JP6934297B2 - 気液分離装置 - Google Patents

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Description

本発明は、気液二相流体に含まれる気体と液体を分離する気液分離装置に関する発明である。
従来、配管内を流れる気液二相流体を旋回させ、遠心力で液体を配管の内周面へ誘導して液体を液滴化することで気体から分離し、液滴化した液体を配管の外へ排出させる気液分離装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平９−２２０４２１号公報 特開２００３−１９０７２５号公報 特開２００５−１６０１８７号公報
しかしながら、従来装置にあっては、液滴化した液体を配管の外に排出して捕集するため、液体を貯留するタンクや、このタンクへ液滴を導くための新たな配管等が必要になり、装置が大型化するという問題が生じる。
また、液体の捕集率が不十分な場合には、気体と共に液滴化した液体が流れてしまい、この気液分離装置の下流側に設置された装置（例えばターボ過給機のタービンや内燃機関）に液滴が衝突して、衝撃を与えるおそれがある。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、装置の大型化を抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気液分離したときに液滴化した液体が気体と共に流れることを防止できる気液分離装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は気液二相流体が流れる配管と、配管の内部に配置されて気液二相流体を配管の内周面に沿って旋回させる旋回流発生手段と、を備えた気液分離装置である。
そして、配管は、旋回流発生手段が内部に配置されると共に、旋回流発生手段よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に排気口が形成されたインレットパイプと、排気口に一端が差し込まれると共に、旋回流発生手段よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口を有するインナーパイプと、インレットパイプの内周面と、インナーパイプの外周面との間に設けられた隙間と、を備えている。
また、インレットパイプの内部には、旋回流発生手段が配置された第１領域と、第１領域よりも気液二相流体の流れ方向の下流側に位置すると共に内径寸法を徐々に大きくするテーパ面が形成された第２領域と、第２領域よりも気液二相流体の流れ方向の下流側に位置すると共に第１領域よりも内径寸法の大きい第３領域と、を有している。さらに、第３領域の内周面に、下流側に向かって第３領域よりも内径寸法が大きくなった第１段差面が形成されている。
よって、本発明では、装置が大型化することを抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気体と液体を分離したときに、液滴化したままの液体が気体と共に流れることを防止できる。
実施例１の気液分離装置を適用した内燃機関の排気還流システムを示す全体システム図である。 実施例１の気液分離装置を示す断面図である。 図２に示すＡ部の拡大図である。 図２に示すＢ部の拡大図である。 実施例１の旋回流発生リボンを示す斜視図である。 実施例１の旋回流発生リボンの側面図である。 図５におけるＣ−Ｃ断面図である。 実施例１の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。 図８に示すＡ１部の拡大図である。 実施例２の気液分離装置を示す断面図である。 実施例２の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。 実施例２の気液分離装置における液体の流れを拡大して示す説明図である。 実施例１の気液分離装置の第１変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第２変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第３変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第４変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第５変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第６変形例を示す要部を拡大した断面図である。 実施例２の気液分離装置の第１変形例を示す断面図である。 実施例２の気液分離装置の第２変形例を示す断面図である。
以下、本発明の気液分離装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。
（実施例１）
まず、実施例１における気液分離装置の構成を、「適用例のシステム全体構成」、「気液分離装置の詳細構成」、「旋回流発生リボンの詳細構成」に分けて説明する。
［適用例のシステム全体構成］
図１は、実施例１の気液分離装置を適用した内燃機関の排気還流システムを示す全体システム図である。以下、図１に基づき、実施例１の適用例のシステム全体構成を説明する。
実施例１の気液分離装置２０は、図１に示す内燃機関１の排気還流システムＳに適用している。ここで、図１に示した内燃機関１は、走行用駆動源として車両に搭載されるディーゼルエンジンであり、４つの気筒（不図示）を有している。各気筒には、それぞれ吸気通路２と排気通路３が接続されている。
吸気通路２は、端部に吸気口２ａが形成され、この吸気口２ａ側から順に、吸気濾過用のエアクリーナー４、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラー６、吸入空気量を調整するためのスロットル弁７が設けられている。排気通路３には、内燃機関１側から順に、ターボ過給機５のタービン５ｂ、排気を浄化するための排気浄化触媒８、排気流量を調整するための排気絞り弁９が設けられている。なお、排気絞り弁９の下流側にはマフラー１０が設けられ、その先に排気口３ａが形成されている。
吸気通路２と排気通路３とは、低圧ＥＧＲ通路１１及び高圧ＥＧＲ通路１２によって接続されている。ここで、「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）」とは、内燃機関１において燃焼後の排気の一部を取り出して再度吸気させる技術であり、排気再循環ともいう。
低圧ＥＧＲ通路１１は、コンプレッサ５ａより上流の吸気通路２と排気浄化触媒８より下流の排気通路３とを接続している。一方、高圧ＥＧＲ通路１２は、コンプレッサ５ａより下流の吸気通路２とタービン５ｂより上流の排気通路３とを接続している。
これにより、低圧ＥＧＲ通路１１では、タービン５ｂを通過した排気を、コンプレッサ５ａの吸気に戻す。また、高圧ＥＧＲ通路１２では、タービン５ｂに吸い込まれる前の排気を、コンプレッサ５ａを通過したエアに戻す。
そして、低圧ＥＧＲ通路１１には、吸気通路２に導かれる排気を冷却するためのＥＧＲクーラ１３と、低圧ＥＧＲ通路１１を介して吸気通路２に還流される排気の流量を調整するための低圧ＥＧＲ弁１４と、が設けられている。高圧ＥＧＲ通路１２には、高圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路２に還流される排気の流量を調整するための高圧ＥＧＲ弁１５が設けられている。
ここで、低圧ＥＧＲ通路１１では、ターボ過給機５のタービン５ｂの通過排気量を低下させることなく排気の還流を可能とし、ＮＯｘ低減効果が大きい。しかしながら、ＥＧＲクーラ１３での冷却によって凝縮水の発生が懸念される。そして、凝縮水がある程度の大きさの液滴となった状態で下流へと流れていくと、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの回転翼等に衝突し、衝撃を与えることがある。
そこで、実施例１では、図２に示す気液分離装置２０を、低圧ＥＧＲ弁１４の下流位置であって、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流位置（図１において一点鎖線Ｘで囲む位置）に設置し、液滴となった凝縮水を蒸発させる。
［気液分離装置の詳細構成］
図２は、実施例１の気液分離装置を示す断面図である。以下、図２に基づいて、実施例１の気液分離装置２０の詳細構成を説明する。
実施例１の気液分離装置２０は、図２に示すように、インレットパイプ２１（配管）と、インナーパイプ２２（配管）と、旋回流発生リボン３０（旋回流発生手段）と、を備えている。
インレットパイプ２１は、上流側（図２において右側）の端部が吸気口２ａ及び低圧ＥＧＲ弁１４に連通し、気体と微粒子状の液体（凝縮水）が混ざり合った状態の排気（以下、「気液二相流体」という）が流入する。このインレットパイプ２１の内部には、気液二相流体の流れを内周面２１ｂに沿って旋回させる旋回流発生リボン３０が配置されている。また、インレットパイプ２１の下流側の端部（図２において左側）には、軸線方向に開放した排気口２１ａが形成されている。
さらに、このインレットパイプ２１の内周面２１ｂには、テーパ面２１ｃと、環状溝部２１ｄとが、気液二相流体の流れ方向に沿って上流側から順に形成されている。
テーパ面２１ｃは、インレットパイプ２１の内径寸法を、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって徐々に大きくする傾斜面であり、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に形成されている。これにより、インレットパイプ２１の内径寸法は、テーパ面２１ｃよりも気液二相流体の流れ方向の上流側である第１領域２３Ａが最も小さく、テーパ面２１ｃが形成された第２領域２３Ｂにて徐々に大きくなり、テーパ面２１ｃよりも気液二相流体の流れ方向の下流側である第３領域２３Ｃが最も大きくなる。そして、第１領域２３Ａに旋回流発生リボン３０が配置され、第３領域２３Ｃに排気口２１ａが形成されている。
環状溝部２１ｄは、インレットパイプ２１の周方向に沿って延びる環状のへこみであり、テーパ面２１ｃよりもさらに下流側の位置、すなわち第３領域２３Ｃに設けられている。この環状溝部２１ｄは、図３に拡大して示すように、第１段差面４１と、第２段差面４２と、底面４３と、を有している。
第１段差面４１は、環状溝部２１ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する面である。この第１段差面４１により、インレットパイプ２１の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に大きくなる。つまり、インレットパイプ２１は、環状溝部２１ｄの上流側の位置での内径寸法Ｄ１よりも、環状溝部２１ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ２の方が大きい。
また、この第１段差面４１と、第１段差面４１よりも上流側の内周面２１１ｂとでなす角θ１は、ここでは９０°に設定されている。
一方、第２段差面４２は、環状溝部２１ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置する面である。この第２段差面４２により、インレットパイプ２１の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に小さくなる。つまり、インレットパイプ２１は、環状溝部２１ｄの下流側の位置での内径寸法Ｄ３よりも、環状溝部２１ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ２の方が大きい。
また、この第２段差面４２と、第２段差面４２よりも下流側の内周面２１２ｂとでなす角θ２は、ここでは９０°に設定されている。さらに、第２段差面４２の高さ寸法Ｈ２は、第１段差面４１の高さ寸法Ｈ１と同一寸法に設定されている。
底面４３は、インレットパイプ２１の周方向に延びて環状溝部２１ｄの底面となる面であり、第１段差面４１と第２段差面４２の間に位置している。
インナーパイプ２２は、インレットパイプ２１の第３領域２３Ｃの最小内径寸法よりも小さい外径寸法を有する直管部材によって形成され、インレットパイプ２１の排気口２１ａに一端２２ａが差し込まれ、インレットパイプ２１と同軸状態に設置される。この一端２２ａには、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側で開放する開口２２ｂが形成されている。また、このインナーパイプ２２の下流側（図２において左側）の端部は、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａに連通している。
なお、開口２２ｂは、インナーパイプ２２の軸線方向に開放している。すなわち、インレットパイプ２１と、インナーパイプ２２と、排気口２１ａと、開口２２ｂは、同軸となる。
さらに、このインナーパイプ２２の内周面２２ｃには、複数の環状溝部２２ｄ（ここでは二つ）が形成されている。
各環状溝部２２ｄは、インナーパイプ２２の周方向に沿って延びる環状のへこみであり、インナーパイプ２２の内部、すなわち旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に設けられている。また、ここでは、二つの環状溝部２２ｄのうちの一方が、インレットパイプ２１に差し込まれた部分に形成され、他方が、インレットパイプ２１から突出した部分に形成されている。
各環状溝部２２ｄは、図４に拡大して示すように、第１段差面４４と、第２段差面４５と、底面４６と、を有している。
第１段差面４４は、環状溝部２２ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する面である。この第１段差面４４により、インナーパイプ２２の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に大きくなる。つまり、インナーパイプ２２は、環状溝部２２ｄの上流側の位置での内径寸法Ｄ４よりも、環状溝部２２ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ５の方が大きい。
また、この第１段差面４４と、第１段差面４４よりも上流側の内周面２２１ｃとでなす角θ３は、ここでは９０°に設定されている。
一方、第２段差面４５は、環状溝部２２ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置する面である。この第２段差面４５により、インナーパイプ２２の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に小さくなる。つまり、インナーパイプ２２は、環状溝部２２ｄの下流側の位置での内径寸法Ｄ６よりも、環状溝部２２ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ５の方が大きい。
また、この第２段差面４５と、第２段差面４５よりも下流側の内周面２２２ｃとでなす角θ４は、ここでは９０°に設定されている。さらに、第２段差面４５の高さ寸法Ｈ４は、第１段差面４４の高さ寸法Ｈ３と同一寸法に設定されている。
底面４６は、インナーパイプ２２の周方向に延びて環状溝部２２ｄの底面となる面であり、第１段差面４４と第２段差面４５の間に位置している。
そして、インレットパイプ２１の排気口２１ａには、内周面２１ｂとインナーパイプ２２との間に生じる間隙αを封鎖するスペーサー２４が嵌合されている。スペーサー２４は、インナーパイプ２２の全周を取り囲む円筒形状を呈しており、外周面がインレットパイプ２１の内周面２１ｂに気密状態で接触し、内周面がインナーパイプ２２の外周面に気密状態で接触している。
［旋回流発生リボンの詳細構成］
図５は、実施例１の旋回流発生リボンを示す斜視図であり、図６は旋回流発生リボンの側面図である。また、図７は、図５におけるＣ−Ｃ断面図である。以下、図５〜図７に基づき、実施例１の旋回流発生リボンの詳細構成を説明する。
旋回流発生リボン３０は、螺旋状にねじられた帯状の板部材により形成されており、インレットパイプ２１の第１領域２３Ａに配置されている。この旋回流発生リボン３０は、径方向寸法ＲＲ（図６参照）が第１領域２３Ａの内径寸法と同等に設定されており、インレットパイプ２１と同軸状態に設置されると共に、周縁がインレットパイプ２１の内周面２１ｂに接触している。
この旋回流発生リボン３０は、気液二相流体の流出側の終端部３１に、第１終端点３１ａと、第２終端点３１ｂと、中心終端点３１ｃと、を有すると共に、第１端縁３２ａと、第２端縁３２ｂと、が形成されている。
第１終端点３１ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端の一方に設定されている。第２終端点３１ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端の他方に設定されている。ここで、第１終端点３１ａの軸方向位置と、第２終端点３１ｂの軸方向位置とは一致しており、第１終端点３１ａと第２終端点３１ｂを結んだ終端線Ｌは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏと直交する。
そして、中心終端点３１ｃは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂよりも気液二相流体の流入側に設定されている。
第１端縁３２ａは、旋回流発生リボン３０の終端縁のうち、第１終端点３１ａと中心終端点３１ｃとを結んだ端縁である。また、第２端縁３２ｂは、旋回流発生リボン３０の終端縁のうち、第２終端点３１ｂと中心終端点３１ｃとを結んだ端縁である。つまり、旋回流発生リボン３０の終端部３１には、第１端縁３２ａと第２端縁３２ｂと終端線Ｌにて囲まれたＶ字状の空間領域が設けられている。
また、この旋回流発生リボン３０は、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂのそれぞれに、気液二相流体の流入側に折り返された折り返し構造３３が形成されている。
折り返し構造３３は、図７に示すように、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂの先端を旋回流発生リボン３０の一方の螺旋面３０ａ側に折り返した第１折返片３３ａと、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂの先端を反対側の螺旋面３０ｂ側に折り返した第２折返片３３ｂと、を有している。
この折り返し構造３３は、中心終端点３１ｃから第１終端点３１ａの手前までの間と、中心終端点３１ｃから第２終端点３１ｂの手前までの間に形成されている。これにより、折り返し構造３３の径方向両端部と、インレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間には隙間βが生じている（図２参照）。
さらに、この旋回流発生リボン３０は、第１領域２３Ａに配置されているものの、終端部３１の少なくとも第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂは、テーパ面２１ｃが形成された領域、すなわち第２領域２３Ｂ内に挿入されている。
なお、旋回流発生リボン３０の気液二相流体の流入側の始端部３４は、第１始端点３４ａ、第２始端点３４ｂ、中心始端点３４ｃと、を有している。
第１始端点３４ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の始端の一方に設定されている。第２始端点３４ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の始端の他方に設定されている。中心始端点３４ｃは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、第１始端点３４ａ及び第２始端点３４ｂと軸方向位置が一致している。すなわち、中心始端点３４ｃは、第１始端点３４ａと第２始端点３４ｂを結んだ始端線と軸線Ｏとの交点上に設定され、第１,第２始端点３４ａ,３４ｂ及び中心始端点３４ｃは、旋回流発生リボン３０の径方向に沿って並んでいる。さらに、この旋回流発生リボン３０の始端部３４は、重力方向に沿って立設している。
次に、実施例１の気液分離装置における作用を、「第１段差面の液滴蒸発作用」と、「第２段差面の液滴保持作用」と、「その他の特徴的作用」に分けて説明する。
［第１段差面の液滴蒸発作用］
図８は、実施例１の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。
図１に示す排気還流システムＳでは、吸気口２ａから取り入れた外気と、低圧ＥＧＲ通路１１を介して排気通路３から取り入れた排気とが、流速１０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓの速さでターボ過給機５のコンプレッサ５ａへと流れ込む。このとき、外気や排気には水分が含まれており、この気体をＥＧＲクーラ１３にて冷却することで水分が凝縮して凝縮水として微粒子状の液体になり、空気等の気体に液体が混ざり合った気液二相流体になる。
実施例１の気液分離装置２０では、図８に示すように、インレットパイプ２１に流入した気液二相流体が、旋回流発生リボン３０が配置された第１領域２３Ａを通過する際、この旋回流発生リボン３０に沿って流れることで内周面２１ｂに沿って流れる旋回流となる。そして、この旋回流によって発生した遠心力により、質量の大きい液体は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂへ向かって誘導される。
そして、内周面２１ｂへ向かって誘導された液体は凝集して液滴になり、気体から分離される。そして、液滴化することで気体から分離された液体（以下、「液滴」という）は、内周面２１ｂに付着したまま、旋回流の流れによって第２領域２３Ｂから第３領域２３Ｃへと流れていく。
一方、第３領域２３Ｃにおけるインレットパイプ２１の内周面２１ｂには、環状溝部２１ｄが形成されている。そのため、内周面２１ｂに付着したまま、旋回流の流れによって第３領域２３Ｃへと流れた液滴は、旋回流となった気体と共に環状溝部２１ｄの内部に入り込む。
このとき、環状溝部２１ｄの中では、図９に示すように、この環状溝部２１ｄに気体が流れ込むことで乱流が発生し、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する第１段差面４１に沿って圧力の低い負圧領域Ｈが発生する。
そのため、気体と共に環状溝部２１ｄ内に流れ込んだ液滴Ｗは、負圧領域Ｈに引っ張られ、第１段差面４１に向かって引き寄せられる。これにより、液滴Ｗが第１段差面４１の近傍位置、つまり環状溝部２１ｄ内に留まることになる。
一方、この環状溝部２１ｄの底面４３は、インレットパイプ２１の周方向に延びている。そのため、旋回流となった気体は、この環状溝部２１ｄの内部を底面４３に沿って周方向に流れる。また、環状溝部２１ｄ内に留まった液滴Ｗも、旋回流になった気体と共に環状溝部２１ｄの内部を底面４３に沿って流れる。つまり、気体及び液滴Ｗは、この環状溝部２１ｄ内を底面４３に沿って旋回する。そして、液滴Ｗは、この底面４３に沿った旋回を続けることで蒸発していく。
このように、液滴化して気体から分離した液体（液滴Ｗ）は、第１段差面４１に引き寄せられた状態で、環状溝部２１ｄ内で旋回して蒸発するため、この液滴Ｗが気液二相流体の流れ方向の下流側へ流下することがなくなり、液滴Ｗが気体と共にインナーパイプ２２内へと流下することを防止できる。また、液滴Ｗをインレットパイプ２１の外へ排出して捕集することが不要になるため、装置の大型化を抑制することができる。
さらに、この実施例１では、インナーパイプ２２の内周面２２ｃにも、複数（ここでは二つ）の環状溝部２２ｄが形成されている。そのため、気体から分離しきれなかった液体や、蒸発しきれなかった液滴が、気体と共に開口２２ｂからインナーパイプ２２内へと流れた場合であっても、インナーパイプ２２内を流れる気体によって内周面２２ｃへと誘導されて凝集し、液滴化した状態で内周面２２ｃに付着したまま流れれば、環状溝部２２ｄの中に入り込む。そして、環状溝部２２ｄに入り込んだ液滴は、図示しないものの、インレットパイプ２１の場合と同様に、環状溝部２２ｄの第１段差面４４に沿って発生した負圧領域に引き寄せられて、環状溝部２２ｄ内に留まる。そして、環状溝部２２ｄ内に留まった液滴は、旋回している気体と共に底面４６に沿って周方向へと流れ、環状溝部２２ｄ内を底面４６に沿って旋回する。そして、この液滴は、底面４６に沿った旋回を続けることで蒸発していく。この結果、環状溝部２２ｄよりも気液二相流体の下流側へ液滴のままで液体が流れることが防止できる。
このように、インナーパイプ２２にも第１段差面４４を有する環状溝部２２ｄを設けたことで、気体と共にインナーパイプ２２内へと液滴化した液体が流れ込んでも、液滴は環状溝部２２ｄの第１段差面４４の近傍位置に留まった上、次第に蒸発することになる。これにより、液滴化した液体を捕集する必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。また、液滴が蒸発して気化することで、この液滴が気体と共にインナーパイプ２２内へと流下することを防止できる。
［第２段差面の液滴保持作用］
実施例１では、インレットパイプ２１に形成された環状溝部２１ｄ、及び、インナーパイプ２２に形成された環状溝部２２ｄが、いずれも第１段差面４１,４４よりも気液二相流体の流れ方向の下流側に位置し、下流側に向かって内径寸法を階段状に小さくする第２段差面４２,４５を有している。
そのため、図９に示すように、環状溝部２１ｄに入り込んだ液滴Ｗが、旋回流によって下流側へと移動して第１段差面４１から離れても、第２段差面４２によって移動が阻止され、環状溝部２１ｄ内に留まらせることができる。
すなわち、第２段差面４２により、環状溝部２１ｄよりも下流側へ液滴Ｗが流れてしまうことを防止することができる。そのため、この液滴Ｗを環状溝部２１ｄの内部に留まらせて蒸発させ、液滴Ｗのままでの液体の流下を抑制することができる。
また、図示しないものの、第２段差面４２の場合と同様に、環状溝部２２ｄに入り込んだ液滴が、旋回流によって下流側へと移動して第１段差面４４から離れても、第２段差面４５によって移動が阻止され、環状溝部２２ｄ内に留まらせることができる。
そのため、第２段差面４５により、環状溝部２２ｄよりも下流側へ液滴Ｗが流れてしまうことを防止することができ、この液滴Ｗを環状溝部２２ｄの内部に留まらせて蒸発させ、液滴Ｗのままでの液体の流下を抑制することができる。
［その他の特徴的作用］
この実施例１の気液分離装置２０では、図８に示すように、第１段差面４１と第２段差面４２を有する環状溝部２１ｄがインレットパイプ２１の内周面２１ｂに形成され、第１段差面４４と第２段差面４５を有する環状溝部２２ｄがインナーパイプ２２の内周面２２ｃに形成されている。
すなわち、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２との双方に、第１段差面４１,４４が形成されている。
そのため、まず、気液二相流体を旋回させることで液滴化して気体から分離された液体が、インレットパイプ２１内にて環状溝部２１ｄの第１段差面４１の近傍位置に留まり、蒸発させられる。一方、気体から分離しきれなかった液体や、蒸発しきらなかった液滴がインナーパイプ２２に流れ込んだときには、インナーパイプ２２に形成された環状溝部２２ｄの第１段差面４４の近傍位置に留めて蒸発させることができる。
このように、インレットパイプ２１内と、インナーパイプ２２内との二か所において液滴化した液体を蒸発させることが可能となり、液滴のままの液体が気体と共に流下することをさらに防止して、液滴の気化率の向上を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例１の気液分離装置２０にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
(1) 気液二相流体が流れる配管（インレットパイプ２１）と、前記配管（インレットパイプ２１）の内部に配置されて前記気液二相流体を前記配管（インレットパイプ２１）の内周面２１ｂに沿って旋回させる旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）と、を備えた気液分離装置２０において、
前記配管（インレットパイプ２１）は、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面２１ｂに、下流側に向かって内径寸法が大きくなった第１段差面４１が形成されている構成とした。
これにより、装置の大型化を抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気液分離したときに液滴化した液体が気体と共に流れることを防止できる。
(2) 前記配管（インレットパイプ２１）は、前記第１段差面４１よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面２１ｂに、下流側に向かって前記配管（インレットパイプ２１）の内径寸法が小さくなった第２段差面４２が形成されている構成とした。
これにより、上記(1)の効果に加え、第１段差面４１の近傍位置よりも液滴化した液体が下流側へと移動することを阻止して、液滴のままでの液体の流下を抑制できる。
(3) 前記配管は、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）が内部に配置されると共に、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に排気口２１ａが形成されたインレットパイプ２１と、前記排気口２１ａに一端が差し込まれると共に、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口２２ｂを有するインナーパイプ２２と、を備え、
前記第１段差面４１,４４は、前記インレットパイプ２１の内周面２１ｂと、前記インナーパイプ２２の内周面２２ｃとのうち、少なくとも一方に形成されている構成とした。
これにより、上記(1)又は(2)の効果に加え、インレットパイプ２１の内部と、インナーパイプ２２の内部との両方で液滴を蒸発させることができ、液滴のままでの液体の流下を防止することができる。
（実施例２）
実施例２の気液分離装置は、インレットパイプに差し込まれたインナーパイプの外周面に、周方向に延びる突起部が形成されると共に、このインナーパイプの外周面の加熱手段を設けた例である。
まず、構成を説明する。
図１０は、実施例２の気液分離装置を示す断面図である。以下、図１０に基づいて、実施例２の気液分離装置の構成を説明する。なお、実施例１と同様の構成については、実施例１と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
実施例２の気液分離装置５０は、図１０に示すように、気液二相流体が流れ込むインレットパイプ２１（配管）と、インレットパイプ２１の排気口２１ａに一端５１ａが差し込まれたインナーパイプ５１（配管）と、インレットパイプ２１の内部に配置された旋回流発生リボン３０（旋回流発生手段）と、を備えている。
インナーパイプ５１は、インレットパイプ２１の第３領域２３Ｃの最小内径寸法よりも小さい外径寸法を有する直管部材によって形成され、インレットパイプ２１と同軸状態に設置される。これにより、インナーパイプ５１の外周面５２ｂと、インレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間には、間隙αが生じる。また、インレットパイプ２１に差し込まれたインナーパイプ５１の一端５１ａには、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で、インナーパイプ５１の軸線方向に開放する開口５１ｂが形成されている。また、このインナーパイプ５１の下流側（図１３において左側）の端部は、図示しないターボ過給機のコンプレッサに連通している。
そして、このインナーパイプ５１の内周面５２ａには、インナーパイプ５１の周方向に沿って延びる複数の環状溝部５３（ここでは二つ）が形成されている。なお、各環状溝部５３は、第１段差面５３ａと、第２段差面５３ｂと、底面５３ｃと、を有し、実施例１における環状溝部２２ｄと同様の構成であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
一方、インナーパイプ５１の外周面５２ｂには、インレットパイプ２１の内部に差し込まれた部分に突起部５４が形成されると共に、インレットパイプ２１から突出した部分に加熱用電熱シート５５（加熱手段）が設けられている。
突起部５４は、外周面５２ｂの表面から半径方向の外方に突出した突起であり、インナーパイプ５１の周方向に延びて、外周面５２ｂの全周を取り囲んでいる。ここで、突起部５４は、インナーパイプ５１の一端５１ａに形成された開口５１ｂと、インレットパイプ２１の排気口２１ａに嵌合されたスペーサー２４との間に形成されている。
そして、この突起部５４の高さ寸法Ｈ５は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂとインナーパイプ５１の外周面５２ｂとの隙間寸法Ｈ６よりも小さくなるように設定されている。これにより、突起部５４の先端面５４ａとインレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間には、隙間が生じる。
加熱用電熱シート５５は、図示しないスイッチをＯＮ操作することで発熱する電熱線が設けられた可撓性を有するシートであり、インナーパイプ５１に巻きつけられて、外周面５２ｂを覆っている。そして、この加熱用電熱シート５５に設けられた電熱線が発熱することで、インナーパイプ５１の外周面５２ｂが加熱される。
また、この実施例２では、インナーパイプ５１に形成された二つの環状溝部５３のうちの一方が、インレットパイプ２１に差し込まれた部分の内周面５２ａに形成され、他方が、インレットパイプ２１から突出した部分の内周面５２ａに形成されている。そのため、加熱用電熱シート５５は、環状溝部５３（第１段差面５３ａ）が形成された部分の外周面５２ｂを加熱することになる。
次に、作用を説明する。
図１１は、実施例２の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。以下、図１１に基づいて、実施例２の作用を説明する。
実施例２の気液分離装置５０では、図１１に示すように、インレットパイプ２１の内部を流れる気液二相流体は、旋回流発生リボン３０に沿って流れることで旋回流となり、液体がインレットパイプ２１の内周面２１ｂに向かって誘導されて、凝集して液滴となる。そして、液滴となった液体は、内周面２１ｂに付着したまま、旋回流の流れによって第２領域２３Ｂから第３領域２３Ｃへと流れていく。
第３領域２３Ｃへと流れた液滴は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂに形成された環状溝部２１ｄへ流れ込み、実施例１の場合と同様に、この環状溝部２１ｄ内に留まって旋回し続けることで蒸発していく。
しかしながら、全ての液滴を環状溝部２１ｄ内で蒸発させることは難しい。また、液滴化した一部の液体は、環状溝部２１ｄの中へ流れ込まずに、さらに下流へと気体と共に流れていくことがある。そして、図１２に拡大して示すように、環状溝部２１ｄよりもさらに下流側へと流れた液滴Ｗは、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１との間に入り込む。
ここで、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間には、インナーパイプ５１へ流れなかった気体も流れ込む。しかし、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間に流れ込んだ気体は、スペーサー２４によって流れが阻止されて抜けていくことができない。そのため、この気体は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂに沿った旋回流となって流れるものの、スペーサー２４に衝突することで、インナーパイプ５１の外周面５２ｂに沿って逆流し、インナーパイプ５１の開口５１ｂへと向かう。
これにより、環状溝部２１ｄよりも下流側へと流れてインレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間に流れ込んだ液滴Ｗも、気体の流れによってインレットパイプ２１の内周面２１ｂに沿って流された後、スペーサー２４に衝突してからインナーパイプ５１の外周面５２ｂに沿って開口５１ｂへと向かう。
これに対し、実施例２の気液分離装置５０では、インレットパイプ２１に差し込まれた部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂに、突起部５４が形成されている。
そのため、スペーサー２４に衝突してからインナーパイプ５１の外周面５２ｂに沿って開口５１ｂへと向かう液滴Ｗの流れは、突起部５４によって堰き止められ、この液滴Ｗが開口５１ｂからインナーパイプ５１内に入り込むことが阻止される。
これにより、環状溝部２１ｄよりも下流側へ流れて、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間に流れ込んだ液滴が、インナーパイプ５１内に流れ込むことを防止でき、インナーパイプ５１を流れる気体に液滴化した液体が混じることを防止できる。
さらに、この実施例２の気液分離装置５０では、図１１に示すように、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂが加熱用電熱シート５５によって覆われている。そのため、加熱用電熱シート５５をＯＮ操作して発熱させることで、インナーパイプ５１の外周面５２ｂを加熱することができる。
これにより、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１内の温度を上昇させ、インナーパイプ５１に気体と共に流れ込んだ液体の蒸発を促進することができる。この結果、インナーパイプ５１内に流れ込んだ液滴を蒸発させて気化させることができ、液滴のままの液体が気体と共に流下することをさらに防止して、液滴の気化率の向上を図ることができる。
また、この実施例２では、インナーパイプ５１の内周面５２ａのうち、加熱用電熱シート５５によって覆われたインレットパイプ２１から突出した部分にも、第１段差面５３ａを有する環状溝部５３が形成されている。
そのため、インナーパイプ５１のうち、この環状溝部５３が形成された部分の外周面５２ｂが加熱用電熱シート５５によって加熱される。
これにより、環状溝部５３の第１段差面５３ａの近傍位置に留まっている液滴の蒸発を促進することができ、インナーパイプ５１内に流れ込んだ液滴の蒸発を効率的に行うことができて、さらに液滴の除去率の向上を図ることができる。
次に、効果を説明する。
実施例２の気液分離装置５０にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
(4) 前記インナーパイプ５１の外周面５２ｂと、前記インレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間に間隙αが設けられると共に、前記インナーパイプ５１は、前記インレットパイプ２１に差し込まれた部分の外周面５２ｂに、周方向に延びる突起部５４が形成されている構成とした。
これにより、上記(3)の効果に加え、インレットパイプ２１内で蒸発しきれなかった液滴がインナーパイプ５１を流れる気体に混じることを防止できる。
(5) 前記配管（インナーパイプ５１）には、外周面５２ｂを加熱する加熱手段（加熱用電熱シート５５）が設けられている構成とした。
これにより、上記(1)〜(4)のいずれかの効果に加え、液体の蒸発を促進させることができ、液滴の気化率の向上を図ることができる。
(6) 前記加熱手段（加熱用電熱シート５５）は、前記配管（インナーパイプ５１）のうち、前記第１段差面５３ａが形成された部分の外周面５２ｂを加熱する構成とした。
これにより、上記(5)の効果に加え、第１段差面５３ａの近傍位置に留まっている液滴の蒸発を促進することができて、液滴の蒸発を効率的に行うことができる。
以上、本発明の気液分離装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。
実施例１の気液分離装置２０では、上述のように、インレットパイプ２１及びインナーパイプ２２のそれぞれに第１段差面４１,４４を有する環状溝部２１ｄ,２２ｄが形成される例を示したが、これに限らない。
例えば、図１３Ａに示す気液分離装置２０Ａのように、インレットパイプ２１の内周面２１ｂには環状溝部を形成せず、インナーパイプ２２の内周面２２ｃのみに第１段差面４４を有する環状溝部２２ｄを形成してもよい。
また、図１３Ｂに示すように、インレットパイプ２１の内周面２１ｂのみに第１段差面４１を有する環状溝部２１ｄを形成し、インナーパイプ２２の内周面２２ｃには環状溝部を形成しない気液分離装置２０Ｂでもよい。
つまり、インレットパイプ２１又はインナーパイプ２２の少なくとも一方の内周面２１ｂ,２２ｃに第１段差面を形成すれば、気液二相流体から分離した液体を第１段差面の近傍位置に留まらせて蒸発させ、液滴のままでの液体の流下を防止することができる。
さらに、インレットパイプ２１の内周面２１ｂのみに第１段差面４１を有する環状溝部２１ｄを形成した場合では、図１３Ｃに示す気液分離装置２０Ｃのように、インナーパイプを設けなくてもよい。この場合では、インナーパイプが差し込まれる排気口は存在せず、図示しないターボ過給機に接続されるインレットパイプ２１の端部が排気口に相当する。
また、実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１に形成された環状溝部２１ｄが、旋回流発生リボン３０よりも下流側であって、インナーパイプ２２の開口２２ｂよりも上流側の位置に形成される例を示した。しかしながら、図１３Ｄに示す気液分離装置２０Ｄのように、環状溝部２１ｄを、インナーパイプ２２の開口２２ｂよりも下流側の位置、つまり、インナーパイプ２２の周囲を取り囲む位置に形成してよい。
このときには、インナーパイプ２２の開口２２ｂの下流側にて液滴を蒸発させることになるため、蒸発途中で小さくなった液滴が気体の勢いで飛ばされても、インナーパイプ２２内に入り込むことを防止できる。
また、実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１の内周面２１ｂに形成した環状溝部２１ｄが、第１段差面４１,４４及び第２段差面４２,４５を有する例を示した。また、インナーパイプ２２の内周面２２ｃに形成した環状溝部２２ｄも、第１段差面４４及び第２段差面４５を有する例を示した。
しかしながら、これに限らず、図１４に示す気液分離装置２０Ｅのように、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側のインレットパイプ２１の内周面２１ｂに、下流側に向かって内径寸法が大きくなった第１段差面４１Ａのみを形成してもよい。
この場合であっても、第１段差面４１Ａに沿って負圧領域が発生し、この第１段差面４１Ａの近傍位置に液滴化した液体を留まらせて周方向に旋回させ、蒸発させることができる。
つまり、インレットパイプ２１の内周面２１ｂ、又はインナーパイプ２２の内周面２２ｃの少なくとも一方に、第１段差面のみを形成してもよい。
さらに、インレットパイプ２１やインナーパイプ２２の内周面２１ｂ,２２ｃに、第１段差面を気液二相流体の流れ方向に沿って複数形成してもよい。つまり、インレットパイプ２１等の配管の内径寸法を、階段状に複数回大きくしてもよい。
この場合には、複数の第１段差面のそれぞれの近傍位置に液滴化した液体を留まらせて、蒸発させることができるため、複数回に分けて液滴を蒸発させることが可能となり、液滴の気化率を向上することができる。
そして、実施例１では、インレットパイプ２１に形成された第１段差面４１と、この第１段差面４１よりも上流側の内周面２１１ｂとでなす角θ１が９０°に設定され、インナーパイプ２２に形成された第１段差面４４と、この第１段差面４４よりも上流側の内周面２２１ｃとでなす角θ３が９０°に設定されている例を示した。
しかし、この角θ１及び角θ３は、第１段差面４１,４４に沿って負圧領域Ｈが形成できる角度であればよい。つまり、この角θ１及び角θ３は、具体的には図１５に示すように、９０°以下の鋭角に設定されればよい（なお、図１５では、環状溝部２１ｄのみを示すが、環状溝部２２ｄについても同様である）。
さらに、実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１に形成された第２段差面４２と、この第２段差面４２よりも下流側の内周面２１２ｂとでなす角θ２が９０°に設定され、インナーパイプ２２に形成された第２段差面４５と、この第２段差面４５よりも下流側の内周面２２２ｃとでなす角θ４が９０°に設定されている例を示した。
しかし、この角θ２及び角θ４は、第２段差面４２,４５に沿って環状溝部２１ｄ,２２ｄ内の液滴の下流側への移動を阻止できる角度であればよい。つまり、この角θ２及び角θ４は、具体的には図１５に示すように、９０°以下の鋭角に設定されればよい（なお、図１５では、環状溝部２１ｄのみを示すが、環状溝部２２ｄについても同様である）。
さらに、実施例２では、インナーパイプ５１の内周面５２ａに形成された環状溝部５３と、インナーパイプ５１の外周面５２ｂに形成された突起部５４との軸方向の位置がずれている例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば図１６に示す気液分離装置２０Ｆのように、インナーパイプ５１の内周面５２ａをへこませた位置を外方に突出させることで、環状溝部５３と突起部５４との軸方向位置を一致させてもよい。
この場合では、環状溝部５３と突起部５４を同時に形成することが可能になると共に、環状溝部５３を形成したことによるインナーパイプ５１の厚みの低下を抑制することができる。
また、実施例２では、加熱用電熱シート５５を、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂに設けた例を示したが、これに限らない。例えば、図１７に示す気液分離装置２０Ｇのように、インレットパイプ２１を加熱用電熱シート５５によって覆い、このインレットパイプ２１の外周面２１ｅを加熱してもよい。この場合では、インレットパイプ２１内の温度が上昇し、インレットパイプ２１の内部において、気液二相流体に含まれる液体の蒸発が促進される。
また、インレットパイプ２１の外周面２１ｅ及び、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂの双方を加熱用電熱シート５５によって加熱してもよい。
さらに、この実施例２では、インナーパイプ５１の外周面５２ｂを加熱する加熱手段として、可撓性を有する加熱用電熱シート５５を用いる例を示したが、これに限らない。インレットパイプ２１やインナーパイプ５１といった配管の外周面を加熱することができればよいので、例えばインレットパイプ等の加熱したい配管を二重管構造にし、二重になった管の間に高温の排気ガスを循環させて配管を加熱してもよい。つまり、加熱手段としては、排気ガスの循環構造を用いてもよい。
また、実施例１の気液分離装置２０は、排気還流システムＳの中でも、低圧ＥＧＲ弁１４の下流位置であって、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流位置（図１において一点鎖線Ｘで囲む位置）に設置する例を示したが、これに限らない。排気還流システムＳの中で凝縮水が発生する位置に設置することができるため、インタークーラー６の下流位置であって、内燃機関１の気筒給気口の上流側（図１において一点鎖線Ｙで囲む位置）に設置してもよい。
また、この実施例１では、重力方向に対して気液二相流体の流れ方向が水平になるような、いわゆる横置き方向に気液分離装置２０を設置する例を示した。しかしながら、本発明の気液分離装置２０の設置方向はこれに限らず、排気還流システムＳ内でのレイアウト等の影響により、設置方向を適宜設定してもよい。
なお、実施例１において、始端部３４を重力方向に沿って立設した例を示したが、この始端部３４の立設方向についてもこれに限らず、気液分離装置２０のレイアウトに応じて適宜設定される。
さらに、実施例１では、内燃機関１が車両に搭載されるディーゼルエンジンである例を示したが、これに限らず、内燃機関１はガソリンエンジンであっても適用可能である。
そして、実施例１及び実施例２では、気液分離装置２０,５０を、内燃機関１の排気還流システムＳに適用した例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば冷凍サイクル装置に適用し、気体冷媒と液体冷媒とを分離するようにしてもよい。つまり、本発明の気液分離装置は、気液二相流体から気体と液体を分離する装置に適用することができる。
２０ 気液分離装置
２１ インレットパイプ（配管）
２１ａ 排気口
２１ｂ 内周面
２１ｄ 環状溝部
２２ インナーパイプ（配管）
２２ｂ 開口
２２ｃ 内周面
２４ スペーサー
３０ 旋回流発生リボン
３０ａ 螺旋面
３０ｂ 螺旋面
３１ 終端部
３２ａ 第１端縁
３２ｂ 第２端縁
３３ 折り返し構造
４１ 第１段差面
４２ 第２段差面
４３ 底面
４４ 第１段差面
４５ 第２段差面
４６ 底面
５４ 突起部
５５ 加熱用電熱シート

Claims (6)

  1. 気液二相流体が流れる配管と、前記配管の内部に配置されて前記気液二相流体を前記配管の内周面に沿って旋回させる旋回流発生手段と、を備えた気液分離装置において、
    前記配管は、前記旋回流発生手段が内部に配置されると共に、前記旋回流発生手段よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に排気口が形成されたインレットパイプと、前記排気口に一端が差し込まれると共に、前記旋回流発生手段よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口を有するインナーパイプと、前記インレットパイプの内周面と、前記インナーパイプの外周面との間に設けられた隙間と、を備え、
    前記インレットパイプの内部には、前記旋回流発生手段が配置された第１領域と、前記第１領域よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側に位置すると共に内径寸法を徐々に大きくするテーパ面が形成された第２領域と、前記第２領域よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側に位置すると共に前記第１領域よりも内径寸法の大きい第３領域と、を有し、
    前記第３領域の内周面に、下流側に向かって前記第３領域よりも内径寸法が大きくなった第１段差面が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  2. 請求項１に記載された気液分離装置において、
    前記インレットパイプは、前記第１段差面よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面に、下流側に向かって前記インレットパイプの内径寸法が小さくなった第２段差面が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載された気液分離装置において、
    前記インナーパイプの内周面には、前記気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって内径寸法が大きくなった段差面が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インナーパイプは、前記インレットパイプに差し込まれた部分の外周面に、周方向に延びる突起部が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記配管には、外周面を加熱する加熱手段が設けられている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  6. 請求項５に記載された気液分離装置において、
    前記加熱手段は、前記配管のうち、前記第１段差面が形成された部分の外周面を加熱する
    ことを特徴とする気液分離装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11154804B2 (en) 2018-12-07 2021-10-26 Hamilton Sundstrand Corporation Water extractors and methods of making water extractors
CN111495040B (zh) * 2020-04-30 2021-03-16 西安交通大学 一种水平管道式气液分离装置和方法

Family Cites Families (59)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1735298A (en) * 1927-02-09 1929-11-12 American Blower Corp Apparatus for collecting dust particles
GB487399A (en) * 1935-09-26 1938-06-16 Refining Inc Improvements in or relating to a process for producing soap
US2538195A (en) * 1945-04-10 1951-01-16 Comb Eng Superheater Inc Fluid separator
US3433361A (en) * 1967-05-31 1969-03-18 Sundstrand Corp Coolant filter combination
US3517821A (en) * 1968-11-29 1970-06-30 Donaldson Co Inc Deflecting element for centrifugal separators
US3713279A (en) * 1970-06-17 1973-01-30 L Moore Gas-liquid separator
US3885935A (en) * 1971-09-02 1975-05-27 Heat Fluid Engineering Corp Centrifugal apparatus for separating entrained liquids from a gaseous stream
US3813854A (en) * 1972-07-07 1974-06-04 N Hortman Centrifugal separator having axial-flow vortex generator
US4008059A (en) * 1975-05-06 1977-02-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Centrifugal separator
US4187089A (en) * 1977-01-24 1980-02-05 Maloney-Crawford Tank Corporation Horizontal vapor-liquid separator
US4162906A (en) * 1977-05-05 1979-07-31 Donaldson Company, Inc. Side outlet tube
US4180391A (en) * 1977-06-13 1979-12-25 Perry Equipment Co. Gas particulate separator with scavenging gas separation device
US4311494A (en) * 1977-09-26 1982-01-19 Facet Enterprises, Inc. Axial flow gas cleaning device
DE2918765A1 (de) * 1979-05-10 1980-11-13 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Fliehkraftstaubabscheidersystem mit mehreren stufen
JPS58168864A (ja) * 1982-03-26 1983-10-05 クラリオン株式会社 油分離器
US4588423A (en) * 1982-06-30 1986-05-13 Donaldson Company, Inc. Electrostatic separator
FR2632215B1 (fr) * 1988-06-02 1992-07-03 Cyclofil Pty Ltd Dispositif de separation a tube a tourbillon
JP2507606Y2 (ja) * 1990-07-06 1996-08-14 株式会社小松製作所 大型ダンプトラックの駆動系の冷却装置用エアクリ―ナ
ZA931264B (en) * 1992-02-27 1993-09-17 Atomic Energy South Africa Filtration.
US5294410A (en) * 1992-06-01 1994-03-15 Solar Turbine Incorporated Gas purification and conditioning system
JPH07108998A (ja) * 1993-10-14 1995-04-25 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 宇宙用二相ループ内液滴除去装置
JPH09220421A (ja) 1996-02-13 1997-08-26 Miura Co Ltd 旋回式気液分離装置
JPH10186079A (ja) * 1996-12-25 1998-07-14 Toshiba Corp 気水分離器及び気水分離装置
JP3445108B2 (ja) * 1997-08-29 2003-09-08 アマノ株式会社 旋回流案内羽根
AUPP624298A0 (en) * 1998-09-30 1998-10-22 Alcos Technologies Pty Ltd Cyclonic evaporator
US6524368B2 (en) * 1998-12-31 2003-02-25 Shell Oil Company Supersonic separator apparatus and method
DE10029498A1 (de) * 2000-06-21 2002-01-03 Mann & Hummel Filter Ansaugsystem
US6540917B1 (en) * 2000-11-10 2003-04-01 Purolator Facet Inc. Cyclonic inertial fluid cleaning apparatus
NO318709B1 (no) * 2000-12-22 2005-05-02 Statoil Asa Innretning for separasjon av en vaeske fra en flerfase-fluidstrom
DE10129198B4 (de) * 2001-06-19 2004-07-22 Balcke-Dürr GmbH Zentrifugalabscheider zum Abscheiden von Wasser
JP2003190725A (ja) 2001-12-25 2003-07-08 Maruyasu Industries Co Ltd 気液分離器
NO321170B1 (no) * 2002-06-21 2006-03-27 Statoil Asa Sammenstilling for a separere ut vaeske fra en flerfasestrom
DE10330296A1 (de) * 2003-07-04 2005-02-03 Mann + Hummel Gmbh Abscheidevorrichtung
CA2536773A1 (en) * 2003-08-26 2005-03-03 Hydrogenics Corporation Apparatus for separating liquid from a process gas stream of an electrochemical cell stack
JP2005160187A (ja) 2003-11-25 2005-06-16 Maruyasu Industries Co Ltd 気液分離可能な燃料電池車両用マフラー
JP2005199160A (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Tlv Co Ltd 気液分離器
BRPI0508494B1 (pt) * 2004-03-08 2016-02-16 Reinz Dichtungs Gmbh separador de óleo
DE102004022312B4 (de) 2004-05-04 2009-04-16 Daimler Ag Feuchtigkeitsaustauschmodul mit einem Bündel von für Feuchtigkeit durchlässigen Hohlfasermembranen
US6967308B1 (en) 2004-05-07 2005-11-22 Dell Products L.P. System and method for information handling system peripheral heating element thermal failsafe
JP4422691B2 (ja) * 2006-02-28 2010-02-24 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 気水分離器、沸騰水型原子炉及びスワラアセンブリ
EP1974790A1 (en) * 2007-03-26 2008-10-01 Twister B.V. Cyclonic fluid separator
JP4688223B2 (ja) * 2007-11-22 2011-05-25 東京エレクトロン株式会社 気液分離装置
CN101939505A (zh) * 2008-02-06 2011-01-05 斯塔特石油公开有限公司 气液分离器
US8043394B2 (en) * 2008-03-21 2011-10-25 GM Global Technology Operations LLC Particulate matter filter assembly with a flow device
JP5564778B2 (ja) * 2008-10-30 2014-08-06 株式会社島津製作所 水分離器
JP2011083702A (ja) * 2009-10-15 2011-04-28 Okano Kiko Kk 被処理流体浄化システム
KR101770356B1 (ko) * 2009-12-15 2017-08-22 바스프 에스이 공급 기체 세제곱 미터 당 액체 10 리터 초과의 액체 하중으로 액체 소적을 포함하는 공급 기체 스트림으로부터 그 액체 소적을 분리하기 위한 장치
US8425641B2 (en) * 2010-06-30 2013-04-23 General Electric Company Inlet air filtration system
US9764265B2 (en) * 2011-09-30 2017-09-19 Mueller Environmental Designs, Inc. Swirl helical elements for a viscous impingement particle collection and hydraulic removal system
CA2859847C (en) * 2011-12-22 2019-01-22 Statoil Petroleum As Method and system for fluid separation with an integrated control system
US20140116255A1 (en) * 2012-10-31 2014-05-01 Intevep, S.A. Axial gas-liquid cyclone separator
US9504947B2 (en) * 2012-11-13 2016-11-29 Cummins Filtration Ip, Inc. Air filter assemblies and carrier frames having vortex-generating flow guide
RU2579079C1 (ru) * 2014-10-03 2016-03-27 Открытое акционерное общество "Генерация Финанс" Прямоточный центробежный газожидкостный сепаратор
JP6272497B2 (ja) * 2014-10-23 2018-01-31 三菱電機株式会社 油分離器
US9675920B2 (en) * 2014-12-19 2017-06-13 Caterpillar Inc. Apparatus for air precleaner and precleaner
NO341179B1 (en) * 2015-08-28 2017-09-04 Fjords Proc As Axial flow demister
KR101819630B1 (ko) * 2015-09-06 2018-01-17 하비 인더스트리스 씨오., 엘티디. 분진 분리 장치 및 해당 장치를 포함하는 지능 제어 시스템
WO2017104184A1 (ja) 2015-12-17 2017-06-22 臼井国際産業株式会社 気液分離装置
US10710013B2 (en) * 2017-03-12 2020-07-14 Mueller Environmental Designs, Inc. Compact axial flow separator

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