JP2005296829A - 気水分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の気水分離装置は、何れも水から気泡を分離する効率が低いので、これを改良して気水分離効率を高め、これによって高性能の気水分離装置を安価に提供できるようにすることを目的とする。
【解決手段】 上部容器と下部容器とからなり、下部容器が一端に液体入口を他端に液体出口を備えており、上部容器が上端に気体出口を備えており、上部容器は下端で下部容器に直接接続されて連通し、一体となっている気液分離装置において、連通部の出口がわの端に下部容器の少なくとも上半部を閉塞する遮蔽板を固定し、また遮蔽板に誘導板を固定して誘導板を上部容器内に突出させ、誘導板には先高の傾斜を付して誘導板の周縁と容器壁との間に隙間を設けておく。また、下部容器の出口がわに傾斜管と補助通路とを設けて、上部容器と連通させる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、気水分離装置に関するものである。とくにこの発明は、パイプ内を流れて循環している水から気泡を分離する装置に関するものである。

ビルディングに付設される空調設備や給湯設備では、温水が循環されるが、その温水はもともと水に含まれていた空気とくに溶存酸素から発生した気泡を含むことがある。また、給水設備では殺菌のために水に微量の塩素が加えられたため、温水が有害な気泡を含むに至ることがある。こうして循環される水が気泡を含んでいると、設備が騒音を発したり腐蝕されたりする。そのため、このような設備には気泡を除くための気水分離装置が付設される。この様な気水分離装置としては既に色々な構造のものが提案されている。

米国特許第３，９５２，７６５号明細書は、円筒状の上部容器と円筒状の下部容器とからなり、下部容器は、円筒の中心軸を水平に延ばして置かれ、一方の端に液体入口を備え、他方の端に液体出口を備えており、他方、上部容器は円筒の中心軸を鉛直に延ばして置かれ、上端に気体出口を備え、下端を下部容器に直接接続させていて、上部容器が下端で下部容器と連通している気液分離装置を記載している。この装置は、上部容器を気体の貯溜のために使用しているに過ぎないものであり、液体を上部容器内に強制的に流入させて、上部容器内で気体を分離するものではない。このため、この装置は気体の分離効率が良好でない。
米国特許第３，９５２，７６５号明細書

特開２００３−１２６６３１号公報は、上部容器と下部容器とからなり、上部容器は中央部に液体入口を備えるとともに上端に気体出口を備えており、下部容器は液体出口を備えており、上部容器と下部容器とは上部容器の下端だけで連通するようにした上で、連通部を液封して下部容器から気体が漏洩しないようにして、上部容器の気体出口から気体を排出させるようにした気液分離装置を記載している。この装置は、上部容器においても下部容器においても、液体を流動させるための格別の手段を設けていないから、矢張り気体の分離効率が良好でない。
特開２００３−１２６６３１号公報

上述のように、上部容器と下部容器とを連通させた従来の気液分離装置は、何れも液体から気体を分離する効率が良好でない、という問題を持っていた。そこで、この発明は、液体から気体を分離する効率を高めようとするものであり、しかも簡単で製作容易であって、しかも安価に提供できる機構によって、この目的を達成しようとするものである。

この発明では、下部容器として横長の形状のものを用い、一方の端に液体入口を備え、他方の端に液体出口を備えたものを使用することとし、また、上部容器として縦長の形状のものを用い、上端に気体出口を備え、下端を下部容器に直接連通させた構造のものを使用することとした。この発明は、このような上部容器と下部容器とが一体とされている従来型の気液分離装置を基礎とし、これに液体の流れを誘導する手段を加えることによって、液体から気体を分離する効率を高めようとするものである。

この発明は、上記の目的を達成するための手段として、下部容器内に遮蔽板を設けて、下部容器の液体入口から流入して来る液体の大半を上部容器内へ流入させ、また遮蔽板から上部容器内へ斜めに突出する誘導板を設けて、上部容器内で気体が液体から分離し易い状態にして、気体を上部容器の上端に集めることを骨子とするものである。

この発明は、上部容器と下部容器とからなり、下部容器は横長の形状となって一方の端に液体入口を備え、他方の端に液体出口を備えており、上部容器は縦長の形状となって上端に気体出口を備えており、上部容器が下端を下部容器に直接接続させて両容器が連通している気液分離装置において、下部容器内で連通部の液体出口がわに位置する端に、下部容器断面の少なくとも上半部を閉塞する遮蔽板を固定し、遮蔽板に誘導板の下端を固定して誘導板を上部容器内へ突出させ、誘導板には下端から突出する先ほど次第に高くなる傾斜を持たせ、誘導板の周縁と容器壁との間に隙間を形成したことを特徴とする気水分離装置を提供するものである。

また、この発明は、上述の気水分離装置において、下部容器の液体出口がわに位置する上端から、上部容器の胴部に向かって次第に上昇する傾斜管を付設して下部容器と上部容器とを連通させるとともに、上部容器内における傾斜管の開口先に上昇板を設けたことを特徴とするものである。これによって、傾斜管を通って上昇して来る気泡を上部容器の気体出口へ誘導することとしている。

さらに、この発明は、下部容器の傾斜管付設位置よりも液体出口がわに位置する上端から、傾斜管の途中に向かって次第に上昇する補助通路を付設することを特徴とするものである。これによって、下部容器の出口がわで発生した気体を傾斜管へ誘導することとしている。

この発明によれば、上部容器と下部容器とからなり、上部容器がその下端を下部容器に直接連通させて下部容器と一体になっていて、上部容器が上端に気体出口を備え、下部容器が液体入口と液体出口とを備えている気水分離装置において、両容器の連通部の液体出口がわの端に、下部容器断面の少なくとも上半部を閉塞する遮蔽板を固定したので、下部容器の液体入口から流入した液体は、その大半が連通部を経由して上部容器へ流入することとなる。

また、この発明では、遮蔽板には誘導板を固定している。その誘導板は、下端が遮蔽板に固定されて上部容器内へ突出し、下端から突出する先に向かうほど次第に高くなる傾斜を持ち、固定部以外の周縁が容器壁との間に隙間を形成している。従って遮蔽板によって上部容器へ流入せしめられる液体は、誘導板によって誘導されるとともに誘導板の周縁を通って上部容器内をゆっくりと上昇する。その上昇の過程で液体中に含まれている気泡は液体から効率よく分離される。こうして分離された気体は上部容器の気体出口から排出される。従って、この発明によれば効率よく気体を分離することができる。

また、この発明では、下部容器の液体出口がわにあって最上部に位置している個所から、上部容器の胴部に向かって次第に上昇する傾斜管を付設し、傾斜管により下部容器の出口がわと上部容器とを連通したので、下部容器内の遮蔽板より出口がわで発生した気泡は、傾斜管を経由して上部容器内へ入り、上部容器の気体出口から排出されることになる。従って、これによって上部容器に唯１個の気体出口を設けるだけで、この気体出口から効率よく気体を排出させることができる。

この発明では、上部容器と下部容器との連通部において、連通部の液体出口がわの端に遮蔽板を固定することとしている。その遮蔽板は、下部容器における断面の少なくとも上半部を閉塞する大きさのものであることが必要である。

例えば、下部容器の断面が、図１に示したように、半径がｒの円筒Ａである場合には、遮蔽板Ｂは、円筒Ａの少なくとも上半部を閉塞していることが必要である。そのために、遮蔽板Ｂは下端Ｃ以外の周縁がすべて円筒Ａの内面に密接した状態で内面に固定される。

遮蔽板Ｂの下端Ｃは、図１に示した一点鎖線ＤとＦとの間にあることが好ましい。その場合、一点鎖線Ｄは円筒Ａの水平に延びる直径であり、一点鎖線Ｆは鉛直方向に延びる円筒Ａの内径の中点Ｅを通る水平線である。

この発明では、遮蔽板に誘導板が固定される。固定は、遮蔽板の液体入口がわに向かう面上に誘導板の下端が密接した状態でなされる。誘導板の下端は、例えば図１では遮蔽板上の斜線を施した位置Ｇのところに固定される。遮蔽板は通常平坦なものとされるから、遮蔽板への誘導板の固定部は平坦な面とされるが、それ以外の誘導板の周縁はどのような形状を呈していてもよく、直線状であっても曲線状であってもよい。

誘導板は、遮蔽板への固定部から遠ざかるに従って、次第に高い位置を占めるように傾斜して上部容器内へ突出している。誘導板の固定部以外の周縁は上部容器及び下部容器の内面から離れていて、内面との間に隙間を形成している。

誘導板は、平板であってもまた反りを持っていてもよい。反りは、先高となる方向と垂直方向に円弧状に曲げられていることが好ましい。このような円弧状の反りを持った誘導板は、円弧の中央部が両端より高い位置にあるように付設することが好ましい。このようにすると、傾斜板に沿って上昇する液体は、その中に含まれている気泡を誘導板の下側で高い位置にある中央部に集めて上昇するので、気体を集めるのに好都合となる。

誘導板が遮蔽板に対して傾斜する角度は、交点より上側で測定して、２５〜６５度であることが好ましい。この中では３０〜５０度とすることが好ましい。誘導板の先端は、通常上部容器の中心軸を越えて延びている。誘導板の先端は、最も大きく突出している場合でも、上部容器の内面との間に上部容器の半径の約３分の１の隙間をあけていることが好ましい。

誘導板の先は、支えによって上部容器の内面に固定されていることが好ましい。

この発明では、下部容器の出口がわに上部容器と連通する傾斜管が付設される。気水分離装置が図２に示すように上部容器１と下部容器２とからなるところ、液体を矢印Ｗの方向から装置内へ流入させる場合には、傾斜管５は下部容器２の連通部より出口がわにあって、下部容器２の最上部に付設される。また、傾斜管５の付設位置は、上部容器１がわでは、容器の胴の上部であればよい。傾斜管５は下部容器から上部容器へ近づくに従って、次第に上昇するような傾斜を持つことが必要とされる。

また、図２に示したように、傾斜管５が下部容器２に接続されているところでは、傾斜管の端が下部容器２内へ突出しないようにすることが必要であるが、傾斜管５が上部容器１に接続されるところでは、傾斜管の端が僅かに上部容器内へ突出していることが望ましい。突出端を連ねる面は、上部容器１の内面と平行な曲面を形成していることが好ましい。

図２に示すように上部容器１内では傾斜管５が開口している先に上昇板１０を設けることが好ましい。上昇板１０は平坦な板であってもよいが、円弧状に湾曲された板であってもよい。上昇板１０は、その面を傾斜管５の開口に向け、縦に延びて上部容器１内で傾斜管５寄りの半部内に位置し、容器１の内面に固定される。そのためには、上昇板１０は、とくに縦に延びる周縁が、上部容器１の内面に固定されていることが好ましい。

上昇板１０の下端は水平に延びていて、その位置は図２に示したように、傾斜管５の出口における中心線の高さＨよりも下方にあって、傾斜管５の出口における下端の高さＪよりも上方にあることが好ましい。また、上昇板１０の上端は上部容器１の内面上端近くに位置していてもよいが、それよりも図２に示したように、上部容器１の上端に円錐面１２を付設して、円錐面１２の先にボール弁と自動空気抜弁を付設することとして、上昇板１０の上端は円錐面１２内に突出していることが好ましい。

傾斜管を付設したときは、下部容器内に傾斜管の付設位置より出口がわに、隔離板を付設することが好ましい。隔離板は、下部容器の断面の上半分より小さい面積部分を遮断するものである。このようにすると、下部容器内の上部では遮蔽板と隔離板との間に液体の淀みを生じるので、液体が気泡を分離し易くなり、また気泡が溜まり易くなる。こうして溜まった気泡は、傾斜管を通って上部容器内に集められる。

また傾斜管と隔離板を付設したときは、下部容器と傾斜管との間にさらに補助通路を設けることが好ましい。補助通路の付設位置は、下部容器がわでは傾斜管の付設位置よりも液体出口がわにあって、下部容器の最上部にあることが必要とされる。また、補助通路の付設位置は、傾斜管がわでは傾斜管の上部であればよい。補助通路は下部容器から傾斜管に近づくに従って次第に高くなるような先高の傾斜を持つことが必要とされる。

補助通路が下部容器に接続されているところでは、補助通路の端が下部容器内へ突出しないようにすることが必要であるが、補助通路が傾斜管に接続されるところでは、補助通路の端が僅かに傾斜管内へ突出し、突出端を連ねる面が傾斜管の内面と平行な曲面を形成していることが好ましい。

下部容器と上部容器とは、その断面の大きさが等しいものであってもよいが、下部容器の断面の方がやや大きいものであることが好ましい。これに対して、傾斜管の断面の大きさは上部容器と下部容器との何れよりも遥かに小さいものとされ、通常は上部容器又は下部容器の断面の大きさの数分の１ないし数拾分の１とされる。また、補助通路の断面の大きさは傾斜管に比べてさらに小さいものとされ、傾斜管の断面の大きさの数分の１ないし拾分の１とされる。

下部容器における液体入口では、液体入口を構成している管が、下部容器の端を構成している板、例えば鏡板を貫通して下部容器内へ突出していることが好ましい。そして、突出した管の端が、上部容器との連通部まで延び、上方に向かって湾曲し、傾斜板に向かって開口していることが好ましい。このようにすると、入口から導入された液体は傾斜板に向かって排出されるので、上部容器内での気体の分離効率が高まる。

また、下部容器における液体出口では、液体入口と同様に、液体出口を構成している管が下部容器の端を構成している板を貫通して、下部容器内へ突出していることが好ましい。然し、液体出口では突出した管の端が下部容器内で下方に向かって湾曲し、下部容器の底に近いところで開口していることが好ましい。その開口面は、下部容器の対向する底と平行になっていることが好ましい。このようにすると、出口から排出される液体は気泡を全く含まないものとなる。

この発明に係る気水分離装置は、これを空調設備に付設するときは、ステンレスで作ることが好ましく、これを給湯設備に付設するときは、銅で作ることが好ましい。

この発明に係る気水分離装置の一例を図面によって示すと、次のとおりである。図３は、この発明に係る気水分離装置の側面図であり、図４は、図３に示した気水分離装置の付属部分を除いた縦断面図である。図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面の一部切欠拡大図である。

図３と図４とにおいて、この発明に係る気水分離装置Ｘは、上部容器１と下部容器２とで構成されている。そのうちの下部容器２は、内径が１５０ｍｍで長さ４８０ｍｍのステンレス製円筒の両端に、鏡板を付設して作られており、中心軸を水平に延ばして横たわり、一方の鏡板の中心に液体入口７を備え、他方の鏡板の中心に液体出口８を備えている。

他方、上部容器１は内径が１５０ｍｍで、長さ２００ｍｍのステンレス製円筒の上端に鏡板を付設して作られており、中心軸を鉛直方向に延ばして直立し、上端の中央に円錐面１２を付設し、その先に気体出口９を設けている。上部容器１の下端は、下部容器２の入口がわの円筒部に接続されて、上部容器１は下部容器２と一体になり、下部容器２と連通している。なお、気体出口９にはボール弁１３と自動空気抜弁１４とが付設されている。

気水分離装置Ｘは、図４に示したように、上部容器１と下部容器２との連通部において、液体出口がわの端に遮蔽板３を備えており、さらに遮蔽板３上には誘導板４が固定されている。

遮蔽板３はステンレス製の板からなり、図５に拡大して示したように、内径が１５０ｍｍの下部容器２の断面の上端から下方に１１０ｍｍの高さの断面部分を閉じている。このため、液体入口７から下部容器２内へ液体を流入させると、流入した液体は遮蔽板３の下端３１の下をくぐって下部容器内を通過できるだけとなり、液体の大半は上部容器１へ流される。

遮蔽板３に固定されている誘導板４は、図５に示したように、幅方向に円弧状に湾曲された帯状のステンレス板からなり、下端４１が遮蔽板３上に固定され、図４に示したように、下端４１から離れるに従って高くなるような傾斜をもって、上部容器１内に突出している。誘導板４は、下端４１以外の周縁をすべて遊離させており、その上端４２は、幅方向の中心線上で上部容器１の内面との間に約３０ｍｍの隙間を残した状態になっている。また、誘導板４が遮蔽板３となす角αは約３０度とされる。誘導板４の先は、支え４３によって上部容器１に固定されている。

下部容器２の内部には、図４に示したように、遮蔽板３から出口がわに約２４５ｍｍ離れたところに隔離板６が付設されている。隔離板６は遮蔽板３と同様に下部容器２の断面上部を閉塞しているが、隔離板６の閉塞する断面は遮蔽板３よりも小さい。すなわち、隔離板６の下端は下部容器２の中心軸より高い位置にあって、容器の上端から鉛直方向に容器半径の４分の３までの部分を閉塞している。

下部容器２の上端部分には、隔離板６に接して隔離板６より上部容器１がわに、傾斜管５が付設されている。傾斜管５は、内径が５０ｍｍのステンレス管で構成され、他端を上部容器１の胴部に貫通させ、上部容器内に僅かに突出させている。こうして、上部容器１と下部容器２とは傾斜管５によって連通されている。傾斜管５は、下部容器２から上部容器１に近づくに従って、次第に高くなる傾斜を持っている。

傾斜管５が上部容器１内で開口する先には上昇板１０が付設されている。上昇板１０は高さ方向の長さが約１３０ｍｍの平坦なステンレス板からなり、下端を僅かに傾斜管５に近づける傾きを持って、その平面を傾斜管５の開口面に向けて、ほぼ上下方向に延びており、上下に延びる周縁が上部容器１の内面に固定されて、上部容器内に付設されている。上昇板１０の下端は、高さ方向では傾斜管５の開口面における中心軸の高さと、開口面における下端の高さとの中間に位置している。また、上昇板１０の上端は、上部容器１の上端に付設された円錐面１２の内部へ突出している。

この発明では、下部容器２内に隔離板６を設け、隔離板６を遮蔽板３と対向させたために、下部容器２内にある液体に含まれている気泡は、隔離板６と遮蔽板３との間に溜まり、溜まった気泡は傾斜管５を通って上部容器１内に入り、上昇板１０に誘導されて気体出口９から排出される。

また、下部容器２の上端部分には、隔離板６より出口がわに補助通路１１が付設され、補助通路１１の他端は傾斜管５の長さ方向のほぼ中央で傾斜管に連通している。補助通路１１は内径が２０ｍｍのステンレス管で構成されていて、下部容器２から傾斜管５に近づくに従って次第に高くなる傾斜を持っている。

傾斜管５と補助通路１１とは、下部容器２との接続部では下部容器内へ突出しないようにされるが、それぞれが上部容器１と傾斜管５とに接続する部分では、傾斜管５と補助通路１１の端がそれぞれ上部容器１と傾斜管５内へ突出している。その突出長さは傾斜管５では２０ｍｍとされ、補助通路１１では３５ｍｍとされる。このため、下部容器２内に溜まった気体は傾斜管５と補助通路１１とを通って容易に上部容器１の上部に集められる。

下部容器２の液体入口７では、図４に示したように、内径が３０ｍｍの管が下部容器の鏡板を貫通しており、この管によって液体が導入されるが、この管は下部容器内で内径が５０ｍｍに拡大され、拡大された管は誘導板４に向かって湾曲し、誘導板４に向かって液体を放出するようにされている。

下部容器２の液体出口８では、図４に示したように、内径が３０ｍｍの管が下部容器の鏡板を貫通しており、この管は下部容器内で底に向かって湾曲され、底に向かって開口している。その開口は下部容器２の中心軸から半径の２分の１よりやや下方に位置している。

図３及び図４に示したこの発明に係る気水分離装置を用いて、空調設備の中を循環している水をこの装置内に通すと、水中に含まれている気泡を効率よく分離することができる。その分離できた気体の量は目視によると、例えば米国特許第３，９５２，７６５号明細書に記載の気液分離装置の約１０数倍ないし数拾倍量であった。

とくに、従来の気水分離装置では、液体の流速を１秒あたり１．５ｍ以上とするときは、気体を分離することが困難となったが、この発明装置によれば、液体の流速を１秒あたり１．５〜２．５ｍとしても、気体を効率よく分離することができる。このように、この発明に係る気水分離装置は液体を高速で流して気体を効率よく分離できる点ですぐれている。

この発明で用いられる遮蔽板と誘導板の付設状態を示した説明図である。 この発明で用いられる傾斜管と上昇板の付設状態を示した説明図である。 この発明に係る気水分離装置の側面図である。 図３に示した気水分離装置の縦断面図である。 図４に示した下部容器２のＶ−Ｖ線断面図である。

符号の説明

１ 上部容器
２ 下部容器
３ 遮蔽板
４ 誘導板
５ 傾斜管
６ 隔離板
７ 液体入口
８ 液体出口
９ 気体出口
１０ 上昇板
１１ 補助通路
１２ 円錐面
１３ ボール弁
１４ 自動空気抜弁
３１ 遮蔽板３の下端
４１ 誘導板４の下端
４２ 誘導板４の上端
４３ 支え

Claims (3)

1. 上部容器と下部容器とからなり、下部容器は、横長の形状となって一方の端に液体入口を備え、他方の端に液体出口を備えており、上部容器は、縦長の形状となって上端に気体出口を備えており、上部容器が下端を下部容器に直接接続させて両容器が連通している気水分離装置において、下部容器内で連通部の液体出口がわに位置する端に、下部容器断面の少なくとも上半部を閉塞する遮蔽板を固定し、遮蔽板に誘導板の下端を固定して誘導板を上部容器内へ突出させ、誘導板には下端から突出する先ほど次第に高くなる傾斜を持たせ、誘導板の周縁と容器壁との間に隙間を形成したことを特徴とする、気水分離装置。
2. 下部容器の液体出口がわに位置する上端から上部容器の胴部に向かって次第に上昇する傾斜管をさらに付設して、上部容器と下部容器とを連通させるとともに、上部容器内における傾斜管の開口先に上昇板を付設したことを特徴とする、請求項１に記載の気水分離装置。
3. 下部容器の傾斜管付設位置よりも液体出口がわの上端と、傾斜管の中程とを連通し、傾斜管に近づくに従って次第に高くなる補助通路をさらに付設したことを特徴とする、請求項２に記載の気水分離装置。
   

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