湿分分離器及び冷却機
【課題】小さな液滴でも、圧力損失を最小限に抑えて効果的に捕集することが可能な湿分分離器、及び、これを備えた冷却機を提供する。
【解決手段】湿分分離器１０は、流路１１の曲部１１Ａ、１１Ｂの内側に設けられ、該曲部１１Ａ、１１Ｂから上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０を備え、 流路１１の幅が、第一の湿分回収ポケット２０の位置で、該第一の湿分回収ポケット２０の上流側及び下流側よりも狭くなるように形成されている。
【解決手段】湿分分離器１０は、流路１１の曲部１１Ａ、１１Ｂの内側に設けられ、該曲部１１Ａ、１１Ｂから上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０を備え、 流路１１の幅が、第一の湿分回収ポケット２０の位置で、該第一の湿分回収ポケット２０の上流側及び下流側よりも狭くなるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体に含まれる湿分を分離する湿分分離器及びこれを備えた冷却機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の前段には性能向上を目的として冷却機が搭載され、気体を冷却した後に圧縮機に導入する。このような冷却機では、気体を冷却する際に、気体に含まれる湿分により液滴が形成され、このような液滴を含んだ気体が圧縮機に導入された場合には、液滴によりエロージョンなどの不具合が生じてしまうおそれがある。このため、冷却機には湿分分離器が備えられ、冷却された気体は、該湿分分離器により含有する湿分が除去された後に冷却機から排出されるようになっている。
【０００３】
湿分分離器としては、具体的には、複数の骨板を平行に配設して骨板間にジグザグ状に屈曲する流路が形成され、流路上流側からみて、ジグザグ状に屈曲した流路の外側に膨出した谷形屈曲部の頂点から流路の内側に膨出した山側屈曲部の頂点へ延びる側壁部分に開口する液滴捕集ポケットを具備するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような湿分分離器では、気体は、骨板間のジグザグ状の流路を通る際に、谷形屈曲部の頂点から山形屈曲部の頂点へ延びる側壁部分に衝突する。その際、該側壁部分に液滴捕集ポケットが開口していることで、気体に含まれる液滴の一部が該液滴捕集ポケットに進入して捕集されることになるとされている。
【０００４】
また、他の例としては、複数の波板が並設されることで流路が形成され、これらの波板が、波板同士の間隔を狭めて流体の流速を高めて通過させる絞り部と、絞り部の下流側に気体が衝突する壁面とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
このような湿分分離器では、絞り部で流速を高めて通過して下流側の壁面に衝突することで、気体に含まれる液滴を捕集することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４４８２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１２５６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような湿分分離器では、流れる気体の内、液滴を捕集可能であるのは、側壁部分近傍を流れる一部のみであった。特に、含まれる液滴が小さい場合には、流れの向きを変える際に作用する慣性力が小さくなって流路に沿って流れ易くなるため、効果的に液滴を捕集することはできなかった。
また、特許文献２のような湿分分離器では、絞り部で流速を高めるため、小さな液滴でも、壁面に衝突させやすくなるが、壁面に沿って連続的に流れる気体が壁面に付着した液滴を再回収してしまうこととなり、効果的に液滴を捕集することができなかった。また、小さな液滴でも効果的に捕集可能とするためには、さらに流速を高めるために絞り部における波板同士の間隔を狭める結果となり、圧力損失が増大してしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小さな液滴でも、圧力損失を最小限に抑えて効果的に捕集することが可能な湿分分離器、及び、これを備えた冷却機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、複数の曲部により蛇行状に形成されて湿分を含んだ気体が流通する流路を備える湿分分離器であって、前記流路の前記曲部の内側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケットを備え、前記流路の幅が、前記湿分回収ポケットの位置で、該湿分回収ポケットの上流側及び下流側よりも狭くなるように形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、蛇行状に形成された流路は、曲部の内側に設けられた第一の湿分回収ポケットが設けられた位置での幅が、該位置の上流側及び下流側のそれぞれの幅よりも狭くなっている。このため、流路を流れる気体は、曲部を通過する際に、第一の湿分ポケットが設けられた位置で加速することとなり、該位置よりも下流側では慣性により当該曲部の外側、つまり下流側に位置する曲部の内側に向かって流れることとなる。そして、この下流側に位置する曲部の内側には、同様に第一の湿分回収ポケットが設けられ、上流側に向かって開口していることから、上流側で加速した気体を第一の湿分回収ポケットに効果的に流入させることができる。そして、各曲部に同様に第一の湿分回収ポケットが設けられていることで、上記第一の湿分回収ポケットの位置での加速と、次の第一の湿分回収ポケットでの液滴の捕集とを繰り返し行うこととなり、効果的に気体から湿分を分離させることができる。
【００１０】
また、上記の湿分分離器において、前記流路の前記曲部の外側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケットをさらに備えることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、流路の曲部の外側に当該曲部から上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケットが設けられていることで、当該曲部の第一の湿分回収ポケットの位置で加速されて外側へと流れる気体を、第二の湿分回収ポケットへと流入させて液滴を捕集させることができ、より効果的に湿分の分離を行うことができる。
【００１２】
また、上記の湿分分離器において、蛇行状に形成された板状の部材で、複数間隔を有して配設され、互いの間を前記流路とする翼板と、該翼板に固定され、前記流路上流側に向かって突出し、該翼板との間で前記第一の湿分回収ポケットを形成する突出部材とを備えることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、上記のような流路及び第一の湿分回収ポケットの構成を、蛇行状に形成された複数の翼板と、翼板に固定される突出部材とにより容易に構築することができる。
【００１４】
また、上記の湿分分離器において、前記翼板の配設方向に沿って、隣り合う前記翼板同士を相対移動させる位置調整機構を備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、位置調整機構によって隣り合う翼板同士を該翼板の配設方向に沿って相対移動させることで、互いの間隔、すなわち流路の幅を調整することができる。このため、流路の幅を狭めることによりもたらされる液滴捕集効果と圧力損失とのバランスを調整することができ、ガス圧力、ガス流速、目的の回収液滴径等の作動環境に応じて、最適な条件で気体の湿分を分離させることができる。
【００１６】
また、本発明は、上記の湿分分離器と、気体との間で熱交換を行って該気体を冷却して前記湿分分離器へと送る熱交換器とを備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、熱交換器で冷却した気体に含まれる湿分を上記の湿分分離器によって効果的に分離させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の湿分分離器によれば、小さな液滴でも、圧力損失を最小限に抑えて効果的に捕集することができる。
本発明の冷却機によれば、上記の湿分分離器により効果的に湿分が分離されて乾燥した冷却気体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態のガスクーラの平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のガスクーラの中心軸方向視した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の湿分分離器の一部を破断した斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【図６】比較例の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【図７】実施例及び比較例の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴径と液滴排出率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例１の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴の流動状態を示す図である。
【図９】本発明の実施例２の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴の流動状態を示す図である。
【図１０】比較例の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴の流動状態を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の湿分分離器の一部を破断した斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実施形態の湿分分離器を備えたガスクーラを示している。本実施形態の冷却機であるガスクーラ１は、例えば圧縮機の給気を冷却するためのものであり、図示しないが圧縮機の吸気部に接続されている。図１及び図２に示すように、ガスクーラ１は、両端が閉塞された略円筒状のケーシング２と、ケーシング２の内部に冷却対象となるガスを給気する給気ダクト３と、ケーシング２の内部から冷却したガスＧを排気する排気ダクト４と、ケーシング２の内部に配されて流通するガスＧを冷却する熱交換器５と、熱交換器５で冷却されたガスＧの湿分を分離させる湿分分離器１０とを備える。ケーシング２は、横倒し状に、中心軸Ｌ２が略水平となるように配置されている。また、給気ダクト３及び排気ダクト４は、それぞれケーシング２の外周面上部に設けられているとともに、例えば互いに中心軸Ｌ２に沿って両端部２ａ、２ｂ側に、さらに中心軸Ｌ２を挟んで両側に、それぞれ位置ずれするようにして配設されている。
【００２１】
また、熱交換器５は、図２に示すように中心軸Ｌ２に沿う方向にみて、ケーシング２の略中央に中心軸Ｌ２に沿って配置され、中心軸Ｌ２を挟んで両側に開口している。熱交換器５は、互いに隙間を有して中心軸Ｌ２と略平行に配設された多数の冷却管５ａを有し、対をなす冷却管５ａ同士が他端部２ｂ側でＵ字状に連結され、一端部２ａ側で一方が冷却水を供給する図示しない冷却水供給部に、他方が冷却水を回収する図示しない冷却水回収部に接続されている。熱交換器５の排気ダクト４側の開口には、湿分分離器１０が接続されている。また、熱交換器５と、熱交換器５の上方のケーシング２の内周面との間には、給気ダクト３側と排気ダクト４側とを隔てる隔壁６が設けられている。このため、給気ダクト３からケーシング２の内部に給気されたガスＧは、給気ダクト３側の開口から熱交換器５に流入し、冷却管５ａ同士の間を流通する際に、冷却管５ａ内部を流通する冷却水によって冷却される。そして、熱交換器５で冷却され排気ダクト４側の開口から流出したガスＧは、湿分分離器１０で湿分が分離された後に排気ダクト４から排出される。
【００２２】
次に、湿分分離器１０の構成の詳細について説明する。
図３に示すように、本実施形態の湿分分離器１０は、略板状の部材で互いに間隔を有して複数配設され、互いの間を流路１１とする翼板１２と、翼板１２の両側縁部１２ａ、１２ｂに設けられて翼板１２を支持するとともに流路１１の側部を閉塞する支持板１３、１４とを備える。湿分分離器１０は、翼板１２の一端部１２ｃ側を熱交換器５に向けて、また、一側縁部１２ａが下側となるように配設されており、これにより熱交換器５で冷却されたガスＧは、翼板１２の一端部１２ｃ側から翼板１２同士の間の流路１１に流入し、他端部１２ｂ側から流出し、流路１１内でガスＧから分離され形成された液滴Ｄは翼板１２を伝わって一側縁部１２ａ側の支持板１３上に回収されることになる。一側縁部１２ａ側の支持板１３には、ドレン管１５が接続されており、回収された液滴Ｄを排出させることが可能となっている。
【００２３】
図４に示すように、翼板１２の両端部１２ｃ、１２ｄには互いの間にスペーサ１６、１７が設けられており、翼板１２同士は、スペーサ１６、１７によって、支持板１３、１４間の中間部位においても流路１１の幅が均等となるように固定されている。また、翼板１２は、複数の折れ部１２ｅを有してジグザグ状に形成されており、これにより翼板１２の間の流路１１もジグザグ状に複数の曲部１１Ａ、１１Ｂを有して形成されている。本実施形態では、各翼板１２が二つの折れ部１２ｅを有することで、二つの曲部１１Ａ、１１Ｂを有した流路１１が形成されている。また、翼板１２において、折れ部１２ｅの山折側１２ｆの下流側の面１２ｈには、上流側に向かって突出する略板状の第一の突出部材１８が設けられている。第一の突出部材１８の基端は、例えば溶接などにより面１２ｈに固定されている。そして、第一の突出部材１８は、折れ部１２ｅから上流側に向かって、徐々に翼板１２から離間するようにして突出している。また、第一の突出部材１８は、先端側では翼板１２に近接する側に屈曲して、全体として略くの字状に形成されている。そして、第一の突出部材１８により、第一の突出部材１８と翼板１２との間に曲部１１Ａ、１１Ｂから上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０が形成され、流路１１は、第一の湿分回収ポケット２０を形成する第一の突出部材１８により、第一の湿分回収ポケット２０の位置での幅Ｂ１が、翼板１２同士の間隔と対応した第一の湿分回収ポケット２０の上流側及び下流側での幅Ｂ２、Ｂ３よりも狭くなるように形成されている。
【００２４】
また、本実施形態では、流路１１の下流側の曲部１１Ｂの外側においては、翼板１２の折れ部１２ｅの谷折側１２ｇの下流側の面１２ｊに固定され、その上流側の面１２ｈと略平行に配設された第二の突出部材１９が設けられている。そして、この第二の突出部材１９により、第二の突出部材１９と翼板１２との間に、流路１１の曲部１１Ｂの外側で上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケット２１が形成されている。
【００２５】
次に、この実施形態の湿分分離器１０及び湿分分離器１０を備えたガスクーラ１の作用について説明する。
図４に示すように、ガスクーラ１において、熱交換器５で冷却されたガスＧは、流路１１に、翼板１２の一端部１２ｃ側となる入口１０ａから流入してジグザグ状に流れ、翼板１２の他端部１２ｂ側となる出口１０ｂから流出する。ここで、第一の湿分回収ポケット２０が設けられた位置での流路１１の幅Ｂ１が、該位置の上流側及び下流側のそれぞれでの流路１１の幅Ｂ２、Ｂ３よりも狭くなっている。このため、流路１１を流れるガスＧは、上流側の曲部１１Ａを通過する際に、第一の湿分回収ポケット２０が設けられた位置で加速することとなり、該位置よりも幅広となる下流側では、ガスＧに含まれる液滴Ｄは、慣性により当該曲部１１Ａ、１１Ｂの外側、つまり下流側に位置する曲部１１Ｂの内側に向かって流れることとなる。そして、この下流側に位置する曲部１１Ｂの内側には、同様に第一の湿分回収ポケット２０が設けられ、上流側に向かって開口していることから、上流側で加速した液滴Ｄを第一の湿分回収ポケット２０に効果的に流入させることができる。このため、小さな液滴Ｄでも圧力損失を最小限に押えて効果的に捕集することができ、それ故に小型化を図ることも可能である。なお、本実施形態では、流路１１は二つの曲部１１Ａ、１１Ｂを備えるものとしたが、これに限るものではなく、三つ以上の曲部を備えるものとしても良い。そして、各曲部に同様に第一の湿分回収ポケット２０が設けられていることで、上記第一の湿分回収ポケット２０の位置での加速と、次の第一の湿分回収ポケット２０での液滴Ｄの捕集とを繰り返し行うこととなり、効果的にガスＧから湿分を分離させることができる。
【００２６】
さらに本実施形態では、流路１１の曲部１１Ｂの外側に当該曲部１１Ｂから上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケット２１が設けられていることで、当該曲部１１Ｂの第一の湿分回収ポケット２０の位置で加速されて外側へと流れるガスＧを、第二の湿分回収ポケット２１へと流入させて液滴Ｄを捕集させることができ、より効果的に湿分の分離を行うことができる。また、本実施形態の湿分分離器１０では、流路１１、第一の湿分回収ポケット２０及び第二の湿分回収ポケット２１の各構成を、ジグザグ状に形成された複数の翼板１２と、翼板１２に固定される第一の突出部材１８及び第二の突出部材１９とにより容易に構築することができる。そして、このような湿分分離器１０を備えたガスクーラ１では、熱交換器５で冷却したガスＧに含まれる湿分を効果的に分離させて乾燥したガスＧを得ることができるとともに、全体として小型化を図ることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２８】
図５に示すように、本実施形態の湿分分離器３０は、略板状の部材で互いに間隔を有して複数配設されて互いの間を流路３１とする翼板３２を備え、図示しないが同様に支持板１３、１４によって支持されている。本実施形態の翼板３２は、四つの折れ部３２ａを有することで、四つの曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを有した流路３１が形成されている。また、同様に翼板３２において、折れ部３２ａの山折側３２ｂの下流側の面３２ｄには、上流側に向かって突出する略板状の第一の突出部材３３が設けられている。そして、第一の突出部材３３は、翼板３２の折れ部３２ａから上流側に向かって突出するとともに、先端側で翼板１２に近接する側に屈曲して上流側の面に沿って配設されるように、全体として略くの字状に形成されている。そして、第一の突出部材３３により、第一の突出部材３３と翼板３２との間に曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄのそれぞれから上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット３５が形成され、流路１１は、第一の湿分回収ポケット３５を形成する第一の突出部材３３により、第一の湿分回収ポケット３５の位置での幅Ｂ１１が、翼板３２同士の間隔と対応した第一の湿分回収ポケット３５の上流側及び下流側での幅Ｂ１２、Ｂ１３よりも狭くなるように形成されている。
【００２９】
この実施形態でも第一の実施形態同様に、曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの内側に設けられた第一の湿分回収ポケット３５が設けられた位置での幅Ｂ１１が、該位置の上流側及び下流側のそれぞれの幅Ｂ１２、Ｂ１３よりも狭くなっている。このため、流路３１を流れるガスＧは、例えば曲部３１Ａを通過する際に、第一の湿分回収ポケット３５が設けられた位置で加速することとなり、該位置よりも下流側では慣性により当該曲部３１Ａの外側、つまり下流側に位置する曲部３１Ｂの内側に向かって流れることとなる。そして、この下流側に位置する曲部３１Ｂの内側には、同様に第一の湿分回収ポケット３５が設けられ、上流側に向かって開口していることから、上流側で加速した気体を第一の湿分回収ポケット３５に効果的に流入させることができる。そして、さらに下流側の曲部３１Ｃ、３１Ｄにも同様に第一の湿分回収ポケット３５が設けられていることで、上記第一の湿分回収ポケット３５の位置での加速と、次の第一の湿分回収ポケット３５での液滴Ｄの捕集とを繰り返し行うこととなり、効果的にガスＧから湿分を分離させることができる。
【実施例】
【００３０】
本実施例では、第１の実施形態の湿分分離器１０（以下実施例１とする）と、第２の実施形態の湿分分離器３０（以下実施例２とする）とともに、比較例として従来の湿分分離器１００について、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｎｓ）解析により、液滴Ｄの捕集効果について解析を行った。
ここで、比較例の湿分分離器１００について説明する。図６は、比較例の湿分分離器１００を示したものである。図６に示すように、比較例の湿分分離器１００では、翼板１０２間に設けられた流路１０１が３つの曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを有してジグザグ状に形成されている。その一方で、流路１１を流れるガスＧの湿分を分離する湿分回収ポケット１０３の開口１０３ａは、曲部１０１Ａ、１０１Ｂ間、曲部１０１Ｂ、１０１Ｃ間のそれぞれにおいて、上流側の曲部の外側と下流側の曲部の内側とを繋ぐ壁面に、流路１０１に沿うようにして形成されており、流路１０１の曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃのそれぞれの内側に設けられ、該曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃから上流側に向かって開口する構成とはなっていない。また、流路１０１の幅は一定に設定されている。なお、実施例２の湿分分離器１０では、４つの曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを有し、また、比較例の湿分分離器１０では３つの曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを有している一方、図４に示す実施例１の湿分分離器１０では、流路１１に２つの曲部１１Ａ、１１Ｂを有しているだけである分、流路１１の全長が短く設定されている。
【００３１】
そして、上記のとおり、実施例１の湿分分離器１０、実施例２の湿分分離器３０、及び、比較例の湿分分離器１００のそれぞれについて、ガスＧに含ませる液滴径を１０、１５、２０、５０μｍと変化させながらＣＦＤ解析を行い、それぞれの液滴径での液滴排出率、すなわち供給した液滴量に対する排出された液滴量の比率を求めた。図７に、各実施例及び比較例における液滴径と液滴排出率との関係を、また、図８から図１０に、各実施例及び比較例における液滴径毎の液滴Ｄの流動状態を示す。なお、図８から図１０の各図において、（ａ）は液滴径２０μｍ、（ｂ）は液滴径１５μｍ、（ｃ）は液滴径１０μｍでの液滴Ｄの流動状態を示している。また、液滴径以外のガスＧの条件、例えばガス流速、ガス圧力、ガス温度はすべて同じ条件としている。
【００３２】
図７に示すように、実施例１の湿分分離器１０では、１５μｍ以上の液滴径では液滴排出率０％、１０μｍの液滴径でも液滴排出率は１．９％とごく僅かであり、１０μｍ以上の液滴径では殆どの液滴Ｄが回収されるという計算結果となった。図８に示すように、液滴Ｄの流動状態を詳しくみると、１５μｍ以上の液滴径では、まず、最上流の曲部１１Ａにおいて、その内側に上流側に開口するように第一の湿分回収ポケット２０が形成されていることで、多くの液滴Ｄが該第一の湿分回収ポケット２０に流入し、効果的にガスＧに含まれる液滴Ｄが捕集されていることがわかる。
【００３３】
また、最上流の第一の湿分回収ポケット２０に流入しなかった液滴Ｄ及び該第一の湿分回収ポケット２０で旋回して流出した液滴Ｄを含んだガスＧ１は、下流側へと流れることとなる。この際、図８に示すように、当該第一の湿分回収ポケット２０によって流路１１が狭くなっているので、液滴Ｄを含んだガスＧは、流速が速められて慣性により、当該曲部１１Ａの外側、つまり下流側の次の曲部１１Ｂの内側へと流れることがわかる。そして、下流側の次の曲部１１Ｂにおいて内側には同様の上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０が設けられており、これにより上流側から流れるガスＧを効果的に流入させて、含まれる液滴Ｄを捕集できていることがわかる。
【００３４】
さらに当該第一の湿分回収ポケット２０に流入しなかった液滴Ｄ及び該第一の湿分回収ポケット２０で旋回して流出した液滴Ｄは、流路１１が狭くなっていることで流速が速められて当該曲部１１Ｂの外側に流れようとし、当該曲部１１Ｂ外側に設けられた第二の湿分回収ポケット２１に流入し、これにより液滴Ｄを捕集されることがわかる。
【００３５】
これらの傾向は、液滴径が１０μｍと小さい場合でも、１．９％とごく僅かに第二の湿分回収ポケット２１に回収されずに排出されてしまう液滴Ｄが存在するだけで同様であり、効果的にガスＧに含まれる湿分を分離することができていることがわかる。
【００３６】
また、図７に示すように、実施例２の湿分分離器３０でも、液滴径が１５μｍ以上の場合には、殆どの液滴Ｄを第一の湿分回収ポケット３５で回収し、液滴排出率が０％と算出された。これは、図９に示すように、実施例１同様に実施例２の湿分分離器３０でも、曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの内側で上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０で効果的に液滴Ｄを捕集できていることによることがわかる。
【００３７】
一方、図７に示すように、比較例の湿分分離器１００では、５０μｍ未満の液滴径において、液滴排出率が高くなってしまう。これは、図１０に示す解析結果から、比較例の湿分分離器１００における湿分回収ポケット１０３が曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃに設けられておらず、曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの各間に設けられ、流路１０１に沿って開口していることで、流路１０１を流れるガスＧに含まれる液滴Ｄが開口１０３ａから湿分回収ポケット１０３へ流入しにくいこと、また、流路１１の幅が一定であることで、流路１０１を流れるガスＧに含まれる液滴Ｄに対して、各曲部において大きな慣性力が働かないため、壁面に開口する湿分回収ポケット１０３には流入しにくいことが原因である。
【００３８】
以上のように、実施例１、２の湿分分離器１０では、それぞれ曲部の内側で上流側に開口する第一の湿分回収ポケットを備え、流路の幅が第一の湿分回収ポケットの位置で、上流側及び下流側よりも狭く形成されていることで、効果的にガスＧに含まれる液滴Ｄを捕集することができる。さらに実施例１の湿分分離器１０では、曲部１１Ａ、１１Ｂの外側に設けられ上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケット２１をさらに備えることで、より確実に液滴Ｄを捕集して排出されてしまうことを防止することができる。また、それ故に、実施例２の湿分分離器１０と比較して流路が短く、曲部の箇所数が少なくても効果的に液滴Ｄを捕集することができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１１及び図１２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
図１１及び図１２に示すように、本実施形態の湿分分離器４０は、第１の実施形態の湿分分離器１０の構成と基本的に同様の構成を備えている。
ここで、本実施形態では、複数の翼板１２は、一の翼板１２が上下二つの支持板１３、１４のいずれか一方に固定され、隣接する他の翼板１２は支持板１３、１４の他方に固定されるようにして、交互に支持板１３、１４のいずれかに固定されている。一方の支持板１４には、支持板１４及び該支持板１４に固定されている翼板１２を、翼板１２の配設方向Ｘ、すなわちガスＧが流入し排出される方向に沿って進退させることで、他方の支持板１３及び該支持板１３に固定されている隣接する他の翼板１２に対して相対移動させる位置調整機構４１が設けられている。具体的には、位置調整機構４１は、一方の支持板１４に翼板１２の配設方向Ｘに沿って設けられたラック４２と、ラック４２と噛合するピニオン４３と、ピニオン４３を回転させる駆動部であるステッピングモータ４４と、ステッピングモータ４４を制御する制御部４５とを有する。
【００４１】
このため、制御部４５による制御のもとステッピングモータ４４を駆動させてピニオン４３を回転させることで、ラック４２が設けられた一方の支持板１４及び該支持板１４に固定された翼板１２を、翼板１２の配設方向Ｘに沿って移動させることができる。そして、このように一方の支持板１４に固定された翼板１２を配設方向Ｘに沿って移動させることで、他方の支持板１３に固定された隣接する他の翼板１２との間隔を調整し、流路１１の幅を調整することができる。このため、流路１１の幅を狭めることによりもたらされる液滴捕集効果と圧力損失とのバランスを調整することができ、最適な条件でガスＧの湿分を分離させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４３】
なお、上記各実施形態の湿分分離器においては、翼板がジグザグ状に形成されていることで、翼板同士の流路がジグザグ状に形成されているものとしたが、これに限るものではない。例えば、翼板が交互に曲がる方向を変えて蛇行状に形成されており、これにより流路も蛇行状に形成されていても良く、ジグザグ状を包含して蛇行状に形成された流路において、同様の効果を期待することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ ガスクーラ（冷却機）
１０、３０、４０ 湿分分離器
１１、３１ 流路
１１Ａ、１１Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ 曲部
１２、３２ 翼板
１８、３３ 第一の突出部材（突出部材）
２０、３５ 第一の湿分回収ポケット
２１ 第二の湿分回収ポケット
４１ 位置調整機構
Ｇ ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体に含まれる湿分を分離する湿分分離器及びこれを備えた冷却機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の前段には性能向上を目的として冷却機が搭載され、気体を冷却した後に圧縮機に導入する。このような冷却機では、気体を冷却する際に、気体に含まれる湿分により液滴が形成され、このような液滴を含んだ気体が圧縮機に導入された場合には、液滴によりエロージョンなどの不具合が生じてしまうおそれがある。このため、冷却機には湿分分離器が備えられ、冷却された気体は、該湿分分離器により含有する湿分が除去された後に冷却機から排出されるようになっている。
【０００３】
湿分分離器としては、具体的には、複数の骨板を平行に配設して骨板間にジグザグ状に屈曲する流路が形成され、流路上流側からみて、ジグザグ状に屈曲した流路の外側に膨出した谷形屈曲部の頂点から流路の内側に膨出した山側屈曲部の頂点へ延びる側壁部分に開口する液滴捕集ポケットを具備するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このような湿分分離器では、気体は、骨板間のジグザグ状の流路を通る際に、谷形屈曲部の頂点から山形屈曲部の頂点へ延びる側壁部分に衝突する。その際、該側壁部分に液滴捕集ポケットが開口していることで、気体に含まれる液滴の一部が該液滴捕集ポケットに進入して捕集されることになるとされている。
【０００４】
また、他の例としては、複数の波板が並設されることで流路が形成され、これらの波板が、波板同士の間隔を狭めて流体の流速を高めて通過させる絞り部と、絞り部の下流側に気体が衝突する壁面とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
このような湿分分離器では、絞り部で流速を高めて通過して下流側の壁面に衝突することで、気体に含まれる液滴を捕集することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４４８２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１２５６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような湿分分離器では、流れる気体の内、液滴を捕集可能であるのは、側壁部分近傍を流れる一部のみであった。特に、含まれる液滴が小さい場合には、流れの向きを変える際に作用する慣性力が小さくなって流路に沿って流れ易くなるため、効果的に液滴を捕集することはできなかった。
また、特許文献２のような湿分分離器では、絞り部で流速を高めるため、小さな液滴でも、壁面に衝突させやすくなるが、壁面に沿って連続的に流れる気体が壁面に付着した液滴を再回収してしまうこととなり、効果的に液滴を捕集することができなかった。また、小さな液滴でも効果的に捕集可能とするためには、さらに流速を高めるために絞り部における波板同士の間隔を狭める結果となり、圧力損失が増大してしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小さな液滴でも、圧力損失を最小限に抑えて効果的に捕集することが可能な湿分分離器、及び、これを備えた冷却機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、複数の曲部により蛇行状に形成されて湿分を含んだ気体が流通する流路を備える湿分分離器であって、前記流路の前記曲部の内側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケットを備え、前記流路の幅が、前記湿分回収ポケットの位置で、該湿分回収ポケットの上流側及び下流側よりも狭くなるように形成されていることを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、蛇行状に形成された流路は、曲部の内側に設けられた第一の湿分回収ポケットが設けられた位置での幅が、該位置の上流側及び下流側のそれぞれの幅よりも狭くなっている。このため、流路を流れる気体は、曲部を通過する際に、第一の湿分ポケットが設けられた位置で加速することとなり、該位置よりも下流側では慣性により当該曲部の外側、つまり下流側に位置する曲部の内側に向かって流れることとなる。そして、この下流側に位置する曲部の内側には、同様に第一の湿分回収ポケットが設けられ、上流側に向かって開口していることから、上流側で加速した気体を第一の湿分回収ポケットに効果的に流入させることができる。そして、各曲部に同様に第一の湿分回収ポケットが設けられていることで、上記第一の湿分回収ポケットの位置での加速と、次の第一の湿分回収ポケットでの液滴の捕集とを繰り返し行うこととなり、効果的に気体から湿分を分離させることができる。
【００１０】
また、上記の湿分分離器において、前記流路の前記曲部の外側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケットをさらに備えることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、流路の曲部の外側に当該曲部から上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケットが設けられていることで、当該曲部の第一の湿分回収ポケットの位置で加速されて外側へと流れる気体を、第二の湿分回収ポケットへと流入させて液滴を捕集させることができ、より効果的に湿分の分離を行うことができる。
【００１２】
また、上記の湿分分離器において、蛇行状に形成された板状の部材で、複数間隔を有して配設され、互いの間を前記流路とする翼板と、該翼板に固定され、前記流路上流側に向かって突出し、該翼板との間で前記第一の湿分回収ポケットを形成する突出部材とを備えることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、上記のような流路及び第一の湿分回収ポケットの構成を、蛇行状に形成された複数の翼板と、翼板に固定される突出部材とにより容易に構築することができる。
【００１４】
また、上記の湿分分離器において、前記翼板の配設方向に沿って、隣り合う前記翼板同士を相対移動させる位置調整機構を備えることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、位置調整機構によって隣り合う翼板同士を該翼板の配設方向に沿って相対移動させることで、互いの間隔、すなわち流路の幅を調整することができる。このため、流路の幅を狭めることによりもたらされる液滴捕集効果と圧力損失とのバランスを調整することができ、ガス圧力、ガス流速、目的の回収液滴径等の作動環境に応じて、最適な条件で気体の湿分を分離させることができる。
【００１６】
また、本発明は、上記の湿分分離器と、気体との間で熱交換を行って該気体を冷却して前記湿分分離器へと送る熱交換器とを備えることを特徴としている。
【００１７】
この構成によれば、熱交換器で冷却した気体に含まれる湿分を上記の湿分分離器によって効果的に分離させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の湿分分離器によれば、小さな液滴でも、圧力損失を最小限に抑えて効果的に捕集することができる。
本発明の冷却機によれば、上記の湿分分離器により効果的に湿分が分離されて乾燥した冷却気体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態のガスクーラの平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のガスクーラの中心軸方向視した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の湿分分離器の一部を破断した斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【図６】比較例の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【図７】実施例及び比較例の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴径と液滴排出率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例１の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴の流動状態を示す図である。
【図９】本発明の実施例２の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴の流動状態を示す図である。
【図１０】比較例の湿分分離器について、ＣＦＤ解析によって求めた液滴の流動状態を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の湿分分離器の一部を破断した斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態の湿分分離器の流路に沿って破断した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１の実施形態）
以下、本発明に係る第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実施形態の湿分分離器を備えたガスクーラを示している。本実施形態の冷却機であるガスクーラ１は、例えば圧縮機の給気を冷却するためのものであり、図示しないが圧縮機の吸気部に接続されている。図１及び図２に示すように、ガスクーラ１は、両端が閉塞された略円筒状のケーシング２と、ケーシング２の内部に冷却対象となるガスを給気する給気ダクト３と、ケーシング２の内部から冷却したガスＧを排気する排気ダクト４と、ケーシング２の内部に配されて流通するガスＧを冷却する熱交換器５と、熱交換器５で冷却されたガスＧの湿分を分離させる湿分分離器１０とを備える。ケーシング２は、横倒し状に、中心軸Ｌ２が略水平となるように配置されている。また、給気ダクト３及び排気ダクト４は、それぞれケーシング２の外周面上部に設けられているとともに、例えば互いに中心軸Ｌ２に沿って両端部２ａ、２ｂ側に、さらに中心軸Ｌ２を挟んで両側に、それぞれ位置ずれするようにして配設されている。
【００２１】
また、熱交換器５は、図２に示すように中心軸Ｌ２に沿う方向にみて、ケーシング２の略中央に中心軸Ｌ２に沿って配置され、中心軸Ｌ２を挟んで両側に開口している。熱交換器５は、互いに隙間を有して中心軸Ｌ２と略平行に配設された多数の冷却管５ａを有し、対をなす冷却管５ａ同士が他端部２ｂ側でＵ字状に連結され、一端部２ａ側で一方が冷却水を供給する図示しない冷却水供給部に、他方が冷却水を回収する図示しない冷却水回収部に接続されている。熱交換器５の排気ダクト４側の開口には、湿分分離器１０が接続されている。また、熱交換器５と、熱交換器５の上方のケーシング２の内周面との間には、給気ダクト３側と排気ダクト４側とを隔てる隔壁６が設けられている。このため、給気ダクト３からケーシング２の内部に給気されたガスＧは、給気ダクト３側の開口から熱交換器５に流入し、冷却管５ａ同士の間を流通する際に、冷却管５ａ内部を流通する冷却水によって冷却される。そして、熱交換器５で冷却され排気ダクト４側の開口から流出したガスＧは、湿分分離器１０で湿分が分離された後に排気ダクト４から排出される。
【００２２】
次に、湿分分離器１０の構成の詳細について説明する。
図３に示すように、本実施形態の湿分分離器１０は、略板状の部材で互いに間隔を有して複数配設され、互いの間を流路１１とする翼板１２と、翼板１２の両側縁部１２ａ、１２ｂに設けられて翼板１２を支持するとともに流路１１の側部を閉塞する支持板１３、１４とを備える。湿分分離器１０は、翼板１２の一端部１２ｃ側を熱交換器５に向けて、また、一側縁部１２ａが下側となるように配設されており、これにより熱交換器５で冷却されたガスＧは、翼板１２の一端部１２ｃ側から翼板１２同士の間の流路１１に流入し、他端部１２ｂ側から流出し、流路１１内でガスＧから分離され形成された液滴Ｄは翼板１２を伝わって一側縁部１２ａ側の支持板１３上に回収されることになる。一側縁部１２ａ側の支持板１３には、ドレン管１５が接続されており、回収された液滴Ｄを排出させることが可能となっている。
【００２３】
図４に示すように、翼板１２の両端部１２ｃ、１２ｄには互いの間にスペーサ１６、１７が設けられており、翼板１２同士は、スペーサ１６、１７によって、支持板１３、１４間の中間部位においても流路１１の幅が均等となるように固定されている。また、翼板１２は、複数の折れ部１２ｅを有してジグザグ状に形成されており、これにより翼板１２の間の流路１１もジグザグ状に複数の曲部１１Ａ、１１Ｂを有して形成されている。本実施形態では、各翼板１２が二つの折れ部１２ｅを有することで、二つの曲部１１Ａ、１１Ｂを有した流路１１が形成されている。また、翼板１２において、折れ部１２ｅの山折側１２ｆの下流側の面１２ｈには、上流側に向かって突出する略板状の第一の突出部材１８が設けられている。第一の突出部材１８の基端は、例えば溶接などにより面１２ｈに固定されている。そして、第一の突出部材１８は、折れ部１２ｅから上流側に向かって、徐々に翼板１２から離間するようにして突出している。また、第一の突出部材１８は、先端側では翼板１２に近接する側に屈曲して、全体として略くの字状に形成されている。そして、第一の突出部材１８により、第一の突出部材１８と翼板１２との間に曲部１１Ａ、１１Ｂから上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０が形成され、流路１１は、第一の湿分回収ポケット２０を形成する第一の突出部材１８により、第一の湿分回収ポケット２０の位置での幅Ｂ１が、翼板１２同士の間隔と対応した第一の湿分回収ポケット２０の上流側及び下流側での幅Ｂ２、Ｂ３よりも狭くなるように形成されている。
【００２４】
また、本実施形態では、流路１１の下流側の曲部１１Ｂの外側においては、翼板１２の折れ部１２ｅの谷折側１２ｇの下流側の面１２ｊに固定され、その上流側の面１２ｈと略平行に配設された第二の突出部材１９が設けられている。そして、この第二の突出部材１９により、第二の突出部材１９と翼板１２との間に、流路１１の曲部１１Ｂの外側で上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケット２１が形成されている。
【００２５】
次に、この実施形態の湿分分離器１０及び湿分分離器１０を備えたガスクーラ１の作用について説明する。
図４に示すように、ガスクーラ１において、熱交換器５で冷却されたガスＧは、流路１１に、翼板１２の一端部１２ｃ側となる入口１０ａから流入してジグザグ状に流れ、翼板１２の他端部１２ｂ側となる出口１０ｂから流出する。ここで、第一の湿分回収ポケット２０が設けられた位置での流路１１の幅Ｂ１が、該位置の上流側及び下流側のそれぞれでの流路１１の幅Ｂ２、Ｂ３よりも狭くなっている。このため、流路１１を流れるガスＧは、上流側の曲部１１Ａを通過する際に、第一の湿分回収ポケット２０が設けられた位置で加速することとなり、該位置よりも幅広となる下流側では、ガスＧに含まれる液滴Ｄは、慣性により当該曲部１１Ａ、１１Ｂの外側、つまり下流側に位置する曲部１１Ｂの内側に向かって流れることとなる。そして、この下流側に位置する曲部１１Ｂの内側には、同様に第一の湿分回収ポケット２０が設けられ、上流側に向かって開口していることから、上流側で加速した液滴Ｄを第一の湿分回収ポケット２０に効果的に流入させることができる。このため、小さな液滴Ｄでも圧力損失を最小限に押えて効果的に捕集することができ、それ故に小型化を図ることも可能である。なお、本実施形態では、流路１１は二つの曲部１１Ａ、１１Ｂを備えるものとしたが、これに限るものではなく、三つ以上の曲部を備えるものとしても良い。そして、各曲部に同様に第一の湿分回収ポケット２０が設けられていることで、上記第一の湿分回収ポケット２０の位置での加速と、次の第一の湿分回収ポケット２０での液滴Ｄの捕集とを繰り返し行うこととなり、効果的にガスＧから湿分を分離させることができる。
【００２６】
さらに本実施形態では、流路１１の曲部１１Ｂの外側に当該曲部１１Ｂから上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケット２１が設けられていることで、当該曲部１１Ｂの第一の湿分回収ポケット２０の位置で加速されて外側へと流れるガスＧを、第二の湿分回収ポケット２１へと流入させて液滴Ｄを捕集させることができ、より効果的に湿分の分離を行うことができる。また、本実施形態の湿分分離器１０では、流路１１、第一の湿分回収ポケット２０及び第二の湿分回収ポケット２１の各構成を、ジグザグ状に形成された複数の翼板１２と、翼板１２に固定される第一の突出部材１８及び第二の突出部材１９とにより容易に構築することができる。そして、このような湿分分離器１０を備えたガスクーラ１では、熱交換器５で冷却したガスＧに含まれる湿分を効果的に分離させて乾燥したガスＧを得ることができるとともに、全体として小型化を図ることができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２８】
図５に示すように、本実施形態の湿分分離器３０は、略板状の部材で互いに間隔を有して複数配設されて互いの間を流路３１とする翼板３２を備え、図示しないが同様に支持板１３、１４によって支持されている。本実施形態の翼板３２は、四つの折れ部３２ａを有することで、四つの曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを有した流路３１が形成されている。また、同様に翼板３２において、折れ部３２ａの山折側３２ｂの下流側の面３２ｄには、上流側に向かって突出する略板状の第一の突出部材３３が設けられている。そして、第一の突出部材３３は、翼板３２の折れ部３２ａから上流側に向かって突出するとともに、先端側で翼板１２に近接する側に屈曲して上流側の面に沿って配設されるように、全体として略くの字状に形成されている。そして、第一の突出部材３３により、第一の突出部材３３と翼板３２との間に曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄのそれぞれから上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット３５が形成され、流路１１は、第一の湿分回収ポケット３５を形成する第一の突出部材３３により、第一の湿分回収ポケット３５の位置での幅Ｂ１１が、翼板３２同士の間隔と対応した第一の湿分回収ポケット３５の上流側及び下流側での幅Ｂ１２、Ｂ１３よりも狭くなるように形成されている。
【００２９】
この実施形態でも第一の実施形態同様に、曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの内側に設けられた第一の湿分回収ポケット３５が設けられた位置での幅Ｂ１１が、該位置の上流側及び下流側のそれぞれの幅Ｂ１２、Ｂ１３よりも狭くなっている。このため、流路３１を流れるガスＧは、例えば曲部３１Ａを通過する際に、第一の湿分回収ポケット３５が設けられた位置で加速することとなり、該位置よりも下流側では慣性により当該曲部３１Ａの外側、つまり下流側に位置する曲部３１Ｂの内側に向かって流れることとなる。そして、この下流側に位置する曲部３１Ｂの内側には、同様に第一の湿分回収ポケット３５が設けられ、上流側に向かって開口していることから、上流側で加速した気体を第一の湿分回収ポケット３５に効果的に流入させることができる。そして、さらに下流側の曲部３１Ｃ、３１Ｄにも同様に第一の湿分回収ポケット３５が設けられていることで、上記第一の湿分回収ポケット３５の位置での加速と、次の第一の湿分回収ポケット３５での液滴Ｄの捕集とを繰り返し行うこととなり、効果的にガスＧから湿分を分離させることができる。
【実施例】
【００３０】
本実施例では、第１の実施形態の湿分分離器１０（以下実施例１とする）と、第２の実施形態の湿分分離器３０（以下実施例２とする）とともに、比較例として従来の湿分分離器１００について、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｎｓ）解析により、液滴Ｄの捕集効果について解析を行った。
ここで、比較例の湿分分離器１００について説明する。図６は、比較例の湿分分離器１００を示したものである。図６に示すように、比較例の湿分分離器１００では、翼板１０２間に設けられた流路１０１が３つの曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを有してジグザグ状に形成されている。その一方で、流路１１を流れるガスＧの湿分を分離する湿分回収ポケット１０３の開口１０３ａは、曲部１０１Ａ、１０１Ｂ間、曲部１０１Ｂ、１０１Ｃ間のそれぞれにおいて、上流側の曲部の外側と下流側の曲部の内側とを繋ぐ壁面に、流路１０１に沿うようにして形成されており、流路１０１の曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃのそれぞれの内側に設けられ、該曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃから上流側に向かって開口する構成とはなっていない。また、流路１０１の幅は一定に設定されている。なお、実施例２の湿分分離器１０では、４つの曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄを有し、また、比較例の湿分分離器１０では３つの曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃを有している一方、図４に示す実施例１の湿分分離器１０では、流路１１に２つの曲部１１Ａ、１１Ｂを有しているだけである分、流路１１の全長が短く設定されている。
【００３１】
そして、上記のとおり、実施例１の湿分分離器１０、実施例２の湿分分離器３０、及び、比較例の湿分分離器１００のそれぞれについて、ガスＧに含ませる液滴径を１０、１５、２０、５０μｍと変化させながらＣＦＤ解析を行い、それぞれの液滴径での液滴排出率、すなわち供給した液滴量に対する排出された液滴量の比率を求めた。図７に、各実施例及び比較例における液滴径と液滴排出率との関係を、また、図８から図１０に、各実施例及び比較例における液滴径毎の液滴Ｄの流動状態を示す。なお、図８から図１０の各図において、（ａ）は液滴径２０μｍ、（ｂ）は液滴径１５μｍ、（ｃ）は液滴径１０μｍでの液滴Ｄの流動状態を示している。また、液滴径以外のガスＧの条件、例えばガス流速、ガス圧力、ガス温度はすべて同じ条件としている。
【００３２】
図７に示すように、実施例１の湿分分離器１０では、１５μｍ以上の液滴径では液滴排出率０％、１０μｍの液滴径でも液滴排出率は１．９％とごく僅かであり、１０μｍ以上の液滴径では殆どの液滴Ｄが回収されるという計算結果となった。図８に示すように、液滴Ｄの流動状態を詳しくみると、１５μｍ以上の液滴径では、まず、最上流の曲部１１Ａにおいて、その内側に上流側に開口するように第一の湿分回収ポケット２０が形成されていることで、多くの液滴Ｄが該第一の湿分回収ポケット２０に流入し、効果的にガスＧに含まれる液滴Ｄが捕集されていることがわかる。
【００３３】
また、最上流の第一の湿分回収ポケット２０に流入しなかった液滴Ｄ及び該第一の湿分回収ポケット２０で旋回して流出した液滴Ｄを含んだガスＧ１は、下流側へと流れることとなる。この際、図８に示すように、当該第一の湿分回収ポケット２０によって流路１１が狭くなっているので、液滴Ｄを含んだガスＧは、流速が速められて慣性により、当該曲部１１Ａの外側、つまり下流側の次の曲部１１Ｂの内側へと流れることがわかる。そして、下流側の次の曲部１１Ｂにおいて内側には同様の上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０が設けられており、これにより上流側から流れるガスＧを効果的に流入させて、含まれる液滴Ｄを捕集できていることがわかる。
【００３４】
さらに当該第一の湿分回収ポケット２０に流入しなかった液滴Ｄ及び該第一の湿分回収ポケット２０で旋回して流出した液滴Ｄは、流路１１が狭くなっていることで流速が速められて当該曲部１１Ｂの外側に流れようとし、当該曲部１１Ｂ外側に設けられた第二の湿分回収ポケット２１に流入し、これにより液滴Ｄを捕集されることがわかる。
【００３５】
これらの傾向は、液滴径が１０μｍと小さい場合でも、１．９％とごく僅かに第二の湿分回収ポケット２１に回収されずに排出されてしまう液滴Ｄが存在するだけで同様であり、効果的にガスＧに含まれる湿分を分離することができていることがわかる。
【００３６】
また、図７に示すように、実施例２の湿分分離器３０でも、液滴径が１５μｍ以上の場合には、殆どの液滴Ｄを第一の湿分回収ポケット３５で回収し、液滴排出率が０％と算出された。これは、図９に示すように、実施例１同様に実施例２の湿分分離器３０でも、曲部３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの内側で上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケット２０で効果的に液滴Ｄを捕集できていることによることがわかる。
【００３７】
一方、図７に示すように、比較例の湿分分離器１００では、５０μｍ未満の液滴径において、液滴排出率が高くなってしまう。これは、図１０に示す解析結果から、比較例の湿分分離器１００における湿分回収ポケット１０３が曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃに設けられておらず、曲部１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃの各間に設けられ、流路１０１に沿って開口していることで、流路１０１を流れるガスＧに含まれる液滴Ｄが開口１０３ａから湿分回収ポケット１０３へ流入しにくいこと、また、流路１１の幅が一定であることで、流路１０１を流れるガスＧに含まれる液滴Ｄに対して、各曲部において大きな慣性力が働かないため、壁面に開口する湿分回収ポケット１０３には流入しにくいことが原因である。
【００３８】
以上のように、実施例１、２の湿分分離器１０では、それぞれ曲部の内側で上流側に開口する第一の湿分回収ポケットを備え、流路の幅が第一の湿分回収ポケットの位置で、上流側及び下流側よりも狭く形成されていることで、効果的にガスＧに含まれる液滴Ｄを捕集することができる。さらに実施例１の湿分分離器１０では、曲部１１Ａ、１１Ｂの外側に設けられ上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケット２１をさらに備えることで、より確実に液滴Ｄを捕集して排出されてしまうことを防止することができる。また、それ故に、実施例２の湿分分離器１０と比較して流路が短く、曲部の箇所数が少なくても効果的に液滴Ｄを捕集することができる。
【００３９】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１１及び図１２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４０】
図１１及び図１２に示すように、本実施形態の湿分分離器４０は、第１の実施形態の湿分分離器１０の構成と基本的に同様の構成を備えている。
ここで、本実施形態では、複数の翼板１２は、一の翼板１２が上下二つの支持板１３、１４のいずれか一方に固定され、隣接する他の翼板１２は支持板１３、１４の他方に固定されるようにして、交互に支持板１３、１４のいずれかに固定されている。一方の支持板１４には、支持板１４及び該支持板１４に固定されている翼板１２を、翼板１２の配設方向Ｘ、すなわちガスＧが流入し排出される方向に沿って進退させることで、他方の支持板１３及び該支持板１３に固定されている隣接する他の翼板１２に対して相対移動させる位置調整機構４１が設けられている。具体的には、位置調整機構４１は、一方の支持板１４に翼板１２の配設方向Ｘに沿って設けられたラック４２と、ラック４２と噛合するピニオン４３と、ピニオン４３を回転させる駆動部であるステッピングモータ４４と、ステッピングモータ４４を制御する制御部４５とを有する。
【００４１】
このため、制御部４５による制御のもとステッピングモータ４４を駆動させてピニオン４３を回転させることで、ラック４２が設けられた一方の支持板１４及び該支持板１４に固定された翼板１２を、翼板１２の配設方向Ｘに沿って移動させることができる。そして、このように一方の支持板１４に固定された翼板１２を配設方向Ｘに沿って移動させることで、他方の支持板１３に固定された隣接する他の翼板１２との間隔を調整し、流路１１の幅を調整することができる。このため、流路１１の幅を狭めることによりもたらされる液滴捕集効果と圧力損失とのバランスを調整することができ、最適な条件でガスＧの湿分を分離させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００４３】
なお、上記各実施形態の湿分分離器においては、翼板がジグザグ状に形成されていることで、翼板同士の流路がジグザグ状に形成されているものとしたが、これに限るものではない。例えば、翼板が交互に曲がる方向を変えて蛇行状に形成されており、これにより流路も蛇行状に形成されていても良く、ジグザグ状を包含して蛇行状に形成された流路において、同様の効果を期待することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１ ガスクーラ（冷却機）
１０、３０、４０ 湿分分離器
１１、３１ 流路
１１Ａ、１１Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ 曲部
１２、３２ 翼板
１８、３３ 第一の突出部材（突出部材）
２０、３５ 第一の湿分回収ポケット
２１ 第二の湿分回収ポケット
４１ 位置調整機構
Ｇ ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の曲部により蛇行状に形成されて湿分を含んだ気体が流通する流路を備える湿分分離器であって、
前記流路の前記曲部の内側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケットを備え、
前記流路の幅が、前記第一の湿分回収ポケットの位置で、該第一の湿分回収ポケットの上流側及び下流側よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする湿分分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の湿分分離器において、
前記流路の前記曲部の外側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケットをさらに備えることを特徴とする湿分分離器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の湿分分離器において、
蛇行状に形成された板状の部材で、複数間隔を有して配設され、互いの間を前記流路とする翼板と、
該翼板に固定され、前記流路上流側に向かって突出し、該翼板との間で前記第一の湿分回収ポケットを形成する突出部材とを備えることを特徴とする湿分分離器。
【請求項４】
請求項３に記載の湿分分離器において、
前記翼板の配設方向に沿って、隣り合う前記翼板同士を相対移動させる位置調整機構を備えることを特徴とする湿分分離器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の湿分分離器と、
気体との間で熱交換を行って該気体を冷却して前記湿分分離器へと送る熱交換器とを備えることを特徴とする冷却機。
【請求項１】
複数の曲部により蛇行状に形成されて湿分を含んだ気体が流通する流路を備える湿分分離器であって、
前記流路の前記曲部の内側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第一の湿分回収ポケットを備え、
前記流路の幅が、前記第一の湿分回収ポケットの位置で、該第一の湿分回収ポケットの上流側及び下流側よりも狭くなるように形成されていることを特徴とする湿分分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の湿分分離器において、
前記流路の前記曲部の外側に設けられ、該曲部から上流側に向かって開口する第二の湿分回収ポケットをさらに備えることを特徴とする湿分分離器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の湿分分離器において、
蛇行状に形成された板状の部材で、複数間隔を有して配設され、互いの間を前記流路とする翼板と、
該翼板に固定され、前記流路上流側に向かって突出し、該翼板との間で前記第一の湿分回収ポケットを形成する突出部材とを備えることを特徴とする湿分分離器。
【請求項４】
請求項３に記載の湿分分離器において、
前記翼板の配設方向に沿って、隣り合う前記翼板同士を相対移動させる位置調整機構を備えることを特徴とする湿分分離器。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の湿分分離器と、
気体との間で熱交換を行って該気体を冷却して前記湿分分離器へと送る熱交換器とを備えることを特徴とする冷却機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１１】
【図１２】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−７８８７４（Ｐ２０１１−７８８７４Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３１５５５（Ｐ２００９−２３１５５５）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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