JP2006524559A5 - - Google Patents

Description

エアプレクリーナー、エアプレクリーナーシステムおよび空気より重い粒状の塵埃を、塵埃を含む空気から分離し、清浄な空気流を供給する方法

本発明は、改良されたエアプレクリーナーおよび、内燃エンジン、換気システム、冷却ファン、空気圧縮機などの装置で用いるためにエアプレクリーナーに引き入れられた塵埃を含む空気から空気より重い粒状の塵埃を分離する方法に関する。

内燃タイプのエンジンで用いられる空気から、空気より重い粒子を分離するエアプレクリーナーが知られている。従来のエアプレクリーナーの一例である、内燃タイプのエンジンのための、除去ベースのシステム（scavenger based system）が図１に示され、これは、内燃タイプのエンジン２のためのエアプレクリーナー１が、吸引によって大気中から塵埃を含む空気が通る吸気口３を備えている。吸引は、エアフィルターハウジング４を介してエアプレクリーナーの排気口に接続されたエンジンの吸気によってなされる。吸気口は、エアプレクリーナーに引き入れられた塵埃を含む空気を回転させる固定翼を有し、捕捉トレー内の塵埃排出ボディー５に集められた塵埃を遠心力により分離する。マフラー６内の、エンジンからの排気ガスの流れによる吸引が、集められた塵埃を、排出ボディー内の捕捉トレーに隣接する除去ポートに接続されたクロスオーバーチューブ７を介して、排出ボディー内の捕捉トレーから除去（scavenge）するのに用いられる。

図２に示される、譲受人による米国特許５，６５６，０５０および５，７６６，３１５のプレクリーナー８の発明では、利用される多様な空気流において、現在の内燃エンジンの、最初の制限がきわめて低く、粒子を分離する効率が高い設計への要求に向けられている。これらの発明は、この参照によりここに開示として含まれる。図２に示されるように、エアプレクリーナー８は排出ベースのシステム（ejective based system）で、これは、塵埃を含む空気は、矢印Ａで示されるようにプレクリーナー底の後退翼９を介して入る。プレクリーナーの分離室１１内の湾曲した粒子加速構造１０は、流入する空気よりも大変速く回転する。塵埃は捕捉され、粒子加速構造の整流アームの長手方向に沿って下りる。そして塵埃は分離室の内壁１２上に堆積する。粒子加速構造は堆積した塵埃を分離室内部で、分離室内の渦流れ、たとえば回転流から排出する排出ダクト１３の方向に回転させる。清浄な空気は、プレクリーナーの底中央の排気開口部内に向きを変え、押し付けられるまで、上方向に回転し続ける。

図２に示されるエアプレクリーナーは、図１のものに比べて改良された性能を提供する。しかし、ごみ埋め立て地やごみ処理場での作業に多く見られるような過酷な条件下においては、公知のプレクリーナーは満足のいく性能を発揮できないことが知られている。本発明は、排出ベースおよび除去ベースの両方のシステムの利点を組み合わせることにより、優れた性能と、過酷な条件下で操作される際のエアフィルターの寿命の充分な改良とを達成することによって、この問題を解決する。

本発明における、空気より重い粒状の塵埃を、塵埃を含む空気から分離し、清浄な空気流を供給する、エアプレクリーナーは、
プレクリーナー内を吸気口から排気口まで延在する流路と、
前記プレクリーナーに引き入れられた塵埃を含む空気を前記流路内の渦流れに方向付けるために設置される空気流管理構造と、
塵埃の粒子を前記渦流れの流路から遠心力で分離し除去する前記流路内の第一段階の排出ベースプレクリーナーで、前記第一段階プレクリーナーに回転可能に搭載され、前記渦流れの回転速度を上げてそこからの塵埃の除去を促進する粒子加速器を含む前記第一段階プレクリーナーと、
前記流路内の前記第一段階プレクリーナーの下流で、前記渦流れに残留する塵埃の粒子を前記渦流れから遠心力で分離し除去する第二段階の除去ベースプレクリーナーと、から構成される。本発明におけるこの二段式のエアプレクリーナーは、過酷な条件下におけるエアフィルターの寿命を、一段式のエアプレクリーナーに比べて１０倍延ばすことが知られている。

本発明における、空気より重い粒状の塵埃を、塵埃を含む空気から分離し、清浄な空気流を供給する方法は、
空気清浄システムの、前記システム内に延在する流路によって呼気口と連通している排気口に吸引を加えることで、塵埃を含む空気を前記空気清浄システムの吸気口に引き入れ、
前記空気清浄システムの前記吸気口に引き入れられた塵埃を含む空気を前記流路の渦流れに方向付け、
塵埃の粒子を、前記システムの第一段階である排出ベースプレクリーナーの分離室内の前記渦流れから遠心力を用いて分離、除去し、前記遠心力を用いた分離と除去は前記流路内の前記第一段階プレクリーナーの前記分離室の下流の前記渦流れからのエネルギーを伝えることによって容易にされ、前記第一段階プレクリーナーの前記分離室内の前記渦流れの回転速度を増し、
残留する塵埃の粒子を前記流路内の前記第一プレクリーナーの下流の第二段階である除去ベースプレクリーナーにおいて前記渦流れから遠心力によって分離し除去することを含む。

本発明のこれらおよびその他の目的、特徴、利点は、添付の図面とともに詳しく説明される、以下の本発明による実施の形態の記述によってより明らかになる。

ここで図面を参照すると、本発明の一実施の形態に関するエアプレクリーナー１４は、図３から５に示されている。エアプレクリーナーがエアフィルターハウジング４を吸気口に有する内燃エンジン２の吸入口において使用される様子が示されている。図３に示されるように、エアフィルターハウジングの吸気口１５はエアプレクリーナーの下部で清浄空気排気口１６に接続されている。図３に示されているが図４には示されていない大きな事前選別機１７はエアプレクリーナーの吸気口１８付近に配置されている。事前選別機は、プレクリーナーの吸気口から排気口にわたって延在する流路１９を介してエンジン吸気口から伝えられる吸引により、吸気口に引き入れられる塵埃を含む空気から最も大きな混入物質を除去する。固定翼９を含む空気流管理構造は、吸気口を介してプレクリーナーに引き入れられる塵埃を含む空気を、流路内の図４の矢印Ｂで示される渦流れに方向付けるために設置される。

エアプレクリーナーは第一段階である排出ベース（ejective based）のプレクリーナー２０を、その流路に含み、プレクリーナーに引き入れられる塵埃を含む空気から塵埃の粒子を、遠心力を用いて分離し取り除く（remove）。この第一段階プレクリーナーは、図２に示された一段式の排出ベースエアプレクリーナーに基づいて構成されることが好ましい。つまり、プレクリーナー２０は、分離室１１内に回転可能に搭載された粒子加速構造１０を有し、分離室に入る空気の渦流れの回転速度を増して、分離室内からの塵埃を取り除くことを促進する。第一段階プレクリーナーの排気口２１は、第二段階であるエアプレクリーナー１４の除去ベース（scavenger based）のプレクリーナー２３の吸気口２２に、第一段階プレクリーナーの排気口からの流路部分を形成する直立の円筒形チューブ２７によって接続されている。

第二段階プレクリーナー２３は流路内の第一段階プレクリーナーの下流に配置され、第一段階プレクリーナーを通過した後の、図４の矢印Ｃで示される空気の渦流れに残留している塵埃の粒子を内部の空気の渦流れから遠心力で分離し除去（remove）する。ごみ埋め立て地やごみ処理場での作業に多く見られるような過酷な条件下においては、第一の排出ベース（ejective based）プレクリーナーと第二の除去ベース（scavenger based）プレクリーナーの二つが直列に配置された二段階のプレクリーナーの組み合わせは、エアフィルタの寿命を平均で１０倍延ばすのに効果的である。示された順序での二段階のプレクリーナーの組み合わせは、第一段階プレクリーナーで比較的大きな塵埃を除去して渦流れの中には比較的小さな塵埃を残し、それらを第二段階の除去ベースプレクリーナーで効果的に除去するため、過酷な条件下で大変有効であることがわかった。それぞれの段階で分離は空気より重い塵埃に働く遠心力によって遂行されるので、第一段階プレクリーナーの排気口２１から第二段階プレクリーナーに直接流れてくる比較的高速の渦流れはこの効率に貢献していると考えられる。

第二段階プレクリーナーの分離室２４の拡張された直径は、図４および５に示されるように、捕捉トレー２５をその下端部に含み、そこを通って流れる渦流れから遠心分離された塵埃を集める。図５に示されるように室２４の側壁で捕捉トレーと隣接している除去ポート２６は、図３に示すように、クロスオーバーチューブ７を介してポートに加えられる吸引によって、集められた塵埃が捕捉トレーから引き出されることを可能にする。エアプレクリーナー１４によって清浄な空気を供給される内燃エンジンからの排気ガス流は、第二段階プレクリーナーの捕捉トレーで集められた比較的小さな残留塵埃を引き出すために用いられるマフラー６内での吸引を向上させるために用いられる。

過酷な条件下で、本発明における二段式のエアプレクリーナーのきわめて高い性能に貢献する、第一段階プレクリーナーにおける特徴には、第一段階プレクリーナーの円形分離室１１の上端部を形成する環状ドーム２７が含まれる。環状ドームは、円形分離室内をサイクロンパターンで流れ、排出ダクト１３を通り過ぎて環状ドームの方へ流れる渦流れの空気流の移行を滑らかにし、空気流は環状ドームによって折り曲げられて、図４に示すように下向きに渦巻いて環状ドームから離れる方向に、逆向きに入って行く渦流れの内側を通って流れる。また粒子加速構造１０は、環状ドームのアーチ２９からセントラルハブの外端部までの滑らかな移行を形成する外形を有するセントラルハブ２８を含む。図４における縦軸Ａ−Ａにおける断面図で見ると、エアプレクリーナーの分離室１１の内壁１２は、分離室を通って移動する渦流れの断面積を減少させるように環状ドームの方向に沿って内側に傾斜している。

第一段階プレクリーナーの分離室１１の形状は、第一段階プレクリーナーの分離室を流れる空気の渦流れの流路の断面積が線形減少させるようであることが望ましい。このことは分離室１１内と、次いで下流では第二段階プレクリーナーの分離室２４内とにおける渦流れの速度を増加させることに役立ち、それによってそれぞれの段階における、除去ダクト１３を介しての排出、および捕捉トレー２５での残留塵埃の収集のため、分離室の内壁のまわりをまわる空気中の塵埃が保たれる。

第一段階プレクリーナー内の粒子加速構造１０はセントラルハブ２８に加えて、セントラルハブから図４に示す空気の渦流れの方向Ｂとは逆方向に後退した形で逆弧を描く、複数の湾曲したアーム（appendage）３０を含み、空気と塵埃に外向きの速度ベクトルを伝える。アームの湾曲部分は、第一プレクリーナーの排気口２１の通路内下方向に向かって延びる。湾曲部分は排気通路内で空気の渦流れの方向にカップ状にくぼんでおり、第一段階プレクリーナーの分離室１１に入る上向きに流れる空気の渦流れの回転速度よりも速く回転して粒子加速構造に動力を供給する。このようにしてエネルギーは、流路の第一段階プレクリーナーの分離室の下流にある渦流れから伝わって、分離室内の渦流れの回転速度を増大させる。

本発明の実施の形態を一つだけ示したが、当業者に理解される通り、本発明はここに示され説明された特定の構成や部品の配置に制限されるものではない。たとえば、除去（scavenging）のための吸引源は排気ガスマフラーによってもたらされるベンチュリでなくともよく、ラジエーター冷却ファンから、もしくは電力または水力駆動の回転翼からの空気流によってもたらされるベンチュリでもよい。したがって本発明は、以下の特許請求の範囲内において、これらおよびその他の変更した形態を含むものである。

従来の、内燃エンジンのための除去ベースエアプレクリーナーシステムの概略図である。 内燃エンジンなどの装置に清浄な空気を供給する公知の構造の排出ベースエアプレクリーナーの、部分的に切られて示されている、少し上からの一方向から見た斜視図である。 内燃エンジンに清浄な空気を供給する、本発明におけるエアプレクリーナーシステムの一実施の形態の概略図である。 図３に示すエアプレクリーナーシステムの側面図であり、内部構造を示すために部分的に切られている。 図４のプレクリーナーの下端部を左方向から見た側面図であり、エアプレクリーナーの捕捉トレーと除去ポートを示している。

Claims (8)

1. 空気より重い粒子状の塵埃を、塵埃を含む空気から分離し、清浄な空気流を供給するエアプレクリーナー（１４）であって、
   内部で渦流れを発生させ、前記渦流れから塵埃の粒子を遠心力で分離して外部環境に排出する第一段階プレクリーナー（２０）と、
   前記第一段階プレクリーナー（２０）により除去された後の残留した塵埃の粒子を、遠心力で分離して、吸引源（６）に接続された除去ポート（２６）を介して外部環境に排出する第二段階プレクリーナー（２３）とを備え、
   前記第一段階プレクリーナー（２０）が、
   前記外部環境から塵埃を含む空気を引き込む吸気口（１８）、
   渦流れの流路が、第一段階プレクリーナー（２０）の縦断面における断面積が線形減少するように構成された分離室（１１）および塵埃の粒子を排出するための排出スロット（１３）を含む環状ドーム（２７）、
   前記吸気口（１８）から引き込まれた塵埃を含む空気を渦流にする複数の固定翼（９）と、前記環状ドーム（２７）のアーチ部（２９）からセントラルハブ（２８）の下端にかけて滑らかに移行し、入ってくる渦流れよりも内側に、かつ逆方向に向けて渦流れを折り曲げるセントラルハブと、渦流れの回転速度を上げ、前記排出スロット（１３）を通って外部環境に排出される塵埃の粒子の除去を促進する粒子加速構造（１０）とを含む、前記分離室（１１）内に設けられた空気流管理構造（９、１０、２８、２９）、および
   前記第二段階プレクリーナー（２３）に接続された排気口（２１）を備え、
   前記第二段階プレクリーナー（２３）が、
   前記排気口（２１）に接続された円筒状チューブ、
   前記第二段階プレクリーナー（２３）の下端に設けられ、エアフィルターハウジング（４）に接続された清浄空気排気口（１６）、
   前記清浄空気排気口（１６）の周囲に設けられ、側壁に除去ポート（２６）を有する捕捉トレー（２５）とを備えることを特徴とするエアプレクリーナー（１４）。
2. 前記吸引源（６）が、集めた塵埃を排出するための吸引を発生させるために内燃エンジンの排気ガス流を用いる請求項１記載のエアプレクリーナー。
3. 前記第一段階プレクリーナー（２０）に入る塵埃を含む空気から大きな塵埃を除去する事前選別機（１７）をさらに含む請求項１記載のエアプレクリーナー。
4. 前記粒子加速構造（１０）が、前記セントラルハブ（２８）と、前記セントラルハブ（２８）から前記渦流れの方向に対して後退するように湾曲した逆弧を描く複数のアームとを含む請求項１記載のエアプレクリーナー。
5. 前記アームの湾曲領域が前記流路の前記分離室（１１）より下流の一部分を形成する通路内に延在し、前記湾曲領域は前記通路内で前記空気の渦流れの方向にカップ状にくぼんでおり、前記粒子加速構造（１０）の上流の前記渦流れの回転速度よりも速く回転して前記粒子加速構造（１０）に動力を供給する請求項４記載のエアプレクリーナー。
6. 空気より重い粒状の塵埃を、塵埃を含む空気から分離し、清浄な空気流を内燃エンジンの吸気口に供給するエアプレクリーナーシステムであって、
   渦流れを発生させ、前記渦流れから塵埃の粒子を遠心力で分離して外部環境に排出する第一段階プレクリーナー（２０）と、
   前記第一段階プレクリーナー（２０）により除去された後の残留した塵埃の粒子を、遠心力で分離して、吸引源（６）に接続された除去ポート（２６）を介して外部環境に排出する第二段階プレクリーナー（２３）とを備え、
   前記第一段階プレクリーナー（２０）が、
   前記外部環境から塵埃を含む空気を引き込む吸気口（１８）、
   渦流れの流路が、第一段階プレクリーナー（２０）の縦断面における断面積が線形減少するように構成された分離室（１１）および塵埃の粒子を排出するための排出スロット（１３）を含む環状ドーム（２７）、
   前記吸気口（１８）から引き込まれた塵埃を含む空気を渦流にする複数の固定翼（９）と、前記環状ドーム（２７）のアーチ部（２９）からセントラルハブ（２８）の下端にかけて滑らかに移行し、入ってくる渦流れよりも内側に、かつ逆方向に向けて渦流れを折り曲げるセントラルハブと、渦流れの回転速度を上げ、前記排出スロット（１３）を通って外部環境に排出される塵埃の粒子の除去を促進する粒子加速構造（１０）とを含む、前記分離室（１１）内に設けられた空気流管理構造（９、１０、２８、２９）、および
   前記第二段階プレクリーナー（２３）に接続された排気口（２１）を備え、
   前記第二段階プレクリーナー（２３）が、
   前記排気口（２１）に接続された円筒状チューブ、
   前記第二段階プレクリーナー（２３）の下端に設けられ、エアフィルターハウジング（４）に接続された清浄空気排気口（１６）、および
   前記清浄空気排気口（１６）の周囲に設けられ、側壁に除去ポート（２６）を有する捕捉トレー（２５）を備えることを特徴とし、
   前記吸引源（６）が前記除去ポート（２６）に接続され、前記吸引源（６）は、前記捕捉トレー（２５）に集められた塵埃を排出するための吸引を発生させるために前記内燃エンジンからの排気ガス流を用いるプレクリーナーシステム。
7. 請求項６記載のプレクリーナーシステムを用いて、空気より重い粒状の塵埃を、塵埃を含む空気から分離し、清浄な空気流を供給する方法であって、該方法が、
   前記プレクリーナーシステム内の前記吸気口と排気口のあいだに延在する流路によって通じる吸気口と通じる排気口に吸引を加えることで、塵埃を含む空気を前記空気清浄システムの吸気口に引き入れ、
   前記空気清浄システムの前記吸気口に引き入れられる塵埃を含む空気に渦流れを発生させ、
   塵埃の粒子を、前記システムの第一段階プレクリーナー（２０）の分離室（１１）内の前記渦流れおよび前記流路から遠心力を用いて分離し、第一段階プレクリーナー（２０）に設けられた排出スロット（１３）を介して外部環境に排出し、前記分離室（１１）内に回転自在に取り付けられ前記分離室（１１）の下流側に部分的に延びる粒子加速構造（１０）により、前記分離室（１１）内の渦流れの回転速度を上げ、前記第一段階プレクリーナー（２０）の排気口（２１）から出る渦流れを相対的に速くし、
   残留する塵埃の粒子を前記流路内の前記第一段階プレクリーナー（２０）の下流の第二段階プレクリーナー（２３）において前記渦流れから遠心力によって分離し除去し、
   前記第一段階プレクリーナー（２０）の下流の前記流路の前記渦流れを、第二段階プレクリーナー（２３）に向け、前記流路内の前記渦流れから残留する塵埃の粒子を遠心力を用いて分離し、第二段階プレクリーナー（２３）に設けられた除去ポート（２６）を介して外部環境に排出することを含むことを特徴とする
   方法。
8. 前記第二段階プレクリーナー（２３）において分離、除去された前記塵埃の粒子を集め、集めた塵埃を前記プレクリーナーシステムから、内燃エンジンからの排気ガス流から発生させた吸引を用いて除去することを含む請求項７記載の方法。