JP2023064109A

JP2023064109A - 気液分離器

Info

Publication number: JP2023064109A
Application number: JP2023036038A
Authority: JP
Inventors: 晴生渡邊; Haruo Watanabe
Original assignee: Japan Gas Separation Kk
Current assignee: Japan Gas Separation Kk
Priority date: 2023-02-17
Filing date: 2023-02-17
Publication date: 2023-05-10

Abstract

【課題】産業用に液滴を含む流体から液滴を効率良く分離出来る気液分離器を提供する。【解決手段】液滴を含む流体を「小径の筒」の集合体へ一定範囲の速度で供給して下向きに落下させることで液滴を効率良く分離できる。【選択図】図１

Description

本発明は液滴を含む流体の気液分離器に関するものである。

従来、気液の機械的分離はフイルター、遠心力を利用サイクロン、吸着材のよる吸着法等があり経済的でより簡便、高性能な方法が採用されてきた。中でも下記特許文献に開示されるように燃料電池システムでは構造が簡単な気液分離器が知られている。しかし、この気液分離技術は気体との液滴の分離を重力単体に依って分離しているために流速がある程度高いと微細な霧状の微小液滴（ミスト）の分離は困難であり微小径のミスト回収方法としては問題があり、特許文献１にその内容が報告されている。

特開２０２２－０７７８８３

重力による気液分離は液滴に対する重力と浮力のバランスだけ液滴を気体から分離されているために流速だけで液滴を分離しようとしても機器内の流れは通常では乱流であり小径の液滴は分離しない。特許文献１において流れの方向は水平であり、小径の霧状の液滴（ミスト）は回収し難いと記載されているが分離出来る液滴の最小サイズについては記載されていない。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、計画的に請求項１に記載の気液の流れを小径の筒内に流下して、ある一定の範囲のレイノズル数表示の層流とした後に液滴の終末速度以下とすることで計画した液滴のサイズ以上の液滴を落下、回収できる。

また、請求項２に示すように全流を気液分離器内で分割・分流することで効率良く終末速度を下げて装置の小型化が図れる。

さらに、請求項３に示すように分離した液滴の液面の安定および液の再蒸発を防止すために多孔板又は金網を設ける。

本発明によれば、構造が簡単で可動部分も無いので使用温度も低温から高温、サイズや容量に関わらず小型から大型の装置用に優れた性能の有する気液分離器として使用することが可能である。更に、使用材料や構造を流体の性状、特性に適切に選定することで用途が拡大出来る。

気液分離器の原理を示す断面の模式図である。気液分離器の分離筒の取り付けの模式図である。小型の気液分離器の断面図である。高圧の大型気液分離器の断面図である。低圧の大型気液分離器の断面図である。

以下、本発明の実地形態について気液分離の原理および実地例を図面に基づき説明する。

（気液分離の原理）
気液混合体中の気体と液体は同温度とする。例えば空気が水滴を含む場合、空気、水の密度、粘度の物性値が明らかで終末速度が計算可能であり、温度変化に対する水滴の終末速度の変化は極めて少ない。また、この発明による気液分離器は構造が簡単で空気と水滴の分離の他に、例えば、（水素中の水滴）、（プロセスガス中の油滴）、（燃焼排ガス中の水滴）等の気液分離器に適用できる。さらに、液と気体の密度差が大きい程、気体の粘度が小さい程終末速度が大となり気液分離効果が大となり、例えば（空気と水）の気液分離よりも（水素と水）の気液分離が容易となる。

（実地例１）
図１は気液分離の基本構成部分で全体を１０１と表示している。先ず，乱流の気液混合体１を基板２に取り付けた「小径の筒」３（以降、「小径の筒」と表記する。）の筒内へ計画の速度で流下すると分割されて流れは計画範囲のレイノルズ数の層流となる。その後、この流れは下向きに重力方向に取り出し、且つ液滴の終末速度以下とすることで導搬された液滴４は落下する方向と重力方向が下向きに合って気体５から効率良く分離されて沈下する。液滴４が分離された気体５は計画値より小径の液滴は含む。さらに液滴４は多孔板又は金網６上に落下して底板７上で液体８なり気液分離器外に取り出される。多孔板又は金網６は液体８の液面を安定化や液の再蒸発を防ぐ。多孔板又は金網６の寸法が大きくなり振動、変形等する場合は剛性の高い部材でこれを補強する。

（実地例２）
図２は図１を図の上から見た平面図で全体を１０２と表示している。図１の気液混合体１は図２の入口の供給筒９から円周方向に供給されて複数の「小径の筒」３の筒は図２の基板１０上に正四角形２個で１１と表示し、さらに集合体１２を格子状に表示している。格子状にすることで「小径の筒」の製作が容易となる。これを格子から円筒に変えても性能上の差異は少ない。

（実地例３）
図３は小型の気液分離器で集合体を２００と表示している。気液混合体２０は気水分離器の上側から供給され「小径の筒」の集合体２１通過後に気体２２と液体２５に分離される。液滴２３は図１で前述のように落下して多孔板、又は金網２４を通過後に液体２５に分離されて系外へ供給される。

（実地例４）
図４はプラント用高圧の大型気液分離器で集合体を３００と表示している。気液混合体３０は気液混合体の供給筒３１を通り６段の「小径の筒」の集合体３２に供給され、図２と同じく複数の「小径の筒」３２を通気後に気液に分離され、多孔板、又は金網３３を通リ底板３４上で液体となる。気体３５，液体３６と分離されて系外へ供給される。

（実地例５）
図５はプラント用低圧の大型気液分離器で、集合体を４００と表示している。気液混合体４０は気液混合体の供給筒４１を通り６段の「小径の筒」の集合体４２に供給され、図２と同じく複数の「小径の筒」４２を通気後に気液に分離され、多孔板、又は金網４３を通リ底板４４上で液体となる。気体４５，液体４６と分離されて系外へ供給される。

本発明の気液分離器は構造が簡単で分流することで予め分離する液滴のサイズを計画可能で小型の機器用から大小流量、高低圧のプラント用までの気液分離に適用できる。

図１の符号；
１０１気液分離の機器構成
１気液混合体
２基板
３「小径の筒」（２個）
４液滴
５気体
６多孔板又は金網
７底板
８液体
図２の符号；
１０２基板の構成
９気液気体の供給筒
１０基板
１１「小径の筒」（２個）
１２「小径の筒」（集合体）
図３の符号；
２００小型気液分離器
２０気液混合体
２１「小径の筒」（集合体）
２２気体
２３液滴
２４多孔板又は金網
２５液体
図４の符号；
３００高圧大型気液分離器
３０気混合体
３１気液混合体供給筒
３２「小径の筒」（集合体）
３３多孔板又は金網
３４底板
３５気体
３６液体
図５の符号
４００低圧大型気液分離器
４０気液混合体
４１気液混合体供給筒
４２「小径の筒」（集合体）
４３多孔板又は金網
４４底板
４５気体
４６液体

Claims

正方形、長方形または円の断面形状を有する複数の小径の筒に液滴を含む流体を通気、その流れのレイノズル数を所定範囲に設定して小径の筒通過後に垂直に落下させ流速を液滴の終末速度以下に低下させることで導搬した液滴を流体から分離することを特徴とする気液分離器。
請求項１の小径の筒を組み合わせて複数化するために集合化して、さらにそれらを複数の段数に配置することで終末速度を効率良く低下させることを特徴とする気液分離器。
請求項１で分離した液体の液面の安定化、液の再蒸発を防止するために液滴の入口に多孔板、または金網を設けたことを特徴とする気液分離器。