JP2007050332A - 気液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体の流速のみに依存することなく効率良く気体を分離し、さらに小型化を図る。
【解決手段】 気液分離装置１００において、内部に気液混合流体Ｍが流通し所定方向へ延びる外筒部材１１０と、外筒部材１１０の内側に外筒部材１１０の内周面１１０ａと間隔をおいて配され外筒部材１１０と同方向へ延びる内筒部材１２０と、内筒部材１２０と前記外筒部材１１０を延在方向を軸として一方を他方に対して相対的に回転させる回転駆動部１３０と、を備え、内筒部材１２０に内外を連通する孔が形成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、気液混合流体を気体と液体とに分離する気液分離装置に関する。

気液混合流体から気体を分離除去する装置としては、気液混合流体を収容した容器を回転させる遠心分離器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４等）。この種の装置では、容器ごと回転する回転機構を有し、流体に作用する遠心力により気液分離を図る。

また、気液混合流体の流通系に配置可能な気液分離装置として、流体に回転運動を生じさせ、気体と液体に作用する遠心力の差により気体を回転中心側に集合させるものが知られている（例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７、特許文献８等）。ここで、特許文献５には、反応液が流れる配管途中に反応液に旋回流を発生させる旋回流発生槽を設け、旋回流発生槽を反応液が通過するときに旋回流によって生じる遠心力によって反応液中の副生ガスを遠心分離させることが記載されている。
特開平１０−３１４５０４号公報 特許第２７１１９６４号 特許第３２１３７３５号 特許第３４２１７４５号 特開２００５−１３１４９３号公報 特開平１−１０４３１５号公報 特開２０００−２１０５０３号公報 特開２０００−２６２８１０号公報

しかしながら、特許文献１〜４に記載の装置では、液体の流通系に配することができないし、装置が比較的大型となるという問題点がある。
また、特許文献５に記載の気液分離装置では、液体の流通系に配することができるものの、反応液が旋回流発生槽へ流入する際の流速によって旋回流を生じさせるため、気液分離は反応液の流速にのみ依存する。これにより、気液分離に際しては反応液の流速を管理することとなり、気液分離状態を的確に制御することは困難である。これは、特許文献６〜８に記載の気液分離装置においても共通の課題である。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流体の流速のみに依存することなく効率良く気体を分離することができ、小型化を図ることのできる気液分離装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によれば、気液分離装置において、
内部に気液混合流体が流通し、所定方向へ延びる外筒部材と、
前記外筒部材の内側に該外筒部材の内周面と間隔をおいて配され、前記外筒部材と同方向へ延びる内筒部材と、
前記内筒部材と前記外筒部材を、延在方向を軸として一方を他方に対して相対的に回転させる回転駆動部と、を備え、
前記内筒部材に内外を連通する孔が形成されたことを特徴とする。

この気液分離装置によれば、外筒部材の内部に気液混合流体が上下方向へ流通している状態で内筒部材と外筒部材を相対的に回転させると、内筒部材及び外筒部材の周面を起点として気液混合流体に周方向成分の流れが生じる。このとき、内筒部材に内外を連通する孔が形成されていることから、気液混合流体は内筒部材の内周面及び外周面と接触した状態であり、流体との接触面積が比較的大きく、流体に効率良く周方向成分の流れを付与することができる。この結果、旋回流が発生して気液混合流体に遠心力が生じ、比重が大きい液体が外筒部材側へ移動し、比重が軽い気体が回転中心側へ移動する。このようにして、気液混合流体中の気体が回転中心側に集合し、外筒部材から気体が分離された液体が流出することとなる。

また、上記気液分離装置において、
前記気液混合流体を導入する導入部が前記外筒部材に形成される構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、外筒部材に気液混合流体が導入され、内筒部材と外筒部材の間を流通する気液混合流体については、気体が内筒部材の外周面側へ移動し、液体が外筒部材の内周面側へ移動する。そして、内筒部材の外周面で気体が集合すると、外周面上で気泡が大きく成長していく。このように、気泡を成長させることにより、流体からの気体の分離を的確に行うことができ、効率良く気体を回収することも可能となる。尚、内筒部材の孔を通過した気体は、内筒部材の中心にて気泡を形成することとなる。

また、上記気液分離装置において、
前記導入部は、前記外筒部材の内部へ該外筒部材の接線方向に沿うよう前記気液混合流体を導入する構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、導入部を通じて外筒部材内に導入される気液混合流体の流通方向が接線方向に沿っていることから、外筒部材内の流れを乱すことなく気液混合流体を導入することができる。そして、外筒部材内へ導入された際の気液混合流体の運動エネルギを利用して、内筒部材と外筒部材の間における旋回流の発生を助長することができ、より効率のよい気液分離が実現される。

また、上記気液分離装置において、
前記内筒部材の内部へ前記気液混合流体を流入させる供給部を備えた構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、内筒部材の内部に気液混合流体を流入させるようにしたので、内筒部材の回転中心に気体が集合し、液体は遠心力により孔を通じて内筒部材の外側へ流出する。

また、上記気液分離装置において、
前記内筒部材は、該内筒部材の一端を閉塞する閉塞部を有し、
前記回転駆動部は、前記内筒部材の前記閉塞部と接続され該内筒部材の回転中心に沿って延びる回転軸部材を有する構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、回転軸部材から回転駆動力が伝達されて内筒部材が回転する。このとき、内筒部材の回転中心に集合する気体は、回転軸部材の表面で気泡となって大きく成長していく。このように、気泡を成長させることにより、流体からの気体の分離を的確に行うことができ、効率良く気体を回収することも可能となる。

また、上記気液分離装置において、
前記気液混合流体から気体が分離された液体を導出する導出部が前記外筒部材に形成され、
前記導出部は、前記外筒部材の外部へ該外筒部材の接線方向に沿うよう前記液体を導出する構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、導出部を通じて外筒部材外へ導出される気液混合流体の流通方向が接線方向に沿っていることから、外筒部材内の流れを乱すことなく気液混合流体を導出することができる。

また、上記気液分離装置において、
前記外筒部材及び前記内筒部材は、それぞれ断面が円形に形成され、互いに同心円状に配される構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、外筒部材の内周面と内筒部材の外周面との径方向距離が周方向へわたって同一となるので、周方向で速度や圧力の分布が大きく変動するようなことはなく、内筒部材と外筒部材の間における気液混合流体の流れが安定する。

また、上記気液分離装置において、
前記外筒部材及び前記内筒部材は、それぞれ略円筒状に形成される構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、周方向に加え、軸方向についても速度や圧力の分布が大きく変動することはなく、内筒部材と外筒部材の間における気液混合流体の流れがさらに安定する。

また、上記気液分離装置において、
前記外筒部材及び前記内筒部材は、それぞれ上下方向へ延びる構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、気液混合流体の流通方向と重力が作用する方向とが一致するため、重力に起因して装置内における流体の流れに不均衡を生じるようなことはない。また、回転中心側に集合した気体は、十分な浮力が得られる程度の気泡となると自動的に浮上する。これにより、気体を回収する機構等を設ける必要がなく、装置を簡単な構成とすることができる。

また、上記気液分離装置において、
前記気液混合流体が前記外筒部材の内部を下方へ向かって流通する構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、回転中心側に集合する気体は、気液混合流体の流通方向に逆らって浮上することとなる。これにより、気泡の浮上にはより大きい浮力が要求され、気泡をさらに大きく成長させることができ、気液分離をさらに確実に行うことができる。また、分離した気体は上方へ、液体は下方へ移動することからも、両者の分離に有利である。

また、上記気液分離装置において、
前記内筒部材は多孔質材料からなる構成とすることができる。

この気液分離装置によれば、孔の径が比較的小さいので、内周面及び外周面に比較的大きな凹凸が形成されることはなく、当該孔に起因した内筒部材の周面の近傍における気液混合流体の流線の乱れを抑制することができる。また、他の材料に比して流体との接触面積が極めて大きく、回転駆動時における流体の旋回流の発生効率が格段に優れている。
さらに、内筒部材の壁面に対して略垂直に流体の遠心力が働くため、細孔である各孔を利用したろ過作用を得ることができる。すなわち、密度が比較的大きい液体については内筒部材を内側から外側へ通過し、密度が比較的小さい気体については内筒部材を外側から内側へ通過する。このように、一旦ろ過されると、内筒部材の通過に抵抗があることから、液体及び気体の逆流が抑制され、気液分離をさらに的確に行うことができる。

本発明によれば、内筒部材と外筒部材の相対的な回転により遠心力を生じさせるので、気液分離は主に回転駆動部の回転数に依存し、気液混合流体の流速のみに依存することなく気液分離が実現される。このとき、内筒部材の内周面及び外周面を用いて旋回流を発生させるので効率が良い。また、内筒と外筒の簡易な２重構造であることから、従来に比べて格段に軽量、小型となり、製造コストが嵩むことはないし取扱いが容易である。

図面を参照しつつ、本発明による気液分離装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１から図３は本発明の第１の実施形態を示すものであって、図１は気液分離装置の外観斜視図、図２は気液分離装置の上面図、図３は図２のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。
図１に示すように、この気液分離装置１００は、内部に気液混合流体Ｍが流通し所定方向へ延びる外筒部材１１０と、外筒部材１１０の内側に外筒部材１１０の内周面１１０ａと間隔をおいて配され外筒部材１１０と同方向へ延びる内筒部材１２０と、内筒部材１２０と外筒部材１１０を延在方向を軸として一方を他方に対して相対的に回転させる回転駆動部１３０と、を備えている。本実施形態においては、外筒部材１１０と内筒部材１２０は、それぞれ上下方向へ延びる略円筒状に形成され、横断面において各円形断面が同心円状となるよう配されている（図２参照）。

外筒部材１１０は、透明なプラスチック材からなり、上端が開口され下端が閉塞されている。尚、外筒部材１１０は、金属やその他の材料とすることもできる。外筒部材１１０は、気液混合流体Ｍを内部へ導入する導入部１１２と、気液混合流体Ｍから気体Ｇが分離された液体Ｌを導出する導出部１１４と、が形成される。本実施形態においては、導入部１１２が外筒部材１１０の上側に、導出部１１４が外筒部材１１０の下側に、それぞれ形成され、気液混合流体Ｍが外筒部材１１０の内部を下方へ向かって流通する。

図３に示すように、導入部１１２は、外筒部材１１０の外筒本体１１６を貫通する孔部１１２ａと、外筒本体１１６の外周面１１０ｂから水平方向外側へ突出する管部１１２ｂと、を有する。また、図２に示すように、導入部１１２は、外筒本体１１６の略接線方向へ延びるよう形成されている。すなわち、導入部１１２は、外筒部材１１０の内部へ外筒部材１１０の接線方向へ沿うよう気液混合流体Ｍを導入する。導入部１１２の先端側には、気液混合流体Ｍを供給するゴム管Ｐが接続され、ゴム管Ｐは例えばバンド等により固定されている。尚、導入部１１２に接続されるものはゴム管Ｐでなくともよく、気液混合流体Ｍが流通する他の部材を用いてもよい。

図３に示すように、導出部１１４も導入部１１２と同様に、外筒部材１１０の外筒本体１１６を貫通する孔部１１４ａと、外筒本体１１６の外周面１１０ｂから水平方向外側へ突出する管部１１４ｂと、を有する。導出部１１４は導入部１１２と水平方向について反対向きに形成されている。また、図２に示すように、導出部１１４は、外筒本体１１６の略接線方向へ延びるよう形成されている。すなわち、導出部１１４は、外筒部材１１０の外部へ外筒部材１１０の接線方向へ沿うように、気液混合流体Ｍから気体Ｇが分離された液体Ｌを外筒部材１１０の外部へ導出する。導出部１１４の先端側にも、液体Ｌを回収するゴム管Ｐが接続され、ゴム管Ｐは例えばバンド等により固定されている。

内筒部材１２０は、内外を連通する孔が形成されており、気液混合流体Ｍの気体Ｇ及び液体Ｌがともに通過可能となっている。本実施形態においては、内筒部材１２０は、多孔質材料からなり全体に満遍なく微細な孔が形成されている。内筒部材１２０は、例えば金属の焼結体により構成してもよいし、多孔質アルミナ等により構成してもよい。さらには、内筒部材１２０を、多孔質樹脂としてもよい。図３に示すように、内筒部材１２０は、上端が閉塞され下端が開口され、上端の閉塞部１２２には、回転駆動部１３０の回転軸部材１３２が接続される。

図３に示すように、回転駆動部１３０は、モータ１３４を用いて回転軸部材１３２を回転させることにより、内筒部材１２０を外筒部材１１０に対して相対的に回転させる。ここで、回転軸部材１３２は内筒部材１２０及び外筒部材１１０の中心軸と一致するよう配されている。回転軸部材１３２は外筒部材１１０の外部に配置されており、外筒部材１１０の内部流体と干渉することはない。回転駆動部１３０において、装置内部の流れが層流となるようモータ１３４の回転数が設定されている。

以上のように構成された気液分離装置１００で、実験において導出部１１４から気体Ｇを分離した液体Ｌが得られた。各筒部材１１０，１２０の寸法は、内筒部材１２０の直径を約３０ｍｍ、軸方向長さを約３００ｍｍ、外筒部材１１０の直径を約１００ｍｍ、軸方向長さを約２５０ｍｍ、各筒部材１１０，１２０の間隔（ギャップ）は約３５ｍｍとして行った。また、気液混合流体Ｍの流量は、約１００ｃｍ^３／ｍｉｎとしている。尚、実験では、液体Ｌの粘度は最大で約０．８Ｐａ・ｓ（約８．０Ｐｏｉｓｅ）、その際の内筒部材１２０の回転数を最大で約６００回転／ｍｉｎ（約６００ｒｐｍ）まで気液分離が可能であることが確認されている。以下、この気液分離動作について説明する。

図３に示すように、外筒部材１１０の内部に気液混合流体Ｍが上下方向へ流通している状態で内筒部材１２０と外筒部材１１０を相対的に回転させると、内筒部材１２０及び外筒部材１１０の周面１１０ａ，１２０ａ，１２０ｂを起点として気液混合流体Ｍに周方向成分の流れが生じる。このとき、内筒部材１２０に内外を連通する孔が形成されていることから、気液混合流体Ｍは内筒部材１２０の内周面１２０ａ及び外周面１２０ｂと接触した状態であり、流体との接触面積が比較的大きく、流体に効率良く周方向成分の流れを付与することができる。本実施形態においては、内筒部材１２０が多孔質材料であることから、他の材料に比して流体との接触面積が極めて大きく、回転駆動時における流体の旋回流の発生効率が格段に優れている。ここで、導入部１１２が、内筒部材１２０の回転方向に沿って気液混合流体Ｍを導入することから、外筒部材１１０内へ導入された際の気液混合流体Ｍの運動エネルギを利用して、内筒部材１２０と外筒部材１１０の間における旋回流の発生が助長されるようになっている。

この結果、図３に示すような旋回流が発生して気液混合流体Ｍに遠心力が生じ、比重が大きい液体Ｌが外筒部材側へ移動し、比重が軽い気体Ｇが回転中心側へ移動する。このようにして、気液混合流体Ｍ中の気体Ｇが回転中心側に集合し、外筒部材１１０の導出部１１４から気体Ｇが分離された液体Ｌが流出することとなる。

ここで、本実施形態においては、導入部１１２が外筒部材１１０に形成されていることから、気液混合流体Ｍはまず内筒部材１２０と外筒部材１１０の間を流通する。このとき、気体Ｇが内筒部材１２０の外周面１２０ｂ側へ移動し、液体Ｌが外筒部材１１０の内周面１１０ａ側へ移動する。そして、内筒部材１２０の外周面１２０ｂで気体が集合すると、外周面１２０ｂ上で気泡が大きく成長していく。このように、気泡を成長させることにより、流体からの気体の分離を的確に行うことができる。尚、内筒部材１２０の孔を通過した気体は、内筒部材１２０の中心にて気泡を形成することとなる。

また、図２に示すように、外筒部材１１０の内周面１１０ａと内筒部材１２０の外周面１２０ｂとの径方向距離が周方向及び軸方向へわたって同一であるので、周方向及び軸方向について速度や圧力の分布が大きく変動するようなことはなく、内筒部材１２０と外筒部材１１０の間における気液混合流体Ｍの流れが安定している。また、導入部１１２及び導出部１１４を通じ、内部へ導入されたり外部へ導出される流体の流通方向が接線方向に沿っていることから、外筒部材１１０内の流れを乱すことなく気液混合流体Ｍを導入するとともに、液体Ｌを導出することができる。

さらに、内筒部材１２０が多孔質材料であることから、孔の径が比較的小さいので、内周面１２０ａ及び外周面１２０ｂに比較的大きな凹凸が形成されることはなく、当該孔に起因した内筒部材の周面１２０ａ，１２０ｂの近傍における気液混合流体Ｍの流線の乱れを抑制することができる。このように、外筒部材１１０内の流れを安定させることにより、気泡を安定的に成長させることができるなど、気液分離の効率が向上する。
さらに、内筒部材１２０の壁面に対して略垂直に流体の遠心力が働くため、細孔である各孔を利用したろ過作用を得ることができる。すなわち、密度が比較的大きい液体Ｌについては内筒部材１２０を内側から外側へ通過し、密度が比較的小さい気体Ｇについては内筒部材１２０を外側から内側へ通過する。このように、一旦ろ過されると、内筒部材１２０の通過に抵抗があることから、液体Ｌ及び気体Ｇの逆流が抑制され、気液分離を的確に行うことができる。

また、この気液分離装置１００によれば、気液混合流体Ｍの流通方向と重力が作用する方向とが一致するため、重力に起因して装置内における流体Ｍの流れに不均衡を生じるようなことはない。また、回転中心側に集合した気体Ｇは、十分な浮力が得られる程度の気泡となると自動的に浮上する。これにより、気体Ｇを回収する機構等を設ける必要がなく、装置を簡単な構成とすることができる。

さらに、回転中心側に集合する気体Ｇは、図３に示すように気液混合流体Ｍの流通方向に逆らって浮上することとなる。これにより、気泡の浮上には比較的大きい浮力が要求され、気泡を大きく成長させることができ、気液分離をより確実に行うことができる。また、分離した気体Ｇは上方へ、液体Ｌは下方へ移動することからも、両者の分離に有利である。

このように、本実施形態の気液分離装置１００によれば、内筒部材１２０と外筒部材１１０の相対的な回転により遠心力を生じさせるので、気液分離は主に回転駆動部１３０の回転数に依存し、気液混合流体Ｍの流速のみに依存することなく気液分離が実現される。このとき、内筒部材１２０の内周面１２０ａ及び外周面１２０ｂを用いて旋回流を発生させるので効率が良い。また、内筒と外筒の簡易な２重構造であることから、従来に比べて格段に軽量、小型となり、製造コストが嵩むことはないし取扱いが容易である。

尚、前記実施形態においては、外筒部材１１０の上端が開口されたものを示したが、例えば図４に示すように、外筒部材１１０の上端を閉塞する閉塞部１１８を設け、閉塞部１１８に形成された気体流出口１１８ａを通じて効率よく気体Ｇを回収する構成としてもよい。図４においては、閉塞部１１８は上方へ凸の半球状に形成されているが、閉塞部１１８の形状は任意である。

また、前記実施形態においては、外筒部材１１０内を気液混合流体Ｍが下方へ流通するものを示したが、図５に示すように上方へ流通するものであっても気液分離を図ることができる。この場合も、導入部１１２及び導出部１１４が内筒部材１２０の外筒部材１１０に対する回転方向に沿って流体を導入及び導出する構成とすることが好ましい。さらに、この構成においても、図６に示すように、外筒部材１１０の上端を閉塞する閉塞部１１８を設け、閉塞部１１８に形成された気体流出口１１８ａを通じて効率よく気体Ｇを回収する構成としてもよいことは勿論である。

また、前記実施形態においては、外筒部材１１０及び内筒部材１２０を略円筒状に形成したものを示したが、例えば図７に示すように外筒部材２１０及び内筒部材２２０を中空の略円錐台状に形成してもよいし、他の筒形状に形成してもよい。図７の気液分離装置２００では、外筒部材２１０及び内筒部材２２０が気液混合流体Ｍの流通方向（下方向）へ向かって窄むよう形成されているので、流出側へ移動するほど気液混合流体Ｍに作用する遠心力が大きくなり、導入部２１２の近傍では分離できなかった気体Ｇを導出部２１４側で分離することができる。この場合も、外筒部材２１０及び内筒部材２２０は、それぞれ断面が円形に形成され、互いに同心円状に配されているので、周方向について気液混合流体Ｍの圧力変動が大きくなることはない。

また、前記実施形態においては、内筒部材１２０として金属の焼結体、多孔質樹脂等の多孔質材料を用いたものを示したが、例えば図８に示すようにプラスチック等からなる円筒部材に比較的大きな孔１２４を形成した多孔板であっても、気液分離が可能であることが実験的に確認されている。要は、内筒部材１２０が筒状であり、壁部に内外を連通する孔が形成されていればよい。

図９は本発明の第２の実施形態を示す気液分離装置の断面図である。
図９に示すように、この気液分離装置３００は、内部に気液混合流体Ｍが流通し所定方向へ延びる外筒部材３１０と、外筒部材３１０の内側に外筒部材３１０の内周面３１０ａと間隔をおいて配され外筒部材３１０と同方向へ延びる内筒部材３２０と、内筒部材３２０と外筒部材３１０を延在方向を軸として相対的に回転させる回転駆動部３３０と、内筒部材３２０の内部へ気液混合流体Ｍを流入させる供給部３４０と、を備えている。本実施形態においては、外筒部材３１０と内筒部材３２０は、それぞれ上下方向へ延びる略円筒状に形成され、横断面において各円形断面が同心円状となるよう配されている。

外筒部材３１０は、透明なプラスチック材からなり、上端が開口され下端が閉塞されている。尚、外筒部材３１０は、金属やその他の材料とすることもできる。外筒部材３１０は、気液混合流体Ｍから気体Ｇが分離された液体Ｌを導出する導出部３１４が形成される。この導出部３１４は、第１の実施形態における導出部１１４と同様であるので、ここでは詳述しない。

内筒部材３２０は、内外を連通する孔が形成されており、気液混合流体Ｍの気体Ｇ及び液体Ｌがともに通過可能となっている。本実施形態においても、内筒部材３２０は、多孔質材料からなり全体に満遍なく微細な孔が形成されている。図９に示すように、内筒部材３２０は、上端が開口され下端が閉塞され、下端の閉塞部３２２には、回転駆動部３３０の回転軸部材３３２が接続される。

図９に示すように、回転駆動部３３０は、モータ３３４を用いて回転軸部材３３２を回転させることにより、内筒部材３２０を外筒部材３１０に対して相対的に回転させる。ここで、回転軸部材３３２は、内筒部材３２０内にて回転中心に沿って上方へ延びる。

図９に示すように、供給部３４０は、気液混合流体Ｍを内筒部材３２０の内部へ流入させる流入管３４２を有する。流入管３４２は、内筒部材３２０の上方から内筒部材３２０の内部まで延び、気液混合流体Ｍを内筒部材３２０の比較的上側にて流出する。

以上のように構成された気液分離装置３００では、内筒部材３２０の内部へ導入された気液混合流体Ｍは、内筒部材３２０の孔を通じて外筒部材３１０の導出部３１４へ向かって流通する。この状態で内筒部材３２０と外筒部材３１０を相対的に回転させると、内筒部材３２０及び外筒部材３１０の周面３１０ａ，３２０ａ，３２０ｂ起点として気液混合流体Ｍに周方向成分の流れが生じる。このとき、内筒部材３２０に内外を連通する孔が形成されていることから、気液混合流体Ｍは内筒部材３２０の内周面３２０ａ及び外周面３２０ｂと接触した状態であり、流体との接触面積が比較的大きく、流体に効率良く周方向成分の流れを付与することができる。本実施形態においても、内筒部材３２０が多孔質材料であることから、他の材料に比して流体との接触面積が極めて大きく、回転駆動時における流体の旋回流の発生効率が格段に優れている。

この結果、図９に示すような旋回流が発生して気液混合流体Ｍに遠心力が生じ、比重が大きい液体Ｌが外筒部材側へ移動し、比重が軽い気体Ｇが回転軸部材３３２の近傍へ移動する。これにより、一旦、内筒部材３２０の内側へ移動した気体Ｇが、何らかの外乱などの理由により瞬間的に内筒部材３２０に向かうことがあっても、内筒部材３２０の細孔壁を逆に通過することはできない。このようにして、気液混合流体Ｍ中の気体Ｇが回転中心側に集合し、外筒部材３１０の導出部３１４から気体Ｇが分離された液体Ｌが流出することとなる。

ここで、本実施形態においては、回転軸部材３３２が内筒部材３２０の中心に位置するため、図９に示すように、内筒部材３２０の回転中心に集合する気体は、回転軸部材３３２の表面で気泡となって大きく成長していく。このように、気泡を成長させることにより、気液混合流体Ｍからの気体Ｇの分離を的確に行うことができ、効率良く気体Ｇを回収することができる。

また、図９に示すように、外筒部材３１０の内周面３１０ａと内筒部材３２０の外周面３２０ｂとの径方向距離が周方向及び軸方向へわたって同一であるので、周方向及び軸方向について速度や圧力の分布が大きく変動するようなことはなく、内筒部材３２０と外筒部材３１０の間における気液混合流体Ｍの流れが安定している。また、導出部３１４を通じて外筒部材３１０から導出される気液混合流体Ｍの流通方向が回転方向に沿っていることから、外筒部材３１０内の流れを乱すことなく気液混合流体Ｍを導出することができる。

さらに、内筒部材３２０が多孔質材料であることから、孔の径が比較的小さく、内周面３２０ａ及び外周面３２０ｂに比較的大きな凹凸が形成されることはなく、当該孔に起因した内筒部材の周面３２０ａ，３２０ａの近傍における気液混合流体Ｍの流線の乱れを抑制することができる。このように、外筒部材３１０内の流れを安定させることにより、気泡を安定的に成長させることができるなど、気液分離の効率が向上する。

さらに、回転中心側に集合する気体Ｇは、図９に示すように気液混合流体Ｍの流通方向に逆らって浮上することとなる。これにより、気泡の浮上には比較的大きい浮力が要求され、気泡を大きく成長させることができ、気液分離をより確実に行うことができる。また、分離した気体Ｇは上方へ、液体Ｌは下方へ移動することからも、両者の分離に有利である。

また、この気液分離装置３００においても、気液混合流体Ｍの流通方向と重力が作用する方向とが一致するため、重力に起因して装置内における流体Ｍの流れに不均衡を生じるようなことはない。また、回転中心側に集合した気体Ｇは、十分な浮力が得られる程度の気泡となると自動的に浮上する。これにより、気体Ｇを回収する機構等を設ける必要がなく、装置を簡単な構成とすることができる。
また、内筒部材３２０内の気体Ｇがもし何らかの外乱などの理由により瞬間的に内筒部材３２０の内壁に向かうことがあっても、細孔壁を逆に通過することはできないので、装置形式としては図３よりもやや複雑になるが、液体Ｌからの気泡の分離はより確実に行うことができる。

このように、本実施形態の気液分離装置３００によれば、内筒部材３２０と外筒部材３１０の相対的な回転により遠心力を生じさせるので、気液分離は主に回転駆動部３３０の回転数に依存し、気液混合流体Ｍの流速のみに依存することなく気液分離が実現される。このとき、内筒部材３２０の内周面３２０ａ及び外周面３２０ｂを用いて旋回流を発生させるので効率が良い。また、内筒と外筒の簡易な２重構造であることから、従来に比べて格段に軽量、小型となり、製造コストが嵩むことはないし取扱いが容易である。

尚、第２の実施形態においても、図１０に示すように、外筒部材３１０の上端を閉塞する閉塞部３１８を設け、閉塞部３１８に形成された気体流出口３１８ａを通じて効率よく気体Ｇを回収する構成としてもよいことは勿論である。
また、第２の実施形態においては、回転軸部材３３２が内筒部材３２０の中心位置に配置されたものを示したが、第１の実施形態と同様に回転軸部材３３２が気液混合流体Ｍと干渉しないものであってもよい。また、供給部３４０は内筒部材３２０の内部へ気液混合流体Ｍを流入させるものであれば、その構成は任意である。

また、第１及び第２の実施形態においては、外筒部材１１０，３１０に対して内筒部材１２０，３２０を回転させるものを示したが、外筒部材１１０，３１０を内筒部材１２０，３２０に対して回転させるものであってもよいし、外筒部材１１０，３１０及び内筒部材１２０，３２０を回転させるようにしてもよい。

また、第１及び第２の実施形態においては、外筒部材１１０，３１０及び内筒部材１２０，３２０が上下に延びるものを示したが、例えば、外筒部材１１０，３１０及び内筒部材１２０，３２０が左右に延びるものであってもよい。この場合、回転中心に集合した気体を排出する機構を設けるか、定期的に回転を止めて集合した気体を液体とともに排出してしまうなどして、分離された気体の排出処理を行えばよい。

また、第１及び第２の実施形態においては、回転駆動部１３０，３３０がモータ１３４，３３４を有するものを示したが、内筒部材１２０，１３０の駆動方式は任意であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示す気液分離装置の外観斜視図である。 気液分離装置の上面図である。 図２のＡ−Ｏ−Ａ断面図である。 第１実施形態の変形例を示すものであって、図２のＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する気液分離装置の断面図である。 第１の実施形態の変形例を示すものであって、図２のＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する気液分離装置の断面図である。 第１の実施形態の変形例を示すものであって、図２のＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する気液分離装置の断面図である。 第１の実施形態の変形例を示すものであって、図２のＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する気液分離装置の断面図である。 第１の実施形態の変形例を示すものであって、図２のＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する気液分離装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す気液分離装置の断面図である。 第２の実施形態の変形例を示すものであって、図２のＡ−Ｏ−Ａ断面に相当する気液分離装置の断面図である。

符号の説明

１００ 気液分離装置
１１０ 外筒部材
１１０ａ 内周面
１１０ｂ 外周面
１１２ 導入部
１１２ａ 孔部
１１２ｂ 管部
１１４ 導出部
１１４ａ 孔部
１１４ｂ 管部
１１６ 外筒本体
１１８ 閉塞部
１１８ａ 気体流出口
１２０ 内筒部材
１２０ａ 内周面
１２０ｂ 外周面
１２２ 閉塞部
１３０ 回転駆動部
１３２ 回転軸部材
１３４ モータ
２００ 気液分離装置
２１０ 外筒部材
２１２ 導入部
２１４ 導出部
２２０ 内筒部材
３００ 気液分離装置
３１０ 外筒部材
３１４ 導出部
３１８ 閉塞部
３１８ａ 気体流出口
３２０ 内筒部材
３２０ａ 内周面
３２０ｂ 外周面
３２２ 閉塞部
３３０ 回転駆動部
３３２ 回転軸部材
３３４ モータ
３４０ 供給部
３４２ 流入管
Ｌ 液体
Ｍ 気液混合流体
Ｐ ゴム管

Claims (11)

1. 内部に気液混合流体が流通し、所定方向へ延びる外筒部材と、
   前記外筒部材の内側に該外筒部材の内周面と間隔をおいて配され、前記外筒部材と同方向へ延びる内筒部材と、
   前記内筒部材と前記外筒部材を、延在方向を軸として一方を他方に対して相対的に回転させる回転駆動部と、を備え、
   前記内筒部材に内外を連通する孔が形成されたことを特徴とする気液分離装置。
2. 前記気液混合流体を導入する導入部が前記外筒部材に形成されることを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
3. 前記導入部は、前記外筒部材の内部へ該外筒部材の接線方向に沿うよう前記気液混合流体を導入することを特徴とする請求項２に記載の気液分離装置。
4. 前記内筒部材の内部へ前記気液混合流体を流入させる供給部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
5. 前記内筒部材は、該内筒部材の一端を閉塞する閉塞部を有し、
   前記回転駆動部は、前記内筒部材の前記閉塞部と接続され該内筒部材の回転中心に沿って延びる回転軸部材を有することを特徴とする請求項４に記載の気液分離装置。
6. 前記気液混合流体から気体が分離された液体を導出する導出部が前記外筒部材に形成され、
   前記導出部は、前記外筒部材の外部へ該外筒部材の接線方向に沿うよう前記液体を導出することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の気液分離装置。
7. 前記外筒部材及び前記内筒部材は、それぞれ断面が円形に形成され、互いに同心円状に配されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の気液分離装置。
8. 前記外筒部材及び前記内筒部材は、それぞれ略円筒状に形成されることを特徴とする請求項７に記載の気液分離装置。
9. 前記外筒部材及び前記内筒部材は、それぞれ上下方向へ延びることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の気液分離装置。
10. 前記気液混合流体が前記外筒部材の内部を下方へ向かって流通するよう構成されたことを特徴とする請求項９に記載の気液分離装置。
11. 前記内筒部材は多孔質材料からなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の気液分離装置。

Images