JP7191012B2 - 遠心分離装置の高速浄化 - 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装置の分野に関するものである。特に、本発明は、油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ものである。

異なる密度を有する流体の混合物が、遠心分離装置の使用を通じて互いに分離され得ることはよく知られている。そのような分離装置の具体的な一用途は、内燃エンジンの一部を形成するクランクケースから排出されるガスから油を分離することにある。

分離装置のこの具体的な用途に関して、内燃エンジンの燃焼チャンバ内にある高圧ガスが関連付けられているピストンリングを通り越して、エンジンのクランクケース内に漏れ入る傾向があり得る。クランクケース内へのガスのこの連続的な漏れは、クランクケース内に望ましくない圧力増大を引き起こし、その結果、ケーシングからガスを排出する必要が生じ得る。クランクケースから排出されるそのようなガスは、典型的には、クランクケース内に保持されているオイルタンクからピックアップされる、大量のエンジンオイルを(液滴または微細なミストとして)運ぶ。

不要な油を導入することもなく排出ガスがインレットシステム(特にコンプレッサの効率が油の存在の悪影響を受ける可能性があるターボ過給システム)内に導入されることを可能にするために、ガスがインレットシステム内に導入される前に排出ガスを浄化する(すなわち、ガスによって運ばれる油を取り除く)必要がある。この浄化プロセスは、遠心分離装置によって行われるものとしてよく、これはクランクケース上にまたはそれに隣接して取り付けられ、浄化されたガスをインレットシステムに送り込み、分離された油をクランクケースに戻す。このような分離装置の一例は、特許文献１に開示されている。

そのような分離装置は、通常、たとえば積層でまたは軸方向に延在する表面プレートとして配置構成されている多数の分離ディスクを備え、ガスから油を分離する作業は、そのようなディスクの間で行われる。しかしながら、分離装置の稼働中に、そのようなディスクの間に目詰まりが生じることがあり、これはその後、分離装置の分離性能を低下させる。

したがって、この技術分野では、目詰まりが生じるのを防ぐ配置構成、およびすでに詰まってしまっている分離ディスクの浄化が必要である。

米国特許第8,657,908号明細書 国際公開第2004/001201号パンフレット

本発明の主目的は、分離ディスクの間の目詰まりを防ぎ、目詰まりの量を減らし得るガス浄化用の遠心分離装置を提供することである。

本発明の第1の態様として、汚染物質を含むガスを浄化するための遠心分離装置が提供され、この装置は、
ガス流が通ることが可能とされた分離空間を取り囲んだ固定ケーシングと、
固定ケーシングを貫通して延び、浄化されるべきガスの供給を可能にするガスインレットと、
分離空間内に配置構成され、回転軸(X)の周りに回転するように配置構成されている複数の分離部材を備える回転部材と、
浄化されたガスの放出を可能にするように構成され、固定ケーシングの壁を通るアウトレット開口部を備えるガスアウトレットと、
浄化されるべきガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成されている排出液アウトレット(drainage outlet)と、
回転部材を回転させるための駆動部材と、を備え、
遠心分離装置は制御ユニットをさらに備え、
制御ユニットは、分離フェーズの間は第1の速度で、浄化フェーズの間は、第1の速度より速い第2の速度で、回転部材を回転させて、分離部材上のまたは分離部材間の目詰まりを取り除くように、駆動配置構成を制御するように構成されており、浄化フェーズは分離フェーズより時間的に短い。

ガス中の汚染物質は、油およびすすなどの、液体不純物を含み得る。

その結果、遠心分離装置は、油などの、液体不純物をガスから分離するためのものであり得る。ガスは、内燃エンジンのクランクケースガスであってよい。

しかしながら、遠心分離装置はまた、他の発生源、たとえば油滴またはオイルミストの形態の大量の液体不純物を頻繁に含む工作機械の環境からガスを浄化するのに適している場合がある。

遠心分離装置の固定ケーシングは、周囲側壁と、第1および第2の端壁と、を備えるものとしてよく、これらは分離空間を取り囲んでいる。固定ケーシングは、回転軸(X)から周囲側壁までの半径Rを有する円形断面を備える円筒形状を有するものとしてよい。この半径Rは、少なくとも周囲側壁の周の大部分に関して一定であってよい。固定ケーシングは、少し円錐形になっていてもよい。したがって、第1および第2の端壁は、円筒形ケーシングの上端壁と下端壁とを形成するものとしてよい。

遠心分離装置のガスインレットは、第1の端壁を通して、または第1の端壁に近い周囲側壁を通して、したがって、分離装置の上に配置されており、それによりガスインレットを通って入って来るガスは、分離空間に導かれるものとしてよい。排出液アウトレットは第2の端壁、たとえば分離装置の底部に配置されるものとしてよい。したがって、排出液アウトレットは、インレットが配置構成される際に通る、または配置構成される位置における端壁に対向する端壁の中心に配置構成され得る。遠心分離装置の排出液アウトレットは、固定ケーシングの多数のスポット形状のスルーホールによって、または単一の排出液通路によってさらに形成されるものとしてよい。排出液アウトレットは、回転軸に配置構成されるか、または回転軸上にセンタリングされてよい。排出液アウトレットはまた、固定ケーシングの内側端壁のところの環状回収溝内にあってもよい。ガスアウトレットは、固定ケーシングの周囲側壁内に配置構成され得るか、またはたとえばガスインレットが配置構成される際に通るか、もしくは配置構成される位置における端壁に対向する端壁などの、端壁内に配置構成されてもよい。

回転部材は、駆動部材を用いて動作中に回転するように配置構成される。回転部材は、分離空間内に配置構成されている複数の分離部材を含む。回転部材の分離部材は、ガスからの汚染物質の分離を促進する表面拡大挿入物(surface-enlarging insert)の一例である。分離部材は、分離ディスクの積層体であってよい。積層体の分離ディスクは、円錐台形であってよい。円錐台形ディスクは、回転軸に垂直な平面内に延在する平面部分と、上方または下方に延在し得る円錐台形部分と、を有するものとしてよい。平面部分は、円錐台形部分よりも回転軸に近い位置にあるものとしてよい。さらに、積層体のディスクは、実質的にディスク全体が回転軸に垂直な平面内に延在する放射状ディスクであってよい。

分離ディスクなどの分離部材は、必ずしも積層体に配置構成されなくてもよいことも理解されるであろう。分離空間は、たとえば軸方向ディスク、または回転軸の周りに延在するプレートを備え得る。軸方向ディスクまたはプレートは平面状である、すなわち回転軸に平行な平面内に延在しているものとしてよい。軸方向ディスクまたはプレートはまた、径方向平面内で見たときに、アーチ形または螺旋形状などの、わずかにまたは著しく湾曲した形状を有するものとしてよい。

動作中、浄化されるべきガスは、分離ディスクの積層体を通して中心になど、複数の分離部材を通して中心に導かれ得る。そのような設定において、回転部材は、分離部材の各々の少なくとも1つのスルーホールによって形成される中心空間をさらに画成し得る。この中心空間は、ガスインレットに接続され、浄化されるべきガスをガスインレットから、分離ディスクの積層体のディスクの間の間隙の間など、分離部材の間の間隙に運ぶように構成される。分離部材として使用され得る分離ディスクは、回転軸に垂直な中心の本質的に平坦な部分を備えるものとしてよい。この部分は、中心空間を形成するスルーホールを備え得る。

したがって、遠心分離装置は、クランクケースガスをガスインレットから回転部材の中心部分の中に導くように構成されてよい。この方式で、クランクケースガスは、回転部材の回転によって回転部材の中心部分から分離ディスクの積層体における分離ディスクの間の隙間内に「ポンプ」で送り込まれ得る。したがって、遠心分離装置は、ガスが径方向内側部分から径方向外側部分へディスク積層体内で流れる並流原理に従って作動するものとしてよく、それは、ガスがローターの周のところで遠心ローターに導かれてローターの中心部分の方へ誘導される向流原理によって動作する分離装置とは反対のものである。

駆動部材は、たとえば、燃焼エンジンの潤滑油システムまたは背圧ディスクを備える自由噴流ホイールからの油噴流を用いて回転されるタービンホイールを備え得る。しかしながら、駆動部材は、燃焼エンジンとは無関係であってもよく、電気モーター、油圧モーター、または空気圧モーターを備えるものとしてよい。

遠心分離装置は、駆動配置構成を介して回転部材の回転速度を制御するように構成されている制御ユニットをさらに備え、たとえばそれにより、制限された数の速度が得られるか、または回転速度の連続的変更が実行され得る。制御ユニットは、プロセッサと、駆動配置構成と通信するための、および分離装置上に配置構成されているセンサー、および/またはたとえば遠心分離装置が接続されるか、もしくは取り付けられているエンジンなど、分離装置の他の部分から情報を受信するための入力/出力インターフェースと、を備えるものとしてよい。

制御ユニットは、分離フェーズと浄化フェーズとを切り替えるように構成されているコンピュータプログラム製品をさらに備え得る。コンピュータプログラムは、たとえばエンジンもしくはセンサーから受信された情報を分析し、そのような分析に基づく操作要求を駆動配置構成に送信するものとしてよい。

制御ユニットは、少なくとも、分離フェーズでは第1の速度に、浄化フェーズでは第2の、より高速な速度に、回転を切り替えるように駆動配置構成を制御することができる。分離フェーズにおける第1の速度は遠心分離装置の通常動作速度であってよく、そのときにガスからの汚染物質の連続的分離が行われる。

制御ユニットはまた、その速度を高める、すなわち分離フェーズから浄化フェーズに切り替えるように配置構成を制御するように構成される。浄化フェーズは分離フェーズに比べて時間的に短い。浄化フェーズでは、分離部材の間に詰まった目詰まりが取り除かれ得る。浄化フェーズへの切り替えは、段階的に高めて浄化フェーズの速度までスピードアップするように実行され得るか、または一気に高めて浄化フェーズの速度までスピードアップするように実行され得る。

制御ユニットは、浄化フェーズから分離フェーズに切り替えて戻すときにその速度を下げるように駆動配置構成を制御するようにも構成される。しかしながら、分離フェーズが、異なる回転速度(該回転速度はすべて、浄化フェーズにおける回転速度より遅い)で動作させることを含むものとしてもよい。

その結果、本発明による遠心分離装置は、分離フェーズと浄化フェーズとを含むサイクルで動作している。

目詰まりは、分離部材の間のガスの流れを遮るかまたは妨げる、分離部材の間に詰まった汚染物質を指す。目詰まりは、ガス中の汚染物質に由来し得る。目詰まりは、粘着性物質によって形成されることがあり、油と粒子とを含み得る。

本発明の第1の態様は、ガス分離装置の分離部材の間に生じ得る目詰まりが、回転速度の一時的増加を使用して取り除くことができるという洞察に基づく。また、速度を高めることによって、目詰まりに作用する遠心力が増大し、次いで目詰まりが緩み、分離部材同士の間から押し出され得る。したがって、遠心力のそのような一時的増大は、分離部材を浄化してたとえば分離部材同士の間に詰まっているオイルミストおよび粒子を取り除くものとしてよい。さらに、速度を上げることで、目詰まりの形成も防ぎ得る。

本発明の第1の態様の実施形態において、制御ユニットは、所定の期間の後に分離フェーズを浄化フェーズに切り替えるように構成される。

したがって、制御ユニットは、所定の時間の間、第1の速度で回転部材を回転させるように、駆動配置構成を制御するように構成され得る。分離フェーズにおける所定の時間の後に、制御ユニットは、自動的に浄化フェーズを開始するものとしてよく、それによって分離部材同士の間から目詰まりが取り除かれる。所定の時間は、操作者によって手動で設定されることが可能である。しかしながら、分離装置のガスインレットおよび/またはガスアウトレットにおける圧力を記録するセンサーなどの、様々なセンサーによって測定された遠心分離装置の動作パラメータからも計算されることが可能である。

本発明の第1の態様の実施形態において、制御ユニットは、遠心分離装置が接続されているエンジンの停止に関係する信号を受信するように構成されており、さらに、制御ユニットは、エンジンの所定の回数の停止後に浄化フェーズに切り替えるように構成されている。

したがって、制御ユニットは、遠心分離装置が接続されているエンジンの停止回数をカウントし、次いでカウントされた停止回数が所定の値に達したときに、浄化フェーズに切り替えるように構成され得る。所定の値は、たとえば停止20回、停止50回などであってよい。

本発明の第1の態様の実施形態において、制御ユニットは、遠心分離装置が接続され得るエンジンが稼働している時間に関係する信号を受信するように構成されており、さらに制御ユニットは、その時間が閾値を超えたときに浄化フェーズに切り替えるように構成されている。

したがって、制御ユニットは、遠心分離装置が接続されているエンジンの動作時間を記録し、次いで、動作時間が100時間、150時間などの閾値を超えたときに浄化フェーズに切り替えるように構成され得る。

本発明の第1の態様の実施形態において、制御ユニットは、ガスインレットにおけるガス圧力に関係する信号を受信し、ガスインレットにおけるガス圧力が事前定義済み閾値より高いときに、洗浄フェーズに切り替えるように構成される。

その結果、遠心分離装置は、ガスインレットに少なくとも1つの圧力センサーを備え得る。インレットにおけるガス圧力増大は、分離部材同士の間で目詰まりが生じていることを示すよい指標となり得る。

ガスインレットにおけるガス圧力は、回転部材の特定の回転速度で測定されてよく、この圧力が特定の値を超えたときに、浄化フェーズへの切り替えが生じ得る。

制御ユニットは、エンジンの停止回数に関係するパラメータ、エンジンの動作時間に関係するパラメータ、遠心分離装置の動作時間に関係するパラメータ、およびインレットにおけるガス圧力に関係するパラメータからなる群から選択された2つまたはそれ以上のパラメータなどの、いくつかのパラメータを受信するようにさらに構成され得る。次いで、制御ユニットは、それらのパラメータのうちの1つがそのパラメータに特有の閾値を超えたときに洗浄フェーズに切り替えるように構成され得る。

本発明の別の実施形態によれば、制御ユニットは、所定の時間の間、第2の速度で回転部材を回転させるように駆動配置構成を制御するように構成される。所定の時間は、操作者によって手動で設定されることが可能である。しかしながら、分離装置のガスインレットおよび/またはガスアウトレットにおける圧力を記録するセンサーなどの、様々なセンサーによって測定された遠心分離装置の動作パラメータからも計算されることが可能である。所定の時間の経過後に、制御ユニットは分離フェーズに切り替えて戻すように構成され得る。

代替的に、制御ユニットは、ガスインレットにおけるガス圧力に関係する信号を受信した後に、浄化フェーズから分離フェーズに切り替えて戻すように構成され得る。一例として、制御ユニットは、ガスインレットにおけるガス圧力が所定の値未満であることを示す信号を受信したときに、分離フェーズに切り替えて戻すように構成され得る。

本発明の第1の態様の実施形態において、浄化フェーズは、30～180秒の間である期間において回転部材を回転させることを含む。

一例として、浄化フェーズは、60～120秒の間である期間において回転部材を回転させることを含むものとしてよい。

本発明の第1の態様の実施形態において、浄化フェーズは、12,000rpmを超える速度で回転部材を回転させることを含む。

一例として、浄化フェーズは、15,000rpm超など、14,000rpmを超える速度で回転部材を回転させることを含む。

本発明の第1の態様の実施形態において、分離フェーズは、7,500から12,000rpmの間の速度で回転部材を回転させることを含む。

したがって、本発明の第1の態様の実施形態において、第2の速度は、第1の速度より3000rpm以上速い、第1の速度より4000rpm以上速い、第1の速度より5000rpm以上速い、など、第1の速度より2000rpm以上速い速度である。

その結果、本発明の第1の態様の実施形態において、浄化フェーズは、分離フェーズの速度よりも2000rpm以上速い速度で回転部材を回転させることを含む。

本発明の第1の態様の実施形態において、駆動部材は電気モーターを備える。

したがって、制御機器は、異なる速度でそのような電気モーターを駆動するように構成され得る。電気モーターは、主に、好適な種類のもの、たとえば直流モーターまたは交流モーター(同期モーターまたは非同期モーター)であってよい。一例として、電気モーターは、永久磁石を備えるローターを有する永久磁石を備えるローターを有する、ブラシレス電気モーターなどの同期モーターであってよい。

電気モーターは、固定ケーシング内に、または固定ケーシングの外側に配置構成されてよい。

さらに、モーターのローターの受容のために別々の軸受を有していない電気モーターが使用されてもよい。代わりに、遠心ローター用のすでに存在している、必要な軸受が、この受容に使用されてもよい。

一例として、電気モーターは固定ケーシング内に配置構成され、固定ケーシングによって支持されているステーターと、遠心分離装置の回転部材の一部によって構成され、軸受のみを通してステーターに対して受容されているローターと、を有するものとしてよい。

その結果、本発明の第1の態様の実施形態において、回転部材は、互いに軸方向に隔てて並ぶ2つの軸受の場所のみに置かれている軸受を通して固定ケーシング内で受容され、駆動部材は固定ケーシング内に配置構成され、固定ケーシングによって支持されているステーターと、回転部材の一部によって構成され、それらの軸受のみを通してステーターに対して受容されているローターと、を有する電気モーターである。

そのような構成は、たとえば特許文献２として公開されている国際特許出願において、より詳しく説明されている。

さらなる一例として、制御ユニットは、電気モーターと一体化されてよい。

したがって、制御機器は、異なる速度で電気モーターを駆動するように構成され得る。制御ユニットは、電気モーターと同じユニット内にあってもよく、これは固定ケーシング内に、または固定ケーシングの外側に配置構成されてよい。しかしながら、制御ユニットは、電気モーターと別のユニットであってもよい。そこで、制御ユニットは、固定ケーシングの外側に配置構成される別個のユニットであってよいが、電気モーターは、固定ケーシング内に配置構成されるか、または代替的に、電気モーターおよび制御ユニットの両方が固定ケーシングの外側に、ただし異なるユニットとして配置構成される。

本発明の第2の態様において、遠心分離装置内の目詰まりを取り除くための方法が提供され、これは
- 本発明の第1の態様による遠心分離装置を提供するステップと、
- 遠心分離装置を分離フェーズにおいて第1の速度で稼働させるステップと、
- 遠心分離装置を洗浄フェーズにおいて第2の速度で稼働させるステップに切り替えて分離部材上の、または分離部材同士の間の目詰まりを取り除くステップと、を含む。

本発明の第2の態様に関して使用される用語および定義は、上記の本発明の第1の態様に関して説明される通りである。

遠心分離装置を分離フェーズおよび洗浄フェーズにおいて稼働させるステップは、遠心分離装置の回転部材を回転させることを含む。

この方法は、
- 汚染物質を含むガスを遠心分離装置のガスインレット内に導入するステップと、
- 遠心分離装置のガスアウトレットを通して浄化されたガスを放出し、遠心分離装置の排出液アウトレットを通してガスから分離された汚染物質を放出するステップと、をさらに含み得る。

本発明の第2の態様の実施形態において、浄化フェーズにおいて遠心分離装置を稼働させることに切り替えるステップは、所定の期間の後に開始される。

本発明の第2の態様の実施形態において、この方法は、
- 遠心分離装置が接続されているエンジンの停止に関係する信号を受信することをさらに含み、浄化フェーズにおいて遠心分離装置を稼働させることに切り替えることは、所定の回数の停止を受けた後に開始される。

本発明の第2の態様の実施形態において、この方法は、
- 分離装置のインレットにおける圧力を測定することをさらに含み、浄化フェーズにおいて遠心分離装置を稼働させることに切り替えることは、ガスインレットにおけるガス圧力が事前定義された閾値より高いときに開始される。

本発明のさらなる態様として、コンピュータプログラム製品が提供され、この製品はプログラムがコンピュータによって実行されたときに本発明の第2の態様による方法を実行するためのプログラムコード命令を含む。一例として、分離装置制御ユニットは、そのようなコンピュータプログラム製品を備えるものとしてよい。

遠心分離装置の一実施形態の断面を示す図である。 遠心分離装置の一実施形態の断面を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。

本開示による遠心分離装置および方法は、添付図面を参照しつつ次の説明によってさらに例示される。

図1は、分離装置配置構成の遠心分離装置1の断面を示す。遠心分離装置1は、燃焼エンジンの上、または燃焼エンジンの側部など、好適な位置において、燃焼エンジン(開示されず)、特にディーゼルエンジンに取り付けられるように構成されている、固定ケーシング2を備える。

遠心分離装置1はまた、燃焼エンジン以外の発生源、たとえば油滴またはオイルミストの形態の大量の液体不純物を頻繁に含む工作機械の環境からガスを浄化するのに適していることに留意されたい。

固定ケーシング2は分離空間3を取り囲み、この空間を通じて、ガス流が通ることが可能とされている。固定ケーシング2は、周囲側壁4、第1の端壁5(開示されている実施形態では上端壁)、および第2の端壁6(開示されている実施形態では下端壁)を備えるか、またはそれらによって形成される。

遠心分離装置は、回転軸Xの周りに回転するように配置構成されている、回転部材7を備える。固定ケーシング2は、回転部材7に関して、好ましくはそれが取り付けられ得る燃焼エンジンに関して、固定されていることに留意されたい。

固定ケーシング2は、回転軸Xから少なくとも周囲側壁4の周の主要部分に対して一定である、周囲側壁4までの半径を有する。したがって、周囲側壁4は円形、または実質的に円形の断面を有する。

回転部材7は、スピンドル8と、スピンドル8に取り付けられている分離ディスク9の積層体と、を備える。積層体9のすべての分離ディスクは、第1の端プレート10(開示されている実施形態では上端プレート)と第2の端プレート11(開示されている実施形態では下端プレート)との間に設けられる。

スピンドル8、およびしたがって回転部材7は、第1の軸受12(開示されている実施形態では上側軸受)と第2の軸受13(開示されている実施形態では下側軸受)を用いて固定ケーシング2において回転可能に支持され、軸受は分離ディスク9の積層体の各側に1つずつ配置構成される。上側軸受12は、円筒形部分によって遠心ローターシャフト、すなわちスピンドル8の上側端部分を囲むキャップ19によって支持され、上側端部分は上側軸受12の上の軸方向に置かれている。キャップ19はまた、環状プレーン部分20を有し、これを介して、キャップが固定ケーシング2内の仕切り21によって支持される。キャップ19のプレーン環状部分20は、スルーホール22を設けられ、これを介してインレット導管18は中心空間15と連通する。

上側軸受12の上の軸方向で、キャップ19はその内側で、スピンドル8の端部分の周りを支持し、ステーター24は電気モーター23に属する。この電気モーター23に属するローター25は、遠心ローターシャフト、すなわちスピンドル8の端部分によって支持される。モーターステーター24とモーターローター25との間に狭い環状溝26が形成される。これからわかるように、この実施形態における電気モーター23は、そのローター25がステーター24内で回転可能に受容される際に通る、それ自体の軸受を有さない。その代わりに、回転部材7が固定ケーシング2内で受容される際に通る2つの軸受12および13は、電気モーター23のローター25の受容に利用される。

積層体9の分離ディスクは、円錐台形であり、スピンドル8から外向き且つ上方に延在する。したがって、分離ディスクは、回転軸Xに垂直に延在する平坦部分9aと、平坦部分9aから外向き且つ上方に延在する円錐部分9bと、を備える。

分離ディスクはまた、外向きおよび下方に、または半径方向にすら延在することが可能であることに留意されたい。

積層体9の分離ディスクは、距離部材(開示せず)を用いて互いからある距離だけ離して設けられ、それにより、隣接する分離ディスク9の間の間隙14、すなわち隣接する分離ディスク9の各対の間の間隙14を形成する。各間隙14の軸方向厚さは、たとえば、1～2mm程度であってよい。

積層体9の分離ディスクは、プラスチックまたは金属から作られてよい。積層体9内の分離ディスクの数は、通常は図1に示されている数より多く、たとえば、遠心分離装置のサイズに応じて50から100枚の分離ディスク9であってよい。

回転部材7は、中心空間15を画成する。中心空間15は、分離ディスク9の各々の穴によって形成される。図1の実施形態において、中心空間15は複数のスルーホール16によって形成され、各々第1の端プレート10および分離ディスク9の各々を貫通するが、第2の端プレート11を貫通しない。スルーホールは、分離ディスクの平坦部分9a内に配置構成される。

遠心分離装置1は、浄化されるべきガスの供給のためのガスインレット17を備える。ガスインレット17は、固定ケーシング2を貫通し、より正確には第1の端壁5を貫通する。ガスインレット17は、浄化されるべきガスがインレット17から中心空間15を介して分離ディスク9の積層体の間隙14に運ばれるように、中心空間15と連通する。ガスインレット17は、上で説明されているように、燃焼エンジンのクランクケース、または他の発生源と、インレット導管18を介して連通し、クランクケースガスをクランクケースからガスインレット17に供給し、さらに中心空間15および間隙14に供給することを可能にするように構成されている。

遠心分離装置は、ガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成されている排出液アウトレット29と、浄化されたガスの放出を可能にするように構成されているガスアウトレット30と、を備える。排出液アウトレットは、この実施形態では、第2の端壁6内の導管として配置構成されているが、排出液アウトレット29はまた、分離された液体不純物が分離空間3から排出されるときに第2の軸受13を通って流れるように、下側端壁6内に配置構成されているスルーホールの形態をとり得る。さらに、ガスアウトレット30は、排出液アウトレット2までの半径方向距離より短い半径方向距離で第2の端壁6内に配置構成されているが、ガスアウトレットは、たとえば周囲側壁4内に配置構成されることも可能である。

制御ユニット28を用いることで、遠心分離装置の回転速度およびそれによる浄化効率は、供給されるガスの必要な浄化が得られるように好適な方法で制御されるものとしてよい。これは、固定ケーシング1内に貫入し、さらに間隙14を通りモーターのステーター24内に貫入する、接続部27を用いて達成される。この接続部27は、電気モーター23を電流で充電するためにも使用されることが可能である。制御ユニット30は、異なる速度で電気モーター23を駆動するためのデバイスを備え、それにより、制限された数の速度が得られるか、またはモーター速度の連続的変更が実行され得るかのいずれかである。

モーターの速度調節のための異なる種類のデバイス(直流モーターおよび交流モーターの両方)がよく知られている。直流モーターについては、電圧制御のために単純なデバイスが使用され得る。交流モーターについては、様々な種類の周波数制御機器が使用され得る。

制御ユニット28は、トランスミッタ/レシーバなどの、通信インターフェース31をさらに備えるものとしてよく、それを介して、様々なセンサーまたは分離装置が接続されているエンジンからデータを受信し、データを電気モーター23にさらに伝送するものとしてよい。

受信されたデータは、たとえば、点線の矢印「A」によって示されているような、ガスインレット17における圧力センサー32からの測定された圧力に関するデータおよび/または点線の矢印「B」によって示されているような、分離装置が接続されているエンジンの停止回数に関係するデータを含むものとしてよい。伝送されるデータは、たとえば電気モーター23の速度を制御するための制御信号を含むものとしてよい。

制御ユニット28は、本明細書において開示されている実施形態による電気モーター23を制御するための方法を実行するようにさらに構成される。この目的のために、制御ユニット28は、たとえばメモリ34に記憶され得るコンピュータコード命令を実行するように構成されている、中央演算処理装置などの処理ユニット33を備えるものとしてよい。したがって、メモリ34は、そのようなコンピュータコード命令を記憶するための(非一時的)コンピュータ可読記憶媒体を形成するものとしてよい。処理ユニット33は、代替的に、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、または同様のものなどのハードウェアコンポーネントの形態をとってもよい。

この実施形態において、制御ユニット28は、遠心分離装置1とは別のユニットである。しかしながら、制御ユニットは、電気モーター23の一部を形成するなど、分離装置の一部であってもよい。したがって、すべての機能を備える制御ユニットが、キャップ19によって支持されたステーター24に接続されているなど、電気モーターに配置構成されることも可能である。

動作中、回転部材7は、電流を電気モーター23に供給することによって回転を維持され、汚染されたガス、たとえば内燃エンジンのクランクケースからのクランクケースガスが、導管18を介してガスインレット17に供給される。このガスは、中央空間15内にさらに導かれ、そこから積層体9の分離ディスクの間の隙間14内に入り、そこを通過する。回転部材7の回転の結果として、ガスは回転させられ、そのポンプ作用により半径方向外向きに送られ間隙または隙間14を通る。

隙間内のガスの回転が続いている間、ガス中に懸濁されている固体または液体粒子がそこから分離される。粒子は、分離ディスクの円錐部分9bの内側に沈降し、その後半径方向外向きに摺動するか、または稼働する。粒子および/または液滴が分離ディスクの外側縁に届いたときに、ローターから投げ捨てられ、固定ケーシング2の周囲壁4の内面に当たる。粒子はこの壁に沿って下り続け、排出液アウトレット29を通って分離空間3を出るが、粒子から解放され分離ディスク9の積層体から出たガスは、ガスアウトレット30を通ってケーシング1を出る。遠心分離装置1を通るガスの経路は、図1に矢印「C」によって概略を示されている。

上で説明されているように、制御ユニット28は、信号を電気モーター23に送信することによって回転部分の回転速度を制御する。通常動作では、回転部材は、分離フェーズにおいて第1の速度で回転させられる。第1の速度は、7,500から12,000rpmの範囲内にあるものとしてよい。分離フェーズでは、液体不純物が、上で説明されているようにガスから分離される。分離フェーズは、複数の速度で回転部材を回転させることも含み得る。したがって、分離フェーズは、回転部材が回転することができる一組の速度レベルを含み得る。分離フェーズ内のこれらのシフトは、速度の段階的または連続的シフトのいずれかで制御ユニット28によって制御され得る。

しかしながら、時間が経つうちに、積層体9内の分離ディスクの間に目詰まりが溜まり得る。制御ユニットは、したがって、回転部材が一時的速度増加を受ける浄化フェーズにシフトするように構成される。したがって、浄化フェーズは、分離フェーズに比べてより短い期間において生じる。浄化フェーズにおける速度、すなわち第2の速度は、分離フェーズにおけるすべての速度より速い、すなわち、第1の速度より速い。浄化フェーズにおける速度は、少なくとも15,000rpmであるものとしてよい。浄化フェーズは、少なくとも45秒、少なくとも60秒など、少なくとも30秒の間続くものとしてよい。この一時的な速度増加により、目詰まりに作用する遠心力が増大し、次いでこれによりディスク同士の間から目詰まりが解放させられる、すなわち、分離ディスクが目詰まりから浄化される。

制御ユニット28は、たとえば所定の期間の後、またはセンサーから入力を受け取った後に、分離フェーズから浄化フェーズにシフトするように構成されてよい。一例として、制御ユニットは、ガスインレットのところの圧力センサー32からの信号の後に浄化フェーズにシフトするように構成されてよく、その信号は、特定の閾値より高いガス圧力を示すものであり、したがって、目詰まりが発生していることを示すものとしてよい。制御ユニット28は、代替的にまたは補完的に、遠心分離装置が接続されているエンジンの他の部分から入力信号を受信した後に浄化フェーズにシフトするように構成されてよい。上で説明されているように、制御ユニットは、遠心分離装置が接続されているエンジンの停止に関係する信号を受信するように構成され、さらに、エンジンの所定の数の停止信号を受信するか、またはエンジンが特定の回数停止したという情報を伝える信号を受信した後に浄化フェーズに切り替えるように構成され得る。

制御ユニットは、特定の期間にわたって浄化フェーズの速度で回転部材7を稼働させた後に分離フェーズに切り替えて戻すようにさらに構成され得る。一例として、制御ユニットは、30～180秒後に浄化フェーズから分離フェーズに切り替えて戻すようにさらに構成され得る。

図1に示されている種類の電気モーター23は、代替的に下側軸受13の下のスピンドル8の延長部の周りに配置構成されてよい。上側軸受12と第1の端プレート10との間で軸方向に、または下側軸受13と第2の端プレート11との間で軸方向に、モーターを空間内に配置構成することも可能である。円板形状の円形ローターとローターの両側で軸方向に置かれるように形成されているステーターとを有する電気モーターも使用されてよい。

図2は、電気モーター23が固定ケーシング2の上側壁5の上の軸方向でスピンドル8の延長部に配置構成される遠心分離装置の一実施形態の一例を示している。代替的に、電気モーター23は、固定ケーシング2の下側端壁6の下の軸方向でスピンドル8の延長部に配置構成されることも可能である。

したがって、図示されている実施形態において、電気モーター23のステーターおよびローターは、固定ケーシング2の外側に配置構成されている。さらに、制御ユニット28は、電気モーター23の一部として配置構成されるが、図1に示されている実施形態に関して説明されているように機能する。他のすべての機能は、図1に示されている実施形態に関して説明されているのと同じである、すなわち、参照番号は同じ特徴を示す。

図1および図2に示されている実施形態において、ガス浄化用の回転部材7は、従来の種類の円錐分離ディスクの積層体を備える。しかしながら、本発明は、正確にこの種類の回転部材または遠心ローターに限定されず、中に懸濁されている粒子からガスを解放するための好適な任意の遠心ローターに関連して使用されてもよい。

図3a～図3dは、本開示の遠心分離装置において使用され得る分離ディスクのいくつかの例を示している。わかりやすくするために、少数のディスクのみが例示されており、実際には、ディスク間の距離がかなり小さくなるように多数のディスクが存在していることは理解されるであろう。

図3aは、平面部分9aと円錐台形部分9bとを有する円錐台形ディスク35の一例を示している。平面部分9aは、回転軸(X)に垂直な平面内に延在し、円錐台形部分9bは、この実施形態では上方に延在する。平面部分9aは、円錐台形部分9bよりも回転軸に近い位置にある。平面部分9aおよび/または円錐台形部分9bは、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

図3bは、平面部分9aと円錐台形部分9bとを有する円錐台形ディスク35の一例を示している。平面部分9aは、回転軸(X)に垂直な平面内に延在し、円錐台形部分9bは、この実施形態では下方に延在する。平面部分9aは、円錐台形部分9bよりも回転軸に近い位置にある。平面部分9aおよび/または円錐台形部分9bは、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

図3cは、すべてのディスク36が平面状である、すなわちすべてのディスク36が回転軸(X)に垂直な平面内に延在するディスク積層体の一例を示している。ディスク36は、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

図3dは、軸方向ディスクまたはプレート37の一例を示している。これらのプレート37はわずかに湾曲した形状、すなわち半径方向平面内で見て湾曲した形状を有する。言い換えれば、これらは回転軸(X)に垂直な平面内で見て湾曲している。軸方向ディスク37は、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

本発明は、開示されている実施形態に限定されず、以下で述べる請求項の範囲内であれば変更され、修正されてもよい。本発明は、図に開示されている回転軸(X)の配向に限定されない。「遠心分離装置」という用語は、実質的に水平方向に配向された回転軸を持つ遠心分離装置も含む。

1 遠心分離装置
2 固定ケーシング
3 分離空間
4 側壁
5 第1の端壁(上端壁)
6 第2の端壁(下端壁)
7 回転部材
8 スピンドル
9 分離ディスク
9a 平坦部分
9b 円錐台形部分
10 第1の端プレート(上端プレート)
11 第2の端プレート(下端プレート)
12 第1の軸受(上側軸受)
13 第2の軸受(下側軸受)
14 間隙
15 中心空間
16 スルーホール
17 ガスインレット
18 インレット導管
19 キャップ
20 環状プレーン部分
21 仕切り
22 スルーホール
23 電気モーター
24 モーターステーター
25 モーターローター
26 狭い環状溝
27 接続部
28 制御ユニット
29 排出液アウトレット
30 ガスアウトレット
31 通信インターフェース
32 圧力センサー
33 処理ユニット
34 メモリ
35 円錐台形ディスク
36 ディスク
37 軸方向ディスクまたはプレート

Claims (15)

1. 汚染物質を含むガスを浄化するための遠心分離装置であって、
   ガス流が通ることが可能とされた分離空間を取り囲んだ固定ケーシングと、
   前記固定ケーシングを貫通して延び、浄化されるべき前記ガスの供給を可能にするガスインレットと、
   前記分離空間内に配置構成され、回転軸(X)の周りに回転するように配置構成されている複数の分離部材を備える回転部材と、
   浄化されたガスの放出を可能にするように構成され、前記固定ケーシングの壁を通じたアウトレット開口部を備えるガスアウトレットと、
   浄化されるべき前記ガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成されている排出液アウトレットと、
   前記回転部材を回転させるための駆動部材と、
   前記回転部材の回転速度を制御するように構成された制御ユニットと、を備え、
   前記遠心分離装置は、分離フェーズと浄化フェーズとを有する運転サイクルを備え、
   前記制御ユニットは、前記分離フェーズの間は、前記ガスからの汚染物質の連続的な分離が生じる間の通常動作速度である第1の速度で、前記浄化フェーズの間は、前記第1の速度より速い第2の速度で、前記回転部材を回転させて、前記分離部材上のまたは前記分離部材間の目詰まりを取り除くように、前記駆動部材を制御するように構成されており、前記浄化フェーズは前記分離フェーズより時間的に短い、遠心分離装置。
2. 前記制御ユニットは、所定の期間の後に前記分離フェーズから前記浄化フェーズに切り替えるように構成される、請求項1に記載の遠心分離装置。
3. 前記制御ユニットは、前記遠心分離装置が接続され得るエンジンの停止に関係する信号を受信するように構成され、前記制御ユニットは、前記エンジンの所定の回数の停止後に前記浄化フェーズに切り替えるようにさらに構成される、請求項1に記載の遠心分離装置。
4. 前記制御ユニットは、前記遠心分離装置が接続され得るエンジンが稼働している時間に関係する信号を受信するように構成され、
   前記制御ユニットは、前記時間が閾値を超えたときに前記浄化フェーズに切り替えるようにさらに構成される、請求項1に記載の遠心分離装置。
5. 前記制御ユニットは、前記ガスインレットにおける前記ガスの圧力に関係する信号を受信し、前記ガスインレットにおける前記ガスの圧力が事前定義済み閾値より高いときに、前記浄化フェーズに切り替えるように構成される、請求項1に記載の遠心分離装置。
6. 前記浄化フェーズは、30～180秒の間の期間において前記回転部材を回転させるステップを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
7. 前記浄化フェーズは、12,000rpmより速い速度で前記回転部材を回転させるステップを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
8. 前記浄化フェーズは、前記分離フェーズの速度よりも2000rpm以上速い速度で前記回転部材を回転させるステップを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
9. 前記駆動部材は電気モーターを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
10. 前記回転部材は、互いに軸方向に離間されて並んだ2つの軸受の場所のみに置かれている軸受を通して、前記固定ケーシング内に受容され、前記電気モーターは前記固定ケーシング内に配置構成され、前記固定ケーシングによって支持されているステーターと、前記回転部材の一部によって構成され、前記軸受のみを通じて前記ステーターに対して受容されているローターと、を有する、請求項9に記載の遠心分離装置。
11. 前記制御ユニットは、前記電気モーターと一体化されている、請求項9または10に記載の遠心分離装置。
12. 遠心分離装置内の目詰まりを取り除くための方法であって、
    - 請求項1から11のいずれか一項に記載の遠心分離装置を提供するステップと、
    - 前記遠心分離装置を前記分離フェーズにおいて前記第1の速度で稼働させるステップと、
    - 前記遠心分離装置を前記浄化フェーズにおいて前記第2の速度で稼働させるステップに切り替えて、前記分離部材上のまたは前記分離部材同士の間の目詰まりを取り除くステップと、を含む方法。
13. 前記浄化フェーズにおいて前記遠心分離装置を稼働させることに切り替えるステップは、所定の期間の後に開始される、請求項12に記載の方法。
14. - 前記遠心分離装置が接続されているエンジンの停止に関係する信号を受信するステップをさらに含み、前記浄化フェーズにおいて前記遠心分離装置を稼働させることに切り替えるステップは、所定の回数の停止を受けた後に開始される、請求項12および13のいずれか一項に記載の方法。
15. - 前記遠心分離装置の前記ガスインレットにおいて圧力を測定するステップをさらに含み、前記浄化フェーズにおいて前記遠心分離装置を稼働させることに切り替えるステップは、前記ガスインレットにおける前記ガスの圧力が事前定義された閾値より高いときに開始される、請求項12から14のいずれか一項に記載の方法。

Images