CN1230898A - 气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气液分离装置,在内部具有中空室的圆筒状容器下部设高压空气导入口,在上部设空气排出口,在内部设置能将从高压空气导入口供给的空气冲撞、改变空气流方向的导流板,在中空室上部设置沿上下分隔具有通气口的圆锥状承受板,使分隔的上方中空室与空气排出口连接,将分隔的上方中空室、具备通气孔的隔壁面对面配置在圆锥状承受板的上方、将上述导向板的冲撞面构成仿效圆筒状容器内壁面曲面状倾斜或使流路向下游侧扩大,具有能量损失低、气液分离效果更高等的优点。

Description

气液分离装置

技术领域

本发明涉及将高压空气等气体中所含的水份等液体除去的气液分离装置。

技术背景

以往使用氟隆(フロン)气等制冷剂的空气除湿装置为一种熟知的气液分离装置。该装置是用制冷剂冷却高压空气、使空气中的水蒸汽冷凝而后被除去。由于必须使用氟隆气等制冷剂而存在公害上的问题，此外，由于还须具备压缩制冷剂的压缩机、冷凝器、冷却高压空气的热交换器等，以及须提供驱动这些装置工作的电源，因而存在运行费用也高等的问题。

作为其它的除湿装置，已知有使高压空气从设于装置内的过滤器通过、将高压空气中的水份除去的装置。在该装置中，当使用时过滤器一旦潮湿后，附着于过滤器的水分与通过过滤器的高压空气一起被压向过滤器内面，因而存在使已除湿的高压空气再次受潮的问题。若过滤器中的水份成饱和状态，则此问题更显著、除湿效果降低，必须定期清扫与调换过滤器。

作为解决上述问题的对策，本发明者已在日本专利特开平8-290028号公报上揭示了一种压缩空气除湿装置。该除湿装置是在具有中空室的圆筒体侧面下部设置空气导入通路以及在上部设置排出通路，在导入通路前面位置具有能使空气冲撞的冲撞面和使冲撞后空气流向改变的导向部，在中空室内配置在中央开口的圆锥状承受板，还在此承受板上部设置具有空气孔的挡板。

采用此装置，能使通过空气导入通路导入中空室的压缩空气因冲撞板而发生剧烈冲撞使压缩空气内含有的水份液滴化，使流向改变成接近直角的角度沿中空室内面向中空室内排出。排出的空气因旋转离心力使比重大的水份与比重小的空气分离，使分离的水份下落，收集于排水道内、仅使已除湿的空气从排出通路排出。这样，若采用此除湿装置，无需如以往那样使用压缩机等作为动力，也不必调换空气过滤器，就能有效地除去空气中的水份。

因此，本发明目的在于，进一步发展上述在特开平8-290028号公报上提出的除湿装置，提供分离效果更高的气流分离装置。

发明概述

特开平8-290028号公报上提出的除湿装置的基本原理在于使含有水份的气体在冲撞面上发生剧烈冲撞而液滴化、以及使发生此冲撞后的气体高速旋转，从而进行气体与液体的离心分离。因此，为了提高此效果，要紧的是使导入的气体在冲撞时的能量损失尽可能小地在圆筒状容器内进行高速旋转，并使其在圆筒状容器内的停留时间足够长地在圆筒状容器内可靠地进行离心分离。

也就是本发明的气液分离装置，是在内部具有中空室的圆筒状容器侧壁面上设置气体流入口，同时在该容器上部设置将气液分离了的气体排出的排出口，在上述圆筒状容器内部的上述气体流入口前面的位置上设置能将与从上述气体流入口供给的气体冲撞的冲撞面和使冲撞后的气流方向改变成沿上述圆筒状容器内壁面的导向部，在上述中空室上部设置在中央具有通气口的呈圆锥状的承受板，且使其伸出部向下，将上述中空室上下分隔，使被上述承受板分隔的上方中空室与上述排出口相连、在将分隔出上述上方中空室、具备通气孔的隔壁面对面地配置在上述承受板上方位置，其特点是将上述冲撞面构成成为仿效上述圆筒状容器内壁面的曲面状倾斜或使流路向下游侧扩大。

对于使含有液体的高压空气在冲撞面上冲撞是否能使散布在气体中的液体凝聚而液滴化的机制不一定一目了然，然而，可以推论，当含有雾状液体的气体在冲撞面上冲撞、气体部分能立即改变方向而从出口排出，与此相对，液体部分不能立即改变方向，比气体流速迟缓，而成为在冲撞面附近瞬间停留状态。使接着的雾状液体粒子与此停留的雾状液体粒子结合，并使此过程依次反复而达到水滴化。

因此，有必要以适当的能量使含有液体的气体在冲撞面上冲撞，然而，在特开平8-290028号公报上提出的除湿装置中，由于使导入的气体与冲撞面大致垂直地发生冲撞，从而使冲撞后的气体改变方向时的能量损失大，因得不到充分的旋转力而使离心比重分离作用有限。

在本发明中，通过将冲撞面倾斜成为仿效圆筒状容器内壁面的曲面状或使流路向下游侧扩大使此问题得到了解决。此外，且将所述仿效圆筒状容器内壁面的曲面形状做成使从导向部靠近圆筒状容器内壁面排出的气体不与圆筒状容器壁相撞而沿内壁面旋转的形状。

此外，在使冲撞面倾斜的场合，必须满足因冲撞使气液分离以及改变方向时能量损失少这样两个条件，为此，设定使气体流入方向相对垂直相交的面形成1-5°的倾斜，最好为1-3°的倾斜。当倾斜角过小时，在能量损失小的另一面，不能有效进行冲撞液化，即气液分离，因此希望为上述范围。

现以除去空气中的水份为例说明上述气液分离装置的作用。通过使含有水份的从数大气压到数十大气压的高压空气从气体流入口送入，空气从气体流入口以高速向容器内喷出，与设置在气体流入口前面位置上的冲撞面相冲撞。其后，在导向部引导下沿容器内壁面改变流向，从其终端向圆筒状容器内部排出。

这样，通过使含有水份的空气与冲撞面激烈冲撞以使其后的雾状水粒子与雾状水粒子结合而水滴化，此后，再通过使高压空气从气体流入口排出且立即使其流向改变到沿容器内壁面的方向，依靠离心力进行比重分离，达到将空气中水份分离出来。

使从终端沿导向部向圆筒状容器内部喷出的空气与水份以圆筒状容器内周曲率弯曲呈螺旋状旋转的同时向位于排出口的一方上升。当空气与水呈螺旋状旋转上升时、一旦受位于上部的圆锥状承受板阻挡而沿圆锥状承受板的下面下降，则水滴化的水份因重力而落到设于圆筒状容器底面上的排水道内。

另外，已将水份分离出的空气依次被吸向圆锥状承受板的中央开口而上升，从排出口通过中空室向位于该排出口顶端的空气装置等供给。在本发明中，通过将分隔出上方中空室、具备通气孔的隔壁面对面地配置在所述承受板的上方，而不使流入到圆锥状承受板中央开口的空气直接流向排出口，据此，能使在圆筒状容器内的停留时间变长，成为能可靠地进行用离心力的气液分离后再向排出口提供。

这样，在本发明的气液分离装置中，在圆筒状容器内使与空气离心分离的比重大的水份与圆筒状容器内壁接触而水滴化，且使其一部分与圆锥状承受板下面接触而水滴化后流向下方，由设于圆筒状容器底面上的排水道进行回收。

在本发明气液分离装置中，在上述承受板通气口上部与上述隔壁间配置具有通气孔的弯曲构件，在该弯曲构件与上述承受板上面间形成小室。

通过设置具有半球状内面的弯曲构件形成小室，成为使未能被圆锥状承受板回收的液体部分进而用弯曲构件内面捕捉而液滴化，且从圆锥状承受板的中央开口落向圆筒状容器底面，回收到排水道内。在此，形成弯曲状是为了使附着于内面的液滴容易落下。

此外，当从气液分离装置喷出的气体量过大时，由于经过气液分离的气体在喷出时会将圆筒状容器内液体带出，因此，为了避免发生此现象，有必要决定喷出量。通过在弯曲构件上的1处设置通气孔，能容易地控制此喷出量。

此外，当使设于弯曲构件上的通气孔与设于隔壁上的通气孔的位置过于接近时，从弯曲构件的通气孔喷出的气体从隔壁上的通气孔直线地喷出，还会如上述那样将液体带出。通过将上述隔壁上的通气孔与弯曲构件上的通气孔设置成以弯曲构件的中心点中心的180度相反侧，能使弯曲构件上的通气孔与隔壁上的通气孔离得最远，成为使从弯曲构件上的通气孔排出的气体暂时停留在由弯曲构件外面、隔壁下面以及圆筒状容器内面构成的空间内的状态。据此，就能有效地防止液体被气液分离的气体带出。

可将弯曲构件与隔壁形成一体或按分体构成，然而，尤其如上所述，为了将分别在弯曲构件与隔壁上形成的通气孔的位置关系保持，以形成一体为好。

使气体流入口与冲撞面间的距离为3-15mm，尤其以5-6mm为最好。若此距离过分短，则压力损失变大，反之，若过长，则难以得到因冲撞的充分分离效率，因而希望在上述范围内。

此外，为了要使气体与冲撞面激烈冲撞、然后改变方向并进行离心分离，最好还具备用以增加导入口处气体流速、例如由喷嘴机构等构成的节流部。

为了尽可能减少能量损失、确保流动顺利，最好将设于圆筒状容器内部的冲撞面与导向部形成具有连续面的整体，同时设置能从导入口进行该成形体装卸的装卸机构。据此，能不发生从连接部的气体泄漏，保持圆筒状容器的气密性，提高气液分离效果。

此外，通过用圆筒状容器内壁面冲撞面及导向部形成流路空间，使从上述流入口导入的气体从上述流路空间出口(终端)沿上述圆筒状容器内壁面排出，不仅容易控制流向，而且与可从突然向开放空间排出的装置相比，能防止能量损失。

对附图的简单说明。

图1为本发明第1实施例气液分离装置的主视图，

图2为图1所示气液分离装置的局部纵剖视图，

图3为沿图2A-A线的剖面图，

图4为图2所示气流分离装置排出导板的俯视图，

图5为图4所示排出导板的侧视图，

图6为沿图4B-B的剖面图，

图7为表示图1所示气液分离装置水份除去率的性能图，

图8为表示图1所示气液分离装置空气流与水滴分离状态的说明图，

图9为本发明第2实施例气液分离装置的主视图，

图10为图9所示气液分离装置的纵剖视图，

图11为图9所示气液分离装置上部的分解立体图，

图12(a)为形成冲击面与导向部的构件主视图，(b)为侧视图，(c)为俯视图，(d)为沿图(a)C-C线的剖面图，

图13为表示形成冲击面与导向部的构件组装状态的分解立体图，

图14为表示图9所示气液分离装置空气与水份流动的说明图，

图15为沿图14D-D线的剖视图。

实施本发明的实施例。

以下，根据图示的实施例说明本发明的特点。图1为本发明第1实施例气液分离装置的主视图，图2为图1所示气液分离装置的局部纵剖视图，图3为沿图2A-A线的剖视图，图4为图2所示气液分离装置排出导向板的俯视图，图5为同实施例侧视图，图6为沿图4B-B线的剖面图，图7为表示图1所示气液分离装置水份除去率的性能图，图8为表示图1所示气液分离装置空气流动与水滴分解状态的说明图。

参照图1-5，1为内径70mm的圆筒状容器，1a为直径6mm的高压空气导入口，1b为直径4mm的空气排出口，1c为圆筒状容器上盖部，2为与圆筒状容器1的底部相连的自动排泄部，3为与高压空气导入口1a相连的高压空气供给气泵，4为与空气排出口1b相连的高压空气排出管。

5为形成排出导向部的排出导板，5a为在排出导向板5的外周面与圆筒状容器1的内壁面间效仿圆筒状容器1的内壁面形成的通气槽，成为从通气槽5a的终端排出到圆筒状容器1的内壁附近放出空气时不与圆筒状容器1的内壁面相撞而沿内壁面旋转。

5b为排出导向板5上的安装孔、5c为插入此安装孔5b的安装螺栓，6为设于圆筒状容器1的内部上方的圆锥状承受板，6a为设于圆锥状承受板6中央的直径12mm的开口。

7为焊在圆锥状承受板6中央上方的弯曲构件所成的圆顶，7a为在圆顶7上两处设置的直径3mm的通气孔，8为隔壁，8a为隔壁8上的两个直径3mm的通气孔，9为第1小室，10为第2小室，11为第3小室。

现说明本实施例气液分离装置的作用。当含有水份的高压空气经高压空气给气泵3从高压空气导入口1a喷出时，与排出导向板5的通气槽5a的槽面接触而作90°转向若沿通气槽5a、向圆筒状容器1的内壁面的圆周方向传送。

高压空气导入口1a(圆筒状容器1的内壁面)与通气槽5a的接触面的槽面的间隔为5mm，导入的空气因较大弯曲产生的冲撞而将空气中水份的一部分分离，从通气槽5a终端的开口沿通气槽5a向圆筒状容器1内排出，成螺旋状流动旋转上升。这样，由于将排出导向板5的外周面与圆筒状容器1的内壁面间形成的通气槽5a构成模仿圆筒状容器1内壁面的曲线状，用冲撞有效进行气液分离，同时使在改变方向时的能量损失减少。螺旋流上升时与圆锥状承受板6相碰，沿圆锥状承受板6的下面向中心下降。

图8表示此状态，借助螺旋流的旋转、因离心力而向外侧移动的水滴附着于圆筒状容器1的内壁面、沿此内壁面流向下方。此外，也存在在附着于圆筒状容器1的内壁面之前发生比重份离的水滴直接落到圆筒状容器1底面。

当螺旋流与圆锥承受板6相碰时，水滴附着于圆锥状承受板6的下面，并沿圆锥状承爱板6的下面流下，因重力作用而从中央开口6a的开口缘向圆筒状容器1的底面落下。

包含在与圆锥状承受板6相碰的空气流中的水份与空气一道向下方运动，在途中发生比重分离而向圆筒状容器1的底面落下，再将落下的水滴回收到自动排水道2中。

另外，圆筒状容器1中央部的空气因抽吸而逐渐上升，从中央开口6a流向第1小室9，从圆锥状承受板6的中央开口6a流向第1小室的空气从通气孔7a流向第2小室10，再从空气孔8a送入第3小室11，经迂回曲折并从第3小室11的空气排出孔1b排向空气排出管4。

为了测定本实施例的除湿能力，如图7所示对10大气压的高压空气流量为100-500升/分的空气流将已混入着色墨水的水按30cc/分的比例混入了100cc的空气送入高压空气供气管3。图7的线图表示该时回收在自动排水道2中的水量与对应空气流量关系的图。

由该图可知，相对至300升/分为止的流量，能回收大致接近100％的墨水，在到达500升/分时，接受99％而稍有降低。由于使用着色墨水，通过打开盖可目睹该圆筒状容器内部附着状况与残留状况。从其内部观察也几乎看不到着色，不能确认有水分残留。此外，在高压空气压力为3-7大气压场合，结果大致相同，压力值不影响该性能。

现说明第2实施例，本实施例中与第1实施例气液分离装置相应的部分带有相同标号，并省略对其说明。图9为第2实施例气液分离装置的主视图，图10为图9所示气液分离装置的纵剖视图，图11为图9所示气液分离装置上部的分解立体图，图12(a)为形成冲撞面与导向部构件的主视图，(b)为该构件的侧视图，(c)为该构件的俯视图，(d)为沿图(a)C-C线的剖面图，图13为表示形成冲撞面与导向部构件组装状态的分解立体图，图14为表示图9所示气液分离装置的空气与水分流动的说明图，图15为沿图14D-D线的剖面图。

本实施例与第1实施例的不同之处主要在于分别在与第1实施例中所述的导向板5、圆锥状承受板6、圆顶7以及隔壁8相对应的构件结构上。

首先，对与第1实施例中的圆锥状承受板6对应的承受板31进行说明。在本实施例中，将承受板31的剖面形状做成圆弧状，就是用球面的一部分来构成。这样，通过不象先前实施例那样构成直线状而构成曲线状，尤其能使附着于承受板31下面的水滴容易落下。

接着，对相当于第1实施例中的圆顶7与隔壁8的中间构件33进行说明。在本实施例中，将俯视形状为圆形的隔壁35与沿此隔壁下垂的弯曲构件37形成一体，把分别在隔壁35与弯曲构件37上形成的通气孔35a、37a设置成位于以弯曲构件37的中心点为中心的180度相反侧。在本实施例中，由于将隔壁35与弯曲构件37形成一体，此通气孔35a、37a的位置关系不变。

这样，通过把在隔壁35上形成的通气孔35a与在弯曲构件37上形成的通气孔37a设置成位于以弯曲构件的中心点为中心的180度相反侧，能使弯曲37的通气孔37a与隔壁35上的通气孔37a离得最远，成为使从弯曲构件37的通气孔37a放出的空气暂时贮留在由弯曲构件37的外面、隔壁35的下面以及圆筒状容器1的内壁面构成的空间内。据此，就能有效地防止水滴被气液分离的空气带出。

接着，对与第1实施例中的排出导向板5相当的排出导向件41进行说明。排出导向件41如图12、图13明显所示，具有与直线状冲撞面41a相连的导向部41b，把由圆筒状容器1的内壁面以及上述冲撞面41a与导向部41b构成的空间作为通气槽41c。在本实施例中，将冲撞面41a形成直线状，且使通路从与空气流入方向垂直相交的面扩大倾斜3度(参照图12(d)的θ)。

通过形成这样的倾斜面，能有效地利用面冲撞液化、即气液分离，且使伴随其后的流向变化所引起的能量损失降低。

再参照图12、图13，41d为在排出导向件41上形成的阴螺纹，43为可与此阴螺纹41d拧合的螺钉。螺钉43具有可从高压空气导入口1a插入的外形，在其顶端侧形成成为承受面的伸出部43b，同时、在伸出部43b的径向形成紧固用切槽43a。

将此排出导向件41配置在圆筒状容器1内，使阴螺纹41d到达高压空气导入口1a的前面，通过将螺钉43从高压空气导入口1a侧拧入、与排出导向件41的阴螺纹41d拧合固紧进行安装。这样，在本实施例中，构成能使排出导向件41从高压空气导入口1a侧接合，据此，能不发生象第1实施例所示、从安装孔5b与安装螺栓5c间隙的空气泄漏，能保持圆筒状容器1内的气密性。

采用第2实施例的气液分离装置，不仅具有第1实施例中已说明的各种功能，还能发挥如上所述的效果。

根据本发明能取得如下效果。

(1)结构简单、无可动部分、无需动力、且直至高压能将液体去除率提高到接近100％。

(2)通过将冲撞面构成成仿效圆筒状容器内壁面的曲面状倾斜或使流路面向下游侧扩大，能有效地使因冲撞面引起的液化，即气液分离，且能使伴随其后的流动方向改变所引起的能量损失降低，能有效地进行气液分离。

(3)通过在圆锥状承受板中央开口上部与分隔板间配置具有通气孔的弯曲构件形成小室，在用圆锥状承受板使未被完全回收的液体用弯曲构件内面捕捉而水滴化，从圆锥状承受板中央开口落到圆筒状容器底面而回收于排水道中。

(4)通过将分隔板上的通气孔与弯曲构件上的通气孔设置成位于以弯曲构件的中心点为中心的180度相反侧，能使弯曲构件上的通气孔与分隔板上的通气孔离得最远，使从弯曲构件的通气孔排出的气体成为暂时贮留在由弯曲构件外面、分隔板下面以及圆筒状容器内壁面构成的空间内的状态。据此，能有效地防止液体被已气液分离的气体带出。

(5)通过将弯曲构件与分隔板形成一体，能可靠地保持分别在弯曲构件与分隔板上所形成的通气孔的位置关系。

(6)通过将气体流入口与冲撞面间距离设定在3-15mm的范围内，能用冲撞进行气液分离，同时又使压力损失降低。

(7)通过在气体流入口设有为使气体流速增加的节流部，能提高由冲撞引起的气液分离效果，且能有效地进行其后的用离心力的气液分离。

(8)通过将设于圆筒状容器内部的冲撞面与导向部形成一体，具备能在该成形体上从上述气体流入口侧进行该成形体装卸操作的装卸机构，能保持圆筒状容器的气密性，提高气液分离效果。

工业上应用的可能性

本发明可适用于作为供给空气发动机和空气制动器等气动机构、粉尘吹飞用空气喷出装置、干燥冷却用空气喷出装置等的空气除湿用。

Claims (8)

1．一种气流分离装置，在内部具有中空室的圆筒状容器侧壁面上设置气体流入口，同时在该容器上部设置将气液分离了的气体排出的排出口，在上述圆筒状容器内部的上述气体流入口前面的位置上设置能将与从上述气体流入口供给的气体冲撞的冲撞面和使冲撞后的气流方向改变成沿上述圆筒状容器内壁面的导向部，在上述中空室上部设置在中央具有通气口的呈圆锥状的承受板，且使其伸出部向下，将上述中空室上下分隔，使被上述承受板分隔的上方中空室与上述排出口相连、将分隔的上述上方中空室、具备通气孔的隔壁面对面地配置在上述承受板上方位置的装置，其特征在于将上述冲撞面构成仿效上述圆筒状容器内壁面的曲面状倾斜或使流路向下游侧扩大。

2．根据权利要求1所述装置，其特征在于在上述承受板通气口上部与上述隔壁间配置具有通气孔的弯曲构件，从而在该弯曲构件与上述承受板上面间形成小室。

3．根据权利要求2所述装置，其特征在于将上述隔壁上的通气孔与弯曲构件上的通气孔设置成以弯曲构件的中心点为中心的180度相反侧。

4．根据权利要求3所述装置，其特征在于将上述弯曲构件与隔壁形成一体。

5．根据权利要求1-4中任一权利要求所述的装置，其特征在于上述气体流入口与冲撞面间的距离为3-15mm。

6．根据权利要求5所述装置，其特征在于在上述气体流入口具备为使气体流速增加的节流部。

7．根据权利要求6所述装置，其特征在于将设于上述圆筒状容器内部的冲撞面与导向部形成一体，在该成形体上具备能从上述气体流入口侧进行该成形体装卸操作的装卸机构。

8．根据权利要求7所述装置，其特征在于形成由上述圆筒状容器内壁面、冲撞面及导向部围绕的流路空间，使从上述流入口导入的气体从上述流路空间终端出口沿上述圆筒状容器内壁面排出。

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