JP5838457B1 - 分離器及びこれを用いた圧縮空気圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】単体でも回路上でも圧力損失の抑制を図ることができ、さらにコスト的にも有利な分離器及びこれを用いた圧縮空気圧回路を提供する。【解決手段】分離器１は、内筒２と外筒３からなり、少なくとも前記内筒２の一方の端部が前記外筒３内に配置されている二重管を有し、圧縮空気が流れる流路が形成されて前記圧縮空気から不純物を分離又は除去するためのものであって、外筒の一方の端部側の側面に設けられた貫通孔からなる流入口９と、流入口と連通している流入流路１０と、流入流路と内筒２で隔てられた流出流路１１と、流入流路１０と流出流路１１とを連通する折り返し流路１３と、不純物が排出される排出口１７と、圧縮空気から前記不純物を分離又は除去するための分離ユニット１４と、流出流路１１と一直線状に連通している流出口１２とを備えている。【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮空気に含まれる不純物とを分離するための分離器及びこれを用いた圧縮空気圧回路に関するものである。

エアコンプレッサ等の空気圧縮機から吐出される圧縮空気には、凝縮水たるドレンや塵埃、あるいは空気圧縮機で用いられている潤滑油等の不純物が含まれている。圧縮空気はその後エアガンやシリンダ等の空圧機器に用いられるため、このような不純物が含まれているとこれら空圧機器の故障等を招くおそれがある。すなわち、不純物が含まれていると圧縮空気の将来的な用途に有害となる可能性がある。このため圧縮空気中の不純物は、適宜分離器にて圧縮空気から分離又は除去されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に代表されるような遠心力を利用した分離器は、不純物が含まれている圧縮空気を旋回させて旋回流を形成し、このときに発生する遠心力により不純物を外側に飛ばして互いを分離させるものである。このような遠心分離器は、不純物の除去のために樹脂や紙、あるいは中空紙膜からなる網目状の繊維物を使用しないので、圧力損失が低い。このため、このような繊維物を使用している分離器に比べて分離器自体を小型化しても同一の圧縮空気の流量を得ることができる。また、不純物は上述したように外側に飛ばされるので、分離器内の旋回流発生部にこれら不純物が付着することはない。このため、旋回流発生部を交換する必要もなく、分離器として半永久的に使用することができる。

しかしながら、特許文献１の分離器は、圧縮空気の流入口と流出口が同一軸方向に形成されている。このような構成では、流入口から分離器内に流入した圧縮空気の流路は、旋回流となるために一旦折れ曲がって下降し、そして不純物を除かれて上昇する流路に向かうために水平方向に折れ曲がり、そして上昇のためにさらに折れ曲がり、ここから流出口に向けて折れ曲がることが必要となる。すなわち、４回は略９０°流路が折れ曲がることになる。このため、この折れ曲がり時での圧力損失が大きく、これを補うためのエネルギー損失が大きくなってしまい、効率が悪いものであった。例えば、２０Ａの配管では、９０°折り曲げられる流路では折り曲げられていない直管１ｍの抵抗におよそ０．８を乗じた抵抗係数がかかってくる。したがって４回折れ曲がると３．２を乗じた抵抗係数を余分に乗じなければならない。なお、９０°折り曲げる流路を形成するためには平面視で略Ｌ字形状のエルボと称する配管が必要となる。同軸方向への流路とさらに９０°折れ曲がる流路を形成するためには平面視で略Ｔ字形状のチーズと称する配管が必要になる。このチーズでは一つにつき１．４を乗じた抵抗係数がかかってくる。

また、特許文献１の分離器では、４回目に圧縮空気の流路を折り曲げて流出口に向かわせる必要があるため、当該部分を鋳物で形成する際にそのためのコストが必要になり、経済性の面で好ましくない。

また、流入口と流出口とが同軸方向に形成されていると、分離器を圧縮空気が流れる圧縮空気圧回路に配設したときに、管路が立ち上がる場所に直接配置することができない。したがって、立ち上がる箇所には上述したエルボやチーズが必要となり、圧縮空気圧回路全体としてみても圧力損失を増大させることになってしまう。

また、圧縮空気圧回路が環状のいわゆるループ管路であった場合、流出口側からも圧縮空気が流入することがあるため、空圧機器を挟んでループ管路上に分離器を配設しなければならず、設備が大型化してしまう。もしループ管路上に空圧機器と分離器が一つずつしかない場合は、不純物が含まれる圧縮空気が先に空圧機器に流入することも生じて好ましくない。さらにその後に分離器を圧縮空気が通過することは、分離器が単にループ管路上での圧力損失のみを発生させるものとなってしまう。

特開平７−１１２１４５号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、単体でも回路上でも圧力損失の抑制を図ることができ、さらにコスト的にも有利な分離器及びこれを用いた圧縮空気圧回路を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、内筒と外筒からなり、少なくとも前記内筒の一方の端部が前記外筒内に配置されている二重管を有し、圧縮空気が流れる流路が形成されて前記圧縮空気から不純物を分離又は除去するための分離器であって、前記外筒の一方の端部側の側面に設けられた貫通孔からなる流入口と、該流入口と連通し且つ前記二重管内を延びる流入流路と、該流入流路と前記内筒で隔てられ、前記二重管内を延びる流出流路と、前記流入流路と前記流出流路とを連通する折り返し流路と、前記外筒を貫通して設けられ、前記不純物が排出される排出口と、前記流入流路又は前記折り返し流路又は前記流出流路内に形成され、前記圧縮空気から前記不純物を分離又は除去するための分離ユニットと、前記流出流路の下流側に開口して形成され、前記流出流路と一直線状に連通している流出口とを備えたことを特徴とする分離器を提供する。

好ましくは、前記流入口は、前記外筒に複数設けられている。

好ましくは、流入流路は、前記内筒と前記外筒との間に形成されて前記外筒の他方の端部方向に延び、前記折り返し流路は、前記流入流路の下流側と前記内筒の一方の端部とを連通し、前記流出流路は、前記折り返し流路と連通し且つ前記内筒内を前記内筒の他方の端部方向に延び、前記流出口は、前記内筒の他方の端部に開口して形成され、前記排出口は、前記外筒の他方の端部に開口して形成され、前記分離ユニットは、前記流入流路に形成されて前記圧縮空気を前記流入流路内で旋回流とするために螺旋状に形成された羽根を有する。

また、本発明では、空気を圧縮するための空気圧縮機から吐出される圧縮空気が流れる管路を有する圧縮空気圧回路であって、前記管路が鉛直上方に折れ曲がる部位の入口側に前記流入口が、出口側に前記流出口が配されていることを特徴とする上記分離器を用いた圧縮空気圧回路を提供する。

また、本発明では、空気を圧縮するための空気圧縮機から吐出される圧縮空気が流れる管路を有する圧縮空気圧回路であって、前記管路は環状に形成されたループ部を有し、前記ループ部が鉛直上方に折れ曲がる部位の入口側に前記流入口が、出口側に前記流出口が配されていることを特徴とする上記分離器を用いた圧縮空気圧回路を提供する。

本発明によれば、圧縮空気の流路が折れ曲がる箇所が流入口から流入流路に向けての部位と、流入流路から折り返し流路に向けての部位と、折り返し流路から流出流路に向けての部位のみとなる。すなわち、圧縮空気の流路が折れ曲がる箇所は３箇所のみとなる。すなわち、流出流路と流出口とは直線状に連通しているのでこの部位にて流路は折れ曲がらず、従来の分離器に比べて流路が折れ曲がる回数を低減させることができる。このため分離器単体として圧縮空気に対する圧力損失の抑制を図ることができるので、エネルギー的に効率がよい。また折れ曲がり箇所を低減することは、構造が簡単になるので生産性が向上し、その分製造コストも低減させることができる。

また、流入口が複数設けられていることにより、圧縮空気が流れる管路からなる圧縮空気圧回路に分離器を配した際に種々の管路の形状に適用させることができる。特に多方向から管路が流入してくる部位に配設することができる。

また、流入流路を内筒と外筒の間、流出流路を内筒内とすることで、内筒の外側に螺旋状に形成された羽根を形成することで流入流路を螺旋状の流路とすることができる。このためここで圧縮空気を旋回流とすることができ、遠心力を利用して圧縮空気から不純物を効率よく分離又は除去することができる。

また本発明では、圧縮空気圧回路で鉛直上方に折れ曲がる部位、いわゆる立ち上がり部に本発明に係る分離器を配することで、分離器をエルボの代替として用いることができる。このため分離器とエルボとが別々に配されていた従来の圧縮空気圧回路に比してエルボ部分での圧力損失を分離器でカバーすることができる。さらに当該部分でのエルボも削減でき、コスト的に効率がよくなる。

また本発明では、圧縮空気圧回路でループしている部分、いわゆるループ部に本発明に係る分離器を配することで、分離器をチーズの代替として用いることができる。ループ部では高圧側から圧縮空気が流入してくるため、空圧機器が接続される立ち上がり部に対してどちらから圧縮空気が流れてくるか不明である。このため分離器とチーズとが別々に配されていた従来のループ部では立ち上がり部の両側にそれぞれ分離器を配さなければ分離器としての意味を奏さなかったが、立ち上がり部にチーズとして分離器を設けることができるようになったので、分離器の配設個数を削減できる。また、チーズと分離器とを別々に配していた従来の圧縮空気圧回路に比してチーズ部分での圧力損失を分離器でカバーできる。

本発明に係る分離器の概略断面図。 本発明に係る分離器を用いた空気圧回路の一例を示す概略図。 本発明に係る分離器をループ部に適用したものを示す概略図。

本発明に係る分離器１は、圧縮空気が流れる流路が形成されて圧縮空気から不純物を分離又は除去するためのものである。すなわち分離器１は圧縮空気のための機器である。図１に示すように、分離器１は、内筒２と外筒３とからなる二重管構造を有している。外筒３はヘッド部４とボディ部５とが協働して形成されている。内筒２はヘッド部４とガイド筒６とが協働して形成されている。しがたって、ヘッド部４には内筒２内の空間と連通する貫通孔７と、内筒２と外筒３との間の空間と連通する空洞８とがそれぞれ隔たれて形成されている。

外筒３の一方の端部であるヘッド部４側の端面は、貫通孔７が形成された箇所を除いて閉塞されている。この外筒３の一方の端部側の側面、すなわちヘッド部４の側面は開口して空洞８と連通し、流入口９が形成されている。この流入口９は上述した二重管構造のうち、内筒２と外筒３との間に形成された空間である流入流路１０と連通している。すなわち、流入流路１０は空間８を含み、さらにボディ部５とガイド筒６との間の空間も含んでいる。この流入流路１０は、流入口９側を上流側とし、外筒３の他方の端部（ヘッド部４側とは反対側）方向に延びている。

一方で、ガイド筒６の内側、すなわち流入流路１０と内筒２で隔たられた空間は流出流路１１として形成されている。すなわち、流出流路１１は上述した二重管構造のうち、内筒２の一方の端部（図１の下側）を上流側として他方の端部（図１の上側）方向に延びている。ここで、内筒２の一方の端部はボディ部５、すなわち外筒３内に位置している。内筒２の他方の端部にはヘッド部４が配されていて、上述した貫通孔７を形成するための開口は流出口１２として形成されている。換言すれば、流出口１２は内筒２の他方の端部に開口して形成されている。

流入流路１０及び流出流路１１は折り返し流路１３にて連通している。具体的には、折り返し流路１３は内筒２の一方の端部（ガイド筒６の一方の端部）を外側から内側に回り込む部位に形成されていて、流入流路１０の下流側と流出流路１１の上流側とをつないでいる。図１の例では内筒２と外筒３とは円筒形状であるため、折り返し流路１３は周方向の全て（３６０°方向）に形成されている。

上述した流入流路１０には、分離ユニット１４が配設されている。この分離ユニット１４は、流入口１２から流入してくる圧縮空気内の凝縮水たるドレンや塵埃、あるいは空気圧縮機で用いられている潤滑油等の不純物を分離又は除去するためのものである。なお、この例では分離ユニット１４が流入流路１０に設けられた例を示すが、採用する構造によっては分離ユニット１４が折り返し流路１３や流出流路１１に設けられてもよい。

分離ユニット１４は、流出流路１０内で内筒２の外周に設けられた螺旋状の羽根１５を有している。具体的には、分離ユニット１４は略筒状（図１の例では円筒形状）の筒体１６を有し、この外側に螺旋状に羽根１５が形成されている。この螺旋状の羽根１５を圧縮空気が通過することで、内筒２の外周を旋回流となって圧縮空気は流通する。筒体１６はガイド筒６及び貫通孔７と協働して流出流路１１を形成している。外筒３の他方の端部側の端面は貫通して開口し、排出口１７が形成されている。この排出口１７は、圧縮空気から分離又は除去された不純物を排出するためのものである。

以下に分離器１の作用について説明する。エアコンプレッサ等の空気圧縮機から吐出された圧縮空気は、まず流入口９から分離器１内へ流入する（矢印Ａ）。圧縮空気はその後流入流路１０内を通り、このとき分離ユニット１４の羽根１５によって旋回流となる（矢印Ｄ）。旋回流となったまま流入流路１０を通るうちに、その遠心力によって空気より重い不純物は外側に飛ばされる。このようなサイクロン形式を用いて不純物を分離又は除去することは効率がよい。大部分の不純物はそのままボディ部５の内壁を伝って落下する。そして不純物は排出口１７より排出され、適宜ドレントラップ（図２参照）等により回収される。ある程度不純物が分離又は除去された圧縮空気はそのまま折り返し流路１３を通り（矢印Ｂ）流出流路１１へと流れていく（矢印Ｃ）。このとき、ガイド筒６のさらに内側には金網等の線状格子体１８が配設されている。圧縮空気がこの線状格子体１８を通過する際に不純物はここに付着し、さらに分離又は除去される。線状格子体１８に付着した不純物は落下して排出口１７より排出される。そして不純物がほとんど分離又は除去された圧縮空気は、流出流路１１を通って流出口１２より流出し、エアタンクやフィルタ、あるいはエアドライヤ等の機器内に流入し、その後空圧機器に利用される。

ここで、流出流路１１と流出口１２とは一直線状に連通している。すなわち、流出流路１１は直線状であり、ガイド筒６と筒体１６との接続部は屈曲してなく、筒体１６内と貫通孔７も屈曲していない。これらは全て一直線状に連通し、したがって流出流路１１はまっすぐに延びてそのまま流出口１２とつながっている。このため、圧縮空気の流路が折れ曲がる箇所は、流入口９から流入流路１０に向けての部位（矢印Ａ）と、流入流路１０から折り返し流路１３に向けての部位（矢印Ｂ）と、折り返し流路１３から流出流路１１に向けての部位（矢印Ｃ）のみとなる。すなわち、圧縮空気の流路が折れ曲がる箇所は３箇所のみとなる。上述したように、流出流路１１と流出口１２とは一直線状に連通しているのでこの部位にて流路は折れ曲がらず、従来の分離器に比べて流路が折れ曲がる回数を低減させることができる。このため分離器１単体として圧縮空気に対する圧力損失の抑制を図ることができるので、エネルギー的に効率がよい。また折れ曲がり箇所を低減することは、構造が簡単になるので生産性が向上し、その分製造コストも低減させることができる。また、流出流路１１が一直線状に鉛直上方に延びているので、不純物を自重により落下させる距離を長くすることができるので、不純物の分離又は除去効率も向上させることができる。

なお、流入口９を外筒３すなわちヘッド部４の側面に複数設けてもよい。空洞８は貫通孔７と隔てられてヘッド部４内の周方向に形成されているので、流入口９はこの空洞８に連通させるように形成すれば複数設けることができる。このようにすることで、圧縮空気が流れる管路からなる圧縮空気圧回路に分離器１を配した際に、種々の管路の形状に適用させることができる。特に多方向から管路が流入してくる部位に配設することができる。例として、ループ管路の途中に配すれば、二方向から流入してくることになる。設けた流入口９が不要な場合は、例えばプラグである蓋１９により閉塞すればよい。この蓋１９により適宜流入口９の数を選択することができる。

図２に示すように、分離器１を圧縮空気圧回路２０に適用すると、分離器１は管路の途中に配設されることになる。図２で示す例は空気圧縮機（エアコンプレッサ）２１からエアタンク２２までの圧縮空気圧回路２０を示している。図２で示すように空気圧縮機２１よりもエアタンク２２が高い位置にある場合や、空気圧縮機２１の吐出口２１ａよりエアタンク２２の導入口２２ａが高い位置にある場合は、管路が鉛直上方に折れ曲がる部位が必要となる。このような部位である立ち上がり部２３に分離器１を配することができる。すなわち、空気圧縮機２１からの圧縮空気を流入口９から流入させ（立ち上がり部２３の入口側に流入口９が配される）、流出口１２から上方向に流出させる（立ち上がり部２３の出口側に流出口１２が配される）ことで結果的に圧縮空気は管路を鉛直上方に折れ曲がって流通することになる。このようにすれば、分離器１をエルボの代替として用いることができる。このため分離器とエルボとが別々に配されていた従来の圧縮空気圧回路に比してエルボ部分での圧力損失を分離器でカバーすることができる。換言すれば、分離器とエルボが必要であった従来の圧縮空気圧回路に比べ、エルボを不要としてその分の圧力損失を低減できる。さらに当該部分でのエルボの削減は、コスト的な効率も向上させる。なお、上述したように、水分に代表される不純物は排出口１７に接続された排出管路（例えばドレン管路）２４を通り、ドレントラップ２５にて回収される。

なお立ち上がり部２３において、流入口９に接続された配管である流入管３１は、流出口１２に接続された配管である流出管３２よりもその径が細い。これは流入流路１０での旋回流の遠心力を強めて不純物を効率よく除去するため、流入管３１の径を細くして流速を速めるためである。また、流出管３２の径が太いのは、流速を遅めて自重で不純物を落下させる効率を向上させるためである。

圧縮空気圧回路２０が図３のような環状のループ部２７を含む場合でも分離器１は適用可能である。このようなループ部２７は圧縮空気圧回路２０の終端に形成されることが多く、ここに例えばエアガン２８のような空圧機器が配設される。エアガン２８に圧縮空気を導入するために、ループ部２７にも立ち上がり部２３が形成されている。したがってこの立ち上がり部２３にも分離器１は配設可能である。ループ部２７の場合、圧縮空気は二方向から流入してくる。このため立ち上がり部２３には通常チーズを配設するが、分離器１はこのチーズの代替として用いられる。分離器１の流入口９は、二方向から流入してくるループ部２７に配する場合には二つ形成される。ループ部２７では高圧側から圧縮空気が流入してくるため、エアガン２８が接続される立ち上がり部２３に対してどちらから圧縮空気が流れてくるか不明である。このため分離器１とチーズとが別々に配されていた従来のループ部２７では立ち上がり部２３の両側にそれぞれ分離器を配さなければ分離器１としての意味を奏さなかったが、立ち上がり部２３にチーズとして分離器１を設けることができるようになったので、分離器１の配設個数を削減できる。また、チーズと分離器１とを別々に配していた従来の圧縮空気圧回路に比してチーズ部分での圧力損失を分離器でカバーできる。換言すれば、分離器とチーズが必要であった従来のループ部２７に比べ、チーズを不要としてその分の圧力損失を低減できる。

なお図３の例では、空気圧縮機２１よりも上方にループ部２７が形成されている例を示し、したがってループ部２７に導入するための立ち上がり部２３も形成されている回路を示している。また、管路が立ち上がる部位以外で管路が分岐、屈曲している箇所には通常のチーズ２９及びエルボ３０を用いた例を示している。

１：分離器、２：内筒、３：外筒、４：ヘッド部、５：ボディ部、６：ガイド筒、７：貫通孔、８：空洞、９：流入口、１０：流入流路、１１：流出流路、１２：流出口、１３：折り返し流路、１４：分離ユニット、１５：羽根、１６：筒体、１７：排出口、１８：線状格子体、１９：蓋（プラグ）、２０：圧縮空気圧回路、２１：空気圧縮機（エアコンプレッサ）、２１ａ：吐出口、２２：エアタンク、２２ａ、導入口、２２ｂ：吐出口、２３：立ち上がり部、２４：排出管路、２５：ドレントラップ、２７：ループ部、２８：エアガン、２９：チーズ、３０：エルボ

Claims (4)

1. 圧縮空気圧回路に接続され、内筒と外筒からなり、少なくとも前記内筒の一方の端部が前記外筒内に配置されている二重管を有し、圧縮空気が流れる流路が形成されて前記圧縮空気から凝縮水、塵埃並びに油である不純物を分離又は除去するための分離器であって、
   前記圧縮空気圧回路の圧力損失低減とチーズの代替とを図る目的で、
   前記外筒の一方の端部側の側面に設けられた貫通孔からなる流入口と、
   該流入口と連通し且つ前記二重管内を延びる流入流路と、
   該流入流路と前記内筒で隔てられ、前記二重管内を延びる流出流路と、
   前記流入流路と前記流出流路とを連通する折り返し流路と、
   前記外筒を貫通して設けられ、前記不純物が排出される排出口と、
   螺旋状の羽根を有すると共に、前記流入流路又は前記折り返し流路又は前記流出流路内に形成され、前記圧縮空気から前記不純物を分離又は除去するための分離ユニットと、
   前記流出流路の下流側に開口して形成され、前記流出流路と鉛直一直線状に連通している流出口とを備え、
   前記流入口は、チーズの代替とする目的で、前記外筒の水平方向に対向する側面にそれぞれ設けられていることを特徴とする分離器。
2. 流入流路は、前記内筒と前記外筒との間に形成されて前記外筒の他方の端部方向に延び、
   前記折り返し流路は、前記流入流路の下流側と前記内筒の一方の端部とを連通し、
   前記流出流路は、前記折り返し流路と連通し且つ前記内筒内を前記内筒の他方の端部方向に延び、
   前記流出口は、前記内筒の他方の端部に開口して形成され、
   前記排出口は、前記外筒の他方の端部に開口して形成され、
   前記分離ユニットは、前記流入流路に配置されて前記圧縮空気を前記流入流路内で旋回流とさせることを特徴とする請求項１に記載の分離器。
3. 空気を圧縮するための空気圧縮機から吐出される圧縮空気が流れる管路を有する圧縮空気圧回路であって、
   前記管路が鉛直上方に折れ曲がる部位の入口側に前記流入口が、出口側に前記流出口が配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分離器を用いた圧縮空気圧回路。
4. 空気を圧縮するための空気圧縮機から吐出される圧縮空気が流れる管路を有する圧縮空気圧回路であって、
   前記管路は環状に形成されたループ部を有し、
   前記ループ部が鉛直上方に折れ曲がる部位の入口側に前記流入口が、出口側に前記流出口が配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分離器を用いた圧縮空気圧回路。

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