(57)【要約】 【課題】    冷凍機のヒートポンプ機能により、ランニングコストが安く、保守清掃期間の長い、真空蒸留方式の油水分離装置を提供することである。  【解決手段】    循環水の回路に熱交換器４を設け、冷媒に被処理水の気化熱を回収するようにし、冷媒に回収した廃熱を蒸留槽１に内蔵した凝縮器１２で被処理液に加え、被処理液を加熱気化せしめる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽に貯留した被処理液を真空状態で加熱することによって被処理液に含まれる水分を蒸発させ、被処理液を水と油分とに分離する油水分離装置において、  
エジェクタにおける水流で処理槽中の空気と処理槽で蒸発する被処理液の水分とを抜き出す水の循環系と、圧縮機で得た高温高圧の冷媒を処理槽に設けた凝縮器で処理槽中の被処理液を加熱し冷媒は凝縮させて膨張手段で低温低圧化させ圧縮機に戻すヒートポンプ系を設け、さらに水の循環系にあってはエジェクタの上流でヒートポンプ系にあっては膨張手段の下流の位置に熱交換器を設け、水の循環系の熱でヒートポンプ系の冷媒を加熱することを特徴とする油水分離装置。  
【請求項２】
上記請求項１に記載の油水分離装置において、圧縮機はその吐出口と吸入口の間にバイパス弁を備え、圧縮機から吐出された冷媒の圧力が所望の値以上である場合にバイパス弁が開いて、吐出された冷媒の圧力を所望の値以下に保つようになされていることを特徴とする油水分離装置。  
【請求項３】
上記請求項１に記載の油水分離装置において、熱交換器と冷凍機との間の配管の途中に第二の熱交換器を設け、該油水分離装置のパッケージ内で昇温された空気と該ヒートポンプ系の冷媒を熱交換させ、冷媒を蒸発させるようになされていることを特徴とする油水分離装置。  
【請求項４】
上記請求項1に記載の油水分離装置において、処理槽内における被処理液の水が気化した水蒸気をエジェクタに吸気する配管の途中に第三の熱交換器を設け、ヒートポンプ系の膨張手段で膨張した後の冷媒を第三の熱交換器に導いて被処理液の水蒸気とヒートポンプ系の冷媒を熱交換させ、冷媒を蒸発させるようになされていることを特徴とする油水分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油水分離装置に係わり、特に処理槽に貯留した被処理液を真空状態で加熱することによって被処理液に含まれる水分を蒸発させ、被処理液を水と油分とに分離する真空蒸留法による油水分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空蒸留法による油水分離装置として下記の特許文献に記述されるものがあり、この装置では加熱源として、電熱ヒータまたは空冷空気圧縮機のクーラ排気による加熱装置を用いている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３４３９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術において、加熱源として電熱ヒータを使用した場合、被処理液量がＷで昇温温度ｔの条件で４．１８６Ｗｔ（ｋＪ）の昇温熱量と約２４００Ｗ（ｋＪ）の気化熱が必要になり、油水分離装置のランニングコストは被処理液量の増加に伴って増大する。
【０００５】
さらに、電熱ヒータを処理槽内に設置した場合、被処理液が沸騰し蒸気の気泡が生じると、電熱ヒータ表面と被処理液間に気泡による空間ができ熱伝達率が低下するので、電熱ヒータ温度を上昇させる必要を生じ、ランニングコストは増大する。
【０００６】
電熱ヒータ温度は処理槽内の真空度によって変動するが、定常運転状態において約１００℃〜１５０℃に達しており、被処理液中の油分がこの温度によって変質し、炭化状態を呈して電熱ヒータ表面に付着する。経時的に付着量は増加し、付着物は断熱作用を起すので、電熱ヒータ温度は更に上昇させる必要が出てランニングコストは増大する。
【０００７】
電熱ヒータの寿命は表面温度の上昇に伴って低下するため、定期的に付着物を除去する保守が必要である。
【０００８】
また、空冷空気圧縮機のクーラ排気による加熱装置を使用した場合、油水分離装置のランニングコストは電熱ヒータに較べて大幅に低減できるが、空気圧縮機の廃熱回収器が必要になることや、回収した廃熱を効率よく油水分離装置に供給し被処理液に伝達するシステムの構築が必要であり、装置全体のコストアップを招く。
【０００９】
それゆえ本発明の目的は、被処理液を蒸留する熱源として、外部から熱を供給する機器を設けず廃熱を回収し、ランニングコストを低減した省エネ形の油水分離装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、被処理液に熱を伝達する熱交換器で油分が変質しないようにし、熱交換器の清掃、保守期間を延長できる油水分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明油水分離装置の特徴とするところは、処理槽に貯留した被処理液を真空状態で加熱することによって被処理液に含まれる水分を蒸発させ、被処理液を水と油分とに分離する油水分離装置において、エジェクタにおける水流で処理槽中の空気と処理槽で蒸発する被処理液の水分とを抜き出す水の循環系と、圧縮機で得た高温高圧の冷媒を処理槽に設けた凝縮器で処理槽中の被処理液を加熱し冷媒は凝縮させて膨張手段で低温低圧化させ圧縮機に戻すヒートポンプ系を設け、さらに水の循環系にあってはエジェクタの上流でヒートポンプ系にあっては膨張手段の下流の位置に熱交換器を設け、水の循環系の熱でヒートポンプ系の冷媒を加熱するようにしたことにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明装置によれば、エジェクタを冷やすためのヒートポンプ系の温熱で処理槽に貯留した被処理液を加熱することで、ランニングコストの低減を図ることができるだけでなく、被処理液に熱を供給する凝縮器の表面温度は被処理液中の油分が変質しない１００℃以下に維持することができて凝縮器表面における付着物の炭化を防止できるので熱交換器の経時的性能低下が少なく、熱交換器を清掃保守する期間を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図１〜図３に示した本発明の実施形態になる油水分離装置について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１において、１は油分を含む水が主体である被処理液を貯留した処理槽（以下、蒸留槽と呼ぶ）、２は循環水タンク、３は循環ポンプ、４は熱交換器、５はエジェクタである。
【００１５】
循環水タンク２〜エジェクタ５は配管２２，２３、２４、２５によって接続して水の循環系を構成しており、蒸留槽１とエジェクタ５は配管２１で接続してある。
【００１６】
６は配管８を介して蒸留槽１に被処理液を供給する電磁弁、７は配管９を介して蒸留槽１の廃液を定期的に排出する電磁弁である。
【００１７】
１１は冷媒を圧縮する圧縮機（以下、冷凍機と呼ぶ）、１２は蒸留槽１に設置してある凝縮器、１３はキャピラリあるいは膨張弁などの冷媒の膨張手段（以下、膨張弁で説明する）、１４は３方弁よりなる凝縮圧力調整弁、１５はバイパス弁、１６は補助凝縮器、１７は冷却ファン、３１〜３７はこれらを接続する配管である。なお、２６は循環水タンク２に溜まる水を排出する配管である。
【００１８】
配管３１〜３７で接続した冷凍機１１から膨張弁１３に至り熱交換器４を経て冷凍機１１に戻る経路は冷凍サイクルを行なうヒートポンプ系を構成しており、熱交換器４はエジェクタ５の上流であって、膨張弁１３の下流に位置するようにしてある。
【００１９】
凝縮器１２は蒸留槽１に貯留した被処理液に浸っている。凝縮器１２の入口は冷凍機１１の吐出側に接続してあり、また凝縮器１２の出口は配管３２によって分岐し、一方は補助凝縮器１６に、他方は凝縮圧力調整弁１４に接続してある。
【００２０】
凝縮圧力調整弁１４は３方弁になっており、それぞれ膨張弁１３ならびに補助凝縮器１６と接続してある。
【００２１】
凝縮器１２と補助凝縮器１６は自動車などのラジエータと同様なもので、冷媒が流れるチューブがあり、チューブの外表面には多数のフィンを設けてある。補助凝縮器１６は冷却ファン１７を装備しており、冷却空気は油水分離装置のパッケージ内部から吸入し、補助凝縮器１６を通って油水分離装置のパッケージ外に排出するようにしてある。
【００２２】
冷凍機１１の吐出圧力異常上昇を防止するため、冷凍機吐出側（吐出口）から吸入側（吸入口）に冷媒ガスを戻すバイパス弁１５を設けてある。
【００２３】
次に、図１における油水分離装置の動作を説明する。
【００２４】
循環水タンク２には予め水道水を供給し、配管２６からオーバーフローした水位で供給を停止する。
【００２５】
図示していない制御盤の起動スイッチをＯＮにすると、循環ポンプ３が作動し、水道水は循環水タンク２から配管２３，２４，２５，２２を経て熱交換器４，エジェクタ５を循環し循環水タンク２に戻る。
【００２６】
この循環プロセスにおいて、エジェクタ５では水流による圧力降下作用により蒸留槽１および配管２１内の空気が吸い出され、蒸留槽１内は減圧される。油水分離装置の外部に大気圧下で貯留された被処理液は蒸留槽１の減圧に伴って電磁弁弁６，配管８を通って蒸留槽１に吸引され、凝縮器１２が完全に被処理液によって浸された後、さらに蒸留槽１に設けてある図示していないフロートスイッチが作動して電磁弁６が閉るまで吸引される。
【００２７】
蒸留槽１の真空度上昇により被処理液は低温で沸騰し、被処理液の水分が蒸気となって蒸発し、配管２１を経由してエジェクタ５に流れる。エジェクタ５では被処理液の蒸気が循環水によって冷却され水に液化して循環水タンク２に流入する。循環水タンク２には予め水道水を貯留してあり、被処理液の蒸気が液化した分だけ配管２６からオーバーフローし、油水分離された処理水として排出される。
【００２８】
循環水は被処理液の蒸気が液化する時、熱を吸収するため水温が徐々に上昇する。エジェクタ５の機能、性能は循環水の水温が２０℃前後で最高となるよう設計されているため、循環水に吸収された熱を取り除いて水温の上昇を抑制する必要がある。そのために循環ポンプ３とエジェクタ５の間に熱交換器４を設け、冷媒ガスに熱移動させる。
【００２９】
図示していない制御盤の起動スイッチのＯＮにより、循環ポンプ３の運転と併行して冷凍機１１が運転される。冷凍機１１は配管３５を経由して熱交換器４の冷媒ガスを吸入し、圧縮した冷媒ガスを配管３１の吐出する。
【００３０】
配管３１に吐出された冷媒ガスは高温高圧で、蒸留槽１に設置した凝縮器１２において被処理液に放熱し、等圧状態で凝縮する。被処理液に移動した熱は蒸留槽１の中で被処理液の水温上昇と、水分を蒸発させる気化熱として消費される。
【００３１】
凝縮器１２で凝縮された冷媒は配管３２で分流され、一方は凝縮圧力調整弁１４の入口に、他方は補助凝縮器１６を経て凝縮圧力調整弁１４のもう一方の入口に流れる。
【００３２】
冷凍サイクルの負荷変動によって凝縮器１２で凝縮不足が生じた場合、補助凝縮器１６側に冷媒ガスが流れ、冷却ファン１７によって空冷凝縮され凝縮圧力調整弁１４に戻る。
【００３３】
凝縮圧力調整弁１４で所定の圧力に調整された冷媒は、配管３３を経て膨張弁１３を通り、絞り膨張作用によって低圧低温の冷媒液となる。低圧低温の冷媒液は配管３４を経て熱交換器４に至り、熱交換器４において循環水から気化熱を吸収して蒸発する。蒸発した冷媒ガスは低圧低温の冷媒ガスとして再度冷凍機１１に吸入され、以降このサイクルを繰り返す。
【００３４】
蒸留槽１の被処理液が蒸発し液面が低下すると、蒸留槽１に設けてある図示していないフロートスイッチによって液面を検出し、電磁弁６を開いて再び被処理液を蒸留槽１に供給し、以降このサイクルを繰り返す。
【００３５】
被処理液の蒸留を繰り返すと蒸留槽１に残留する油分が増加するため、図示していない制御盤に予め組込んであるシーケンスによって、定期的に電磁弁７を開き、蒸留槽１から廃液を排出する。
【００３６】
凝縮器１２の表面温度は冷凍機１１から吐出される冷媒の温度に依存する。冷凍機１１から吐出される冷媒の圧力は冷凍機１１の圧縮比で決まり、冷凍機１１から吐出される冷媒の圧力が高くなり所望の値以上であると、バイパス弁１５が開いて冷凍機１１の吸引側に戻すので、冷凍機１１から吐出される冷媒の圧力が上昇を続けることはなく所望の値以下に保つので、冷凍機１１から吐出される冷媒の温度も上昇を続けることはない。
【００３７】
それで、冷凍機１１から吐出される冷媒の温度を蒸留槽１に貯留した被処理液の油分が変質し炭化しない１００℃以下の８０℃程度に保って蒸留槽１に貯留した被処理液を加熱することができる。
【００３８】
凝縮器１２の表面に炭化層を形成しないので、熱交換は正常に行なわれるだけでなく、凝縮器１２の清掃の手間を省き、保守期間を延長することができる。
【００３９】
この蒸留槽１に貯留した被処理液の加熱は、熱交換器４での循環水の冷却のための冷媒がもつ熱を利用するものであるので、ランニングコストが掛からない。
【実施例２】
【００４０】
以上が本発明の基本的な動作であるが、熱回収効率の向上を図ることができる実施形態を図２，図３で説明する。
【００４１】
説明の簡略化のために、図２，図３で図１に示したものと同一物・相当物には同一引用符号を付けて重複する説明は省略する。
【００４２】
図２の実施形態では、循環水を冷却する熱交換器４と冷凍機１１との間の配管３５の途中に蒸発器（第二の熱交換器）１８を設けてある。蒸発器１８は補助凝縮器１６と重ねて設置してあり、冷却ファン１７の風は補助凝縮器１６から蒸発器１８へ流れるようにしてある。
【００４３】
冷却ファン１７の風は油水分離装置のパッケージ内の空気を吸入して補助凝縮器１６，蒸発器１８に供給後、パッケージ外へ排気されるようにしてあり、油水分離装置の廃熱を蒸発器１８で熱交換して回収し、冷凍機１１の吸入側の低圧圧力を上昇させ、冷凍サイクルの冷媒循環量を増加させることによって、凝縮器１２への熱移動量を増やすようにしている。
【実施例３】
【００４４】
図３の実施形態では、蒸留槽１とエジェクタ５との間の配管２１の途中に水蒸気凝縮器１０を設け、水蒸気凝縮器１０の冷却媒体入口は熱交換器４の冷却媒体出口に接続し、水蒸気凝縮器（第三の熱交換器）１０の冷却媒体出口は冷凍機１１の吸入側に接続して配管３５の途中に水蒸気凝縮器１０があって熱交換を行なうようにしてある。
【００４５】
蒸留槽１で発生した水蒸気は、エジェクタ５に至る前に水蒸気凝縮器１０において冷却されて水に変態し、エジェクタ５の温度上昇を防ぐだけでなく循環水タンク２の水で低温化する前に配管３５の冷媒で水蒸気の気化熱を回収し、冷凍機１１の吸入側の低圧圧力を上昇させ、冷凍サイクルの冷媒循環量を増加させることによって、凝縮器１２への熱移動量を増やすようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態になる油水分離装置を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態になる油水分離装置を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態になる油水分離装置を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１…蒸留槽（処理槽）
２…循環水タンク
３…循環ポンプ
４…熱交換器
５…エジェクタ
６，７…電磁弁
１１…冷凍機
１２…凝縮器
１３…膨張弁（膨張手段）
１４…冷媒圧力調整弁
１５…バイパス弁
１６…補助凝縮器
１７…冷却ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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