JP2019531878A - 遠心分離装置の制御 - Google Patents

Abstract

本開示は、汚染物質を含むガスを浄化するための遠心分離装置(1)を提供する。遠心分離装置(1)は、ガス流が通ることが可能とされた分離空間(3)を取り囲んだ固定ケーシング(2)と、固定ケーシング(2)を貫通し、浄化されるべきガスの供給を可能にするガスインレット(17)と、前記分離空間(3)内に配置構成され、回転軸(X)の周りに回転するように配置構成されている複数の分離部材を備える回転部材(7)と、浄化されたガスの放出を可能にするように構成され、固定ケーシング(2)の壁を通じたアウトレット開口部を備えるガスアウトレット(30)と、浄化されるべきガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成されている排出液アウトレット(29)と、回転部材(7)を回転させるための電気モーター(23)と、を備える。遠心分離装置(1)は、電気モーター(23)の動作を制御し、電気モーター(23)を少なくとも2つの異なる動作モードで駆動し、少なくとも、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて動作モードをさらに切り替えるように構成されている制御ユニット(28)をさらに備える。

Description

本発明は、液体不純物を含むガスを浄化するための遠心分離装置の分野に関するものである。特に、本発明は、油粒子から燃焼エンジンのクランクケースガスを浄化することに関するものである。

異なる密度を有する流体の混合物が、遠心分離装置の使用を通じて互いに分離され得ることはよく知られている。そのような分離装置の具体的な一用途は、内燃エンジンの一部を形成するクランクケースから排出されるガスから油を分離することにある。

分離装置のこの具体的な用途に関して、内燃エンジンの燃焼チャンバ内にある高圧ガスが関連付けられているピストンリングを通り越して、エンジンのクランクケース内に漏れ入る傾向があり得る。クランクケース内へのガスのこの連続的な漏れは、クランクケース内に望ましくない圧力増大を引き起こし、その結果、ケーシングからガスを排出する必要が生じ得る。クランクケースから排出されるそのようなガスは、典型的には、クランクケース内に保持されているオイルタンクからピックアップされる、大量のエンジンオイルを(液滴または微細なミストとして)運ぶ。

不要な油を導入することもなく排出ガスがインレットシステム (特にコンプレッサの効率が油の存在の悪影響を受ける可能性があるターボ過給システム) 内に導入されることを可能にするために、ガスがインレットシステム内に導入される前に排出ガスを浄化する(すなわち、ガスによって運ばれる油を取り除く)必要がある。この浄化プロセスは、遠心分離装置によって行われるものとしてよく、これはクランクケース上にまたはそれに隣接して取り付けられ、浄化されたガスをインレットシステムに送り込み、分離された油をクランクケースに戻す。このような分離装置の一例は、特許文献１に開示されている。遠心分離装置は、たとえば燃焼エンジンの潤滑油システムからの油噴流を用いて回転されるタービンホイールによって、または電気モーターによって駆動され得る。

しかしながら、たとえばトラックのディーゼルエンジンでは作業負荷が変化する、すなわち、停車中のエンジンアイドリング状態から満載状態で丘を登るときのフルトルク状態までの、すべての負荷がかかり得る。そこで、この技術分野では、クランクケースガスを浄化することに対するエンジン側の要求に遠心分離装置の動作を適応させることができる都合のよい配置構成が必要になっている。

米国特許第8,657,908号明細書 国際公開第2004/001201号パンフレット

本発明の主目的は、簡素化された動作制御機能を有するガスを浄化するための電気的に駆動される遠心分離装置を提供することである。

本発明の第1の態様として、汚染物質を含むガスを浄化するための遠心分離装置が提供され、遠心分離装置は、
ガス流が通ることが可能にされた分離空間を取り囲んだ固定ケーシングと、
固定ケーシングを貫通し、浄化されるべきガスの供給を可能にするガスインレットと、
分離空間内に配置構成され、回転軸(X)の周りに回転するように配置構成されている複数の分離部材を備える回転部材と、
浄化されたガスの放出を可能にするように構成され、固定ケーシングの壁を通るアウトレット開口部を備えるガスアウトレットと、
浄化されるべきガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成されている排出液アウトレット(drainage outlet)と、
回転部材を回転させるための電気モーターと、を備え、
遠心分離装置は制御ユニットをさらに備え、
制御ユニットは、電気モーターの動作を制御し、電気モーターを少なくとも2つの異なる動作モードで駆動し、少なくとも電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて動作モードをさらに切り替えるように構成されている。

ガス中の汚染物質は、油およびすすなどの、液体不純物を含み得る。

その結果、遠心分離装置は、油などの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、内燃エンジンのクランクケースガスであってよい。したがって、遠心分離装置は、トラックのディーゼルエンジンなどの、ディーゼルエンジンからのクランクケースガスを浄化するように適合され得る。分離装置は、ディーゼルエンジンなどの、エンジン上に装備されるようにさらに適合され得る。しかしながら、遠心分離装置はまた、他の発生源、たとえば油滴またはオイルミストの形態の大量の液体不純物を頻繁に含む工作機械の環境からガスを浄化するのに適している場合がある。

遠心分離装置の固定ケーシングは、周囲側壁と、第1および第2の端壁と、を備えるものとしてよく、これらは分離空間を封じ込める。固定ケーシングは、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る円筒形状を有するものとしてよい。この半径Rは、少なくとも周囲側壁の周の大部分に関して一定であってよい。固定ケーシングは、少し円錐形になっていてもよい。したがって、第1および第2の端壁は、円筒形ケーシングの上端壁と下端壁とを形成するものとしてよい。

遠心分離装置のガスインレットは、第1の端壁を通して、または第1の端壁に近い周囲側壁を通して、したがって、分離装置の上に配置されており、それによりガスインレットを通って入って来るガスは、分離空間に導かれるものとしてよい。排出液アウトレットは第2の端壁、たとえば分離装置の底部に配置されるものとしてよい。したがって、排出液アウトレットは、インレットが配置構成される際に通る、または配置構成される位置における端壁に対向する端壁の中心に配置構成され得る。遠心分離装置の排出液アウトレットは、固定ケーシングの多数のスポット形状のスルーホールによって、または単一の排出液通路によってさらに形成されるものとしてよい。排出液アウトレットは、回転軸に配置構成されるか、または回転軸上にセンタリングされてよい。排出液アウトレットはまた、固定ケーシングの内側端壁のところの環状回収溝内にあってもよい。ガスアウトレットは、固定ケーシングの周囲側壁内に配置構成され得るか、またはたとえばガスインレットが配置構成される際に通るか、もしくは配置構成される位置における端壁に対向する端壁などの、端壁内に配置構成されてもよい。

回転部材は、電気モーターを用いて動作中に回転するように配置構成される。回転部材は、分離空間内に配置構成されている複数の分離部材を含む。回転部材の分離部材は、ガスからの汚染物質の分離を促進する表面拡大挿入物(surface-enlarging insert)の一例である。そこで、分離部材は分離空間内の沈降領域を増やすように配置構成されてよい。回転部材は、10個より多い分離部材、たとえば20個より多い、たとえば50個より多い、たとえば100個より多い分離部材を含み得る。分離部材は、2つの隣接する分離部材が10mm未満、たとえば5mm未満、たとえば2mm未満、たとえば1mm未満の距離だけ隔てて並ぶように配置構成され得る。

分離部材は、分離ディスクの積層体であってよい。積層体の分離ディスクは、円錐台形であってよい。円錐台形ディスクは、回転軸に垂直な平面内に延在する平面部分と、上方または下方に延在し得る円錐台形部分と、を有するものとしてよい。平面部分は、円錐台形部分よりも回転軸に近い位置にあるものとしてよい。さらに、積層体のディスクは、実質的にディスク全体が回転軸に垂直な平面内に延在する径方向ディスクであってよい。

分離ディスクなどの分離部材は、必ずしも積層体に配置構成されなくてもよいことも理解されるであろう。分離空間は、たとえば軸方向ディスク、または回転軸の周りに延在するプレートを備え得る。軸方向ディスクまたはプレートは、平面状である、すなわち回転軸に平行な平面内に延在しているものとしてよい。軸方向ディスクまたはプレートはまた、径方向平面内で見たときに、アーチ形または螺旋形状などの、わずかにまたは著しく湾曲した形状を有するものとしてよい。

動作中、浄化されるべきガスは、分離ディスクの積層体を通して中心になど、複数の分離部材を通して中心に導かれ得る。そのような設定において、回転部材は、分離部材の各々の少なくとも1つのスルーホールによって形成される中心空間をさらに画成し得る。この中心空間は、ガスインレットに接続され、浄化されるべきガスをガスインレットから、分離ディスクの積層体のディスクの間の間隙の間など、分離部材の間の間隙に運ぶように構成される。分離部材として使用され得る分離ディスクは、回転軸に垂直な中心の本質的に平坦な部分を備えるものとしてよい。この部分は、中心空間を形成するスルーホールを備え得る。

したがって、遠心分離装置は、クランクケースガスをガスインレットから回転部材の中心部分の中に導くように構成されてよい。この方式で、クランクケースガスは、回転部材の回転によって回転部材の中心部分から分離ディスクの積層体における分離ディスクの間の隙間内に「ポンプ」で送り込まれ得る。したがって、遠心分離装置は、ガスが径方向内側部分から径方向外側部分へディスク積層体内で流れる並流原理に従って作動するものとしてよく、それは、ガスがローターの周のところで遠心ローターに導かれてローターの中心部分の方へ誘導される向流原理によって動作する分離装置とは反対のものである。

電気モーターは、主に好適な種類のもの、たとえば直流モーターまたは交流モーター(同期モーターまたは非同期モーター)であってよい。一例として、電気モーターは、永久磁石を備えるローターを有する、ブラシレス電気モーターなどの同期モーターであってよい。

電気モーターは、固定ケーシング内に、または固定ケーシングの外側に配置構成されてよい。

さらに、モーターのローターの受容のために別々の軸受を有していない電気モーターが使用されてもよい。代わりに、回転部分用のすでに存在している、必要な軸受が、この受容に使用されてもよい。一例として、電気モーターは固定ケーシング内に配置構成され、固定ケーシングによって支持されているステーターと、遠心分離装置の回転部材の一部によって構成され、軸受のみを通してステーターに対して受容されているローターと、を有するものとしてよい。

そのような構成は、たとえば、特許文献２として公開されている国際特許出願においてより詳しく説明されている。

遠心分離装置は、電気モーターの動作を制御するように構成されている制御ユニットをさらに備える。制御ユニットは、プロセッサと、電気モーターと通信するための、および分離装置上に配置構成されているセンサー、および/またはたとえば遠心分離装置が接続されるか、もしくは取り付けられているエンジンなど、分離装置の他の部分から情報を受信するための入力/出力インターフェース、を備えるものとしてよい。

制御ユニットは、動作要求を電気モーターに送信するためのコンピュータプログラム製品をさらに備え得る。コンピュータプログラムは、エンジンから受信した情報を分析し、そのような分析結果に基づき操作要求を電気モーターに送信するものとし得る。制御ユニットは、少なくとも2つの動作モードで分離装置を駆動し得るように電気モーターを制御することが少なくともできる。動作モードは互いに異なり、制御ユニットは、少なくとも2つ、たとえば少なくとも3つ、たとえば少なくとも4つの異なる動作モードで遠心分離装置を駆動するように構成され得る。したがって、制御機器は、異なる速度で電気モーターを駆動するように構成され得る。制御ユニットは、電気モーターと同じユニット内にあってもよく、これは固定ケーシング内に、または固定ケーシングの外側に配置構成されてよい。しかしながら、制御ユニットは、電気モーターと別のユニットであってもよい。そこで、制御ユニットは、固定ケーシングの外側に配置構成される別個のユニットであってよいが、電気モーターは、固定ケーシング内に配置構成されるか、または代替的に、電気モーターおよび制御ユニットの両方が固定ケーシングの外側に、ただし異なるユニットとして配置構成される。

制御ユニットはまた、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの受信された情報に基づき、そのような動作モードを切り替えるように構成される。「内部パラメータ」は、電気モーターの実際の動作に関係しており、電気モーターの動作中に時間的に変化することができるパラメータであってよい。したがって、制御ユニットは、第1の動作モードにおいて電気モーターを駆動し、連続的に少なくとも1つの内部パラメータを測定するように構成されてよい。測定されたパラメータの値が動作モードにおける切り替えを示している場合、たとえば測定された値が特定の閾値より高いかもしくは低いか、または特定の間隔の間にある場合、制御ユニットは、別の動作モードで電気モーターを駆動するように切り替えるものとしてよい。しかしながら、制御ユニットは、動作モードを即座に切り替えないが、その代わりに、測定されたパラメータの時間的な振る舞いの確認を待つように構成されてよい。一例として、測定された内部パラメータの値が、動作モードにおける切り替えを示す場合、制御ユニットは、特定の期間、たとえば5〜30秒、たとえば5〜15秒の間待つものとしてよく、測定された内部パラメータの値がそれでも切り替えを示す場合、制御ユニットは、別の動作モードに切り替え得る。

遠心分離装置が異なるモードで運転されている時間は、もちろん変化してよく、少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に依存する。

制御ユニットは、そのような内部パラメータのうちの1つ以上のみに応じて動作モードを切り替えるように構成されてよく、また、「外部パラメータ」、すなわち遠心分離装置の他の部分または分離装置が取り付けられているエンジンに関係付けられ得るパラメータと組み合わせて、そのような内部パラメータのうちの1つ以上に応じて動作モードを切り替えるように構成されてよい。

その結果、本発明による遠心分離装置は、異なる動作モードで動作しており、モード間の切り替えは、少なくとも電気モーターの内部パラメータに基づく。発明の第1の態様は、クランクケースガスの処理のための分離装置は2つまたはそれ以上の動作モードに、たとえば、2つもしくはそれ以上の所定の速度または2つもしくはそれ以上の所定のトルクレベルにおいて制御されることが可能であるという洞察に基づく。分離装置が自動的に、たとえばその速度またはトルクを公称レベルからたとえば1つ低いおよび/または1つ高いレベルに調整することが可能である場合、分離装置の作業負荷は、クランクケースガスを浄化することに対するエンジン側の要求にかなりうまく適応させられることが可能である。さらに、発明者は、分離装置を駆動する電気モーターの1つ以上の内部パラメータを測定することによって、分離装置が公称動作モードで稼動したままであるか、異なるモードで動作するようにシフトされるべきであるか、を決定することが可能であることに気付いた。動作モード間のシフトを制御するために電気モーターの内部パラメータを使用することは、それらが容易にアクセス可能である、すなわち電気モーターは分離装置の動作を調節するために、たとえば分離装置または分離装置が取り付けられているエンジンの他の部分への外部センサー、電線、および/または接続を使用することを必要としないことは有益である。

本発明の第1の態様の実施形態において、少なくとも2つの異なる動作モードは、電気モーターのトルクまたは回転速度のいずれかが異なる一定のレベルに保たれる電気モーターの少なくとも2つの異なる駆動モードである。

したがって、制御ユニットは、第1の一定の速度またはトルクレベルを切り替え、電気モーターの測定された内部パラメータに応じて、第2の速度またはトルクレベルなど、少なくとも1つのさらなる一定の速度またはトルクレベルにシフトするように構成されてよい。制御ユニットは、いくつかの異なる一定の速度またはトルクレベルの間でシフトする、たとえば、2つ、3つ、4つ、または5つ、もしくはそれ以上の一定の速度またはトルクレベルの間でシフトするように構成されてよい。

その結果、少なくとも2つの異なる駆動モードは、回転速度が異なる一定のレベルに保たれる、少なくとも2つの異なる速度レベルを含むものとしてよい。

異なる速度レベルは、10%を超えて、たとえば20%を超えて、たとえば30%を超えて、たとえば50%を超えて異なる一定のレベルであってよい。

異なる速度レベルは、2000rpmを超えて、たとえば3000rpmを超えて、たとえば4000rpmを超えて異なる一定のレベルであってよい。

さらに、少なくとも2つの異なる駆動モードは、第1の一定の回転速度における第1の速度レベルと、第2の一定の回転速度における第2の速度レベルと、を含むものとしてよく、第2の一定の回転速度は、第1の一定の回転速度より速く、制御ユニットは、少なくとも1つの測定された内部パラメータが第1の速度レベルで稼動しているときにガスを浄化することに対する要求が高いことを示す場合に第2の速度レベルに切り替えるように構成される。

したがって、第1の一定の回転速度は、遠心分離装置の公称速度であってよいが、第2の回転速度は、クランクケースガスの浄化に対する必要性が高まったときに使用される、より速い速度であり得る。

したがって、第1の一定の回転速度は、7,500rpmから12,000rpmの間の速度で回転部材を回転させることを含むものとしてよく、第2の一定の回転速度は、第1の一定の回転速度より10%以上速い、たとえば第1の一定の回転速度より2000rpm以上速い速度であってよい。

しかしながら、少なくとも2つの駆動モードは、複数の異なる速度レベル、たとえば3つより多い異なる速度レベル、たとえば5つより多い異なる速度レベルを含み得ることが理解されるであろう。

さらに、少なくとも2つの異なる駆動モードは、第3の一定の回転速度における第3の速度レベルをさらに含むものとしてよく、第3の一定の回転速度は、第1の一定の回転速度より遅く、制御ユニットは、少なくとも1つの測定された内部パラメータが第1の速度レベルで稼動しているときにガスを浄化することに対する要求が低いことを示す場合に第3の速度レベルに切り替えるように構成される。

第3の一定の回転速度は、第1の一定の回転速度より2000rpm以上遅い速度であってよく、したがって、クランクケースガスの浄化に対する必要性が減じているときに使用されてよい。そのように必要性が減じることは、たとえば遠心分離装置が取り付けられているエンジンが停止状態にあるときに生じ得る。

本発明の第1の態様の実施形態において、少なくとも2つの異なる駆動モードは、電気モーターのトルクが異なる一定のレベルに保たれる、少なくとも2つの異なるトルクレベルを含む。

したがって、制御ユニットは、固定されたトルクレベルで動作するように構成され得るが、回転速度は、異なる駆動モードで変化し得る。上で異なる速度レベルに関して説明されているように、少なくとも2つの異なる駆動モードは第1のトルクレベル、すなわち通常の駆動において使用される公称トルクレベル、第1のレベルより高い、クランクケースガスの浄化に対する必要性が高くなっているときに使用される第2のトルクレベル、および任意選択でさらに、第1のトルクレベルより低い、クランクケースガスの浄化に対する必要性が減じているときに使用される第3のトルクレベルを含み得る。しかしながら、少なくとも2つの駆動モードは、複数の異なるトルクレベル、たとえば3つより多い異なるトルクレベル、たとえば5つより多い異なるトルクレベルを含み得ることが理解されるであろう。

本発明の第1の態様の実施形態において、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、電気モーターの電力消費量または電気モーターを流れる電流である。

したがって、内部パラメータは、電力消費量、たとえば単位時間当たりの絶対電力消費量の情報であるか、または情報を含み得る。内部パラメータはまた、電気モーターを流れる電流であってよく、したがって電力消費量に結び付いている。電流は、たとえば単位時間当たりの絶対電流量であってよい。電気モーターの電力消費量および電流は、クランクケースガスの浄化に対する要求がより高いときに増大し得る。

本発明の第1の態様の実施形態において、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、電気モーターを流れる電流の時間的変動である。

電流の時間的変動は、電流に対応する信号内の「リップル」であってよく、1秒より短い時間に生じる測定された変動であってよい。時間的変動は、電流における小さな周期的変化であってよい。電流の時間的変化は、クランクケースガスの浄化に対する要求が高いときと比べて、クランクケースガスの浄化に対する要求が低いときに異なる。

本発明の第1の態様の実施形態において、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、電気モーターの温度である。

したがって、そこでは電気モーターの温度は、クランクケースガスの浄化に対する要求が高いときと比べて、クランクケースガスの浄化に対する要求が低いときに異なることがあり、したがって分離装置が運転されるべき動作モードを調節するために、電気モーターの内部パラメータとして使用され得る。

本発明の第1の態様の実施形態において、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、電気モーターの始動からの時間である。

したがって、制御ユニットは、電気モーターの動作時間を記録するように適合されてよく、このパラメータを使用して、分離装置が運転されるべき動作モードを調節するものとしてよい。一例として、制御ユニットは、モーターの始動からの期間の間にクランクケースガスを浄化することに対する低い要求に関係する動作モードで、分離装置を稼動させるように構成され得る。この期間は、分離装置が取り付けられているエンジンの始動からの期間、すなわちエンジンがアイドリング状態にある期間に対応するものとしてよい。

本発明の第1の態様の実施形態において、制御ユニットは、少なくとも電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータからの情報、および電気モーターに関係しない少なくとも1つの外部パラメータの情報に応じて動作モードを切り替えるようにさらに適合される。

したがって、制御ユニットは、上で説明されているような、電気モーターの内部パラメータに関する情報および1つ以上の外部パラメータに関する情報の両方に基づき、異なる動作モードで分離装置を運転することを調節するように構成され得る。外部パラメータは、分離装置が取り付けられているエンジン、または実際の分離装置に関係するパラメータなどの、電気モーターの実際の駆動に関係しないパラメータであってよい。したがって、遠心分離装置は、そのような外部パラメータを測定し、測定されたパラメータに関する情報を制御ユニットに送信するための1つ以上のセンサーを備え得る。センサーは、分離装置のガスインレットおよび/またはガスアウトレットにおける圧力を記録するセンサーを備え得る。

一例として、少なくとも1つの外部パラメータが、ガスインレットにおける圧力またはガスインレットの温度から選択される。したがって、遠心分離装置は、ガスインレットのところに圧力センサーおよび/または温度センサーを備えるものとしてよく、制御ユニットは、ガスインレットにおけるガス圧力および/または温度に関係する信号を受信し、電気モーターの少なくとも1つの内部パラメータおよびガスインレットにおけるガス圧力および/または温度に関する受信された情報に応じて、分離装置を異なる動作モードで駆動することを調節するように構成され得る。

古いエンジンは通常より多くのクランクケースガスを発生するので、少なくとも1つの外部パラメータは、分離装置が取り付けられているエンジンの使用期間(age)に関係する情報も含むものとしてよい。したがって、実施形態において、制御ユニットは、遠心分離装置が接続され得るエンジンが稼動している時間に関係する信号を受信するように構成される。制御ユニットは、したがって電気モーターを調節するときにエンジンの使用期間を考慮するように構成されてよく、たとえばそれにより、電気モーターは、エンジンが新しい場合と比べてエンジンが古い場合に、クランクケースガスの浄化が増えることを示す動作モードで駆動される。一例として、動作モードが異なる一定の速度レベルの駆動モードである場合、これらの一定の速度レベルは、エンジンが特定の使用期間を超えているという情報を制御ユニットが受信した場合に、より高い一定の回転速度レベルにシフトされ得る。

しかしながら、制御ユニットは、電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報のみに応じて動作モードを切り替えるように構成される得ることも理解されるであろう。

本発明の第2の態様として、汚染物質を含むガスを浄化するための方法が提供され、これは
- 上記の第1の態様による遠心分離装置を提供するステップと、
- 電気モーターを第1の動作モードで駆動することによって、遠心分離装置を稼動させるステップと、
- 電気モーターの少なくとも1つの内部パラメータを測定するステップと、
- 少なくとも電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて、第2の動作モードで駆動するように電気モーターを切り替えるステップと、を含む。

本発明の第2の態様に関して使用される用語および定義は、上記の本発明の第1の態様に関して説明された通りである。

遠心分離装置を稼動させるステップは、遠心分離装置の回転部材を回転させることを含む。

この方法は、
- 汚染物質を含むガスを遠心分離装置のガスインレット内に導入するステップと、
- 遠心分離装置のガスアウトレットを通して浄化されたガスを放出し、遠心分離装置の排出液アウトレットを通してガスから分離された汚染物質を放出するステップと、をさらに含み得る。

本発明の第2の態様の実施形態において、この方法は、
- 少なくとも電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて、第1の動作モードで駆動するように切り替えて戻すステップをさらに含んでいる。

したがって、上記の第1の態様に関して説明されているように、遠心分離装置の運転中、すなわち分離装置が取り付けられているエンジンの稼動中に、分離装置は、動作モードを交互に切り替える、たとえばクランクケースガスの浄化の必要性に応じて異なる速度レベルを交互に切り替えるものとしてよい。

本発明の第2の態様の実施形態において、別の動作モードに切り替えるステップは、電気モーターに関係しない少なくとも1つの外部パラメータの情報にも依存する。

したがって、上記の第1の態様に関して説明されているように、動作モードを切り替えるステップは、電気モーターの内部パラメータおよび遠心分離装置のガスインレットにおけるガス圧力および/または温度などの、外部パラメータの両方に依存するものとしてよい。

本発明のさらなる態様として、コンピュータプログラム製品が提供され、この製品はプログラムがコンピュータによって実行されたときに本発明の第2の態様による方法を実行するためのプログラムコード命令を含む。一例として、分離装置制御ユニットは、そのようなコンピュータプログラム製品を備えるものとしてよい。

遠心分離装置の一実施形態の断面を示す図である。 遠心分離装置の一実施形態の断面を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。 遠心分離装置において使用され得る異なるタイプの分離部材を示す図である。

本開示による遠心分離装置および方法は、添付図面を参照しつつ次の説明によってさらに例示される。

図1は、分離装置配置構成の遠心分離装置1の断面を示す。遠心分離装置1は、燃焼エンジンの上または燃焼エンジンの側部など好適な位置に、燃焼エンジン(開示されず)、特にディーゼルエンジンに取り付けられるように構成された、固定ケーシング2を備える。

遠心分離装置1はまた、燃焼エンジン以外の発生源、たとえば油滴またはオイルミストの形態の大量の液体不純物を頻繁に含む工作機械の環境からガスを浄化するのに適していることに留意されたい。

固定ケーシング2は分離空間3を取り囲み、この空間を通じて、ガス流が通ることが可能とされている。固定ケーシング2は、周囲側壁4、第1の端壁5(開示されている実施形態では上端壁)、および第2の端壁6(開示されている実施形態では下端壁)を備えるか、またはそれらによって形成される。

遠心分離装置は、回転軸Xの周りに回転するように配置構成されている、回転部材7を備える。固定ケーシング2は、回転部材7に関して、好ましくはそれが取り付けられ得る燃焼エンジンに関して、固定されていることに留意されたい。

固定ケーシング2は、回転軸Xから少なくとも周囲側壁4の周の主要部分に対して一定である、周囲側壁4までの半径を有する。したがって、周囲側壁4は円形、または実質的に円形の断面を有する。

回転部材7は、スピンドル8と、スピンドル8に取り付けられている分離ディスク9の積層体と、を備える。積層体9のすべての分離ディスクは、第1の端プレート10(開示されている実施形態では上端プレート)と第2の端プレート11(開示されている実施形態では下端プレート)との間に設けられる。

スピンドル8、およびしたがって回転部材7は、第1の軸受12(開示されている実施形態では上側軸受)と第2の軸受13(開示されている実施形態では下側軸受)を用いて固定ケーシング2において回転可能に支持され、軸受は分離ディスク9の積層体の各側に1つずつ配置構成される。上側軸受12は、円筒形部分によって遠心ローターシャフト、すなわちスピンドル8の上側端部分を囲むキャップ19によって支持され、上側端部分は上側軸受12の上の軸方向に置かれている。キャップ19はまた、環状プレーン部分20を有し、これを介して、キャップが固定ケーシング2内の仕切り21によって支持される。キャップ19のプレーン環状部分20は、スルーホール22を設けられ、これを介してインレット導管18は中心空間15と連通する。

上側軸受12の上の軸方向で、キャップ19はその内側で、スピンドル8の端部分の周りを支持し、ステーター24は電気モーター23に属する。この電気モーター23に属するローター25は、遠心ローターシャフト、すなわちスピンドル8の端部分によって支持される。モーターステーター24とモーターローター25との間に狭い環状溝26が形成される。これからわかるように、この実施形態における電気モーター23は、そのローター25がステーター24内で回転可能に受容される際に通るそれ自体の軸受を有さない。その代わりに、回転部材7が固定ケーシング2内で受容される際に通る2つの軸受12および13は、電気モーター23のローター25の受容に利用される。

積層体9の分離ディスクは、円錐台形であり、スピンドル8から外向き且つ上方に延在する。したがって、分離ディスクは、回転軸Xに垂直に延在する平坦部分9aと、平坦部分9aから外向き且つ上方に延在する円錐部分9bと、を備える。

分離ディスクはまた、外向きおよび下方に、または半径方向にすら延在することが可能であることに留意されたい。

積層体9の分離ディスクは、距離部材(開示せず)を用いて互いからある距離だけ離して設けられ、それにより、隣接する分離ディスク9の間の間隙14、すなわち隣接する分離ディスク9の各対の間の間隙14を形成する。各間隙14の軸方向厚さは、たとえば、1〜2mm程度であってよい。

積層体9の分離ディスクは、プラスチックまたは金属から作られてよい。積層体9内の分離ディスクの数は、通常は図1に示されている数より多く、たとえば遠心分離装置のサイズに応じて50から100枚の分離ディスク9であってよい。

回転部材7は、中心空間15を画成する。中心空間15は、分離ディスク9の各々の穴によって形成される。図1の実施形態において、中心空間15は複数のスルーホール16によって形成され、各々が第1の端プレート10および各分離ディスク9を貫通するが、第2の端プレート11を貫通しない。スルーホールは、分離ディスクの平坦部分9a内に配置構成される。

遠心分離装置1は、浄化されるべきガスの供給のためのガスインレット17を備える。ガスインレット17は、固定ケーシング2を貫通し、より正確には第1の端壁5を貫通する。ガスインレット17は、浄化されるべきガスがインレット17から中心空間15を介して分離ディスク9の積層体の間隙14に運ばれるように、中心空間15と連通する。ガスインレット17は、上で説明されているように、燃焼エンジンのクランクケースまたは他の発生源と、インレット導管18を介して連通し、クランクケースガスをクランクケースからガスインレット17に供給し、さらに中心空間15および間隙14に供給することを可能にするように構成されている。

遠心分離装置は、ガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成された排出液アウトレット29と、浄化されたガスの放出を可能にするように構成されたガスアウトレット30と、を備える。排出液アウトレットは、この実施形態では第2の端壁6内の導管として配置構成されているが、排出液アウトレット29はまた、分離された液体不純物が分離空間3から排出されるときに第2の軸受13を通って流れるように、下側端壁6内に配置構成されたスルーホールの形態をとり得る。さらに、ガスアウトレット30は、排出液アウトレット2までの半径方向距離より短い半径方向距離で第2の端壁6内に配置構成されているが、ガスアウトレットは、たとえば周囲側壁4内に配置構成されることも可能である。

制御ユニット28を用いることで、遠心分離装置の回転速度およびそれによる浄化効率は、供給されるガスの必要な浄化が得られるように好適な方法で制御されるものとしてよい。これは、ケーシング1内に貫入し、さらに間隙14を通ってモーターのステーター24内に貫入する、接続部27を用いて達成される。この接続部27は、電気モーター23を電流で充電するためにも使用されることが可能である。制御ユニット30は、異なる速度で電気モーター23を駆動するためのデバイスを備える。モーターの速度調節のための異なる種類のデバイス(直流モーターおよび交流モーターの両方)がよく知られている。直流モーターについては、電圧制御のために単純なデバイスが使用され得る。交流モーターについては、様々な種類の周波数制御機器が使用され得る。

制御ユニット28は、トランスミッタ/レシーバなどの通信インターフェース31をさらに備えるものとしてよく、それを介して、電気モーターおよび様々なセンサーまたは分離装置が接続されているエンジンからデータを受信し、データを電気モーター23にさらに伝送するものとしてよい。

受信されたデータは、たとえば、破線の矢印「A」によって示されているような、ガスインレット17における圧力センサー32からの測定された圧力に関するデータを含むものとしてよい。伝送されるデータは、たとえば電気モーター23の速度を制御するための制御信号を含むものとしてよい。

制御ユニット28は、本明細書において開示されている実施形態による電気モーター23を制御するための方法を実行するように、さらに構成される。この目的のために、制御ユニット28は、たとえばメモリ34に記憶され得るコンピュータコード命令を実行するように構成されている、中央演算処理装置などの処理ユニット33を備えるものとしてよい。したがって、メモリ34は、そのようなコンピュータコード命令を記憶するための(非一時的)コンピュータ可読記憶媒体を形成するものとしてよい。処理ユニット33は、代替的に、特定用途向け集積回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ、または同様のものなどのハードウェアコンポーネントの形態をとってもよい。

この実施形態において、制御ユニット28は、遠心分離装置1とは別のユニットである。しかしながら、制御ユニットは、電気モーター23の一部を形成するなど、分離装置の一部であってもよい。したがって、すべての機能を備える制御ユニットが、キャップ19によって支持されているステーター24に接続されているなど、電気モーターのところに配置構成されることも可能である。

動作中、回転部材7は、電流を電気モーター23に供給することによって回転を維持され、汚染されたガス、たとえば内燃エンジンのクランクケースからのクランクケースガスが、導管18を介してガスインレット17に供給される。このガスは、中央空間15内にさらに導かれ、そこから積層体9の分離ディスクの間の隙間14内に入り、そこを通過する。回転部材7の回転の結果として、ガスは回転させられ、そのポンプ作用により半径方向外向きに送られ間隙または隙間14を通る。

隙間内のガスの回転が続いている間、ガス中に懸濁されている固体または液体粒子がそこから分離される。粒子は、分離ディスクの円錐部分9bの内側に沈降し、その後半径方向外向きに摺動するか、または稼動する。粒子および/または液滴が分離ディスクの外側縁に届いたときに、ローターから投げ捨てられ、固定ケーシング2の周囲壁4の内面に当たる。粒子はこの壁に沿って下り続け、排出液アウトレット29を通って分離空間3を出るが、粒子から解放され分離ディスク9の積層体から出たガスは、ガスアウトレット30を通ってケーシング1を出る。遠心分離装置1を通るガスの経路は、図1に矢印「C」によって概略を示されている。

上で説明されているように、制御ユニット28は、信号を電気モーター23に送信することによって回転部分の回転速度を制御する。この実施形態において、制御ユニットは、3つの異なる駆動モード、すなわち7,500から12,000rpmの間の第1の一定の回転速度を有し、分離装置の公称速度を表す第1の駆動モード、第1の一定の回転速度より2000rpmほど速い第2の一定の回転速度を有する第2の駆動モード、および第1の一定の回転速度より2000rpmほど遅い第3の一定の回転速度を有する第3の駆動モード、で駆動するように電気モーターを制御するように構成される。

次の例は、遠心分離装置1がトラックのディーゼルエンジンに接続されたときに、電気モーター23を流れる測定された電流に応じて3つの駆動モードを交互に切り替えることによってどのように動作するかを示している。

1)エンジンを始動し、その後エンジンをアイドリングさせる
トラックのエンジンが始動された後、制御ユニット28は、電気モーター23を第1の駆動モードで駆動する、すなわち公称速度まで速度を上げる。トラックのエンジンがアイドリング状態にあり、クランクケースガスの量が少ないと、電気モーター23を流れる電流は少なく、たとえば所定の閾値より低くなる。制御ユニット28は、電気モーター23の始動からの時間のさらなる情報を有し、これらの情報に基づき、発生したガスの量が比較的少ないために、第3の駆動モードで、すなわちより低い一定の回転速度で駆動するように電気モーターを調節する。

2)トラックが移動を開始する
トラックが移動し始めると、クランクケースガスの量が増える。
その結果、電気モーター23を流れる電流は増大し、実際の第3の一定の回転速度を保つ。電気モーター23を流れる増大した電流の情報を取得したときに、制御ユニット28は、第1の駆動モードで動作するように、すなわち第1の一定の速度レベルの公称速度で回転するように電気モーター23を調節する。

3)丘を登る運転をする
トラックが丘のふもとに入り、登り始めた場合、エンジンのトルクが増大する。そこで、これは、クランクケースガスの量が増え、それにより電力消費量が増え、そのため電気モーター23を流れる電流が多くなって回転速度を第1の一定の速度レベルに保つことを意味する。この場合、制御ユニット28は、電気モーター23を流れる増大した電流に関する一定の情報を受信し、電流がそれでも10秒などの特定の期間の後も増大する場合、電流の増大の開始を検出した後に、制御ユニット28は電気モーター23を、第2の駆動モードで動作するように、すなわち公称速度より速い第2の一定の速度レベルで回転するように調節する。

4)再び通常駆動をする
そこでトラックが丘を登り終えると、クランクケースガスの量が再び通常量になる。したがって、電気モーターを流れる、測定される電流は減少し、制御ユニットは、第1の駆動モードでもう一度動作するように、すなわち第1の一定の速度レベルの公称速度で回転するように電気モーター23を調節する。

5)再びアイドリング状態になる
トラックが静止したときに、制御ユニットは、回転速度を第1の一定の速度レベルに保つために電気モーター23を流れる電流を減らす必要があるという情報を受信する。測定された電流がそれでも10秒などの特定の期間の後も減少する場合、電流の減少の開始を検出した後に、制御ユニット28は電気モーター23を、第3の駆動モードで再び動作するように、すなわち公称速度より遅い第3の一定の速度レベルで回転するように調節する。

上記の例では、異なる速度レベルの切り替えは、電気モーター23の内部パラメータ、すなわち、電気モーターを流れる電流にのみ基づくが、制御ユニット28は、それに加えて、センサー32からの情報、すなわちガスインレット17におけるガス圧力からの情報を使用し、速度レベルが切り替えられるべきかどうかも決定し得る。一例として、制御ユニットは、電気モーター23を流れる測定された電流およびガスインレットにおけるガス圧力が増加した場合により高い速度レベルに切り替えるものとしてよく、電気モーターを流れる測定された電流およびガスインレットにおけるガス圧力が減少した場合により低い速度レベルに切り替えるものとしてよい。

図1に示されている種類の電気モーター23は、代替的に、下側軸受13の下のスピンドル8の延長部の周りに配置構成されてよい。上側軸受12と第1の端プレート10との間で軸方向に、または下側軸受13と第2の端プレート11との間で軸方向にモーターを空間内に配置構成することも可能である。円板形状の円形ローターとローターの両側で軸方向に置かれるように形成されているステーターとを有する電気モーターも使用されてよい。

図2は、電気モーター23が固定ケーシング2の上側壁5の上の軸方向でスピンドル8の延長部に配置構成される遠心分離装置の一実施形態の一例を示している。代替的に、電気モーター23は、固定ケーシング2の下側端壁6の下の軸方向においてスピンドル8の延長部に配置構成されることも可能である。

したがって、図示されている実施形態において、電気モーター23のステーターおよびローターは、固定ケーシング2の外側に配置構成されている。さらに、制御ユニット28は、電気モーター23の一部として配置構成されるが、図1に示されている実施形態に関して説明されているように機能する。他のすべての機能は、図1に示されている実施形態に関して説明されているのと同じであり、すなわち参照番号は同じ特徴を示す。

図1および図2に示されている実施形態において、ガス浄化用の回転部材7は、従来の種類の円錐分離ディスクの積層体を備える。しかしながら、本発明は、正確にこの種類の回転部材または遠心ローターに限定されず、中に懸濁されている粒子からガスを解放するための好適な任意の遠心ローターに関連して使用されてもよい。

図3a〜図3dは、本開示の遠心分離装置において使用され得る分離ディスクのいくつかの例を示している。わかりやすくするために、少数のディスクのみが例示されており、実際には、ディスク間の距離がかなり小さくなるように多数のディスクが存在していることは理解されるであろう。

図3aは、平面部分9aと円錐台形部分9bとを有する円錐台形ディスク35の一例を示している。平面部分9aは、回転軸(X)に垂直な平面内に延在し、円錐台形部分9bは、この実施形態では上向きに延在する。平面部分9aは、円錐台形部分9bよりも回転軸に近い位置にある。平面部分9aおよび/または円錐台形部分9bは、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

図3bは、平面部分9aと円錐台形部分9bとを有する円錐台形ディスク35の一例を示している。平面部分9aは、回転軸(X)に垂直な平面内に延在し、円錐台形部分9bは、この実施形態では下向きに延在する。平面部分9aは、円錐台形部分9bよりも回転軸に近い位置にある。平面部分9aおよび/または円錐台形部分9bは、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

図3cは、すべてのディスク36が平面状である、すなわち、すべてのディスク36が回転軸(X)に垂直な平面内に延在するディスク積層体の一例を示している。ディスク36は、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

図3dは、軸方向ディスクまたはプレート37の一例を示している。これらのプレート37はわずかに湾曲しており、すなわち半径方向平面内で見て湾曲した形状を有する。言い換えれば、これらは回転軸(X)に垂直な平面内で見て湾曲している。軸方向ディスク37は、ガス用のスルーホールを備えるものとしてよい。

本発明は、開示されている実施形態に限定されず、以下で述べる請求項の範囲内であれば変更され、修正されてもよい。本発明は、図に開示されている回転軸(X)の配向に限定されない。「遠心分離装置」という用語は、実質的に水平方向に配向された回転軸を持つ遠心分離装置も含む。

1 遠心分離装置
2 固定ケーシング
3 分離空間
4 側壁
5 第1の端壁(上端壁)
6 第2の端壁(下端壁)
7 回転部材
8 スピンドル
9 分離ディスク
9a 平坦部分
9b 円錐台形部分
10 第1の端プレート(上端プレート)
11 第2の端プレート(下端プレート)
12 第1の軸受(上側軸受)
13 第2の軸受(下側軸受)
14 間隙
15 中心空間
16 スルーホール
17 ガスインレット
18 インレット導管
19 キャップ
20 環状プレーン部分
21 仕切り
22 スルーホール
23 電気モーター
24 モーターステーター
25 モーターローター
26 狭い環状溝
27 接続部
28 制御ユニット
29 排出液アウトレット
30 ガスアウトレット
31 通信インターフェース
32 圧力センサー
33 処理ユニット
34 メモリ
35 円錐台形ディスク
36 ディスク
37 軸方向ディスクまたはプレート

Claims (15)

1. 汚染物質を含むガスを浄化するための遠心分離装置であって、前記遠心分離装置は、
   ガス流が通ることが可能とされた分離空間を取り囲んだ固定ケーシングと、
   前記固定ケーシングを貫通して延び、浄化されるべき前記ガスの供給を可能にするガスインレットと、
   前記分離空間内に配置構成され、回転軸(X)の周りに回転するように配置構成されている複数の分離部材を備える回転部材と、
   浄化されたガスの放出を可能にするように構成され、前記固定ケーシングの壁を通じたアウトレット開口部を備えるガスアウトレットと、
   浄化されるべき前記ガスから分離された液体不純物の放出を可能にするように構成されている排出液アウトレットと、
   前記回転部材を回転させるための電気モーターと、を備え、
   前記遠心分離装置は制御ユニットをさらに備え、該制御ユニットは、前記電気モーターの動作を制御して、前記電気モーターを少なくとも2つの異なる動作モードで駆動し、少なくとも、前記電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて、動作モードをさらに切り替えるように構成されている、遠心分離装置。
2. 前記少なくとも2つの異なる動作モードは、前記電気モーターの少なくとも2つの異なる駆動モードであり、当該駆動モードにおいて、前記電気モーターのトルクまたは回転速度のいずれかが、異なる一定のレベルに保たれる、請求項1に記載の遠心分離装置。
3. 前記少なくとも2つの異なる駆動モードは、少なくとも2つの異なる速度レベルを含み、当該駆動モードにおいて、前記回転速度が、異なる一定のレベルに保たれる、請求項2に記載の遠心分離装置。
4. 前記少なくとも2つの異なる駆動モードは、第1の一定の回転速度における第1の速度レベルと、第2の一定の回転速度における第2の速度レベルと、を含み、前記第2の一定の回転速度は、前記第1の一定の回転速度より速く、前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの測定された内部パラメータが、前記第1の速度レベルで稼動しているときに、前記ガスを浄化することに対する要求がより高いことを示す場合に、前記第2の速度レベルに切り替えるように構成される、請求項3に記載の遠心分離装置。
5. 前記少なくとも2つの異なる駆動モードは、第3の一定の回転速度における第3の速度レベルをさらに含み、前記第3の一定の回転速度は、前記第1の一定の回転速度より遅く、前記制御ユニットは、前記少なくとも1つの測定された内部パラメータが、前記第1の速度レベルで稼動しているときに、前記ガスを浄化することに対する要求がより低いことを示す場合に、前記第3の速度レベルに切り替えるように構成される、請求項4に記載の遠心分離装置。
6. 前記少なくとも2つの異なる駆動モードは、少なくとも2つの異なるトルクレベルを含み、当該駆動モードにおいて、前記電気モーターの前記トルクが、異なる一定のレベルに保たれる、請求項2に記載の遠心分離装置。
7. 前記電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、前記電気モーターの電力消費量または前記電気モーターを流れる電流である、請求項1から6のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
8. 前記電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、前記電気モーターを流れる電流の時間的変動である、請求項1から7のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
9. 前記電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、前記電気モーターの温度である、請求項1から8のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
10. 前記電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータは、前記電気モーターの始動からの時間である、請求項1から9のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
11. 前記制御ユニットは、少なくとも、前記電気モーターの少なくとも1つの測定された内部パラメータからの情報および前記電気モーターに関係しない少なくとも1つの外部パラメータの情報に応じて、動作モードを切り替えるようにさらに適合される、請求項1から10のいずれか一項に記載の遠心分離装置。
12. 少なくとも1つの外部パラメータは、前記ガスインレットにおける圧力または前記ガスインレットの温度から選択される、請求項11に記載の遠心分離装置。
13. 汚染物質を含むガスを浄化するための方法であって、
    - 請求項1から12のいずれか一項に記載の遠心分離装置を提供するステップと、
    - 前記電気モーターを第1の動作モードで駆動することによって、前記遠心分離装置を稼動させるステップと、
    - 前記電気モーターの少なくとも1つの内部パラメータを測定するステップと、
    - 少なくとも、前記電気モーターの前記少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて、第2の動作モードで駆動するように前記電気モーターを切り替えるステップと、を含む、方法。
14. - 少なくとも、前記電気モーターの前記少なくとも1つの測定された内部パラメータの情報に応じて、前記第1の動作モードで駆動するように切り替えて戻すステップをさらに含む、請求項13に記載の方法。
15. 別の動作モードに切り替えるステップは、前記電気モーターに関係しない少なくとも1つの外部パラメータの情報にも依存する、請求項13または14に記載の方法。

Images