JP6503330B2 - 気泡分離除去装置 - Google Patents

Description

この発明は、油圧作動油中に含まれる気泡を効率よく分離除去する気泡分離除去装置に関し、詳しくは旋廻流を利用して油圧作動油中から気泡を分離除去する気泡分離除去装置に関する。

油圧機械等においては、作動油中に気泡が発生すると、この作動油を利用する油圧機器、システム等に悪影響を及ぼすことがある。すなわち、建設機械等の作業動力伝達に用いられる油圧システムにおいて、動力を伝達する作動油中に気泡が混在すると、作動油の剛性を低下させ、作動油の酸化劣化を促進させる。また、作動油中に気泡が混在すると、作動油の潤滑特性を低下させ、更には、機器の動力伝達特性や動作寿命を低下させる。このために、作動油中に含まれる気泡を効率よく除去する必要がある。

そこで、従来この種の気泡分離除去装置としては、特許文献１に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された「液体中の気泡除去装置」は、１端に少なくとも１個の流入口と他端に流出口とを有する流体室から構成され、前記流入口が液体に流体室の内壁に対して接線流れを生ぜしめる気泡除去装置において、前記流体室は前記流入口から流出口方向へ直径が漸次連続して減少する第１流体室と、該第１流体室に接続し、直径が他端方向へ漸次連続して増大する第２流体室とから形成されていることと、前記第１流体室の前記流入口側の端面から、前記第１流体室と前記第２流体室との接合位置付近までの間に開口する放気口、または前記位置までの間に開口する気体放気細管が、前記流体室の軸心に対して共軸に設けられて構成される。

特開平５−８４４０３号公報

しかしながら、特許文献１に記載された「液体中の気泡除去装置」においては、第１流体室内の流体の乱流により流体中に含まれる気泡を有効かつ効率よく分離除去することができず、また圧力損失も大きいという問題あった。

そこで、この発明は、油圧作動油中に含まれる気泡を有効かつ効率よく分離除去することができ、かつ圧力損失の小さい気泡離除去装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、気泡を含む気泡除去対象作動油から気泡を分離除去する気泡分離除去装置であって、前記気泡除去対象作動油を流入する流入口と、前記流入口から流入された前記気泡除去対象作動油の旋回流を形成する旋回流形成部と、前記旋回流形成部で形成された旋回流の下流側に向かって内径が漸次小となる第１の流体室と、前記第１の流体室の中心軸上に設けられ、一端が該第１の流体室内に突出して先端が開口する内径が第１の径からなる放気管と、前記第１の流体室の下流側に設けられ、内径が前記第１の径より大きい第２の径からなる第２の流体室と、前記放気管の前記第１の流体室への突出部周縁に形成され、前記旋回流の下流側に向かって漸次径が小さくなるテーパー壁と、を具備し、前記第２の流体室から気泡が除去された第１の油を流出し、前記放気管から気泡を含む第２の油を排出することを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記旋回流形成部は、前記流入口から流入された前記気泡除去対象作動油を流す環流路と、前記環流路を流れる前記気泡除去対象作動油を前記第１の流体室の内周壁の少なくとも一か所から接線方向に吐出する吐出口と、を具備することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記流入口、前記旋回流形成部及び前記第１の流体室を含み、前記第２の流体室側に第１のフランジ、前記放気管側に第２のフランジが形成された第１のユニットと、前記第２の流体室を含み、前記第１のユニット側に前記第１のフランジに整合する第３のフランジが形成された第２のユニットと、前記放気管を含み、前記第１のユニット側に前記第２のフランジに整合する第４のフランジが形成された第３のユニットを有し、前記第１のユニットの前記第１のフランジと前記第２のユニットの前記第３のフランジとの間及び前記第１のユニットの前記第２のフランジと前記第３のユニットの前記第４のフランジとの間が着脱自在に接続されていることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記第１のユニットの前記第１のフランジと前記第２のユニットの前記第３のフランジとの間及び前記第１のユニットの前記第２のフランジと前記第３のユニットの前記第４のフランジとの間が、ヘルールクランプで接続されていることを特徴とする。

この発明によれば、気泡を含む気泡除去対象作動油から気泡を分離除去する気泡分離除去装置であって、前記気泡除去対象作動油を流入する流入口と、前記流入口から流入された前記気泡除去対象作動油の旋回流を形成する旋回流形成部と、前記旋回流形成部で形成された旋回流の下流側に向かって内径が漸次小となる第１の流体室と、前記第１の流体室の中心軸上に設けられ、一端が該第１の流体室内に突出して先端が開口する内径が第１の径からなる放気管と、前記第１の流体室の下流側に設けられ、内径が前記第１の径より大きい第２の径からなる第２の流体室と、前記放気管の前記第１の流体室への突出部周縁に形成され、外径が前記旋回流の下流側に向かって漸次小さくなるテーパー壁と、を具備し、前記第２の流体室から気泡が除去された第１の油を流出し、前記放気管から気泡を含む第２の油を排出するように構成したので、流体中に含まれる気泡を有効かつ効率よく除去することができ、かつ圧力損失も小さいという効果を奏する。

図１は、この発明に係わる気泡分離除去装置の側断面図である。 図２は、図１に示した気泡分離除去装置のＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１及び図２に示した気泡分離除去装置の動作を説明する側断面図である。 図４は、図１及び図２に示した気泡分離除去装置を用いた気泡分離除去特性の実験結果を示すグラフである。 図５は、この発明に係わる気泡分離除去装置のユニット構成の一例を説明する図である。 図６は、この発明に係わる気泡分離除去装置のユニット間の接合例を示す図である。

以下、この発明に係わる気泡分離除去装置の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この発明に係わる気泡分離除去装置の側断面図である。

図１において、この発明に係わる気泡分離除去装置１００は、流入口１１から流入された気泡除去対象作動油Ｐ０の旋回流を利用して、この気泡除去対象作動油Ｐ０を気泡が除去された第１の作動油Ｐ１と、気泡を含む第２の作動油Ｐ２とに分離することにより、気泡除去対象作動油Ｐ０から気泡を除去するものである。

この気泡分離除去装置１００は、流入口１１から流入された気泡除去対象作動油Ｐ０から気泡除去対象作動油Ｐ０の旋回流を形成する旋回流形成部１２と、第１の流体室１３と、第１の流体室１３の下流側に設けられた第２の流体室１５と、第１の流体室１３内に一端が開口している放気管１４と、放気管１４の突出部周縁に形成されたテーパー壁１６とが設けられている。

ここで、旋回流形成部１２は、この旋回流形成部１２の外周に沿って形成された環流路１２１と、この環流路１２１に接続される２か所に設けた吐出口１２２を具備して構成される。

第１の流体室１３は、下流側に向かって漸次径が小となる円錐台形状の内周壁１３ａとテーパー壁１６とで囲まれた空間からなり、旋回流形成部１２で形成された気泡除去対象作動油Ｐ０は、この内周壁１３ａとテーパー壁１６とで囲まれた空間内に流される。

第２の流体室１５は、円筒形状からなり、一端は、第１の流体室１３の下流側に接続され、他端は、この気泡分離除去装置１００で気泡が除去された第１の作動油Ｐ１を流出する流出口１５ａを形成している。

放気管１４は、第１の流体室１３の中心軸上に設けられ、一端に、第１の流体室１３内に突出して開口する開口部１４ａが設けられ、他端は、この気泡分離除去装置１００で除去した気泡を含む第２の作動油Ｐ２を排出する排出口１４ｂを形成している。

テーパー壁１６は、放気管１４の第１の流体室１３内への突出部周縁に形成され、第２の流体室１５に向かって漸次径が小さくなるテーパー状の形状を有している。

次に、図２、図３を参照して、この実施例の気泡分離除去装置１００の動作を説明する。

図２は、図１に示した気泡分離除去装置１００のＡ−Ａ断面図であり、図３は、図１及び図２に示した気泡分離除去装置１００の動作を説明する側断面図である。

図２及び図３において、流入口１１から流入された気泡除去対象作動油Ｐ０は、図２に矢印で示すように、旋回流形成部１２の環流路１２１内を流れ、環流路１２１に接続された吐出口１２２から第１の流体室１３の周壁の接線方向に沿って気泡除去対象作動油Ｐ０を第１の流体室１３内に吐出する。これにより、第１の流体室１３内に気泡除去対象作動油Ｐ０の旋回流Ｆを形成する。

第１の流体室１３内に形成された気泡除去対象作動油Ｐ０の旋回流Ｆは、第１の流体室１３の下流側に向かって漸次径が小となる円錐台形状の内周壁１３ａと放気管１４の突出部周縁に形成された下流側に向かって漸次径が小さくなるテーパー状のテーパー壁１６とにより囲まれた空間内を流れる。

ここで、気泡除去対象作動油Ｐ０の旋廻流Ｆにより生じる遠心力により、気泡を含まない油は第１の流体室１３の周壁１３ａ側へ、気泡は、図３にＢで示すように、第１の流体室１３内の放気管１４の開口部１４ａ周辺に集まる。

ところで、この発明に係る気泡分離除去装置１００では、放気管１４の突出部周縁にテーパー状のテーパー壁１６が形成されているので、このテーパー壁１６の存在により、テーパー壁１６がない場合に比較して、気泡Ｂを更に効率よく放気管１４の開口部周辺に集めることが可能になるので、気泡除去率を高くすることができり、かつ圧力損失を小さくすることができる。

これは、テーパー壁１６により、旋回流形成部１２により形成された気泡除去対象作動油Ｐ０の旋廻流Ｆが流れる無駄な空間がなくなるので、第１の流体室１３における気泡除去対象作動油Ｐ０の乱流が大幅に減少し、また、気泡除去対象作動油Ｐ０の流速の減衰量が小さくなるためであると考えられる。

旋回流形成部１２により形成された気泡除去対象作動油Ｐ０の旋廻流Ｆにより、第１の流体室１３内の放気管１４の開口部周辺に集められた気泡Ｂは、第２の流体室１５側から加わる背圧により放気管１４内に引き込まれ、この気泡Ｂを含む第２の作動油Ｐ２は放気管１４の他端の排出口１４ｂから排出される。

一方、放気管１４により第１の流体室１３内で気泡が除去された第１の作動油Ｐ１は、第２の流体室１５を通って、流出口１５ａから流出される。

図４は、図１及び図２に示した気泡分離除去装置１００を用いた気泡分離除去特性の実験結果例を示すグラフである。

図４に示すグラフにおいて、横軸は、流入口１１から流入された気泡除去対象作動油Ｐ０の流入流量に対する放気管１４からの気泡Ｂを含む第２の作動油Ｐ２の流出流量の比Ｒｖを示し、縦軸は、この気泡分離除去装置１００による気泡除去率Ｅｂを示す。図４に示す実験結果例においては、テーパー壁１６を設けた場合と、テーパー壁１６を設けない場合とで、それぞれ上記比Ｒｖを順次変化させた場合の上記気泡除去率Ｅｂの測定値をプロットした。なお、図４のグラフで黒丸は、テーパー壁１６を設けた場合の気泡除去率Ｅｂの測定値を示し、図４のグラフで白の四角は、テーパー壁１６を設けない場合の気泡除去率Ｅｂの測定値を示す。

図４から明らかなように、この発明の気泡分離除去装置１００においては、テーパー壁１６の存在により、テーパー壁１６がない場合に比較して、気泡Ｂを効率よく放気管１４の開口部周辺に集めることが可能になり、気泡除去率が高くなることが認められる。

図５は、この発明に係わる気泡分離除去装置１００を作成する場合のユニット構成の一例を説明する図である。

この発明に係わる気泡分離除去装置１００は、油圧機械等の作動油からの気泡分離除去に用いられるが、この場合、この気泡分離除去装置１００の内部の清掃を容易にすることが求められている。

次に、この気泡分離除去装置１００において、内部の清掃を容易にすることができるようにしたユニット構成例について説明する。以下に説明するユニット構成例において、図１及び図２に示した流入口１１、旋回流形成部１２、第１の流体室１３を含む部分を第１のユニット１０として形成し、第２の流体室１５を含む部分を第２のユニット２０として形成し、放気管１４を含む部分を第３のユニット３０として形成している。

図５は、この発明に係わる気泡分離除去装置１００のユニット構成の一例を説明する図である。

図５において、図５（Ａ）は、流入口１１、旋回流形成部１２、第１の流体室１３を含む第１のユニット１０を示し、図５（Ｂ）は、その内部構成を示す。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第１のユニット１０は、第２の流体室１５側に第１のフランジ１０ａが形成され、放気管１４側に第２のフランジ１０ｂが形成されている。また、第１のユニット１０の内部には、下流側に向かって漸次径が小となる円錐台形状の内周壁１３ａと、第１の流体室１３内に一端が開口している放気管１４の突出部周縁に形成され、第２の流体室１５に向かって漸次径が小さくなるテーパー壁１６と、内周壁１３ａとテーパー壁１６とに囲まれた第１の流体室１３が形成されるように各ブロックが設けられている。

図５（Ｃ）は、第２の流体室１５を含む第２のユニット２０を示す。この第２のユニット２０には、第１のユニット１０側に第１のフランジ１０ａに整合する第３のフランジ２０ａが形成されている。

図５（Ｄ）は、放気管１４を含む第３のユニット３０を示す。この第３のユニット３０には、第１のユニット１０側に第２のフランジ１０ｂに整合する第４のフランジ３０ａが形成されている。

図５に示した各ユニットを用いて気泡分離除去装置１００を形成する場合は、図６（Ａ）に示すように、第１のユニット１０の第１のフランジ１０ａに第２のユニット２０の第３のフランジ２０ａを突き合わせ、第１のユニット１０の第２のフランジ１０ｂに第３のユニット３０の第４のフランジ３０ａを突き合わせる。

そして、図６（Ｂ）に示すように、第１のユニット１０の第１のフランジ１０ａと第２のユニット２０の第３のフランジ２０ａとの間を、ヘルールクランプ４０ａを用いて接続し、第１のユニット１０の第２のフランジ１０ｂと第３のユニット３０の第４のフランジ３０ａとの間を、ヘルールクランプ４０ｂを用いて接続する。

このように、気泡分離除去装置１００の各構成部分をユニット化し、各ユニットをヘルールクランプ４０ａ及び４０ｂを用いて着脱自在に接続することにより、気泡分離除去装置１００の内部の清掃が容易になる。

例えば、図６（Ｂ）に示す状態の気泡分離除去装置１００において、ヘルールクランプ４０ａ及び４０ｂによる接続を解除すれば、気泡分離除去装置１００の各ユニットを分解することができ、これにより、気泡分離除去装置１００の各ユニットの内部の清掃が容易になる。

また、気泡分離除去装置１００の各ユニットの内部の清掃が終了すると、第１のユニット１０の第１のフランジ１０ａと第２のユニット２０の第３のフランジ２０ａとの突き合わせ、第１のユニット１０の第２のフランジ１０ｂと第３のユニット３０の第４のフランジ３０ａとの突き合わせの後、第１のフランジ１０ａと第３のフランジ２０ａとの間、第２のフランジ１０ｂと第４のフランジ３０ａとの間を、ヘルールクランプ４０ａ、４０ｂを用いてそれぞれ接続することにより、容易に気泡分離除去装置１００を組み立てることができる。

以上がこの発明の代表的な実施形態の一例であるが、本発明は、上記実施例及び図面に示す実施例に限定することなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施できるものである。

たとえば、上記実施例においては、２か所に設けた吐出口１２２から気泡除去対象作動油Ｐ０を第１の流体室１３内に吐出することにより、気泡除去対象作動油Ｐ０の旋回流Ｆを形成するように構成したが、１か所若しくは３か所以上に設けた吐出口から気泡除去対象作動油を第１の流体室内に吐出することにより、気泡除去対象液体の旋回流を形成するように構成してもよい。

また、放気管１４の第１の流体室１３内への突出部周縁に形成されるテーパー壁１６は、第２の流体室１５に向かって漸次径が小さくなるテーパー状の形状を有していればよく、図１及び図２に記載された形状に限定されない。

１１ 流入口
１２ 旋回流形成部
１３ 第１の流体室
１３ａ 内周壁
１４ 放気管
１４ａ 開口部
１４ｂ 排出口
１５ 第２の流体室
１５ａ 流出口
１６ テーパー壁
１０ 第１のユニット
１０ａ 第１のフランジ
１０ｂ 第２のフランジ
２０ 第２のユニット
２０ａ 第３のフランジ
３０ 第３のユニット
３０ａ 第４のフランジ
４０ａ ヘルールクランプ
４０ｂ ヘルールクランプ
１００ 気泡分離除去装置
Ｐ０ 気泡除去対象作動油
Ｐ１ 第１の作動油
Ｐ２ 第２の作動油

Claims (4)

1. 気泡を含む気泡除去対象作動油から気泡を分離除去する気泡分離除去装置であって、
   前記気泡除去対象作動油を流入する流入口と、
   前記流入口から流入された前記気泡除去対象作動油の旋回流を形成する旋回流形成部と、
   前記旋回流形成部で形成された旋回流の下流側に向かって内径が漸次小となる第１の流体室と、
   前記第１の流体室の中心軸上に設けられ、一端が該第１の流体室内に突出して先端が開口する内径が第１の径からなる放気管と、
   前記第１の流体室の下流側に設けられ、内径が前記第１の径より大きい第２の径からなる第２の流体室と、
   前記放気管の前記第１の流体室への突出部周縁に形成され、外径が前記旋回流の下流側に向かって漸次小さくなるテーパー壁と、
   を具備し、
   前記第２の流体室から気泡が除去された第１の油を流出し、前記放気管から気泡を含む第２の油を排出することを特徴とする気泡分離除去装置。
2. 前記旋回流形成部は、
   前記流入口から流入された前記気泡除去対象作動油を流す環流路と、
   前記環流路を流れる前記気泡除去対象作動油を前記第１の流体室の内周壁の少なくとも一か所から接線方向に吐出する吐出口と、
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の気泡分離除去装置。
3. 前記流入口、前記旋回流形成部及び前記第１の流体室を含み、前記第２の流体室側に第１のフランジ、前記放気管側に第２のフランジが形成された第１のユニットと、前記第２の流体室を含み、前記第１のユニット側に前記第１のフランジに整合する第３のフランジが形成された第２のユニットと、前記放気管を含み、前記第１のユニット側に前記第２のフランジに整合する第４のフランジが形成された第３のユニットを有し、
   前記第１のユニットの前記第１のフランジと前記第２のユニットの前記第３のフランジとの間及び前記第１のユニットの前記第２のフランジと前記第３のユニットの前記第４のフランジとの間が着脱自在に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡分離除去装置。
4. 前記第１のユニットの前記第１のフランジと前記第２のユニットの前記第３のフランジとの間及び前記第１のユニットの前記第２のフランジと前記第３のユニットの前記第４のフランジとの間が、ヘルールクランプで接続されていることを特徴とする請求項３に記載の気泡分離除去装置。
   

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