JP2003080114A - 気液遠心分離装置 - Google Patents
気液遠心分離装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Fuel Cell (AREA)
- Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)
- Centrifugal Separators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 姿勢変化の激しい宇宙空間で使用することが
でき、液体に同伴されるガスを最小限に抑え、かつガス
中に同伴される液体も最小限に抑えることができる気液
遠心分離装置を提供する。 【解決手段】 回転駆動されるロータ１２とロータを間
隔を隔てて囲むハウジング１４とを備える。ロータ１２
は、中央空洞部１２ａ、中心供給穴１２ｂ、排気通路１
２ｃ及び排液流路１３を有する。排液流路１３は、内側
流路１３ａと外側流路１３ｂと、両流路を連通しかつ内
側流路との接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径
方向外方に設けられた中間流路１３ｃとからなり、これ
により中間流路に液体を遠心力で保持するトラップ機構
４を構成する。
でき、液体に同伴されるガスを最小限に抑え、かつガス
中に同伴される液体も最小限に抑えることができる気液
遠心分離装置を提供する。 【解決手段】 回転駆動されるロータ１２とロータを間
隔を隔てて囲むハウジング１４とを備える。ロータ１２
は、中央空洞部１２ａ、中心供給穴１２ｂ、排気通路１
２ｃ及び排液流路１３を有する。排液流路１３は、内側
流路１３ａと外側流路１３ｂと、両流路を連通しかつ内
側流路との接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径
方向外方に設けられた中間流路１３ｃとからなり、これ
により中間流路に液体を遠心力で保持するトラップ機構
４を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、宇宙空間でガスを
同伴せずに水分を完全分離するための気液遠心分離装置
に関する。
同伴せずに水分を完全分離するための気液遠心分離装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、固体高分子型燃料電池（Ｐｏｌ
ｙｍｅｒ ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌ Ｃｅｌ
ｌ：ＰＥＦＣ）の原理図である。この燃料電池は、電解
質にプロトン（Ｈ+）導電性を有する高分子膜Ｔを用
い、この膜の両側に薄い多孔質Ｐｔ触媒電極（アノード
ＡとカソードＣ）を付けた構造を有する。それぞれの電
極にＨ2 およびＯ2を供給し、室温〜１００℃前後で動
作させると、Ｈ2はＨ2極（アノードＡ）でＨ+に酸化さ
れ、Ｈ+は膜内を移動してＯ2極（カソードＣ）に到達す
る。一方ｅ- は外部回路を通って電気的な仕事をした
のち、Ｏ2極に到達する。Ｏ2極ではＯ2が到達したＨ+お
よびｅ-と反応してＨ2Ｏに還元される。なお上述した燃
料電池では、高分子膜Ｔの保護のため水蒸気を供給する
と共に、カソードＣでは反応生成物として水蒸気が形成
される。
ｙｍｅｒ ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＦｕｅｌ Ｃｅｌ
ｌ：ＰＥＦＣ）の原理図である。この燃料電池は、電解
質にプロトン（Ｈ+）導電性を有する高分子膜Ｔを用
い、この膜の両側に薄い多孔質Ｐｔ触媒電極（アノード
ＡとカソードＣ）を付けた構造を有する。それぞれの電
極にＨ2 およびＯ2を供給し、室温〜１００℃前後で動
作させると、Ｈ2はＨ2極（アノードＡ）でＨ+に酸化さ
れ、Ｈ+は膜内を移動してＯ2極（カソードＣ）に到達す
る。一方ｅ- は外部回路を通って電気的な仕事をした
のち、Ｏ2極に到達する。Ｏ2極ではＯ2が到達したＨ+お
よびｅ-と反応してＨ2Ｏに還元される。なお上述した燃
料電池では、高分子膜Ｔの保護のため水蒸気を供給する
と共に、カソードＣでは反応生成物として水蒸気が形成
される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】宇宙ステーション等で
燃料電池を利用する場合、太陽光が利用できない時間帯
に燃料電池を利用し、逆に太陽光が利用できる時間帯に
は、太陽電池等の電力で水蒸気を電気分解してＨ2およ
びＯ2に戻し、再利用することが検討されている。この
場合、燃料電池のアノードＡとカソードＣから出た水滴
を含むガスから水滴を分離する必要が生じる。
燃料電池を利用する場合、太陽光が利用できない時間帯
に燃料電池を利用し、逆に太陽光が利用できる時間帯に
は、太陽電池等の電力で水蒸気を電気分解してＨ2およ
びＯ2に戻し、再利用することが検討されている。この
場合、燃料電池のアノードＡとカソードＣから出た水滴
を含むガスから水滴を分離する必要が生じる。
【０００４】従来、地上においてはかかる気水分離のた
めに、バッチ式遠心分離機が使用される。かかるバッチ
式遠心分離機は、分離を要する流体（気液混合流体）を
容器に入れ、回転台上にこの容器を取付けて、高速回転
することにより、流体に遠心力を作用させ、容器内で重
質量物質（液体）を回転台中心から離れた部分に移動さ
せ、逆に軽質量物質（気体）を回転中心近傍に移動させ
たのち、回転を停止して容器より分離した物質を得るも
のである。
めに、バッチ式遠心分離機が使用される。かかるバッチ
式遠心分離機は、分離を要する流体（気液混合流体）を
容器に入れ、回転台上にこの容器を取付けて、高速回転
することにより、流体に遠心力を作用させ、容器内で重
質量物質（液体）を回転台中心から離れた部分に移動さ
せ、逆に軽質量物質（気体）を回転中心近傍に移動させ
たのち、回転を停止して容器より分離した物質を得るも
のである。
【０００５】しかし、かかるバッチ式遠心分離機には、
以下のような問題点があった。 （１）連続的に分離することが出来ない。 （２）分離対象物が液体と気体の混合ガスの場合に、遠
心分離中は液体と気体に分離しているが、一旦停止する
と液体中に気体が溶融するため完全な分離が出来ない。
以下のような問題点があった。 （１）連続的に分離することが出来ない。 （２）分離対象物が液体と気体の混合ガスの場合に、遠
心分離中は液体と気体に分離しているが、一旦停止する
と液体中に気体が溶融するため完全な分離が出来ない。
【０００６】また、遠心分離を連続的に行う装置として
は、図３に模式的に示す、（Ａ）円筒形遠心沈降分離
機、（Ｂ）デカンタ形遠心沈降分離機、（Ｃ）分離板形
遠心沈降分離機、（Ｄ）遠心ろ過機、等が知られてい
る。しかし、これらの連続式遠心分離機は、液体中の固
形分の分離等には適しているが、気液混合流体からの水
滴分離に適用した場合には、液体が少ない場合に液体と
共にガスが同伴され、逆に気体が少ない場合に気体に液
体が同伴されるおそれがあった。
は、図３に模式的に示す、（Ａ）円筒形遠心沈降分離
機、（Ｂ）デカンタ形遠心沈降分離機、（Ｃ）分離板形
遠心沈降分離機、（Ｄ）遠心ろ過機、等が知られてい
る。しかし、これらの連続式遠心分離機は、液体中の固
形分の分離等には適しているが、気液混合流体からの水
滴分離に適用した場合には、液体が少ない場合に液体と
共にガスが同伴され、逆に気体が少ない場合に気体に液
体が同伴されるおそれがあった。
【０００７】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、姿勢
変化の激しい宇宙空間で使用することができ、液体に同
伴されるガスを最小限に抑え、かつガス中に同伴される
液体も最小限に抑えることができる気液遠心分離装置を
提供することにある。
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、姿勢
変化の激しい宇宙空間で使用することができ、液体に同
伴されるガスを最小限に抑え、かつガス中に同伴される
液体も最小限に抑えることができる気液遠心分離装置を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、軸心Ｚ
を中心に高速回転駆動される円板状のロータ（１２）
と、該ロータを間隔を隔てて囲むハウジング（１４）と
を備え、前記ロータ（１２）は、軸心Ｚを含む中央部分
に設けられた中空円板状の中央空洞部（１２ａ）と、軸
心Ｚに沿って外面から中央空洞部まで延び気液混合流体
を供給するための中心供給穴（１２ｂ）と、軸心Ｚから
半径方向に間隔を隔てた位置で外面から中央空洞部まで
延び気体を排気するための排気通路（１２ｃ）と、中央
空洞部の半径方向外縁とロータの外縁とを連通し液体を
排出するための排液流路（１３）とを有し、該排液流路
（１３）は、内端が中央空洞部の半径方向外縁と連通し
半径方向外方に延びる内側流路（１３ａ）と、外端がロ
ータの外縁と連通し半径方向内方に延びる外側流路（１
３ｂ）と、内側流路と外側流路を連通しかつ内側流路と
の接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径方向外方
に設けられた中間流路（１３ｃ）とからなり、これによ
り中間流路に液体を遠心力で保持するトラップ機構
（４）を構成する、ことを特徴とする気液遠心分離装置
が提供される。
を中心に高速回転駆動される円板状のロータ（１２）
と、該ロータを間隔を隔てて囲むハウジング（１４）と
を備え、前記ロータ（１２）は、軸心Ｚを含む中央部分
に設けられた中空円板状の中央空洞部（１２ａ）と、軸
心Ｚに沿って外面から中央空洞部まで延び気液混合流体
を供給するための中心供給穴（１２ｂ）と、軸心Ｚから
半径方向に間隔を隔てた位置で外面から中央空洞部まで
延び気体を排気するための排気通路（１２ｃ）と、中央
空洞部の半径方向外縁とロータの外縁とを連通し液体を
排出するための排液流路（１３）とを有し、該排液流路
（１３）は、内端が中央空洞部の半径方向外縁と連通し
半径方向外方に延びる内側流路（１３ａ）と、外端がロ
ータの外縁と連通し半径方向内方に延びる外側流路（１
３ｂ）と、内側流路と外側流路を連通しかつ内側流路と
の接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径方向外方
に設けられた中間流路（１３ｃ）とからなり、これによ
り中間流路に液体を遠心力で保持するトラップ機構
（４）を構成する、ことを特徴とする気液遠心分離装置
が提供される。
【０００９】上記本発明の構成によれば、円板状のロー
タ（１２）が、軸心Ｚを中心に高速回転駆動され、その
遠心力で液体を遠心分離するので、姿勢変化の激しい宇
宙空間でも安定して使用することができる。
タ（１２）が、軸心Ｚを中心に高速回転駆動され、その
遠心力で液体を遠心分離するので、姿勢変化の激しい宇
宙空間でも安定して使用することができる。
【００１０】また、中間流路（１３ｃ）が内側流路（１
３ａ）と外側流路（１３ｂ）を連通し、かつ内側流路と
の接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径方向外方
に設けられているので、これにより中間流路（１３ｃ）
に液体を遠心力で保持するトラップ機構（４）が構成さ
れる。すなわち、遠心分離する気液混合流体に含まれる
液体（液滴）が少ない場合、中間流路（１３ｃ）に残存
する液体は、遠心力により半径方向外方の接続点Ａに向
かって付勢されるので、内側流路（１３ａ）と中間流路
（１３ｃ）との接続点Ａ近傍は、常に液体で満たされ、
ガスが排液流路（１３）を通って液体側に同伴されるの
をシールする。従って、液体に同伴されるガスを最小限
に抑えることができる。
３ａ）と外側流路（１３ｂ）を連通し、かつ内側流路と
の接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径方向外方
に設けられているので、これにより中間流路（１３ｃ）
に液体を遠心力で保持するトラップ機構（４）が構成さ
れる。すなわち、遠心分離する気液混合流体に含まれる
液体（液滴）が少ない場合、中間流路（１３ｃ）に残存
する液体は、遠心力により半径方向外方の接続点Ａに向
かって付勢されるので、内側流路（１３ａ）と中間流路
（１３ｃ）との接続点Ａ近傍は、常に液体で満たされ、
ガスが排液流路（１３）を通って液体側に同伴されるの
をシールする。従って、液体に同伴されるガスを最小限
に抑えることができる。
【００１１】更に、気液混合流体に含まれる液体（液
滴）が多い場合には、内側流路（１３ａ）を満たす液体
に強い遠心力が作用するので、この圧力が接続点Ａの圧
力より高くなるように、ロータ（１２）の回転速度を予
め設定することにより、液体が内部にほとんど溜まるこ
となく、スムースに中間流路（１３ｃ）と外側流路（１
３ｂ）を介して液体を排出することができる。従って、
ガス中に同伴される液体も最小限に抑えることができ
る。
滴）が多い場合には、内側流路（１３ａ）を満たす液体
に強い遠心力が作用するので、この圧力が接続点Ａの圧
力より高くなるように、ロータ（１２）の回転速度を予
め設定することにより、液体が内部にほとんど溜まるこ
となく、スムースに中間流路（１３ｃ）と外側流路（１
３ｂ）を介して液体を排出することができる。従って、
ガス中に同伴される液体も最小限に抑えることができ
る。
【００１２】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
中央空洞部（１２ａ）の半径方向外縁に外端が固定さ
れ、半径方向内方に延び、中央空洞部を周方向に仕切る
複数の内部フィン（６）を有する。この構成により、複
数の内部フィン（６）が軸心Ｚを中心に高速回転するこ
とにより、中央空洞部（１２ａ）の気液混合流体を軸心
Ｚを中心に高速旋回させることができ、遠心力により液
体を外方に移動させて気体から効率よく分離することが
できる。
中央空洞部（１２ａ）の半径方向外縁に外端が固定さ
れ、半径方向内方に延び、中央空洞部を周方向に仕切る
複数の内部フィン（６）を有する。この構成により、複
数の内部フィン（６）が軸心Ｚを中心に高速回転するこ
とにより、中央空洞部（１２ａ）の気液混合流体を軸心
Ｚを中心に高速旋回させることができ、遠心力により液
体を外方に移動させて気体から効率よく分離することが
できる。
【００１３】また、前記排気通路（１２ｃ）を塞ぎ、液
滴を捕獲し気体のみを通す気体透過膜（９）を備える。
この構成により、遠心分離中の液滴が排気通路（１２
ｃ）を通って気体側に同伴されるのを防止することがで
きる。
滴を捕獲し気体のみを通す気体透過膜（９）を備える。
この構成により、遠心分離中の液滴が排気通路（１２
ｃ）を通って気体側に同伴されるのを防止することがで
きる。
【００１４】更に前記ロータ（１２）はその外縁部に、
外側流路（１３ｂ）を挟んで半径外方に突出した１対の
円板状鍔部（７）を有し、かつ前記ハウジング（１４）
は、円板状鍔部（７）を間隔を隔てて囲む１対の凹部
（１４ａ）を有し、これにより鍔部と凹部の間に液体を
遠心力で保持するシール機構を構成する。この構成によ
り、ロータ（１２）から排出された液体と気体との間
を、液体自体でシールして、相互間の混合を防止するこ
とができる。
外側流路（１３ｂ）を挟んで半径外方に突出した１対の
円板状鍔部（７）を有し、かつ前記ハウジング（１４）
は、円板状鍔部（７）を間隔を隔てて囲む１対の凹部
（１４ａ）を有し、これにより鍔部と凹部の間に液体を
遠心力で保持するシール機構を構成する。この構成によ
り、ロータ（１２）から排出された液体と気体との間
を、液体自体でシールして、相互間の混合を防止するこ
とができる。
【００１５】前記ロータ（１２）は、前記１対の円板状
鍔部（７）の間に、半径方向外方に延びる複数の外部フ
ィン（１５）を有することが好ましい。この構成によ
り、ロータ（１２）の外縁部とハウジング（１４）の間
に位置する液体にも遠心力を付加することができ、鍔部
（７）と凹部（１４ａ）の間に液体を安定して保持し、
そのシール性能を高めることができる。
鍔部（７）の間に、半径方向外方に延びる複数の外部フ
ィン（１５）を有することが好ましい。この構成によ
り、ロータ（１２）の外縁部とハウジング（１４）の間
に位置する液体にも遠心力を付加することができ、鍔部
（７）と凹部（１４ａ）の間に液体を安定して保持し、
そのシール性能を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。
を図面を参照して説明する。なお、各図において共通す
る部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略す
る。
【００１７】図１は、本発明の気液遠心分離装置の断面
図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図であ
る。図１及び図２に示すように、本発明の気液遠心分離
装置１０は、軸心Ｚを中心に高速回転駆動される円板状
のロータ１２と、ロータ１２を間隔を隔てて囲むハウジ
ング１４とを備える。ロータ１２は、この例では鉛直軸
である軸心Ｚを中心に、電動モータ１により高速に回転
駆動される。なお、姿勢変化の激しい宇宙空間での使用
を前提とするため、軸心Ｚは鉛直に限定されず、任意の
方向であってもよい。また、ロータ１２の回転速度は、
気液混合流体に含まれる液体（液滴）が多い場合でも、
液体が内部にほとんど溜まることなく、スムースに液体
を分離排出することができる速度（例えば３０００ｒｐ
ｍ以上）に設定する。
図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図であ
る。図１及び図２に示すように、本発明の気液遠心分離
装置１０は、軸心Ｚを中心に高速回転駆動される円板状
のロータ１２と、ロータ１２を間隔を隔てて囲むハウジ
ング１４とを備える。ロータ１２は、この例では鉛直軸
である軸心Ｚを中心に、電動モータ１により高速に回転
駆動される。なお、姿勢変化の激しい宇宙空間での使用
を前提とするため、軸心Ｚは鉛直に限定されず、任意の
方向であってもよい。また、ロータ１２の回転速度は、
気液混合流体に含まれる液体（液滴）が多い場合でも、
液体が内部にほとんど溜まることなく、スムースに液体
を分離排出することができる速度（例えば３０００ｒｐ
ｍ以上）に設定する。
【００１８】図１に示すように、ロータ１２は、中空円
板状の中央空洞部１２ａ、中心供給穴１２ｂ、排気通路
１２ｃ及び排液流路１３を有する。中空円板状の中央空
洞部１２ａは、軸心Ｚを含む中央部分に設けられる。中
心供給穴１２ｂは、軸心Ｚに沿って外面から中央空洞部
１２ａまで延び、ハウジング１４を貫通する流入管５か
ら気液混合流体を中央空洞部１２ａに供給するようにな
っている。また、流入管５はこの例では中心供給穴１２
ｂにわずかな隙間を隔てて挿入されている。排気通路１
２ｃは、軸心Ｚから半径方向に間隔を隔てた位置で外面
から中央空洞部１２ａまで延び、気体をハウジング１４
との間の空間に排気するようになっている。また、ハウ
ジング１４には、気体取出管３が設けられ、ロータ１２
とハウジング１４の間の気体を外部に取り出すようにな
っている。更に、この排気通路１２ｃには、液滴の通過
を防ぐために、気体のみを通す気体透過膜９が設けられ
ている。この気体透過膜９は、水素や酸素の気体分子が
通過でき、液滴のように気体分子より大きい粒子は通過
できない大きさの貫通穴を有し、この穴により液滴を捕
獲し気体のみを通す機能を有する。
板状の中央空洞部１２ａ、中心供給穴１２ｂ、排気通路
１２ｃ及び排液流路１３を有する。中空円板状の中央空
洞部１２ａは、軸心Ｚを含む中央部分に設けられる。中
心供給穴１２ｂは、軸心Ｚに沿って外面から中央空洞部
１２ａまで延び、ハウジング１４を貫通する流入管５か
ら気液混合流体を中央空洞部１２ａに供給するようにな
っている。また、流入管５はこの例では中心供給穴１２
ｂにわずかな隙間を隔てて挿入されている。排気通路１
２ｃは、軸心Ｚから半径方向に間隔を隔てた位置で外面
から中央空洞部１２ａまで延び、気体をハウジング１４
との間の空間に排気するようになっている。また、ハウ
ジング１４には、気体取出管３が設けられ、ロータ１２
とハウジング１４の間の気体を外部に取り出すようにな
っている。更に、この排気通路１２ｃには、液滴の通過
を防ぐために、気体のみを通す気体透過膜９が設けられ
ている。この気体透過膜９は、水素や酸素の気体分子が
通過でき、液滴のように気体分子より大きい粒子は通過
できない大きさの貫通穴を有し、この穴により液滴を捕
獲し気体のみを通す機能を有する。
【００１９】排液流路１３は、図２に示すように、互い
に連通した複数対の内側流路１３ａ、外側流路１３ｂ及
び中間流路１３ｃからなり、中央空洞部１２ａの半径方
向外縁とロータ１２の外縁とを連通し、液体を排出する
機能を有する。内側流路１３ａは、内端が中央空洞部１
２ａの半径方向外縁と連通し、半径方向外方に延び、外
端は接続点Ａで閉じている。また外側流路１３ｂは、外
端がロータ１２の外縁と連通し、半径方向内方に延び、
内側は接続点Ｂで閉じている。更に中間流路１３ｃは、
内側流路１３ａと外側流路１３ｂを連通し、かつ内側流
路との接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径方向
外方に設けられている。すなわち、中間流路１３ｃに液
体を遠心力で保持するようにトラップ機構４が設けられ
ている。
に連通した複数対の内側流路１３ａ、外側流路１３ｂ及
び中間流路１３ｃからなり、中央空洞部１２ａの半径方
向外縁とロータ１２の外縁とを連通し、液体を排出する
機能を有する。内側流路１３ａは、内端が中央空洞部１
２ａの半径方向外縁と連通し、半径方向外方に延び、外
端は接続点Ａで閉じている。また外側流路１３ｂは、外
端がロータ１２の外縁と連通し、半径方向内方に延び、
内側は接続点Ｂで閉じている。更に中間流路１３ｃは、
内側流路１３ａと外側流路１３ｂを連通し、かつ内側流
路との接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも半径方向
外方に設けられている。すなわち、中間流路１３ｃに液
体を遠心力で保持するようにトラップ機構４が設けられ
ている。
【００２０】なお、このトラップ機構４は、この例で
は、３本の直線流路でＺ字形に形成されているが、本発
明はこれに限定されず、中間に遠心力で液体がトラップ
される限りで自由な流路に形成することができる。例え
ば、３本の曲線流路でＳ字形に形成してもよい。
は、３本の直線流路でＺ字形に形成されているが、本発
明はこれに限定されず、中間に遠心力で液体がトラップ
される限りで自由な流路に形成することができる。例え
ば、３本の曲線流路でＳ字形に形成してもよい。
【００２１】また、中央空洞部１２ａの気液混合流体を
軸心Ｚを中心に高速旋回させるために複数の内部フィン
６を有する。この内部フィン６は、中央空洞部１２ａの
半径方向外縁に外端が固定され、半径方向内方に延び、
中央空洞部を周方向に仕切るようになっている。
軸心Ｚを中心に高速旋回させるために複数の内部フィン
６を有する。この内部フィン６は、中央空洞部１２ａの
半径方向外縁に外端が固定され、半径方向内方に延び、
中央空洞部を周方向に仕切るようになっている。
【００２２】ロータ１２から排出された液体と気体との
間を、液体自体でシールするために、図１に示すよう
に、ロータ１２はその外縁部に、外側流路１３ｂを挟ん
で半径外方に突出した１対の円板状鍔部７を有する。ま
た、ハウジング１４は、円板状鍔部７を間隔を隔てて囲
む１対の凹部１４ａを有し、これにより鍔部７と凹部１
４ａの間に液体を遠心力で保持するシール機構を構成す
るようになっている。
間を、液体自体でシールするために、図１に示すよう
に、ロータ１２はその外縁部に、外側流路１３ｂを挟ん
で半径外方に突出した１対の円板状鍔部７を有する。ま
た、ハウジング１４は、円板状鍔部７を間隔を隔てて囲
む１対の凹部１４ａを有し、これにより鍔部７と凹部１
４ａの間に液体を遠心力で保持するシール機構を構成す
るようになっている。
【００２３】更に、図２に示すように、ロータ１２の外
縁部とハウジング１４の間に位置する液体に遠心力を付
加するために、ロータ１２は、１対の円板状鍔部７の間
に、半径方向外方に延びる複数の外部フィン１５を有し
ている。
縁部とハウジング１４の間に位置する液体に遠心力を付
加するために、ロータ１２は、１対の円板状鍔部７の間
に、半径方向外方に延びる複数の外部フィン１５を有し
ている。
【００２４】以下、上述した本発明の気液遠心分離装置
１０の作用を説明する。図２において、トラップ４の内
側はロータ１２内の中央空洞部１２ａに開口している。
トラップ４は、内側開口部より外側に向うが外周には直
接開口せずＡ点でＺ字形状で内側に折り返し、Ｂ点で再
び折り返し外周に開口する。５は、液体と気体の混合ガ
スの流入口管であり、回転中心に位置する。流入した混
合ガス（気液混合流体）は、ロータ１２内に設けた内部
フィン６により案内され遠心力が加わる。混合ガスは遠
心力にて質量の大きい液体は中央空洞部１２ａ内の外側
に質量の軽い気体は、回転中心に分離・移動する。液体
は、中央空洞部１２ａ外縁のトラップ孔（内側流路１３
ａ）よりトラップに流入しＡ点に達し溜まる。液体が蓄
積されより大きい遠心力が加わると液体は、Ｂ点を通り
外に押出される。押出された液体は、外縁に設けた外部
フィン１５でロータ１２とハウジング１４で構成される
渦巻室内に回転し、遠心力により渦巻室の最端縁部に押
しのけられ最外縁部に溜まる。液体の滞留量が増加する
と液体取出口８よりハウジング外へ出る。一方、回転中
心部に移動した気体は、気体透過膜９を通り気体取出管
３よりハウジング外へ出る。ここで、気体透過膜９を通
った気体は、渦巻室最外縁部に溜まっている水により渦
巻き室に流入することはない。
１０の作用を説明する。図２において、トラップ４の内
側はロータ１２内の中央空洞部１２ａに開口している。
トラップ４は、内側開口部より外側に向うが外周には直
接開口せずＡ点でＺ字形状で内側に折り返し、Ｂ点で再
び折り返し外周に開口する。５は、液体と気体の混合ガ
スの流入口管であり、回転中心に位置する。流入した混
合ガス（気液混合流体）は、ロータ１２内に設けた内部
フィン６により案内され遠心力が加わる。混合ガスは遠
心力にて質量の大きい液体は中央空洞部１２ａ内の外側
に質量の軽い気体は、回転中心に分離・移動する。液体
は、中央空洞部１２ａ外縁のトラップ孔（内側流路１３
ａ）よりトラップに流入しＡ点に達し溜まる。液体が蓄
積されより大きい遠心力が加わると液体は、Ｂ点を通り
外に押出される。押出された液体は、外縁に設けた外部
フィン１５でロータ１２とハウジング１４で構成される
渦巻室内に回転し、遠心力により渦巻室の最端縁部に押
しのけられ最外縁部に溜まる。液体の滞留量が増加する
と液体取出口８よりハウジング外へ出る。一方、回転中
心部に移動した気体は、気体透過膜９を通り気体取出管
３よりハウジング外へ出る。ここで、気体透過膜９を通
った気体は、渦巻室最外縁部に溜まっている水により渦
巻き室に流入することはない。
【００２５】上述した本発明の構成によれば、円板状の
ロータ１２が、軸心Ｚを中心に高速回転駆動され、その
遠心力で液体を遠心分離するので、姿勢変化の激しい宇
宙空間でも安定して使用することができる。
ロータ１２が、軸心Ｚを中心に高速回転駆動され、その
遠心力で液体を遠心分離するので、姿勢変化の激しい宇
宙空間でも安定して使用することができる。
【００２６】また、中間流路１３ｃが内側流路１３ａと
外側流路１３ｂを連通し、かつ内側流路との接続点Ａが
外側流路との接続点Ｂよりも半径方向外方に設けられて
いるので、これにより中間流路１３ｃに液体を遠心力で
保持するトラップ機構４が構成される。すなわち、遠心
分離する気液混合流体に含まれる液体（液滴）が少ない
場合、中間流路１３ｃに残存する液体は、遠心力により
半径方向外方の接続点Ａに向かって付勢されるので、内
側流路１３ａと中間流路１３ｃとの接続点Ａ近傍は、常
に液体で満たされ、ガスが排液流路１３を通って液体側
に同伴されるのをシールする。従って、液体に同伴され
るガスを最小限に抑えることができる。
外側流路１３ｂを連通し、かつ内側流路との接続点Ａが
外側流路との接続点Ｂよりも半径方向外方に設けられて
いるので、これにより中間流路１３ｃに液体を遠心力で
保持するトラップ機構４が構成される。すなわち、遠心
分離する気液混合流体に含まれる液体（液滴）が少ない
場合、中間流路１３ｃに残存する液体は、遠心力により
半径方向外方の接続点Ａに向かって付勢されるので、内
側流路１３ａと中間流路１３ｃとの接続点Ａ近傍は、常
に液体で満たされ、ガスが排液流路１３を通って液体側
に同伴されるのをシールする。従って、液体に同伴され
るガスを最小限に抑えることができる。
【００２７】更に、気液混合流体に含まれる液体（液
滴）が多い場合には、内側流路１３ａを満たす液体に強
い遠心力が作用するので、この圧力が接続点Ａの圧力よ
り高くなるように、ロータ１２の回転速度を予め設定す
ることにより、液体が内部にほとんど溜まることなく、
スムースに中間流路１３ｃと外側流路１３ｂを介して液
体を排出することができる。従って、ガス中に同伴され
る液体も最小限に抑えることができる。
滴）が多い場合には、内側流路１３ａを満たす液体に強
い遠心力が作用するので、この圧力が接続点Ａの圧力よ
り高くなるように、ロータ１２の回転速度を予め設定す
ることにより、液体が内部にほとんど溜まることなく、
スムースに中間流路１３ｃと外側流路１３ｂを介して液
体を排出することができる。従って、ガス中に同伴され
る液体も最小限に抑えることができる。
【００２８】また、鍔部７と凹部１４ａの間に液体を遠
心力で保持するシール機構を構成することにより、ロー
タ１２から排出された液体と気体との間を、液体自体で
シールして、相互間の混合を防止することができる。
心力で保持するシール機構を構成することにより、ロー
タ１２から排出された液体と気体との間を、液体自体で
シールして、相互間の混合を防止することができる。
【００２９】なお、本発明は上述した実施例及び実施形
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
変更できることは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】上述したように、本発明は、高速回転す
る円板状ロータ１２の回転中心より遠い位置に液体をロ
ータの内側から外側に通過させる通路（排液流路１３）
を設けたものである。また、排液流路１３の一方はロー
タ内に開口し、ロータの外に向け設けられるが、ロータ
の外には直接に開口せず、途中でＺ形に折り返し（Ａ
点）ロータ内側に向うが、ロータ内側開口せず途中で折
り返し（Ｂ点）再びロータ外側に向い、外に開口するト
ラップ機構４を設けた。
る円板状ロータ１２の回転中心より遠い位置に液体をロ
ータの内側から外側に通過させる通路（排液流路１３）
を設けたものである。また、排液流路１３の一方はロー
タ内に開口し、ロータの外に向け設けられるが、ロータ
の外には直接に開口せず、途中でＺ形に折り返し（Ａ
点）ロータ内側に向うが、ロータ内側開口せず途中で折
り返し（Ｂ点）再びロータ外側に向い、外に開口するト
ラップ機構４を設けた。
【００３１】この構成により、液体・気体の混合ガス
は、遠心分離により質量の大きい液体は外に、軽い気体
は回転中心部に移動する。液体は、トラップ４のＡ点の
折り返しまで常時満たされる。液体の滞留が増し、液体
により大きな遠心力が加わると、液体はＡ点を通り外に
排出される。従って、トラップ部は、常に液体によるシ
ール性が保たれ、気体は分離される。気体は回転中心部
に設けた気体排出ポートより取り出される。従って、連
続的に液体と気体の分離が可能となる。
は、遠心分離により質量の大きい液体は外に、軽い気体
は回転中心部に移動する。液体は、トラップ４のＡ点の
折り返しまで常時満たされる。液体の滞留が増し、液体
により大きな遠心力が加わると、液体はＡ点を通り外に
排出される。従って、トラップ部は、常に液体によるシ
ール性が保たれ、気体は分離される。気体は回転中心部
に設けた気体排出ポートより取り出される。従って、連
続的に液体と気体の分離が可能となる。
【００３２】従って、本発明の気液遠心分離装置は、姿
勢変化の激しい宇宙空間で使用することができ、液体に
同伴されるガスを最小限に抑え、かつガス中に同伴され
る液体も最小限に抑えることができる、等の優れた効果
を有する。
勢変化の激しい宇宙空間で使用することができ、液体に
同伴されるガスを最小限に抑え、かつガス中に同伴され
る液体も最小限に抑えることができる、等の優れた効果
を有する。
【図１】本発明の気液遠心分離装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】固体高分子型燃料電池の原理図である。
【図４】従来の連続式遠心分離機の模式図である。
１ 電動モータ、３ 気体取出管、４ トラップ機構、
５ 流入口管、６ 内部フィン、７ 円板状鍔部、８
液体取出口、９ 気体透過膜、１０ 気液遠心分離装
置、１２ ロータ、１２ａ 中央空洞部、１２ｂ 中心
供給穴、１２ｃ 排気通路、１３ 排液流路、１３ａ
内側流路、１３ｂ 外側流路、１３ｃ 中間流路、１４
ハウジング、１４ａ 凹部、１５ 外部フィン
５ 流入口管、６ 内部フィン、７ 円板状鍔部、８
液体取出口、９ 気体透過膜、１０ 気液遠心分離装
置、１２ ロータ、１２ａ 中央空洞部、１２ｂ 中心
供給穴、１２ｃ 排気通路、１３ 排液流路、１３ａ
内側流路、１３ｂ 外側流路、１３ｃ 中間流路、１４
ハウジング、１４ａ 凹部、１５ 外部フィン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｎ
8/10 8/10
// Ｈ０１Ｍ 8/06 8/06 Ｗ
(72)発明者 岡屋 俊一
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 株
式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペー
ス内
(72)発明者 篠崎 昇
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 株
式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペー
ス内
(72)発明者 谷内 雄作
東京都千代田区大手町二丁目２番１号 株
式会社アイ・エイチ・アイ・エアロスペー
ス内
Ｆターム(参考） 4D031 AC04 AC06 BA07 BA10 EA01
EA03
4D057 AA00 AB07 AC01 AC06 AD01
AE02 BC13
5H026 AA06 CX04 EE18
5H027 AA06 DD00
Claims (5)
- 【請求項１】 軸心Ｚを中心に高速回転駆動される円板
状のロータ（１２）と、該ロータを間隔を隔てて囲むハ
ウジング（１４）とを備え、 前記ロータ（１２）は、軸心Ｚを含む中央部分に設けら
れた中空円板状の中央空洞部（１２ａ）と、軸心Ｚに沿
って外面から中央空洞部まで延び気液混合流体を供給す
るための中心供給穴（１２ｂ）と、軸心Ｚから半径方向
に間隔を隔てた位置で外面から中央空洞部まで延び気体
を排気するための排気通路（１２ｃ）と、中央空洞部の
半径方向外縁とロータの外縁とを連通し液体を排出する
ための排液流路（１３）とを有し、 該排液流路（１３）は、内端が中央空洞部の半径方向外
縁と連通し半径方向外方に延びる内側流路（１３ａ）
と、外端がロータの外縁と連通し半径方向内方に延びる
外側流路（１３ｂ）と、内側流路と外側流路を連通しか
つ内側流路との接続点Ａが外側流路との接続点Ｂよりも
半径方向外方に設けられた中間流路（１３ｃ）とからな
り、これにより中間流路に液体を遠心力で保持するトラ
ップ機構（４）を構成する、ことを特徴とする気液遠心
分離装置。 - 【請求項２】 前記中央空洞部（１２ａ）の半径方向外
縁に外端が固定され、半径方向内方に延び、中央空洞部
を周方向に仕切る複数の内部フィン（６）を有する、こ
とを特徴とする請求項１に記載の気液遠心分離装置。 - 【請求項３】 前記排気通路（１２ｃ）を塞ぎ、液滴を
捕獲し気体のみを通す気体透過膜（９）を備える、こと
を特徴とする請求項１に記載の気液遠心分離装置。 - 【請求項４】 前記ロータ（１２）はその外縁部に、外
側流路（１３ｂ）を挟んで半径外方に突出した１対の円
板状鍔部（７）を有し、かつ前記ハウジング（１４）
は、円板状鍔部（７）を間隔を隔てて囲む１対の凹部
（１４ａ）を有し、これにより鍔部と凹部の間に液体を
遠心力で保持するシール機構を構成する、ことを特徴と
する請求項１に記載の気液遠心分離装置。 - 【請求項５】 前記ロータ（１２）は、前記１対の円板
状鍔部（７）の間に、半径方向外方に延びる複数の外部
フィン（１５）を有する、ことを特徴とする請求項４に
記載の気液遠心分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271177A JP4662223B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 気液遠心分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001271177A JP4662223B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 気液遠心分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003080114A true JP2003080114A (ja) | 2003-03-18 |
| JP4662223B2 JP4662223B2 (ja) | 2011-03-30 |
Family
ID=19096716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001271177A Expired - Fee Related JP4662223B2 (ja) | 2001-09-07 | 2001-09-07 | 気液遠心分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4662223B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006179417A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| EP1745833A1 (en) | 2005-07-20 | 2007-01-24 | SMC Kabushiki Kaisha | Drain separator |
| JP2007050332A (ja) * | 2005-08-17 | 2007-03-01 | Keio Gijuku | 気液分離装置 |
| JP2009087927A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Samsung Sdi Co Ltd | メタノールを直接燃料として使用する燃料電池用気液分離装置及びその運用方法 |
| KR101002647B1 (ko) | 2009-03-09 | 2010-12-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법 |
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| WO2011034764A3 (en) * | 2009-09-15 | 2011-07-07 | Dresser-Rand Company | Improved density-based compact separator |
| KR101063457B1 (ko) | 2008-10-15 | 2011-09-08 | 삼성전기주식회사 | 기액 분리기, 이를 구비한 수소 발생 장치 및 연료 전지발전 시스템 |
| KR20140083817A (ko) * | 2012-12-26 | 2014-07-04 | 현대모비스 주식회사 | 연료전지용 기액분리장치 |
| EP1993702B1 (en) | 2006-02-13 | 2018-03-28 | Alfa Laval Corporate AB | Centrifugal separator |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105195339B (zh) * | 2015-11-04 | 2018-02-02 | 世林（漯河）冶金设备有限公司 | 一种闭式离心机排气装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JPS49103258A (ja) * | 1973-01-16 | 1974-09-30 | ||
| JPS5177976A (ja) * | 1974-11-28 | 1976-07-06 | Saint Gobain | |
| JPS58145783A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-08-30 | インペリアル・ケミカル・インダストリ−ズ・ピ−エルシ− | 流体化石燃料の成分の分離方法 |
| JPH07208375A (ja) * | 1994-01-24 | 1995-08-08 | Ebara Corp | 連続脱気装置の軸受部隙間への取扱液侵入防止装置 |
-
2001
- 2001-09-07 JP JP2001271177A patent/JP4662223B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP1745833A1 (en) | 2005-07-20 | 2007-01-24 | SMC Kabushiki Kaisha | Drain separator |
| US7662220B2 (en) | 2005-07-20 | 2010-02-16 | Smc Kabushiki Kaisha | Drain separator |
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| EP1993702B2 (en) † | 2006-02-13 | 2022-11-02 | Alfa Laval Corporate AB | Centrifugal separator |
| EP1993702B1 (en) | 2006-02-13 | 2018-03-28 | Alfa Laval Corporate AB | Centrifugal separator |
| US8722261B2 (en) | 2007-09-28 | 2014-05-13 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Recycler for direct methanol fuel cell and method of operating the same |
| KR101473318B1 (ko) * | 2007-09-28 | 2014-12-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 메탄올을 직접 연료로 사용하는 연료전지용 기액분리장치및 그 운영방법 |
| JP2009087927A (ja) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Samsung Sdi Co Ltd | メタノールを直接燃料として使用する燃料電池用気液分離装置及びその運用方法 |
| KR101063457B1 (ko) | 2008-10-15 | 2011-09-08 | 삼성전기주식회사 | 기액 분리기, 이를 구비한 수소 발생 장치 및 연료 전지발전 시스템 |
| KR101002647B1 (ko) | 2009-03-09 | 2010-12-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법 |
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| KR20140083817A (ko) * | 2012-12-26 | 2014-07-04 | 현대모비스 주식회사 | 연료전지용 기액분리장치 |
| KR101985024B1 (ko) * | 2012-12-26 | 2019-05-31 | 현대모비스 주식회사 | 연료전지용 기액분리장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4662223B2 (ja) | 2011-03-30 |
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