KR102033950B1 - 오일 세퍼레이터 - Google Patents

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요시노리 마에히라
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토모아키 후쿠오카
마사시 이와사키
코지 카와요코
타카야 코하라
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도쿄 로키 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 불순물로서의 오일을 함유하는 가스로부터 오일을 분리해서 제거하는 오일 세퍼레이터에 있어서 오일의 제거율을 높이는 것에 있다.
본 발명에 의한 오일 세퍼레이터는 통기성을 갖는 통 형상의 여과재에 의해 제작되고, 대상 가스가 중공 부분으로부터 유입됨과 아울러 중심축이 상하 방향으로 되도록 배치된 통 형상의 제 1 필터 부재(42)와, 통기성을 갖는 여과재에 의해 제작되고, 제 1 필터 부재(42)의 외표면으로부터 소정의 간격을 두고서 제 1 필터 부재(42)의 외표면을 따라 주회된 제 2 필터 부재(43)를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

오일 세퍼레이터{OIL SEPARATOR}
본 발명은 가스 중에 불순물로서 포함되는 오일을 가스로부터 분리하는 오일 세퍼레이터에 관한 것이다.
가스에 포함되는 불순물을 이 가스로부터 분리하는 세퍼레이터가 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 장치에는 처리 전의 가스가 유입되는 1차측 포트와 처리 후의 가스가 배출되는 2차측 포트 사이에 분리실이 설치되어 있다. 분리실에는 수지제의 부직포를 통 형상으로 성형한 필터 엘리먼트가 배치되고, 필터 엘리먼트의 중공 부분에 처리 전의 가스가 도입되고 있다. 그리고, 처리 전의 가스에 포함되는 수분 등의 액체가 필터 엘리먼트에 의해 포착되어서 가스로부터 분리되고, 필터 엘리먼트의 외표면으로부터 유출된 처리 후의 가스가 2차측 포트에 안내되고 있다.
일본 특허공개 평 7-328364호 공보
가스에 포함되는 불순물에는 점도가 낮은 수분 뿐만 아니라, 타르와 같이 점도가 높은 오일도 있다. 점도가 높은 오일을 상술의 장치로 분리하려고 하면, 이 오일이 필터 엘리먼트의 외표면에서 기포 형상으로 부풀고, 기포가 터졌을 때에 보이는 미스트가 가스의 흐름을 타고 2차측으로 유출되어 버린다고 하는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 불순물로서의 오일을 함유하는 가스로부터 오일을 분리해서 제거할 때에 오일의 제거율을 높이는 것에 있다.
상술의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 불순물인 오일을 포함한 대상 가스로부터 상기 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터로서, 통기성을 갖는 통 형상의 여과재에 의해 제작되고, 상기 대상 가스가 중공 부분부터 유입됨과 아울러 중심축이 상하 방향으로 되도록 배치된 통 형상의 제 1 필터 부재와, 통기성을 갖는 여과재에 의해 제작되고, 상기 제 1 필터 부재의 외표면으로부터 소정의 간격을 두고서 상기 제 1 필터 부재의 외표면을 따라 주회된 제 2 필터 부재를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 오일 세퍼레이터에 의하면, 제 1 필터 부재의 외표면에서 오일의 기포가 터져서 미스트 형상으로 분산되어도 제 2 필터 부재에서 미스트 형상의 오일을 포착할 수 있다. 이와 같이, 제 2 필터 부재에 의해서도 오일이 제거되므로 대상 가스에 포함되는 오일의 제거율을 높일 수 있다.
상술의 오일 세퍼레이터에 있어서, 상기 소정의 간격은 상기 대상 가스의 흐름에 의해 상기 제 1 필터 부재의 외표면에 형성되는 상기 오일의 기포의 최대 높이보다 넓게 정해져 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는 제 1 필터 부재의 외표면에 생긴 오일의 기포를 제 2 필터 부재에 접촉시키기 전에 터지게 할 수 있다.
상술의 오일 세퍼레이터에 있어서, 상기 제 2 필터 부재는 상기 제 1 필터 부재보다 메시 사이즈가 큰 얇은 여과재에 의해 제작되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는 통기성을 확보하면서 오일 미스트를 포착할 수 있다. 또한, 제 2 필터 부재가 얇은 여과재로 제작되어 있기 때문에 오일 세퍼레이터의 소형화가 도모된다.
상술의 오일 세퍼레이터에 있어서, 상기 제 2 필터 부재는 부직포에 의해 제작되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는 통기성을 갖는 여과재를 용이하게 작성할 수 있다.
상술의 오일 세퍼레이터에 있어서, 상기 제 1 필터 부재는 부직포를 서포트 튜브에 복수회 권취함으로써 제작되어 있는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 제 1 필터 부재의 메시 사이즈나 오일의 유지 용량을 용이하게 조정할 수 있다.
상술의 오일 세퍼레이터에 있어서, 상기 제 1 필터 부재의 외표면으로부터 상기 제 2 필터 부재의 내표면까지의 공간을 각 필터 부재의 상단부로 막는 상측폐쇄 부재와, 상기 공간을 각 필터 부재의 하단부로 막음과 아울러 상기 공간을 유하한 상기 오일을 배출하기 위한 배출 구멍이 형성된 하측 폐쇄 부재를 갖는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 제 1 필터 부재로부터 제 2 필터 부재까지의 공간에 있어서의 상하 양단이 상측 폐쇄 부재와 하측 폐쇄 부재에 의하여 폐쇄되어 있으므로, 제 1 필터 부재를 통과한 대상 가스의 대부분을 제 2 필터 부재에 안내할 수 있다. 이것에 의해, 보다 많은 미스트 형상의 오일을 제 2 필터 부재에서 포착할 수 있어 대상 가스에 포함되는 오일의 제거율을 높일 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 불순물로서의 오일을 함유하는 가스로부터 오일을 분리해서 제거하는 오일 세퍼레이터에 있어서 오일의 제거율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 오일 세퍼레이터를 가스 연료공급장치에 적용한 제 1 실시형태를 설명하는 도면이다.
도 2는 제 1 실시형태에 의한 연료 여과기의 평면도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 A-A 단면도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 의한 필터 유닛의 종단면도이다.
도 5는 연료 가스의 흐름을 설명하는 사시 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 오일 세퍼레이터를 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템에 적용한 제 2 실시형태를 설명하는 도면이다.
도 7은 제 2 실시형태에 의한 벤틸레이터의 평면도이다.
도 8은 도 7에 있어서의 B-B 단면도이다.
도 9는 제 2 실시형태에 의한 필터 유닛의 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 우선, 본 발명에 의한 오일 세퍼레이터를 가스 연료공급장치에 적용한 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1에 나타내는 가스 연료공급장치(10)는 연료 탱크(11)와, 베이퍼라이저(12)와, 연료 여과기(13)와, 인젝터(14)와, 가스 엔진(15)을 갖고 있다.
연료 탱크(11)는 가스화되기 전의 액체 연료를 저류하는 용기이며, 예를 들면 금속제의 내압용기에 의해 구성되어 있다. 본 실시형태에서는 액체 연료로서 LPG(Liquefied petroleum gas)가 사용되고 있다. 그리고, 연료 탱크(11)에 저류된 액체 연료는 배관(16)을 통해서 베이퍼라이저(12)에 공급된다.
베이퍼라이저(12)는 액체 연료를 기화시켜서 연료 가스로 하는 장치이다. 베이퍼라이저(12)는 액체 연료를 기화시킬 수 있으면 여러 가지 형식의 것을 사용할 수 있다. 그리고, 베이퍼라이저(12)에 의해 기화된 연료 가스는 배관(16)을 통해서 연료 여과기(13)에 공급된다.
연료 여과기(13)는 베이퍼라이저(12)에 의해 기화된 연료 가스에 포함되는 불순물을 연료 가스로부터 분리해서 제거하는 부분이다. 즉, LPG 등의 액체 연료에는 기화에 의해 타르가 되는 중질분이나 가소제가 불순물로서 포함되어 있다. 이 불순물이 인젝터(14)에 공급되면 연료 가스의 불안정 공급이나 인젝터(14)의 막힘을 야기할 우려가 있다. 그래서, 베이퍼라이저(12)와 인젝터(14) 사이에 연료 여과기(13)를 배치하여 불순물이 분리된 연료 가스를 인젝터(14)에 공급하고 있다.
이 연료 여과기(13)는 불순물로서의 오일을, 대상 가스로서의 연료 가스로부터 분리해서 제거하는 오일 세퍼레이터에 상당한다. 또한, 연료 여과기(13)에 대해서는, 나중에 상세하게 설명한다.
인젝터(14)는 연료 가스를 공기와 혼합해서 가스 엔진(15)에 분사하는 장치이다. 예를 들면, 인젝터(14)에서는 연료 가스와 공기의 혼합비를 가스 엔진(15)의 목표 회전수에 따라 최적화하여 가스 엔진(15)에 공급한다. 가스 엔진(15)은 인젝터(14)로부터 공급된 혼합 기체를 연소시킴으로써 동력을 얻는 부분이다. 예를 들면, 가스 엔진(15)에서는 실린더의 내부에 있어서의 혼합 기체의 연소에 의해 피스톤을 왕복 이동시키고 있다. 그리고, 피스톤의 왕복 이동에 따라 회전되는 샤프트로부터 회전력이 인출된다.
이어서, 연료 여과기(13)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 연료 여과기(13)는 케이스(21)와, 캡 부재(22)와, 필터 유닛(23)을 갖고 있다.
케이스(21)는 캡 부재(22)와 함께 필터 유닛(23)의 수용 공간을 형성하는 부재이다. 본 실시형태의 케이스(21)는 상단이 개방된 바닥이 있는 원통 형상의 부재에 의해 제작되어 있다. 이 케이스(21)는 수지를 성형함으로써 제작되어 있다. 케이스(21)의 저면에 있어서의 중심부에는 연료 가스의 유입 포트(24)가 형성되어 있다. 이 유입 포트(24)는 하향으로 설치된 원통 형상 부분이며, 베이퍼라이저(12)와 연료 여과기(13) 사이를 연통하는 배관(16)이 접속된다.
케이스(21)의 내측 하부에는 필터 유닛(23)의 하단 부분이 부착되는 시트부(seat part)(25)가 설치되어 있다. 즉, 시트부(25)에 있어서의 상측 부분에는 필터 유닛(23)의 하단 부분이 끼워지는 오목부가 형성되어 있다. 또한, 시트부(25)는 중공 형상으로 설치되어 있고, 시트부(25)의 내부공간과 유입 포트(24)의 내부공간이 일련으로 형성되어 있다. 그리고, 이들 내부공간이 연료 가스의 유입로를 구성하고 있다.
또한, 케이스(21)의 내측 하부에는 시트부(25)를 중심으로 구획벽(26)이 방사상으로 형성되어 있다. 이 구획벽(26)은 필터 유닛(23)으로부터 적하된 오일이 저류되는 저류 공간을 구획한다. 본 실시형태에서는 원주 방향으로 45도 간격으로 8매의 구획벽(26)이 설치되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 캡 부재(22)는 케이스(21)의 상단을 덮는 부재이며, 반구 형상으로 팽출된 본체부(31)와, 본체부(31)로부터 횡방향(반경 방향)을 향해서 형성된 원통 형상의 배출 포트(32)를 갖고 있다. 그리고, 케이스(21)와 캡 부재(22)(본체부(31))는 진동 용착에 의해 접합되어 있다. 또한, 케이스(21)와 캡 부재(22)는 나사 홈이나 접착재에 의해 접합되어도 좋다. 또한, 배출 포트(32)에는 연료 여과기(13)와 인젝터(14) 사이를 연통하는 배관(16)이 접속된다.
필터 유닛(23)은 연료 가스에 포함되는 타르(오일)를 제거하는 부분이며, 도 3에 나타내는 바와 같이 케이스(21)와 캡 부재(22)에 의해 외부로부터 구획되는 수용 공간에 수용되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 필터 유닛(23)은 서포트 튜브(41), 메인 필터(42), 서브 필터(43), 상측 폐쇄 부재(44), 지지 프레임(45), 및 하측 폐쇄 부재(46)를 갖고 있다.
서포트 튜브(41)는 메인 필터(42)의 심이 되는 부재이며, 본 실시형태에서는 다수의 직사각형상 개구가 둘레면에 형성된 격자 형상의 원통 부재에 의해 제작되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 서포트 튜브(41)의 내측 공간은 케이스(21)의 유입 포트(24)에 연통되어 있다. 이 때문에, 서포트 튜브(41)의 내측 공간에는 베이퍼라이저(12)에 의해 기화된 연료 가스가 유입된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 메인 필터(42)는 연료 가스에 포함되는 오일을 포착하고, 연료 가스로부터 분리시키기 위한 여과재이며, 제 1 필터 부재에 상당한다. 이 메인 필터(42)는, 예를 들면 평균 포아 사이즈 100㎛의 부직포를, 서포트 튜브(41)를 중심으로 해서 다중으로 권취함으로써 제작된다. 본 실시형태의 메인 필터(42)는 직경이 40㎜ 정도로 될 때까지 부직포를 권취함으로써 제작된다. 이와 같이, 부직포를 다중으로 권취함으로써 메인 필터(42)를 제작하면, 부직포의 평균포아 사이즈나 권취수의 선택 범위를 넓힐 수 있다. 이것에 의해, 메인 필터(42)에 있어서의 메시 사이즈나 오일의 유지 용량을 용이하게 조정할 수 있다.
서브 필터(43)는 메인 필터(42)로부터 비산된 오일을 포착하기 위한 여과재이며, 제 2 필터 부재에 상당한다. 이 서브 필터(43)는 메인 필터(42)의 외표면으로부터 소정의 간격을 두고서 부직포를 메인 필터(42)의 외표면을 따라서 주위시킴으로써 제작되어 있다. 본 실시형태의 서브 필터(43)는 평균 포아 사이즈 1000㎛의 부직포를 지지 프레임(45)을 따라 한겹으로 주회시킴으로써 제작되어 있다.
여기에서, 서브 필터(43)의 기능에 대하여 설명한다. 상세한 것은 후술하지만, 연료 가스를 연료 여과기(13)에서 계속해서 처리하면, 포착된 타르(오일)가 메인 필터(42)의 내부에 축적되어 가서 메인 필터(42)의 외표면에 도달한다. 이것에 의해, 메인 필터(42)의 외표면에는 타르의 막이 형성된다. 타르의 점도는 높기 때문에, 도 5에 나타내는 바와 같이 메인 필터(42)를 흐르는 연료 가스에 의해 막이 부풀어서 기포(BU)가 되고, 그 후에 기포(BU)가 터져서 미스트가 된다. 미스트로 된 타르는 연료 가스와 함께 하류측으로 흐르려고 하지만, 서브 필터(43)에 의해 포착된다. 이와 같이, 서브 필터(43)를 설치하고 있으므로 메인 필터(42)의 외표면에서 타르가 미스트로 되어도 이것을 포착할 수 있다.
여기에서, 본 실시형태에서는 메인 필터(42)보다 메시 사이즈가 큰 부직포가 사용되고 있다. 이 때문에, 연료 가스의 흐름은 손상하지 않고, 미스트 형상의 타르를 서브 필터(43)에서 포착할 수 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에 있어서 메인 필터(42)의 외표면으로부터 서브 필터(43)의 내표면면까지의 간격(D)은 메인 필터(42)의 외표면에 형성되는 타르의 기포의 최대 높이보다 넓게 정해져 있다. 구체예로 설명하면, 이 간격은 3㎜∼10㎜ 정도로 정해져 있다. 이 때문에, 기포(BU)가 서브 필터(43)에 접촉되기 어려워져 서브 필터(43)에 과도한 양의 타르가 부착되는 문제를 억제할 수 있다.
상측 폐쇄 부재(44)는 메인 필터(42)의 외표면으로부터 서브 필터(43)의 내표면까지의 공간을, 각 필터(42, 43)의 상단부로 막는 부재이다. 본 실시형태의 상측 폐쇄 부재(44)는 원반 형상 부재에 의해 제작되어 있다. 이 상측 폐쇄 부재(44)에 있어서의 하면의 중심 부분에는 서포트 튜브(41)의 상단 부분에 감합되는 원통 형상 리브(44a)가 설치되어 있다. 또한, 상측 폐쇄 부재(44)의 외주 부분에는 외주를 따라 복수의 통기 구멍(44b)이 형성되어 있다. 이들 통기 구멍(44b)은 서브 필터(43)보다 외주측에 존재하는 연료 가스를 캡 부재(22)측으로 유입시키기 위해서 형성되어 있다. 이 때문에, 이들 통기 구멍(44b)은 서브 필터(43)보다 외주측의 위치에서 판두께 방향을 관통하고 있다.
지지 프레임(45)은 서브 필터(43)를 지지하기 위한 부재이며, 격자를 원통 형상으로 함으로써 제작되어 있다. 본 실시형태의 지지 프레임(45)은 상측 폐쇄 부재(44)와 일체적으로 설치되어 있다. 즉, 상측 폐쇄 부재(44)의 하면이며 통기 구멍(44b)보다 내주측의 위치로부터 하향으로 설치되어 있다. 그리고, 서브 필터(43)는 접착 등에 의해 지지 프레임(45)에 고정되어 있다.
하측 폐쇄 부재(46)는 메인 필터(42)의 외표면으로부터 서브 필터(43)의 내표면까지의 공간을, 각 필터(42, 43)의 하단부로 막는 부재이다. 이 하측 폐쇄 부재(46)는 원반 부분(46a)과, 고정 통부(46b)와, 내주측 리브(46c)와, 외주측 리브(46d)를 갖고 있다.
원반 부분(46a)은 상술의 공간을 막기 위한 부분이며, 면 방향의 중심 부분에는 연료 가스를 통과시키기 위한 중심 구멍이 형성되어 있다. 또한, 공간에 대응하는 부분에는 이 공간을 유하한 오일을 배출하기 위한 배출 구멍(46e)도 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 4개의 배출 구멍(46e)이 원주 방향으로 90도 간격으로 형성되어 있다. 이 배출 구멍(46e)은 직사각형상을 하고 있고, 판두께 방향을 관통하고 있다. 또한, 배출 구멍(46e)의 크기는 타르가 막을 치는 것이 곤란한 최소의 크기로 정해져 있다.
고정 통부(46b)는 필터 유닛(23)을 케이스(21)에 부착하기 위한 부착부이고, 또한 서포트 튜브(41)의 하단부를 지지하기 위한 지지부이다.
즉, 원반 부분(46a)에 있어서의 중심 구멍의 가장자리로부터 하측을 향해서 원통 형상의 하측 고정 통부(46f)가 설치되어 있다. 이 하측 고정 통부(46f)는 케이스(21)의 시트부(25)에 내주측에서 삽입되는 부분이다. 하측 고정 통부(46f)가 시트부(25)에 삽입됨으로써 필터 유닛(23)이 케이스(21)의 내부에 있어서의 소정 위치에 고정된다. 또한, 하측 고정 통부(46f)의 외주면에는 O링(46h)이 배치되어 있고, 연료 가스의 누출이 억제되어 있다.
또한, 원반 부분(46a)에 있어서의 중심 구멍의 가장자리로부터 상측을 향해서 원통 형상의 상측 고정 통부(46g)가 설치되어 있다. 이 상측 고정 통부(46g)에는 서포트 튜브(41)의 하단 부분이 외주측에 삽입된다. 이것에 의해, 서포트 튜브(41)의 하단부가 하측 폐쇄 부재(46)에 의해 지지된다.
내주측 리브(46c)는 메인 필터(42)의 하단부를 둘러싸도록 원반 부분(46a)의 상측 표면에 설치된 평면으로 볼 때 원형의 리브이다. 이 내주측 리브(46c)의 직경은 메인 필터(42)보다 한 사이즈 크게 정해져 있다. 이 때문에, 메인 필터(42)와 내주측 리브(46c) 사이에는 약간의 간극이 형성되어 있다. 외주측 리브(46d)는 원반 부분(46a)의 외주 가장자리로부터 상측으로 설치된 평면으로 볼 때 원형의 리브이다. 이 외주측 리브(46d)는 지지 프레임(45)의 하단부에 형성된 링 형상의 오목부에 감합된다. 외주측 리브(46d)가 오목부에 감합됨으로써 지지 프레임(45)의 하단부가 하측 폐쇄 부재(46)에 의해 지지된다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 이상과 같이 구성된 연료 여과기(13)에서는 베이퍼라이저(12)에 의해 기화된 연료 가스(도면 중 화살표로 나타낸다)가 유입 포트(24)를 통해서 케이스(21)의 내부로 유입된다. 이 연료 가스는 시트부(25) 및 고정 통부(46b)의 내측 공간을 통과해서 상승하고, 서포트 튜브(41)의 내측 공간에 안내된다. 그리고, 연료 가스는 서포트 튜브(41)에 의해 진행 방향을 바꾸어 반경방향으로 확산된다. 서포트 튜브(41)의 반경 방향에 인접해서 메인 필터(42)가 설치되어 있기 때문에 연료 가스에 포함되는 타르는 이 메인 필터(42)에 의해 포착된다. 또한, 타르가 분리된 연료 가스는 메인 필터(42)로부터 서브 필터(43)를 지나 서브 필터(43)와 케이스(21)의 공간에 이른다. 그 후, 이 연료 가스는 케이스(21)의 내벽면을 따라서 상승하고, 캡 부재(22)의 내측 공간을 지나서 인젝터(14)에 공급된다.
여기에서, 연료 가스의 처리를 계속하면 메인 필터(42)에는 타르가 축적된다. 축적량이 증가함으로써 타르는 메인 필터(42)의 외표면에까지 도달한다. 타르는 점성이 높으므로 외표면에서 막을 형성한다. 그리고, 타르의 막은 흘러 오는 연료 가스에 의해 팽창하여 기포(BU)로 된다. 타르의 기포(BU)는 그 후에 터져서 미스트가 되지만, 이 미스트는 서브 필터(43)에 의해 포착된다. 이 때문에, 서브 필터(43)를 통과한 연료 가스는 오일 미스트가 제거된 청정한 상태로 된다. 이 청정한 연료 가스가 배출 포트(32)를 통해서 연료 여과기(13)로부터 배출된다.
따라서, 본 실시형태의 연료 여과기(13)에서는 연료 가스에 포함되는 타르의 제거율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 메인 필터(42)의 외표면에 도달한 타르, 및 서브 필터(43)에서 포착된 타르에 관해서는, 축적량의 증가에 따라 자체 중량에 의해 유하되고, 하측 폐쇄 부재(46)에 형성된 배출 구멍(46e)으로부터 적하된다. 적하된 타르는 케이스(21)에 있어서의 내측 공간의 하단부에서 저류된다.
이상의 설명으로부터 분명하게 나타나 있는 바와 같이, 본 실시형태의 연료 여과기(13)에서는 메인 필터(42)의 외주측에 간격을 두고 서브 필터(43)를 주회시키고 있기 때문에, 메인 필터(42)의 외표면에서 타르의 기포가 발생하고, 이 기포가 터져서 미스트 형상이 되었다고 해도 서브 필터(43)에서 포착할 수 있다. 그 결과, 연료 가스에 포함되는 타르의 제거율을 종래 장치보다 비약적으로 높일 수 있다.
또한, 하측 폐쇄 부재(46)에는 배출 구멍(46e)이 형성되어 있고, 메인 필터(42)와 서브 필터(43)의 공간을 유하한 타르를 필터 유닛(23)의 밖으로 배출하고 있다. 이 때문에, 공간에 타르가 고여 버리는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 메인 필터(42)는 부직포를 서포트 튜브(41)에 다중으로 권취하여 제작되어 있으므로, 부직포의 포아 사이즈나 권취 강도의 선택에 의해 타르의 유지 용량이나 연료 가스의 통과하기 쉬움을 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 서브 필터(43)는 메인 필터(42)보다 메시 사이즈가 큰(포아 사이즈가 큰) 비교적 얇은 부직포를 한겹으로 주회시킴으로써 제작되어 있으므로, 연료 가스의 통기성을 확보하면서 미스트 형상의 타르를 포착할 수 있다.
이어서, 본 발명에 의한 오일 세퍼레이터를 폐쇄형 크랭크케이스 환기 시스템(이하, 환기 시스템이라고 한다)에 적용한 제 2 실시형태에 대하여 설명한다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 환기 시스템(50)은 브리더 파이프(51)와, 벤틸레이터(52)를 갖는다. 브리더 파이프(51)는 엔진(53)의 크랭크케이스로부터 배출된 블로바이 가스(오일을 함유하는 가스)를, 엔진(53)과 연통된 흡기측 유로(54)에 환원하기 위한 유로를 구획한다. 본 실시형태의 브리더 파이프(51)는 흡기측 유로(54)에 있어서의 에어 필터(55)와 터보차저(56)를 접속하는 부분에 블로바이 가스를 환원한다. 벤틸레이터(52)는 브리더 파이프(51)의 도중에 설치되어 있고, 블로바이 가스로부터 오일을 분리해서 엔진(53)에 리턴시키고 있다.
이 환기 시스템(50)에 있어서 엔진(53)으로부터 배출된 블로바이 가스는 상류측 브리더 파이프(51a)를 통해서 벤틸레이터(52)에 유입된다. 그리고, 벤틸레이터(52)에서 분리된 오일은 오일 회수 파이프(57)를 통해서 엔진(53)에 리턴된다. 또한, 벤틸레이터(52)에서 오일이 제거된 블로바이 가스는 하류측 브리더 파이프(51b)를 통해서 흡기측 유로(54)에 리턴된다. 리턴된 블로바이 가스는 에어 필터(55)로부터의 신선한 공기와 혼합되어 터보차저(56)에서 압축된다. 그 후에 차지 쿨러(58)에 의해 냉각되어서 엔진(53)에 공급된다. 이 때문에, 오일이 제거된 블로바이 가스를 엔진(53)에 공급할 수 있다.
이어서, 벤틸레이터(52)에 대하여 설명한다. 여기에서, 도 7은 벤틸레이터(52)의 평면도이며, 도 8은 도 7에 있어서의 B-B 단면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 벤틸레이터(52)는 케이스(61)와, 드레인 유닛(62)과, 캡 부재(63)와, 필터 유닛(64)을 갖고 있다.
케이스(61)는 상면이 개방된 원통 형상의 부재이다. 케이스(61)의 내부에 있어서의 높이 방향의 중간 부분에는 필터 유닛(64)이 탑재되는 적재부(65)가 설치되어 있다. 또한, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이 케이스(61)의 측면에는 측방을 향해서 유입 포트(66)와 배출 포트(67)가 형성되어 있다. 이들 유입 포트(66) 및 배출 포트(67)는 원통 형상 부재에 의해 제작되어 있고, 유입 포트(66)에는 상류측 브리더 파이프(51a)가 접속되고, 배출 포트(67)에는 하류측 브리더 파이프(51b)가 접속된다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 적재부(65)의 하측에는 유로 구획 부재(68)가 배치되어 있고, 블로바이 가스를 선회시키면서 안내하는 선회 유로가 구획되어 있다. 이 선회 유로의 하단에는 블로바이 가스를 유입시키는 PCV(Positive Crankcass Ventilation) 밸브(69)가 배치되어 있다. 이 PCV 밸브(69)는 엔진(53)의 흡기 부압의 변동에 의한 영향을 완화하기 위해서 설치되어 있다. 그리고, PCV 밸브(69)에 있어서의 면 방향의 중심부에는 연통 통부(70)의 하단이 배치되어 있다.
이 연통 통부(70)는 필터 유닛(64)과의 사이를 연통하는 연통 유로를 구획하는 원통 형상의 부분이며, 유로 구획 부재(68)를 관통함과 아울러 그 상단부가 적재부(65)보다 상방으로 돌출되어 있다. 이 돌출 부분은 필터 유닛(64)의 서포트 튜브(81)에 하측으로부터 삽입된다. 이 때문에, 돌출 부분은 필터 유닛(64)의 위치결정 부재로서도 기능하고 있다.
드레인 유닛(62)은 블로바이 가스로부터 분리된 오일을 벤틸레이터(52)의 외부로 배출시키기 위한 부분이며, 케이스(61)의 하단에 하측으로부터 접속되어 있다. 드레인 유닛(62)은 깔때기 형상으로 형성되어 있고, 협착 부분이 드레인 포트(71)를 구성하고 있다. 또한, 드레인 포트(71)의 바로 위에는 역지 밸브(72)가 설치되어 있다.
드레인 포트(71)에는 오일 회수 파이프(57)가 접속되어 있다. 이 때문에, 역지 밸브(72)가 개방되면 드레인 유닛(62)에 고인 오일이 오일 회수 파이프(57)에 유입된다. 그리고, 오일은 오일 회수 파이프(57)를 통해서 엔진(53)에 리턴된다.
캡 부재(63)는 하단이 개방되고, 상단이 천정부(63a)에 의해 막힌 원통 형상부재이다. 이 캡 부재(63)는 케이스(61)의 상측 절반부와 함께 필터 유닛(64)의 수납 공간을 구획한다. 이 때문에, 캡 부재(63)의 하단 외표면에는 수나사가 설치됨과 아울러 O링(63b)이 장착되어 있다. 한편, 케이스(61)의 상단 내표면에는 암나사가 설치되어 있다. 그리고, 캡 부재(63)를 단단히 조임으로써 케이스(61)의 상단부와 캡 부재(63)의 하단부가 감합하고, 부재끼리의 간극이 O링(63b)에 의해 막힌다.
캡 부재(63)에 있어서의 천정부(63a)의 하면에는 필터 홀더(73)가 설치되어 있다. 이 필터 홀더(73)는 필터 유닛(64)을 상방으로부터 지지하는 부재이며, 스프링(73a)에 의해 하방향으로의 압박력이 부여된 원반 부재이다. 필터 홀더(73)에 있어서의 면 방향의 중앙부에는 하향으로 위치결정 돌출부(73b)가 형성되어 있다. 이 위치결정 돌출부(73b)는 필터 유닛(64)의 서포트 튜브(81)에 상측으로부터 삽입되는 부분이며, 필터 유닛(64)을 소정 위치에 고정한다.
필터 유닛(64)은 블로바이 가스에 포함되는 오일을 제거하는 부분이며, 도 8에 나타내는 바와 같이, 케이스(61)와 캡 부재(63)에 의해 형성되는 수용 공간에 수용되어 있다. 이 필터 유닛(64)도 또한 제 1 실시형태의 필터 유닛(64)과 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 도 9에 나타내는 바와 같이, 필터 유닛(64)은 서포트 튜브(81), 메인 필터(82), 서브 필터(83), 상측 폐쇄 부재(84), 지지 프레임(85), 및 하측 폐쇄 부재(86)를 갖고 있다.
상술의 각 부에 관하여, 도 9와 도 5를 대비함으로써 이해되는 바와 같이, 고정 통부(46b)의 유무나 사이즈 등 세부에 있어서 다소의 상위가 있지만, 전체적으로는 같은 구성이라고 할 수 있다.
간단하게 설명하면, 서포트 튜브(81)는 메인 필터(82)의 심이 되는 부재이다. 메인 필터(82)는 연료 가스에 포함되는 오일을 포착하고, 연료 가스로부터 분리시키기 위한 여과재이며, 부직포를 서포트 튜브(81)에 다중으로 권취함으로써 제작된다. 서브 필터(83)는 메인 필터(82)로부터 비산된 오일을 포착하기 위한 여과재이며, 메인 필터(82)의 외표면으로부터 소정의 간격을 두고 부직포를 메인 필터(82)의 외표면을 따라 주회시킴으로써 제작된다. 상측 폐쇄 부재(84)는 메인 필터(82)의 외표면으로부터 서브 필터(83)의 내표면까지의 공간을, 각 필터(82, 83)의 상단부로 막는 부재이다. 하측 폐쇄 부재(86)는 메인 필터(82)의 외표면으로부터 서브 필터(83)의 내표면까지의 공간을, 각 필터(82, 83)의 하단부로 막는 부재이다. 그리고, 하측 폐쇄 부재(86)에는 상기 공간을 유하한 오일을 배출하기 위한 배출 구멍(86a)도 형성되어 있다.
도 8에 나타나 있는 바와 같이, 이상과 같이 구성된 벤틸레이터(52)에서는 유입 포트(66)로부터 유입된 블로바이 가스가 선회 유로를 선회하면서 아래로 흐른다. 그리고, 블로바이 가스는 PCV 밸브(69)에 도달하면 연통 통부(70)의 내부공간을 상승해서 서포트 튜브(81)에 이른다. 서포트 튜브(81)의 반경 방향에는 메인 필터(82)가 설치되어 있기 때문에, 블로바이 가스는 메인 필터(82)의 내부를 통과한다. 그 때, 블로바이 가스에 포함되는 오일은 메인 필터(82)에 의해 포착된다. 또한, 오일이 분리된 블로바이 가스는 서브 필터(83)를 통과한 후에 배출 포트(67)로부터 배출된다.
이 벤틸레이터(52)라도 블로바이 가스의 처리를 계속하면 메인 필터(82)에는 오일이 축적된다. 축적량이 증가함으로써 오일은 메인 필터(82)의 외표면에까지 도달한다. 그리고, 블로바이 가스의 흐름에 의해 기포 형상의 오일이 터져서 미스트가 되지만, 이 미스트는 서브 필터(83)에 의해 포착된다. 이 때문에, 블로바이 가스에 포함되는 오일의 제거율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
그리고, 메인 필터(82)의 외표면에 도달한 오일, 및 서브 필터(83)에서 포착된 오일에 관해서는 하측 폐쇄 부재(86)에 형성된 배출 구멍(86a)으로부터 적하된다. 적하된 오일은 드레인 유닛(62)에 저류된다. 마찬가지로, 선회 유로나 연통 통부(70)의 내부공간에서 블로바이 가스로부터 분리된 오일도 드레인 유닛(62)에 저류된다. 그리고, 역지 밸브(72)의 동작에 따라 벤틸레이터(52)로부터 배출된다.
이상의 실시형태의 설명은 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위한 것이고, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고 변경, 개량될 수 있음과 아울러 본 발명에는 그 등가물이 포함된다. 예를 들면 다음과 같이 구성해도 좋다.
처리 대상이 되는 대상 가스에 관하여, 제 1 실시형태에서는 LPG를 예시하고, 제 2 실시형태에서는 블로바이 가스를 예시했다. 그러나, 대상 가스는 이것들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 CNG(Compressed Natural Gas)라도 좋다. 결국 불순물로서의 오일 또는 오일에 준하는 고점성의 액체를 함유하는 가스이면 본 발명을 적용할 수 있다.
메인 필터(42, 82)에 관하여, 상술의 각 실시형태에서는 서포트 튜브(41, 81)에 대하여 다중으로 권취된 부직포를 예시했지만, 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유리섬유를 통 형상으로 굳힌 여과재를 사용해도 좋고, 스폰지로 제작된 여과재를 사용해도 좋다.
서브 필터(43, 83)에 관하여, 상술의 각 실시형태에서는 부직포를 예시했지만 이 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 미세한 금속 메시로 제작된 여과재나 얇은 스폰지로 제작된 여과재를 사용해도 좋다. 요는, 메인 필터(42, 82)의 외표면에서 생성된 미스트 형상의 오일을 포착할 수 있고, 통기성을 갖는 여과재이면 서브 필터(43, 83)로서 사용할 수 있다.
상술의 각 실시형태에 있어서, 서포트 튜브(41, 81)는 원통 형상인 것을 예시했지만, 원통 형상에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 서포트 튜브로서 격자상부재를 타원 형상으로 한 것을 사용해도 좋다.
상술의 각 실시형태에 있어서, 연료 여과기(13) 및 벤틸레이터(52) 중 어느 것이나 메인 필터(42, 82)의 중심축이 연직 방향을 향하고 있지만, 반드시 연직 방향을 향할 필요는 없다. 서포트 튜브(41, 81)가 연직 방향으로부터 45°정도 기울어 있어도 상술의 실시형태와 같은 작용 효과가 얻어진다. 즉, 제 1 필터 부재로서의 메인 필터(42, 82)에 관하여, 중심축이 상하 방향(연직 방향으로부터 45°이내)으로 되도록 배치되어 있으면 좋다.
10 : 연료공급장치 11 : 연료 탱크
12 : 베이퍼라이저 13 : 연료 여과기
14 : 인젝터 15 : 가스 엔진
16 : 배관 21 : 케이스
22 : 캡 부재 23 : 필터 유닛
24 : 유입 포트 25 : 시트부
26 : 구획벽 31 : 본체부
32 : 배출 포트 41 : 필터 유닛의 서포트 튜브
42 : 메인 필터 43 : 서브 필터
44 : 상측 폐쇄 부재 44a : 원통 형상 리브
44b : 통기 구멍 45 : 지지 프레임
46 : 하측 폐쇄 부재 46a : 원반 부분
46b : 고정 통부 46c : 내주측 리브
46d : 외주측 리브 46e : 배출 구멍
50 : 환기 시스템 51 : 브리더 파이프
52 : 벤틸레이터 53 : 엔진
54 : 흡기측 유로 55 : 에어 필터
56 : 더보차저 57 : 오일 회수 파이프
58 : 차지 쿨러 61 : 케이스
62 : 드레인 유닛 63 : 갭 부재
63a : 천정부 63b : O링
64 : 필터 유닛 65 : 적재부
66 : 유입 포트 67 : 배출 포트
68 : 유로 구획 부재 69 : PCV 밸브
70 : 연통 통부 71 : 드레인 포트
72 : 역지 밸브 73 : 필터 홀더
73a : 스프링 73b : 위치결정 돌출부
81 : 필터 유닛의 서포트 튜브 82 : 메인 필터
83 : 서프 필터 84 : 상측 폐쇄 부재
85 : 지지 프레임 86 : 하측 폐쇄 부재
86a : 배출 구멍 BU : 타르의 기포
D : 메인 필터의 외표면으로부터 서브 필터의 내표면까지의 간격

Claims (6)

  1. 불순물인 오일을 포함한 대상 가스로부터 상기 오일을 분리하는 오일 세퍼레이터로서,
    통기성을 갖는 통 형상의 여과재에 의해 제작되고, 상기 대상 가스가 중공 부분으로부터 유입됨과 아울러 중심축이 상하 방향으로 되도록 배치된 통 형상의 제 1 필터 부재와,
    통기성을 갖는 여과재에 의해 제작되고, 상기 제 1 필터 부재의 외표면으로부터 소정의 간격을 두고서 상기 제 1 필터 부재의 외표면을 따라 주회된 제 2 필터 부재를 갖고,
    상기 소정의 간격은,
    상기 제 1 필터 부재의 외표면에 형성된 오일의 막이 대상 가스의 흐름에 의해서 부풀어 형성된 기포의 최대 높이보다 넓게 정해져 있는 것을 특징으로 하는 오일 세퍼레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 부재는 상기 제 1 필터 부재보다 메시 사이즈가 크고 얇은 여과재에 의해 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 세퍼레이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 필터 부재의 외표면으로부터 상기 제 2 필터 부재의 내표면까지의 공간을 각 필터 부재의 상단부로 막는 상측 폐쇄 부재와,
    상기 공간을 각 필터 부재의 하단부로 막음과 아울러 상기 공간을 유하한 상기 오일을 배출하기 위한 배출 구멍이 형성된 하측 폐쇄 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 오일 세퍼레이터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 필터 부재는 부직포에 의해 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 세퍼레이터.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 필터 부재는 부직포를 서포트 튜브에 복수회 권취함으로써 제작되어 있는 것을 특징으로 하는 오일 세퍼레이터.
  6. 불순물인 오일을 포함한 대상 가스로부터 상기 오일을 분리하는 오일 분리 방법으로서,
    통기성을 갖는 통 형상의 여과재에 의해 제작되고, 상기 대상 가스가 중공 부분으로부터 유입됨과 아울러 중심축이 상하 방향으로 되도록 배치된 통 형상의 제 1 필터 부재를 설치하고,
    통기성을 갖는 여과재에 의해 제작되고, 상기 제 1 필터 부재의 외표면으로부터 소정의 간격을 두고서 상기 제 1 필터 부재의 외표면을 따라 주회된 제 2 필터 부재를 설치하고,
    상기 제 1 필터 부재에 의해 포착된 오일에 의해 상기 제 1 필터 부재의 외주에 형성된 막이, 상기 가스가 상기 제 1 필터 부재를 통과하는 것에 의해 기포가 되고, 상기 기포가 터져서 비산한 미스트를 상기 제 2 필터 부재에 의해 포착하는 것을 특징으로 하는 오일 분리 방법.
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