JP4943633B2 - 液体と気体とを同時に浄化する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体から、液体中に浮遊している第１の粒子を除去することと、気体から、気体中に浮遊している第２の粒子を除去することとを同時に行う装置に関する。この装置は、回転軸を中心として回転可能であり、かつ液体を通過させて浄化するように構成された分離チャンバを形成する遠心ロータと、遠心ロータを回転軸を中心として回転させる駆動装置と、遠心ロータに連結されて遠心ロータと一緒に回転し、かつ気体を通過させて浄化するように構成された気体浄化装置とを含んでいる。

この種の公知の装置は、特許文献１に図示され記載されている。この例では、遠心ロータは、遠心ロータと一緒に回転可能ないくつかの円錐状の分離円板と、いくつかの円錐状の固定分離円板との両方を含む気体浄化装置を支持している。複数の固定分離円板は、回転可能な複数の分離円板同士の間に配置されている。気体浄化装置は、回転可能な複数の分離円板を内側に支持する回転可能なハウジングに形成された、浄化すべき気体用の気体入口と、外側上に複数の固定分離円板を支持する固定中央タブとして形成された、浄化された気体用の気体出口とを有している。このように構成された装置は製造費が比較的高い。特に、円錐状の分離円板は高価である。

説明した種類の他の公知の装置が、特許文献２に図示され記載されている。この例では、遠心ロータは、比較的大型で周囲に配置された、液体を浄化する分離チャンバと、比較的小型で中央に配置された、気体を浄化する分離チャンバとを形成している。このように構成された装置の気体浄化効率は比較的不十分である。遠心ロータ内の浄化すべき気体用の利用可能な分離空間は比較的小さく、さらに遠心ロータの回転軸の比較的近くに位置している。

液体と気体とを同時に浄化する他の公知の装置が、特許文献３に図示され記載されている。この例では、遠心ロータは、気体を浄化するための特別の部材を全く有していない。浄化すべき気体は、遠心ロータと、遠心ロータを囲んでいる固定ハウジングとの間の狭い隙間に導入されることにより、遠心ロータによって回転させられる。このように構成された装置でも、気体浄化効率は比較的不十分である。
国際公開第９９／５６８８３号パンフレット 特開２００２−７９８５１号公報 独国特許出願公開第４３１１９０６号明細書

本発明の目的は、良好な気体浄化効率を有し、かつ製造費が比較的安い、液体と気体との両方を連続的に浄化する装置を提供することである。

これらの目的は、気体浄化装置が回転軸を中心として分散配置された複数の分離板を含んでおり、複数の分離板が分離チャンバの半径方向外側に配置されており、複数の分離板が、軸方向に延びて、気体を通過させる複数の分離通路を複数の分離板同士の間にするように、複数の分離板の各々が回転軸に対して軸方向に延びていることを特徴とする、冒頭で説明した種類の装置によって達成することが可能である。

この種の分離板は、比較的安価に製造することができ、分離板同士の間の通路を通過する気体を効率的に浄化するように形成することができる。さらに、この種の分離板を有する気体浄化装置は比較的小型にすることができる。軸方向に延びている複数の分離通路は、ここでは、その複数の分離通路が、浄化すべき気体を、遠心ロータの回転軸と完全に平行に、またはその回転軸に対していくらか斜めに導くものであることを意味している。

気体を効率的に浄化するには、複数の分離板が、回転軸から、複数の分離通路の各々が回転軸から始まる少なくとも１つの仮想半径を交差するような方向に延びていると有利である。必要に応じて、複数の分離板は完全に平面状にしてもよいが、複数の分離板は回転軸から弧状に延びるように形成されていることが好ましい。

必要に応じて、複数の分離板を、ロータの一部を構成する周囲壁を有している気体分離チャンバ内に配置してもよい。このような気体分離チャンバは、ロータのケーシングによって形成され、かつ液体を通過させて浄化するように構成された前述の液体分離チャンバの半径方向外側に位置している。しかし、複数の分離板は、分離板同士の間の複数の分離通路がロータの回転軸から見て半径方向外方に開口するように配置されていることが好ましい。それによって、気体から分離された粒子をロータから容易に飛ばすことができ、それにより、ロータはそのような粒子が自動的に除去される。

複数の分離板をロータの液体分離チャンバの半径方向外側に配置することの１つの利点は、複数の分離板がロータの回転軸から比較的大きく離れた位置で動作し、それによって比較的十分な分離効率が得られることである。一方、この種の配置構成は、ロータを回転させるのに比較的高いエネルギーを必要とする。複数の分離板が液体分離チャンバの軸方向における一方の側に配置される場合、分離板に、比較的大きな半径方向の延長部と、それに対応した比較的小さな軸方向の延長部とを設けることができる。

有利なことに、遠心ロータは、浄化すべき気体用の通過流路を形成する固定ハウジング内に配置されている。複数の分離板が分離チャンバの半径方向外側に配置される場合、通過流路の主要部は、複数の分離板同士の間に半径方向外側に開口した分離通路によって形成されることが好ましい。その代わりに、複数の分離板が液体分離チャンバの軸方向における一方の側に配置される場合、通過流路は、ロータ全体の周りを延びる、複数の分離通路への供給流路を形成することが可能である。

ある種の分離の場合には、複数の分離通路の浄化すべき気体用の入口が、複数の通路の出口が位置する半径方向レベルよりもロータの回転軸に近い半径方向レベルに位置するように、複数の分離通路を形成するのが適切である。これにより、ロータの回転によって、複数の分離板は、複数の分離通路を通って流れる気体に作用するポンプ効果を生み出すであろう。このことは、浄化すべき気体が浄化装置内に吸い込まれ、したがって、気体を超過気圧で浄化装置に供給する必要がないことを意味する。

本発明による浄化装置における遠心ロータは、任意の適切な手段によって駆動することが可能である。したがって、遠心ロータは、電動モータ、油圧モータ、または空気圧モータによって駆動することが可能である。有利なことに、遠心ロータは、異なる種類のタービンによって駆動することができる。本発明の好ましい態様によれば、遠心ロータは、それに供給される液体の超過圧力によって駆動させられるように構成されており、そのような液体は、ロータの回転軸からある距離をおいて位置し、かつロータの周方向に向けられた１つまたは２つ以上のノズルを通って遠心ロータから出される。この例における遠心ロータは、上記のノズルを通ってロータから出る液体、たとえば浄化された液体からの反力によって駆動させられる。

以下に、本発明を添付図面を参照して説明する。

図１および２は、液体と気体とを同時に浄化する装置の第１の実施形態を示している。この装置は、浄化すべき液体用の入口２と、浄化すべき気体用の入口３とを有する固定ハウジング１を含んでいる。液体は、内燃エンジンの動作時に内燃エンジンを通って循環する潤滑油からなることができ、気体は、同じ内燃エンジンから来るクランクケースガスからなることができる。潤滑油は、特に、分離すべき煤粒子を含んでおり、クランクケースガスは、分離すべき煤粒子と油粒子との混合物を含んでいる。ハウジング１は、浄化された気体用の別個の出口４を有しており、浄化すべき気体用の入口３は、浄化された液体用の出口としても機能する。

遠心ロータ５が、ハウジング１内に、垂直中心軸６を中心として回転するように配置されている。ロータ５は、ハウジング１に対して自身の下部および上部で固定された中央固定柱９によって２つの軸受７および８に支持されている。

ロータ５は、周囲壁１０ａと、上端壁１０ｂと、下端壁１０ｃとから成るケーシングを含んでいる。さらに、ロータ５は、ケーシング１０ａ〜１０ｃの中心を通って延び、かつケーシング１０ａ〜１０ｃを支持する管状の部材１１を含んでいる。ロックリング１２が、部材１１の最上部にねじ止めされ、部材１１に対するケーシングの固定状態を維持している。液体を浄化する分離チャンバ１３がロータ内に形成されている。液体を分離チャンバ１３内に通すために、ハウジング１の液体入口２は固定柱９の下側の管状部内の中央流路１４に連通している。外径が回転可能な管状の部材１１の内径よりもいくらか小さい柱９は、断面が環状の入口流路１５を柱９と部材１１との間に形成している。この入口流路１５は、その下部において、柱の開口１６を通じて柱の中央流路１４に連通しており、その上部において、管状の部材１１の開口１７を通じて分離チャンバ１３に連通している。

管状の部材１１は、分離チャンバ１３内で、部材１１の外側上に、中心軸６を中心として分散配置された複数の分離板１８のユニット完成品を支持している。分離板の各々は、軸方向に延びていると共に、ロータの中心軸６から異なる距離をおいて位置している、ロータ内の第１の半径方向レベルから第２の半径方向レベルまで延びている。複数の分離板１８は、ロータの中心軸６から描かれる半径との間にある角度を形成している。分離チャンバ１３内の矢印によって示されている方向に液体を通過させる、軸方向に延びている分離通路が、複数の分離板１８同士の間に形成されている。

ロータ５は、自身の下部に、ロータの中心軸６から間隔をおいて配置され、かつロータ５を通って中心軸６と同軸に描かれる円の線に対して実質的に接線方向に向けられている、２つの出口開口１９（図１には一方のみが示されている）を有している。

複数の分離板１８およびそれらのロータ内での配置に関するより詳細な説明については、国際公開第９９／５１３５３号パンフレットを参照されたい。ここに示されている分離板以外のあらゆる異なる種類の分離手段を本発明によるロータに使用することが可能である。したがって、本発明は、液体を浄化するロータ内のある特定の分離手段に限られない。用いることができる他の種類の分離板は、分離チャンバ内にロータの中心軸と同軸に互いに積み重ねられた従来の円錐状の分離円板である。

ロータのケーシングの周囲壁１０ａは、その外側上に、ロータの中心軸を中心として等間隔に分散配置された他の複数の分離板２０を保持している。複数の分離板２０は、軸方向に、かつケーシングから固定ハウジング１の方にある距離だけ延びている。図２から分かるように、複数の分離板２０は、ロータの中心軸からハウジング１の方へ描かれる半径に対して斜めに延びている。複数の分離板２０同士の間に、複数の分離板２０と同様にロータの軸方向の全体の長さの実質的に端から端まで延びている分離通路２１（図２参照）が形成されている。いくつかの環状部材２２が、異なる軸方向レベルでロータ５の全体の周りを延び、複数の分離板を互いに対してかつロータに対して所定の位置に維持している。これらのバンドは、複数の分離板２０と固定ハウジング１の内側との間の空間を完全にではないがほぼ満たしており、したがって、浄化すべき気体は主として複数の分離通路２１を通って強制的に流され、この気体が複数の分離板２０の外側に半径方向に流れることはない。ロータ内の複数の分離板１８は、複数の分離板２０と同様に形成することが可能である。

図１および図２による装置は以下のように動作する。

浄化すべき液体は、ハウジング１の入口２を通して超過圧力をかけて供給され、さらに流路１４および開口１６および１７を通って分離チャンバ１３の上部内に導かれる。分離チャンバ１３内で、液体は複数の分離板１８同士の間を下向きにロータ出口１９の方へ導かれ、ロータ出口１９を通して排出される。液体は、これらの出口１９を通って排出される際に、ロータを中心軸６を中心として回転させ、かつその回転を維持する反力を発生させる。液体は、遠心力の作用によって複数の分離板１８同士の間を流れている間に、液体中に浮遊し、かつ液体よりも高い密度を有する粒子が除去される。粒子は、最初に複数の分離板上に堆積し、次にそれらの分離板の半径方向の最も外側の縁部まで滑り、ロータのケーシングの内側に達してそこに堆積するまで、そこから遠心力によってさらに半径方向外方に移動させられる。粒子が除去された液体は、出口開口１９を通ってロータから流れ出し、さらに、ハウジング１の浄化すべき気体１用の入口３によって形成された底部出口を通ってハウジング１の外に流れ出す。

浄化すべき気体は、すでに述べたように、ハウジング１の気体入口３から入り、ロータのケーシング５の外側上の複数の分離板２０同士の間の通路２１を通って軸方向上向きに導かれる。気体中に浮遊し、かつ気体よりも高い密度を有する粒子は、ロータ５が回転することによって、これらの通路内で気体から分離される。粒子は、最初に複数の分離板２０上に堆積し、その後、それらの分離板２０上をそれらの半径方向の最も外側の縁部まで滑る。そこから、粒子はロータから飛ばされ、固定ハウジング１の内側に衝突する。分離された粒子は、重力によって下向きにハウジング１の内側の下部まで下方向に移動する。ここに示されている本発明による装置の実施形態は、クランクケースガスから特にオイルミストを除去するようになっているので、このように気体から分離された粒子が集合し、かつ生成された液体がハウジング１からその底部出口３を通って流出するものと推定される。気体から分離すべき粒子が乾性である場合、ハウジング１の底部を円錐状にし、かつ底部出口３の方へ向かって下向きに先細りにすることが好ましい。

浄化された気体は、ハウジング１内を上向きに流れ、気体出口４を通ってハウジング１から出る。

浄化されている液体が、内燃エンジン内を循環する潤滑油からなり、浄化されている気体が同じ内燃機関のクランクケースから来る場合、ロータ内で浄化された潤滑油とクランクケースガスから分離された潤滑油との両方を、ハウジング１から気体入口／液体出口３を通してクランクケースまで再び導くことが可能である。

図３〜図５は、液体と気体とを同時に浄化する装置の第２の実施形態を示している。この実施形態は、参照番号１〜１９が付されている第１の実施形態の部品に関しては第１の実施形態と実質的に同じである。同じ参照番号が、第２の実施形態において対応する部分に関して用いられている。

２つの実施形態の間の違いは、気体を浄化するようになっている部品に見られる。たとえば、図３〜図５に示す実施形態は、ロータのケーシングの周囲壁１０ａの外側上に配置された第１の浄化装置２３と、ロータのケーシングの上端壁１０ｂの上に配置された第２の浄化装置２４とを有している。

周囲壁１０ａの限られた下部のみを覆っている浄化装置２３は、図４にさらに詳しく示されている。浄化装置２３は、周囲壁１０ａに当接する内側の環状のスリーブ２５と、スリーブ２５よりも大きい直径を有する外側の環状のスリーブ２６とを含んでいる。スリーブ２５とスリーブ２６との間を延びている多数の弧状のウィング、すなわちブレード２７が、ロータの中心軸６を中心として等間隔に分散配置され、実質的に軸方向に延びている通路２８をウィング同士の間に形成している。スリーブ２５，２６とウィング２７とは一体に形成されていることが好ましい。

浄化装置２３は、摩擦力のみにより、または接着により、あるいは他の何らかの方法によって、ハウジング１内でロータ５と一緒に回転するように周囲壁１０ａに固定されている。小さい空間が浄化装置２３とハウジング１との間に存在している。

ロックリング２９によってロータの中央の管状の部材１１に固定されている浄化装置２４は、共にロータの中心軸６を中心として軸方向に互いに間隔をおいて延びている、下側壁３０と上側壁３１とを含んでいる。多数の分離板３２が壁３０と壁３１との間に配置されている。これらの分離板は、一方の壁３０から他方の壁３１まで軸方向に延びていると共に、ロックリング２９から外方に固定ハウジング１の周囲壁の方へ向かって弧状に延びている。これらの分離板３２は、ロータの中心軸６を中心として等間隔に分散配置され、かつ浄化すべき気体を通過させるようになっている複数の通路３３を分離板３２同士の間に形成している。２つの環状の部材３４および３５が、複数の分離板３２の周りを延び、複数の分離板３２と周囲の固定ハウジング１との間の空間をほぼ満たしている。部材３４，３５とハウジング１との間には、いくらかの遊びが残されている。

図３から分かるように、壁３０および３１は、それらのそれぞれの半径方向内側の部分の間に環状の開口３６を残すように形成されている。これに対応するように、環状の開口３７が、上側壁３１の半径方向の最も外側の部分と上側の環状の部材３５との間に形成されている。開口３７は、開口３６よりも、ロータの中心軸６からより遠くに位置している。壁３０および３１、分離板３２、および環状の部材３４および３５のこの構成によって、浄化すべき気体は通路３３を通して開口３６から開口３７へ強制的に流され、その一方で、浄化装置２４の半径方向外側への気体の流れは実質的に妨げられる。

図３〜図５による装置は、液体の浄化に関しては、図１および図２による装置と全く同様に動作する。図３〜図５による装置は、気体の浄化に関しては以下のように動作する。

浄化すべき気体は、ハウジング１の気体入口３を通って入り、浄化装置２３内の通路２８を通って上向きに導かれる。気体は、遠心力が気体および気体中に浮遊する粒子に作用するように、複数のウィング２７によってロータ５と一緒に回転させられる。気体は、さらに、回転しながら上向きにロータ５と固定ハウジング１との間の空間内に流入する。いくらかの粒子が、複数の通路２８内、およびロータ５とハウジング１との間の空間内で、通過した気体から遠心力によって分離される。このような粒子は、ハウジング１の内側上に堆積し、重力によって下向きに徐々に移動する。気体は、さらに、上向きに上側の浄化装置２４内の複数の通路３３を通って流れる。

浄化装置２４は、気体から比較的大きい粒子を分離するプリセパレータとしてのみ動作する浄化装置２３よりもかなり効率的である。気体が浄化装置２４内の複数の通路３３を通って流れている間、気体から残りの粒子が除去される。これらの粒子は、最初に弧状の複数の分離板３２上に堆積し、次にそれらの分離板上を半径方向外方にそれらの分離板の半径方向の最も外側の縁部まで滑る。そこから、粒子は複数の分離板３２から飛ばされ、固定ハウジング１上の前述の２つの環状部材３４，３５の間に堆積する。粒子は、ハウジング１の内側上で、下向きにロータ５の全体を越えて移動し、その後、底部出口３を通って排出される。

浄化装置２４は、気体入口３６よりも大きな半径をおいて配置されている気体出口３７を有しているので、複数の分離板３２はロータ５の回転時にファンまたはポンプとして機能する。これによって、浄化すべき気体は、気体入口３内を通して吸引され、さらに、上向きに浄化装置２４内に吸い込まれ、ある高い圧力で、気体出口４を通してハウジング１から押し出される。したがって、浄化すべき気体を、超過気圧で浄化装置に供給する必要はない。複数の分離板の上述の吸引作用は、ハウジング１によって適切に支持された環状の固定隔壁が、ハウジングの周囲壁から内側にロータの回転軸６の方へ、壁３０とロータのケーシングの上端壁１０ｂとの間の空間における気体入口３６まで延びている場合には、いくらか高めることができる。

本発明の第１の実施形態を示す図である。 図１の線II−IIに沿った断面を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 図３の線IV−IVに沿った断面を示す図である。 図３の線Ｖ−Ｖに沿った断面を示す図である。

Claims (14)

1. 回転軸（６）を中心として回転可能であり、かつ液体を通過させて浄化するように構成された分離チャンバ（１３）を形成する遠心ロータ（５）と、
   前記遠心ロータを前記回転軸（６）を中心として回転させる駆動装置と、
   前記遠心ロータ（５）に連結されて前記遠心ロータと一緒に回転し、かつ気体を通過させて浄化するように構成された気体浄化装置と、
   を含んでいる、液体から、該液体中に浮遊している第１の粒子を除去することと、気体から、該気体中に浮遊している第２の粒子を除去することとを同時に行う装置において、
   前記気体浄化装置は、前記回転軸（６）を中心として分散配置された複数の分離板（２０）を含んでおり、
   該複数の分離板（２０）は、前記分離チャンバ（１３）の半径方向外側に配置されており、
   前記複数の分離板（２０）が、軸方向に延びて、前記気体を通過させる複数の分離通路（２１）を前記複数の分離板同士の間に形成するように、前記複数の分離板（２０）の各々は前記回転軸（６）に対して軸方向に延びていることを特徴とする装置。
2. 前記複数の分離通路（２１）の少なくとも一部は、前記遠心ロータの前記回転軸（６）から見て半径方向外方に開口している、請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の分離板（２０）は、前記回転軸（６）から、前記複数の分離通路（２１）の各々が前記回転軸（６）から始まる少なくとも１つの仮想半径を交差するような方向に延びている、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記複数の分離板（２０）は、前記回転軸（６）から特定の方向に弧状に延びている、請求項３に記載の装置。
5. 前記遠心ロータ（５）は、液体を浄化する前記分離チャンバ（１３）を形成し、かつ外側上に前記複数の分離板（２０）を支持しているケーシング（１０ａ〜１０ｃ）を有している、請求項１または２に記載の装置。
6. 前記遠心ロータは固定ハウジング（１）内に配置されており、浄化すべき前記気体用の通過流路が前記遠心ロータ（５）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１または２に記載の装置。
7. 前記通過流路の少なくとも一部が前記分離通路（２１）によって構成されている、請求項６に記載の装置。
8. 前記通過流路の少なくとも一部が、浄化すべき前記気体を前記複数の分離通路（３３）の少なくともいくつかに導く供給流路を構成している、請求項６に記載の装置。
9. 前記複数の分離通路（３３）は複数の入口（３６）と複数の出口（３７）とを有しており、前記複数の入口（３６）は、前記複数の出口（３７）よりも、前記遠心ロータの前記回転軸の近くに位置している、請求項８に記載の装置。
10. 前記遠心ロータを回転させる前記駆動装置は、圧力流体源と、該圧力流体源からの圧力流体によって前記遠心ロータ（５）を回転させるように構成されたタービン装置とを含んでいる、請求項１または２に記載の装置。
11. 前記遠心ロータ（５）は、前記圧力流体を受けるように構成されており、かつ前記圧力流体を放出する少なくとも１つの出口開口（１９）を、前記遠心ロータ（５）が回転力を受けるような前記回転軸（６）から離れた位置に備えている、請求項１０に記載の装置。
12. 前記圧力流体源は加圧された液体の供給源である、請求項１１に記載の装置。
13. 前記圧力流体源内の前記液体は、前記遠心ロータ（５）内で浄化すべき液体からなる、請求項１２に記載の装置。
14. 浄化すべき前記液体を受け入れるために、内燃エンジンから来る潤滑油を含む空間に連通しており、かつ、浄化すべき気体を受け入れるために、前記内燃エンジンから来るクランクケースガスを含む空間に連通している、請求項１３に記載の装置。

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