JP4060274B2 - 液体とガスとを同時に浄化する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体中に浮遊した第１の粒子を取り除く液体の浄化と、ガス中に浮遊した第２の粒子を取り除くガスの浄化とを同時に行う装置であって、回転軸の周りを回転し、流れを通り抜けさせかつ上記液体を浄化するように構成された遠心分離ロータと、上記遠心分離ロータを上記回転軸の周りに回転させるように構成された駆動手段と、上記遠心分離ロータと一緒に回転するように上記遠心分離ロータに連結され、流れを通り抜けさせかつ上記ガスを浄化するように構成されたガス浄化装置と、上記遠心分離ロータを囲み、上記ガスを上記ガス浄化装置のガス吸気口まで導く通路を画定する固定ハウジングと、上記回転軸と同軸に配置され、間に浄化すべき上記ガスのための流路を画定する複数の円錐形の分離ディスクの積層体を含む上記ガス浄化装置とを有する装置に関する。

国際公開第９９／５１３５３号は、ガス浄化装置が、第１に、遠心分離ロータと一緒に回転する幾つかの円錐形の分離ディスクと、第２の、固定された幾つかの円錐形の分離ディスクとを含んでいるこの種の装置を示し（図５において）記載している。固定された各分離ディスクは、回転する分離ディスク同士の間に配置されている。ガス浄化装置は、上記遠心分離ロータと一緒に回転し、浄化すべきガスのためのガス吸気口が設けられ、回転する分離ディスクを内側で支持するハウジングと、浄化されたガスのためのガス排出口を形成し、上記の固定された分離ディスクを外側で支持する固定された中央の管とをさらに有している。このように構成されたガス浄化装置は、製造するのに比較的コストがかかり、さらに、ガスがガス浄化装置の中を通って流れることができるためには、その浄化すべきガスにある程度の過剰圧力を必要である。

国際公開第９９／５１３５３号は、円錐形の分離ディスクを有するガス浄化装置の別の例を示している（図７において）。このガス浄化装置もまた、製造するのに比較的コストがかかる。さらに、液体を浄化するための遠心分離ロータを囲んでいるハウジングは、この場合、ガス浄化装置に通じるガス供給通路を何ら画定していないため、別個のガス供給装置が必要である。

本発明の目的は、小型で製造するのが比較的安価であり、さらに、ガスがガス浄化装置を通る通路において圧力降下を受けることなくガスを浄化することができる、液体とガスとを同時に浄化する装置を提供することである。

本発明によれば、この目的は、複数の分離ディスクの積層体は、一方で、上記ガス浄化装置の吸気口を通じて固定ハウジングの内部の通路に連通し、他方で、上記円錐形のディスク同士の間の流路の半径方向内側の部分に連通する中央の空間を画定し、複数の分離ディスクの上記積層体は、上記複数の円錐形のディスク同士の間の上記流路の半径方向外側の部分が開口する収容空間を上記複数の分離ディスクの周りに画定する固定ケーシングによって囲まれていることを特徴とする、冒頭に定義された種類の装置によって達成される。

このように構成された装置は、基本的に、回転するガス浄化装置の全体を、それ自体は上述の遠心分離ロータによって支持されている同一の支持手段によって支持された複数の分離ディスクの積層体によって構成することができるため製造するのが安価になる。さらに、ガス浄化装置は、動作の間、ガスに対する流抵抗を生じさせる代わりに、浄化すべきガスをガス浄化装置のいたる所に活発に送り込む。遠心分離ロータを囲んでいる固定ハウジングが、浄化すべきガスのための供給路を形成することによって、装置全体を非常に小型に作ることができる。

できるだけ小型にするために、装置は、遠心分離ロータを囲む固定ハウジングと分離ディスクの積層体を囲む固定ケーシングとが共通の収容体で形成されるように構成されていることが好ましい。さらに、必要に応じて、浄化すべきガスの供給通路は、ガス浄化装置へのガス吸気口がガス浄化装置の任意の端部に配置された上記収容体の内部で、完全に別々に形成されていてもよい。例えば、遠心分離ロータを囲む固定ハウジングは（場合によってはガス浄化装置を囲む固定ケーシングも）、周壁の間に上記の供給通路を画定する２つの周壁を有していてもよい。しかし、上記ガス吸気口が、遠心分離ロータの方を向いた状態でガス浄化装置の端部に配置されていることが好ましく、そして、浄化すべきガスの供給通路が遠心分離ロータを囲んでその遠心分離ロータと固定ハウジングとの間に形成された空間によって形成されていることが好ましい。勿論、この種の空間が、浄化すべきガスの供給通路の一部と、ケーシングの内部で分離ディスクを囲むように形成され、そして、ガス浄化装置の端部のところにあるガス吸気口とは別個の通路を、ガスを上記ガス吸気口までさらに導くように構成していてもよい。

ガス吸気口が遠心分離ロータの方を向き、共通の収容体が遠心分離ロータと分離ディスクとを囲んでいる場合、遠心分離ロータを囲む上記空間からガス浄化装置のガス吸気口まで、半径方向内側に向かって浄化すべきガスを導くための環状の仕切が、遠心分離ロータとガス浄化装置との間に配置されていることが好ましい。

実用上の理由のため、および装置の回転部品のできるだけ最良のバランスを達成するため、上記の回転軸が垂直に延び、好ましくはガス浄化装置が遠心分離ロータの上方に位置するように装置が構成されていることが有利である。この種の構成は、遠心分離ロータが加圧された液体によって反作用駆動されるとき、すなわち、遠心分離ロータが、中央に配置された、そのような液体のための吸入口と、遠心分離ロータの反作用駆動を達成するために回転軸から離れて置かれ、接線方向に向けられた少なくとも１つの液体排出口とを有しているときに特に適切である。しかし、遠心分離ロータを駆動させるようないかなる適切な駆動手段を使用することもできる。それは、電気式、水圧式、または空気圧式のモータによって駆動されるものであってもよい。いわゆるペルトンタービンによって駆動されるものであれば有利である。

本発明による装置は、機関の内部で循環させられる機関の潤滑油と、比較的低い過剰圧力で機関から出るクランクケースガスとの双方を浄化する燃焼機関と一緒に使用することが特に適切である。

液体とガス、例えば潤滑油とクランクケースガスとを同時に浄化する装置の長手方向の断面図を示す添付の図面を参照して、本発明について以下に説明する。

図面の装置は、基本的に円筒形のハウジング１と、その上にあり、同じく基本的に円筒形で頂上部に端部壁３を有するケーシング２とからなる固定収容体を備えている。収容体１、２は基部４の上に載っている。

円錐台形の仕切５は、ハウジング１とケーシング２との間に固定して配置されており、収容体の内部を下部チャンバ６と上部チャンバ７とに分割している。仕切５は中央の貫通開口部８を有している。浄化すべきガスは、基部４の内部の開口部９を通って下部チャンバ６の中に導かれるようになっており、浄化されたガスは、ケーシング２の端部壁３の排出口１０を通って上部チャンバ７から出て行くようになっている。

上記の液体を浄化する遠心分離ロータ１１は、下部チャンバ６の内部に配置されており、垂直軸１２の周りを回転する。遠心分離ロータ１１は、その上側で上記のガスを浄化するためのガス浄化装置１３を支持している。ガス浄化装置は、上部チャンバ７の内部に位置し、遠心分離ロータ１１と一緒に回転するように構成されている。

遠心分離ロータ１１の主要な部品を以下に説明するが、遠心分離ロータのより詳細な説明については国際公開第９９／５１３５３号を参照されたい。国際公開第９９／５１３５３号には、ほぼ同様に構成された遠心分離ロータについて説明され、図示されている（特に図３〜図５参照）。したがって、遠心分離ロータ１１の詳細な構造は本発明の一部を構成するものではない。

固定シャフト１４は、収容体１、２の中央を通って垂直に延びている。シャフト１４は、その下端が固定部材１５（模式的に示す）に連結され、その上端が上記端部壁３に連結されている。シャフト１４は、チャンバ６、７の両方を通って延び、そして下部ベアリング１７と上部ベアリング１８とを介してシャフト１４に支持されている管状の支持部材１６によって囲まれている。部材１６は、下部チャンバ６の内部で上記の遠心分離ロータ１１を支持しており、同様にして、上部チャンバ７の内部で上記の浄化装置１３を支持している。

遠心分離ロータ１１は、一緒になって分離チャンバ２１を画定しているケーシング１９および端部壁２０を有している。ケーシング１９および端部壁２０はいずれも、それらが中央のシャフト１４と一緒に回転できるように管状の部材１６に連結されている。複数の分離ディスク２２からなるリングが、分離チャンバ２１の内部で部材１６を囲んで配置されている。各分離ディスク２２は、回転軸１２に対して軸方向と半径方向との双方に延びている。ディスクは、回転軸１２から、第１の距離から第２の距離まで弓形に延びていることが好ましい（国際公開第９９／５１３５３号の図５参照）。分離ディスク２２同士の間に形成された幾つかの軸方向流の通路は、回転軸１２の周囲に均一に分散して位置している。

分離ディスク２２は、単に模式的に示されている支持装置２３によって管状の部材１６に連結されている。支持装置２３は、分離ディスク２２の上方に置かれ、回転軸１２の周囲に均一に分散して配置された何枚かの半径方向に延びるウイング２４を有している。

分離ディスクの下方には、何枚かのウイング２５が同様にして回転軸１２の周囲に配置されている。各ウイング２５は、その半径方向の最も内側から半径方向の最も外側の端部まで、半径方向かまたは弓形に延びていてもよい。各ウイング２５は、基本的に平らで、それ自体はその半径方向の最も外側が遠心分離ロータの端部壁２０によって支持されている環状の仕切２６によって支持されている。

端部壁２０は、２つの凹部が回転軸１２の両側に正反対に位置するように形成されており、端部壁２０と仕切２６との間に、遠心分離ロータの内部で浄化された液体のための２つの排出チャンバ２７、２８を形作っている。これらの排出チャンバは、端部壁２０の中央部と仕切２６の半径方向最も内側の部分との間に形成された通路を通じて分離チャンバ２１に連通している。排出チャンバ２７、２８のそれぞれは、回転軸１２から離れた距離のところで端部壁２０を貫通して延び、回転軸に対して接線方向に向けられた液体排出口２９、３０（単に点線の輪状線で示す）のそれぞれに連通している。

固定された中央のシャフト１４と回転する管状の支持部材１６との間には、環状の通路３１が形成されている。この通路３１はその下端のところで、中央のシャフト１４の穴３２を通じて、中央のシャフトの下部にある中央の吸入通路３３に連通している。吸入通路３３そのものは、遠心分離ロータの内部で浄化すべき加圧された液体の供給源に連通している。環状の通路３１はその上端のところで、管状の部材１６の穴３４を通じて分離チャンバ２１の上部に連通している。

上部チャンバ７の内部のガス浄化装置１３は、下側の円錐形端部壁３５と上側の円錐形端部壁３６とを有している。これらの端部壁３５、３６の間には、複数の円錐台形の分離ディスク３７の積層体が配置され、浄化すべきガスの流路をそれらの間で画定している。端部壁３５、３６だけでなく各分離ディスク３７も、それらが管状の部材１６と一緒に回転できるように部材１６に連結されている。

下側の端部壁３５は中央部に、回転軸１２の周囲に分散して配置された幾つかの貫通穴３８を有しており、一方、上側の端部壁３６はそのような穴を有していない。分離ディスク３７の積層体の中央であって端部壁同士の間に、浄化すべきガスのための吸入チャンバ３９を形成している空間が画定されている。この吸入チャンバは、その代わりに、下側の端部壁３５の穴３８と同じような貫通穴をその中央部に幾つか有する分離ディスクの全てによって形成されていてもよい。吸入チャンバ３９は、下側の端部壁３５の穴３８を通じて、円錐形の仕切５にある上記中央の開口部８に連通し、また、分離ディスク３７同士の間の上記幾つかの流路を通じて、ガス浄化装置１３が置かれたチャンバ７に連通している。

浄化装置１３において複数の分離ディスク３７は、幾つかの長いスペーサ部材（不図示）によって、互いにある間隔に保たれており、これらスペーサ部材は間に上述した流路を画定している。そのようなスペーサ部材は、完全に真っ直ぐであって半径方向に延びるかまたは、回転軸１２を起点としてある大きさの角度をなして延びていてもよい。あるいは、スペーサ部材は湾曲したりまたはその他のある適切な形状を有していてもよい。ここで取り上げたこの種の浄化装置についての詳細な説明は国際公開第０１／３６１０３号を参照されたい。

上述した円錐形の仕切５は、その半径方向最も外側の部分に、回転軸１２の周囲に均一に分散して配置された多数の小さな貫通孔４０を有している。

上記に説明した浄化装置は、燃焼機関の圧力を受けて循環する潤滑油を浄化するため、および、同じ燃焼機関から出たクランクケースガスを浄化するために使用されるとき以下のように動作する。

すすおよび考えられうる金属粒子のような固体粒子が取り除かれるべき潤滑油は、過剰圧力で、吸入通路３３および３１を通って遠心分離ロータ１１の分離チャンバ２１の内部に供給される。図面中の矢印で示されているように、潤滑油は、分離ディスク２２同士の間の空間を、そしてさらに２つの排出チャンバ２７、２８まで、ほぼ軸方向下方に向かってさらに流れる。加圧された潤滑油は、接線方向に向けられた排出口２９、３０を通って遠心分離ロータから出て、これによって、回転軸１２周りに遠心分離ロータを回転させる反力が生じる。

穴３４を通って分離チャンバ２１の上部に入った潤滑油は、ウイング２４によって遠心分離ロータと一緒に回転させられる。分離ディスク２２同士の間の幾つかの空間を通り抜ける流れの間、潤滑油は、その中に浮遊する粒子が取り除かれ、粒子は分離ディスク２２の表面に付着し、その上を半径方向外側に向かって滑る。粒子が分離ディスク２２の外側の端部まで到達したとき、粒子は半径方向外側に向かって飛ばされ、そしてロータケーシング１１の内側の表面に付着する。

粒子が取り除かれた潤滑油は、分離ディスク同士の間を下方に向かって進み続け、先に説明した排出口２９、３０を通って遠心分離ロータから出る。浄化された潤滑油は、基部４の内部の開口部９を通って燃焼機関に戻される。

基部４の内部の同じ開口部９を通って浄化装置に入って来るものは、潤滑油のミストおよび考えられうる、これに伴う固体粒子が取り除かれるべきクランクケースガスである。汚染されたクランクケースガスはまず、遠心分離ロータ１１と固定ハウジング１との間のチャンバ６を通って上方に向かって流れ、そして円錐形の仕切５にある中央の開口部８に向かって、およびそこを通り抜けて導かれる。遠心分離ロータ１１のためのハウジング１は、このように、浄化すべきガスをガス浄化装置に導く供給路（６）を画定している。

クランクケースガスの大部分は、次に、ガス浄化装置１３の内部の吸入チャンバ３９の中に導かれ、そしてそこから分離ディスク３７同士の間の幾つかの流路までさらに導かれる。これらの流路内でクランクケースガスは回転させられ、そこに浮遊していた粒子は分離ディスク３７の表面に付着する。分離された液体粒子は合体して液体、すなわちこの場合は潤滑油となり、遠心力によって、分離ディスクの上をその半径方向の外側の端部まで流れる。潤滑油はそこから飛ばされ、浄化装置１３を囲んでいるケーシング２の内側の表面に付着する。潤滑油は、ケーシング２の表面を下方に向かって流れ、仕切５の穴４０を通ってチャンバ６内に流れ込む。この中で、潤滑油はハウジング１の内側を下方に向かってさらに流れ、基部４の内部の開口部９を通って導かれ燃焼機関に戻る。

浄化されたクランクケースガスは、排出口１０を通ってチャンバ７の外へ流れ出て、そして必要に応じて、燃焼機関にその空気取入口を通じて戻されてもよいし、または、周囲の外気へ導かれてもよい。

分離ディスク３７同士の間でクランクケースガスが回転させられることによって、回転する浄化装置がファンとして働き、仕切５にある中央の開口部８のところで減圧を引き起こす。クランクケースガスは、したがって、遠心分離ロータ１１の周囲のチャンバ６を通って上方に向かって吸引され、過剰圧力で浄化装置１３に供給される必要はない。しかし、このためには、浄化装置１３の回転する下側の端部壁３５と固定された仕切５との間の隙間が大きすぎないことが必要である。この隙間を適切な寸法とすることによって、浄化装置１３と仕切５との間のクランクケースガスの流れが最小となる条件を作ることができる。

例えばラビリンスシールなどのシール手段が固定された仕切５と回転する下側の端部壁３５との間に配置されこともあるが、それは好ましくはない。

以上説明した本発明の実施の形態においては、浄化すべきガスが、その浄化装置１３までの進路上で、遠心分離ロータ１１の外側に直接に接触するように導かれる。あるいは、浄化すべきガスのための別々の通路が、ハウジング１の内部に形成されていてもよいし、またはハウジング１を貫通して形成されていてもよい。したがって、例えば、ハウジング１の周壁と固定された仕切５とが、壁同士の間に流路が形成されるように二重の壁を形作っていてもよい。この種の別々の通路を、ハウジング１の外周の一部だけに、あるいは幾つかの部分に設けることもできる。

本発明の説明した実施形態において、遠心分離ロータ１１はさらに、接線方向に向けられた排出口２９、３０を通って遠心分離ロータから放出された加圧液体からの反力によって駆動されるように構成されている。その代わりに、遠心分離ロータを駆動し、それによって浄化装置１３を駆動するための何らかの適切な駆動装置を使用することもできる。

液体とガス、例えば潤滑油とクランクケースガスとを同時に浄化する装置の長手方向の断面図を示している。

Claims (8)

1. 液体中に浮遊した第１の粒子を取り除く液体の浄化と、ガス中に浮遊した第２の粒子を取り除くガスの浄化とを同時に行う装置であって、
   回転軸（１２）の周りを回転し、流れを通り抜けさせかつ前記液体を浄化するように構成された遠心分離ロータ（１１）と、
   前記遠心分離ロータ（１１）を前記回転軸（１２）の周りに回転させるように構成された駆動手段（２９、３０）と、
   前記遠心分離ロータ（１１）と一緒に回転するように前記遠心分離ロータ（１１）に連結され、流れを通り抜けさせかつ前記ガスを浄化するように構成されたガス浄化装置と、
   前記遠心分離ロータ（１１）を囲み、前記ガスを前記ガス浄化装置（１３）のガス吸気口（３８）まで導く通路を画定する固定ハウジング（１）と、
   前記回転軸（１２）と同軸に配置され、間に浄化すべき前記ガスのための流路を画定する複数の円錐形の分離ディスク（３７）の積層体を含む前記ガス浄化装置（１３）とを有する装置において、
   複数の分離ディスク（３７）の前記積層体は、一方で、前記ガス浄化装置（１３）の前記吸気口（３８）を通じて前記固定ハウジング（１）の内部の前記通路に連通し、他方で、前記円錐形のディスク（３７）同士の間の前記流路の半径方向内側の部分に連通する中央の空間（３９）を画定し、
   複数の分離ディスク（３７）の前記積層体は、前記複数の円錐形のディスク（３７）同士の間の前記流路の半径方向外側の部分が開口する収容空間（７）を前記複数の分離ディスクの周りに画定する固定ケーシング（２）によって囲まれていることを特徴とする、液体中に浮遊した第１の粒子を取り除く液体の浄化と、ガス中に浮遊した第２の粒子を取り除くガスの浄化とを同時に行う装置。
2. 前記遠心分離ロータ（１１）を囲む前記固定ハウジング（１）と、複数の分離ディスク（３７）の前記積層体を囲む前記固定ケーシング（２）は、共通の収容体で形成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記ガス浄化装置（１３）は、前記遠心分離ロータ（１１）の１つの軸方向の端部に配置され、前記吸気口（３８）は、前記ガス浄化装置（１３）の端部に配置され、前記遠心分離ロータ（１１）の方を向いている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記通路は、前記遠心分離ロータ（１１）を囲む空間（６）によって構成され、前記遠心分離ロータ（１１）と前記固定ハウジング（１）との間に形成されている、請求項３に記載の装置。
5. 環状の仕切（５）が、前記遠心分離ロータ（１１）と前記ガス浄化装置（１３）との間に配置され、かつ、浄化すべき前記ガスを前記空間（６）から前記ガス浄化装置（１３）の前記吸気口（３８）に向かって導くように構成されている、請求項４に記載の装置。
6. 前記回転軸（１２）はほぼ垂直に延びており、前記ガス浄化装置（１３）は前記遠心分離ロータ（１１）の上方に配置されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記遠心分離ロータ（１１）は、加圧された液体のための中央の吸入口（３１〜３４）と、前記遠心分離ロータ（１１）を反作用駆動するために、前記回転軸から離れて配置され、接線方向を向いた少なくとも１つの液体排出口（２９、３０）とを有している、請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 浄化すべき前記液体を受け入れるために、燃焼機関から来る潤滑油が入っている空間に連通し、浄化すべき前記ガスを受け入れるために、前記燃焼機関から来るクランクケースガスが入っている空間に連通する、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。

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