JP4959210B2 - 分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１の液体が第２の液体よりも低い比重（比密度）を持つ際に、第１の液体を第２の液体から分離する分離装置に関する。該分離装置は、内壁を有する容器と、排出口及び排出口の上部に配置した注入口と、第１の液体を吸着可能で容器内の注入口と排出口間に配置した浸透性フィルタで形成され、清浄な場合は第２の液体上に浮遊し、第１の液体の吸着が増大すると沈下する分離部材とからなる。

上記のような分離装置は例えば圧縮空気を利用する際に必要となる。空気圧縮機は、周囲の空気を取り込んで圧縮して圧縮空気を生成するが、それに含まれる空気中の水分は物理的条件と圧縮空気の乾燥により凝縮する。この凝縮液は圧縮機の潤滑油を含んで炭化水素濃度の許容限度を越えているので、大方の場合、下水道に排出してはならない種類の汚水となっている。

６０立方メートル／時の体積流量の吸気は、１．６リットル／時のほぼ断続的な凝縮液の流れを生じ、１９０ｐｐｍに相当する３００ｍｇ／時の油を含んでいる場合がある。水と潤滑油の間には、分散を介した油と水の混合物から乳濁にわたる、異なる結合形態がある。ドイツでは、下水へ排出する許容量は２０ないし１０ｐｐｍであり、５ｐｐｍの場合もある。従って凝縮液は、その処理が高価で公害を生じうる汚水となっている。そこで含有する油を水から分離するため、様々な方法や装置が開発されている。

液体を分離あるいは解離する装置は周知である。例えば、ドイツ実用新案ＤＥ９００４０１９．８（特許文献１）は、液体分離装置で分離した軽い液体を吸い取る装置を記載している。該液体分離装置は、容器を配置したハウジングからなり、容器に油結合剤で満たした袋を入れる。油結合剤は、ポリウレタンフォームをベースにした浮遊粒状材である。軽い液体で汚染された汚水は入り口を通してハウジング内に入る。ここで容器内の油結合剤が十分飽和に達していなければ、容器は軽い液体層にわずかに浸漬する。軽い液体は、容器と油結合剤を含む袋を透過して油結合剤に吸着される。油結合剤の飽和が増大すると、袋の重量も増加し、容器は持続的に沈降する。容器がその最低位置に到達すると、油結合剤は軽密度物質で大きく飽和し、袋を交換できる。吸着されなかった液体は排出口から逃げる。基本的にこの装置の原理は有用であるが、装置それ自身は非常に高価で、失敗しやすい。例えば混合液の全部が実際に袋を通過する保証はなく、完全なろ過は必然的に保証されない。

上記の装置をベースに、ドイツ特許ＤＥ６０００４５２３Ｄ２（特許文献２）は更に、異なる密度の液体を解離する装置と方法を記載している。基本的にそこで述べている装置は同一原理で作動する。即ち２つの液体のうちの１つにより吸着剤が飽和し、それにより他の液体に沈降する。しかし本質的な相違は、この装置では全流量が、吸着剤からなる解離部を通過するということである。解離部は、容器の断面を完全に満たす形で容器に配置される。しかし解離部と容器の間の摩擦がこの装置の欠点となっている。解離部の吸着ないし汚染の増大及び温度や圧力の変化により摩擦条件も変化し、ろ過処理と必要なエネルギー支出に影響がある。従って該装置は失敗を生じやすく、より多くの保守が必要なことがある。

上述の装置の別の問題点として、高度に分散あるいは高度に乳化した凝縮液を処理できないということがある。通常の場合、膜、蒸留、分解などのより高価な方法を使用しなければならない。

ドイツ実用新案ＤＥ９００４０１９．８ ドイツ特許ＤＥ６０００４５２３Ｄ２

従って本発明の目的は、第１の液体が第２の液体よりも低い比重を持つ際に、第１の液体を第２の液体から容易に分離可能にする分離装置を提供することである。該分離装置はできるだけ単純に構成し、極端な動作条件にも耐え、検査やフィルタの交換などの保守作業も容易かつ迅速に行えることが要求される。

本発明によると、上記の目的は、分離部材が容器に比較して小さい径を持ち、作動の際は内壁と浮遊する分離部材の間に横方向の距離があり、第１の液と第２の液からなる混合液を、分離部材が第１の液体を吸着できるように完全に分離部材を流れるように注入口から容器に充填することで達成できる。

従って本発明の本質的な利点は、吸着材からなる分離部材が、既にろ過された液体表面上に、容器の内壁に横方向に接触することなく浮遊することである。液体は依然分離部材を通過するので、分離部材と容器の内壁の間の摩擦から生じる全ての問題点は解消される。吸着が増大すると、分離部材の重量ないし質量も増大し、周囲の液体に持続的に沈下する。既にろ過された液体の表面より上のフィルタ材料は、毛細管作用により油を吸着する。凝縮液が流れるフィルタ材料の早期の閉塞を防ぐことができ、同時に分離部材は持続的に沈下するので、周辺液体の表面近くには常に清浄で未飽和のフィルタ材が存在することになる。

好適には分離部材を内部空洞を持つポット状に形成し、液体をそれを内から外に流すので、ほぼ１ｋｇ／ｄｍ^３の密度の油であってもその遊離部分も必然的に分離部材と接触する。このように凝縮液の量が増大すると、流れの抵抗の増大により分離部材内の液面レベルが増大するので、自己調節面領域が形成される。これは分離部材の消耗の増大にも当てはまる。分離部材への充填は、ガイドパイプにより内部空洞に向けて中心を取りながら行い、浮遊する分離部材の横方向の逸脱を防ぐあるいは制限する。

ステーのような補助具を使用し、横方向の浮遊を防止する追加手段を具備して分離部材を中心位置に保持することも好適なことが分かった。

本発明の分離装置の構成により、性能低下につながるバイパスの派生を防ぐことができる。更に、分離部材が完全に閉塞し不浸透な場合には、供給された混合液は分離部材外の分離部材の側部を流れるので、分離部材が配置されている装置を完全に閉塞させることはない。これによりフィルタ効果は勿論なくなるが、装置が閉塞することはない。

分離部材は水をほとんど吸収しない物質からなる。これは、熱処理をほとんど何の問題もなく行うことができ、水や選択した種類の物質がないのでほとんど残留物なしに行うことができる。そのような物質は周知であり、例えば油吸収性のポリプロピレンを使用することができる。

特に本発明の分離装置は、追加の分離ないしろ過部分と結合すると効率的になる。例えば、混合液が最初にとどまる前置分離器を、分離装置の上流に配置できる。前置分離器は懸濁物質を吸収するので、ろ過段階は性能低下につながる負荷を受けない。前置分離器はその底部の排出口から迅速かつ容易に清掃できる。

前置分離器の表面上で浮遊する油の遊離部分は、任意に油排出管を介して分離収集容器に排出できる。ほとんどの油類は、水を部分的に持つ遊離した油の大部分は６０分以内に表面に定着する。油排出管を上向きにシフトすると、例えば一杯になった収集容器を交換する際、前置分離器が溢れることはない。油排出管と分離装置の容器の注入口の間の高さの相違は、波状の流入がある場合に水が収集容器に入るのを防ぐ層厚を油の密度に対応して調節できるように、調節できるものとする。

原則的に、２つのろ過段階では上から下向きに通過する。従って水より高い密度を持つ油部分により、機能的に意味のある導管が閉塞されることはない。

分離部材を予備フィルタとして作動させ、メインフィルタを容器内に配置すると、別の利点を達成できる。好適にはこのメインフィルタは、分離部材の下部に配置する。従って分離部材を出た液体はメインフィルタに到達し、それを通過して容器の排出口から流れ出る。メインフィルタは、全液体がメインフィルタを流れるように容器の寸法の適合させ、好適にはメインフィルタを容器の全断面を満たすようにする。

分離部材とメインフィルタの密度は流れるそれぞれの液体に適合させ、それにより水路ができるのを防ぎ、液体が実質的に消耗した部材を流れるのを防止する。

更に分離部材とメインフィルタは、表面積、量、保留時間に関してそれぞれの応用に正確に適合し、経済的に設計する。メインフィルタは更に水をほとんど吸収しないフィルタ媒体からなる。

好適には分離部材とメインフィルタは一般に、ドイツ連邦省で刊行されている「油結合剤要件」に合致している。

好適にはメインフィルタは容器内に、液体が中心に合わせて供給、排出され、それぞれの場合に液体のバイパスが生じ得ないように、メインフィルタの全断面領域を利用できるように配置する。

更にメインフィルタは、細かく分散したあるいは乳化した油を含む液体を排出できるように分離できる材料から構成できる。例えば、分布指向型表面様相と組織を有し、適切な密度の活性炭素及び最小の油滴を吸着するサイズの親油性溶融紡糸ポリマないし親油性発泡ポリマが適切で、フィルタ媒体を覆う油による閉塞を防ぐ。

好適には上昇管を、容器の排出口の純水側の下流に配置する。上昇管によりろ過段階での保留時間が長くなり、液体の良好な分布をもたらすことができる。

保守作業を容易にし、フィルタにより分離を確保するため、分離ないしろ過段階の消耗を指示するレベル指示器を具備することもできる。例えば好適には分離部材に、分離部材がどれほど深く沈んだかを示すレベル指示器を設ける。更にレベル指示器は、分離部材内あるいはメインフィルタ内の液体の蓄積を指示できる。

図示する両凝縮液処理装置２０は、本発明の分離装置２２の原理を例示している。分離装置２２は、注入口２６と排出口２８を含む容器２４内に配置されている。例示した実施例では、容器２４をハウジング３０内に配置している。容器２４はここに図示するものより短くてもよい。容器２４とハウジング３０の間にはオプションでシールを配置できる。しかし容器２４は、ハウジング３０を省略した形で構成することができる。

分離装置２２は、注入口２６と排出口２８の間、即ち排出口２８の上部で注入口２６の下部、に配置した分離部材３２を含む。好適には分離部材３２をポット状とし、混合液３４は分離部材３２を内から外へ通過するように注入口２６から供給する。注入口２６はポット状の分離部材３２に対してできるだけ中心部に配置し、それにより内部空洞４２内で混合液３４を均等に分布ないし蓄積するようにする。

本発明の別の本質的な特徴として、分離部材３２が容器２４の内部断面よりも小さな外寸ないし断面を持つことがある。従って分離部材３２は容器２４の内壁３６とは接触しない。

混合液３４は第１の液体３８と第２の液体４０とからなる。第１の液体３８は好適には油であり、第２の液体４０は水である。

混合液３４に分離部材３２を通過させると、分離部材３２は第１の液体３８を吸着し、第２の液体４０を通過させる。分離部材３２は、第１の液体３８を吸着していないあるいはほとんど吸着していなければ第２の液体４０上に浮遊する構成となっている。これは特に分離部材３２に、第２の液体４０と等しいか低い比重を持つ材料を使用することで達成できる。

図１、２では、凝縮液処理装置２０は既に作動しており、第２の液体４０の一定部分は既に分離部材３２を通過し、分離部材３２は第２の液体４０上に浮遊しているか、既にその中に沈んでいる。

それは、第１の液体３８を吸着することで分離部材３２の重量が徐々に増大し、分離部材３２が第２の液体４０内に沈むことを意味する。毛細管作用により第１の液体３８は分離部材３２内で、第２の液体４０の液面より上に上昇する。着実な沈降過程により、第１の液体３８が清浄かつ未使用で吸着能力のある分離部材３２の材料といつも接触できるという効果が生じる。

図示する両凝縮液処理装置２０は、それぞれ分離部材３２あるいは分離装置２２の下流に配置したメインフィルタ４４を有している。メインフィルタ４４は分離部材３２の下方に配置し、容器２４の断面を満たすように構成する。それは、分離装置２２を出た第２の液体４０は、強制的にメインフィルタ４４を通過して排出口２８に到達することを意味する。メインフィルタ４４は例えば、分布指向型表面様相と組織を有し、適切な密度の活性炭素及び最小の油滴を吸着するサイズの親油性溶融紡糸ポリマないし親油性発泡ポリマからなる。

中間処理段階は、いわば分離部材３２とメインフィルタ４４の間で形成される。この中間段階では、分離部材３２を通過している液体に、まだ吸着されていない第１の液体３８の遊離部分を分離する追加保留時間がもたらされる。更にまだろ過されていない部分は、この領域の分離部材３２の外面と接触する。

更にメインフィルタ４４を出た純水４８が上昇できる上昇管４６が、メインフィルタ４４の下流に配置されている。上昇管４６により保留時間が長くなり、凝縮液処理装置内での液体の分布が良くなる。

更に両図は、前置分離器５０が分離装置２２の上流に配置された実施例を示している。混合液３４は吸着部材５２を通過して吸着ポット５４に入り、その中で上昇する。吸着部材５２は、混合液３４を吸着ポット５４の底部５８近くの領域に導くノズル５６を有する。前置分離器５０は懸濁を吸収するので、後続のろ過段階では性能を低下する負荷を受けることはなくなる。そして混合液３４は前置分離器５０を流れ出て、注入口２６を通って分離部材３２に向かって流れる。

図２では、前置分離器５０を、前置分離器５０内の表面で既に浮遊している油の遊離部分あるいは第１の液体３８の遊離部分を排出するように構成することもできる。このために、導管６２を介して吸収ポット５４と接続された分離収集容器６０を設ける。導管６２の開口部６４は、第１の液体３８の上昇部分が開口部６４を通して導管６２に移動でき、最終的に収集容器６０に移動するように配置する。残る混合液３４は、上昇管６６を介して注入口２６に供給する。

更に、分離部材３２とメインフィルタ４４の消耗を指示できるレベル指示器６８ _１ ，６８ _２ ，６８ _３ を設けることができる。後者は分離部材３２の内部空洞４２の液面が上昇し、分離部材３２が沈み、液体が容器２４内で蓄積すると消耗する。レベル指示器６８ _１ ，６８ _２ ，６８ _３ には市販されている装置を使用できる。より具体的には、上記レベル指示器は、前記分離部材の内部空洞内の液面を指示する第１レベル指示器６８ _１ と、前記容器内における前記分離部材の外側の液面を指示する第２レベル指示器６８ _２ と、分離部材の沈み込み量を示す第３レベル指示器６８ _３ とから構成されている。

本発明の分離装置２２は、注入口２６を介して前置分離器５０と接続でき、排出口２８を介して上昇管４６と接続でき、上記のメインフィルタ４４を含む。また、あるいは分離装置２２は上記の構成部品の１つもしくはいくつかと組み合わせることができる。上記の構成部品との接続は、それぞれの用途による。

本発明は上述の実施例には限定されず、同様に作動する全ての実施例を含む。

本発明の更なる利点は、特許請求項からも明らかになろう。

油を水から分離ないし解離する凝縮液処理装置の第１の実施例を示す図。 本発明の凝縮液処理装置の第２の実施例を示す図。

符号の説明

２０ 凝縮液処理装置
２２ 分離装置
２４ 容器
２６ 注入口
２８ 排出口
３０ ハウジング
３２ 分離部材
３４ 混合液
３６ 内壁
３８ 第１の液体
４０ 第２の液体
４２ 内部空洞
４４ メインフィルタ
４６ 上昇管
４８ 純水
５０ 前置分離器
５２ 吸着部材
５４ 吸着ポット
５６ ノズル
５８ 底部
６０ 分離収集容器
６２ 導管
６４ 開口部
６８ 液面指示器

Claims (9)

1. 第１の液体（３８）が第２の液体（４０）よりも低い比重を持つ際に、第１の液体（３８）を第２の液体（４０）から分離する分離装置（２２）において、
   内壁（３６）を有する容器（２４）と、
   排出口（２８）及び前記排出口（２８）の上部に配置した注入口（２６）と、
   前記第１の液体（３８）を吸着可能で、前記容器（２４）内の前記注入口（２６）と前記排出口（２８）間に配置される、浸透性フィルタ材で形成された分離部材（３２）と、を備え、
   前記分離部材（３２）が清浄な場合は前記第２の液体（４０）上に浮遊し、前記第１の液体（３８）の吸着が増大すると沈下するように構成され、
   前記分離部材（３２）を前記容器（２４）よりも径を小さくして、前記内壁（３６）と浮遊する前記分離部材（３２）の間には横方向の距離を設け、前記第１の液体（３８）と前記第２の液体（４０）とからなる混合液（３４）の全てを、前記分離部材（３２）が前記第１の液体（３８）を吸着できるように、前記注入口から前記分離部材（３２）を介して前記容器（２４）に注入することを特徴とする分離装置。
2. 前記分離部材（３２）は、前記注入口に臨んで開口し、該注入口から前記混合液が注入される内部空洞（４２）を有することを特徴とする請求項１記載の分離装置。
3. 前記分離部材（３２）の横方向位置を前記容器の中心位置に保持する補助具を備えた、ことを特徴とする請求項１または２のいずれか記載の分離装置。
4. 前記容器（２４）内において前記分離部材（３２）と前記排出口（２８）の間にメインフィルタ（４４）を配置し、前記分離部材（３２）を出た前記第２の液体（４０）が前記メインフィルタ（４４）を通って前記排出口に通過するように構成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の分離装置。
5. 前記排出口（２８）の下流に上昇管（４６）を配置し、前記メインフィルタ（４４）を出た前記第２の液体（４０）が前記上昇管（４６）を上昇することを特徴とする請求項４記載の分離装置。
6. 前記注入口（２６）が懸濁物質を前記混合液（３４）から分離する前置分離器（５０）に接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の分離装置。
7. 前記前置分離器（５０）は、前記第１の液体（３８）の遊離部分も分離するように構成されたことを特徴とする請求項６記載の分離装置。
8. 前記分離部材の内部空洞内の液面を指示する第１レベル指示器（６８ _１ ）を設けたことを特徴とする請求項２記載の分離装置。
9. 前記容器内における前記分離部材の外側の液面を指示する第２レベル指示器（６８ _２ ）を設けたことを特徴とする請求項４記載の分離装置。

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