JP2018199116A - エアーセパレータおよび気液分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで液中の気泡を有効に取り除くことができるエアーセパレータおよび気液分離装置を提供する。【解決手段】エアーセパレータ３０は、収容部３１と流入口３２と第１流出口３３と第２流出口３４と渦抑制部材３６とを備えている。収容部３１は、上下方向に延びる中心線Ｃを取り巻く略円筒形に形成された内壁面３１１を有する。流入口３２は、収容部３１に対し横向きに開き、収容部３１内に流入した液が中心線Ｃの周りで渦巻くように、中心線Ｃから逸れた向きに液を流入させる。第１流出口３３は、収容部３１の底部に形成され流入口３２から収容部３１内に流入した液を流出させる。第２流出口３４は、収容部３１の上部に形成され流入口３２から収容部３１内に流入した液から分離した空気を流出させる。渦抑制部材３６は、収容部３１内の第１流出口３３近傍に配置され、第１流出口３３から流出しようとする液の渦巻く向きの流れを抑える。【選択図】図２

Description

本発明は、液体中の気泡を分離するエアーセパレータおよび気液分離装置に関する。

例えば牛乳等の液状食品などに気泡が混入していると、その液状食品を紙パックやビン等の容器に充填する際の妨げとなる場合がある。牛乳を例に挙げて説明する。工場で製造された牛乳は、サージタンクと称される大型のタンクに一旦蓄えられ、その後、その牛乳を容器に充填する充填機を構成する、あるいは充填機直前の小型のフィラータンクに移し替えられて、そのフィラータンク内の牛乳が紙パック等に充填される。サージタンクからフィラータンクへの移し替えは、それら両者を繋ぐ配管を経由して行われる。その配管内は閉空間となっていて、殺菌されていて外部の空気等には触れない構造となっている。フィラータンクへの入口には管路を開閉するバルブが配置されていて、フィラータンクに定量の牛乳が移し替えられると管路が閉鎖され、紙パック等への充填によりフィラータンク内の牛乳の量が減ってくると管路が開放されて牛乳がフィラータンクに移し替えられる。

ここで、サージタンクからフィラータンクに牛乳を移し替えるにあたっては、その牛乳に気泡が混入していると紙パック等への充填に支障をきたすおそれがある。この気泡の混入は、例えば、毎朝の稼働開始の初期や複数のサージタンクを備えたシステムにおけるサージタンクの切替えの初期において激しく、このため、それらの初期の牛乳がフィラータンクに移し替えられないように別のタンク等に移し、混入している気泡が減少してきた時点でフィラータンクに流入させるという処置が施されてきている。この場合、せっかく滅菌処理等が済んでいて、気泡さえなければ紙パック等に詰めて出荷することができる製品を捨てることになり、あるいは捨てなくても再度滅菌処理等の製造工程に投入することになり、無駄を省く観点あるいはコストの観点から好ましくない。

ここで、特許文献１には、密閉された分離タンクの頂部からその分離タンク内に食品原料を投入し、真空ポンプでその分離タンク内を脱気することで、その食品原料中の気体を除去することが提案されている。

また、特許文献２には、液体食品を輸送する配管の一部を水などの液を満たした超音波処理槽を経由させてその超音波処理槽中で超音波を照射し、その超音波を照射した液体食品をフィラータンク（保持タンク）に入れ、その保持タンクを気泡除去装置として使用することが提案されている。

また、特許文献３には、収容室内に横向きに液を流入させて渦巻きを形成することで気液を分離することが提案されている。

特開平５−１０３６４６号公報 特開２００４−４１８４６号公報 特開２０１６−２０３０２８号公報

上記の特許文献１，２での提案の場合、真空ポンプや分離タンク、あるいは超音波装置や超音波処理槽などが必要であり、構造が複雑となって設備費用が嵩み、また、動力を必要とするためランニングコストについても嵩むおそれがある。

また、上記の特許文献３での提案の場合、収容室から流出する液の流量が多く流速を速めた時に、液から一旦分離した空気が液の渦を巻く流れに巻き込まれ多くの気泡が液に再び混入して流出する恐れがある。

ここでは、牛乳を始めとする液状食品を例に挙げて説明しているが、構造を簡素化して低コストで気泡を除去したいという事情は液状食品に限られず、気泡が混入してその気泡を除去する液体を取り扱うにあたり一般にあてはまる事情である。

本発明は、上記の事情に鑑み、真空ポンプや超音波装置などの動力を必要とせずに低コストで液中の気泡を有効に取り除くことができるエアーセパレータおよび気液分離装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明のエアーセパレータは、
上下方向の少なくとも一部が上下方向に延びる中心線を取り巻く略円筒形に形成された内壁面を有する収容部と、
収容部に対し横向きに開き、収容部内に流入した液が上記中心線の周りで渦巻くように、その中心線から逸れた向きに、気泡を含むことがある液を流入させる流入口と、
収容部の底部に形成され流入口から収容部内に流入した液を流出させる第１流出口と、
収容部の上部に形成され流入口から収容部内に流入した液から分離した空気を流出させる第２流出口と、
収容部内の第１流出口近傍に配置され、第１流出口から流出しようとする液の渦巻く向きの流れを抑える渦抑制部材とを備えたことを特徴とする。

渦抑制部材を備えない装置で実験すると収容室内に流入した液は、渦を巻いたまま底部の流出口から流出し、流速を速めると、一旦分離した空気がその渦に巻き込まれて液と一緒に流出することが判明した。

本発明のエアーセパレータは、流出しようとする液の渦巻く向きの流れを抑える渦抑制部材を備えているため、第１流出口から流出しようとする液の渦巻きが抑えられて一旦分離した気泡が液に再び混入することが防止され、気泡が分離したままの液が第１流出口から流出する。すなわち、本発明によれば、気泡を有効に取り除くための構造として収容室内に渦抑制部材を備えるだけで済み、低コストで気泡が有効に取り除かれる。

ここで、本発明のエアーセパレータにおいて、上記渦抑制部材が、上下方向および横方向に広がる部材を含むことが好ましい。

また、その場合にさらに、上下方向および横方向に広がる複数の板が放射状に組み合わされた形状を有することが好ましい。

上下方向および横方向に広がる部材を含む渦抑制部材、あるいはさらに好ましくは、上下方向および横方向に広がる複数の板が放射状に組み合わされた形状を有する渦抑制部材によれば、液が第１流出口から液が流出する勢いをほとんど削ぐことなしに、渦巻く向きの流れを有効に抑えることができる。

また、本発明のエアーセパレータにおいて、上記流入口が、収容部内からその流入口を眺めたときに、円形のうちの上記中心線側が塞がれた形状を有することが好ましい。

流入口を狭めることにより、流入口から収容室内に流入する液の流速を速めることができる。また、流入口を狭めるにあたり、円形のうちの上記中心線側を塞ぎ中心線から離れた側から液を流入させることにより、収容室の内壁面に沿う流速の速い渦を形成し、気液の分離を速めることができる。

さらに、本発明のエアーセパレータにおいて、収容部の下方に設置されて第１流出口を開放自在に塞ぐバルブを備えることが好ましい。

エアーセパレータの第１流出口から液を塞き止め自在に流出させるには、第１流出口を開閉するバルブが必要となる。このバルブをエアーセパレータの一部として収容室と一体に構成することにより、別体のバルブを取り付ける場合と比べコンパクトとなり、その部分に溜まる液の残量も減り、液の無駄が抑えられる。

また、本発明の気液分離装置は、
本発明のいずれかの態様のエアーセパレータと、
相対的に下方および上方にそれぞれ第１開口および第２開口を有するタンクの第１開口とエアーセパレータの第１流出口とを繋ぎ、第１流出口から流出した液を第１開口から該タンク内に流入させる第１配管と、
タンクの第２開口とエアーセパレータの第２流出口とを繋ぎ第２流出口から流出した空気を第２開口からタンク内に流入させる第２配管とを備えたことを特徴とする。

本発明の気液分離装置は、エアーセパレータで分離させた液と空気を、それぞれ第１配管と第２配管を経由させて同じタンクに流入させるものである。液に気泡が含まれていることが問題なのであって、液から空気を抜いてさえあれば、その空気が同じタンクの上部に貯まっていても構わない。また、液から抜いた空気を同じタンクに流入させることにより、外部の空気との混入を避け、雑菌や塵埃の混入を防ぐことができる。

以上の本発明によれば、液中の気泡を低コストで有効に取り除くことができる。

サージタンクからフィラータンクに牛乳を移し替える輸液システムの輸液経路図である。 エアーセパレータの縦断面図である。 エアーセパレータ３０の、図２に矢印Ｚ−Ｚで示す部分の横断面図である。 流入口を図２に示す矢印Ｘ１の向きに眺めた側面図（Ａ）と、流入口を図２に示す向きに断面して示した斜視図（Ｂ）である。 流入口の変形例を示した、図３に対応する横断面図である。 エアーセパレータの収容部の底部を縦に断面して、そこに備えられた渦抑制部材を示した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。ここでは、サージタンクに貯えられた牛乳を紙パック等に詰める充填機に直結したフィラータンクに移し替える輸液経路を例に挙げて説明する。

図１は、サージタンクからフィラータンクに牛乳を移し替える輸液システムの輸液経路図である。

この輸液システム１は、２台のサージタンク１０Ａ，１０Ｂと、エアーセパレータ３０と、フィラータンク４０を備えている。さらにここには、充填機５０が１つのブロックで示されている。

２台のサージタンク１０Ａ、１０Ｂは、上の階等、高い位置に備えられている。そして、各サージタンク１０Ａ、１０Ｂの底部とエアーセパレータ３０は、各サージタンク１０Ａ，１０Ｂごとの各バルブ２１Ａ，２２Ａ；２１Ｂ，２２Ｂと、流量調整弁２３とを介して配管６１で接続されている。

エアーセパレータ３０は、中空の収容部３１を有し、その収容部３１には、サージタンク１０Ａ，１０Ｂから流れてきた牛乳が流入する流入口３２と、牛乳を流出させる第１流出口３３と、空気を流出させる第２流出口３４とが設けられている。

第１流出口３３とフィラータンク４０との間は、バルブ３５を介して配管６２で接続されている。このバルブ３５は、第１流出口３３を開閉するバルブであって収容部３１と一体に設けられている。また、第２流出口３４とフィラータンク４０との間はバルブ２４を介して配管６３で接続されている。ここで、配管６２は、フィラータンク４０の側壁の下部に設けられた第１開口４１に接続されていて、配管６３はフィラータンク４０の天井に設けられた第２開口４２に接続されている。

また、このフィラータンク４０の底部には牛乳を流出させる流出口４３が設けられていて、その流出口４３と充填機５０との間はバルブ２５を介して配管６４で接続されている。

ここで、エアーセパレータ３０は、本発明のエアーセパレータの一例に相当し、また、このエアーセパレータ３０と、配管６２，６３の組合せが、本発明の気液分離装置の一例に相当する。さらに、フィラータンク４０が、本発明にいうタンクの一例に相当する。

２台のサージタンク１０Ａ，１０Ｂは、フィラータンク４０への輸液用として交互に使用される。例えば、サージタンク１０Ａ内の牛乳をフィラータンク４０に移し替える際は、バルブ２１Ａ，２２Ａが開放されてサージタンク１０Ａから配管６１内に牛乳を流し出す。この配管６１内を流れる牛乳は流量調整弁２３で流量調整されてエアーセパレータ３０に流入し、そのエアーセパレータ３０を通過してフィラータンク４０に流入する。

ここで、例えば一日の稼働時間が終了すると、この輸液システム１の配管６１等の内部が洗浄され、配管６１等の内部にはきれいな空気が詰められる。このため、この輸液システム１の、例えば翌日朝の稼働開始後、暫くの間は多量の空気が混入した牛乳が流れることになる。また、一方のサージタンク、例えばサージタンク１０Ａが空になり、サージタンクの使用をもう一方のサージタンク、例えばサージタンク１０Ｂに切り替える場面においても、切替前はバルブ２１Ｂとバルブ２２Ｂとの間には空気が詰まっているため、サージタンクを切り替えた直後も多量の空気が混入した牛乳が流れることになる。

このため、この輸液システム１には、エアーセパレータ３０が配置されている。このエアーセパレータ３０は、空気が混入して気泡を含んだ牛乳から空気を分離する装置である。エアーセパレータ３０で空気が分離された後の牛乳は、エアーセパレータ３０の収容部３１の底部に設けられている第１流出口３３から流れ出し、配管６２を通って、フィラータンク４０の側壁下部に設けられた第１開口４１から、フィラータンク４０に流れ込む。また、エアーセパレータ３０内で牛乳から分離した空気は、配管６３を通って、フィラータンク４０の天井に設けられた第２開口４２からフィラータンク４０内に流入する。この輸液システム１では、この輸液システム１の外部に開く開口を設けて牛乳から分離した空気をこの輸液システム１の外部に放出するのではなく、牛乳から分離した空気も牛乳と同じフィラータンク４０に流入させることによって、外からの雑菌等の混入を避けている。

フィラータンク４０に充填された牛乳は、そのフィラータンク４０の底部に設けられた流出口４３から流出し配管６４を通って充填機５０に移されて、例えば紙パック等に充填される。

図２は、エアーセパレータの縦断面図である。

このエアーセパレータ３０は、図１を参照して説明した通り、収容部３１と、その収容部３１の下部に収容部３１と一体に設けられたバルブ３５とを備えている。

収容部３１は中空形状を有し、その内壁面３１１は、上下方向の各端部を除き、上下方向に延びる中心線Ｃを取り巻く円筒形に形成されている。

この収容部３１には、流入口３２と、第１流出口３３と、第２流出口３４が設けられている。

流入口３２は、サージタンク１０Ａ，１０Ｂから配管６１内を通って輸送されてきた牛乳を矢印Ｘ１の向きに収容部３１に流入させる流入口である。この流入口３２は、収容部３１に対し横向きに開き、中心線Ｃから逸れた向きに牛乳を流入させる。このため、収容部３１内に流入した牛乳は、中心線Ｃの周りで渦を巻くように流れ、遠心分離作用により、牛乳に混入していた空気が牛乳から分離される。

第１流出口３３は、収容部３１の底部に設けられていて、流入口３２から流入した牛乳を矢印Ｘ２の向きに流出させる流出口である。

また、第２流出口３４は、収容部３１の上部に設けられていて、流入口３２から収容部３１内に流入した牛乳から分離した空気を矢印Ｘ３の向きに流出させる流出口である。

また、バルブ３５は、収容部３１の下方に収容部３１と一体に備えられている。このバルブ３５の開閉弁３５１は、この図２に実線で示した、第１流出口３３を塞いだ閉位置と、破線で示した、第１流出口３３を開放した開位置とに移動し、第１流出口３３を開放自在に塞ぐ役割を担っている。

本実施形態のエアーセパレータ３０の場合、第１流出口３３を開放自在に塞ぐバルブ３５を収容部３１と一体に備えたため、エアーセパレータ３０は収容部３１のみとして配管６２（図１参照）の途中に別体のバルブを備えた場合と比べ、輸液システム１全体としてみたときのシステムの簡素化や、稼働終了時の牛乳の残量の少量化が図られる。

次に、流入口３２について詳細に説明する。

図３は、エアーセパレータ３０の、図２に矢印Ｚ−Ｚで示す部分の横断面図である。

また、図４は、流入口を図２に示す矢印Ｘ２の向きに眺めた側面図（Ａ）と、流入口を図２に示す向きに断面して示した斜視図（Ｂ）である。ここで、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分が、収容部３１の内側に開いた流入開口３２１である。

流入口３２は、そこに連結される配管６１（図１参照）と同径の円筒形状を有する。ただし、その流入口３２は、その円筒形状のうちの中心線Ｃ（図２，図３参照）側が塞ぎ板３２２で塞がれた形状を有し、中心線Ｃから離れた側のみの流入開口３２１となっている。流入口３２の一部をこのように塞ぐことにより、収容部３１内に流入する牛乳の流速を増すとともに、円筒形の内壁面３１１に一層沿って渦巻く流れとしている。これにより、遠心分離作用が一層強く働き、牛乳から空気が一層効果的に分離される。

図５は、流入口の変形例を示した、図３に対応する横断面図である。

図３，図４に示した流入口３２には、流入口３２に向かって流れてきた牛乳を正面から受け止める塞ぎ板３２２が設けられているが、この図５に示す変形例の場合、流入口３２に向かって流れてきた牛乳の流れに対し斜めの塞ぎ板３２２’となっている。この斜めの塞ぎ板３２２’の場合、この塞ぎ板３２２’に向かって流れてきた牛乳は、流入開口３２１に向かって流れるように誘導され、収容部３１に流れ込む牛乳の流速が一層高められ、このため、遠心分離の作用が一層高められる。

図６は、エアーセパレータの収容部の底部を縦に断面して、そこに備えられた渦抑制部材を示した斜視図である。

図２およびこの図６に示すように、収容部３１内の、第１流出口３３の近傍には、渦抑制部材３６が備えられている。本実施形態の場合、この渦抑制部材３６は、上下方向および横方向に広がる複数の板３６１が放射状に組み合わされた形状を有する。この渦抑制部材３６は、第１流出口３３から流出しようとしている牛乳の渦巻く向きの流れを抑える作用を担っている。すなわち、流入口３２から収容部３１の内部に流入した牛乳は、円筒形の内壁面３１１に沿って渦を巻くように流れながら第１流出口３３に向かって下方に流れる。そして、この渦抑制部材３６の位置まで下方に流れてきた牛乳は、この渦抑制部材３６によって渦巻く向きの流れが抑えられ下方に向かう流れのみとなって第１流出口３３に流れ込み、図２に示す矢印Ｘ２の向きに流れ出る。

仮に、この渦抑制部材３６が備えられていないと、牛乳が渦を巻いた流れのまま第１流出口３３に流れ込んで、第１流出口３３よりも下流にも旋回流が発生する。このため、特に流量が多い場合に、遠心分離により牛乳から一旦分離した空気が牛乳の渦に巻かれて第１流出口３３から牛乳とともに流出していく恐れがある。

これに対し、本実施形態のエアーセパレータ３０の場合、収容部３１内の、第１流出口３３の近傍に、この渦抑制部材３６を備えたため、第１流出口３３に流れ込もうとしている牛乳の渦は第１流出口３３の近傍で断ち切られる。このため、気泡は渦抑制部材３６より上方で発生している渦に取り込まれるとともに、牛乳から一旦分離した空気が第１流出口３３から流れ出る牛乳に巻き込まれることが防止され、第１流出口３３からは、気泡の一層少ない牛乳が流れ出ることになる。

なお、本実施形態における渦抑制部材３６は、複数の板が放射状に組み合わされた形状の部材であるが、このような形状を有する渦抑制部材である必要はなく、牛乳の、第１流出口３３に向かう向きの流れを残しつつ、渦を巻く向きの流れを抑える部材であればよい。

また、ここでは、エアーセパレータ３０の収容部３１の内壁面３１１は、上下方向の各端部を除き円筒形状、すなわち横断面が円形であると説明したが、横断面が厳密な意味での円形である必要はなく、例えば楕円形あるいは多角形など、流入した液（牛乳）を円滑に回転させるのに十分な形状であればよい。

また、ここでは牛乳内の気泡を取り除く場合を例に挙げて説明したが、本発明は、牛乳のみに適用されるものではなく、液状食品の気泡除去、あるいはさらに一般の液体の気泡除去に広く適用することができる。

１ 輸液システム
１０Ａ，１０Ｂ サージタンク
２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２４，２５ バルブ
２３ 流量調整弁
３０ エアーセパレータ
３１ 収容部
３１１ 内壁面
３２ 流入口
３２１ 流入開口
３２２，３２２’ 塞ぎ板
３３ 第１流出口
３４ 第２流出口
３５ バルブ
３５１ 開閉弁
３６ 渦抑制部材
３６１ 複数の板
４０ フィラータンク
４１ 第１開口
４２ 第２開口
４３ 第３開口
５０ 充填機
６１，６２，６３，６４ 配管

Claims (6)

1. 上下方向の少なくとも一部が上下方向に延びる中心線を取り巻く略円筒形に形成された内壁面を有する収容部と、
   前記収容部に対し横向きに開き、該収容部内に流入した液が前記中心線の周りで渦巻くように、該中心線から逸れた向きに、気泡を含むことがある液を流入させる流入口と、
   前記収容部の底部に形成され前記流入口から該収容部内に流入した液を流出させる第１流出口と、
   前記収容部の上部に形成され前記流入口から該収容部内に流入した液から分離した空気を流出させる第２流出口と、
   前記収容部内の前記第１流出口近傍に配置され、該第１流出口から流出しようとする液の渦巻く向きの流れを抑える渦抑制部材とを備えたことを特徴とするエアーセパレータ。
2. 前記渦抑制部材が、上下方向および横方向に広がる部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のエアーセパレータ。
3. 前記渦抑制部材が、上下方向および横方向に広がる複数の板が放射状に組み合わされた形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載のエアーセパレータ。
4. 前記流入口が、前記収容部内から該流入口を眺めたときに、円形のうちの前記中心線側が塞がれた形状を有することを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載のエアーセパレータ。
5. 前記収容部の下方に設置されて前記第１流出口を開放自在に塞ぐバルブを備えたことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載のエアーセパレータ。
6. 請求項１から５のうちのいずれか１項に記載のエアーセパレータと、
   相対的に下方および上方にそれぞれ第１開口および第２開口を有するタンクの該第１開口と前記第１流出口とを繋ぎ、該第１流出口から流出した液を該第１開口から該タンク内に流入させる第１配管と、
   前記第２開口と前記第２流出口とを繋ぎ、該第２流出口から流出した空気を該第２開口から前記タンク内に流入させる第２配管とを備えたことを特徴とする気液分離装置。

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