CN108697959A - 气液分离用旋流产生装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够防止附着在回旋流生成条带的液体在条带端部再次朝向气体中飞散并能够提高液体的分离性能的气液分离用旋流产生装置。其具有将流动在入口管(21)内的气液二相流体进行旋流并通过离心力朝向内周面(21c)引导的回旋流生成条带(30)的气液二相流体的流出侧的终端部(31)上设置有第一、第二端缘(32a、32b)的构成，所述第一、第二端缘(32a、32b)连接：设置在回旋流生成条带(30)的径向外侧的端部的一边的第一终端点(31a)与设置在回旋流生成条带(30)的径向外侧的端部的另一边的第二终端点(31b)及设置在相比第一终端点(31a)及第二终端点(31b)更加靠向所述气液二相流体的流入侧的回旋流生成条带(30)的轴线(O)上的中心终端点(31c)。

Description

气液分离用旋流产生装置
技术领域
本发明涉及一种气液分离用旋流产生装置，其使用回旋流生成条带使在配管内流动的气液二相流体旋转，并利用离心力将液体引导向配管的内周面。
背景技术
以往，已知有，由拧成螺旋状的板部件形成的回旋流生成条带使流动在配管内的气液二相流体旋转，并通过离心力将液体引导向配管的内周面的气液分离用旋流产生装置(例如，参见专利文献1，专利文献2)。这样的气液分离用旋流产生装置中，附着在回旋流生成条带上的液体(液滴)以附着在条带表面的状态朝向配管的内周面流动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-62416号公报
专利文献2：日本特开2003-190725号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，以往的装置中，由于回旋流生成条带的终端部(气液二相流体的流出侧的端部)具有沿条带径向直线状的端缘，所以附着在回旋流生成条带的轴线附近的液体在条带终端部上不朝向配管的内周面流动而在气体中再次飞散。因此，存在液体的分离性能变差的问题。
本发明着眼于上述问题而提出，目的是提供一种能够防止附着在回旋流生成条带的液体再次飞散在条带终端部的气体中，并能够提高液体的分离性能的气液分离用旋流产生装置。
用于解决课题的方法
为了达到上述目的，本发明提供一种通过由拧成螺旋状的板部件形成并且配置在配管内的回旋流生成条带来使流动在配管的气液二相流体回旋并利用离心力将液体向所述配管的内周面引导的气液分离用旋流产生装置。
所述回旋流生成条带在所述气液二相流体的流出侧的终端部具有设置在所述回旋流生成条带的径向外侧的端部的一方的第一终端点、设置在所述回旋流生成条带的径向外侧的终端的另一方的第二终端点、以及设置在回旋流生成条带的轴线上且比所述第一终端点及所述第二终端点更靠向所述气液二相流体的流入侧的中心终端点，并且形成有连接所述第一终端点和所述中心终端点的第一端缘；以及连接所述第二终端点和所述中心终端点的第二端缘。
发明效果
因此，在本发明中，能够防止附着在回旋流生成条带的液体再次朝向条带终端部的气体中飞散，并能够提高液体的分离性能。
附图说明
图1是表示适用实施例1的旋流产生装置的内燃机的排气循环系统的整体系统图。
图2是表示适用实施例1的旋流产生装置的气液分离装置的截面图。
图3是表示实施例1的回旋流生成条带的立体图。
图4是实施例1的回旋流生成条带的侧面图。
图5是图3的A-A剖面图。
图6是表示适用实施例1的旋流产生装置的气液分离装置中的气液二相流体及分离的气体·液体的流动的整体说明图。
图7是表示在实施例1的旋流产生装置中，附着在回旋流生成条带的液体在条带终端部流动的说明图。
图8是表示适用实施例2的旋流产生装置的气液分离装置的截面图。
图9是图8中的B-B截面图。
图10是表示适用实施例2的旋流产生装置的气液分离装置的气液二相流体及冷却水的流动的整体说明图。
图11A是表示第一变形例的旋流产生装置的截面图。
图11B是表示第二变形例的旋流产生装置的截面图。
图11C是表示第三变形例的旋流产生装置的截面图。
图12A是表示第四变形例的旋流产生装置的截面图。
图12B是表示第五变形例的旋流产生装置的截面图。
图12C是图12B中的C-C截面图。
具体实施方式
以下，结合图示的实施例1及实施例2，对本发明的气液分离用旋流装置的实施方式进行说明。
(实施例1)
首先，将实施例1中的气液分离用旋流装置的结构分为“适用例系统的整体结构”、“气液分离装置的详细结构”、“回旋流生成条带的详细结构”进行说明。
[适用例系统的整体结构]
图1是表示适用实施例1的旋流产生装置的内燃机的排气循环系统的整体系统图。以下，结合图1，对实施例1的适用例的系统整体结构进行说明。
实施例1的旋流产生装置适用于图1所示的内燃机1的排气循环流动系统S。在此，图1所示的内燃机1是作为行驶驱动源搭载于车辆的柴油发动机，具有四个气缸(未图示)。各气缸上分别连接有进气通道2和排气通道3。
在进气通道2的前端形成有进气口2a，并从进气口2a侧依次设置有：进气过滤用空气滤清器4；涡轮增压器5的压缩机5a；用于冷却进气的中间冷却器6；调节进气量的节流阀7。在排气通道3中，从内燃机1侧依次设置有：涡轮增压器5的涡轮5b；净化排气的排气净化催化剂8；以及用于调节排气流量的排气调节阀9。另外，在排气调节阀9的下游侧设置有消音器10，并在消音器10的前端形成有排气口3a。
进气通道2和排气通道3通过低压EGR通道11和高压EGR通道12连接。在此，“EGR(Exhaust Gas Recirculation)”是将内燃机1中燃烧后的废气的一部分提取并再次进行进气的技术，称为排气再循环。
低压EGR通道11连接相比压缩机5a上游的进气通道2和相比排气净化催化剂8下游的排气通道3。另一方面，高压EGR通道12连接相比压缩机5a下游的进气通道2和相比涡轮5b上游的排气通道3。
据此，在低压EGR通道11中，经过涡轮5b的排气返回到压缩机5a的进气。另外，在高压EGR通道12中，吸入涡轮5b前的排气返回到经过压缩机5a的空气。
而且，低压EGR通路11设置有用于冷却通向进气通道2的排气的EGR冷却器13和用于调节经由低压EGR通道11循环至进气通道2的排气的流量的低压EGR阀14。在高压EGR通道12中设置有用于调节经由高压EGR通道12循环至进气通道2的排气的流量的高压EGR阀15。
在此，在低压EGR通路11中，形成不降低经过涡轮增压器5的涡轮5b的排气量而能够循环排气，从而减少NOx的效果较大。但是，在EGR冷却器13中的通过冷却而可能会产生冷凝水。而且，当冷凝水积聚成一定程度大的液滴的状态下流入下流时，碰撞涡轮增压器5的压缩机5a的螺旋桨而产生冲击。因此，在实施例1中，将适用于图2所示的旋流产生装置的气液分离装置20(参见图2)设置在低压EGR阀14的下游位置，且在涡轮增压器5的涡轮5b的上游的位置(在图1中由点划线X包围的位置)，冷凝水被收集并排出。
[气液分离装置的详细结构]
图2是表示适用实施例1的气液分离用旋流产生装置的气液分离装置的截面图。以下，结合图2，对实施例1的气液分离装置的详细结构进行说明。
如图2所示，实施例1的气液分离装置20具备：入口管21(配管)；内部管22；排水管23；贮水罐24；旁通管25以及回旋流生成条带30。
入口管21的气液二相流体的流动方向的上游侧(图2中的右侧)的端部与进气口2a及低压EGR阀14连通，并流入气体与颗粒子状的液体(冷凝水)混合状态的排气(以下称为“气液二相流体”)。在该入口管21的内部配置有用于使气液二相流体的流动沿内周面21c旋流的回旋流生成条带30。进一步，该入口管21在气液二相流体的流动方向下游侧的端部(图2中的左侧)设置有流出旋流气体的排气口21a和从气液二相流体分离的液体流出的排水口21b。在此，排气口21a沿入口管21的轴向开口，排水口21b在入口管21的径向方向上在重力方向向下开口。另外，“重力方向”是在图2中的向下的方向，并且是重力作用的方向。
进一步，该入口管21的内周面21c，形成有沿气液二相流体的流动的方向的内径尺寸逐渐增大的锥面21d。即，入口管21的内径尺寸以在气液二相流体的流动方向上比锥面21d上游侧的区域的第一区域26A为最小，在形成有锥面21d的区域中的第二区域26B逐渐变大，并在气液二相流体的流动方向上比锥形面21d的下游侧的区域中的第三区域26C为最大的方式被设置。而且，在第一区域26A配置有回旋流生成条带30，在第三区域26C上形成有排气口21a及排水口21b。
此外，气液二相流体中所含的液体能够通过该气液二相流体旋流时产生的离心力(旋转力)的作用而流入排水口21b。因此，该实施例1中，虽然排水口21b朝向重力方向的下方开口，但是并不限于此，该排水口21b可以在任意的方向上开口。
内部管22由具有相比入口管21的第三区域26C的内径尺寸小的外径尺寸的直管部件形成，并且一端22a插入在入口管21的排气口21a，并与入口管21同轴状态被设置。在该一端22a，比旋流生成条带30靠向气液二相流体的流动方向的下游侧形成有敞开的开口部22b。另外，该内部管22的下游侧(图2中的左侧)的端部与涡轮增压器5的压缩机5a连通。
此外，开口部22b在内部管22的轴线方向上敞开。即，入口管21、内部管22、排气口21a及开口部22b形成在同轴上。
进一步，该内部管22的从入口管21突出的位置的侧面上旁通管25的第二端部25b连接的通气口22c在入口管21的半径方向上并朝向重力方向的下方开口。但是，由于该通气口22c是用于通过旁通管25使贮水罐24形成负压的开口，所以，可以朝向重力方向的下方以外的方向开口。
而且，在入口管21的排气口21a上嵌入有，用于密封在内周面21c与内部管22之间产生的间隙α的环部件27。环部件27呈能够围绕内部管22的整个周边的圆筒形状，并且其外周面与入口管21的内周面以气密状态相接触，其内周面与内部管22的外周面以气密状态相接触。
进一步，在该环部件27中，位于入口管21内侧的端部的轴向位置与排水口21b的周缘部的靠向最下游侧的部分的轴向位置一致。即，虽然环部件27不与排水口21b的开口区域重叠，但是与排水口21b的开口区域在轴向上不形成间隙地被设置。
排水管23形成以与第一管部件23a的轴向中央部使第二管部件23b正交的方式连接的T字管，并且，入口管21贯通第一管部件23a。而且，形成在第一管部件23a和第二管部件23b之间的连接部分中的连接口23c与排水口21b相对。据此，入口管21与排水管23的第二管部件23b通过排水口21b和连接口23c相连通。并且，在入口管21内部从气液二相流体分离的液体从排水口21b经由连接口23c流入第二管部件23b。
在此，排水口21b的内径尺寸被设定为与排水管23的连接口23c的内径尺寸相等。而且，第二管部件23b具有缩径部23d，该缩径部23d相对于入口管21的轴向在重力方向向下延伸并且沿着液体流动方向内径尺寸逐渐变小。据此，前端开口23e的内径尺寸小于连接口23c及排水口21b的内径尺寸。此外，第一管部件23a和第二管部件23b都不限于圆管，可以是矩形管(方管)等。此外，第二管部件23b可以不具有缩径部23d，并且前端开口23e的内径尺寸可以未必小于连接开口23c和排水口21b的内径尺寸。
贮水罐24具有安装在排水管23的第二管部件23b下方的罐主体24a。在罐主体24a的上部形成的连接口24b与第二管部件23b的前端部23f连接，并且该连接口24b与前端开口23e连通。并且，流入第二管部件23b的液体从前端开口23e经由连接口24b向下流动而被收纳在罐主体24a中。
另外，在该罐主体24a的上部的侧表面上形成有连接旁通管25的第一端部25a的通气口24c。
在罐主体24a的下部形成有能够适当地开闭的排水开口(未图示)。当储存在罐主体24a中的液体达到一定量时，能够通过排出开口将液体排出在罐的外部。另外，通气口24c的形成位置并不限定于灌主体24a的上部，只要在灌主体24a内的空气被吸入的位置，就能够形成在任意的位置。
旁通管25是两端开口的管部件。在旁通管25中，第一端部25a与形成在罐主体24a的通气口24c连接，第二端部25b与形成在内部管22的通气口22c连接。因此，通过该旁通管25使罐主体24a的上部的空间与内部管22的内部连通。
[回旋流生成条带的详细结构]
图3是表示实施例1的回旋流生成条带的立体图,图4是回旋流生成条带的侧面图。另外，图5是图3的A-A剖面图。以下，结合图3-图5，对实施例1的回旋流生成条带的详细结构进行说明。
回旋流生成条带30由蜷曲成螺旋状的条带状板部件形成，并配置在入口管21的第一区域26A内。该回旋流生成条带30以径向尺寸R(参见图4)与第一区域26A的内径尺寸相等地被设置，并设置为与入口管21同轴状态，并且，其周缘与入口管21的内周面21c接触。
该回旋流生成条带30在气液二相流体的流出侧的终端部31具有第一终端点31a、第二终端点31b及中心终端点31c，并形成有第一端缘32a和第二端缘32b。
第一终端点31a设置在回旋流生成条带30的径向外侧的终端的一边。第二终端点31b设置在回旋流生成条带30的径向外侧的终端的另一边。在此，第一终端点31a的轴向位置与第二终端点31b的轴向位置相一致，并且连接第一终端点31a和第二终端点31b的终端线L与回旋流生成条带30的轴线O正交。
而且，中央终端点31c设置在回回旋流生成条带30的轴线O上，并且与第一终端点31a和第二终端点31b相比设置在朝向气液二相流体的流入侧。
而且，第一端缘32a是，在回旋流生成条带30的终端缘中，连接第一终端点31a和中心终端点31c的端缘。另外，第二端缘32b是，在回旋流生成条带30的终端缘中，连接第二终端点31b和中心终端点31c的端缘。也就是说，回旋流生成条带30的终端部31中设置有由第一端缘32a、第二端缘32b及终端线L围绕的V字状的空间区域。
另外，该回旋流生成条带30的第一端缘32a及第二端缘32b上分别形成有在气液二相流体的流入侧折返的折返结构33。
如图5所示，折返结构33具有：第一折返片33a，其将第一端缘32a及第二端缘32b的前端朝向回旋流生成条带30的一边的螺旋面30a侧折返；第二折返片33b，其将第一端缘32a及第二端缘32b的前端朝向另一边的螺旋面30b侧折返。
该折返结构33形成在从中心终端点31c至第一终端点31a跟前侧之间，以及在从中心终端点31c至第二终端点31b跟前侧之间。据此，在折返结构33的径向两端部和入口管21的内周面21c之间产生间隙β(参见图2)。
进一步，该回旋流生成条带30配置在第一区域26A，并只少终端部31的第一终端点31a及第二终端点31b插入在内周面21c形成锥面21d的区域，即第二区域26B内。
另外，回旋流生成条带30的气液二相流体的流入侧的起始端34具有第一起始端点34a、第二起始端点34b及中心起始端点34c。
第一起始端点34a设置在回旋流生成条带30的径向外侧的起始端的一边。第二起始端点34b设置在回旋流生成条带30的径向外侧的起始端的另一边。中心起始端点34c形成在回旋流生成条带30的轴线O上，并与第一起始端点34a及第二起始端点34b在轴向的位置相一致。也就是说，中心起始端点34c设置在连接第一起始端点34a和第二起始端点34b的起始端线与轴线O的正交的点上，并且，第一、第二起始端点34a、34b及中心起始端点34c沿回旋流生成条带30的径向并列。进一步，该回旋流生成条带30的起始端34沿重力方向竖立设置。
接着，对实施例1的气液分离用旋流产生装置的气液分离作用进行说明。
图6是表示适用实施例1的旋流产生装置的气液分离装置中的气液二相流体及分离的气体·液体的流动的整体说明图，图7是表示在条带终端部的液体的流动的说明图。
图1所示的排气循环流动系统S中，从进气口2a吸入的空气与通过低压EGR通道11从排气通道3吸入的排气以流速10m/s～100m/s的速度流入涡轮增压器5的压缩机5a。此时，空气和排气中含有水分，并使用EGR冷却器13对该气体进行冷却而水分冷凝成为冷凝水的颗粒状液体，成为空气等的气体中混合液体的气液二相流体。
如图6所示，实施例1的气液分离装置20中，流入入口管21的气液二相流体经过设置有回旋流生成条带30的第一区域26A时，通过沿该回旋流生成条带30流动而成为旋流。而且，通过该旋流赋予的离心力，质量大的液体被引导向入口管21的内周面21c。
另外，回旋流生成条带30的螺旋面30a，30b相对于气液二相流体的流动方向具有角度。因此，气液二相流体中所含的液体与螺旋面30a，30b碰撞，并能够促进水滴形成。
然后，朝向内周面21c引导的液体凝聚成为液滴并从气体分离。从该气体中分离的液体以附着在内周面21c的状态，通过旋流的流动而从第二区域26B流向第三区域26C。
而且，流入第三区域26C的液体通过自重流入形成在第三区域26C的排水口21b，并经由排水管23的连接口23c流入第二管部件23b内，并向下流过第二管部件23b。此后，从前端开口23e流入罐主体24a中并被存储。
此外，流入入口管21的气体沿轴向从敞开的开口部22b朝向内部管22流入。此时，随着朝向气液二相流体的流动方向的下游侧，液体从气体分离。然后，气体经由内管22流入涡轮增压器5的压缩机5a。
在此，内部管22的外径尺寸小于入口管21的第三区域26C的内径尺寸。因此，能够防止附着在入口管21的内周面21c的液体进入内部管22。进一步，入口管21的排气口21a上嵌合有用于密封与内部管22之间的间隙α的环部件27。因此，能够防止气体从入口管21的排气口21a泄漏，并使从气液二相流体分离的气体顺畅地流入内部管22。
进一步，附着于旋转流产生条带30的螺旋面30a、30b而成为液滴的液体以附着于螺旋面30a、30b的状态，由旋流的流动的作用而朝向回旋流生成条带30的径向外侧流动并被引导至内周面21c。
此时，成为液滴的液体，被推向气液二相流体的流动方向的下游侧，并朝向回旋流生成条带30的径向外侧流动。
而且，如图7的箭头所示，在该回旋流生成条带30的终端部31处，以附着在螺旋面30a、30b的状态推动到第一端缘32a或第二端缘32b的液体沿着第一端缘32a或第二端缘32b朝向回旋流生成条带30的径向外侧流动，并被引导向入口管21的内周面21c。
即，在第一端缘32a中位于回旋流生成条带30的径向外侧的第一终端点31a相比位于回旋流生成条带30的轴线O的中心终端点31c更朝向气液二相流体的流动方向的下游侧。另外，在第二端缘32b中位于回旋流生成条带30的径向外侧的第一终端点31b相比位于回旋流生成条带30的轴线O上的中心终端点31c更朝向气液二相流体的流动方向的下游侧。
据此，附着于回旋流生成条带30的螺旋面30a、30b的液体通过旋流向气液二相流体的流动方向的下游侧推动，并朝向回旋流生成条带30的径向外侧流动。
因此，第一、第二端缘32a、32b的延伸方向基本上与以附着在回旋流生成条带30的状态被旋流推动的液体的流动方向(移动方向)相一致。据此，在回旋流生成条带30的终端部31中，附着于螺旋面30a、30b的液体以维持附着在第一、第二端缘32a、32b上的状态朝向入口管21的内周面21c被引导。据此，即使存在附着于回旋流生成条带30的轴线O附近的液体，也能够防止从终端部31再次飞散到气体中，提高液体的分离性能，并且能够提高液体的收集率。
另外，由于在液体的分离当中不需要使用挡板、过滤器等，所以气体的流动不受阻碍而，并能够抑制通气阻力的增加。
另外，在该实施例1中，在第一端缘32a和第二端缘32b的任何一侧的气液二相流体的流入侧都形成有折返结构33。
因此，以附着在螺旋面30a、30b的状态下被推动至第一端缘32a或者第二端缘32b的液体，由于该折返结构33而朝向气液二相流体的流动方向的下游侧流动被阻止。也就是说，液体，沿第一端缘32a和第一折返片33a之间的间隙或者沿第二端缘32b和第二折返片33b之间的间隙流向回旋流生成条带30的径向外侧。
据此，能够防止液体从第一、第二端缘32a、32b分离，并且能够将该液体引导向入口管21的内周面21c，并能够进一步提高液体的分离性能。
而且，在实施例1中，折返结构33具有：朝向回旋流生成条带30的一侧的螺旋面30a侧折返的第一折返片33a和朝向相反的另一侧的螺旋面30b折返的第二折返片33b。
因此，即使液体附着在回旋流生成条带30的螺旋面30a、30b的任何一侧，都能够防止其从第一、第二端缘32a、32b分离。
另外，该折返结构33形成在从中心终端点31c至第一终端点31a跟前侧之间，以及中心终端点31c至第二终端点31b跟前侧之间，并且在折返结构33的径向的两端部和入口管21的内周面21c之间产生有间隙β。
因此，由折返结构33阻止朝向气液二相流体的流动方向的下游侧流动的液体，能够在折返结构33的径向两端部上，通过间隙β朝向气液二相流体的流动方向的下游侧流出。
据此，能够防止液体集聚在第一端缘32a与第一折返片33a之间的间隙或第二端缘32b与第二折返片33b之间的间隙中，并且能够将液体迅速地引导至入口管21的内周表面21c。
而且，在该实施例1中，在入口管21的内周面21c上具有形成有沿气液二相液体的流动方向内径尺寸逐渐增大的锥面21d的第二区域26B，并且，至少回旋流生成条带30的终端部31的第一终端点31a及第二终端点31b插入在形成有锥面21d的区域即第二区域26B。
因此，沿第一、第二端缘32a、32b朝向第一终端点31a和第二终端点31b的液体流出在锥形面21d上。其结果是，能够将沿着第一、第二端缘32a、32b朝向内周面21c被引导的液体顺畅地朝向排水口21b排出，并能够促进液体的引导·分离。
接着，对效果进行说明。
实施例1的气液分离用旋流产生装置具有以下列举的效果。
(1)通过由拧成螺旋状的板部件形成并且配置在配管(入口管21)内部的回旋流生成条带30使流动在所述配管(入口管21)的气液二相流体旋流并利用离心力朝向所述配管(入口管21)的内周面21c引导液体的气液分离用旋流产生装置，其特征在于：
所述回旋流生成条带30具有以下构成，在所述气液二相流体的流出侧的终端部31具有：第一终端点31a，其设置在所述回旋流生成条带30的径向外侧的端部的一边；第二终端点31b；其设置在所述回旋流生成条带30的径向外侧的端部的另一边；中心终端点31c，其设置在相比所述第一终端点31a及所述第二终端点31b更加靠向所述气液二相流体的流入侧的所述回旋流生成条带30的轴线O上，并且，形成有：连接所述第一终端点31a和所述中心终端点31c的第一端缘32a；连接所述第二终端点31b和所述中心终端点31c的第二端缘32b。
其结果是，能够防止附着在回旋流生成条带30的液体在终端部31上再次飞散到终端部31的气体中，并能够提高液体的分离性能。
(2)所述回旋流生成条带30具有在所述第一端缘32a和所述第二端缘32b上形成有朝向所述气液二相流体的流入侧折返的折返结构33的结构。
其结果是，除了上述(1)的效果之外，还能够防止液体从第一端缘32a或第二端缘32b脱落，并且朝向入口管21的内周面21c引导，从而能够进一步提高液体的分离性能。
(3)所述折返结构33是形成在从所述中心终端点31c至所述第一终端点31a跟前侧之间以及从所述中心终端点31c至所述第二终端点31b跟前侧之间的结构。
其结果是，除了上述(2)的效果之外，能够防止液体积存在第一端缘32a与第一折返片33a之间的间隙以及第二端缘32b与第二折返片33b之间的间隙中，并且能够朝向入口管21的内周面21c引导液体。
(4)在所述配管(入口管21)的所述内周面21c上形成有沿着所述气液二相流体的流动方向直径逐渐扩大的锥面21d，
所述回旋流生成条带30是至少所述第一终端点31a及所述第二终端点31b被插入在形成所述锥形面21d的区域(第二区域26B)内的结构。
其结果是，沿着第一、第二端缘32a、32b朝向内周面21c引导的液体能够顺畅地向排出口21b排出，并能够促进液体的引导·分离。
(实施例2)
实施例2的气液分离用旋流产生装置是，其回旋流生成条带具有冷却表面(螺旋面)的条带状冷却结构，其入口管具有管冷却结构的实例。
首先，对结构进行说明。
图8是表示适用实施例2的气液分离用旋流产生装置的气液分离装置的截面图，图9是图8的B-B截面图。以下，结合图8及图9，对实施例2的气液分离用旋流产生装置的结构进行说明。另外，对于与实施例1相同的结构，使用相同的符号并省略其详细的说明。
如图8所示，实施例2的气液分离装置40具备：入口管41(配管)，内部管22，排水管23，贮水罐24，旁通管25，回旋流生成条带50。
入口管41在气液二相流体的流动方向的上游侧(图8中的右侧)的端部与未图示的进气口及低压EGR阀相连通，并使气液二相流体流入。另外，在该入口管41的内部配置有回旋流生成条带50。而且，在相比该回旋流生成条带50朝向气液二相流体的流动方向的下游侧形成有排气口41a及排水口41b。
进一步，实施例2的入口管41具有冷却内周面41c的管冷却结构60。该管冷却结构60具备：冷却水循环配管61；第一冷却水管62；第二冷却水管63。
冷却水循环配管61是其内径大于入口管41的内径的中空圆筒管。通过将入口管41穿通该冷却水循环配管61，入口管41的一部分成为周围被冷却水循环配管61覆盖的双管结构。据此，在入口管41与冷却水循环配管61之间形成有作为覆盖入口管41外部的空间的管冷却水循环空间61a。
另外，在此，冷却水循环配管61在轴向上从外侧覆盖包含配置回旋流生成条带50的范围及入口管41的上游区域的部分。
第一冷却水管62是流入管冷却水循环空间61a的冷却水(制冷剂)流动的配管，一端62a与形成在冷却水循环配管61上的第一开口部61b相连接，并且，另一端(未图示)连接在未图示的汽车空调的制冷循环的膨胀阀和蒸发器之间。在此，第一开口部61b是使管冷却水循环空间61a在径向上敞开的开口，并通过在冷却水循环配管61的周面上钻设圆形孔而形成。如图8所示，该第一开口部61b相比回旋流生成条带50形成在气液二相流体流动方向的上游侧且重力方向的上方的位置。
第二冷却水管63是从管冷却水循环空间61a排出的冷却水(制冷剂)流动的配管，一端63a与形成在冷却水循环配管61上的第二开口部61c相连接，并且，另一端(未图示)连接在未图示的汽车空调的制冷循环的蒸发器和压缩机之间。在此，第二开口部61c是使管冷却水循环空间61a在径向上敞开的开口，并且通过在冷却水循环配管61的周面上钻设圆形孔而形成。如图8所示，该第二开口部61c相比回旋流生成条带50形成在气液二相流体流动方向的下游侧且重力方向下方的位置。
此外，第一开口部61b和第二开口部61c的形成位置不限于图8所示的位置，也可以形成在任意的位置。也就是说，第一开口部61b形成在气液二相流体的流动方向的回旋流生成条带50的下游侧的位置，第二开口部61c形成在气液二相流体的流动方向的上游侧的位置也可。另外，由于冷却水在施加水压的情况下循环，所以第一、第二开口部61b、61c的开口方向不一定必须沿重力方向。
由于实施例2的回旋流生成条带50的基本结构与实施例1的回旋流生成条带30的基本结构相同，所以在此对与实施例1不同的结构进行说明。
即，实施例2的回旋流生成条带50具有用于冷却作为条带表面的一侧的螺旋面50a和另一侧螺旋面50b的条带冷却结构70。而且，条带冷却结构70具备：条带冷却水循环空间71；第三冷却水管72；第四冷却水管73。
在此，如图9所示，形成回旋流生成条带50的板部件由一侧具有螺旋面50a的第一板部件50c和另一侧具有螺旋面50b的第二板部件50d构成双重结构，并且在该第一板部件50c与第二板部件50d之间形成有条带冷却水循环空间71。也就是说，条带冷却水循环空间71是形成在回旋流生成条带50的内部的空间。
而且，在条带冷却水循环空间71中，沿着回旋流生成条带50的轴线O设置有分隔壁71c，并且通过该分隔壁71c分隔成第一空间71a和第二空间71b。此外，在分隔壁71c与封闭回旋流生成条带50的终端部51的终端面51d之间设有间隙71d，第一、第二空间71a、71b通过该间隙71d彼此连通。
第三冷却水管72是流入条带冷却水循环空间71的冷却水(制冷剂)流动的管，一端72a与形成在封闭回旋流生成条带50的起始端部54的起始端面54d的第三开口部54e相连接，并且另一端72b沿径向贯通入口管41并与管冷却剂循环空间61a连通。在此，第三开口部54e是使条带冷却水循环空间71的第一空间71a在轴向上开口的开口，并且通过在起始端面54d上钻设长方形的孔而形成。另外，第三冷却水管72的另一端72b在与形成于冷却水循环配管61的第一开口部61b相对的位置上贯通入口管41。
第四冷却水管73是从条带冷却水循环空间71排出的冷却水(制冷剂)流动的配管，一端73a与形成在封闭旋流发生条带50的起始端部54的起始端面54d的第四开口部54f相连接，并且另一端73b沿径向贯通入口管41并与管冷却剂循环空间61a连通。在此，第四开口部54f是使条带冷却水循环空间71的第二空间71b开口的开口，并且通过在开起始端面54d上钻设长方形的孔而形成。另外，该第四冷却水管73的另一端73b在相比形成在冷却水循环配管61上的第一开口部61b靠向下游侧的位置且在重力方向的下方的位置上贯通入口管41。
接下来，对作用进行说明。
图10是表示适用实施例2的旋流产生装置的气液分离装置的气液二相流体及冷却水的流动的整体说明图。以下，结合图10，对实施例2的液体的凝聚促进作用进行说明。
在实施例2的气液分离装置40中，与实施例1相同，流动在入口管41的气液二相流体沿回旋流生成条带50流动而回旋，并通过回旋产生的离心力使液体朝向入口管41的内周面41c被引导。
但是，当气液二相流体的流速低的情况时，旋流的流速也变慢，产生的离心力变弱。在这样的情况下，液体难以被引导至入口管21的内周面21c，并且不促进液体的凝聚，从而不能够充分地实施从气体分离液体。
与此相比，在实施例2的气液分离装置40中，设置有管冷却结构60，入口管41穿过冷却水循环配管61，并且在该入口管41和冷却水循环配管61之间形成有管冷却水循环空间61a。而且，在管冷却水循环空间61a上连接有未图示的汽车空调的制冷循环的第一、第二冷却水管62、63。
因此，当冷却水在制冷循环中循环时，从膨胀阀排出并成为低温·低压的雾状的冷却水的一部分经由第一冷却水管62流入管冷却水循环空间61a。
流入该管冷却水循环空间61a的冷却水沿着入口管41的轴向流动，并从第二开口61c流出，经由第二冷却水管63返回制冷循环。
在此，低温·低压雾状冷却水在管冷却水循环空间61a中流动的期间通过吸收周围的热量而成为蒸汽。从而，入口管41和冷却水循环配管61被冷却。
另一方面，在入口管41内部流动有气液二相流体。因此，当该气液二相流体与入口管21的内周面41c接触时，气液二相流体的热量被传递到入口管41，并且热量被去除并冷却。其结果是，气液二相流体的温度降低，而能够促进气液二相流体中所含的液体形成液滴。另外，即使在产生的液滴的重量变重并且旋流引起的离心力较弱，也能够通过促进液滴的形成而朝向入口管41的内周面41c引导。其结果是，能够提高从气液二相流体分离液体的分离率。
进一步，在实施例2的气液分离装置40中，具有条带冷却结构70。也就是说，配置在入口管41的内部的回旋流生成条带50形成第一板部件50c和第二板部件50d的双重结构，并在第一、第二板部件50c、50d之间形成有条带冷却水循环空间71。而且，该条带冷却水循环空间71通过第三、第四冷却水管72、73与管冷却水循环空间61a连通。
因此，冷却水在未图示的汽车空调的制冷循环内循环时，流入管冷却水循环空间61a内一部分冷却水通过第三冷却水管72朝向条带冷却水循环空间71的第一空间71a内流入。流入该第一空间71a的冷却水从回旋流生成条带50的起始端部54朝向终端部51流动，并通过由分隔壁71c分割的间隙71d朝向第二空间71b流入，并且在该第二空间71b中从终端部51朝向起始端部54流动。而且，流向起始端部54的冷却水从形成在起始端部54的第四开口部54f经由第四冷却水管73向管冷却水循环空间61a排出。
另外，在此，第三冷却水管72的另一端72b在与形成在冷却水循环配管61的第一开口61b相对的位置贯通入口管41，第四冷却水管73的另一端73b在冷却水的流动方向上相比第一开口61b靠向下游的位置贯通入口管41。因此，从管冷却水循环空间61a流出的冷却水能够从第一空间71a顺畅地朝向第二空间71b流动。
而且，由于流入条带冷却水循环空间71的冷却水在该条带冷却水循环空间71中流动期间吸取周围热量而变成蒸汽(蒸发)，所以作为回旋流生成条带50的条带表面的螺旋面50a、50b被冷却。
据此，当流入入口管41的气液二相流体与回旋流生成条带50的螺旋面50a、50b相接触时，该气液二相流体的热量被传递至回旋流生成条带50并被冷却。因此，能够促进气液二相流体中所含液体的液滴的形成，并且能够提高从气液二相流体中分离液体的分离率。
接下来，对效果进行说明。
在实施例2的气液分离用旋流产生装置中能够得到以下列举的效果。
(5)所述回旋流生成条带50是具有冷却条带表面(螺旋面50a、50b)的条带冷却结构70的结构。
其结果是，除了上述(1)～(4)的效果之外，能够在气液二相流体回旋之前收集因自重而流下的液体，从而能够提高液体的分离率。
(6)所述配管(入口管41)是具有至少冷却其内部配置的所述回旋流生成条带50的部分的管冷却结构60的结构。
其结果是，除了上述(1)～(5)的效果之外，能够降低流动在入口管41的气液二相流体的温度，并能够促进液体的凝聚，从而能够提高液体的分离率。
以上，结合实施例1和实施例2对本发明的气液分离用旋流产生装置进行了说明，但是，具体的结构并不限于该实施例1，在不脱离本发明的权利要求书中的各项权利要求的主旨的情况下允许设计的改变和添加。
在实施例1中，示出了折返结构33形成在回旋流生成条带30的终端部31的第一端缘32a和第二端缘32b上的例。但是，本发明不限于此，例如，如图11A所示，可以不需要形成折返结构。
即使在这种情况下，第一、第二端缘32a、32b的延伸方向也基本上与以附着在回旋流生成条带30的状态下被推动的液体的流动方向相一致。因此，能够将附着在回旋流生成条带30的液体在终端部31中，以附着在螺旋面30a，30b的状态朝向入口管21的内周面21c引导。
进一步，在实施例1中示出了，在入口管21的内周面21c上形成有锥面21d，在形成锥面21d的第二区域26B上至少插入有回旋流生成条带30的第一、第二终端点31a、31b的例。但是，如图11B或图11C所示，未形成锥面21d也可。
即使在这种情况下，从气液二相流体分离的液体也能够通过旋流的流动而流入排出口21b。
进一步，如图12A所示，可以将配置在第一区域26A内的回旋流生成条带30延伸使终端部31插入至入口管21的第三区域26C为止，使终端部31接近内部管22。
另外，如图12B所示，可以使回旋流生成条带30的第一、第二终端点31a、31b插入在形成有锥面21d的第二区域26B上，并且将设置在该回旋流生成条带30的第一、第二终端点31a、31b上的折返结构33的径向两端部沿入口管21的内周面21c延长。也就是说，在折返结构33的径向的两端部上设置插入入口管21的第三区域26C的延长部35也可。该延长部35的截面由第一、第二折返片33a、33b以V字状形成(参照图12C)。
此时，通过使延长部35将前端部35a延伸至相比内部管22的开口部22b更朝向下游位置而能够将流入第一折返片33a与第二折返片33b之间的液体以不在内部管22内飞散的形式引导向内周面21c。
另外，通过在折返部结构33的延长部35与入口管21的内周面21c之间维持间隙β，能够顺畅地将沿折返结构33流动的液体引导向内周面21c。
另外，在该实施例1中，回旋流生成条带30的起始端部34沿重力方向竖立地被设置。但是，例如，也可以将回旋流生成条带30以起始端部34相对于重力方向水平的状态进行设置。
另外，在实施例1中示出了，第一端缘32a和第二端缘32b都以直线状地形成，并且在回旋流生成条带30的终端部31产生V字状的空间区域的例，但是，并不限于此。只要将中心终端点31c设置在相对于第一终端点31a和第二终端点31b的气液二相流体的流入侧即可，因此也可以使第一、第二端缘32a、32b弯曲，并且回旋流生成条带30的终端部31形成为U形也可。
进一步，第一终端点31a的轴向位置和第二终端点31b的轴向位置不一定彼此相一致也可，其中任何一个设置在相比另一个更靠近气液二相流体的流入侧也可。另外，此时，终端线L可以不与回旋流生成条带30的轴线O正交。而且，只要中心终端点31c与第一终端点31a和第二终端点31b相比，设置在气液二相流体的流入侧即可，所以可以设置在从回旋流生成条带30的轴线O朝向径向偏离的位置上(轴线O的附近位置)。
即，回旋流生成条带30的形状不限于实施例1所示的形状。只要具有：在回旋流生成条带30的径向外侧的终端的各自上设定第一、第二终端点31a、31b；与第一、第二终端点31a、31b相比设置在气液二相流体的流入侧的中心终端点31c；连接第一、第二终端点31a、31b及中心终端点31c的第一、第二端缘32a、32b，就能够任意设定各终端点和起始端点等的设定位置和各端缘的形状等。
而且，在实施例2的气液分离装置40中示出了，具备冷却入口管41的管冷却结构60和冷却回旋流生成条带50的条带冷却结构70的例，但是，并不限于此。即使只有一种冷却结构，也能够冷却气液二相流体并促进该气液二相流体中所含液体的凝聚。
进一步，在实施例2中示出了，在管冷却结构60及条带冷却结构70中利用汽车空调的制冷剂作为冷却水的例，但是，也可以利用发动机冷却水(LLC：Long Life Coolant)。
另外，在实施例1中，示出了以气液二相流体的流动方向相对于重力方向成为水平状态，即气液分离装置20设置在的所谓的横向方向上的例。但是，本发明的气液分离装置20的设置方向不限于此，也可以根据排气循环系统S内的布局等适当设定安装方向等。
此外，在实施例1中，起始端部34沿着重力方向竖立设置，但是，该起始端部34的竖立方向不限于此，可以根据气液分离装置20的布局适当地设置。
进一步，虽然在实施例1中示出了内燃机1是搭载于车辆的柴油发动机的例，但是，并不限于此，即使内燃机1为汽油发动机也能够适用。
在实施例1和2中，已经示出了将本发明的气液分离用旋流产生装置应用于内燃机1的排气循环系统S的例。但是，不限于此，例如可以应用于制冷循环装置，并可以是分离气态制冷剂与液态制冷剂的制冷循环装置。也就是说，本发明的气液分离用旋流产生装置能够应用于从气液二相流体中分离气体和液体的装置。
进一步，关于各配管(入口管等)的形状、连接部位、半径尺寸等并不限于实施例1及实施例2所示的结构，能够任意设定。
(相关申请的相互参照)
本发明基于2015年12月17日向日本特许厅申请的日本特愿2015-246467主张优先权，其公开内容全部通过引用而并入本说明书。

Claims (6)

1.一种气液分离用旋流产生装置，通过由拧成螺旋状的板部件形成并且配置在配管内的回旋流生成条带来使流动在所述配管的气液二相流体回旋，并利用离心力将液体向所述配管的内周面引导，其特征在于，
所述回旋流生成条带在所述气液二相流体的流出侧的终端部具有设置在所述回旋流生成条带的径向外侧的终端的一方的第一终端点、设置在所述回旋流生成条带的径向外侧的终端的另一方的第二终端点、以及设置在所述回旋流生成条带的轴线上且比所述第一终端点及所述第二终端点更靠所述气液二相流体的流入侧的中心终端点，并且形成有连接所述第一终端点和所述中心终端点的第一端缘、以及连接所述第二终端点和所述中心终端点的第二端缘。
2.如权利要求1所述的气液分离用旋流产生装置，其特征在于，
所述回旋流生成条带在所述第一端缘和所述第二端缘上形成有朝向所述气液二相流体的流入侧折返的折返结构。
3.如权利要求2所述的气液分离用旋流产生装置，其特征在于，
所述折返结构形成在从所述中心终端点至所述第一终端点的跟前侧之间以及从所述中心终端点至所述第二终端点的跟前侧之间。
4.如权利要求1至3的任意一项所述的气液分离用旋流产生装置，其特征在于，
在所述配管的所述内周面上形成有沿着所述气液二相流体的流动方向直径逐渐扩大的锥面，
所述回旋流生成条带的至少所述第一终端点及所述第二终端点被插入至形成有所述锥形面的区域。
5.如权利要求1至4的任意一项所述的气液分离用旋流产生装置，其特征在于，
所述回旋流生成条带具有冷却条带表面的条带用冷却结构。
6.如权利要求1至5的任意一项所述的气液分离用旋流产生装置，其特征在于，
所述配管具有至少冷却内部配置有所述回旋流生成条带的部分的管用冷却结构。
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