JP5923266B2 - 油水分離ユニット及び水分混入油を循環させて高濃度油にする方法 - Google Patents

Description

本願発明は、さまざまな要因（結露等）で水分が混入した潤滑油、作動油、防錆油、洗浄油など（以下、「水分混入油」という。）から、混入水分を除去する油水分離ユニット及び水分混入油を循環させて高濃度油にする方法に関するものである。

水分混入油は潤滑性能が低下したり、潤滑不良や錆の発生が生じやすくなる等の不具合が生じる。したがって、水分混入油から水分を除去する油水分離ユニット等が必要となる。

従来より、利用場面、利用油の種類など様々な場面に応じた油水分離装置が考案されている。

例えば、遠心分離の方法によるものもあるが、装置が大型化する及び油水分離性能が低いなどの欠点が指摘されている。

また、フィルタによりろ過する方法によるものもあるが、水分を吸着するろ過フィルタの寿命が短く、ろ過フィルタ自体の消耗品コスト及びろ過フィルタ交換による人的コストなどの欠点が指摘されている。

また、遠心分離の方法によるものや水分をろ過する方法によるものの欠点を解消するものとして、水分混入油の貯留容器内にドライエアーを微細な気泡にして混入する方法によるものも考案されている（特許文献１：特開平１１−１９７４０４）。

特開平１１−１９７４０４号公報

しかしながら、上述の特許文献１においても、ドライエアーと水分混入油を効率的にムラなく混合するためには装置や設備が大型化してしまうものと考える。

そこで、装置や設備が大型化することを防ぐとともに、水分除去性能も優れた油水分離ユニットを提供することを課題とする。

本願発明は、上述の課題を解決するために、油中に水分が混入した水分混入油を供給し混入水分を除去する油水分離ユニットであって、水分混入油を供給する水分混入油供給口と乾燥空気を導入するドライエアー導入口とが接続された液気混入機構と、前記液気混入機構と連通する液気混入機構排出管と、前記液気混入機構排出管と連通する遠心分離機と、前記遠心分離機の内部に備える回転体の上方側に配設される遠心分離後液体貯留空間と、前記遠心分離機の内部で発生する霧状体を前記遠心分離機の内部から外部へと導く霧状体導出管と、を少なくとも備え、前記液気混入機構であらかじめ水分混入油とドライエアーとを混合させた後に前記回転体に導入するとともに、遠心分離工程によって前記回転体の上部方向から排出された遠心分離後液体のうち霧状に変化した霧状体を前記遠心分離後液体貯留空間でドライエアーと再び接触させる油水分離ユニットを提供する。

また、本願発明は、上述の課題を解決するために、水分混入油とドライエアーとを液気混入機構に導入し混合を行う工程である１次処理をするステップと、前記１次処理後の液気混合油を遠心分離機の内部に備える回転体に導入し前記液気混合油に対して行う遠心分離工程である２次処理をするステップと、前記２次処理後の遠心分離後液体のうち霧状に変化した霧状体を前記遠心分離後液体貯留空間でドライエアーと再び接触させる３次処理ステップと、前記３次処理後のウェットエアーを、前記遠心分離後液体貯留空間を通じて排出させた後、再び前記液気混入機構へ導入するステップと、により、前記水分混入油を循環させて高濃度油にする方法を提供する。

本願発明の油水分離ユニットは、水分混入油中に存在する混入水分とドライエアーを効率的に接触させることができるので、大容量の液気混入機構は必ずしも必要ではなくコンパクト（小容量）の液気混入機構を選択することが可能になる。従って、遠心分離機の設置スペース相当のスペース内で油水分離ユニット全体を納めることができ得る。また、遠心分離機の内部に遠心分離後液体貯留空間を備え、遠心分離機の内部で発生する撹拌ミスト（霧状体）を利用し、水分混入油中に存在する混入水分とドライエアーを効率的に接触させることを実現したので水分除去性能を向上させることが出来た。

また、本願発明の水分混入油を循環させて高濃度油にする方法は、１次処理をするステップと２次処理及び３次処理をするステップをあえて分けることによって、油中の水分とエアーを効率的に接触させることができ、水分除去性能を向上させた。また、１次処理をするステップと２次処理及び３次処理をするステップをあえて分けることによって、小容量のバブリング筒であっても水分除去性能を極力低下させず、実用的な循環回数で高濃度油にすることができることを確認した。

図１は、油水分離ユニットの主な構成を示す図である。 図２は、実施例１の油水分離ユニットの全体を示す図である。 図３は、油水分離ユニットの水分除去性能を示す社内試験結果である。 図４は、実施例２の油水分離ユニットの全体を示す図である。 図５は、実施例３の油水分離ユニットの全体を示す図である。 図６は、実施例４の油水分離ユニットの主な構成を示す図である。

船舶等で使用中の水分混入油から混入水分を除去する油水分離ユニットとして実施する。

まずは、油水分離ユニットの構成について、図１及び図２に従い説明する。

油水分離ユニット（１）は、水分混入油を供給する水分混入油供給口（１０１）と、乾燥空気を導入するドライエアー導入口（１０２）とが接続された液気混入機構であるバブリング筒（１０）と、前記ドライエアー導入口へドライエアーを供給するドライエアー発生装置（２０）と、前記バブリング筒と連通したバブリング筒排出管（１０３）と、前記バブリング筒排出管を通じて水分混入油及びドライエアーが混合した液気混合油を導入する前記バブリング筒排出管と連通した遠心分離機（３０）と、遠心分離工程を経た遠心分離後液体を前記遠心分離機の内部から外部へ排出する遠心分離機排出口（３０３）と、前記遠心分離機の内部で発生する撹拌ミスト（Ｍ１）当該遠心分離機の内部から外部へ導出する前記遠心分離機排出口と連通した霧状体導出管（４０）と、前記霧状体導出管の立ち下げ方向に設置する結露水回収タンク（５０）とで構成する（図１及び図２）。

前記バブリング筒（１０）は、油水分離ユニット全体の省スペース化のためには、コンパクト（小容量）なバブリング筒にする方が好ましい。

前記バブリング筒排出管（１０３）は、前記バブリング筒（１０）の前記水分混入油供給口（１０１）及び前記ドライエアー導入口（１０２）を設ける端部とは異なる端部に設けている（図１及び図２）。

前記ドライエアー発生装置（２０）から供給されるドライエアーの供給流量は、１分間に５リットル程度の供給流量にしているが、設計変更し得る。なお、ドライエアーの供給流量は、より多いほど水分除去性能は向上する。

前記遠心分離機（３０）の内部に備える円筒形状の回転体（３０４）の軸心側底部には、前記遠心分離機を停止したときに前記回転体内の残留液体を抜くための抜き穴（３０５）を備えている（図２）。

前記抜き穴（３０５）から排出及び漏出する流体を遠心分離器の内部から外部に排出するために、前記遠心分離機（３０）の底部には、ドレーン出口（３０６）を備えている（図２）。

前記遠心分離機（３０）としては、様々な形式のものを使用可能であるが、少なくとも前記遠心分離機の内部に、遠心分離後液体を貯留する遠心分離後液体貯留空間（３０７）を備えることが好ましい（図２）。前記遠心分離後液体貯留空間における混合作用により、撹拌ミスト（Ｍ１）がドライエアーとより接触しやすいからである。

前記霧状体導出管（４０）は、前記遠心分離機排出口（３０３）との結合部から略直角に曲げた後、上下方向に分岐させ垂直に立ち上げて設置をしている（図２）。なお、前記霧状体導出管の立ち上げ先（霧状体導出管の立ち上げ部の真上方向）には、別途ミスト吸着装置（図示せず）を備えても良い。

前記霧状体導出管（４０）の立ち下げ先（霧状体導出管の立ち下げ部の真下方向）には、前記結露水回収タンク（５０）を設置している（図２）。霧状体から液体水分に変化した水分が自然落下で回収できるので当該位置に設置をしているが、特に限定はされない。

油水分離ユニット（１）の内部又は外部に水分混入油の温度を上昇させる設備を設ける設計変更も行い得る。水分混入油は温度がより高温になるほど水分除去性能が向上するからである。

次に、水分混入油から混入水分が除去されていく工程（油水分離動作）について、図２に従い説明する。

供給ポンプ（Ｐ１）により、集油タンク（６０）から移送した水分混入油を、水分混入油供給口（１０１）を通じてバブリング筒（１０）に供給する。

一方で、コンプレッサー（図示せず）により空気をドライエアー発生装置（２０）に供給し、前記ドライエアー発生装置からドライエアーを、ドライエアー導入口（１０２）を通じて前記バブリング筒（１０）に導入する。

前記バブリング筒（１０）に供給及び導入した前記水分混入油及び前記ドライエアーは、前記バブリング筒の内部で混合され、液気混合油となって、バブリング筒排出管（１０３）を通じて遠心分離機（３０）の内部に備える回転体（３０４）に導入される。

前記回転体（３０４）に導入された前記液気混合油は、前記遠心分離機（３０）の内部で、遠心分離工程を経て遠心分離後液体となって、前記回転体の上部方向から排出される。なお、本実施例の遠心分離機は、回転数が２０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍで動作させている。なお、前記遠心分離工程とは、遠心分離後液体を前記回転体の上部方向から排出させるために前記回転体を回転させる工程（遠心分離後液体を霧状に変化させる前工程）を指す。

前記液気混合油を前記回転体（３０４）に導入する時及び排出する時の撹拌作用により、撹拌ミスト（Ｍ１）が発生する。

遠心分離機の内部で発生した前記撹拌ミスト（Ｍ１）は、前記遠心分離機の内部（遠心分離後液体貯留空間（３０７））に拡散する。

水分を含有する前記撹拌ミスト（Ｍ１）は、前記遠心分離機の内部（遠心分離後液体貯留空間（３０７））で効率よくドライエアー（前記遠心分離後液体が前記遠心分離後液体貯留空間の内壁等に弾かれて発生）と接触し水分を含んだウェットエアーとなり、前記遠心分離機排出口（３０３）を通じて霧状体導出管（４０）へ導出される。

前記霧状体導出管（４０）へ導出されたウェットエアーの一部は、前記霧状体導出管の上部方向から前記遠心分離機（３０）の外部へと放出される。

なお、前記ウェットエアーの一部以外のウェットエアー（前記遠心分離器の外部へと放出されなかったウェットエアー）は、前記霧状体導出管（４０）の内部で水滴（液体水分）に変化し、その自重で結露水回収タンク（５０）に収容される。

一方、前記回転体（３０４）の上部方向に排出された前記遠心分離後液体（霧状に変化しなかった液体）は、遠心分離後液体貯留空間（３０７）に貯留し、前記遠心分離後液体貯留空間と連通した遠心分離機排出口（３０３）を通じて集油タンク（６０）へ排出される。

前記集油タンク（６０）へ排出された回収油（水分混入油）は、再び、前記供給ポンプ（Ｐ１）により前記バブリング筒（１０）へと供給され、当該油水分離ユニット（１）の内部を循環する。

上述の様な動作を繰り返し、前記水分混入油を循環させることにより、前記水分混入油から水分が徐々に取り除かれ、限りなく水分が取り除かれた高濃度油（水分混入油）になる。

図３は、本願の油水分離ユニットを使用し、含有水分６０００ｐｐｍ程度の水分混入油を循環させ続けた場合の社内試験結果である。縦軸に含有水分（単位はｐｐｍ）を示し、横軸に循環回数（単位は回）を示した。

実施例２の油水分離ユニットは、船舶で主に使用している液上抜きタイプの全自動油水分離ユニットである。その主な構成を図４に従い、実施例１との変更点のみを説明する。

油水分離ユニットを構成する遠心分離機（３０）の回転体（３０４）が截頭円錐台形状であるほかは、概ね同様である。

次に、水分混入油から水分が除去されていく工程（油水分離動作）について、図４に従い説明する。

液気混合油を前記回転体（３０４）に導入する時及び排出する時の撹拌作用により、撹拌ミスト（Ｍ１）が発生し、前記遠心分離機の内部に拡散し、前記遠心分離機の内部で効率よくドライエアーと接触し水分を含んだウェットエアーとなり、前記遠心分離機排出口（３０３）を通じて霧状体導出管（４０）へ導出される。

一方、遠心分離機（３０）の内部に備える回転体（３０４）に導入された液気混合油は、前記遠心分離機の内部で、遠心分離工程を経て遠心分離後液体となって、前記回転体の上部方向に排出され、遠心分離後液体貯留空間（３０７）と連通した遠心分離機排出口（３０３）を通じて集油タンク（６０）へ排出される。

その後の動作については、実施例１と同様であるので省略する。

実施例３の油水分離ユニットは、陸上向けで主に使用する液下抜きタイプの全自動油水分離ユニットである。その構成を図５に従い、実施例１との変更点のみを説明する。

油水分離ユニットは、水分混入油を供給する水分混入油供給口（１０１）と、乾燥空気を導入するドライエアー導入口（１０２）とが接続されたバブリング筒（１０）と、前記ドライエアー導入口へドライエアーを供給するドライエアー発生装置（２０）と、前記バブリング筒と連通したバブリング筒排出管（１０３）と、前記バブリング筒排出管を通じて水分混入油及びドライエアーが混合した液気混合油を導入する前記バブリング筒排出管と連通した遠心分離機（３０）と、遠心分離工程を経た遠心分離後液体を前記遠心分離機の内部から外部へ排出する遠心分離機排出口（３０３）と、前記遠心分離機の内部で発生する撹拌ミスト（Ｍ１）を当該遠心分離機の内部から外部へ導出する霧状体導出管（４０）と、前記霧状体導出管の立ち下げ方向に設置する遠心分離後液体回収タンク兼用仕切付結露水回収タンク（５０’）と、前記遠心分離後液体回収タンク兼用仕切付結露水回収タンクに貯留された回収油を集油タンク（６０）へと移送する移送ポンプ（Ｐ２）とで構成する。

その他の構成は、概ね実施例１と同様であるので省略する。

次に、水分混入油から水分が除去されていく工程（油水分離動作）について、図５に従い説明する。

液気混合油を前記回転体（３０４）に導入する時及び排出する時の撹拌作用により、撹拌ミスト（Ｍ１）が発生し、前記遠心分離機（３０）の内部に拡散し、前記遠心分離機（３０）の内部で効率よくドライエアーと接触し水分を含んだウェットエアーとなり、遠心分離機（３０）の内部を経由して霧状体導出管（４０）へ導出される。

一方、遠心分離機（３０）の内部に備える回転体（３０４）に導入された液気混合油は、前記遠心分離機の内部で、遠心分離工程を経て、遠心分離後液体となって、前記回転体（３０４）の上部方向に排出され、遠心分離後液体貯留空間（３０７）と連通した遠心分離機排出口（３０３）を通じて遠心分離後液体回収タンク兼用仕切付結露水回収タンク（５０’）へ排出される。

前記遠心分離後液体回収タンク兼用仕切付結露水回収タンク（５０’）へ排出された、前記回収油は移送ポンプ（Ｐ２）により集油タンク（６０）へ移送される。

その後の動作については、実施例１と概ね同様であるので省略する。

実施例４の油水分離ユニットは、霧状体導出管のルートを異にする油水分離ユニットである。その構成について、図６に従い実施例１との変更点のみ説明する。

油水分離ユニットの遠心分離機（３０）は円筒形状である。前記遠心分離機の内部で発生する撹拌ミスト（Ｍ１）を導く霧状体導出管（４０）はケーシングと連通している。その他の構成は、実施例１と同様であるので省略する。

なお、前記霧状体導出管（４０）の接続もと（分岐もと）は、前記遠心分離機（３０）のケーシングとしているが、前記遠心分離機排出口（３０３）よりも上流位置であれば良く、例えば遠心分離機の蓋部としても良い。

次に、水分混入油から水分が除去されていく工程（油水分離動作）について、図６に従い説明する。

液気混合油を前記回転体（３０４）に導入する時及び排出する時の撹拌作用により、撹拌ミスト（Ｍ１）が発生し、前記遠心分離機の内部に拡散し、前記遠心分離機の内部で効率よくドライエアーと接触し水分を含んだウェットエアーとなり、前記遠心分離機のケーシングと連通した霧状体導出管（４０）を通じて上部方向へ移動し当該遠心分離機の内部から外部に排出される。

一方、遠心分離機（３０）の内部に備える回転体（３０４）に導入された液気混合油は、前記遠心分離機の内部で、遠心分離工程を経て、遠心分離後液体となって、前記回転体の上部方向に排出され、遠心分離後液体貯留空間（３０７）に貯留するとともに、前記遠心分離後液体貯留空間と連通した遠心分離機排出口（３０３）を通じて集油タンク（図示せず）へ回収される。

その後の動作については、実施例１と同様であるので省略する

本願発明の油水分離ユニット及び水分混入油を循環させて高濃度油にする方法は、設備の小型化（省スペース化）を実現させるとともに、水分混入油中の水分除去性能も向上させる油水分離ユニット及び方法であるので、産業上の利用性を有する。

１ 油水分離ユニット
１０ バブリング筒（液気混入機構）
１０１ 水分混入油供給口
１０２ ドライエアー導入口
１０３ バブリング筒排出管（液気混入機構排出管）
２０ ドライエアー発生装置
３０ 遠心分離機
３０３ 遠心分離後流体排出口
３０４ 回転体
３０５ 抜き穴
３０６ ドレーン出口
３０７ 遠心分離後液体貯留空間
４０ 霧状体導出管
５０ 結露水回収タンク
５０’ 遠心分離後液体回収タンク兼用仕切付結露水回収タンク
６０ 集油タンク
Ｍ１ 撹拌ミスト（霧状体）
Ｐ１ 水分混入油供給ポンプ
Ｐ２ 移送ポンプ

Claims (2)

1. 油中に水分が混入した水分混入油を供給し混入水分を除去する油水分離ユニットであって、
   水分混入油を供給する水分混入油供給口（１０１）と乾燥空気を導入するドライエアー導入口（１０２）とが接続された液気混入機構（１０）と、
   前記液気混入機構と連通する液気混入機構排出管（１０３）と、
   前記液気混入機構排出管と連通する遠心分離機と、
   前記遠心分離機（３０）の内部に備える回転体（３０４）の上方側に配設される遠心分離後液体貯留空間（３０７）と、
   前記遠心分離機の内部で発生する霧状体を前記遠心分離機の内部から外部へと導く霧状体導出管と、
   を少なくとも備え、
   前記液気混入機構であらかじめ水分混入油とドライエアーとを混合させた後に前記回転体に導入するとともに、遠心分離工程によって前記回転体の上部方向から排出された遠心分離後液体のうち霧状に変化した霧状体を前記遠心分離後液体貯留空間でドライエアーと再び接触させる油水分離ユニット。
2. 水分混入油とドライエアーとを液気混入機構（１０）に導入し混合を行う工程である１次処理をするステップと、
   前記１次処理後の液気混合油を遠心分離機の内部に備える回転体に導入し前記液気混合油に対して行う遠心分離工程である２次処理をするステップと、
   前記２次処理後の遠心分離後液体のうち霧状に変化した霧状体を前記遠心分離後液体貯留空間でドライエアーと再び接触させる３次処理ステップと、
   前記３次処理後のウェットエアーを、前記遠心分離後液体貯留空間を通じて排出させた後、再び前記液気混入機構へ導入するステップと、
   により、前記水分混入油を循環させて高濃度油にする方法。