CN111566334A - 气液分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气液分离装置，其能够在水平方向延伸的入口管内适当地旋流气液二相流体。流过气液二相流体的管具备：入口管(21)，其为轴线(O1)在水平方向上延伸的圆筒状并且具有形成在流体流入口侧并在径向开口的流体流入口(21a)；流体流入管(30)，其一端具有连接流体流入口(21a)的连接部(31)，并其轴线(O2)在水平方向上延伸并且介于流体流入口(21a)从入口管(21)的侧方引入气液二相流体。另外，在连接部(31)中，穿过连通流体流入口(21a)的连接开口(31a)的中心的轴线(O3)的位置相对于入口管(21)的轴线(O1)位置在铅直方向上偏移。

Description

气液分离装置
技术领域
本发明涉及一种气液分离装置，其分离气液二相流体中的气体和液体。
背景技术
以往已知有，将气液二相流体以入口管的切线方向引入，并通过在该入口管内形成旋流，将气体和液体分离的气液分离装置(例如，参见专利文献1)。在该气液分离装置中，流体流入管的轴线相对于入口管的轴线正交，并且成为从入口管的侧方引入气液二相流体的构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开平9－220421号公报
发明内容
(发明所要解决的问题)
但是，在以往的气液分离装置中，入口管的轴线沿铅直方向延伸，并且在管上部与流动气体(气态)的内部管同轴连接，管下部形成有排水口。另一方面，流体流入管的轴线沿水平方向延伸，并且与入口管的上部周向表面连接。因此，入口管、内部管以及流体流入管全都没有成为水平状态配置的结构。
此外，该以往的气液分离装置中，连接于流体流入管的部分接近连接于内部管的排气口，并在相对于内部管的周向表面的位置开口。因此，将入口管、内部管以及流体流入管全都配置为水平状态时，会产生很难适当地旋流气液二相流体并分离气体和液体的问题。
本发明着眼于上述问题而做出，其目的是提供一种能够在沿水平方向延伸的入口管内适当地旋流气液二相流体的气液分离装置。
(解决问题的方案)
为了达成上述目的，本发明提供一种气液分离装置，其通过旋流流过管的气液二相流体，并从气液二相流体中分离液体和气体。
所述管具备：入口管，其为圆筒状并在水平方向上延伸，并具有形成在所述气液二相流体流动方向上游侧的周向表面的流体流入口和形成在所述气液二相流体流动方向下游侧的端部处并且用于流出所述液体的排水口；内部管，其与所述入口管同轴配置，并将形成有开口的一端***所述入口管的所述气液二相流体流动方向下游侧的端部；流体流入管，其一端具有连接所述流体流入口的连接部，并在水平方向上延伸，并且配置为经所述流体流入口向所述入口管的内部，能够从该入口管的侧方引入所述气液二相流体。
另外，在所述连接部中，穿过与所述流体流入口连通的连接开口中心的轴线位置相对于所述入口管的轴线位置在铅直方向上偏移。
(发明的效果)
因此，在本发明中，由于从流体流入管流入入口管的气液二相流体不容易朝向入口管的中心，因此能够沿着入口管的内周表面引入该气液二相流体。据此，在水平方向上延伸的入口管内，能够适当地旋流(回旋)气液二相流体。
附图说明
图1是表示适用实施例1的气液分离装置的内燃机的排气循环***的整体***图。
图2是表示实施例1的气液分离装置的截面图。
图3是图2所示的A－A截面图。
图4是图2所示的B部分的放大图。
图5是表示整体说明实施例1的气液分离装置中气液二相流体及分离的气体·液体的流动的图。
图6是图5所示的C－C截面图。
图7是放大示出实施例1的气液分离装置中的液体的流动说明图。
图8是图5所示的D部分的放大图。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施例1，对本发明的气液分离装置的实施方式进行说明。
(实施例1)
首先，将实施例1中的气液分离装置的结构分为“适用例的***整体结构”、“气液分离装置的详细结构”进行说明。
[适用例的***整体结构]
图1是表示适用实施例1的气液分离装置的内燃机的排气循环***的整体***图。以下，结合图1，对实施例1的适用例的***整体结构进行说明。
实施例1的气液分离装置20适用于图1所示的内燃机1的排气循环流动***S。在此，图1所示的内燃机1是作为行驶驱动源搭载于车辆的柴油发动机，具有四个气缸(未图示)。各气缸上分别连接有进气通道2和排气通道3。
在进气通道2的前端形成有进气口2a，并从进气口2a侧依次设置有：进气过滤用空气滤清器4；涡轮增压器5的压缩机5a；用于冷却进气的中间冷却器6；调节进气量的节流阀7。在排气通道3中，从内燃机1侧依次设置有：涡轮增压器5的涡轮5b；净化排气的排气净化催化剂8；以及用于调节排气流量的排气调节阀9。另外，在排气调节阀9的下游侧设置有消音器10，并在消音器10的前端形成有排气口3a。
进气通道2和排气通道3是通过低压EGR通道11和高压EGR通道12连接。在此，“EGR(ExhaustGasRecirculation)”是将内燃机1中燃烧后的废气(排气)的一部分提取并再次进行进气的技术，称为排气再循环。
低压EGR通道11连接相比压缩机5a上游的进气通道2和相比排气净化催化剂8下游的排气通道3。另一方面，高压EGR通道12与相比压缩机5a下游的进气通道2和相比涡轮5b上游的排气通道3连接。据此，在低压EGR通道11中，经过涡轮5b的排气返回到压缩机5a的进气。另外，在高压EGR通道12中，吸入涡轮5b前的排气返回到经过压缩机5a的空气。
低压EGR通路11设置有用于冷却通向进气通道2的排气的EGR冷却器13和用于调节经由低压EGR通道11循环至进气通道2的排气的流量的低压EGR阀14。在高压EGR通道12中设置有用于调节经由高压EGR通道12循环至进气通道2的排气的流量的高压EGR阀15。
在此，在低压EGR通路11中，能够实现不降低经过涡轮增压器5的涡轮5b的排气量而循环排气，从而减少NOx的效果大。但是，在EGR冷却器13中的通过冷却而可能会产生冷凝水。因此，在实施例1中，将适用本发明的旋流产生装置的气液分离装置20(参见图2)设置在低压EGR阀14的下游位置，且在涡轮增压器5的压缩机5a的上游的位置(在图1中由点划线X包围的位置)，收集冷凝水并排出。
[气液分离装置的详细结构]
图2及图3是表示适用实施例1的气液分离装置的截面图。以下，结合图2和图3，对实施例1的气液分离装置的详细结构进行说明。
如图2所示，实施例1的气液分离装置20包括：入口管21(管)；内部管22；第一排水管23；第二排水管24；贮水罐25；旁通管26；流体流入管30。
入口管21是经由流体流入管30与进气口2a及低压EGR阀14连通，并引入气体和颗粒状液体(冷凝水)混合状态的排气(以下，称为“气液二相流体”)的圆筒状的管状构件。该入口管21的轴线O1沿水平方向延伸。此外，在该入口管21的内部，气液二相流体沿轴线O1流动，并在该气液二相流体的流动方向的上游侧(在图2中的右侧，以下称为“流体流入侧”)的周向表面上形成有流体流入口21a，在气液二相流体的流动方向的下游侧(在图2中的左侧，以下称为“流体流出侧”)的端部21b形成有第一排水口21c(排水口)。另外，入口管21的流体流入侧的端面21d封闭。
流体流入口21a是在入口管21的切线方向敞开的开口，其开口中心位置(轴线O3)形成在相比轴线O1偏移向铅直方向的下方的位置(参见图3)。此外，如图2所示，该流体流入口21a呈扁平的椭圆形状，该扁平的椭圆形状为在入口管21的圆周方向的开口尺寸短且沿轴线O1的开口尺寸长。也就是说，该流体流入口21a是在与轴线O1同轴方向上取长轴的扁平形状该扁平形状的长轴在。另外，该流体流入口21a的与流体流入管30的轴线O2垂直的截面上的开口面积设置为与流体流入管30的截面面积的尺寸大致相等。另外，“铅直方向”是指，与水平方向正交，作用重力的方向。另外，在图2及图3中，纸面上的上下方向相当于“铅直方向”。此外，轴线O2是流体流入管30的总体部分的轴线。
第一排水口21c是从气液二相流体分离出的液体流出的开口，并在入口管21的径向上且在铅直方向的下方开口。
内部管22由外部尺寸比入口管21的内径尺寸小的圆筒状的管构件形成，并且一端22a***在入口管21的流体流出侧的端部21b，设置为与入口管21同轴状态。
另外，在该入口管21和内部管22之间产生的间隙α处嵌合有隔离件28。隔离件28呈圆柱形状并围绕内部管22的整个圆周，其外周表面与入口管21的内周表面21e以气密状态接触，其内周表面与内部管22的外周表面22f以气密状态接触。在此，隔离件28的在入口管21内侧的轴向端部28a位于与第一排水口21c的周缘部当中的最下游侧的部分相同的轴向位置。即，虽然隔离件28与第一排水口21c的开口区域不重叠，但是针对第一排水口21c的开口区域设置为在轴向没有间隙。
内部管22的***入口管21的一端22a处形成有在轴向敞开(开口)的开口22b。据此，入口管21、内部管22以及开口22b成为同轴。另外，该内部管22的流体流出侧(在图2中的左侧)的端部与涡轮增压器5的压缩机5a连通。
此外，该内部管22在从入口管21突出的位置(从入口管21突出的部分)形成有通气口22c，该通气口22c的周向表面在内部管22的径向方向贯通。该通气口22c连接旁通管26的第二端部26b。另外，内部管22的内周表面22d上形成有多个环状槽22e(在此为两个)。另一方面，在内部管22的外周表面22f上具有突出部22g和电加热片22h(加热结构)，该突出部22g形成在外周表面22f的***入口管21的部分，该电加热片22h设置在外周表面22f的从入口管21突出的部分。
各环状槽22e是沿内部管22的圆周方向延伸的环形的凹部，并设置在内部管22的内部，即设置在相比流体流入管30靠向流体流出侧的位置。此外，在此，两个环状槽22e当中的一个在***入口管21的部分且形成在突出部22g的内侧，并且环状槽22e与突出部22g的轴向位置一致。此外，另外一个环状槽22e形成在从入口管21突出的部分处。各环状槽22e都具有：如图4中放大示出的，第一阶梯表面51；第二阶梯表面52以及底表面53。
第一阶梯表面51是形成在环状槽22e的面中的位于流体流入侧的表面。内部管22的内径尺寸从该第一阶梯表面51朝向流体流出侧以阶梯状增大。即，内部管22在环状槽22e的内侧的位置处的内径尺寸D2比环状槽22e的流体流入侧的位置处的内径尺寸D1大。此外，在此该第一阶梯表面51与内部管内周表面221d形成的角θ1设置为90°，该内部管内周表面221d位于相比第一阶梯表面51靠向流体流入侧。
另一方面，第二阶梯表面52是形成在环状槽22e的面中的位于流体流出侧的面。内部管22的内径尺寸从该第二阶梯表面52朝向流体流出侧以阶梯状变小。即，内部管22在环状槽22e的内侧的位置处的内径尺寸D2比环状槽22e的流体流出侧的位置处的内径尺寸D3大。此外，在此该第二阶梯表面52与内部管内周表面222d形成的角θ2设置为90°，该内部管内周表面222d位于相比第二阶梯表面52靠向流体流出侧。另外，第二阶梯表面52的高度尺寸H2和第一阶梯表面51的高度尺寸H1设置为相同尺寸。
底表面53是沿内部管22的圆周方向延伸并成为环状槽22e的底表面的面，并且位于第一阶梯表面51和第二阶梯表面52之间。
突出部22g从内部管22的外周表面22f向径向方向的外侧突出，并沿内部管22的圆周方向延伸，并且围绕外周表面22f的整个圆周。在此，突出部22g形成在第一排水口21c的重力方向的上方位置处，该第一排水口21c形成于入口管21。该突出部22g的高度尺寸H3设置为小于入口管21的内周表面21e和内部管22的外周表面22f之间的间隙尺寸H4。据此，突出部22g的前端面与入口管21的内周表面21e之间产生间隙。
电加热片22h是具有当打开未图示的接通开关时发热的电热丝的可挠性的片，其缠绕在内部管22并覆盖外周表面22f。而且，通过使该电加热片22h的电热丝发热而加热内部管22。另外，在此该电加热片22h覆盖于形成在从入口管21突出的部分处的另一个环状槽22e所形成的位置，并对内部管22中的形成环状槽22e(第一阶梯表面51)的部分的外周表面22f实施加热。
第一排水管23由T字管形成，其中第二管构件23b与第一管构件23a的轴向中心部正交并连接，并且入口管21的流体流出侧端部安装于第一管构件23a的内侧。此外，形成在第一管构件23a和第二管构件23b的连接部分处的连接开口23c面向第一排水口21c。据此，入口管21经由第一排水口21c和连接开口23c，与第一排水管23的第二管构件23b连通。
另外，形成在入口管21的第一排水口21c的内径尺寸设置为与第一排水管23的连接开口23c的内径尺寸相等。而且，第二管构件23b沿铅直方向延伸，并在其中央部分具有沿液体流动的方向直径逐渐变小的直径减小部23d。据此，前端开口23e的内径尺寸小于连接开口23c和第一排水口21c的内径尺寸。
第二排水管24是圆筒状的管状构件，其一端固定在入口管21的流体流入侧的周向表面及流体流入管30处，并沿铅直方向延伸。如图3所示，该第二排水管24的一端与后述的形成于流体流入管30的上游侧排水口32连通。而且，该第二排水管24在中间部分沿液体的流动方向具有直径逐渐变小的直径减小部24a，前端开口24b的开口面积小于上游侧排水口32的开口面积。
贮水罐25具有罐主体25a，罐主体25a设置在第一排水管23及第二排水管24的铅直方向的下方。形成在该罐主体25a的上部的第一连接口25b连接于第一排水管23的第二管构件23b的前端部23f，第二连接口25c与第二排水管24的前端部24c连接。而且，形成在第二管构件23b的前端部23f的前端开口23e与第一连接口25b连通，形成在第二排水管24的前端部24c的前端开口24b与第二连接口25c连通。此外，在该罐主体25a的铅直方向上的上部的侧面形成有通气口25d，通气口25d连接旁通管26的第一端部26a。另外，罐主体25a的重力方向上的下部形成有能够适当开闭的排水开口(未图示)。储存在罐主体25a内部的液体达到一定量时，该储存的液体能够经由排水开口排放至罐的外部。
旁通管26是连通内部管22和贮水罐25的两端开口的管构件。该旁通管26的第一端部26a与形成在罐主体25a的通气口25d连接，第二端部26b与形成在内部管22的通气口22c连接。而且，罐主体25a的内部空间经由旁通管26与内部管22的内部连通。
流体流入管30由直径尺寸小于入口管21的圆筒状的管状构件构成，并且流体流入侧(在图3的右侧)的端部与进气口2a及低压EGR阀14连通，在流体流出侧(在图3的左侧)的端部形成有连接部31。此外，流体流入管30布置成使轴线O2在水平方向上延伸，并且该轴线O2配置为相对于入口管21的轴线O1倾斜(在此为正交)的状态。
连接部31是使流体流入管30的外形根据流体流入口21a的开口形状而变形，并且将前端***并连接到流体流入口21a的部分。在该连接部31的前端形成有与流体流入口21a连通的连接开口31a。另外，该连接开口31a在流体流入管30的轴向上开口。
此外，实施例1的连接部31具有第一连接部31b和第二连接部31c，该第一连接部31b的截面形状从与流体流入管30的总体部分的截面相同的环形逐渐变为与流体流入口21a的开口形状相同的扁平椭圆，该第二连接部31c的截面形状与流体流入口21a的开口形状相同。在此，由于流体流入口21a的垂直于轴线O2的截面中的开口面积与流体流入管30的截面面积大致相同，因此第一连接部31b及第二连接部31c的截面面积的大小几乎相同。
而且，如图3所示，该连接部31被设定为使得穿过连接开口31a的中心的轴线O3平行于流体流入管30的轴线O2的方向和入口管21的切线方向，并且该轴线O3的位置相对于入口管21的轴线O1的位置向铅直方向的下方偏移。
另外，在连接部31的第二连接部31c中形成有在铅直方向的下方开口的上游侧排水口32。该上游侧排水口32在第二排水管24的上方位置处开口，并且与第二排水管24连通。
接下来，将实施例1的气液分离装置20的作用分为“气液分离作用”、“液体的收集作用”、“液体的蒸发促进作用”、“第二阶梯表面的液滴保持作用”进行说明。
[气液分离作用]
图5及图6是表示实施例1的气液分离装置的气液二相流体及分离后的气体·液体的流动的整体说明图。以下，结合图5及图6，对实施例1的气液分离作用进行说明。
图1所示的排气循环***S中，从进气口2a吸入的空气与通过低压EGR通道11从排气通道3吸入的排气以流速1m/s～100m/s的速度流入涡轮增压器5的压缩机5a。此时，排气中含有水分，并使用EGR冷却器13对该气体进行冷却而水分冷凝成为冷凝水的颗粒状液体，成为空气等的气体中混合液体的气液二相流体。
如图5所示，在实施例1的气液分离装置20中，流进流体流入管30的气液二相流体从形成于该流体流入管30的一端的连接部31经由流体流入口21a流入入口管21。
在此，流体流入管30的轴线O2在水平方向上延伸，并且相对于入口管21的轴线O1正交。因此，在该气液分离装置20构成为从入口管21的侧方导入气液二相流体。此外，流体流入口21a形成在比轴线O1靠向下侧，并且开口中心位于从轴线O1的正下方偏移的位置。另一方面，在流体流入管30中，穿过形成在连接部31的前端的连接开口31a的中心的轴线O3的位置相对于入口管21的轴线O1的位置向铅直方向的下方偏移。
因此，从流体流入管30流入入口管21的气液二相流体朝向相比入口管21的中心(轴线O1)偏移向铅直方向的下方的方向流入，并沿内周表面21e流动(被引导)。其结果是，气液二相流体不容易朝向入口管21的中心，并且沿着内周表面21e顺时针旋转并流向流体流出侧的端部21b而产生旋流(回旋)。据此，能够在轴线O1在水平方向延伸的入口管21内，使气液二相流体适当地旋流。
此外，气液二相流体流入的流体流入口21a的在垂直于流体流入管30的轴线O2的截面中的开口面积的尺寸设定为与流体流入管30的截面积大致相同，并且呈沿入口管21的轴线O1延长的扁平的椭圆形状。因此，能够抑制连接部31的内部压力的上升，维持气液二相流体的流动的顺畅，并且能够确保穿过相对于入口管21的轴线O1的连接开口31a的中心的轴线O3的偏移量。
也就是说，如果流体流入管30的直径尺寸足够小于入口管21的直径尺寸时，无需将流体流入口21a设为扁平形状，也能够使穿过连接开口31a的中心的轴线O3相对于入口管21的轴线O1充分地偏移向铅直方向。但是，如果流体流入管30的直径尺寸相等或者大于入口管21的直径尺寸的情况时，将流体流入口21a设为与流体流入管30的截面形状相同时，就不能够使穿过连接开口31a的中心的轴线O3相对于入口管21的轴线O1充分地偏移。另一方面，当简单地将流体流入口21a的开口形状设小且与相对于流体流入管30的开口形状相似时，连接部31的内部压力上升，使气液二相流体的流动淤滞。
与此相比，通过将流体流入口21a设为扁平的椭圆形状，能够将该流体流入口21a的垂直于流体流入管30的轴线O2的截面中的开口面积设置为与流体流入管30的截面面积大致相同的大小，并且能够使穿过连接开口31a的中心的轴线O3相对于入口管21的轴线O1偏移。
此外，通过将流体流入口21a设定为沿入口管21的轴线O1的开口尺寸长的扁平形状，该流体流入口21a在入口管21的圆周方向，即该流体流入口21a的气液二相流体的旋流方向的开口尺寸变短。据此，例如，与流体流入口为圆形的情况相比，即使开口面积相同也能够缩短流体流入口21a的流体旋流方向的开口尺寸。其结果是，能够抑制从流体流入口21a流出的气液二相流体的扩散，并使该气液二相流体容易沿着入口管21的内周表面21e流动，能够提高赋予气液二相流体的回旋力(旋转力)。
并且，通过将气液二相流体在入口管21内旋流，并通过由该旋流产生的离心力，使质量比气体大的液体被引导向入口管21的内周表面21e。
朝向入口管21的内周表面21e被引导的液体聚集并成为液滴，并从气体分离。从该气体分离的液体附着在内周表面21e的状态下，通过旋流的流动朝向流体下游侧流动，并流入形成在入口管21的流体下游侧的端部的第一排水口21c，并经由第一排水管23的连接开口23c流入第二管构件23b，流过该第二管构件23b。其后，从前端开口23e向罐主体25a流动并被储存。
此时，第一排水口21c在铅直方向的下方开口，并且由于第一排水管23的第二管构件23b沿铅直方向延伸，因此液体通过自重从第一排水口21c向第二管构件23b流动(流下)。此外，由于内部管22的外部尺寸小于入口管21的内径尺寸，因此，防止粘附在入口管21的内周表面21e上的液体流入内部管22内。即，从气液二相流体分离的液体进入入口管21和内部管22之间，防止流入内部管22。另外，由于内部管22***在入口管21，因此能够抑制管径的增大，并且能够抑制设置气液分离装置20所需的空间。
而且，在实施例1中，内部管22和贮水罐25经由旁通管26彼此连通。因此，能够通过在内部管22流动的气流来降低贮水罐25内部的压力，并且能够使流过第一排水管23的液体的流动顺畅。
此外，在入口管21中流动的气体经由在轴向开口的开口22b流入内部管22。此时，随着朝向气液二相流体的流动方向的下游侧液体从气体分离。而且，气体经由内部管22流向涡轮增压器5的压缩机5a。在此，在入口管21的流体流出侧的端部21b上嵌合有用于密封与内部管22之间产生的间隙α的隔离件28。因此，能够防止气体从入口管21和内部管22之间泄漏，并且能够使从气液二相流体分离的气体顺畅流入内部管22。
[液体的收集作用]
在实施例1的气液分离装置20的流体流入管30中，在连接部31的第二连接部31c上形成有沿铅直方向的下方开口的上游侧排水口32。此外，该上游侧排水口32与沿铅直方向延伸的第二排水管24连通。
因此，包含于气液二相流体的液体比较多，并形成一定程度大小的液滴时，如图6所示，由自重能够朝向铅直方向的下方流动的液体在流入入口管21之前，能够从上游侧排水口32排出。而且，流入上游侧排水口32的液体经由连通于该上游侧排水口32的第二排水管24流向贮水罐25内并被储存。
此外，即使气液二相流体的流速慢而使得气液二相流体不能够在入口管21内充分地旋流时，也能够从上游侧排水口32排出包含于该气液二相流体的液体的一部分。
也就是说，在实施例1的气液分离装置20中，能够预先收集流入入口管21前的包含于气液二相流体的液体的一部分。据此，旋流气液二相流体时，能够降低液体的含有量并能够提高液体分离率。
此外，在实施例1中，穿过连接开口31a的中心的轴线O3相对于入口管21的轴线O1偏移向铅直方向的下方。因此，能够容易从上游侧排水口32向外部排出流入入口管21前的液体，并能够有效地减少包含于气液二相流体的液体。
此外，由旋流引导向入口管21的内周表面21e并液滴化的液体由自重经由第一排水口21c流入第一排水管23。而且，流过该第一排水管23并被收集在贮水罐25中。但是，也存在不能通过自重下落的较小的液滴以粘附在内部管22的外周表面22f的状态残留在入口管21中。
另一方面，包含于气液二相流体的气体的一部分不流入内部管22中，而进入入口管21和内部管22之间。但是，流入入口管21和内部管22之间的气体被隔离件28阻塞而不能逸出。因此，虽然该气体沿入口管21的内周表面21e旋流并流动，但是该气体与隔离件28撞击而沿内部管22的外周表面22f逆流并朝向内部管22的开口22b。
据此，由于朝向内部管22的开口22b流动的气体，使不能通过自重下落并粘附在内部管22的外周表面22f的一部分液滴可能会朝向开口22b移动。
于此相比，在实施例1的气液分离装置20中，在内部管22的***入口管21的部分，相对于第一排水口21c的位置的外周表面22f处形成有沿圆周方向延伸的突出部22g。
因此，如图7所示，受撞击隔离件28后沿内部管22的外周表面22f朝向开口22b流动的气体影响以粘附在内部管22的外周表面22f的状态朝向开口22b移动的液滴W被突出部22g挡住。而且，该液滴W被突出部22g挡住而聚集，并质量变大时由自重下落，并从第一排水口21c向第一排水管23流动。
据此，即使粘附在内部管22的外周表面22f的一部分液滴与气体一同朝向内部管22的开口22b，也能够防止流入内部管22中，并进行适当的收集，从而能够防止流过内部管22的气体中混入液滴化的液体。
[液体的蒸发促进作用]
在实施例1的气液分离装置20中，液体被分离的气体在维持旋流状态流入内部管22内，并被供给至未图示的涡轮增压器5。但是，如果存在从气体没有分离尽的液体时，该没有分离尽的液体可能与气体一同流入内部管22内。
此时，当与气体一同流入内部管22的液体成为具有一定程度的质量的液滴时，则向下游侧流动而撞击涡轮增压器5的压缩机5a的旋翼等，从而可能会产生撞击(振动)。
于此相比，在实施例1的气液分离装置20中，在内部管22的内周表面22d形成有多个(在此为两个)环状槽22e，该环状槽22e具有：第一阶梯表面51、第二阶梯表面52以及底表面53。
因此，流入内部管22的液体通过在该内部管22内旋流并被流动的气体引导至内周表面22d而聚集，并以液滴化的状态粘附在内周表面22d的状态流动时进入环状槽22e的中。
此时，如图8所示，在环状槽22e中，当气体流入该环状槽22e而产生湍流，并且沿位于气液二相流体的流动方向的上游侧的第一阶梯表面51处产生具有低压的负压区域F。因此，与气体一同流入环状槽22e内的液滴W被负压区域F引拉，并朝向第一阶梯表面51吸引。据此，液滴W停留在第一阶梯表面51的附近位置，即环状槽22e内。
另一方面，该环状槽22e的底表面53在内部管22的圆周方向延伸。因此，成为旋流的气体在该环状槽22e的内部沿底表面53向圆周方向流动。此外，停留在环状槽22e内的液滴W也与旋流的气体一同在环状槽22e的内部沿底表面53流动。即，气体及液滴W在该环状槽22e内沿底表面53旋流。而且，液滴W沿该底表面53继续旋流而被渐渐蒸发。
而且，流入内部管22的液滴W，通过在被第一阶梯表面51吸引的状态下在环状槽22e内旋流并被蒸发，从而能够防止该液滴W与气体一同流入内部管22。
如上所述，由于液滴化并从气体分离的液体(液滴W)在被第一阶梯表面51吸引的状态下在环状槽22e内旋流并被蒸发，因此能够防止该液滴W朝向相比环状槽22e靠向流体流出侧流动。
特别是，在本实施例1中，环状槽22e在内部管22的内周表面22d处形成为多个(两个)。因此，具有多次(两次)在环状槽22e内停留并蒸发液滴W的机会。据此，能够使更多的液体被气化(蒸发)，并且能够提高液滴的气化率。
另外，如图5所示，在本实施例1的气液分离装置20中，内部管22的从入口管21突出的部分的外周表面22f覆盖有电加热片22h。因此，通过打开该电加热片22h以产生热量，能够对内部管22的外周表面22f实施加热。
据此，从内部管22内的入口管21突出的部分的温度上升，能够促进与气体一同流入内部管22的液体的蒸发。其结果是，能够蒸发并气化流入内部管22内的液滴，并防止液滴状态的液体与气体一同流动，从而能够提高液滴的气化率。
另外，在本实施例1中，在内部管22的内周表面22d中，从入口管21突出并被电加热片22h覆盖的部分处形成有具有第一阶梯表面51的环状槽22e。因此，在内部管22中，形成该环状槽22e的部分的外周表面22f被电加热片22h加热。
据此，能够促进停留在环状槽22e的第一阶梯表面51附近位置的液滴的蒸发，并且能够有效地对流入内部管22内的液滴进行蒸发。
[第二阶梯表面的液滴保持作用]
在实施例1中，形成在内部管22的环状槽22e具有位于相比第一阶梯表面51靠向流体流出侧且内部管22的内径尺寸朝向该流体流出侧阶梯状变小的第二阶梯表面52。
因此，如图8所示，进入环状槽22e的液滴W即使通过旋流向流体流出侧移动并从第一阶梯表面51分离，其移动被第二阶梯表面52阻止，能够停留于环状槽22e内。即，通过第二阶梯表面52能够防止液滴W朝向相比环状槽22e靠向下游侧流动。因此，能够将该液滴W停留在环状槽22e的内部并进行蒸发，从而能够抑制液体以液滴W状态流动。
以上，基于实施例1对本发明的气液分离装置进行了说明，但是具体的结构不限于本
实施例1，在不脱离权利要求所要求保护的发明的主旨的情况下，允许对设计进行变更和增加。
在实施例1中示出了，将流体流入口21a设为开口尺寸沿入口管21的轴线O1的长的扁平椭圆形状的例子。但是，只要将穿过流体流入管30的连接开口31a的中心的轴线O3设为相对于轴线O1在铅直方向上偏移即可，因此并不限于流体流入口21a的开口形状为实施例1所示的结构。特别是，在流体流入管30的直径尺寸充分小于入口管21的直径尺寸等结构中，可以将流体流入口21a设为与流体流入管30的截面形状相同。
此外，在实施例1中示出了，将穿过流体流入管30的连接开口31a的中心的轴线O3相比轴线O1偏移向铅直方向的下方的例子。但是，不限于此，可以使穿过连接开口31a的中心的轴线O3相比轴线O1偏移向铅直方向的上方。
此外，在实施例1中示出了，连接于第一排水口21c的第一排水管23及连接于上游侧排水口32的第二排水管24与贮水罐25连接的例子，但是，不一定要设置第一排水管23、第二排水管24以及贮水罐25也可。即，可以设置为从流体流入管30或者从入口管21排出的液体不进行储存而排出在外部。此外，贮水罐和数量不限于一个，可以在每个排水管处设置，也可以仅将一部分的排水管连接于贮水罐。也就是说，贮水罐能够任意设置。另外，可以不必形成上游侧排水口32和旁通管26。
此外，在实施例1中示出了，隔离件28与入口管21及内部管22分开设置的例子，但是不限于此。隔离件28可以与入口管21的内周表面21e一体设置，或者可以与内部管22的外周表面22f一体设置。
此外，在实施例1的气液分离装置20中示出了，形成在内部管22的内周表面22d的环状槽22e具有第一阶梯表面51及第二阶梯表面52的例子。但是，本发明不限于此，可以在内部管22的内周表面22d上仅设置内部管22的内径尺寸朝向流体流出侧阶梯状变大的第一阶梯表面51。即使在这种情况下，能够在沿第一阶梯表面51产生负压区域，并在该第一阶梯表面51的附近位置使液滴化的液体停留，并能够朝向圆周方向旋流而被蒸发。
另外，如此，仅形成第一阶梯表面的情况下，可以将该第一阶梯表面沿气液二相流体的流动方向形成多个。也就是说，可以将内部管22的内径尺寸以阶梯状多次变大。在此情况下，由于能够在多个第一阶梯表面的各自的附近位置使液滴化的液体停留并被蒸发，因此能够分为多次对液滴进行蒸发，能够提高液滴的气化率。
此外，在实施例1中示出了，第一阶梯表面51与内部管内周表面221d形成的角θ1设定为90°，该第一阶梯表面51形成在内部管22，该内部管内周表面221d位于相比第一阶梯表面51靠向流体流入侧的例。但是，该角θ1是只要沿第一阶梯表面51能够形成负压区域F的角度即可。也就是说，该角θ1可以具体设定为90°或更小的锐角。
另外，在实施例1的气液分离装置20中示出了，第二阶梯表面52与内部管内周表面222d形成的角θ2设定为90°，该第二阶梯表面52形成在内部管22，该内部管内周表面222d位于相比第二阶梯表面52靠向流体流出侧的例子。但是，该角θ2是只要能够沿第二阶梯表面52阻止环状槽22e内的液滴向下游侧移动的角度即可。也就是说，该角θ2可以具体设定为90°或者更小的锐角。
另外，在本实施例1中示出了，形成在内部管22的内周表面22d的环状槽22e与形成在内部管22的外周表面22f的突出部22g的轴向的位置一致的例子。据此，通过将内部管22的内周表面22d凹陷的位置处向外侧突出，使得环状槽22e和突出部22g能够同时形成，并且能够抑制由于环状槽22e的形成而内部管22的厚度的减少。但是，本发明不限于此，环状槽22e和突出部22g的轴向位置可以在轴向上彼此偏移设置。
另外，在实施例1中示出了，作为加热内部管22的外周表面22f的加热机构，使用具有可挠性的电加热片22h的例子，但是不限于此。只要是能够加热从入口管21突出的部分的内部管22的即可，因此例如可以是将内部管设为双层管结构，并在成为双层的管之间循环高温的排气气体来加热管。也就是说，作为加热机构可以使用排气气体的循环结构。
此外，在实施例1中示出了，在排气循环***S中气液分离装置20也设置于低压EGR阀14的下游位置且涡轮增压器5的压缩机5a的上游位置(在图1中由点划线X包围的位置)的例子，但是不限于此。由于能够设置在排气循环***S中产生冷凝水的位置，因此可以设置在中间冷却器6的下游位置且内燃机1的气缸供气口的上游侧(在图1中的由点划线Y包围的位置)。
另外，虽然在实施例1中示出了内燃机1是搭载于车辆的柴油发动机的例子，但是，并不限于此，即使内燃机1为汽油发动机也能够适用。
而且，在实施例1中示出了，将气液分离装置20适用于内燃机1的排气循环***S的例子。但是，本发明不限于此，例如可以适用于制冷循环装置，并且可以将气态制冷剂与液态制冷剂分开设置。也就是说，本发明的气液分离装置能够应用于从气液二相流体中分离气体和液体的装置。
进一步，关于各管(入口管等)的形状、连接部位、半径尺寸等并不限于实施例1所示的结构，能够任意设定。
(相关申请的相互参照)
本发明基于2017年10月25日向日本特许厅申请的日本特愿2017－206577主张优先权，其公开内容全部通过引用并入本说明书。

Claims (9)

1.一种气液分离装置，其特征在于，
将流过管的气液二相流体旋流并从所述气液二相流体分离液体和气体，
其中，所述管具备：
入口管，其为圆筒状并在水平方向上延伸，并具有形成在所述气液二相流体流动方向上游侧的周向表面的流体流入口和形成在所述气液二相流体流动方向下游侧的端部处并且用于流出所述液体的排水口；
内部管，其与所述入口管同轴配置，并将形成有开口的一端***所述入口管的所述气液二相流体流动方向下游侧的端部；
流体流入管，其一端具有连接所述流体流入口的连接部，并在水平方向上延伸，并且配置为经所述流体流入口向所述入口管的内部，能够从该入口管的侧方引入所述气液二相流体；
在所述连接部中，穿过与所述流体流入口连通的连接开口中心的轴线位置相对于所述入口管的轴线位置在铅直方向上偏移。
2.根据权利要求1所述的气液分离装置，其中，
在所述连接部中，穿过所述连接开口中心的轴线位置相比所述入口管的轴线位置偏移向铅直方向的下方。
3.根据权利要求1或2所述的气液分离装置，其中，
所述流体流入口的、垂直于所述流体流入管轴线的截面中的开口面积设置为与所述流体流入管的截面面积大致相同，并且所述流体流入口沿所述入口管的轴线呈长的扁平形状。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的气液分离装置，其中，
所述流体流入管在所述连接部形成有在铅直方向的下方开口的上游侧排水口。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气液分离装置，其中，
所述入口管设置有与所述排水口连接的排水管和设置在所述排水管的前端部的贮水罐，
所述内部管设置有与所述贮水罐的内部连通的旁通管。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气液分离装置，其中，
在所述内部管的内周表面上形成有第一阶梯表面，所述第一阶梯表面的内径尺寸朝向所述气液二相流体流动方向的下游侧变大。
7.根据权利要求6所述的气液分离装置，其中，
在所述内部管的比所述第一阶梯表面更靠向所述气液二相流体流动方向下游侧的内周表面上形成有第二阶梯表面，所述第二阶梯表面的内径尺寸朝向所述气液二相流体流动方向的下游侧变小。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的气液分离装置，其中，
在所述内部管中，在***所述入口管的部分的外周表面形成有沿着圆周方向延伸的突出部。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的气液分离装置，其中，
所述内部管具有加热从所述入口管突出的部分的加热结构。
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