JP5931026B2 - 油水分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合液中から油分と水分とを分離する油水分離装置に関する。

金属切削等の加工を行う生産工場においては、製品を加工する際に用いられる加工液（冷却液）、加工後の製品を洗浄するために用いられる洗浄液等を回収している。この加工液、洗浄液等は、油分と水分、さらに塵が混ざり合った混合液となっており、油分と水分とを分離するために油水分離装置が用いられている。
油水分離装置としては、大きく分けると３種類の方式のものが存在する。一つは、静置分離方式と呼ばれるもので、処理液（混合液）を油水分離タンク内に流入させて、一定時間静置し、油分と水分の比重差によってこれらを分離する方式である。他の一つは、遠心分離方式と呼ばれるもので、処理液を高速回転体中に流入させ、処理液に遠心力を作用させて、油分と水分に重量分離する方式である。さらに他の一つは、吸着分離方式と呼ばれるもので、処理液中の浮遊油（油分）を、特殊加工されたエレメントを通過させ、粗粒化して水分から分離する方式である。

例えば、特許文献１のクーラント清浄装置は、切り屑などを含有するクーラントを貯液する円形クーラントタンクと、円形クーラントタンク内のクーラントをかき回して渦流を発生させる渦流発生手段と、円形クーラントタンクの底部中央に沈澱する切り屑などをクーラントとともに吸引するクーラント吸引手段とを備えている。これにより、円形クーラントタンク内のクーラント中に含有された切り屑などを、円形クーラントタンク内中央の底部へと効率良く集積している。
また、例えば、特許文献２の排水分離装置は、流入室における側壁の内側形状が、流入する排水が水平方向の旋回流を形成できるように構成されており、流入室における側壁の内側底部に、下方に向かって断面が縮小する不純物捕捉部を有している。これにより、排水に含まれる固形状の不純物の分離を有効に行っている。

特開２００５−２５４４３９号公報 特開２００８−２８４４２５号公報

しかしながら、上記静置分離方式の油水分離装置においては、油分中に残る水分の割合を示す、含水率を低くすることが困難である。また、この油水分離装置においては、処理液を静置させるために、処理量を増大させることが困難であり、処理時間が長くなる。上記遠心分離方式及び上記吸着分離方式の油水分離装置においても、短い処理時間で油分中の含水率を低くすることは困難である。さらに、各方式の油水分離方式においては、水分から油分を分離するための蛇腹槽、遠心分離機、フィルター等の特別な構造が必要となる。そのため、初期コスト及びメンテナンスコストを低く抑えた、簡素化した装置を構成することができない。
また、特許文献１、２においても、油分中の含水率の低下、上記処理時間の短縮及び装置の簡素化の全てを図ることは困難である。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、油分中の含水率の低下、処理時間の短縮及び装置の簡素化を図ることができる油水分離装置を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、油分と水分とが混ざり合った混合液から油分と水分とを分離する油水分離装置において、
底部、該底部から立設された円筒形状の周壁部、該周壁部の上端開口部を閉塞する天板部、及び該天板部の一部を開口して形成された油分出口を有する外側容器と、
該外側容器の内部に上記周壁部と平行な状態で配置され、上端部が上記天板部の一部を開口して形成された水分出口に繋がり、下端部が上記底部との間に隙間を空けた状態の内側筒と、
上記周壁部に開口して設けられ、上記混合液を上記周壁部の周方向に向けて流入させ、該周壁部の周方向に上記混合液の旋回流を形成するための流入配管と、
該流入配管に接続され、上記混合液に加える圧力によって、該混合液を上記外側容器内に充満させて上記天板部まで到達させるためのポンプと、を備え、
上記旋回流の形成によって、上記天板部に集まる油分を上記油分出口から排出するとともに、上記隙間を介して上記内側筒内へ流入する水分を上記水分出口から排出するよう構成されており、
上記天板部には、上記油分出口に繋がる油分筒と、上記水分出口に繋がる水分筒とが立設されており、
上記油分筒の側壁部には、油分を溢れ出させて回収するための油分堰が設けられており、
上記水分筒の側壁部には、水分を溢れ出させて回収するための水分堰が設けられていることを特徴とする油水分離装置にある。

上記油水分離装置は、外側容器、内側筒、流入配管及びポンプを備えた極めて簡単な構造を有している。そして、一般的な容器の使用方法と異なり、混合液を外側容器の天板部まで到達させるとともに、外側容器内で形成する混合液の旋回流の流れを天板部まで作用させる。
より具体的には、ポンプによって外側容器内に送られる混合液は、流入配管から周壁部の周方向に流入することにより、周壁部の周方向に回る、混合液の旋回流を形成する。また、外側容器内の混合液は、ポンプによる圧力を受けて、天板部まで到達する。そして、旋回流となった混合液は、外側容器内において適切に滞留し、水分が周壁部の下方へ分離され、水分よりも比重が小さい油分が周壁部の上方へ分離されて天板部に集められる。

このとき、天板部に集められる油分は、混合液の圧力及び旋回流の流れが作用することにより、水分の分離が促進され、より高い除水率で凝縮される。そして、この油分は、天板部に形成された油分出口へ排出される。これにより、混合液から分離する油分中の含水率を効果的に低下させることができる。
また、周壁部の下方へ分離される水分は、内側筒の下端部と外側容器の底部との間の隙間から、内側筒内へ流れる。そして、この水分は、内側筒の上端部における水分出口へ排出される。

こうして、混合液の圧力及び旋回流を利用して、油分と水分の分離を行うことにより、この油水分離の処理時間を効果的に短縮することができる。また、一般的な機械構成要素としての外側容器、内側筒、流入配管及びポンプによって油水分離装置を形成することができ、装置の簡素化を図ることができる。
それ故、上記油水分離装置によれば、油分中の含水率の低下、処理時間の短縮及び装置の簡素化を図ることができる。

実施例にかかる、油水分離装置の全体を正面から見た状態で示す説明図。 実施例にかかる、油水分離装置の上側部分を正面から見た状態で示す説明図。 実施例にかかる、油水分離装置の外側容器及び内側筒を上方から見た状態で示す説明図。 実施例にかかる、油水分離装置の油分筒及び水分筒を上方から見た状態で示す説明図。

上述した油水分離装置における好ましい実施の形態につき説明する。
上記油水分離装置においては、上記天板部には、上記油分出口に繋がる油分筒と、上記水分出口に繋がる水分筒とが立設されており、上記油分筒の側壁部には、油分を溢れ出させて回収するための油分堰が設けられており、上記水分筒の側壁部には、水分を溢れ出させて回収するための水分堰が設けられている。

これにより、ポンプによって外側容器内に加えられる圧力を受けて、天板部に集まる油分を、油分出口からさらに油分筒内へ凝縮させることができる。そのため、混合液から分離する油分中の含水率をより低下させることができる。
また、内側筒に入る水分についても、ポンプによって外側容器内に加えられる圧力を受けて、水分筒内へ集めることができる。そして、油分は、油分筒の油分堰から溢れ出させ、水分は、水分筒の水分堰から溢れ出させることによって、簡単な構造によって、油分及び水分を回収することができる。

また、上記油分堰の上端部の高さによって決定される油分の液面は、上記水分堰の上端部の高さによって決定される水分の液面よりも高くなっていてもよい。
この場合には、油分筒内に蓄積される油分の高さが高くなり、油分筒内に、さらに効果的に油分を凝縮させることができる。そのため、混合液から分離する油分中の含水率を、さらに効果的に低下させることができる。

また、上記水分堰は、上下にスライドして、上記水分の液面の高さ位置を調節可能な水位調節板によって形成されていてもよい。
この場合には、油分堰の高さ位置に対して、水位調節板としての水分堰の高さ位置が適切に低くなるように調節することができる。

また、上記流入配管は、上記周壁部において、上記底部から上記天板部までの全体高さに対し、上側の１／３の高さの範囲内に開口していてもよい。
この場合には、外側容器内に流入する混合液中の油分が、内側筒内へ入ってしまうことを防止することができる。また、外側容器内に形成される混合液の旋回流による流れを、外側容器の天板部に集まる油分に対して効果的に作用させることができる。これにより、混合液中の油分を、より効果的に凝縮させて天板部に集めることができる。

以下に、油水分離装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の油水分離装置１は、図１、図３に示すごとく、油分Ｏと水分Ｗとが混ざり合った混合液Ｍから油分Ｏと水分Ｗとを分離するものである。油水分離装置１は、外側容器２、内側筒３、流入配管４及びポンプ４１を備えている。外側容器２は、底部２１と、底部２１から立設された円筒形状の周壁部２２と、周壁部２２の上端開口部２２１を閉塞する天板部２３と、天板部２３の一部を開口して形成された油分出口２３１とを有している。内側筒３は、外側容器２の内部に周壁部２２と平行な状態で配置されており、上端部３１が天板部２３の一部を開口して形成された水分出口２３２に繋がり、下端部３２が底部２１との間に隙間Ｓを空けた状態で配置されている。

図３に示すごとく、流入配管４は、周壁部２２に開口して設けられており、混合液Ｍを周壁部２２の周方向Ｃに向けて流入させ、周壁部２２の周方向Ｃに混合液Ｍの旋回流Ｍ１を形成するためのものである。図１に示すごとく、ポンプ４１は、流入配管４に接続されており、混合液Ｍに加える圧力によって、混合液Ｍを外側容器２内に充満させて天板部２３まで到達させるために用いる。油水分離装置１は、旋回流Ｍ１の形成によって、天板部２３に集まる油分Ｏを油分出口２３１から排出するとともに、隙間Ｓを介して内側筒３内へ流入する水分Ｗを水分出口２３２から排出するよう構成されている。

以下に、本例の油水分離装置１につき、図１〜図４を参照して詳説する。
図１に示すごとく、油水分離装置１において油分Ｏと水分Ｗに分離する混合液Ｍは、金属切削等の加工を行う生産工場において、製品を加工する際に用いられる加工液（冷却液）、加工後の製品を洗浄するために用いられる洗浄液等とすることができる。この加工液、洗浄液等は、水分Ｗに、油分Ｏと切粉・ゴミ等の塵Ｄが混ざり合った混合液Ｍとなっている。

外側容器２は、油水分離装置１の本体部となるものであり、底部２１の下方に脚部２４を有している。外側容器２は、円筒形状の周壁部２２の中心軸線方向を鉛直方向に向けて設置される。外側容器２の底部２１には、外側容器２内で油水分離を行う際に、水よりも比重が大きい塵Ｄが堆積するようになっている。外側容器２の周壁部２２であって、底部２１の近傍位置には、メンテナンス時等において、堆積した塵Ｄを含む混合液Ｍを排出するための排出口２５が形成されており、排出口２５には排出バルブ２５１が設けられている。底部２１は、排出口２５の周方向Ｃにおける形成位置が最も低くなるよう傾斜して形成されている。

図２、図３に示すごとく、内側筒３は、その上端部３１が外側容器２の天板部２３に固定されており、天板部２３における一方側の半周分の領域Ａに偏った位置に配置されている。外側容器２の周壁部２２と内側筒３との間には、混合液Ｍが内側筒３の周りを旋回して流れるための環状流路２６が形成されている。この環状流路２６は、周壁部２２に内側筒３が最も接近した位置に、流路が最も狭くなった狭小部２６１を有している。

流入配管４は、外側容器２の周壁部２２に形成された流入口２２２に繋がっている。流入口２２２は、一方側の半周分の領域Ａに対応する周壁部２２の領域に形成されている。流入配管４は、狭小部２６１へ向けて混合液Ｍを流入させるよう、周壁部２２の法線方向に対して傾斜する状態で、周壁部２２の接線方向に近い方向に傾斜して、周壁部２２に取り付けられている。そして、混合液Ｍが外側容器２内に流入する際に、混合液Ｍが狭小部２６１へ流れることにより、混合液Ｍの旋回流Ｍ１を形成しやすくすることができる。また、流入配管４には、外側容器２に流入する混合液Ｍの流量を調整するための流量調整バルブ４２が設けられている。

図１に示すごとく、ポンプ４１は、混合液Ｍが貯留された混合液タンク４３から混合液Ｍを吸引し、流入配管４及び流量調整バルブ４２を経由して外側容器２内へ混合液Ｍを吐出するよう構成されている。
流入配管４は、周壁部２２の外周において、天板部２３に近い上方位置に設けられており、底部２１から天板部２３までの全体高さに対し、上側の１／３の高さの範囲Ｈ内に流入口２２２によって開口している。これにより、外側容器２内に流入する混合液Ｍ中の油分Ｏが、内側筒３内へ入ってしまうことを防止することができる。また、外側容器２内に形成される混合液Ｍの旋回流Ｍ１による流れを、外側容器２の天板部２３に集まる油分Ｏに対して、効果的に作用させることができる。

図２、図４に示すごとく、外側容器２の天板部２３には、天板部２３の一部に形成された油分出口２３１に繋がる油分筒５と、内側筒３の上端部３１に形成された水分出口２３２に繋がる水分筒６とが立設されている。水分筒６は、天板部２３の上面に対して、天板部２３における一方側の半周分の領域Ａの全体を含める状態で形成されている。水分筒６は、内側筒３から連続して水分Ｗが入る水分筒本体部６１と、水分筒本体部６１に対する側方において、水分筒本体部６１に連通して形成された水分回収部６２とを有している。水分筒本体部６１の側壁部であって、水分筒本体部６１と水分回収部６２との境界部分には、水分筒本体部６１から水分回収部６２へ水分Ｗを溢れ出させて回収するための水分堰６３が設けられている。

水分堰６３は、上下にスライドして、水分Ｗの液面Ｗ１の高さ位置を調節可能な水位調節板によって形成されている。内側筒３から水分筒本体部６１に入る水分Ｗは、水分堰６３の上端部を乗り越えて水分回収部６２へ溢れ出す。
油分筒５は、天板部２３の上面に対して、天板部２３における他方側の半周分の領域Ｂの一部に形成されている。油分筒５は、外側容器２の天板部２３付近に集まる油分Ｏが入る油分筒本体部５１と、油分筒本体部５１に対する側方において、油分筒本体部５１に連通して形成された油分回収部５２とを有している。油分筒本体部５１の側壁部であって、油分筒本体部５１と油分回収部５２との境界部分には、油分筒本体部５１から油分回収部５２へ油分Ｏを溢れ出させて回収するための油分堰５３が設けられている。外側容器２から油分筒本体部５１に入る油分Ｏは、油分堰５３の上端部を乗り越えて油分回収部５２へ溢れ出す。

図２に示すごとく、水分堰６３の高さを適切に調節することにより、油分堰５３の上端部の高さによって決定される油分Ｏの液面Ｏ１は、水分堰６３の上端部の高さによって決定される水分Ｗの液面Ｗ１よりも高くなっている。これにより、油分Ｏが蓄積される油膜高さを高くし、油分Ｏの凝縮を促進して、油分Ｏの含水率を効果的に低下させることができる。

次に、油水分離装置１における油水分離の操作につき説明する。
本例の油水分離装置１において、混合液Ｍ中の水分Ｗから油分Ｏ及び塵Ｄを分離するに当たっては、ポンプ４１によって、混合液Ｍが貯留された混合液タンク４３から油水分離装置１の外側容器２へと混合液Ｍが移液される。このとき、外側容器２の天板部２３に混合液Ｍが到達するまでの時間には、内側筒３内には、水分Ｗに油分Ｏが混ざった混合液Ｍが入る。そのため、水分筒６から回収される初期の混合液Ｍは、再度、油水分離装置１へ供給することができる。

ポンプ４１によって外側容器２内に送られる混合液Ｍは、流入配管４から周壁部２２の周方向Ｃに流入することにより、周壁部２２の周方向Ｃに回る旋回流Ｍ１を形成する。また、外側容器２内の混合液Ｍは、水分Ｗ及び塵Ｄを下方へ分離させながら、ポンプ４１による圧力を受けて、天板部２３まで到達する。そして、旋回流Ｍ１となった混合液Ｍは、外側容器２内において適切に滞留し、水分Ｗ及び塵Ｄが周壁部２２の下方へ分離され、水分Ｗ及び塵Ｄよりも比重が小さい油分Ｏが、周壁部２２の上方へ分離されて天板部２３に集められる。

天板部２３に集められる油分Ｏは、水分Ｗ中に微細化された浮遊油の状態から、ポンプ４１によって混合液Ｍに加えられる圧力（水圧）を受けて、粗大化して集められる。また、天板部２３に集められる油分Ｏは、旋回流Ｍ１の流れが作用することにより、水分Ｗの分離が促進され、より高い除水率で凝縮される。
天板部２３に集められる油分Ｏは、油分出口２３１から油分筒５内へと入り、油分堰５３の上端部の高さまで蓄積される。そして、油分Ｏは、油分堰５３の上端部にまで到達すると、油分堰５３から溢れ出して、油分回収部５２へと回収される。これにより、混合液Ｍから分離する油分Ｏ中の含水率を効果的に低下させることができる。

一方、周壁部２２の下方へ分離される水分Ｗは、内側筒３の下端部３２と外側容器２の底部２１との間の隙間Ｓから、内側筒３内へ流れ、内側筒３内を上昇する。この水分Ｗは、内側筒３の上端部３１における水分出口２３２から水分筒６内へとさらに上昇する。そして、この水分Ｗは、水分堰６３の上端部にまで到達すると、水分堰６３から溢れ出して、水分回収部６２へと回収される。

こうして、混合液Ｍの圧力及び旋回流Ｍ１を利用して、油分Ｏと水分Ｗの分離を行うことにより、この油水分離の処理時間を効果的に短縮することができる。また、一般的な機械構成要素としての外側容器２、内側筒３、流入配管４、ポンプ４１、水分筒６及び油分筒５によって油水分離装置１を形成することができ、装置の簡素化を図ることができる。
それ故、本例の油水分離装置１によれば、油分Ｏ中の含水率の低下、処理時間の短縮及び装置の簡素化を図ることができる。

１ 油水分離装置
２ 外側容器
２１ 底部
２２ 周壁部
２３ 天板部
２３１ 油分出口
２３２ 水分出口
３ 内側筒
４ 流入配管
４１ ポンプ
５ 油分筒
５３ 油分堰
６ 水分筒
６３ 水分堰
Ｏ 油分
Ｗ 水分
Ｍ 混合液

Claims (4)

1. 油分と水分とが混ざり合った混合液から油分と水分とを分離する油水分離装置において、
   底部、該底部から立設された円筒形状の周壁部、該周壁部の上端開口部を閉塞する天板部、及び該天板部の一部を開口して形成された油分出口を有する外側容器と、
   該外側容器の内部に上記周壁部と平行な状態で配置され、上端部が上記天板部の一部を開口して形成された水分出口に繋がり、下端部が上記底部との間に隙間を空けた状態の内側筒と、
   上記周壁部に開口して設けられ、上記混合液を上記周壁部の周方向に向けて流入させ、該周壁部の周方向に上記混合液の旋回流を形成するための流入配管と、
   該流入配管に接続され、上記混合液に加える圧力によって、該混合液を上記外側容器内に充満させて上記天板部まで到達させるためのポンプと、を備え、
   上記旋回流の形成によって、上記天板部に集まる油分を上記油分出口から排出するとともに、上記隙間を介して上記内側筒内へ流入する水分を上記水分出口から排出するよう構成されており、
   上記天板部には、上記油分出口に繋がる油分筒と、上記水分出口に繋がる水分筒とが立設されており、
   上記油分筒の側壁部には、油分を溢れ出させて回収するための油分堰が設けられており、
   上記水分筒の側壁部には、水分を溢れ出させて回収するための水分堰が設けられていることを特徴とする油水分離装置。
2. 上記油分堰の上端部の高さによって決定される油分の液面は、上記水分堰の上端部の高さによって決定される水分の液面よりも高くなっていることを特徴とする請求項１に記載の油水分離装置。
3. 上記水分堰は、上下にスライドして、上記水分の液面の高さ位置を調節可能な水位調節板によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の油水分離装置。
4. 上記流入配管は、上記周壁部において、上記底部から上記天板部までの全体高さに対し、上側の１／３の高さの範囲内に開口していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の油水分離装置。

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