JPH11138053A - 気液分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サイクロン分離器内の液位の乱れを防止し、
また液体中への気泡の同伴等を防止して、分離された液
体の流量測定精度を高く、また、分離された気体の流量
測定精度を高くすることができる気液分離装置を提供す
ること。 【解決手段】 側部より二相流流体ａが供給され上部よ
り分離気体ｂを排出し下部より分離液体ｅを排出するサ
イクロン分離器１、分離気体の流量検出器７および同サ
イクロン分離器１の側壁に設けられた高液位検出器２と
低液位検出器３を備え、分離気体ｂおよび分離液体ｅの
流量計測が行われる気液分離装置において、二相流流体
ａの供給位置と高液位検出器２の取付位置の間に設けら
れた液面乱れ防止器１１を備えたものとし、また、この
防止器１１が、逆円錐台型沈降筒、半月状二段かさ板、
オリフィス円板、又は分離器屈折部により形成されたも
のとする。または、上記サイクロン分離器１内に漏斗状
内筒１５を設け、液排出流量調整手段１７を備えたもの
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、互いに溶解しない
気液二相流流体、例えば空気と水の混合流体の分離に適
用されるサイクロン式の気液分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の気液分離装置について、図６によ
り説明する。図６において、気液二相流流体ａは、入口
管５より円筒状のサイクロン分離器１内に接線方向から
送り込まれ、旋回流となり気体と液体に分離される。

【０００３】二相流流体ａから分離された分離気体（以
下、単に気体という）ｂは、サイクロン分離器内を上昇
し、気体の流量検出器（例えばオリフィス流量計）７で
流量が測定され、排気ｄとなって系外へ排出される。一
方、分離された分離液体（以下、単に液体という）ｅ
は、サイクロン分離器１の内壁面に沿って液膜を形成し
て旋回降下し、排液ｃとなって流下する。

【０００４】上記二相流流体ａから分離された液体ｅの
流量については、サイクロン分離器１内の液体ｅの液位
を検出することにより計測されるが、具体的には次のよ
うに行われている。

【０００５】液体ｅの液位の検出は、高液位９を高液位
検出器２で、低液位１０を低液位検出器３でそれぞれ行
い、それぞれの検出信号をタイマ６を介してコンピュー
タ８に入力する。

【０００６】このコンピュータ８は、高液位信号を入力
すると、電磁弁４を開いて液体ｅを排液ｃとして排出
し、低液位信号を入力すると電磁弁４を閉じ、液体ｅが
高液位９に達するまでの時間をタイマ６で計測し、その
時間から液体ｅの流量を求めている。高液位検出器２が
高液位９を検出すると同時に再び電磁弁４を開き、液体
ｅを系外に排出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の気液分離装置に
おいて、分離された液体の流量の計測は、前記のように
低液位から高液位に達するまでの時間を計測することに
より行っていた。しかしながら、分離された液体により
サイクロン分離器の内壁に形成される液膜の乱れが大き
く、液位が流下する液膜により乱されるため、液位検出
器の誤動作が発生し、液体の流量を正確に自動計測する
ことができない場合があった。

【０００８】さらに、液体中に小さな気泡が混じり、そ
の気泡が電磁弁４から排出される液に同伴され、気体の
流量測定精度が悪くなる場合が生じた。また、液体排出
中に、液位の下降とともにサイクロン分離器内が負圧と
なり、気体が吸引されることにより、液位下降時の気体
の流量測定精度が悪くなる場合が生じた。

【０００９】本発明は上記の従来装置の問題に対して、
サイクロン分離器内の液位の乱れを防止し、また液体中
への気泡の同伴等を防止して、分離された液体の流量測
定精度を高く、また、分離された気体の流量測定精度を
高くすることができる気液分離装置を提供することを課
題とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明は、気液分離装置に係り、側部より気体と
液体の二相流流体が供給され上部より分離気体を排出し
下部より分離液体を排出する円筒形状のサイクロン分離
器、および同サイクロン分離器の二相流流体の供給位置
より下方の側壁に設けられた高液位検出器と低液位検出
器を備え、分離液体の流量計測が行われる気液分離装置
において、上記サイクロン分離器の二相流流体の供給位
置と高液位検出器の取付位置の間に設けられた液面乱れ
防止器を備えたことを特徴としている。

【００１１】上記において、サイクロン分離器の側部よ
り供給された二相流流体より分離され、サイクロン分離
器の内壁面に液膜を形成して旋回しながら流下する液体
は、液面乱れ防止器により上記内壁面から剥離、あるい
は減速されて流下する。

【００１２】そのため、高液位検出器あるいは低液位検
出器により検出される液体の液面は、液膜の乱れや分離
水の流下衝撃により乱れることがなくなり、それぞれの
検出器による液位の検出を的確に行うことが可能とな
る。

【００１３】（２）本発明は、上記（１）において、液
面乱れ防止器が、逆円錐台型沈降筒、半月状二段かさ
板、オリフィス円板、又は分離器屈折部により形成され
たことを特徴としている。

【００１４】上記において、逆円錐台型沈降筒、半月状
二段かさ板、又はオリフィス円板は、流下する液体をサ
イクロン分離器の内壁面から剥離させることができ、分
離器屈折部は、流下する分離水を減速させることができ
る。

【００１５】そのため、液体の液膜の乱れや流下衝撃に
よる液体の液面の乱れを防止することができ、それぞれ
の検出器による液位の検出を的確に行うことが可能とな
る。

【００１６】（３）本発明は、気液分離装置に係り、側
部より気体と液体の二相流流体が供給され上部より分離
気体を排出し下部より分離液体を排出する円筒形状のサ
イクロン分離器、分離気体の流量検出器および同サイク
ロン分離器の二相流流体の供給位置より下方の側壁に設
けられた高液位検出器と低液位検出器を備え、分離気体
及び分離液体の流量計測が行われる気液分離装置におい
て、上記サイクロン分離器の二相流流体の供給位置と高
液位検出器の取付位置の間の同サイクロン分離器の側壁
上端の全周が取付けられ同上端より下側が同サイクロン
分離器内の内筒をなしてその下端が上記低液位検出器の
取付位置より下方で同サイクロン分離器内に開口する漏
斗状内筒を備えてなることを特徴とするものであり、ま
た上記サイクロン分離器の液排出口を上記低液位検出器
の取付位置と上記漏斗状内筒の下端との間の高さ位置に
設けてなることを特徴とし、またさらに上記サイクロン
分離器の液排出口の下流側に液排出量調整手段を備えて
なることを特徴とするものである。

【００１７】そのため、サイクロン分離器内の液位の乱
れを防止し、また液体中への気泡の混合等を防止して、
分離された液体の流量測定精度を高く、また分離された
気体の流量測定精度を高くすることが可能となる。

【００１８】（４）本発明は、上記（１）、（２）また
は（３）において、上記気体が空気であり、上記液体が
水であることを特徴とするものである。

【００１９】そのため、本発明は特に有効な適用分野に
実施され得るものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態に係る気
液分離装置について、図１により説明する。

【００２１】なお、本実施形態は、側壁に二相流流体ａ
の入口管５が接続され上部より分離空気ｂを排出し下部
より分離水ｅを排出する円筒形状のサイクロン分離器
１、同分離器１の下部に設けられた電磁弁４、上記入口
管５の接続位置より下方のサイクロン分離器１の側壁に
設けられた高液位検出器２と低液位検出器３、および同
検出器２，３がタイマ６を介して接続されたコンピュー
タ８を備えた気液分離装置に関するものであり、この部
分については従来の装置と同様のため、その詳細は省略
する。

【００２２】図１に示す本実施形態は、上記気液分離装
置において、入口管５の接続位置と高液位検出器２の取
付位置の間のサイクロン分離器１の内壁に固定され逆円
錐台形状に形成され上下に貫通する逆円錐台型沈降筒１
１を備えている。

【００２３】上記において、サイクロン分離器１内で分
離空気ｂより分離した分離水ｅは、分離器１の内壁面に
沿って液膜を形成して旋回降下するが、逆円錐台型沈降
筒１１に到達すると、その壁面に添って流れ、図１
（ｃ）に示すような流線ｆを形成して流下する。

【００２４】そのため、上記逆円錐台型沈降筒１１の下
方では、分離水ｅの流れはこれによりサイクロン分離器
１の内壁面から剥離し、液膜の乱れによる液面の乱れは
なくなり、それぞれの液位検出器２，３は誤動作するこ
となく液位９および１０を検出することができ、分離水
ｅの流量を的確に計測することが可能となった。

【００２５】本発明の実施の第２形態に係る気液分離装
置について、図２（ａ），（ｂ）により説明する。図２
（ａ），（ｂ）に示す他の実施形態においては、前記一
実施形態において液面乱れ防止器として用いられた逆円
錐台型沈降筒１１に代えて、半月状二段かさ板１２、又
はオリフィス円板１３が用いられている。

【００２６】上記半月状二段かさ板１２、及びオリフィ
ス円板１３を用いた場合にも、上記逆円錐台型沈降筒１
１の場合と同様、これらにより分離水ｅの流れはサイク
ロン分離器１の内壁面から剥離するため、分離水の流下
により液面が乱されず、液位９，１０を的確に検出する
ことが可能となった。

【００２７】本発明の実施の第３形態に係る気液分離装
置について、図３により説明する。図３に示す実施の第
３形態においては、液面乱れ防止器がサイクロン分離器
１の一部を屈折させて形成された分離器屈折部１４より
なるものとしている。

【００２８】上記において、サイクロン分離器１の内壁
面に沿って流下する分離水ｅは、その流下速度が分離器
屈折部１４で減速されるため、分離水ｅの流下による液
面の乱れがなくなり、液位９，１０を的確に検出するこ
とが可能となった。

【００２９】なお、上記の本発明の実施の第１形態ない
し第３形態は、空気と水の二相流流体の場合を例として
述べたが、勿論これに限られるものではなく、一般に気
体と液体の二相流流体の場合の気液分離装置としても、
同じく適用されるものである。

【００３０】本発明の実施の第４形態を、以下、図４に
もとづいて説明する。図４は同第４形態に係る気液分離
装置の説明図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は
（ａ）中Ｂ−Ｂ矢視図である。なお、前述の第１形態ま
たは第３形態と同様部分には同符号を付して説明を省略
する。

【００３１】サイクロン分離器１の内部の側壁には二相
流流体の入口管５の取付位置と高液位検出器２の取付位
置との間で、漏斗状内筒１５の拡大した上端１５−１の
全周が接して取付けられている。同漏斗状内筒１５は、
同上端１５−１より下側を逆円錐台状に狭めた後、サイ
クロン分離器１の内径より小さい外径を有する直管部１
５−２を有し、サイクロン分離器１内にその内筒状に配
設される。また漏斗状内筒１５の下端１５−３は、低液
位検出器３より下方でサイクロン分離器１内に開口して
いる。

【００３２】サイクロン分離器１の下端には液排出口１
６が設けられているが、前述の電磁弁４の他にその下流
側に直列に液排出量調整手段としての手動弁１７が接続
している。なお、手動弁１７は電磁弁４の上流側で直列
に接続してもよい。

【００３３】また、分離された気体ｂの流量検出器７は
従来例で前述したとおりである。本実施形態において
は、サイクロン分離器１内で分離された液体ｅは、サイ
クロン分離器１の壁面に沿った液膜を形成し、旋回しな
がら流下するが、漏斗状内筒１５の上端１５−１から下
流側は、分離された液体ｅは壁面から離れ、同漏斗状内
筒１５の直管部１５−２内を流下する。これにより、各
液位検出器２，３の誤動作の原因の一つである、サイク
ロン分離器１壁面の液膜の乱れによる視界の乱れを取り
除くことができる。

【００３４】また、分離された液体ｅがサイクロン分離
器１内を下降する領域と、液位を検出する領域を分割す
ることができ、検出液面の乱れを低減でき、各液位検出
器２，３の誤動作を排除することができる。

【００３５】またさらに、サイクロン分離器１の下部の
液排出口１６に接続して電磁弁４の下流（あるいは上
流）に直列に液排出量を調節する手段としての手動弁１
７を設置してあるので、あらかじめ手動弁１７の開度を
調整することにより、電磁弁４を開き、液体ｅを排出す
る際の、液位の降下速度を調節することができる。液排
出時の液位の降下速度を遅くすることにより、サイクロ
ン分離器１内で、液体ｅと気体ｂ（特に微細な気泡）と
の分離を確実に行うことができ、排出液に同伴される気
泡の量を低減でき、気体ｂの流量測定精度を向上でき
る。

【００３６】以上の効果に加え、液位の降下速度を遅く
することにより、サイクロン分離器１内で気体ｂが吸引
される量を減少することができ、液位降下時の気体ｂの
流量測定精度を向上できる。

【００３７】本発明の実施の第５形態を、以下、図５に
より説明する。図５は同第５形態に係る気液分離装置の
側断面を示す説明図である。なお、前述の第１形態ない
し第４形態と同様部分には同符号を付して説明を省略す
る。

【００３８】本実施形態においては、前述の第４形態に
対して、漏斗状内筒１５の下端１５−３と低液位検出器
３の取付位置との間の高さ位置に、サイクロン分離器１
の液排出口１６’が設けられている点が異っている。

【００３９】このため、本実施形態では、前述の第４形
態で説明した漏斗状の内筒１５による液膜の乱れ、液位
の乱れによる問題を防止する効果に加え、図５に示すよ
うに、液体ｅの流れの向きが漏斗状内筒１５の下端１５
−３付近で下向きから上向きに変化することにより、液
体中の微細な気泡の分離を確実に行うことができ、液排
出時の気泡の同伴がなくなり、気体の流量測定精度を向
上できる。

【００４０】さらに、たとえ微細な気泡が液に同伴され
て流下したとしても、液を排出していない状態では、漏
斗状内筒１５の外側の環状部分で、気体ｂと液体ｅの分
離がより確実に行うことができ、液排出時の気泡の同伴
がなくなり、気体ｂの流量測定精度を向上できる。

【００４１】また、液排出口１６’近傍は、常に液体ｅ
で満たされた状態で封されるため、液排出最終期（低液
位検出器３が液位を検出し、電磁弁４が閉じるまでの
間）に、液排出口１６’から気体ｂが漏洩することがな
くなり、気体ｂの流量測定精度を向上できる。

【００４２】上記の気体ｂの流量測定精度向上の効果
は、前述の第４形態同様に手動弁１７と併用することに
より、より一層の測定精度の向上が可能となる。

【００４３】なお、以上説明した本発明の実施の第４形
態および第５形態は、一般的に、気体と液体の二相流流
体の場合を例として述べたが、空気と水との二相流流体
の場合の気液分離装置として特に有効に適用されるもの
である。また、以上、本発明を図示の実施の形態につい
て説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定され
ず、本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加
えてよいことはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、側部より気体と液体の二相流
流体が供給され上部より分離気体を排出し下部より分離
液体を排出するサイクロン分離器、および同サイクロン
分離器の側壁に設けられた高液位検出器と低液位検出器
を備え、分離液体の流量計測が行われる気液分離装置に
おいて、二相流流体の供給位置と高液位検出器の取付位
置の間に設けられた液面乱れ防止器を備えたものとした
ことによって、また、この防止器が、逆円錐台型沈降
筒、半月状二段かさ板、オリフィス円板、又は分離器屈
折部により形成されたものとしたことによって、高液位
検出器あるいは低液位検出器により検出される液体の液
面は、液膜の乱れや液体の流下衝撃により乱れることが
なくなるため、それぞれの検出器による液位の検出を的
確に行うことが可能となり、正確な分離液体の流量計測
が可能となる。

【００４５】また本発明は、側部より気体と液体の二相
流流体が供給され上部より分離気体を排出し下部より分
離液体を排出する円筒形状のサイクロン分離器、分離気
体の流量検出器および同サイクロン分離器の二相流流体
の供給位置より下方の側壁に設けられた高液位検出器と
低液位検出器を備え、分離気体及び分離液体の流量計測
が行われる気液分離装置において、上記サイクロン分離
器の二相流流体の供給位置と高液位検出器の取付位置の
間の同サイクロン分離器の側壁に上端の全周が取付けら
れ同上端より下側が同サイクロン分離器内の内筒をなし
てその下端が上記低液位検出器の取付位置より下方で同
サイクロン分離器内に開口する漏斗状内筒を備えたもの
とすることにより、また、サイクロン分離器の液排出口
を上記低液位検出器の取付位置と上記漏斗状内筒の下端
との間の高さ位置に設けることにより、また、さらにサ
イクロン分離器の液排出口の下流側に液排出量調整手段
を備えたことにより、上記サイクロン分離器で分離され
た液体が漏斗状内筒内を流下するため、その液膜の乱れ
による各液位検出器の誤動作を取り除き、検出液面の乱
れを低減して各液位の検出を的確に行うことができ、分
離された液体の正確な流量計測が可能となる他、液体と
気体との分離を確実にしてサイクロン分離器から液体排
出時の気体同伴排出を防ぎ、また液体排出時の液降下速
度を遅くして気体の吸引を減少させることができ、分離
された気体の正確な流量計測が可能となる。

【００４６】また、以上の本発明は気体が空気であり、
液体が水である二相流流体に用いる気液分離装置として
特に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る気液分離装置の
説明図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
矢視図、（ｃ）は作用説明図である。

【図２】本発明の実施の第２形態に係る気液分離装置の
説明図で、（ａ）は液面乱れ防止器が半月状二段かさ板
の場合、（ｂ）はオリフィス円板の場合である。

【図３】本発明の実施の第３形態に係る気液分離装置の
説明図である。

【図４】本発明の実施の第４形態に係る気液分離装置の
説明図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ
矢視図である。

【図５】本発明の実施の第５形態に係る気液分離装置の
側面断面を示す説明図である。

【図６】従来の装置の例の側断面図である。

【符号の説明】

１ サイクロン分離器 ２ 高液位検出器 ３ 低液位検出器 ４ 電磁弁 ５ 入口管 ６ タイマ ７ 流量検出器 ８ コンピュータ １１ 逆円錐台型沈降筒 １２ 半月状二段かさ板 １３ オリフィス円板 １４ 分離器屈折部 １５ 漏斗状内筒 １６ 液排出口 １６’ 液排出口 １７ 手動弁

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 側部より気体と液体の二相流流体が供給
   され上部より分離気体を排出し下部より分離液体を排出
   する円筒形状のサイクロン分離器、および同サイクロン
   分離器の二相流流体の供給位置より下方の側壁に設けら
   れた高液位検出器と低液位検出器を備え、分離液体の流
   量計測が行われる気液分離装置において、上記サイクロ
   ン分離器の二相流流体の供給位置と高液位検出器の取付
   位置の間に設けられた液面乱れ防止器を備えたことを特
   徴とする気液分離装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の気液分離装置におい
   て、上記液面乱れ防止器が、逆円錐台型沈降筒により形
   成されたことを特徴とする気液分離装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の気液分離装置におい
   て、上記液面乱れ防止器が、半月状二段かさ板により形
   成されたことを特徴とする気液分離装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の気液分離装置におい
   て、上記液面乱れ防止器が、オリフィス円板により形成
   されたことを特徴とする気液分離装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の気液分離装置におい
   て、上記液面乱れ防止器が、分離器屈折部により形成さ
   れたことを特徴とする気液分離装置。
6. 【請求項６】 側部より気体と液体の二相流流体が供給
   され上部より分離気体を排出し下部より分離液体を排出
   する円筒形状のサイクロン分離器、分離気体の流量検出
   器および同サイクロン分離器の二相流流体の供給位置よ
   り下方の側壁に設けられた高液位検出器と低液位検出器
   を備え、分離気体及び分離液体の流量計測が行われる気
   液分離装置において、上記サイクロン分離器の二相流流
   体の供給位置と高液位検出器の取付位置の間の同サイク
   ロン分離器の側壁に上端の全周が取付けられ同上端より
   下側が同サイクロン分離器内の内筒をなしてその下端が
   上記低液位検出器の取付位置より下方で同サイクロン分
   離器内に開口する漏斗状内筒を備えてなることを特徴と
   する気液分離装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の気液分離器において、
   上記サイクロン分離器の液排出口を上記低液位検出器の
   取付位置と上記漏斗状内筒の下端との間の高さ位置に設
   けてなることを特徴とする気液分離装置。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７に記載の気液分
   離装置において、上記サイクロン分離器の液排出口の下
   流側に液排出量調整手段を備えてなることを特徴とする
   気液分離装置。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか一つ
   に記載の気液分離装置において、上記気体が空気であ
   り、上記液体が水であることを特徴とする気液分離装
   置。