JP4093568B2 - 特にガス流から液体を分離するフィルタエレメント - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィルタエレメントに関し、特にガス流から液体を分離するための、請求項１に記載の上位概念によるフィルタエレメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
出版物ＥＰ０６７４５８２Ｂ１に、圧力下で焼結された金属繊維を備えた濾過不織布および該金属繊維の支持体としての金属針金網とから成るフィルタエレメントが開示されている。少なくとも８μmの太さの前記金属繊維は焼結過程で一緒に焼かれて最大４０%の比較的小さいポロシティ（空隙度）に焼結される。このポロシティは、粒子で汚染された清浄前空気あるいはその他のガス状媒体の清浄化には十分である。というのは、このポロシティであればガスが前記濾過不織布内の空隙を通過するのに許容できないような高い動圧を回避することができるからである。しかしながら、濾過不織布の密度が相当に高いので、該濾過不織布を液状媒体を通過させることは比較的高い動圧の助けによってのみ可能であり、液状媒体の清浄化はできないか、あるいは清浄化可能な流量は限られる。そして、そのような高い動圧は、通常発生させることができないか、あるいは濾過不織布の損傷を惹起する。
【０００３】
また、出版物ＥＰ０６３９３９８Ｂ１には、金属繊維から成る濾過不織布が開示されているが、その金属繊維の直径は５乃至４０μmとされている。このフィルタエレメントは、特にディーゼル排気の清浄化に使用され、金属製濾過不織布で排気ガスから煤煙粒子を分離する。この濾過用不織布もまた、その相当に高い密度のために、汚染流体の清浄用としては限度がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、簡単な構造と良好な効率とともに際立って低い動圧で作動する、特にガス流から液体を分離するためのフィルタエレメントを提供するものである。
【０００５】
上記問題は本発明の請求項１記載の特徴によって解決される。従属項は効果的な他の形態を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、支持体（２）に固定された金属繊維からなる濾過不織布（３）を備えエンジンのクランクケース排気から油分を分離するフィルタエレメントにおいて、前記支持体（２）は中空円筒形状をなし、該支持体（２）の外套面に前記濾過不織布（３）が巻き付けられて構成され、前記金属繊維からなる濾過不織布（３）のポロシティが少なくとも９０％であり、前記金属繊維の直径は大きくとも４μｍであることを特徴とする。さらに好ましくは２μmよりも小さくされる。
【０００７】
前記濾過不織布は、少なくとも９０%のポロシティを有し、さらに好ましくは少なくとも９８%或は９９%のポロシティを有する。このような高いポロシティにより、清浄化すべき媒体は濾過不織布を低い動圧で確実に通過するので、特に該フィルタエレメントをクランクケース排気装置に適用すると、クランクケース内の油・空気混合気中の油滴の分離を大きな圧力損出を伴うことなく大幅に改善することができる。前記濾過不織布の高い濾過効率により、基本的に後分離を、即ち後続のドレーン用不織布を省略することができる。該濾過不織布は良好な分離効率に加えて煤煙との親和性が小さい特性を有し、さらに該濾過不織布は油によって飽和されることがないので、油滴によって目詰りが生じる見込みはない。
【０００８】
該濾過不織布の綿のような堅固な結合性と小さい密度とにより、該濾過不織布はその濾過特性を損なうことなく形成できてフィルタ装置の構造上の実情に適合させることができるという、さらなる利点がある。
【０００９】
濾過不織布が取り付けられ接合された支持体は、フィルタエレメントに必要な安定性を付与し、特にエレメントを貫流する流れに直角方向に吸引力、場合によっては圧力が作用する状況に耐えることができる。清浄前側と清浄側間の圧力損出をできるだけ小さくし、しかもフィルタエレメントにおける濾過を損なわないために、前記支持体の厚さは好ましくは厚くとも０．１ｍｍとし、密度は高くとも１０ g/m²とされる。また、清浄化すべき媒体の通過ができるだけ妨げられないように、該支持体は不織布状に形成することができ、特に格子構造にすることができる。
【００１０】
濾過不織布は１層のみに、あるいは多層に形成することが可能である。多層に形成する場合は、各濾過不織布の層の金属繊維の直径は同一、例えば４μmとすることができる。これらの濾過不織布の層の金属繊維の直径は、しかしながらそれぞれ異なる直径としてもよく、そうすることにより分離効率を向上することができる。両外側の２層の金属繊維の直径を４μmとし、中間層の金属繊維の直径をより小さく、特に直径４μmとして形成した３層構造が好ましい。
【００１１】
一つの濾過不織布内では金属繊維は同じ直径のもののみ用いるのが実用的である。しかしながら、一つの濾過不織布内に異なる直径の金属繊維を用いることも好ましいことである。
【００１２】
前記支持体は、好ましくはプラスチック、あるいは場合によってはガラスまたはその他の材料で形成される。該支持体は、特に濾過不織布の、即ち複数の濾過不織布層の接合体の最外郭層を、流出側に形成するようにするのがよい。しかしながら、該支持体の層を濾過不織布に内臓するか、あるいは支持体の層を隣合う２つの濾過不織布層の間に配置することも可能である。
【００１３】
前記支持体と濾過不織布の間の接合は、好ましくは超音波溶接で行われる。
【００１４】
フィルタエレメントは、円筒状に、特に中空円筒状に形成される。フィルタエレメントは、場合によっては波形形状あるいは折り畳み形状とされる。
【００１５】
さらなる利点および好ましい実施形態は、従属請求項、形態描写図、および図面によって了解できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示すフィルタエレメント１は中空円筒形状の支持体２と該支持体２の外套面に巻き付けられた多層の濾過不織布３からなる。夫々の濾過不織布の層は直径が大きくとも４μmの金属繊維からなり、該金属繊維は、焼結しないで結合されていて、そのためにポロシティが少なくとも９０％、場合によっては９９％以上にも達する高いポロシティを有する。濾過不織布層の内部には同一径の金属繊維を使用するのが実用的である。異なる濾過不織布層は、異なる、あるいは同一径の金属繊維を有していてもよい。したがって、異なる濾過不織布の層に直径４μmと２μmの金属繊維を用いた組み合わせとして、特に分離効率の向上を図ることが可能である。同図には３層に重ね合わされた濾過不織布層が示されている。
【００１７】
少なくとも２層の濾過不織布層を備えた多層濾過不織布の場合、分離効率は各層に使用した金属繊維に影響される。各濾過不織布を支持体の周りに巻き付ける際の巻付け力によって、分離効率の調整が可能である。濾過不織布の圧縮性のために巻付け力が不織布の密度に影響し、それにより分離効率も影響を受ける。
【００１８】
前記支持体はガラス或はプラスチックからなり、その上を覆う濾過不織布が超音波溶接あるいはその他の接合方法で直接に接合される。前記フィルタエレメント１は、清浄化すべき媒体、特に油・空気混合気によって、外側から内側に向かって半径方向に貫流されるのが好ましく、その際油粒は分離され、空気は円筒の内側空間に流入してそこから軸方向に導出される。
【００１９】
場合によっては、清浄側がフィルタエレメントの半径方向外側にあるようにし、上記とは逆にフィルタエレメントが内側から外側に向かって半径方向に貫流されるようにしてもよい。
【００２０】
図２は、特にクランクケース排気に用いられる分離器４を示す。該分離器４のハウジング５には支持体２と少なくとも一つの濾過不織布３を備えたフィルタエレメント１が装着されている。該フィルタエレメント１は、外側から内側に向かって半径方向に貫流されるが、半径方向外側に位置する清浄前側は前記ハウジング５の底の排出口６と連通していて、分離された油は該排出口６を通って分離器から導出される。前記フィルタエレメント１の底では支持体２に接合された底板７が清浄側をその下側の清浄前側から隔離しており、清浄化された空気は、内側の清浄側を軸方向に上方に導出される。前記支持体２の蓋接合部に設けられた取付け溝に装着されたシール部材８がフィルタエレメントの上方に向かう内側空間を清浄前流体の流れに対してシールしている。
【００２１】
金属繊維は合金製としてよく、第１の実施例ではその組成は次のようにされる。即ち、最大０．０３％Ｃ、平均２％Ｍｎ、平均０．０４５％Ｐ、平均０．０３％Ｓ、平均１％Ｓｉ、平均１６％〜最大１８％Ｃｒ、平均１０％〜最大１４％Ｎｉ、及び平均２％〜最大３％Ｍｏとされる。濾過グレードは最高温度３５０〜３８０℃で液体の場合２μm、ガスの場合０．１μmである。
【００２２】
他の実施例では組成は、最大０．１％Ｃ、２１％〜２５％Ｃｒ、５８％〜６３％Ｎｉ、及び最大１．４％Ａｌとされる。濾過グレードは最高温度５６０℃で液体の場合２０μm、ガスの場合７μmである。
【００２３】
さらに他の実施例では組成は、最大０．３％Ｃｏ、２２％〜２４％Ｃｒ、１５％〜１６．５％Ｍｏ、最大１．５％Ｆｅ、最大０．０１％Ｃ、最大０．１％Ｓｉ、最大０．５％Ｍｎ、０．１％〜０．４％Ａｌ、最大０．０１５％Ｐ、最大０．００５％Ｓとされる。この組成は対硫酸腐食性に優れている。濾過グレードは最高温度６００℃で液体の場合１５μm、ガスの場合５μmである。
【００２４】
さらに他の実施例では組成は、１９．５％〜２０．５％Ｃｒ、最大０．０３％Ｃ、最大０．３５％Ｓｉ、最大０．３５％Ｍｎ、４．５５％〜４．９５Ａｌ、最大０．０３５％Ｐ、最大０．０１％Ｓ、最大０．３５％Ｎｉ、最大０．１５％Ｃｕ、０．２５％〜０．３％Ｙとされる。この組成は対硫黄および硫黄化合物腐食性に優れている。濾過グレードは最高温度１０００℃で液体の場合３５μm、ガスの場合１０μmである。
【００２５】
図３はカートリッジ型で取替え式エレメントに構成された分離エレメントを示し、図４はその説明図である。該油分離エレメント１０は、深鍋形のハウジング１１内に配置されている。該深鍋形のハウジング１１はその下側が蓋１２で閉じられている。該ハウジング１１はフランジ端面上に前記蓋１２で接合されている。該蓋１２はねじブッシュ１３を備えている。該ねじブッシュ１３によって前記分離エレメントの全体がねじ接続管１４にねじ結合されている。該ねじ接続管１４はモジュール支持体１５の一部分をなしている。該モジュール支持体１５は３つの接続部を備えている。即ち、流入口１６と流出口１７並びに排出口１８である。そのほか該モジュール支持体１５には２つの負圧弁１９、２０が配設されている。
【００２６】
前記流入口１６を通って油を含んだ空気が流入室２１に流入する。
【００２７】
該流入室２１から空気は矢線のように図２に示したような濾過不織布を備えた油分離エレメント１０を通って流れる。油が分離された空気は開口２６、２７を通ってハウジング１１から流出する。該ハウジング１１はモジュール支持体１５と気密に連結されているので、前記開口２６、２７を通ってハウジングから流出した前記油分離された空気は開口２４、２５を通ってモジュール支持体１５内に流入する。油が分離された空気は矢線２２、２３にしたがって流出口１７に導かれる。
【００２８】
油分離エレメント１０に溜まった油は、油分離された空気とともに開口２６、２７及び２４、２５を通ってモジュール支持体１５内に達する。ここで油は底に溜まり、排出口１８から流出する。開口２４、２５を通ってモジュール支持体１５内に達した油が油分離された空気により流出口１７に伴流されないように円板２８、２９が設けられている。該円板２８、２９は、油をせきとめて排出口１８の方に流下させる。油分離エレメント１０を交換するには、それを唯ねじ接続管１４から取外すのみでよい。このことは、連結部或はその他の弁を取外すか或は交換する必要がないという利点を有する。そのほか、エレメント取付けの際に追加的なスペースを要しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内側に配置された支持体と、該支持体の外套面に３層に重ね合わされた濾過不織布結合体とを備えた中空円筒形状のフィルタエレメントの断面図。
【図２】 フィルタエレメントを組み込んだクランクケース排気用の分離器。
【図３】 取替え式フィルタエレメントを備えた分離器。
【図４】 図３の説明図。
【符号の説明】
１ フィルタエレメント
２ 支持体
３ 濾過不織布
４ 分離器
５ ハウジング
６ 排出口
７ 底板
８ シール部材
１０ 油分離エレメント
１１ ハウジング
１２ 蓋
１３ ねじブッシュ
１４ ハウジング接続管（ねじ接続管）
１５ モジュール支持体
１６ 流入口
１７ 流出口
１８ 排出口
１９、２０ 負圧弁
２１ 流入室
２２、２３ 矢線
２４、２５ 開口
２６、２７ 開口

Claims (15)

1. 支持体（２）に固定された金属繊維からなる濾過不織布（３）を備えエンジンのクランクケース排気から油分を分離するフィルタエレメントにおいて、
   前記支持体（２）は中空円筒形状をなし、該支持体（２）の外套面に前記濾過不織布（３）が巻き付けられて構成され、前記金属繊維からなる濾過不織布（３）のポロシティが少なくとも９０％であり、前記金属繊維の直径は大きくとも４μｍであることを特徴とするフィルタエレメント。
2. 前記濾過不織布（３）のポロシティが少なくとも９８％であることを特徴とする請求項１記載のフィルタエレメント。
3. 前記金属繊維の直径が大きくとも２μmであることを特徴とする請求項１或は２に記載のフィルタエレメント。
4. 少なくとも２つの濾過不織布（３）の層が重ねられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
5. 前記重ねられた濾過不織布の層の金属繊維の直径が夫々異なることを特徴とする請求項４記載のフィルタエレメント。
6. 濾過不織布が合計で３層設けられ、外側の層の金属繊維の直径は大きくとも４μmであり、中間層の金属繊維の直径は大きくとも２μmであることを特徴とする請求項５記載のフィルタエレメント。
7. 前記重ねられた濾過不織布の層の金属繊維の直径が同じであることを特徴とする請求項４記載のフィルタエレメント。
8. 前記支持体（２）の密度は高くとも１０ g/m ² であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
9. 前記支持体（２）はプラスチックよりなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
10. 前記支持体（２）はガラスよりなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
11. 前記支持体（２）は格子構造をなしていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
12. 前記支持体（２）と濾過不織布（３）は超音波溶接によって接合されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
13. 前記フィルタエレメントが交換可能な取替え式フィルタエレメント（１０）に作製されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
14. 前記取替え式フィルタエレメント（１０）がフィルタの支持台（モジュール支持体１５）と取外し可能に結合されたハウジング（１１）に組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
15. 前記ハウジング（１１）はフィルタの支持台（モジュール支持体１５）とねじを介して結合できることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。

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