(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠心分離機と予備分離ユニットとを備えた、汚染物質を含んだガスを浄化するための分離手段であって、前記遠心分離機は、
分離空間を包含し、該分離空間を通じてガスが流れることを可能にした固定筐体と、
該固定筐体を通じて延び、前記予備分離ユニットからの前記ガスの供給を可能にしたガス入口と、
前記分離空間内に配列された分離部材を備え、回転軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された回転部材と、
該回転部材を回転させるための駆動部材と、
浄化されたガスの排出が可能なように構成され、前記固定筐体の壁を通じた出口開口部を備えたガス出口と、
前記浄化されるガスから分離された液体不純物の排出が可能なように構成された排液口と、を備え、
前記予備分離ユニットは、前記遠心分離機の前記ガス入口の上流に配置され、前記予備分離ユニットは、
断面積Ａ２を有し、浄化されるガスの供給を可能にした予備分離入口であって、前記断面積Ａ２は前記遠心分離機のガス入口の断面積Ａ１よりも大きい、予備分離入口と、
前記予備分離ユニットから前記遠心分離機のガス入口へのガスの供給を可能にするための予備分離出口と、
第１チャンバおよび該第１チャンバの下流に配置された第２チャンバであって、前記予備分離ユニットのこれらのチャンバは、少なくとも１つの貫通穴を備えた少なくとも１つの中間壁により離間された第１チャンバおよび第２チャンバと、
を備えている、分離手段。
【請求項２】
前記第２チャンバは、前記第１チャンバよりも大きい容積を有する、請求項１に記載の分離手段。
【請求項３】
前記予備分離ユニットは、該予備分離ユニットのチャンバ内で分離されたオイルのための排液口をさらに備えている、請求項１または２に記載の分離手段。
【請求項４】
前記遠心分離機の駆動部材は、前記遠心分離機のタービン筐体内に配置されたタービンホイールを備え、前記予備分離入口は、前記タービン筐体に面しており、これにより浄化されるガスは、前記タービン筐体から前記予備分離ユニットへと導かれる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の分離手段。
【請求項５】
前記第２チャンバは、前記回転軸（Ｘ）と同じ方向に延びている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の分離手段。
【請求項６】
前記予備分離ユニットの少なくとも１つの中間壁は、分離された液体不純物のための少なくとも１つの排液口を備え、該少なくとも１つの排液口は、前記中間壁の貫通穴の断面積よりも小さい断面積を有する、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の分離手段。
【請求項７】
前記予備分離入口は前記第１チャンバの壁に配置され、前記予備分離出口は前記第２チャンバの壁に配置されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の分離手段。
【請求項８】
前記予備分離ユニットは、前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間に配置された第３チャンバを備えている、請求項７に記載の分離手段。
【請求項９】
前記第３チャンバは、前記第１チャンバの容積よりも大きいが、前記第２チャンバの容積よりも小さい容積を有する、請求項８に記載の分離手段。
【請求項１０】
前記第２チャンバは円錐形であり、これにより内側断面積は下流方向に向かうに従って減少している、請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の分離手段。
【請求項１１】
前記第２チャンバと前記第２チャンバの上流のチャンバとを区切った前記中間壁は、それ自身が円錐形であり、当該円錐形の最も狭い部分にガスのための貫通穴を備えており、前記中間壁は前記第２チャンバ内に延びている、請求項１０に記載の分離手段。
【請求項１２】
汚染物質を含んだガスを浄化するための遠心分離機のための、該遠心分離機の上流に配置された予備分離ユニットであって、該予備分離ユニットは、
断面積Ａ２を有し、浄化されるガスの供給を可能にした予備分離入口と、
前記予備分離ユニットから前記遠心分離機の入口へのガスの供給を可能にするための、断面積Ａ３を有する予備分離出口であって、断面積Ａ２は断面積Ａ３よりも大きい、予備分離出口と、
少なくとも第１チャンバおよび該第１チャンバの下流に配置された第２チャンバであって、該第１チャンバおよび第２チャンバは、前記予備分離ユニットを通じたガスの貫流を可能にするように配置されており、前記第２チャンバは、前記第１チャンバよりも大きい容積を有し、これにより前記予備分離ユニットを通じたガスの貫流を可能にしたすべてのチャンバは、チャンバが自身の上流に隣接して配置されたチャンバよりも大きい容積を有するように配置された、少なくとも第１チャンバおよび第２チャンバと、を備え、
前記予備分離ユニットのチャンバは、少なくとも１つの貫通穴を備えた少なくとも１つの中間壁により離間されている、予備分離ユニット。
【請求項１３】
汚染物質を含んだガスを浄化するための方法であって、
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の分離手段を設けるステップと、
汚染物質を含んだガスを前記分離手段の前記予備分離ユニットの予備分離入口内へと導入するステップと、
浄化されたガスを前記遠心分離機のガス出口を通じて排出し、且つ前記ガスから分離された汚染物質を前記遠心分離機の排液口を通じて排出するステップと、を含んでいる方法。
【請求項１４】
前記汚染物質を含んだガスは燃焼機関のクランクケースガスであり、前記汚染物質はオイルを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記汚染物質を含んだガスは、少なくとも毎分２００リットルの吹き抜け流量において、前記分離手段の前記予備分離ユニットの予備分離入口内に導入される、請求項１３または請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体不純物を含んだガスを浄化するための遠心分離機の分野に関する。特に、本発明は、燃焼機関のクランクケースガスのオイル粒子からの浄化に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なった密度を有する流体の混合物が、遠心分離機の使用を通じて互いから分離され得ることは周知である。そのような分離機の１つの特別な使用は、内燃機関の一部を形成したクランクケースから排出されたガスからのオイルの分離である。
【０００３】
分離機のこの特別な使用に関して、内燃機関の燃焼チャンバ内に見られる高圧ガスは、関連したピストンリングを通過して、機関のクランクケース内へと漏れる傾向が見受けられる。このクランクケース内へのガスの連続的な漏れは、クランクケース内の不測の圧力増大につながり、結果的に、クランクケースからガスを排出する必要がある。クランクケースから排出されるそのようなガスは、一般的に（液滴または微細ミストとして）多量のエンジンオイルを担持しており、そのオイルはクランクケース内に設けられたオイルのリザーバから取り込まれる。
【０００４】
不要のオイルを（特に、圧縮機の効率がオイルの存在により不利に影響され得る過給機システム内に）誘導することもなく入口システム内にガスが導入されることを可能にするために、ガスが入口システム内に導入される前に、排出されたガスを浄化すること（すなわち、ガスにより運搬されたオイルを除去すること）が必要である。この浄化工程は、クランクケース上またはそこに隣接して搭載され、浄化されたガスを入口システムに導き、且つ分離されたオイルをクランクケースに導く遠心分離機により請け負われ得る。そのような分離機の例は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
しかしながら、浄化される汚染ガスが、多量の大きく且つ重いオイル粒子等の過度に多量のオイルを含んでいた場合、遠心分離機の分離効率は低下され得る。
【０００６】
したがって、先行技術を改良した、オイルのような液体不純物を含んだガスのためのより都合の良い浄化手段が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，６５７，９０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主目的は、汚染ガスを分離するための改良された分離手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の第１態様として、遠心分離機と予備分離ユニットとを備えた、汚染物質を含んだガスを浄化するための分離手段が提供されており、この遠心分離機は、
分離空間を包含し、この分離空間を通じてガスが流れることを可能にした固定筐体と、
固定筐体を通じて延び、予備分離ユニットからのガスの供給を可能にしたガス入口と、
分離空間内に配列された分離部材を備え、回転軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された回転部材と、
回転部材を回転させるための駆動部材と、
浄化されたガスの排出が可能なように構成され、固定筐体の壁を通じた出口開口部を備えたガス出口と、
浄化されるガスから分離された液体不純物の排出が可能なように構成された排液口と、を備え、
予備分離ユニットは、遠心分離機のガス入口の上流に配置され、この予備分離ユニットは、
断面積Ａ２を有し、浄化されるガスの供給を可能にした予備分離入口であって、断面積Ａ２は遠心分離機ガス入口の断面積Ａ１よりも大きい、予備分離入口と、
予備分離ユニットから遠心分離機のガス入口へのガスの供給を可能にするための予備分離出口と、
第１チャンバおよび第１チャンバの下流に配置された第２チャンバであって、予備分離ユニットのこれらのチャンバは、少なくとも１つの貫通穴を備えた少なくとも１つの中間壁により離間された第１チャンバおよび第２チャンバと、を備えている。
【００１０】
ガス内の汚染物質は、オイルおよび煤のような液体不純物を含み得る。
【００１１】
結果的に、分離手段は、オイルのような液体不純物をガスから分離するためのものであり得る。ガスは、燃焼機関のクランクケースガスであり得る。しかしながら、分離手段は他の発生源からのガス、例えばオイル液滴またはオイルミストの形式の多量の液体不純物を高頻度で含んだ工作機械の周囲環境からのガスを浄化することにも適し得る。分離手段は２つのユニット、オイルミストのような主に小さい体積の液体不純物をガスから分離するための遠心分離機、および遠心分離機の上流に配置されて、オイルのより大きい液体粒子のような、主に大きい体積の液体不純物を分離するための予備分離ユニット、を備えている。したがって、予備分離ユニットは、約１０μｍ超の直径を有する大きいおよび中間サイズの粒子を分離するためとし得る。したがって、予備分離機能は遠心分離機に追加されている。このことは、分離手段を単一ユニットとしてエンジンブロック上に直接搭載することに寄与している。このことは、エンジンの製造に関して空間およびコストの両方を節約する。代替的に、予備分離ユニットは、部分的にまたは完全に分離機と一体化されてもよく、例えばこれにより分離機の固定筐体は予備分離ユニットの外壁のような予備分離ユニットの筐体も形成し、したがって分離手段は単一ユニットを形成する。
【００１２】
結果的に、予備分離ユニットは、液体不純物のガスからの分離を促進し得る。それは、予備分離ユニットが、遠心分離機の分離空間への入口の断面積よりも大きい断面積の入口を有するためである。チャンバの配列と組み合わせた断面積のこの関係により、圧力降下、ガス速度、および乱流は予備分離ユニット内で低く維持され、これにより、予備分離ユニットの内壁および中間壁に当たった場合に、より大きいオイル粒子が分離され得る。
【００１３】
従来の設定においては、例えばモータの内側面にも存在し得る液体オイルは、モータの内側面に沿って遠心分離機へと搬送され得る。そのような液体オイルは、分離機がタービンホイールにより駆動された場合、例えばエンジンのクランクケースの内側面、または遠心分離機のタービン筐体の内側面にも存在し得る。分離機内のそのような液体オイルの存在は、分離機の分離能力を低下させ得る。しかしながら、本開示の分離手段においては、そのような液体オイルは予備分離ユニットにより捕捉され、結果的にそのような液体オイルが遠心分離機に進入する危険性は、減少され得る。
【００１４】
遠心分離機の固定筐体は、周囲側壁ならびに第１および第２端壁を備え得る。固定筐体は、回転軸（Ｘ）から周囲側壁までの半径Ｒを有する円形断面を備えた円筒形状を有し得る。この半径Ｒは、少なくとも周囲側壁の外周の大部分に関して一定とされ得る。固定筐体は、わずかに円錐形であってもよい。したがって、第１および第２端壁は、円筒形筐体の上側端壁および下側端壁を形成している。
【００１５】
遠心分離機のガス入口は、第１端壁を通じて、または第１端壁の近くの周囲壁を通じて、したがって分離機の上部に配置されてもよく、これにより、ガス入口を通じて進入したガスは分離空間に進入し、一方で排液口は第２端壁、例えば分離機の底部に配置されてもよい。ガス入口の断面積Ａ１として示されている。
【００１６】
実施形態においては、Ａ１は分離空間の断面積とほぼ同じであり、分離空間はディスクスタックのディスク間の空間またはギャップへの領域である。Ａ１は、分離空間の断面積よりも大きくてもよい。
【００１７】
回転部材の分離部材は、汚染物質のガスからの分離を促進する面拡張インサートの一例である。分離部材は、分離ディスクのスタックであってもよい。スタックの分離ディスクは、円錐台形であってもよい。円錐台形のディスクは、回転軸に直交した平面内に広がった平坦部と、上向きまたは下向きに広がり得る円錐部と、を備えていてもよい。平坦部は、円錐部よりも回転軸に接近し得る。さらに、スタックのディスクはラジアルディスクであってもよく、ほぼディスク全体が、回転軸に直交した平面内に広がっていてもよい。
【００１８】
分離ディスクのような分離部材は、必ずしもスタック内に配置される必要がないことも理解される。分離空間は、例えば回転軸の周りに広がった軸方向ディスクまたはプレートを備えていてもよい。軸方向ディスクまたはプレートは平坦であってよく、すなわち回転軸に平行な面内に広がっていてもよい。軸方向ディスクまたはプレートは、弓状のまたは径方向面内で見てらせん形状のような、わずかにまたは大きく湾曲した形状を有してもよい。
【００１９】
作動時に、浄化されるガスは分離部材の中心を通じて、例えば分離ディスクのスタックの中心を通じて導かれ得る。そのような設定において、回転部材は、各分離ディスクの少なくとも１つの貫通穴により形成された中央空間をさらに形成し得る。この中央空間はガス入口に連結されており、浄化されるガスをガス入口から分離ディスクのスタックのギャップへと搬送するように構成されている。
【００２０】
そのような場合、分離空間の断面積は、ディスクのスタック内の最上部のディスクの貫通穴の面積の和である。
【００２１】
分離ディスクは、回転軸に直交した中央の、基本的に平坦な部分を備え得る。この部分は、中央空間を形成した貫通穴を備え得る。分離ディスクは、回転軸に直交していない方向に広がった円錐部をさらに備え得る。
【００２２】
したがって、中央空間は平坦部の貫通穴により形成されてもよく、これにより分離空間の断面積は、ディスクスタックの上側分離ディスクの平坦部の貫通穴の総和となり得る。
【００２３】
駆動部材は、例えば逆流ディスクを備えた燃焼機関または自由ジェットホイールの潤滑油システムからのオイル噴流を利用して回転されるタービンホイールを、備えていてもよい。しかしながら、駆動部材は燃焼機関から独立して、電気モータ、油圧モータ、または空気圧モータを備えていてもよい。
【００２４】
遠心分離機の排液口は、固定筐体の複数の貫通穴形状のスポットにより形成され得る。排液口は、自身を通じてまたは自身に入口が配置された端壁の反対側の端壁の中央に配置され得る。排液口は、回転軸に配置されてもよく、または回転軸に中心を合わせて配置されてもよい。排液口は、固定筐体の内側端壁の環状収集壁内にも配置され得る。
【００２５】
予備分離ユニットは、浄化されるガスを予備分離ユニット内に供給することを可能にするための予備分離入口を備えている。予備分離入口の断面積はＡ２により示され、Ａ１により示された遠心分離機のガス入口の断面積よりも大きい。Ａ２はＡ１よりも２５％より大きい、５０％より大きい、または１００％より大きいといったように、１０％よりも大きい。これは主に構造的制限に依存している。
【００２６】
さらに、予備分離ユニットは第１および第２チャンバを備え、第２チャンバは第１チャンバの下流に、すなわち予備分離出口のより近傍に配置されている。
【００２７】
予備分離ユニットのチャンバは、予備分離ユニットを通じて浄化されるガスが流れることを可能にするように配置されており、すなわちガスは、予備分離入口から予備分離ユニットのチャンバを通じ、予備分離出口から遠心分離機への経路へと出ていく。
【００２８】
分離ユニットのチャンバは中間壁により、すなわち予備分離ユニットの内側壁により区切られている。中間壁は貫通穴を備え、汚染されたガスが壁に当たった場合、大きい汚染粒子はガスから分離され、一方でガスは貫通穴を通じて下流のチャンバへと流れ得る。少なくとも１つの貫通穴を備えた中間壁は、内側壁からガスの流れ経路内へと延びたバッフルとし得る。したがって、貫通穴は、そのときバッフルにより邪魔されることの無い流れ経路の一部である。したがって、そのようなバッフルまたは中間壁は、別のチャンバから１つのチャンバを離間し得る。
【００２９】
第１態様の実施形態においては、第２チャンバは第１チャンバよりも大きい容積を有する。第２チャンバが第１チャンバよりも大きい容積を有する場合、大きいおよび中間のサイズのオイル粒子への揚力は減少され得る。次に、オイル粒子は例えば第２チャンバの底部に落下し、そこからオイル粒子は予備分離ユニットから排出され得る。
【００３０】
第１態様の実施形態においては、予備分離ユニットは、予備分離ユニットのチャンバ内で分離されたオイルのための排液口をさらに備えている。
【００３１】
排液口は、予備分離入口と同じであってもよい。
【００３２】
第１態様の実施形態においては、遠心分離機の駆動部材は、遠心分離機のタービン筐体内に配置されたタービンホイールを備え、予備分離入口は、タービン筐体に面しており、これにより浄化されるガスは、タービン筐体から予備分離ユニットへと導かれる。
【００３３】
したがって、タービンホイールは、燃焼機関のオイルシステムからのオイル噴流を利用して回転されるように配置され得る。したがって、予備分離ユニットはタービン筐体と一体化され、これにより分離手段内の浄化されるガスは、タービン筐体から予備分離入口を通じて予備分離ユニットのチャンバへと直接導かれる。タービン筐体は、遠心分離機の固定筐体の軸方向下側に配置され得る。さらに、遠心分離機の排液口は、分離されたオイルがタービン筐体へと排出されるように設けられ得る。
【００３４】
第１態様の実施形態においては、分離手段は単一の、取り外し可能なユニットである。したがって、完成した分離ユニットは単一の、小型のユニットであり、エンジンの単一ユニットとして取り付けられ且つ取り外され得る。このことは、コストおよび空間の両方を節約する。
【００３５】
第１態様の実施形態においては、第２チャンバは、回転軸（Ｘ）と同じ方向に延びている。
【００３６】
分離手段は、回転軸Ｘが垂直となるようにエンジンに搭載されるために設けられている。第２チャンバも垂直方向に延び、すなわちこれにより、第２チャンバを通じたガスの流れ経路は、垂直方向となる。このことは、より重い液体不純物のガスからの分離をさらに促進しており、すなわち重力が、そのように大きいおよび中間サイズの粒子への揚力をさらに減少させる。
【００３７】
第１態様の実施形態においては、予備分離ユニットの少なくとも１つの中間壁は、分離された液体不純物のための少なくとも１つの排液口を備え、この少なくとも１つの排液口は、中間壁の貫通穴の断面積よりも小さい断面積を有する。
【００３８】
したがって、排液口は、チャンバから上流に配置されたチャンバへと分離されたオイルを排出するためのものである。このようにして、異なったチャンバから分離されたオイルは、予備分離ユニットの同じ排液口から排出され得る。
【００３９】
第１態様の実施形態においては、予備分離入口は第１チャンバの壁に配置され、予備分離出口は第２チャンバの壁に配置されている。したがって、第１チャンバは予備分離入口に隣接していてもよく、第２チャンバは予備分離出口に隣接していてもよい。
【００４０】
さらに、予備分離ユニットは、第１チャンバと第２チャンバとの間に配置された第３チャンバを備え得る。
【００４１】
予備分離ユニットは、第１チャンバと第２チャンバとの間に配置されたさらなるチャンバさえも備え得ることも理解される。
【００４２】
例として、第３チャンバは、第１チャンバの容積よりも大きいが、第２チャンバの容積よりも小さい容積を有し得る。
【００４３】
したがって、予備分離ユニットのチャンバは、チャンバが、その上流に配置されたチャンバの容積よりも大きい容積を有するように配列され得る。このようにして、ガスの速度は、予備分離ユニットを貫流する間に減少され得る。
【００４４】
例として、第２チャンバは円錐形であってよく、これにより内側断面積は下流方向に向かうに従って減少している。
【００４５】
予備分離出口が第２チャンバの壁に配置された場合、そのような予備分離出口は、円錐形の最も狭い部分に配置され得る。したがって、円錐形状の第２チャンバは、予備分離ユニットから遠心分離機の入口への円滑な移送を促進し得る。
【００４６】
さらなる例として、第２チャンバと第２チャンバの上流のチャンバとを区切った中間壁は円錐形であり、円錐形の最も狭い部分にガスのための貫通穴を備えており、中間壁は第２チャンバ内に延びている。
【００４７】
そのような円錐形状の中間壁は、ガスが円錐形状の第２チャンバに進入した場合に、ガスの速度を減少させることを補助し、それにより例えばオイル粒子のガスからの除去を促進し得る。
【００４８】
本発明の第２態様として、汚染物質を含んだガスを浄化するための遠心分離機のための予備分離ユニットが提供されており、この予備分離ユニットは、
断面積Ａ２を有し、浄化されるガスの供給を可能にした予備分離入口と、
予備分離ユニットから遠心分離機の入口へのガスの供給を可能にするための、断面積Ａ３を有する予備分離出口であって、断面積Ａ２は断面積Ａ３よりも大きい、予備分離出口と、
少なくとも第１チャンバおよび第１チャンバの下流に配置された第２チャンバであって、第１チャンバおよび第２チャンバは、予備分離ユニットを通じたガスの貫流を可能にするように配置されており、第２チャンバは、第１チャンバよりも大きい容積を有し、これにより予備分離ユニットを通じたガスの貫流を可能にしたすべてのチャンバは、チャンバが自身の上流に隣接して配置されたチャンバの容積よりも大きい容積を有するように配置された、少なくとも第１チャンバおよび第２チャンバと、を備え、
予備分離ユニットのチャンバは、少なくとも１つの貫通穴を備えた少なくとも１つの中間壁により離間されている。
【００４９】
本発明の第２態様に関連して使用された用語および定義は、前述の本発明の第１態様に関連して論じられている。さらに、予備分離ユニットは、前述の第１態様の予備分離ユニットに関連して、任意の例および実施形態において論じられ得る。
【００５０】
したがって、第２態様の予備分離ユニットは、クランクケースガスのようなガスを浄化するための既存の遠心分離機に装着され得るユニットを提供している。入口の断面積Ａ２が出口の断面積Ａ３よりも大きいので、ガスの速度は予備分離ユニット内で低く維持され、それにより不純物のガスからの分離を促進している。
【００５１】
予備分離出口は、クランクケースガスの分離のための遠心分離機のような、遠心分離機の入口に接続して配置され得る。
【００５２】
本発明の第３態様として、汚染物質を含んだガスを浄化するための方法が提供されており、この方法は、
前述の第１態様による分離手段を設けるステップと、
汚染物質を含んだガスを、分離手段の予備分離ユニットの予備分離入口内へと導入するステップと、
浄化されたガスを遠心分離機のガス出口を通じて排出し、且つガスから分離された汚染物質を遠心分離機の排液口を通じて排出するステップと、を含んでいる。
【００５３】
本発明の第２態様に関連して使用された用語および定義は、前述の本発明の第１態様に関連して議論されている。
【００５４】
遠心分離機を設けるステップは、遠心分離機の回転部材を回転させるステップも含んでいる。
【００５５】
ガスは、少なくとも毎分２００リットル（ｌｐｍ）の吹き抜け流量で導入され、例えば少なくとも４００ｌｐｍ、例えば少なくとも５００ｌｐｍとし得る。
【００５６】
本方法は、予備分離ユニットの排液口を通じた、予備分離ユニット内の分離された汚染物質の排出をさらに含み得る。
【００５７】
第３態様の実施形態においては、汚染物質を含んだガスは燃焼機関のクランクケースガスであり、汚染物質はオイルを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】遠心分離機の実施形態の断面を示した図である。
【図２】予備分離ユニットの実施形態の断面を示した図である。
【図３】予備分離ユニットのさらなる実施形態の断面を示した図である。
【図４】分離手段の実施形態の断面を示した図である。
【図５ａ】遠心分離機内において使用され得る分離部材の多様なタイプを示した図である。
【図５ｂ】遠心分離機内において使用され得る分離部材の多様なタイプを示した図である。
【図５ｃ】遠心分離機内において使用され得る分離部材の多様なタイプを示した図である。
【図５ｄ】遠心分離機内において使用され得る分離部材の多様なタイプを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
本開示による分離手段および方法は、添付図を参照した以下の記載により、さらに説明される。
【００６０】
図１は、分離手段の遠心分離機１の断面を示している。遠心分離機１は固定筐体２を備え、この固定筐体は、燃焼機関の上部または燃焼機関の側部のような、適切な位置において燃焼機関（図示略）、特にディーゼルエンジンに搭載されるように構成されている。
【００６１】
遠心分離機１は、燃焼機関以外の他の発生源、例えばオイル液滴またはオイルミストの形式の多量の液体不純物を高頻度で含んだ工作機械の周囲環境からのガスを浄化することにも適していることが留意される。
【００６２】
固定筐体２は分離空間３を包含し、この空間を通じてガスが流れることを許容している。固定筐体２は、周囲側壁４、第１端壁５（開示された実施形態においては上端壁）、および第２端壁６（開示された実施形態においては下端壁）を備えているか、またはそれらにより形成されている。
【００６３】
遠心分離機は、回転軸の周りに回転するように配置された回転部材７を備えている。固定筐体２は回転部材７に関して、好適に固定筐体が搭載され得る燃焼機関に関して静止していることが、留意されるべきである。
【００６４】
固定筐体２は、回転軸Ｘから周囲側壁４までの半径を有し、それは少なくとも周囲側壁４の周囲の大部分に関して一定である。したがって、周囲側壁４は円形、または略円形の断面を有する。
【００６５】
回転部材７はスピンドル８、およびスピンドル８に取り付けられた、分離ディスク９のスタックの形式の分離部材を備えている。分離ディスク９のスタックのすべての分離ディスク９は、第１エンドプレート１０（開示された実施形態においては上側エンドプレート）と第２エンドプレート１１（開示された実施形態においては下側エンドプレート）との間に設けられている。
【００６６】
スピンドル８、ひいては回転部材７は、第１軸受１２（開示された実施形態においては上側軸受）および第２軸受１３（開示された実施形態においては下側軸受）を用いて、固定筐体２内に回転可能に支持されている。
【００６７】
分離ディスク９は円錐台形であり、スピンドル８から外向き且つ上向きに広がっている。したがって、分離ディスクは、回転軸Ｘに直交して広がった平坦部９ａ、および平坦部９ａから外向き且つ上向きに広がった円錐部９ｂを備えている。
【００６８】
分離ディスク９は、外向き且つ上向きに、または径方向にさえも広がり得ることが、留意されるべきである。
【００６９】
分離ディスク９は、隔離部材（図示略）を用いて互いに所定の距離において設けられており、これは隣り合った分離ディスク９の間にギャップ１４、すなわち隣接した分離ディスク９の各対の間にギャップ１４を形成するためである。各ギャップ１４の軸方向幅は、例えば１〜２ｍｍのオーダーとし得る。
【００７０】
分離ディスク９は、プラスチック製または金属性とし得る。分離ディスク９の数は、通常は図１に示されているよりも多く、遠心分離機のサイズによって、例えば５０〜１００とし得る。
【００７１】
回転部材７は、中央空間１５を形成している。中央空間１５は、各分離ディスク９の穴により形成されている。図１の実施形態においては、中央空間１５は複数の貫通穴２４により形成され、各穴は第１エンドプレート１０を通じて、且つ各分離ブレート９を通じて延びているが、第２エンドプレート１１を通じていない。貫通穴は、分離ディスクの平坦部９ａに配置されている。
【００７２】
貫通穴２４はＡ１´の面積を有し、分離空間の入口への断面積は、図１の分離ディスクのスタック内の、上側ディスクのすべてのＡ１´の和である。分離ディスクは、この実施形態においては同じ形状であり、すなわちＡ１´はディスクスタックを通じて同じである。
【００７３】
ディスクの平坦部９ａは大きい貫通穴を備え、これにより面積Ａ１は平坦部９ａの断面積と略同一である。
【００７４】
遠心分離機１は、浄化されるガスの供給のためのガス入口１６を備えている。ガス入口１６は固定筐体２を通じて、より詳細には第１端壁５を通じて延びている。ガス入口１６は中央空間１５と連通しており、これにより浄化されるガスは、入口１６から中央空間１５を通じて分離ディスク９のスタックのギャップ１４へと搬送される。ガス入口１６は、燃焼機関のクランクケースまたは他の任意の発生源と入口導管１７を通じて連通するように構成されており、入口導管は、クランクケースからのクランクケースガスをガス入口１６へと、さらには先に説明された中央空間１５およびギャップ１４へと供給することを許容している。ガス入口１６は、Ａ１で示された断面積を有し、その面積は入口導管１７の断面積と同じである。
【００７５】
遠心分離機１は、回転部材７を回転させるための駆動部材１８をさらに備えている。駆動部材は、この実施形態においては、遠心分離機１のタービン筐体２０内に配置されたタービンホイールである。作動時に、タービンホイールは、燃焼機関のオイルシステムからのオイル噴流を利用して回転される。オイル噴流は、ノズル１９を通じて供給される。それとは異なり、駆動部材１８は燃焼機関から独立して、電気モータ、油圧モータ、または空気圧モータを備えてもよい。
【００７６】
遠心分離機は、ガスから分離された液体不純物の排出を可能とするように構成された排液口２２、および浄化されたガスの排出を可能とするように構成されたガス出口２３を備えている。ガスの液体不純物は、ギャップ１４内でガスから分離され、浄化されたガスは外側の分離空間３へと、さらにガス出口２３へと、ギャップ１４に搬送される。遠心分離機を通じたガスの経路は、図１の矢印「Ａ」により示されている。重い成分は、周囲側壁４の内壁面２５上を環状収集溝２１内へと下向きに流れ、且つ排液口２２を通じてタービン筐体２０内へと流出する。しかしながら、排液口２２は下側端壁６の中央に配置された貫通穴の形式であってもよく、これにより分離された液体不純物は、第２軸受１３を通じてタービン筐体２０内へと下向きに流れ得る。
【００７７】
図２は、分離手段内において使用され得る予備分離ユニット２６の断面を示している。予備分離ユニット２６は、第１チャンバ２９、第２チャンバ３０、および第１チャンバと第２チャンバとの間に配置された第３チャンバ３５を備えている。予備分離入口２７は、第１チャンバ２９の外壁に形成され、一方で予備分離出口２８は、第２チャンバ３０の外壁に形成されている。予備分離入口の断面積はＡ２であり、一方で予備分離出口の断面積はＡ３である。断面積Ａ２は断面積Ａ３よりも大きく、たとえばＡ３の２倍よりも大きい面積、例えばＡ３の４倍よりも大きい面積である。予備分離ユニット２６のチャンバは、中間壁により離間されている。この実施形態においては、中間壁３１ａは第１チャンバ２９と第３チャンバ３５とを離間し、中間壁３１ｂは第３チャンバ３５と第２チャンバ３０とを離間している。中間壁３１ｂの部分３６は、第２チャンバ３０から第１チャンバ２９を離間している。中間壁は、液体不純物を含んだガスがチャンバ間を通過するための貫通穴を備えている。貫通穴３２ａは中間壁３１ａに形成され、一方で貫通穴３２ｂは中間壁３１ｂに形成されている。貫通穴３２ａは中間壁３１ａの上部に軸方向に形成され、中間壁３１ａの面積の１０％よりも大きい面積を有するような、中間壁３１ａの面積の２５％よりも大きいような、大きい断面積を有し得る。
【００７８】
さらに、中間壁には排液穴が形成されており、これにより分離された液体不純物は、予備分離ユニット２６のチャンバから排出され得る。排液穴の断面積は、同じ中間壁に形成されたガスのための貫通穴の断面積よりも小さく、例えば３分の１よりも小さく、例えば５分の１よりも小さい。
【００７９】
排液穴３４ａは中間壁３１ａに形成され、これにより分離された液体不純物は、第３チャンバ３５から第１チャンバ２９へと排出され得る。第３チャンバ３５の外壁の部分３７は、排液穴３４ａに向かってさらに傾斜され、排液穴３４ａに向かって、分離された液体不純物の搬送を促進している。さらに、排液穴３４ｂは、第１チャンバ２９から第２チャンバ３０を離間した中間壁３１ｂの部分３６に形成され、これにより分離された液体不純物は、第２チャンバ３０から第１チャンバ２９へと排出され得る。第２チャンバと第３チャンバとの間の中間壁３１ｂにも排液穴が形成されてもよく、これにより第２チャンバ３０内の分離された液体不純物は、第３チャンバ３５を通じて第１チャンバ２９へと排出され得る。予備分離ユニット２６からの排液口３３も形成されて、分離された液体不純物を予備分離ユニット２６から排出する。この実施形態においては、排液口３３は予備分離入口２７と同じである。
【００８０】
第２チャンバ３０はさらに円錐形状であり、これにより内側断面積は下流方向に向かうに従って減少している。予備分離ユニットは、円錐形状の第２チャンバ３０が方向Ｘ１に延びるように配置されている。したがって、予備分離ユニットに関する「軸方向」との用語は、Ｘ１の軸方向を参照している。したがって、第２チャンバ３０は、軸方向下部３９および軸方向上部４０を備えると考えられてもよく、軸方向上部は軸方向下部の下流、すなわち予備分離出口により接近して配置されている。第２チャンバ３０の底部、すなわち軸方向下部３９における断面積は、軸方向上部４０の断面積よりも大きい。断面積は、円錐形状の第２チャンバの下流または軸方向において漸次的に減少している。さらに、第２チャンバ３０と第３チャンバ３５とを区切った中間壁３１ｂの部分３８は、それ自身円錐形状であり、ガスのための貫通穴３２ｂは、円錐形状の狭小部に形成されている。中間壁３１ｂの円錐形状部分３８は、第２チャンバ３０内に延びている。
【００８１】
さらに、予備分離ユニットのチャンバの容積は、下流方向に向かうに従って減少している。このことは、第１チャンバが容積Ｖ１、第３チャンバが容積Ｖ３、および第２チャンバが容積Ｖ２を有する場合、Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３であることを意味している。
【００８２】
作動時に、オイル等の液体不純物を含んだガスは、予備分離入口２７を通じて第１チャンバ２９へと予備分離ユニット２６に進入する。より大きい粒子のオイルおよび純粋なオイルの大部分は内壁および中間壁３１ａに当たり、大きい排液口３３を通じて予備分離ユニット２６から出ていく。次に、ガス流れは、貫通穴３２ａを通じて第３チャンバ３５に進入する。この開口部は大きく、圧力降下およびガス速度を低いままに維持する。第３チャンバのより大きい容積Ｖ３は、大きいおよび中間のサイズのオイル粒子への揚力を減少させ、それらの粒子は底部に落下して、より小さい排液穴３４ａを通じて、およびさらに排液口３３を通じて外部へと排出される。次に、ガス流れは円錐形状の第２チャンバ３０に進入し、このチャンバ内で、より小さい粒子は揚力の減少により底部に落下する。第２チャンバ３０内に蓄積されたオイルは、排液穴３４ｂを通じて第１チャンバ２９へと、さらに排液口３３を通じて外部へと排出される。次に、減少された量の液体不純物を含んだガスは、予備分離出口２８から出ていく。
【００８３】
作動時に、吹き抜け流量は、２００ｌｐｍよりも大きく、例えば４００ｌｐｍよりも大きく、例えば約５００ｌｐｍである。
【００８４】
図２に示された実施形態においては、予備分離ユニットは３つのチャンバを備えている。しかしながら、予備分離ユニットは、３つよりも多くのチャンバを備えてもよく、または第１および第２チャンバのみを含んでいてもよい。そのような実施形態は、図３に示されている。容積Ｖ１を有する第１チャンバ２９および第２容積Ｖ２を有する第２チャンバ３０を備え、Ｖ２＞Ｖ１であることを除いて、予備分離ユニット２６は図２の予備分離ユニットとほとんど同一である。さらに、第１および第２チャンバは、ガスのための貫通穴３２を備えた中間壁３１により区切られている。
【００８５】
予備分離ユニットは、例えば分離手段を形成するための導入のために獲得可能な空間により、多様な方法において遠心分離機と一体化され得る。
【００８６】
図４は、遠心分離機１および予備分離ユニット２６を備えた分離手段４１の実施形態の断面を示している。この実施形態においては、遠心分離機１は図１に示された通りであり、予備分離ユニット２６は図２に示された通りである。明確化のために、分離機１の外形のみが図４に示され、図１に関連して示されおよび論じられた構造は図示されていない。予備分離ユニット２６は、遠心分離機に取り付けられ得る、単一の取り外し可能なユニットとして機能する。予備分離出口２８は、接続部４２を通じて遠心分離機１の入口導管１７に取り付けられる。予備分離入口２７の断面積Ａ２は、遠心分離機のガス入口の断面積Ａ１よりも大きい。図４に見られているように、予備分離出口２８の断面積Ａ３は、入口導管１７の断面積とほぼ同じである。さらに、予備分離ユニット２６は遠心分離機１に関連して配置され、これにより前述の図２に関連して議論された軸Ｘ１は、遠心分離機の回転軸Ｘとほぼ整列されている。さらに、予備分離ユニット２６の入口２７は、遠心分離機１のタービン筐体２０と流体接続されており、このことは、浄化されるガスが、図４の矢印「Ｂ」により示されたように、予備分離出口２８を出て遠心分離機１の分離機入口導管１７に進入する前に、予備分離入口２７を通じて、続いて予備分離ユニット２６の第１チャンバ２９、第３チャンバ３５、および第２チャンバ３０を通じて遠心分離機１のタービン筐体２０から導入されることを意味している。代替的には、予備分離ユニット２６の入口２７は、エンジンのエンジンブロックに直接搭載され得る。
【００８７】
さらに、図４に示された実施形態の代替として、予備分離ユニット２６の円錐形の第２チャンバ３０は、遠心分離機１の固定筐体２と一体化され得る。
【００８８】
分離手段４１はエンジンに搭載されて、これにより開口部４３はエンジンブロックに、またはエンジンブロックの接続部に面し得る。
【００８９】
図１に示された実施形態においては、ガス浄化のための回転部材７には、従来の種類の円錐形分離ディスクのスタックが設けられている。しかしながら、本発明は、厳密にこの種の回転部材または遠心ロータに限定されるのではなく、ガス中に浮遊した粒子をガスから除去するための任意の適切な遠心ロータに関連して使用され得る。
【００９０】
図５ａ〜図５ｄは、本開示の遠心分離機において使用され得る分離部材のいくつかの例を示している。明確化の理由のために、少数のディスクのみが図示されているが、実際には、より多数のディスクが存在し、これによりディスク間の距離はさらに小さいことが理解される。
【００９１】
図５ａは、平坦部９ａおよび円錐部９ｂを備えた円錐台形ディスク４４の例を示している。平坦部９ａは、回転軸（Ｘ）に直交した平面内に広がっており、円錐部９ｂは、この実施形態においては上向きに広がっている。平坦部９ａは、円錐部９ｂよりも回転軸に接近している。平坦部９ａおよび／または円錐部９ｂは、ガスのための貫通穴を備え得る。
【００９２】
図５ｂは、平坦部９ａおよび円錐部９ｂを備えた円錐台形ディスク４４の例を示している。平坦部９ａは、回転軸（Ｘ）に直交した平面内に広がっており、円錐部９ｂは、この実施形態においては下向きに広がっている。平坦部９ａは、円錐部９ｂよりも回転軸に接近している。平坦部９ａおよび／または円錐部９ｂは、ガスのための貫通穴を備え得る。
【００９３】
図５ｃはディスクスタックの例を示しており、すべてのディスク４５は平坦であり、すなわちすべてのディスク４５は、回転軸（Ｘ）に直交した平面内に広がっている。ディスク４５は、ガスのための貫通穴を備え得る。
【００９４】
図５ｄは、軸方向ディスクまたはプレート４６の例を示している。これらのプレート４６はわずかに湾曲され、すなわち径方向平面内で見て湾曲形状を有する。換言すると、それらは回転軸に直交した平面内で見て湾曲されている。軸方向ディスク４６は、ガスのための貫通穴を備え得る。
【００９５】
本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、以下に提示された特許請求の範囲内において変化され、および改良され得る。本発明は、図に開示された回転軸（Ｘ）の向きに限定されない。「遠心分離機」との用語は、略水平に向けられた回転軸を備えた遠心分離機も含んでいる。
【符号の説明】
【００９６】
１  ・・・遠心分離機
２  ・・・固定筐体
３  ・・・分離空間
４  ・・・周囲側壁
５  ・・・第１端壁
６  ・・・第２端壁
７  ・・・回転部材
８  ・・・スピンドル
９  ・・・分離ディスク
９ａ  ・・・平坦部
９ｂ  ・・・円錐部
１０  ・・・第１エンドプレート
１１  ・・・第２エンドプレート
１２  ・・・第１軸受
１３  ・・・第２軸受
１４  ・・・ギャップ
１５  ・・・中央空間
１６  ・・・ガス入口
１７  ・・・入口導管
１８  ・・・駆動部材
１９  ・・・ノズル
２０  ・・・タービン筐体
２１  ・・・環状収集溝
２２  ・・・排液口
２３  ・・・ガス出口
２４  ・・・貫通穴
２５  ・・・内壁面
２６  ・・・予備分離ユニット
２７  ・・・予備分離入口
２８  ・・・予備分離出口
２９  ・・・第１チャンバ
３０  ・・・第２チャンバ
３１、３１ａ、３１ｂ  ・・・中間壁
３２、３２ａ、３２ｂ  ・・・貫通穴
３３  ・・・排液口
３４ａ、３４ｂ  ・・・排液穴
３５  ・・・第３チャンバ
３６、３７、３８  ・・・部分
３９  ・・・軸方向下部
４０  ・・・軸方向上部
４１  ・・・分離手段
４２  ・・・接続部
４４  ・・・円錐台形ディスク
４５  ・・・ディスク
４６  ・・・プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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