JP2007283290A - 気体から液滴を分離する空気・オイル分離エレメントおよびそれを備えた空気圧縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機において圧縮された空気からオイルを分離するのに好適な空気・オイル分離エレメントおよびそれを備えた空気圧縮機を提供する。
【解決手段】分離された液体を装置から搬出するドレーン導管１７を備えた空気・オイル分離エレメントであって、前記ドレーン導管は支持体に一体的に取り付けられている。ドレーン導管を支持体に取り付けることにより、製作時にドレーン導管の位置決めを個別に行わなくても済み、機械的負荷に対して強くなる。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、気体から液滴を分離するための装置に関し、特に空気からオイルを除去するためのエレメントに関する。気体からの液滴分離装置は、例えば空気から水及び／或はオイルを分離するのに用いられる。特にそのような分離器は圧縮機において圧縮された空気からオイルを分離するのに用いられる。

液体と接触する気体流には液滴が含まれるようになることがある。例えば気体が液体中を還流する場合、あるいは気体の流れが液体上を導かれる場合に、液滴が引きちぎられることがある。例えばスクリュー圧縮機では空気がオイルと接触する。該オイルは圧縮機におけるシール、冷却、および潤滑に利用される。液滴は気体流内において凝縮によっても生じこともあり、例えば蒸気流内において凝縮により生じる。圧縮空気を作り出す際に温度は約２００℃になることがある。例えばスクリュー圧縮機に供給されるオイルはこのような温度ではオイルの一部は蒸発することがある。続いて冷却されると該オイル蒸気は液滴および霧状に凝縮される。スクリュー圧縮機におけるこのような油滴は直径が約０．０１μｍ〜１００μｍである。

液滴分離器は気体から液滴を分離する役目を果たす。液滴分離器はガス相状態の液体を分離することができる。液滴分離器は排出ガス流の清浄化に利用することができる。液滴分離器でプロセスガス流からプロセスガスに混って流れている液滴を分離できる。この分離により装置部分の腐食や浸食を、また装置部分への液の付着や堆積を減少することができる。液滴分離器は、例えば圧縮空気からオイルを分離するのに用いられる。

液滴分離器は慣性式分離器として構成することができる。慣性式分離器では、液滴を壁面に分離するために質量慣性が利用される。慣性式分離器は特に粒径の大きな液滴、たいていの場合直径が約２０μｍを超える液滴の分離に適する。簡単な液滴分離器の形状のひとつは衝突板を用いるものである。衝突板式の場合、液滴が混在する気体流は衝突板に当たって流れの方向が変えられるように導かれる。気体流に混在する液滴はその質量慣性によりその流れ方向を保持し、衝突板に衝突し、そこから導出される。慣性式分離器による他の方法では、遠心力が利用される。遠心式分離器では、気体流は湾曲した通路に沿って導かれる。液滴は遠心力によって液滴はできるだけ大きい曲率半径を有する通路の外側に導かれる。これにより、液滴はこの通路の外側領域に集中することになる。その際に液滴は、例えば気体流の外側領域に沿う壁面に分離される。壁面に分離された液滴は排出される。そして、気体流の内側領域から液滴の混在量が減少した気体のみを取り出すことができる。遠心式分離器としては、例えばいろいろな種類のサイクロンを利用することができる。

液滴分離器はドレーン式エレメントとして構成することができる。ドレーン式エレメントの場合は、液滴が混在する気体流は網状及び／或は多孔性のドレーン構造体を通過させられる。ドレーン構造体としては、例えばワイヤ網、あるいは例えばプラスチックやグラスファイバーからなる不織布が用いられる。液滴はドレーン構造体中を気体よりもゆっくり通過する。液滴は、重力作用によりドレーン構造体の下部領域の方に移動して集まり、そこから導出することができる。

慣性による分離は気体流に混在して流れる液滴が大きいほど効果的である。液滴を凝集させるエレメントは液滴を大きくするように働く。このようなコアレッシングフィルタエレメント（凝集式エレメント）においては、気体流は網状及び／或は多孔質の凝集式濾過媒体に通される。凝集式濾過媒体としては、例えばワイヤ網や、例えばプラスチックやグラスファイバーからなる不織布が用いられる。気体流は流線に従って流れるが、液滴は流線に従って流れることはできずに、凝集式濾過媒体の境界表面に付着する。凝集式濾過媒体の表面には液膜が形成される。小径の液滴は凝集して大きな液滴に成長する。大きくなった液滴は凝集式濾過媒体から離れる。凝集式エレメントはまたドレーン効果を発揮することができる。その際、液滴は凝集式濾過媒体に液膜を形成して該濾過媒体の下部領域に移動し、そこから導出することができる。したがって、凝集式エレメントとドレーン式エレメントの組み合わせエレメントを構成することができる。凝集式濾過媒体を離れる、粒径が大きく、したがって重い液滴は気体流中に落ちて再び気体流から分離される。

気体からの液分離については、専門家には使用分野に応じて種々のドレーン式と凝集式エレメントの組み合わせならびに慣性式分離器の組み合わせが知られている。圧縮機から吐出される圧縮空気からのオイルを分離については、つぎに述べるシステムが知られている。圧力容器内にはその上端部にシリンダ状の流れ案内板が設けられている。この流れ案内板からなるシリンダは下側に向かって前記圧力容器の内部に開いている。圧縮空気は前記流れ案内板と圧力容器の壁の間に接線方向に流入し、これにより圧力容器の壁への予めのオイル分離が行われ、分離されたオイルは圧縮機にもどされる。圧縮空気は前記流れ案内板からなるシリンダ内にあるオイル分離エレメントに下側から流入する。該オイル分離エレメントは、一つあるいは複数の凝集層及び／或はドレーン層、例えばボロンシリケートグラスファイバーの不織布からなる凝集濾過媒体層とポリエステル不織布からなるドレーン媒体層とを含む。このボロンシリケートグラスファイバーの不織布とポリエステル不織布はそれぞれ金属性の支持体に張り付けられている。圧縮空気はオイル分離エレメントの外側から内側へ流れる。粒径の小さい液滴は凝集式濾過媒体内で凝集して大きな液滴になり、一部は凝集式濾過媒体内を沈降する。凝集式濾過媒体内を離れた粒径の大きな液滴は、さらにドレーン式濾過媒体内を沈降し、オイル分離エレメントの底に集まる。オイル分離エレメントの底に集まったオイルはドレーン導管を介して圧縮機に戻される。オイルが分離された空気は前記圧力容器から貯圧タンクに送られる。

上記の例えばスクリュー圧縮機に用いられる空気・オイル分離システムにおける欠点は、ドレーン導管が別途に設けられていることである。該ドレーン導管はたいていオイル分離エレメントの中央に独立して立つ管でオイル分離エレメントに固定されている。該ドレーン導管はたいていオイル分離エレメントから上方に出ていて、分離されたオイルを圧縮機に導くことができるように圧縮機に通じる例えばホースに連結される。該ドレーン導管は、したがって該ドレーン導管のオイル分離エレメントから出ている部分に作用する力を受けると壊れ易い。オイル分離エレメントのドレーン導管の位置が不適切に製作されることがあり、その場合ドレーン導管に力が作用することがある。

本発明の課題は、したがって製作技術的にドレーン導管の位置決めを容易にすることが可能な、気体から液滴を分離する装置を提供することである。

さらなる課題は、ドレーン導管が力の作用に対して壊れにくいような気体から液滴を分離する装置を提供することである。

上記課題はドレーン導管が支持筒に一体的に取り付けられた、液体を気体から分離する装置により解決される。ドレーン導管を支持筒に取り付けることにより、製作時にドレーン導管の位置決めを個別に行わなくても済む。ドレーン導管を支持筒に取り付けることにより、該ドレーン導管は機械的負荷に対して強くなる。

該ドレーン導管は、前記支持筒に溶接接合、吹き付け、あるいは前記支持筒と一体に形成することができる。該ドレーン導管はまた前記支持筒の円筒状穴に差し込むか、あるいは該支持筒にクリップ留めすることもできる。このような種々の方法で取り付けることができるので、気体から液体を分離する装置を最適に製作することができる。

好ましくは前記支持体には前記ドレーン導管を挿着できる穴を設けるのがよい。該穴は、例えばドレーン導管を挿入するパイプを前記支持体に取り付けたものであってよい。前記支持体を複数の単一支持筒で構成した場合は、単一のドレーン導管を前記複数の支持筒の穴を貫通して挿入することができ、各単一支持筒のドレーン導管同士間のシールをする必要がなくなる。

上記およびその他の本発明の好ましい実施形態の特徴が、請求項のほか、明細書および図面から読み取れ、それらの特徴が個々にあるいは幾つかが組み合わされて本発明の実施形態に実施され、および他の分野で適用されて有利かつそれ自体が保護され得る実施形態を具現することができ、それらに対して茲に保護を要請するものである。

スクリュー圧縮機を備えた空気圧縮システムにおいては、空気圧縮の際に圧縮機内に空気１ｍ^３当り約５kgのオイル（５kg/ｍ^３）が供給される。このオイルは圧縮機の潤滑とともにロータ間のシールの役目も果たす。従来の圧縮システムにおいては、いわゆるオイルフリー空気、つまり空気中のオイル量が1〜3 mｇ/ｍ^３の空気を送給しなければならず、オイルが混在する圧縮空気からオイルを分離しなければならない。従来の空気圧縮システムにおいては、圧力容器内でオイルの前段分離が行われる。この前段分離は、オイルが混在する空気を前記圧力容器内に接線方向に導入することにより達成される。その際、該空気は圧力容器内に装着されているシリンダ状部材の周囲を回って、さらにオイル分離を行うために設けられたオイル分離エレメントに流入する。空気を接線方向に導入してオイルを衝突板としての圧力容器の壁にオイルを分離することにより、前記オイル分離エレメントに達した圧縮空気は該分離エレメントでオイル混在量が約２〜５ｇ/m³まで減少される。分離されたオイルは再び圧縮機に戻される。図１ａおよび図１ｂに示された本発明の実施形態においては、オイルが混在する空気は圧力容器に自由に流入することができる。該オイル混在空気は圧力容器の中を下側から前段分離器として働くインラインタイプサイクロンの案内装置１０に流入する。該案内装置１０は、オイルが圧力容器の壁に沿って下方に流れ落ちることができるように、リップ１１で圧力容器の壁に対して不完全にシールされている。圧力容器はこのようにオイル分離前空気領域と前段オイル分離後領域とに分割される。このように構成された前段分離器によってオイル混在量は０．５ｇ/m³以下に低減される。前記壁あるいは前段分離器で分離されたオイルは圧力容器の下部領域に集まり、そこからオイル戻し導管で圧縮機に供給される。前段分離器により従来の空気・オイル分離システムに比較してオイル混在量がより低減されるので、主分離器１４及び／或は後段分離器１５の構成の自由度が増大する。というのは、主分離器１４や後段分離器１５によるオイル分離度が少なくて済むからである。前記前段分離器から出た空気は、図１ａの実施形態ではボロンシリケートグラスファイバーからなる不織布１３が凝集式濾過媒体として支持筒１２に取り付けられて凝集式エレメントとして構成された主分離器を貫流する。不織布１３を貫流する際に、小径の油滴は凝集して大径の油滴になり、同時に油滴は凝集式濾過媒体内を沈降する。沈降した油滴は、凝集式濾過媒体からしみ出て支持筒１２の側で気体流中を下方に流れ落ちた大粒の油滴と共に第１の窪み１６に集まり、この分離されたオイルは前記窪み１６から第１のドレーン導管１７を通って戻される。該第１のドレーン導管１７は図１aおよびbでは支持筒１２に溶接されている。主分離器１４から後段分離器１５に流れる空気流は、いまや基本的に大径の油滴を含んでおり、該油滴は後段分離器１５で分離することができる。図１aおよびbの実施形態においては、反転サイクロン１８で後分離が行われる。該反転サイクロンでは、油滴が反転サイクロン１８の壁１９に分離されるように空気は旋回される。油滴は反転サイクロン１８の壁１９に沿って第２の窪み２０に滑り落ち、該第２の窪み２０から第２のドレーン導管２１を通って再び圧縮機に戻される。該第２のドレーン導管２１は、図１aおよびbに示す実施形態では前記第１のドレーン導管１７に通じているが、別々の通路としてもよい。前記後段分離器１５は間隔保持部材２２を有し、該間隔保持部材の上端には固定用リング２３が設けられている。気体から油滴を分離する本装置はこの固定用リング２３により圧力容器に固定される。前記主分離器１４の上端に取り付けられた隔離板２５は、シール部材２４で圧力容器に対してシールされる。該隔離板２５は前段オイル分離後の領域を後段分離器１５から出て行くオイル分離後空気から隔離する。

図１ｂでは気体から液滴を分離する装置の構成単位が示されている。インラインタイプサイクロン１０として構成された前段分離器１０、主分離器１４、および後段分離器１５はそれぞれ単位構成品に構成してある。これらの単位構成品は、例えばバイヨネットジョイント方式で連結することができる。突起２６および該突起２６を受け入れる取付け溝２７は後段分離器１５を主分離器１４に連結するためのものである。勿論、他の差込み、切欠き、あるいはねじ連結方式も考えられる。単位構成品を互いに溶接接合することも可能である。図１ｂに示される個々の単位構成品は全てプラスチック、特にガラス繊維強化ポリアミドで形成することができる。前記第１のドレーン導管１７は振動溶接、超音波溶接、あるいはミラー溶接で支持筒に取り付けられる。必要なシール部材１１、２４、あるいはさらに必要なシール部材は、吹き付け、あるいはOリングシール部材として溝に装着することができる。単位構成体に構成することで単位構成体では種々のエレメントに取り替えることができる。例えば、反転サイクロン１８の代わりにスパイラルサイクロンあるいは第２のインラインタイプサイクロンを用いることができる。表面積が異なり高さが異なる凝集式濾過媒体を用いることもできる。前段分離器、主分離器、および後段分離器の単位構成体は互いに分離可能に連結されているので、整備の際には個々の単位構成体のみを交換することができる。例えば、インラインタイプサイクロン１０および後段分離器１５を耐久構造品に構成し、不織布を備えた主分離器１４のみを交換部品とすることができる。

図２には複数の支持筒を組み込み可能である主分離器を備えた、気体から液滴を分離する装置の実施形態を示し、個々の部品を展開して示してある。図２の実施形態においては、インラインタイプサイクロン３０は前段分離器として働く。該インラインタイプサイクロン３０は固定用爪３７が設けられた間隔部材３１を介してオイル受け皿３２に取外し可能に連結することができる。該オイル受け皿３２は第１の支持筒３３の差込み爪３８により該第１の支持筒３３に連結することができる。第１の支持筒と同様に構成された第２の支持筒３４はその差込み爪３８により前記支持筒３３に連結することができる。図示しない支持筒をさらに重ねて連結することもできる。概略を示す図２においては支持筒を囲む不織布は図示していない。不織布は支持筒体に巻き付けられてカバー部材３５に接着することができる。不織布巻き体を前記カバー部材に接着する際に、ドレーン導管１７の一部をドレーン導管１７の他の部分及び／或は接続ドレーン導管と接着してドレーン導管を圧力容器における上記カバー部材に接着することができる。また、前記カバー部材３５は第２の支持筒３４に差込みにより連結することができる。該カバー部材３５にはスパイラルサイクロン３６が後段分離器として取り付けられる。図２の実施形態では該スパイラルサイクロン３６はバイヨネット継ぎ手３９により前記カバー部材３５に取外し可能に装着される。前記第１のドレーン導管１７は差し込みにより互いに連結された支持筒３３、３４にクリップ留めすることができる。あるいはドレーン導管１７は支持筒体３３および３４に挿入される。好ましくは単一体のドレーン導管１７が支持体３３、３４のパイプで形成された穴に挿入される。また、ドレーン導管１７をそれぞれの支持筒３３、３４に取り付け、これら支持筒３３、３４を連結する際にそれぞれの支持筒３３、３４に取り付けられたドレーン導管１７が互いにシールされるようにしてもよい。

スクリュー圧縮機を備えた空気圧縮システムに用いることができる、気体から液滴を分離する装置である。 図１ａの装置を構成部品に展開した図である。 スクリュー圧縮機を備えた空気圧縮システムに用いることができる、複数の支持筒が組み付けられた主分離器を備えた、気体から液滴を分離する装置である。

Claims (9)

1. 分離された液体を装置から搬出するドレーン導管を含む空気・オイル分離エレメントであって、該ドレーン導管は支持体に一体的に取り付けられている空気・オイル分離エレメント。
2. 空気圧縮機、特にスクリュー圧縮機用の請求項１記載の空気・オイル分離エレメント。
3. 前記ドレーン導管が前記支持筒に溶接接合、クリップによる取付け、接着剤による接着、吹き付け、前記支持筒と一体に形成、あるいは前記支持筒における取付け部に挿着された上記請求項のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメント。
4. 前記ドレーン導管が前記支持体の穴に挿着されている上記請求項のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメント。
5. 前記ドレーン導管が前記支持体の円筒状穴に挿着されている上記請求項のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメント。
6. 前記一体的に取り付けられたドレーン導管は前記支持体に巻き付けられた巻き体を端板に接着する際に該端板に連結される上記請求項のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメント。
7. 単一のドレーン導管が複数の支持円筒からなる支持体に取り付けられた上記請求項のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメント。
8. 圧力容器に取り付けられた上記請求項のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメント
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の空気・オイル分離エレメントを備えた空気圧縮装置。

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