JP2004511336A - 導管内を流れる気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子を分離する装置及びその分離法 - Google Patents

Abstract

従来技術によれば、導管内を流れる媒体、即ち気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子との分離は、２つの出口開口を備えた装置でのみ行われている。媒体の流れる導管（１３）を有する本発明の分離装置（１）では、導管（１３）内にバッフルエレメント（４２）を配置し、該バッフルエレメントが媒体に分離渦流（１９）を惹起させて、その結果、気体と液体−固体粒子とを互いに分離させるようになっている。

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、請求項１の上位概念に規定した形式の、導管内を流れる気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子を分離する装置、並びに請求項１３の上位概念として規定した形式の、導管内を流れる媒体、即ち気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子を分離する方法に関する。
【０００２】
背景技術
導管内を流れる気体−液体の混合物から気体と液体を分離する装置、若しくはその分離法は、米国特許５５０７８５８号明細書によって公知である。しかしながら当該装置は不可避的に２つの出口開口を有している。
【０００３】
例えば車両構造において空気フィルタケーシングの吸気接続管内の雨水を処理するような一般的な方法上の処理技術分野及びその他の技術的適用分野において、かなりの頻度で発生する問題は、気体若しくは蒸気に混合した液体を、気体若しくは蒸気から分離する必要があることである。液体に起因した問題としては、適用例に応じて腐食、機能障害、場合によっては装置破損という問題が生じる。
【０００４】
通路（例えば内燃機関の吸気管路）内を流れる測定すべき媒体（即ち測定媒体）のパラメータを測定するための測定素子を備えた測定装置の稼働中に、例えば空気のような測定媒体の主流動方向とは逆方向に、油滴又は油蒸気、或いはその他の異物粒子が、（例えばクランクケース排気導管のような）導管から、前記通路内へ流入して、前記測定素子が、油又は異物粒子によって汚染されることがある。これによって測定素子の測定特性は著しく劣化される。
【０００５】
通路内逆流の要因としては例えば、脈動流或いは、内燃機関の停止段階におけるクランクケースの放圧が挙げられる。油蒸気若しくは油煙霧は、クランクケースからクランクケース排気導管を経て吸気管路内へ入り込む。さもなければ吸気管路内を内燃機関の方に流れる空気は、油粒子又は異物粒子が測定素子へ達するのを阻止する。
【０００６】
発明の開示
これに対して請求項１に記載した手段を有する本発明の装置、並びに請求項１３に記載した手段を有する本発明の方法は、簡単な形式で液体及び／又は固体粒子を、流動する気体−液体−固体粒子の混合物から分離できるという利点を有している。
【０００７】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した装置若しくは請求項１３に記載した方法の有利な実施形態と改良が得られる。
【０００８】
弁はばね弁であるのが有利である。それというのは、ばね弁として構成することによって、著しく簡単かつ低廉な弁が得られるからである。
【０００９】
また弁は、通路への導管の導入口の領域に配置されているのが有利である。それというのは、これによって弁をその分離域と共に、導管に配置することが可能になるからである。
【００１０】
弁は、導管の前部域と後部域との間の圧力比もしくは圧力差が相応に大きくなった場合にだけ開弁するように構成するのが特に有利である。それというのは、この構成によって、汚染が導管の後部域に波及するのを防止されるからである。
【００１１】
導管は、該導管内を流れる媒体を少なくとも２回にわたって約１８０゜ずつ転向させるように構成されているのが有利である。それというのは、この転向、即ち流動方向転換によって分離渦流が生成され、この分離渦流によって汚染物、特に油又は液体が導管の内壁面に壁膜を形成し、或いは大きな滴を形成し、かつバッフルエレメントの後方では流動媒体と一緒に容易に流動することはない。また固体粒子は導管内壁に堆積して、かつ壁膜内の液体と共に混合物を形成し、これによって固体粒子が液体と一緒に流動媒体から分離されることになる。
【００１２】
流動媒体の転向は、バッフルエレメントが皿形形状を有し、かつ、前記バッフルエレメントの領域で横断面で見て導管よりも小さな横断面を有するリングから前記バッフルエレメントを張出させることによって、有利に行うことができる。バッフルエレメントは、弁の弁プレートとして有利に構成することもできる。
【００１３】
導管は、測定素子を内部に配置した通路と結合するのが有利である。それというのは、導管から不都合な汚染物が通路内へ流入する場合でも、本発明によって測定素子は汚染から防護されているからである。
【００１４】
導管は通路への導入口の領域でラヴァールノズルのように構成されているのが有利である。それというのは該ラヴァールノズルは、通路内の流動を加速するので、異物粒子が測定素子から離反方向に強力に移送されるからである。
【００１５】
更にまた導管は、その導入口の領域で、通路に対して斜めに配置されているのが有利である。それというのは通路内の媒体が、所期のように測定素子から離反する方向に導かれるからである。
【００１６】
実施例の説明
発明の実施例を図面に概略的に示して、詳細に説明する。図１に、導管１３内を流れる媒体、即ち気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子とを分離するための分離装置１が示してある。媒体が導管１３内を導管流動方向２５の方向に流れる。導管１３内を、不都合な成分、例えばクランクケースからの油蒸気又は油粒子が流れることがある。大抵の場合には、液体及び／又は固体粒子を、導管内に内蔵された装置に到達させないために、液体及び固体粒子が気体から分離したい。
【００１７】
これを達成するために導管１３内にはバッフルエレメント４２が配置されている。この場合、流動媒体は導管１３内で例えば少なくとも２度にわたって約１８０゜転向される。これによって分離渦流１９が発生し、該分離渦流によって流動媒体内の油粒子５３又は油蒸気が、導管１３の内壁２１に到達して、そこで壁膜５１を形成する。これは、いわば油−気体混合物の遠心分離効果と云うこともできる。
【００１８】
場合によって内在する固体粒子、例えばダスト粒子も、このようにして導管１３内の流れから濾出されて、液体つまり油粒子５３及び／又は壁膜５１と結合される。壁膜５１が内壁２１に沿って更に導管流動方向２５へ移動し、かつ気体が導管横断面内を移動する。壁膜５１を導管１３の内壁２１に沿って形成することによって、導管１３の、バッフルエレメント４２の下流側の流動媒体内には、油粒子は全く又は僅かしか含まれていない。更に下流側で導管１３内に存在する装置は、極く稀にしか、或いはもはや全く液体又は固体粒子によって負荷されない。
【００１９】
バッフルエレメント４２は例えば皿形形状を有しかつ分離域３０に配置されている。皿周縁５８は流動媒体とは逆向きである。分離域３０に例えば１つのリング３３を配置してあり、該リングが例えば導管１３の中心に向かってやや傾斜して形成されていて、分離域３０における導管１３の横断面又は直径ｄｇよりも小さな横断面又は直径ｄｘを有している。バッフルエレメント４２はリング３３から張出しており、即ち仮に、バッフルエレメント４２をリング３３の方へ直線的にシフトすれば、バッフルエレメント４２がリング３３上に載って、導管１３が閉鎖されることになる。ライン３５が、分離渦流１９の形成を伴う導管１３内の流動媒体の流動経路を例示する。導管流動方向２５で見て、流動媒体は先ずリング３３を通流し、次いで例えばバッフルエレメント４２の正面に衝突し、これによって約１８０゜転向される。次いで流動媒体はリング３３と分離域３０のケーシング３７との間の領域内に流入する。そこで流動媒体は再び約１８０゜転向されて、導管流動方向２５に引き続き流れる。この場合、流動媒体を１８０゜ずつ３回以上転向させる実施形態、例えばスパイラルの配置も考えられる。
【００２０】
バッフルエレメント４２は、弁１７の弁プレート４２（図２）を形成していてよく、該弁は例えばばね弁として構成されており、該ばね弁が、引張りばね２３によるばね力で導管１３内の圧力に抗して作用している。前記弁１７は、弁プレート４２を配置した弁棒２８を有し、かつ例えばホルダー４０若しくは管によって導管１３内に案内される。
【００２１】
導管流動方向２５で見て導管１３内の弁１７の手前に前部域４６が存在し、また導管流動方向２５で見て導管１３内の弁１７の後方に後部域４８が存在する。弁１７は、前部域４６と後部域４８との圧力比若しくは圧力差が相当に大きい場合にだけ開く。こうして流動媒体が圧力下で流出する場合に、分離渦流１９の形成が増強される。
【００２２】
図２に、通路３へ通じる導管１３が示してある。本実施例では測定本体１１に測定素子９を配置してあり、測定本体１１の一部分が通路３内へ延びている。測定素子９が例えば、通路３内を流動する別の媒体（測定媒体）の体積流を測定する。通路３は例えば内燃機関の吸気管路であり、測定媒体は空気である。測定され得るその他のパラメータは、例えば媒体成分の圧力、温度、濃度及び／又は流動速度であり、これらは適当なセンサによって測定される。測定素子９は単数又は複数設けておくことができる。
【００２３】
通路３内には主流動方向６が存在する。測定素子９の下流側で導管１３が通路３に開口している。即ち導管１３が、通路３への導管１３の連通を形成する流入口１５を有している。導管１３は例えば内燃機関のクランクケース用の排気導管である。特定の状況下では主流動方向６と逆方向に汚染物が測定素子９に到達して、測定素子９の測定特性に持続的に不都合な影響を及ぼすことがある。特に内燃機関の運転中の脈動時、即ち逆流時に、或いは内燃機関の遮断後に通路３内に媒体がもはや流れず、かつまだ高熱のクランクケースに接続されている導管１３から油蒸気が逃がされる場合に、導管１３から汚染物が測定素子９に到達することがある。前記弁１７は導入口１５の領域に配置することもできる。
【００２４】
例えば内燃機関が遮断されかつ通路３内に負圧が存在しない場合、弁１７が導管１３を閉鎖するので、クランクケースからの油又は異物粒子はもはや通路３内に達しない。導管１３内の圧力が通路３内の圧力よりも著しく高くなった場合に始めて、弁１７は開弁する。これによって分離渦流１９が再び形成される。
【００２５】
内燃機関の運転中、内燃機関のための空気が吸込まれる時に通路３内に負圧が支配し、これによって弁１７の開弁は容易になる。導管１３からの油蒸気及び異物粒子は、通路３内における主流動方向６の流動によって測定素子９から離反する方向に連行されて、殆ど又は全く測定素子９の方向には達しない。
【００２６】
導管１３はその導入口１５の領域を、例えばラヴァールノズルのように構成されていてよく、それというのは、このように構成することによって導管１３内の流動が加速されて、異物粒子が測定素子９から強く離反搬送されるからである。
【００２７】
同じく導管１３はその導入口１５の領域を、通路３に対して斜めに配置することもできる。それというのは、これによって導管３からの媒体が、所期のように測定素子９から離反する方向に搬送されるからである。斜めに配置することは、導管流動方向２５のベクトル成分が通路３内の主流動方向６に対してほぼ平行に延びることを意味している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の装置の縦断面図。
【図２】
測定素子を内蔵した通路を有する本発明の装置の縦断面図。
【符号の説明】
１　　分離装置、　３　　通路、　６　　主流動方向、　９　　測定素子、　１１　　測定本体、　１３　　導管、　１５　　導入口、　１７　　弁、　１９　　分離渦流、　２１　　内壁、　２３　　引張りばね、　２５　　導管流動方向、　２８　　弁棒、　３０　　分離域、　３３　　リング、　３５　　流動経路を示すライン、　４０　　ホルダー、　４２　　バッフルエレメント又は弁プレート、　４６　　前部域、　４８　　後部域、　５１　　壁膜、　５３　　油粒子、　５６　　ラヴァールノズル、　５８　　皿周縁、　ｄｘ　　分離域におけるリングの直径、　ｄｇ　　分離域における導管の直径

Claims (15)

1. 導管内を流れる媒体、即ち気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子とを分離する装置において、
   導管（１３）内に配置内にバッフルエレメント（４２）を配置してあり、該バッフルエレメントが流動媒体を転向しかつ該流動媒体の気体と液体−固体粒子との分離を生ぜしめるようになっていることを特徴とする、導管内を流れる気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子とを分離する装置。
2. 導管（１３）とバッフルエレメント（４２）とが、導管（１３）内を流れる媒体を少なくとも２回にわたって約１８０゜ずつ転向させるように構成されている請求項１記載の装置。
3. バッフルエレメント（４２）が皿形形状を有し、しかもバッフルエレメントの皿周縁（５８）が、流動媒体の流れと逆の方向に向いている請求項１又は２記載の装置。
4. 導管（１３）が、バッフルエレメント（４２）の配置された分離域（３０）を有し、該分離域（３０）内に、該分離域（３０）における導管（１３）よりも小さな横断面を有するリング（３３）が配置されていおり、かつ前記バッフルエレメント（４２）が、導管流動方向（２５）に対して垂直な横断面で見て前記リング（３３）から張出している請求項１又は２記載の装置。
5. 導管（１３）内に弁（１７）が配置されており、かつバッフルエレメント（４２）が前記弁（１７）の弁プレート（４２）である請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 導管流動方向（２５）で見て弁（１７）より手前の導管（１３）内に前部域（４６）が存在し、導管流動方向（２５）で見て弁（１７）より後方の導管（１３）内に後部域（４８）が存在しており、かつ前記の前部域（４６）と後部域（４８）との間の圧力比若しくは圧力差が相応に大きくなると、前記弁（１７）が開弁するようになっている請求項５記載の装置。
7. 導管（１３）が、測定媒体、特に内燃機関用の燃焼空気を流過させる通路（３）に開口しており、該通路（３）内に、流過する測定媒体の少なくとも１つのパラメータ、特に体積流を測定するための少なくとも１つの測定素子（９）が配置されている請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 導管（１３）が、クランクケース排気導管である請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 導管（１３）が通路（３）への導入口（１５）を有し、かつ前記導入口（１５）の領域でラヴァールノズル（５６）のように構成されている請求項７記載の装置。
10. 弁（１７）がばね弁である請求項５又は６記載の装置。
11. 弁（１７）が、通路（３）への導管（１３）の導入口（１５）の領域に設けられている請求項９記載の装置。
12. 導管（１３）が導入口（１５）の領域で、導管流動方向（２５）のベクトル成分を、通路（３）における主流動方向（６）に対してほぼ平行に向けるように斜めに配置されている請求項９又は１１記載の装置。
13. 導管内を流れる媒体、即ち気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子とを分離する方法にであって、導管内にバッフルエレメントを配置し、該バッフルエレメントによって流動媒体を転向しかつ該流動媒体の気体と液体−固体粒子との分離を行う形式のものにおいて、
    バッフルエレメント（４２）による流動媒体の転向によって、分離渦流（１９）を形成し、これによって液体−固体粒子に遠心力を負荷して、前記液体−固体粒子を導管（１３）の内壁（２１）へ導くことを特徴とする、導管内を流れる気体−液体−固体粒子の混合物から気体と液体−固体粒子を分離する方法。
14. 流動媒体の液体が、導管流動方向（２５）で見てバッフルエレメント（４２）より後方で、導管（１３）の内壁（２１）の面に少なくとも部分的に壁膜（５１）を形成する請求項１３記載の方法。
15. 導管（１３）内を流れる媒体を、少なくとも２回にわたって約１８０゜ずつ転向させる請求項１３又は１４記載の方法。