JP5776326B2 - 気液分離器 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置などで使用される気液二相冷媒（気液混相体）を気相冷媒（気体）と液相冷媒（液体）に分離する気液分離器に関する。

冷凍サイクル装置などで使用されている気液分離器は、気液二相冷媒の中の液滴を気相冷媒と液相冷媒に分離する。分離する方式としては、主に、遠心力分離、重力分離、表面張力分離の３つの方式がある。

従来の遠心力分離方式による気液分離器を図６を用いて説明する。図６（ａ）は気液分離器の概略構成の側面図を示し、図６（ｂ）はその平面図を示している。１は気液二相冷媒を流入させる気液二相冷媒流入パイプ、２は分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出パイプ、３は分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出パイプ、４は本体容器である。

詳説すると、本体容器４は、頂部４ａ、底部４ｃ、および、頂部４ａと底部４ｃの間を連結する中空円筒型の胴部４ｂとから構成されている。気液二相冷媒流入パイプ１は、胴部４ｂの上方側面に接線方向に内壁面を貫通して取付けられ、胴部４ｂの接線方向から本体容器４内に流入された気液二相冷媒は、その内部で旋回流となる。気相冷媒流出パイプ２は、頂部４ａから胴部４ｂの軸心方向に内壁面を貫通して装入され、気液二相冷媒から分離された気相冷媒を流出させる。液相冷媒流出パイプ３は、底部４ｃの下方側面に内壁面を貫通して取付けられ、気液二相冷媒から分離された液相冷媒を流出させる。

気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する気液分離器の動作を説明すると、図６の矢印で示すように、気液二相冷媒は、気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａから、本体容器４内の周方向に流入するように案内されて旋回流となる。本体容器４内を周方向に旋回しながら流れる気液二相冷媒は、旋回流の遠心力により、気体と液体の密度の差から、内側に密度の小さい気相冷媒、外側に密度の大きい液相冷媒に分離される。気相冷媒と液相冷媒とに分離されると、重力により、密度の小さい気相冷媒は内側を上方に、密度の大きい液相冷媒は外側を下方に分かれる。

このようにして、気相冷媒と分離された液相冷媒は底部４ｃの液溜領域に降下して溜まる。そして、底部４ｃに溜まった液相冷媒は液相冷媒入口３ａから液相冷媒流出パイプ３に取り込まれ、液相冷媒流出パイプ３内を矢印方向に流出する。また、液相冷媒が分離した気相冷媒は胴部４ｂ内を上昇する。そして、頂部４ａに上昇した気相冷媒は気相冷媒入口２ａから気相冷媒流出パイプ２に取り込まれ、気相冷媒流出パイプ２内を矢印方向に流出する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−１７６９６８号公報

ところで、この本体容器４の胴部４ｂ内を上昇する気相冷媒には旋回流の遠心力分離作用で分離しなかった液滴が残留することがある。この気相冷媒中に残っている液滴を捕捉するため、メッシュ部材などで構成される液滴捕捉装置９を本体容器４内の上部に設けている。そして、この胴部４ｂ内を上昇する気相冷媒を液滴捕捉装置９内を通過させることで、気相冷媒中に残っている液滴を液滴捕捉装置９で捕捉し、底部４ｃの液溜領域に降下させるようにしている。

しかしながら、気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａから、本体容器４内の周方向に流入するように案内されて旋回流となった気液二相冷媒は、外側は旋回しながら下方に流れ、内側は旋回しながら上方に流れる。このため、この液滴捕捉装置９内を通過する気相冷媒の上昇流は、気相冷媒流出パイプ２が装入されている軸心に近い部分ほど速くなる。このような原因で、液滴捕捉装置９で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気相冷媒に再度取り込まれ、液滴が含まれる気相冷媒が気相冷媒流出パイプ２から流出するという不都合が生じることがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、液滴捕捉装置で捕捉した液滴の再飛散を防止し、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する分離効率を向上させた気液分離器を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る気液分離器は、気液混相体を気体と液体に分離する気液分離器において、
頂部、底部およびその間を連結する中空円筒型の胴部からなる本体容器と、
前記胴部の上方側面に取付けられて、該胴部の接線方向から前記本体容器内に前記気液混相体を流入させて旋回流とする気液混相体流入パイプと、
前記旋回流の遠心力分離作用で、前記気液混相体から分離されて前記胴部内を上昇する前記気体に残留する液滴を捕捉する液滴捕捉装置と、
前記頂部から前記胴部の軸心方向に装入されて、前記分離された気体を流出させる気体流出パイプと、
前記気体流出パイプの周囲に、前記胴部側壁方向に放射状に傾斜させて前記液滴捕捉装置の下部に複数設けられ、該液滴捕捉装置で捕捉した前記液滴をその傾斜している面で導いて前記胴部側壁方向に流下させる液滴流下ガイドと、
前記底部の下方側面に取付けられて、前記分離された液体を流出させる液体流出パイプと、を具備することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る気液分離器は、上述した請求項１において、前記液滴捕捉装置と前記液滴流下ガイドとを縦方向の接続体を用いて接続することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る気液分離器は、上述した請求項１または請求項２において、前記液滴捕捉装置は、複数の開口、あるいは、複数のスリット状の開口を有するエリミネータであることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る気液分離器は、上述した請求項１または請求項２において、前記液滴捕捉装置は、ステンレス鋼等の耐浸食性細線の織物や編み物で作ったメッシュ部材であることを特徴とする。

本発明によれば、気液混相体を気体と液体に分離する気液分離器において、頂部、底部およびその間を連結する中空円筒型の胴部からなる本体容器と、前記胴部の上方側面に取付けられて、該胴部の接線方向から前記本体容器内に前記気液混相体を流入させて旋回流とする気液混相体流入パイプと、前記旋回流の遠心力分離作用で、前記気液混相体から分離されて前記胴部内を上昇する前記気体に残留する液滴を捕捉する液滴捕捉装置と、前記頂部から前記胴部の軸心方向に装入されて、前記分離された気体を流出させる気体流出パイプと、前記気体流出パイプの周囲に、前記胴部側壁方向に放射状に傾斜させて前記液滴捕捉装置の下部に複数設けられ、該液滴捕捉装置で捕捉した前記液滴をその傾斜している面で導いて前記胴部側壁方向に流下させる液滴流下ガイドと、前記底部の下方側面に取付けられて、前記分離された液体を流出させる液体流出パイプと、を具備することにより、気液混相体の旋回流の遠心力分離作用で分離せず、気体中に残留する液滴は液滴捕捉装置を通過するとき、液滴捕捉装置に捕捉される。この液滴捕捉装置に捕捉された液滴は、液滴捕捉装置の下部に設けられた液滴流下ガイドの傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部側壁方向に速やかに流下し、胴部側壁面を伝わって底部の液溜領域に流れ落ちる。これにより、液滴捕捉装置で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気体に再度取り込まれ、液滴が含まれる気体が気体流出パイプから流出するという不都合がなくなり、液滴捕捉装置で捕捉された液滴は本体容器の底部の液溜領域に流れ落ちる。このようにして、液滴捕捉装置で捕捉された液滴は、液滴捕捉装置の下部に設けられた液滴流下ガイドの傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部側壁方向に速やかに流下し、胴部側壁面を伝わって底部の液溜領域に流れ落ちることにより、液滴捕捉装置で捕捉した液滴の再飛散を防止し、気液混相体を気体と液体に分離する分離効率を向上させた気液分離器を提供することが可能となる。

本発明に係る気液分離器の実施の形態１の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図１に示した気液分離器の液滴流下ガイドを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ方向の断面側面図である。 図１に示した気液分離器の液滴流下ガイドを示す鳥瞰図である。 本発明に係る気液分離器の実施の形態２の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明に係る気液分離器の実施の形態３の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 従来の気液分離器の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る気液分離器の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、従来と同一構成に関しては同一符号を用いる。

この実施の形態の気液分離器は、冷凍サイクル装置などで使用されている気液二相冷媒（気液混相体）の中の液滴を分離させて気相冷媒（気体）と液相冷媒（液体）に分離する装置で、遠心力分離方式を採用しているものである。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る気液分離器の実施の形態１の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。

図１に示すように、気液分離器は、気液二相冷媒を流入させる気液二相冷媒流入パイプ（気液混相体流入パイプ）１、分離された気相冷媒を流出させる気相冷媒流出パイプ（気体流出パイプ）２、分離された液相冷媒を流出させる液相冷媒流出パイプ（液体流出パイプ）３、これらのパイプが挿入される本体容器４、分離された気相冷媒に残留する液滴を捕捉するエリミネータ（液滴捕捉装置）５、捕捉された液滴を胴部４ｂ側壁方向に流下させる液滴流下ガイド６などから構成されている。

本体容器４は、頂部４ａ、底部４ｃ、および、頂部４ａと底部４ｃの間を連結する中空円筒型の胴部４ｂとから構成されている。気液二相冷媒流入パイプ１は、胴部４ｂの上方側面に接線方向に内壁面を貫通して取付けられ、胴部４ｂの接線方向から本体容器４内に流入された気液二相冷媒は、その内部で旋回流となる。複数の開口、あるいは、複数のスリット状の開口を有するエリミネータ５は、旋回流の遠心力分離作用で、気液二相冷媒から分離されて胴部４ｂ内を上昇する気相冷媒に残留する液滴を捕捉する。液滴流下ガイド６は、エリミネータ５の下部に設けられ、エリミネータ５で捕捉した液滴を胴部４ｂ側壁方向に流下させる。

気相冷媒流出パイプ２は、頂部４ａから胴部４ｂの軸心方向に内壁面を貫通して装入され、気液二相冷媒から分離され、液滴流下ガイド６、エリミネータ５を通過した気相冷媒を流出させる。液相冷媒流出パイプ３は、底部４ｃの下方側面に内壁面を貫通して取付けられ、気液二相冷媒から分離されて底部４ｃの液溜領域に溜まった液相冷媒を流出させる。

図２は、気液分離器の液滴流下ガイドを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ方向の断面側面図である。また、図３は、液滴流下ガイドを示す鳥瞰図である。

図２および図３に示すように、液滴流下ガイド６は、気相冷媒流出パイプ２の周囲に、胴部４ｂ側壁方向に放射状に傾斜（例えば、３０度）させて複数配設している。そして、エリミネータ５で捕捉した液滴をその傾斜している面で導いて胴部４ｂ側壁方向に流下させる。

上述した実施の形態１である気液分離器で、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離させる動作を説明すると、図１で示すように、気液二相冷媒は、気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａから、本体容器４内を周方向（矢印参照）に流入し、流入した気液二相冷媒は本体容器４内壁を沿うように案内されて流れ、旋回流となる。このようにして、本体容器４内壁を周方向に旋回しながら流れる気液二相冷媒は、旋回流の遠心力により、気体と液体の密度の差から、内側に密度が小さい気相冷媒、外側に密度が大きい液相冷媒に分離される。気相冷媒と液相冷媒とに分離されると、重力により、密度の小さい気相冷媒は内側を上方に、密度の大きい液相冷媒は外側を下方に分かれる。

気相冷媒と分離された液相冷媒は底部４ｃの液溜領域に降下して溜まる。この底部４ｃに溜まった液相冷媒は液相冷媒入口３ａから液相冷媒流出パイプ３に取り込まれ、液相冷媒流出パイプ３内を矢印方向に流出する。

そして、液相冷媒が分離した気相冷媒は本体容器４の胴部４ｂ内を上昇する。この胴部４ｂ内を上昇する気相冷媒は、液滴流下ガイド６、エリミネータ５を通過し、頂部４ａに上昇すると気相冷媒入口２ａから気相冷媒流出パイプ２に取り込まれ、気相冷媒流出パイプ２内を矢印方向に流出する。

また、気液二相冷媒の旋回流の遠心力分離作用で分離せず、気相冷媒中に残留する液滴はエリミネータ５を通過するとき、エリミネータ５に捕捉される。このエリミネータ５に捕捉された液滴は、エリミネータ５の下部に設けられた液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちる。これにより、エリミネータ５で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気相冷媒に再度取り込まれ、液滴が含まれる気相冷媒が気相冷媒流出パイプ２から流出するという不都合がなくなり、エリミネータ５で捕捉された液滴は本体容器４の底部４ｃの液溜領域に流れ落ちる。

このようにして、エリミネータ５で捕捉された液滴は、エリミネータ５の下部に設けられた液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちることにより、エリミネータ５で捕捉した液滴の再飛散を防止し、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する分離効率を向上させた気液分離器を提供することが可能となる。
（実施の形態２）
図４は、本発明に係る気液分離器の実施の形態２の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。なお、実施の形態１と同一構成に関しては同一符号を用いる。

実施の形態１の気液分離器では、気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａから、本体容器４内を周方向に流入するように案内された気液二相冷媒の旋回流の遠心力分離作用で分離せず、気相冷媒中に残留する液滴はエリミネータ５を通過するとき、エリミネータ５に捕捉される。このエリミネータ５に捕捉された液滴は、エリミネータ５の下部に設けられた液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちる。

これにより、エリミネータ５で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気相冷媒に再度取り込まれ、液滴が含まれる気相冷媒が気相冷媒流出パイプ２から流出するという不都合がなくなり、エリミネータ５で捕捉された液滴は本体容器４の底部４ｃの液溜領域に流れ落ちるようにしているが、実施の形態２の気液分離器では、エリミネータ５と液滴流下ガイド６とを縦方向の接続体７を用いて接続するようにしている。

このように、実施の形態２の構成によっても、エリミネータ５で捕捉された液滴が接続体７を介して液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちることにより、エリミネータ５で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気相冷媒に再度取り込まれ、液滴が含まれる気相冷媒が気相冷媒流出パイプ２から流出するという不都合がなくなり、エリミネータ５で捕捉された液滴は本体容器４の底部４ｃの液溜領域に流れ落ちる。

このようにして、エリミネータ５で捕捉された液滴は、接続体７を介して液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちることにより、エリミネータ５で捕捉した液滴の再飛散を防止し、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する分離効率を向上させた気液分離器を提供することが可能となる。
（実施の形態３）
図５は、本発明に係る気液分離器の実施の形態３の概略構成を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。なお、実施の形態１と同一構成に関しては同一符号を用いる。

実施の形態１の気液分離器では、気液二相冷媒流入パイプ１の冷媒吐出口１ａから、本体容器４内を周方向に流入するように案内された気液二相冷媒の旋回流の遠心力分離作用で分離せず、気相冷媒中に残留する液滴はエリミネータ５を通過するとき、エリミネータ５に捕捉される。このエリミネータ５に捕捉された液滴は、エリミネータ５の下部に設けられた液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちる。

これにより、エリミネータ５で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気相冷媒に再度取り込まれ、液滴が含まれる気相冷媒が気相冷媒流出パイプ２から流出するという不都合がなくなり、エリミネータ５で捕捉された液滴は本体容器４の底部４ｃの液溜領域に流れ落ちるようにしているが、実施の形態３の気液分離器では、液滴捕捉装置として、ステンレス鋼等の耐浸食性細線の織物や編み物で作ったメッシュ部材８を用いるようにしている。

このように、実施の形態３の構成によっても、メッシュ部材８で捕捉された液滴が、メッシュ部材８の下部に設けられた液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちることにより、メッシュ部材８で捕捉した液滴が、軸心に近く速い上昇流の気相冷媒に再度取り込まれ、液滴が含まれる気相冷媒が気相冷媒流出パイプ２から流出するという不都合がなくなり、メッシュ部材８で捕捉された液滴は本体容器４の底部４ｃの液溜領域に流れ落ちる。

このようにして、メッシュ部材８で捕捉された液滴は、メッシュ部材８の下部に設けられた液滴流下ガイド６の傾斜している面で重力により導かれ、上昇流の遅い胴部４ｂ側壁方向に速やかに流下し、胴部４ｂ側壁面を伝わって底部４ｃの液溜領域に流れ落ちることにより、メッシュ部材８で捕捉した液滴の再飛散を防止し、気液二相冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離する分離効率を向上させた気液分離器を提供することが可能となる。

なお、液滴捕捉装置としてエリミネータ、およびメッシュ部材を使用した実施の形態で説明しているが、液滴捕捉装置としてデミスターを用いても同様の効果を得ることができる。

１ 気液二相冷媒流入パイプ（気液混相体流入パイプ）
２ 気相冷媒流出パイプ（気体流出パイプ）
３ 液相冷媒流出パイプ（液体流出パイプ）
４ 本体容器
４ａ 頂部
４ｂ 胴部
４ｃ 底部
５ エリミネータ（液滴捕捉装置）
６ 液滴流下ガイド
７ 接続体
８ メッシュ部材（液滴捕捉装置）
９ 液滴捕捉装置

Claims (4)

1. 気液混相体を気体と液体に分離する気液分離器において、
   頂部、底部およびその間を連結する中空円筒型の胴部からなる本体容器と、
   前記胴部の上方側面に取付けられて、該胴部の接線方向から前記本体容器内に前記気液混相体を流入させて旋回流とする気液混相体流入パイプと、
   前記旋回流の遠心力分離作用で、前記気液混相体から分離されて前記胴部内を上昇する前記気体に残留する液滴を捕捉する液滴捕捉装置と、
   前記頂部から前記胴部の軸心方向に装入されて、前記分離された気体を流出させる気体流出パイプと、
   前記気体流出パイプの周囲に、前記胴部側壁方向に放射状に傾斜させて前記液滴捕捉装置の下部に複数設けられ、該液滴捕捉装置で捕捉した前記液滴をその傾斜している面で導いて前記胴部側壁方向に流下させる液滴流下ガイドと、
   前記底部の下方側面に取付けられて、前記分離された液体を流出させる液体流出パイプと、を具備することを特徴とする気液分離器。
2. 前記液滴捕捉装置と前記液滴流下ガイドとを縦方向の接続体を用いて接続することを特徴とする請求項１に記載の気液分離器。
3. 前記液滴捕捉装置は、複数の開口、あるいは、複数のスリット状の開口を有するエリミネータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気液分離器。
4. 前記液滴捕捉装置は、ステンレス鋼等の耐浸食性細線の織物や編み物で作ったメッシュ部材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気液分離器。

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