(57)【要約】【課題】内筒の周辺に集まる飛散中の液滴を効率的に収集すると共に、再度旋回流に乗ることを抑制することで、高効率な気液分離ができる気液分離器を提供すること。【解決手段】同心円状に配置された内筒２（２０、２１、２２、２３）及び外筒５１を有し、外筒５１内に供給された気液混合体６０の旋回流６１によって気液混合体６０を気体６２と液体６３とに分離する気液分離器１において、内筒２（２０、２１、２２、２３）は、その外周面２ａ（２０ａ、２１ａ、２２ａ、２３ａ）に付着した液体６６（６６ａ）を保持する液体保持部を備えていることを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円状に配置された内筒及び外筒を有し、前記外筒内に供給された気液混合体の旋回流によって前記気液混合体を気体と液体とに分離する気液分離器において、
前記内筒は、その外周面に付着した液体を保持する液体保持部を備えていることを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
請求項１記載の気液分離器において、
前記液体保持部は、前記内筒の外周面に設けられた凹凸部であることを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の気液分離器において、
前記液体保持部は少なくとも前記内筒の下端近傍に設けられることを特徴とする気液分離器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の気液分離器において、
前記液体保持部は、前記内筒の外周面に環状に形成されることを特徴とする気液分離器。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の気液分離器において、
前記液体保持部は、前記内筒の外周面に螺旋状に形成されることを特徴とする気液分離器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液混合体に旋回流を生じさせ、その遠心力により気体と液体を分離させる気液分離器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、気液分離器の一つとして、円筒容器に気液混合体を供給し、この円筒容器内に気液混合体の旋回流を生じさせ、この旋回流中の液体を遠心力によって円筒容器の壁部に付着させることで、気液混合体に含まれる液体と気体を分離させる旋回流式（サイクロン方式）気液分離器が知られている。
【０００３】
図８は、従来のこの種の気液分離器の一例を示すものであり、また、図９は図８のＡ−Ａ線から見た平断面図、図１０は図８の符号Ｂに示す気液分離器の要部を示す側断面図である。
【０００４】
気液分離器５０は、外筒５１と、外筒５１に気液混合体６０を供給する供給口５３と、外筒５１で捕集された液体５４を排出する排出口５５と、滑らかな外周面のストレート配管で形成された内筒５６と、気液分離された気体６２を排出する気体排出管５８とによって構成されている。
また、供給口５３は、気液混合体６０を外筒５１の内周面に沿って供給するように、外筒５１の接線方向に延びた状態で設けられている。
【０００５】
このように構成された気液分離器５０において、気液混合体６０が供給口５３から外筒５１内に供給されると、外筒５１内に気液混合体６０の旋回流６１が生じ、図１０に示すように気液混合体６０に含まれる液滴６５は霧状に飛散しながら、旋回流６１の遠心力によって外筒５１の内周面５１ａに付着する。内周面５１ａに付着した液滴６５は、他の液滴と接触しつつ、次第にその自重を増加させながら内周面５１ａに沿って外筒５１の下方へ流れ落ち、液体６３として排出口５５から排出される。
このように気液混合体６０に含まれる液滴６５を外筒５１の下方に落下させて排出する一方、気液混合体６０に含まれる気体６２を内筒５６を通じて気体排出管５８から排出するので、気液混合体６０は気体と液体とに分離された状態となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−６３４５２号公報
【特許文献２】
特開平６−４１４号公報
【特許文献３】
実開平６−６４７０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、気液分離器５０に供給される気液混合体６０は、液滴６５以外にそれよりも小径の液滴６６も混合した状態となっている。この液滴６６は、内周面５１ａに付着することなく旋回流６１に乗って内筒５６の周辺を旋回する。
この際に、内筒５６は滑らかな外周面を有したストレート管であることから、内筒５６の外周面にぶつかって付着してもすぐ離脱して再び旋回流６１に乗り、そのまま気体排出管５８を通って気体６２に混入した状態で排出されることになる。これでは、排出される気体６２に多くの液体が混入していることになり、十分な気液分離を行うことができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、内筒の周辺に集まる飛散中の液滴を効率的に収集すると共に、再度旋回流に乗ることを抑制することで、高効率な気液分離ができる気液分離器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、同心円状に配置された内筒及び外筒を有し、前記外筒内に供給された気液混合体の旋回流によって前記気液混合体を気体と液体とに分離する気液分離器において、前記内筒は、その外周面に付着した液体を保持する液体保持部を備えていることを特徴とするものである。
この発明に係る気液分離器によれば、気液混合体が外筒の内周面に付着することなく外筒内を霧状に飛散する液滴は、内筒の周辺を旋回しつつ、その旋回速度が遅くなった段階で、内筒の外周面に付着し、また、霧状に飛散している他の液滴と接触することによって液滴は雫に成長する。更に、この雫と、他の飛散中の液滴とが接触を繰り返すことで雫の自重は増加し、内筒の下方へ流れ落ちる。このとき、内筒は液体保持部を備えているので、雫は液体保持部によって保持され、内筒の下端から垂れ落ちるのを抑制される。
この液体保持部によって保持された雫は、保持されたまま他の液滴及び近隣の雫との接触を繰り返すことによりその自重が増加する。更に、液体保持部と雫との接触面の表面張力よりも雫の自重が大きくなった時に、雫は液体保持部から離れて外筒の下方へ落ちていく。このとき、雫の自重が大きいため内筒に入り込む気体の流れに乗ることがない。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の気液分離器において、前記液体保持部は、前記内筒の外周面に設けられた凹凸部であることを特徴とするものである。
この発明に係る気液分離器によれば、先に記載の気液分離器と同様の効果を奏すると共に、液体保持部が凹凸部であるので、凹凸部と雫との表面張力が好適に働き、雫を保持することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の気液分離器において、前記液体保持部は少なくとも前記内筒の下端近傍に設けられることを特徴とするものである。
この発明に係る気液分離器によれば、先に記載の気液分離器と同様の効果を奏すると共に、雫を内筒から落ちる寸前で溜めることができることから、効率的に雫を大きくさせることができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の気液分離器において、前記液体保持部は、前記内筒の外周面に環状に形成されることを特徴とするものである。
この発明に係る気液分離器によれば、先に記載の気液分離器と同様の効果を奏すると共に、内筒から落ちる雫は、一旦、保持部を必ず通過するので、小さい雫を内筒から流れ落ちることを抑制することができる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の気液分離器において、前記液体保持部は、前記内筒の外周面に螺旋状に形成されることを特徴とするものである。
この発明に係る気液分離器によれば、先に記載の気液分離器と同様の効果を奏すると共に、内筒の外周面を伝って落ちる雫を螺旋状に形成された液体保持部の中に供給させ、この雫を最終的に下端まで導くことによって、雫をより大きくさせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１から図３はこの発明の一実施の形態に係る気液分離器を示す図であって、図１は気液分離器の概略構成を示す側断面図、図２は内筒の要部を示す側面図、図３は図２の符号Ｃに示す部分の側断面を拡大した拡大図である。図１から図３において、図８から図１０の構成要素と同一部分については、同一符号を付し、その説明を省略する。なお、各図においては、各部材及び形状を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材及び形状毎に縮尺を異ならせてある。
【００１５】
この実施の形態の気液分離器１は、外筒５１の内部に内筒２を有しており、この内筒２には、その外周面２ａ上に溝部（液体保持部）５が設けられている。この溝部５は、内筒２の下端から約１０ｍｍ上方の位置に内筒２の中心に向かって形成された幅１０ｍｍの円弧状であって、外周面２ａから円弧頂部までの深さが約２ｍｍとなっており、円筒２を外周するように環状に形成されている。なお、溝部５の形状及び各寸法は、これに限ったものではなく、好適な形状及び寸法で形成される。
【００１６】
このように構成された気液分離器１においては、図８に示すものと同様に、気液混合体６０が供給口５３から外筒５１内に供給されると、外筒５１内に気液混合体６０の旋回流６１が生じ、気液混合体６０に含まれる液滴６５は霧状に飛散しながら、旋回流６１の遠心力によって外筒５１の内周面５１ａに付着する。
このように内周面５１ａに付着した液滴６５は、他の液滴と接触しつつ、次第にその自重を増加させながら内周面５１ａに沿って流れ落ち、液体６３として排出口５５から排出される。一方、気液混合体６０中の気体６２は、内筒２を通じて気体排出管５８から排出される。
【００１７】
また、気液混合体６０のうち内周面５１ａに付着することなく外筒５１内を霧状に飛散する液滴６６（図１０参照）は、内筒２の周辺を旋回しつつ、図３（ａ）に示すように内筒２の外周面２ａに付着し、更に、旋回中の液滴６６ａと接触することによって、図３（ｂ）に示すように雫１０になる。更に、雫１０と飛散している液滴６６ａとの接触や雫１０同士の接触を繰り返すことで、雫１０の自重は増加する。
続いて、図３（ｃ）に示すように、自重が増加した雫１０は、内筒２の下方へ流れ、溝部５に保持される。
溝部５によって保持された雫１０は、溝部５に保持された状態で、飛散している液滴６６ａ及び内筒２の上方から流れ落ちてくる他の雫１０ａとの接触を繰り返すことにより、その自重が更に増加する。
【００１８】
更に、図３（ｄ）に示すように、溝部５に保持された雫１０と溝部５との接触面の表面張力よりも雫１０の重量が大きくなった際に、雫１０は、溝部５から外筒５１の下方に流れ落ち、外筒５１の内周面５１ａに沿って落下した液滴６５と同様に液体６３として外筒５１の下部から排出口５５を介して外部に排出される。
【００１９】
上述したように、この気液分離器１においては、内筒２に溝部５が設けられているので、外周面２ａに付着した雫１０が下方に流れても、溝部５によって保持され、溝部５において更に大きな雫１０になるまでは内筒２からの落下が抑制される。従って、内筒２から落ちる雫１０が大きくなることにより、内筒２の内側に入り込む流れに乗りにくくなり、その結果、気体排出管５８から排出される気体６２に液体の混入が抑制される。なお、内筒２から落下した雫１０は、液体６３として排出される。このように気液混合体６０を効率良く気液分離することができる。
【００２０】
図４から図７は、この発明の他の実施形態を示す図であって内筒の他の例を示している。なお、これらの図に示す内筒を用いた気液分離器は、内筒２を除いて図１から図３に示す気液分離器１と基本的構成が同一である。
【００２１】
図４に示す内筒２０は、その外周面２０ａに液体保持部として環状の溝部５ａが２つ設けられた構成となっている。これら溝部５ａそれぞれの形態は図２に示す溝部５と同様である。
なお、図４に示すように溝部５ａを２つ設けることに限定するものではなく、３つ以上設けてもよい。更に、溝部５ａ同士の間隔も任意である。
このように複数の溝部５ａが設けられることにより、前述した実施形態と同様の効果が得られると共に、内筒２０ａに付着してこれに沿って落ちてくる雫１０が複数段階において保持されることから、雫１０はより大きくなり、また、複数の雫１０を保持することから、気体排出管５８から排出される気体６２に液体の混入が更に抑制され、気液混合体６０を効率良く気液分離することができる。
【００２２】
図５に示す内筒２１は、その外周面２１ａに液体保持部として螺旋状の溝部５ｂが設けられた構成となっている。なお、溝部５ｂの形状及び各寸法は、好適に形成される。
このように溝５ｂが設けられることにより、内筒２１の外周面２１ａを伝って落ちる雫１０を溝５ｂの中に供給させ、雫１０を最終的に下端まで導くことによって、雫１０はより大きくなる。また、溝５ｂから雫１０が漏れた場合には、雫１０の下方の溝５ｂに供給されるので、雫１０は最終的に下端まで導かれる。このように気体排出管５８から排出される気体６２に液体の混入が抑制され、気液混合体６０を効率良く気液分離することができる。
【００２３】
図６（ａ）は、内筒２２を側面視した側面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の符号Ｂから見た下面図である。内筒２２は、その外周面２２ａに液体保持部として溝５ｃが縦方向に一つ設けられた構成となっている。なお、溝部５ｃの幅、深さ等の寸法及び形状は、好適に形成され、複数本設けてもよい。
このような溝５ｃが設けられることにより、内筒２２の外周面２２ａに付着した雫１０は溝５ｃを伝って内筒２２の下端に流れ落ち、この際に真下に落下するので雫１０の落下速度は次第に大きくなりつつ落下する。また、旋回流６１と共に飛散する液滴６６を取り込むことができる。このように気体排出管５８から排出される気体６２に液体の混入が抑制され、気液混合体６０を効率良く気液分離することができる。
【００２４】
図７（ａ）は、内筒２３を側面視した側面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の符号Ｃに示す部分の側断面を拡大した拡大図である。内筒２３の端部には、内筒２３から外方へ張り出す凸部（液体保持部）２４が設けられた構成となっている。なお、内筒２３の外周面２３ａと凸部２４によって形成されたコーナー部２５においては、外周面２３ａ及び凸部２４によって好適な角度が形成されており、また、凸部２４を配置させる位置は内筒２３の下端に限ることはなく、任意の位置に設けられる。
このような凸部２４が設けられることにより、外周面２３ａを落下する雫１０は、コーナー部２５によって保持され、内筒２３に付着した雫１０が連続的にコーナー部２５に流れ落ちることによって、雫１０は液体３０として成長し、凸部２４の上方に溜まる。更に、液体３０は少しずつ凸部２４から符号Ｅに示すように零れ落ちる。このように気体排出管５８から排出される気体６２に液体の混入が抑制され、気液混合体６０を効率良く気液分離することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、凸部を設けた内筒２３の外周面２３ａに溝部５ａ、５ｂ、５ｃのいずれかを設けることで、気液分離の効率を向上させる構成であってもよい。
【００２６】
また、以上に述べた実施形態は、内筒２、２０、２１、２２、２３に形状的な液体保持部を設けた構成となっているが、本発明の液体保持部は形状的なものに限らず、内筒の外周面に親液性を有する薄膜をコーティングして液体保持性を有する外周面を形成してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１に係る発明によれば、気液分離器は内筒の外周面に付着した液体を保持する液体保持部を備えているので、雫は液体保持部によって保持され、内筒の下端から垂れ落ちるのを抑制され、雫の自重が大きくなった時に雫を落下させることができる効果が得られる。
請求項２に係る発明によれば、液体保持部は前記内筒の外周面に設けられた凹凸部であるので、凹凸部と雫との表面張力が好適に働き、雫を保持することができる効果が得られる。
請求項３に係る発明によれば、液体保持部は少なくとも前記内筒の下端近傍に設けられているので、雫を内筒から落ちる寸前で溜めることができる効果が得られ、効率的に雫を大きくさせることができる効果が得られる。
請求項４に係る発明によれば、内筒の外周面に環状に形成されているので、雫を内筒から流れ落ちることを抑制することができる効果が得られる。
請求項５に係る発明によれば、液体保持部は内筒の外周面に螺旋状に形成されているので、雫をより大きくさせることができる効果が得れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る気液分離器の概略構成を示す側断面図である。
【図２】図１に示す気液分離器の内筒の要部を示す側断面図である。
【図３】図２の拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る内筒の要部を示す側面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る内筒の要部を示す側面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る内筒の要部を示す側面図及び下面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る内筒の要部を示す側面図及び拡大図である。
【図８】従来の気液分離器の概略構成を示す側断面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線から見た断面図である。
【図１０】図８の要部を示す側断面図である。
【符号の説明】
１　気液分離器
２、２０、２１、２２、２３　内筒
５、５ａ、５ｂ、５ｃ　溝部（液体保持部）
１０、１０ａ　雫（液体）
２４　凸部（液体保持部）
２５　コーナー部
５１　外筒
６０　気液混合体
６１　旋回流
６２　気体
６５、６６、６６ａ　液滴（液体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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