(57)【要約】【課題】潤滑油又は油圧油の性状低下を防ぎつつ、酸化防止剤を還元できる有機化合物の還元装置を提供する。【解決手段】本開示の有機化合物の還元装置は、水素供給モジュールと、気泡除去部とを備える。水素供給モジュールは、酸化防止剤を含む潤滑油又は油圧油に水素を供給する。気泡除去部は、潤滑油又は油圧油から気泡を除去する。また、水素供給モジュールは、水素含有ガスから水素を選択的に透過させる水素分離金属を含む水素分離層を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化防止剤を含む潤滑油又は油圧油に水素を供給する水素供給モジュールと、
前記潤滑油又は油圧油から気泡を除去する気泡除去部と
を備え、
前記水素供給モジュールは、水素含有ガスから水素を選択的に透過させる水素分離金属を含む水素分離層を有する、有機化合物の還元装置。
【請求項２】
前記気泡除去部は、前記潤滑油又は油圧油の流路のうち前記水素供給モジュールよりも下流側に配置される、請求項１に記載の有機化合物の還元装置。
【請求項３】
前記気泡除去部は、気泡除去フィルターである、請求項１又は請求項２に記載の有機化合物の還元装置。
【請求項４】
前記酸化防止剤は、アミン系酸化防止剤又はフェノール系酸化防止剤である、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の有機化合物の還元装置。
【請求項５】
前記水素供給モジュールは、多数の細孔を内部に有する多孔質支持体をさらに備え、
前記水素分離層は、前記多孔質支持体の外面及び内部の少なくとも一方に支持され、パラジウム又はパラジウム合金を含む、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の有機化合物の還元装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、有機化合物の還元装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばタービンに供給される潤滑油や、油圧制御に用いられる油圧油は、循環等により繰り返し使用されるが、使用に伴う熱や酸化ストレスによって、主成分の有機化合物が酸化により連鎖的に分解されていく。これを防止するため、潤滑油及び油圧油には酸化防止剤が一般に添加される。
【０００３】
酸化防止剤は、化学反応により有機化合物の酸化を防止するものであり、使用に伴い酸化防止機能を有する酸化防止剤の量は減少し、潤滑油又は油圧油の劣化も大きくなっていく。そこで、酸化後の酸化防止剤を活性水素により還元し、酸化防止剤の機能を回復させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６３２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、潤滑油又は油圧油に活性水素を供給した場合、還元反応に寄与しなかった水素が水素ガスとなり、潤滑油又は油圧油中に気泡として残存する。この気泡は、潤滑油又は油圧油の性状を低下させる一因となる。
【０００６】
具体的には、潤滑油では、気泡の存在によって油膜厚みが不均一になり、結果として十分な油膜厚みが得られず、摩耗面が損傷する懸念が生じる。また、油圧油では、気泡によって十分な油圧が稼げなくなる懸念が生じる。
【０００７】
本開示の一局面は、潤滑油又は油圧油の性状低下を防ぎつつ、酸化防止剤を還元できる有機化合物の還元装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本開示の一態様は、水素供給モジュールと、気泡除去部とを備える有機化合物の還元装置である。水素供給モジュールは、酸化防止剤を含む潤滑油又は油圧油に水素を供給する。気泡除去部は、潤滑油又は油圧油から気泡を除去する。また、水素供給モジュールは、水素含有ガスから水素を選択的に透過させる水素分離金属を含む水素分離層を有する。
【０００９】
このような構成によれば、水素供給モジュールから供給される活性水素によって酸化防止剤を効果的に再生しつつ、気泡除去部によって余剰水素から生まれる気泡を除去し、潤滑油又は油圧油の性状の低下を抑制することができる。
【００１０】
（２）本開示の一態様は、気泡除去部は、潤滑油又は油圧油の流路のうち水素供給モジュールよりも下流側に配置されてもよい。このような構成によれば、より確実に気泡を除去することができる。
【００１１】
（３）本開示の一態様は、気泡除去部は、気泡除去フィルターであってもよい。このような構成によれば、配管内で気泡を除去することができる。
（４）本開示の一態様は、酸化防止剤は、アミン系酸化防止剤又はフェノール系酸化防止剤であってもよい。このような構成によれば、酸化防止剤の再生効果を高めることができ、ひいては潤滑油の寿命向上効果を促進できる。
【００１２】
（５）本開示の一態様は、水素供給モジュールは、多数の細孔を内部に有する多孔質支持体をさらに備え、水素分離層は、多孔質支持体の外面及び内部の少なくとも一方に支持され、パラジウム又はパラジウム合金を含んでもよい。このような構成によれば、活性水素を効率よく供給できるので、酸化防止剤の再生効果を高めることができる。また、活性水素の供給量の増大に伴って気泡の発生も増加するが、気泡除去部によってこの気泡を除去し、潤滑油又は油圧油の性状低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態の有機化合物の還元装置を用いた発電システムの模式図である。
【図２】（ａ）は図１の有機化合物の還元装置に用いる水素供給モジュールの模式的断面図であり、（ｂ）は水素供給モジュールに金属継手を接続した状態を示す模式的正面図である。
【図３】図２の水素供給モジュールの部分拡大断面図である。
【図４】図１の有機化合物の還元装置に用いるガス抜き機構の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．構成］
［１−１．装置の全体構成］
図１に示す有機化合物の還元装置（以下、単に「還元装置」ともいう。）１は、潤滑油又は油圧油中に存在する酸化防止機能を失った酸化防止剤を、水素を用いた還元により再生することで、潤滑油又は油圧油の寿命を向上させる装置である。還元装置１は、図１に示すように、酸化防止剤を含む潤滑油又は油圧油に水素を供給する水素供給モジュール２と、潤滑油又は油圧油から気泡を除去する気泡除去フィルター３とを備える。
【００１５】
本実施形態では、発電機のタービンに用いられる潤滑油（いわゆるタービン油）を対象とする。潤滑油にはエンジン油等も含まれる。また、本開示は油圧油を対象としてもよい。油圧油には金属加工油も含まれる。潤滑油又は油圧油の種別としては、鉱油でも合成油でもよい。
【００１６】
図１に示すように、潤滑油は供給対象であるタービン１０とオイルタンク１１との間を接続する供給配管１２及び戻り配管１３による循環流路内を循環する。なお、オイルタンク１１は、循環流路の一部とされている。オイルタンク１１の潤滑油は、供給配管１２を介してタービン１０に供給される。タービン１０にて使用された潤滑油は、戻り配管１３を介してオイルタンク１１に戻される。タービン１０とオイルタンク１１との間には、熱交換器、遠心分離機等の公知の機器が適宜配設される。潤滑油は、一定期間使用された後に交換及び廃棄される。
【００１７】
なお、図１に示されるタービン１０と、オイルタンク１１と、タービン１０とオイルタンク１１との間で潤滑油を循環させる循環流路と、還元装置１とは、タービン発電機による発電システムを構成する。
【００１８】
潤滑油及び油圧油は、使用に伴い、酸素、熱、金属イオン、紫外線等の照射エネルギー、燃焼等により発生するフリーラジカルなどにより、いわゆる自動酸化と呼ばれる連鎖反応を引き起こす。これにより、劣化生成物が発生し、粘度増加、スラッジ生成、金属の腐食、泡立ち、退色、フィルター閉塞などの弊害が発生する。特に、タービンなどにおいて高温条件下で金属に接触する潤滑油では、酸化が著しい。このような酸化を防止するため、潤滑油及び油圧油には一般に酸化防止剤が添加される。
【００１９】
本実施形態の還元装置１で用いる酸化防止剤としては、連鎖防止剤又は過酸化物分解剤に分類されるものが好ましい。連鎖防止剤は、ペルオキシラジカルを生成することで、酸化反応の連鎖を抑制する。連鎖防止剤としては、例えば２，６−ジ−ｔ−ブチルパラクレゾール（ＤＢＰＣ）、Ｐ，Ｐ’−ジオクチルジフェニルアミン等が挙げられる。過酸化物分解剤は、酸化反応中に生成されるヒドロペルオキシド（ＲＯＯＨ）を安定な化合物に分解することで、酸化反応の連鎖を抑制する。過酸化物分解剤としては、例えばジアルキルジチオリン酸亜鉛、ジベンジルジサルファイド（ＤＢＤＳ）等が挙げられる。
【００２０】
また、酸化防止剤としては、潤滑油又は油圧油の酸化防止効果が高く、また活性水素による還元反応が生じやすいアミン系又はフェノール系の酸化防止剤が好ましい。アミン系酸化防止剤及びフェノール系酸化防止剤としては、下記式（１）〜（６）に示すものが好適に使用できる。
【００２１】
【化１】
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【００２２】
アミン系酸化防止剤の具体例としては、例えばＰ，Ｐ’−ジオクチルジフェニルアミン等が挙げられる。また、フェノール系酸化防止剤の具体例としては、例えばジブチルヒドロキシトルエン、ＤＢＰＣ、ＤＢＤＳ等が挙げられる。なお、酸化防止剤の添加量は、一般に潤滑油又は油圧油に対し０．０１質量％以上１質量％以下である。
【００２３】
［１−２．水素供給モジュール］
水素供給モジュール２は、図２（ａ）、図３に示すように、多数の細孔を内部に有する多孔質支持体２１と、多孔質支持体２１の外面に支持され、パラジウム又はパラジウム合金を含む水素分離層２２とを有する。水素供給モジュール２の多孔質基部２１Ａの内部に水素含有ガスＧを供給することで、水素分離層２２の外面に強い還元力を示すＨラジカル（つまり、活性水素）が発生する。
【００２４】
水素供給モジュール２の多孔質支持体２１は、一方の端部に開口２１Ｃを有する有底円筒状の多孔質基部２１Ａと、この多孔質基部２１Ａの開口２１Ｃ側の端部に接続される円筒状の緻密部２１Ｂとを有する。多孔質基部２１Ａは、水素含有ガスを透過する性質（つまり、ガス透過性）を有する。一方、緻密部２１Ｂは、ガス透過性を有さない。なお、水素含有ガスには、天然ガスと水蒸気とを触媒に接触させて生成した改質ガスや、純粋な水素ガスなどが含まれる。
【００２５】
多孔質支持体２１の構成材料としては、セラミックや金属を用いることができる。好適なセラミックとしては、例えばジルコニア、アルミナ、マグネシア、セリア、ドープドセリア、ガラス等が挙げられる。これらの中でも、パラジウム又はパラジウム合金と熱膨張係数が近似し、かつパラジウム又はパラジウム合金との反応性も低いジルコニアが特に好ましい。なお、ジルコニアを用いた多孔質セラミックとしては、例えばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が挙げられる。
【００２６】
多孔質支持体２１の平均厚さの下限としては、１００μｍが好ましく、５００μｍがより好ましく、１ｍｍがさらに好ましい。また、上記平均厚さの上限としては、２ｍｍが好ましい。上記平均厚さが上記下限より小さいと、モジュール全体の機械的強度が不十分となって水素分離層２２を厚くせざるを得なくなるおそれがある。
【００２７】
多孔質基部２１Ａの気孔率の下限としては、１０％が好ましく、３０％がより好ましい。一方、上記気孔率の上限としては、９０％が好ましく、５０％がより好ましい。また、多孔質基部２１Ａの比表面積は、５０ｃｍ２／ｇ以上４００ｃｍ２／ｇ以下が好ましい。上記気孔率又は比表面積が上記下限より小さいと、細孔の割合が小さくなり、ガス透過率が低下するおそれがある。逆に、上記気孔率又は比表面積が上記上限より大きいと、多孔質支持体２１の機械的強度が低下し、破損しやすくなるおそれがある。なお、図３に示すように、多孔質基部２１Ａは、厚み方向（つまり、半径方向）にかけて材質や気孔率等が変化する領域を有してもよい。
【００２８】
水素分離層２２は、水素含有ガスから水素を選択的に透過させる水素分離金属を含む層である。水素分離金属としては、パラジウム（Ｐｄ）又はパラジウム合金が好ましい。具体的には、水素分離層２２はパラジウム又はパラジウム合金から形成されることが好ましい。パラジウムを用いることで、水素を効率よく透過させることができる。また、水素脆化抑制の観点からは、パラジウム合金を用いることが好ましい。
【００２９】
パラジウム合金としては、パラジウムを主成分とし、さらに金、銀、銅又はこれらの組合せを含むものが好ましく、具体的には、パラジウム銀合金（ＰｄＡｇ合金）、パラジウム銅合金（ＰｄＣｕ合金）、パラジウム金合金（ＰｄＡｕ合金）等が挙げられ、水素の透過性に優れるパラジウム銀合金が特に好ましい。また、パラジウム合金は、これらの金属以外に、パラジウム以外の白金族金属（白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ））、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等を含んでもよい。
【００３０】
水素分離層２２の平均厚さの下限としては、１μｍが好ましい。一方、上記平均厚さの上限としては、３０μｍが好ましく、１５μｍがより好ましい。上記平均厚さが上記下限よりも小さいと、緻密性が不十分なピンホールのある層となり、活性水素だけでなくピンホールを介して水素がガスとして潤滑油に供給されるおそれがある。逆に、上記平均厚さが上記上限より大きいと、水素の透過性が低下するおそれや、コストが高くなるおそれがある。また、水素分離層２２は、図３に示すように、多孔質基部２１Ａの外面側の細孔を塞ぐように構成されてもよい。
【００３１】
水素供給モジュール２は、図３に示すように、水素分離層２２の外面にさらに触媒金属層２３を有してもよい。この触媒金属層２３は、パラジウムを含み、水素分離層２２から発生する水素の付加反応を促進する。そのため、この触媒金属層２３を有することで、酸化防止剤の再生を促進することができる。
【００３２】
また、水素供給モジュール２は、図２（ｂ）に示すように、緻密部２１Ｂに、取付金具、押圧金具、シール材、固定金具等からなる金属継手４１が螺着される。また、金属継手４１を介して水素含有ガスを導入するための導入管４２が接続される。
【００３３】
水素供給モジュール２の配置場所は、特に限定されず、潤滑油の循環流路内でも循環流路外でもよい。図１では、循環路外に設ける一例として、補助配管１４、戻り補助配管１５を介してオイルタンク１１に接続した補助タンク１６内に水素供給モジュール２を配置している。これ以外に循環路内に設ける一例として、例えばオイルが貯蔵される場所であるオイルタンク１１内に水素供給モジュール２を配置してもよい。
【００３４】
［１−３．気泡除去フィルター］
気泡除去フィルター３は、潤滑油に含まれる気泡を除去する。気泡除去フィルター３は、潤滑油の流路のうち水素供給モジュール２よりも下流側に配置されるとよい。ここで、「潤滑油の流路の下流側」とは、分岐した流路も含めて、ある点よりも潤滑油の流れる方向の側を意味する。具体的には、例えば図１に示すように、水素供給モジュール２が配置された補助タンク１６からオイルタンク１１への戻り補助配管１５に設けることで、気泡除去フィルター３を水素供給モジュール２よりも下流側に配置できる。また、オイルが貯蔵される場所であるオイルタンク１１に水素供給モジュール２を配置した場合には、オイルタンク１１からタービン１０への供給配管１２に気泡除去フィルター３を設けることで、気泡除去フィルター３を水素供給モジュール２よりも下流側に配置できる。
【００３５】
また、気泡除去フィルター３は、潤滑油の流路のうち水素供給モジュール２の下流側かつタービン１０の上流側に配置されるとよい。このように配置することで、タービン１０に気泡を含む潤滑油が供給されることをより確実に防止できる。
【００３６】
気泡除去フィルター３としては、気泡を漉しとることができるものであれば特に限定されず、デプス型、サーフェス型等が使用できる。また、構造としては、紙、繊維、金属等を用いたプリーツ状フィルター、パンチングメタル、金属メッシュ等が挙げられる。濾過面積、定格流量等は運転条件、使用環境等に併せて適宜最適なものを選べばよい。
【００３７】
［１−４．ガス抜き機構］
還元装置１は、気泡除去フィルター３で除去した気泡を系外に排出するガス抜き機構を備えることが好ましい。
【００３８】
ガス抜き機構としては、例えば図４（ａ）に示すように、気泡除去フィルター３を内側から外側に潤滑油を通過させる円筒状フィルターとし、フィルターの内側に溜まる気泡をガス抜き弁３１で放出又は回収する構成が一例として挙げられる。
【００３９】
また、ガス抜き機構としては、図４（ｂ）に示されるように、気泡除去フィルター３を遠心分離式のサイクロンフィルターとし、サイクロンフィルターに接続された通気管３２からガスを放出又は回収する構成としてもよい。
【００４０】
さらに、ガス抜き機構として、図４（ｃ）に示されるように、サイクロンフィルター等の気泡除去フィルター３から放出されるガスを水素供給モジュール２に水素含有ガスとして供給する構成を用いてもよい。具体的には、気泡除去フィルター３から放出されるガスを圧縮するコンプレッサー３３を設け、水素供給ライン５にコンプレッサー３３で圧縮したガスを供給する。水素供給ライン５は、水素ボンベ等の水素供給源４から水素供給モジュール２へ水素を供給するラインである。これにより、水素の回収利用が可能となり、運転コストを低減することができる。なお、水素供給源４と水素供給モジュール２との間、及びコンプレッサー３３と水素供給モジュール２との間にはそれぞれ逆止弁３４を設けることが好ましい。
【００４１】
［２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）パラジウムを水素分離層として用いた水素供給モジュールによって活性水素を潤滑油に供給するので、潤滑油中の酸化防止剤を効果的に還元し再生することができる。その結果、潤滑油の酸化を抑制して、潤滑油の寿命を高められる。
【００４２】
（１ｂ）活性水素の供給に起因して潤滑油中に残存する気泡を気泡除去フィルターで除去するので、潤滑油の性状低下を抑制して、摺動部の摩耗や油圧低下等を回避することができる。
【００４３】
なお、気泡除去フィルター３は、気泡除去部に相当する。
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００４４】
（３ａ）上記実施形態の還元装置１において、気泡除去部として気泡除去フィルター３を用いたが、気泡除去部として、真空脱泡によって気泡を除去する機器を用いてもよい。これらの機器も、潤滑油又は油圧油の流路のうち、水素供給モジュール２よりも下流側に配置することが好ましい。また、これらの機器と気泡除去フィルターとを組み合わせて用いてもよい。
【００４５】
（３ｂ）上記実施形態の還元装置１において、気泡除去部（つまり、気泡除去フィルター３）は水素供給モジュール２よりも下流側に配置されたが、気泡除去部は水素供給モジュール２よりも上流側に配置されてもよい。
【００４６】
（３ｃ）上記実施形態の還元装置１において、気泡除去部の設置個所は配管に限定されず、例えばオイルタンク１１内に配置されてもよい。
（３ｄ）上記実施形態の還元装置１において、水素供給モジュール２の水素分離層２２は、多孔質支持体２１の内部に配置されてもよい。また、水素分離層２２は、ガス中の水素を選択的に透過できる水素分離金属を含んでいれば、パラジウム又はパラジウム合金を含んでいなくてもよい。
【００４７】
（３ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００４８】
１…還元装置、２…水素供給モジュール、３…気泡除去フィルター、４…水素供給源、５…水素供給ライン、１０…タービン、１１…オイルタンク、１２…供給配管、１３…戻り配管、１４…補助配管、１５…戻り補助配管、１６…補助タンク、２１…多孔質支持体、２１Ａ…多孔質基部、２１Ｂ…緻密部、２１Ｃ…開口、２２…水素分離層、２３…触媒金属層、３１…ガス抜き弁、３２…通気管、３３…コンプレッサー、３４…逆止弁、４１…金属継手、４２…導入管、Ｇ…水素含有ガス。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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