JP2012139681A - ガスから液体を分離する配置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的小さな規模の容器においても、効率的に空気からオイルを分離できる配置を提供する。
【解決手段】ガス吸入口３と、ガス吐出口４と、該ガス吸入口３と該ガス吐出口４との間の流れ経路に配置された分離エレメント５、特に空気・オイル分離エレメントとを含む容器２をそなえ、該ガス吸入口３と該分離エレメント５との間にスパイラル分離器６が配置され、該スパイラル分離器６により容器２が上部空間１７と下部空間１６とに分割されることを特徴とする配置１に関する。該構成によって、コンパクトに設計された前記配置１が実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス（気体）から液体を分離する配置に関し、該配置は、ガス吸入口及びガス吐出口と、さらに分離エレメント、特にガス吸入口とガス吐出口の間に配置された空気・オイル分離エレメントとを含む容器（蓄圧器）をそなえる。

上記のような配置は、例えば特許文献１（ＥＰ１ ８４４ ８４０ Ａ２）により公知であり、該配置は水及び／あるいはオイルを空気から分離する目的のために用いられる。特許文献１は、前段分離器、主分離器及び後段分離器により構成された分離エレメントあるいは空気・オイル分離エレメントを開示しており、該分離エレメントは蓄圧器に挿入可能である。該蓄圧器は螺合可能なカバーと、ボディー（本体）と、さらに空気吸入口及び空気吐出口とをそなえる。さらに、該蓄圧器は該蓄圧器の測地学的（重力方向）下端部に、オイルサンプ及びオイル吐出口をそなえる。該蓄圧器は、典型的には鋼鉄製である。基本的には、技術的応用のためのガスが、液体あるいは液滴によりどのように汚染されるかという点については、複数の可能性が存在する。例えば、ガスが液体中を通過すると、あるいはガスが液体上へと導かれると、機械的に液滴が運び去られる。さらに、ガス流における凝縮工程を通じても、液滴が生じる。すなわち、空気圧縮システムにおいて圧縮空気が生じると、温度は約２００℃に達し、該高温により、オイルの一部、例えばスクリュー圧縮機に導入されたオイルが気化する。続いて冷却工程を経ることにより、オイル蒸気は滴状及び霧状に凝縮される。

したがって、上記したような配置は、例えばスクリュー圧縮機のような圧縮機及びアキュムレータを含む特定の空気圧縮システムに用いられる。この場合該配置は、圧縮機内での圧縮によりオイル汚染された空気からオイルを除去する目的のために用いられる。除去されたオイルは、その後圧縮機の密閉、冷却及び潤滑のために利用される。

圧縮工程においてオイルで汚染された空気を技術的に活用するために、ＥＰ１ ８４４ ８４０ Ａ２に記載の空気・オイル分離エレメントを内蔵した蓄圧器は、典型的には空気が空気圧縮システムのアキュムレータに流入する前の上流位置に配置される。オイルを含んだ圧縮空気は、蓄圧器の下部領域に配置された接線吸入口を介して該蓄圧器に流入し、空気吸入口の上部に配置された、前段分離器、主分離器及び後段分離器により構成された空気・オイル分離エレメントを通過する。そして、該圧縮空気は浄化された状態で、空気吐出口を通じて蓄圧器から排出される。例えば空気・オイル分離エレメントの前段分離器によって空気から分離された油は、重力の働きにより、蓄圧器の測地学的下端部に位置するオイルサンプあるいは捕集タンクへと落下する。

しかしながら、蓄圧器におけるガスから液体を分離するための公知の配置は、空気吸入口を通じて蓄圧器に流入する汚染空気が、空気・オイル分離エレメントへと流入する過程において、オイルサンプあるいは捕集タンク内のオイルを渦流及び／あるいは泡立ててしまうという好ましくない効果をともなう。この効果により、分離済のオイルが再びガス流によって運び去られ（再分散され）、分離効率が低下する。汚染空気が蓄圧器に対して接線方向に流入すると、オイルサンプ内のオイルが旋回されて泡立ちやすくなるため、上記のようなオイルサンプ内のオイルの渦流あるいは泡立て効果は、汚染空気が蓄圧器に対して接線方向に流入する場合には特に強まる。

こうした好ましくない効果を避けるために、従来の容器は軸方向あるいは垂直方向長さが比較的大きくなるように形成されており、該形成により、オイルを含んだ空気が流入時に容器の捕集タンク内のオイルに対して与える衝撃を、比較的低いレベルに抑えることが出来る。しかしながら、このような規模の大きい容器は、材料費の観点などから別のデメリットをともなう。

ＥＰ１ ８４４ ８４０ Ａ２

したがって本発明は、ガスから液体を分離する配置を提供することにより、比較的小さな規模の容器においても、効率的に空気からオイルを分離することを目的とする。

この目的は、前述の配置によって達成される。該配置は、スパイラル分離器がガス吸入口と分離エレメント、特に空気・オイル分離エレメントとの間に配置され、さらに該スパイラル分離器によって容器が上部空間及び下部空間に分割されていることを特徴とする。

本発明によると、スパイラル分離器がガス吸入口と分離エレメントあるいは空気・ガス分離エレメントとの間に配置されることにより、容器は上部空間と下部空間とに分離される。したがって、被浄化空気が空気吸入口を通じて一旦容器内に流入すると、該空気はスパイラル分離器を通じて空気・オイル分離エレメントへと導かれる。さらに、分離されたオイルを捕集する捕集タンクの上部にある下部空間内の空気もまた、同様にスパイラル分離器を通じてのみ上部空間へ到達することが出来る。結果として、再分散されたオイルあるいは再分散された液体は、再びスパイラル分離器により必要に応じて分離可能である。さらに、例えば圧縮機、特にスクリュー圧縮機により汚染され、スパイラル分離器内に直接流入したオイルも同様に分離可能である。

上記に加え、本発明の配置における構造により、オイルの渦流を防ぎつつ、よりコンパクトな、特により短形状の容器が製造可能となる。さらに、渦流した液体が上部にある空気・オイル分離エレメントへと到達する危険性がないため、分離済オイルを捕集する捕集タンク上部の領域をより短形状に形成することが出来る。

本発明によるガスから液体を分離する配置は、空気からのオイル分離にのみに限定されるものではない。空気・オイル分離エレメントの代わりに、様々なガスからあらゆる液体を分離するエレメントを提供することも可能である。例えば、本発明による配置は空気あるいは他のガス若しくはガス混合体から水を分離する目的にも適している。

配置にかかる好ましい実施形態において、スパイラル分離器は、ガス入口及びガス出口をそなえ、該ガス入口は下部空間と、該ガス出口は上部空間と連通する。ガス入口が下部空間と連通していることにより、スパイラル分離器にガスが流入する際に、有利な流れガイドを提供することが出来る。結果として、スパイラル分離器を通じてのみ、ガスは下部空間から上部空間へと流入可能となる。

上記実施形態をさらに発展させると、スパイラル分離器のガス入口は、容器のガス吸入口と同じ位置あるいは該ガス吸入口の直後に配置される。この配置により、容器のガス吸入口より吸入された被浄化ガス流を、おおよそ完全にスパイラル分離器に流入させ、該スパイラル分離器を通過した後の該ガス流をさらに空気・オイル分離エレメントへと流入させることが出来る。したがって、捕集タンク上部に位置する下部空間の領域に、ガス流の大部分が流入することはなく、その結果捕集タンク内に捕集された液体が渦流及び旋回されることもない。この場合、吸入されたガス流は、容器の下部空間に対して特に接線方向に流入し、スパイラル分離器は、該スパイラル分離器にガス流が流入する際にも該接線流入方向がほぼ変わらず維持されるように配置される。

上記工夫によって、下部空間の測地学的（重力方向）底部に配置された捕集タンク内に捕集された液体を渦流、発泡あるいは旋回させることなく、被浄化ガスをスパイラル分離器を通じて空気・オイル分離エレメントへと流入させることが出来る。

上記実施形態をさらに発展させると、スパイラル分離器のガス出口は、空気・オイル分離エレメントの測地学的（重力方向）下部に、特に空気・オイル分離エレメントにおける前段分離器直下に配置される。該配置により、スパイラル分離器のガス出口と、空気・オイル分離エレメントあるいは前段分離器との間の間隙を好ましくは最小限に抑えることが出来る。このことにより、本発明の配置の全長を短く形成することが可能となる。本発展させた実施形態は、スパイラル分離器のガス出口から、前段分離器までの最大距離が、ガス出口の直径を超えないことを同時に意味する。スパイラル分離器は、空気・オイル分離エレメントに、特に該空気・オイル分離エレメントの前段分離器に取り付け可能なように構成可能である。該構成により、流れガイドの観点から好ましい場合には、必要に応じてスパイラル分離器のガス出口と空気・オイル分離エレメントとの間に垂直方向により大きな距離を提供することが出来る。

上記配置の別の好ましい実施形態は、スパイラル分離器にスパイラル形状の流路を１つのみ設けることを特徴とする。この種のスパイラル形状の流路は、必然的に規定された、永続的な、特に定数的（周方向に沿って繰り返し定変化する）なガス流入方向における変化をともなうため、特に効率的に分離を行うことが出来る。螺旋形状は実質的には平面状に延在するように形成される。

上記実施形態に対し、流路を任意的にサイクロン形状に形成することも可能である。その場合、個々の粒子の進路は、特に体積流量及び粒子量に依存する。

上記実施形態のさらなる発展形においては、有効流断面は略一定である。したがって、ガスがスパイラル分離器に流入する際に、ガスの圧縮及び膨張のいずれも生じず、結果としてスパイラル分離器の流れ抵抗は小さなものとなる。

さらなる発展形においては、スパイラル分離器はアルキメデス螺旋形状として形成され、すなわち螺旋壁がアルキメデス螺旋に沿って広がり、該螺旋の半径は回転角に比例して増加する。いわゆるアルキメデス螺旋は一定幅の流路を有しており、したがって該アルキメデス螺旋形状に基づくスパイラル分離器もまた、通常一定の流断面を有する。

上記実施形態の文脈においては、有効流断面は、断面の形状に大きくは影響されることなく、流路の断面と等しくなる。通常、本発明のスパイラル分離器の流断面は正方形、長方形あるいは台形の断面を有し、同時にこれらの形状を混合した形状に形成することも可能である。

さらなる発展形においては、前記螺旋は外側から内側に向かって断面積が増大するように構成され、該構成によって流速を下降させることが出来る。したがって、次第に小さくなる半径により生じた流れにおける偏差の増加を、必要に応じて（偏差増加分の流路面積を変更することにより）特に部分的に補正することが出来る。

別のさらなる発展形においては、スパイラル分離器の流路における渦巻の数は１〜４であり、さらに限定すると２〜４である。本実施形態によると、例えばスパイラル分離器内の空気からオイルを、特に効率的に分離することが可能となる。この場合、スパイラル分離器の直径は、流路の幅の例えば約４〜６倍である。この場合の直径とは、スパイラル分離器の外径を指し、該外径とはすなわちスパイラル分離器の中心を挟んで、最端部に位置する流路の外壁間における最大寸法を指す。また、この場合の流路の幅とは、スパイラル分離器における隣接する壁（流路壁）間の（半径方向）距離を指す。

別のさらなる発展形においては、ガス入口は半径方向外側に形成され、ガス出口は中心部かつ該ガス入口の測地学的上部に形成される。この結果、容器内の被浄化ガスは、有利には外側から内側へ、底部から頂部へと流れる。したがって、捕集タンク内の液体がスパイラル分離器を通じて容器の上部空間へと流入することはない。

別のさらなる発展形においては、スパイラル分離器が好ましくは中心部（かつ測地学的（重力方向）底部）に配置された液体排出管、特にオイル排出管をそなえることを特徴とする。スパイラル分離器により分離された液体は該液体排出管、特にオイル排出管を通じて容易に排出される。典型的には、この種の液体排出管は容器の捕集タンクの上部に配置され、該配置により分離された液体が、容易に捕集タンクへと流入あるいは滴下する。

さらに、別の好ましい発展形においては、スパイラル分離器はじょうご形状の底壁をそなえる。該じょうご形状の底壁により、スパイラル分離器で分離された液体はじょうご形状の先端領域に捕集される。前記液体排出管、特にオイル排出管は、該じょうご形状の先端領域に配置される。ここで、液体（オイル）は液体排出管を通じて捕集タンクへと排出される。じょうご形状の底壁は、典型的には、該じょうご形状の先端が測地学的（重力方向）下端部に位置するように構成される。

別のさらなる発展形においては、液体排出管、特にオイル排出管はバルブをそなえる。該バルブは、捕集タンク内に捕集された液体あるいはオイルが液体排出管を通じてスパイラル分離器へと流入するのを防ぐ。該流入が防がれるのは、液レベルが過度に高い場合、あるいは下部空間における液体が泡立った場合である。該バルブはまた、ガスあるいは空気が液体排出管を通じてスパイラル分離器へ流入することも防ぐ。

最後に、別の好ましい実施形態においては、スパイラル分離器は、容器を上部空間及び下部空間に分割するカバープレートをそなえる。カバープレートは容器壁と密接に連結し、ガス出口の領域においてガスのみを流過させるため、容器の上部空間と下部空間とを明確に分割することが出来る。

別の実施形態においては、スパイラル分離器は該スパイラル分離器の外面に、下部空間における渦流発生を防ぐための少なくとも１の流れガイド部材をそなえる。該流れガイド部材は、例えば柵状に形成され、例えばスパイラル分離器の全長（壁高）より軸方向に長く延長し）、かつスパイラル分離器の外壁から発して半径方向に容器の内壁にまで（ほぼ）到達するように延長する。容器内へガスを流入させるガス吸入口は、典型的には該流れガイド部材と、スパイラル分離器のガス入口との外周方向間に配置される。

本発明における他の特徴及び利点は、後述の実施形態の説明部分、本発明の主要な詳細を示す添付の図面及び特許請求の範囲により明らかにされる。個々の特徴は単体で実施可能であり、あるいは本発明の変形例として該複数の特徴を組み合わせることが出来る。

複数の実施形態の例は、概略図に示され、さらに以下の詳細によって説明される。
スパイラル分離器を用いてガスから液体を分離するための本発明の配置を示す縦断面図である。 図１に示すスパイラル分離器の斜視図である。 図１及び図２に示すスパイラル分離器にカバー前段パートを取り付けた状態を示す。 本発明の配置にスパイラル分離器を挿入した状態における下部断面図である。

ガスから液体を分離するための配置１における縦断面図を図１に示す。配置１は、ガス吸入口３及びガス吐出口４を有する容器（蓄圧器）２と、該容器２及びスパイラル分離器６内に配置された空気・オイル分離エレメントとして形成された分離エレメントとをそなえる。容器２の測地学的（重力方向）下端部（図１においては底部）かつ該容器２の内部には、分離後の液体、すなわちこの場合においてはオイルのための捕集タンク７と、オイル排出管８が配置される。容器２の測地学的（重力方向）上端部には、カバー９によって閉鎖可能な開口１０が設けられ、該開口１０を通じて空気・オイル分離エレメント５が容器２内に挿入され、また空気・オイル分離エレメント５は該開口１０を通じて必要に応じて交換される。

空気・オイル分離エレメント５は前段分離器１１と、主分離器１２及び後段分離器１３をそなえる。図１における前段分離器１１は、インライン式サイクロンとして構成される。主分離器１２は、支持筒１４と、該支持筒１４を囲繞するフリース１５とをそなえる。空気・オイル分離エレメント５においては、インライン式サイクロンは後段分離器１３としても設置される。前段分離器１１、主分離器１２及び後段分離器１３の別の形態としては、例えば前述の特許文献１（ＥＰ１ ８４４ ８４０ Ａ２）に記載のように該３つの分離器を使用することが出来る。当然のことながら、前段分離器あるいは後段分離器を省略することも出来る。

スパイラル分離器６は、容器２のガス吸入口３及び空気・オイル分離エレメント５との間に配置される。容器２はスパイラル分離器６によって下部空間１６及び上部空間１７に分割されている。ガス吸入口３は下部空間１６と連通しており、空気・オイル分離エレメント５は上部空間１７内に設置されている。上部空間１７と下部空間１６との間は、カバープレート１８による密閉、特にシールリング３０による密閉により分離されており、該カバープレート１８はスパイラル分離器６の上側に配置される。

典型的には、容器２は圧縮機（不図示）、特にスクリュー圧縮機及びアキュムレータ（不図示）との組み合わせにより使用される。空気圧縮システムは圧縮機と、容器２と、アキュムレータとをそなえ、該システムは一般的には以下のように機能する。第一に、圧縮機により吸入された空気はその後圧縮される。該過程において、空気は通常圧縮機からのオイルによって汚染される。該汚染空気がアキュムレータに到達する前に、容器（蓄圧器）２内でオイルが汚染空気から分離される。

オイル分離のために、汚染空気はまずガス吸入口３を通じて容器２の下部空間１６に流入する。スパイラル分離器６のガス入口１９が、容器２のガス吸入口３の近傍に配置されているため、汚染空気のほぼ全てがスパイラル分離器６へと流入する。この場合、ガス吸入口３により接線方向（外周方向）のガス流入が生じ、スパイラル分離器６のガス入口１９は、ガスがスパイラル分離器６に流入する際にも、該ガス流れの流入方向が実質的に変化しないように配置される。該構成により、汚染空気流のごく一部のみが下部空間１６の残りの場所に流入する。

スパイラル分離器６に流入する空気は、該スパイラル分離器６のスパイラル形状の流路内を、外側から内側へと通過した後、スパイラル分離器６の中心部に配置されたガス出口２０の位置を経て、空気・オイル分離エレメント５に向かって上方向に流れる。ガス出口２０はガス入口１９よりも測地学的（重力方向）に高い位置に配置される。本実施形態においては、該ガス出口２０は空気・オイル分離エレメント５の前段分離器１１の直下に配置される。

空気流は、スパイラル分離器６を通過する際に、湾曲したスパイラル状流路に沿って常に流入方向を変化させる。汚染空気に含まれる液滴あるいはオイル滴は、空気よりも動きが遅く、スパイラル分離器６の内壁に対して継続的に衝突することにより、空気に含まれるオイルの一部が次第に分離される。スパイラル分離器６の底側、特に該スパイラル分離器６の底壁２１は、じょうご形状に形成されることにより、分離されたオイルが夫々の流路２２における最下部に捕集され、その後スパイラル分離器６におけるじょうご形状の先端に向かって流れる。スパイラル分離器６内で分離されたオイルを排出するための液体排出管２３は、じょうご形状の先端に形成される。空気及び／またはオイルが下部空間１６を通過してスパイラル分離器６へと流入するのを防ぐために、液体排出管２３にバルブ２４が設けられる。スパイラル分離器６における該（独自の）流路２２は、該流路２２の全長にわたって一定の断面を有する。

スパイラル分離器６のガス出口２０を経た部分的に浄化された空気は、空気・オイル分離エレメント５の前段分離器１１、主分離器１２及び後段分離器１３を通過する過程において、液滴あるいはオイル滴が除去されて完全に清浄化される。最後に浄化された空気は、矢印で示すように容器２のガス吐出口４を通じて、アキュムレータ（不図示）に到達する。

図１に示すスパイラル分離器６の斜視図を図２に示す。図２の右側に、スパイラル分離器６へのガス入口１９が図示されている。スパイラル分離器６の外壁２５上には、外周方向約６０°オフセットした柵２６が形成され、スパイラル分離器６が容器２に搭載された際に（図１参照）、該柵２６により下部空間１６内の空気あるいは液体流の旋回が防がれる。結果として、捕集タンク７内のオイルの渦流、発泡及び再分散がより困難になる。

本実施形態においては、スパイラル分離器６は約１．５周の渦巻（ここでの渦巻とは、流路２２を３６０°完全に一回転させる１周回をさす）を有し、該渦巻の数は典型的には１〜４周の範囲内である。スパイラル分離器６は直径Ｄを有し、流路２２は幅Ｂを有し、Ｄ／Ｂの比率は、例えば約４〜６の範囲内である。

図１及び図２に示すスパイラル分離器６にカバープレート１８を取り付けた状態を図３に示す。カバープレート１８の中心には、スパイラル分離器６のガス出口２０が、開口状に形成される。カバープレート１８の外周には、シールリング３０を受容する溝２７が形成される。シールリング３０をカバープレート１８に挿入することにより、容器２を下部空間１６と上部空間１７とにガス密に分割することが出来る。すなわち、ガスは下部空間１６から上部空間１７へと、ガス出口２０を通じてのみ流入する。

スパイラル分離器６を挿入した状態の、容器２８の下部領域における断面図を図４に示す。スパイラル分離器６のガス入口１９は、容器２８のガス吸入口３の直後に配置される。さらに、図４はスパイラル分離器６のじょうご（濾斗状）形状の底壁２１と、該じょうご（濾斗状）形状の先端の位置に配置された液体排出管２３とを示す。

Claims (13)

1. ガスから液体を分離するための配置（１）であって、
   該配置は、
   ガス吸入口（３）と、ガス吐出口（４）と、該ガス吸入口（３）と該ガス吐出口（４）との間の流れ経路に配置された分離エレメント（５）、特に空気・オイル分離エレメントとを含む容器（２、２８）をそなえ、
   該ガス吸入口（３）と該分離エレメント（５）との間にスパイラル分離器（６）が配置され、該スパイラル分離器（６）により容器（２、２８）が上部空間（１７）と下部空間（１８）とに分割されることを特徴とする配置（１）。
2. 前記スパイラル分離器（６）がガス入口（１９）と、ガス出口（２０）とを含み、該ガス入口（１９）は前記下部空間（１６）と連通し、該ガス出口（２０）は前記上部空間（１７）と連通することを特徴とする請求項１に記載の配置（１）。
3. 前記スパイラル分離器（６）の前記ガス入口（１９）が、前記容器（２）の前記ガス吸入口（３）の直上流に配置されることを特徴とする請求項２に記載の配置（１）。
4. 前記スパイラル分離器（６）の前記ガス出口（２０）が、前記空気・オイル分離エレメント（５）の測地学的下部に、特に該空気・オイル分離エレメント（５）の前段分離器（１１）の直下に配置されることを特徴とする請求項２あるいは３のいずれか１に記載の配置（１）。
5. 前記スパイラル分離器（６）がスパイラル形状の流路（２２）を１つのみそなえることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の配置（１）。
6. 前記流路（２２）の有効流断面は略一定であることを特徴とする請求項５に記載の配置（１）。
7. 前記スパイラル分離器（６）の渦巻数は１〜４周であることを特徴とする請求項５あるいは６のいずれか１に記載の配置（１）。
8. 前記ガス入口（１９）が半径方向外側に形成され、前記ガス出口（２０）が中心部かつ該ガス入口（１９）の測地学的上部に形成されることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１に記載の配置（１）。
9. 前記スパイラル分離器（６）は液体排出管（２３）、特に好ましくは中心部に配置されたオイル排出管をそなえることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の配置（１）。
10. 前記スパイラル分離器（６）はじょうご形状の底壁（２１）をそなえることを特徴とする請求項９に記載の配置（１）。
11. 前記液体排出管（２３）、特にオイル排出管はバルブ（２４）をそなえることを特徴とする請求項９あるいは１０のいずれか１に記載の配置（１）。
12. 前記スパイラル分離器（６）は、前記容器（２）を前記上部空間（１７）及び前記下部空間（１６）とに分割するカバープレート（１８）をそなえることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１に記載の配置（１）。
13. 前記スパイラル分離器（６）は該スパイラル分離器（６）の外壁（２５）上に、前記下部空間内で渦流が形成されるのを防ぐ少なくとも１の流れガイド部材（２６）をそなえることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１に記載の配置（１）。

Images