JPH0611374B2

JPH0611374B2 - 微粒子分離装置

Info

Publication number: JPH0611374B2
Application number: JP22179088A
Authority: JP
Inventors: 宏佐藤
Original assignee: Teikoku Piston Ring Co Ltd
Current assignee: TPR Co Ltd
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1988-09-05
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPH02187113A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関の排気ガスなどに含まれる微粒子を分
離する微粒子分離装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関から排出される有害成分のうちパーティキュレ
ートと呼ばれる微粒子状の有害成分があるが、このパー
ティキュレートを完全に除去する装置は現在ではまだ使
用されていない。

パーティキュレートは組成としては有機抽出分と炭素を
主成分とするドライスーツから成っているが、有機抽出
分は燃料中の高沸点成分と燃焼室に漏洩した潤滑油が充
分に燃焼せずに排出したものであり、またドライスーツ
は酸素不足状態での急激な予混合燃焼により生成したス
ーツ分が充分に酸化せずに排出したものである。そして
このパーティキュレートはサブミクロンから数十ミクロ
ンの微粒子状を呈し、排気ガスに混入している有害物質
である。

従来、内燃機関の給気浄化装置として、給気に旋回を与
え、遠心力により塵埃を除去するものはあるが、これら
は流体を積極的増に速するノズルの作用をするものは設
けられておらず、低い圧力差で作動するものであって数
μｍ以下の微粒子を除去することはできない。

〔発明が解決しようとする課題〕

自動車用エンジンにおいては排気ガス中に含まれるＮＯ
_Ｘを減少させる手段の一つとして、排気ガスの一部を給
気に導き再循環させるＥＧＲが行われている。しかし、
排気ガス中に微粒子が多数含まれていて、この微粒子を
除去しないでそのまま再度給気の一部として使用する
と、ピストンリングやシリンダライナ等を摩耗させるの
で、ディーゼルエンジンにはＥＧＲを使用することがで
きない。したがって、ディーゼルエンジンに対する従来
の排気ガス対策は燃料噴射系及び燃焼室の改良による燃
焼改善を主体として行っている。

また、将来排気ガス中の微粒子規制が行われた場合には
現在有効な手段がない。

本発明は上記点などに鑑みてなされたもので、排気ガス
などの微粒子含有流体中の微粒子を分離する装置を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の微粒子分離装置の構成は微粒子含有流体の取入
口と、この取入口から装置内に流入した微粒子含有流体
を増速し且つ旋回を与える増速旋回部と、この増速旋回
部を通過した微粒子含有流体の高速旋回流が円環螺旋状
空間部を高速旋回しながら移動し遠心力により微粒子が
外周方向に飛び出して微粒子が分離される空間部と、こ
の分離された微粒子を収容する貯槽部と、微粒子分離後
の高速旋回流を直進流に変換し且つ流体の圧力を回収す
る流れ変換圧力回収部と、流れ変換圧力回収部を通過し
た流体の排出口とを備えてなることを特徴とする。

そして、前記分離された微粒子を貯槽部へ案内する微粒
子案内部材を設けるのが好ましい。この微粒子案内部材
としては複数の離間したコーン形板又は平板、あるいは
多数の孔又はスリットを有する円筒などを用いる。

また、前記円環螺旋状空間部が円筒の外周と、その外周
に熱伝導可能に一体とされた螺旋羽根とで形成され、こ
の円筒内に冷却用流体を通すようにしてもよい。

〔作用〕取入口から装置内に流入した微粒子含有流体が増速旋回
部によって高速旋回流を生じ、次の微粒子分離空間部の
円環螺旋状空間部を高速旋回しながら移動する。この
際、微粒子含有流体に大きな遠心力が作用し、流体中の
微粒子は流体との比重差により外周側に飛び出し、流体
と分離され、分離された微粒子は貯槽部に収容され、微
粒子を除去された流体は流れ変換圧力回収部で直進方向
に整流され、且つ圧力を回収して、排出口から流出す
る。

そして、前記分離され微粒子を貯槽部へ案内する複数の
離間したコーン形板又は平板、あるいは多数の孔又はス
リットを有する円筒などの微粒子案内部材を設けると、
分離された微粒子は前記案内部材で形成される通路を通
って貯槽部に集められ、旋回流に再び巻き込まれたりす
ることが防止される。

また、前記円環螺旋状空間部が円筒の外周と、その外周
に熱伝導可能に一体とされた螺旋羽根とで形成され、こ
の円筒内に冷却用流体を通すようにすると、微粒子含有
流体は螺旋羽根などを介して円筒内の冷却用流体によっ
て冷却され、流体の温度を低下させることができ、温度
と粘性との関係から微粒子分離が容易になるとともに、
ＥＧＲに使用すると再循環ガスを冷却することができて
極めて有効となる。

〔実施例〕

第１図は微粒子分離装置の正断面図、第２図はその左側
断面図である。

本装置は細長い円筒ケース１の一端部の外周にノズル管
２が突出している。

ノズル管２は先端に微粒子含有流体の取入口３が開口
し、円筒ケース１に近づくに従って断面積が漸次小さく
なり、円筒ケース１と連通している。

前記円筒ケース１は細長い円筒体で、このケース１内に
は長手方向に沿って螺旋体４と円筒体５が挿入される。

前記螺旋体４は円筒ケース１と同心の軸体６の外周に螺
旋羽根７を熱伝導可能に固着したもので、軸体６は円筒
体５と反対側の端部が円筒ケース１の底部を貫通して外
側に突出し、螺旋羽根７は軸体６の円筒ケース１内の全
周にわたって設けられている。この螺旋羽根７に案内さ
れて流体が軸体６の周りを旋回しながら移動する。そし
て軸体６は両端閉塞の中空軸で、円筒ケース１から突出
した端部の外周に冷却用流体の流出管１９が連通接続し
ている。また、軸体６内には冷却用流体の流入管２０が
挿入配設され、流入管２０は入口側端部が軸体６の底部
を貫通して外側に突出し、出口側端部は軸体６の円筒体
５側端部の手前位置まで延びている。したがって、流入
管２０を通って装置内に流入した冷却用流体は、流入管
２０の出口から流入管２０の外周と、軸体６の内周とで
形成される流路を通って、流出管１９から流出する。

前記円筒体５は螺旋羽根７の外径と等しい内径を有し、
この円筒体５内には長手方向に沿ってデフレクター部８
と、外径が漸次小さくなる円錐状体９が配設されてい
る。デフレクター部８は旋回流を軸方向流に変えるもの
である。なお、デフレクター部８は流れの向きを変える
作用に加えて、圧力回収作用を持たせるようにしてもよ
い。そして円錐状体９と円筒体５とで流体の圧力を回収
するディフューザ部１０を形成する。このように、デフ
レクター部８とディフューザ部１０とで流れ変換圧力回
収部２６を構成する。

前記円筒ケース１は小内径部と大内径部とから構成さ
れ、小内径部のノズル管２が臨む端部部分１ａの内周
は、第２図に示されるように、半径が漸次周方向に沿っ
て小さくなるように形成されて、螺旋羽根７の外径と同
一径になり、ノズル管２の取入口３から円筒ケース１の
端部部分１ａにわたって流路の断面積が漸次小さくな
る。このノズル管２と円筒ケース１の端部部分１ａと、
このケース端部部分１ａ内に配置する螺旋体４とで増速
旋回部１１を構成する。

そして小内径部の上記ケース端部部分１ａに隣接するケ
ース部分１ｂは、その内径が螺旋羽根７の外径と略等し
い大きさをなし、この部分１ｂに続く大内径部のケース
部分１ｃは、その内径が螺旋羽根７の外径よりも大きい
大きさをなす。そしてこのケース部分１ｃと螺旋体４と
の間で円環状の空間部１２が形成され、この空間部１２
において螺旋体４の軸体６の外周と螺旋羽根７とで形成
される円環螺旋状空間部１７を流体が高速旋回しながら
移動する間に、流体中の微粒子は遠心力により径方向外
方に飛ばされて流体中から分離される。そしてこの空間
部１２部分に円筒ケース１と同心状のコーン形板１３が
複数個軸方向に離間して配設され、微粒子案内部材を構
成する。コーン形板１３はノズル管２側と反対方向に末
広がり状をなし、内径が螺旋羽根７の外径と略同一で、
外径が円筒ケース１の内径よりも少し小さい大きさをな
す。また、上記ケース部分１ｃと、円筒体５と、円筒体
５の端部外周とケース１内周との間に配置する仕切り壁
１４とで形成される円環状の空間部が貯槽部１５をな
す。そして、円筒ケース１のディフューザ部１０側端部
には、ディフューザ部１０を通過した流体を排出する排
出口１６が径方向に突出する。なお、上記ケース部分１
ｂのコーン形板１３側端面１８ａはコーン形板１３と同
一の円錐面をなして、コーン形板１３との間で微粒子の
通路を形成し、１８ｂは円筒体５のコーン形板１３側端
部の外周に配設された断面台形状の環状部材で、コーン
形板１３に面する面はコーン形板１３に沿う形状をなし
て、コーン形板１３との間で微粒子の通路を形成し、ケ
ース１の内周に面する面はケース１と同心の円周面を形
成し、コーン形板１３の外径と同一径をなす。

したがって、微粒子含有流体が螺旋羽根７に案内されて
軸体６の周りを高速で旋回しながら移動すると、円環状
の空間部１２で遠心力によって微粒子が流体との比重差
により外周側に飛び出し、この飛び出した微粒子は列設
するコーン形板１３間の通路に案内されて貯槽部１５に
集められる。このようにして、微粒子を貯槽部１５へ案
内し、微粒子が再び旋回流に巻き込まれたり、逆戻りす
ることが防止される。

以下、作用を説明する。

排気側から微粒子を含有した排気ガスが取入口３を通じ
て、ノズル管２内に流入する。そして、排気ガスはノズ
ル管２と円筒ケース１の端部部分１ａ内で増速され、且
つケース端部部分１ａ内で旋回流を生じる。そしてこの
増速旋回部１１で高速旋回流を生じた流体は、螺旋羽根
７に案内されながら軸体６の周りを高速旋回しながら移
動する。この際、排気ガスには高い遠心力が作用し、円
環状の空間部１２で排気ガス中の微粒子は排気ガスとの
比重差により外周側に飛び出し、排気ガスと分離され、
飛び出した微粒子はコーン形板１３の間の通路を通って
貯槽部１５に集められる。そして、微粒子が分離された
排気ガスは、デフレクター部８で軸方向に流れの向きを
変えられて、ディフューザ部１０に入り、圧力回収され
て、排出口１６から排出する。

そして、排気ガスの熱は螺旋体４を通っていく間に、螺
旋体４の軸体６内を流れる冷却用流体によって冷却され
るので、微粒子を分離された排気ガスの温度は低下し、
温度と粘性との関係から微粒子分離が容易になるととも
に、ＥＧＲの場合には再循環ガスが冷却されて極めて有
効となる。

なお、デフレクター部８とディフューザ部１０で構成さ
れる流れ変換圧力回収部２６と排出口１６の部分は、図
示のものに代えて、前記増速旋回部１１の構成と同一構
造にしてもよい。

第３〜４図に示すものは、上記第１〜２図に示した装置
を同心円上に５個配置固定して、それぞれのノズル管２
の先端部を中央に配置して互いに連通接続し、その接続
部から軸方向に取入管２１を突出させ、取入管２１の先
端が微粒子含有流体の取入口３をなすものである。ま
た、排出口は互いに接続されて、一つの排出口から微粒
子が除去された流体が排出されるように構成されてい
る。ただし、この図のものは、第１〜２図のものと違っ
て、軸体６内に冷却用流体を流さない構造をなしてい
る。したがって、軸体６は円筒ケース１の底部を貫通せ
ず、底部に軸体６の頭部が当接し、冷却用流体の流入管
２０、流出管１９は備えていない構造をなしている。

したがって、このものは、微粒子含有流体が取入口３か
ら取入管２１に流入し、それから５つのノズル管２に分
配されて流入し、それぞれの円筒ケース内で上記第１〜
２図で説明したと同様にして、微粒子含有流体中の微粒
子が分離されるものである。

なお、このものも、デフレクター部８とディフューザ部
１０で構成される流れ変換圧力回収部２６と排出口の部
分は、図示のものに代えて、前記取入管２１から増速旋
回部１１にわたる部分の構成と同一構造にしてもよい。

また、図示のものは、５つの貯槽部１５が分離独立して
いるが、これらを互いに連通接続して１つの貯槽部にな
るように構成してもよい。

第５図も本発明の微粒子分離装置を示すもので、このも
のは微粒子含有流体が円筒ケース内に軸方向から流入す
るものを示す。なお、図は上記第３〜４図で示したもの
と同様に複数個装置を配置した構成の一部分を示す。

この図のものは前記第１〜４図で示したものとは増速旋
回部の構造を異にする。即ち、円筒ケース１は第１〜４
図のものと異なって径が略一定の小内径部１ｄと大内径
部１ｃとから構成され、大内径部１ｃ内の微粒子分離空
間部１２にのみ軸体６の外周に螺旋羽根７を固着した螺
旋体４が配設され、その螺旋体４の手前には螺旋体４の
螺旋羽根７の外径と等しい内径を有する円筒体２２が円
筒ケース１の小内径部１ｄ内に配設され、その円筒体２
２内には螺旋体４の手前にデフレクター部２３と、更に
その手前に外径が漸次大きくなる円錐状体２４が配設さ
れ、円筒体２２が当接する円筒ケース１底部の円筒体２
２が面する部分が開口２５している。そして円錐状体２
４と円筒体２２とで増速部を形成する。デフレクター部
２３は軸方向流を旋回流に変換するものである。なお、
デフレクター部２３は流れの向きを変える作用に加え
て、増速作用を持たせるようにしてもよい。したがっ
て、この図のものは、増速旋回部１１が円筒体２２、円
錐状体２４、及びデフレクター部２３とから構成され
る。増速旋回部１１以降の微粒子分離空間部１２、螺旋
体４、微粒子案内部材１３、貯槽部１５、デフレクター
部８、ディフューザ部１０、排出口などは第１〜４図で
説明したものと同様なので、説明は省略する。なお、円
筒ケース１の小内径部１ｄと大内径部１ｃとの段部のコ
ーン形板１３に対向する面１８ａがコーン形板１３と同
一の円錐面をなしている。また、この図に示すものは、
冷却用流体を軸体６内に流さない構成をなしている。

したがって、微粒子含有流体が取入口から円筒ケース１
の開口２５を通じて円筒体２２内に軸方向に流入する
と、増速旋回部１１で高速旋回流を生じて、次の微粒子
分離空間部１２に流入し、以後は第１〜４図で説明した
と同様にして、微粒子が分離される。

なお、デフレクター部８とディフューザ部１０で構成さ
れる流れ変換圧力回収部２６と排出口の部分は、図示の
ものに代えて、前記第３〜４図で示した取入管２１から
増速旋回部１１にわたる部分の構成と同一構造にしても
よい。

なお、微粒子案内部材としては複数のコーン形板１３の
他、複数の離間した平板、あるいは多数の孔又はスリッ
トを有する円筒などを使用してもよい。また、貯槽部１
５内の微粒子を連続又は定期的に系外に棄てることがで
きるように構成するのが望ましい。

また、排気ガスの全量を本装置で処理する場合にはサイ
レンサーとしての機能も発揮する。

現在エンジンの排気マニホールド内の圧力は１００〜１
５０mmHgあり、また過給エンジンにおいては６００〜８
００mmHgある。このエネルギを利用すると数１０万から
数千万Ｇの遠心加速度が得られる。この値は一般のサイ
クロン式の除塵機に比較すると飛び抜けて高い値であ
り、極めて微細な粒子まで捕集することができる。本実
施例の装置では粒径が約１μｍ以上の微粒子を分離する
ことができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、微粒子含有流体中
の微粒子を分離除去でき、これを自動車に適用すれば内
燃機関から排出する排気ガス中の微粒子を除去できて好
適であり、またディーゼルエンジンにＥＧＲを使用する
ことも可能となる。そして、本装置は駆動部分がないの
で故障することがない。

また、円環螺旋状空間部が円筒の外周と、その外周に熱
伝導可能に一体とされた螺旋羽根とで形成され、この円
筒内に冷却用流体を通すようにすると、微粒子を除去し
た流体の温度を低下させることができ、流体温度が低下
すれば粘度も低下して微粒子分離が容易になるととも
に、ＥＧＲに使用すると再循環ガスを冷却することがで
きて極めて有効となる。

【図面の簡単な説明】

第１〜２図、第３〜４図、及び第５図はそれぞれ本発明
の実施例を示し、第１図、第３図、及び第５図は微粒子
分離装置の正断面図、第２図及び第４図は同左側断面図
である。１は円筒ケース、２はノズル管、３は取入口、４は螺旋
体、５は円筒体、６は軸体、７は螺旋羽根、８はデフレ
クター部、１０はディフューザ部、１１は増速旋回部、
１２は微粒子分離空間部、１３はコーン形板、１５は貯
槽部、１６は排出口、１７は円環螺旋状空間部、１９は
流出管、２０は流入管、２１は取入管、２２は円筒体、
２３はデフレクター部、２４は円錐状体、２５は開口、
２６は流れ変換圧力回収部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粒子含有流体の取入口と、この取入口か
ら装置内に流入した微粒子含有流体を増速し且つ旋回を
与える増速旋回部と、この増速旋回部を通過した微粒子
含有流体の高速旋回流が円環螺旋状空間部を高速旋回し
ながら移動し遠心力により微粒子が外周方向に飛び出し
て微粒子が分離される空間部と、この分離された微粒子
を収容する貯槽部と、微粒子分離後の高速旋回流を直進
流に変換し且つ流体の圧力を回収する流れ変換圧力回収
部と、流れ変換圧力回収部を通過した流体の排出口とを
備えてなることを特徴とする微粒子分離装置。
【請求項２】前記分離された微粒子を貯槽部へ案内する
微粒子案内部材を設けたことを特徴とする請求項１記載
の微粒子分離装置。
【請求項３】前記微粒子案内部材が複数の離間したコー
ン形板又は平板、あるいは多数の孔又はスリットを有す
る円筒であることを特徴とする請求項２記載の微粒子分
離装置。
【請求項４】前記円環螺旋状空間部が円筒の外周と、そ
の外周に熱伝導可能に一体とされた螺旋羽根とで形成さ
れ、この円筒内に冷却用流体を通すようにしたことを特
徴とする請求項１記載の微粒子分離装置。