JP2006305525A

JP2006305525A - 気液分離器

Info

Publication number: JP2006305525A
Application number: JP2005134280A
Authority: JP
Inventors: Masaki Matsukuma; 正樹松隈
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-05-02
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2025-05-02
Also published as: JP4699801B2

Abstract

【課題】良好な気液分離性能を有し、配管の部品点数を少なくした気液分離器を提供する。
【解決手段】下部に気液流入口４と上部に気体流出口６とが設けられた容器２内に気体流出口６を一開口部とする気液分離空間７とこの下方に位置し、気液混合流体から分離した液体を溜める液溜まり部８とが形成された気液分離器１Ａであって、容器２内を、気液流入口４を一開口部とする前室９と気液分離空間７及び液溜まり部８とに仕切るとともに、容器２の上部の内壁面近くに、この内壁面に沿って形成された縦長形状の切欠き部１０を有する隔壁１１を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を随伴する気体から液体を分離するのに好適な気液分離器に関するものである。

従来、気液分離器は公知である（例えば、特許文献１，２参照。）。
特開２００２−３９６４７号公報特開２００４−５２７１０号公報

特許文献１には、上部に流出配管を有する容器に、端部が閉じられ、側面に流出穴を備えた流入配管をほぼ垂直に挿入した気液分離器が開示されている。

特許文献２には、上部に気体排出口と、内部に内壁面に沿った誘導路を形成する案内板を備えた略円筒状の容器に、一端が上記誘導路に連通する導入管を取り付けた気液分離器が開示されている。

特許文献１に記載の気液分離器の場合、上記流出穴がオリフィスとして機能し、ここから気液混合流体は噴出するため、この気液混合流体は広範囲に拡散してしまう。この結果、容器内にて、内壁面に沿った気液混合流体の流れが得難くなり、気液混合流体を旋回させることにより、気液混合流体に遠心力を作用させ気液分離を行うということができなくなるという問題が生じる。

また、特許文献１に記載の気液分離器の場合、流出配管及び流入配管を容器の平坦な端面側に取り付けられており、その取り付けはこの容器の湾曲した側面への取り付けよりも容易であるが、流出配管及び流入配管は上部に取り付けられているため、それぞれの上記容器の一次側或いは二次側の機器への接続は、一般的には、直線的な配管だけではできず、複数のエルボ形継手を用いて何回かの方向転換をさせた配管が必要となり部品点数が多くなるという問題が生じる。

特許文献２に記載の気液分離器の場合、導入管から誘導路へ容器内壁面に沿う方向に気液混合流を導入するように、即ち導入管の延長上に上記誘導路が続くように形成されており、上記誘導路の幅を上記導入管の径に合わせる必要があり、上記誘導路の出口を縦方向にスリット状に細長くすることができず、上記容器の径方向に広がった形状にせざるを得ない。また、上記導入管の出口で気液混合流体が上記案内板の外周面に衝突し、気液混合流体の流れが乱され、上記誘導路内で気液混合流体の層流は得られない。従って、上記誘導路の出口を出た気液混合流体の旋回流が乱れたものとなり、気液分離の効率が悪くなるという問題が生じる。

また、特許文献２に記載の気液分離器の場合、容器の上部近くに導入管を取り付けるため、圧縮機本体と上記容器との間の導入管には、上記同様、直線的な配管だけでは足りず、エルボ形継手も要し、部品点数が多くなるという問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、良好な気液分離性能を有し、配管の部品点数を少なくした気液分離器を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、第１発明は、下部に気液流入口と上部に気体流出口とが設けられた容器内に上記気体流出口を一開口部とする気液分離空間とこの下方に位置し、気液混合流体から分離した液体を溜める液溜まり部とが形成された気液分離器であって、上記容器内を、上記気液流入口を一開口部とする前室と上記気液分離空間及び上記液溜まり部とに仕切るとともに、上記容器の上部の内壁面近くに、この内壁面に沿って形成された縦長形状の切欠き部を有する隔壁を設けた構成とした。

第２発明は、第１発明の構成に加えて、上記容器の横方向断面が円形で、上記前室の横方向の断面が直線と円弧からなる形状を有する構成とした。

第３発明は、第１または第２発明の構成に加えて、上記切欠き部に、上記容器の上部の内壁面に沿って上記気液分離空間内に突出し、上記切欠き部から上記気液分離空間への上記内壁面に沿った気液流動空間を形成するガイド部材を設けた構成とした。

第４発明は、第１から第３発明のいずれかの構成に加えて、上記容器内に上記気体流出口の周囲から下方に垂下し、底部が開口した筒状体を上記油溜まり部の上方に設けた構成とした。

第５発明は、第１から第４発明のいずれかの構成に加えて、上記筒状体の底部を、上記切欠き部の側がその反対側に比して低くなるように傾斜させて形成した構成とした。

第６発明は、第１から第５発明のいずれかの構成に加えて、上記筒状体の側部に上下方向のスリットを形成した構成とした。

第１発明に係る気液分離器によれば、ごく簡単な構成で、容器内に例えばオリフィスを介して場合や異なる流動方向の流体が衝突した場合に生じるような大きな圧力差を生じることはなく、上下に広い範囲で乱れの少ない層状の気液混合流体の旋回流が生じ、遠心力による気液分離が高められるという効果を奏する。また、この気液分離器によれば、気液流路が容器の下部に接続しており、例えば気液分離器を後述する油冷式圧縮機に適用した場合を考えれば、一般的に油冷式圧縮機の吐出口が下部に設けられることが多く、他の機器との接続のための配管構造は簡単なもので足りるようになるという効果を奏する。

第２発明に係る気液分離器によれば、第１発明による効果に加えて、前室と気液分離空間の容積比率、切欠き部の高さを変えることによる上述した遠心分離効果を変えることが可能となるという効果を奏する。

第３発明に係る気液分離器によれば、第１または第２発明による効果に加えて、ガイド部材により、さらに乱れの少ない気液混合流体の層状旋回流が得られ、上述した遠心分離をさらに高めることが可能になるという効果を奏する。

第４発明に係る気液分離器によれば、第１から第３発明のいずれかによる効果に加えて、筒状体により、旋回流と気体流出口に向かう流れとが明確に区別され、気体と液体との分離がより一層高められるようになるという効果を奏する。

第５発明に係る気液分離器によれば、第１から第３発明のいずれかによる効果に加えて、筒状体により、旋回してきた気液混合流体を捉え易くなり、気液分離をさらに一層促進されるようになるという効果を奏する。

第６発明に係る気液分離器によれば、第１から第３発明のいずれかによる効果に加えて、スリットにより筒状体内に、上述した気液分離空間内に形成される容器の内壁面に沿った旋回流とは独立した新たな旋回流が形成されるようになり、気体と液体との分離を一段と促進させることが可能になるという効果を奏する。

次に、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る気液分離器１Ａを示し、この気液分離器１Ａは上端及び下端が閉じられた筒状の容器２を有している。

容器２は、下部側面に気液流路３が接続した気液流入口４と上端面に気体流路５が接続した気体流出口６とを有する。そして、その容器２の内部には、気体流出口６を容器２の外部すなわち気体流路５に通じる一開口部とする気液分離空間７と、この下方に液体Ｌを溜める液溜まり部８とが形成されている。また、容器２内には、その容器２内を、気液分離空間７及び液溜まり部８の両者と、気液流入口４を容器２の外部すなわち気液流路３に通じる一開口部とし、気液流入口４側に縦方向に延びる前室９とに仕切る隔壁１１が容器２の上端面から下端面にわたって設けられている。その隔壁１１は、容器２の上部の内壁面近くに、この内壁面に沿って形成された縦長形状の切欠き部１０を有している。そして、その切欠き部１０を介して前室９を気液分離空間７に連通させるように構成されている。さらに、容器２の下部に液溜まり部８の液体Ｌを外部に流出させる液流路１２が容器２の内外にわたって配設されている。

上記構成からなる気液分離器１Ａにおいて、気液流路３、気液流入口４を介して前室９の下部に流入した気液混合流体、例えば気体と油との混合流体は、前室９内にて上方に向かって流動し、容器２の上部の内壁面に沿って上下に細長く延びた切欠き部１０から気液分離空間７に容器２の上部内壁の曲面に沿って流入する。この気液混合流体の気液分離空間７への流入する様子は、図１において、例示的に５本の二点鎖線の曲線矢印で示されており、気液混合流体は上方に設けられた細長の切欠き部１０の全長にわたる部分から上下方向に層をなすように上下に広い範囲で、旋回流を形成しつつ、下方に向かって流動する。

そして、容器２の内壁の曲面に沿って旋回流を形成し気液混合流体が、遠心力の作用及び上記曲面との接触により気液分離が促進されるとともに、下方に向かって旋回流をなす気液混合流体が液体Ｌの液面にあたって上向きに流動方向を転換する際にも気液分離が促進されて、気液分離後の液体Ｌは液溜まり部８に滴下し、気体は上方に向かい、気体流出口６，気体流路５を介して容器２外へ送り出される。

このように、この気液分離器１Ａでは、気液流路３から前室９、切欠き部１０、気液分離空間７を経て気体流路５に至るまで、異なる流動方向の流体同士のぶつかり合いによる衝突流が生じることはなく、例えばオリフィスを介するような大きい圧力損失を生じることもなく、上下方向に幅広く層をなす乱れの少ない混合流体の旋回流が得られ、円心分離効果を高めることが可能となっている。また、この気液分離器１Ａでは、気液流路３が容器２の下部に接続しており、例えば気液分離器１Ａを後述する油冷式圧縮機に適用した場合を考えれば、一般的に油冷式圧縮機の吐出口が下部に設けられることが多く、油冷式圧縮機との接続のための配管構造は簡単なもので足りるようになる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る気液分離器１Ｂを示し、図１に示す気液分離器１Ａと互いに共通する部分については、図２において図１と同一番号を付して説明を省略する。

この気液分離器１Ｂでは、隔壁１１が容器２の上端面の下方近傍から下端面の下方近傍にわたって設けられている。即ち、前室９の上、下端面は容器２の上、下端面とは別個に形成されている。

この第２実施形態に係る気液分離器１Ｂは、気液分離器１Ａとは上述したように構造上若干の相違はあるものの、機能的には気液分離器１Ａと実質的に変わるところはないが、前室９と気液分離空間７の容積比率、切欠き部１０の高さを変えることによる上述した遠心分離効果を変えることが可能となる。

図３は、本発明の第３実施形態に係る気液分離器１Ｃを示し、図１に示す気液分離器１Ａと互いに共通する部分については、図３において図１と同一番号を付して説明を省略する。

この気液分離器１Ｃでは、切欠き部１０の一方の縁部から容器２の上部の内壁面に沿って気液分離空間７内に突出し、切欠き部１０から気液分離空間７への上記内壁面に沿った気液流動空間１３を形成する縦長のガイド部材１４が設けられている。

そして、このガイド部材１４により、さらに乱れの少ない気液混合流体の層状旋回流が得られ、上述した遠心分離をさらに高めることが可能となっている。

図４は、本発明の第４実施形態に係る気液分離器１Ｄを示し、図３に示す気液分離器１Ｃと互いに共通する部分については、図４において図３と同一番号を付して説明を省略する。

この気液分離器１Ｄでは、容器２内に気体流出口６の周囲から下方に垂下し、下端面が水平に形成され、底部が開口した筒状体１５が油溜まり部８の上方に設けられている。

そして、この筒状体１５により、旋回流と気体流出口６に向かう流れとが明確に区別され、気体と液体との分離がより一層高められるようになっている。

図５は、本発明の第５実施形態に係る気液分離器１Ｅを示し、図４に示す気液分離器１Ｄと互いに共通する部分については、図５において図４と同一番号を付して説明を省略する。

この気液分離器１Ｅでは、上述した下端面が水平に形成された筒状体１５に代えて、切欠き部１０の側がその反対側に比して低くなるように傾斜させた下端面を有する筒状体１６が設けられている。

そして、この筒状体１６により、旋回してきた気液混合流体を捉え易くなり、気液分離がさらに促進されるようになる。

図６は、本発明の第６実施形態に係る気液分離器１Ｆを示し、図５に示す気液分離器１Ｅと互いに共通する部分については、図６において図５と同一番号を付して説明を省略する。

この気液分離器１Ｆでは、上述した筒状体１６に代えて、側部に上下方向のスリット１７が形成された筒状体１８が設けられている。

そして、このスリット１７により筒状体１８内に、上述した気液分離空間７内に形成される容器２の内壁面に沿った旋回流とは独立した新たな旋回流が形成されるようになり、気体と液体との分離を一段と促進させることが可能となっている。

なお、上記容器２の断面形状は限定するものではないが、円形が好ましい。また、前室９の下部には、必要に応じて適宜開閉できる油抜き孔を設けてもよい。また、本発明は上述した実施形態に限定するものでなく、気液分離器１Ｂにおける隔壁１１を気液分離器１Ｃ〜１Ｆの図示するものに代えて適用してもよく、筒状体１５，１６或いは１８を気液分離器１Ａ，１Ｂに適用してもよく、スリット１７を下端が水平な筒状体１５に適用してもよく、気液分離器１Ｄ〜１Ｆにおいて必ずしもガイド部材１４を必要とするものでなく、これを省いてもよい。

図７は、気液分離器１Ａを適用した油冷式圧縮機２０を示し、この油冷式圧縮機２０は油冷式構造の圧縮機本体２１を有している。

圧縮機本体２１の一方には、吸込流路である吸込気体流路２２が接続し、他方には吐出流路の一部である上述した気液流路３が接続している。また、吐出流路の上記一部に続く他の部分は気液分離器１Ａに接続した気体流路５となって延びている。さらに、気液分離器１Ａの下部から延びる上述した液流路１２は油冷却器２３を介して圧縮機本体２１内の軸受・軸封部、気体圧縮空間等の給油箇所に通じている。

そして、圧縮機本体２１にて、吸込気体流路２２から吸い込まれた気体は液流路１２から油注入を受けつつ圧縮され、油を伴い、気液混合流体となり気液流路３を経て気液分離器１Ａに導かれる。気液流路３からの気液混合流体は上述した前室９、切欠き部１０を介して気液分離空間７内に流入し、ここで旋回流を形成し、円心分離作用により気液分離され、分離された油は液溜まり部８に滴下し、ここに一旦溜められる一方、油を除去されたクリーンな気体、即ち圧縮気体は気体流出口６を介して吐出流路の部分である気体流路５に送り出される。一方、油溜まり部８の油は液流路１２により油冷却器２３を経て、冷却された後、上記給油箇所に導かれ、圧縮機本体２１内の図示しない吐出口に回収され、圧縮気体とともに気液分離器１Ａに送られ、上記同様の循環を繰り返す。

なお、油冷式圧縮機２０において、気液分離器１Ａに代えて、上述した気液分離器１Ｂ〜１Ｆのいずれか、或いはこれらの隔壁１１、ガイド部材１４、筒状体１５，１６或いは１８、スリット１７等の構成要素の組み合わせを変えて構成される上述した本願発明に係る他の気液分離器のいずれかを適用してもよい。

図７は、模式的に油冷式圧縮機２０の全体構成の概略を示したもので、各構成要素の位置的な上下関係、流路の折れ曲がり、長さ等は現実のものとは無関係である。

本発明は、例えば油冷式圧縮機、例えば油冷式スクリュ圧縮機、及びこれを用いた冷凍装置に適用される。

本発明の第１実施形態に係る気液分離器の概略を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係る気液分離器の概略を示す斜視図である。本発明の第３実施形態に係る気液分離器の概略を示す斜視図である。本発明の第４実施形態に係る気液分離器の概略を示す斜視図である。本発明の第５実施形態に係る気液分離器の概略を示す斜視図である。本発明の第６実施形態に係る気液分離器の概略を示す斜視図である。本発明に係る気液分離器の適用例である油冷式圧縮機の全体構成を示すブロック図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｆ気液分離器
２容器
３気液流路
４気液流入口
５気体流路
６気体流出口
７気液分離空間
８液溜まり部
９前室
１０切欠き部
１１隔壁
１２液流路
１３気液流動空間
１４ガイド部材
１５，１６，１８筒状体
１７スリット
２０油冷式圧縮機
２１圧縮機本体
２２吸込気体流路
２３油冷却器
Ｌ液体

Claims

下部に気液流入口と上部に気体流出口とが設けられた容器内に上記気体流出口を一開口部とする気液分離空間とこの下方に位置し、気液混合流体から分離した液体を溜める液溜まり部とが形成された気液分離器であって、
上記容器内を、上記気液流入口を一開口部とする前室と上記気液分離空間及び上記液溜まり部とに仕切るとともに、上記容器の上部の内壁面近くに、この内壁面に沿って形成された縦長形状の切欠き部を有する隔壁を設けたことを特徴とする気液分離器。
上記容器の横方向断面が円形で、上記前室の横方向の断面が直線と円弧からなる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
上記切欠き部に、上記容器の上部の内壁面に沿って上記気液分離空間内に突出し、上記切欠き部から上記気液分離空間への上記内壁面に沿った気液流動空間を形成するガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の気液分離器。
上記容器内に上記気体流出口の周囲から下方に垂下し、底部が開口した筒状体を上記油溜まり部の上方に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の気液分離器。
上記筒状体の底部を、上記切欠き部の側がその反対側に比して低くなるように傾斜させて形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の気液分離器。
上記筒状体の側部に上下方向のスリットを形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の気液分離器。