JP4048924B2

JP4048924B2 - オイルミストセパレータエレメント

Info

Publication number: JP4048924B2
Application number: JP2002327878A
Authority: JP
Inventors: 修中村; 剛高梨; 修山口
Original assignee: Chisso Polypro Fiber Co Ltd; Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp; JNC Fibers Corp
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP2004160328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンのベンチレータ等に用いられるオイルミストセパレータエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンでは、クランクケース内へ燃焼室より流出するブローバイガスを大気中に放出せずに燃焼させるために、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）システムによりブローバイガスをクランクケースから吸気系統に戻し、ブローバイガスの還元再燃焼が行なわれていることが多い。この時、クランクケース内にはオイルが微小な粒状（オイルミスト）になって存在し、このままではブローバイガスの再燃焼には不都合であり、大気汚染の原因ともなり、かつ、オイルの消費量も増す。このため、吸気系統にブローバイガスを還元する前に、オイルミストをブローバイガスより分離してクランクケース内に戻す液滴分離が行なわれている。オイルミストの分離手段としては、遠心分離や目の粗い濾網トラップ等により比較的大きな液滴を分離し、それらの分離機構を通過したブローバイガスに浮遊する比較的小さなオイルミストをセパレータエレメントによって分離する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このようなセパレータエレメントとしては、ガラス繊維を主成分とし、パンチングメタル等の通気性ケーシング内に収容保持し、ベンチレータに設置できるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３６４１３号公報
【特許文献２】
特許第３２７８４５３号公報
【０００４】
しかしながら、前記セパレータエレメントに用いられるガラス繊維は、ガス流の影響により繊維の位置関係が激しく変動し、繊維同士の密着や繊維間の目開き等の原因により繊維層に密度むらが発生することがある。そのためセパレータのオイルミスト分離効率が時間と共に極度に低下していくという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決し、ガス流の影響により繊維の位置が変動したり、繊維同士の密着や繊維間の目開き等による繊維層の密度むらが発生しにくく、オイルミスト分離効率が長時間にわたって安定して低下しにくいオイルミストセパレータエレメントを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、上流層と下流層を繊維接点が熱接合されたポリエステル複合繊維からなる不織布で構成し、中流層をガラス繊維集合体で構成した少なくとも３層からなる筒状セパレータエレメントを用いることで、前記課題を解決し優れた分離性能を持つオイルミストセパレータエレメントが得られることを見出し、その知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
本発明は、次の構成を有する。
（１）少なくとも上流層、中流層及び下流層からなる３層構造を有する筒状オイルミストセパレータエレメントであって、上流層は、繊維接点が熱接合されたポリエステル複合繊維からなる不織布で構成され、続く中流層はガラス繊維集合体で構成され、下流層は前記ポリエステル複合繊維からなる不織布で構成されたことを特徴とするオイルミストセパレータエレメント。
【０００８】
（２）ポリエステル複合繊維からなる不織布が、捲縮を有する短繊維からなる不織布である、前記（１）項記載のオイルミストセパレータエレメント。
【０００９】
（３）ポリエステル複合繊維が、芯成分にポリエチレンテレフタレートを、鞘成分に芯成分より融点が１０℃以上低い共重合ポリエステルを用いた鞘芯型の複合繊維である前記（１）項または（２）項記載のオイルミストセパレータエレメント。
【００１０】
（４）共重合ポリエステルが、エチレンテレフタレート／エチレンイソフタレート共重合体である前記（３）項記載のオイルミストセパレータエレメント。
【００１１】
（５）ポリエステル複合繊維の平均繊維径が、１０〜４５μｍである前記（１）〜（４）項のいずれか１項記載のオイルミストセパレータエレメント。
【００１２】
（６）前記上流層の空隙率が、７０〜８５％である前記（１）〜（５）項のいずれか１項記載のオイルミストセパレータエレメント。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいう筒状とは、エレメントの横断面の形状が円形または楕円形等の筒状、あるいは横断面の形状が多角形であるような角型筒状のことである。尚、後記する製造上用いる巻き芯の形状が多角形の場合には、繊維層を巻き重ねるにつれて外径は角が丸みを帯び円形に近くなりやすいが、この形状でもセパレータエレメントとして問題なく使用できる。
【００１４】
本発明の実施形態の一例を図１に示す。セパレータエレメント１は、図２に示すように上流層２、中流層３、下流層４の少なくとも３層からなり、ブローバイガス流５は層内を通過し、オイルミストが分離される。また、本発明のセパレータエレメントは、図３のように、内部から外部へガスを通過させるように設計することが好ましい。すなわち、上流層２がセパレータエレメント内壁側に、下流層４がセパレータエレメント外壁側に位置する事が好ましい。逆に、外部から内部へガスを通過させる場合は、下流層４はセパレータエレメント内壁側になり、液滴分離されたオイルミストは内壁側に滞留する。この時、滞留したオイルミストを除去するためには、セパレータエレメントの内壁側にドレーン抜きがあるようなベンチレーターを設計することが好ましい。また、内壁側は外壁側に比べ液滴化を行う面積も小さくなる傾向がある。
【００１５】
本発明のセパレータエレメントに使用する上流層と下流層の複合繊維の材料には、ポリエステル樹脂が使用される。ポリエステル繊維は耐油性に優れ、繊維同士がその接点で強固に熱接合できるという特徴を持つ。ポリオレフィンの複合繊維は、オイルで膨潤する等耐油性が劣るため好ましくない。またナイロンは耐油性に優れているが、繊維同士の熱接合が弱く、望まれる除去効率が得られないため好ましくない。さらに、ナイロン等の構成原子に窒素原子を含む樹脂は、ＮＯ_Ｘ等の大気汚染の原因になる物質をエンジンから排出する恐れがあるという問題も発生するので好ましくない。
【００１６】
上記ポリエステル複合繊維とは、融点の異なる２種のポリエステル樹脂からなる複合繊維であり、低融点成分が繊維断面周の少なくとも一部を占め、熱処理によって繊維間に熱接合を起こさせるものであれば、鞘芯型、並列型の如何を問わない。また、鞘芯型の場合は偏心構造でも良い。ポリエステル複合繊維は、後記する加熱処理での温度調節を容易にするため、高融点成分と低融点成分の融点差が１０℃以上であることが好ましい。尚、明確な融点が無い樹脂の場合はその流動化温度を融点と見なす。融点差が１０℃未満であると温度調節が難しく、調節を誤ると、繊維間の熱接合が不十分で強度の高いセパレータエレメントが得られなかったり、逆に、より高融点の成分までもが軟化ないし融解して繊維構造を失いやすく、繊維層が膜状化することがある。また、異常収縮によりしわが発生したりして、オイルミスト分離効率の良いセパレータエレメントが得られない恐れがある。
【００１７】
ポリエステル複合繊維としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートを芯成分に、エチレンテレフタレート／エチレンイソフタレート共重合体を鞘成分に用いた鞘芯型の複合繊維をあげることができる。ポリエステル複合繊維は前記した組成に限定されるものではないが、前記した組成は熱接合させるための温度調節も容易で、強度も優れているため好ましい。
【００１８】
本発明に使用するポリエステル複合繊維は、捲縮を付与した短繊維であることが好ましい。これは不織布に加工した際、捲縮の無い繊維を用いた場合よりも繊維同士がよく絡み合い、３次元の格子構造を取ることができ、セパレータエレメント全体の強度が増すためである。従って、長繊維のスパンボンド不織布よりも、捲縮が付与された短繊維の不織布が好ましい。
【００１９】
上流層のポリエステル複合繊維は、接点を互いに熱接合させることで繊維の位置関係を固定し、上流層での安定したオイルミスト分離性能を保持できる。上流層のポリエステル複合繊維において、その平均繊維径は１０〜４５μｍであることが好ましい。平均繊維径が１０〜４５μｍであると、繊維間の空孔が小さいためオイルミスト分離操作を行った際のセパレータエレメントの圧力損失が大きくなり、ベンチレータ全体に大きな負荷を加えるといった問題もなく、また繊維間の空隙が大きいため、分離操作時の分離効率が劣るというような問題もない。
【００２０】
前記上流層に続く中流層は、微細なガラス繊維集合体からなり、特に耐油性に優れており、上流層よりも小さなオイルミストの分離が可能である。尚、本発明でいうガラス繊維は広く一般的に使用されているような平均繊維径１０μｍ以下のものをいう。一般に、ブローバイガス中のオイルミストは０．１μｍから１００μｍ程度の大きさで分散していることが多い。前記上流層では特に十数μｍ以上のオイルミストを分離し、上流層で分離できない小さなオイルミストを中流層で分離するというように、段階的に効果的な分離を行える。中流層に平均繊維径勾配を持たせることで更に効果的な分離を行うことも可能である。また、上流層は、中流層のガラス繊維へガス流が直に吹き付けガラス繊維の位置関係を激しく変動させる事を防止する。さらに、上流層の存在で、ある程度のオイルミストが分離されるため中流層への負荷が軽減され、圧力変動によるガラス繊維の位置関係の変動も小さくなる。従って、セパレータエレメント全体としても安定した分離効率が得られる。尚、上記のガラス繊維集合体には、ガラス繊維の接点を接合するため、本発明の効果を損なわない範囲で接着剤を用いることができる。また、上記のガラス繊維集合体には、本発明の効果を損なわない範囲で、ガラス繊維以外の微細な繊維を併用することができる。
【００２１】
下流層は、上流層と中流層でガス流から分離したオイルミストを液滴化して速やかに落下除去する役割を持つ。すなわち、上流層と中流層でガス中から分離されたオイルミストは、セパレータエレメント内部で凝集しながら下流層へとガス流に導かれ、最下流部で液滴化して落下除去される。最下流側に微細なガラス繊維を持つ構造では毛細管現象により落下しにくいため、最下流の繊維は微細なガラス繊維よりもポリエステル複合繊維が好ましい。さらに好ましくは、ポリエステル複合繊維の平均繊維径が１０〜４５μｍであることが好ましい。平均繊維径が１０〜４５μｍであると、毛細管現象の影響が小さく、空隙が大き過ぎてオイルミストを液滴化しにくくなることもない。オイルミストの液滴化とその落下がスムーズに進行するため、セパレータエレメント内部にオイルミストが滞留してガス流によってガス中に再分散してしまうという問題も起こりにくい。
【００２２】
上流層は、単独での空隙率が７０〜８５％であることが好ましい。空隙率が７０〜８５％であると、オイルミスト分離操作を行った際のセパレータエレメントの圧力損失が大きくてライフが短くなったり、ベンチレータ全体に大きな負荷が生じるといった問題もなく、また、上流層の繊維密度が小さく強度の高いセパレータエレメントが得られにくいという問題や、中流層への負荷が大きくなるという問題もなく、セパレータエレメントの分離効率が低下しにくい。
【００２３】
本発明において、上流層、中流層及び下流層の厚さの比率はオイルミストセパレータエレメントの外径によって変わる。例えば、外径が６８ｍｍの場合、これら３層の厚さの合計を１００％とした場合、いずれの層も５％以上であることが好ましい。より好ましい厚さの比率は、上流層：中流層：下流層＝２０〜６５：３０〜７５：５〜２０％である。
【００２４】
セパレータエレメントの端面は、その部分からオイルミストがショートパスする現象を生ずることを防止するため、シールされていることが好ましい。端面のシール方法としては、例えば、セパレータエレメントと同素材のエンドキャップやシートを熱で接合させる方法や、発泡体やゴム製のガスケットを接着剤で接合させる方法がある。
【００２５】
本発明のオイルミストセパレータについて、製造方法の一例を説明する。捲縮付与されたポリエステル複合繊維をカード機を通して繊維集合層とし、コンベアにて加熱帯に移送する。加熱帯では赤外線ヒーターにより、上部から加熱され、加熱帯の出口付近では熱接合温度となり、繊維集合層は繊維間が熱接合した不織布の状態となる。加熱手段としては赤外線ヒーター、熱風等が使用できるが、風圧等が影響しない赤外線ヒーターが好ましい。熱接合不織布の裏面の温度は若干低めの方がコンベアからの離脱時、コンベアへの融着によって熱接合不織布が乱されることがなく好ましい。次いで、熱接合不織布を巻き芯に巻き取る。巻き取りは、加熱帯の出口において巻き芯を熱接合不織布上に乗せて、巻き芯がその位置で回転して行われる。巻き取りの際、巻き芯や巻き取り物の自重で加圧され、空隙率は適度に減少する。自重で加圧が不十分な場合は巻き芯の回転軸に荷重を与えて空隙率を調整することができる。上流層の巻き取り終了後は、上流層の外周に、中流層としてガラス繊維不織布を巻き取る。さらに、中流層の外周に、下流層としてポリエステル複合繊維の熱接合不織布を巻き取る。下流層の巻き取り終了後、冷却固化し巻き芯を抜き取る。その後、望まれる長さに切断することでオイルミストセパレータエレメントを得ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。実施例、比較例において行われた試験の方法は以下の通りである。
【００２７】
(a)平均繊維径
繊維を走査型電子顕微鏡で撮影し、１００本の繊維を無作為に選んでそれらの繊維径を測定し、その平均値を平均繊維径とした。
【００２８】
(b)上流層の空隙率
セパレータエレメント上流層の空隙率を以下の式を用いて求めた。
（上流層の見かけの体積）＝π｛（上流層の外径）^２−（上流層の内径）^２｝×（上流層の長さ）／４
（上流層の真体積）＝（上流層の重量）／（上流層原材料の密度）
（上流層の空隙率）＝｛１−（上流層の真体積）／（上流層の見かけの体積）｝×１００％
【００２９】
(c)捲縮数
捲縮数は、ＪＩＳＬ１０１５７−１２（１９９２）に準じて測定した。
【００３０】
(d)繊維長
繊維長は、ＪＩＳＬ１０１５７−４（１９９２）に準じて測定した。
【００３１】
(e)オイルミスト分離効率安定性評価
中型トラック用エンジンのベンチレータに試作したセパレータエレメントをセットし、オイルミストを含んだガスを通過させる。セパレータエレメント前後のオイルミスト量を測定し、以下の式を用いて分離効率を計算する。
（オイルミスト分離効率）＝｛１−（セパレータエレメント通過後のブローバイガス単位体積におけるオイルミスト重量）／（セパレータエレメント通過前のブローバイガス単位体積におけるオイルミスト重量）｝×１００％
分離効率は経時的に測定し、分離効率の安定性を確認する。試験結果は表１に示した。図４に実施例１、２と比較例１の結果を詳細に示した。
【００３２】
実施例１〜８
芯側の高融点成分が融点２５３℃のポリエチレンテレフタレート、鞘側の低融点成分が融点１９５℃のエチレンテレフタレート／エチレンイソフタレート共重合体のポリエステル鞘芯型複合繊維を用いた。また、複合繊維は繊維長４５〜７０ｍｍであり、５〜１５回／２５．４ｍｍ（＝１ｉｎｃｈ）の捲縮を付与した。上記複合繊維をカード機を通して短繊維集合層とし、遠赤外線ヒーターにより２３０〜２４０℃で加熱することで熱接合不織布を得た。この熱接合不織布をステンレス製２８ｍｍφ巻き芯に空隙率を調整しながら加圧して、径４２ｍｍまで巻き取り上流層を形成した。上流層の空隙率は実施例毎に表１に記載した。続いて、上流層の外周に、繊維径１〜１０μｍのガラス繊維を含む厚さ５ｍｍのガラス繊維不織布ＳＰＦ−２１６（商品名、日本無機（株）製）を、径６４ｍｍまで加圧しながら巻き取り、中流層を形成した。さらに中流層の外周に、上流層の熱接合不織布と同様の方法で得た熱接合不織布を、径６８ｍｍまで巻き取り、下流層を形成した。この結果、径２８〜４２ｍｍが上流層、径４２〜６４ｍｍが中流層、径６４〜６８ｍｍが下流層となった。冷却固化後、巻き芯を抜き取り、切断して外径６８ｍｍ、内径２８ｍｍ、長さ９７ｍｍのセパレータエレメントを作製した。端面はポリエステル不織布にて溶着シールした。
【００３３】
比較例１
２８ｍｍφ巻き芯にガラス繊維不織布を径６４ｍｍまで巻き、上流層と中流層を形成し、その外周に実施例１で用いたものと同様のポリエステルの複合繊維による熱接合不織布を径６８ｍｍまで巻き、下流層を形成した。冷却固化後、巻き芯を抜き取り、切断して外径６８ｍｍ、内径２８ｍｍ、長さ９７ｍｍのセパレータエレメントを作製した。端面はポリエステル不織布にて溶着シールした。
【００３４】
比較例２
高融点成分としてポリプロピレンを芯側に、低融点成分としてポリエチレンを鞘側に用いたポリオレフィンの複合繊維を用い、端面のシールにポリエチレンシートを用いた以外は、実施例１に準じた方法でセパレータエレメントを作製した。このセパレータエレメントはオイルに対して激しく膨潤するためオイルミストセパレータエレメントとしては使用不可能であった。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１、図４から明らかなように、比較例１では分離効率が使用開始から徐々に低下するのに対して、実施例では分離効率は６０時間以上安定していた。特に実施例１、２では、２００時間後も分離効率が安定していた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のオイルミストセパレータエレメントは、上流層は繊維接点が強固に熱接合したポリエステル複合繊維で構成され変形が少ないので、中流層のガラス繊維の位置関係の変動を軽減する。このため、繊維の密度むらが発生せず、経過時間に対して安定したオイルミストの分離が行える。また、熱接合したポリエステル複合繊維からなる上流層と下流層は非常に強度が大きいため、本発明のセパレータエレメントは補強用のコアやケース等を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオイルミストセパレータエレメント一部切欠き斜視図。
【図２】本発明のオイルミストセパレータエレメントの層構造とブローバイガスの流れを示す説明図。
【図３】本発明のオイルミストセパレータエレメントを内部から外部へガスを通過させるように設計した時の断面図。
【図４】実施例１、２、比較例３の分離効率と経過時間の関係図。
【符号の説明】
１：オイルミストセパレータエレメント
２：上流層
３：中流層
４：下流層
５：ブローバイガス流

Claims

少なくとも上流層、中流層及び下流層からなる３層構造を有する筒状オイルミストセパレータエレメントであって、上流層は、繊維接点が熱接合されたポリエステル複合繊維からなる不織布で構成され、続く中流層はガラス繊維集合体で構成され、下流層は前記ポリエステル複合繊維からなる不織布で構成されたことを特徴とするオイルミストセパレータエレメント。
ポリエステル複合繊維からなる不織布が、捲縮を有する短繊維からなる不織布である請求項１記載のオイルミストセパレータエレメント。
ポリエステル複合繊維が、芯成分にポリエチレンテレフタレートを、鞘成分に芯成分より融点が１０℃以上低い共重合ポリエステルを用いた鞘芯型の複合繊維である請求項１または２記載のオイルミストセパレータエレメント。
共重合ポリエステルが、エチレンテレフタレート／エチレンイソフタレート共重合体である請求項３記載のオイルミストセパレータエレメント。
ポリエステル複合繊維の平均繊維径が、１０〜４５μｍである請求項１〜４のいずれか１項記載のオイルミストセパレータエレメント。
前記上流層の空隙率が、７０〜８５％である請求項１〜５のいずれか１項記載のオイルミストセパレータエレメント。