JP4568689B2 - 液量計測器 - Google Patents

Description

本発明は、気液混合流体を気体と液体とに分離しながら、分離される液体の量を精密に計測可能な液量計測器に関するものである。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、サイクロン式の気液分離器が知られている。このサイクロン式の気液分離器は、天井壁および円形筒状の周壁を有する気液分離部と、この気液分離部の下方に連設される有底容器状の液体貯留部とで構成されており、気液分離部と液体貯留部とで囲まれる内部空間を有している。前記気液分離部は、水平方向に延びる流入管から内部に気液混合流体を高速で流入させて旋回させることにより周壁の内壁面に気液混合流体中に含まれる液体を付着させて、遠心力で気体と液体とを分離するものである。そして、分離された気体は、気液分離部の天井壁を貫通して鉛直方向に延びる流出管から排出され、分離された液体は、周壁の内壁面をつたって落下して液体貯留部内に貯留されるようになっている。
特開２００４−３４２３８５号公報

近年では、このような気液分離器に、貯留される液体の量を計測する計測部を設けて、気液混合流体を気体と液体とに分離しながら、分離される液体の量を計測できるようにした液量計測器が開発されつつある。

しかしながら、例えば前記のようなサイクロン式の気液分離器では、高速で気液混合流体を気液分離部内に流入させているので、気液分離部内の圧力が変動し、この圧力変動によって液体貯留部内に貯留される液体の液面が波立つ現象が生じる。このため、貯留される液体の量を精密に計測することができなかった。

本発明は、このような事情に鑑み、貯留される液体の量を精密に計測することができる液量計測器を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、内部空間内で気液混合流体からの液体の分離が行われ、その下部に前記液体が貯留される容器と、この容器内に貯留される液体の量を計測する計測部とを備え、前記容器の内部空間内には、当該内部空間を上下に仕切る少なくとも２枚の仕切り板が上下に間隔を隔てて設けられ、前記各仕切り板には、前記気液混合流体から分離された液体を流下させる流通孔が設けられていることを特徴とする液量計測器である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の液量計測器において、最も下側の前記仕切り板の流通孔は、当該仕切り板における前記容器の内壁面に接する部分が切り欠かれることによって形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の液量計測器において、前記各仕切り板は、前記容器の内壁面に接する周縁部から中央部に向かって盛り上がる形状に形成されており、前記各仕切り板の流通孔は、当該仕切り板の周縁部が切り欠かれて構成されていることを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載の液量計測器において、前記容器の内壁面は、最も下側の前記仕切り板の下側で当該仕切り板の流通孔を平面視で覆う範囲に張り出す張出部を有していることを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、流通孔を有する少なくとも２枚の仕切り板によって容器の内部空間が上下に仕切られているので、最も上側の仕切り板の上方で気液混合流体からの液体の分離が行われると、その液体は各仕切り板の流通孔を通りながら流下し、最も下側の仕切り板の下方で貯留される。気液混合流体からの液体の分離が行われる際に圧力変動が生じると、この圧力変動は、最も上側の仕切り板の流通孔を通じて下方に伝わるが、仕切り板は、間隔を隔てて少なくとも２枚設けられているので、これらの仕切り板の間の空間が圧力変動を吸収するクッション層としての役割を果たすようになる。すなわち、最も上側の仕切り板の流通孔を通じて下方に伝わった圧力変動は、仕切り板の間の空間で吸収されて、最も下側の仕切り板の下方には殆ど伝わらなくなる。従って、最も下側の仕切り板の下方で貯留される液体の液面が圧力変動によって波立つことを抑制することができ、容器内に貯留される液体の量を精密に計測できるようになる。

請求項２に係る発明によれば、最も下側の仕切り板における容器の内壁面に接する部分が切り欠かれて流通孔が構成されているので、流通孔を通じて流下する液体は容器の内壁面をつたうようになる。このため、液体が滴となって落下することによる液面の波立ちをも抑制することができ、さらに液体の量を精密に計測できるようになる。

請求項３に係る発明によれば、各仕切り板は、周縁部から中央部に向かって盛り上がる形状に形成されているとともに、周縁部に流通孔を有しているので、仕切り板の上面に付着した液体は、当該上面に案内されて周縁部に導かれ、周縁部の流通孔から流下するようになる。このため、液体を仕切り板上に溜めることなく速やかに流下させることができるようになる。

請求項４に係る発明によれば、容器の内壁面の張出部で、最も下側の仕切り板の流通孔が下側から覆われるようになっている。このため、流通孔を通る液体が内壁面をつたわらずに流通孔の縁から滴となって落下したとしても、その滴は内壁面の張出部の上に落下するようになるので、液体の滴下による液面の波立ちを確実に防止することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係る液量計測器１は、内部空間２０を有する容器２と、この容器２内に貯留される液体の量を計測する計測部４とを備えている。

前記容器２は、気液混合流体を気体と液体とに分離するための気液分離部２１と、この気液分離部２１の下方に位置し、気液分離部２１で分離された液体を貯留するための液体貯留部２３とを有している。具体的には、気液分離部２１は、鉛直方向に延びる円形筒状の周壁２１ａおよびこの周壁２１ａの上側の開口を塞ぐ天井壁２１ｂを有しており、液体貯留部２３は、鉛直方向に延びる円形筒状の周壁２３ａおよびこの周壁２３ａの下側の開口を塞ぐ底壁２３ｂを有している。

前記気液分離部２１の周壁２１ａの内径は、前記液体貯留部２３の周壁２３ａの内径よりも一回り大きく設定されている。また、気液分離部２１の周壁２１ａと液体貯留部２３の周壁２３ａとは、平面視で同心円となっている。そして、周壁２１ａの下端部と周壁２３ａの上端部とは、縮径しながら下方に延びる円錐筒状のテーパー部２２によって直線的に連結されている。すなわち、周壁２１ａの内側面、テーパー部２２の内側面、および周壁２３ａの内側面によって、前記内部空間２０を囲繞する連続した内壁面２０ａが構成されている。

前記気液分離部２１の周壁２１ａの上部には、水平面上で周壁２１ａよりも一回り小さな同心円の接線方向に延びる流入管３１が当該周壁２１ａを貫通するように設けられている。また、気液分離部２１の天井壁２１ｂの略中央には、鉛直方向に延びる流出管３２が当該天井壁２１ｂを貫通するように設けられている。

前記液体貯留部２３の底壁２３ｂには、途中に電磁弁５２が配設された排出管５１が接続されており、電磁弁５２が開の状態にされることにより液体貯留部２３内に貯留される液体が排出されるようになっている。

前記計測部４は、本実施形態では、前記気液分離部２１の天井壁２１ｂおよび前記液体貯留部２３の底壁２３ｂに配管４１，４２で接続された差圧計（図示せず）によって気液分離部２１内の圧力と液体貯留部２３内に貯留される液体の圧力との差圧を測定することにより、その差圧から液体貯留部２３内に貯留される液体の量を計測するものである。なお、計測部４は、差圧計を用いたものに限らず、例えば液体の液面高さを測定することにより液体の量を計測するものや、容器２の質量を特定することにより液体の量を計測するもの等であってもよい。

前記内部空間２０内には、当該内部空間２０を上下に仕切る２枚の仕切り板６，７が上下に間隔を隔てて設けられている。具体的には、上側の仕切り板６は、前記気液分離部２１内の下部に配設され、下側の仕切り板７は、前記テーパー部２２で囲まれる空間内に配設されている。

前記上側の仕切り板６は、図３に示すように、平面視で前記気液分離部２１の周壁２１ａの内径と略一致する直径の円形状をなしており、周壁２１ａの内側面に接する周縁部が溶接されて固定されている。また、仕切り板６は、周縁部から中央部に向かって盛り上がる形状に、換言すれば中央部が上方に凸となるように湾曲した皿状に形成されている。

前記仕切り板６の周縁部には、当該仕切り板６の周縁部が外側から切り欠かれることにより、円周上等間隔で複数の流通孔６１が形成されている。この流通孔６１は、前記気液分離部２１で気液混合流体から分離された液体を流下させるためのものである。

前記下側の仕切り板７は、図４に示すように、平面視で前記気液分離部２１の周壁２１ａの内径よりも小さく、かつ、前記液体貯留部２３の周壁２３ａの内径よりも一回り大きな直径の円形状をなしている。この仕切り板７は、テーパー部２２の内側面上に載置された状態で、テーパー部２２の内側面に接する周縁部が溶接されて固定されている。また、仕切り板７は、周縁部から中央部に向かって盛り上がる形状に、換言すれば中央部が上方に凸となるように湾曲した皿状に形成されている。

前記仕切り板７の周縁部には、当該仕切り板７の周縁部が外側から切り欠かれることにより、円周上等間隔で複数の流通孔７１が形成されている。この流通孔７１は、前記気液分離部２１で気液混合流体から分離された液体を流下させるためのものである。さらに、流通孔７１の大きさは、当該流通孔７１が平面視でテーパー部２２の存する領域内に収まる程度に設定されている。このため、流通孔７１は、テーパー部２２の内側面の下端部によって下側から覆われるようになっている。換言すれば、テーパー部２２の内側面の下端部が、仕切り板７の下側で当該仕切り板７の流通孔７１を平面視で覆う範囲に張り出す張出部２０ｂとなっている。

次に、本実施形態に係る液量計測器１の操作要領を説明する。

まず、例えば、流入管３１の上流側に、気液混合流体を供給可能な配管（図示せず）を接続し、流出管３２の下流側に、吸引ポンプ（図示せず）を接続する。そして、その状態で、前記吸引ポンプを駆動させると、気液混合流体は、流入管３１から気液分離部２１内に流入し、図１中の矢印ａで示すように気液分離部２１内で螺旋状に旋回する。これにより、気液混合流体中に含まれる液体は、遠心力で周壁２１ａの内側面に付着し、気体と液体とが分離される。分離された気体は、流出管３２から排出され、分離された液体は、周壁２１ａの内側面をつたって落下する。

周壁２１ａの内側面をつたって落下する液体は、上側の仕切り板６の流通孔６１を通じて流下した後にテーパー部２２の内側面をつたいながら下側の仕切り板７の流通孔７１を通じて流下し、さらに周壁２３ａの内側面をつたって流下して液体貯留部２３内に貯留される。

前記のような気液混合流体の旋回により気液分離部２１内では圧力変動が生じるが、この圧力変動は、上側の仕切り板６の流通孔６１を通じて下方に伝わることとなる。しかし、本実施形態に係る液量計測器１では、間隔を隔てて２枚の仕切り板６，７が設けられているので、これらの仕切り板６，７の間の空間が圧力変動を吸収するクッション層としての役割を果たすようになる。すなわち、上側の仕切り板６の流通孔６１を通じて下方に伝わった圧力変動は、仕切り板６，７の間の空間で吸収されて、下側の仕切り板７の下方には殆ど伝わらなくなる。従って、下側の仕切り板７の下方で貯留される液体の液面が圧力変動によって波立つことを抑制することができ、容器２内に貯留される液体の量を精密に計測できるようになる。

また、各仕切り板６，７は、周縁部から中央部に向かって盛り上がる形状に形成されているとともに、その周縁部に流通孔６１，７１を有しているので、仕切り板６，７の上面に付着した液体は、当該上面に案内されて周縁部に導かれ、周縁部の流通孔６１，７１から流下するようになるため、液体を仕切り板６，７上に溜めることなく速やかに流下させることができるようになる。

さらに、前記気液分離部２１には流出管３２が設けられているのでこの流出管３２に液体が付着して滴下することもあるが、上側の仕切り板７１は、滴の液面への落下を防止する機能も果たしている。

また、下側の仕切り板７におけるテーパー部２２の内側面に接する部分が切り欠かれて流通孔７１が構成されているので、流通孔７１を通じて流下する液体はテーパー部２２の内側面をつたうようになるため、液体が滴となって落下することによる液面の波立ちをも抑制することができ、さらに液体の量を精密に計測できるようになる。

さらに、本実施形態に係る液量計測器１では、下側の仕切り板７の流通孔７１を下側から覆う張出部２０ｂが設けられているので、流通孔７１を通る液体がテーパー部２２の内側面をつたわらずに流通孔７１の縁から滴となって落下したとしても、その滴は張出部２０ｂの上に落下するようになる。すなわち、張出部２０ｂで流通孔７１の縁から落下する滴を受けることができるため、液体の滴下による液面の波立ちを確実に防止することができる。

そして、このような液量計測器１では、計測部４の差圧計の選定および液体貯留部２３の周壁２３ａの内径の設定を適切に行えば、液体の量を０．１〜０．２ｃｃという高精度な分解能で計測することが可能である。このため、液量計測器１は、特に燃料電池の評価装置に用いられることが好適である。燃料電池では、生成水の量を計算により算出することができるため、その計算値と現実の計測値とを比較することにより、燃料電池の状態を判断することができるからである。

なお、本発明の液量計測器は、燃料電池の評価装置以外にも、例えば医薬・薬学分野、化学プラントにおける気液分離等に用いることも可能である。

前記実施形態では、サイクロン原理を利用して気液混合流体を液体と気体とに分離する気液分離部２１を有した容器２を示したが、容器２としては、内部空間２０内で気液混合流体からの液体の分離が行われるものであればよく、内部空間２０内に、例えば気液混合流体を冷却することにより気液混合流体から液体を分離する気液分離手段が別途設けられたものであってもよい。

また、前記実施形態では、容器２の内部空間２０内に２枚の仕切り板６，７が設けられた形態を示したが、内部空間２０内には少なくとも２枚の仕切り板が上下に間隔を隔てて設けられていればよく、３枚以上設けられていてもよい。

さらに、仕切り板６，７を配設する位置は適宜変更可能であり、２枚の仕切り板６，７が共に気液分離部２１内の下部に配設されていてもよく、あるいは２枚の仕切り板６，７が共にテーパー部２２で囲まれる空間内に配設されていてもよい。

さらには、上側の仕切り板６は、図５（ａ）に示す変形例の液量計測器１’のように、中央部が下方に凸となる皿状に形成されていてもよい。この場合には、流通孔（図示せず）を上側の仕切り板６の中央部に設ければよい。なお、下側の仕切り板７は、その役割上、上方に凸である必要がある。ただし、前記実施形態のように、上側の仕切り板６が上方に凸となっていれば、気液分離部２１の周壁２１ａの内側面から流下する液体の流下距離が最短となるため、周壁２１ａの内側面に液体を付着させて分離するサイクロン方式に好適となる。

また、液体貯留部２３の周壁２３ａは、図５（ｂ）に示す変形例の液量計測器１”のように、上部でテーパー部２２の下端部から滑らかに拡径しながら下方に延びるような形状となっていてもよい。さらに、周壁２３ａは円形筒状である必要はなく、例えば矩形筒状等であってもよい。

本発明の一実施形態に係る液量計測器を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。 図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 （ａ）（ｂ）は変形例の液量計測器の正面図である。

符号の説明

１，１’，１” 液量計測器
２ 容器
２０ 内部空間
２０ａ 内壁面
２０ｂ 張出部
２１ 気液分離部
２２ テーパー部
２３ 液体貯留部
３１ 流入管
３２ 流出管
４ 計測部
６，７ 仕切り板
６１，７１ 流通孔

Claims (4)

1. 内部空間内で気液混合流体からの液体の分離が行われ、その下部に前記液体が貯留される容器と、この容器内に貯留される液体の量を計測する計測部とを備え、
   前記容器の内部空間内には、当該内部空間を上下に仕切る少なくとも２枚の仕切り板が上下に間隔を隔てて設けられ、
   前記各仕切り板には、前記気液混合流体から分離された液体を流下させる流通孔が設けられていることを特徴とする液量計測器。
2. 最も下側の前記仕切り板の流通孔は、当該仕切り板における前記容器の内壁面に接する部分が切り欠かれることによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液量計測器。
3. 前記各仕切り板は、前記容器の内壁面に接する周縁部から中央部に向かって盛り上がる形状に形成されており、前記各仕切り板の流通孔は、当該仕切り板の周縁部が切り欠かれて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の液量計測器。
4. 前記容器の内壁面は、最も下側の前記仕切り板の下側で当該仕切り板の流通孔を平面視で覆う範囲に張り出す張出部を有していることを特徴とする請求項２または３に記載の液量計測器。

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