JP2016061290A - フィルタインサート - Google Patents

Abstract

【課題】良好な排液特性を備えたフィルタインサートを提供すること。
【解決手段】ガス流Ｇから液滴を分離するためのフィルタインサートであって、濾過媒体２、３、４の層部分を含んでおり、稼動時には浄化対象のガス流Ｇを通流させる媒体パケットＭと、ガス流Ｇから分離された液体Ｏの放出流方向に関与するフィルタインサートの下方領域に提供された底部５とを含んでおり、フィルタインサートの放射方向に延びる液体Ｏの通路Ｐが、媒体パケットＭの精密分離のための濾過媒体４と底部５との間に提供されており、あるいは媒体パケットＭ内に提供されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分の特徴を備えた、液体粒子をガス流（気体流）から分離させるためのフィルタインサート（フィルタ挿入体）と、そのようなフィルタインサートを有する濾過装置と、それらを有した内燃機関とに関する。

当該技術において往々に必要とされる機能はガス流から液滴を分離することである。

この目的に使用される分離装置の多くは、大抵は円筒状であるフィルタインサート（フィルタカートリッジ）がハウジング内に装備され、ガス流がフィルタインサートを放射状に流通して浄化される。この場合には、フィルタインサート内を通流する流れは周囲表面から内側へ、またはその逆方向である。典型的なフィルタインサートは、固定部によってカバーの表面に固定される媒体パケット（濾過媒体のパケット）を含む。

フィルタインサートで使用される濾過媒体は２つの主要な機能を提供しなければならない。すなわち、
様々なフィルタ（濾過）機構によって、すなわち主として深層濾過およびフィルタの合着によって搬入液を分離すること、並びに、
濾過媒体の低レベルの飽和を維持することでフィルタ内の低逆圧を維持するように濾過媒体から液体を継続的に放出させること。

通常のフィルタデザインには、繊維径、細孔度および表面エネルギー等の適した物質特性を備えた１以上の異なる濾過媒体を有した構造体が関与する。一般的には粗分離（粗処理分離）手段が通流方向において精密分離手段の上流側に配置される。

フィルタのデザインは、分離程度、排液および許容性逆圧に関する要求程度に応じて考察される。

精密分離のための濾過媒体が、特に高度の分離のために要求される。典型的には、精密分離のための濾過媒体は小さな繊維径と小さな孔径を特徴とする。

存在する弱点は、精密分離においては、例えばオイル等である吸収された液体が、稼動時に高い流れ抵抗が関与する通常の稼動条件下では濾過媒体から十分に搬出されないことである。

分離された液体での濾過媒体の飽和を最小化するために、ガス流の方向での濾過媒体（粗分離のための物質および精密分離のための物質）からの排液状態を改善するには多大な努力が必要である。

ＡＴ５１２５０６Ｂ１は、液滴をガス状物から分離する濾過装置を開示する。そこでは、濾過層の進入面に通流妨害壁が形成され、排液層に隣接する進入面の領域を覆い、やがて通流妨害壁は排液層の進入面を実質的に完全に覆う。

ＤＥ２０２００５００４１５１Ｕ１は、収集された液体を重力の作用でスペーサ布体の底部縁部を越えて流し、その後に収集する濾過要素を説明する。

ＤＥ６９９０９２８４Ｔ２は、連合フィルタにおける改善を説明する。その文献によれば、フィルタは、微小繊維材料で成る第１オイル合着層と、排オイル材料で製造される第２層とを含んでおり、排液層が合着層からのオイルの受け入れに活用され、重力の作用でフィルタから流出するようにオイルの通路を提供する。

ＵＳ２０１０／０３１９４０Ａ１は、軸方向の排液および封止を備えた、ブローバイガス濾過用の濾過装置を開示する。

ＵＳ８４９９７４９Ｂ２は、クランクケース通気システムのブローバイガスのためのフィルタを開示する。そこでは、分離された液体の排液穴がフィルタインサートの底部に提供されている。しかし、このような構造の弱点は、排液開口を通過するガスのバイパス（迂回路）の存在が必須であることである。このバイパスとは、ガスが排液開口から逃避でき、よって、濾過層の部分の全てを通過しないことである。

ＡＴ５１２５０６Ｂ１ ＤＥ２０２００５００４１５１Ｕ１ ＤＥ６９９０９２８４Ｔ２ ＵＳ２０１０／０３１９４０Ａ１ ＵＳ８４９９７４９Ｂ２

従って、本発明の目的は、従来技術の弱点がなく、良好な排液特性を備えたフィルタインサートを提供することである。本発明は、そのようなフィルタインサートを使用した濾過装置、およびそのような濾過装置を含んだ内燃機関の提供も意図する。

本発明のその目的は、請求項１の特徴を備えたフィルタインサートによって、および、請求項１０に記載された濾過装置によって、さらに、請求項１３に記載された内燃機関によって達成される。好適な実施態様はそれらの従属請求項に記載されている。

フィルタインサートの放射方向（半径方向）に延びる液体の通路は、媒体パケット（媒体パック；ｍｅｄｉａ ｐａｃｋｅｔ）の精密分離（精処理分離）のための濾過媒体（濾過物質）とフィルタインサートの底部との間、または媒体パケット内に提供され、よって、排液は容易にフィルタインサートの外部に流出することができる。この通路とは、ほぼまたは完全に濾過媒体を含まない流通路が提供されていることである。その結果、液体は実質的にさらに容易に流出し、濾過媒体の飽和およびそれに関連したフィルタインサートの流れ抵抗の増大に関する前述の問題を提起しない。

“放射方向（半径方向）に延びる”とはフィルタインサートの略円筒状である基本形状に関係する。本願との関係では、それは通路が、主要液体放出流方向に連続した流通路を有していることを意味する。本発明は円筒形状以外の他の形状にも適用できることは理解されるであろう。もちろん通路は接線方向の要素も有することができる。通路は筒状間隙または個別通路の形態であってもよい。

好適には、媒体パケットは少なくとも１つの精密フィルタ（精密濾過用フィルタ）を含んでいる。

さらに好適には、通路にはほぼまたは完全に精密フィルタが含まれていない。なぜなら、精密分離に不可欠である精密フィルタは排液対象の液体に対して特に高い流れ抵抗とは対立するからである。

好適には、媒体パケットは毛細管効果を備えた少なくとも１つの層を有している。

毛細管効果を備えた層の存在の特に大きな利点は、液体で飽和した後に、それは気密状態になるが液体には透過性である（液体に対して開いている）。従って、媒体パケットは、液体の毛細管効果により飽和しているそれらの領域にて略気密状態で閉じている。例えばオイル等の液体に関して湿潤性である材料が毛細管効果を備えた濾過媒体のために選択される。この選択は濾過媒体に関連する液体の表面張力または界面張力に依拠する。

液体がその内部で２ｃｍから１０ｃｍ、好適には２ｃｍから５ｃｍの上昇高に達するように濾過媒体が毛細管効果を備えていることが特に望ましいことが発見されている。この上昇高は実験によって容易に決定できる。湿潤状態では、毛細管効果を備えた濾過媒体は液体に対して開いている層を形成する。すなわち、例えばオイルである液体はそこを貫通するが、それは通常の稼動条件（例えば、２０ミリバールから５０ミリバールのフィルタ差圧）下では略気密である。

好適には、毛細管効果を備えた層は、部分ごとに気密的に媒体パケットを、好適にはガスの流入側と放流側で閉じさせる。稼動時には、毛細管効果を備えた層は毛細管効果により底部に集まる液体から液体を吸い上げるが、層は上昇高まで気密状態になる。

従って、媒体パケットは通常稼動差圧に対する所定の高さにまで（約５０ミリバールまで、好適には２０ミリバールまで）実質的に気密状態で閉じている。ガスは、濾過目的で提供されている媒体パケットの層をガスが通過して流れなければ、気密部を通過し、前述の通路を通って媒体パケットから排出されることはない。

この効果は、放出されている液体を通過するが、液体で飽和していない媒体パケットの領域を通してガスを偏向させるサイホンに例えられる。

本発明は、気密であるが液体を通過させる（液体に対して開いている）層が液体による所定の濾過媒体の飽和によって提供されるという理解を活用する。液体はそれでもその層を通過して搬出が可能である。

しかし、液体で飽和すると、精密分離のための濾過媒体（精密フィルタ）は、液体が流れ去るときの液体に対する非常に高い流れ抵抗と対立する。従って、媒体パケット内に配置されている可能性が高い精密フィルタは濾過装置の全長に亘っては延びていない。換言すれば、精密分離のための濾過部は媒体パケット内の他の濾過媒体よりも短い。濾過装置の長さとは、ガス流の主要な貫通流方向に垂直である長さを意味する。

従って、媒体パケット内には通路が存在し、それは精密分離のための濾過媒体を含まない。この通路により、精密分離のための濾過媒体は、稼動時に発生する液体のレベルによって実質的に影響を受けない状態であり続ける。

このことは、精密分離のための濾過媒体には、液体で飽和している状態では特に高い流れ抵抗が関与するという理由によって重要である。

好適には、毛細管効果を備えた層は排液物質または分離媒体の形態である。

精密分離のための濾過部は稼動時に発生する液体のレベルにまで延びるように提供することもできる。毛細管効果を備えた濾過媒体はガス通流妨害壁として機能し、精密分離のための濾過媒体と接着剤との間の中間間隙を通過する通流を妨害する。

通路の高さは、好適にはフィルタインサートの高さの２％から０．５％を超えない範囲である。これで、排液作用と分離効果との間の特に良好な妥協が達成される。

通常のフィルタ寸法では、特に、定置エンジンの場合のオイルミスト分離のためのフィルタインサートでは、通路は５ｍｍから２０ｍｍの高さが特に好適である。

好適には、毛細管効果を備えた濾過媒体の複数の層部分が、ガス流方向において精密分離のための濾過媒体の構造部の前方および後方で媒体パケット内、特に精密分離のための濾過媒体の構造部内に設置される。言い換えると、毛細管効果を備えた層部分は、精密分離のための部分内と、さらにその上流側および下流側に設置される。従って、精密分離のための部分は毛細管効果を備えた層によって好適には“パック化（ｐａｃｋｅｄ）”される。

フィルタインサートは異なる形態でもよい。例えば、円筒形状が適している。この場合には、濾過媒体の層部分は典型的には巻き付け状であるが、層状であってもよい。立方体状である場合には濾過層部分は層状である。通路の配向性に関連する円筒形状に関して上述した説明は、他の構造形状の場合にも同様に適用される。円筒状の場合の“放射方向（半径方向）”とは立方体形状の場合には“通流方向”に概念的に置換されるものである。

上述したフィルタインサートは、オイルミストが付加されたガス、例えば、内燃機関のクランクケース通気システムのブローバイガスからのオイル滴の分離および放出に特に適している。

本発明は添付図面を利用して以下でさらに詳細に解説されている。

図１は、フィルタインサートの概略断面図である。 図２は、別実施例によるフィルタインサートの概略断面図である。 図３は、さらに別な実施例によるフィルタインサートの概略断面図である。 図４は、フィルタインサートの概略図である。 図５は、フィルタインサートの底面図である。 図６は、濾過装置を備えた内燃機関を図示する。

図１は、ガス流Ｇから液体浮遊（懸濁）粒子を分離する、特にエアゾール運搬ガスから液滴を分離するためのフィルタインサート１の実施例を示している。図１のフィルタインサート１は円筒状である。回転対称形状が対称軸Ｓによって提供される。図面には回転対称構造物の左半分だけが断面図により提供されている。

共同で媒体パケットＭを提供する異なる濾過媒体が関与する構成層要素が図示されている。フィルタインサート１は高さがＨ_Ｆである。

ガスすなわちガス流Ｇはまず濾過媒体を通流し、毛細管効果を備えた第１濾過層３を介して精密フィルタ４を通流する。通流方向の構成の外側に構成されているのは、毛細管効果を備えた層３であり、そこを通って浄化処理済みのガス流がフィルタインサート１から離れる。

ガス流Ｇは上方からフィルタインサート１内に中心的に流入する。進入ガス流Ｇはまず濾過媒体２内で大型液滴が排除される。その後、精密分離が精密フィルタ４内で実行される。ガス流Ｇは最後の濾過層を通過した後にフィルタインサート１から離れる。

稼動時にフィルタインサート１は、ガス流Ｇを中心的に通過させ、好適には上方からフィルタインサート１内に流入させ、その下側にオイル放出部を有するハウジング（収容体）により包囲されている。このハウジングは図面の簡素化のために省略されている。当業者であれば、フィルタインサート１の挿入と交換とを許容するそのようなハウジングの設計には十分に精通しているであろう。

明確性のため、媒体パケットＭの個別の層は間隔を開けて図示されている。実際には、それらは密状態に詰められており、例えば、巻き付けられている。よって、精密フィルタ４を含まない部分（長さ＝Ｈ_ｆｒｅｅ−Ｈ_Ｐ）を通過するガス流Ｇのためのバイパスは存在しないことも理解されよう。ガス流Ｇは精密フィルタ４を通過する。

通路Ｐの前後に毛細管効果を備えた少なくとも１つの濾過層３が提供されることが機能の観点から必須であることが証明されている。

液体Ｏは重力の作用で媒体パケットＭ内または媒体パケットＭ上をフィルタインサート１の底部５の方向に流れ、縁部Ｒを越えて流出する（縁部Ｒの矢印方向）。その点で、液体分離の量的に最大の割合は、ガス流に遭遇する、液体分離のための濾過媒体２（好適には粗フィルタ）のための濾過媒体によりそこで形成されている媒体パケットＭの表面で発生する。

この実施例では円筒リングの形状である濾過媒体２、３および４は、高さＨ_Ｋである接着層Ｋによって底部５に結合されている。底部５は一般的に縁部Ｒを有した深絞りプレートの形態である。稼動時に、液体Ｏは底部５に集積し、液体レベルを発生させる。縁部Ｒの高さは、稼動するフィルタインサートで液体レベルが達成する高さを規定する。この実施例では、液体Ｏはフィルタインサートから放射方向（半径方向）に流出する。従って縁部Ｒの高さは安定稼動状態下で液体レベルの高さを規定する。

図１の実施例では、縁部Ｒの高さは、稼動時に精密フィルタが液体レベル内に突き出ることがないように選択され、従って、そこから離れている。

フィルタインサート１の稼動時には、高さＨ_Ｐの通路Ｐが存在し、分離された液体が精密フィルタ４を通過して流れる必要がないので、従来よりも大幅に向上した液体の放出を許容する。

毛細管効果を備えた濾過媒体３は、通路Ｐを精密フィルタ４の下流側で気密状態に閉じさせる。従って、ガス流Ｇは、まず精密フィルタ４を通って通過せずにはフィルタインサート１を離れられない。高さＨ_Ｃは、毛細管効果を備えた濾過媒体３が液体で飽和した、すなわち気密である長さである。前述したように、Ｈ_Ｃは濾過媒体３の毛細管効果による液体の上昇高である。

高さＨ_ｆｒｅｅは、接着層Ｋと精密フィルタ４との間の高さである。

図２の実施例では、底部Ｂの縁部Ｒまたは精密フィルタ４の長さは、フィルタインサート１の稼動時に精密フィルタ４が液体レベル内に延び入るように選択される。液体レベルの高さは縁部Ｒの高さによって規定される。通路の高さＨ_Ｐは、図１の実施例と比べて、精密フィルタ４の液体レベル内への侵入深度の分だけ少ない。

図３の実施例では、毛細管効果を備えた濾過媒体３の別な層部分が精密フィルタ４の層部分内に提供される。その結果、毛細管効果を備えた濾過媒体３の飽和部分の気密性妨害壁によって、ガス流は媒体パケット内でも偏向され、精密フィルタ４を通過しなければならない。これは反復性であることは理解されよう。すなわち、毛細管効果を備えた濾過媒体の複数の層部分は媒体パケット内に提供が可能である。

これら図面は媒体パケットＭ内の少なくとも１つのそれぞれの精密フィルタ４を示している。本発明は、精密分離のための精密フィルタ４と、精密フィルタが無い部分によって形成された通路Ｐとを有した媒体パケットＭには限定されない。通路Ｐは、媒体パケットＭ内に、例えば媒体パケットＭ内の開口あるいは通路の手段によって実現できる。それら開口または通路は、好適には媒体パケットＭの下方領域に提供される。

これら図面は、精密分離のための精密フィルタ４と毛細管効果を備えた濾過媒体３とで成る単一の連続物を図示している。その構成は反復可能であることは理解されよう。従って、複数の連続物形態の精密フィルタ４と毛細管効果を備えた濾過層３を提供することが可能である。

通路Ｐが全角範囲３６０°で提供されず、その一部でのみ提供される形態も可能である。

実際には、通路Ｐは、底部５で接着層Ｋが、好適には同心環状ビーズの形態となるようにも製造できる。この構造により、通路Ｐがそれによって実現するように、それぞれの濾過媒体と底部５との間には接着ビーズでの結合部が存在しない。

図４は、フィルタインサート１が配置されている濾過装置８を図示する。図示するこの構造では、ガス流Ｇは上方から濾過装置８内に中心的に流入し、内側から外側にフィルタインサート１を通流する。液体Ｏは媒体パケットＭで分離され、重力の作用で下方に流れる。それは底部５で外側に放射方向（半径方向）に流れ、液体放出部７を介してハウジング６から離れる。

図５は、フィルタインサート１の底部５を図示する概略平面図であり、この場合には、この実施例では、媒体パケットＭ（ここでは図示せず）が底部５にその表面全体で結合しないように接着層Ｋが周囲的に閉じていないビーズの形態で適用されている。このように、液体Ｏの放出流のための通路Ｐを提供することも可能である。

図６は、濾過装置８を備えた内燃機関９を示す。当業者であれば、ガス流Ｇから液体Ｏを分離する濾過装置８の循環経路の相互接続には精通しているであろう。よって、この関係ではその構成を詳細に説明することは不要であろう。

使用用語リスト
１ フィルタインサート
２ 液体分離のための濾過媒体
３ 毛細管効果を備えた濾過媒体
４ 精密分離のための濾過媒体
５ 底部
６ ハウジング
７ 液体放出部
８ 濾過装置
９ 内燃機関
Ｇ ガス、ガス流
Ｋ 接着層
Ｏ 液体
Ｐ 通路
Ｒ 縁部
Ｓ 対称軸

Claims (13)

1. ガス流（Ｇ）から液滴を分離するためのフィルタインサート（１）であって、
   濾過媒体（２、３、４）の層部分を備え、稼動時には浄化対象のガス流（Ｇ）を通流させる媒体パケット（Ｍ）と、
   ガス流（Ｇ）から分離された液体（Ｏ）の放出流方向に関与する前記フィルタインサート（１）の下方領域に配置された底部（５）と、
   を含み、
   前記フィルタインサート（１）の放射方向に延びる液体（Ｏ）の通路（Ｐ）が、前記媒体パケット（Ｍ）の精密分離のための前記濾過媒体（４）と前記底部（５）との間に提供されているか、または、前記媒体パケット（Ｍ）内に提供されており、前記媒体パケット（Ｍ）は毛細管効果を備えた少なくとも１つの層（３）を有しており、毛細管効果を備えた前記層（３）は、稼動時に、前記媒体パケット（Ｍ）を、毛細管効果によって、好適にはガス流（Ｇ）の流入側と放出側とで、部分的に気密状態で閉じる、
   ことを特徴とするフィルタインサート（１）。
2. 前記媒体パケット（Ｍ）は、少なくとも１つの精密フィルタ（４）を含んでいる、
   請求項１記載のフィルタインサート（１）。
3. 前記通路（Ｐ）は、ほぼまたは完全に、精密フィルタ（４）を含まない、
   請求項１記載のフィルタインサート（１）。
4. 前記濾過媒体（３）は、２ｃｍから１０ｃｍ、好適には２ｃｍから５ｃｍの毛細管作用に関わる上昇高（Ｈ_Ｃ）を有している、
   請求項３記載のフィルタインサート（１）。
5. 濾過媒体（３）の複数の層部分が、前記媒体パケット（Ｍ）内に、特に濾過媒体（４）の配置部内に、ガス流（Ｇ）の通流方向で濾過媒体（４）の前後に配置されている、
   請求項１から４の少なくとも１項に記載のフィルタインサート（１）。
6. 前記通路（Ｐ）は、前記フィルタインサート（１）の高さの０．５％と２％の間よりも小さい範囲の高さである、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）。
7. 前記通路（Ｐ）は５ｍｍから２０ｍｍの高さである、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）。
8. 前記フィルタインサート（１）は略円筒形状であり、前記媒体パケット（Ｍ）は濾過媒体（２、３、４）の、好適には巻き付け層部分を含んでいる、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）。
9. 前記フィルタインサート（１）は略立方体形状であり、前記媒体パケット（Ｍ）は濾過媒体（２、３、４）の層状になった層部分を含んでいる、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）を有した濾過装置（８）。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）を有した濾過装置（８）であって、前記通路（Ｐ）の高さ（Ｈ_Ｐ）は、縁部の高さ（Ｈ_ｒ）から接着層の高さ（Ｈ_Ｋ）を差し引いた高さ（Ｈ_ｒ−Ｈ_Ｋ）より少ない、
    濾過装置（８）。
12. 請求項１から９のいずれか１項に記載のフィルタインサート（１）を有した濾過装置（８）であって、前記通路（Ｐ）は接着層（Ｋ）の配置により、及び／又は濾過媒体（４）の領域の複数の陥没部を備えた底部（５）の形態で提供される、
    濾過装置（８）。
13. 請求項１０記載の濾過装置（８）を有した内燃機関（９）。