(57)【要約】【課題】簡易な構成により、分離膜の目詰まりの原因となる混合流体中の異物をも分離して分離膜の目詰まりを抑制し得る分離器を提供する。【解決手段】本分離器１は、混合流体から特定の流体をクロスフロー濾過方式により分離する分離器であって、円筒状の分離器本体１０と、該分離器本体内を第１領域１５及び第２領域１６に仕切り更に混合流体に含まれる特定流体を透過させて分離する分離部材１１と、第１領域に混合流体を導入する混合流体導入部１２と、第１領域から混合流体を排出する混合流体排出部１３と、第２領域から特定流体を排出する特定流体排出部１４と、を備え、分離器本体は混合流体に含まれる異物を滞留させる段差部１０ｄを具備し、分離部材は分離器本体の軸方向に筒状に形成され、第１領域及び第２領域はそれぞれ分離部材の外側及び内側の領域であり、混合流体導入部は混合流体を分離器本体の接線方向に導入する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合流体から特定の流体をクロスフロー濾過方式により分離する分離器であって、
円筒状の分離器本体と、
前記分離器本体内に設けられ且つ該分離器本体内を第１領域及び第２領域に仕切り更に前記混合流体に含まれる特定流体を透過させて分離する分離部材と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域に前記混合流体を導入する混合流体導入部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域から前記混合流体を排出する混合流体排出部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第２領域から前記特定流体を排出する特定流体排出部と、を備え、
前記分離器本体は、該分離器本体の外周側に形成され且つ前記混合流体に含まれる異物を滞留させる段差部を具備し、
前記分離部材は、前記分離器本体の軸方向に筒状に形成され、
前記第１領域は、前記分離部材の外側の領域であり、
前記第２領域は、前記分離部材の内側の領域であり、
前記混合流体導入部は、前記混合流体を前記分離器本体の接線方向に導入することを特徴とする分離器。
【請求項２】
前記段差部は、内面にねじ山を有するドレン孔と、該ドレン孔に螺合するドレンボルトと、を備える請求項１記載の分離器。
【請求項３】
前記異物は磁性を有する鉄系金属を含み、前記段差部は該異物を捕捉する磁石を備える請求項１又は２に記載の分離器。
【請求項４】
前記磁石は、前記ドレンボルトに配設されている請求項３記載の分離器。
【請求項５】
前記分離部材は、特定流体を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部と、前記分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有する支持体部と、を有するセラミックフィルタである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分離器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合流体から特定の流体をクロスフロー濾過方式により分離する分離器に関し、更に詳しくは、簡易な構成により、分離膜の目詰まりの原因となる混合流体中の異物をも分離して分離膜の目詰まりを抑制することにより、分離膜を洗浄するための逆洗を必要としない又は逆洗回数を減らすことができる分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、分離膜を用いて混合流体から特定の流体を分離する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
上記特許文献１には、混合ガスから特定のガスを透過、分離するガス分離膜が被覆されたガス分離膜管を収容し、混合ガス導入部と未透過ガス排出部を接続したハウジングからなるガス分離モジュールが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３５５５２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１では、混合ガスに含まれる異物は、分離膜を透過しないガスと共に未透過ガス排出部より排出されてしまう。これにより、分離器が閉回路内に設けられた場合、混合ガスを循環させるにつれて次第に分離膜表面に堆積して分離膜の性能を劣化させてしまう。そのため、このようにして目詰まりが発生して性能が劣化した分離膜には、分離膜の濾過能力を回復させるための逆洗工程が必要となるが、この逆洗工程中は流体の分離をすることができず、効率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、混合流体中の異物をも分離して分離膜の目詰まりを抑制することにより、分離膜を洗浄するための逆洗を必要としない又は逆洗回数を減らすことができる分離器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の通りである。
１．混合流体から特定の流体をクロスフロー濾過方式により分離する分離器であって、
円筒状の分離器本体と、
前記分離器本体内に設けられ且つ該分離器本体内を第１領域及び第２領域に仕切り更に前記混合流体に含まれる特定流体を透過させて分離する分離部材と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域に前記混合流体を導入する混合流体導入部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第１領域から前記混合流体を排出する混合流体排出部と、
前記分離器本体に設けられ且つ前記第２領域から前記特定流体を排出する特定流体排出部と、を備え、
前記分離器本体は、該分離器本体の外周側に形成され且つ前記混合流体に含まれる異物を滞留させる段差部を具備し、
前記分離部材は、前記分離器本体の軸方向に筒状に形成され、
前記第１領域は、前記分離部材の外側の領域であり、
前記第２領域は、前記分離部材の内側の領域であり、
前記混合流体導入部は、前記混合流体を前記分離器本体の接線方向に導入することを特徴とする分離器。
２．前記段差部は、内面にねじ山を有するドレン孔と、該ドレン孔に螺合するドレンボルトと、を備える上記１．記載の分離器。
３．前記異物は磁性を有する鉄系金属を含み、前記段差部は該異物を捕捉する磁石を備える上記１．又は２．に記載の分離器。
４．前記磁石は、前記ドレンボルトに配設されている上記３．記載の分離器。
５．前記分離部材は、特定流体を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部と、前記分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有する支持体部と、を有するセラミックフィルタである上記１．乃至４．のいずれか１項に記載の分離器。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の分離器によると、混合流体導入部から混合流体を円筒状の分離器本体内の接線方向に導入し、分離部材によって分離部材の外側の第１領域から内側の第２領域へ混合流体中の特定流体を透過して分離し、混合流体から分離された特定流体は特定流体排出部より排出され、特定流体が分離された混合流体は混合流体排出部より排出される。また、分離器本体の外周側に設けられた段差部により、混合流体に含まれる異物を滞留させて分離する。
このように、混合流体を接線方向から導入して第１領域内の混合流体を旋回させるようにしたので、その遠心力により、比重の小さい特定流体は分離器本体の軸心側へ、比重の大きい異物は分離器本体の外周側へ、それぞれ引き寄せられ、特定流体及び異物を効率的に分離することができる。また、混合流体中の異物を分離部材から離隔する方向へ遠心分離できるので、異物の堆積によって分離部材が目詰まりして性能が劣化するのを抑制することができ、分離部材を洗浄するための逆洗が必要ない又は逆洗回数を減らすことができる。
【０００８】
また、段差部が、内面にねじ山を有するドレン孔とそのドレン孔に螺合するドレンボルトとを備える場合は、段差部に滞留する異物を適宜排出することができる。
更に、異物が磁性を有する鉄系金属を含み、段差部が異物を捕捉する磁石を備える場合は、段差部に滞留する異物を確実に捕捉することができる。
また、磁石がドレンボルトに配設されている場合は、ドレンボルトを係脱することにより、磁石により捕捉された異物を簡便に取り除くことができる。
【０００９】
更に、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部と、前記分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有する支持体部と、を有するセラミックフィルタである場合は、濾過能力に優れた、高性能の分離器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施形態に係る分離器は、混合流体から特定の流体をクロスフロー濾過方式により分離する分離器であって、以下に述べる分離器本体、分離部材、混合流体流入部、混合流体排出部及び特定流体排出部を備えている。尚、クロスフロー濾過方式とは、流れの一部のみが濾材を通過する濾過方式のことである。
【００１１】
また、本発明の分離器の用途等は特に問わないが、例えば、混合液体（例えば、水と油、燃料とオイル等）から特定の液体を分離したり、混合ガス（例えば、空気、空気と有機ガス等）から特定のガスを分離したり、液体中の溶存ガスを分離したり、水溶液（例えば、海水等）等の溶液を溶媒と濃縮溶液とに分離したり等、種々の混合流体の分離に適用することができる。特に、車両用エンジンのオイルであって、燃料により希釈された潤滑油から燃料成分を分離する分離器として好適に用いられる。この混合流体は、異なる２以上の流体の混合流体である。また、通常、この混合流体には、金属粉、粉塵等の、混合流体と比較して比重の大きい異物が含まれている。
【００１２】
上記「分離器本体」は、その内部に導入される混合流体から特定流体を分離する限り、その構造、形状、材質等は特に問わない。この分離器本体の材質としては、例えば、鉄、アルミニウム等の金属製、樹脂製等を挙げることができる。また、分離器本体の形状としては、例えば、円筒状（例えば、図２〜４、図６〜８等参照）、角筒状（四角（正方形、長方形等）、六角、八角等）等を挙げることができる。この分離器本体には、後述する段差部が設けられている。
【００１３】
上記「分離部材」は、上記分離器本体内に設けられ且つ分離器本体内を第１領域及び第２領域に仕切り更に混合流体に含まれる特定流体を透過させて分離する限り、その構造、形状、材質等は特に問わない。この分離部材の形状としては、例えば、円筒状（例えば、図２〜４、図６等参照）、角筒状（四角（正方形、長方形等）、六角、八角等）等を挙げることができる。また、分離部材の材質としては、例えば、セラミックス製、樹脂製等を挙げることができる。また、分離部材の構造としては、特定流体を透過可能な多数の細孔を有する一体的に形成された分離部材である構造、特定流体を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部が、分離膜部の細孔の径よりも大きい多数の細孔を有する支持体部の表面に形成されている分離部材である構造等を挙げることができる。
【００１４】
尚、上記分離部材が分離膜部と支持体部とを備える場合、それらの材質は、同一であってもよいし、同一でなくてもよい。また、分離膜部と支持体部との間に、更に１又は２以上の層を設けるようにしてもよい。
【００１５】
上記分離部材による分離器本体内の仕切り形態は、１又は２以上の筒状の分離部材により分離器本体内を分離部材の外側の第１領域と分離部材の内側の第２領域とに仕切る形態（例えば、図２〜６等参照）等を挙げることができる。
【００１６】
上記「混合流体導入部」は、上記分離器本体に設けられ且つ第１領域に混合流体を導入する限り、その形状、配置形態等は特に問わない。上記混合流体導入部は、通常、分離器本体に、その接線方向に混合流体を導入するように設けられる（例えば、図２、３等参照）。これにより、導入する混合流体によって第１領域内の混合流体に旋回力を付与するようにすることができるからである。
上記「混合流体排出部」は、上記分離器本体に設けられ且つ第１領域から混合流体を排出する限り、その形状、配置形態等は特に問わない。
上記「特定流体排出部」は、上記分離器本体に設けられ且つ第２領域から特定流体を排出する限り、その形状、配置形態等は特に問わない。
【００１７】
ここで、上記混合流体導入部及び混合流体排出部は、それぞれ離隔した位置に設けられていることが好ましい（例えば、図２等参照）。混合流体を、混合流体導入部から導入して混合流体排出部から排出するまでに、分離器本体内でより多く旋回させることができるからである。
【００１８】
上記「段差部」は、混合流体に含まれる異物を滞留させうる限り、その形状、個数、配設形態等は特に問わない。この段差部は、例えば、分離器本体の内壁を径方向の外側に拡張するように設けられていることができる。段差部を拡張する形態としては、周方向の全周にわたって拡張する形態（例えば、図４等参照）、周方向所定幅のみ拡張する形態（例えば、図７等参照）等を挙げることができる。また、この段差部は複数設けられていてもよい。更に、この段差部は、ドレン孔と、ドレンボルトとを備えることができ（例えば、図２、４、７、８等参照）、更に、磁石を備えることができる（例えば、図２、４、７、８等参照）。
【００１９】
上記「ドレン孔」は、その内面にねじ山を有する貫通孔であり、上記段差部に滞留した異物を排出する限り、その配設形態、大きさ等は特に限定されない。このドレン孔の配設形態としては、分離器本体の径方向と平行な軸を有するように配設される形態（例えば、図２、４、７等参照）、分離器本体の軸方向と平行な中心軸を有するように配設される形態（例えば、図８等参照）等を挙げることができる。また、このドレン孔は複数設けられていてもよい。
上記「ドレンボルト」は、上記ドレン孔に螺合して封止する限り、その材質、形状等は特に限定されない。
上記「磁石」は、磁性を有する鉄系金属を含んだ異物を捕捉する限り、その大きさ、形状、個数、配置形態等は特に限定されない。
【００２０】
また、この磁石は、特に、上記ドレンボルトに配設されていることができる。このドレンボルトに磁石を設ける位置及び設ける方法は特に限定されない。配設位置として、例えば、ドレンボルトの先端に有底孔を設けて挿入固定する（例えば、図２、４、７、８等参照）、ドレンボルトの先端等に固定する等を例示することができる。また、配設方法として、例えば、嵌合、接着及び磁石自身の磁力による固定等を例示することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、図面を用いて実施例により本発明を具体的に説明する。なお、本実施例では、本発明に係る「分離器」として、ウェットサンプ式エンジンを潤滑するオイルから燃料成分と磁性を有する金属粉等の固形成分とを分離する分離器を例示する。
【００２２】
本実施例に係る分離器１は、図１に示すように、エンジン２の潤滑回路内の、オイルをエンジン２の各部に圧送する潤滑用ポンプ３の吐出側に設けられている。
【００２３】
（１）分離器の構成
本実施例に係る分離器１は、図２〜４に示すように、その両端を分離器本体１０の両端の端面部１０ａ、１０ｂに取着されたセラミックス製のセラミックフィルタ１１が設けられている。このセラミックフィルタ１１により、分離器本体１０内は、セラミックフィルタ１１の外側の第１領域１５と内側の第２領域１６とに仕切られている。
分離器本体１０の外周側の側面部１０ｃには、分離器本体１０内の第１領域１５にオイルを導入するオイル導入部１２が設けられており、このオイル導入部１２は、分離器本体１０の接線方向からオイルを導入するように設けられている。
【００２４】
また、分離器本体１０の一端側の端面部１０ｂには、分離器本体１０内の第１領域１５からオイルを排出するオイル排出部１３が設けられている。
更に、分離器本体１０の一端側の端面部１０ａには、分離器本体１０内の第１領域１５に導入されたオイルからセラミックフィルタ１１を透過して第２領域１６に到達しオイルから分離された燃料成分を排出する燃料排出部１４が設けられている。この燃料排出部１４の他端側は、エンジン２の吸気管４に接続されている。
【００２５】
また、分離器本体１０の外周側の内壁はその径方向の外側へ拡張されており、この拡張された部位は、段差部１０ｄとして、オイルに含まれる金属粉等の固形成分を滞留させるようになっている。更に、この段差部１０ｄには、分離器本体１０の径方向と平行な軸を有し且つ内面にねじ山を有するドレン孔１７と、そのドレン孔１７に螺合して封止するドレンボルト１８が設けられており、ドレンボルト１８の先端側には、ドレンボルト１８の先端に設けた有底孔に挿入された磁石１９が取着されている。
【００２６】
上記セラミックフィルタ１１は、図５に示すように、多数の細孔を有する支持体部１１ａと、その外側の、支持体部１１ａの細孔径よりも小さく、燃料成分を透過可能な多数の細孔を有する分離膜部１１ｂと、からなる２層構造をしている。そして、セラミックフィルタ１１の外径及び内径はそれぞれ約１０ｍｍ及び７ｍｍ、また、分離膜部１１ｂの厚さは１０μｍ程度となっている。また、支持体部１１ａに設けられている細孔の平均径は１０μｍ程度であるのに対し、分離膜部１１ｂに設けられている細孔の平均径は２０ｎｍ程度である。
【００２７】
ここで、内燃機関に用いられるガソリン等の燃料は、その分子構造において、１つの分子あたり４〜１３個程度の炭素原子を有しているが、オイルの場合、１つの分子あたり２５個以上の炭素原子を有している。このような分子の構成の違いにより、燃料の分子径は分離膜部１１ｂの細孔の径よりも小さく、オイルの分子径は分離膜部１１ｂの細孔の径よりも大きいため、セラミックフィルタ１１によりオイルに混合している燃料成分を分離することができる。そして、支持体部１１ａの細孔径は分離膜部１１ｂの細孔径と比較して極めて大きいので、分離膜部１１ｂを通過した燃料成分は、分離膜部１１ｂを通過するよりも小さい抵抗で、支持体部１１ａを通過することができる。
【００２８】
（２）分離器の作用
次に、上記構成の分離器１の作用について説明する。
先ず、潤滑用ポンプ３から吐出されたオイルは、オイル導入部１２からセラミックフィルタ１１の外側である第１領域１５に導入される。このとき、オイルはオイル導入部１２から分離器本体１０の接線方向へ導入され、第１領域１５内を旋回しながら流通する。また、第１領域１５内の圧力は、潤滑用ポンプ３の吐出圧力により、第２領域１６内の圧力よりも高くなっている。その差圧により、第１領域１５内に導入されたオイルに含まれている燃料成分が、セラミックフィルタ１１を透過し、第２領域１６へ到達し、燃料排出部１４から分離器１の外部に排出される。また、燃料成分が分離され、燃料による希釈率が減少したオイルは、オイル排出部１３から排出され、エンジン２の各部に圧送される。更に、分離された燃料は、エンジン２の吸気管４に送られ、エンジン２にて燃焼処理される。
【００２９】
（３）実施例の効果
本実施例の分離器１は、オイル導入部１２がオイルを分離器本体１０の接線方向に導入して第１領域１５内のオイルを旋回させるようにしたので、燃料と比較して比重の大きいオイル（約０．８）が分離器本体１０の遠心方向へ、比重の小さい燃料（約０．７６）は軸心方向へ、それぞれ引き寄せられるので、オイルからの燃料の分離を促進することができる。更に、このオイルの旋回による遠心力により、オイルよりも比重の大きい金属粉等の固形成分には、分離器本体１０の遠心方向、即ちセラミックフィルタ１１から離隔する方向への力が作用する。これにより、セラミックフィルタ１１の表面への金属粉等の固形成分の堆積を減少させて、セラミックフィルタ１１の能力低下を抑制することができる。
【００３０】
また、オイルの旋回により分離器１の遠心方向へ引き寄せられた金属粉等の固形成分は、段差部１０ｄに滞留する。これにより、潤滑回路内を循環するオイルに含まれる金属粉等の固形成分の量を減少させることができるので、セラミックフィルタ１１の目詰まりによる性能劣化を更に抑制することができ、セラミックフィルタ１１を洗浄するための逆洗を必要としない又は逆洗回数を減らすことができる。更に、滞留した金属粉等の固形成分は、ドレン孔１７から適宜排出することができ、また、滞留した金属粉等の固形成分は、ドレンボルト１８の先端に取着されている磁石１９に捕捉されるので、効率よく簡便に取り除くことができる。
【００３１】
尚、本発明においては、上記実施例に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、上記実施例では、１つの円筒状の各セラミックフィルタ１１を用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば、図６に示すように、２以上（図中４つ）の筒状のセラミックフィルタ５１をそれぞれ用いる形態としてもよい。この場合、上述の実施例のセラミックフィルタ１１の分離膜部１１ｂの表面積（濾過面積）と比較して、第１領域１５の断面積が同じであれば、分離膜部５１ｂの表面積をより大きく設定することができる。
【００３２】
また、上記実施例では、セラミックフィルタ１１の外径及び内径をそれぞれ約１０ｍｍ及び７ｍｍ、また、分離膜部１１ｂの厚さは１０μｍ程度、支持体部１１ａに設けられている細孔の平均径を１０μｍ程度、分離膜部１１ｂに設けられている細孔の平均径を２０ｎｍ程度としたが、これに限定されず、混合流体から分離する特定流体に応じて適宜設定すればよい。
更に、上記実施例では、分離器本体１０の外周側の内壁の全周をその径方向の外側へ拡張するように設けた段差部１０ｄとしたが、これに限定されず、例えば、図７に示すように、分離器本体１０の外周側の内壁の一部のみを径方向の外側へ拡張するように設けた段差部１０ｄ’としてもよい。
【００３３】
また、上記実施例では、分離器本体１０の径方向と平行な軸を有するドレン孔１７としたが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、分離器本体１０の径方向と平行な軸を有するドレン孔１７’としてもよい。
更に、上記実施例では、ドレンボルト１８の先端に設けられた有底孔に挿入固定され、そのドレンボルト１８の先端面と同一面を形成するように設けられた磁石１９としたが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、ドレンボルト１８の先端面から突出するように設けられた長尺状の磁石１９’としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
混合流体から特定の流体と異物とを分離する技術として広く利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本実施例にかかる分離器が潤滑回路内に配置されたエンジンの全体回路を示す説明図である。
【図２】本実施例に係る分離器の縦断面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】図２のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図５】本実施例に係る分離部材を示す断面図である。
【図６】本実施例に係る他の形態の分離器を説明するための横断面図である。
【図７】本実施例に係る更に他の形態の分離器を説明するための横断面図である。
【図８】本実施例に係る更に他の形態の分離器を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１；分離器、１０；分離器本体、１０ａ、１０ｂ；端面部、１０ｃ；側面部、１０ｄ、１０ｄ’；段差部、１１、５１；セラミックフィルタ、１１ａ、５１ａ；支持体部、１１ｂ、５１ｂ；分離膜部、１２；オイル導入部、１３；オイル排出部、１４；燃料排出部、１５；第１領域、１６；第２領域、１７、１７’；ドレン孔、１８；ドレンボルト、１９、１９’；磁石、２；エンジン、３；潤滑用ポンプ、４；吸気管。
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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