JP5787573B2

JP5787573B2 - 気液分離装置

Info

Publication number: JP5787573B2
Application number: JP2011076020A
Authority: JP
Inventors: 坂田　英之; 英之坂田; 福田　秀朗; 秀朗福田; 吉田　和弘; 和弘吉田; 白石　直; 直白石
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012206100A

Description

本発明は、気液分離装置に関する。

プラントによっては、液体に含まれる気体を取り除く気液分離が必要とされる場合がある。例えば、特許文献１には、遠心力を利用した気液分離装置が記載されている。

特開２００７−０５０３３２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の遠心力を利用した気液分離装置は、回転駆動力を発生させるモータが必要である。モータを不要とし、液体に含まれる気体を取り除くには、気体の気泡を自然に沈静させる方法があるが、沈静させるには時間もかかり、静置槽を設ける必要がある。このため、簡易な構造で効率よく液体に含まれる気体を低減できる気液分離装置が望まれている。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、液体容器を液体が流通することで液体に含まれる気体を低減できる気液分離装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、気液分離装置は、液体が流入する液体流入口と、前記液体が流通する液体容器と、前記液体が流出する液体流出口と、を含み、前記液体容器の内部に、複数の平板状の多孔板を含み、隣り合う多孔板は、前記液体流入口側の前記多孔板の孔に噴流が流れ、前記噴流の方向において、前記液体流入口側の前記多孔板の孔が前記液体流出口側の前記多孔板の孔と全てが重なりあわず、前記噴流の周囲に自由渦が生じていることを特徴とする。

これにより、液体容器を液体が流通することで液体に含まれる気体を低減できる。例えば、回転駆動力を発生させるモータを不要とし、気体の気泡を自然に沈静させる時間を短縮することができる。

本発明の望ましい態様として、前記噴流の周囲に自由渦が生じていることが好ましい。これにより、微細気泡が自然渦に捕集され、自由渦の中心で気泡成長することができる。その結果、微細気泡を大きな気泡へ成長させることができる。このため、気泡の上昇速度を増加させることができる。

本発明の望ましい態様として、前記隣り合う多孔板間の気泡が液体流入口側多孔板へ近づく方向に浮上することが好ましい。これは、隣り合う多孔板間の多孔板間流速よりも気泡の上昇速度が大きいことが起因している。これにより、液体流出口から流出する液体に含まれる気泡が低減される。

本発明の望ましい態様として、前記多孔板が前記液体流入口から前記液体流出口への方向に対して傾斜して前記液体容器の内壁に固定されていることが好ましい。これにより、成長した気泡が集まる箇所を一定とすることができる。

本発明の望ましい態様として、前記多孔板は、鉛直方向の上方の端部に孔を有していることが好ましい。これにより、集まった気泡を多孔板の液体流入口側へ移動させることができる。

本発明によれば、液体容器を液体が流通することで液体に含まれる気体を低減できる気液分離装置を提供する。

図１は、実施形態１の気液分離装置の構成を示す説明図である。図２は、多孔板間の噴流の流れを説明する説明図である。図３は、多孔板間の気泡の状態を説明する説明図である。図４は、実施形態２の気液分離装置の構成を示す説明図である。図５は、実施形態３の気液分離装置の構成を示す説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の気液分離装置の構成を示す説明図である。気液分離装置１は流入する液体１１に含まれる気体を低減した状態で液体１２を流出させる装置である。図１に示すように、本実施形態の気液分離装置１は、液体容器２０と、液体流入口２１と、液体流出口２２と、気液分離板３０とを有している。

液体容器２０は、内部に液体１１を流通させる、例えば管状の筒体である。液体流入口２１は、液体容器２０の一端に形成された開口部である。液体流入口２１には、液体導入管等が接続され、液体導入管等により液体１１が液体流入口２１より流入する。液体流出口２２は、液体容器２０の他端に形成された開口部である。液体流出口２２には、液体排出管等が接続され、液体排出管等により液体１２が液体流出口２２より流出する。

実施形態１の気液分離装置１は、液体容器２０の鉛直方向に液体１１が上から下へ流通している。液体流入口２１と、液体流出口２２とは、液体容器２０の鉛直方向の一端と他端に形成され対向して形成されている。

気液分離板３０は、複数の多孔板３１、３２を含んでいる。多孔板３１、３２は、多数の貫通した孔を有した板状体である。隣り合う多孔板３１、３２は、板面が互いに対向し、かつ一定の間隔が設けられて配置される。液体流入口２１から液体流出口２２への方向に対して傾斜して液体容器２０の内壁に固定されている。

図２は、多孔板間の噴流の流れを説明する説明図である。図１及び図２に示すように、液体流入口２１側の多孔板３１は、板部４１に孔部４５が開けられている。同様に、多孔板３２は、板部５１に孔部５５が開けられている。実施形態１の多孔板３１、３２は、鉛直方向の上方の端部に孔部４５Ａ、５５Ａが形成されている。

実施形態１の気液分離装置１は、液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５から噴流１５が液体流出口２２側の多孔板３２へ向けて噴出している。液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と噴流１５の方向に一部が重なりあう又は全てが重なりあわないことが好ましい。

噴流１５は、噴流領域Ａにおいて液体流速が早く、噴流領域Ａの周囲の噴流混合領域Ｂとの間に液体流速の速度剪断が生じる。速度剪断により、噴流混合領域Ｂに自由渦１７が発生する。つまり、自由渦１７は、噴流１５により生じる渦である。自由渦１７の回転中心は、圧力低下が発生するため液体中に含む気体の微細気泡６１を捕集する。

多孔板３１の板部４１と、多孔板３２の板部５１との間の多孔板間領域Ｃには、噴流１５の影響で、自由渦１７よりも回転半径の大きな循環流１８が生じる。循環流１８により、微細気泡６１は、多孔板間領域Ｃで合体し、微細気泡６１よりも成長した気泡６５となる。

図３は、多孔板間の気泡の状態を説明する説明図である。図３に示すように、気泡６５は、浮力１９を生じる。気泡６５が液体流入口２１側の多孔板３１へ近づく方向に浮上するには、多孔板３１の板部４１と、多孔板３２の板部５１との間の多孔板間流速Ｖａよりも気泡の上昇速度Ｖｂが大きいことが必要である。気泡の上昇速度Ｖｂは、下記式（１）により示される。

式（１）から分かるように、気泡の上昇速度Ｖｂを大きくするには、気泡６５の直径ｄを大きくすることが効果的である。また、多孔板間流速Ｖａを低下させることで、多孔板間流速Ｖａよりも気泡の上昇速度Ｖｂを大きくすることもできる。この場合、多孔板間流速Ｖａを低下させるには、多孔板３１の板部４１と、多孔板３２の板部５１との間の距離を小さくすることが好ましい。また、多孔板間流速Ｖａを低下させるには、多孔板３１の開孔率又は孔径を小さくすることが好ましい。これにより、実施形態１の気液分離装置１は、液体１１の密度、粘性率、又は含まれる気体の量に応じて、板部４１と板部５１との間の距離、多孔板３１の開孔率又は孔径を調整し、気泡６５が液体流入口２１側の多孔板へ近づく方向に浮上するようにすることができる。

気泡６５は、浮力１９により上昇する。そこで、気泡６５は、鉛直方向の上方へ上っていく。多孔板３１が液体流入口２１から液体流出口２２への方向に対して傾斜して液体容器２０の内壁に固定されているので、図２に示す気泡６５は、図１に示す鉛直方向の上方の端部の孔部４５Ａに集まり、孔部４５Ａを通過して多孔板３１の液体流入口２１側へ移動する。これにより、液体１１よりも液体１２に含まれる気体が低減された状態となる。

上述したように実施形態１の気液分離装置１は、液体１１が流入する液体流入口２１と、液体１１が流通する液体容器２０と、液体１２が流出する液体流出口２２と、を含み、液体容器２０の内部に、複数の多孔板３１、３２を含み、隣り合う多孔板３１、３２は、液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５に噴流１５が流れ、噴流１５の方向において、液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と全てが重なりあわない。

ここで、噴流１５の方向において、液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と噴流１５の方向に一部が重なりあってもよい。噴流１５の方向において、液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と全てが重なりあわない場合に比較して、液体流入口２１側の多孔板３１の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と一部が重なりあう場合は、多孔板間流速Ｖａが上昇するが、その分、多孔板３１の板部４１と、多孔板３２の板部５１との間の距離を小さくする、多孔板３１の開孔率又は孔径を小さくすることが好ましい。

また、実施形態１の気液分離装置１は、噴流１５の周囲に自由渦１７が生じていることが好ましい。これにより、微細気泡６１が自然渦１７に捕集され自由渦１７の中心で気泡成長することができる。その結果、微細気泡６１を大きな気泡へ成長させることができる。このため、気泡の上昇速度を増加させることができる。

また、実施形態１の気液分離装置１は、隣り合う多孔板３１、３２間の気泡６５が液体流入口２１側の多孔板３１へ近づく方向に浮上することが好ましい。これは、隣り合う多孔板３１、３２間の多孔板間流速Ｖａよりも気泡の上昇速度Ｖｂが大きいことが起因している。これにより、液体流出口２２から流出する液体１２に含まれる気泡が低減される。

実施形態１の気液分離装置１は、多孔板３１、３２が液体流入口２１から液体流出口２２へ向かう方向に対して傾斜して液体容器２０の内壁に固定されていることが好ましい。これにより、成長した気泡６５が集まる箇所を一定とすることができる。

実施形態１の気液分離装置１は、多孔板３１、３２が鉛直方向の上方の端部４５Ａ、５５Ａに孔を有していることが好ましい。これにより、集まった気泡を多孔板３１の液体流入口２１側へ移動させることができる。

（実施形態２）
図４は、実施形態２の気液分離装置の構成を示す説明図である。本実施形態に係る気液分離装置２は、気泡排出手段を有していることに特徴がある。次の説明においては、実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図４に示す気液分離装置２は、実施形態１で説明した気液分離装置１の構成と、さらに、気泡排出手段である気泡排出管３９とを有している。また、気液分離板３０は、複数の多孔板３１、３２と、さらに多孔板３１Ａとを有している。多孔板３１Ａは、多孔板３１と同じ構成であるが、鉛直方向の上方の端部に孔部４５Ａを有しておらず、板部４１が内壁に接している。

気泡排出管３９は、多孔板３１Ａの鉛直方向の上方の端部の板部４１近傍に配置され、板部４１の下方に溜まる気泡６５を排出可能なように配管されている。本実施形態では、気液分離板３０は、複数の多孔板３１、３２と、さらに多孔板３１Ａとを有しているが、複数の多孔板３２と、多孔板３１Ａとで構成してもよく、さらに他の多孔板を有していてもよい。多孔板の数が増えると、液体流出口２２側の多孔板間ほど多孔板間流速Ｖａを低下させることが出来る。このため、多孔板間流速Ｖａよりも気泡の上昇速度Ｖｂが大きくなり、気泡６５をより効率よく捕集することができる。気泡６５は、図４に示す鉛直方向の上方の端部の孔部４５Ａに集まり、孔部４５Ａを通過して多孔板３１の液体流入口２１側へ移動する。次に、気泡６５は、多孔板３１Ａの鉛直方向の上方の端部の板部４１の下方へ集まり、気泡排出管３９から排出される。これにより、液体１１よりも液体１２に含まれる気体が低減された状態となる。

実施形態２の気液分離装置２は、液体１１が流入する液体流入口２１と、液体１１が流通する液体容器２０と、液体１２が流出する液体流出口２２と、を含み、液体容器２０の内部に、複数の多孔板３１Ａ、３１、３２を含み、隣り合う多孔板３１Ａ、３１及び隣り合う多孔板３１、３２は、液体流入口２１側の多孔板３１Ａ又は３１の孔部４５に噴流１５が流れ、噴流１５の方向において、液体流入口２１側の多孔板３１Ａ又は多孔板３１の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と一部が重なりあう又は全てが重なりあわない。

また、実施形態２の気液分離装置２は、隣り合う多孔板３１Ａ、３１間又は隣り合う多孔板３１、３２間の気泡６５が液体流入口２１側の多孔板３１へ近づく方向に浮上することが好ましい。気液分離装置２は、複数の多孔板３１Ａ、３１、３２を有しているため、隣り合う多孔板３１、３２間の多孔板間流速Ｖａよりも気泡の上昇速度Ｖｂが大きくなりやすい。これにより、液体流出口２２から流出する液体１２に含まれる気泡がより低減される。

実施形態２の気液分離装置２は、多孔板３１、３２が液体流入口２１から液体流出口２２へ向かう方向に対して傾斜して液体容器２０の内壁に固定されていることが好ましい。さらに、気液分離装置２は、さらに、気泡排出手段である気泡排出管３９とを有している。これにより、気泡６５が集まる箇所を一定とし、集まった気泡６５を液体容器２０外へ排出することができる。多孔板３１、３２が鉛直方向の上方の端部４５Ａ、５５Ａに孔を有していることがより好ましい。これにより、集まった気泡を多孔板３１の液体流入口２１側へ移動させ、気泡６５を多孔板３１Ａの鉛直方向の上方の端部の板部４１の下方へ集めることができる。

（実施形態３）
図５は、実施形態３の気液分離装置の構成を示す説明図である。本実施形態に係る気液分離装置３は、多孔板が液体流入口から液体流出口への方向に対して直交して液体容器の内壁に固定されており、液体容器自体が鉛直方向に対して傾斜していることに特徴がある。次の説明においては、実施形態１又は２で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図５に示す気液分離装置３は、液体容器２０自体が鉛直方向に対して傾斜している。また、気液分離板３０は、複数の多孔板３４、３５を含んでいる。多孔板３４は、上述した多孔板３１Ａと同じ構成を有している。多孔板３４は、液体流入口２１から液体流出口２２への方向に対して直交して液体容器の内壁に固定されている。多孔板３４は、鉛直方向の上方の端部に孔部４５Ａを有しておらず、板部４１が内壁に接している。また、多孔板３５は、上述した多孔板３２と同じ構成を有している。多孔板３２は、液体流入口から液体流出口への方向に対して直交して液体容器の内壁に固定されている。

気泡排出管３９は、多孔板３４の鉛直方向の上方の端部の板部４１近傍に配置され、板部４１の下方に溜まる気泡６５を排出可能なように配管されている。図２に示す気泡６５は、図５に示す多孔板３１Ａの鉛直方向の上方の端部の板部４１の下へ集まり、気泡排出管３９から排出される。これにより、液体１１よりも液体１２に含まれる気体が低減された状態となる。

実施形態３の気液分離装置３は、液体１１が流入する液体流入口２１と、液体１１が流通する液体容器２０と、液体１２が流出する液体流出口２２と、を含み、液体容器２０の内部に、複数の多孔板３４、３５を含み、隣り合う多孔板３４、３５は、液体流入口２１側の多孔板３４の孔部４５に噴流１５が流れ、噴流１５の方向において、液体流入口２１側の多孔板３４の孔部４５が液体流出口２２側の多孔板３２の孔部５５と一部が重なりあう又は全てが重なりあわない。

また、実施形態３の気液分離装置３は、隣り合う多孔板３４、３５間の気泡６５が液体流入口２１側の多孔板３４へ近づく方向に浮上することが好ましい。多孔板３４、３５は、液体流入口２１から液体流出口２２への方向に対して直交して液体容器２０の内壁に固定されているが、液体容器２０自体が鉛直方向に対して傾斜している。このため、隣り合う多孔板３４、３５間の気泡６５が液体流入口２１側の多孔板３４へ近づく方向に浮上することができる。

上述した実施形態１、２、３の気液分離装置１、２、３は、化学プラント、食品プラント、飲料製造その他充填工程作業、火力発電プラント、原子力発電プラントといった気液分離工程で用いることが可能である。実施形態１、２、３の気液分離装置１、２、３は、液体１１、１２が、水、飲料、油、液体金属といった材料であっても液体１１に含まれる気体を低減した液体１２とすることができる。

１気液分離装置
１１、１２液体
１７自由渦
１９浮力
２０液体容器
２１液体流入口
２２液体流出口
３１、３１Ａ、３２、３４、３５多孔板
３９気泡排出管
４１，５１板部
４５、４５Ａ、５５、５５Ａ孔部
６１微細気泡
６５気泡
Ａ噴流領域
Ｂ噴流混合領域
Ｃ多孔板間領域
Ｖｂ気泡の上昇速度

Claims

液体が流入する液体流入口と、前記液体が流通する液体容器と、前記液体が流出する液体流出口と、を含み、
前記液体容器の内部に、複数の平板状の多孔板を含み、
隣り合う前記多孔板は、前記液体流入口側の前記多孔板の孔に噴流が流れ、前記噴流の方向において、前記液体流入口側の前記多孔板の孔が前記液体流出口側の前記多孔板の孔と全てが重なりあわず、
前記噴流の周囲に自由渦が生じており、
前記多孔板は、前記液体流入口から前記液体流出口への方向に対して傾斜して前記液体容器の内壁に固定されるとともに、鉛直方向の上方の端部に孔を有していることを特徴とする気液分離装置。
前記隣り合う多孔板間の気泡が液体流入口側多孔板へ近づく方向に浮上する請求項１に記載の気液分離装置。