JP5171648B2 - 遠心分離機 - Google Patents

Description

本発明は、概して、油粒子やオイルミストなどの液体不純物からガスを浄化するための遠心分離機に関する。特に、本発明は、請求項１の前提部分に記載の遠心分離機に関する。

スウェーデン特許第５２３６９０号明細書には、油粒子および／またはオイルミストの形態である液体不純物を含むガスの浄化を目的とした遠心分離機が開示されている。浄化されたガス用のガス出口は、公知の遠心分離機内では、分離空間の下部から延びている。ガス出口の直上には、分離空間内へと延びる環状面を形成する遮蔽要素が設けられている。遮蔽要素から離れた遮蔽要素の上方には、分離された油を分離空間から排出するための複数の出口孔が設けられている。分離された油は、分離空間の内壁によって捕らえられ、出口孔に向かって下方に流れる。遮蔽要素の下流には、ガス出口に近接した環状端面がさらに設けられている。

そのような環状面に近接した層上に堆積していたり層内に存在していたりする、例えば油などの不純物は、この層におけるガス流の回転が非回転面との摩擦によって減速するという事実のために、その面上を分離空間の中心に向かって半径方向内側に輸送されることになる。そのため、分離空間から液体不純物を排出することが困難となっている。

本発明の目的は、ガスから液体不純物を効果的に分離することができる遠心分離機を提供することである。さらに、本発明は、構造が簡単で、環状面上にある分離された液体不純物を分離空間から確実に外部に輸送する遠心分離機を得ることを目的としている。

この目的は、冒頭に定義された遠心分離機において、環状面が、液体不純物を半径方向外側に第１の液体出口まで輸送するようにされていることを特徴とする遠心分離機によって達成される。このように環状面を構成することで、面上に存在する液体不純物をガスの流れによって第１の液体出口に向かって外側に移動させることができる。

本発明の実施態様によれば、遠心分離機は、環状面上に設けられ、輸送を促進するように構成された複数の案内要素を有している。この案内要素によって、液体不純物は、分離空間内のガスの流れからの影響のために、直径がより大きくなるように外側に輸送されて、したがって内壁面および第２の液体出口まで輸送されることになる。案内要素が、半径方向外側から見て、回転方向に対して前方を向いていると有利である。そのような傾いている要素、つまり半径方向に対して傾斜している要素のために、回転方向およびガスの流れに対して、案内要素の上流および下流の両側にある液体不純物は、第１の液体出口に向かって外側に輸送されることになる。

本発明のさらなる実施態様によれば、案内要素は、回転軸の方向から見て実質的に直線状である。案内要素が、回転軸の方向から見て湾曲していても有利である。

本発明のさらなる実施態様によれば、案内要素は、環状面から上方に延びるリブとして構成されている。あるいは、案内要素は、環状面から下方に延びる溝として構成されていてよい。

本発明のさらなる実施態様によれば、各案内要素は、第１の半径方向内端部と第２の半径方向外端部とを有し、半径方向外端部は、内壁面と半径方向外端部との間に半径方向外側の通路が形成されるように、内壁面に近接しているが内壁面から離れて位置している。そのようにして、分離された液体不純物は、内壁に到達し、第１の液体出口の出口に到達するまで、内壁面に沿って環状面上を流れることになる。

本発明のさらなる実施態様によれば、半径方向内端部は、環状面の環状内端部と半径方向内端部との間に半径方向内側の通路が形成されるように、環状内端部に近接しているが環状内端部から離れて位置している。環状面の環状内端部が、上方に突出する周囲面、例えば実質的に円柱状の表面によって規定されていると有利である。そのとき、環状面上のガスの流れによって内側に輸送された液体不純物は、案内要素の１つによって捕らえられるまでこの通路に沿って流れることになり、第１の液体出口に向かって外側に運搬可能となる。

本発明のさらなる実施態様によれば、環状面は、円錐状であって、外方および下方に傾斜している。

本発明のさらなる実施態様によれば、第１の液体出口は、内壁面の半径方向外側で分離空間を囲うように延びる環状の集液路を有している。第１の液体出口が、分離空間と集液路との間に延び、環状面に隣接する少なくとも１つの出口孔を有することができると有利である。

本発明のさらなる実施態様によれば、遠心分離機は、回転軸が実質的に垂直に延びるように設けられた構成を有し、固定ケーシングは、上端部と、第１の液体出口が設けられた下端部とを有している。そのとき、環状面は、分離空間の下端面を形成することができる。

本発明のさらなる実施態様によれば、ガス出口は、上端部に近接して設けられている。

本発明のさらなる実施態様によれば、回転部材は、複数の分離板を有している。

本発明のさらなる実施態様によれば、遠心分離機は、分離された液体不純物を排出するためにガス出口の上流および第１の液体出口の下流に設けられ、少なくとも１つの出口孔を備えた第２の液体出口をさらに有している。そのようなさらなる液体出口によって、内壁面上をガス出口に向かって輸送される液体不純物を集液することができる。第１の液体出口が主出口を形成し、第２の液体出口が副出口を形成して、液体不純物の主要部分が内壁面に沿って第２の液体出口まで流れ落ちることになると有利である。おそらくはより少ない部分の液体不純物は、上方に流れるガスの流れにより、内壁面に沿って上方に第１の液体出口まで輸送されることになる。そのような構成によって、浄化されるガスから実質的に全ての液体不純物を適切に分離することだけでなく、ガス出口によって遠心分離機から離れることになる完全に清浄なガスも保証される。

本発明のさらなる実施態様によれば、遠心分離機は、固定ケーシングの内壁面から外側に延び、周囲の底面を備えた周囲のリング溝を有し、出口孔は、底面から外側に延びている。壁面から外側に、つまり固定ケーシングの壁内へと延びる、そのようなリング溝によって、内壁面に沿って流れる液体不純物が捕らえられることになる。液体不純物は、回転方向に沿った回転経路を比較的高速で移動する。液体不純物は、リング溝内に集められ、リング溝内を回転方向に流れることになる。

本発明のさらなる実施態様によれば、第２の液体出口は、リング溝の半径方向外側で分離空間を囲うように延びる環状の集液路をさらに有している。そのようにして、分離後に１つの単一の管路によって遠心分離機から離れるように輸送可能となる、分離された液体不純物は、簡単で都合良く集液されることになる。リング溝内を回転方向に流れる液体不純物を環状の集液路に容易に排出できるように、第２の液体出口の出口孔が、リング溝と集液路との間に延びていると有利である。

本発明のさらなる実施態様によれば、リング溝は、底面と内壁面との間にあって、底面から下流に延びる第１の制限壁を有し、第２の液体出口の出口孔の上限は、第１の制限壁の高さに位置している。したがって、リング溝内を流れる全ての液体不純物が出口孔を通じて環状の集液路に排出されることが保証されることになる。第１の制限壁が、半径方向平面に実質的に平行に延びていると有利である。

本発明のさらなる実施態様によれば、リング溝は、底面と内壁面との間にあって、底面から上流に延びる第２の制限壁を有している。第２の制限壁が、半径方向平面に対して傾斜していることが有利である。

本発明のさらなる実施態様によれば、遠心分離機は、分離された液体不純物の流れを液体出口の出口孔へと案内するように設けられた少なくとも１つの案内羽根を有している。案内羽根が、第２の液体出口の出口孔を通って延び、液体不純物が、出口孔を通じて環状の集液路内へと効果的に輸送されると有利である。案内羽根が、第２の液体出口の出口孔における回転方向の接線に対して外方および前方に傾斜した少なくとも１つの方向に延びていると有利である。

本発明のさらなる実施態様によれば、第２の液体出口の出口孔は、回転方向に対して前方の制限表面と後方の制限表面とを有し、制限表面の少なくとも一方は、第２の液体出口の出口孔における回転方向の接線に対して外方および前方に傾斜した方向に延びている。

以下に、添付した図面を参照しながら、例として開示されるさまざまな実施形態によって、本発明をより詳細に説明する。

図１は、オイルミストや油粒子の形態である油などの液体不純物、場合によっては固体粒子を含むガスを浄化するための遠心分離機を示している。遠心分離機は、実質的に閉鎖された分離空間２を取り囲む固定ケーシング１を有している。ケーシング１は、分離空間２に面する内壁面３を有している。分離空間２は、ガスが通過して流れることができるように構成されている。

遠心分離機は、分離空間２内に設けられ、ケーシング１を通過する中心軸でもある回転軸ｘを中心として回転方向ｒに回転するように構成された回転部材４をさらに有している。遠心分離機は、固定ケーシング１が上端部１’と下端部１”とを有するように、回転軸ｘが実質的に垂直方向に延びるように設けられている。

回転部材４は、軸受６によって上端部１’付近でケーシング１に軸支されたスピンドル部材５と、複数の分離板７とを有している。開示された実施形態では、分離板７は、円錐状であって、スピンドル部材５から下方および外方に斜めに延びている。本発明は、完全な半径方向の分離板や、スピンドル部材５から軸平面内に延びる分離板を有する回転部材にも適用可能である。回転部材４は、例えば電気モータなどの駆動部材８によって駆動され、遠心力によってガスから液体不純物を分離するために、ガスを回転方向ｒに回転させるようになっている。

開示された実施形態では、遠心分離機は、浄化されるガス用の入口９と、浄化されたガス用のガス出口１０と、分離された液体不純物用の第２の液体出口１１と、分離された液体不純物用の第１の液体出口１２とをさらに有している。

入口９は、中心に設けられ、ケーシング１の下端部１”を通って延びている。入口９は、ガスを回転部材４の中心空間１５内へと輸送する。ガスは、この中心空間１５から、分離板７の間に形成された隙間まで半径方向外側に輸送される。ガス出口１０は、回転部材４の下流にあるケーシング１の上端部１’に設けられている。したがって、分離板７の間にある隙間を離れたガスは、高回転速度で回転方向ｒに回転し、浄化されたガスが分離空間２を離れるガス出口１０まで、この回転運動を上方に維持することになる。

第２の液体出口１１は、ガスの流れに対して、ガス出口１０の上流および回転部材４の下流に設けられている。第１の液体出口１２は、ケーシング１の下端部１”に設けられ、ガスの流れに対して第２の液体出口１１の上流に設けられている。開示された実施形態では、第１の液体出口１２が、液体不純物の主要部分を排出するようになっている主出口を形成し、第２の液体出口１１が、実質的に全ての残りの液体不純物を排出するようになっている副出口を形成している。分離された液体不純物が、液体出口１１、１２から排出される固体粒子を含んでいてよいことに留意されたい。

遠心分離機は、内壁面３から外側に延び、固定ケーシング１の壁内へと延びる周囲のリング溝１９を有している。リング溝１９は、図６を参照すると、周囲の底面２０を有している。底面２０は、回転軸ｘに実質的に平行に延びている。リング溝１９は、底面２０と内壁面３との間にあって、底面２０から下流に延びる第１の上部制限壁２１をさらに有している。第１の制限壁２１は、回転軸ｘに対して半径方向に延びる平面に実質的に平行に延びている。リング溝１９は、底面２０と内壁面３との間にあって、底面２０から上流に延びる第２の下部制限壁２２をさらに有している。第２の制限壁２２は、半径方向平面に対して傾斜しており、より正確に言えば、内壁面３から半径方向外方および上方に傾斜している。リング溝１９は、開示された実施形態では、回転部材４の上部の高さにあって、ガス出口１０の直下に設けられている。より正確に言えば、リング溝１９は、最上部の分離板７の高さに位置し、最上部の２つの分離板７の間に形成された隙間の出口のいくらか上方に位置している。

さらに、遠心分離機は、リング溝１９の半径方向外側で分離空間２を囲うように周方向に延びる環状の集液路２５を有している。開示された実施形態では、集液路２５は、リング溝１９の高さで、固定ケーシング１の壁内を延びている。

第２の液体出口１１は、底面２０から外側に延び、リング溝１９と集液路２５との間の通路を形成する少なくとも１つの出口孔２６を有している。開示された実施形態では、３つのそのような出口孔２６がリング溝１９と集液路２５との間に設けられている。遠心分離機が、開示された３つ以外の数の出口孔２６、例えば、１、２、４、５、６またはそれ以上の数の出口孔２６を有していてよいことに留意されたい。さらに、開示された実施形態では、そのような各出口孔２６の上限は、第１の制限壁２１の下方に位置している（図４参照）。

各出口孔２６は、回転方向ｒに対して前方の制限表面２７と後方の制限表面２８とを有している（図５参照）。これらの制限表面２７、２８の少なくとも一方は、当該出口孔２６における回転方向ｒの接線に対して外方および前方に傾斜した方向に延びている。開示された実施形態では、前方の制限表面２７と後方の制限表面２８の両方が、そのような方向に傾斜している。

各出口孔２６は、分離された液体不純物を出口孔２６へと案内するように設けられた案内羽根２９をさらに有している。そのような案内羽根２９は、図４でより詳細に示しているが、出口孔２６を通って延びており、より正確に言えば、内壁面３の位置にある内端部から集液路２５内に位置する外端部まで延びている。各案内羽根２９は、出口孔２６における回転方向ｒの接線に対して外方および前方に傾斜した少なくとも１つの方向に延びている。さらに、各案内羽根２９は、開示された実施形態では、案内羽根２９の第２の外側部分２９”よりも半径方向外方により傾斜した第１の内側部分２９’を有している。遠心分離機が、液体不純物の流れを出口孔２６に向かってその中へと案内するための他の構成および配置を有する案内羽根をさらに有していてもよいことに留意されたい。特に、遠心分離機は、回転方向ｒから見て出口孔２６の上流に位置する１つまたはいくつかの案内羽根３０を有していてよい。案内羽根３０は、傾斜した第２の制限壁２２上に設けられており、回転方向ｒに対して斜め上方に傾斜している。

さらに、出口孔２６の上流に位置しているが、底面２０上に設けられている案内部材３１があってもよい。案内部材３１は、底面２０全体の高さに沿って延びており、回転方向に対して前方および下方に傾斜している。案内部材３１は、溝または突出する案内要素として構成されていてよい。また、案内部材３１は、底壁２０から内側に延びる制限面であって、その制限面が延びた後で再び底壁２０が非常になだらかに周辺の高さに達するような、単に１つの制限面を有するようにされていてもよい。

第１の液体出口１２は、内壁面３の半径方向外側で分離空間２を囲うように延びる環状の集液路４０をさらに有している。さらに、少なくとも１つの出口孔４１が、分離空間２と集液路４０との間に延びるように設けられている。開示された実施形態では、２つのそのような出口孔４１が設けられている（図２参照）。遠心分離機が、開示された２つ以外の数の出口孔４１、例えば、１、３、４、５、６またはそれ以上の数の出口孔４１を有していてよいことに留意されたい。第１の液体出口１２、すなわち出口孔４１は、下端部１”に設けられている。

図１からわかるように、第２の液体出口１１の環状の集液路２５は、開示された実施形態では、回転軸ｘに実質的に平行に延びる少なくとも１つの接続路４２によって、第１の液体出口１２の環状の集液路４０に接続されている。もちろん、そのような接続路４２を１つ以上設けることは可能である。環状の集液路４０からは、分離された液体不純物を遠心分離機から排出するために、少なくとも１つの排出管路４３も延びている。

遠心分離機は、回転部材４と内壁面３との間に延びる環状面５０をさらに有している。環状面５０は、液体不純物を半径方向外側に輸送するようにされている。開示された実施形態では、環状面５０は、回転部材４と内壁面３との間に延びる、分離空間２の環状の下端面を形成している。環状面５０は、液体不純物を半径方向外側に第１の液体出口１２まで輸送するように構成されている。開示された実施形態では、環状面５０は、わずかに円錐状であって、外方および下方に傾斜している（図１参照）。しかしながら、環状面５０が、実質的に平面であったり、多少外方および上方に傾斜してさえいたりしてよいことに留意されたい。

さらに、遠心分離機は、環状面５０上に設けられ、液体不純物を内壁面３と出口孔４１とに向かって外側に輸送することを促進するように構成された複数の案内要素５１を有している。案内要素５１は、半径方向外側から見て、回転方向ｒに対して前方を向いている。案内要素５１は、直線状であってよく、あるいは開示された実施形態のように湾曲していてよい。開示された実施形態では、遠心分離機は６つの案内要素５１を有している。それ以上の、またはそれ以下のそのような案内要素５１が環状面５０上に設けられていてよいことに留意されたい。出口孔４１は環状面５０に隣接しており、すなわち、出口孔４１の下端部は、下端面の半径方向の外周部で下端面の高さに位置している。

開示された実施形態では、案内要素５１は、環状面５０から上方に延びるリブとして構成されている（図７参照）。そのとき、案内要素５１は、環状面５０からの高さが少なくとも約１ｍｍであってよい。また、案内要素５１は、環状面５０から下方に延びる溝として構成されていてもよい（図８参照）。この場合もまた、案内要素５１は、環状面５０からの高さまたは深さが少なくとも約１ｍｍであってよい。開示された実施形態では、液体不純物が内壁面３に沿って出口孔４１の１つまで環状面５０上を自由に流れることができるように、案内要素５１の半径方向外端部と内壁面３との間には、少なくとも小さな隙間も設けられている。

各案内要素５１は、第１の半径方向内端部５１’と第２の半径方向外端部５１”とを有している。半径方向外側の端部５１”は、内壁面３と半径方向外端部５１”との間に半径方向外側の通路が形成されるように、内壁面３に近接しているが内壁面から離れて位置している（図２参照）。半径方向内端部５１’は、環状面５０の環状内端部に近接しているが環状内端部から離れて位置している。環状面５０の環状内端部は、上方に突出する周囲面５２によって規定されており、その周囲面は、例えば、実質的に円柱状であるか、あるいは円柱状であってよい。そのようにして、環状内端部と各案内要素の半径方向内端部５１’との間に半径方向内側の通路が形成されている（図２参照）。

開示された遠心分離機は、例えば、油粒子および／またはオイルミストの形態である油を含むガスを浄化するために使用することができる。その場合、浄化されるガスは、入口９を通じて中心空間１５へと輸送可能である。回転部材４の回転により、ガスは分離板７の間の隙間内へと吸い込まれ、油は、これらの分離板７に付着し、遠心力によって分離板７上を外側に輸送されることになる。その後、油は、分離板７から離れ、内壁面３に向かって放たれる。そして、油は、内壁面３上を環状面５０および第１の液体出口１２まで下方に流れ、出口孔４１を通じて流れ出て、集液路４０内へ流れ込むことになる。内壁面３に衝突する油の一部は、回転部材からガス出口１０へと上方に流れるガスの流れにより、内壁面３に沿って上方に輸送されることになる。この油は、リング溝１９内へ流れ落ち、出口孔２６を通じて集液路２５内へ輸送されることになる。その後、分離された油は、集液路２５から集液路４０まで輸送される。したがって、全ての分離された油は、この集液路４０まで輸送されて、そこから排出導管４３を通じて遠心分離機の外に輸送される。

本発明は、開示された実施形態には限定されず、特許請求の範囲内で変更し修正することが可能である。本発明が、分離空間２の下端面上だけでなく、内壁面３と回転部材４との間に延びる全ての環状面に対して適用可能であることに留意されたい。

本発明による遠心分離機の垂直断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１の遠心分離機の液体出口の出口孔を遠心分離機の内側から見た図である。 図４の出口孔を上方から見た断面図である。 図１の遠心分離機の液体出口の軸方向断面図である。 図１の遠心分離機における表面のリブ状の案内要素の断面図である。 図７と同様の溝状の案内要素の断面図である。

Claims (16)

1. 液体不純物を含むガスを浄化するための遠心分離機であって、
   分離空間（２）を取り囲み、該分離空間（２）に面する内壁面（３）を有し、前記分離空間によって前記ガスを通過させて流すことができる固定ケーシング（１）と、
   浄化される前記ガス用の入口（９）と、
   回転する複数の分離板（７）と、該分離板（７）同士の間に形成された複数の隙間と、を有する回転部材（４）であって、前記分離空間（２）内で前記ガスの流れに対して前記入口（９）の下流に設けられ、回転軸（ｘ）を中心として回転方向（ｒ）に回転するように構成され、遠心力によって前記ガスから前記液体不純物の少なくとも主要部分を分離するために、前記ガスを前記回転方向（ｒ）に回転させるようになっている回転部材（４）と、
   浄化された前記ガスを排出するために、前記ガスの流れに対して前記回転部材（４）の下流に設けられたガス出口（１０）と、
   分離された前記液体不純物を排出するために設けられた第１の液体出口（１２）と、を有し、
   前記分離空間（２）が、前記回転部材（４）の半径方向外側、したがって前記複数の分離板（７）の半径方向外側で前記回転部材（４）を囲うように延びる環状面（５０）であって、前記内壁面（３）に隣接して位置する環状面（５０）によって部分的に規定されている、遠心分離機において、
   前記環状面（５０）が、前記液体不純物を半径方向外側に前記第１の液体出口（１２）まで輸送するようにされていることを特徴とする遠心分離機。
2. 前記環状面（５０）上に設けられ、前記輸送を促進するように構成された複数の案内要素（５１）を有することを特徴とする、請求項１に記載の遠心分離機。
3. 前記案内要素（５１）が、半径方向外側から見て、前記回転方向（ｒ）に対して前方を向いていることを特徴とする、請求項２に記載の遠心分離機。
4. 前記案内要素（５１）が、前記回転軸（ｘ）の方向から見て実質的に直線状であることを特徴とする、請求項３に記載の遠心分離機。
5. 前記案内要素（５１）が、前記回転軸（ｘ）の方向から見て湾曲していることを特徴とする、請求項４に記載の遠心分離機。
6. 前記案内要素（５１）が、前記環状面（５０）から上方に延びるリブとして構成されていることを特徴とする、請求項２から５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
7. 前記案内要素（５１）が、前記環状面（５０）から下方に延びる溝として構成されていることを特徴とする、請求項２から５のいずれか１項に記載の遠心分離機。
8. 前記各案内要素（５１）が、第１の半径方向内端部（５１’）と第２の半径方向外端部（５１”）とを有し、前記半径方向外端部（５１”）が、前記内壁面（３）と前記半径方向外端部（５１”）との間に半径方向外側の通路が形成されるように、前記内壁面（３）に近接しているが前記内壁面から離れて位置していることを特徴とする、請求項２から７のいずれか１項に記載の遠心分離機。
9. 前記半径方向内端部（５１’）が、前記環状面（５０）の環状内端部と前記半径方向内端部（５１’）との間に半径方向内側の通路が形成されるように、前記環状内端部に近接しているが前記環状内端部から離れて位置していることを特徴とする、請求項８に記載の遠心分離機。
10. 前記環状面（５０）の前記環状内端部が、上方に突出する周囲面（５２）によって規定されていることを特徴とする、請求項９に記載の遠心分離機。
11. 前記環状面（５０）が、円錐状であって、外方および下方に傾斜していることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の遠心分離機。
12. 前記第１の液体出口（１２）が、前記内壁面（３）の半径方向外側で前記分離空間（２）を囲うように延びる環状の集液路（４０）を有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の遠心分離機。
13. 前記第１の液体出口（１２）が、前記分離空間（２）と前記集液路（４０）との間に延び、前記環状面（５０）に隣接する少なくとも１つの出口孔（４１）を有することを特徴とする、請求項１２に記載の遠心分離機。
14. 前記回転軸（ｘ）が実質的に垂直に延びるように設けられた構成を有し、前記固定ケーシング（１）が、上端部（１’）と、前記第１の液体出口（１２）が設けられた下端部（１”）とを有することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の遠心分離機。
15. 前記環状面（５０）が、前記分離空間（２）の底面を形成することを特徴とする、請求項１４に記載の遠心分離機。
16. 前記ガス出口が、前記上端部（１’）に近接して設けられていることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の遠心分離機。

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