JP6480594B2 - ガスを浄化するための遠心分離器 - Google Patents

Description

本発明は、液体不純物を含むガスを浄化するための遠心分離器の分野に関する。詳細には、本発明は、オイル粒子から燃焼エンジンのクランクケースガスを浄化することに関する。

異なる密度を有する流体の混合物が、遠心分離器の使用によって互いから分離され得ることは、よく知られている。このような分離器の1つの具体的な使用は、内燃エンジンの一部を形成しているクランクケースから放出されるガスからのオイルの分離にある。

分離器のこの具体的な使用に関連して、内燃エンジンの燃焼室において見出される高圧ガスが、関連するピストンリングを越えて、エンジンのクランクケースへと漏れる傾向がある。クランクケースへのガスのこの連続的な漏れは、クランクケース内の圧力の望ましくない増加と、結果としてガスをケーシングから放出する必要性と、をもたらす可能性がある。クランクケースから放出されるこのようなガスは、クランクケースに保持されるエンジンオイルの貯留部から取り出されるある量のオイルを、典型的には運び出す(滴または細かいミストとして)。

放出されたガスを、望ましくないオイルも導入することなく、入口システムへと(特に、圧縮機の効率がオイルの存在によって悪影響を受ける可能性のあるターボ過給システムへと)導入させるために、ガスが入口システムへと導入される前に、放出されたガスを浄化することが必要である(つまり、ガスによって運ばれたオイルを除去する)。この浄化する過程は遠心分離器によって行うことができ、遠心分離器は、クランクケースまたはその近くに搭載され、浄化されたガスを入口システムへと方向付け、分離されたオイルをクランクケースへと戻すように方向付ける。このような分離器の例は、例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、遠心分離器が、小型トラックなどで特に使用されるより小さいディーゼルエンジンなど、より小さい燃焼エンジンからのクランクケースガスを浄化するために使用されるときには、大きい空間を必要とする比較的大きい寸法を有しない分離器を必要とする。遠心分離器の寸法を低減する1つの方法は、分離円板の積層体の直径を縮小することである。しかしながら、分離効率を維持するために、積層体の高さまたは長さは増大される必要がある。

さらに、例えば、遠心分離器の円板の積層体における分離の後、一度分離された粒子が浄化されたガスへと再び入らないようにするという問題もあり得る。

したがって、縮小された寸法またはコンパクトな寸法を有しつつ、分離効率を維持または向上する遠心分離器のための技術的な要求がある。

米国特許第8,657,908号明細書 国際公開第2012/152925号パンフレット 国際公開第2014/023592号パンフレット

本発明の主な目的は、寸法が縮小できるがなおも良好な分離効率を維持できる遠心分離器を提供することである。

本発明のさらなる目的は、分離器の部品の数を低減する遠心分離器を提供することである。

本発明の第1の態様として、液体不純物を含むガスを浄化するための遠心分離器が提供され、その遠心分離器は、
ガスの流れが通ることを許容される空間を包囲する周囲側壁、第1の端壁、および第2の端壁を備える固定ケーシングであって、空間は上方の分離室および下方の排出室を備える、固定ケーシングと、
固定ケーシングを通じて延び、浄化されるガスの分離室への供給を許容する入口と、
分離円板の積層体を備え、回転の軸(X)の周りに回転するように配置される回転部材であって、分離円板の積層体は分離室に配置される、回転部材と、
回転部材を回転するための駆動部材と
を備え、
清浄なガスと分離された液体不純物との両方が、分離円板の積層体において分離された後に排出室に入るように、排出室は軸方向において分離円板の積層体の下に配置され、さらに、分離器は、
浄化されたガスの固定ケーシングからの排出を許容するように構成され、固定ケーシングを通る出口開口、および、出口開口から排出室内へと延びる部分を備えるガス出口と、
排出室に配置され、分離された液体不純物の固定ケーシングからの排出を許容するように構成されるドレン出口と
を備えることを特徴とする。

固定ケーシングは、回転の軸(X)から周囲側壁へと半径Rを有する円形の断面を伴う円筒形を有し得る。この半径は、少なくとも周囲側壁の円周の主要な部分に対して一定であり得る。したがって、第1の端壁は円筒形の上方の端を形成でき、第2の端壁は円筒形の下方の端を形成できる。

遠心分離器の固定ケーシングは空間を包囲し、空間は上方の分離室と下方の排出室とを備える。したがって、上方の分離室は、ガスからの液体不純物の主要な分離が起こり、そのため分離円板の積層体を備える固定ケーシング内の部分または容積である。「上方」とは、第1の端壁による軸方向の部分または容積であり、「下方」とは、第2の端壁による軸方向の部分または容積である。下方の排出室は、清浄なガスと液体不純物との両方が、分離円板の積層体内の主要な分離の後に排出室に入るように、軸方向において分離円板の下に配置され、固定ケーシング内に位置付けられる。したがって、排出室は分離室の下流である。浄化されたガスは、分離室における分離円板から排出室へと方向付けられ、液体不純物は、例えば、固定ケーシングの内面における重量による流れによって、分離円板を離れた後に同じ排出室へと方向付けられる。清浄なガスは、排出室内へと延びるガス出口の部分を介して排出室から出ていき、液体不純物は、ドレン出口を介して排出室を出ていく。

遠心分離器の入口は、入口を通じて入るガスが分離室に入るように、第1の端壁を通じて、または、第1の端壁に近い周囲側壁を通じて、したがって分離器の上部において位置付けられ得るが、ドレン出口は、第2の端壁において、したがって排出室内の分離器の底において、位置付けられ得る。

回転部材は、分離円板の各々における少なくとも1つの孔によって形成されると共に入口に連結され、浄化されるガスを入口から分離円板の積層体の隙間へと運ぶように構成される中心空間を定め得る。したがって、浄化されるガスは、分離円板の積層体を通じて方向付けられる。

積層体の分離円板は円錐台形であり得る。円錐台形の円板は、回転の軸に対して垂直である平面において延びる平面部分と、円錐台部分と、を有し得る。平面部分は円錐台部分より回転軸の近くでもよい。さらに積層体の円板は、実質的な円板全体が回転の軸に対して垂直である平面において延びる放射状の円板であってもよい。

分離円板が必ずしも積層体で配置される必要のないことも、理解されるものである。分離室は、例えば、軸方向の円板、または回転の軸の周りに延びる板を備えてもよい。軸方向の円板または板は、平面状、つまり回転の軸と平行である平面において延びてもよい。軸方向の円板または板は、放射状の平面において見られるように、弓形または螺旋形など、若干または相当に湾曲した形を有してもよい。

駆動部材は、例えば、燃焼エンジンのオイル系統からのオイル噴射を用いて回転されるタービンホイール、またはブローバックディスクを備える自由噴射ホイールを備え得る。しかしながら、駆動部材は燃焼エンジンから独立していてもよく、電気モータ、液圧モータ、または空気圧モータを備えてもよい。

ドレン出口は、固定ケーシングの孔を通じて成形されるいくつかのスポットによって形成され得る。ドレン出口は、回転の軸において、または回転の軸を中心としてなど、第2の端壁において中心に配置されてもよい。

ガス出口は、固定ケーシングの排出室内へと延びる部分と、固定ケーシングを通る出口開口と、を備える。排出室内へと延びる部分は、スリーブとして形成されてもよく、つまりスリーブ部分であってもよい。排出室内へと延びる部分は、さらに固定部分であってもよく、つまり回転部材と共に回転しないように配置されてもよい。その部分は、回転の軸(X)に対して実質的に垂直の方向に、排出室内へと延びてもよい。したがって、清浄なガスは、この部分を介して出口開口へと方向付けられる。別の言い方をすれば、排出室内へと延びる部分は出口開口の上流にある。

排出室内へと延びる部分は、排出室の「スポット空間」からの清浄なガスの排気を許容するように配置され、つまり清浄なガスを排出室の個別の空間から排出する。これは、例えば排出室内へと延びる部分の外壁における開口を用いて遂行される。したがって、このような開口は、清浄なガスを引き出したいと望む「スポット」または個別の空間において、排出室に位置付けられ得る。このような解決策は、清浄なガスを分離されたオイルで汚染する危険性を低減する点において、つまり清浄なガスを排出室から排出する前に、清浄なガスをオイルと再び混ぜてしまう危険性を低減する点において、有利である。

本発明は、分離空間へと延びる部分を用いることで、浄化されたガスと分離された不純物とが固定ケーシングの同じ室または副次的な空間から排出され得るという洞察に基づいている。特許文献１に開示されている分離器など、先行技術の分離器は、分離されたオイルおよび浄化されたガスがロータ筐体から出る前に、分離されたオイルを浄化されたガスから隔離するように機能する筐体挿入体を、固定ケーシング内に一般的に有する。このような筐体挿入体は環状の溝またはスリットを備えてもよく、その溝またはスリットは、分離器の使用中、分離器円板から放たれて重力の作用の下で固定ケーシングの内部で下向きに進む分離されたオイルの滴を回収する。筐体挿入体の溝において回収されたオイルは、次に筐体挿入体の下側によって包囲される領域へと入っていくように流れ、そこから次に排出される。本発明の分離器は、このような筐体挿入体を使用する必要がないが、ガスと、分離されたオイルと、は分離空間の同じ部分から回収され得る。別の言い方をすれば、筐体挿入体を備える先行技術の分離器では、浄化されたガスと分離された不純物とは、壁および異なる流れ方向を用いて、分離器円板における主要な分離を出た後にできるだけ素早く隔離され、一方、本発明によれば、浄化されたガスと分離された不純物とは、ガス出口およびドレン出口を介して固定ケーシングから排出されるまで、分離空間の同じ部分にあり得る。

したがって、本発明の第1の態様の実施形態では、分離された液体不純物と清浄なガスとは、分離円板の積層体における主要な分離の後で固定ケーシングから排出される前、壁または溝などの物理的な物体を用いて分離されない。

本発明の第1の態様の実施形態では、排出室は、軸方向に延びる壁など、液体不純物を清浄なガスからさらに分離するさらなる壁がまったくない。

発明者は、本発明が筐体挿入体を有する分離器より小さいガス抵抗をもたらし、それによって動力の入力を低減できることを見出した。さらに、分離円板を出た後に、分離された液体不純物と清浄なガスとを隔離するための筐体挿入体を有していないことによって、本発明は分離器の部品の数を劇的に低減し、それら両方が、材料コストと組立コストとを低減する。これはさらに、筐体挿入体を有する分離器と比較して、低減された高さを有する分離器を提供できる。

遠心分離器が、例えばオイル滴またはオイルミストの形態の大量の液体不純物をしばしば含む工作機械の環境といった、燃焼エンジン以外の供給源からのガスを浄化するのにも適していることは、留意されるものである。

本発明の第1の態様の実施形態では、回転部材は、出口開口から排出室内へと延びるガス出口の部分の軸方向において下に配置される下方のフランジをさらに備える。本開示では、「軸方向」は、回転軸Xに沿った方向を参照している。下方のフランジは、軸方向においてドレン出口の下に、または軸方向においてドレン出口の上に、配置され得る。

発明者は、排出室内へと延びるガス出口の部分の軸方向において下に位置付けられる下方のフランジが、オイル等の分離された不純物が浄化されたガスへと跳ね上がることを防止でき、タービンホイールからのオイルなど、あらゆる汚染したオイルを排出室から流れ出させることをさらに助けることができることを見出した。

さらに、回転する下方のフランジを有することで、分離されたオイルを、回転の軸を中心としてなど、回転の軸の近くに位置付けられるドレン出口に向かって押すことを補助する渦流が作り出される。

ロータの一部である下方のフランジは、回転の軸(X)の周りに回転するように配置される。したがって、下方のフランジは円板形とされ、回転の軸(X)を中心としてもよい。下方のフランジは、軸方向において、ドレン出口と、出口開口から排出室内へと延びるガス出口の部分と、の間に配置されてもよい。入口が上方の端壁に配置され、ドレン出口が底の端壁に配置される場合、下方のフランジは、軸方向において、排出室内へと延びるガス出口の部分の下であるがドレン出口の上に配置される。下方のフランジは、排出室内へと延びるガス出口の部分に対してではなく、ドレン出口に対してより近くに配置されてもよい。例として、下方のフランジは、分離された不純物を第2の端壁の内面に沿って方向付けさせることができるように、軸方向においてドレン出口のすぐ上に位置付けられてもよい。例として、下方のフランジは、ドレン出口の上で約3〜10mmなど、ドレン出口の上で約1〜15mmに位置付けられ得る。

本発明の第1の態様の実施形態では、下方のフランジは、分離円板の積層体の半径より小さい半径を有する。これは、傾斜される分離器を有することを提供する点において、つまり回転軸(X)が鉛直軸と比べて傾斜される用途において、有利であり得る。これは、傾斜した分離器において存在するより大量のオイルによって、大きいフランジの危険物がオイルレベルの下であり、それによって分離器の1分間あたりの速度または回転を低減させてしまうためである。したがって、分離円板の積層体の半径より小さい半径を有する下方のフランジは、このような欠点を回避できる。

例として、下方のフランジの半径は、円板の積層体の半径の約半分であり得る。ドレン出口が回転軸(X)の周りに配置される場合、下方のフランジの半径は、軸(X)からドレン出口への距離より大きくてもよい。この方法では、フランジはドレン出口を軸方向で「覆う」。

本発明の第1の態様の実施形態では、回転部材は、軸方向において、排出室内へと延びるガス出口の部分と、円板の積層体と、の間に配置される上方のフランジをさらに備える。

軸方向において、排出室内へと延びるガス出口の部分と、円板の積層体と、の間に配置される上方のフランジは、分離された粒子がガス出口に入る危険性を低減する。したがって、ガス出口の部分は、軸方向において下方のフランジと上方のフランジとの間を固定ケーシングから延び、例えば回転の軸に対して垂直な方向に延びる。

回転する上方のフランジを有することで、分離円板の積層体の下方の端板と実際に接触することになる噴霧質が、固定ケーシングの周囲の内壁に放たれる。さらに、分離器の動作の間に回転する上方のフランジおよび下方のフランジは、出口開口から排出室内へと延びるガス出口の部分の周りに乱流を作り出すことを補助し、それによってオイルが清浄なガスを汚染する危険性を低減できる。

上方のフランジは円板の形とされ、したがって下方のフランジと一緒に回転でき、それらフランジはロータの部品のためであるため、円板の積層体と共に回転もする。

例として、上方のフランジは、下方のフランジの半径より大きい半径を有してもよい。例として、半径は下方のフランジの半径の約2倍であってもよい。下方のフランジの半径は、円板の積層体における円板の半径と実質的に同じであり得る。

さらに、上方のフランジと下方のフランジとは単一ユニットで配置されてもよい。単一ユニットは、円板の積層体が配置される円錐台部分をさらに備えてもよい。単一ユニットは、本開示の図2および図3で見られるように、「回転する副次的な分割器」を形成できる。したがって、円錐台部分は分離円板と同様の寸法を有してもよい。上方のフランジはこのような円錐台部分のフランジとでき、一方で下方のフランジは単一ユニットの最も下方の端部品として配置され得る。円錐台部分はこのようであり得る。円板の積層体が配置される円錐台部分の表面は、スポットが形成された詰め物など、間隔部材を備えてもよい。この方法では、小さい分離空間が円板の積層体の最も低い円板と円錐台部分の表面との間に形成もされ、これは、円錐台部分が円板の積層体の最も低い円板としても機能することを意味する。例として、円錐台部分はその内面が円板の積層体を向くように配置でき、この内面は間隔部材を備えてもよい。

本発明の第1の態様の実施形態では、出口開口から排出室内へと延びるガス出口のガス出口部分は中空であり、且つ周辺壁内の開口を備え、この開口を通じて、浄化されたガスが回収されると共に固定ケーシングを通じて出口開口へと方向付けられる。

ガス出口の部分が出口開口から排出室へと方向Dにおいて延びている場合、周辺壁内の開口は、このような開口を通って中空の内部へと流れるガスがDと平行でない方向に流れるように位置付けられる開口である。別の言い方をすれば、排出室内へと延びている部分は、固定ケーシングを通る出口開口と実質的に反対の「端壁」をなおも有しており、周辺壁内の開口は、固定ケーシングから排出室内へと延びる部分の壁のうちのいずれかにおける開口である。

排出室内へと延びる部分のこのような構成は、つまり周辺壁内の開口を用いて、排出室の「スポット空間」からの清浄なガスの排気を許容する。したがって、排出室内へと延びる部分は、周囲壁内の「スリーブ」開口を伴う管状であり得る。したがって、開口は中空の内部を包囲し、出口開口から端壁へと延びる壁にあってもよい。スリーブ開口は、端壁の近くで周辺または周囲の壁に位置付けられ得る。

周辺壁内の開口は、清浄なガスが、開口を介して排出室内へと延びる部分の中空の内部に入ることができるように配置される。

例として、ガス出口の部分は、周辺壁内の開口が、固定ケーシングの全半径の半分未満である回転軸(X)からの半径上に位置付けられるように、固定ケーシングへと延び得る。したがって、その部分は、清浄なガスが分離空間の中心の近くで回収されるような程度まで延び得る。これは、固定ケーシングの周囲の内壁が動作中に分離されたオイルで通常覆われているため、この内壁の近くでガスを引き出すことを回避する点において有利である。

したがって、ガス出口の排出室内へと延びる部分は、固定ケーシングの半径と同様の長さを有し得る。実施形態では、排出室内へと延びる部分は、固定ケーシングの半径より長い長さを有する。これは、できるだけ中心の近くで開口を介して清浄なガスを回収することを補助することができる。

周辺壁内の開口は、排出室内へと延びる部分の内側の断面領域の面積とおおよそ同じである面積を有し得る。これは、起こり得る圧力損失を回避するためである。

例として、その部分の周辺壁内の開口は回転軸(X)を向いてもよい。

さらなる例では、その部分の周辺壁内の開口は回転軸から離れる方を向く。

これは、回転軸を向く部分において、排出室内へと延びる部分の表面上に滞留しているオイルが、分離器の動作中に、周辺壁内の開口に入ることを防止できる点において、有利である。

周辺壁内の開口は、回転軸(X)に対しておおよそ垂直である方向において回転軸から離れる方に方向付けられてもよく、つまり固定ケーシングを向くように方向付けられてもよい。

他の例では、周辺壁内の開口は、回転軸に対しておおよそ45度など、回転軸に対して15度から60度の間の方向において、回転軸から離れる方に方向付けられる。

周辺壁内の開口は、回転軸に対しておおよそ45度など、回転軸に対して15度から60度の間の方向において、上向きに方向付けられてもよい。「上向き」は、円板の積層体および固定ケーシングの第1の端壁を向く方向、つまり、固定ケーシングの第2の端壁から離れる方向であることを意味する。回転軸に対しておおよそ45度など、回転軸に対して15度から60度の間である方向において、上向きに方向付けられる開口を有することは、排出室内へと延びる部分の表面上に滞留しているあらゆるオイルを、周辺壁内の開口に入らせてしまう危険性を低減し得るという点において、有利であり得る。

本発明の第1の態様の実施形態では、排出室内へと延びるガス出口の部分は管状部と狭窄部とを備え、管状部は固定ケーシングを通じて出口開口に配置され、狭窄部は周辺壁内の開口を備え、狭窄部は、管状部と比較して、出口開口から固定ケーシングを通じてさらに遠くに配置される。

管状部および狭窄部は長さにおいて大体等しくてもよい。したがって、狭窄部は管状部より小さい直径を有し、その最も狭い部分を、管状部から最も遠くに離れて有してもよい。

狭窄部を有する部分を分離空間への最遠位に有することは、これが分離空間を通るガスのより良好な空気流れを容易にできるため、有利であり得る。例として、排出室から排出されるガスの圧力損失を回避できる。さらに、狭窄部は排出室内におけるオイルの跳ね上げに曝される領域を縮小する。

例として、狭窄部は、回転軸(X)および回転軸(X)からの半径によって形成される平面内を延びる端壁を備えてもよい。

したがって、端壁は出口開口から最も遠くに離れており、分離空間内の円の方向に流れるガスを邪魔するように配向され得る。これは、分離されたオイルの滴が、清浄なガスと共に、排出室内へと延びる部分内の開口に入ることをさらに防止する点において、有利であり得る。端壁は、小さい圧力低下を作り出すことをさらに補助することができ、これは、排出室内へと延びる部分内の開口からオイルを集めて方向転換させることを助けることができる。

本発明の第1の態様の実施形態では、排出室内へと延びる部分は、周辺壁を貫くドレン孔を備える。ドレン孔は、より大きい開口から下流にスリーブ部の周辺壁を貫いて延び、この開口を通じて、清浄なガスが排出室から回収され得る。この方法では、排出室内へと延びる部分を通じて排出されたガスを汚染したオイルが、排出され得る。このようなドレン孔は、清浄なガスが回収されるために通る周辺壁の開口の面積より小さい面積を有してもよい。面積は、清浄なガスが回収されるために通る周辺壁の開口の面積より、少なくとも10倍小さいなど、少なくとも5倍小さくてもよい。

本発明の第2の態様として、液体不純物を含むガスを浄化するための方法が提供され、その方法は、
- 本発明の第1の態様による遠心分離器を提供するステップと、
- 液体不純物を含むガスを遠心分離器の入口へと導入するステップと、
- ガス出口を通じて清浄なガスを排出し、ガスから分離された液体不純物を、ドレン出口を通じて排出するステップと、
を含む。

本発明の第2の態様に関連して使用される用語および定義は、上記の本発明の第1の態様に関連して詳述したようになっている。

したがって、清浄なガスは、遠心分離器の回転軸の近くで排出され得る。遠心分離器を提供するステップは、遠心分離器の回転部材を回転することも含む。

第2の態様の実施形態では、液体不純物を含むガスは燃焼エンジンのクランクケースガスであり、液体不純物はオイルを含む。

本開示の遠心分離器の断面の概略図である。 本開示の実施形態による回転する副次的な分割器の側面図である。 本開示の実施形態による副次的な分割器の斜視図である。 本開示の実施形態による排出室内へと延びる部分の斜視図である。 本開示の実施形態による回転する副次的な分割器に配置されている排出室内へと延びる部分の斜視図である。 本開示の実施形態による回転する副次的な分割器に配置されている排出室内へと延びる部分の斜視図である。 遠心分離器で使用され得る異なる種類の分離円板を示す図である。 遠心分離器で使用され得る異なる種類の分離円板を示す図である。 遠心分離器で使用され得る異なる種類の分離円板を示す図である。 遠心分離器で使用され得る異なる種類の分離円板を示す図である。

本開示による遠心分離器は、添付の図面を参照しつつ、実施形態の以下の記載によって、さらに解説される。

図1は、本開示の実施形態による遠心分離器の概略的な断面図を示している。遠心分離器は、特にはディーゼルエンジンである燃焼エンジン(不開示)に、燃焼エンジンの上部または燃焼エンジンの側方においてなど、適切な位置に搭載されるように構成された固定ケーシング1を備えている。固定ケーシング1は、ガスの流れが通ることを許容される分離空間2を包囲している。固定ケーシング1は、周囲側壁3と、第1の端壁4(開示されている実施形態では、上方の端壁)と、第2の端壁5(開示されている実施形態では、下方の端壁)と、を備えているか、またはそれらによって形成されている。周囲側壁3は、回転の軸(X)から周囲側壁3まで半径Rを伴う円形の断面を有しており、半径Rは、少なくとも周囲側壁3の円周の主要な部分に対して事実上一定である。具体的には、側壁3は丸い円筒形である。遠心分離器は、回転の軸(X)の周りに回転するように配置される回転部材6を備えている。固定ケーシング1は回転部材6に対して固定されており、好ましくは、固定ケーシング1が搭載され得る燃焼エンジンに対して固定されていることは、留意されるべきである。

回転部材6は、スピンドル7と、スピンドル7に取り付けられた分離円板8の積層体と、を備えている。分離円板8の積層体のすべての分離円板8は、第1の端板9(開示されている実施形態では、上方の端板)と第2の端板10(開示されている実施形態では、下方の端板)との間に設けられている。各々の分離円板8は、プラスチックまたは金属から作られ得る。分離円板8の数は、図1に指示しているよりも一般的に多く、遠心分離器の寸法に依存して、例えば50〜100枚の分離円板8であり得る。

スピンドル7と、したがって回転部材6と、は第1の上方のベアリング(図示略)と第2のベアリング(図示略)とを用いて、固定ケーシング1内に回転可能に支持されている。

分離円板8は円錐状であり、スピンドル7から上方へと外向きに広がっている。分離円板8が下方へと外向きに広がってもよく、または径方向にさえ広がってもよいことは、留意されるべきである。分離円板8は、隣接する分離円板8同士の間に隙間13を形成するために、つまり隣接する分離円板8の各々の対の間に隙間13を形成するために、間隔部材(不開示)を用いて互いからある距離に設けられている。各々の隙間13の軸方向の厚さは、例えば1〜2mmの程度であり得る。

回転部材6は中心空間14を定めている。中心空間14は、分離円板8の各々における孔によって形成され得る。開示した実施形態では、中心空間14は第1の端板9を通り、分離円板8の各々を通って延びる複数の孔によって形成されている。

遠心分離器は、浄化されるガスの供給のための入口15を備えている。入口15は、固定ケーシング1を通って、より正確には第1の端壁4を通って、固定ケーシングの分離室11内へと延びている。入口15は、図1において矢印「A」によって指示されているように、浄化されるガスが入口15から中心空間14を介して分離円板8の積層体の隙間13へと運ばれるように、中心空間14と連通している。

入口15は、クランクケースから入口15へのクランクケースガスの供給、そしてさらに、先に説明したように、中心空間14および隙間13へのクランクケースガスの供給を許容する入口導管16を介して、燃焼エンジンのクランクケース、または任意の他の供給源と連通するように構成されている。開示されている入口導管16は、遠心分離器によって含まれてもよい。

遠心分離器は、回転部材6を回転するための概略的に開示されている駆動部材17を備えている。駆動部材17はスピンドル7に連結されている。駆動部材17は、特許文献２を見ると、燃焼エンジンのオイル系統からのオイル噴射を用いて回転されるタービンホイールを備え得るか、または特許文献３を見ると、自由噴射が燃焼エンジンのオイル系統によって提供される、ブローバックディスクを備える自由噴射ホイールを備え得る。代替で、駆動部材17は燃焼エンジンから独立していてもよく、電気モータ、液圧モータ、または空気圧モータを備えてもよい。

分離円板8は、固定ケーシングによって包囲された空間の上方の分離室11に位置付けられており、その室において主要な分離が生じる。ガスの液体不純物が隙間13におけるガスから分離されることになり、浄化されたガスは隙間13の外に運ばれ、さらに固定ケーシングによって包囲された空間の下方の排出室12へと運ばれる。小さいオイル滴18として概略的に描かれた分離された液体不純物は、周囲壁の内面上を、下方の排出室12へと下に流れる傾向がある。

浄化されたガスおよび分離された不純物は共に、同じ空間、つまり下方の排出室12から排出される。遠心分離器は、ガスから分離された液体不純物の排出を許容するように構成されたドレン出口19を備えている。ドレン出口19は端壁5に配置されており、回転軸(X)を取り囲んでいる。したがって、ドレン出口は、下方のフランジ26の下で、スロットまたはスリットの形態であり得る。

ドレン出口19を介して排出された液体不純物は、図1において矢印「C」によって概略的に示されているように、液体出口29によって分離器から外へとさらに導かれ得る。

遠心分離器は、図1において矢印「B」によって概略的に示されているように、浄化されたガスの排出を許容するように構成されたガス出口20も備えている。

ガス出口20は固定ケーシング1に、開示した実施形態では固定ケーシング1の側壁3内に、出口開口21を備えている。ガス出口20は、開口23を有する、排出室内へと延びる部分22をさらに備え、浄化されたガスは、排出室内へと延びる部分を介して、ガス出口の出口導管24へと排出され得る。出口導管24は、例えば燃焼エンジンの入口側へと、浄化されたガスを有利に再循環させることができる。

図1で見られるように、排出室内へと延びる部分22は、周辺壁内の開口23が回転軸Xの近くに位置付けられるような範囲へと、排出室12内に延びており、その範囲は、周辺壁内の開口が、回転軸から固定ケーシング1までの半径の半分未満である回転軸(X)からの距離に配置されるような程度まで延びている。

したがって、図1は、清浄なガスと液体不純物との両方が、固定ケーシングによって包囲された空間の同じ排出室12から排出されることを示している。別の言い方をすれば、清浄なガスおよび液体不純物は、分離円板8同士の間の隙間13内での主要な分離の後、分離空間2に配置された任意の壁によってさらに分離される必要はない。回転部材6は、分離空間2の排出室に配置された単一ユニット25、すなわち「回転する副次的な分割器」をさらに備えている。単一ユニット25は下方のフランジ26を備え、このフランジは軸方向においてドレン出口19の上に配置されて、周辺壁内の開口23に進入する清浄なガスへと液体不純物が跳ね上がるのを防止している。例として、下方のフランジ26は、ドレン出口19の上で約1〜10mmなど、ドレン出口19の上で約3〜10mmなど、ドレン出口19の上で数ミリメートルに配置され得る。単一ユニットは、下方の端板10が配置されている上方の円錐台部28をさらに有している。円錐台部28には、ガス出口20の排出室内へと延びる部分22が、軸方向において下方のフランジ26と上方のフランジ27との間の分離空間2の排出室12内へと延びるように、上方のフランジ27が配置されている。上方のフランジ27と下方のフランジ26との両方が円形であるが、下方のフランジ26の半径は上方のフランジ27の半径の約半分である。上方のフランジ27は、分離円板8の半径とほとんど同じである半径を有し、分離された液体不純物が、排出室内へと延びる部分22を介して排出される清浄なガスを汚染することをさらに防止する。

図2および図3は、回転部材6と共に回転軸(X)の周りを回転するように配置される単一ユニット25を示している。単一ユニット25は、単一ユニットの全体の軸方向の高さH1の半分より大きい軸方向の高さを有している円錐台部分28を備えている。円錐台部分28は、最も幅広の部分が分離円板(図2では図示略)に向かって上方を向く状態で配置されており、したがって、図に示した実施形態では回転軸(X)から上方へと外向きである、分離円板と同じ方向で広がっている。単一ユニット25は、円錐台部分によって形成されていない、単一ユニット25の端面に配置された下方のフランジ26と、円錐台部分28に配置された上方のフランジ27と、をさらに備えている。両方のフランジ26および27は円形であり、回転軸(X)に対して垂直な方向に延びている。図2においてR1で示された下方のフランジ26の半径は、図2においてR2で示された上方のフランジ27の半径より小さい。例として、R1はR2の約半分の長さであり得る。半径R2は、分離円板の半径とおおよそ同じであり得る。円錐台部分28は、分離円板の積層体が配置される内面30を有している。したがって、図1における円板の積層体の下方の端板10は、内面30に配置されている。この内面30は、下方の端板10と円錐台部分の内面30との間にも隙間を作り出すために、この場合にはスポット形成された間隔部材の形態で、間隔部材31を有している。この方法では、この隙間もガスからの液体不純物の分離を補助する。

図4は、ガス出口の排出室内へと延びる部分22を示している。排出室内へと延びる部分は中空の内部36を有しており、管状部32と狭窄部33とを備えている。狭窄部は、分離空間2へと最も遠くに延びる、排出室内へと延びる部分22の端部に配置されている。排出室内へと延びる部分の外部から中空の内部36へとガスを流すために、狭窄部の周辺壁内の開口23がある。この周辺壁内の開口23は、回転軸(X)から離れる方を向くように配向されている。遠心分離器に配置されるとき、周辺壁内の開口23は回転軸(X)から離れる方で上を向き、つまり、例えば図3で見られるように、おおよそ45度など、30〜60度である回転軸(X)との角度を形成する方向Dにおいて、下方の端壁5から離れる方を向く。狭窄部33は、回転軸(X)および回転軸(X)からの半径によって形成される平面内に配向される端壁34を有している。したがって、この端壁34は、排出室内へと延びる部分22の管状部32の領域より小さい領域を有する。外壁は若干の湾曲37を有し、これは、外壁が端壁34と交差するときに若干内向きに湾曲されていること、つまり外壁が凹状であることを意味する。これは、分離器の動作中に小さい圧力低下をさらに作り出すことができ、これはさらに、周辺壁内の開口23に入る清浄なガスを汚染するオイルの危険性を低減できる。排出室内へと延びる部分22はドレン孔38をさらに有し、これにより周辺壁内の開口23に入ったオイルが中空の内部36から排出室の外へと流し出され得る。したがって、ドレン孔は、周辺壁内の開口から下流に位置付けられている。排出室内へと延びる部分22は、遠心分離器の固定ケーシング1などへと、遠心分離器において固定的に留め付けられ得るように、留め付け手段35をさらに備えている。

図5および図6は、遠心分離器に配置されるときの単一ユニット25と、ガス出口の排出室内へと延びる部分22と、の間の関係をさらに示している。排出室内へと延びる部分の軸方向の高さH2は、下方のフランジ26と上方のフランジ27との間の軸方向の距離より小さい。例として、軸方向の高さH2は、下方のフランジ26と上方のフランジ27との間の軸方向の距離の約80%から95%の間など、下方のフランジ26と上方のフランジ27との間の軸方向の距離の50%から95%の間であり得る。これは、排出室内へと延びる部分の軸方向の高さが、分離された液体不純物と清浄なガスとが排出される排出室の部分12の軸方向の長さのほとんどを網羅することを意味する。さらに、図5は、周辺壁内の開口23が単一ユニット25から軸方向において上向きに離れる方を向くことと、排出室内へと延びる部分22が、その狭窄部33において、ガスが固定ケーシングの中心の近くで回収され得るように固定ケーシング1へと延びることとを示している。図6は、排出室内へと延びる部分22が、下方のフランジ26と上方のフランジ27との間で延びることと、上方のフランジ27が周辺壁内の開口23への径方向の距離におおよそ等しくなるような距離へと径方向におおよそ延びること、つまり上方のフランジ27が周辺壁内の開口23を若干「覆う」ことになり、したがって屋根のように機能し、それによって液体不純物が、排出室内へと延びる部分22の内部36へと、周辺壁内の開口23に入るのを防止することを助けることと、を示している。

図7a〜図7dは、本開示の遠心分離器で使用され得る分離円板のいくつかの例を示している。明確にする理由のために、いくつかの円板だけが図示されており、実際には円板同士の間の距離がはるかにより小さくなるように、より多くの数の円板が存在することが、理解されるものである。

図7aは、平面部分8a"と円錐台部分8a'とを有する円錐台形の円板8aの例を示している。平面部分8a"は、回転の軸(X)に対して直交した平面内を延びており、円錐台部分8a'は、この実施形態では上向きに延びている。平面部分8a"は円錐台部分8a'より回転軸の近くにある。

図7bは、平面部分8b"と円錐台部分8b'とを有する円錐台形の円板8bの例を示している。平面部分8b"は、回転の軸(X)に対して直交した平面内を延びており、円錐台部分8b'は、この実施形態では下向きに延びている。平面部分8b"は円錐台部分8b'より回転軸の近くにある。

図7cは、すべての円板8cが平面状である、つまり、すべての円板8cが回転の軸(X)に対して直交した平面内を延びている円板の積層体の例を示している。

図7dは、軸方向の円板または板8dの例を示している。これらの板は、若干湾曲されており、つまり、径方向の平面で見たとき、湾曲された形を有している。別の言い方をすると、これらの板は、回転の軸(X)に対して直交した平面内で見たとき湾曲されている。

本発明は、開示された実施形態に限定されず、後に記載されている請求項の範囲内で変更および修正されてもよい。本発明は、図で開示した回転の軸(X)の配向に限定されない。「遠心分離器」という用語は、実質的に水平に配向された回転の軸を伴う遠心分離器も備える。

1 固定ケーシング
2 分離空間
3 周囲側壁
4 第1の端壁、上方の端壁
5 第2の端壁、下方の端壁
6 回転部材
7 スピンドル
8、8a、8b、8c 分離円板
8d 円板、板
8a'、8b' 円錐台部分
8a"、8b" 平面部分
9 第1の端板、上方の端板
10 第2の端板、下方の端板
11 上方の分離室
12 下方の排出室
13 隙間
14 中心空間
15 入口
16 入口導管
17 駆動部材
18 オイル滴、液体不純物
19 ドレン出口
20 ガス出口
21 出口開口
22 排出室内へと延びる部分
23 周辺壁内の開口
24 出口導管
25 単一ユニット
26 下方のフランジ
27 上方のフランジ
28 円錐台部、円錐台部分
29 液体出口
30 内面
31 間隔部材
32 管状部
33 狭窄部
34 端壁
35 留め付け手段
36 中空の内部
38 ドレン孔
D 方向
H1 高さ
H2 高さ
R 半径
R1 半径
R2 半径
x 回転軸

Claims (14)

1. 液体不純物を含むガスを浄化するための遠心分離器であって、
   空間を包囲した周囲側壁、第１の端壁、および第２の端壁を備え、前記空間を通じてガスの流れが通ることを許容された固定ケーシングであって、前記空間は上方の分離室および下方の排出室を備えた、固定ケーシングと、
   前記固定ケーシングを通じて延び、且つ浄化される前記ガスの前記分離室への供給を許容した入口と、
   分離円板の積層体を備え、回転の軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された回転部材であって、前記分離円板の積層体は前記分離室内に配置された、回転部材と、
   前記回転部材を回転するための駆動部材と、
   を備え、
   前記排出室は軸方向において前記分離円板の積層体の下に配置され、これにより清浄なガスと分離された液体不純物との両方が、前記分離円板の積層体内において分離された後に前記排出室に進入し、さらに前記分離器は、
   浄化されたガスの前記固定ケーシングからの排出を許容するように構成され、前記固定ケーシングを通じた出口開口、および前記出口開口から前記排出室内へと延びる部分を備えたガス出口と、
   前記排出室に配置され、分離された液体不純物の前記固定ケーシングからの排出を許容するように構成されるドレン出口と、
   を備え、
   前記回転部材は、前記出口開口から前記排出室内へと延びる前記ガス出口の前記部分の軸方向において下に配置された下方のフランジをさらに備えていることを特徴とする遠心分離器。
2. 前記下方のフランジは、軸方向において、前記ドレン出口と、前記出口開口から前記排出室内へと延びる前記ガス出口の前記部分と、の間に配置されている、請求項１に記載の遠心分離器。
3. 前記回転部材は、軸方向において、前記排出室内へと延びる前記ガス出口の前記部分と、前記円板の積層体と、の間に配置された上方のフランジをさらに備えている、請求項１または２に記載の遠心分離器。
4. 前記上方のフランジと前記下方のフランジとは単一ユニット内に配置されている、請求項３に記載の遠心分離器。
5. 前記単一ユニットは、前記円板の積層体が配置された円錐台部分をさらに備える、請求項４に記載の遠心分離器。
6. 前記出口開口から前記排出室内へと延びる前記ガス出口の前記部分は中空であり、且つ周辺壁内の開口を備えており、該周辺壁内の開口を通じて、前記浄化されたガスが回収されると共に前記固定ケーシングを通じて前記出口開口へと方向付けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載の遠心分離器。
7. 前記ガス出口の前記部分は前記固定ケーシングへと延びており、これにより前記周辺壁内の前記開口は、前記回転軸（Ｘ）から前記固定ケーシングまでの半径の半分未満である距離において、回転軸（Ｘ）からの半径上に位置付けられている、請求項６に記載の遠心分離器。
8. 前記周辺壁内の前記開口は前記回転軸（Ｘ）に向けられている、請求項６または７に記載の遠心分離器。
9. 前記周辺壁内の前記開口は前記回転軸（Ｘ）から離れる方を向いている、請求項６または７に記載の遠心分離器。
10. 前記周辺壁内の前記開口は、前記回転軸に対しておおよそ４５度である方向に方向付けられている、請求項９に記載の遠心分離器。
11. 前記出口開口から前記排出室内へと延びる前記ガス出口の前記部分は管状部と狭窄部とを備え、前記管状部は、前記固定ケーシングを通じて前記出口開口に配置され、前記狭窄部は、前記周辺壁内の前記開口を備え、前記狭窄部は、前記管状部と比較して、前記出口開口から前記固定ケーシングを通じてさらに遠くに配置されている、請求項６から１０のいずれか一項に記載の遠心分離器。
12. 前記狭窄部は、前記回転軸（Ｘ）および前記回転軸（Ｘ）からの半径によって形成された平面内に延びた端壁を備えている、請求項１１に記載の遠心分離器。
13. 液体不純物を含んだガスを浄化するための方法であって、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の遠心分離器を提供するステップと、
    液体不純物を含んだガスを前記遠心分離器の前記入口へと導入するステップと、
    前記ガス出口を通じて清浄なガスを排出し、前記ガスから分離された液体不純物を、前記ドレン出口を通じて排出するステップと、
    を含んでいる方法。
14. 前記液体不純物を含んだガスは燃焼エンジンのクランクケースガスであり、前記液体不純物はオイルを含んでいる、請求項１３に記載の方法。

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