Method and device for removing moisture from oil phase

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油相からの水分除去方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工場等で使用される潤滑油その他の油は、長期間使用されると空気中などに含まれる水分が微小粒子として混入し劣化する。 この水分を含んだ油をそのまま使用していると、機械に損傷を与えたり、工作製品の精度を悪くする。 そこで、工場等では一定の周期、
例えば１年に２〜３日の間に機械を止め油を交換しているが、その廃油処理のために多額の費用を要している。
このため機械から抜き取られた油を再利用できるように処理することが望まれる。

【０００３】ここで、機械から抜き取った油から、水分を自然沈降により除去できるか考察すると、例えばある油相中の水滴の粒子径が平均３．８μｍ、最小１．３７
μｍ、そして最大７．８５μｍ、また油の粘度６．２ポアズ（ｇ／ｃｍ・ｓｅｃ．）、密度０．８６（ｇ／ｃｍ
³ ）とした場合、本発明者の計算によれば、粒子径ごとの沈降速度は (1) 平均粒子径（３．８０μｍ）において、 ６．３３
μｍ／ｈ (2) 最小粒子径（１．３７μｍ）において、 ０．８２
μｍ／ｈ (3) 最大粒子径（７．８５μｍ）において、２７．０１
μｍ／ｈ であり、静的油相中に含まれた平均的サイズの水滴を、
例えば垂直距離２００ｍｍ沈降させるためには、２００
×１０ ³ ÷６．３３＝３１．６０×１０ ³ （ｈ）、すなわち３万時間以上もの間その油相の静的状態を維持しなくてはならず、実用困難であることが分かる。

【０００４】一方、油相から水分を強制的に抽出・分離する従来の方法としては、油処理槽に設置した電極間に直流電圧を印加し、これによる直流電場の作用で水の微粒子（分散相）に電気双極子を形成せしめ、これらの電気双極子が電極に引き寄せられ、互いに衝突・集合（一体化）して油中での微粒・懸濁状態を脱し、水本来の比重に従って油相から分離・沈降することを利用する方法がある。

【０００５】しかしながら、この直流高電圧印加法を実施するためには、インバータ等の直交変換手段や整流器を要し、装置が大型化するという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は油相中に直流電場でなく、交流電場を形成することにより効率的に水分を除去する方法及び装置を提供しようとするものである。 この、油相への交流電場の適用は、電気双極子（水微粒子）の方向を繰り返し反転させるものであり、従来当業者間ではそのような双極子の交互反転は、それら水微粒子の電極への接近を直流の場合ほど促進しないものとして、水分除去の効果が疑問視され、もしくは無視されてきたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者は、油相への交流電場の適用について種々実験を重ねた結果、従来は工業的には利用されなかった交流電場による水分除去効果がきわめて顕著であることを発見し、最適条件による油相からの水分除去方法及び装置を確立したものである。

【０００８】実験装置 油中水分の除去装置として実験に用いられた装置Ａは、
図１に示すような同軸円筒型であり、この場合アクリル樹脂からなる外筒１に、エナメル銅線をコイル状に埋め込んで形成された外側電極２と、ガラス製内筒３の外周面において軸方向に配列されたキャピラリー挿入銅線群よりなる内側電極４とを備えている。 実質上、同軸円筒面電極とみなされるこれらの電極３、４間には、例えばＡＣ１００Ｖに接続された二次電圧可変型トランス５より１ｋＶ以上の交流高電圧が印加されるようになっている。 この装置Ａは、電極間隔７．５ｍｍと、３．５ｍｍ
の２種類（Ａ７．５及びＡ３．５）が用意された。

【０００９】実験に用いられた第２の装置Ｂは、図２に示すような平行平板電極型であり、対向した一対のアクリル板６ａ、６ｂの内側面に張りつけられた網状又は密集平行銅線からなる樹脂含浸電極板７ａ、７ｂ間において油を収容できる容器として形成され、装置Ａと同様に交流高電圧が印加されるようになっている。 この装置Ｂ
の電極間隔は７．５ｍｍの１種類（Ｂ７．５）である。

【００１０】実験方法 温度を一定に保った恒温槽（図示せず）内に油中水分除去装置Ａ又はＢを配置し、これらの装置の大きさに応じた量の油を電極間の範囲内に収容させる。 例えば、装置Ａでは３０ｍｌ、装置Ｂでは１２０ｍｌであり、いずれも油の温度が前記の一定温度に達してから、それぞれ１
ｋＶ、２ｋＶ及び３ｋＶの交流電圧を０分間、３０分間、６０分間、１２０分間及び１８０分間印加した後の油中水分量を測定した。 交流電圧を“０分間”印加した後の測定とは、当該電圧の印加試験を０分から始めて３
０分、再び０分から始めて６０分、─ と一連的に実施するに際して最初に当該試験装置に供給された（時点“０”分）油について当該電圧を印加する前に測定したことを意味する。 水分量は、油の上部から２〜３ｃｍの位置の上澄み液を２〜４ｇ採取し、カールフィッシャー自動水分測定器により測定した。

【００１１】実験結果 図３は装置Ａ３．５、即ち３．５ｍｍ間隔の円筒電極間に収容した油について１ｋＶ、２ｋＶ及び３ｋＶの交流電圧をそれぞれ印加した結果を示している。 各電圧を印加した場合とも、油相中の含水率は０〜３０分間で急激に低下し、６０分間印加すると、その値は０．００８重量％以下となり、それ以後は緩やかに低下し１８０分間印加すれば０重量％近くとなることが分かった。

【００１２】図４は装置Ａ７．５、即ち７．５ｍｍ間隔の円筒電極間に収容した油について１ｋＶ、２ｋＶ及び３ｋＶの交流電圧をそれぞれ印加した結果を示している。 各電圧の場合とも、３０〜６０分の印加において油相中の含水率は０．０２〜０．０３重量％位まで顕著に降下するが、１８０分の印加後においても０．０１重量％以下にはならず、上記の間隔３．５ｍｍの円筒電極間で得られた０．００８重量％以下に比して除去能率が劣る。

【００１３】図５は装置Ｂ７．５、即ち７．５ｍｍ間隔の平板電極間に収容した油について１ｋＶ、２ｋＶ及び３ｋＶの交流電圧をそれぞれ印加した結果を示している。 ここに電圧３ｋＶでは３０分、１ｋＶ及び２ｋＶでは６０〜１２０分の印加において油相中の含水率は０．
０２〜０．０３重量％位まで顕著に降下するが、１８０
分の印加後においても０．０１重量％以下にはならず、
除去能率が装置Ａ３．５の場合よりも悪いことは装置Ａ
７．５の場合と同様である。 なお、平行平板電極において間隔を３．５ｍｍと狭くすれば、電極への水微粒子の強い吸着と、互いの衝突・集合（一体化）とにより、電極間を架橋し、短絡あるいは絶縁破壊が生ずると考えられるため、この間隔では実験しなかった。

【００１４】本発明の油相中水分除去方法は、以上の実験結果及び考察を前提として構成されたものであり、
ａ）処理槽に、水分を含んだ油を静的又は流動的に収容する工程と、 ｂ）前記処理槽内において用意された間隔７．５ｍｍ以下で対向し、各対向面上に絶縁被膜を有する少なくとも一対の電極セットの各対向電極間に、前記処理槽に導入された油のすべてを実質的に滞在もしくは流通させる工程と、 ｃ）前記各対の電極間に１０ｋｖ以下であって絶縁破壊を生じない限度で十分高い大きさの商用周波数の交流電圧を３０分以上印加する工程と、 ｄ）前記各対の電極間に滞在もしくは流通する油のすべてが、前記印加された交流電圧による主電場の影響を３
０分以上受けるように、前記処理槽への油供給又は交流電圧の印加時間を制御する工程、及び ｅ）前記主電場の影響により各電極間の油から分離された水分が凝集・沈降して形成された水相を前記処理槽から抜き取る工程、からなるものである。

【００１５】また本発明の油相中水分除去装置は、ａ）
水分を含んだ油を静的又は流動的に収容する処理槽と、 ｂ）前記処理槽への油供給を制御する制御弁と、 ｃ）前記処理槽内において間隔７．５ｍｍ以下で対向し、各対向面上に絶縁被膜を有する少なくとも一対の電極セットからなり、前記処理槽に導入された油のすべてが実質的に各対の電極間に滞在もしくは流通するように配列された電極構造と、 ｄ）前記各対の電極間に１０ｋｖ以下であって絶縁破壊を生じない限度で十分高い大きさの商用周波数の交流電圧を印加するための電圧印加回路と、 ｅ）前記各対の電極間に滞在もしくは流通する油が、前記印加された交流電圧による主電場の影響を３０分以上受けるように、前記油供給制御弁を制御するための制御装置、及び ｆ）前記主電場の影響により各電極間の油から分離された水分が凝集・沈降して形成された水相を抜き取るために、前記処理槽の底部に連設された開閉弁付きのドレン流路、を備えたものである。

【００１６】上記の構成において、一対の電極は同軸円筒型又は平行平板型その他、両者の間隔を一定に維持する限り、種々の形状を取りうるが、製造及び加工の容易性からは平行平板型がもっともよい。 従って、本発明装置の好ましい実施態様としては、前記各対の電極が間隔５ｍｍ以下の平行平板電極からなり、電極間電圧が３０
００Ｖ以上、電極間に滞在もしくは流通する油が、前記印加された交流電圧による主電場の影響を６０分以上受けるようにしたものが構成される。

【００１７】

【発明の実施の形態】図６は実施例において、ユニット化された油中水分除去装置の上面を示すものであり、装置ユニットは電極板を兼ねた両側板１０ａ、１０ｂと、
両端板１１ａ、１１ｂ及び底板１２（図７）からなる偏平な箱体１３により形成される。 箱体１３内には両端板１１ａ、１１ｂに対して、両端縁がそれぞれ箱体１３の幅と同程度の間隔で対峙する非接地電極板１４ａ、１４
ｂと、さらにそれら電極板の中間に位置する実質上同一形の接地側電極板１５が取り付けられる。

【００１８】図７に示すとおり、底板１２は長さ方向の両側部が傾斜して下端中間部に連なる偏平漏斗型をなし、各電極板１４ａ、１４ｂ及び１５の下端縁はこの偏平漏斗型底板１２よりも上方に位置する。 側板１０ａ、
非接地電極板１４ａ、及び接地側電極板１５の各間と、
接地側電極板１５、非接地電極板１４ｂ及び側板１０ｂ
の各間にはそれらの四隅において絶縁スペーサ１６が挟入されるとともに、電極板１４ａ、１４ｂ及び１５の両下端部は両側板１０ａ、１０ｂ間に掛け渡されたアングル材１７により支持される。 両端板１１ａ及び１１ｂの上部には、それぞれ油受入口１８及び油排出口１９を有する。 この場合、油受入口１８は油排出口１９と同一又はやや高レベルとして、前者１８からユニット中に流入した油が各電極板１４ａ、１４ｂ及び１５の手前における入口部２０より、これらの電極板の範囲における処理部を経て水除去処理され、出口部２１を通って後者１９
から溢流・排出されるようにしてある。 油受入口１８には油供給制御弁３１が接続され、この制御弁３１は制御装置３２によって制御されるようになっている。

【００１９】図７及び図８に示すとおり、電極を兼ねた両側板１０ａ、１０ｂと接地側電極板１５は、それらの出口側の上端部にそれぞれ形成した各舌片部２２を貫通した接続棒２３により、交流高電圧の接地側として一括的に電気接続される。 同様に非接地電極板１４ａ、１４
ｂはそれらの入口側の上端部にそれぞれ形成した各舌片部２４を貫通した接続棒２５により、交流高電圧の非接地側として互いに電気接続される。 接続棒２３及び２５
からは交流高電圧の印加回路を成す接続ワイヤー３３及び３４が接続されている。

【００２０】図９Ａは両側板（総括して１０）の電極構造を示す断面図である。 各側板１０の本体をなす樹脂成形板２６の内側面には、非接地電極１４ａ又は１４ｂに対応する範囲において銅箔２７が張りつけられ、銅箔２
７の表面には樹脂含浸した絶縁紙２８が接着している。
これに対し、図９Ｂは非接地電極板（総括して１４）及び接地側電極板１５の断面構造を示すもので、これらは両側とも他の電極と対向するため、やや薄い樹脂成形板２６'の両側に銅箔２７を張りつけ、さらにその銅箔の表面に同様の絶縁紙２８を接着させたもので、全体として側板１０と同じ厚さに仕上げられている。 かくして実施例の、ユニット化された油中水分除去装置の大きさは、例えば両端板１１ａ、１１ｂの間隔３８ｃｍ、両側板１０ａ、１０ｂの間隔２．９ｃｍ、底板１２の最低部から上縁までの高さ２５ｃｍとし、それぞれ厚さ３ｍｍ
の三電極板の体積を除いた凡その容積が２．１Ｌとなる。 電極間隔は５ｍｍである。

【００２１】上記の様な実施装置において、例えば５０
Ｈｚ又は６０ＨｚのＡＣ商用交流１００Ｖから３ｋＶまで昇圧された電圧を、接地側電極１０ａ、１０ｂ及び１
５と、非接地電極１４ａ、１４ｂとの間に印加し、油を受入口１８から３０ｍＬ／分の流量で受け入れると、流入した油は約７０分装置内に滞留した後、排出口１９から溢流する。 この装置内滞留において、油は平均的に約６０分の間、電極間隔中にあり、その間６ｋＶ／ｃｍの交流電場の影響を受ける。 これにより油中懸濁水分は、
微粒子同士が合体して大きくなり、懸濁状態を脱して油との比重差に従い沈降する。 したがって装置使用中に油から分離して底部に溜まる水は、コック２９を有するドレンパイプ３０より適当間隔で排出しなければならない。 なお、油を装置内に一旦規定量だけ供給し、静止させた状態で所望時間交流電圧を印加し、その後装置底部に溜まった水分をドレンパイプ３０より抜き取る操作と、装置底部以外の主要部から水分離後の油を排出する操作を行ってもよい。

【００２２】実施例の条件より電極間隔を狭く又は印加電圧を高くすれば、当然ながら油／水分離効率は高くなるが、１ｋＶ以上の高電圧において３．５ｍｍ以下とした電極間隔は水粒子の連鎖により短絡状態になり、絶縁紙等の焼損及び油の引火等の生ずる危険がある。 また電圧を１０ｋＶ以上にすると電極間隔との関係で上記のような事故発生の恐れがあるとともに、取り扱い上も危険である。

【００２３】

【発明の効果】本発明は以上の通り、装置構成が容易な交流電圧法により、油相からの水分除去を効果的に行えるようにしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒電極型実験装置の構造及び電気接続を示す図である。

【図２】平板電極型実験装置の構造及び電気接続を示す図である。

【図３】３．５ｍｍ間隔の円筒電極型実験装置による実験結果を示すグラフである。

【図４】７．５ｍｍ間隔の円筒電極型実験装置による実験結果を示すグラフである。

【図５】７．５ｍｍ間隔の平板電極型実験装置による実験結果を示すグラフである。

【図６】実施例の平板電極型装置の上面を示す図である。

【図７】図６の装置の略中央垂直断面図である。

【図８】図６の装置の右端面を示す図である。

【図９】図６の装置における電極兼用の側板の断面図（Ａ）及び両側板の間に位置する電極板の断面図（Ｂ）
である。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ 側板 １１ａ、１１ｂ 端板 １２ 底板 １３ 箱体 １４ａ、１４ｂ 非接地電極 １５ 接地側電極 １６ 絶縁スペーサ １７ アングル材 １８ 油受入口 １９ 油排出口 ２０ 入口部 ２１ 出口部 ２２、２４ 舌片部 ２３、２５ 接続棒 ２６ 樹脂成形板 ２７ 銅箔 ２８ 絶縁紙 ２９ コック ３０ ドレンパイプ ３１ 油供給制御弁 ３２ 制御装置 ３３、３４ 接続ワイヤー