JP5563336B2 - 潤滑油回収装置 - Google Patents
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Description
また、前記回収口は、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置に設けるのがよい。
また、前記潤滑油回収装置において、回収口には、濃縮液を回収するためのエゼクタを配設することができ、また、回収した濃縮液から気液を分離するための付室を配設することができ、さらに、潤滑油タンクと配管で接続することもできる。
また、冷凍機の冷媒中に溶解した潤滑油を蒸発器と濃縮容器とを用いて濃縮回収する潤滑油回収方法において、前記蒸発器から流入する潤滑油を含有する冷媒を前記濃縮容器で加熱濃縮し、前記加熱による気泡ポンプ作用のみにより濃縮液が到達しない高さで、潤滑油濃度の上昇により形成されるフォーム層の高さを指標として、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置を決め、フォーム層がその位置に達した段階で濃縮容器から濃縮液を回収することを特徴とする潤滑油回収方法としたものである。
前記潤滑油回収方法において、濃縮液の回収は、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置から行うのがよい。
気泡の発生量(体積流量):Fa[m3/sec]
気泡の平均上昇速度:a[m/sec]
濃縮容器断面積:A[m2]
内容液の密度:ρ[kg/m3]
容器Aの液面:ha[m]
容器Bの液面:hb[m]
重力:g[m/sec2]
とすると、容器A中の気相の体積(Va)は
Va=ha・Fa/a
各容器の底面における圧力の釣り合いの式は、
ρ・g・(ha・S−ha・Fa/a)/A=ρ・g・hb
となり、整理すると、
hb /ha =(1−Fa/(A・a))
となる。実際には、様々な条件がこのモデルとは異なるが、ここで示したhaとhbとの差、dが、濃縮の進んでいない条件における、「気泡ポンプ作用による液面の上昇」と見なすことができ、この高さ(ha)に相当する位置よりも十分に高い位置に濃縮液の回収口を置くことにより、濃縮液の濃度が低い場合には濃縮液の回収が行われないこととなる。なお、実務的には、haは、低濃度の濃縮液を用いて、実験的に確定することが容易である。
このフォーム層の厚さは、前述したようにした濃縮液中の潤滑油濃度の他、加熱量と濃縮容器の断面積に関連するが、容易に数百ミリメートルに達し、条件によっては1000ミリメートルを超えることもある。フォーム層の厚さは、冷媒と潤滑油、あるいは濃縮圧力等の条件が絡むので、定式化は難しいが、次の3つの条件によるほど、厚くなる傾向がある。
(a) 「潤滑油濃度(ξ)」が高い。
(b) 「加熱量(Q)」が大きい。
(c) 「濃縮容器の断面積(A)」が小さい。
(1) 潤滑油の漏洩量以上の「潤滑油回収量(m)」を有すること
(2) 回収した潤滑油を含む冷媒を潤滑油タンクに戻して差し支えない濃度(=ξ)にまで濃縮できること、
の2点である。すなわち、ξは設計要件そのものにより決定されるので、あとは加熱量(Q)もしくは断面積(A)を決定できれば、残ったほうは回収口の位置(h)に合わせて実験的に決定できる。
m=Q÷Δh×ξo
となる。Δhは冷媒等による定数であり、ξoは他の技術的用件より定まるので、まずQ「加熱量」が
Q=m×Δh÷ξo
により決定される。
前述したように、あとはAとhを実験的に決定すればよい。
このようにすることで、特段の制御装置を設けなくても回収された濃縮液の濃度を一定以上に維持しながら、連続的に潤滑油の回収が可能となる。また、濃縮容器中の濃縮液の量は、フォーム層の厚さ等によってもほとんど変化しないため、電気ヒーターを加熱源としても露出による加熱・断線の危険が小さい。
図1及び図2は、本発明の第一の実施例である。
濃縮容器2は、底部が蒸発器1の液相と、上部が蒸発器1の気相と連絡しており、濃縮容器2内には、加熱源として電気ヒーター3が設けられている。電気ヒーター3により加熱された濃縮液中の冷媒は、気化して均圧管6から蒸発器1へと戻り、冷媒が減少した分、液相の連絡管5から冷媒が補われる。このとき、潤滑油は濃縮容器2内に残り、新たに潤滑油を含んだ冷媒液が追加されるため、濃縮容器2内の潤滑油濃度は徐々に上昇する。
濃縮容器2の一定の高さには、回収口4が設けられており、この回収口4はエゼクタ7と接続されている。エゼクタ7は、駆動流体11で駆動されて回収口4から流体を吸引し、液がない場合は少量の冷媒ガスを、濃縮液があれば濃縮液を吸引する。なお、エゼクタの駆動流体11は、潤滑油か冷媒蒸気が望ましく、排出流体10はそのまま潤滑油タンク15へ送るのがよい。
なお、フォーミングした濃縮液9が達する高さは、濃縮液9中の潤滑油濃度のほか、主として濃縮容器2の断面積と加熱量(気化冷媒量)とに支配される。同じ濃縮液濃度であれば、加熱量が大きいほど、また断面積が小さいほど、達する高さは高くなる。本発明では、目標とする回収濃度を定めた場合、回収口4の高さと加熱量、濃縮容器2の断面積とを調整して、目的とする回収濃度となるように設計するのがよい。
なお、回収口4の高さと濃縮容器2の断面積とは、運用中に変化しないが、加熱量は変化する場合がある。この場合、最大の加熱量において設計すれば、運用中は常に目標とする濃度よりも、回収濃度が高くなることになるので、好ましい。なお、電気ヒーター3を加熱源とすると、加熱量はおおむね一定となるので回収濃度も一定となる。
本例では、回収口4を潤滑油タンク15と連絡管19により直接接続した。これにより、回収口4からあふれた濃縮液9は潤滑油タンク15へと送られる。一方、潤滑油タンク15で気化した冷媒は、同じく連絡管19を通り濃縮容器2へと戻ってくる。この冷媒は、均圧管6を通り蒸発器1へと戻る。ここで、濃縮容器2の上部には気液分離のためのセパレーター16を配置してもよい。また、連絡管19は、気相と液相で別々に設けてもよい。
図4は、本発明の別の実施例である。本例では、濃縮容器2に付室20を設け、付室20と濃縮容器2との間に均圧管6を設けた。このようにすると、回収口4に達した濃縮液9は付室20へ移動し、ここで気液分離され、付室20に濃縮液9が貯留される。貯留された濃縮液9は、回収ポンプ21により潤滑油タンク15へと移送する。回収ポンプ21としては、ギアポンプなどを使用してもよいが、電磁ポンプなどの簡便なものの方が、気相を巻き込んだ場合に異常を起こしにくいために好ましい。また、付室20の液面を監視して、回収ポンプ21の発停を行うこととしてもよい。
本例では、通常は加圧弁24と移送弁23とを閉じ、仕切弁22を開とする。仕切弁22は、あふれた濃縮液9を付室20に移送すると共に、付室20内のガスを濃縮容器2に還流できる十分な口径を有するものとすることがよい。このようにして、付室20内に濃縮液9を貯留し、レベルスイッチや時間管理等で付室20内に濃縮液9が十分貯留されたと判断した場合に、仕切弁22を閉じ、加圧弁24と移送弁23とを開として、濃縮液9を潤滑油タンク15へと移送する。なお、仕切弁22や移送弁23には逆止弁を用いることができる。
図6は、本発明の別の実施例である。本例では、濃縮容器2の上部に、濃縮容器2を覆うように付室20を設けた。このようにすると、濃縮液9は濃縮容器2の上部の端面からあふれる形で付室20へ流入する。この場合、濃縮容器2の上部の端面が回収口4となる。本例では、この付室20から潤滑油タンク15へ、エゼクタ7を用いて濃縮液9を移送する。
なお、加熱量が運転条件により変化する場合は、想定される最大の加熱量において、回収口4に濃縮液9が届くように設計するのがよい。このようにすると、加熱量が小さい場合には、液面があまり上昇しないのでさらに濃縮が進み、想定濃度よりも濃縮された状態で、濃縮液9が回収口4に達することになる。当然、これは濃縮液9の回収装置として好ましい特性である。
なお、回収ヘッダー13内には、図示するような斜めの仕切板28を設けると、容易に気液を分離できる。
図10は、本発明の別の実施例である。本例では、濃縮容器2と潤滑油タンク15とを連絡管19で連絡すると共に、この連絡管19を回収口4として兼用する。
本例では、濃縮容器2で発生した冷媒蒸気は一旦、潤滑油タンク15に導かれたのち、潤滑油タンク15の均圧管6を経由して蒸発器1へと戻る。潤滑油タンク15にはもともと混入した冷媒を気化させて冷媒系へ戻すことを目的として、このような均圧管6が設けられていることが多い。
ところで、たとえば図10の例では、濃縮容器の他には配管と加熱源だけでよいこととなり、そのコスト低減の効果は顕著である。たとえば、前記特許文献2(特開2009−257684号公報)の、図1に示す濃縮装置では、濃縮容器と加熱源の他に、種々の配管、レベル等を検出するセンサ、電動弁、ポンプ等が必要となる。さらに、図示されていない制御装置等も必要であるので、本方式は従来方式に比べて大いに優位である。
ここで本例では、液面計29がフォーム層25を検出すると、エゼクタ7を駆動する駆動流体の制御弁を規定時間開く。これにより、濃縮容器内の濃縮液は、別途の実施例と同様に回収される。この場合、回収口の位置は特には制限されない。ただし、加熱手段が動作していない場合に液が到達しない位置、具体的には、蒸発器の静液面の位置よりも高い位置とするとよい。このようにしておくと、何らかの原因で加熱手段が動作していない場合にエゼクタが作動したとしても、冷媒を吸い込んで潤滑油温度が低下する等の不具合を生じることを防ぐことができる(図12)。これらの方法は、フォーム層の形成を濃縮濃度の判定にのみ使用することとなるが、これによっても本発明の目的は達成できる。
以上のように、本発明によれば従来に比べて安価に、適切な潤滑油の回収を連続的に行うことができる。
Claims (10)
- 冷凍機の冷媒中に溶解した潤滑油を濃縮回収する蒸発器と濃縮容器とを有する潤滑油回収装置において、前記濃縮容器は、前記蒸発器から流入される潤滑油を含有する冷媒を加熱濃縮する加熱手段と、前記加熱手段の加熱による気泡ポンプ作用のみにより濃縮液が到達しない高さで、潤滑油濃度の上昇により形成されるフォーム層の到達する高さを指標として、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置を決め、フォーム層がその位置に達した段階で濃縮液を外部に回収するための回収口を備えたことを特徴とする潤滑油回収装置。
- 前記回収口は、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置に設けたことを特徴とする請求項1記載の潤滑油回収装置。
- 前記回収口には、濃縮液を回収するためのエゼクタを配設することを特徴とする請求項1又は2記載の潤滑油回収装置。
- 前記回収口は、潤滑油タンクと配管で接続することを特徴とする請求項1、2又は3記載の潤滑油回収装置。
- 前記回収口には、回収した濃縮液から気液を分離するための付室を配設することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の潤滑油回収装置。
- 前記加熱手段は、前記冷凍機の圧縮機からの冷媒との熱交換によることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の潤滑油回収装置。
- 前記蒸発器には、オーバーフロー堰を設け、該オーバーフロー堰からあふれた冷媒液を前記濃縮容器に導入することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の潤滑油回収装置。
- 前記濃縮容器は、前記蒸発器と一体として構成したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項記載の潤滑油回収装置。
- 冷凍機の冷媒中に溶解した潤滑油を蒸発器と濃縮容器とを用いて濃縮回収する潤滑油回収方法において、前記蒸発器から流入する潤滑油を含有する冷媒を前記濃縮容器で加熱濃縮し、前記加熱による気泡ポンプ作用のみにより濃縮液が到達しない高さで、潤滑油濃度の上昇により形成されるフォーム層の高さを指標として、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置を決め、フォーム層がその位置に達した段階で濃縮容器から濃縮液を回収することを特徴とする潤滑油回収方法。
- 前記濃縮液の回収は、目標とする濃縮液の濃度によって形成されるフォーム層の到達する高さの位置から行うことを特徴とする請求項9記載の潤滑油回収方法。
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