JP2023075491A - 気液分離装置及び吸引車 - Google Patents

Abstract

【課題】設置スペースや重量を殆ど増加させることなく、液体の流入量が過多の場合でも安定して効率的に気液分離を行える気液分離装置、及び当該気液分離装置を備えた吸引車を提供すること。
【解決手段】断面が円形の分離槽６１の側面に流入口６２が設けられており、分離槽６１において、流入口６２から流入した気液流体が旋回することにより気体と液体に分離され、気体は流入口６２よりも上方に設けられた排気口から排出され、液体は流入口６２よりも下方に設けられた流出口６４から排出される気液分離装置６０Ｂであって、分離槽６１の側面のうち流入口６２よりも下方には穴６６があけられており、液体は穴６６からも排出可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気等の気体と水等の液体が混合した気液流体を旋回させることにより気体と液体に分離する気液分離装置、及び当該気液分離装置を備えた吸引車に関する。

湿式の真空ポンプと、真空ポンプの入口側に配置され集塵機能を有するセパレータ（３次キャッチャ）と、真空ポンプの出口側に配置され封入水分離機能及び封入水貯留機能を有する補給水タンク（４次キャッチャ）を備えた強力吸引車が知られている。
補給水タンクの封入水分離機能は、真空ポンプの排気に含まれる水分を気液分離装置によって分離するものである。この気液分離装置としては、気液流体を貯留液体の液面に衝突させて気体と液体に分離する液面衝突式や、気液流体を旋回させて気体と液体に分離するサイクロン式など、様々な構造が採用されている。
例えば、特許文献１には、多数の孔を有する第１孔明きプレートと第２孔明きプレートを所定の空間を隔てて上下に隔置し、孔明きプレート間の空間に排気口を接続し、第２孔明きプレートの下側に液体回収槽を配置し、上側の第１孔明きプレートに液体ミストを含む空気を衝突させ、液体ミストを第１孔明きプレートと第２孔明きプレートを貫通させて液体回収槽に落下させ、空気のみを排気口から排出する気液分離器が開示されている。
また、特許文献２には、ルーツブロワにて吸引される回収対象物を回収するレシーバタンクを備えた吸引車において、レシーバタンクの下流側であってルーツブロワの上流側に接続された３次キャッチャと、ルーツブロワの下流側に接続され、３次キャッチャとは別個に配置された４次キャッチャとを備え、４次キャッチャが、共通のタンク上に複数のサイクロン集塵機が車両の前後方向に並べて配置された吸引車が開示されている。

特開２００５－８７７７９号公報 特開２０１０－１９０６８号公報

液面衝突式は、貯留液体の液面高さが変動すると、分離性能が変化する。一方、サイクロン式は、貯留液体の液面高さの影響は受けないが、真空ポンプから一度に大量の水が流入すると、旋回によっても気液を分離しきれず、排気口から空気と一緒に水が噴出してしまう可能性がある。例えば、真空ポンプが高真空状態で運転されている間は真空ポンプ内部及び排気配管内に封入水が滞留しているが、その状態から高真空状態が開放されると、真空ポンプの排気量が一気に増加し、増加した排気に引っ張られて、滞留していた大量の封入水が一度にサイクロン式の気液分離装置に流入する。そのような場合、気液分離装置内で旋回する多量の水の一部は壁面に寄らず中心付近において旋回しながら停滞しがちであり、その停滞している水が気体と一緒に上昇気流に乗って排出されてしまう。このような事象は、吸引作業中に回収物が無くなった場合や、営業先等において回収物を吸わない状態で吸引力の体感デモンストレーションを行っている場合などに発生しやすい。
この対策としては、流入する水量に合わせて段階的に大きさの異なる気液分離装置を複数設置することや、補給水タンクの前段にサイレンサを兼ねた気液分離装置を取り付けることも考えられるが、いずれも構成機器が増えて設置スペース及び重量が増加してしまうという問題がある。特に、強力吸引車など、気液分離装置の他にも多様な機器類を搭載する必要のある特装車両においては、個々の機器の設置スペースや重量を極力低減することが望まれている。
そこで、本発明は、設置スペースや重量を殆ど増加させることなく、液体の流入量が過多の場合でも安定して効率的に気液分離を行える気液分離装置、及び当該気液分離装置を備えた吸引車を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明の気液分離装置６０Ｂは、断面が円形の分離槽６１の側面に流入口６２が設けられており、分離槽６１において、流入口６２から流入した気液流体が旋回することにより気体と液体に分離され、気体は流入口６２よりも上方に設けられた排気口から排出され、液体は流入口６２よりも下方に設けられた流出口６４から排出される気液分離装置６０Ｂであって、分離槽６１の側面のうち流入口６２よりも下方には穴６６があけられており、液体は穴６６からも排出可能であることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の気液分離装置６０Ｂにおいて、穴６６は、複数のスリットであることを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項２に気液分離装置６０Ｂにおいて、スリットが上下方向に所定数配置された領域αが、円周方向に所定間隔で複数設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３に記載の気液分離装置６０Ｂにおいて、スリットが、気液流体の旋回方向に沿って斜め下向きに形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の気液分離装置６０Ｂにおいて、外筒６５を更に備え、外筒６５は、分離槽６１の側面のうち穴６６が設けられている箇所を外側から覆い、穴６６から排出された液体が流出口６４及び穴６６から排出された液体を貯留する貯留槽６０Ａ内において飛散するのを防ぐことを特徴とする。
請求項６記載の本発明の吸引車は、吸引した回収物１を収容する収容タンク２０と、シール及び冷却に水を要し収容タンクを減圧する真空ポンプ３０と、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の気液分離装置６０Ｂとを備え、気液分離装置６０Ｂは、真空ポンプ３０から吐出された気液流体を気体と液体に分離することを特徴とする。

本発明によれば、設置スペースや重量を殆ど増加させることなく、液体の流入量が過多の場合でも安定して効率的に気液分離を行える気液分離装置、及び当該気液分離装置を備えた吸引車を提供することができる。

本発明の一実施例による吸引車の外観図 同吸引車の主要構成を示す系統図 同セパレータと補給水タンクを示す図 同気液分離装置を示す図

本発明の第１の実施の形態による気液分離装置は、断面が円形の分離槽の側面に流入口が設けられており、分離槽において、流入口から流入した気液流体が旋回することにより気体と液体に分離され、気体は流入口よりも上方に設けられた排気口から排出され、液体は流入口よりも下方に設けられた流出口から排出される気液分離装置であって、分離槽の側面のうち流入口よりも下方には穴があけられており、液体は穴からも排出可能としたものである。
本実施の形態によれば、設置スペースや重量を増すことなく、液体の流入量が過多の場合でも安定して効率的に気液分離を行え、排気口からの液体の噴出を防止することができる。

本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態による気液分離装置において、穴を複数のスリットとしたものである。
本実施の形態によれば、分離槽に設けられたスリットから多くの水を円滑に排出することができる。

本発明の第３の実施の形態は、第２の実施の形態による気液分離装置において、スリットが上下方向に所定数配置された領域が、円周方向に所定間隔で複数設けられているものである。
本実施の形態によれば、分離槽に設けられたスリットから多くの水をより一層排出しやすくなる。

本発明の第４の実施の形態は、第３の実施の形態による気液分離装置において、スリットが、気液流体の旋回方向に沿って斜め下向きに形成されているものである。
本実施の形態によれば、斜め下向きのスリットにより液体の旋回流を下方へ誘導して流出口及び穴からの排出を促進し、分離効率を高めることができる。

本発明の第５の実施の形態は、第１から第４のいずれか一つの実施の形態による気液分離装置において、外筒を更に備え、外筒は、分離槽の側面のうち穴が設けられている箇所を外側から覆い、穴から排出された液体が流出口及び穴から排出された液体を貯留する貯留槽内において飛散することを防ぐものである。
本実施の形態によれば、穴から排出された液体をすぐに落下させて貯留することができるため、穴から排出された液体が貯留槽内で飛散して流出口から逆流し排気口から噴出してしまうことを効果的に防止できる。

本発明の第６の実施の形態による吸引車は、吸引した回収物を収容する収容タンクと、シール及び冷却に水を要し収容タンクを減圧する真空ポンプと、第１から第５のいずれか一つの実施形態による気液分離装置とを備え、気液分離装置は、真空ポンプから吐出された気液流体を気体と液体に分離するものである。
本実施の形態によれば、排気口からの液体の噴出を効果的に抑制する気液分離装置を備えた吸引車とすることができる。

以下、本発明の一実施例による気液分離装置及び吸引車について説明する。
図１は本実施例による吸引車の外観図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。図２は本実施例による吸引車の主要構成を示す系統図であり、太矢印は吸引作業時の空気の流れを示し、二連矢印は排出作業時の空気の流れを示し、細矢印は補給水の流れを示し、点線矢印は回収物１の流れを示している。

吸引車は、下水道・側溝清掃などで生じる汚泥や、建設現場で発生する土砂などといった回収物１を吸引して回収する。
吸引車は、吸入コック１１を有し回収物１を吸引する吸引ホース１０と、吸引ホース１０が吸引した回収物１を収容する収容タンク２０（１次キャッチャ）と、シール及び冷却に水を要し収容タンク２０を減圧する水封式の真空ポンプ（湿式真空ポンプ）３０と、収容タンク２０から真空ポンプ３０へ向かう空気と回収物１の混合流体から回収物１をある程度除去するサイクロン式の集塵機４０（２次キャッチャ）と、集塵機４０を経た混合流体が流入し、流入した混合流体を内部に貯留している水を利用して空気と回収物１に分離するセパレータ５０（３次キャッチャ）と、真空ポンプ３０に供給する水（補給水）を貯留すると共に、真空ポンプ３０から吐出された気液流体を気体と液体に分離する補給水タンク６０（４次キャッチャ）を備える。真空ポンプ３０から補給水タンク６０に流入する気液流体は、空気と水が混合したものである。

収容タンク２０は円筒形であり、荷台の後部において中心軸を水平方向かつ車体前後方向として設置されている。吸引ホース１０は、後端が収容タンク２０内に上向きに位置し、先端側が収容タンク２０の外へ延出している。収容タンク２０内には、吸引ホース１０の後端近傍にて吸引ホース１０の後端よりも上方に配置された衝突板２１と、衝突板２１から水平方向に所定距離あけた位置において上方へ突出した主マンホール２２が設けられている。
吸引ホース１０の先端から吸引された回収物１は、空気と共に吸引ホース１０の後端から噴出して衝突板２１に斜めの角度から衝突し、下方へ跳ね返されて収容タンク２０の下部に溜まっていく。
主マンホール２２には第一配管７０の一端が接続しており、第一配管７０の他端は集塵機４０に接続している。第一配管７０の途中にはメインバルブ７１が設けられている。吸引作業時は、メインバルブ７１が開となり、収容タンク２０を出た混合流体（回収物１混じりの空気）が第一配管７０を流れて集塵機４０に流入する。回収物１は集塵機４０内に生じる旋回流によって集塵機４０内の下部に落ちて溜まり、空気は集塵機４０の上部に一端が接続している第二配管８０へ排出される。集塵機４０を出た空気には回収物１がまだ混じっている可能性がある。

第二配管８０の他端はセパレータ５０の上部に接続しており、集塵機４０を出た空気はセパレータ５０に下向きに流入する。セパレータ５０内は、所定量の水が貯留されていると共にその上方は空間となっている。セパレータ５０に流入した回収物１混じりの空気は水に衝突し、これによって回収物１が水に捕捉され、回収物１が分離された空気はセパレータ５０の上部に一端が接続している第三配管９０へ排出される。

第三配管９０の他端は真空ポンプ３０に接続しており、セパレータ５０を出た空気は真空ポンプ３０に流入する。真空ポンプ３０は、シールと冷却に水を用いるポンプである。本実施例では、真空ポンプ３０として、１段側ポンプ室３１と２段側ポンプ室３２が直列につながれた湿式ルーツブロワを用いている。
１段側ポンプ室３１の出口には第四配管１００の一端が接続しており、第四配管１００の他端は補給水タンク６０の上部に接続している。第四配管１００の途中には、一端が第四配管１００に接続し他端が２段側ポンプ室３２の入口に接続した第一分岐管１０１が設けられていると共に、チェッキ弁１０２が第一分岐管１０１との接続箇所よりも下流側に設けられている。
２段側ポンプ室３２の出口には第五配管１１０の一端が接続しており、第五配管１１０の他端は第四配管１００にチェッキ弁１０２よりも下流側の位置で接続している。第五配管１１０の途中には、一端が第五配管１１０に接続し他端が第一配管７０に接続した第二分岐管１１１が設けられていると共に、第二分岐管１１１との接続箇所よりも下流側には、吸引作業時に開、排出作業時に閉となる加圧切替バルブ１１２が設けられている。第二分岐管１１１の途中には、第三分岐管１１３の一端が接続していると共に、その接続箇所よりも下流側には、吸引作業時に閉、排出作業時に開となる加圧バルブ１１４が設けられている。第三分岐管１１３の他端は第五配管１１０に加圧切替バルブ１１２よりも下流側の位置で接続しており、その途中には加圧安全弁１１５が設けられている。
また、第一配管７０において、第二分岐管１１１との接続箇所よりも下流側にはドレントラップ１４０と圧力計１５０が設けられている。

真空ポンプ３０から排出された空気及び水からなる気液流体は、第四配管１００を流れて補給水タンク６０に流入する。
補給水タンク６０の一部を構成する貯留槽６０Ａは、内部に所定量の水が貯留されていると共にその上方は空間となっている。補給水タンク６０に流入した空気及び水のうち、水は補給水として利用するため回収され、空気は補給水タンク６０の上部に設けられた排気管６３から大気に放出される。
排気管６３には第四分岐管１３０の一端が接続しており、第四分岐管１３０の他端は第二配管８０に接続している。第四分岐管１３０の途中には、吸引作業時に閉、排出作業時に開となる負荷開放バルブ１３１が設けられている。
補給水タンク６０の下部には、補給水を真空ポンプ３０へ送出する送出配管１２０の一端が接続しており、送出配管１２０の他端は第三配管９０のうち真空ポンプ３０に近い位置に接続している。送出配管１２０には、補給水の供給有無を作業員等が目視確認するための透視管１２１が設けられている。

図３はセパレータと補給水タンクを示す図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は内部構造を示すため一部透明化した図である。図４は気液分離装置を示す図であり、図４（ａ）は下方からの斜視図、図４（ｂ）は上方からの斜視図、図４（ｃ）は内部構造を示すため一部透明化した図である。
セパレータ５０と補給水タンク６０は隣接しており、荷台のうち収容タンク２０よりも前方の位置において、中心軸を水平方向かつ車体幅方向として設置されている。
補給水タンク６０は、真空ポンプ３０に供給する水を貯留する貯留槽６０Ａと、サイクロン式の気液分離装置６０Ｂを備える。気液分離装置６０Ｂは、貯留槽６０Ａの上面を貫通し一部が貯留槽６０Ａの内部に収まった状態で鉛直向きに配置されている。
気液分離装置６０Ｂは、中空で横断面が円形の分離槽６１と、分離槽６１の側面において分離槽６１に対して略垂直に設けられた流入口６２と、分離槽６１から上方に突出した排気管６３と、分離槽６１の下端に位置する流出口６４と、横断面が円形で分離槽６１よりも大径の外筒６５を備える。
上端を排気口とする排気管６３は、鉛直向きに配置され、下端が分離槽６１内において流入口６２と略同じ高さに位置している。
分離槽６１は、円筒形状の円筒部６１Ａと、円筒部６１Ａの下端に連接した逆円錐台形状のテーパー部６１Ｂを有し、テーパー部６１Ｂの下端が流出口６４となっている。また、円筒部６１Ａの側面のうち概ね流入口６２よりも下方には、穴６６があけられている。

流入口６２から分離槽６１の内壁に沿うように接線方向から流入した気液流体は、分離槽６１内において円周方向に旋回する。この旋回により、空気よりも比重が大きい水分は遠心力により分離槽６１の内壁に密着しつつテーパー部６１Ｂに沿って下方へ移動する一方で、空気は上昇気流により上方へ移動することで、気液流体は空気と水に分離し、空気は排気管６３を介して補給水タンク６０外へ排出され、水は流出口６４から落下し貯留槽６０Ａに溜まっていく。
このとき、上述のように従来であれば、気液流体に含まれる水量が多いと分離槽６１の内壁に密着せずに旋回流の中心方向に移動する水が増え、そのような非密着の水は流出口６４まで至らずに上昇気流に乗ってしまい排気口から水が噴出する原因となるが、本実施例の分離槽６１の円筒部６１Ａには穴６６が設けられているため、旋回する気液流体に含まれる水分は、テーパー部６１Ｂに沿って流出口６４から排出されるのみならず、円筒部６１Ａに設けられている穴６６からも排出される。これにより、水が旋回流の中心方向に移動し上昇気流に乗って排気口から噴出することを効果的に防止できる。また、気体と液体との粘性の違いにより、穴６６からは液体である水のみを分離排出できるため、気液分離をより一層効率的に行うことができる。

穴６６は、図４に示すような複数のスリットであることが好ましい。これにより、円筒部６１Ａに設けたスリットから多くの水を円滑に排出することができる。
また、上下方向に所定数のスリットを配置して一つの領域α（図４（ａ）において一点鎖線で囲った領域）とし、当該領域αを円周方向に所定間隔で複数設けることが好ましい。これにより、円筒部６１Ａに設けたスリットから多くの水をより一層排出しやすくなる。本実施例においては、領域αの数を九つとし、各領域αにおいて上下方向に７個のスリットを設けている。
また、スリットは、気液流体の旋回方向に沿って斜め下向きに形成されていることが好ましい。これにより、斜め下向きのスリットによって液体の旋回流を下方へ誘導して流出口６４及び穴６６からの排出を促進し、分離効率を高めることができる。

外筒６５は、分離槽６１の側面のうち穴６６が設けられている箇所を覆うように、円筒部６１Ａの外側に所定の隙間をもって配置されている。円筒部６１Ａが外筒６５に囲繞されていることで、穴６６から横向きに飛び出した液体は外筒６５に衝突して下向きに方向転換する。これにより、穴６６から排出された液体をすぐに落下させて貯留槽６０Ａに溜めることができるため、穴６６から排出された液体が貯留槽６０Ａ内で飛散して流出口６４から分離槽６１内へ逆流し、排気管６３を通って排気口から噴出することを効果的に防止できる。

以上説明したように、分離槽６１の側面のうち流入口６２よりも下方に穴６６を設け、穴６６からも液体を排出可能とすることで、大きさの異なる気液分離装置６０Ｂを段階的に複数設置したり、サイレンサを兼ねた気液分離装置６０Ｂを前段に設けたりする場合と比べて、設置スペースや重量を増すことなく、一度に大量の液体が流入した場合でも安定して効率的に気液分離を行え、排気口からの液体の噴出を防止する気液分離装置６０Ｂとすることができる。
また、この気液分離装置６０Ｂを吸引車に搭載することで、吸引作業時や、客先におけるデモンストレーション時などにおいて、気液分離装置６０Ｂから液体が噴出することを効果的に抑制することができる。

１ 回収物
２０ 収容タンク
３０ 真空ポンプ
６０Ａ 貯留槽
６０Ｂ 気液分離装置
６１ 分離槽
６２ 流入口
６４ 流出口
６５ 外筒
６６ 穴（スリット）
α 領域

Claims (6)

1. 断面が円形の分離槽の側面に流入口が設けられており、
   前記分離槽において、前記流入口から流入した気液流体が旋回することにより気体と液体に分離され、前記気体は前記流入口よりも上方に設けられた排気口から排出され、前記液体は前記流入口よりも下方に設けられた流出口から排出される気液分離装置であって、
   前記分離槽の前記側面のうち前記流入口よりも下方には穴があけられており、前記液体は前記穴からも排出可能であることを特徴とする気液分離装置。
2. 前記穴は、複数のスリットであることを特徴とする請求項１に記載の気液分離装置。
3. 前記スリットが上下方向に所定数配置された領域が、円周方向に所定間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項２に気液分離装置。
4. 前記スリットが、前記気液流体の旋回方向に沿って斜め下向きに形成されていることを特徴とする請求項３に記載の気液分離装置。
5. 外筒を更に備え、
   前記外筒は、前記分離槽の前記側面のうち前記穴が設けられている箇所を外側から覆い、前記穴から排出された液体が前記流出口及び前記穴から排出された前記液体を貯留する貯留槽内において飛散するのを防ぐことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の気液分離装置。
6. 吸引した回収物を収容する収容タンクと、
   シール及び冷却に水を要し前記収容タンクを減圧する真空ポンプと、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の気液分離装置とを備え、
   前記気液分離装置は、前記真空ポンプから吐出された気液流体を気体と液体に分離することを特徴とする吸引車。

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