JP5193193B2 - 気液混合物を分離するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、特に内燃機関のクランクハウジングもしくはクランクケースのベンチレーションの際に、気液混合物を分離するための装置、すなわち特に内燃機関のクランクケースのベンチレーションの際に、分離面に液体成分を分離させかつ凝集させることにより、液体成分が小さな粒子の形で存在している気液混合物を分離するための装置であって、
−分離面が、サイクロンの内壁面の少なくとも１つの所定の範囲を有しており、
−サイクロンの、円筒体軸線を中心にして回転する気液混合物によって流過される内壁面の少なくとも１つの部分範囲が、多数の小さなバッフル（Stroemungsschikanen）、つまり流れそらせ体を有しており、
−該バッフルが、サイクロンの内壁面に被着された少なくとも１つの被着体により形成されている
形式のものに関する。

欧州特許第１０６８８９０号明細書に基づき、気液混合物を分離するための装置が公知である。この公知の装置は衝突板式の「インパクタ（Impactor）」として形成されている。このインパクタは、気液混合物が、たとえばノズルにおける加速の後に分離面に衝突して跳ね返り、この分離面において少なくとも６０゜の流れ変向が行われる。慣性に基づき、このような流れ変向によって混合物から液体成分が分離される。この公知の装置では、衝突面が、特に良好な分離度を得るために特に粗くもしくは多孔質に形成されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３７９８３号明細書に基づき、気液混合物を分離するためにサイクロンが公知である。このサイクロンの、回転する混合物流にさらされた内壁範囲は、比較的厚い発泡材ライニングでライニングされている。このような発泡材は比較的大きな気孔を有しており、したがって回転流を著しく損なう、つまり回転流を制動してしまう。このことは特に、この公知の装置に設けられているような厚い発泡材ライニングについて云える。

本発明に課せられた課題は、このような気液混合物を分離するための装置を改良して、当該分離装置のできるだけ小さな構成サイズと構成的に単純な構造とを得ると同時にできるだけ高い分離度を達成することのできるような、特に内燃機関のクランクケースのベンチレーションの際に、気液混合物を分離するための装置を提供することである。

この課題は第１に請求項１に記載の分離装置の構成、すなわち特に内燃機関のクランクケースのベンチレーションの際に、分離面に液体成分を分離させかつ凝集させることにより、液体成分が小さな粒子の形で存在している気液混合物を分離するための装置であって、
−分離面が、サイクロンの内壁面の少なくとも１つの所定の範囲を有しており、
−サイクロンの、円筒体軸線を中心にして回転する気液混合物によって流過される内壁面の少なくとも１つの部分範囲が、多数の小さなバッフルを有しており、
−該バッフルが、サイクロンの内壁面に被着された少なくとも１つの被着体により形成されている
形式の、気液混合物を分離するための装置において、
前記少なくとも１つの被着体が、５〜５００μｍの繊維太さならびに６０〜９０％の気孔率を有する繊維編地または繊維フリースとして形成されており、繊維編地もしくは繊維フリースが、２層に形成されていて、壁寄りの層と壁から遠い方の層とを備えており、壁寄りの層が、壁から遠い方の層に比べて小さな気孔率を有していることを特徴とする、気液混合物を分離するための装置よって解決される。請求項７に記載の分離装置の構成では、分離面が、第１の部分分離面と第２の部分分離面とを有しており、両部分分離面のうち、第１の部分分離面がサイクロン内に存在していて、第２の部分分離面がインパクタ内に存在しており、インパクタ内部の第２の部分分離面が、衝突面の形に形成されており、該衝突面において液体成分が、衝突下に行われる少なくとも６０゜の流れ変向を介してのみ、衝突後にガス流から分離されるようになっている。これらの構成は特に、少なくとも部分的に粗くまたは多孔質に形成されていて、しかもたとえばとりわけ欧州特許第１０６８８９０号明細書に詳しく記載されているような形式で形成されている分離面を有している。

請求項１に記載の構成ならびに請求項１を引用する請求項２以下に記載の構成では、意想外にも、たとえば欧州特許第１０６８８９０号明細書に記載のインパクタの場合には極めて分離有効であることが判っているような微孔質の薄い、特に繊維質の分離面が、サイクロンにおける使用時でも分離度の向上を生ぜしめることが判った。このことはサイクロンにおいては意想外である。なぜならば、分離作用のためには、それ自体できるだけ高い回転流速が重要となるが、このような高い回転流速には、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第４０３７９８３号明細書に記載の厚くて比較的大孔質の発泡材により提供されているような面の粗いもしくは多孔質の構成においてこのような面に沿って流れが行われることによってそれ自体不都合な影響が与えられるからである。このことが、薄い微孔質の分離面においては起こらないことを認識したことは予想され得ないことであり、したがって発明である。

本発明の有利な実施態様は図面に図示されている。以下に、これらの実施態様を図面につき詳しく説明する。

サイクロンを示す縦断面図である。 図１ａに示したサイクロンを示す平面図である。 サイクロン・インパクタ構造の第１実施例を示す縦断面図である。 サイクロン・インパクタ構造の第２実施例を示す、図２と同様の縦断面図である。 第１実施例から引き出された第３実施例の一部を示す、図２と同様の縦断面図である。

図１ａ、図１ｂ
サイクロンとして形成された、気液混合物を分離するための装置が図示されている。この装置は気液混合物のための流入通路１と、分離された液体のための出口通路２と、液体成分を少なくとも部分的に除去されたガス流のための出口通路３とを有している。流入通路１に流入した混合物流はサイクロンの内部でサイクロンの内壁面４に沿って回転流を発生させる。サイクロン内での通流は流れ矢印により示されている。分離したい液体のための分離面として形成された、サイクロンの内壁面４は、フリース層５によって覆われている。このフリース層５は約１０〜６０μｍの直径を有するプラスチック繊維から成っている。フリース層５内部の気孔率は約８０〜９８％である。フリース層５の厚さは約０．３〜１．５ｍｍである（ＥＮ ＩＳＤＯ９７３７−２による）。

図示の実施例においては、サイクロンの、混合物流によって流過される内壁面４全体がフリース層５によってライニングされているが、内壁面４の、サイクロンの内部がまだ円錐状にテーパしていない入口範囲だけをフリース層５で覆うか、あるいはまた円錐状の範囲だけをフリース層５で覆い、「真っ直ぐ」な範囲は制動されない流れのために未ライニングの状態で平滑なままにするだけでも十分であり、かつそれどころか有利になり得る。

上で説明したようにサイクロンの内壁面４をフリース層５によって完全に、あるいはまた所定の範囲にのみライニングすることによって、サイクロンの内壁面４の全体が平滑に形成された場合に比べて著しい分離度向上が達成される。

図２
図２に示した実施例は、インパクタとサイクロンとの組合せから成る気液混合物分離装置に関するものである。この場合、特にインパクタならびにサイクロンの内部の分離面は粗いか、もしくは多孔質に形成されており、すなわち分離面は特に薄い微孔質の編地（Gestrick）またはフリースで覆われて形成されていてよく、しかもたとえば欧州特許第１０６８８９０号明細書に詳細に記載されているような構成で形成されていてよい。図示の実施例においては、分離面のこのような構成についての詳しい説明は省略する。図面にも、このような構成は図示しない。しかし、前で記載したように、当該分離面は特に記載したように微孔質に形成されていることが望ましい。

この分離装置はサイクロンの形の前分離器６と、たとえばとりわけ欧州特許第１０６８８９０号明細書に記載されているような形式のインパクタの形の後分離器７とから構成されている。

両分離器６，７は共通に形成された１つのハウジング内に配置されている。このハウジング内では、個々のハウジング部分が同様に両分離器６，７のための機能部分を成している。

図１に示したサイクロン式分離器と同様に、サイクロンとして形成された前分離器６は、流入通路１ならびに一方では気体のための、他方では分離された液体成分のための出口通路２；３を有している。

前分離器６の気体出口通路３は半径方向外側へ通じた加速ノズル８を有している。この加速ノズル８を通じて、前分離器６から流出した気液混合物はインパクタ分離面９へ衝突するように案内される。流れ変向により、インパクタ分離面９では液体が分離され、この液体は流出通路１０を通って流出することができる。液体分離後に残った気体は流出通路１１を通って後分離器７から流出する。

前分離器／後分離器の組合せにおける通流方向は、流れ矢印によって示されている。

後分離器７で分離された液体のための流出通路１０は、前分離器６の液体用の出口通路２に開口している。流出通路１０が前分離器６の液体用の出口通路２に開口する範囲には、弁１２が設けられている。この弁１２は、前分離器６から流出通路１０を通って後分離器７の流出通路１１へ流れる短絡流を阻止するために働く。このような短絡流の危険は、分離器組合せが装置作動中に流入通路１と流出通路１１との間に圧力降下を有することにより与えられている。すなわち、流出通路１１からは、たとえば吸込み圧が作用する。

弁１２は、たとえば概略的に図示されているようにプレート弁として形成されていてよい。この場合、このプレート弁は、弁１２の、プレートとして形成された閉鎖体１３が重力しか受けていない場合にはこの閉鎖体１３が弁１２の開放位置を生ぜしめるように形成されていてよい。それに対して、プレートとして形成された閉鎖体１３の互いに背中合わせに位置する側において圧力差が生じ、しかも流出通路１１へ向かう圧力降下が所定の規模を超えた場合に、弁１２の閉弁された位置が達成される。分離装置の作動中に弁１２が閉鎖されると、分離された液体は弁１２の手前に滞留し得る。溜められた液体が重力により閉鎖体１３に作用するように弁１２の手前に液体溜まり室が配置されている場合、溜められた液体の重量が弁１２の、圧力に関連して調節された閉鎖圧を超過すると、弁１２は開弁される。溜められた液体によって弁１２が開弁されると、液体は弁１２を通って流出することができ、この場合、液体は、溜められた液体の重量が過度に小さくなったことにより弁１２が、運転条件に基づいてこの弁１２に加えられる負圧によって自動的に流出通路１１の方向へ再び閉弁するまで流出することができる。

液体用の出口通路２は同じく出口側に、気体短絡流を回避するための弁（図示しない）を有している。この弁は、たとえば自体公知の形式でサイホンにより形成されていてよい。さらに、液体用の出口通路２は直接に液体溜め内へ案内されてもよい。

図３
図３に示した分離装置の構成は、基本的に図２に示した構成に相当している。ただし、図２に示した実施例とは異なり、図３に示した構成では、後分離器７内に、ダイヤフラム１４を備えた圧力調整弁が組み込まれている。図３に示した分離装置が、図２に示した分離装置と一致する構成部分および構成要素を有している場合には、これらの構成部分および構成要素は図２の場合と同じ符号で示されている。

環境周囲にさらされたダイヤフラム１４は後分離器７のハウジング内に設けられている。このダイヤフラム１４は、図２に示した構成に対して変えられた流出通路１１に対応配置されている。この流出通路１１は縦断面Ｌ字形の管として形成されていて、「Ｌ」字体を形成する大小異なる２つのバーのうちの小さい方のバーに相当する部分の端部に出口１５を備えている。圧縮ばね１６によって負荷されて、出口１５は後分離器７の内室と環境との間の予め設定可能な圧力差よりも下ではダイヤフラム１４によって開放された状態に保持される。それに対して、環境に対する後分離器７の内部の負圧が、予め設定された限界値を超過すると、ダイヤフラム１４は圧縮ばね１６により加えられた開放力を克服して圧力に関連して閉じる。

ダイヤフラム１４は後分離器７のハウジングの内部に保護されて収納されており、この場合、ハウジング開口１７により、環境に対する接続部が形成される。前分離器６であるサイクロンと、後分離器７であるインパクタとの組合せは、両分離器の組込みが１つのハウジング内で実現される限りは、図示の前記実施例とは構造的に異なっていてもよい。特に前分離器６および後分離器７としての機能をサイクロンとインパクタとの間で逆転させることも可能である。その場合、インパクタが前分離器６として形成され、サイクロンが後分離器７として形成される。

図４
分離装置のこの構成では、前で説明した可能性、つまりインパクタが前分離器６として形成され、サイクロンが後分離器７として形成される構成に相応した分離器組合せが行われている。この構成は、図２に示した構成に対する択一的な構成を成している。したがって、一致する構成要素や構成部分は両実施例の場合とも同じ符号で示されている。

図４に示した構成の相違点は構造的には次の点に認められる。すなわち、図４に示した構成では、インパクタがサイクロンの入口範囲において半径方向外側でサイクロンを取り囲むように環状体１８として形成されている。分離したい気液混合物のための流入部としては、インパクタとして形成された前分離器６において流入通路１９が働く。前分離器６であるインパクタを起点として、前処理された気液混合物はハウジング開口２０を通ってサイクロン内に流入する。図面には装置の一部しか図示されていない。なぜならば、図示していない全ての範囲は図２に示した構成によるものと実質的に同じであるからである。この構成に対する平面図が存在していないことに基づき、念のため付言しておくと、インパクタの室２１，２２，２３はそれぞれ環状室である。

発明の詳細な説明および後続の特許請求の範囲に記載の全ての特徴は、単独の形でも、任意に互いに組み合わされた形でも、本発明にとって重要になり得る。

Claims (19)

1. 分離面に液体成分を分離させかつ凝集させることにより、液体成分が小さな粒子の形で存在している気液混合物を分離するための装置であって、
   −分離面が、サイクロンの内壁面（４）の少なくとも１つの所定の範囲を有しており、
   −サイクロンの、円筒体軸線を中心にして回転する気液混合物によって流過される内壁面（４）の少なくとも１つの部分範囲が、多数の小さなバッフルを有しており、
   −該バッフルが、サイクロンの内壁面（４）に被着された少なくとも１つの被着体（５）により形成されている
   形式のものにおいて、
   前記少なくとも１つの被着体（５）が、５〜５００μｍの繊維太さならびに６０〜９０％の気孔率を有する繊維編地または繊維フリースとして形成されており、繊維編地もしくは繊維フリース（５）が、２層に形成されていて、壁寄りの層と壁から遠い方の層とを備えており、壁寄りの層が、壁から遠い方の層に比べて小さな気孔率を有していることを特徴とする、気液混合物を分離するための装置。
2. 繊維編地または繊維フリースの気孔率が８０〜９６％である、請求項１記載の装置。
3. 前記被着体（５）が、０．０５〜２ｍｍの全厚さを有している、請求項１または２記載の装置。
4. 繊維編地または繊維フリース（５）の繊維がプラスチックから成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 繊維編地または繊維フリース（５）が、主として軸方向の直径一定のサイクロン入口範囲に限定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 繊維編地または繊維フリース（５）が、主としてサイクロンの円錐状の内壁範囲に限定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
7. 分離面が、第１の部分分離面と第２の部分分離面とを有しており、両部分分離面のうち、第１の部分分離面がサイクロン内に存在していて、第２の部分分離面がインパクタ内に存在しており、インパクタ内部の第２の部分分離面が、衝突面の形に形成されており、該衝突面において液体成分が、衝突下に行われる少なくとも６０゜の流れ変向を介してのみ、衝突後にガス流から分離されるようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 第１第２の両部分分離面が、前分離器（６）と後分離器（７）とに配置されている、請求項７記載の装置。
9. 前分離器（６）がサイクロンとして形成されており、後分離器（７）がインパクタとして形成されている、請求項８記載の装置。
10. インパクタが前分離器（６）として形成されており、サイクロンが後分離器（７）として形成されている、請求項８記載の装置。
11. 前分離器（６）と後分離器（７）とが、１つの共通のハウジング内に、両分離器の機能エレメントとして部分的に同じハウジング範囲を使用してまとめられている、請求項７から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. −後分離器（７）が、インパクタの形で、分離したい気液混合物を受け取りかつ後送りするための管区分を有しており、
    −気液混合物が、少なくとも部分的に半径方向の加速ノズル（８）によって、前記管区分に対して同心的に配置された、インパクタに対応配置された部分分離面である衝突壁へ後送りされるようになっており、
    −前記管区分が、前分離器（６）として働くサイクロンのガス出口通路（３）により形成されており、
    −前分離器（６）および後分離器（７）の別個の液体出口が、１つの共通の出口にまとめられており、
    −後分離器（７）の液体出口が、弁（１２）を備えており、出口側で前分離器（６）に比べて低い圧力が形成された場合に、予め設定された限界値が超過されると該弁（１２）が閉じられるようになっており、その他の圧力状況では該弁（１２）が開かれている、
    請求項９記載の装置。
13. インパクタが前分離器（６）または後分離器（７）として形成されている場合に、インパクタからの液体流出通路（１０）が、圧力差制御式もしくは圧力差作動式の弁（１２）として形成されており、圧力差として、互いに組み合わされた両分離器（６，７）の液体出口（１０，２）の間に生ぜしめられる圧力差が用いられる、請求項７から１２までのいずれか１項記載の装置。
14. 前記弁（１２）が、閉弁された状態で、インパクタから流出した液体をせき止めるようになっており、該液体の重量により、ガス圧差によってのみ生ぜしめられた閉鎖力に抗して前記弁（１２）が液体流出のために開放され得るようになっている、請求項１３記載の装置。
15. 前記弁（１２）が、フラップ弁として形成されており、該フラップ弁の、閉鎖体（１３）として働くプレートが、予め設定された圧力差値よりも下で前記弁（１２）を自動的に閉じるようになっている、請求項１４記載の装置。
16. 両分離器（６，７）を有するハウジング内に、ダイヤフラム作動式の圧力制限弁が組み込まれており、ダイヤフラム（１４）が、後分離器（７）のガス側の出口と、環境との間の圧力差にさらされている、請求項７から１５までのいずれか１項記載の装置。
17. サイクロンが前分離器（６）として形成されており、サイクロンのガス出口通路（３）が、後分離器（７）として働くインパクタ内で分離したい気液混合物を受け取りかつ後送りするための管区分として形成されている、請求項７から１６までのいずれか１項記載の装置。
18. インパクタが前分離器（６）として形成されており、インパクタが、後分離器（７）として働くサイクロンの入口範囲において半径方向外側でサイクロンの入口範囲で、該範囲でサイクロンを取り囲む環状体（１８）として形成されている、請求項７から１６までのいずれか１項記載の装置。
19. 当該装置が内燃機関のクランクケースのベンチレーションの際に使用される、請求項１から１８までのいずれか１項記載の装置。

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