JP2023093054A - 分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体の発泡をより効果的に抑制することが可能な分離装置を提供する。【解決手段】 本発明の一態様に係る分離装置は、中心軸線に沿って延び、内部に異物を含む液体を導入するための導入口と、下端に設けられ異物を排出するための第１排出口と、を有し、内部で液体を旋回させ遠心力によって液体から異物を分離するとともに、第１排出口から中心軸線に沿って延びる柱状の空気層が形成され、空気層の外周面に沿って異物が分離された液体が上昇するサイクロンと、サイクロンの延在方向における第１排出口の反対側に設けられ、サイクロンの上端に設けられ連通孔が形成された隔壁と第２排出口とを有し、連通孔によって内部と連通されたクリーンケースと、連通孔から中心軸線に沿って延び、複数の第１孔を有する気液分離管と、中心軸線に沿って延び、気液分離管を囲むとともに、複数の第２孔を有する内壁と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、分離装置に関する。

工作機械により金属材料などを機械加工する際、加工精度の向上、工具の寿命の延命、および切り屑や金属粉などの排出を促進することを目的として研削液、切削液、クーラントなどと呼ばれる各種の液体が使用される。

これらの液体は、機械加工により生じた切り屑や金属粉などの異物が含まれた状態で工作機械から排出される。排出された液体は、異物を分離し取り除いた後、工作機械に戻して再利用される。異物が含まれる液体から異物を分離し取り除くための分離装置に関し、これまで様々な提案がなされている。

例えば特許文献１には、発泡抑制型液体サイクロンが開示されている。このサイクロンは、重力方向に向かって内径が次第に小さくなる部分を有し内径の大径部に供給された分離対象液状体を旋回させて比重の大きい物質と比重の小さい液体とに分離する旋回流室を備え、分離された前記比重の大きい物質が排出される排出口を下端に有すると共に分離された前記比重の小さい液体が旋回流として上昇する上昇流路を上端に有するサイクロン本体と、前記サイクロン本体の上端に設けられ前記上昇流路を通って前記比重の小さい液体が流入する上室とを具備する液体サイクロンであって、前記サイクロン本体の下端の排出口の気圧Ｐをゲージ圧で－０．５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ≦Ｐ＜０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの負圧の範囲になるように、前記上室から前記比重の小さい液体が流出する流出路の横断面積を規制したことを特徴としている。

このサイクロンは、分離されて回収された液体の発泡を十分に抑制することを課題としている。

特開２００８－６６５号公報

上記特許文献１に開示されたサイクロンを踏まえても、液体の発泡を抑制するための構造に関しては、未だに種々の改善の余地がある。

そこで、本発明は、液体の発泡をより効果的に抑制することが可能な分離装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様に係る分離装置は、中心軸線に沿って延び、内部に異物を含む液体を導入するための導入口と、下端に設けられ前記異物を排出するための第１排出口と、を有し、前記内部で前記液体を旋回させ遠心力によって前記液体から前記異物を分離するとともに、前記第１排出口から前記中心軸線に沿って延びる柱状の空気層が形成され、前記空気層の外周面に沿って前記異物が分離された液体が上昇するサイクロンと、前記サイクロンの延在方向における前記第１排出口の反対側に設けられ、前記サイクロンの上端に設けられ連通孔が形成された隔壁と第２排出口とを有し、前記連通孔によって前記内部と連通されたクリーンケースと、前記クリーンケースに設けられ、前記連通孔から前記中心軸線に沿って延び、複数の第１孔を有する気液分離管と、前記クリーンケースに設けられ、前記中心軸線に沿って延び、前記気液分離管を囲むとともに、複数の第２孔を有する内壁と、を備える。

前記空気層に沿って前記第１排出口から前記気液分離管まで上昇した前記異物が分離された液体は、前記複数の第１孔および前記複数の第２孔を通過し、前記第２排出口から前記クリーンケースの外部へ排出される。

本発明によれば、液体の発泡をより効果的に抑制することが可能な分離装置を提供することができる。

図１は、一実施形態に係る分離装置の概略的な斜視図である。 図２は、図１に示す分離装置の概略的な断面図である。 図３は、分離装置が備える気液分離管および内壁の概略的な部分拡大図である。 図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿って示す気液分離管の概略的な断面図である。 図５は、図１に示す分離装置の比較例を示す図である。 図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿って示す気液分離管の概略的な断面図である。 図７は、第１孔および第２孔に適用可能な孔の他の例を説明するための図である。 図８は、第１孔および第２孔に適用可能な孔のさらに他の例を説明するための図である。 図９は、第１孔および第２孔に適用可能な孔のさらに他の例を説明するための図である。

分離装置の一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ符号を付して、詳細な説明を省略する場合もある。

本実施形態においては、液体に含まれる異物を遠心力によって分離し取り除くための分離装置について開示する。液体には、例えば研削液、切削液、およびクーラントなどが含まれる。異物には、例えば金属材料などの切り屑、金属粉などが含まれる。

図１は、本実施形態に係る分離装置１の概略的な斜視図である。図２は、図１に示す分離装置１の概略的な断面図である。図３は、分離装置１が備える気液分離管６０および内壁７０の概略的な部分拡大図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿って示す気液分離管６０の概略的な断面図である。図１においては、説明の都合上、部品の一部を透過させて示している。図１および図２においては、分離装置１における液体の流れを矢印にて示す。

図１および図２に示すように、分離装置１は、サイクロン１０と、クリーンケース２０と、導入管３１と、排出管３２と、を備えている。サイクロン１０は、中心軸線ＣＸに沿って延びている。

ここで、中心軸線ＣＸに沿う平行な方向を軸方向Ｄｘと定義する。軸方向Ｄｘ一方側を上または上方と定義し、軸方向Ｄｘ他方側を下または下方と定義する。サイクロン１０の延在方向は、軸方向Ｄｘに相当する。中心軸線ＣＸを中心として中心軸線ＣＸから離れる方向を半径方向Ｄｒと定義し、中心軸線ＣＸを中心とする周方向θを定義する。

サイクロン１０は、導入部４０と、導入部４０と接続されたドレン部５０と、を有している。導入部４０は、サイクロン１０の上端側に位置し、ドレン部５０はサイクロン１０の下端側に位置している。サイクロン１０は、端部１１と、端部１１と反対側の端部１２を有している。端部１１はサイクロン１０の上端に相当し、端部１２はサイクロン１０の下端に相当する。

導入部４０は、円筒状に形成されている。導入部４０は、半径方向Ｄｒ内側に位置する内周面４１と、半径方向Ｄｒ外側に位置する外周面４２と、を有している。内周面４１および外周面４２は、軸方向Ｄｘに沿って一様な径で延びている。

ドレン部５０は、導入部４０と同軸上に位置している。ドレン部５０は、導入部４０と接続された円柱状の第１部材５１と、第１部材５１と接続された円柱状の第２部材５２と、を有している。第１部材５１および第２部材５２は、半径方向Ｄｒ外側に位置する外周面５３，５４をそれぞれ有している。外周面５３，５４は、軸方向Ｄｘに沿って一様な径で延びている。第１部材５１の外径は、第２部材５２の外径よりも大きい。

ドレン部５０は、第１部材５１から第２部材５２にわたり形成された内周面５５を有している。内周面５５は、内周面４１の下端側において周方向θにわたり接続されている。内周面５５は、内周面４１との接続箇所からサイクロン１０の下端に向けて延びる円錐面状に形成されている。内周面５５は、サイクロン１０の下端に向かうに従い徐々に内径が小さくなっている。以下、内周面４１と内周面５５とによって囲われた領域を「サイクロン１０の内部ＩＮ１０」と呼ぶ。

導入部４０側の第１部材５１の端部には、外周面５３から半径方向Ｄｒに突出するフランジ５６が設けられている。図２に示す例において、サイクロン１０は、ボルトなどの固定部材５７によりフランジ５６を介して、後述のクリーンケース２０の底壁と接続されている。

サイクロン１０は、導入口１３と、第１排出口１４と、をさらに有している。導入口１３は、サイクロン１０の内部ＩＮ１０に異物を含む液体を導入する。導入口１３は、導入部４０に設けられている。図２に示す例において、導入口１３は、導入部４０の端部１１側に設けられている。導入口１３は、円筒状に形成された導入部４０の接線方向に沿うように開口している。

導入口１３には、導入管３１が接続されている。導入管３１には、異物を含む液体が流入する。導入管３１は、導入口１３を介してサイクロン１０の内部ＩＮ１０とサイクロン１０の外部とを連通している。導入管３１から導入口１３に導入される液体は、導入部４０の接線方向に沿って導入部４０の内部に供給される。図１に示す例において、導入管３１には、圧力計３３が設けられている。圧力計３３は、例えば圧力センサなどでもよい。

第１排出口１４は、液体から分離された異物を多く含む液体をサイクロン１０の内部ＩＮ１０からサイクロン１０の外部へ排出する。第１排出口１４は、サイクロン１０の内部ＩＮ１０とサイクロン１０の外部とを連通している。第１排出口１４は、サイクロン１０の端部１２に設けられている。

より具体的には、第１排出口１４は、下端側の第２部材５２の端部において、軸方向Ｄｘに沿って延びるよう設けられている。図２に示す例において、第１排出口１４の内周面は、内周面５５との接続箇所からサイクロン１０の下端に向かうに従い徐々に内径が大きくなる円錐面状に形成されている。

クリーンケース２０は、サイクロン１０によって異物が分離された液体を内部に貯留する。図１および図２に示すように、クリーンケース２０は、サイクロン１０の上端側に設けられている。他の観点からは、分離装置１において、クリーンケース２０は、軸方向Ｄｘにおける第１排出口１４の反対側に設けられている。

クリーンケース２０は、側壁２１と、底壁２２と、軸方向Ｄｘにおける底壁２２の反対側の上壁２３と、を有している。底壁２２および上壁２３は、側壁２１に接続されている。以下、側壁２１、底壁２２、および上壁２３によって囲われた領域を「クリーンケース２０の内部ＩＮ２０」と呼ぶ。クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、液体が貯留される。図１および図２に示す例において、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、導入部４０が位置している。

側壁２１は、中心軸線ＣＸを中心とする円筒状に形成されている。側壁２１は、半径方向Ｄｒ内側に位置する内周面２４と、半径方向Ｄｒ外側に位置する外周面２５と、を有している。内周面２４および外周面２５は、軸方向Ｄｘに沿って一様な径で延びている。底壁２２および上壁２３は、中心軸線ＣＸを中心とする円板形状である。上壁２３は、例えば側壁２１に対して着脱可能に設けられている。

クリーンケース２０は、隔壁２６と、第２排出口２７と、をさらに有している。隔壁２６は、サイクロン１０の内部ＩＮ１０とクリーンケース２０の内部ＩＮ２０とを隔てている。隔壁２６は、端部１１に設けられている。隔壁２６は、中心軸線ＣＸを中心とする円板形状である。図１および図２に示す例において、隔壁２６の外径は、導入部４０の外径とおおよそ等しい。

隔壁２６には、中心軸線ＣＸを中心とする連通孔２８が設けられている。連通孔２８は、サイクロン１０の内部ＩＮ１０とクリーンケース２０の内部ＩＮ２０とを連通する。連通孔２８は、中心軸線ＣＸを中心とする円形状である。

第２排出口２７は、異物が分離された液体をクリーンケース２０の内部ＩＮ２０からクリーンケース２０の外部へ排出する。第２排出口２７は、側壁２１に設けられている。第２排出口２７には、排出管３２が接続されている。排出管３２は、第２排出口２７を介してクリーンケース２０の内部ＩＮ２０とクリーンケース２０の外部とを連通している。クリーンケース２０の内部ＩＮ２０からは、第２排出口２７を除き液体が流出しないように形成されている。

クリーンケース２０の外部には、例えば第２排出口２７から排出された液体を貯留するための液体回収タンク（図示しない）が設けられている。排出管３２は、液体回収タンクへ向けて延びている。

図１に示す例において、排出管３２には、バルブ３４が設けられている。バルブ３４は、開度を調整することで排出管３２から排出される流量を調整する。さらに、バルブ３４は、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０に貯留される液体の量を調整する。

他の観点からは、バルブ３４は、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０における液面の高さを調整する。バルブ３４を設けることで、液面の高さの調整が行いやすくなる。バルブ３４の開度の調整は、例えばバルブ３４に設けられたハンドル３５を操作することで行う。バルブ３４は、例えば仕切弁である。

分離装置１は、連通管３６と、気液分離管６０と、気液分離管６０を囲む内壁７０と、をさらに備えている。連通管３６は、導入部４０の内部において中心軸線ＣＸと同軸上に設けられている。連通管３６は、円筒状に形成されている。連通管３６は、軸方向Ｄｘにおいて連通孔２８から第１排出口１４に向けて延びている。

連通管３６は、連通孔２８を介して、サイクロン１０の内部ＩＮ１０とクリーンケース２０の内部ＩＮ２０とを連通する。図２に示す例において、連通管３６は、ドレン部５０までは延びていない。他の観点からは、連通管３６の長さは、導入部４０の長さよりも短い。

気液分離管６０は、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０において中心軸線ＣＸと同軸上に設けられている。気液分離管６０は、円筒状に形成されている。気液分離管６０は、軸方向Ｄｘに沿って連通孔２８から上壁２３に向けて延びている。図２に示す例において、気液分離管６０の一端は連通管３６と接続され、気液分離管６０の他端は上壁２３と接している。

気液分離管６０は、半径方向Ｄｒ内側に位置する内周面６１と、半径方向Ｄｒ外側に位置する外周面６２と、を有している。内周面６１および外周面６２は、軸方向Ｄｘに沿って一様な径で延びている。気液分離管６０の内部は、連通管３６の内部と接続されている。図２に示す例において、気液分離管６０の内径は、連通管３６の内径とおおよそ等しい。

気液分離管６０は、複数の第１孔６３を有している。複数の第１孔６３は、例えば気液分離管６０の全体に設けられている。図３に示す例において、複数の第１孔６３は、軸方向Ｄｘおよび周方向θにそれぞれ均一な間隔を置いて設けられている。第１孔６３は、内周面６１と外周面６２とを貫通する貫通孔である。第１孔６３の形状は、例えば円形状である。

内壁７０は、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０において気液分離管６０を半径方向Ｄｒ外側から囲うように中心軸線ＣＸと同軸上に設けられている。内壁７０は、円筒状に形成されている。図２に示す例において、内壁７０の外径は、導入部４０の外径とおおよそ等しい。

内壁７０は、軸方向Ｄｘに沿って隔壁２６から上壁２３に向けて延びている。内壁７０は、半径方向Ｄｒ内側に位置する内周面７１と、半径方向Ｄｒ外側に位置する外周面７２と、を有している。内周面７１および外周面７２は、軸方向Ｄｘに沿って一様な径で延びている。

内壁７０は、サイクロン１０の上端側に位置する気液分離管６０の一部分を周方向θの全体にわたり囲んでいる。内壁７０の内径は、気液分離管６０の外径よりも大きく、側壁２１の内径よりも小さい。

図２に示す例において、半径方向Ｄｒにおける気液分離管６０の外周面６２から内壁７０の内周面７１までの長さは、側壁２１の内周面２４から内壁７０の外周面７２までの長さとおおよそ等しい。気液分離管６０の外周面６２から内壁７０の内周面７１までの長さは、側壁２１の内周面２４から内壁７０の外周面７２までの長さよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。

例えば、軸方向Ｄｘにおいて、気液分離管６０の内壁７０で囲われている領域は、気液分離管６０の内壁７０で囲われていない領域よりも小さい。図２においては、気液分離管６０の内壁７０で囲われている領域を領域Ｐ１で示し、気液分離管６０の内壁７０で囲われていない領域を領域Ｐ２で示す。例えば、気液分離管６０の内壁７０で囲われている領域Ｐ１の軸方向Ｄｘの長さは、気液分離管６０の軸方向Ｄｘの長さの２分の１よりも小さい。

内壁７０は、複数の第２孔７３を有している。複数の第２孔７３は、例えば内壁７０の全体に設けられている。図３に示す例において、複数の第２孔７３は、軸方向Ｄｘおよび周方向θにそれぞれ均一な間隔を置いて設けられている。第２孔７３は、内周面７１と外周面７２とを貫通する貫通孔である。第２孔７３の形状は、例えば円形状である。

図３に示すように、複数の第２孔７３の大きさは、複数の第１孔６３の大きさよりも大きい。他の観点からは、内壁７０の開口率は、気液分離管６０の開口率よりも大きい。ここで、「大きさ」とは第１孔６３および第２孔７３の開口面積に相当し、「開口率」とは単位面積に対する開口面積の合計の割合である。

例えば、第１孔６３の直径Ｄ１は１～２ｍｍであり、第２孔７３の直径Ｄ２は例えば３～５ｍｍである。一例では、第１孔６３の直径Ｄ１は１ｍｍであり、第２孔７３の直径Ｄ２は例えば３ｍｍである。気液分離管６０および内壁７０は、例えばパンチングプレートのような多数の孔を有する多孔板によって形成することができる。

側壁２１は、内壁７０および導入部４０を半径方向Ｄｒ外側から囲っている。底壁２２は、軸方向Ｄｘにおいて第１排出口１４と隔壁２６との間に位置している。図２に示す例において、底壁２２は、軸方向Ｄｘにおいて、ドレン部５０側の導入部４０の端部に設けられている。

第２排出口２７は、軸方向Ｄｘにおいて底壁２２と隔壁２６との間に位置している。第２排出口２７は、半径方向Ｄｒにおいて、ドレン部５０側の導入部４０の外周面４２と向かい合うように開口している。他の観点からは、第２排出口２７は、軸方向Ｄｘにおいて底壁２２と導入口１３との間に位置している。図２に示す例において、サイクロン１０の下端側の第２排出口２７の一端は、底壁２２の上面と半径方向Ｄｒに重なるように設けられている。

クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、気液分離管６０と内壁７０との間に第１貯留部８１が形成され、導入部４０と側壁２１との間および内壁７０と側壁２１との間に第２貯留部８２が形成されている。他の観点からは、第２貯留部８２は、第１貯留部８１を周方向θに囲っている。

第２貯留部８２の体積は、例えば第１貯留部８１の体積よりも大きい。他の観点からは、第２貯留部８２の軸方向Ｄｘの長さは、第１貯留部８１の軸方向Ｄｘの長さよりも長い。

図２に示すように、気液分離管６０には、逃し孔６４が設けられている。逃し孔６４は、複数の第１孔６３が異物により閉じられた際に、気液分離管６０へ流入した液体をクリーンケース２０の内部ＩＮ２０へ排出する。逃し孔６４は、気液分離管６０の上方に複数（例えば、２つ）設けられている。逃し孔６４は、第１孔６３よりも大きく、内壁７０によって囲われていない。

分離装置１は、ドレン部５０の第１部材５１を半径方向Ｄｒ外側から囲うカバー３７をさらに備えている。カバー３７は、中心軸線ＣＸを中心とする円筒状に形成されている。カバー３７は、軸方向Ｄｘに沿って一様な径で延びている。カバー３７の外径は、例えば側壁２１の外径とおおよそ等しくてもよいし、側壁２１の外径よりも小さくてもよい。第１排出口１４の下方には、例えば第１排出口１４から排出された異物や液体を貯留するための異物回収タンク（図示しない）が設けられている。

次に、分離装置１における異物を含む液体から異物を分離し取り除く工程について、説明する。

まず、サイクロン１０の内部ＩＮ１０には、異物を含む液体が導入管３１を介して導入口１３から導入される。液体は、導入部４０の接線方向に所定の流速で供給される。供給された液体は、導入部４０の内周面４１およびドレン部５０の内周面５５に沿って旋回しながら、第１排出口１４へ向けて下降する。

これにより、サイクロン１０の内部ＩＮ１０には、中心軸線ＣＸを中心とする下降渦流が発生する。図２においては、下降渦流を渦流ＤＶで示す。液体に含まれた異物は、サイクロン１０の内部ＩＮ１０において下降渦流に基づく遠心力により分離される。

分離された異物は、ドレン部５０の内周面５５に集まるとともに、ドレン部５０の内周面５５に沿って旋回しながら下降する。異物は、例えばスラッジとなって第１排出口１４から少量の液体とともに排出される。排出された異物および液体は、異物回収タンクに回収される。

ドレン部５０の内周面５５に沿って下降した下降渦流は、第１排出口１４の付近で上向きの力を受けて上昇に転じる。これにより、サイクロン１０の中心軸線ＣＸに沿って第１排出口１４からクリーンケース２０に向かう上昇渦流が形成される。図２においては、上昇渦流を渦流ＲＶで示す。

図４に示すように、上昇渦流は、中心軸線ＣＸを中心とする柱状の空気層８４と、空気層８４の周りに形成された液体層８５と、を含んでいる。空気層８４の中央部には、真空の部分が形成されている。空気層８４は、軸方向Ｄｘに沿って第１排出口１４から連通管３６を通って気液分離管６０に向けて延びている。液体層８５は、空気層８４の外周面に沿って第１排出口１４から気液分離管６０に向けて異物が分離された液体が上昇することで形成されている。

上昇渦流が気液分離管６０へ流入することで、空気層８４に沿って第１排出口１４から気液分離管６０まで異物が分離された液体が上昇する。上昇渦流の表層部分に位置する液体層８５から気液分離管６０の複数の第１孔６３を通過して第１貯留部８１へ液体が流れる。第１貯留部８１へ流入した液体は、内壁７０の複数の第２孔７３を通過して第２貯留部８２へ流れる。

第１貯留部８１へ流入した液体の一部は、内壁７０を越えて第２貯留部８２へ流れる。他の観点からは、第１貯留部８１へ流入した液体の一部は、第２貯留部８２へオーバフローする。分離装置１の稼働時において、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、第１貯留部８１から第２貯留部８２へ液体の流れが２つ形成される。

第２孔７３の大きさを調整することにより、複数の第２孔を通過する流量とオーバフローする流量とを調整することができる。複数の第２孔７３を通過する流量は、例えばオーバフローする流量よりも多い。他の観点からは、複数の第２孔の大きさによりオーバフローする流量を抑制することができる。

気液分離管６０から流入した液体は、主に第１貯留部８１および第２貯留部８２に一時的に貯留される。サイクロン１０の内部ＩＮ１０において異物は液体から分離されているため、クリーンケース２０に貯留された液体には異物がほとんど含まれていない。クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、貯留された液体により液面が形成される。図１および図２においては、液面を液面Ｌ１として示す。

クリーンケース２０の内部ＩＮ２０において、液面Ｌ１よりも上方には、空気だまり８３が形成される。第２貯留部８２に貯留された液体は、第２排出口２７から排出管３２を介して液体回収タンクへ排出される。

分離装置１の稼働時には、気液分離管６０および内壁７０は液体に浸かっている。例えば、液面Ｌ１は、気液分離管６０の軸方向Ｄｘの中心よりもサイクロン１０側に位置している。気液分離管６０の液体に浸かっている領域の軸方向Ｄｘの長さは、例えば気液分離管６０の液体に浸かっていない領域の軸方向Ｄｘの長さよりも小さい。

分離装置１の稼働時において、内壁７０の全体は、液体に浸かっている。図１に示すように、内壁７０は、分離装置１の稼働時における液面Ｌ１以下となるように設けられている。

他の観点からは、内壁７０は、分離装置１の稼働時における液面Ｌ１よりもサイクロン１０側に位置している。図１に示すように、軸方向Ｄｘにおいて、隔壁２６から液面Ｌ１までの長さＨ１は、内壁７０の長さＨ７０よりも長い。

ここで、本実施形態に係る分離装置１の比較例を示す。図５は、図１に示す分離装置１の比較例を示す図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿って示す気液分離管６０の概略的な断面図である。図５においては、説明の都合上、部品の一部を透過させて示している。

図５に示すように、分離装置１００が備える内壁７０は、第２孔７３を有していない。軸方向Ｄｘにおいて、底壁２２は、隔壁２６と同じ位置にある。図５に示す例において、底壁２２は隔壁２６と一体で形成されている。

底壁２２は、図１と比較して、軸方向Ｄｘにおいて、より上方に形成されている。そのため、第２排出口２７は、内壁７０と向かい合っている。第２排出口２７は、図１と比較して、軸方向Ｄｘにおいて、より上方に形成されている。

分離装置１００において、上昇渦流が気液分離管６０へ流入すると、上昇渦流の表層部分に位置する液体層８５から気液分離管６０の複数の第１孔６３を通過して第１貯留部８１へ液体が流れる。第１貯留部８１へ流入した液体は、内壁７０に衝突する。液体の一部は内壁７０に衝突し、内壁７０の内周面を軸方向Ｄｘに沿って流れる。

そして、液体は、内壁７０を越えて第２貯留部８２へ流れる。分離装置１００の稼働時において、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、第１貯留部８１から内壁７０を越えて第２貯留部８２へ流れる液体の流れが１つ形成される。

分離装置１００の稼働時において、第１貯留部８１から内壁７０を越えて第２貯留部８２へ液体が流れるため、液面は暴れやすく、安定しにくい。「液面が暴れる」とは、液面が軸方向Ｄｘに動くこと、液面がうねることなどをいう。

図５においては、液面を液面Ｌ１００として示す。液面Ｌ１００が暴れることで、液体が空気だまり８３から空気を巻き込みやすく、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０で液体は発泡しやすくなる。液面Ｌ１００が暴れることで、バルブ３４による液面Ｌ１００の軸方向Ｄｘにおける位置の調整が行いにくい。

液面Ｌ１００が安定しないと、気液分離管６０からクリーンケース２０の内部ＩＮ２０への流量が安定しない。その結果、上昇渦流の液体層８５を形成する液体の流れは安定しにくくなる。

このため、図６に示すように液体層８５の厚さＷ１００は、周方向θに均一でない。液体層８５の厚さＷ１００は、図４と比較して、大きくなる。さらに、上昇渦流が安定して形成されない場合には、サイクロン１０の内部ＩＮ１０における液体からの異物の分離精度の低下の原因となり得る。分離精度は、濾過精度とも呼ばれる場合がある。

軸方向Ｄｘにおいて、底壁２２は、隔壁２６と同じ位置にあるため、図１と比較して、液面Ｌ１００は高い。他の観点からは、隔壁２６から液面Ｌ１００までの長さＨ１００は、図１に示す隔壁２６から液面Ｌ１までの長さＨ１よりも長い。さらに、第２排出口２７が液面Ｌ１００に近くなるため、液面Ｌ１００が低下すると第２排出口２７から液体が排出される際に空気を巻き込みやすくなる。

以上のように構成された本実施形態の分離装置１は、気液分離管６０を囲むとともに、複数の第２孔７３を有する内壁７０を備えている。内壁７０に複数の第２孔７３を形成することで、分離装置１には、第１貯留部８１から複数の第２孔７３を通過して第２貯留部８２へ流れる液体の流れを形成することができる。

クリーンケース２０の内部ＩＮ２０には、第１貯留部８１から第２貯留部８２へ液体の流れが２つ形成される。複数の第２孔７３を通過する際に液体の勢いが抑えられることで、スムーズに液体を第１貯留部８１から第２貯留部８２へ流すことができる。

内壁７０に複数の第２孔７３を形成することで、第１貯留部８１へ流入した液体は、内壁７０の内周面７１に衝突しにくくなる。これにより、軸方向Ｄｘに内壁７０の内周面７１に沿う液体の流れを抑制することができる。

その結果、液面Ｌ１は暴れにくく、安定しやすくなる。液面Ｌ１が安定することで、液体が空気だまり８３から空気を巻き込みにくく、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０における液体の発泡を効果的に抑制することができる。したがって、分離装置１であれば、図５に示した分離装置１００と比較して、液体の発泡をより効果的に抑制することができる。

分離装置１からは、気泡をほとんど含まない液体を排出管３２からクリーンケース２０の外部へ排出することができる。本実施形態の分離装置１であれば、消泡剤などを用いる必要がなく、液体の発泡を抑制することができる。

さらに、複数の第２孔７３の大きさを複数の第１孔６３の大きさよりも大きくすることで、複数の第２孔７３を通過する流量をオーバフローする流量よりも多くすることができる。

これにより、第１貯留部８１に流入する液体を液体の勢いを抑えて第２貯留部へ液体を主に流すことができるため、液面Ｌ１はより安定しやすくなる。複数の第２孔７３を通過する流れとオーバフローする流れとを形成することで、第２貯留部８２への液体の勢いを抑制し、液体の発泡をより効果的に抑制することができる。

液面Ｌ１が安定することで、気液分離管６０からクリーンケース２０の内部ＩＮ２０への流量が安定する。さらに、液面Ｌ１が安定することで、液面Ｌ１を低い位置に設定することができる。液面Ｌ１を低い位置に設定することで、気液分離管６０の内壁７０で囲われている領域Ｐ１を気液分離管６０の内壁７０で囲われていない領域Ｐ２よりも小さくすることができる。

その結果、気液分離管６０の内部における液体の流れが妨げられにくく、液体層８５を形成する液体の流れが安定する。図４に示すように液体層８５の厚さＷ１は、周方向θに均一となりやすい。

さらに、液体層８５の厚さＷ１は、図６に示す厚さＷ１００よりも薄くすることができる。上昇渦流を安定して形成することでサイクロン１０の内部ＩＮ１０における下降渦流の流速が安定し、サイクロン１０の内部ＩＮ１０における液体からの異物の分離精度が向上する。

液面Ｌ１が安定することで、バルブ３４による液面Ｌ１の軸方向Ｄｘにおける位置の調整が行いやすくなる。さらに、液面Ｌ１が安定することで、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０における空気だまり８３に相当する部分を小さくすることができるため、クリーンケース２０の軸方向Ｄｘの長さを短くして、分離装置１をよりコンパクトにすることができる。

本実施形態の分離装置１においては、クリーンケース２０が有する底壁２２が軸方向Ｄｘに第１排出口１４と隔壁２６との間に位置している。このため、第２排出口２７は、隔壁２６よりも下方に設けることができる。第２排出口２７が軸方向Ｄｘにおける底壁２２と隔壁２６との間に位置することで、第２排出口２７を導入部４０の外周面４２と向かい合うように開口させることができる。

これにより、第２孔７３を通過した液体は、半径方向Ｄｒに沿って第２排出口２７へ直接流れない。この結果、第２排出口２７へ直接液体が流れる際における空気の巻き込みが防止されている。

さらに、第２排出口２７を液面Ｌ１からより離して設けることができるため、液面Ｌ１が低下した際における空気の巻き込みを防止し、液体の発泡を抑制することができる。第２排出口２７を液面Ｌ１から離して設けることで、クリーンケース２０の内部ＩＮ２０に貯留された液体から気泡が抜ける時間を確保することができる。これにより、より気泡を含まない液体を排出管３２からクリーンケース２０の外部へ排出することができる。

本実施形態によれば、液体の発泡をより効果的に抑制することが可能な分離装置１を提供することができる。以上説明した他にも、本実施形態からは種々の好適な作用が得られる。

上述の実施形態に係る分離装置１の構成は、一例にすぎない。以下に第１孔６３および第２孔７３について、変形例を示す。図７乃至図９は、第１孔６３および第２孔７３に適用可能な孔の例を説明するための図である。以下、第１孔６３および第２孔７３をまとめて、「孔３」と呼ぶ。

図７に示すように、孔３の形状は、四角形でもよい。一例として、孔３の形状は、長方形、正方形、ひし形などである。さらに他の例として図８に示すように、孔３の形状は、スリットのような長孔でもよい。図８に示す例において孔３は、周方向θに延びる長孔であるが、軸方向Ｄｘに延びる長孔でもよい。

さらに他の例として図９に示すように、孔３は、網目状に形成されてもよい。気液分離管６０および内壁７０は、例えばメッシュシートによって形成することができる。孔３は、切欠きを含んでもよい。上述のような孔の形状は、第１孔６３および第２孔７３にそれぞれ適用することができ、第１孔６３および第２孔７３はそれぞれ同じ形状でもよいし、それぞれ異なってもよい。

なお、第１孔６３の大きさはすべて同じでもよいし、異なってもよい。第２孔７３の大きさはすべて同じでもよいし、異なってもよい。なお、第１孔６３および第２孔７３の軸方向Ｄｘの間隔は、周方向θの間隔と等しくてもよいし、異なってもよい。分離装置１の各部は、例えば金属材料で形成することができる。ただし、分離装置１は、樹脂などの非金属材料で形成された部材を含んでもよい。

１…分離装置、１０…サイクロン、１１…端部（上端）、１２…端部（下端）、１３…導入口、１４…第１排出口、２０…クリーンケース、２１…側壁、２２…底壁、２３…上壁、２６…隔壁、２７…第２排出口、２８…連通孔、６０…気液分離管、６３…第１孔、７０…内壁、７３…第２孔、８４…空気層。

Claims (7)

1. 中心軸線に沿って延び、内部に異物を含む液体を導入するための導入口と、下端に設けられ前記異物を排出するための第１排出口と、を有し、前記内部で前記液体を旋回させ遠心力によって前記液体から前記異物を分離するとともに、前記第１排出口から前記中心軸線に沿って延びる柱状の空気層が形成され、前記空気層の外周面に沿って前記異物が分離された液体が上昇するサイクロンと、
   前記サイクロンの延在方向における前記第１排出口の反対側に設けられ、前記サイクロンの上端に設けられ連通孔が形成された隔壁と第２排出口とを有し、前記連通孔によって前記内部と連通されたクリーンケースと、
   前記クリーンケースに設けられ、前記連通孔から前記中心軸線に沿って延び、複数の第１孔を有する気液分離管と、
   前記クリーンケースに設けられ、前記中心軸線に沿って延び、前記気液分離管を囲むとともに、複数の第２孔を有する内壁と、を備え、
   前記空気層に沿って前記第１排出口から前記気液分離管まで上昇した前記異物が分離された液体は、前記複数の第１孔および前記複数の第２孔を通過し、前記第２排出口から前記クリーンケースの外部へ排出される、
   分離装置。
2. 前記複数の第２孔は、前記複数の第１孔よりも大きい、
   請求項１に記載の分離装置。
3. 前記延在方向において、前記気液分離管の前記内壁で囲われている領域は、前記気液分離管の前記内壁で囲われていない領域よりも小さい、
   請求項１または２に記載の分離装置。
4. 前記クリーンケースは、前記延在方向において前記第１排出口と前記隔壁との間に位置している底壁と、前記底壁に接続され前記内壁および前記サイクロンを囲う側壁と、をさらに有し、
   前記第２排出口は、前記側壁に設けられている、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分離装置。
5. 前記第２排出口は、前記延在方向において、前記底壁と前記隔壁との間に位置している、
   請求項４に記載の分離装置。
6. 前記第２排出口は、前記サイクロンと向かい合っている、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の分離装置。
7. 前記内壁は、前記クリーンケースに貯留された前記異物が分離された液体の液面よりもサイクロン側に位置している、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の分離装置。

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