(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、それぞれ方向転換点で互いに接する複数のセクションからなりかつ相互に並べて配置され前記流動通路を相応に方向転換された複数の部分通路（１０）に分割する複数の方向転換部材（９）を有し、該方向転換部材（９）の第１の方向転換点の下流側に位置して前記通路の軸に平行なセクションがポケット（１１）を有し、該ポケットが、前記空気流に対面する側に入口スリット（１２）を有す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、
前記方向転換部材（９）は、全幅にわたって延在しかつ前記各方向転換点で折曲されたパネル（１５）を備え、該パネル（１５）には、前記通路の軸に平行な区画部分（１６）のそれぞれの場所で間隙を有して該パネルに重なる重畳部材（１８）が配属され、該重畳部材（１８）は、当該区画部分（１６）の全幅にわたり連続するポケット（１１）を形成していることを特徴とする水分離装置。
【請求項２】
前記重畳部材（１８）は、前記通路の軸に平行な中央部分（１９）と、該中央部分（１９）に向かって折曲された端縁部（２０，２１）とを有し、これら端縁部（２０，２１）のうちの一方は前記パネル（１５）に接続され、他方は前記パネルから離間した状態で終端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】
前記重畳部材（１８）は、前記それぞれのパネル（１５）に取付け可能であ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】
前記重畳部材（１８）は、有利には薄板からなる曲げ成形品として構成され、かつ前記パネル（１５）に接続される前記端縁部（２１）が前記パネル（１５）と結合可能な取付けフランジ（２２）を備え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】
前記重畳部材（１８）は、型注入成形品として、有利にはプラスチックからなる射出成形品として構成され、前記パネル（１５）に結合可能な取付け目玉部（２３）が前記重畳部材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６】
前記パネル（１５）と当接する前記重畳部材（１８）の縁部に、シール材（２５）が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記各重畳部材（１８）は、それぞれ対応するパネル（１５）と一体成形され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８】
前記入口スリット（１２）の領域に、それぞれ多板格子（２６）が設けられ、その多板が有利には内側下方へ傾斜している流入通路（２７）を区画形成していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記重畳部材（１８）が型注入成形品として構成されている場合に、前記多板格子（２６）の多板は、前記重畳部材（１８）と一体成形されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
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９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ベーン（２９）は、前記支持帯板（２８）から裁断され、前記ベーン（２９）の裁断によって形成された前記支持帯板（２８）の切欠き部（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１０に記載の装置。
【請求項１２】
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１１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通り、空気流として特に内燃機関に供給される給気から水を分離するために、それぞれ方向転換点で互いに接する複数のセクションからなりかつ相互に並べて配置され前記流動通路を相応に方向転換された複数の部分通路に分割する複数の方向転換部材を有し、該方向転換部材の第１の方向転換点の下流側に位置して前記通路の軸に平行なセクションがポケットを有し、該ポケットは、前記空気流に対面する側に入口スリットを有しかつ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、方向転換部材の、ポケットに帰属する通路軸に平行なセクションの領域に、それぞれ上下部に配置された２つのポケットが設けられており、これらポケットの入口スリットは、それぞれが付属する方向転換部材の別々の側に設けられている。この場合、この方向転換部材は、その全幅の一部だけにわたって延びる複数の形材部品から組立てなければならない。このとき、目的を達成するためには、薄い鋼板、たとえばステンレス鋼からなる形材部品を互いに溶接しなくてはならない。従って、公知の水分離装置の製造は非常に手間がかかり、かつコスト高になっていた。しかも、形材部品のそれぞれが１８０°の曲げ部分を含んでおり、このことが製造コストをいっそう増やしている。公知の構成のさらに別の欠点は、ポケットの深さが少ないために、対応する入口スリットの内のり幅も比較的小さくならざるを得ないという点にある。そのため、比較的小さな水滴がようやく時間をかけた後に捕集されるか、もしくはまったく捕集されないという危険がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、このことを前提として本発明の課題は、冒頭に述べた欠点を回避しつつ、冒頭に述べた形式の水分離装置であって、簡単かつ低コストに製造可能で、優れた分離効率をもたらすものを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は、前記方向転換部材が、全幅にわたって延在しかつ前記各方向転換点で折曲されたパネルを備え、該パネルには、前記通路の軸に平行な区画部分のそれぞれの場所で間隙を有して該パネルに重なっている重畳部材が配属され、該重畳部材が、当該区画部分の全幅にわたり連続するポケットを形成していることによって解決される。
【０００５】
上述の手段によって、冒頭に述べた欠点は完全に解消される。ポケットが、帰属する方向転換部材の全幅にわたって連続しているので、有利なことに、流れが損なわれることがなく、従って、これと関連する第２の入口スリットによる流れのロスもない。また、帰属する区画部分の全幅にわたって連続するポケットが比較的広い入口スリットを備えることができるので、高い分離効率も得ることができる。それと同時に、こうして達成された深さのおかげで、連続するポケットを相前後して配置された複数の立抗に分割することができ、これらの立抗に、入口スリットのセクションをそれぞれ１つ配属できることが保証される。それによって、本発明の水分離装置の上端から下端までにわたる入口スリットの長さ全体でほぼ同一の流入条件が得られ、このことは同じく分離効率にプラスに作用する。
【０００６】
重畳部材は、有利には、対応するそれぞれのパネルに取付け可能であってよい。このとき方向転換部材の基礎をなすパネルは、蛇行形状の断面をもつ簡単な部材でよく、プレス成形品、押出成形品、圧延成形品などとして製造することができる。重畳部材も同様に、薄板からなる曲げ成形品または型注入成形品として構成することができる。本発明による方向転換部材を組立てる際には、重畳部材を簡単なカバー状にして取付けることができる。いずれの場合でも、取付けを容易にするストッパないし当接面が設けられていてよい。
【０００７】
本発明のさらに別の有利な構成によれば、重畳部材が通路軸に平行な中央部分と、この中央部分に向かって折曲された両端縁部とを有していると目的に適っており、これら両端縁部のうちの一方は隣接する区画部分でパネルに接続され、他方は隣接する区画部分でパネルから離間した状態で終端している。このように構成された重畳部材は実質的に一種の二重底を形成しており、この二重底によってパネルの帰属する偏向部だけが高くされている。それにより簡単なやり方で、方向転換部材によって形成された部分通路の領域に断面積変化が必要ないことが保証される。重畳部材の端縁部は実質的に、パネルの隣接する区画部分の延長部を形成しているので流れを妨げることがない。
【０００８】
有利には、重畳部材は有利には薄板からなる曲げ成形品として構成されていてよく、この場合、パネルに続く端縁部は、パネルと連結可能な取付けフランジを含んでいる。このことは、溶接結合または接着結合による格別に簡単な重畳部材の取付けを可能にする。
【０００９】
重畳部材が型注入成形品として構成され、パネルに当接させることが可能な取付け目玉部がこれに一体成形されていると有利な代替案となり得る。この場合、重畳部材は有利にはプラスチックからなる射出成形品として構成されていてよく、このことは格別に低コストな製造を可能にする。
【００１０】
格別に有利となるさらに別の手段は、入口スリットの領域にそれぞれ１つの多板格子を設け、この多板格子の多板によって内側下方へ傾斜した流入通路を区画形成することである。それにより、入口スリットが比較的大きな内のり幅をもつ場合でも、ポケットに捕集された水が流動通路に逆流しないことが保証される。
【００１１】
この多板は、重畳部材が型注入成形品として構成されている場合にはこれに一体成形することができ、このことは総生産コストに対して有利に作用する。
【００１２】
特に薄板を使用する場合、多板は単に、帰属するポケットのパネル側の側壁に取付け可能な支持帯板から起立するベーンとして構成することができる。この場合、これらのベーンは単に支持帯板から適切に打ち抜くことによって切り取って、曲げ工程で起立させることが可能である。
【００１３】
【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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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】
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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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