JP2019122902A - 気液分離器 - Google Patents

Abstract

【課題】混合流体から液体を効率良く分離する。
【解決手段】気液分離器１００は、混合空気が流通する流通管１と、流通管１を流通する混合空気が通過可能であると共に、通過する流体に含まれる水を捕捉する、デミスタ４の中央部４２と、中央部４２の外側に配置され、中央部４２に捕捉された水が排出される排出孔６５及び排出路８１とを備えている。
【選択図】図３

Description

ここに開示された技術は、気体と液体とを分離する気液分離器に関する。

例えば、特許文献１には、熱交換器に設けられた気液分離器が開示されている。この気液分離器は、複数の衝突偏向板と複数の旋回羽根部材とを有している。気液が混合された混合流体は、衝突偏向板に衝突することによって気液が分離される。さらに、混合流体は、旋回羽根部材に衝突することによって旋回流となり、衝突偏向板にさらに衝突して気液が分離される。

特開平１０−１７６８８９号公報

ところで、前述のような気液分離器では、混合流体と複数の衝突偏向板等との衝突により混合流体から分離された液体は、混合流体の流路を形成する大気開放管の内周面を伝って滴下していく。つまり、分離された液体は、衝突偏向板へ流入する混合流体に晒されることになり、混合流体に巻き込まれて、再び混合される虞もある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、混合流体から液体を効率良く分離することにある。

ここに開示された気液分離器は、流体が流通する流通管と、前記流通管を流通する流体が通過可能であると共に、通過する流体に含まれる液体を捕捉する捕捉部と、前記捕捉部の外側に配置され、前記捕捉部に捕捉された液体が排出される第１排出部とを備えている。

前記気液分離器によれば、混合流体から液体を効率良く分離することができる。

図１は、気液分離器の正面図である。 図２は、図１のII−II線における気液分離器の断面図である。 図３は、図１のII−II線において切断した場合の気液分離器の斜視図である。 図４は、連結板の平面図である。 図５は、デミスタの平面図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、気液分離器１００の正面図である。図２は、図１のII−II線における気液分離器１００の断面図である。図３は、図１のII−II線において切断した場合の気液分離器１００の斜視図である。

気液分離器１００は、流体が流通する流通管１と、流体に含まれる液体を捕捉するデミスタ４と、流通管１の少なくとも一部を囲むように配置され、流通管１の少なくとも一部と共に二重管を形成する外管５と、デミスタ４に捕捉された液体が排出される第１排出部８とを備えている。気液分離器１００は、流通管１を流通する気体と液体との混合流体から少なくとも一部の液体をデミスタ４によって分離すると共に、少なくとも一部の液体が分離された混合流体を流出させる一方、デミスタ４によって分離された液体を第１排出部８から排出させる。ここでは、気液分離器１００では、微小な水滴（ミスト）が混入した空気を混合流体の一例とし、水が混合流体から分離される液体の一例である。以下、水滴混じりの空気を「混合空気」と称する。

流通管１は、上流管２と、流通する流体の流れ方向において上流管２の下流に位置し、上流管２に対して屈曲する方向に延びる下流管３とを有している。上流管２と下流管３とは、分離されている。

上流管２は、略水平方向に延びる軸心Ｘ１に沿って延びている。上流管２の上流端には、フランジ２１が設けられている。上流管２の下流端２２は、軸心Ｘ１に対して傾斜する面（平面）で切断された形状をしている。具体的には、上流管２の下流端２２のうち下方に位置する部分ほど、より下流側へ延びている。上流管２を流通する流体は、軸心Ｘ１に沿って流れる。上流管２の下流端２２から流出する流体も、軸心Ｘ１の方向に流出していく。

下流管３は、略鉛直方向に延びる軸心Ｘ２に沿って延びている。軸心Ｘ２は、軸心Ｘ１と略直交している。下流管３の下端は、上流管２から流出する流体が流入する上流端となっている。下流管３の上端は、下流管３を流通した流体が流出する下流端となっている。流体は、下流管３を下から上へ流通する。上流管２と下流管３とを分離することによって、下流管３の上流端には、開口３１ａが形成される。

下流管３の上流端３１は、軸心Ｘ２に対して傾斜する面で切断された形状をしている。具体的には、下流管３の上流端３１のうち上流管２の軸心Ｘ１の方向において下流側に位置する部分ほど下方に延びている。下流管３の上流端３１は、上流管２の下流端２２と概ね対向している。これにより、上流管２からの流体の流出方向（即ち、軸心Ｘ１の方向）の先に、下流管３の上流端部の内周面が位置している。すなわち、上流管２は、下流管３の上流端部の内周面に向かって流体を流出させる。

上流管２から下流管３へ流入した流体は、下流管３の上流端部の内周面に衝突する。下流管３は、上流管２を通って流入してきた流体の流れの向きを偏向させ、該流体を上方の下流端へ向かわせる。また、上流管２を通って流入してきた流体が下流管３の内周面に衝突する際に、流体から液体が分離して内周面に付着する。内周面に付着した液体は、内周面を下方へ伝っていき、下流管３の開口３１ａから下方に落下する。開口３１ａは、内周面に付着した液体の第２排出部となる。

下流管３の下流端には、連結板６が接合されている。図４は、連結板６の平面図である。連結板６は、図２，４に示すように、軸心Ｘ２を中心とする略円形の内リング６１と、内リング６１と同軸状に配置される略円形の外リング６２と、内リング６１と外リング６２とを連結する複数の連結部６３とを有している。つまり、連結板６の中央には、流通孔６４が貫通形成されている。連結板６において流通孔６４の周囲には、流通孔６４を囲むように複数の排出孔６５が貫通形成されている。下流管３の下流端は、内リング６１に溶接等によって接合されている。

図５は、デミスタ４の平面図である。尚、図５では、連結板６の流通孔６４及び排出孔６５を二点鎖線で図示している。デミスタ４は、図２に示すように、連結板６の上面に設置されている。デミスタ４は、図５に示すように、全体として、略円板状に形成されている。デミスタ４は、金属製ワイヤをメッシュ状に編み込んで形成される。つまり、デミスタ４は、絡み合うワイヤによって複数の通孔４１が形成されており、流体が通過可能に構成されている。尚、図２，５においては、デミスタ４を簡略化して単純な格子状に図示しているが、実際のデミスタ４は、複数の金属製ワイヤが複雑に絡み合って形成されていてもよい。デミスタ４は、流通孔６４及び排出孔６５の全面を覆っている。つまり、デミスタ４は、流通孔６４の全域を覆う中央部４２と、中央部４２の外周に位置し、排出孔６５の全域を覆う周縁部４３とを有している。中央部４２は、流通管１を流通する流体が通過可能であると共に、通過する流体に含まれる液体を捕捉する補足部の一例である。

このように、デミスタ４は、連結板６を介して下流管３の下流端に設けられている。つまり、デミスタ４は、下流管３のうち、上流管２からの流体が流入してくる部分である上流端よりも上方に配置されている。

外管５は、下流管３と同軸状に、即ち、軸心Ｘ２に沿って延びている。詳しくは、外管５は、略円筒状の本体５１と、本体５１の上端に設けられた第１流出部５２及び第２流出部５３と、本体５１の下端に設けられた排出部５４とを有している。少なくとも一部の液体が分離された混合流体は、第２流出部５３から流出する一方、分離された液体は、排出部５４から外管５の外部へ排出される。

本体５１の周壁に、上流管２が設けられている。上流管２は、本体５１の周壁を貫通すると共に、周壁に溶接等により接合されている。本体５１の上端は、連結板６の外リング６２に溶接等によって接合されている。すなわち、下流管３と本体５１とは、連結板６を介して連結されている。下流管３と本体５１とは、同軸状に配置され、二重管を形成する。

第１流出部５２及び第２流出部５３は、略円筒状に形成されている。第１流出部５２は、図示は省略するが、連結板６の連結部６３にネジによって取り付けられている。デミスタ４は、第１流出部５２と連結板６とに挟み込まれている。第１流出部５２と第２流出部５３とは、それぞれの端縁に設けられたフランジ同士をクランプ部材（図示省略）で挟み込むことによって接合されている。

排出部５４は、略円筒状に形成されている。排出部５４は、本体５１の下端にネジによって取り付けられている。このとき、排出部５４と本体５１とで、補助デミスタ７を挟み込んでいる。補助デミスタ７は、デミスタ４と同様に、金属製ワイヤをメッシュ状に編み込んで形成される。

第１排出部８は、流通管１と外管５との間に形成される排出路８１と、連結板６の排出孔６５とによって形成されている。つまり、第１排出部８は、デミスタ４の中央部４２（即ち、デミスタ４のうち流通孔６４を覆う部分）の外側に配置されている。デミスタ４で捕捉された水は、排出孔６５から排出路８１へ進入し、下流管３の外周面又は外管５の内周面を伝って下方へ流れていく。下流管３の外周面を伝っていく水は、下流管３の上流端３１から下方へ、即ち、排出部５４へ滴下する。外管５の内周面を伝っていく水は、そのまま外管５の内周面を下方へ伝って排出部５４へ到達する。

このように構成された気液分離器１００における流体の流れについて説明する。

まず、流通管１の上流管２に混合空気が流入する。混合空気は、上流管２を下流側へ流れ、上流管２の下流端２２から流出する。上流管２からの混合空気は、概ね軸心Ｘ１に沿った方向に流出する。軸心Ｘ１に沿った方向の先には、下流管３の上流端部が位置している。下流管３の上流端の端面は、軸心Ｘ２に対して傾斜しており、下流管３の内周面の一部が上流管２の下流端の方へ露出している。そのため、上流管２から流出した混合空気は、下流管３の上流端部のうち軸心Ｘ２の方向へより下流側に延びている内周面に衝突する。下流管３の内周面に衝突した混合空気は、内周面で反射して上方へ流れていく。つまり、下流管３は、上流管２を通って流入してきた混合空気の流れの向きを偏向させ、混合空気をデミスタ４の方へ向かわせる。ここで、下流管３の内周面は湾曲しているので、混合空気の一部は、旋回流となり得る。

このとき、混合空気が下流管３の内周面に衝突する際に、混合空気から一部の水滴が分離され下流管３の内周面に付着する。下流管３の内周面に付着した水は、内周面を下方へ伝っていき、下流管３の開口３１ａから外管５の下部、即ち、排出部５４へ落下していく。

一方、下流管３を流通する混合空気は、デミスタ４のうち中央部４２を通過する。混合空気は、デミスタ４の複数の通孔４１を通過する際に、水滴が金属製ワイヤに付着することによって空気から分離される。デミスタ４を通過した空気は、少なくとも一部の水滴が分離されている。デミスタ４を通過した空気は、第２流出部５３から流出していく。

デミスタ４において、混合空気から分離された水は、まず、中央部４２に付着している。中央部４２では次から次へと混合空気が通過していくので、中央部４２に付着した水は、しだいに、中央部４２の外側へ押しやられていく。中央部４２の外側には、周縁部４３が位置している。周縁部４３へ押しやられた水は、排出孔６５から排出路８１へ流入する。排出路８１には、混合空気がほとんど流通していないため、排出路８１へ流入した水は、外管５の下部へスムーズに落下していく。

このように、デミスタ４で分離された水が通る排出孔６５及び排出路８１は、混合空気が流通する下流管３の内部と仕切られているので、分離された水が混合空気に再び混合されることを防止することができる。その結果、混合空気から水を効率良く分離することができる。

さらに、混合空気から水を分離する構成は、特許文献１のように複数の衝突偏向板や複数の旋回羽根部材に混合空気を衝突させる構成も考えられるが、そのような構成の場合、構造が複雑且つ大型になり得る。それに対し、前述の構成では、デミスタ４のような捕捉部と、捕捉部の外側に排出孔６５及び排出路８１のような第１排出部を設けるだけなので、構造を簡易且つ小型にすることができる。さらには、混合空気は、デミスタ４を通過するだけで、複数の衝突偏向板や複数の旋回羽根部材に何度も衝突させる必要がないので、混合空気の圧力損失を低減することもできる。

以上のように、気液分離器１００は、混合空気（流体）が流通する流通管１と、流通管１を流通する混合空気が通過可能であると共に、通過する流体に含まれる水（液体）を捕捉する、デミスタ４の中央部４２（捕捉部）と、中央部４２の外側に配置され、中央部４２に捕捉された水が排出される排出孔６５及び排出路８１（第１排出部）とを備えている。

この構成によれば、流通管１を流通する混合空気がデミスタ４の中央部４２を通過する際に、中央部４２が混合空気中の水滴を捕捉する。中央部４２では混合空気が次から次へと通過していくので、中央部４２に捕捉された水は、中央部４２の外側に押しやられる。中央部４２の外側には排出孔６５及び排出路８１が位置しているので、中央部４２の外側に押しやられた水は、排出孔６５及び排出路８１から排出されていく。このように、中央部４２に捕捉された水は、混合空気が流通する流通管１ではなく、排出孔６５及び排出路８１を介して排出されるので、混合空気に巻き込まれて、混合空気に再び混合されることが抑制される。その結果、混合空気から水を効率良く分離することができる。

また、気液分離器１００は、流通管１を囲むように配置され、流通管１と共に二重管を形成する外管５をさらに備え、排出路８１は、流通管１と外管５との間に形成されている。

この構成によれば、流通管１と外管５とで二重管を形成し、流通管１の外側であって流通管１と外管５との間に排出路８１を形成することによって、混合空気の流路と分離された水の流路とを仕切ることができる。それに加えて、流通路１と排出路８１とをコンパクトに形成することができ、ひいては、気液分離器１００をコンパクトに形成することができる。

さらに、流通管１は、上流管２と、上流管２の下流に位置し、上流管２に対して屈曲する方向に延びる下流管３とを有し、デミスタ４の中央部４２は、下流管３に設けられ、下流管３は、上流管２を通って流入してきた流体の流れの向きを偏向させ、該流体を中央部４２へ向かわせる。

この構成によれば、上流管２及び下流管３の順に流通する混合空気は、下流管３の内周面で反射することになる。この反射によって、デミスタ４の中央部４２へ進入する混合空気においては、中央部４２に対して傾斜した方向に進入する成分や、旋回しながら中央部４２へ進入する成分が増加する。これにより、混合空気が中央部４２へ垂直に進入する場合と比較して、混合空気が中央部４２へ傾斜する方向に進入する場合や旋回しながら進入する場合の方が中央部４２へ付着した水を中央部４２の外側は押しやり易くなる。つまり、中央部４２で捕捉した水の、第１排出部８からの排出が促進される。

また、デミスタ４の中央部４２は、下流管３において、上流管２からの混合空気が流入してくる部分よりも上方に配置されており、下流管３には、上流管２を通って流入してきた混合空気が下流管３の内周面に衝突することによって該混合空気から分離して内周面に付着した水を排出する第２排出部が設けられ、第２排出部は、デミスタ４の中央部４２よりも低い位置に配置されている。

この構成によれば、デミスタ４の中央部４２よりも下方に第２排出部が位置し、中央部４２と第２排出部との間に上流管２からの混合空気が流入してくる部分が位置している。そのため、上流管２から下流管３に流入した混合空気は、下流管３内を上方へ流れていき、デミスタ４の中央部４２へ進入する。混合空気が下流管３を流れる間に下流管３の内周面に付着した水は、その自重により内周面を下方へ伝っていく。下流管３にはデミスタ４の中央部４２よりも下方の位置に第２排出部が設けられているので、内周面を下方へ伝っていく水は、自然に第２排出部から排出されていく。

より具体的には、上流管２と下流管３とは、分離されており、上流管２からの流体の流出方向の先に、下流管３の上流端部の内周面が位置しており、デミスタ４の中央部４２は、下流管３の上流端部よりも上方に配置されており、第２排出部は、下流管３の上流端３１の開口３１ａによって形成されている。

この構成によれば、上流管２と下流管３とが分離されていることによって、下流管３の上流端３１には開口３１ａが形成される。この開口３１ａが、下流管３の内周面に付着した水を排出する第２排出部となる。そして、デミスタ４の中央部４２は、開口３１ａよりも上方に配置される。

また、下流管３の上流端３１は、下流管３の軸心Ｘ２に対して傾斜する面で切断された形状をしている。

この構成によれば、下流管３の上流端部の内周面の一部が側方（即ち、軸心Ｘ２に交差する方向）に露出することになる。そのため、上流管２と下流端３とが互いに屈曲するように延びる構成において、混合空気を上流管２から下流管３の上流端部の内周面に向かわせる構成を容易に実現することができる。

より具体的には、上流管２は、下流管３の上流端部のうち、下流管３の軸心Ｘ２の方向においてより上流側に延びている内周面に向かって流体を流出させる。

仮に、上流端３１が軸心Ｘ２と直交する平面で切断された形状の場合、上流端３１の各部分の、軸心Ｘ２の方向の位置は、上流端３１の周方向のどの位置でも同じである。しかしながら、前述のように下流管３の上流端３１が傾斜する面で切断された形状の場合、上流端３１の各部分の、軸心Ｘ２の方向の位置は、上流端３１の周方向の位置に応じて異なる。上流端３１の或る部分の、軸心Ｘ２の方向の位置は、上流端３１の別の部分に比べて、より下方に位置している。下流管３の上流端部のうち、下流管３の軸心Ｘ２の方向においてより上流側に延びている内周面に向かって、上流管２から流体を流出させる。これにより、混合空気を上流管２から下流管３の上流端部の内周面に向かわせることができる。

また、デミスタ４の中央部４２は、流体が通過する複数の通孔４１が形成されている。

この構成によれば、混合空気が通孔４１を通って中央部４２を通過することができる。混合空気が通孔４１を通過する際に、中央部４２のうち通孔４１を区画する部分に接触し、混合空気から水が分離される。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

気液分離器１００は、気体と液体との混合流体として、微小な水滴が混入した空気を対象としているが、気体及び液体の種類はこれらに限定されない。例えば、気体は、蒸気であってもよい。

捕捉部は、デミスタ４以外の部材であってもよい。例えば、捕捉部は、金網、グレーチング、複数の通孔が形成された板等であってもよい。

また、第１排出部は、排出孔６５及び排出路８１に限定されない。例えば、流通管１がデミスタ４よりも下流側へ延び、流通管１のうちデミスタ４のすぐ下流側の部分の周壁に第１排出部としての排出孔が貫通形成されていてもよい。この構成においては、デミスタ４に捕捉された液体は、デミスタ４の外側に押しやられ、流通管１の排出孔から流通管１の外側へ排出される。

流通管１は、上流管２と下流管３との分離構造となっているが、これに限定されるものではない。上流管２と下流管３とが一体的に形成されている場合には、流通管１のうちデミスタ４の中央部４２（捕捉部）よりも下流側の部分に、流通管１の内周面に付着した液体を排出する第２排出部としての開口等を設けることが好ましい。

また、上流管２は略水平方向に延び、下流管３は略鉛直方向に延びているが、これらに限られるものではない。下流管３の内周面に付着した液体をその自重により排出させる観点からは、下流管３の下流端は、下流管３の上流端よりも上方に位置していることが好ましい。例えば、下流管３は、上流端から下流端に向かって斜め上方へ延びていてもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、気液分離器について有用である。

１００ 気液分離器
１ 流通管
２ 上流管
３ 下流管
３１ 上流端
３１ａ 開口（第２排出部）
４１ 通孔
４２ 中央部（捕捉部）
５ 外管
６５ 排出孔（第１排出部）
８１ 排出路（第１排出部）

Claims (8)

1. 流体が流通する流通管と、
   前記流通管を流通する流体が通過可能であると共に、通過する流体に含まれる液体を捕捉する捕捉部と、
   前記捕捉部の外側に配置され、前記捕捉部に捕捉された液体が排出される第１排出部とを備えた気液分離器。
2. 請求項１に記載の気液分離器において、
   前記流通管を囲むように配置され、前記流通管と共に二重管を形成する外管をさらに備え、
   前記第１排出部は、前記流通管と前記外管との間に形成される排出路である気液分離器。
3. 請求項２に記載の気液分離器において、
   前記流通管は、上流管と、前記上流管の下流に位置し、前記上流管に対して屈曲する方向に延びる下流管とを有し、
   前記捕捉部は、前記下流管に設けられ、
   前記下流管は、前記上流管を通って流入してきた流体の流れの向きを偏向させ、該流体を前記捕捉部へ向かわせる気液分離器。
4. 請求項３に記載の気液分離器において、
   前記捕捉部は、前記下流管において前記上流管からの流体が流入してくる部分よりも上方に配置されており、
   前記下流管には、前記上流管を通って流入してきた流体が前記下流管の内周面に衝突することによって該流体から分離して前記内周面に付着した液体を排出する第２排出部が設けられ、
   前記第２排出部は、前記捕捉部よりも低い位置に配置されている気液分離器。
5. 請求項４に記載の気液分離器において、
   前記上流管と前記下流管とは、分離されており、
   前記上流管からの流体の流出方向の先に、前記下流管の上流端部の内周面が位置しており、
   前記捕捉部は、前記下流管の上流端部よりも上方に配置されており、
   前記第２排出部は、前記下流管の上流端の開口によって形成されている気液分離器。
6. 請求項５に記載の気液分離器において、
   前記下流管の上流端は、前記下流管の軸心に対して傾斜する面で切断された形状をしている気液分離器。
7. 請求項６に記載の気液分離器において、
   前記上流管は、前記下流管の上流端部のうち、前記下流管の軸心の方向においてより上流側に延びている内周面に向かって流体を流出させる気液分離器。
8. 請求項１乃至７の何れか１つに記載の気液分離器において、
   前記捕捉部は、流体が通過する複数の通孔が形成されている気液分離器。

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