JP4922129B2 - ウォータセパレータ - Google Patents

Description

本発明は、ウォータセパレータに係り、例えば燃料を燃料タンクからエンジンの燃料噴射装置へ供給する過程において、燃料中の水分を除去するウォータセパレータに関するものである。

従来、建設機械のオペレータは、建設機械を稼動させる際に、ウォータセパレータ（水分離器）で分離された燃料（例えば軽油）中の水の排出作業を行っている。従来のウォータセパレータとしては、スクリーンで分離された水がケース内に溜まり、燃料と水との比重差を利用して自然分離させ、分離された水が所定量に達したら、下部のドレンプラグを開けることで排水する構造のものが知られている（特許文献１，２）。

図６に示すウォータセパレータ１は、特許文献１に記載の非自己換気型と呼ばれるものであるが、この構造のものは、排水する際に上部のベントプラグ３０を開栓し、これによって空気をケース１１内部に取り入れなければならず、作業が煩雑化するという問題があった。特許文献２に記載のものも基本的に同じである。そこで、ドレンプラグ１５近傍に空気孔を設けた自己換気型と呼ばれるウォータセパレータも存在する（特許文献３）。この構造のウォータセパレータでは、ケース下部のドレンプラグを開けることで外部とケース内部とが空気孔を通しても連通するため、上部のベントプラグを開栓することなく、ケース内に空気を取り込むことができ、作業を簡素化できる。

実開昭６０−６３４０６号公報 実開平３−８２８７１号公報 国際公開第９０／０７６６６号パンフレット

しかしながら、自己換気型のウォータセパレータでは、空気孔からの空気がケース内部に下方から入り込むため、気泡となって上昇する際に互いに分離された燃料と水とを攪拌してしまい、その結果、水だけでなく燃料も排出されるという問題がある。さらに、燃料が排出されることで作業衛生の悪化という問題も生じる。

本発明の目的は、排水する際、分離された水を確実に排水でき、作業衛生を良好に維持できるウォータセパレータを提供することにある。

本発明の請求項１に係るウォータセパレータは、燃料と水とを分離するウォータセパレータであって、外周にレベルラインが記されたケースと、前記ケースの内部に設けられ、かつ前記ケースの底部を通して外部と連通する空気導通部と、前記ケースの底部に取り付けられるとともに、水を排出するための排水路を有したドレンバルブとを備え、前記空気導通部の上端は前記レベルラインよりも上方で開口しており、前記ケースの底部には、下方側に開口し、かつ前記空気導通部と連通した長穴状の凹部とが設けられ、前記凹部の長径は、前記排水路の流路径よりも大きいことを特徴とする。

本発明の請求項２に係るウォータセパレータは、請求項１に記載のウォータセパレータにおいて、前記凹部は、上方に窪んで形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３に係るウォータセパレータは、請求項１または請求項２に記載のウォータセパレータにおいて、前記ケース内の上部にフィルターを備えたスクリーンが配置され、前記空気導通部の上端は、前記スクリーン内に位置すること特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、空気導通部の上端はレベルラインよりも上にあるので、オペレータがドレンバルブを開いた際には、空気導通部内に入り込んだ空気が気泡となって分離後の純粋な燃料側に導かれる。したがって、そのような気泡により分離した燃料と水とを攪拌することなく、下側のドレンバルブからは水のみを確実に排出できる。

また、請求項１の発明によれば、凹部の長径が排水路の流路径よりも格段に長くなっているため、オペレータがドレンバルブを開いた際に、空気導通部の開口位置と水との流出方向とが平面的に重なり合った場合においても、水の流れによって空気導通部の下端の開口部分が塞がれるおそれがなく、凹部の端部などから空気をスムースに取り込むことができる。これによって、空気導通部に空気を送り込むことができ、排水路から水を確実に排出できる。

請求項２の発明によれば、凹部が窪んで形成されているため、ドレンバルブを開くと、排水路に溜まった燃料を排出するよりも早く、まず凹部に溜まった燃料を排出できる。これにより空気導通部と外部とが凹部を介して即座に連通するから、空気を空気導通部に良好に取り込むことができ、空気導通部から燃料が漏れ出すのを防止して、排水路から水を確実に排出できる。

請求項３の発明によれば、空気導通部の上端の開口は、スクリーンの内部に位置していることで、水と燃料との境界面よりも格段に上方に位置することになるので、気泡によって分離した水と燃料とが攪拌されることを一層確実に防止できる。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態でのウォータセパレータ１を一部断面して示す正面図である。図２は、ウォータセパレータ１のケース１１を底側から見た底面図である。図３は、ウォータセパレータ１のドレンバルブ１５が閉まっているときの要部を示す断面図であり、図４は、ドレンバルブ１５が開いているときの要部を示す断面図である。

図１において、本実施形態のウォータセパレータ１は、例えば、油圧シャベル、ホイールローダ、ブルドーザ等の建設機械に設置される自己換気型であり、カップ状のケース１１、ケース１１の上部に配置されたスクリーン１２、ケース１１の底部１１３に立設された空気導通部としてのパイプ１４Ａ、ケース１１内部に収容されたリング状のフロート部材１３、ケース１１の底部１１３に下方から取り付けられたドレンバルブ１５で構成されている。ウォータセパレータ１は、内部流路が形成された取付部材２０に対して一対設けられている。

ウォータセパレータ１のケース１１には、外部から内部を視認できるアクリル樹脂等の材料が用いられており、ケース１１の上方の開口部１１１に前記スクリーン１２が配置されている。スクリーン１２は、下方から締結リング２１を締め付けることで、ケース１１と取付部材２０とにより挟持されている。ケース１１の外周面には、レベルライン１１２が記されている。このレベルライン１１２は、ケース１１内に溜まった水を排出する際の目安となるものである。

スクリーン１２は、上部に設けられた環状部材１２１と、環状部材１２１の底面に接着された金属メッシュおよびパンチングメタルからなるフィルター１２２と、フィルター１２２の底面に接着された支持部材１２３とを備えている。環状部材１２１には、上部開口１２４が設けられている。支持部材１２３には、ケース１１と取付部材２０とに挟持される挟持部１２３Ａと、フィルター１２２内に位置し、かつ下方に向かって拡開した断面台形状の流路部１２５とが設けられている。このようなフィルター１２２は、上部開口１２４から入ってきた燃料（例えば軽油）中の水の粒子を結合させることで、純粋な燃料と水とをそれらの比重差を利用して迅速に分離させるものである。

フロート部材１３は、燃料と水の中間の比重をもつ部材で、例えばポリエチレン樹脂製である。これにより、フロート部材１３は、燃料と水との境界面に浮くこととなり、オペレータは、ケース１１内で分離した燃料と水との境界線の位置を容易に視認できる。フロート部材１３がレベルライン１１２に達すると、オペレータは下部のドレンバルブ１５を開け、ケース１１内の下部側に溜まった水を排出する。なお、フロート部材１３の材質については、ポリエチレン樹脂に限らず、燃料と水との比重の中間の比重であればよい。また、材質としては水の比重よりも重いが、フロート部材１３の形状として、燃料に対しては沈み、水に対して浮くような中空構造を採用してもよい。

取付部材２０は、図示しない燃料タンクからエンジンへの燃料供給経路に配置され、燃料タンクからの燃料が流入する外部流入口２０１およびスクリーン１２が収容される内部流出口２０６を連通させる流入路２０２と、水除去後の燃料が流入する内部流入口２０３およびエンジンの燃料供給装置側への外部流出口２０４を連通させる流出路２０５とを備える。これらの流入路２０２、流出路２０５は、一対のウォータセパレータ１で共通に設けられている。

燃料タンクからの燃料は、取付部材２０の第１流入口２０１から流入路２０２を通って流入した後、環状部材１２１の上部開口１２４からスクリーン１２内へ流入し、フィルター１２２を内方から外方に通過してケース１１内に流れ込む。ケース１１内に流れ込んだ燃料は、比重差によりケース１１内の上部側の純粋な燃料と、下部側の水とに分離する。上部側に分離した燃料は、流路部１２５を通って内部流入口２０３へ入り込み、内部流入口２０３から流出路２０５を経由して外部流出口２０４から流出し、エンジン側の燃料噴射装置に供給される。また、ケース１１内で燃料と水とが分離し始めると、ケース１１内に置かれたフロート部材１３が燃料と水との境界面に位置するようになる。

ケース１１の底部１１３について、図２，３を参照し説明する。
底部１１３の中心には、分離後の水を排出するための排水孔１１４が上下に連通して設けられ、排水孔１１４を取り囲むように３つの凹部１１５が設けられている。各凹部１１５は上方に窪んでおり、さらに、その中の１つの凹部１１５Ａの中央には、底部１１３を上下に貫通する空気孔１１６が設けられ、この空気孔１１６の上部にパイプ１４Ａの下端が差し込まれている。このパイプ１４Ａは、空気孔１１６に接着剤等で抜けないように固定されている。凹部１１５の開口部の形状（下方から見た形状）は、周方向に沿って湾曲した長穴状である。

パイプ１４Ａは、ドレンバルブ１５が開けられた際に、空気孔１１６を通してケース１１内に入り込む空気をより上方へ導くためのものである。本実施形態では、パイプ１４Ａの上端は、レベルライン１１２を大きく越えて、スクリーン１２の流路部１２５内に位置している。なお、ドレンバルブ１５が閉まっている時には、ケース１１内に流れ込んだ燃料の一部は、パイプ１４Ａおよび空気孔１１６内に入っており、また、空気孔１１６を介して連通した凹部１１５Ａにも溜まっている。

図３，４を参照すると、ドレンバルブ１５は、バルブ本体１５１と、底部１１３の外周に密着するラバーカップ１５２とを備えている。
バルブ本体１５１の上部には、排水孔１１４に螺合するためのねじ部１５３が設けられ、ねじ部１５３の内部には、水をケース１１内からねじ部１５３の外方に排出する逆Ｔ字状の第１排水路１５４が設けられている。

また、バルブ本体１５１の下部側には、操作部１５０が設けられ、この操作部１５０の内部には、第１排水路１５４から流出した水を引き入れて、操作部１５０の下方から排出させるＴ字状の排水路としての第２排水路１５５が設けられている。そして、本実施形態では、この第２排水路１５５および前記第１排水路１５４により、本発明の排水路が形成されている。

バルブ本体１５１の外周に形成された段差部分には、Ｏリング１５６が配置されており、バルブ本体１５１が閉まっている状態では、底部１１３側のテーパ面とバルブ本体１５１側の段差部分との間に挟持され、ケース１１内部からの燃料漏れを防止している。

ラバーカップ１５２は、ドレンバルブ１５を閉めた時に底部１１３の外周に密着し、底部１１３に塵や埃等を付着させないようにしているとともに、第１排水路１５４から流出した水を受ける機能を有している。

ここで、図２を参照すると、長穴状に形成された凹部１１５Ａの長径Ｄは、第１排水路１５４の流路径ｄよりも格段に大きくなっている。そのため、ドレンバルブ１５の開き操作により、第１排水路１５４から排出される水の流出方向が空気孔１１６の下端側開口位置と重なってしまった場合においても、水の流れによって空気孔１１６が塞がれるおそれがなく、長穴状の凹部１１５Ａの両端などから空気がよりスムースに取り込まれる。また、凹部１１５Ａは、上方へ窪んでいるため、ドレンバルブ１５を開くと、第１排水路１５４に溜まった燃料を排出するよりも早く、まず凹部１１５Ａに溜まった燃料を排出することとなる。これは、第１排水路１５４に溜まった燃料がその自重により、不安定な状態にあるからである。

次に図４を参照し、本実施形態において、ドレンバルブ１５を開けた際に水が排出される様子を説明する。
フロート部材１３が上昇し、ケース１１内に水が溜まった状態になると、オペレータはドレンバルブ１５を開ける。ドレンバルブ１５を開けると、Ｏリング１５６による水密状態が解かれ、バルブ本体１５１の段差部分と底部１１３との間に隙間が生じる。そして、まず、空気孔１１６の下方にある凹部１１５Ａに溜まった燃料が、その隙間を通って瞬間的にバルブ本体１５１の外部に流出し、第２排水路１５５を通って下方に排出される。

これによって、外部とパイプ１４Ａとが凹部１１５Ａを介して連通するとともに、パイプ１４Ａには外部から空気が入り込み、パイプ１４Ａ内に溜まった燃料が空気により上方へ戻されてケース１１内に戻る。そうすると、ケース１１内の下部側に溜まった水は、パイプ１４Ａを通して連続的に取り込まれる空気に代わって、第１排水路１５４および第２排水路１５５を通して排出される。この際、パイプ１４Ａの上端はスクリーン１２内に位置しており、取り込んだ空気が純粋な燃料のみが存在する上方へと導かれるため、この空気によって生じた気泡により水と燃料とが攪拌されることがなく、水のみを確実に排出できる。それに伴って、作業衛生を良好にできる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明に係る第２実施形態のウォータセパレータ１を示した図である。
第１実施形態のウォータセパレータ１と異なる構成について、図５を参照して説明する。本実施形態において、空気導通部１４Ｂは、凹部１１５Ａからケース１１の内壁に沿って、ケース１１と一体に成型されている。空気導通部１４Ｂの上端は、レベルライン１１２より上に位置している。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、フロート部材１３が上昇し、ケース１１内に水が溜まり始めると、ドレンバルブ１５を開き、排水する。このドレンバルブ１５を開くと、外部から入ってくる空気は空気導通部１４Ｂを通る。この際、空気導通部１４Ｂの上端は、レベルライン１１２よりも上方に位置しているため、空気をレベルライン１１２よりも上方へ導くことができる。したがって、ケース１１内で分離した燃料と水とが攪拌されることなく、水のみを確実に排出でき、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、第１実施形態でのパイプ１４Ａは、空気孔１１６に固定する必要があったが、本実施形態では空気導通部１４Ｂがケース１１と一体に成型されているため、組立性を向上させることができる。また、パイプ１４Ａといった部材を用いる必要がないため、部品点数を低減できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成などを含み、以下に示すような変形なども本発明に含まれるものである。
例えば、パイプ１４Ａ，空気導通部１４Ｂが複数設けられてもよい。これによれば、空気を多く取り込めるので水の排出速度を高めることができる。

本発明は、燃料中の水分を除去する必要がある建設機械等に好適に利用できる。

本発明に係る第１実施形態のウォータセパレータを示す正面図。 第１実施形態に係るケースの底面図。 ドレンプラグを閉めた時の要部を示す断面図 ドレンプラグを開けた時の要部を示す断面図 第２実施形態のウォータセパレータを示す断面図 従来のウォータセパレータを示す正面図。

符号の説明

１…ウォータセパレータ、１１…ケース、１２…スクリーン、１３…フロート部材、１４Ａ…空気導通部であるパイプ、１４Ｂ…空気導通部、１５…ドレンバルブ、１１２…レベルライン、１１３…底部、１１４…排水孔、１１５…凹部、１１６…空気孔、１５３…ねじ部、１５４…排水路である第１排水路、１５５…排水路である第２排水路。

Claims (3)

1. 燃料と水とを分離するウォータセパレータであって、
   周面にレベルラインが記されたケースと、
   前記ケースの内部に設けられ、かつ当該ケースの底部を通して外部と連通する空気導通部と、
   前記ケースの底部に取り付けられるとともに、水を排出するための排水路を有したドレンバルブとを備え、
   前記空気導通部の上端は前記レベルラインよりも上方で開口しており、
   前記ケースの底部には、下方側に開口し、かつ前記空気導通部と連通した長穴状の凹部とが設けられ、
   前記凹部の長径は、前記排水路の流路径よりも大きい
   ことを特徴とするウォータセパレータ。
2. 請求項１に記載のウォータセパレータにおいて、
   前記凹部は、上方に窪んで形成されている
   ことを特徴とするウォータセパレータ。
3. 請求項１または請求項２に記載のウォータセパレータにおいて、
   前記ケース内の上部にフィルターを備えたスクリーンが配置され、
   前記空気導通部の上端は、前記スクリーン内に位置する
   ことを特徴とするウォータセパレータ。

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