JP4906175B2

JP4906175B2 - 気液分離装置

Info

Publication number: JP4906175B2
Application number: JP2000085275A
Authority: JP
Inventors: 崇裕鎌田
Original assignee: 株式会社カマタテクナス
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2020-03-24
Also published as: KR100449398B1; JP2001269524A; KR20010093058A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧空気などの気体中に含まれる水分などの液体を除去する気液分離装置、特に、エアモータ、エアブレーカなどの空気作動機械、粉塵吹き飛ばし用の空気吹出装置、乾燥冷却用空気吹出装置などへ供給される空気の除湿用として好適に用いることができる気液分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、気液分離装置の一つとして、フロンガスなどの冷媒を用いた高圧空気中の除湿装置が知られている。この除湿装置は、冷媒で高圧空気を冷却することによって空気中の水蒸気を凝縮して除去するものであるが、フロンガスなどの冷媒が必要であるため、環境上の問題があり、また、冷媒を圧縮するためのコンプレッサやコンデンサ、高圧空気を冷却するための熱交換器などの各種装置が必要である。また、この除湿装置を作動させるには電源などの動力源が必要であるため、ランニングコストも高いなどの問題がある。
【０００３】
その他の除湿装置として、装置内に設けられたフィルタに高圧空気を通過させて高圧空気中の水分を除去するものが知られている。この装置では、使用によってフィルタが湿ってしまうと、フィルタを通過する高圧空気と共にフィルタに付着した水分がフィルタの裏面に押し出され、除湿した高圧空気が再び湿ってしまうという問題がある。フィルタが水分で飽和状態になると、この問題はさらに顕著となり、除湿効果が低下するため、定期的なフィルタの清掃および交換を行わなければならない。
【０００４】
このような問題を解消するものとして本発明者は、特開平８−２９００２８号公報において圧縮空気の除湿装置を開示した。この除湿装置は、中空室を有する円筒状容器の側面下部に空気導入路を設け、同円筒状容器の上部に排出路を設け、空気導入路の前面位置に、空気を衝突させるための衝突面と、衝突した空気の流れを変えるガイド部を備えたもので、中空室内には、中央を開口した円錐状の受け板を配置し、さらに、この受け板の上部に空気孔を有する邪魔板が設けられている。
【０００５】
この除湿装置によれば、空気導入路を通って中空室に導入された圧縮空気は衝突面で激しく衝突して、圧縮空気に含まれた水分が粒滴化し、直角に近い角度に向きが変えられ中空室の内面に沿うように中空室内に放出される。放出された空気は円筒状容器の内壁面の曲率で曲げられた周速度をもって螺旋状に高速回転しながら、円筒状容器の上方の排出口方向へ上昇していく。そして、空気流の高速回転で生じる遠心力によって比重の大きい水分と比重の小さい空気とに分離され、分離された水分は落下してドレンに収容され、除湿された空気のみが排出路から排出される。この除湿装置を使用することにより、従来のコンプレッサなどで必要な動力源や、定期的な交換が必要なエアフィルタなどを用いることなく、空気中の水分を効率的に除去することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−２９００２８号公報において開示した除湿装置は、空気導入路を通って中空室に導入された水分含有空気は衝突面に衝突して中空室内に放出された後、回転する気流の遠心力によって水分と空気とに分離され、除湿された空気のみが排出路から排出される構造であるが、分離された水分が完全に落下しないうちにその一部が空気流ととも上昇して排出路から排出される除湿空気に混入するおそれがある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、特開平８−２９００２８号公報に開示した除湿装置をさらに発展させ、さらに気液分離効果の高い気液分離装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
特開平８−２９００２８号公報に開示した除湿装置の基本原理は、水分を含む気体を衝突面に激しく衝突させて水分を粒滴化させることと、さらに、この衝突させた気体を高速で回転させて気体と液体とを遠心分離することにある。したがって、この効果を高めるには、導入された気体の衝突時におけるエネルギロスをを出来る限り少なくして、円筒状容器内で高速回転させることと、円筒状容器内の滞留時間をある程度長くして円筒状容器内での遠心分離を確実に行うようにすることが肝要である。
【０００９】
本発明の気液分離装置は、中心軸が鉛直をなすように保持された内部が中空な円筒状容器と、円筒状容器内を区画するように配置された擂り鉢状の受け板と、受け板の底部に設けられた通気口と、円筒状容器の側面に設けられた気体流入口と、円筒状容器の上部に設けられた気体排出口と、円筒状容器の底部に設けられた液体回収口と、円筒状容器の内壁に位置する気体流入口の開口部に対向して配置され気体流入口から流入した気体を円筒状容器の内壁面に沿う方向へ放出するガイド部とを備えた気液分離装置であって、ガイド部から放出された気体流を円筒状容器の内壁面に沿って下降する方向に誘導する気流誘導手段を設けたことを特徴とする。
【００１０】
液体を含む高圧空気を衝突面に衝突させることで、気体中に分散している液体がどのように凝集し液滴化するのかという点について、そのメカニズムは必ずしも明らかではないが、ミスト状の液体を含む気体が衝突面に衝突すると、気体成分は直ちに方向を変えて出口から放出されるのに対し、液体成分は瞬時に方向変換できず気体成分の流速より遅くなり、衝突面の近傍に瞬間的に滞留した状態となるため、この滞留したミスト状の液体粒子に次のミスト状液体粒子が結合し、順次、これが繰り返されて液滴化するものと推察される。
【００１１】
したがって、気液分離機能を高めるには、液体を含む気体を適度な運動エネルギーを持った状態で衝突面に衝突させることと、円筒状容器内における空気流の滞留時間をある程度長くして円筒状容器内での遠心分離を確実に行うようにすることが必要である。
【００１２】
そこで、本発明の気液分離装置は、気体流入口から円筒状容器内に流入しガイド部から放出された気体流を、円筒状容器の内壁面に沿って下降する方向に誘導する気流誘導手段を設けることによって、前記課題を解決したものである。すなわち、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流は、前記気流誘導手段で円筒状容器の内壁面に沿って下降する方向に誘導されながら円筒状容器内で高速回転した後上昇し、受け板の底部に設けられた通気口を通過し、円筒状容器上部の気体排出口から排出されるので、円筒状容器内の滞留時間が長くなる結果、遠心分離が確実かつ十分に行われて、気液分離効果が高まる。また、気液分離効果の向上により、従来、擂り鉢状の受け板の上部に対向配置されていた仕切り板が不要となるため、構造が簡略化され、部品点数を低減することができる。
【００１３】
また、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流の一部が液体成分を含んだ状態で直ちに上昇することがないので、円筒状容器の軸方向の長さを従来より短くしても気体排出口から排出される気体に液体成分が混入することがなく、これによって、装置の小型化を図ることが可能である。
【００１４】
円筒状容器内において気体から遠心分離された液体成分は、円筒状容器の内壁と接触して液滴化し、また、一部は受け板下面と接触して液滴化し、それぞれ円筒状容器の下方へ流下して、円筒状容器の底部に設けられた液体回収口から回収される。なお、液体回収口にはオートドレンなどの回収器具を取り付けることが望ましい。
【００１５】
気流誘導手段として、ガイド部の一部から円筒状容器の内壁面に沿って螺旋状に下降するように配置された気流誘導部材を設けることにより、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流は、気流誘導部材に沿って螺旋状に下降しながら高速回転するので、円筒状容器内の滞留時間が長くなる結果、遠心分離が確実に行われ、気液分離効果が高まる。
【００１６】
前記気流誘導部材の長さを、円筒状容器の内壁面を少なくとも１周する長さとすることにより、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流を効率良く螺旋状に下降させることができ、液体成分が除去された気体の上昇、排出を妨げることもない。
【００１７】
前記気流誘導部材として、円筒状容器の内壁面から中心軸方向へ突出した気流誘導板を設けることにより、円筒状容器内に放出された気体流を効率よく螺旋状に下降させるとともに高速回転させることが可能となるので、気液分離効果をさらに高めることができる。
【００１８】
前記気流誘導板の突出幅を、円筒状容器の内径の２０〜３０％とすることにより、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流の高速回転運動を妨げることなく、効率良く螺旋状に下降させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は実施の形態である気液分離装置を示す正面図、図２は前記気液分離装置の縦断面図、図３は前記気液分離装置の一部切欠斜視図、図４は前記気液分離装置を構成する気流誘導板の斜視図、図５は図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】
本実施形態の気液分離装置１０においては、中心軸が鉛直をなすように直立状態に保持された内部が中空な円筒状容器１１と、円筒状容器１１内を区画するように円筒状容器１１の上部に配置された擂り鉢状の受け板１２と、受け板１２の底部に設けられた通気口１３と、円筒状容器１１の下部側面に設けられた気体流入口１４と、円筒状容器１１の上部に設けられた気体排出口１５と、円筒状容器１１の底部に設けられた液体回収口１６と、円筒状容器１１の内壁面１８に位置する気体流入口１４の開口部１７に対向して配置され気体流入口１４から流入した気体を円筒状容器１１の内壁面１８に沿う方向へ放出するガイド部１９とを備えている。
【００２１】
気体流入口１４には高圧空気供給管２０が連結され、気体排出口１５には高圧空気吐出管２１が連結され、液体回収口１６の下側にはオートドレン２２が取り付けられている。高圧空気供給管２０、高圧空気吐出管２１およびオートドレン２２は、それぞれネジ機構によって取り付けられているため、必要に応じて着脱可能である。
【００２２】
ガイド部１９は縦断面がコ字形状で、気体流入口１４から円筒状容器１１内へ流入した気体流を衝突させる衝突面１９ａを有し、衝突面１９ａに衝突した気体流は、その流れ方向が円筒状容器１１の内壁面１８に沿った方向へ変換される。また、ガイド部１９の天井部分には、ガイド部１９から放出された気体流を円筒状容器１１の内壁面１８に沿って下降する方向に誘導するため螺旋状に配置された気流誘導板２３が連設されている。
【００２３】
水分を含む高圧空気を衝突面１９ａに衝突させることで、空気成分は直ちに方向を変えて出口１９ｂから放出されるのに対し、高圧空気中の水分は瞬時に方向変換できず空気成分の流速より遅くなり、衝突面１９ａの近傍に瞬間的に滞留した状態となるため、この滞留したミスト状の水粒子に次のミスト状の水粒子が結合し、順次、これが繰り返されて水滴化するものと推察される。
【００２４】
本実施形態の気液分離装置１０では、気体流入口１４から円筒状容器１１内に流入し、ガイド部１９から放出された空気流を、円筒状容器１１の内壁面１８に沿って下降する方向に誘導する螺旋状の気流誘導板２３を設けているため、ガイド部１９から円筒状容器１１内に放出された空気流は、気流誘導板２３で円筒状容器１１の内壁面１８に沿って下降する方向に誘導されながら円筒状容器１１内で高速回転した後上昇し、受け板１２の底部に設けられた通気口１３を通過し、円筒状容器１１上部の気体排出口１５から排出される。
【００２５】
したがって、円筒状容器１１内における空気流の滞留時間が従来の気液分離装置より長くなり、遠心分離が確実かつ十分に行われる結果、気液分離効果が高まるので、気体排出口１５から排出される空気中の水分を殆ど完全に除去することができる。また、気液分離効果の向上により、従来、擂り鉢状の受け板１２の上部に対向配置されていた仕切り板が不要となるため、構造が簡略化され、部品点数を低減することができる。
【００２６】
また、気流誘導板２３を設けたことにより、ガイド部１９から円筒状容器１１内に放出された空気流の一部が水分を含んだ状態で直ちに上昇することがないので、円筒状容器１１の軸方向の長さを比較的短くしても気体排出口２１から排出される高圧空気に水分が混入することがなくなり、これによって、装置の小型化を図ることが可能である。
【００２７】
円筒状容器１１内において空気から遠心分離された水分は、円筒状容器１１の内壁１８と接触して水滴化し、また、一部は受け板１２の下面と接触して水滴化し、それぞれ円筒状容器１１の下方へ流下して、円筒状容器１１の底部に設けられた液体回収口１６からオートドレン２２へ回収される。
【００２８】
気流誘導板２３の長さを、円筒状容器１１の内壁面１８を１周する長さとしているため、ガイド部１９から円筒状容器１１内に放出された空気流を効率良く螺旋状に下降させることができ、水分が除去された空気の上昇、排出を妨げることもない。
【００２９】
本実施形態では、気流誘導板２３の突出幅２４を円筒状容器１１の内径２５の約２８％としており、これにより、ガイド部１９から円筒状容器１１内に放出された空気流の高速回転運動を妨げることなく、効率良く螺旋状に下降させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００３１】
（１）本発明の気液分離装置によれば、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流は、気流誘導手段で円筒状容器の内壁面に沿って下降する方向に誘導されながら円筒状容器内で高速回転した後上昇し、受け板の底部に設けられた通気口を通過して気体排出口から排出されるので、円筒状容器内の滞留時間が長くなり、遠心分離が確実かつ十分に行われ気液分離効果が高まる。気液分離効果の向上により、従来、擂り鉢状の受け板の上部に対向配置されていた仕切り板が不要となるため、構造が簡略化され、部品点数を低減することができる。また、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流の一部が液体成分を含んだ状態で直ちに上昇することがないので、円筒状容器の軸方向の長さを従来より短くしても気体排出口から排出される気体に液体成分が混入することがなくなり、装置の小型化を図ることが可能となる。
【００３２】
（２）気流誘導手段として、ガイド部の一部から円筒状容器の内壁面に沿って螺旋状に下降するように配置された気流誘導部材を設けることにより、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流は、気流誘導部材に沿って螺旋状に下降しながら高速回転するので、円筒状容器内の滞留時間が長くなり、遠心分離が確実に行われ、気液分離効果が高まる。
【００３３】
（３）気流誘導部材の長さを、円筒状容器の内壁面を少なくとも１周する長さとすることにより、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流を効率良く螺旋状に下降させることができ、液体成分が除去された気体の上昇、排出を妨げることもない。
【００３４】
（４）気流誘導部材として、円筒状容器の内壁面から中心軸方向へ突出した気流誘導板を設けることにより、円筒状容器内に放出された気体流を効率よく螺旋状に下降させるとともに高速回転させることが可能となり、気液分離効果をさらに高めることができる。
【００３５】
（５）気流誘導板の突出幅を、円筒状容器の内径の２０〜３０％とすることにより、ガイド部から円筒状容器内に放出された気体流の高速回転運動を妨げることなく、効率良く螺旋状に下降させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態である気液分離装置を示す正面図である。
【図２】図１の気液分離装置の縦断面図である。
【図３】図１の気液分離装置の一部切欠斜視図である。
【図４】図１の気液分離装置を構成する気流誘導板の斜視図である。
【図５】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１０気液分離装置
１１円筒状容器
１２受け板
１３通気口
１４気体流入口
１５気体排出口
１６液体回収口
１７開口部
１８円筒状容器の内壁面
１９ガイド部
１９ａ衝突面
１９ｂ出口
２０高圧空気供給管
２１高圧空気吐出管
２２オートドレン
２３気流誘導板
２４気流誘導板の突出幅
２５円筒状容器の内径

Claims

中心軸が鉛直をなすように保持された内部が中空な円筒状容器と、前記円筒状容器内を区画するように配置された擂り鉢状の受け板と、前記受け板の底部に設けられた通気口と、前記円筒状容器の側面に設けられた気体流入口と、前記円筒状容器の上部に設けられた気体排出口と、前記円筒状容器の底部に設けられた液体回収口と、前記円筒状容器の内壁に位置する前記気体流入口の開口部に対向して配置され前記気体流入口から流入した気体を前記円筒状容器の内壁面に沿う方向へ放出するガイド部とを備えた気液分離装置であって、前記円筒状容器の内壁面から中心軸方向へ突出した気流誘導部材からなり、前記ガイド部から放出された気体流を前記円筒状容器の内壁面に沿って螺旋状に下降する方向に誘導する気流誘導手段を備え、かつ、前記気流誘導手段の前記円筒状容器の中心軸側の空間および前記気流誘導手段と前記受け板との間の空間には何も備えていないことを特徴とする気液分離装置。
前記気流誘導部材は、前記ガイド部の一部から前記円筒状容器の内壁面に沿って螺旋状に下降するように配置されたものである請求項１記載の気液分離装置。
前記気流誘導部材の長さが、前記円筒状容器の内壁面を少なくとも１周する長さである請求項２記載の気液分離装置。
前記気流誘導部材として、前記円筒状容器の内壁面から中心軸方向へ突出した気流誘導板を設けた請求項２または３記載の気液分離装置。
前記気流誘導板の突出幅が、前記円筒状容器の内径の２０〜３０％である請求項４記載の気液分離装置。