JP6983758B2 - 磁気アレイを有するフィルターエレメント - Google Patents

Description

本発明は、概してフィルターエレメントに関し、具体的には、流体流からの鉄粒子の除去に役立つ磁気アレイを有する、新規で非自明なフィルターエレメントに関する。

油圧部品（ギア、ポンプ、モーター、バルブおよびシリンダーなど）の製造方法では、製造方法で使用される流体を汚染する鉄金属粒子が生成される。これらの鉄粒子は、流体システムの寿命低下につながることがある。現在のＩＳＯ規格は、４ミクロンのレベルまでの粒子の除去を必要とする。４ミクロンまで粒子状汚染物を除去できるフィルターは、高価であり、処理されることが求められる流体流の量を扱うために並列にまたは直列にフィルターエレメントのバンクに結合されなければならないことが多い。製造方法で使用されるオイルを濾過するとき、流体流からの、サブミクロンサイズ汚染物質さえも含む、鉄汚染物質の除去用に磁石が知られている。典型的に、これらの磁気フィルターは、１回限りの費用であり、従来の濾材の上流に配置されることができ、標準的なフィルターの寿命を延ばすのに役立ち、従って作業のコスト全体を減らす。

動作システム（エンジン、トランスミッション、および可動構成機器油圧システムなど）では、鉄系汚染物質が、動作の通常の摩耗および断裂で生成される。典型的に、これらの金属汚染粒子は、比較的硬質であり、システムに摩耗を引き起こすことがある。何度もこれらのシステムは、外の寒冷環境で動作され、これらの微粒子を効果的に吸着するように細かい濾材に入れることは、低温オイルの高粘度からの増加した圧力のために、性能にマイナスの影響を与えることがある。それ故に、使用されるフィルターは、絶対ミクロン率でより高くなる傾向があり、それは、より大きな汚染物質がシステムを流れることを許容し、最終的に部品寿命を低下させることにつながる。磁気フィルターは、標準的なフィルターの寒中バイパス制限なしに、さらに細かい濾過へとオイルの濾過を飛躍的に向上させることができる。

本発明は、磁気アレイを有するフィルターエレメントであり、それは、低サービスコストで流体システムからの、鉄系である、多くの摩耗汚染物質を吸着するように設計されている。フィルターエレメントは、外側円筒形缶および同軸内側ライナーを有し、ライナーと外側缶との間に、または外側缶の周りに、円筒アレイで置かれた実質的にライナーの長さにわたる複数の軸方向磁石を含む。既知のフィルターと対照的に、磁石は、このようにして金属缶の内側に配置され、そのようにして鉄汚染物質をより効果的に吸着する。鉄系汚染物質は、磁石によってライナーに引きつけられ、保持される。磁気フィルターを点検する時、ライナーは、洗浄および再使用されるために取り外される、またはライナーが十分安く作られるならば単に捨てられる。設計は、複数のフィルターが、並列回路で積層されることができ、流れを低速にして汚染物質除去を最大限に高めるように、本質的にモジュールであるべきである。ある装置では、並列システムは、標準的なフィルターの前に置かれ、アブソリュートフィルターとしてもおよびシステムを点検するタイミングのインジケーターとしても作用する。他のバージョンが、交通および輸送で使用されるディーゼルエンジンなどの特定の市場、および他の市場を対象にして、作られ得る。

好ましい実施形態では、スパイラル状バッフルが、フィルターの内側に置かれ、フィルターを通る流体の流路を増加させ、従ってフィルターでの滞留時間も増加させ、より高密度の鉄汚染物質をフィルターの外壁にあるライナーの方に導き、そこは磁場が最も強く、そこは鉄汚染物質の吸着が最も効果的であるスパイラル状流路の利点は、それが、流体流路での制限を取り除く一定の断面積を有することである。あるいは、フィルターの軸に沿って流体の渦流を生じさせるインサートを使用することができる。

別の好ましい実施形態では、磁石は、極性が交互になる対で配置される。あるいは、それらは、交互の極性を有する隣り合う磁石との間隔を置いた関係で配置されてよい。

別の好ましい実施形態では、本発明の複数のフィルターエレメントは、吸着された汚染物質の収容力を高めるように、直列に配置される。あるいは、本発明の複数の磁気フィルターエレメントは、並列アレイで配置されてよく、それは、それぞれのエレメントを流れる流体を低速にし、それによって、鉄汚染物質の吸着のためにより多くの時間を提供するように、それぞれのエレメントでの滞留時間を増加させる。積層および並列アレイは、絶対濾過性能で非鉄汚染物質を捕らえるように、標準的な濾材を有するフィルターと組み合わせられることができる。標準的なフィルターは、クリーニングのために磁気アレイフィルターエレメントをチェックするタイミングを示すように、濾材にわたる圧力差検知を使用することができる。

別の実施形態では、フィルターエレメントの交換を容易にするように、流体をアレイから追い出すために、エアパージを使用することができる。

代替実施形態では、標準的なフィルターエレメントと、本発明の磁気アレイフィルターエレメントとは、２つの並列回路で組み立てられてよく、２つの並列回路の一方の側が、他方の側が動作可能なままで、点検されることができるようになっている。

従って、より効果的な吸着特性を有し、より簡単に点検されることができる、磁気アレイフィルターエレメントを開発することに関心が持たれている。

本発明のフィルターエレメントの断面図であり、渦を流体流に生じさせるインサートが使用されている。 図１の実施形態の分解図である。 本発明のフィルターエレメントの斜視図であり、スパイラル状インサートが、フィルターエレメントの内側でスパイラルフローパターンで流体を導くのに使用される。 図３の実施形態の分解図である。 図３の実施形態の断面図である。 図６ａは、本発明のフィルターエレメントの磁石の代替配置であり、図６ｂは、本発明のフィルターエレメントの磁石の代替配置である。 本発明のフィルターのフィルターの代替実施形態の側面図である。 図７ａのフィルターの断面図である。 図７ａのフィルターの部分分解図であり、フィルターの内部を示すために外圧壁が取り除かれている。

概して１０で、図１および２に示されているのは、本発明のフィルターエレメントの好ましい実施形態である。フィルターエレメント１０は、円筒形フィルターハウジング１２を含み、円筒形フィルターハウジング１２には、天板１４および底板１６が取り付けられている。非鉄ライナー１８は、ハウジング１２の内側にぴったりと合って収容されている。インサート２０は、天板１４から軸方向にハウジング１２の下方に延び、底板１６の上で終端する。インサート２０は、中央戻り管２２を含む。流体は、天板１４にあるポート２４を通ってフィルターエレメント１０に導かれ、戻り管２２を介してフィルターエレメント１０の外部に戻される。インサート２０は、好ましくは、複数の径方向に延びるプレート２６を有し、そのプレート２６は、フィルターエレメント１０の内側で流体にフローパターンを導入するように作用する。フィルターハウジング１２の外部を取り囲むのは、磁石２８の複数の環状リングであり、それは、流体中に存在する鉄汚染物質を引きつけるように作用し、そこでは、それらがライナー１８に保持される。

ある実施形態では、フィルターエレメント１０の濾過効率を高めるように、フィルターエレメント１０の内側で流体の所定のフローパターンを生じさせることが、望ましい。例えば、長手方向軸の周りで流体に渦を生じさせることは、フィルターエレメント１０の内側で流体の滞留時間を増加させ、また求心力を引き起こし、その求心力は、より高密度の鉄汚染物質をライナー１８および磁石２８のアレイの方に付勢する。渦は、渦流を保持するのに役立つプレート２６の形状および配置を選択することによって、およびポート２４の角度によって、引き起こされることができる。

概して１１０で、図３および４に示されているのは、本発明のフィルターエレメントの代替実施形態である。フィルターエレメント１１０は、円筒形フィルターハウジング１１２を含み、円筒形フィルターハウジング１１２には、天板１１４および底板１１６が取り付けられている。非鉄ライナー１１８は、ハウジング１１２の内側にぴったりと合って収容されている。インサート１２０は、天板１１４から軸方向にハウジング１１２の下方に延び、底板１１６の上で終端する。インサート１２０は、中央戻り管１２２を含む。流体は、天板１１４にあるポート１２４を通ってフィルターエレメント１１０に導かれ、戻り管１２２を介してフィルターエレメント１１０の外部に戻される。インサート１２０は、フィルターエレメント１１０の内側で流体にスパイラルフローパターンを生じさせるヘリカルフライト１２６を有する。フィルターハウジング１１２の外部を取り囲むのは、磁石１２８の複数の環状リングであり、それは、流体中に存在する鉄汚染物質を引きつけるように作用し、そこでは、それらがライナー１１８に保持される。ヘリカルフライト１２６は、フィルターエレメント１１０の内側で流体の滞留時間を増加させるように作用し、求心力を作り出し、その求心力は、より高密度の鉄汚染物質をライナー１１８および磁石１２８のアレイの付近に付勢する。

さらに好ましい実施形態が、概して２１０で図５に示されている。それは、個々の磁石１３０を含む磁気アレイ２２８が、フィルターハウジング１１２の内側に、しかし非鉄ライナー１１８の外側に、置かれていることを除けば、フィルターエレメント１１０と類似している。フィルターハウジング１１２の内側に磁気アレイ２２８を置くことによって、フィルターハウジング１１２のシールド効果が除去され、鉄汚染物質の捕捉が向上する。必要に応じて、複数の開口が、圧力がライナー１１８の両側で等しくなることができるように、好ましくは磁石１３０の領域にではなく、ライナー１１８に作られることができる。

個々の磁石１３０は、少なくとも２つの異なる方法で配置されることができる。磁石は、図６ａに示されるように、および米国特許第７，６６２，２８２号（それはこの参照によりその全体が本明細書に組み込まれる）に記載されたものと同様に、交互の極性の隣り合う対で、または、図６ｂに示されるように、交互の磁石が反対の極性を有して互いから間隔を置いた個々の磁石として、配置されることができる。

ある用途では、ポートを底板１６，１１６に設けることが好ましく、それを通って圧縮ガスがフィルターハウジング１２，１１２に導かれることができ、フィルター１０，１１０から流体を追い出すのに役立つ。

代替実施形態が、図７ａ‐７ｃに示され、フィルターは、概して２１０で示されている。フィルター２１０は、フィルターハウジングまたは圧力容器壁２１２を含み、それに天板２１４および底板２１６が取り付けられている。非鉄ライナー２１８は、ハウジング２１２の内側にぴったりと合って収容されている。インサート２２０は、中央の閉じたスペーサー管２２２を含み、その周りに垂直に間隔を空けて積み重なる関係で配置されているのは、複数のスペーサープレート２２４である。それぞれのスペーサープレート２２４は、図７ｃに２２６で示すように、部分的環状形状であり、材料のそうでなければ環状部品の部分が、除去されている。除去された部分２２６の配置は、奇数のスペーサープレート２２４のフィルター２１０の一方の側から、偶数のスペーサープレート２２４のフィルター２１０の反対の側へと、交互になる。

濾過されるオイルは、入口２３０でフィルター２１０に導入され、出口２３２でフィルター２１０から取り除かれる。フィルター２１０の内側のオイルの経路は、積み重ねられたスペーサープレート２２４の除去された部分２２６の配置によって決定される。除去された部分２２６は、記載されたようにフィルター２１０の側面で交互になるので、オイルは、フィルター２１０の一方の側から他方の側へと、それが各スペーサープレート２２４に入るように、進むようにされる。フィルター２１０を通るオイルの経路は、このようにして、それがフィルター２１０の周縁の近くで費やす滞留時間とともに増加する。オイルは、このようにして、フィルター１０のスパイラル状流路と対照的に、ステップフロー経路を有し、他の実施形態で記載されたものと類似している一連の磁気アレイ２２８が、フィルターハウジング２１２の外側に配置され、非鉄ライナー２１８に鉄汚染物質を吸着するのに役立つ。実施形態のフィルター２１０の利点は、積み重ねられたスペーサープレートが、例えば、レーザー切断によって、容易に安価に製造可能であることである。

前述の説明および図面は、本発明の実施形態を含む。前述の実施形態および本明細書に記載された方法は、当業者の能力、経験、および嗜好に基づいて、変わり得る。ある順序で単に列挙した方法のステップは、方法のステップの順序の限定ではない。前述の説明および図面は、発明を単に説明および解説するにすぎず、発明は、請求項がそのように限定されない限り、それに限定されない。開示を前にした当業者は、発明の範囲から逸脱することなく、それに改良および変化を加えることができる。

Claims (17)

1. フィルターであって、
   （ａ）細長い管腔を画定する円筒形フィルターハウジングであって、前記細長い管腔は、第１端と、第２端と、中央部と、を備える、円筒形フィルターハウジングと、
   （ｂ）単一の取り外し可能な非鉄ライナーであって、前記細長い管腔内に配置され、前記円筒形フィルターハウジングと前記第１端と前記第２端との間で同軸に延びる、単一の取り外し可能な非鉄ライナーと、
   （ｃ）前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーの外側で間隔を置いて長手方向に延びる複数の磁石と、
   （ｄ）前記フィルターの内側で流体を方向性のある流れにするための前記ライナーの内側に配置されたインサートであって、前記インサートは、
   （ｉ）前記円筒形フィルターハウジングの内側で流体にスパイラルフローパターンを生じさせるように構成および配置されたヘリカルフライトと、
   （ｉｉ）濾過された流体を前記フィルターの外側に導くための軸方向戻り管と、
   を備える、インサートと、
   を備え、
   前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーは、鉄粒子を捕らえて流体から鉄粒子を除去するように構成および配置される、フィルター。
2. 請求項１に記載のフィルターであって、前記複数の磁石は、前記円筒形フィルターハウジングの外側に置かれる、フィルター。
3. 請求項１に記載のフィルターであって、前記複数の磁石は、前記円筒形フィルターハウジングの内側に置かれる、フィルター。
4. 請求項１に記載のフィルターであって、前記複数の磁石は、円筒アレイで配置される、フィルター。
5. 請求項４に記載のフィルターであって、複数の前記円筒アレイは、前記円筒形ハウジングの前記第１端と前記第２端との間で積まれる、フィルター。
6. 請求項１に記載のフィルターであって、前記複数の磁石は、交互の極性の隣り合う対で配置される、フィルター。
7. 請求項１に記載のフィルターであって、前記フィルターハウジングは、流体流入が前記細長い管腔の中心から離れて生じ、流体流出が前記細長い管腔の中心から生じるように、構成される、フィルター。
8. フィルターであって、
   （ａ）フィルターハウジングであって、第１端と、第２端と、中央部と、を有する細長い管腔を画定する、フィルターハウジングと、
   （ｂ）単一の取り外し可能な非鉄ライナーであって、前記細長い管腔内に配置され、前記第１端と前記第２端との間で延びる、単一の取り外し可能な非鉄ライナーと、
   （ｃ）前記ハウジングの内側でおよび前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーの外側で間隔を置いて長手方向に延びる複数の磁石と、
   （ｄ）前記フィルターの内側で流体を方向性のある流れにするための前記ライナーの内側に配置されたインサートと、
   を備え、
   前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーは、流体から鉄粒子を捕らえて除去するように構成および配置され、前記フィルターは、流体が前記フィルターをスパイラルパターンで通るように構成および配置され、前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーは、前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーが前記フィルターハウジングから取り外され得るように構成および配置される、フィルター。
9. 請求項８に記載のフィルターであって、スパイラル状フライトをさらに備える、フィルター。
10. フィルターであって、
    （ａ）フィルターハウジングであって、
    （ｉ）天板と、
    （ｉｉ）底板と、
    （ｉｉｉ）円筒形本体と、
    を備えるフィルターハウジングと、
    （ｂ）前記ハウジングの内側に配置される単一の取り外し可能な非鉄ライナーと、
    （ｃ）インサートであって、
    （ｉ）戻り管と、
    （ｉｉ）バッフルと、
    を備えるインサートと、
    （ｄ）磁気アレイと、
    を備え、
    前記バッフルは、フローパターンを流体に与え、前記磁気アレイは、流体内の鉄粒子を引きつけ、鉄粒子を前記ライナーに保持する、フィルター。
11. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記磁気アレイは、前記フィルターの内側に、および前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーの外側に、配置される、フィルター。
12. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーは、前記フィルターハウジングから取り外されることができ、続いて前記フィルターハウジング内に戻されることができる、フィルター。
13. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記単一の取り外し可能な非鉄ライナーは、前記フィルターハウジングから取り外されることができ、前記フィルターが点検されるときに第２の単一の取り外し可能な非鉄ライナーが前記フィルターハウジング内に置かれる、フィルター。
14. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記フローパターンは渦である、フィルター。
15. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記バッフルは、複数の径方向に延びる環状スペーサープレートを備える、フィルター。
16. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記磁気アレイは環状リングを備える、フィルター。
17. 請求項１０に記載のフィルターであって、前記底板は、圧縮ガスが前記フィルターハウジングに入ることができるように構成および配置されるポートを、さらに備える、フィルター。

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