JP2004082117A - ガス流から液体を分離する分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス流から液体を分離する分離装置において、ガス流による分離された液体の連行を防止する。
【解決手段】ガス流から液体を分離する分離装置であって、入口通路とガス流出部と液体流出部とを備えたケーシングと、フィルタ媒体と生ガス側と清浄ガス側とを備えたフィルタエレメントと、該フィルタエレメントを支持する少なくとも１つの支持体とから成っている形式のものにおいて、分離装置がフィルタエレメント７の清浄ガス側に液体リザーバ１０を有していて、該液体リザーバに、フィルタ媒体８を部分的に覆う矢板壁２３が設けられている。
【選択図】図１

Description

　本発明は、ガス流から液体を分離する分離装置であって、入口通路とガス流出部と液体流出部とを備えたケーシングと、フィルタ媒体と生ガス側と清浄ガス側とを備えたフィルタエレメントと、該フィルタエレメントを支持する少なくとも１つの支持体とから成っている形式のものに関する。

　ドイツ連邦共和国特許公開第１９７２０７７５号明細書には、クランクケーシング空気抜き装置のための、ガス流から液体を分離する分離装置が開示されている。この分離装置ではフィルタフリースにおいて、オイル滴がブロー・バイ・ガスから分離される。フィルタフリースにおいて分離されたオイルは、小さなブロー・バイ・ガス容積流では重力に基づいてフィルタフリースを通って下方に移動し、そしてフィルタフリースから滴下する。ブロー・バイ・ガス容積流が大きい場合には、フィルタフリース内で分離された液体はブロー・バイ・ガスによって連行される。この際に新たに形成される液滴は多くの場合、以前よりも明らかに大きいので、この液滴は清浄ガス側において直ちに抜け落ちる。従ってオイルはフィルタフリースの清浄ガス側において集められる。オイルはブロー・バイ・ガスの流れの圧力に起因して、内燃機関が停止している場合及びブロー・バイ・ガス容積流が極めて小さい場合にしか、フィルタフリースの生ガス側に戻されない。オイルが流出できないことによって、清浄ガス側におけるオイルレベルが上昇すると、フィルタ面がオイルによって部分的に閉塞され、集められたオイルがブロー・バイ・ガスによって連行され、内燃機関の吸気管に達してしまい、内燃機関において燃焼されるおそれがある。このような場合にはもちろん、オイル損失を回避することができない。さらにオイルはまた、例えばホットフィルムの風速計、ターボチャージャ、吸気管内におけるチャージエアクーラのような部材並びにその他のユニットを損傷するおそれもある。

　清浄ガス側に集められたオイルは、例えばドイツ連邦共和国特許公開第１９７２０７７５号明細書又はドイツ連邦共和国特許公開第１９６４５６６６号明細書に開示されているように、清浄ガス側のオイル戻し路を介してクランクケーシング内に戻すことが可能である。クランクケーシングと分離装置の清浄ガス側との間には圧力差が存在するので、オイル戻し路を通ってクランクケーシングから清浄ガス側への短絡した流れは回避することができる。そのためには例えばサイフォンを使用することが可能である。しかしながら清浄ガス側におけるオイル戻し路には次のような欠点がある。すなわちこの場合、クランクケーシングと分離装置の清浄ガス側との間における圧力差が、クランクケーシングと分離装置の生ガス側との間における圧力差よりも大きいことに基づいて、サイフォンは大きな長さをもって構成されねばならず、必然的に大きな構造スペースが必要になる。
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７２０７７５号明細書 ドイツ連邦共和国特許公開第１９６４５６６６号明細書

　ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の分離装置を改良して、ガス流による分離された液体の連行を防止することができる、分離装置を提供することである。

　この課題を解決するために本発明の構成では、分離装置がフィルタエレメントの清浄ガス側に液体リザーバを有していて、該液体リザーバに、フィルタ媒体を部分的に覆う矢板壁が設けられているようにした。

　本発明のように構成された分離装置には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による分離装置では、矢板壁によってガス流から守られた液体リザーバが清浄ガス側に設けられていることに基づいて、清浄ガス側における分離された液体の連行を減じるか又は完全に回避することが、簡単な形式で可能である。液体リザーバがオーバフローしない限りは、ガス流は液体リザーバから液体をもはや連行することはできない。

　請求項１に記載された本発明による分離装置のその他の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

　矢板壁が支持体と一体的に結合されていると、製造コストを節減することができ、有利である。

　別の有利な構成では、液体リザーバの矢板壁又は液体リザーバが、少なくとも１つの戻し開口を有しており、このように構成されていると、分離された液体を液体リザーバから確実に流出させることができ、ひいてはオーバフローを回避することができる。

　さらに別の有利な構成では、液体リザーバが、少なくとも１つの戻し開口を介してフィルタエレメントの生ガス側と接続されている。それというのは、このように構成されていると、クランクケーシングと生ガス側との間にはクランクケーシングと清浄ガス側との間におけるよりも小さな圧力差が存在しているからであり、従って生ガス側とクランクケーシングとの間に配置されたオイル戻し路は、清浄ガス側とクランクケーシングとの間に配置されたオイル戻し路において必要なサイフォンよりも小型のサイフォンを備えることができ、その結果多くの構造スペースを節約することができる。

　さらに別の有利な構成では、少なくとも１つの戻し開口がフィルタエレメントによって覆われている。このように構成されていると、液体を含むガス流は単に濾過されるだけで清浄ガス側に達することができる。

　フィルタエレメント及び支持体は円筒形に形成されていても又は面状に形成されていてもよい。それというのは、このように構成されていると、顧客の望みに応じて分離装置のジオメトリをエンジンルームにおけるスペース状態に合わせることができるからである。

　さらにまた、フィルタ媒体としてフィルタフリースを使用すると有利である。それというのは、フィルタフリースは極めて小さな液滴をも確実に分離することができるからである。そしてその結果本発明による分離装置の効率は極めて高くなる。

　また、液体リザーバをカップ状に形成すると、製造技術的に特に有効であるので、有利である。

　また別の有利な構成では、液体リザーバが、小さな容積とその上に位置している大きな容積とによって形成されており、このようになっていると、より多くの液体を貯えることができるので、有利である。

　次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

　ガス流から液体を分離する本発明による装置は、有利にはガス流から液体特にオイル粒子を分離するために働き、つまり一般的に、流れるガスから液体の滴を分離するために使用される。

　本発明による装置は有利にはクランクケーシング空気抜き装置において使用される。内燃機関の吸気管内における負圧を利用することによって、オイルを含むガス、つまり内燃機関の運転中にピストン及びピストンリングとシリンダ内壁面との間における小さな漏れに基づいて燃焼室からクランクケーシング内に流入するオイル含有ガスを、オイル分離装置に吸い込むことが可能になる。オイル含有ガスは、通過ブローガス又はブロー・バイ・ガス（Blow-By-Gas）と呼ばれる。以下においてこのブロー・バイ・ガスは単にガス又はガス流と呼ばれる。

　オイルがガスから取り出された後で、ガスは吸気管における吸気流に添加混合され、つまりターボチャージャを備えたディーゼル機関では例えば空気質量計とターボチャージャとの間において添加混合される。

　内燃機関の燃焼室からのガスの漏れによって、クランクケーシング内においては許容不能な圧力上昇が発生し、その結果いわゆるクランクケーシング空気抜きによる圧力バランスが必要になる。ガスは高い炭化水素・濃度を有しているので、ガスを大気中に放出することは不可能である。クランクケーシング空気抜き装置は従ってガスを内燃機関の吸気管内に導き、これによってそこで燃焼部に供給される。クランクケーシング内には、高い流速度で流入するガスとクランクケーシング内において運動する部分とによって、大小さまざまな大きな多数のオイル粒子を備えたオイル霧が発生する。これらのオイル粒子は、クランクケーシング空気抜き装置において液体の分離装置を用いて分離されねばならず、これによって大きなオイル損失を回避すること及び燃焼に対する不都合な影響を回避することができる。

　図１には、液体特にオイルを分離するための本発明による分離装置が示されている。この分離装置は、入口通路２とガス流出部３と液体流出部４とを備えたケーシング１から成っている。少なくとも間接的にクランクケーシングと接続されている入口通路２は、ケーシング１の内室６に開口している。内室６内には、円筒形のフィルタエレメント７が配置されている。このフィルタエレメント７は例えば保持装置によって形状結合式に又は摩擦力結合式にケーシング１内において固定されている。フィルタエレメント７は、半径方向外側に配置された例えば２層式のフィルタ媒体８と、このフィルタ媒体８の半径方向内側に続く円筒形の支持体９と、液体リザーバ１０とから成っている。フィルタ媒体８はファインフィルタ（Feinfilter）であり、例えば繊維フリース又は繊維糸から成っている。

　フィルタ媒体８の下流側の領域は、浄化されたガスが存在する側で清浄ガス側と呼ばれ、フィルタ媒体８の上流側の領域は、未浄化のガスが存在する側で生ガス側と呼ばれる。生ガス側と清浄ガス側とは、フィルタ媒体８だけを介して互いに接続されている。

　フィルタ媒体８の支持及び固定のために、フィルタ媒体８にはその半径方向内側に支持体９が続けて設けられている。この支持体９はガス流出部３の側に、多数の格子開口１３を備えたネット状又は格子状の構造体を有しており、この構造体の格子開口１３は、例えば正方形の形をしているが、しかしながらその形状は、円形、多角形又は楕円形であってもよい。ガス流出部３とは反対の側において支持体９は、防水性の円筒壁として形成されたさねはぎ壁もしくは矢板壁（Spundwand）２３によって閉鎖されており、さらにこの矢板壁２３に接続する底部１６によってカップ状に液体リザーバ１０を形成している。矢板壁２３は支持体９の一部であり、この場合支持体９と矢板壁２３とは互いに一体的に結合されている。しかしながらまた、矢板壁２３と支持体９とを互いに別個の２つの部材として形成することも可能である。支持体９は例えばプラスチック又は金属から製造されている。

　従って液体リザーバ１０は、フィルタ媒体８を部分的に軸方向で清浄ガス側において覆う矢板壁２３と、底部１６とによって形成される。半径方向で全周に分配されて、矢板壁２３には少なくとも１つの戻し開口２０が設けられている。少なくとも１つのこの戻し開口２０は、底部１６の近傍に又は底部１６に直接配置されており、これによって液体リザーバ１０内の液体は完全に生ガス側に流出することができる。

　支持体９の半径方向内側に、円筒形のフィルタ内室１４が形成されており、このフィルタ内室１４はガス流出部３と接続されている。

　これによってケーシング１の内室６から、ガス流はフィルタ媒体８と支持体９の格子開口１３とを通ってフィルタ内室１４に流入し、このフィルタ内室１４からガス流出部３へと流れる。

　フィルタエレメント７の、ガス流出部３側の端面は、ケーシング１のケーシング壁１５に密につまりシール作用をもって接触している。フィルタエレメント７の、ガス流出部３とは反対側の端面１８は、支持体９の底部１６によってシールされて閉鎖されている。支持体９の底部１６はそのために、張り出している底縁部１７を有しており、この底縁部１７は半径方向外側に向かってフィルタ媒体８を越えて延びている。

　ケーシング１の、底部１６に向けられた側には、間隔をおいて液体流出部４が配置されている。

　入口通路２は例えば、少なくとも間接的に、図示されていないクランクケーシングに接続されている。ブロー・バイ・ガスはケーシング１内に達し、フィルタエレメント７を半径方向外側から内側に向かって貫流する。ガス内に含まれた液体は、フィルタエレメント７において濾過されて取り出される。

　ガス容積流が小さい場合には、ガス流の液体はフィルタ媒体８において分離され、それ自体の重量に基づいてフィルタ媒体８内を下方に向かって移動し、底縁部１７を介してケーシング１内に滴下し、そして液体流出部４へと達する。この液体流出部４は少なくとも間接的に図示されていないクランクケーシングに接続される。これによってつまりオイルは液体流出部４を介して再びクランクケーシング内に戻ることができる。

　ガス容積流が大きい場合には、液体はガスによってフィルタエレメント７を通して連行される。この際に形成される大きな液滴は、その慣性によって清浄ガス側において直ちに支持体９のところで、又はその後で変向及び重力に基づいて分離され、そして下方に向かって流れるか又は落下し、液体リザーバ１０内に集められる。そこで形成される液面３１は、内燃機関の運転中において大きなガス容積流の際には上昇する。それというのは、生ガス側における高い圧力に基づいて液体は液体リザーバ１０から、少なくとも１つの戻し開口２０を通って生ガス側に戻ることができないからである。従って液体リザーバ１０の容積は、オーバーフローを回避するために十分大きく選択されねばならない。液体リザーバ１０は乗用車のためには例えば５〜３０ｃｍ^３の容積を有し、トラックのためには例えば５〜５０ｃｍ^３の容積を有している。

　液体リザーバ１０における液体は、流れ方向で見てガス流に対して保護されており、連行されることができないようになっている。それというのは、液体はガス流の風隠れに位置しており、矢板壁２３は少なくとも１つの戻し開口２０を除いてガス流に対して非透過性だからである。戻し開口２０のサイズ及び数は小さくもしくは少なく選択されており、これによって場合によっては戻し開口２０を通って流れるガスによる液体の連行が不可能であるようになっている。矢板壁２３は例えば、それぞれ２〜４ｍｍの直径をもつ１〜８の戻し開口を有している。しかしながら戻し開口２０は別のサイズ及び数を選択することも可能である。分離されたオイルは内燃機関の停止時に又はガス容積流が僅かな場合に、フィルタ媒体８から、少なくとも１つの戻し開口２０を通してケーシング１に滴下することができ、そしてケーシング１から生ガス側の液体流出部４を介してクランクケーシングに戻すもしくは達することができる。

　少なくとも１つの戻し開口２０はフィルタ媒体８によって覆われており、これによって未浄化のガスが濾過されずに清浄ガス側に達することができないようになっている。底縁部１７は、ガスがフィルタ媒体８を通って戻し開口２０に短絡することを阻止する。ガスは、場合によって戻し開口２０に達する場合でも、フィルタ媒体８の層厚さを完全に貫流しなくてはならない。

　液体を分離されて浄化されたガスは、円筒形のフィルタ内室１４と接続されているガス流出部３を介してケーシング１から出るが、ガス流出部３は他方において少なくとも間接的に内燃機関の吸気管に接続されている。

　図２に示された液体を分離する分離装置においても、図１に示された分離装置におけると同一の部材又は同じ機能を果たす部材は同一符号で示されている。

　図２に示された分離装置が図１に示された分離装置と異なっている点は次のことにある。すなわち図２の分離装置では、底部１６及び戻し開口２０が軸方向においてガス流出部３に向かって移動させられている。底縁部１７はこの実施例では省かれている。それというのはこの場合、フィルタ媒体８は底部１６を越えて液体流出部４に向かって延びていて、軸方向でフィルタ媒体８を通して戻し開口２０に達するガスのための経路が今や、半径方向でフィルタ媒体８を通って戻し開口２０に達する経路と同じ長さであり、ひいては短絡のおそれがもはや存在しないからである。液体が戻し開口２０を通って流れると、液体はフィルタ媒体８によって受け止められ、軸方向でフィルタ媒体８内を液体流出部４に向かって下方に移動し、そして最後にフィルタ媒体８の、液体流出部４側の端部の所で滴下する。この滴下によってフィルタ媒体８には吸込み作用が発生し、この吸込み作用によって液体は液体リザーバ１０から吸い込まれるので、液体リザーバ１０からの液体の流れが促進される。

　図３に示された液体用の分離装置においても、図１及び図２に示された分離装置におけると同一の部材又は同じ機能を果たす部材は同一符号で示されている。

　図３に示された分離装置が図１及び図２に示された分離装置と異なっている点は次のことにある。すなわち図３の分離装置では、フィルタエレメント７が面状に形成されている。支持体９は、面状でかつネット状の２つの支持体壁２１，２２から成っており、両支持体壁２１，２２はフィルタ媒体８を支持していて、その位置をプレスによって固定している。第１の支持体壁２１はフィルタ媒体８の生ガス側に配置され、第２の支持体壁２２はフィルタ媒体８の清浄ガス側に配置されている。第１の支持体壁２１の、液体流出部４に向けられた領域には、矢板壁２３が設けられており、この矢板壁２３はフィルタ媒体８に面で接触している。矢板壁２３は例えば第１の支持体壁２１と一体的に結合されていて、軸方向においてはフィルタ媒体８の一部だけしか覆っていない。

　フィルタ媒体８は液体流出部４に向けられた清浄ガス側において、部材２７でケーシング１の階段状の段部２４に接触している。フィルタ媒体８は液体流出部４とは反対の側でケーシング壁１５に接触していて、そしてさらに第１の支持体壁２１と第２の支持体壁２２と矢板壁２３と階段状の段部２４と底部１６とによって取り囲まれており、この場合底部１６は、液体流出部４の領域においてケーシング１の階段状の段部２４から延びている。

　第１の支持体壁２１は例えば係止フック２８を用いて、ケーシング１内でケーシング壁１５と底部１６との間において解離可能にクリップ結合されている。しかしながらまた第１の支持体壁２１は、例えば接着や溶接によってケーシング１と解離不能に結合されていてもよい。

　階段状の段部２４の縁部２９にケーシング１は突出部３０を有しており、この突出部３０は流れ方向においてフィルタエレメント７から離れる方向に延びている。第２の支持体壁２２はこの縁部２９から始まっていて、ケーシング壁１５にまで達している。第２の支持体壁２２もまたケーシング１に解離可能に又は解離不能に配置されていることができる。生ガス側と清浄ガス側とは、ケーシング１内においてフィルタエレメント７と底部１６とによって互いに隔てられている。

　液体リザーバ１０は従って底部１６と矢板壁２３と、ケーシング１の壁、例えば階段状の段部２４及び突出部３０とによって形成される。液体リザーバ１０は、軸方向で見て底部１６と縁部２９との間における小さな容積３４と、縁部２９の上における大きな容積３５とから成っている。

　ケーシング１内においてフィルタ媒体８の下流における分離装置の清浄ガス側は、ガス流出部３と接続されている。ガス中に含まれた液体はフィルタ媒体８によって濾過されて取り出される。ガス容積流が小さい場合には、液体はその重力に基づいてフィルタ媒体８を通って下方に運動し、底部１６及び戻し開口２０を介してケーシング１内に流れ込み、そして液体流出部４に達する。この液体流出部４は少なくとも間接的に図示されていないクランクケーシングに接続可能である。少なくとも１つの戻し開口２０は、例えば底部１６と矢板壁２３の下端部との間における連続した間隙である。

　ガス容積流が大きい場合には、液体はガスによって格子開口１３の領域においてフィルタエレメント７を通して連行される。この際に形成される大きな液滴は、その慣性に基づいて清浄ガス側において直ちに分離され、そして液体リザーバ１０の大きな容積３５に集められる。集められた液体はまず初めに、矢板壁２３によって覆われたフィルタ媒体８に進入し、次いでフィルタ媒体８を通って底部１６に向かって小さな容積３４内に流出し、そこで溜められる。底部１６とフィルタ媒体８との間における軸方向間隔を通して、滴下室３６が形成され、この滴下室３６内に液体はフィルタ媒体８から液滴として落下することができる。このようにして滴下室３６の上におけるフィルタ媒体８においては吸込み効果が得られ、さらなる液体がフィルタ媒体８及び大きな容積３５から吸い込まれる。そして液面３１は底部１６から縁部２９に向かって上昇する。液体リザーバ１０の小さな容積３４が満たされ、液面３１が縁部２９を越えた後で初めて、その上に位置している大きな容積３５が満たされる。

　図４に示された液体用の分離装置においても、図１〜図３に示された分離装置におけると同一の部材又は同じ機能を果たす部材は同一符号で示されている。

　図４に示された分離装置が図３に示された分離装置と異なっている点は次のことにある。すなわち図４の分離装置では、矢板壁２３が清浄ガス側に配置されている。第１の支持体壁２１は完全にネット状又は格子状の構造を有している。第２の支持体壁２２の、液体流出部４に向けられた領域に、矢板壁２３は配置されている。第２の支持体壁２２と矢板壁２３とは例えば一体的に互いに結合されていてもよい。

　図３に示された底部１６及び突出部３０は、図４では同じ高さに位置していて、底部１６を形成しており、この底部１６はフィルタ媒体８に接触していて第１の支持体壁２１からケーシング１の右側の壁に到るまで延びている。底部１６には戻し開口２０が配置されている。この戻し開口２０には、灯心の形をした細長いフィルタ部材３７が配置されており、このフィルタ部材３７は液体リザーバ１０内における液体と接続されていて、その長さはケーシング１の生ガス側の内室６の中に達している。このフィルタ部材３７は例えば繊維フリースから成っている。液体リザーバ１０内における液体は、内燃機関の停止時又は小さなガス容積流の場合には戻し開口２０を通ってフィルタ部材３７を介して流出し、かつ滴下することができる。フィルタ部材３７によって吸込み効果が得られる。フィルタ部材３７から液体流出部４に向かって滴下する液体は、後続のさらなる液体を液体リザーバ１０から引っ張り出す。このようにして、集められた液体の液体リザーバ１０からの流出は比較的速く行うことができる。フィルタ部材３７はガス流においては、戻し開口２０を通って清浄ガス側に流れるガスを濾過するので、未浄化のガスが濾過されずに戻し開口２０を通って清浄ガス側に達することはない。

　液体リザーバ１０内における液体は上に述べたような形式で、ケーシング１の生ガス側に、さらにそこから液体流出部４に達する。

円筒形の矢板壁を備えた第１実施例を示す図である。

円筒形の矢板壁と変化実施例による底部とを備えた第２実施例を示す図である。

面状の矢板壁を生ガス側に備えた第３実施例を示す図である。

面状の矢板壁を清浄ガス側に備えた第４実施例を示す図である。

符号の説明

　１　ケーシング、　２　入口通路、　３　ガス流出部、　４　液体流出部、　６　内室、　７　フィルタエレメント、　８　フィルタ媒体、　９　支持体、　１０　液体リザーバ、　１３　格子開口、　１４　フィルタ内室、　１５　ケーシング壁、　１６　底部、　１７　底縁部、　１８　端面、　２０　戻し開口、　２１，２２　支持体壁、　２３　矢板壁、　２４　段部、　２７　部材、　２８　係止フック、　２９　縁部、　３０　突出部、　３１　液面、　３４，３５　容積、　３６　滴下室、　３７　フィルタ部材

Claims (11)

1. 　ガス流から液体を分離する分離装置であって、入口通路とガス流出部と液体流出部とを備えたケーシングと、フィルタ媒体と生ガス側と清浄ガス側とを備えたフィルタエレメントと、該フィルタエレメントを支持する少なくとも１つの支持体とから成っている形式のものにおいて、分離装置がフィルタエレメント（７）の清浄ガス側に液体リザーバ（１０）を有していて、該液体リザーバ（１０）に、フィルタ媒体（８）を部分的に覆う矢板壁（２３）が設けられていることを特徴とする、ガス流から液体を分離する分離装置。
2. 　矢板壁（２３）が支持体（９）と一体的に結合されている、請求項１記載の分離装置。
3. 　矢板壁（２３）が少なくとも１つの戻し開口（２０）を有している、請求項１記載の分離装置。
4. 　液体リザーバ（１０）が、少なくとも１つの戻し開口（２０）を介してフィルタエレメント（７）の生ガス側と接続されている、請求項１記載の分離装置。
5. 　戻し開口（２０）が前記フィルタエレメント（７）又は別のフィルタエレメント（３７）によって覆われている、請求項１記載の分離装置。
6. 　別のフィルタエレメント（３７）が灯心状の細長いフィルタ部材である、請求項５記載の分離装置。
7. 　フィルタエレメント（７）及び少なくとも１つの支持体（９）が円筒形に形成されている、請求項１記載の分離装置。
8. 　フィルタエレメント（７）及び少なくとも１つの支持体（９）が面状に形成されている、請求項１記載の分離装置。
9. 　フィルタ媒体（８）がフィルタフリースである、請求項１記載の分離装置。
10. 　液体リザーバ（１０）が、底部（１６）を備えたカップ形に形成されていて、底縁部（１７）がフィルタ媒体（８）の端面（１８）を越えて延びている、請求項１記載の分離装置。
11. 　液体リザーバ（１０）が、小さな容積（３４）とその上に位置している大きな容積（３５）とによって形成されている、請求項１記載の分離装置。

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