JP4091771B2

JP4091771B2 - トラップ装置

Info

Publication number: JP4091771B2
Application number: JP2002032816A
Authority: JP
Inventors: 明寿堀田; 幸市須田; 潔吉積
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: US6776823B2; US20030150330A1; JP2003230850A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラップ装置の従来例を図３の断面図により説明する。
図３に示されるトラップ装置は、気液分離器１０１と液抜き器１０２とを備えている。
気液分離器１０１を説明する。気液分離器１０１は、ほぼ円筒状をなしかつ内部にサイクロン室１１２を形成するサイクロン１１０を主体として構成されている。サイクロン１１０の上部の側面には、接線方向に延びる気液流入口１１３が形成されている。サイクロン１１０の下端部には、下方に延びる液体排出口１１４が形成されている。サイクロン１１０の上端面には、上方に延びる気体排出路１１８が形成されている。
【０００３】
前記気液分離器１０１によって分離される気液混合流Ｍは、気体（例えば、水素ガス）と気体に含まれる液体いわゆる液滴（例えば、水）との混合流である。気液混合流Ｍは、サイクロン１１０の気液流入口１１３を通じてそのサイクロン１１０の接線方向からサイクロン室１１２内に高圧で送り込まれ、渦巻き状に旋回させられることによって、遠心力を利用して水と水素ガスとに分離される。分離された水は、サイクロン１１０の液体排出口１１４から液抜き器１０２のフロート室１３０（後述する）内へ流下して排出される。また、分離された水素ガスは、サイクロン１１０の気体排出路１１８から排出される。
【０００４】
次に、液抜き器１０２を説明する。液抜き器１０２は、ボディ１２０とバルブシート１３４とバルブ１３６とフロート１４０とを備えている。
ボディ１２０は、液体すなわち水を貯留するフロート室１３０を形成している。ボディ１２０には、フロート室１３０の上面に開口しかつ前記気液分離器１０１の液体排出口１１４が連通する液体流入口１３１が形成されている。したがって、気液分離器１０１の液体排出口１１４からの水は、液体流入口１３１を通じてフロート室１３０に流下して貯留される。
また、バルブシート１３４は、フロート室１３０内に貯留された水を排出可能な排液口１３５を形成している。
なお、ボディ１２０には、排液口１３５から大気に連通する排液通路１３３が形成されているとともに、その排液通路１３３からの逆流を阻止する逆止弁１３２が組込まれている。
【０００５】
また、バルブ１３６は、例えばニードルバルブからなり、前記バルブシート１３４内に上下動可能に組込まれている。バルブ１３６は、上動時にはバルブシート１３４の排液口１３５を開き、また、下動時にはその排液口１３５を閉じる。
【０００６】
また、フロート１４０は、フロート室１３０内の水の水面に浮かぶフロート本体１４２と、そのフロート本体１４２に一体的に設けられたフロートレバー１４１とを有している。フロートレバー１４１は、前記ボディ１２０内に対しピン１４５によりフロート本体１４２が上下動する方向に関し回動可能に支持されているとともに、前記バルブ１３６に対し連動可能に連結されている。
【０００７】
したがって、フロート室１３０内に貯留された水の水面が高くなると、フロート本体１４２が上昇するにともない、フロートレバー１４１に連動してバルブ１３６が上動されて開かれることにより、フロート室１３０内の水が排液口１３５から排液通路１３３を通じて排出される。
また、フロート室１３０内の水の水面が低くなると、フロート本体１４２が下降するにともない、フロートレバー１４１に連動してバルブ１３６が下動されて閉じられることにより、フロート室１３０内の水の排出が停止される。
上記のようにして、液抜き器１０２は、フロート室１３０内の水の貯留量が一定量以上になったときにその一定量以上の水を排出させることによって、フロート室１３０内の水の貯留量をほぼ一定量に保つことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のトラップ装置によると、気液分離器１０１のサイクロン室１１２から気体排出路１１８へ流れでる気体の流れにのって、水滴が気体排出路１１８へ持ち去られる現象が発生しやすい。
この水滴が気体排出路１１８へ持ち去られる現象は、液抜き器１０２のバルブ１３６が閉じているときで、かつ多くの水が上流から流れて液体流入口１３１の通路を塞ぎ、水が液体流入口１３１からフロート室１３０へ流れにくくなっているときや、サイクロン室１１２内での気液混合流Ｍの旋回速度が速いとき等に発生しやすい現象である。
【０００９】
すなわち、液抜き器１０２のバルブ１３６が開いていれば、水の排出にともなってサイクロン室１１２内の水および気体がフロート室１３０内に流入しやすいため、水が気体排出路１１８へ持ち去られにくい。
しかし、液抜き器１０２のバルブ１３６が閉じていると、フロート室１３０内が行き止まりいわゆる袋小路の状態になる。これにより、フロート室１３０にある気体と上部から流れ落ちてくる水が入れ替わりにくく、水が液体排出口１１４の部分に溜まるため、サイクロン室１１２内の水が気体の流れにのって、気体排出路１１８へ持ち去られやすくなる。
【００１０】
上記したように、従来のトラップ装置によると、気液分離器１０１のサイクロン室１１２から気体排出路１１８へ流れる気体の流れにのって水が気体排出路１１８へ持ち去られる現象が発生しやすいことから、水の分離性能が低下されるという問題があった。なお、水が気体排出路１１８へ持ち去られることは、その持ち去れた水が気体排出路１１８に溜まるといった問題を招くため好ましくない。
【００１１】
本発明の課題は、気液分離器から気体排出路へ液体が持ち去られる現象を防止あるいは低減することのできるトラップ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明の特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とするトラップ装置により解決することができる。
すなわち、特許請求の範囲の請求項１に記載されたトラップ装置によると、気液混合流が気液分離器により気体と液体とに分離される。液抜き器は、気液分離器により分離された液体を液体貯留室に貯留しかつその貯留量が一定量以上になったときにその一定量以上の液体を排出する。
ところで、液抜き器の液体貯留室の上部空間に溜まる気体が、気液分離器の気体排出路を流れる気体の流れを利用してバイパス通路を通して気体排出路へ排出される。したがって、液抜き器による液体の貯留状態あるいは排出状態にかかわらず、液体貯留室の上部空間に気体が滞ることがほとんどなくなる。これにより、気液分離器から気体排出路へ液体が持ち去られる現象を防止あるいは低減することができる。よって、液体の分離性能を向上することができる。
【００１３】
また、特許請求の範囲の請求項２に記載されたトラップ装置によると、気液分離器の気体排出路に絞り部が設けられているので、その絞り部の下流側すなわちバイパス通路の合流部分での気体の流速が速くなる。したがって、気体排出路においてバイパス通路に負圧を生じさせることにより、液抜き器の液体貯留室の上部空間の気体をバイパス通路から気体排出路に速やかに排出させることができる。よって、液体の分離性能を一層向上することができる。
【００１４】
また、特許請求の範囲の請求項３に記載されたトラップ装置によると、気液分離器の気液分離室内を貫通するバイパス管によってバイパス通路が形成されているため、気液分離室の外部にバイパス管を配置する場合に比べ、トラップ装置をコンパクト化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１を図１の断面図に基づいて説明する。本トラップ装置は、気液分離器１と液抜き器２とを備えている。以下、順に説明する。
【００１６】
まず、気液分離器１から説明する。気液分離器１は、サイクロン式のものであり、サイクロン１０を主体として構成されている。
サイクロン１０は、ほぼ円筒状に形成された筒状部１０ａと、その筒状部１０ａの下方に連続するほぼ逆円錐筒状に形成された漏斗部１０ｂと、筒状部１０ａの上端面を覆う上板部１０ｃとを有しており、内部にサイクロン室１２を形成している。なお、サイクロン室１２は本明細書でいう「気液分離室」に相当している。
【００１７】
前記サイクロン１０の筒状部１０ａの上部の側面には、接線方向に延びるほぼ円筒状の気液流入口１３が形成されている。
気液流入口１３には、その上流側で混合された気体（例えば、水素ガス）と気体に含まれる液体（例えば、水）との混合流いわゆる気液混合流Ｍが、レギュレータ（図示省略）によって所定の供給圧力に調整された状態で供給される。
【００１８】
前記サイクロン１０の漏斗部１０ｂの下端部は、下方に延びる液体排出口１４となっている。なお、液体排出口１４は、筒状部１０ａとほぼ同一軸線上に形成されており、液抜き器２のフロート室３０（後述する）に連通されている。
【００１９】
前記サイクロン１０の上板部１０ｃの中央部には、ほぼ円形状の気体排出孔１７が形成されている。
筒状部１０ａの上板部１０ｃ上には、気体排出孔１７に連通するほぼ中空円筒状の管接続部材１５が設置されている。
管接続部材１５には、パイプ状の気体排出管１６が接続されている。
気体排出孔１７と管接続部材１５の管路と気体排出管１６の管路とは、一連の気体排出路１８を形成している。
気体排出路１８は、前記気体（水素ガス）の気体供給路（図示省略）の上流側に連通されている。また、気体排出路１８の下流側には吸引ポンプ（図示省略）が設けられており、その吸引ポンプの作動によって気体排出路１８の気体が吸引されて前記気体供給路へ戻されるようになっている。
【００２０】
次に、液抜き器２を説明する。液抜き器２は、ボディ２０とバルブシート３４とバルブ３６とフロート４０とを備えている。以下、順に説明する。
ボディ２０から説明する。ボディ２０は、上面を開口する水槽状のボディ本体２１と、そのボディ本体２１の上面を閉塞する蓋体２２と、その蓋体２２の上面に重合された接続板２３と、ボディ本体２１の下面に重合されたスペーサ部材２４と、そのスペーサ部材２４の下面に重合されたエンドプレート２５とにより構成されている。
【００２１】
ボディ本体２１には、蓋体２２、接続板２３、スペーサ部材２４およびエンドプレート２５が、ボルト・ナット等の締結手段により一体的に結合されている。なお、蓋体２２に対するボディ本体２１の接合面と、接続板２３に対する蓋体２２の接合面と、スペーサ部材２４に対するボディ本体２１の接合面と、スペーサ部材２４に対するエンドプレート２５の接合面には、各接合面間の気密を保持するためのシールリング（符号省略）がそれぞれ配設されている。
【００２２】
前記ボディ本体２１と前記蓋体２２とによって、液体、例えば水を貯留するフロート室３０が形成されている。なお、フロート室３０は本明細書でいう「液体貯留室」に相当する。
前記蓋体２２に対するボディ本体２１の接合面上には、その蓋体２２内に突出するピン支持部２１ａが突出されている。
【００２３】
前記蓋体２２の上板部２２ａおよび接続板２３には、前記フロート室３０の上面に一連状に開口する液体流入口３１が形成されている。液体流入口３１には、前記気液分離器１の液体排出口１４が連通されている。したがって、フロート室３０には、気液分離器１で分離された水が液体排出口１４から液体流入口３１を通じて流下して貯留される。
【００２４】
前記スペーサ部材２４の上面には、凹所２４ａが形成されている。スペーサ部材２４には、凹所２４ａの底面部の内外を連通する連通孔２４ｂが形成されている。さらに、スペーサ部材２４には、連通孔２４ｂを開閉可能なゴム製等の弾性材からなる逆止弁３２がその弾性変形を利用して取付けられている。
【００２５】
前記逆止弁３２は、前記凹所２４ａ内の圧力が所定値以上に高くなったときに弾性変形を利用して連通孔２４ｂを開き、また、該凹所２４ａ内の圧力が所定値以下に低くなったときに弾性復元力によって連通孔２４ｂを閉じ、二重安全弁として作用する。また、逆止弁３２は、逆バイアス圧力が作用したときの逆流を阻止する。
【００２６】
前記エンドプレート２５の上面には、前記逆止弁３２の弁部３２ｂを取り囲みかつその逆止弁３２の弁部３２ｂが開いたときに前記連通孔２４ｂに連通可能な凹部２５ａが形成されている。エンドプレート２５には、凹部２５ａの底面部の内外を連通する排液ポート２５ｂが形成されている。排液ポート２５ｂは、大気に開放されている。
なお、スペーサ部材２４の凹所２４ａおよび連通孔２４ｂとエンドプレート２５の凹部２５ａおよび排液ポート２５ｂとによって、一連の排液通路３３が形成されている。
【００２７】
次に、バルブシート３４を説明する。バルブシート３４は、ほぼ筒状に形成されており、その下部には、シート面（符号省略）が形成されている。また、バルブシート３４には、シート面の上方に隣接する適数個（図１では２個を示す）の開口孔３４ａが形成されている。バルブシート３４内の空間部および開口孔３４ａによって、排液口３５が形成されている。
【００２８】
前記バルブシート３４は、その下端部を前記ボディ２０の底面部にねじ付けることによって、前記フロート室３０内に直立状に設けられている。バルブシート３４の排液口３５は、フロート室３０内と前記スペーサ部材２４の凹所２４ａ内とを連通している。これにより、フロート室３０内に貯留された水が排液口３５を通じて排液通路３３へ排出可能になっている。
【００２９】
次に、バルブ３６を説明する。バルブ３６は、ニードルバルブからなり、前記バルブシート３４内に上下動可能に組込まれている。バルブ３６は、前記バルブシート３４のシート面（符号省略）に対し着座および離れることによって前記排液口３５を開閉する。すなわち、バルブ３６は上動時にバルブシート３４のシート面から離れることにより排液口３５を開き、また、バルブ３６は下動時にバルブシート３４のシート面に着座することにより排液口３５を閉じる。
【００３０】
次に、フロート４０を説明する。フロート４０は、フロート室３０内の水の水面に浮かぶフロート本体４２と、そのフロート本体４２に一体的に設けられたフロートレバー４１とを有している。
フロート本体４２は、例えば独立発泡のゴム材によってほぼ直方体状に形成されており、フロート室３０内に貯留された水の水面上に浮かぶ。
フロートレバー４１は、フロート本体４２の一側部（図１において左側部）に突出されている。フロートレバー４１の先端部は、前記ボディ２０のピン支持部２１ａに対しピン４５によってフロート本体４２が上下動する方向に関し回動可能に支持されている。フロートレバー４１には、前記バルブ３６が係合によって連動可能に連結されている。
【００３１】
しかして、前記液抜き器２における蓋体２２の上板部２２ａおよび接続板２３には、前記フロート室３０の上面に一連状に開口する気体取出口５０が形成されている。気体取出口５０は、フロート室３０において気体が溜まる上部空間に連通している。
一方、前記気液分離器１の管接続部材１５には、気体排出路１８の内外を連通する気体合流口５３が形成されている。なお、気体合流口５３は本明細書でいう「バイパス通路の合流部分」に相当する。
【００３２】
前記気体取出口５０と前記気体合流口５３には、パイプ材で形成されたバイパス管５２の両端部が接続されている。バイパス管５２の管内は、気体取出口５０と気体合流口５３とを連通して前記サイクロン室１２を迂回するバイパス通路５２ａになっている。バイパス管５２は、サイクロン１０の外側面に沿うように形成されている。
【００３３】
さらに、前記気液分離器１の管接続部材１５内には、リング状の絞り部材５５が取り付けられている。絞り部材５５は、前記気体合流口５３と前記気体排出孔１７との間に配置されている。絞り部材５５は、前記気体合流口５３より上流側に隣接しかつその気体排出路１８の通路断面積を小さくする円形孔状の絞り部５５ａを形成している。
【００３４】
また、前記気液流入口１３は口径φＡで形成され、前記絞り部材５５の絞り部５５ａは口径φＢで形成されている。そして、気液流入口１３の口径φＡと絞り部５５ａの口径φＢとは、
φＡ＞φＢ
の関係を満たすように設定されている。
また、上記したトラップ装置は、例えば、水素ガスを利用する装置を備えた自動車等に設置される。
【００３５】
上記したトラップ装置において、気液分離器１のサイクロン１０の気液流入口１３には、気体（例えば、水素ガス）と液滴（例えば、水）と気液混合流Ｍが、レギュレータ（図示省略）によって所定の供給圧力に調整された状態で供給される。
その気液混合流Ｍは、サイクロン１０の気液流入口１３を通じてそのサイクロン１０の接線方向からサイクロン室１２内に高圧で送り込まれ、そのサイクロン室１２の壁面に沿って渦巻き状に旋回させられることによって、遠心力を利用して水と水素ガスとに分離される。
【００３６】
前記サイクロン室１２で分離された水は、液体排出口１４から液抜き器２の液体流入口３１を通じてフロート室３０へ流下して貯留される。
また、サイクロン室１２で分離された水素ガスは、気体排出路１８に設けた吸引ポンプの作動によって該気体排出路１８に吸引されて気体供給路（図示省略）へ戻される。
【００３７】
また、液抜き器２のフロート室３０内に貯留された水の水面が高くなると、フロート４０のフロート本体４２が浮力によって上昇され、フロートレバー４１によってバルブ３６が上動されて開かれる。これにより、フロート室３０内の水が、バルブシート３４の排液口３５を通じて排液通路３３へ流出される。
【００３８】
また、気液分離室のサイクロン室１２に気液混合流Ｍが所定の供給圧力をもって供給されることにより、そのサイクロン室１２に連通したフロート室３０内にも所定の圧力が加わっている。このため、前記バルブ３６が開かれたときには、フロート室３０の圧力によって、排液通路３３の逆止弁３２が開かれことにより、その排液通路３３の水は排液ポート２５ｂを通じて大気に放出される。
【００３９】
また、これにともない、フロート室３０内の水の水面が低くなると、フロート４０のフロート本体４２が自重によって下降するにともない、フロートレバー４１に連動してバルブ３６が下動されて閉じられる。これにより、フロート室３０内の水の排出が停止されるとともに、排液通路３３の逆止弁３２が閉じられる。上記のようにして、液抜き器２は、フロート室３０内の水の貯留量が一定量以上になったときにその一定量以上の水を排出させることによって、フロート室３０内の水の貯留量をほぼ一定量に保つことができる。
【００４０】
ところで、液抜き器２のフロート室３０の上部空間に溜まる気体は、気液分離器１の気体排出路１８を流れる気体の流れを利用して、バイパス通路５２ａを通して気体排出路１８へ排出される。詳しくは、液抜き器２のフロート室３０の上部空間と気液分離器１の気体排出路１８との間に圧力差が発生することによって、気液分離器１のサイクロン室１２から気体排出路１８へ流れる経路と、サイクロン室１２から液抜き器２のフロート室３０の上部空間、バイパス通路５２ａを通じて気体排出路１８へ流れる経路との二つの気体排出経路が形成され、この両径路を通じて気体がサイクロン室１２から排出されることになる。
【００４１】
したがって、液抜き器２による水の貯留状態（バルブ３６の閉状態が相当する）あるいは排出状態（バルブ３６の開状態が相当する）にかかわらず、フロート室３０の上部空間に気体が滞ることがほとんどなくなる。
これにより、気液分離器１から気体排出路１８へ液体が持ち去られる現象を防止あるいは低減することができる。よって、液体の分離性能を向上することができる。
【００４２】
また、気液分離器１の気体排出路１８に絞り部５５ａが設けられているので、その絞り部５５ａの下流側すなわちバイパス通路５２ａの合流部分での気体の流速が速くなる。
したがって、気体排出路１８においてバイパス通路５２ａに負圧を生じさせることにより、液抜き器２のフロート室３０の上部空間の気体をバイパス通路５２ａから気体排出路１８に速やかに排出させることができる。よって、液体の分離性能を一層向上することができる。
【００４３】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２を図２の断面図に基づいて説明する。実施の形態２は、上記した実施の形態１におけるバイパス管５２に変更を加えたものであるから、その変更部分について詳述し、重複する説明は省略する。
すなわち、実施の形態２におけるトラップ装置では、バイパス通路５２ａを形成するバイパス管５２が、気液分離器１のサイクロン室１２内を軸線方向（図２において上下方向）に貫通する状態で配管されている。
【００４４】
詳しくは、バイパス管５２の下部は、気液分離器１のサイクロン室１２の液体排出口１４および液抜き器２の液体流入口３１内を遊挿状に貫通している。バイパス管５２の下端部５２ｂは、液抜き器２のフロート室３０の上部空間においてほぼＬ字状に折り曲げられており、蓋体２２に対してブラケット５６によって支持されている。これにより、バイパス管５２は、液抜き器２に対し片持ち状に支持されている。
【００４５】
また、前記バイパス管５２の上端部は、気液分離器１のサイクロン１０の気体排出孔１７を通じて絞り部材５５の絞り部５５ａ内に遊挿状に配置されている。バイパス管５２の上端開口面は、絞り部材５５の上端開口面とほぼ同一平面をなしており、その周辺部分がバイパス通路５２ａの合流部分になっている。
【００４６】
上記した実施の形態２によっても、前記した実施の形態１とほぼ同様の作用・効果を得ることができる。
さらに、気液分離器１のサイクロン室１２内を貫通するバイパス管５２によってバイパス通路５２ａが形成されているため、サイクロン室１２の外部にバイパス管５２を配置する場合（例えば、実施の形態１参照）に比べ、トラップ装置をコンパクト化することができる。
【００４７】
また、前記実施の形態１（図１参照）における液抜き器２の気体取出口５０および管接続部材１５の気体合流口５３を形成しなくて済む。
また、実施の形態２の場合には、絞り部材５５を排除し、バイパス管５２の上端部と管接続部材１５との間の空間部分を絞り部に設定することもできる。
【００４８】
本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、トラップ装置のサイクロン室１２に供給される気液混合流Ｍは、水と水素ガスとの混合流に限定されるものではない。また、気液分離器１は、サイクロン１０式のものに限定されるものではなく、例えば、垂直な壁面に対して気液混合流Ｍを当てることにより気体と液体とに分離する形のものであってもよい。また、絞り部５５ａは排除することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のトラップ装置によれば、液抜き器による液体の貯留状態あるいは排出状態にかかわらず、液体貯留室の上部空間に気体が滞ることがほとんどなくなるため、気液分離器から気体排出路へ液体が持ち去られる現象を防止あるいは低減することができ、よって液体の分離性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるトラップ装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２にかかるトラップ装置を示す断面図である。
【図３】従来例にかかるトラップ装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１気液分離器
２液抜き器
１２サイクロン室（気液分離室）
１８気体排出路
３０フロート室（液体貯留室）
５２バイパス管
５２ａバイパス通路
５５絞り部材
５５ａ絞り部

Claims

気液混合流を気体と液体とに分離する気液分離室を有する気液分離器と、その気液分離器により分離された液体を液体貯留室に貯留しかつその貯留量が一定量以上になったときにその一定量以上の液体を排出可能な液抜き器とを備え、
前記液体貯留室の気体が溜まる上部空間と、前記気液分離器により分離された気体を排出する気体排出路との間には、前記気液分離室を迂回するバイパス通路を設け、
前記気体排出路を流れる気体の流れを利用して、前記液体貯留室の気体を前記バイパス通路を通して前記気体排出路へ排出可能に構成したことを特徴とするトラップ装置。
前記気液分離器の気体排出路には、前記バイパス通路の合流部分より該気体排出路を流れる気体の流れ方向に関して上流側に隣接しかつその気体排出路の通路断面積を小さくする絞り部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のトラップ装置。
前記バイパス通路は、前記気液分離器の気液分離室内を貫通するバイパス管によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトラップ装置。