JP2017514685A - 気体の流れを濾過するための濾過装置 - Google Patents

Abstract

気体の流れを濾過するための濾過装置が開示される。装置は、入口及び出口を伴うヘッドを有し、ヘッドは同様に、入口に接続される第１の流れ導管及び出口に接続される第２の流れ導管を有する。装置は同様に、フィルタと、フィルタを収容しヘッドに接続されるボウルと、を有する。ボウルは、環状の凹部を有する。フィルタをヘッド及びボウルに接続するためのコネクタが同様に存在する。ボウルに係合するコネクタの一部は、凹部の内部に挿入される突起を有する。

Description

本発明は、気体の流れを濾過するための濾過装置に関し、特に、しかし非限定的に、圧縮空気の流れを濾過するための装置に関する。

圧縮空気は、安全で信頼できるエネルギー源として、産業を通して広く用いられている。しかしながら、圧縮機から直接届けられる圧縮空気の質は、その清浄度を改善する処置無しには、ほとんどの使用に適さない。圧縮空気の処理は、一般的に、油及び微粒子を除去するために圧縮空気を濾過すること、及び、湿気を除去するために圧縮空気を乾燥することを含む。

濾過装置の典型的な例は、入口及び出口を含むフィルタヘッドと、密封容器を形成するためにヘッドとねじ係合するボウルと、を備え、密封容器内にはフィルタ部材が収容される。フィルタ部材は、典型的には、一端で密封された管であり、フィルタヘッドに取り付けられ、フィルタボウル内に位置する。フィルタヘッド内に形成された一組の導管は、フィルタ部材に及びフィルタ部材から空気を導く。第１の導管は、入口からフィルタの中心へと空気を導き、空気は、フィルタの管状壁を通して流れ、フィルタボウルの側面を上へと流れ、その後、第１の導管を囲む第２の導管を通して流れ、空気を出口へと導く。この例では、空気は、フィルタの内側から外側へと流れているが、この流れは、空気がフィルタの外側から内側へと流れるように逆転されることも可能である。

このような装置のメンテナンスは、フィルタの交換を含む。これは、フィルタを露出させるようにヘッドとの係合からボウルのねじをゆるめてはずすことにより行われ、その後、フィルタがフィルタヘッドから係合解除され取り換えられることが可能となる。しかしながら、狭い空間では、フィルタボウルの除去はとてもやっかいであり得、メンテナンスを行うことを可能にするために濾過装置の周りに十分な空間が残されなければならない。この追加の空間は、特定の状況でこのタイプのフィルタを使用することに対して、重要な設計の制限を提示する。また、フィルタが取り換えられるときに、使用されたフィルタを取り扱うのを困難で面倒にする油の層により、フィルタの外側周りがしばしば覆われている。

本発明の好ましい実施形態は、上記の従来技術の欠点を克服することを目的とする。

本発明によれば、気体の流れを濾過するための濾過装置が提供され、当該装置は、
入口及び出口を有するヘッドであって、前記入口及び前記出口の一方に接続された第１の流れ導管並びに前記入口及び前記出口の他方に接続された第２の流れ導管を含む、ヘッドと、
当該濾過装置を通して流れる気体を濾過するためのフィルタと、
前記フィルタを収容するために前記ヘッドに接続され前記ヘッドに対して密封されるボウルであって、その中に少なくとも１つの凹部を有する少なくとも１つの内部表面を有する、ボウルと、
前記フィルタを前記ヘッド及び前記ボウルに接続するためのコネクタと、
を備え、コネクタが、
前記第２の流れ導管に係合し前記第２の流れ導管をひとまわりに密封するためのヘッド係合部と、
前記フィルタを保持するためのフィルタ係合部であって、これにより当該コネクタが前記フィルタと前記第２の流れ導管との間で気体の流れを導く、フィルタ係合部と、
前記凹部内への挿入のための少なくとも１つの突起を有するボウル係合部と、
を含む。

ヘッド、フィルタ及びボウルと係合してヘッド、フィルタ及びボウルを結合すると共に、ボウル内の凹部に受容される突起を有するコネクタを提供することにより、ボウルがフィルタヘッドから分離されるときに、フィルタがボウルの内部に保持されるという利点がもたらされる。結果として、フィルタが交換可能となるように通常行われる、フィルタヘッド及びボウルが分離されるときにフィルタの長さにわたってボウルを動かすということが必要でなくなる。ボウルの凹部及びコネクタの突起の存在は、コネクタ（したがって、及びそこに取り付けられたフィルタ）をボウルから分離するために必要とされる力が、コネクタをフィルタヘッドから分離するために必要とされる力よりも大きくなるように制御されることを可能にする。したがって、ボウル及びフィルタが除去されるための十分な空間を充てるためには、ボウルの下方に小さな空間のみが必要とされるため、従来技術において可能であったよりも、より多くの場所において本発明の濾過装置を用いることが可能である。また、フィルタをボウルの内部に保持することにより汚いフィルタの取り扱いがより簡単となる、何故なら、フィルタはその後に、フィルタ要素に比して比較的清潔なコネクタを握ることにより取り扱われるからである。

好ましい実施形態では、ボウル係合部が少なくとも１つの柔軟な部材を備え、前記突起が柔軟な部材上に位置する。

突起がその上に位置する１つ以上の柔軟な部材を含むようにボウル係合部を形成することにより、柔軟な部材が突起をボウル内の凹部との係合へと促し得るが、同様に、突起が凹部の内部に存在せずこれにより必要とされるときにコネクタ及びコネクタに取り付けられたフィルタがボウルから容易に除去されることを可能にするように、柔軟であり得るという利点をもたらす。同時に、柔軟な部材は、突起が偶然に凹部から係合解除される可能性が低くなるようにし、したがって、コネクタがフィルタヘッドから分離する前にボウルから分離する可能性が低い。

柔軟な部材が、オペレーターが柔軟な部材を曲げることを可能にする手動係合部を備えてもよい。

手動係合部を提供することにより、突起が凹部内に存在せずこれによりフィルタをボウルから容易に除去することができるように、柔軟な部材が半径方向内側に容易に曲げられることが可能になる、という利点がもたらされる。

好ましい実施形態では、使用時の手動係合部が、前記ボウルの縁部に隣接して位置する。

ボウルの縁部に隣接した手動係合部を提供することにより、ボウルとヘッドとが互いに固定されているときに、ヘッドがさらにコネクタのいかなる動きも防ぎ、したがって、気体がフィルタを迂回することを可能にするヘッドから分離した状態にフィルタがなり得ない、ということを保証するという結果を生ずる。また、手動係合部をボウルの上縁部に隣接して位置させることは、手動係合部が、使用されたフィルタに関連付けられる汚物及び油から可能な限り遠く離れた場所にとどまるという結果を生ずる。結果として、ひとたびボウルがフィルタヘッドから除去されると、手動係合部は、半径方向内側に単に移動される。これは、フィルタをボウルから解放するが、同様に、コネクタ及びフィルタがオペレーターにより握られる部分としての役割を果たし、オペレーターが油又は汚物に触れること無くフィルタを除去することを可能にする。

他の好ましい実施形態では、凹部が、環状である。

環状の凹部を有することにより、コネクタが任意の回転角度でボウルの内部へ挿入されることができ、突起との正しい係合が生ずるという利点がもたらされる。また、フィルタボウルは最初にねじがゆるめられているため、環状凹部は、突起が凹部の内部を動くことを可能にする。これは、コネクタ及びフィルタがフィルタヘッドに対して回転方向に固定された状態にとどまることを可能にする。フィルタボウルがフィルタヘッドから除去されるときに、切り離しができるように解放されなければならない２つの密封の領域が存在する。これらのうちの第１は、フィルタボウルとフィルタヘッドとの間の密封であり、第２は、コネクタとフィルタヘッドとの間である。ボウルが最初にヘッドに対して回転させられるときに突起が環状凹部を中心にして動くことができるため、克服されなければならないのは、フィルタボウルとフィルタヘッドとの間の密封の静止摩擦のみである。結果として、オペレーターは、切り離しを開始するために、フィルタボウルに対してより少ない回転力を付与することを要求される。ひとたびヘッドとボウルとの間の密封の静止摩擦が克服されると、ねじの機械的な利点は、軸方向に引き出されるコネクタをフィルタヘッドからゆっくりと切り離す。結果として、ねじの機械的な利点は、コネクタとフィルタヘッドとの間の密封の静止摩擦を克服する。コネクタがフィルタボウルと共に回転しなければならない場合には、双方の密封領域の静止摩擦力が同時に克服されなければならず、ヘッドに対するボウルの最初の回転をとても困難にする。

さらに好ましい実施形態では、フィルタは、前記コネクタに固定的に接続されている。

第１の流れ導管は、好ましくは、前記第２の流れ導管の実質的に周りに位置する。

ここで、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照して例示のみの目的でいかなる限定的な意味なく説明される。

本発明の濾過装置の前面断面図である。 本発明の他の実施形態の濾過装置の一部の斜視断面図である。 本発明のさらなる実施形態の濾過装置の一部の斜視断面図である。 図３の装置の一部の斜視図である。 図４の装置の一部の斜視断面図である。

図１を参照すると、濾過装置１０が示されており、この装置は、気体の流れを濾過するために用いられる。具体的には、装置１０は、圧縮空気の流れを濾過するために用いられ、これは、典型的には圧縮空気清浄工程において乾燥工程より前に行われる。濾過装置の４つの主な構成要素は、ヘッド１２と、フィルタ１４と、ボウル１６と、ヘッド、フィルタ及びボウルを共に接続するコネクタ１８と、である。

フィルタヘッド１２は、圧縮空気の流れを受容するための入口２０を有している。ヘッド１２は同様に出口２２を有しており、出口を通して圧縮空気が下流側の装置（不図示）に移る。圧縮空気の流れは、第１及び第２の導管２４及び２６を介して、フィルタに移動及びフィルタから移動する。第１の導管２４は第２の導管２６を実質的に囲んでおり、第２の導管２６は、ボウル１６に進入しており、濾過された空気の流れを出口へと運ぶ。第２の導管２６は、第１の導管２４の半径方向内側に存在しており、濾過よりも前に圧縮空気の流れを管状のフィルタ１４の中心孔へと導く。

フィルタ１４は、当業者によく知られているタイプの標準の管状のフィルタであり、固体状の微粒子及び所定の値よりも大きいサイズの濃縮された液滴を除去するために用いられる。フィルタ媒体は、例えば、３から１００μのミクロン等級のスパンボンドポリマーであり得る。そのような材料は、８０％よりも多い空間を伴う開放構造を有しており、典型的には５から１０μの粒子サイズの第２段階の濾過を提供する。他の例は、０．０１から１ｍｇ／ｍ３の油キャリーオーバーを有するマイクロファイバー合体フィルタである。フィルタ１４は、ヘッド１２から最も遠く離れたフィルタの端部に固定された基部２７を有している。基部２７は、典型的には脚を有しており、脚は、フィルタ１４の直径を超えて延び、ボウル１６の内部壁に係合して、これにより、フィルタ１４をボウル１６の内部のおおよそ中心に配置する。

ボウル１６は、管状体２８と、エンドキャップ３０とを有しており、エンドキャップを通して液体水を排出するための排出弁３２が位置している。壁２８の最上縁部３４に向かって、外部ねじ山３６が、ヘッド１２に形成された内部ねじ山３８と係合するために設けられている。Ｏリングシール４０が、ヘッド１２の環状の凹部内に設けられており、これにより、ねじ山３６及び３８が係合されたときに、フィルタヘッド１２とボウル１６とは、高圧力で圧縮空気を保持することができる容器を共に形成する。ボウル１６は、典型的には、押し出しアルミニウムで作られており、図１に示されている実施形態では、ヘッド１２は、鋳造アルミニウムである。

コネクタ１８は、射出成形により熱可塑性材料から形成されており、ヘッド１２、フィルタ１４及びボウル１６と係合する複数の突起を有している。ヘッド係合部４２は、管状であり、第２の導管２６の管状の端部の内部に嵌合するような大きさに作られている。１組のＯリング４４が、ヘッド係合部４２の内部の環状の凹部内に位置しており、いかなる圧縮空気がフィルタを迂回して第１の導管２４内へ直接漏れることを防止するために、コネクタ１８と第２の導管２６との間に密封をもたらす。第２の導管２６と第１の導管２４との間の差圧は極めて小さく、フィルタ１４を通過する圧縮空気に起因する圧力損失のみであるため、Ｏリングシール４４によりもたらされる締まり嵌めは、第２の導管２６に対してコネクタ１８を密封するために十分である。

コネクタ１８のボウル係合部は、柔軟な部材４６の形態である。コネクタには、好ましくは、柔軟なＵ字形状の脚の形態にある２つ以上のそのような柔軟な部材が設けられている。各脚は、突起４８（図５参照）を有しており、突起は壁２８の内側表面において上縁部３４に隣接して形成された環状の凹部５０内に受容される。突起４８は、くさび形であり、したがって、コネクタ１８がボウル１６内へ移動するにつれて柔軟な部材４６を半径方向内側に曲げるカム表面を提供する。各柔軟な部材４６は、手動係合部５２を有しており、コネクタ１８がボウル１６と係合されるときに、手動係合部は壁２８の上縁部３４のちょうど上方に位置し上縁部３４と係合する。ヘッド係合部４２は、環状ディスク５３により柔軟な部材４６に取り付けられている。

コネクタ１８のフィルタ係合部は、柔軟な部材４６の内側表面５４である。フィルタ１４は、フィルタをこの内側表面５４に貼り付けている接着剤によりコネクタ１８に取り付けられている。

図２を参照すると、示されている実施形態は、ヘッド１２が単一の構成要素として鋳造されておらず代わりに複数の構成要素から形成されているという点を除いて、図１に関連して説明された実施形態と同一である。これらは、アルミニウムの押し出しにより形成された本体５６と、同様に押し出しにより形成されたエンドプレート５８と、を含んでいる。エンドプレート５８は、６０により示されている互いに係合するねじ山により本体に固定されており、６２により示されている凹部内に位置するＯリングにより密封されている。第１及び第２の導管２４及び２６は、挿入物６４により形成されており、挿入物は、熱可塑性材料の射出成形により形成されており、押し出しされた本体５６内に形成された孔内に位置する。

図３，図４及び図５を参照すると、示されている実施形態は、ヘッド係合部４２を形成する熱可塑性材料の管が、環状のディスク５３を超えて延びフィルタ１４内に部分的に延びている点を除いて、図２に関連して説明された実施形態と同一である。６６で示されているこの管状の延長部は、フィルタ係合部の一部を形成しており、同様に圧縮空気の流れをフィルタ１４のさらに下方に導く役割を果たし、したがって、空気の流れがフィルタを通る最も短い可能な経路を取ることを阻止する。

ここで、装置１０の組み立てが説明される。フィルタ１４が、コネクタ１８に接続される。典型的には、コネクタ１８は、フィルタの製造の間にフィルタに嵌め込まれる。しかしながら、コネクタ及びフィルタは、現場で組み立てられることができる。フィルタ１４及びコネクタ１８は、ボウル１６内へ挿入され、これにより、柔軟な部材４６が内側に曲がり、突起４８が凹部５０内へぴったりと収まる。フィルタ１４及びコネクタ１８は、そのときボウルの内部にしっかりと保持され、フィルタ及びコネクタはヘッド１２との係合へと至らせることができる。互いに係合するねじ山３６及び３８が互いに係合状態になるにつれ、ヘッド係合部４２は、第２の導管２６内へと延び、これにより、Ｏリング４４が、ヘッド係合部４２を第２の導管２６の内部で密封する。ひとたび互いに係合するねじ山３６及び３８が互いに完全に係合されると、柔軟な部材４６の手動係合部５２がヘッド１２と当接し、フィルタ１４及びコネクタ１８の移動をさらに防止する。濾過装置１０は、そのとき使用のための準備が整う。

フィルタ１４が取り換えの期限であるとき、Ｏリング４０により互いに対して密封されているボウル１６及びヘッド１２は、ボウル１６がヘッド１２からねじをゆるめて外される。ヘッドに対してボウルを回転させるためにＯリング４０の静止摩擦力が克服されなければならず、これはヘッドに対するボウルの最初の回転を極めて難しくする。Ｏリング４４と第２の導管２６との締まり嵌めは、コネクタ１８及びフィルタ１４をヘッド１２との係合に保持しようとする。しかしながら、くさび形の突起４８が凹部５０内へ延びているため、コネクタ１８及びフィルタ１４をボウル１６との係合に保持している力は、Ｏリングの締まり嵌めよりも大きく、結果として、コネクタ及びフィルタはボウル１６の内部に保持される。凹部５０が壁２８の内部表面の全周を環状に延びているため、突起４８は、ボウルが回転されたときに、静止状態にとどまり凹部５０の内部にとどまる。２つのＯリング４４の静止摩擦力は、コネクタ１８が回転することを防止する。したがって、環状の凹部５０は、ボウル４０がコネクタ１８に対して回転することを可能にし、よって、ヘッドに対してボウルを最初に回転させるために、Ｏリング４０の静止摩擦力のみが克服されなければならない。ひとたび回転が開始されると、第２の導管２６の壁上のＯリング４４の静止摩擦力は、ねじ山３６及び３８がコネクタを第２の導管２６との係合から抜け出させるにつれて、克服される。２つのＯリング４４のこの静止摩擦力が容易に克服されるのを可能にするのは、ねじ山３６及び３８によってもたらされる機械的な利点である。

ひとたびねじ山３６及び３８がボウルと係合解除されると、フィルタ及びコネクタは、コネクタ１８のヘッド係合部４２がヘッド１２の下方を通過するために十分な距離下方に移動されることのみが必要とされる。この距離は、コネクタ１８の最上縁部からヘッド１２の最下縁部までの距離であり、図１においてＤ１により示されている。これは距離Ｄ２よりも著しく小さく、距離Ｄ２はボウル１６の最上縁部からフィルタ１４の基部２７までの距離であり、この距離はフィルタがヘッド１２との係合状態に保持される場合にボウルが移動しなければならない距離である。

ひとたびボウルがヘッドから除去されると、手動係合部５２は、オペレーターにより手により半径方向内側に押されることができ、これは、突起４８を凹部５０から解放する。手動係合部５２の把持を維持することにより、オペレーターは、コネクタ１８及びフィルタ１４をボウルから引き上げる。手動係合部５２がフィルタ１４（フィルタ１４は一般的にフィルタが取り換えを必要とする時点で汚い油で覆われている）から離れているため、オペレーターは清潔のままでいることが可能であり、処分のためのバック内にフィルタ及びコネクタを単に落とすことができる。

上記の実施形態は例示のみを目的としていかなる限定的な意味無く説明されており、添付の特許請求の範囲により定義される保護範囲から逸脱することなく様々な変更及び改良が可能であることが、当業者により正しく理解されるであろう。例えば、上記の実施形態は、圧縮空気の濾過に関連して説明された。しかしながら、そのような濾過装置は、気体が圧縮されているか否かにかかわらず、任意の気体の流れを乾燥させるために利用されることができる。また、上記の実施形態における空気の流れは、中央孔を下方にフィルタに進入し、フィルタ壁を通過し、フィルタの外側から退出する。結果として、この空気の流れは、内から外へとして説明されることができる。しかしながら、この装置における流れは、入口を出口とし、出口を入口とすることにより逆転可能である。結果として、圧縮空気は、第１の導管２４を通過してフィルタ１４とボウル１６との間の隙間内へ流れ、フィルタ１４を通過し、フィルタの中心孔を上へと通って第２の導管２６へと移動する。

Claims (8)

1. 気体の流れを濾過するための濾過装置であって、
   入口及び出口を有するヘッドであって、前記入口及び前記出口の一方に接続された第１の流れ導管並びに前記入口及び前記出口の他方に接続された第２の流れ導管を含む、ヘッドと、
   当該濾過装置を通って流れる前記気体を濾過するためのフィルタと、
   前記フィルタを収容するために前記ヘッドに接続され前記ヘッドに対して密封されるボウルであって、少なくとも１つの凹部を有する少なくとも１つの内部表面を有する、ボウルと、
   前記フィルタを前記ヘッド及び前記ボウルに接続するためのコネクタと、
   を備え、前記コネクタが、
   前記第２の流れ導管に係合し前記第２の流れ導管をひとまわりに密封するためのヘッド係合部と、
   前記フィルタを保持するためのフィルタ係合部であって、これにより当該コネクタが前記フィルタと前記第２の流れ導管との間で前記気体の前記流れを導く、フィルタ係合部と、
   前記凹部内への挿入のための少なくとも１つの突起を有するボウル係合部と、
   を含む、
   装置。
2. 前記ボウル係合部が少なくとも１つの柔軟な部材を備え、前記突起が柔軟な部材上に位置する、請求項１に記載の装置。
3. 前記柔軟な部材が、オペレーターが前記柔軟な部材を曲げることを可能にする手動係合部を備える、請求項２に記載の装置。
4. 使用時の前記手動係合部が、前記ボウルの縁部に隣接して位置する、請求項３に記載の装置。
5. 前記凹部が、環状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記フィルタは、前記コネクタに固定的に接続されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記第１の流れ導管は、前記第２の流れ導管の実質的に周りに位置する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
8. 添付の図面を参照して以上で実質的に説明された、気体の流れを濾過するための濾過装置。

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