JP5506380B2 - 粒子を分離するための分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体流を方向転換させるための少なくとも１つの方向転換領域を有する気体流を案内する流動通路を備え、さらに流動通路は気体流から粒子を分離するために回収容器へと通じる分岐路を有しており、粒子を含んでいる気体流から粒子を、特に液滴を分離する分離装置に関するものである。

このような種類の分離装置は、例えば埃や砂などの固体粒子を分離するために、ならびに、特に液滴の形態の粒子を分離するために利用することができる。液滴を分離するための分離装置は、例えば石油化学の精製や、特に工業用ガスのための空気分解設備などで用いられている。このような種類の設備では、半径流コンプレッサシャフトを有するコンプレッサ段が相前後して配置されている。これらのコンプレッサ段の間に、上述した種類の分離装置を介在させることができる。それにより、前置されたコンプレッサ段の冷却器から出ていく圧縮されて湿った気体を、例えば圧縮されて湿った空気を、分離装置へ導入することができる。水成分の露点を下回っていれば、入ってくる気体流の中にはある程度の水量と液滴サイズが生じているものと予想される。気体流は、流動通路の方向転換領域に従って進む。液滴は、その慣性に基づき、方向転換領域に全面的には追随することができず、そのために、流動通路の半径方向外側に位置している壁領域の方向へと浮遊する。そしてこの液滴が分岐路を介して、回収容器に達するようになっている。

回収容器の前で気体の停滞が生じるのを回避するために、従来技術では、しばしば独自のモータ駆動式の吸出し装置が回収容器に設けられているが、こうした吸出し装置は具体化のために相応に高いコストと費用がかかる。

本発明の課題は、多大な追加コストをかけずに気体流の粒子の改善された分離を実現できるように、冒頭に述べた種類の分離装置を改良することである。

この課題は本発明によると、分岐路に追加して、回収容器を流動通路と流体誘導的に接続する配管が回収容器へと通じている、当分野に属する分離装置によって解決される。それにより、一方では流動通路の分岐路を介して、また他方では回収容器を同じく流動通路と流体誘導的に接続する配管を介して、回収容器と流動通路の間で流体誘導的な接続が成立することになる。

それにより、回収容器と流動通路の間で自動的な圧力バランスが実現される。この配管によって「通気流」を形成することができる。それによって本発明の解決法は、分岐路の領域での流動通路における気体の停滞を、コスト面から効率的なやり方で回避することを可能にする。この配管が回収容器を流体誘導的に流動通路と接続することにより、流動通路に存在する気体流によって特に吸引作用が回収容器で生じる。すなわち、粒子とともに回収容器へ流れ込む気体が、その吸引作用に基づいて配管により吸引される。それにより、分岐路の領域での流動通路における気体の停滞が回避され、それに伴って回収容器での粒子の分離が改善される。特にこの配管は、回収容器と流動通路の両方に連通している。それにより、上記に説明した吸引作用をいっそう良好に発揮させることができる。しかも、この配管を用いた回収容器と流動通路の本発明による流体誘導的な接続によって、所要スペースが広くコストが高い吸出し装置を使用する必要性がなくなる。

１つの好ましい実施形態では、この配管は回収容器を、分岐路に対して下流側に位置している流動通路の領域と流体誘導的に接続する。すなわちこの配管は、気体流が分岐路のそばを通って流動してから通過する流動通路の領域との間で、流体誘導的な接続を成立させる。このような配置により、この配管を格別にコンパクトに製作することができる。それにより、格別に優れた吸引作用を回収容器で生成することができる。

通気をできるだけ効率的に行うために、回収容器は第１の壁領域と、これに向かい合う第２の壁領域とを有していると好ましく、このとき分岐路は第１の壁領域で、また配管は第２の壁領域で、それぞれ回収容器へと連通する。それにより、配管によって形成される「通気流」は、分岐路を介して回収容器へ入ってくる気体流と同じ方向を有し、それによって分岐路の領域における気体流の停滞を格別に効率的に回避することができる。

さらに、この分岐路が方向転換領域に配置され、特に、方向転換領域の半径方向外側に位置している壁領域に配置されていると好ましい。それにより、粒子を格別に効率的に気体流から分離することができる。方向転換領域における流動通路の方向の変化に基づいて、方向転換領域の半径方向外側に位置している壁領域へと気体流が接近するからである。この領域に分岐路を設けることで、粒子を格別に効率的に回収容器へ分離させることができる。

いっそう好ましい実施形態では、さらに流動通路は、方向転換領域に対して下流側に配置された第２の方向転換領域を有し、この第２の方向転換領域により、第１の方向転換領域によって引き起される気体流の方向の変化と反対向きである、気体流の方向の変化が引き起される。それによって気体流に、回収容器をいわば２つの側から取り囲む流れ経路を与えることができる。このことは、回収容器と流動通路の間の配管を格別にコンパクトに製作することを可能にし、それによって回収容器での格別に効率的な圧力バランスが可能となる。さらに、第２の方向転換領域の後に第４の方向転換領域が続いていると好ましく、この第４の方向転換領域により、第２の方向転換領域によって引き起される気体流の方向の変化とは反対向きである、気体流のさらに別の方向の変化が引き起される。

さらに、流動通路の第１の方向転換領域がほぼＵ字型を描き、特に、気体流の約１８０°の方向転換が引き起されると好都合である。流動通路の第１の方向転換領域のこのような構成により、分離されるべき多数の粒子が半径方向外側に位置している第１の方向転換領域の壁領域へと追いやられ、それにより、分岐路によって格別に効率的に回収容器へと分離することができる。

さらに、方向転換領域の流入側の先頭部における流動通路の方向に対して、流動通路の方向が少なくとも９０°旋回している方向転換領域の個所に、分岐路が配置されていると好都合である。すなわち分岐路は、方向転換領域が少なくとも９０°のカーブをすでに完了してしまっている方向転換領域の個所に配置される。このような個所では、粒子はすでに多数が半径方向外側に位置する流動通路の壁領域に集り、それによって効率的に回収容器へ分岐させることができる。

分離装置の有効性をいっそう向上させるために、さらに流動通路が、第１の方向転換領域に対して上流側に配置された第３の方向転換領域を有していると好ましく、この第３の方向転換領域により、第１の方向転換領域によって引き起される気体流の方向の変化と反対向きである、気体流の方向の変化が引き起される。特に流動通路は、最初に、特定の方向に湾曲した第３の方向転換領域を有し、その後に、これと反対向きの湾曲方向を有し、分岐路を含んでいる第１の方向転換領域が続いている。このようにして粒子は、第３の方向転換領域の湾曲に基づいて、半径方向外側に位置している第３の方向転換領域の壁領域に近づいていく。粒子は、これに後続する第１の方向転換領域による再度の方向転換に相応に追随することができず、それにより、第１の方向転換領域に分岐路を相応に配置しておけば、効率的に回収容器で回収することができる。

別の好ましい実施形態では、流動通路は、分岐路に対して下流側に位置する領域において複数の個所で、特に該領域のすべての個所で、流動通路に沿ってほぼ等しい大きさの断面積を有している。特に、気体流は分岐路のそばを通って流動した後、断面積がほぼ一定に保たれた流動通路の中でさらに運ばれる。それにより、気体流における流動損失が大幅に避けられる。

次に、添付の模式的な図面を参照しながら、本発明による分離装置の一実施例について詳しく説明する。

本発明による分離装置１０の図１に示す実施例は、入口１４と出口１６の間を延びる流動通路１２を含んでいる。入口１４は、例えば図面には示さない空気分解設備のコンプレッサ段の冷却器に接続されるものであり、冷却器の作動時に出てくる圧縮されて湿った空気の形態の、圧縮されて湿った気体を受け入れる。出口１６には、空気分解設備のさらに別のコンプレッサ段を配置することができる。

圧縮されて湿った空気は、直径がさまざまに異なる多量の液滴を含んでいる。流動通路１２は、最初に、流動通路１２の約６０°の方向の変化を引き起す、入口１４の後に続いて右方に向かって湾曲する第３の方向転換領域１８を有している。その後には、ほぼＵ字型を描いて左方に向かって湾曲する第１の方向転換領域２０が続いている。第１の方向転換領域２０の半径方向外側に位置する壁領域２１には、回収容器２８もしくはいわゆる水室の壁領域２８ａへと連通する分岐路２６が設けられている。分岐路２６は、断面で見たとき連続的に狭くなっていく配管として構成され、第１の方向転換領域２０の流入側の先頭部２０ａにおける流動通路１２の方向に対して、流動通路１２の方向が９０°を超えて旋回している第１の方向転換領域２０の個所に配置されている。

流動通路１２は、左に湾曲する第１の方向転換領域２０の後に続いて、およそ１３５°の角度の流動通路１２の方向の変化を引き起す、右に湾曲する第２の方向転換領域２２を有している。その後に続くのは、約９０°の角度の流動通路１２の方向の変化をまたも引き起す、左に湾曲する第４の方向転換領域２４である。回収容器２８は、配管３０を介して、分岐路２６に対して下流側２９に位置している流動通路１２の領域と流体誘導的に接続されている。配管３０は、一方では回収容器２８の第１の壁領域２８ａに向かい合う第２の壁領域２８ｂへ連通するとともに、他方では、第２の方向転換領域２２と第４の方向転換領域２４との間の移行領域で流動通路１２に連通している。配管３０は、回収容器２８の自動的な圧力補償の役目をする。それにより、流動通路１２の中での空気の停滞が分岐路２６の領域で回避される。

図２は、分離装置１０を通って誘導される気体流もしくは空気流に含まれる、水滴の形態の液滴３２の分布を示している。図２から見て取れるように、液滴３２は右に湾曲する第３の方向転換領域１８によって、まず、第３の方向転換領域１８の半径方向外側に位置する壁領域１９のそばを通過する。次いで、その後に続く左へ湾曲する第１の方向転換領域２０により、液滴３２は、流動通路１２の第１の方向転換領域２０の半径方向外側に位置する壁領域２１に沿って案内される。その後、液滴３２は分岐路２６を介して回収容器２８へと大量に分離される。このとき分離される液滴３２は、主として直径の大きい重たい液滴３２aである。直径の小さい軽い液滴３２ｂは、空気流とともに、流動通路１２の第２の方向転換領域２２へと一緒に運ばれる。

分岐路２６の領域には再循環区域３４が形成され、それにより、再循環区域３４の上方の細い流路３６にある液滴３２が、回収容器２８の中へ鋭角で入るようになっている。回収容器２８の中では、その下側領域に液滴３２が沈着する。空気流によって一緒に運ばれる軽い液滴３２ｂは、分岐路２６のそばを通って流動した後、第２の方向転換領域２２と第４の方向転換領域２４の連続する配置によって、第４の方向転換領域２４の半径方向内側に位置する壁領域２５へと追いやられる。

本発明による分離装置の一実施例を示す断面図である。 図１の断面図に、分離装置の作動時に分離装置内で生じる水滴の分布のグラフィック表示を加えた図である。

Claims (7)

1. 気体流を方向転換させるための第１の方向転換領域（２０）とこの第１の方向転換領域に対して下流側に配置された第２の方向転換領域（２２）と前記第１の方向転換領域（２０）に対して上流側に配置された第３の方向転換領域（１８）とを有する気体流を案内する流動通路（１２）と、粒子（３２）を回収するための回収容器（２８）とを備え、さらに流動通路（１２）は気体流から粒子（３２）を分離するために回収容器（２８）へと通じる分岐路（２６）を有しており、粒子（３２）を含んでいる気体流から粒子（３２）を分離する分離装置（１０）であって、
   前記第２の方向転換領域（２２）により、前記第１の方向転換領域（２０）によって引き起される気体流の方向の変化と反対向きである気体流の方向の変化が引き起こされるようにしてなり、かつ、前記第３の方向転換領域（１８）により、前記第１の方向転換領域（２０）によって引き起される気体流の方向の変化と反対向きである気体流の方向の変化が引き起されるようにしてなり、
   前記第１の方向転換領域（２０）の半径方向外側に位置する壁領域（２１）には、前記回収容器（２８）へ連通する分岐路（２６）が設けられ、
   前記回収容器（２８）は、配管（３０）を介して、前記分岐路（２６）に対して下流側に位置している流動通路（１２）の領域（２９）と流体誘導的に接続されるようにしてなることを特徴とする分離装置。
2. 前記配管（３０）は回収容器（２８）を分岐路（２６）に対して下流側に位置している流動通路（１２）の領域（２９）と接続することを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
3. 回収容器（２８）は第１の壁領域（２８ａ）とこれに向かい合う第２の壁領域（２８ｂ）とを有し、分岐路（２６）は第１の壁領域（２８ａ）で、また前記配管（３０）は第２の壁領域（２８ｂ）で、それぞれ回収容器（２８）に連通していることを特徴とする請求項１または２に記載の分離装置。
4. 分岐路（２６）は前記第１の方向転換領域（２０）に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の分離装置。
5. 流動通路（１２）の前記第１の方向転換領域（２０）はＵ字状流路をなすことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の分離装置。
6. 分岐路（２６）は、前記第１の方向転換領域（２０）の流入側の先頭部（２０ａ）における流動通路（１２）の方向に対して流動通路（１２）の方向が少なくとも９０°旋回している方向転換領域（２０）の個所に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の分離装置。
7. 流動通路（１２）は分岐路（２６）に対して下流側に位置する領域（２９）において複数の個所で、流動通路（１２）に沿って等しい大きさの断面積を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の分離装置。
   

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