気液分離器

【目的】主として、冷媒循環の冷熱システム、廃液蒸留処理システム、排気処理ラインなど気液二相流での液滴粒子を分離する気液分離器に関し、分離効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】気液分離器の流入口配管を螺旋状にし、気液二相流が螺旋状配管を通過する際に強制旋回流を発生させることで、遠心力にて液滴粒子を螺旋状配管の外縁壁面に凝縮させ、ガス流を気液分離タンク本体に導くことのできる気液分離器。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、冷媒循環の冷熱システム、廃液蒸留処理システム、排気処理ラインなど気液二相流での液滴粒子を分離する気液分離器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷熱システムや廃液蒸留処理システム、排気処理ラインなど様々な領域で使用されている気液分離器では、気液二相流の中の液滴を凝縮させて気相と液相に分離する。ここで、分離する方式としては、主に、遠心力分離、重力分離、表面張力分離の３つの方式がある。
【０００３】
従来の遠心力分離の方式による気液分離器の構成を図１７により説明する。
図１７は、従来の気液分離器の構成を示す図であり、１０１は流入パイプ（気液二相冷媒の流入）、１０２は流出パイプ（気相冷媒の流出）、１０３は流出パイプ（液相冷媒の流出）、１０５は本体である。
【０００４】
構成を説明すると、図１７のとおり、気液分離器の本体１０５には、上部に流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１０１、下部に流出パイプ（液相冷媒の流出）、中心に流出パイプ（気相冷媒の流出）が取り付けられている。
【０００５】
動作を説明すると、図１７のとおり、気液二相冷媒は、流入パイプ１０１により、本体１０５の周方向に流入するように案内される。これにより、気液二相冷媒は、本体１０５内で周方向に旋回しながら下方へ向かう間に、旋回流の遠心分離作用で気相冷媒と液相冷媒に分離される。
【０００６】
分離された気相冷媒は、流出パイプ（気相冷媒の流出）１０２から流出する。同様に、分離された液相冷媒は、流出パイプ（液相冷媒の流出）１０３から流出する。
このような従来の気液分離器では、例えば、液滴粒子が２０μｍなど小さい場合に、気液二相流に対する本体内での気液分離効率が悪化する。
【０００７】
そのため、分離効率を向上させるために、分離補助装置として、流入パイプ（気液二相冷媒の流入）の配管内周に環状の液捕集部材を設ける構成が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２４４６４４号公報
【発明の概要】
【０００９】
このような従来の気液分離器には、以下のような課題があった。
特許文献１のように流入パイプ（気液二相冷媒の流入）配管内部に分離補助装置を設ける場合には、配管の管径を大きく変更する必要があり、コストがかかる。
【００１０】
さらに、分離補助装置自体の加工も複雑であるとともに、この分離補助装置を配管内部に設置する加工もとても複雑である。
そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、簡易な構成で分離効率を向上させることのできる気液分離器を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、気液二相流を気体と液体に分離する気液分離器であって、頂部、底部およびその間を連結する中空円筒型の胴部からなる本体容器と、前記胴部の上方側面に取付けられて、該胴部の接線方向から前記本体容器内に前記気液二相流を流入させる流入パイプと、前記底部または前記頂部から前記胴部の軸心方向に装入されて、分離された前記気体を吐出する気体吐出パイプと、前記胴部の下方側面に取付けられて、分離された前記液体を吐出する液体吐出パイプとを具備し、前記流入パイプには前記気液二相流に旋回流を発生させる旋回流発生手段を備えることを特徴とする気液分離器とする。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記旋回流発生手段が、前記流入パイプに形成された少なくとも１つの旋回層を有する螺旋形状であることを特徴とする気液分離器とする。
【００１３】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記螺旋形状が複数の前記旋回層を有する場合に、それぞれの前記旋回層ごとに異なるピッチ高さを有することを特徴とする気液分離器とする。
【００１４】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記螺旋形状が複数の前記旋回層を有する場合に、それぞれの前記旋回層ごとに異なる大きさの旋回径を有することを特徴とする気液分離器。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、簡易な構成で気液分離器の分離効率の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例の気液分離器の本体の内部構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示すＡ方向からの側面図である。
【図５】本発明の第２の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す部分斜視図である。
【図７】本発明の第２の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す平面図である。
【図８】本発明の第２の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示すＢ方向からの側面図である。
【図９】本発明の第３の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す部分斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示すＢ方向からの側面図である。
【図１３】本発明の第４の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図である。
【図１４】本発明の第４の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す部分斜視図である。
【図１５】本発明の第４の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す平面図である。
【図１６】本発明の第４の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示すＢ方向からの側面図である。
【図１７】従来の気液分離器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例】
【００１８】
最初に、図１により、後述する実施例１〜４に共通する気液分離器の本体部の内部構成について説明する。
図１は本発明の実施例の気液分離器の本体の内部構成を示す図である。１は流入パイプ（気液二相冷媒の流入）、２は流出パイプ（気相冷媒の流出）、３は流出パイプ（液相冷媒の流出）、５は本体である。
【００１９】
図１の構成を説明する。
図１のとおり、円筒状の本体５には、上部に流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１、下部に流出パイプ（液相冷媒の流出）、中心部には流出パイプ（気相冷媒の流出）２が設けられている。
【００２０】
図１の動作を説明する。
図１の矢印で示したとおり、気液二相冷媒は、流入パイプ１により、本体５の周方向に流入するように案内される。これにより、気液二相冷媒は、本体５内で周方向に旋回しながら下方へ向かう間に、旋回流の遠心分離作用で気相冷媒と液相冷媒に分離される。
【００２１】
分離された気相冷媒は、流出パイプ２から流出する。同様に、分離された液相冷媒は、流出パイプ３から流出する。
図１の構成および動作の説明は以上である。
【００２２】
次に、図２ないし４により、本発明の第１の実施例を説明する。
図２は、本発明の第１の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図であり、図３はその平面図、図４はそのＡ方向からの側面図である。４は旋回層、６は旋回層のピッチ高さである。
【００２３】
実施例１の構成としては、本体５へ気液二相冷媒を送り込む流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１は、１つの旋回層４を有する形状となっている。
旋回層４は、図３では円形となっているが、これに限定されるものではない。四角形状など角形状でもよい。なお、旋回方向は逆にしてもよい。また、図４のとおり、旋回層４は、ピッチ高さ６を有するものとして形成されている。
【００２４】
実施例１の構成の説明は以上である。
実施例１の動作を説明する。
気液二相冷媒は、気液分離器の本体５に流入する前に、流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１を通過する。流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１に流入された気液二相冷媒には、旋回層４を通過することにより、強制旋回流が発生する。このような強制旋回流から生じた遠心力作用により液滴粒子が流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１内の外縁壁面に凝縮される。
【００２５】
このように、気液二相冷媒は、本体５に流入する前に、旋回層４を有する流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１を通過することで、本体５に流入する直前に気液分離作用が促進される。
【００２６】
実施例１の動作の説明は以上である。
かくして本発明の第１の実施例によれば、本体５に流入する直前に気液分離作用が促進されているため、気液分離の効率を向上させることができる。
【００２７】
また、旋回層４を有する流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１は、旋回層４を有するものであればよいので、それ自体の製作も容易である。
さらに、旋回層４を有する流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１を別途製作し、従来構成の気液分離器の流入パイプに代えて本体に設置すればよいだけであるため、安価な加工コストで容易に構成することが可能である。
【００２８】
続いて、図５ないし８により、本発明の第２の実施例を説明する。
なお、実施例２（および後述する実施例３、４）の説明では、実施例１と同じ部分についてはその詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明を行う。
【００２９】
図５は本発明の第２の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図であり、図６はその部分斜視図、図７はその平面図、図８はＢ方向からの側面図である。
【００３０】
実施例２の構成としては、本体５へ気液二相冷媒を送り込む流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１は、複数の旋回層４を有する形状となっている。
複数の旋回層４は、例えば、図中では３層にしたものを示しているが、これに限定されるものではなく、２層以上の任意の数の層としてよい。
【００３１】
実施例２の動作としては、気液二相冷媒は、気液分離器の本体５に流入する前に、流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１を通過する。流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１に流入された気液二相冷媒には、複数の旋回層４を通過することにより、強制旋回流が発生する。このような強制旋回流から生じた遠心力作用により液滴粒子が流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１内の外縁壁面に凝縮される。
【００３２】
ここで、旋回層４が複数であることにより、気液二相冷媒が流入パイプ１を通過する過程が長くなり、それぞれの旋回層４において強制旋回流が発生することになる。
かくして本発明の第２の実施例によれば、複数の旋回層４のそれぞれにおいて強制旋回流が発生することにより、実施例１と比較して、気液二相冷媒の液滴粒子の凝縮を十分に行うことができる。そのため、分離効率のさらなる向上が可能となる。
【００３３】
さらに、図９ないし１２により、本発明の第３の実施例を説明する。
図９は本発明の第３の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図であり、図１０はその部分斜視図、図１１はその平面図、図１２はＢ方向からの側面図である。
【００３４】
実施例３の構成としては、本体５へ気液二相冷媒を送り込む流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１は、複数であり、かつそれぞれの旋回層４ごとにピッチ高さ６が異なる旋回層４を有する形状となっている。
【００３５】
複数の旋回層４は、例えば、図中では３層にしたものを示しているが、これに限定されるものではなく、２層以上の任意の数の層としてよい。それぞれの旋回層４のピッチ高さ６も任意である。
【００３６】
実施例３の動作としては、気液二相冷媒は、気液分離器の本体５に流入する前に、流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１を通過する。流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１に流入された気液二相冷媒には、複数かつピッチ高さ６がそれぞれ異なる旋回層４を通過することにより、強制旋回流が発生する。このような強制旋回流から生じた遠心力作用により液滴粒子が流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１内の外縁壁面に凝縮される。
【００３７】
ここで、旋回層４が複数であり、かつピッチ高さ６がそれぞれ異なることにより、気液二相冷媒の液滴粒子の重力影響を強化することができる。
かくして本発明の第３の実施例によれば、複数かつピッチ高さ６がそれぞれ異なる旋回層４を気液二相冷媒が通過することにより、液滴粒子の重力影響を強化することで、実施例２と比較してさらに、気液二相冷媒の液滴粒子の凝縮を十分に行うことができる。そのため、分離効率のさらなる向上が可能となる。
【００３８】
また、複数の旋回層４のピッチ高さ６を調整することにより、気液二相冷媒が流入パイプ１を通過する距離を設定することができるため、設置する旋回層４の数を無駄のない最適な数とすることができる。
【００３９】
最後に、図１３ないし１６により、本発明の第４の実施例を説明する。
図１３は本発明の第４の実施例の気液分離器の流入パイプ（気液二相冷媒の流入）を示す斜視図であり、図１４はその部分斜視図、図１５はその平面図、図１６はＢ方向からの側面図である。
【００４０】
実施例４の構成としては、本体５へ気液二相冷媒を送り込む流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１は、複数であり、かつそれぞれの旋回層４ごとにピッチ高さ６および旋回径の大きさが異なる旋回層４を有する形状となっている。
【００４１】
複数の旋回層４は、例えば、図中では３層にしたものを示しているが、これに限定されるものではなく、２層以上の任意の数の層としてよい。それぞれの旋回層４のピッチ高さ６および旋回径の大きさも任意である。
【００４２】
実施例４の動作としては、気液二相冷媒は、気液分離器の本体５に流入する前に、流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１を通過する。流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１に流入された気液二相冷媒には、複数かつピッチ高さ６および旋回径の大きさがそれぞれ異なる旋回層４を通過することにより、強制旋回流が発生する。このような強制旋回流から生じた遠心力作用により液滴粒子が流入パイプ（気液二相冷媒の流入）１内の外縁壁面に凝縮される。
【００４３】
ここで、旋回層４が複数であり、かつピッチ高さ６がそれぞれ異なることにより、気液二相冷媒の液滴粒子の重力影響を強化することができる。
さらに、それぞれの旋回層４の旋回径の大きさが異なることにより、各旋回層４で発生する遠心力を調整することができる。これにより、気液分離器の本体５へ流入する気液二相冷媒の流速の加速や減速が可能となる。
【００４４】
かくして本発明の第４の実施例によれば、複数かつピッチ高さ６および旋回径の大きさがそれぞれ異なる旋回層４を気液二相冷媒が通過することにより、液滴粒子の重力影響を強化することで、気液二相冷媒の液滴粒子の凝縮を十分に行うことができる。そのため、分離効率のさらなる向上が可能となる。
【００４５】
また、複数の旋回層４のそれぞれのピッチ高さ６を調整することにより、気液二相冷媒が流入パイプ１を通過する距離を設定することができるため、設置する旋回層４の数を無駄のない最適な数とすることができる。
【００４６】
さらに、複数の旋回層４のそれぞれの旋回径の大きさを調整することで、気液二相冷媒の流速の加速や減速が可能となるため、これにより、遠心力型や表面張力型など気液分離器のタイプに合わせて気液二相冷媒の流入速度を変えることができるため、気液分離器の性能向上が可能となる。
【００４７】
なお、上記実施形態は好ましい実施例について述べたものであり、本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能なことは勿論である。即ち、本体や流入パイプ、旋回層等の寸法や各部分の形状等は、設置現場の要求および状況等に応じて種々変更されるべきものである。
【符号の説明】
【００４８】
１流入パイプ（気液二相冷媒の流入）
２流出パイプ（気相冷媒の流出）
３流出パイプ（液相冷媒の流出）
４旋回層
５本体
６旋回層のピッチ高さ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液二相流を気体と液体に分離する気液分離器であって、
頂部、底部およびその間を連結する中空円筒型の胴部からなる本体容器と、
前記胴部の上方側面に取付けられて、該胴部の接線方向から前記本体容器内に前記気液二相流を流入させる流入パイプと、
前記底部または前記頂部から前記胴部の軸心方向に装入されて、分離された前記気体を吐出する気体吐出パイプと、
前記胴部の下方側面に取付けられて、分離された前記液体を吐出する液体吐出パイプとを具備し、
前記流入パイプには前記気液二相流に旋回流を発生させる旋回流発生手段を備えることを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の気液分離器において、
前記旋回流発生手段が、
前記流入パイプに形成された少なくとも１つの旋回層を有する螺旋形状であることを特徴とする気液分離器。
【請求項３】
請求項２に記載の気液分離器において、
前記螺旋形状が複数の前記旋回層を有する場合に、それぞれの前記旋回層ごとに異なるピッチ高さを有することを特徴とする気液分離器。
【請求項４】
請求項２または３に記載の気液分離器において、
前記螺旋形状が複数の前記旋回層を有する場合に、それぞれの前記旋回層ごとに異なる大きさの旋回径を有することを特徴とする気液分離器。

【図１】