JP4283446B2 - 連続動作濾過方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、複数の並列に接続されている濾過ユニットであって、濾過されるべき流れ用の共通の入口チャンネルと、濾過された流れ用の共通の出口チャンネルと、入口流れチャンネル及び出口流れチャンネルに取着可能な流れ接続部を設けられている共通の移動可能な弁エレメントとを有しているものを具備している、濾過装置に関し、その弁エレメントは、濾過ユニットを一時に１つだけ作動させるべく、流れを濾過ユニットへ向ける。本発明は、更に、そのような濾過装置の、燃料及び潤滑剤を濾過する自動フィルターとしての、エンジンにおける使用と、装置を作動させる連続動作濾過方法とに関する。
【０００２】
米国特許第４,２５６,５８３号は、濾過されるべき流れを２つの並列の濾過チャンバー内へ交互に向ける回転弁を備えている濾過装置を記載している。更に、その装置は、濾過サイクルの間に濾過チャンバーをバックフラッシュで清浄にする手段を含んでいる。従って、この装置は、連続動作ユニットであると共に、チャンバー内に存在するフィルターエレメントを交換する必要性を避けるために、自己で清浄にすべく意図されている。
【０００３】
自動フィルターの最も重要な用途であって、米国特許第４,２５６,５８３号がその一例であるものは、ディーゼルエンジンにおける燃料システム及び潤滑システムを含んでおり、この場合、濾過は、エンジンの摩耗による、大部分が個体である不純物を除去するために行われる。繰り返しのフラッシングにも拘らず、自動フィルターの濾過能力は、フィルターエレメントの摩耗及び汚染の結果、ゆくゆくは劣化し、これは、フラッシング間の間隔の短縮として、即ち、フラッシングに対するニーズの増加として現れる。ある時点で、フィルターエレメントは、新しいものと交換されなければならず、例えば船舶のディーゼルエンジンにおいては、それは、濾過を中断することなく行わなければならない。サービスの不便さが、現在入手可能な自動フィルターにおける課題である。何故ならば、濾過チャンバー又は同様の濾過ユニットの連続運転サイクルが、連続運転サイクルの間のフィルターエレメントの交換に対して短すぎるからであり、特に、サイクルがエレメントの交換に必要な時間よりも短くなったときは、そうである。
【０００４】
この課題は、別個のバックアップフィルターであって、装置の実用の濾過ユニットがサービスを受けている間、濾過されるべき流れをこのバックアップフィルターへ向けるものを用いることにより、対処されてきた。しかしながら、別個の流量制御弁及びチャンネルを必要とする、そのような臨時の装置による解決は、大きくて扱いにくく且つ実用的でない。
【０００５】
本発明の目的は、濾過装置を提供することであり、この濾過装置においては、ユニットにサービスを施すのが、容易になり且つ構造的にコンパクトで一体の装置のフレーム構造内で実行可能になるように、濾過されるべき流れを種々の濾過ユニットへ向けることが、可能である。本発明の濾過装置は、それが、３つの濾過ユニットを具備しているということ、弁エレメントが、その軸線の回りで回転すべく且つ異なる２つの位置の間を移動すべく構成されているということ、並びに、弁エレメントが、２つの濾過ユニット用の入口接続部及び出口接続部であって、弁エレメントを回転することによってそれらの濾過ユニットを交互に作動させるものと、弁エレメントを移動することによって作動状態にセットされ得る第３の濾過ユニット用の入口接続部及び出口接続部とを設けられているということにより、特徴付けられている。
【０００６】
従って、本発明の濾過装置は、２つの濾過ユニットを備えており、これらの濾過ユニットは、装置の通常の動作において、濾過を行うことが可能であると共に、これらの濾過ユニットの動作は、好適に、弁エレメントによって制御される濾過サイクル及びフラッシングサイクルを交互に行うことからなっている。ここで、装置の第３の濾過ユニットが、バックアップユニットを構成しており、最初に述べた２つの濾過ユニットがサービスを受けている際に、濾過されるべき流れは、その第３の濾過ユニットへ向けられ得る。本発明によると、第３のユニットは、濾過装置の構造部品として一体化されていると共に、その動作は、装置の他の２つの濾過ユニットと同じ弁エレメントによって制御される。第３の濾過ユニットは、汚れていないフィルターエレメントを設けられ得、そのフィルターエレメントは、広い濾過表面と、他の２つのユニットの中に含まれているフィルターエレメントの交換というようなサービスをそれらの他の２つのユニットに施している期間に対しての十分な能力とを有している。サービスを施された濾過ユニットでの濾過工程が継続している間に、第３の濾過ユニットの汚れたフィルターエレメントを交換することが、可能であり、これにより、正規の濾過ユニットの次のサービス期間に対しての動作の準備が、整えられる。
【０００７】
本発明によると、弁エレメントに要求される動作は、好適に円形の断面を有しているスピンドルによって実行され、このスピンドルは、その縦方向の軸線の方向に移動可能であると共に、その縦方向の軸線の回りで回転可能であり、これらの運動は、互いに独立である。スピンドルは、流れを屈折させるポートであってそのスピンドルの軸線の方向に垂直な平面内に位置させられているもの又は凹部であってそのスピンドルの側部によって境界を定められているものを、設けられ得、それらのポート又は凹部は、装置内で通常使用される２つの濾過ユニット用の共通の入口接続部及び出口接続部として機能する。スピンドルを回転することにより、流れは、好適に、それらの流れ接続部を介してそれらのユニットへ交互に向けられ得る。他方、第３の濾過ユニット用の入口接続部及び出口接続部は、スピンドルの軸線に垂直な平面内でそのスピンドルを貫いて真っ直ぐに延在しているポートによって構成され得る。それらは、他の２つの濾過ユニットの入口接続部及び出口接続部の傍らでスピンドル内に位置させられていると共に、スピンドルを軸線の方向に移動し且つ場合によってはそのスピンドルを同時に回転することにより、装置の濾過ユニットに共通の入口チャンネル及び出口チャンネルと連結される。
【０００８】
装置において通常使用される２つの濾過ユニットの動作は、各ユニットにおける交互の濾過サイクル及び清浄化サイクルに基づいている。清浄化は、好適に、バックフラッシュによって行われ、このため、濾過ユニットは、フラッシング剤を送出するチャンネルと、フラッシングのスタート時にユニット内に入っている流体、解放された不純物及びフラッシング剤を排出するチャンネルとを設けられている。第３の濾過ユニットは、好適に、交換可能なフィルターエレメント、使い捨てのフィルターエレメント、又は交換時に清浄化可能なフィルターエレメントを使用することができ、もって、このユニットは、フラッシング用のチャンネルを全く必要としない。
【０００９】
本発明は、上述した濾過装置の、燃料又は潤滑剤を濾過する自動フィルターとしての、船舶用のディーゼルエンジンのようなエンジンにおける使用を含んでいる。しかしながら、装置は、他の用途、例えば、発電所における用途並びに製紙産業若しくは処理産業における用途にも良好である。
【００１０】
本発明の濾過方法においては、流れが、複数の濾過ユニットを交互に用いることによって連続動作で濾過され、それらの複数の濾過ユニットは、濾過されるべき流れ用の共通の入口チャンネルと、濾過された流れ用の共通の出口チャンネルと、入口流れチャンネル及び出口流れチャンネルと連結されるべき流れ接続部を設けられている共通の移動可能な弁エレメントとを有しており、その弁エレメントは、濾過ユニットを通過すべき流れを、前記濾過ユニットが一時に１つだけ作動状態になるように方向付ける。その方法は、それが、弁エレメント内に含まれている共通の入口接続部及び出口接続部であって、弁エレメントをこの弁エレメントの軸線の回りで回転することによって流れを前記ユニットへ交互に向けるものを好適に設けられている、２つの濾過ユニットを使用するということ、並びに、流れが、弁エレメントを移動することによって第３の濾過ユニットへ時々向けられ、弁エレメントは、第３の濾過ユニット用の別個の入口接続部及び出口接続部を設けられているということにより、特徴付けられている。
【００１１】
濾過工程は、その動作に関する限り、原理的に、前記２つの交互に使用される濾過ユニットに好適に基づいている。一方の濾過ユニットのある所定の運転サイクルの間に、他方のユニットが、清浄にされ、この清浄化は、圧縮空気で駆動されるバックフラッシュによって好適に行われる。第３の濾過ユニットは、バックアップユニットを構成しており、他の２つの濾過ユニット内のフィルターエレメントの交換の間に又は上述したサービス手続の間に、主として使用される。
【００１２】
図面は、例えばディーゼルエンジンの燃料・潤滑システムにおける、自動フィルターとして機能する、連続動作フィルター装置を示している。この装置は、スタンド１と、２つの並列の濾過ユニット２とを具備しており、各濾過ユニットは、円周方向に配設されている８つの蝋燭状のフィルターエレメント４を設けられている濾過チャンバー３を有しており、フィルターエレメント４は、金属メッシュ又はプラスチックメッシュで作られ得る。装置は、それらの２つの濾過ユニット２の濾過サイクル及びフラッシングサイクルを交互に行うことに基づく通常の動作を有している。
【００１３】
装置は、第３の濾過ユニット５を更に備えており、この第３の濾過ユニット５は、金属メッシュ又はプラスチックメッシュからなる、星の形に襞を形成されている単一のフィルターエレメント６を設けられている。第３の濾過ユニット６は、他の２つの濾過ユニット２がサービスを受けている間に使用されるべく意図されている。
【００１４】
装置は、濾過されるべき流れ用の入口チャンネル７と、濾過された流れ用の出口チャンネル８とを備えており、これらは、装置の３つの濾過ユニット２，５の全てに共通である。流れの制御は、円筒状のスピンドル９であって、その縦方向の軸線の方向に移動可能であり且つその軸線の回りで回転可能であるものによって行われ、このスピンドル９は、濾過ユニットが一時に１つだけ作動状態になるような態様で濾過ユニット２，５と入口流れチャンネル７及び出口流れチャンネル８との間に配設されている、流れ接続部１０〜１３を設けられている。このため、スピンドル９は、２つの濾過ユニット２に共通な入口流れ接続部１０を設けられており、この入口流れ接続部１０は、スピンドルの軸線に垂直な平面（水平面）内にある、湾曲しているポートによって構成されている。入口接続部として機能するポート１０は、図４に示されているように、入口チャンネル７から濾過ユニット２に進む、濾過されるべき流れに、９０゜の屈折を与える。スピンドル９を反時計回りに９０゜回転することにより、ポート１０は、並列の濾過ユニット２のうちの第２の濾過ユニットに流れを向けるべくシフトするということも、理解され得る。別に、並列の濾過ユニット２に共通な出口接続部１１が、スピンドル９に作られている同様な湾曲しているポートによって構成されている。入口接続部１０及び出口接続部１１は、いつでも、同時に同じ濾過ユニット２に通じている。入口接続部１０は、濾過されるべき流れを、入口チャンネル７から濾過ユニット２の濾過チャンバー３内へ向け、そして、流れは、蝋燭状のフィルターエレメント４内へ濾過され、その後、濾過チャンバーの真下の空間１４内へ進み、最終的に、スピンドルの出口接続部１１を通って出口チャンネル８内へ進む。
【００１５】
図４及び図５によると入口流れチャンネル７の正に反対側にある第３の濾過ユニット５は、入口接続部１２を有しており、この入口接続部１２は、スピンドル９をその直径方向に貫いて延在しているポートによって構成されている。濾過されるべき流れを第３の濾過ユニット５に向けるには、入口接続部１２が、図５に示されているように、入口チャンネル７と同じレベルにセットされてその入口チャンネル用の真っ直ぐな延長部を提供するような態様で、スピンドル９が、持ち上げられ、同時に、図２〜図４の位置から回転される。出口流れ接続部１３は、スピンドル９を貫いて延在する同様のポートによって構成されており、その出口流れ接続部１３は、スピンドルを動かすと、出口流れチャンネル８と一列に並ぶ。従って、濾過されるべき流れは、入口チャンネル７から、入口接続部１２を介し、濾過ユニット５へ移動し、そして、それは、襞を形成されているフィルターエレメント６内へ濾過され、ユニットの底端部と出口接続部１３とを介して出口チャンネル８内へ排出される一方、他の２つの濾過ユニット２への流れ接続部１０及び１２は、閉じられている。
【００１６】
上述のように、装置は、２つの並列の濾過ユニット２における濾過サイクル及びフラッシングサイクルを交互に行うことに基づく通常の動作を有している。フラッシングサイクルの間、スピンドル９は、フラッシングされつつある濾過ユニットへの濾過されるべき流れのアクセスを与えない回転位置にある。フラッシングは、圧縮空気によって行われ、この圧縮空気は、装置のスタンド１内に含まれている圧縮空気タンク１５から濾過ユニット２へ送出される。それらの圧縮空気タンクは、遮断弁１６を設けられているダクト１７を介して濾過ユニットの真下の空間１４と連通しており、空気は、濾過流に対する向流として、その空間１４から蝋燭状のエレメント４内へのアクセスと、エレメントのハウジングを通しての、エレメントの外側の濾過チャンバー３内へのアクセスとを有している。フラッシングサイクルのスタート時に、濾過ユニット２は、入ってくる圧縮空気によって廃液チャンネル１８内へ進ませられる流体で満ちており、その廃液チャンネル１８の開放・閉塞は、回転可能な廃液スピンドル１９であって、第３の濾過ユニット５の下に取り付けられ且つ例えば図２に示されているものにより、管理される。
【００１７】
図面に示されている実施例においては、第３の濾過ユニット５は、上述したようなバックフラッシュを行わず、層を形成されたフィルターエレメント６は、ユニットがその運転サイクルを終了した後に交換される。それにも拘らず、例えば金属メッシュで作られているエレメントは、洗浄することにより又は超音波を用いることにより、清浄にされ得、その後、それは、再び使用され得る。
【００１８】
スピンドル９は、このスピンドルの真下に取り付けられている空気圧アクチュエーター２０を用いての、軸線方向の垂直運動状態及び回転運動状態で取り付けられている。更に、スピンドル９は、手動で操作されるレバー２１を設けられており、これにより、起こり得る動力の故障の間に流れを制御すべくスピンドルを操作することが、可能である。フラッシングサイクルにおける排出流れを調整すべく使用される廃液スピンドル１９の回転は、別の空気圧アクチュエーター２２によって行われる。
【００１９】
通常の濾過工程に関する、装置の運転シーケンスが、図６に示されている。種々のシーケンスＡ〜Ｆを示している図は、濾過ユニット２に向かう流れ用の入口接続部が、ここでは、湾曲しているポートとしてではなく、スピンドルの側部に作られている、水平の弓形の凹部として示されているということを除いて、図１〜図５に示されているものと一致している。
【００２０】
図６に示されているスタート位置Ａにおいて、濾過されるべき流れは、入口チャンネル７から右側の濾過ユニット２へ案内される。同時に、右側の濾過ユニット２から、出口接続部１１を介し、出口流れチャンネル８に通じている流路が、存在する。スピンドル９は、左側の濾過ユニット２への流路と第３の濾過ユニット５への流路とを塞いでいると共に、廃液スピンドル１９は、濾過ユニット２から廃液チャンネル１８への流路を塞いでいる。濾過シーケンスＡは、例えば２時間の持続時間を有し得、又は、このシーケンスは、フィルターの両端間の差圧が設定値を超えるまで継続し得る。このシーケンスは、図Ｂに示されているように、右側の濾過ユニットへの流路を遮断し且つ左側のユニットへの流路を開放すべく、スピンドル９が時計回りに９０゜回転すると、終了させられる。例えば１分であり得る設定期間の後、廃液スピンドル１９は、図Ｃに示されているように、右側の濾過ユニットから廃液チャンネル１８までの流路を開放すべく、４５゜回転する。同時に、右側の濾過ユニットへの圧縮空気弁１６（図３参照）が、開き、そして、圧縮空気が、濾過チャンバー内に入っている流体を廃液チャンネル１８内へ進めると共に、フィルターエレメント４をバックフラッシュで清浄にする。フラッシングは、例えば１０秒の持続時間を有し得、その後、廃液スピンドル１９は、図Ｄに示されているように、廃液チャンネル１８への接続部を遮断する位置へ回転して戻る。同時に、左側の濾過ユニット２で開始された濾過シーケンスは、設定時間の間又は差圧が設定値を超えるまで、継続する。この時点において、スピンドル９は、図Ｅに示されているように、左側の濾過ユニットへの流路を塞ぎ且つ右側の濾過ユニットへの流路を再び開けるべく、反時計回りに９０゜回転する。その後、濾過工程は、左側のユニットがバックフラッシュで清浄にされる間、右側の濾過ユニットで継続し、この場合、廃液スピンドル１９は、図Ｆに示されているように、廃液チャンネル１８への流路を開き且つ圧縮空気の供給を開始させる。フラッシングの終了時には、廃液スピンドル１９は、その遮断位置に戻り、シーケンスは、スタート位置Ａに戻っている。濾過ユニット２のサービスの必要性のために、スピンドル９を軸線方向に動かすことによって流れが第３の濾過ユニット５を通過すべく向けられるまで、濾過は、上述のようにして、停止することなく継続する。蝋燭状のフィルターエレメント４の清浄化又は交換のような、サービス作業の後、動作は、サービスを受けた濾過ユニット２に戻り、上述したシーケンスに従って継続する。
【００２１】
本発明の種々の応用が、例としての上述したものに限定されず、添付した請求の範囲内で変形し得るということは、当業者にとっては自明である。従って、上述した記載は、２つの交互に作動させられる濾過ユニット２と、これらの２つの濾過ユニットがサービスを受けているときに作動させられる第３の濾過ユニット５とを論じているが、これらのユニットは、本発明によって要求される最少のものとして考えられるべきである。即ち、並列に接続されている多数の濾過ユニットは、それよりも重要かもしれない。前記第３の濾過ユニット５で使用されるフィルターエレメント６は、必ず使い捨てであり又は各運転サイクル後に交換されるべきであるということを、本発明は、要求しておらず、所望されるならば、第３の濾過ユニットも、他の２つの濾過ユニット２で使用されているものと同様のバックフラッシュを行われ得る。
【００２２】
並列の濾過ユニット２への及びそれらからの流れが同じ入口接続部１０及び出口接続部１１を介して作り出されるということは、必須ではなく、スピンドルは、幾つかの別個で平行な接続部であって、スピンドルを回転することによって入口チャンネル７と濾過ユニットとの間の連通を確立し得るものを、同じ水平面内に設けられ得る。解決策は、濾過ユニット、スピンドル及びチャンネルの寸法及び相対的な配置であって、個々のケースにおいて変わり得るものに依存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の連続動作濾過装置の正面図である。
【図２】 装置における弁エレメントを構成しているスピンドルであって、２つの並列の濾過ユニットを作動させる下側位置にあるものを示している、図１のＩＩ−ＩＩ垂直断面図である。
【図３】 前記２つの並列の濾過ユニットの間のスピンドルの位置を示している、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ垂直断面図である。
【図４】 図２のＩＶ−ＩＶ水平断面図である。
【図５】 図４と同様であるが、スピンドルが上側位置に持ち上げられていて、第３の濾過ユニットへの流れの方向を示している断面図である。
【図６】 図２のＶＩ−ＶＩ断面図に対応していると共に、装置において行われる濾過工程であって回転スピンドルが制御して濾過サイクル及びフラッシングサイクルを２つの並列の濾過ユニットに交互に行わせているものを逐次的に示している、概略断面図Ａ〜Ｆである。

Claims (10)

1. 並列に接続されている濾過ユニット(２，５)を具備している濾過装置であって、
   濾過ユニット(２，５)は、
   濾過されるべき流れ用の共通の入口チャンネル(７)と、
   濾過された流れ用の共通の出口チャンネル(８)と、
   入口流れチャンネル及び出口流れチャンネルに取着され得る流れ接続部(１０〜１３)を備えるとともに、濾過ユニットを１つずつ作動させるために、流れを濾過ユニットへ向ける、共通の移動可能な弁エレメント（９）と、
   を有し、
   前記装置が、３つの濾過ユニット(２，５)を具備しており、
   前記弁エレメント(９)が、その軸線の回りで回転すべく且つ異なる２つの位置の間を移動すべく構成されており、
   前記弁エレメントが、２つの濾過ユニット(２)用の入口接続部及び出口接続部(１０，１１)であって、弁エレメントを回転することによってそれらの濾過ユニットを交互に作動させる入口接続部及び出口接続部(１０，１１)と、弁エレメントを移動することによって作動状態にセットされ得る第３の濾過ユニット(５)用の入口接続部及び出口接続部(１２，１３)とを備えたことを特徴とする装置。
2. 前記弁エレメント（９）が、断面が円形であって、その軸線の方向に移動可能であり且つその軸線の回りで回転可能であるスピンドルによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記スピンドルが、流れを屈折させるポート又はスピンドルの側部によって境界を定められている凹部であって、スピンドルを回転することによって交互に作動可能である２つの濾過ユニット(２)用の共通の入口接続部及び出口接続部(１０，１１)として機能する凹部を、その軸線に垂直な平面内に備えたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記第３の濾過ユニット(５)用の入口接続部及び出口接続部(１２，１３)が、スピンドルの軸線に垂直な平面内でそのスピンドルを貫いて真っ直ぐに延在しているポートによって形成されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の装置。
5. 前記２つの交互に作動可能な濾過ユニット(２)が、それらのユニットによって収容されているフィルターエレメント(４)をバックフラッシュによって清浄にするためのチャンネル(１７，１８)を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記第３の濾過ユニット(５)が、１つ以上の交換可能なフィルターエレメント(６)を収容していることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の装置の、燃料又は潤滑剤を濾過する自動フィルターとしての、エンジンにおける使用。
8. 濾過ユニット(２，５)を交互に使用することにより、流れを連続動作で濾過する濾過方法であって、濾過ユニット(２，５)は、濾過されるべき流れ用の共通の入口チャンネル(７)と、濾過された流れ用の共通の出口チャンネル(８)と、入口流れチャンネル及び出口流れチャンネルに取着され得る流れ接続部(１０〜１３)を設けられている、共通の移動可能な弁エレメント(９)であって、濾過ユニットを１つずつ作動させるために濾過ユニットを通過すべき流れを方向付ける弁エレメント（９）とを有し、
   前記方法が、弁エレメント(９)内に含まれている共通の入口接続部及び出口接続部(１０，１１)であって、弁エレメントをこの弁エレメントの軸線の回りで回転することによって流れを前記ユニットへ交互に向けるものを好適に設けられている、２つの濾過ユニット(２)の使用を具備し、且つ、流れが、弁エレメントを移動することによって第３の濾過ユニット(５)へ向けられ、弁エレメントは、第３の濾過ユニット(５)用の別個の入口接続部及び出口接続部(１２，１３)を備えたことを特徴とする方法。
9. 前記流れが、断面が円形なスピンドルであって、このスピンドルをその軸線の回りで回転し且つその軸線の方向に移動することにより、弁エレメント（９）として機能するスピンドルによって制御されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 交互に使用される濾過ユニット(２)のうちの、ある所定の一方の濾過ユニットが作動している間、他方の濾過ユニットが、バックフラッシュによって清浄にされており、且つ、前記第３の濾過ユニット(５)が、他の２つのユニット(２)の整備又は交換の間使用されることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の方法。

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