JPS5857230B2 - 固体状異物分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は清浄な空気又はガスの供給を必要とする内燃エ
ンジン、ディーゼルエンジン、ジェット航空機エンジン
、タービン等に必要な比較的高速で、ケーシングの軸方
向に流れるガス流から固体状異物を分離するための装置
に関する。

ケーシングの軸方向に流れるガス流から固体状の汚染物
質又はその他の異物粒子を分離するためには従来遠心力
が用いられていた。

先行技術による装置では所望の目的を達成するために比
較的高い遠心力が必要であり、その結果生ずる汚染物質
その他の異物による磨耗作用は装置の耐用年数を細限す
るものであった。

本発明は上記に鑑みなされたものであって、比較的高速
で軸方向に流れるガス流から固体状の異物粒子を分離す
る装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は先行技術による装置に必要であった
遠心力によるよりもむしろ異物粒子のはずみ力（相方）
によってガス液の分離を生せしめることなく異物粒子を
分離することであり、これにより遠心力に伴う装置の耐
用年数を細限しがちな磨耗作用を排除することである。

本発明の更に他の目的は、装置のデフレクタの形状を幾
何的に最適化して使用することによって、異物粒子のケ
ーシングの軸方向の速度に対してケーシングの半径方向
及び前記軸方向から逸脱する方向の速度ベクトルを生じ
させガス流から異物粒子を分離する装置を提供すること
である。

本発明の更に他の目的は効果が高くかつケーシングの軸
方向に流れるガスの圧力降下が少ない異物粒子を分離さ
せる装置を提供することである。

次に本発明の固体状異物分離装置の好ましい具体例につ
いて図面に基いて説明するが、本発明は決してこの具体
例のみに限定されるものではなく、その他の態様におけ
る実施が可能である。

第１図に示されるように本発明の分離装置は、符号２で
示される中空のケーシングを有している。

ケーシング２は比較的高速度でケーシング２の軸方向に
流れるガス流■を受容する入口端即ちネック６を有する
テーパが付された入口セクション４を含んでいる。

ケーシング２は更に円筒状の中央セクション８と円筒状
キャップ即ち出口セクション１２を有しており、中央セ
クション８及び出口セクション１２によりケーシング２
の円筒状部分が構成される。

中央セクション８は一端１０で入口セクション４に固着
されており、他端１４において出口セクション１２に固
着されている。

ケーシング２の出口セクション１２には、ケーシング２
０円筒状部分より小径の円筒状管１６が、ケーシング２
０半径方向のほぼ中心をケーシング２の軸方向に伸びて
出口セクション１２から外部に突出するように配設され
ており、この円筒状管１６を通って比較的清浄なガスＧ
が装置の外部に流出する。

ケーシング２の出口側端部の近傍の出口セクション１２
には、出口セクション１２の壁１２Ａを貫通してケーシ
ングの軸方向に対して横方向の通路１８が設けられてお
り、該通路１８を介してケーシング２の内壁と前記円筒
状管１６によって規定される環状空間１９はケーシング
の外部に連通ずる。

汚染物質を含む異物粒子Ｃは、以下に述べるように、前
記通路１８を通って外部に流れ出る。

通路１８には、流量を制御するための公知のチョークノ
ズル２０が備えられている。

ケーシング２０入ロセクシヨン４と中央セクション８０
入ロセクシヨン４に隣接する部分の内部には、ケーシン
グ２の軸方向に伸びるデフレクタ２２がケーシング２０
半径方向のほぼ中心に配設されている。

デフレクタ２２は入口セクション４の内面に付されたテ
ーパとほぼ等しい角度のテーパを有して、前端部２６か
ら後方に向けて徐々に径の増加する前方部２４と、前方
部２４よりやや急角度に増加方向のテーパを有して後方
に向けて徐々に径の増大する後方部２８と、後方部２８
から後方に急激に径が減少するように円錐形に形成され
た終端部３０とからなる。

前方部２４はデフレクタ２２を越えていく異物粒子の速
度及びはずみを制御すべく、上述のような幾何学的に最
適のほぼ円錐台の形状を有している。

同様に、終端部３０はデフレクタ２２を越えて流れるガ
ス流が、円筒状管１６を通って排出される前に、適度に
収束されるように平たい円錐形の幾何学的に最適の形状
を有している。

これまでに述べたような所望の汚染物質又はその他の異
物粒子の分離特性を提供するためにはケーシング２０入
ロセクシヨン４と中央セクション８とに関連して前方部
２４のテーパと円錐形の終端部３００頂角とが重要であ
ることが判った。

従ってデフレクタ２２は、ケーシング２０入口セクショ
ン４即ち壁４Ａの内側に位置する前方部２４において説
明の目的で仮に１００とした角度Ａのテーパを有してお
り、中央セクション８内にある後方部２８は説明の目的
で１５°とした比較釣魚な角度Ｂでテーパを有している
。

同様に、終端部３００円錐の頂角Ｅは説明の目的で１０
０°となっている。

ケーシング２の入口セクション４が中央セクション８に
接続される部位には溝３６が形成されており、この溝３
６内に環状リム３２が固定されている。

環状リム３２は、第２図に詳細が示されるように、デフ
レクタ２２の周囲に等距離に配設されている複数の羽根
３４を有している。

羽根３４はデフレクタ２２の前方部２４と後方部２８の
間に配設されており、第２図には１６枚の羽根３４が示
されている。

第３図に示されるように、羽根３４は前記リム３２及び
デフレクタ２２の軸に対して、角度りで配置されており
、角度りは説明の目的で３００である。

角度りは異物粒子のガス流からの分離を最も効果的に行
なうために、異物粒子に羽根３４の配置方向への速度成
分を与えるべく幾何学的に最適化されている。

デフレクタ２２とリム３２は一体的な鋳造成形品か、又
は一体的な機械成形品であってもよく、あるいは当業者
が理解しているように相互に適切に固着された別々の構
成部材から成ってもよい。

同様に、ケーシング２０入ロセクシヨン４と中央セクシ
ョン８と出口セクション１２とは別々の構成部材として
図示されているが、ケーシング２は製造目的に最もよく
適合するように単一の鋳造成形品又は機械成形品であっ
てもよく、又は数個の構成部材から成っていてもよい。

本発明装置は適切な金属又は非金属の材料で構成され得
、この材料は装置が使用される環境、即ち温度及び圧力
と同様にガスが腐蝕性であるか非腐蝕性であるかに依存
する。

次に本発明の固体状異物分離装置の作動について説明す
る。

ガスが装置のケーシングに入ってケーシング内を通過し
ケーシングから出る際に、ガス流からの異物粒子の分離
は次の４つの段階を経てなされる。

即ち、第１段階において、異物粒子は入口での軸方向の
速度に対して半径方向の速度ベクトルを得る。

ここで異物粒子のガス流からの分離が開始される。

第２段階は異物粒子に小さな接線方向（羽根が配置され
ている方向）の速度成分を与え、かつ第１段階で得られ
た半径方向の速度成分をより増大させる。

第３段階は、第１段階におけると同様に、より軽い異物
粒子に、軸方向の速度ベクトルに対し半径方向の速度ベ
クトルを与え、ガス流から分離させる。

最後の第４の段階において、清浄なガスを異物粒子から
完全に分離し管１６から排出する。

装置の作動において、比較的高速度の汚染ガス流１は第
１図の矢印によって示されるように入口セクション４を
通ってケーシング２に流入する。

この分離の第１段階において、ガス流は、より重い異物
粒子をデフレクタ２２の前方部２４に衝突させながら急
速に減速する。

より重い異物粒子は、相和（はずみ）によって衝突の結
果、入口セクション４の壁４Ａの方に向けられる。

更に、より軽い異物粒子も、前方部２４又は壁４Ａの方
に向は直されたより重い異物粒子に衝突してはずみ（相
和）によって同様に壁４Ａの方に方向を向は変えられる
。

要するに幾何学的に最適化された形状を有する前方部２
４０表面に対するこれら粒子の衝突は、粒子が装置のケ
ーシング２に入ってくる当初の軸方向の速度に垂直なケ
ーシングの半径方向の速度成分を粒子に得させる。

分離の第２段階においてガス流は羽根３４を通過し、こ
れによりはずみの方向の変化が生じる。

即ち、異物粒子は羽根３４に衝突し、この結果半径方向
の速度ベクトルが一層増大させられる。

加えて、羽根３４が配設されている角度りに沿う幾分逸
脱する方向（羽根３４の接線方向）の速度成分が異物粒
子の流れに与えられ、異物粒子を中央セクション８の壁
８Ａの方向にそむける。

この接線方向の速度成分は異物粒子に僅かな旋回又は円
運動を起こさせ、流れの分離を起こすことなしに中央セ
クション８の壁８Ａに沿って流れさせる。

分離の第２段階を終えて、ガス流はデフレクタ２２の後
方部２８において、第３段階を通過する。

分離の第３段階において、後方部２８は前方部２４より
やや急角度に増加方向のテーパを付されて、後方に向け
て徐々に径が増大する形状を有しているため、ガス流は
幾分減速させられる。

ここでデフレクタ２２の後方部２８の表面に異物粒子が
衝突して、更に異物粒子の分離が促進される。

分離の第１段階におけると同様に、後方部２８は幾何学
的に最適の形状が与えられ、これにより、より軽い異物
粒子は後方部２８の表面に衝突して加速させられ、軸方
向の速度に対する半径方向の速度成分が与えられる。

従ってより軽い異物粒子は中央セクション８の壁８Ａの
方に向けられて、異物粒子のガス流からの分離が更に促
進される。

第４の（最後の）段階は、デフレクタ２２０円錐形の終
端部３０の近傍でなされる。

デフレクタ２２のこの部分（終端部３０）は後方部２８
から後方に急激に径が減少する円錐形の幾何学的に最適
化され形状に形成されており、流れの分離を生じさせる
ことなしに、ガス流を急速に収束させ減速させる。

ここで異物粒子は比較的高速を維持しており、壁３Ａの
方に向けられてその方向を保っている。

他方、比較的清浄なガスの流れＧは前記終端部３０の形
状のため収束させられ、出口セクション１２の管１６へ
の方向をとり、第１図に示されるようにそこを通って排
出される。

この時壁８Ａの近傍にある異物粒子Ｃは環状空間１９を
通り、第１図の矢印で示されるようにチョークノズル２
０によって閉塞された通路１８を通って出て行く。

本発明の上記記載から理解されるように、流入するガス
流からの汚染物質その他の異物粒子の分離は本発明の構
成部材の幾何学的関係を最適化することによって高効率
と低圧力降下を以って達成される。

従って重要であるのはデフレクタ２２の前方部２４及び
後方部２８のテーパの角度Ａ及びＢである。

同様に、ガス流を急速に収束させて、清浄なガスを円筒
状管１６を通るように方向づけるには円錐形の終端部３
０の角度Ｅが重要な意味をもつ。

同様に、羽根の角度りは、第３図に示されるように、異
物粒子に適切な（羽根の）接線方向の速度成分を与える
ように最適化されており、遠心力を発生させて装置に好
ましくない磨耗作用を生じさせる先行技術による装置の
作用が排除されている。

更に、装置のケーシング２とデフレクタ２２との間の関
係は、異物粒子のはずみ力の制御を確保して、ガス流を
減速させたり加速させたりできるように最適化されてい
る。

またケーシング２の出口側にはケーシングの内径よりも
小径の円筒状管１６がセーシング２の外部に突出するよ
うに配設されており、これにより清浄なガス流の排出が
適切になされると共に、この円筒状管１６とケーシング
２の内壁とにより規定される環状空間１９により異物粒
子の排出が効果的になされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体状異物分離装置を示す横断面図、
第２図は第１図に示される本発明装置の一部断面説明図
、第３図は羽根とデフレクタの軸との間の角度関係を示
す、第２図の３−３線に沿う断面図である。 ２・・・、・・ケーシング、４・・・・・・入口セクシ
ョン、８・・・・・・中央セクション、１２・・・・・
・出口セクション、２２・・・・・・デフレクタ、２４
・・・・・・前方部、２８・・・・・・後方部、３０・
・・・・・終端部、３２・・・・・・環状リム、３４・
・・・・・羽根。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 両端に入口および出口を有する中空のケーシングと
   、ケーシングの半径方向のほぼ中心に配置されてケーシ
   ングの軸方向に伸びるデフレクタと、デフレクタの周囲
   に設けられて、ケーシングの半径方向に広がる複数の羽
   根とからなり、ケーシングは入口から出口の方向に徐々
   に内径が増大するように内面にテーパが付された入口セ
   クションと径の不変な円筒状部分とからなり、デフレク
   タは入口セクションの内面のテーパとほぼ等しい角度の
   テーパを有して、後方に向けて徐々に径の増加する円錐
   台の形状の前方部と、前方部よりやや急角度に増加方向
   のデーパを有して後方に向けて徐徐に径の増大する後方
   部と、後方部から後方に急激に径が減少するように円錐
   形に形成された終端部とからなり、前記羽根はデフレク
   タの前方部と後方部との間に取り付けられてケーシング
   に固定されており、デフレクタの前方部はケーシングの
   入口セクション内に配設され、後方後及び終端部はケー
   シングの円筒状部分に配設されており、ケーシングの円
   筒状部分には、ケーシングの内径よりも小径の円筒状管
   が、デフレクタの終端部から一定の間隔をおいてケーシ
   ングの半径方向のほぼ中心をケーシングの軸方向に伸び
   てケーシングの外部に突出するように配設されており、
   ケーシング゛の出口側端部の近傍にはケーシングの軸方
   向に対して横方向の通路が設けられていて、該通路はケ
   ーシングの内壁と前記円筒状管によって規定される環状
   空間に連通しており、該環状空間はケーシングの出口側
   端部において閉塞されている。 比較的高速度でケーシングの軸方向に流れるガス流から
   固体状異物を分離するための装置。 ２ 羽根がデフレクタの軸に対して所定角度で配置され
   ており、羽根を通過するガス流を僅かに旋回させるよう
   に構成されている特許請求の範囲第１項に記載の装置。