状を有しており、０．７μｍ〜４０μｍ程度の微粉末にしても多孔質形状を失わないという特質を有している。従って、貫通孔であることから浮遊物等により孔が目詰まりしづらく、有機物質を分解する微生物のコロニーを作りやすい。また、単位容積当たりの表面積が広く１ｃｃ中に２７００平方メートル〜３５００平方メートルを有している。そのため、浄化等を行う際の吸着面積が広い。さらに、本発明に用いる緑泥片岩の粉末を水中に添加した場合には、上記した緑泥片岩のマイナスイオン、磁気効果等により、導水管中に付着したスケール等を除去できる効果を有していることが知られている。
本発明において用いられる鉱石として表１に示す組成を有するものが好ましい。

Ｍｎ，Ｎｉ，Ｆｅ、ＣａのうちＭｎを含有する鉱石が特に好ましい。
なお、Ｍｎは０．０５重量％以上含有している鉱石が好ましい。０．０５重量％未満では劣化抑制効果を生じさせるために長時間を要する。一方、Ｍｎ含有量の好ましい上限は１００重量％である。すなわち、金属Ｍｎでもよい。本発明にいう鉱石には金属あるいは合金を含む。ただ、金属あるいは合金以外の鉱石が、劣化抑制効果が金属あるいは合金よりも大きいため好ましい。

本発明の鉱石粒３０にＭｎが含まれている場合の溶存酸素の減少割合とＭｎが含まれて居ない場合の溶存酸素の減少割合との比較を図２に示す。

このように、鉱石粒３０にＭｎが含まれている場合には、溶存酸素を効率よく減少させることができることが分かる。

なお、入油管２４の吐出口には鉱石粒３０の落下防止用のフィルタ（金網等）３２が設けられている。また同様に出油管２５に流れ込む入り口には鉱石粒３０の落下防止用のフィルタ（金網等）が設置されている。

筐体２８の内径Ｄとしては６〜４０ｃｍが好ましい。フィルタ３２が設けられている導入口の内径ｄは、筐体２８の内径をＤとすると、ｄ／Ｄ＝１／５〜１／２が好ましく、ｄ／Ｄ＝１／４〜１／３がより好ましい。ｄ／Ｄが小さいと、鉱石粒３０に流動しない部分が発生してしまうとともに、潤滑油が鉱石粒３０全体に行き渡りにくくなってしまう。また、潤滑油の導入圧力が高くなってしまう。ｄ／Ｄが大きいと除去効率が低下する。

なお、筐体２８の鉱石粒の高さとしては１〜３ｍが好ましい。
潤滑油は３〜８ｍ／秒の線速度で筐体２８内に導入することが好ましい。線速度がこの範囲外の場合、大きくても小さくても酸素の除去効率は範囲内に比べて低下する。

本発明の実施の形態における劣化制御オイルフィルタの断面図である。 Ｍｎ含有の鉱石粒とＭｎ非含有の構成粒との溶存酸素の減少割合を示す比較グラフ図である。 本発明の実施の形態における劣化制御オイルフィルタの配置例のブロック図である。 実施の形態における劣化抑制オイルシステムを示す概念図である。 従来のオイルフィルタの断面図である。 従来のオイルフィルタの配置例のブロック図である。

符号の説明

２１ 潤滑油使用装置、
２２ ポンプ、
２３ オイルフィルタ、
２４ 入油管、
２５ 出油管、
２６ 内燃機関、
２７ 冷却装置、
２８ 蓋体、
２９ 筐体、
３０ 鉱石粒、
３１ 鉱石粒室、
３２ フィルタ
４０ オイルタンク。

Claims (5)

1. 筐体の底部中央に接続されて該筐体内に潤滑油を吐出する入油管と、該入油管を避けるように前記筐体の底部に接続された出油管と、前記入油管から前記筐体の上方に向けて吐出された潤滑油の圧力によって前記筐体上方中央が盛り上がりつつ全体が攪拌され且つ潤滑油が筐体内を循環するように前記筐体内に上部に空間を存して設けられた鉱石粒とを備えていることを特徴とする劣化抑制オイルフィルタ。
2. 前記鉱石粒にはマンガン、ニッケル乃至鉄含有のものが用いられていることを特徴とする請求項１に記載の劣化抑制オイルフィルタ。
3. 前記筐体は大気から隔絶されていることを特徴とする請求項１又は２記載の劣化抑制オイルフィルタ。
4. ラインからのオイルを貯めるオイルタンクと、
   筐体の底部中央に接続されて該筐体内に潤滑油を吐出する入油管と、該入油管を避けるように前記筐体の底部に接続された出油管と、前記入油管から前記筐体の上方に向けて吐出された潤滑油の圧力によって前記筐体上方中央が盛り上がりつつ全体が攪拌され且つ潤滑油が筐体内を循環するように前記筐体内に上部に空間を存して設けられた鉱石粒とを備えている劣化抑制オイルフィルタと、
   オイルタンクからオイルを、前記劣化抑制オイルフィルタを介して循環させるためのポ
   ンプと、
   を有することを特徴とする劣化抑制オイルシステム。
5. 全体の系が大気から隔絶されていることを特徴とする請求項４記載の劣化抑制オイルシステム。

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