(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮され冷却されて流動通路の中を空気流として通り内燃機関に供給される給気から水を分離するために、間隔をおいて相互に並べて配置され空気を方向転換させる複数の方向転換部材（９）を備え、該方向転換部材は、それぞれ少なくとも１つのポケット（１１）を含んでおり、該ポケットが、前記空気流に対面する側の入口スリット（１２）を通じてアクセス可能であると共にその下部に少なくとも１つの排水口（１４）を有している水分離装置において、前記それぞれのポケット（１１）の入口スリット（１２）の少なくとも下側の領域に多板格子（２６）が設けられていることを特徴とする水分離装置。
【請求項２】
前記多板格子（２６）は、内側下方に傾斜した流入通路（２７）を形成していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記多板格子（２６）は、帰属の入口スリット（１２）の長さ全体にわたって連続していることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記多板格子（２６）の多板が、型注入成形品として構成されている前記ポケット（１１）の仕切り部材である場合に、前記多板は、型注入成形品と一体成形されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記多板格子（２６）の多板は、対応する前記ポケット（１１）の前記パネル側の側壁に取付け可能な支持帯板（２８）から起立するベーン（２９）として構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記ベーン（２９）は、前記支持帯板（２８）から裁断され、こうして形成された切欠き部（３０）が入口側で漏斗状の拡張部（３２）を備えていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ポケット（１１）は、隣接して配置された複数の立抗（３４）を有し、前記入口スリット（１２）及びこれに帰属する前記多板格子（２６）が複数の小区画に分割され、かつ各小区画がそれぞれ１つの立抗（３４）と連通していることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮され冷却されて流動通路の中を空気流として通り内燃機関に供給される給気から水を分離するために、間隔をおいて相互に並べて配置され空気を方向転換させる複数の方向転換部材を備え、該方向転換部材は、それぞれ少なくとも１つのポケットを含んでおり、該ポケットが、前記空気流に対面する側の入口スリットを通じてアクセス可能であると共にその下部に少なくとも１つの排水口を有している水分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先行文献ではないデンマーク国特許出願第０１９６／９８号に記載されている上述の種類の構造では、ポケットの入口スリットが捕捉形状とされていない。従って、ポケットに捕集された水が流れ通路に戻ってしまう危険がある。現代のエンジンでは給気が強力に圧縮されるので、冷却後に多くの溶解しない水がたくさんの小さな水滴の形で空気によって運ばれていると考えられる。水分離装置の高さ全体にわたって延びる入口スリットを通じてそれぞれ対応するポケットに入って行く水は、ポケットの内部で下方に向かって流れ去っていく。水がさらに下方にくればくるほど、いっそう水は多く集まってくる。従って、特に水量が最大となるポケットの下部領域では、水がポケットの内部にとどまらずに流れ通路へ逆流して行く危険がもっとも大きい。水分離装置の高さが高くなればなるほど、そしてそれに応じて方向転換部材の高さが高くなればなるほど、この危険性は高くなる。こうした危険は、ポケットの内部に空気乱流が生じ、これが水をポケットから追い出す傾向があることからいっそう深刻となる。このような危険は特にポケットの上側と下側の端部領域で生じる。そのため公知の構造は、十分に信頼性が高くはないことが判明している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで以上を前提とした上で本発明の課題は、公知の構造の欠点を回避しながら、冒頭に述べた種類の装置を簡単かつ低コストな手段で改良して、高い信頼性と、これに伴う高い分離効率が得られるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明により、分野を同じくする装置において、それぞれのポケットの入口スリットの少なくとも下側の領域に多板格子を設けることによって解決される。
【０００５】
この構成により、公知の構造における上述した欠点が回避される。多板格子は、入口スリットの内のり幅が比較的大きい場合でも、水がそれぞれ対応するポケットから流れ通路へと逃げ出るのを困難にし、このことは最終的な分離効率に対して有利に作用する。本発明による構成を基礎として、有利なことに、分離効率に対してマイナスに作用することなく、水分離装置の高さを非常に大きなものとすることも可能になる。このことは、幅の点でスマートな構造様式を可能にし、これは特にエンジンの場合に全長を減らすために非常に望まれていることである。同様に、本発明の構成はポケットの非常にスマートな断面形状を実現することも可能にする。そのため、こうした断面形状は二重底のような形式で取り付けられたカバー部材によって形成することが容易にでき、このことは合理的な製造を可能にする。
【０００６】
独立請求項の構成の有利な実施形態と目的に適った発展形は、従属請求項に記載されている。たとえば多板格子の多板が、内側下方に傾斜した流入通路を区画形成していると目的に適っている。それによって内側から外側へのバリア効果が向上し、ポケット内部へ水が入るのが妨げられることもない。
【０００７】
さらに別の目的に適った構成は、多板格子がそれぞれ帰属の流入スリットの高さ全体にわたって連続している点にある。この場合、スリットの長さ全体で等しい流入比率が得られる。
【０００８】
格別に有利なさらに別の構成は、ポケットが相前後して配置された複数の立抗を有しており、入口スリットとこれに帰属する多板格子が複数の小区画に分割されていて、これらの小区画がそれぞれ１つの立抗と連通しているという点にある。この構成は下方に流れる水の量的な分割をもたらし、それによって信頼性の高い水の水路化を容易にし、このことは流れ通路への水の逆流に対する防止策となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
その他の有利な構成、および独立請求項の構成要件の目的に適った発展形は、残りの従属請求項に記載されており、図面を参照した以下の実施形態の説明で詳細に説明されている。
【００１０】
添付図面を簡単に説明すると、
図１は、水分離装置を装備した２サイクル式大型ディーゼルエンジンの部分図；
図２は、本発明による水分離装置を示す外観図；
図３は、図２の構成の、相並んで配置された２つの方向転換部材を示す図２よりも拡大した平面図；
図４は、入口側の多板格子を備えたポケットを示す図；
図５は、図４の構成の多板格子を示す平面図；
図６は、複数の立抗を備えたポケットを示す垂直断面図；
図７は、射出成形の重畳部材によって形成されたポケットを示す水平断面図；
図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線視断面図である。
【００１１】
図１に概略的に示す２サイクル式大型ディーゼルエンジンのような内燃機関の構造は、それ自体公知であって、本明細書との関連で詳しく説明する必要はない。
【００１２】
図１に概略的に示す２サイクル式大型ディーゼルエンジンは、シリンダ１から吐出されて集合管２で集められた排気ガスによって駆動可能なターボチャージャ３を有している。ターボチャージャ３は、シリンダ１に供給された給気を予備圧縮するためのものである。ターボチャージャ３には給気冷却器４が後置されており、これによって給気の温度を低下させる。この冷却によって水の凝集が起こり、この水は引き続いて分離されて、水が原因で起こるシリンダライナの軸受面やピストンの損傷を防ぐ。そのために給気冷却器４には水分離装置５が後置されている。水分離装置５から流れ出た給気は、全てのシリンダ１にわたって延びる集合管に到達し、この集合管を通じてシリンダ１に供給される。
【００１３】
水分離装置５は、図示した例では給気冷却器４に取り付けられている。このようにして形成された構造ユニットは、複数の冷却器モジュールと１つの分離装置モジュールとを備えたモジュール形式の構造を有している。但し、こうした構造は絶対的なものではない。例えば単一ブロック冷却器、及び／または冷却器から離間配置された水分離装置が設けられていてもよい。
【００１４】
図２に示す水分離装置は、周囲を取り囲み、外部からの仕切り壁を形成しているフレーム７と、フレーム７によって仕切られた窓部に配置されている混合空気調節部８とからなる。混合空気調節部８は、互いに平行に並べて立設された方向転換部材９を有しており、この方向転換部材９はその上側及び下側の端部で上側と下側のフレーム横板に固定されている。相並んで配置された方向転換部材９は、フレーム７で包囲された流動通路を、引き伸ばされた蛇行形状の形態で延びる細い複数の部分通路１０に分割している。それに応じて方向転換部材９は、流動通路軸に対して平行で横方向に相互オフセットを有する複数のセクションと、これらを相互につなぐ斜めのセクションとに分けられる。部分通路１０の内のりの横断面は、方向転換部材９の内のりの間隔に一致している。内のり幅と、これに属するそれぞれの通路セクションの長さとの比率は水力直径（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）と呼ばれ、こらはできるだけ小さくするほうがよい。空気の圧力が高ければ高いほど、この比率を小さくするべきである。それによって、高圧時に多数存在する小さな水滴の分離が容易になる。
【００１５】
第１の方向転換点の下流側にある、流れ軸に平行な方向転換部材９のセクションは、それぞれモジュール高さ全体かつセクション幅全体にわたって連続しているポケット１１を備えており、このポケットは流れ衝突エッジの領域に設けられた入口スリット１２を介してアクセス可能である。図示した実施形態では２つのポケット１１が設けられている。さらに多数のポケット、または１つだけのポケットを設けることも可能である。
【００１６】
空気が方向転換するとき、空気によって運ばれている水滴は遠心力作用によって、大きいほうの方向転換直径部に向いたほうの壁面、ここでは方向転換部材９の入口スリット１２に前置されている斜めのセクションに凝結する。この水滴は入口スリット１２を通って後置されたポケット１１に到達する。複数のポケット１１が相前後して配置されている場合、それぞれのポケットでこの過程が繰返される。ポケット１１に捕集された水は重力作用によって下方に流れ、排水装置を通って排出される。そのために、フレーム７の下側の横板は中空形材として構成されており、それによってフレーム幅全体にわたって延びる集合管１３が形成されている。この集合管１３とポケット１１の内部空間とは、図３及び図４に示す下側のフレーム脚部の上側の壁部にある欠切部１４を介して連結されている。集合管１３からは排出配管１３ａが分岐している。方向転換部材が、下側のフレーム横板の上側の壁部の帰属する欠切部に挿入されている限りにおいて、ポケット１１の横断面に対応する通路が自動的に生じている。
【００１７】
図３で最もよく分かるように、方向転換部材９はそれぞれ、その全幅にわたって一体的に連続しているパネル１５を含んでいる。このパネルは引き伸ばされた蛇行形状のような断面形状であると共に、それに応じて、流れ軸に平行で横方向に互いにオフセットしている複数のセクション１６と、これらを相互につなぎ通路軸に対して傾斜している複数のセクション１７とを有しており、この傾斜したセクションは鏡像的に相互に傾いている。第１の方向転換点の下流側に設けられ流れ軸に平行な区画部分１６の領域では、それぞれ１つのポケット１１を形成するために、間隙を形成しながらこの区画部分１６をカバー状に覆う重畳部材１８が設けられている。実質的に二重底を形成している重畳部材１８は、帰属する区画部分１６の長さ全体かつ幅全体にわたって延びている。従ってこのことは、この重畳部材によって区画形成されているポケット１１についても該当する。重畳部材１８は後から取付け可能であり、もしくは対応するパネルと共に一体的に構成されていてもよい。図３，図４及び図７，図８では、パネル１５に後から取付けられた重畳部材１８が設けられている。一体的な成形の場合には、押出形材を使用することができる。
【００１８】
重畳部材１８は、図３及び図４でさらに示すように、パネル面を有する区画部分１６に対して平行な中央部分１９と、これに続く端縁部２０，２１とを有しており、そのうち流れに対面する側の端縁部２０は、入口スリット１２を開放しながら隣接する区画部分１６に続いている。これに対し反対側の端縁部２１は、図示した実施形態では後から取付け可能な重畳部材１８と共に延長されていて、当接可能な取付けフランジ２２が隣接する区画部分において形成されている。
【００１９】
方向転換部材９の幅にわたって連続しているパネル１５は、ステンレス鋼からなる薄い鋼板で形成することができる。当然ながら、黄銅、アルミニウム、あるいはプラスチック等、その他の材料も使用することができる。このときパネル１５は単に、圧延工程、引張工程、またはプレス工程によって適切な１枚のプレートから製造された形材部品として構成されていてよい。図３及び図４に示す構造では、パネル１５に取付け可能な重畳部材１８も、パネル１５と同じ素材、たとえばステンレス鋼製の薄い鋼板から製造された曲げ成形品として構成されている。この重畳部材はその取付けフランジ２２で、パネル１５の対応部分に当接するとともに、接着結合及び／または溶接結合によって、たとえば点溶接結合によってこれに固定されている。しかしながら別の固定方法、たとえばネジ結合やリベット結合も考えられる。
【００２０】
当然ながら、重畳部材１８を型注入成形品から製造することも考えられる。図７及び図８に示す形態はこの種の構造を採っている。型注入成形品として構成される重畳部材１８にプラスチックを用いれば、射出成形品として製造することができる。この場合、パネル側に当接させることが可能な取付け目玉部２３を一体成形することができ、それによって、例えばネジ２４またはリベットまたは点溶接等による固定が可能である。また、ポケットの内部空間を外部から隔絶するために、縁部にはシール材２５が設けられていると好ましい。当然ながら、型注入による成形の場合でも、プラスチックの代わりに別の適当な素材を考えることが可能である。
【００２１】
ポケット１１の中でできるだけ多くの水滴を捕集するため、入口スリット１２は比較的大きな内のり幅を有している。内のり幅の限界は、入口スリットによって許容範囲を越える乱流が生成されてしまうところで決定される。現代のエンジンでは給気が比較的強く圧縮されており、それに応じて冷却後にも多くの溶解しない水が空気中に存在しているため、全体として、スリットの単位長さあたりの高い出水率が予測される。
【００２２】
水は細いポケット１１の内部で下方に流れなくてはならない。水分離装置５は比較的大きな高さを有することができるので、ポケット１１の高さとスリット１２の長さも大きくなる。しかし水分離装置が高くなればなるほど、ポケット１１の下側の領域に集まる水も多くなる。そのために、水がポケット１１の中に保持できなくなってポケットから流出するという危険性も増大する。この危険は、ポケット１１の内部における空気の乱流によっていっそう深刻化する。このような乱流は、特にポケット１１の上側および下側の端部で懸念される。この危険性に対処して、既に捕集された水滴がポケット１１から再び流出してしまうのを防ぐため、入口スリット１２の領域には、図６及び図８から分かるように多板格子２６が設けられており、この多板が内側下方へ傾斜した流入通路２７を区画形成している。
【００２３】
図７及び図８に示すような型注入成形品として構成された重畳部材１８では、多板格子２６を形成している多板は、帰属する重畳部材１８に一体成形することができる。このことは、格別に簡単な製造と組立て作業をもたらす。しかしながら多板格子２６を薄板成形品として構成することも考えられる。このような種類の構成は図４及び図５に示している。ここで設けられている多板格子２６は支持帯板２８からなっており、この支持帯板から個々の多板２９が起立している。支持帯板２８は、帰属のポケット１１のパネル側の仕切壁に密着していて、例えば溶接結合または接着結合として構成された付着結合によってこれに固定されている。支持帯板２８から起立する多板２９は、支持帯板２８と重畳部材１８との間を橋渡ししている。
【００２４】
多板２９は支持帯板２８に一体に取付けられていてよい。図示した実施形態では、多板２９は、帰属の支持帯板２８から裁断され、支持帯板２８の平面から曲成されたベーンとして構成されている。それに応じて支持帯板２８には切欠き部３０が生じる。この切欠き部は、図５に破線で示す隅板３１によって拡張される。隅板は、多板２９を形成するベーンを裁断するときに打ち抜かれる。切欠き部３０は、こうして入口側の漏斗状の拡張部３２を含むことになる。それにより、支持帯板２８が水の滞留するエッジを形成しないことが保証される。
【００２５】
以上説明したような構造を基本として比較的大きな幅を有しているポケット１１は、図６及び図８から分かるように、垂直の中間壁３３によって相前後して区画形成された複数の立抗３４ａ，３４ｂ，３４ｃあるいは３４ａ，３４ｂに分割されていてよい。同様に、入口スリット１２及びこれに帰属する多板格子２６も複数の小区画に分割されていてよく、この場合、それぞれの小区画に１つの立抗３４ａ，３４ｂ，３４ｃが帰属していてよく、こうして水路が容易に形成される。
【００２６】
図示した実施形態ではそのために、１つの小区画に対応する多板はそれぞれ、各帰属の中間壁３３の上側の端部に続く延長部３５を備えている。図６の実施形態では、延長部３５が中間壁３３の折曲部として構成されている。射出または型注入で成形された重畳部材１８を備えている図８の構成では、延長部３５を備えた中間壁３３は、多板と同じく成形部品に一体化された部材として構成されていてよい。中間壁３３は高さ全体にわたって連続していてよく、この場合にはオーバーフロー穴が設けられている。しかしながら中間壁が分離壁３５で終わっていると目的に適っている。当然ながら、型注入成形または射出成形された重畳部材の場合でも、図４または図５に示すような形式の差込まれた多板格子を設けることができる。同じことは、帰属のパネルと一体的に構成されている重畳部材についても該当する。
【００２７】
入口スリット１２とこれに帰属する多板格子２６とが分割されていること、及び各セクションの領域で生じる水がそれぞれ帰属の独自の立抗３４ａ，３４ｂ，３４ｃを通って水路化することは、入口スリット１２の長さ全体にわたって、すなわち本発明の水分離装置の高さ全体にわたって、均等な流入割合を実現することを可能にする。立抗３４ａ，３４ｂ，３４ｃの内部で下方に流れ出る水は、底部側の欠切部１４を通じて下方に排出される。従って各立抗３４ａ，３４ｂ，３４ｃには少なくとも１つの排水用欠切部１４が帰属している。
【図面の簡単な説明】
【図１】水分離装置を装備した２サイクル式大型ディーゼルエンジンの部分側面図である。
【図２】本発明による水分離装置を示す斜視図である。
【図３】図２の構成の、相並んで配置された２つの方向転換部材を示す図２よりも拡大した平面図である。
【図４】入口側の多板格子を備えたポケットを示す平面図である。
【図５】図４の構成の多板格子を示す部分拡大平面図である。
【図６】複数の立抗を備えたポケットを示す垂直断面図である。
【図７】射出成形の重畳部材によって形成されたポケットを示す水平断面図である。
【図８】図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線視断面図である。
【符号の説明】
１…シリンダ  ；  ２…集合管  ；  ３…ターボチャージャ  ；  ４…給気冷却器  ；  ５…水分離装置  ；  ７…フレーム  ；  ８…混合空気調節部  ；  ９…方向転換部材  ；  １０…部分通路  ；  １１…ポケット  ；  １２…入口スリット  ；  １３…集合管  ；  １３ａ…排出配管  ；  １４…欠切部（排水口）  ；  １５…パネル  ；  １６…セクション  ；  １７…セクション  ；  １８…重畳部材  ；  １９…中央部分  ；  ２０…端縁部  ；  ２１…端縁部  ；  ２２…取付けフランジ  ；  ２３…取付け目玉部  ；  ２４…ネジ  ；  ２５…シール材  ；  ２６…多板格子  ；  ２７…流入通路  ；  ２８…支持帯板；  ２９…多板  ；  ３０…切欠き部  ；  ３１…隅板  ；  ３２…拡張部  ；  ３３…中間壁  ；  ３４…立抗  ；  ３５…延長部
【図１】
0003609671.tif 000002
【図２】
0003609671.tif 000003
【図３】
0003609671.tif 000004
【図４】
0003609671.tif 000005
【図５】
0003609671.tif 000006
【図６】
0003609671.tif 000007
【図７】
0003609671.tif 000008
【図８】
0003609671.tif 000009