JP5439026B2 - 気液分離器 - Google Patents

Description

本発明は、液体が混入している気体から液体を分離する気液分離器に関する。

例えば油冷式圧縮機の吐出気体からその吐出気体に混入している冷却用油（液体）を分離するために、容器の中に気体を吹き込んで、液体を慣性分離または遠心分離する気液分離器が用いられている。

一般に、油冷式圧縮機の吐出気体は、多くの油を含んでいるため、気液分離器の導入配管内においてある程度油が分離され、配管の底を油が気体に沿って流れる状態になる。ここで、気体が圧縮流体であり、導入配管の径が小さい場合、径が大きい場合に比して気体の流速が速くなり、導入配管内では分離されていた油が分散飛沫化されるため、油の分離効率が低くなるという問題がある。

また、導入配管の径が比較的大きい場合、導入配管内では分離されていた油が分散する事象は起こりにくくなるが、気体の流速が遅くなるため、その気体に混入している液体を遠心分離するための旋回流、螺旋流を生成しにくくなり、やはり液体の分離効率が低くなるという問題がある。

そのため、上述の問題を解決するものとして、特許文献１および２に記載されているように、円筒形の容器の内壁に沿って気流（微量の油が随伴された気流）を案内する隔壁を設けることで、液体を慣性分離または遠心分離するように構成したタイプの気液分離器が知られている。このようなタイプの気液分離器であれば、導入配管の径の大小にあまり依存せず、旋回流、螺旋流を生成しやすく、上述の問題が発生しにくい。

特許文献１および２に記載されているものでは、隔壁が気液分離器本体を構成する円筒形の容器の内壁と一体的に形成されている。このため、旋回流、螺旋流の流速を高めて十分な遠心分離効果を得るために、隔壁と円筒形の容器とを近接して設けた場合、容器内壁と隔壁との間隔が狭いために、容器内壁と隔壁の表面と機械加工で平滑に仕上げることが困難である。また、所定の運転時間を経過した後には、気液分離器に対して、内部の清掃等のメンテナンスを施す必要が生じるが、上述の構成では、容器内壁と隔壁との間の清掃等が困難である。

特開２００４−５２７１０号公報 特開２００６−３０５５２５号公報

前記問題点に鑑みて、本発明は、厳密な加工精度を要求することなく、隔壁を設けることが可能であり、且つ、高い気液分離効率を発揮し得る気液分離器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による気液分離器の第１の態様は、略円筒形の容器本体と、中心部に排気口が形成され、前記容器本体の上端を封止する蓋体と、前記容器本体に開口する導入流路と、前記導入流路の管路の延長線上に導入する気体の進路を妨害するべく、前記導入流路の開口を覆うように前記容器本体の中に垂下され、前記容器本体の内壁との隙間が周方向一端から周方向他端に向かって徐々に広くなるように、前記蓋体に突設された断面が円弧状の隔壁とを有し、前記隔壁は、流路抵抗を大きくして実質的に気体の流れを周方向片側へ制限するべく、前記導入流路の開口から、前記容器本体の内壁との隙間が狭い当該隔壁の前記周方向一端までの長さが、前記容器本体の内壁との隙間が広い当該隔壁の前記周方向他端までの長さよりも長いものとする。

この構成によれば、隔壁と容器本体の内壁との間に隙間を空けているので、隔壁と内壁との相対位置に誤差があっても互いに干渉することがない。このため、厳密な加工精度を要求することなく、蓋体に隔壁を突設することが可能である。したがって、容器本体を鋳物等で形成しながら、簡単な構造で気流を周方向に案内して、旋回流、螺旋流を生成し、遠心力によって気体中の液体を分離することができる。また、蓋体と隔壁とを一体に容器本体から取り外すことができるので、清掃等のメンテナンスが容易である。

この構成によれば、容器本体内壁との隙間が狭い側の流路抵抗が大きくなるので、実質的に気体の流れを周方向片側に制限でき、容器本体内に旋回流、螺旋流を生成して液体を効果的に分離できる。

また、本発明の第１の態様の気液分離器において、前記導入流路は、前記容器本体に略径方向に配設されていてもよい。

この構成によれば、気体を隔壁に当てて、液体を慣性分離した後、旋回流を形成して液体をさらに遠心分離できる。

また、本発明の第１の態様の気液分離器において、前記容器本体は、内壁に、前記導入流路の開口から、前記隔壁との隙間が広い側に螺旋状に下降して延伸する螺旋溝が形成されていてもよい。

この構成によれば、螺旋溝によって螺旋流の生成を助け、螺旋溝によって分離された液体を捕捉して効率よく分離できる。

また、本発明による気液分離器の第２の態様は、略円筒形の容器本体と、中心部に排気口が形成され、前記容器本体の上端を封止する蓋体と、前記容器本体に開口する導入流路と、前記導入流路の管路の延長線上に導入する気体の進路を妨害するべく、前記容器本体の内壁に該内壁との間に一定隙間を有するように近接して、前記導入流路の開口を覆うように前記容器本体の中に垂下され、前記蓋体に突設された断面が円弧状の隔壁とを有し、前記容器本体は、内壁に、前記導入流路の開口から螺旋状に下降して延伸する螺旋溝が形成されており、前記隔壁が、前記導入流路から前記容器本体に導入した気体を前記螺旋溝の中に封じ込める蓋となることで、前記気体の旋回流を生成するものとする。

この構成によれば、螺旋溝に沿って螺旋流を生成し、気体中の液体を遠心分離できる。また、内壁と隔壁とに隙間を設けることにより、容器本体、蓋体および隔壁に高い加工精度が要求されない。

また、本発明の第２の態様の気液分離器において、前記導入流路は、前記容器本体に略径方向に配設されていてもよい。

この構成によれば、気体を隔壁に当てて、液体を慣性分離した後、旋回流を形成して液体をさらに遠心分離できる。

本発明によれば、容器本体の内壁と隙間を有して配置される隔壁を蓋体に設けたので、隔壁の配設が簡単である。また、隔壁、さらには螺旋溝によって、容器本体内に旋回流、螺旋流を生成して、液体を効果的に分離できる。

本発明の第１実施形態の油分離器の水平断面図である。 図１の油分離器の垂直断面図である。 本発明の第２実施形態の油分離器の水平断面図である。 図３の油分離器の垂直断面図である。 本発明の第３実施形態の油分離器の水平断面図である。 図５の油分離器の垂直断面図である。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および２に、本発明の第１実施形態の気液分離器１を示す。気液分離器１は、例えば、不図示の油冷式スクリュ圧縮機の吐出気体から冷却用油を分離する油分離器として使用される。

気液分離器１は、直立有底筒状の容器本体２と、容器本体２の上端開口を封止する蓋体３とを有する。容器本体２は、鋳物からなり、例えば、約２５０ｍｍの内径と、約８００ｍｍの高さとを有している。

容器本体２には、気体を導入するために導入流路４が径方向に設けられている。導入流路４は、容器本体２の上端から約１／５の位置に、内径約２０ｍｍのノズル状に形成されており、容器本体２の内壁２ａに開口４ａを形成している。

蓋体３には、隔壁５が溶接されて突設されている。隔壁５は、導入流路４の開口４ａを覆うように容器本体２の中に垂下されている。また、隔壁５は、容器本体２の内壁２ａとの隙間が、周方向一端の近接端５ａにおいて約３ｍｍ程度で狭く、周方向他端の開放端５ｂに向かって徐々に拡がり、開放端５ｂにおいて約２０ｍｍまで拡大されている。また、隔壁５は、開口４ａから近接端５ａまでの長さが、開放端５ｂまでの長さよりも約１．５倍長くなっている。

また、蓋体３の中心部には、容器本体２の中心方向に開口する排気口６が形成されている。容器本体２の底部には、分離された油を排出するための液体排出口７が形成されている。容器本体２と蓋体３とは、複数のボルト８によって固定される。

本実施形態の気液分離器１において、隔壁５は、導入流路４の開口４ａを覆い、つまり、導入流路４の管路の延長線上に、導入流路４から容器本体２に径方向に流入する気体の進路を妨害するように配設されている。これにより、隔壁５は、先ず、導入流路４から導入された気体の流れを受け止め、気体に随伴されている冷却用油（液体）、また、導入流路４の底部を流れ、気体とともに容器本体２の内部に流入する冷却用油（液体）を慣性分離する。隔壁５によって慣性分離された液体は、隔壁５を伝い落ち、容器本体２の下方に回収される。

開口４ａにおいて、内壁２ａと隔壁５との隙間は、導入流路４と直角な全周方向に気体を流出させ得る流路を形成する。つまり、一旦隔壁５に流れを遮られた気体は、内壁２ａと隔壁５との隙間によって形成される流路に沿って分散して流れようとする。

また、隔壁５は近接端５ａにおいて、容器本体２の内壁２ａと近接して設けられ、また、開口４ａから近接端５ａまでの距離が長くなるように配置されている。このため、気体が内壁２ａと近接端５ａとの隙間を介して容器本体２の内部空間に流出する経路の流路抵抗が、開放端５ｂ側の流路抵抗よりも格段に大きくなっている。したがって、開口４ａから流入した気体は、主に、内壁２ａと隔壁５との隙間に沿って、開放端５ｂの方向に流れ、容器本体２の内部で１方向に旋回する。

また、気体は、この内壁２ａと隔壁５との隙間に沿って移動すると、その流路面積が漸増するのに従って流速を増し、容器本体２の内壁２ａに沿った高速な旋回流を形成する。これにより、気体中の液体が遠心分離して回収される。

このように、気液分離器１は、隔壁５の上記配置によって、気体から液体を慣性分離してからさらに遠心分離し、排気口６から排出する。隔壁５によって液体を慣性分離するためには、隔壁５によって気流の向きが大きく変化するようにした方がよい。好ましくは、気流が隔壁に略直角に吹き付けられるよう、本実施形態のように、導入流路４を容器本体２の径方向に近い角度で設けることが好ましい。

視点を変えると、隔壁５の近接端５ａと容器本体２の内壁２ａとの隙間は、鋳物で形成される容器本体２の寸法誤差を吸収するために設けられている。つまり、本発明において、近接端５ａと内壁２ａとの隙間は、容器本体２と隔壁５とが接触することにより蓋体３で容器本体２を封止できなくなる事態を避けるためのマージンであり、上記旋回流に逆行する漏れを少なくするためには、できるだけ小さく設計することが好ましい。

上述の構成によって、気液分離器１は、隔壁５により気体を受け止め、その気体に随伴されている冷却用油（液体）を慣性分離し、容器本体２の内壁２ａに沿って形成される高速な旋回流によって冷却用油（液体）を遠心分離するので、高い気液分離効率を発揮することができる。

また、隔壁５は、導入流路４の開口４ａを覆うように容器本体２の中に垂下して蓋体３に突設されているが、容器本体２の内壁２ａとの間には隙間が設けられている。したがって、容器本体２の内壁２ａと隔壁５との相対位置が多少ずれても互いに干渉することがないので、容器本体２および蓋体３に厳密な加工精度を要求することなく、通常の加工精度で隔壁５を設けることができる。

また、気液分離器１は、蓋体３に隔壁５を設けたので、蓋体３を取り外すことによって、容器本体２から隔壁５を取り外すことができる。このため、隔壁５や導入流路４の開口４ａの清掃等のメンテナンスが容易である。

続いて、図３および４に、本発明の第２実施形態の気液分離器１ａを示す。尚、以降の説明において、先に説明した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

本実施形態の気液分離器１ａは、容器本体２の内壁２ａに、導入流路４の開口４ａから内壁２ａとの隙間が広い側、つまり、隔壁５の開放端５ｂ側に螺旋状に下降して延伸する螺旋溝９が形成されている。

これにより、導入流路４から内壁２ａと隔壁５との隙間に導入され、隔壁５に遮られたた気体にとって、螺旋溝９が形成されている方向への流路面積が特に大きくなるので、この螺旋溝９に沿った流れを形成し易い。また、螺旋溝９は、遠心分離された液体を受け入れて再び気流中に飛散しないように保持するので、気液分離効果を高めるのに寄与する。

さらに、図５および６に、本発明の第３実施形態の気液分離器１ｂを示す。この気液分離器１ｂは、容器本体２の内壁２ａとの間に、一定の小さな（例えば５ｍｍの）隙間を形成するように、開口４ａの周方向両側に均等に配置された隔壁１０を有する。

隔壁１０は、導入流路４から導入された気体を螺旋溝９の中に封じ込める蓋となる。これにより、螺旋溝９に沿った気流を生成するが、内壁２ａと隔壁１０との間に隙間があるため、螺旋溝９から気体が漏れ出す。螺旋溝９の外側に溢れ出た気体も螺旋溝９内を流れる気流に引き摺られて、螺旋溝９に沿った螺旋流を形成する。

すなわち、気液分離器１ｂは、螺旋溝９に沿った螺旋流が容易に形成されること、および、螺旋溝９が分離された液体を効果的に捕捉することから、高い気液分離効率を発揮し得る。

１，１ａ，１ｂ…気液分離器
２…容器本体
３…蓋体
４…導入流路
５…隔壁
５ａ…近接端
５ｂ…開放端
６…排気流路
７…油排出流路
８…ボルト
９…螺旋溝
１０…隔壁

Claims (5)

1. 略円筒形の容器本体と、
   中心部に排気口が形成され、前記容器本体の上端を封止する蓋体と、
   前記容器本体に開口する導入流路と、
   前記導入流路の管路の延長線上に導入する気体の進路を妨害するべく、前記導入流路の開口を覆うように前記容器本体の中に垂下され、前記容器本体の内壁との隙間が周方向一端から周方向他端に向かって徐々に広くなるように、前記蓋体に突設された断面が円弧状の隔壁とを有し、
   前記隔壁は、流路抵抗を大きくして実質的に気体の流れを周方向片側へ制限するべく、前記導入流路の開口から、前記容器本体の内壁との隙間が狭い当該隔壁の前記周方向一端までの長さが、前記容器本体の内壁との隙間が広い当該隔壁の前記周方向他端までの長さよりも長いことを特徴とする気液分離器。
2. 前記導入流路は、前記容器本体に略径方向に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
3. 前記容器本体は、内壁に、前記導入流路の開口から、前記隔壁との隙間が広い側に螺旋状に下降して延伸する螺旋溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気液分離器。
4. 略円筒形の容器本体と、
   中心部に排気口が形成され、前記容器本体の上端を封止する蓋体と、
   前記容器本体に開口する導入流路と、
   前記導入流路の管路の延長線上に導入する気体の進路を妨害するべく、前記容器本体の内壁に該内壁との間に一定隙間を有するように近接して、前記導入流路の開口を覆うように前記容器本体の中に垂下され、前記蓋体に突設された断面が円弧状の隔壁とを有し、
   前記容器本体は、内壁に、前記導入流路の開口から螺旋状に下降して延伸する螺旋溝が形成されており、
   前記隔壁が、前記導入流路から前記容器本体に導入した気体を前記螺旋溝の中に封じ込める蓋となることで、前記気体の旋回流を生成することを特徴とする気液分離器。
5. 前記導入流路は、前記容器本体に略径方向に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の気液分離器。

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