KR100943363B1 - 세척 장치를 구비한 전기 세퍼레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 크랭크케이스 환기장치의 기류로부터 오일을 분리하는데 사용되고, 방출 전극(emission electrode) 및 수집 전극(collecting electrode)을 갖는 전기 세퍼레이터에 관한 것이다. 세퍼레이터 내에 있는 상기 두 전극 중 적어도 하나로 세척액을 분사하는 분사장치가 제공된다.

Description

세척 장치를 구비한 전기 세퍼레이터{ELECTRIC SEPARATOR WITH A RINSING CLEANING SYSTEM}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 전기 세퍼레이터(electric separator)에 관한 것이다.

DE-U-299 053 02로부터 범용 전기 세퍼레이터가 공지되어 있다.

세퍼레이터의 하나 또는 2개의 전극에서 접착성 오염물을 제거하여야 하는 경우, 기계적 세척 장비의 사용시 경화된 침전물이 효과적으로 제거될 수 없다는 문제가 발생한다. 기계적 세척 장비는 주기적으로 작동되기 때문에, 내연기관의 작동 모드에 따라 2번의 세척 과정 사이의 시간 간격이 너무 크면 세퍼레이터 내의 침전물이 전술한 것처럼 바람직하지 않게 경화될 수 있다.

본 발명의 목적은 신뢰성 있는 전극 세척이 구현될 수 있도록 범용형 세퍼레이터를 개선하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들을 가진 전기 세퍼레이터를 통해 달성된다.

다시 말해서, 본 발명은 기계적 세척을 수행하는 것이 아니라 유압식 세척(hydraulic cleaning)을 수행하는 것을 제안하는 것이며, 이러한 유압식 세척에서는 유체에 의해 2개의 전극 중 적어도 하나에 존재하는 침전물이 제거된다. 유체에 의해 침전물에 가해지는 기계적 충격이 브러시형 세척 바디에 비해 더욱 작음에도 불구하고, 전극 표면이 적절하게 세척되는 바 신뢰성있는 전극 세척이 가능한 것으로 밝혀졌다.

바람직하게는 전극 표면의 세척을 위한 유체로서 오일이 사용될 수 있으며, 특히 내연기관의 오일 순환로에서 뽑아낸 오일이 사용된다. 전기 세퍼레이터가 기류로부터 오일을 분리하기 위해, 다시 말해 전극 표면을 세척하기 위해 사용됨에도 불구하고, 놀랍게도 기류내로 오일을 추가 주입하는 것이 예상외로 유리하며, 그 이유로는 첫째로 특수 세척액을 사용하고 저장하며 정기적으로 충전해야하는 수고에 비해 전극 세퍼레이터의 관리 비용이 비교적 적게 유지될 수 있기 때문이며, 둘째로 양호한 세척 결과를 달성할 수 있기 때문이다. 즉, 오일을 세척(헹굼)액으로 사용할 경우 마찬가지로 오일로부터 비롯된 침전물에 대해 명백히 높은 친화력이 작용하기 때문에, 전극 표면을 따라 오일이 지나가는 경우 세척액으로서의 오일에 침전물이 매우 잘 흡착되어 함께 쓸려간다.

DE 27 43 292 B2에는 다른 종류의 전기 세퍼레이터가 공지되어 있는데, 상기 전기 세퍼레이터는, 특히 자동차에 내연기관이 구동 장치로서 제공되는 경우 범용형 전기 세퍼레이터에서 발생하는 것과 같은 온도 하중 및 진동 하중에 노출되거나 구조상 치수에 제한을 받지 않는다. 이러한 종래기술로부터, 수집면(collecting surface) 위에 유체 필름을 형성하기 위해 물 분사장치를 제공하는 방법이 공지되어 있다. 여기서 수집면은 수집 전극(collecting electrode)이 아니라, 단지 일종의 유체 필름을 위한 지지체 또는 홀더이며, 실제 수집 전극은 전기 도체와 접촉되어 상기 전기 도체에 의해 접지되는 유체 필름 자체로 형성된다. 이러한 공지된 종래 기술에서는 특히 세퍼레이터에 의해 기류로부터 제거되어야 하는 물질이 유체로서 사용되지는 않는다.

바람직하게는 분사장치의 분사 제트가 전극의 벽을 향할 수 있고, 이 때 분사 제트는 고압 제트로서 세척 성능을 더욱 강화시킬 수 있다. 이 경우 미립화 효과가 발생할 수 있기 때문에, 전술한 분사 과정은 전기 세퍼레이터 내의 공기 속도가 낮은 경우에만 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 분사 과정에서 살포된 오일 입자를 공기 제트가 휩쓸어가는 경향이 매우 감소됨에 따라, 세척액의 분사 작동을 통해 전기 세퍼레이터의 분리 성능이 과도하게 악화되는 일이 방지된다.

대안적으로 분사장치의 분사 제트가 전극의 벽에 접선 방향으로 향하도록 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 낮은 미립화의 분사 충격이 가능해지며, 이러한 분사 충격은 우선 전극 표면의 세척 및 습윤에 이용되고, 분사 충격의 기계적 압력에 의한 세척 작용이 가능한한 항상 부차적인 정도로 제공된다.

바람직하게는 분사장치를 주로 주기적으로 작동시킬 수 있는 순환로(circuit)가 제공될 수 있다. 기본적으로 전극 표면에 존재하는 입자 침전물을 신뢰성있게 제거할 수 있는, 전극 표면의 연속 세척이 고려될 수 있지만, 바람직하게는 내연기관의 정해진 구동 조건에 대해서만 세척이 수행될 수 있다. 이러한 방식으로 예컨대 엔진 회전수가 높은 경우 그리고 그에 상응하게 세퍼레이터 내의 공기 유동 속도가 높은 경우에, 전극 표면에 오일이 도달되지 않을 수 있다. 그렇지 않은 경우 오일은 높은 공기 속도로 인해 휩쓸려갈 수 있고, 전기 세퍼레이터의 분리 성능이 악화될 수 있다.

상기 순환로는 예컨대 전자 엔진 제어장치에 의해 제어되거나 상기 엔진 제어장치 내에 통합되어, 사전 설정된 엔진 구동 상태에서 전극 표면을 세척하기 위한 분사장치가 작동되도록 할 수 있다. 이를 위해 엔진 제어장치에 의해 작동되는 전자 제어 밸브가 제공될 수 있다. 이 때, 클럭 밸브(clocked valve)가 제공되어 클럭 속도(clock speed)에 영향을 줄 수 있고, 이에 따라 세척액 분사량이 변동될 수 있도록 할 수 있다.

대안적으로, 예컨대 크랭크케이스 환기 라인 내 압력 조건 또는 엔진의 오일 압력에 따라 열리고 닫히는 밸브가 사용될 수 있으며, 그 결과 크랭크케이스 환기장치 내 공기 및 전기 세퍼레이터 내의 공기의 유동 속도가 바람직하게 낮은 경우에는 밸브의 개방이 엔진 제어장치와 상관없이 오직 엔진의 작동 상태에 따라서 확보될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 개략적인 도면들을 참고로 하기에 더 상세히 설명된다.

도 1은 3개의 방출 전극을 구비한 전기 세퍼레이터의 종단면도이다.

도 2는 도 1의 세퍼레이터의 횡단면도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 세퍼레이터의 일부분의 사시도이다.

도 4 및 도 5는 전기 세퍼레이터의 또 다른 2개의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7은 상이한 2개의 전극 세척을 위한 순환로의 다이어그램이다.

도 1에는 내연기관의 크랭크케이스 환기장치의 기류 내에 배치된 전기 세퍼레이터가 도면부호 "1"로 표시되어 있다. 상기 세퍼레이터(1)는 특히 도 2 및 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 3개의 수집 챔버를 가지는데, 여기서 상기 수집 챔버들 내에는 각각 1개의 방출 전극(2)이 배치되어 있고, 관형 하우징 표면이 원통형 수집 전극(3)을 형성한다.

오일은 공급 라인(4)을 통해 분배기 보어(distributor bore)(5)에 도달되고, 분사 채널들(6)은 상기 분배기 보어(5)에서 수집 전극(3)으로 접선 방향으로 이르게 한다. 오일은, 도 2 및 도 3에 도시된 화살표로 표시된 것처럼, 수집 전극(3)의 내부 표면에서 아래쪽을 향해 나선형으로 흐르고, 이 때 도시된 실시예에서는 장착 위치(fitting position)가 도 1 및 도 3에 상응하게 방출 전극(2)의 자유 단부와 함께 아래쪽을 향하도록 정렬된다. 세척액, 여기서는 오일은 중력에 의해 내연기관의 크랭크케이스로부터 수집 전극(3)의 내부 표면으로 아래쪽으로 흐르고, 이 때 상기 수집 전극(3)의 표면 상에 달라붙어 있는 침전물들이 함께 휩쓸려간다.

분사장치가 연속으로 작동되면 수집 전극(3)의 내부 표면이 항상 오일로 젖어 있기 때문에, 처음부터 수집 전극(3) 위에 침전물이 형성될 수 없다. 그에 반해, 세척이 단지 주기적으로 수행되는 경우에는 세척액으로 사용되는 오일에 대해 역시 오일로부터 비룻된 침전물들의 친화력이 작용함에 따라 전극 표면의 신뢰성있는 세척이 이루어진다.

도 4에는 제 2 실시예로서, 오일이 방출 전극(2)의 중공 내부로 안내되어 그곳으로부터 다수의 세척 노즐(7)을 통해 비교적 높은 압력 하에서 수집 전극(3) 위로, 더 정확히 말하면 특히 방출 전극(2)의 자유 단부 주변 영역 내에 있는 수집 전극(3) 위로 방출되는 것이 도시되어 있다. 상기 영역은 수집 전극에 최대량의 침전물이 형성되어 있는 곳이다.

본 실시예에서 세척액은 전극 벽을 따라 흐르는 것이 아니라, 기류에 의해 수집 전극(3)으로 분사되어야 한다. 유체 마찰에 의한 부가의 기계적 세척 효과를 얻기 위해, 세척액이 비교적 높은 압력으로 수집 전극(3)에 분사된다. 수집 전극(3)에 세척액이 부딪치게 되는 각도를 비교적 작게 함으로써(평행하게 함으로써) 그리고 세퍼레이터(1) 내에 흐르고 있는 기류가 비교적 적은 경우에만 세척 장치를 작동함으로써, 특히 세퍼레이터(1) 내에서 크랭크케이스의 환기장치로부터 분리되어야 하는 엔진 오일이 세척액으로서 사용되는 경우에 세척액의 분사 미스트(mist)가 기류에 의해 휩쓸려가지 않으며, 세퍼레이터 성능을 손상시키지 않게 할 수 있다.

도 1 내지 도 3의 실시예들에서는 계속해서 수집 전극(3)의 세척을 기술하며, 도 5에서는 방출 전극(2)이 세척되는 실시예를 기술한다. 도 5에는 세척액 공급의 상이한 2가지 방법이 도시되어 있으며, 상기 두 방법은 도 5에 따라 공동으로 제공될 수도 있고, 경우에 따라서는 도 5와 상이하게 개별적으로 제공될 수도 있다.

세척액이 방출 전극(2)의 중공 내부를 통해 안내되어, 상기 방출 전극의 하부 단부에서 배출 개구(8)를 통해 방출 전극(2)의 니들형 첨단(tip)으로 안내될 수 있고/거나 세척액이 외부로부터 분사 보어(9)를 통해 방출 전극(2)으로 분사될 수 있고, 상기 세척액은 도 4에 따른 실시예에서와 유사하게 수집 전극의 내부벽으로 분사된다.

도 6에는 내연기관의 크랭크케이스의 오일 팬(11)을 기호로 표시한 한 순환로(10)가 도시되어 있다. 오일은 상기 오일 팬(11)에서 밸브(12)로 공급되고, 상기 밸브는 미리 정해진 제 1 압력(P1)에서 열리며, 상기 제 1 압력보다 더 높은, 미리 정해진 제 2 압력(P2)에서 다시 닫힌다. 상기 오일은 하나 또는 2개의 전극(2, 3)의 세척을 위해 전기 세퍼레이터(1) 내로 분사된다. 밸브(12)를 열기 위한 압력 조건에 의해, 전기 세퍼레이터(1)의 관류 속도가 낮을 경우 예컨대 엔진의 공회전시에 밸브가 항상 열리도록 할 수 있다. 상기 전기 세퍼레이터에는, 도면부호 "14"로 표시된 것처럼, 크랭크케이스로부터 나온 공기는 전기 세퍼레이터로 공급되고, 상기 전기 세퍼레이터로부터 오일 입자들이 분리된다.

세척 및 분리의 결과로 배출된 오일은, 도면부호 "15"로 표시된 것처럼, 세퍼레이터(1)에서 오일 팬(11)으로 되돌아가며, 오일에 의해 세척된 기류는 흡기 장치(16)로 전달된다.

도 7에는 세퍼레이터(1)의 세척 장치를 작동시키기 위한 순환로(10)의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 여기서는 밸브(12)가 압력에 의해 직접 열리지 않고, 전기로 작동되며, 이러한 작동은 엔진 제어장치(17) 내에 저장된 파라미터에 의해 제어된다. 엔진 제어장치(17)는 예컨대 내연기관의 회전수 또는 오일 순환계 내의 압력과 같은 파라미터를 처리한다.

도시된 실시예들과 달리, 유체, 예컨대 엔진 오일로 채워진 팽창 탱크가 사용될 수 있으며, 이 경우 충전 수위(filling level)를 기초로 하는 팽창 탱크의 작동에 의해 팽창 탱크와 연결된 기계적 세척 기구가 전후로 움직이게 된다. 이러한 기계적 세척 기구는 예컨대 브러시, 멤브레인 등으로 형성될 수 있고, 예컨대 방출 전극(2) 첨단의 세척에 사용될 수 있다. 팽창 탱크가 비워지는 경우, 상기 팽창 탱크로부터 흘러나온 유체량이 각각 다른 전극, 즉 예컨대 수집 전극의 세척을 위한 세척액으로 사용된다. 이 때, 예컨대 세척액이 비교적 낮은 압력에서 수집 전극의 벽에 접선 방향으로 분사될 수 있도록 하기 위해, 팽창 탱크가 충분한 압력을 용이하게 형성시킬 수 있다.

Claims (21)

1. 방출 전극(emission electrode)(2);

   수집 전극(collecting electrode)(3); 및

   방출 전극 및 수집 전극 중 하나 이상에 세척 유체로서 수집 전극의 세로축에 대해 비스듬하게 오일을 분사하도록 구조화되고 배열된 분사장치(injection device)를 포함하는, 환기장치(ventilator)의 기류로부터 오일을 분리하는 전기 오일 세퍼레이터(1).
2. 제 1항에 있어서, 환기장치가 내연기관의 크랭크케이스 환기장치인 전기 오일 세퍼레이터.
3. 제 1항에 있어서, 공급 라인(4)을 통해 오일 공급원에 결합되어 있는 분사장치가 전극의 벽에 세척 유체의 제트를 향하게 하도록 구조화되고 배열된 개구를 추가로 포함하는 전기 오일 세퍼레이터.
4. 제 1항에 있어서,

   방출 전극 및 수집 전극 중 하나 이상을 세척 운동으로 기계적으로 세척하도록 배열된 세척 브러쉬(cleaning brush);

   팽창 탱크의 충전 부피 변화를 통해 세척 운동이 일어나도록 구조화되고 배열된 팽창 탱크(expanding tank); 및

   충전 부피를 감소시키고 분사장치 및 전극 중 하나로 유체를 향하도록 하기 위해 팽창 탱크 밖으로 유체를 가이드하도록 구조화되고 배열된 공급 라인(supply line)을 추가로 포함하는 전기 오일 세퍼레이터.
5. 제 1항에 따른 전기 오일 세퍼레이터의 두개의 전극 중 하나 이상을 세척하기 위한 세척 유체로서 오일을 사용하는 방법.
6. 제 5항에 있어서, 내연기관의 오일 순환로(circuit)(10)로부터 오일을 획득함을 추가로 포함하는 방법.
7. 방출 전극(2);

   수집 전극(3);

   방출 전극 및 수집 전극 중 하나 이상에 세척 유체로서 수집 전극의 세로축에 대해 비스듬히 오일을 분사하도록 구조화되고 배열된 오일 분사장치; 및

   분사장치를 주기적으로 작동시키기 위한 순환로를 포함하는, 환기장치의 기류로부터 오일을 분리하는 전기 오일 세퍼레이터(1).
8. 제 7항에 있어서, 순환로가 공기 유속이 낮은 시간 동안에 분사장치를 작동시키는 전기 오일 세퍼레이터.
9. 방출 전극(2) 및 수집 전극(3) 중 하나 이상에 및 수집 전극의 세로축에 대해 비스듬히 오일을 분사함을 포함하여, 방출 전극 및 수집 전극을 포함하는, 오일 세퍼레이터(1)에서 환기장치의 기류로부터 오일을 분리하는 방법.
10. 제 9항에 있어서, 환기장치가 내연기관의 크랭크케이스 환기장치인 방법.
11. 제 9항에 있어서, 세척 유체의 제트를 노즐로 전극의 벽으로 향하게 함을 추가로 포함하는 방법.
12. 제 9항에 있어서, 순환로를 이용하여 분사장치를 주기적으로 작동시킴을 추가로 포함하는 방법.
13. 제 12항에 있어서, 순환로가 공기 유속이 낮은 시간 동안에 분사장치를 작동시키는 방법.
14. 제 9항에 있어서,

    세척 브러쉬로 기계적으로 세척하여 방출 전극 및 수집 전극 중 하나 이상을 세척 운동으로 세척하고;

    팽창 탱크의 충전 부피의 변화를 통해 세척 운동을 일으키고;

    팽창 탱크 밖으로 유체를 가이드하여 충전 부피를 감소시키고 분사장치 및 전극 중 하나로 유체를 향하게 함을 추가로 포함하는 방법.
15. 제 9항에 따른 방법을 사용하여 환기장치의 기류로부터 오일을 분리하는 전기 오일 세퍼레이터용 세척 장치(cleaner).
16. 세퍼레이터(separator)(1);

    방출 전극(2);

    수집 전극(3); 및

    세퍼레이터의 일부에 및 수집 전극의 세로축에 대해 비스듬히 오일을 분사하도록 구조화되고 배열된 오일 분사장치를 포함하는, 환기장치의 기류로부터 오일을 분리하는 전기 오일 세퍼레이터.
17. 제 16항에 있어서, 환기장치가 내연기관의 크랭크케이스 환기장치인 전기 오일 세퍼레이터.
18. 제 16항에 있어서, 공급 라인을 통해 오일 공급원에 결합되어 있는 분사장치가 세퍼레이터의 일부에 세척 유체로서 오일을 향하게 하도록 구조화되고 배열된 개구를 추가로 포함하는 전기 오일 세퍼레이터.
19. 제 16항에 있어서, 분사장치를 주기적으로 작동시키도록 배열된 순환로를 추가로 포함하는 전기 오일 세퍼레이터.
20. 제 19항에 있어서, 순환로가 공기 유속이 낮은 시간 동안에 분사장치를 작동시키는 전기 오일 세퍼레이터.
21. 세퍼레이터(1);

    세퍼레이터의 일부에 및 수집 전극의 세로축에 대해 비스듬히 오일을 분사하도록 구조화되고 배열된 분사장치;

    세퍼레이터의 일부를 세척 운동으로 기계적으로 세척하기 위한 배열된 세척 브러쉬;

    팽창 탱크의 충전 부피의 변화를 통해 세척 운동이 일어나도록 구조화되고 배열된 팽창 탱크; 및

    팽창 탱크 밖으로 유체를 가이드하고 충전 부피를 감소시키고 분사장치 및 전극 중 하나로 유체를 향하게 하도록 구조화되고 배열된 공급 라인(4)을 포함하는, 환기장치의 기류로부터 오일을 분리하는 전기 오일 세퍼레이터.

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