JP6634091B2 - 気液分離装置 - Google Patents

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Description

本発明は、旋回流発生リボンによって配管内を流れる気液二相流体を旋回させ、遠心力で液体を配管の内周面へ誘導する気液分離装置に関する発明である。
従来、板部材を螺旋状にねじることで形成された旋回流発生リボンにより、配管内を流れる気液二相流体を旋回させ、遠心力で液体を配管の内周面へ誘導する気液分離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、配管の下流部を大径の別の管に挿入して二重管構造にし、分離した気体と液体とをそれぞれ流出させる気液分離装置が知られている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
このような気液分離装置では、旋回流発生リボンに付着した液体（水滴）は、リボン表面に付着したまま配管の内周面に向かって流れる。
特開２００３-６２４１６号公報 特開２００３-１９０７２５号公報 特開２００５-１６０１８７号公報
しかしながら、従来装置にあっては、旋回流発生リボンの終端部（気液二相流体の流出側の端部）がリボン径方向に沿った直線状の端縁を有している。そのため、旋回流発生リボンの軸心付近に付着した液体は、リボン終端部では配管の内周面に向かって流れることなく気体中に再飛散し、液体の分離性能が低下するという問題が生じていた。
また、配管の下流部を大径の別の管に挿入して二重管構造にした場合では、設置スペースが大きくなり、例えば内燃機関の排気管等の小スペース内に設置することが難しかった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、旋回流発生リボンに付着した液体の分離性能を向上すると共に、必要な設置スペースを抑制することができる気液分離装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、螺旋状にねじられた板部材によって形成されると共に配管の内部に配置された旋回流発生リボンにより、配管を流れる気液二相流体を旋回させて遠心力で液体を配管の内周面へ誘導する気液分離装置である。
前記配管は、インレットパイプと、インナーパイプと、を備えている。
前記インレットパイプは、旋回流発生リボンが内部に配置されると共に、旋回流発生リボンよりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に、気体が流出する排気口と、液体が流出する排水口と、が形成されている。
前記インナーパイプは、排気口に一端が差し込まれ、インレットパイプの内径寸法よりも小さい外径寸法を有すると共に、旋回流発生リボンよりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口を有する。
前記旋回流発生リボンは、気液二相流体の流出側の終端部に、旋回流発生リボンの径方向外側の端部の一方に設定された第１終端点と、旋回流発生リボンの径方向外側の端部の他方に設定された第２終端点と、旋回流発生リボンの軸線上であって、第１終端点及び第２終端点よりも気液二相流体の流入側に設定された中心終端点と、を有すると共に、第１終端点と中心終端点を結んだ第１端縁と、第２終端点と中心終端点を結んだ第２端縁と、が形成されている。
よって、本発明では、旋回流発生リボンに付着した液体の分離性能を向上すると共に、必要な設置スペースを抑制することができる。
実施例１の気液分離装置を適用した内燃機関の排気還流システムを示す全体システム図である。 実施例１の気液分離装置を示す断面図である。 実施例１の旋回流発生リボンを示す斜視図である。 実施例１の旋回流発生リボンの側面図である。 図３におけるＡ−Ａ断面図である。 実施例１の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す全体説明図である。 実施例１の気液分離装置において、旋回流発生リボンに付着した液体のリボン終端部での流れを示す説明図である。 実施例２の気液分離装置を示す断面図である。 図８に示すＢ部の拡大図である。 図８におけるＣ−Ｃ断面図である。 実施例２の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す全体説明図である。 実施例２の気液分離装置における液体の流れを拡大して示す説明図である。 図１１に示すＢ１部の拡大図である。 実施例１の気液分離装置の第１変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第２変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第３変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第４変形例の要部を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第５変形例の要部を示す断面図である。 図１５ＢにおけるＤ−Ｄ断面図である。 実施例２の気液分離装置の第１変形例を示す要部を拡大した断面図である。 実施例２の気液分離装置の第２変形例を示す要部を示す断面図である。 実施例２の気液分離装置の第３変形例を示す要部を示す断面図である。
以下、本発明の気液分離装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。
（実施例１）
まず、実施例１における気液分離装置２０の構成を、「適用例のシステム全体構成」、「気液分離装置の詳細構成」、「旋回流発生リボンの詳細構成」に分けて説明する。
［適用例のシステム全体構成］
図１は、実施例１の気液分離装置を適用した内燃機関の排気還流システムを示す全体システム図である。以下、図１に基づき、実施例１の適用例のシステム全体構成を説明する。
実施例１の気液分離装置２０は、図１に示す内燃機関１の排気還流システムＳに適用している。ここで、図１に示した内燃機関１は、走行用駆動源として車両に搭載されるディーゼルエンジンであり、４つの気筒（不図示）を有している。各気筒には、それぞれ吸気通路２と排気通路３が接続されている。
吸気通路２は、端部に吸気口２ａが形成され、この吸気口２ａ側から順に、吸気濾過用のエアクリーナー４、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラー６、吸入空気量を調整するためのスロットル弁７が設けられている。排気通路３には、内燃機関１側から順に、ターボ過給機５のタービン５ｂ、排気を浄化するための排気浄化触媒８、排気流量を調整するための排気絞り弁９が設けられている。なお、排気絞り弁９の下流側にはマフラー１０が設けられ、その先に排気口３ａが形成されている。
吸気通路２と排気通路３とは、低圧ＥＧＲ通路１１及び高圧ＥＧＲ通路１２によって接続されている。ここで、「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）」とは、内燃機関１において燃焼後の排気の一部を取り出して再度吸気させる技術であり、排気再循環ともいう。
低圧ＥＧＲ通路１１は、コンプレッサ５ａより上流の吸気通路２と排気浄化触媒８より下流の排気通路３とを接続している。一方、高圧ＥＧＲ通路１２は、コンプレッサ５ａより下流の吸気通路２とタービン５ｂより上流の排気通路３とを接続している。
これにより、低圧ＥＧＲ通路１１では、タービン５ｂを通過した排気を、コンプレッサ５ａの吸気に戻す。また、高圧ＥＧＲ通路１２では、タービン５ｂに吸い込まれる前の排気を、コンプレッサ５ａを通過した吸気に戻す。
そして、低圧ＥＧＲ通路１１には、吸気通路２に導かれる排気を冷却するためのＥＧＲクーラ１３と、低圧ＥＧＲ通路１１を介して吸気通路２に還流される排気の流量を調整するための低圧ＥＧＲ弁１４と、が設けられている。高圧ＥＧＲ通路１２には、高圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路２に還流される排気の流量を調整するための高圧ＥＧＲ弁１５が設けられている。
ここで、低圧ＥＧＲ通路１１では、ターボ過給機５のタービン５ｂの通過排気量を低下させることなく排気の還流を可能とし、ＮＯｘの低減効果が大きい。しかしながら、ＥＧＲクーラ１３での冷却によって凝縮水の発生が懸念される。そして、凝縮水がある程度の大きさの液滴となった状態で下流へと流れていくと、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの回転翼等に衝突し、衝撃を与えることがある。
そこで、実施例１では、図２に示す気液分離装置２０を、低圧ＥＧＲ弁１４の下流位置であって、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流位置（図１において一点鎖線Ｘで囲む位置）に設置し、凝縮水を捕集して排水する。
［気液分離装置の詳細構成］
図２は、実施例１の気液分離装置を示す断面図である。以下、図２に基づき、実施例１の気液分離装置２０の詳細構成を説明する。
実施例１の気液分離装置２０は、図２に示すように、インレットパイプ２１と、インナーパイプ２２と、排水パイプ２３と、貯水タンク２４と、バイパスパイプ２５と、旋回流発生リボン３０と、を備えている。
インレットパイプ２１は、気液二相流体の流れ方向の上流側（図２において右側）の端部が吸気口２ａ及び低圧ＥＧＲ弁１４に連通し、気体と微粒子状の液体（凝縮水）が混ざり合った状態の排気（以下、「気液二相流体」という）が流入する。このインレットパイプ２１の内部には、気液二相流体の流れを内周面２１ｃに沿って旋回させる旋回流発生リボン３０が配置されている。さらに、このインレットパイプ２１は、気液二相流体の下流側の端部（図２において左側）に、旋回流になった気体が流出する排気口２１ａと、気液二相流体から分離した液体が流出する排水口２１ｂと、が形成されている。ここで、排気口２１ａは、インレットパイプ２１の軸線方向に開放し、排水口２１ｂはインレットパイプ２１の半径方向であって重力方向の下方に開放している。
なお、「重力方向」とは、図２における下方向であり、重力が作用する方向である。
さらに、このインレットパイプ２１の内周面２１ｃには、気液二相流体の流れ方向に沿って徐々に内径寸法を大きくするテーパ面２１ｄが形成されている。すなわち、インレットパイプ２１の内径寸法は、テーパ面２１ｄよりも気液二相流体の流れ方向の上流側の領域である第１領域２６Ａが最も小さく、テーパ面２１ｄが形成された領域の第２領域２６Ｂにて次第に大きくなり、テーパ面２１ｄよりも気液二相流体の流れ方向の下流側の領域である第３領域２６Ｃが最も大きくなるように設定されている。そして、第１領域２６Ａに旋回流発生リボン３０が配置され、第３領域２６Ｃに排気口２１ａ及び排水口２１ｂが形成されている。
なお、気液二相流体に含まれる液体は、この気液二相流体が旋回する際に生じる遠心力（旋回力）が作用することで排水口２１ｂへと流れ込むことが可能である。そのため、この実施例１では、排水口２１ｂが重力方向の下方に開放しているが、これに限らず、この排水口２１ｂを任意の方向に開放させてよい。
インナーパイプ２２は、インレットパイプ２１の第３領域２６Ｃの内径寸法よりも小さい外径寸法を有する直管部材によって形成され、インレットパイプ２１の排気口２１ａに一端２２ａが差し込まれ、インレットパイプ２１と同軸状態に設置される。この一端２２ａには、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側で開放する開口２２ｂが形成されている。また、このインナーパイプ２２の下流側（図２において左側）の端部は、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａに連通している。
なお、開口２２ｂは、インナーパイプ２２の軸線方向に開放している。すなわち、インレットパイプ２１と、インナーパイプ２２と、排気口２１ａと、開口２２ｂは、同軸になっている。
さらに、このインナーパイプ２２のインレットパイプ２１から突出した位置の側面には、バイパスパイプ２５の第２端部２５ｂが接続する通気口２２ｃが、インレットパイプ２１の半径方向であって重力方向の下方に開放している。ただし、この通気口２２ｃは、バイパスパイプ２５を介して貯水タンク２４を負圧にするための開口であるため、重力方向の下方以外の方向に開放してもよい。
そして、インレットパイプ２１の排気口２１ａには、内周面２１ｃとインナーパイプ２２との間に生じる間隙αを封鎖するリング部材２７が嵌合されている。リング部材２７は、インナーパイプ２２の全周を取り囲む円筒形状を呈しており、外周面がインレットパイプ２１の内周面２１ｃに気密状態で接触し、内周面がインナーパイプ２２の外周面に気密状態で接触している。
さらに、このリング部材２７は、インレットパイプ２１の内側に位置する端部の軸方向位置が、排水口２１ｂの周縁部のうちの最も下流側の部分の軸方向位置と一致している。つまり、リング部材２７は、排水口２１ｂの開口領域とは重複しないものの、排水口２１ｂの開口領域に対して軸方向に隙間を開けることなく配置されている。
排水パイプ２３は、第１管部材２３ａの軸方向中央部に第２管部材２３ｂが直交するように接続したＴ字管によって形成され、第１管部材２３ａをインレットパイプ２１が貫通している。そして、第１管部材２３ａと第２管部材２３ｂとの接続部分に形成された接続開口２３ｃが排水口２１ｂと対向している。これにより、インレットパイプ２１には、排水口２１ｂ及び接続開口２３ｃを介して、排水パイプ２３の第２管部材２３ｂが連通している。そして、インレットパイプ２１の内部において気液二相流体から分離した液体は、排水口２１ｂから接続開口２３ｃを介して第２管部材２３ｂに流入する。
ここで、排水口２１ｂの内径寸法は、排水パイプ２３の接続開口２３ｃの内径寸法と同等に設定されている。そして、第２管部材２３ｂは、インレットパイプ２１の軸方向に対して、重力方向の下方に向かって延在され、液体の流れ方向に沿って次第に内径寸法が小さくなる縮径部２３ｄを有している。これにより、先端開口２３ｅの内径寸法は、接続開口２３ｃ及び排水口２１ｂの内径寸法よりも小さくなる。
なお、第１管部材２３ａ及び第２管部材２３ｂは、いずれも円管に限らず、角管（角パイプ）等であってもよい。また、第２管部材２３ｂは、縮径部２３ｄを有していなくてもよく、先端開口２３ｅの内径寸法は、接続開口２３ｃ及び排水口２１ｂの内径寸法よりも必ずしも小さくなくてよい。
貯水タンク２４は、排水パイプ２３の第２管部材２３ｂの下方に設置されたタンク本体２４ａを有している。このタンク本体２４ａは、上部に形成された接続口２４ｂが第２管部材２３ｂの先端部２３ｆに接続されており、この接続口２４ｂは先端開口２３ｅと連通している。そして、第２管部材２３ｂに流入した液体は、先端開口２３ｅから接続口２４ｂを介して流下し、タンク本体２４ａに貯留する。
また、このタンク本体２４ａの上部の側面には、バイパスパイプ２５の第１端部２５ａが接続する通気口２４ｃが形成されている。
なお、タンク本体２４ａの下部には、適宜開閉可能な排水開口（図示せず）が形成されている。タンク本体２４ａに貯留された液体が一定量に達したら、排水開口を介してタンク外へ液体を放出することができる。また、通気口２４ｃの形成位置はタンク本体２４ａの上部に限らず、タンク本体２４ａ内の空気が吸引される位置であれば、任意の位置に形成することができる。
バイパスパイプ２５は、両端が開放した管部材である。このバイパスパイプ２５は、第１端部２５ａがタンク本体２４ａに形成された通気口２４ｃに接続され、第２端部２５ｂがインナーパイプ２２に形成された通気口２２ｃに接続されている。そのため、このバイパスパイプ２５により、タンク本体２４ａの上部の空間がインナーパイプ２２の内部に連通する。
［旋回流発生リボンの詳細構成］
図３は、実施例１の旋回流発生リボンを示す斜視図であり、図４は旋回流発生リボンの側面図である。また、図５は、図３におけるＡ−Ａ断面図である。以下、図３〜図５に基づき、実施例１の旋回流発生リボン３０の詳細構成を説明する。
旋回流発生リボン３０は、螺旋状にねじられた帯状の板部材により形成されており、インレットパイプ２１の第１領域２６Ａに配置されている。この旋回流発生リボン３０は、径方向寸法Ｒ（図４参照）が第１領域２６Ａの内径寸法と同等に設定されており、インレットパイプ２１と同軸状態に設置されると共に、周縁がインレットパイプ２１の内周面２１ｃに接触している。
この旋回流発生リボン３０は、気液二相流体の流出側の終端部３１に、第１終端点３１ａと、第２終端点３１ｂと、中心終端点３１ｃと、を有し、第１端縁３２ａと、第２端縁３２ｂと、が形成されている。
第１終端点３１ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端の一方に設定されている。第２終端点３１ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端の他方に設定されている。ここで、第１終端点３１ａの軸方向位置と、第２終端点３１ｂの軸方向位置とは一致しており、第１終端点３１ａと第２終端点３１ｂを結んだ終端線Ｌは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏと直交する。
そして、中心終端点３１ｃは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂよりも気液二相流体の流入側に設定されている。
第１端縁３２ａは、旋回流発生リボン３０の終端縁のうち、第１終端点３１ａと中心終端点３１ｃとを結んだ端縁である。また、第２端縁３２ｂは、旋回流発生リボン３０の終端縁のうち、第２終端点３１ｂと中心終端点３１ｃとを結んだ端縁である。つまり、旋回流発生リボン３０の終端部３１には、第１端縁３２ａと第２端縁３２ｂと終端線Ｌにて囲まれたＶ字状の空間領域が設けられている。
また、この旋回流発生リボン３０は、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂのそれぞれに、気液二相流体の流入側に折り返された折り返し構造３３が形成されている。
折り返し構造３３は、図５に示すように、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂの先端を旋回流発生リボン３０の一方の螺旋面３０ａ側に折り返した第１折返片３３ａと、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂの先端を反対側の螺旋面３０ｂ側に折り返した第２折返片３３ｂと、を有している。
この折り返し構造３３は、中心終端点３１ｃから第１終端点３１ａの手前までの間と、中心終端点３１ｃから第２終端点３１ｂの手前までの間に形成されている。これにより、折り返し構造３３の径方向の両端部と、インレットパイプ２１の内周面２１ｃとの間には隙間βが生じている（図２参照）。
さらに、この旋回流発生リボン３０は、第１領域２６Ａに配置されているものの、終端部３１の少なくとも第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂは、内周面２１ｃにテーパ面２１ｄが形成された領域、すなわち第２領域２６Ｂ内に挿入されている。
なお、旋回流発生リボン３０の気液二相流体の流入側の始端部３４は、第１始端点３４ａ、第２始端点３４ｂ、中心始端点３４ｃと、を有している。
第１始端点３４ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の始端の一方に設定されている。第２始端点３４ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の始端の他方に設定されている。中心始端点３４ｃは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、第１始端点３４ａ及び第２始端点３４ｂと軸方向位置が一致している。すなわち、中心始端点３４ｃは、第１始端点３４ａと第２始端点３４ｂを結んだ始端線と軸線Ｏとの交点上に設定され、第１,第２始端点３４ａ,３４ｂ及び中心始端点３４ｃは、旋回流発生リボン３０の半径方向に沿って並んでいる。さらに、この旋回流発生リボン３０の始端部３４は、重力方向に沿って立設している。
次に、実施例１の気液分離装置２０における気液分離作用を説明する。
図６は、実施例１の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す全体説明図であり、図７はリボン終端部での液体の流れを示す説明図である。
図１に示す排気還流システムＳでは、吸気口２ａから取り入れた外気と、低圧ＥＧＲ通路１１を介して排気通路３から取り入れた排気とが、流速１０ｍ／ｓ〜１００ｍ／ｓの速さでターボ過給機５のコンプレッサ５ａへと流れ込む。このとき、外気や排気には水分が含まれており、この気体をＥＧＲクーラ１３にて冷却することで水分が凝縮して凝縮水として微粒子状の液体になり、空気等の気体に液体が混ざり合った気液二相流体になる。
実施例１の気液分離装置２０では、図６に示すように、インレットパイプ２１に流入した気液二相流体が、旋回流発生リボン３０が設置された第１領域２６Ａを通過する際、この旋回流発生リボン３０に沿って流れることで旋回流となる。そして、この旋回流によって発生した遠心力により、質量の大きい液体は、インレットパイプ２１の内周面２１ｃに向かって誘導される。
また、旋回流発生リボン３０の螺旋面３０ａ,３０ｂは、気液二相流体の流れ方向に対して角度を有している。そのため、気液二相流体に含まれる液体がこの螺旋面３０ａ,３０ｂに衝突し、凝集することで液滴化を促進することができる。
そして、内周面２１ｃへ向かって誘導された液体は、凝集して液滴となり、気体から分離される。この気体から分離された液体は、内周面２１ｃに付着したまま、旋回流の流れによって第２領域２６Ｂから第３領域２６Ｃへと流れていく。
そして、第３領域２６Ｃに流れ込んだ液体は、この第３領域２６Ｃに形成された排水口２１ｂへと自重によって流れ込み、排水パイプ２３の接続開口２３ｃを介して第２管部材２３ｂへと流れ込んで、この第２管部材２３ｂを流下する。その後、先端開口２３ｅからタンク本体２４ａに流れて貯留される。
このとき、排水口２１ｂが重力方向の下方に開放すると共に、排水パイプ２３の第２管部材２３ｂが重力方向に沿って延在されているので、第３領域２６Ｃに流れ込んだ液体は、自重により排水口２１ｂから第２管部材２３ｂへと流下する。また、インレットパイプ２１の第３領域２６Ｃの内径寸法よりも、インナーパイプ２２の外径寸法が小さくなっているため、インレットパイプ２１の内周面２１ｃに付着した液体がインナーパイプ２２内に入り込むことが防止される。つまり、第３領域２６Ｃ内に流れ込んだ液体は、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２との間に入りこみ、インナーパイプ２２への流入が防止される。さらに、インレットパイプ２１にインナーパイプ２２が挿入されているので、配管径の拡大を抑制することができ、気液分離装置２０の設置に必要なスペースを抑制することができる。
さらに、この実施例１では、リング部材２７のインレットパイプ２１の内側に位置する端部の軸方向位置が、排水口２１ｂの周縁部のうちの最も下流側の部分の軸方向位置と一致している。これにより、リング部材２７と排水口２１ｂの開口領域との間に軸方向隙間が生じない。このため、リング部材２７に接触するまで押し流された液体であっても、排水口２１ｂから円滑に流出することができる。
そして、この実施例１では、インナーパイプ２２と貯水タンク２４とがバイパスパイプ２５を介して連通している。
そのため、インナーパイプ２２を流れる気流により、貯水タンク２４の内部を負圧にすることができ、排水パイプ２３を流下する液体の流れを円滑にすることができる。
また、インレットパイプ２１を流れる気体は、軸方向に開放した開口２２ｂからインナーパイプ２２へと流れ込む。このとき、気体からは、気液二相流体の流れ方向の下流へ行くほど液体が分離していく。そして、気体は、インナーパイプ２２を介してターボ過給機５のコンプレッサ５ａへと流れていく。
ここで、インレットパイプ２１の排気口２１ａには、インナーパイプ２２との間に生じる間隙αを封鎖するリング部材２７が嵌合されている。そのため、インレットパイプ２１の排気口２１ａから気体が漏れ出ることを防止し、気液二相流体から分離した気体を円滑にインナーパイプ２２へと流入させることができる。
さらに、旋回流発生リボン３０の螺旋面３０ａ,３０ｂに付着して液滴となった液体は、この螺旋面３０ａ,３０ｂに付着したまま、旋回流の流れによって旋回流発生リボン３０の径方向の外側に向かって流れ、内周面２１ｃへと誘導される。
このとき、液滴となった液体は、気液二相流体の流れ方向の下流側に押し流されつつ、旋回流発生リボン３０の径方向の外側に向かって流れる。
そして、この旋回流発生リボン３０の終端部３１において、螺旋面３０ａ,３０ｂに付着したまま第１端縁３２ａ又は第２端縁３２ｂにまで押し流された液体は、図７に矢印で示すように、この第１端縁３２ａ又は第２端縁３２ｂに沿って旋回流発生リボン３０の径方向の外側に向かって流れ、インレットパイプ２１の内周面２１ｃへ向かって誘導される。
すなわち、第１端縁３２ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側に位置する第１終端点３１ａが、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上に位置する中心終端点３１ｃよりも、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置している。また、第２端縁３２ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側に位置する第２終端点３１ｂが、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上に位置する中心終端点３１ｃよりも、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置している。
これに対し、旋回流発生リボン３０の螺旋面３０ａ,３０ｂに付着した液体は、旋回流によって気液二相流体の流れ方向の下流側に押し流されつつ、旋回流発生リボン３０の径方向の外側に向かって流れる。
そのため、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂの延在方向が、旋回流発生リボン３０に付着したまま旋回流で押し流される液体の流れ方向（移動方向）とほぼ一致することになる。これにより、旋回流発生リボン３０の終端部３１において、螺旋面３０ａ,３０ｂに付着した液体は、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂに付着した状態を維持したまま、インレットパイプ２１の内周面２１ｃへ向かって誘導される。これにより、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ付近に付着した液体であっても、終端部３１から気体中に再飛散してしまうことを防止し、液体の分離性能を向上すると共に、液体の捕集率を向上することができる。
また、液体の分離にバッフルやフィルタ等を用いることがないので、気体の流れが阻害されず、通気抵抗の上昇を抑制することができる。
また、この実施例１では、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂのいずれにも、気液二相流体の流入側に折り返された折り返し構造３３が形成されている。
そのため、螺旋面３０ａ,３０ｂに付着したまま第１端縁３２ａ又は第２端縁３２ｂにまで押し流された液体は、この折り返し構造３３によって、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かうことが阻止される。つまり、液体は、第１端縁３２ａと第１折返片３３ａとの隙間、又は、第２端縁３２ｂと第２折返片３３ｂとの隙間に沿って、旋回流発生リボン３０の径方向の外側に向かって流れていく。
これにより、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂから液体が離間することを防止しつつ、この液体をインレットパイプ２１の内周面２１ｃへと誘導することができ、液体の分離性能をさらに向上することができる。
しかも、この実施例１では、折り返し構造３３が、旋回流発生リボン３０の一方の螺旋面３０ａ側に折り返された第１折返片３３ａと、反対側の螺旋面３０ｂ側に折り返された第２折返片３３ｂと、を有している。
そのため、液体が旋回流発生リボン３０の螺旋面３０ａ,３０ｂのどちらに付着していても、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂから離間することを防止できる。
また、この折り返し構造３３は、中心終端点３１ｃから第１終端点３１ａの手前までの間と、中心終端点３１ｃから第２終端点３１ｂの手前までの間に形成されており、折り返し構造３３の径方向の両端部とインレットパイプ２１の内周面２１ｃとの間には隙間βが生じている。
そのため、折り返し構造３３によって気液二相流体の流れ方向の下流側に向かうことが阻止された液体は、折り返し構造３３の径方向の両端部において、隙間βを介して気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって流れ出すことが可能になる。
これにより、第１端縁３２ａと第１折返片３３ａとの隙間や、第２端縁３２ｂと第２折返片３３ｂとの隙間に液体が溜まってしまうことを防止しつつ、インレットパイプ２１の内周面２１ｃへと液体を速やかに誘導することができる。
そして、この実施例１では、インレットパイプ２１の内周面２１ｃに、気液二相流体の流れ方向に沿って徐々に内径寸法を大きくするテーパ面２１ｄが形成された第２領域２６Ｂを有しており、旋回流発生リボン３０の終端部３１の少なくとも第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂが、テーパ面２１ｄが形成された領域である第２領域２６Ｂに挿入されている。
そのため、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂに沿って第１終端点３１ａや第２終端点３１ｂまで流れた液体は、テーパ面２１ｄ上に流れ出ることになる。これにより、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂに沿って内周面２１ｃへと誘導された液体を、排水口２１ｂに向けて円滑に排出することができ、液体の誘導・分離を促進することができる。
次に、効果を説明する。
実施例１の気液分離装置２０にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
(1) 螺旋状にねじられた板部材によって形成されると共に配管の内部に配置された旋回流発生リボン３０により、前記配管を流れる気液二相流体を旋回させて遠心力で液体を前記配管の内周面２１ｃへ誘導する気液分離装置２０において、
前記配管は、前記旋回流発生リボン３０が内部に配置されると共に、前記旋回流発生リボン３０よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に、前記気液二相流体から分離した気体が流出する排気口２１ａと、前記気液二相流体から分離した液体が流出する排水口２１ｂと、が形成されたインレットパイプ２１と、前記排気口２１ａに一端が差し込まれ、前記インレットパイプ２１の内径寸法よりも小さい外径寸法を有すると共に、前記旋回流発生リボン３０よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口２２ｂを有するインナーパイプ２２と、を備え、
前記旋回流発生リボン３０は、前記気液二相流体の流出側の終端部３１に、前記旋回流発生リボン３０の径方向外側の端部の一方に設定された第１終端点３１ａと、前記旋回流発生リボン３０の径方向外側の端部の他方に設定された第２終端点３１ｂと、前記旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、前記第１終端点３１ａ及び前記第２終端点３１ｂよりも前記気液二相流体の流入側に設定された中心終端点３１ｃと、を有すると共に、前記第１終端点３１ａと前記中心終端点３１ｃとを結んだ第１端縁３２ａと、前記第２終端点３１ｂと前記中心終端点３１ｃとを結んだ第２端縁３２ｂと、が形成されている構成とした。
これにより、旋回流発生リボン３０に付着した液体の分離性能を向上すると共に、必要な設置スペースを抑制することができる。
(2) 前記旋回流発生リボン３０は、前記第１端縁３２ａ及び前記第２端縁３２ｂに、前記気液二相流体の流入側に折り返された折り返し構造３３が形成されている構成とした。
これにより、上記(1)の効果に加え、第１端縁３２ａ又は第２端縁３２ｂから液体が離間することを防止しつつ、インレットパイプ２１の内周面２１ｃへと誘導し、液体の分離性能をさらに向上することができる。
(3) 前記折り返し構造３３は、前記中心終端点３１ｃから前記第１終端点３１ａの手前までの間と、前記中心終端点３１ｃから前記第２終端点３１ｂの手前までの間に形成されている構成とした。
これにより、上記(2)の効果に加え、第１端縁３２ａと第１折返片３３ａとの隙間や、第２端縁３２ｂと第２折返片３３ｂとの隙間に液体が溜まってしまうことを防止しつつ、インレットパイプ２１の内周面２１ｃへと液体を誘導することができる。
(4) 前記インレットパイプ２１の内周面２１ｃには、前記気液二相流体の流れ方向に沿って内径寸法が徐々に大きくなるテーパ面２１ｄが形成され、
前記旋回流発生リボン３０は、少なくとも前記第１終端点３１ａ及び前記第２終端点３１ｂが、前記テーパ面２１ｄが形成された領域（第２領域２６Ｂ）に挿入されている構成とした。
これにより、上記(1)〜(3)のいずれかの効果に加え、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂに沿って内周面２１ｃへと誘導された液体を、排水口２１ｂに向けて円滑に排出することができ、液体の誘導・分離を促進することができる。
(5) 前記インレットパイプ２１には、前記排水口２１ｂに連結された排水パイプ２３と、前記排水パイプ２３の先端部２３ｆに設けられた貯水タンク２４と、が設けられ、
前記インナーパイプ２２には、前記貯水タンク２４の内部と連通するバイパスパイプ２５が設けられた構成とした。
これにより、上記(1)〜(4)のいずれかの効果に加え、インナーパイプ２２を流れる気流により貯水タンク２４内を負圧にし、排水パイプ２３を流下する液体の流れを円滑にすることができる。
（実施例２）
実施例２の気液分離装置は、インレットパイプが上流排水口及びパイプ用冷却構造を有し、インナーパイプが環状溝部と突出部及び加熱手段とを有し、旋回流発生リボンがリボン用冷却構造を有する例である。
まず、構成を説明する。
図８は、実施例２の気液分離装置の側面図である。以下、図８に基づき、実施例２の気液分離装置４０の構成を説明する。
実施例２の気液分離装置４０は、図８に示すように、インレットパイプ４１と、インナーパイプ４２と、第１排水パイプ４３と、貯水タンク４４と、第２排水パイプ４８と、旋回流発生リボン５０と、を備えている。
インレットパイプ４１は、上流側（図８において右側）の端部が図示しない吸気口及び低圧ＥＧＲ弁に連通し、気液二相流体が流入すると共に、内部に旋回流発生リボン５０が配置されている。そして、この旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側に、排気口４１ａ及び第１排水口４１ｂが形成され、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の上流側位置に、第２排水口４１ｅ（上流排水口）が形成されている。
排気口４１ａは、旋回流になった気体が流出する開口であり、インレットパイプ４１の軸線方向に開放している。第１排水口４１ｂは、気液二相流体から分離された液体が流出する開口であり、インレットパイプ４１の半径方向であって重力方向の下方に開放している。第２排水口４１ｅは、旋回する前の気液二相流体に含まれる液体が流出する開口であり、インレットパイプ４１の半径方向であって重力方向の下方に開放している。
そして、排気口４１ａにはインナーパイプ４２の一端４２ａが差し込まれている。なお、排気口４１ａとインナーパイプ４２との間に生じる間隙αにはリング部材４７が気密状態で嵌合され、この間隙αから気液二相流体が漏れることを防止している。
また、第１排水口４１ｂを介して、インレットパイプ４１と第１排水パイプ４３とが連通し、第２排水口４１ｅを介して、インレットパイプ４１と第２排水パイプ４８とが連通している。
すなわち、第１排水パイプ４３は、第１管部材４３ａの軸方向中央部に第２管部材４３ｂが直交するように接続したＴ字管によって形成され、第１管部材４３ａをインレットパイプ４１が貫通している。そして、第１管部材４３ａと第２管部材４３ｂとの接続部分に形成された接続開口４３ｃが第１排水口４１ｂに対向している。これにより、インレットパイプ４１は、第１排水口４１ｂ及び接続開口４３ｃを介して、第１排水パイプ４３の第２管部材４３ｂが連通する。
また、第２排水パイプ４８は、第１管部材４８ａの軸方向中央部に第２管部材４８ｂが直交するように接続したＴ字管によって形成され、第１管部材４８ａをインレットパイプ４１が貫通している。そして、第１管部材４８ａと第２管部材４８ｂとの接続部分に形成された接続開口４８ｃが第２排水口４１ｅに対向している。これにより、インレットパイプ４１は、第２排水口４１ｅ及び接続開口４８ｃを介して、第２排水パイプ４８の第２管部材４８ｂが連通する。
そして、第１排水パイプ４３の第２管部材４３ｂの先端部４３ｆは、貯水タンク４４に形成された第１接続口４４ｂに接続され、第２排水パイプ４８の第２管部材４８ｂの先端部４８ｆは、貯水タンク４４に形成された第２接続口４４ｄに接続されている。
そして、第２管部材４３ｂの先端部４３ｆに形成された先端開口４３ｅが、第１接続口４４ｂと連通している。また、第２管部材４８ｂの先端部４８ｆに形成された先端開口４８ｅが、第２接続口４４ｄと連通している。
これにより、第１排水口４１ｂから第１排水パイプ４３に流入した液体は、先端開口４３ｅから第１接続口４４ｂを介して流下し、貯水タンク４４のタンク本体４４ａに貯留される。また、第２排水口４１ｅから第２排水パイプ４８に流入した液体は、先端開口４８ｅから第２接続口４４ｄを介して流下し、貯水タンク４４のタンク本体４４ａに貯留される。
さらに、実施例２のインレットパイプ４１は、内周面４１ｃを冷却するパイプ用冷却構造６０を有している。このパイプ用冷却構造６０は、冷却水循環用配管６１と、第１冷却水管６２と、第２冷却水管６３と、を備えている。
冷却水循環用配管６１は、インレットパイプ４１よりも内径寸法の大きい中空の円筒管である。この冷却水循環用配管６１をインレットパイプ４１が貫通することで、インレットパイプ４１の一部が、周囲が冷却水循環用配管６１によって覆われた二重管構造になる。これにより、インレットパイプ４１と冷却水循環用配管６１の間に、インレットパイプ４１の外側を覆う空間であるパイプ用冷却水循環空間６１ａが形成される。
なお、この冷却水循環用配管６１は、第１排水口４１ｂと第２排水口４１ｅとの間であって、軸方向において旋回流発生リボン５０が配置されている範囲を含む部分を外側から覆っている。
第１冷却水管６２は、パイプ用冷却水循環空間６１ａへ流れ込む冷却水（冷媒）が流れる配管であり、一端６２ａが冷却水循環用配管６１に形成された第１開口部６１ｂに接続され、他端（不図示）が図示しないカーエアコンの冷凍サイクルのエキスパンションバルブとエバポレータの間に接続されている。ここで、第１開口部６１ｂは、パイプ用冷却水循環空間６１ａを半径方向に開放する開口であり、冷却水循環用配管６１の周面に円形の穴を開けることで形成されている。この第１開口部６１ｂは、図８に示すように、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の上流側の位置であって、重力方向の上部に形成されている。
第２冷却水管６３は、パイプ用冷却水循環空間６１ａから排出された冷却水（冷媒）が流れる配管であり、一端６３ａが冷却水循環用配管６１に形成された第２開口部６１ｃに接続され、他端（不図示）が図示しないカーエアコンの冷凍サイクルのエバポレータとコンプレッサの間に接続されている。ここで、第２開口部６１ｃは、パイプ用冷却水循環空間６１ａを半径方向に開放する開口であり、冷却水循環用配管６１の周面に円形の穴を開けることで形成されている。この第２開口部６１ｃは、図８に示すように、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置であって、重力方向の下部に形成されている。
なお、第１開口部６１ｂ及び第２開口部６１ｃを形成する位置は、図８に示す位置に限らず、任意の位置に形成してもよい。つまり、第１開口部６１ｂを、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に形成し、第２開口部６１ｃを、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の上流側の位置に形成してもよい。また、冷却水は、水圧が加わって循環するため、第１,第２開口部６１ｂ,６１ｃの開放方向は、必ずしも重力方向に沿っていなくてもよい。
インナーパイプ４２は、一端４２ａがインレットパイプ４１の排気口４１ａに差し込まれた直管部材である。このインナーパイプ４２の一端４２ａには、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側で開放する開口４２ｂが形成され、旋回流となって液体が分離した後の気体が流入する。
そして、このインナーパイプ４２の内周面４２ｄには、複数（ここでは二つ）の環状溝部４２ｅが形成されている。
各環状溝部４２ｅは、インナーパイプ４２の周方向に沿って延びる環状のへこみであり、インナーパイプ４２の内部に形成されている。また、ここでは、二つの環状溝部４２ｅのうちの一方が、インレットパイプ４１に差し込まれた部分に形成され、他方が、インレットパイプ４１から突出した部分に形成されている。
各環状溝部４２ｅは、図９に拡大して示すように、第１段差面４２１ｅと、第２段差面４２２ｅと、底面４２３ｅと、を有している。
第１段差面４２１ｅは、環状溝部４２ｅを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する面である。この第１段差面４２１ｅにより、インナーパイプ４２の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に大きくなる。つまり、インナーパイプ４２は、環状溝部４２ｅの上流側の位置での内径寸法Ｄ１よりも、環状溝部４２ｅの内側の位置での内径寸法Ｄ２の方が大きい。
また、この第１段差面４２１ｅと、第１段差面４２１ｅよりも上流側のインナーパイプ４２の内周面４２１ｄとでなす角θ１は、ここでは９０°に設定されている。
一方、第２段差面４２２ｅは、環状溝部４２ｅを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置する面である。この第２段差面４２２ｅにより、インナーパイプ２２の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に小さくなる。つまり、インナーパイプ４２は、環状溝部４２ｅの下流側の位置での内径寸法Ｄ３よりも、環状溝部４２ｅの内側の位置での内径寸法Ｄ２の方が大きい。
また、この第２段差面４２２ｅと、第２段差面４２２ｅよりも下流側のインナーパイプ４２の内周面４２２ｄとでなす角θ２は、ここでは９０°に設定されている。さらに、第２段差面４２２ｅの高さ寸法Ｈ２は、第１段差面４２１ｅの高さ寸法Ｈ１と同一寸法に設定されている。
底面４２３ｅは、インナーパイプ４２の周方向に延びて環状溝部４２ｅの底面となる面であり、第１段差面４２１ｅと第２段差面４２２ｅの間に位置している。
一方、インナーパイプ４２の外周面４２ｆには、インレットパイプ４１の内部に差し込まれた部分に突出部４２ｇが形成されると共に、インレットパイプ４１から突出した部分に加熱用電熱シート４２ｈ（加熱手段）が設けられている。
突出部４２ｇは、外周面４２ｆの表面から半径方向の外方に突出した突起であり、インナーパイプ４２の周方向に延びて、外周面４２ｆの全周を取り囲んでいる。ここで、突出部４２ｇは、インレットパイプ４１に形成された第１排水口４１ｂの重力方向の上方位置に形成されている。
そして、この突出部４２ｇの高さ寸法Ｈ３は、インレットパイプ４１の内周面４１ｃとインナーパイプ４２の外周面４２ｆとの隙間寸法Ｈ４よりも小さくなるように設定されている。これにより、突出部４２ｇの先端面とインレットパイプ４１の内周面４１ｃとの間には、隙間が生じる。
加熱用電熱シート４２ｈは、図示しないスイッチをＯＮ操作することで発熱する電熱線が設けられた可撓性を有するシートであり、インナーパイプ４２に巻きつけられて、外周面４２ｆを覆っている。そして、この加熱用電熱シート４２ｈに設けられた電熱線が発熱することで、インナーパイプ４２の外周面４２ｆが加熱される。
また、この実施例２では、インナーパイプ４２に形成された二つの環状溝部４２ｅのうちの一方が、インレットパイプ４１に差し込まれた部分の内周面４２ｄに形成され、他方が、インレットパイプ４１から突出した部分の内周面４２ｄに形成されている。そのため、加熱用電熱シート４２ｈは、環状溝部４２ｅ（第１段差面４２１ｅ）が形成された部分の外周面４２ｆを加熱することになる。
そして、実施例２の旋回流発生リボン５０は、基本的な構成については実施例１の旋回流発生リボン３０と同様の構成となっているため、ここでは、実施例１とは異なる構成について説明する。
すなわち、実施例２の旋回流発生リボン５０は、リボン表面である一方の螺旋面５０ａ及び他方の螺旋面５０ｂを冷却するリボン用冷却構造７０を有している。そして、このリボン用冷却構造７０は、リボン用冷却水循環空間７１と、第３冷却水管７２と、第４冷却水管７３と、を備えている。
ここで、旋回流発生リボン５０を形成する板部材は、図１０に示すように、一方の螺旋面５０ａを有する第１板部材５０ｃと、他方の螺旋面５０ｂを有する第２板部材５０ｄとによる二重構造をなしており、この第１板部材５０ｃと第２板部材５０ｄの間にリボン用冷却水循環空間７１が形成されている。すなわち、リボン用冷却水循環空間７１は、旋回流発生リボン５０の内部に形成された空間である。
そして、このリボン用冷却水循環空間７１には、旋回流発生リボン５０の軸線Ｏに沿った隔壁７１ｃが設けられ、この隔壁７１ｃによって第１空間７１ａと第２空間７１ｂとに区画されている。なお、隔壁７１ｃと、旋回流発生リボン５０の終端部５１を閉鎖する終端面５１ｄとの間には、間隙７１ｄが設けられており、第１,第２空間７１ａ,７１ｂはこの間隙７１ｄを介して連通している。
第３冷却水管７２は、リボン用冷却水循環空間７１へ流れ込む冷却水が流れる配管であり、一端７２ａが旋回流発生リボン５０の始端部５４を閉鎖する始端面５４ｄに形成された第３開口部５４ｅに接続され、他端７２ｂがインレットパイプ４１を半径方向に貫通して、パイプ用冷却水循環空間６１ａに連通している。ここで、第３開口部５４ｅは、リボン用冷却水循環空間７１の第１空間７１ａを軸方向に開放する開口であり、始端面５４ｄに長方形形状の穴を開けることで形成されている。また、第３冷却水管７２の他端７２ｂは、冷却水循環用配管６１に形成された第１開口部６１ｂに対向する位置でインレットパイプ４１を貫通している。
第４冷却水管７３は、リボン用冷却水循環空間７１から排出された冷却水が流れる配管であり、一端７３ａが旋回流発生リボン５０の始端部５４を閉鎖する始端面５４ｄに形成された第４開口部５４ｆに接続され、他端７３ｂがインレットパイプ４１を半径方向に貫通して、パイプ用冷却水循環空間６１ａに連通している。ここで、第４開口部５４ｆは、リボン用冷却水循環空間７１の第２空間７１ｂを開放する開口であり、始端面５４ｄに長方形形状の穴を開けることで形成されている。また、第４冷却水管７３の他端７３ｂは、冷却水循環用配管６１に形成された第１開口部６１ｂよりも、気液二相流体の流れ方向の下流側の位置であって、重力方向の下部の位置でインレットパイプ４１を貫通している。
次に、実施例２の気液分離装置４０における作用を、「液体の捕集作用」、「液体の凝集促進作用」、「液体の蒸発促進作用」に分けて説明する。
［液体の捕集作用］
図１１は、実施例２の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す全体説明図である。以下、図１１に基づき、実施例２の液体の捕集作用について説明する。
実施例２の気液分離装置４０では、実施例１と同様に、インレットパイプ４１を流れる気液二相流体が旋回流発生リボン５０に沿って流れることで旋回し、旋回することで遠心力が発生して、液体がインレットパイプ４１の内周面４１ｃに向かって誘導される。そして、内周面４１ｃに向かって誘導された液体は凝集して液滴となり、気体から液体が分離される。そして、液体が分離された気体は、開口４２ｂからインナーパイプ４２へと流れ込む。一方、気体から分離された液体は、自重によりインレットパイプ４１に形成された第１排水口４１ｂから第１排水パイプ４３へと流れ込み、この第１排水パイプ４３を流下して貯水タンク４４に貯留される。
ここで、気液二相流体に含まれている液体が比較的多い場合には、気液二相流体を旋回させて気体から液体を分離しなくても、すでにある程度の大きさの液滴となった液体が含まれていることがある。
これに対し、実施例２の気液分離装置４０では、インレットパイプ４１が、第１排水口４１ｂに加え、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の上流側に形成された第２排水口４１ｅを有している。
そのため、気液二相流体に含まれる液体のうち、気液二相流体が旋回する前に、すでにある程度の大きさの液滴になり、自重で重力方向の下方へと流下可能な液体は、旋回流発生リボン５０に沿って流れる前に、自重により第２排水口４１ｅからインレットパイプ４１の外部へと流れ出ることができる。そして、この第２排水口４１ｅに接続された第２排水パイプ４８を介して、貯水タンク４４内へと流れて貯留される。
このように、実施例２の気液分離装置４０では、旋回流発生リボン５０よりも気液二相流体の流れ方向の上流側の位置に第２排水口４１ｅが形成されていることで、気液二相流体に含まれる液体のうち、この気液二相流体を旋回させなくても自重で重力方向下方に流下可能な液体を、気液二相流体を旋回させる前に予め捕集することができる。
そのため、気液二相流体を旋回させる際、液体の含有量を低減させて、液体の分離率の向上を図ることができる。
また、この実施例２の気液分離装置４０では、旋回流によってインレットパイプ４１の内周面４１ｃに向かって誘導されつつ液滴化した液体は、第３領域２６Ｃへと流れたら、自重により第１排水口４１ｂを通って第１排水パイプ４３へと流れ込む。そして、この第１排水パイプ４３を流下して貯水タンク４４に捕集される。
しかしながら、自重で落下することができない小さい液滴は、インナーパイプ４２の外周面４２ｆに付着したまま、インレットパイプ４１内に留まることがある。
一方、気液二相流体に含まれる気体の一部は、インナーパイプ４２の中へ流れ込まず、インレットパイプ４１とインナーパイプ４２との間に入り込む。しかし、インレットパイプ４１とインナーパイプ４２の間に流れ込んだ気体は、リング部材４７によって流れが阻止されて抜けていくことができない。そのため、この気体は、インレットパイプ４１の内周面４１ｃに沿った旋回流となって流れるものの、リング部材４７に衝突することで、インナーパイプ４２の外周面４２ｆに沿って逆流し、インナーパイプ４２の開口４２ｂへ向かう。
これにより、自重によって落下できずにインナーパイプ４２の外周面４２ｆに付着した一部の液滴は、インナーパイプ４２の開口４２ｂへ向かう気体によって、開口４２ｂに向かって移動することがある。
これに対し、実施例２の気液分離装置４０では、インレットパイプ２１に差し込まれた部分であって、第１排水口４１ｂに対向した位置のインナーパイプ４２の外周面４２ｆに、周方向に延びた突出部４２ｇが形成されている。
そのため、図１２に示すように、リング部材４７に衝突してからインナーパイプ４２の外周面４２ｆに沿って開口４２ｂへと向かう気体によって、インナーパイプ４２の外周面４２ｆに付着した状態で開口４２ｂに向かって移動させられた液滴Ｗは、突出部４２ｇによって堰き止められる。そして、この液滴Ｗは、突出部４２ｇによって堰き止められることで集合し、質量が大きくなると自重によって落下して、第１排水口４１ｂから第１排水パイプ４３へと流下する。
これにより、インナーパイプ４２の外周面４２ｆに付着した一部の液滴が、気体と共にインナーパイプ４２の開口４２ｂに向かっても、インナーパイプ４２内に流れ込むことを防止でき、適切に捕集して、インナーパイプ４２を流れる気体に液滴化した液体が混じることを防止できる。
［液体の凝集促進作用］
インレットパイプ４１を流れる気液二相流体は、所定の流速で旋回流発生リボン５０に沿って流れることで旋回流となる。しかしながら、気液二相流体の流速が低い場合には、旋回流の流速も遅くなり、発生する遠心力が弱くなる。このような場合では、液体がインレットパイプ４１の内周面４１ｃへ誘導されにくく、液体の凝集が促進されずに、気体からの液体の分離を十分に行うことができないことがある。
これに対し、実施例２の気液分離装置４０では、パイプ用冷却構造６０を有しており、インレットパイプ４１が冷却水循環用配管６１を貫通し、このインレットパイプ４１と冷却水循環用配管６１との間にパイプ用冷却水循環空間６１ａが形成されている。そして、このパイプ用冷却水循環空間６１ａには、図示しないカーエアコンの冷凍サイクルに接続された第１,第２冷却水管６２,６３が接続されている。
そのため、冷凍サイクル内を冷却水が循環すれば、エキスパンションバルブから排出されて低温・低圧の霧状になった冷却水の一部は、第１冷却水管６２を介してパイプ用冷却水循環空間６１ａへと流れ込む。
このパイプ用冷却水循環空間６１ａに流れ込んだ冷却水は、インレットパイプ４１の軸方向に沿って流れ、第２開口部６１ｃから流れ出て、第２冷却水管６３を介して冷凍サイクルに戻る。
ここで、低温・低圧の霧状になった冷却水は、パイプ用冷却水循環空間６１ａを流れている間に周囲の熱を奪って気化していく。そのため、インレットパイプ４１及び冷却水循環用配管６１が冷却される。
一方、インレットパイプ４１の内部には、気液二相流体が流れている。そのため、この気液二相流体がインレットパイプ２１の内周面４１ｃに接触すると、気液二相流体の熱がインレットパイプ４１に伝わり、熱が奪われて冷却される。これにより、気液二相流体の温度が低下して、この気液二相流体に含まれる液体の液滴化を促進することができる。また、液滴化が促進されることで、発生する液滴の重量が重くなり、旋回流による遠心力が弱くても、インレットパイプ４１の内周面４１ｃへと誘導することができる。この結果、気液二相流体からの液体の分離率を向上することができる。
さらに、実施例２の気液分離装置４０では、リボン用冷却構造７０を有している。つまり、インレットパイプ４１の内部に配置された旋回流発生リボン５０が第１板部材５０ｃと第２板部材５０ｄによる二重構造になっており、この第１,第２板部材５０ｃ,５０ｄの間にリボン用冷却水循環空間７１が形成されている。そして、このリボン用冷却水循環空間７１は、第３,第４冷却水管７２,７３を介してパイプ用冷却水循環空間６１ａに連通している。
そのため、図示しないカーエアコンの冷凍サイクル内を冷却水が循環したときには、パイプ用冷却水循環空間６１ａに流れ込んだ冷却水の一部が、第３冷却水管７２を介してリボン用冷却水循環空間７１の第１空間７１ａへと流れ込む。この第１空間７１ａに流れ込んだ冷却水は、旋回流発生リボン５０の始端部５４から終端部５１に向かって流れ、隔壁７１ｃが途切れた間隙７１ｄを介して第２空間７１ｂへと流れ込み、この第２空間７１ｂ内を終端部５１から始端部５４に向かって流れていく。そして、始端部５４に向かって流れた冷却水は、この始端部５４に形成された第４開口部５４ｆから第４冷却水管７３を介して、パイプ用冷却水循環空間６１ａに排出される。
なお、ここでは、第３冷却水管７２の他端７２ｂが、冷却水循環用配管６１に形成された第１開口部６１ｂに対向する位置でインレットパイプ４１を貫通し、第４冷却水管７３の他端７３ｂが、第１開口部６１ｂよりも冷却水の流れ方向の下流側の位置でインレットパイプ４１を貫通している。そのため、パイプ用冷却水循環空間６１ａから流れ込む冷却水は、第１空間７１ａから第２空間７１ｂへと円滑に流れることが可能となっている。
そして、リボン用冷却水循環空間７１へ流れ込んだ冷却水は、このリボン用冷却水循環空間７１を流れている間に周囲の熱を奪って気化していくため、旋回流発生リボン５０のリボン表面である螺旋面５０ａ,５０ｂが冷却される。
これにより、インレットパイプ４１を流れる気液二相流体が、旋回流発生リボン５０の螺旋面５０ａ,５０ｂに接触すれば、この気液二相流体の熱が旋回流発生リボン５０に伝わって冷却される。そのため、気液二相流体に含まれる液体の液滴化を促進することができ、気液二相流体からの液体の分離率を向上することができる。
［液体の蒸発促進作用］
実施例２の気液分離装置４０では、気液二相流体が旋回流になり、液体がインレットパイプ４１の内周面４１ｃへと誘導されて気体から分離され、第１排水口４１ｂを介して排出される。一方、液体が分離された気体は、旋回流の状態を維持したままインナーパイプ４２内へ流れ込み、図示しないターボ過給機５へ供給される。
しかしながら、気体から分離しきれなかった液体が存在すると、この分離しきれなかった液体は、気体と共にインナーパイプ４２内に流れ込むことがある。
このとき、気体と共にインナーパイプ４２に流れ込んだ液体が、ある程度の質量を有する液滴となっている場合には、下流へと流れていくと、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの回転翼等に衝突し、衝撃を与えることがある。
これに対し、実施例２の気液分離装置４０では、インナーパイプ４２の内周面４２ｄに、第１段差面４２１ｅと、第２段差面４２２ｅと、底面４２３ｅと、を有する複数（ここでは二つ）の環状溝部４２ｅが形成されている。
そのため、インナーパイプ４２に流れ込んだ液体が、このインナーパイプ４２内を旋回しながら流れる気体によって内周面４２ｄへと誘導されて凝集し、液滴化した状態で内周面４２ｄに付着したまま流れれば、環状溝部４２ｅの中に入り込む。
このとき、環状溝部４２ｅの中では、図１３に示すように、この環状溝部４２ｅに気体が流れ込むことで乱流が発生し、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する第１段差面４２１ｅに沿って圧力の低い負圧領域Ｈが発生する。
そのため、気体と共に環状溝部４２ｅ内に流れ込んだ液滴Ｗは、負圧領域Ｈに引っ張られ、第１段差面４２１ｅに向かって引き寄せられる。これにより、液滴Ｗが第１段差面４２１ｅの近傍位置、つまり環状溝部４２ｅ内に留まることになる。
一方、この環状溝部４２ｅの底面４２３ｅは、インナーパイプ４２の周方向に延びている。そのため、旋回流となった気体は、この環状溝部４２ｅの内部を底面４２３ｅに沿って周方向に流れる。また、環状溝部４２ｅ内に留まった液滴Ｗも、旋回流になった気体と共に環状溝部４２ｅの内部を底面４２３ｅに沿って流れる。つまり、気体及び液滴Ｗは、この環状溝部４２ｅ内を底面４２３ｅに沿って旋回する。そして、液滴Ｗは、この底面４２３ｅに沿った旋回を続けることで蒸発していく。
そして、インナーパイプ４２に流れ込んだ液体（液滴Ｗ）が、第１段差面４２１ｅに引き寄せられた状態で、環状溝部４２ｅ内で旋回して蒸発することにより、この液滴Ｗが気体と共にインナーパイプ４２を流下することを防止できる。
特に、この実施例２では、環状溝部４２ｅが、インナーパイプ４２の内周面４２ｄに複数（二つ）形成されているため、液滴Ｗを環状溝部４２ｅ内に留まらせて蒸発させる機会が複数回（二回）ある。これにより、より多くの液体を気化させることができ、液滴の気化率の向上を図ることができる。
さらに、この実施例２の気液分離装置４０では、図１１に示すように、インレットパイプ４１から突出した部分のインナーパイプ４２の外周面４２ｆが加熱用電熱シート４２ｈによって覆われている。そのため、この加熱用電熱シート４２ｈをＯＮ操作して発熱させることで、インナーパイプ４２の外周面４２ｆを加熱することができる。
これにより、インレットパイプ４１から突出した部分のインナーパイプ４２内の温度を上昇させ、インナーパイプ４２に気体と共に流れ込んだ液体の蒸発を促進することができる。この結果、インナーパイプ４２内に流れ込んだ液滴を蒸発させて気化させることができ、液滴のままの液体が気体と共に流下することをさらに防止して、液滴の気化率の向上を図ることができる。
なお、この実施例２では、インナーパイプ４２の内周面４２ｄのうち、インレットパイプ４１から突出して加熱用電熱シート４２ｈによって覆われた部分に、第１段差面４２１ｅを有する環状溝部４２ｅが形成されている。
そのため、インナーパイプ４２のうち、この環状溝部４２ｅが形成された部分の外周面４２ｆが加熱用電熱シート４２ｈによって加熱される。
これにより、環状溝部４２ｅの第１段差面４２１ｅの近傍位置に留まっている液滴の蒸発を促進することができ、インナーパイプ４２内に流れ込んだ液滴の蒸発を効率的に行うことができる。
次に、効果を説明する。
実施例２の気液分離装置４０にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
(6) 前記インレットパイプ４１は、前記旋回流発生リボン５０よりも前記気液二相流体の流れ方向の上流側の位置に、液体が流出する上流排水口（第２排水口４１ｅ）が形成されている構成とした。
これにより、上記(1)〜(5)のいずれかの効果に加え、気液二相流体を旋回させる前に、自重で流下可能な液体を捕集することができ、液体の分離率の向上を図ることができる。
(7) 前記インレットパイプ４１は、少なくとも前記旋回流発生リボン５０が配置された部分を冷却するパイプ用冷却構造６０を有する構成とした。
これにより、上記(1)〜(6)のいずれかの効果に加え、インレットパイプ４１を流れる気液二相流体の温度を低下させ、液体の凝集を促進することができ、液体の分離率の向上を図ることができる。
(8) 前記旋回流発生リボン５０は、リボン表面（螺旋面５０ａ,５０ｂ）を冷却するリボン用冷却構造７０を有する構成とした。
これにより、上記(1)〜(7)のいずれかの効果に加え、インレットパイプ４１を流れる気液二相流体の温度を低下させ、液体の凝集を促進することができ、液体の分離率の向上を図ることができる。
(9) 前記インナーパイプ４２の内周面４２ｄには、下流側に向かって内径寸法が大きくなった第１段差面４２１ｅが形成されている構成とした。
これにより、上記(1)〜(8)のいずれかの効果に加え、インナーパイプ４２に液滴が流れ込んでも、液滴化した液体が気体と共に流れることを防止できる。
(10) 前記インナーパイプ４２の内周面４２ｄには、前記第１段差面４２１ｅよりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に、下流側に向かって内径寸法が小さくなった第２段差面４２２ｅが形成されている構成とした。
これにより、上記(9)の効果に加え、第１段差面４２１ｅの近傍位置よりも液滴化した液体が下流側へと移動することを阻止して、液滴のままでの液体の流下を抑制できる。
(11) 前記インナーパイプ４２は、前記インレットパイプ４１に差し込まれた部分の外周面４２ｆに、周方向に延びる突出部４２ｇが形成されている構成とした。
これにより、上記(1)〜(10)のいずれかの効果に加え、インレットパイプ４１内で排水しきれなかった液滴がインナーパイプ４２を流れる気体に混じることを防止できる。
(12) 前記インナーパイプ４２は、前記インレットパイプ４１から突出した部分を加熱する加熱手段（加熱用電熱シート４２ｈ）を有している構成とした。
これにより、上記(1)〜(11)のいずれかの効果に加え、液体の蒸発を促進させることができ、液滴の気化率の向上を図ることができる。
以上、本発明の気液分離装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。
実施例１では、旋回流発生リボン３０の終端部３１の第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂに折り返し構造３３を形成した例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば図１４Ａに示すように、折り返し構造を形成しなくてもよい。
この場合であっても、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂの延在方向は、旋回流発生リボン３０に付着したまま旋回流で押し流される液体の流れ方向とほぼ一致するので、旋回流発生リボン３０の終端部３１において、螺旋面３０ａ,３０ｂに付着させたままインレットパイプ２１の内周面２１ｃへ向かって誘導することができる。
さらに、この実施例１では、インレットパイプ２１の内周面２１ｃにテーパ面２１ｄを形成し、このテーパ面２１ｄが形成された第２領域２６Ｂに、少なくとも旋回流発生リボン３０の第１,第２終端点３１ａ,３１ｂを挿入した例を示した。しかしながら、図１４Ｂ又は図１４Ｃに示すように、テーパ面２１ｄを形成していなくてもよい。
この場合であっても、気液二相流体から分離した液体は、旋回流の流れによって排水口２１ｂに流れ込むことができる。
さらに、図１５Ａに示すように、第１領域２６Ａ内に配置した旋回流発生リボン３０を、終端部３１がインレットパイプ２１の第３領域２６Ｃに挿入するまで延長し、終端部３１をインナーパイプ２２の開口２２ｂに近接させてもよい。
また、図１５Ｂに示すように、テーパ面２１ｄが形成された第２領域２６Ｂに旋回流発生リボン３０の第１,第２終端点３１ａ,３１ｂを挿入すると共に、この旋回流発生リボン３０の第１,第２端縁３２ａ,３２ｂに設けた折り返し構造３３の径方向の両端部を、インレットパイプ２１の内周面２１ｃに沿って延長してもよい。つまり、折り返し構造３３の径方向の両端部に、インレットパイプ２１の第３領域２６Ｃ内に挿入される延長部３５を設けてもよい。この延長部３５は、第１,第２折返片３３ａ,３３ｂによって断面Ｖ字状に形成される（図１５Ｃ参照）。
このとき、先端３５ａがインナーパイプ２２の開口２２ｂよりも下流位置に至るまで延長部３５を延長することで、折り返し構造３３の第１折返片３３ａと第２折返片３３ｂの間に流れ込んだ液体を、インナーパイプ２２内に飛散させることなく内周面２１ｃへ誘導することができる。
また、折り返し構造３３の延長部３５と、インレットパイプ２１の内周面２１ｃとの間に隙間βを維持することで、折り返し構造３３に沿って流れる液体を内周面２１ｃへ円滑に誘導することができる。
また、この実施例１では、旋回流発生リボン３０の始端部３４が、重力方向に沿って立設している。しかしながら、例えば始端部３４を重力方向に対して水平になるように旋回流発生リボン３０を設置してもよい。
この場合では、インレットパイプ２１の内部で内周面２１ｃへ誘導した液体が、自重でパイプ下側に流れやすくすることができ、気体から分離した液体が再飛散することを効果的に防止することができる。
また、実施例１では、排水パイプ２３に貯水タンク２４を接続し、気液二相流体から分離した液体を貯留する例を示したが、排水パイプ２３や貯水タンク２４は、必ずしも設置しなくてもよい。インレットパイプ２１内で分離した液体を貯留することなく排水口２１ｂから排出してもよい。
さらに、実施例２に示す第２排水口４１ｅ（上流排水口）に接続された第２排水パイプ４８についても、必ずしも設置しなくてもよい。
また、実施例１では、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂがいずれも直線状に形成され、旋回流発生リボン３０の終端部３１にＶ字状の空間領域が生じている例を示したが、これに限らない。第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂに対し、中心終端点３１ｃが気液二相流体の流入側に設定されていればよいので、第１,第２端縁３２ａ,３２ｂが湾曲し、旋回流発生リボン３０の終端部３１がＵ字状になっていてもよい。
さらに、第１終端点３１ａの軸方向位置と、第２終端点３１ｂの軸方向位置は、必ずしも一致していなくてもよく、いずれか一方が、他方よりも気液二相流体の流入側に設定されていてもよい。また、このときには、終端線Ｌが旋回流発生リボン３０の軸線Ｏと直交しなくてもよい。そして、中心終端点３１ｃは、第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂよりも気液二相流体の流入側に設定されていればよいので、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏから径方向にずれた位置（軸線Ｏ付近の位置）に設定されていてもよい。
すなわち、旋回流発生リボン３０の形状については、実施例１に示すものに限らない。旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端のそれぞれに設定された第１,第２終端点３１ａ,３１ｂと、それよりも気液二相流体の流入側に設定された中心終端点３１ｃと、これらを結んだ端縁である第１,第２端縁３２ａ,３２ｂと、を有していれば、各終端点や始端点等の設定位置や各端縁の形状等は任意に設定することができる。
そして、実施例２の気液分離装置４０では、インレットパイプ４１を冷却するパイプ用冷却構造６０と、旋回流発生リボン５０を冷却するリボン用冷却構造７０の双方を備える例を示したが、これに限らない。いずれか一方の冷却構造のみを有するものであっても、気液二相流体を冷却し、この気液二相流体に含まれる液体の凝集を促進することができる。
さらに、実施例２では、パイプ用冷却構造６０及びリボン用冷却構造７０において、カーエアコンの冷媒を冷却水として利用する例を示したが、例えばエンジン冷却水（ＬＬＣ：Long Life Coolant）を利用してもよい。
また、実施例２の気液分離装置４０では、インナーパイプ４２の内周面４２ｄに形成した環状溝部４２ｅが、第１段差面４２１ｅ及び第２段差面４２２ｅを有する例を示した。
しかしながら、これに限らず、図１６に示すように、インナーパイプ４２の内周面４２ｄに、下流側に向かって内径寸法が大きくなった第１段差面４２４ｅのみを形成してもよい。
この場合であっても、第１段差面４２４ｅに沿って負圧領域が発生し、この第１段差面４２４ｅの近傍位置に液滴化した液体を留まらせて周方向に旋回させ、蒸発させることができる。
さらに、このように、第１段差面のみを形成する場合において、この第１段差面を気液二相流体の流れ方向に沿って複数形成してもよい。つまり、インナーパイプ４２の内径寸法を、階段状に複数回大きくしてもよい。
この場合には、複数の第１段差面のそれぞれの近傍位置に液滴化した液体を留まらせて、蒸発させることができるため、複数回に分けて液滴を蒸発させることが可能となり、液滴の気化率を向上することができる。
また、実施例２では、インナーパイプ４２に形成された第１段差面４２１ｅと、この第１段差面４２１ｅよりも上流側の内周面４２１ｄとでなす角θ１が９０°に設定する例を示した。
しかし、この角θ１は、第１段差面４２１ｅに沿って負圧領域Ｈが形成できる角度であればよい。つまり、この角θ１は、具体的には図１７に示すように、９０°以下の鋭角に設定されればよい。
さらに、実施例１の気液分離装置４０では、インナーパイプ４２に形成された第２段差面４２２ｅと、この第２段差面４２２ｅよりも下流側の内周面４２２ｄとでなす角θ２が９０°に設定されている例を示した。
しかし、この角θ２は、第２段差面４２２ｅに沿って環状溝部４２ｅ内の液滴の下流側への移動を阻止できる角度であればよい。つまり、この角θ２は、具体的には図１７に示すように、９０°以下の鋭角に設定されればよい。
さらに、この実施例２では、インナーパイプ４２の内周面４２ｄに形成された環状溝部４２ｅと、インナーパイプ４２の外周面４２ｆに形成された突出部４２ｇとの軸方向の位置がずれている例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば図１８に示す気液分離装置４０Ｂのように、インナーパイプ４２の内周面４２ｄをへこませた位置を外方に突出させることで、環状溝部４２ｅと突出部４２ｇとの軸方向位置を一致させてもよい。
この場合では、環状溝部４２ｅと突出部４２ｇを同時に形成することが可能になると共に、環状溝部４２ｅを形成したことによるインナーパイプ４２の厚みの低下を抑制することができる。
さらに、この実施例２では、インナーパイプ４２の外周面４２ｆを加熱する加熱手段として、可撓性を有する加熱用電熱シート４２ｈを用いる例を示したが、これに限らない。インレットパイプ４１から突出した部分のインナーパイプ４２を加熱することができればよいので、例えば、インナーパイプを二重管構造にし、二重になった管の間に高温の排気ガスを循環させて配管を加熱してもよい。つまり、加熱手段としては、排気ガスの循環構造を用いてもよい。
また、実施例１の気液分離装置２０は、排気還流システムＳの中でも、低圧ＥＧＲ弁１４の下流位置であって、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流位置（図１において一点鎖線Ｘで囲む位置）に設置する例を示したが、これに限らない。排気還流システムＳの中で凝縮水が発生する位置に設置することができるため、インタークーラー６の下流位置であって、内燃機関１の気筒給気口の上流側（図１において一点鎖線Ｙで囲む位置）に設置してもよい。
また、この実施例１では、重力方向に対して気液二相流体の流れ方向が水平になるような、いわゆる横置き方向に気液分離装置２０を設置する例を示した。しかしながら、本発明の気液分離装置２０の設置方向はこれに限らず、排気還流システムＳ内でのレイアウト等の影響により、設置方向を適宜設定してもよい。
なお、実施例１において、始端部３４を重力方向に沿って立設した例を示したが、この始端部３４の立設方向についてもこれに限らず、気液分離装置２０のレイアウトに応じて適宜設定される。
さらに、実施例１では、内燃機関１が車両に搭載されるディーゼルエンジンである例を示したが、これに限らず、内燃機関１はガソリンエンジンであっても適用可能である。
そして、実施例１及び実施例２では、気液分離装置２０,４０を、内燃機関１の排気還流システムＳに適用した例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば冷凍サイクル装置に適用し、気体冷媒と液体冷媒とを分離するようにしてもよい。つまり、本発明の気液分離装置は、気液二相流体から気体と液体を分離する装置に適用することができる。
さらに、各配管（インレットパイプ等）の形状、接続箇所、径の寸法等についても、実施例１及び実施例２に示すものに限らず、任意に設定することが可能である。
関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月１７日に日本国特許庁に出願された特願２０１５−２４６４６８号に基づいて優先権を主張し、そのすべての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (11)

  1. 螺旋状にねじられた板部材によって形成されると共に配管の内部に配置された旋回流発生リボンにより、前記配管を流れる気液二相流体を旋回させて遠心力で液体を前記配管の内周面へ誘導する気液分離装置において、
    前記配管は、前記旋回流発生リボンが内部に配置されると共に、前記旋回流発生リボンよりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に、気体が流出する排気口と、液体が流出する排水口と、が形成されたインレットパイプと、前記排気口に一端が差し込まれ、前記インレットパイプの内径寸法よりも小さい外径寸法を有すると共に、前記旋回流発生リボンよりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口を有するインナーパイプと、を備え、
    前記旋回流発生リボンは、前記気液二相流体の流出側の終端部に、前記旋回流発生リボンの径方向外側の終端の一方に設定された第１終端点と、前記旋回流発生リボンの径方向外側の終端の他方に設定された第２終端点と、前記旋回流発生リボンの軸線上であって、前記第１終端点及び前記第２終端点よりも前記気液二相流体の流入側に設定された中心終端点と、を有すると共に、前記第１終端点と前記中心終端点とを結んだ第１端縁と、前記第２終端点と前記中心終端点とを結んだ第２端縁と、が形成され、
    前記第１端縁及び前記第２端縁に、前記気液二相流体の流入側に折り返された折り返し構造が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  2. 請求項１に記載された気液分離装置において、
    前記折り返し構造は、前記中心終端点から前記第１終端点の手前までの間と、前記中心終端点から前記第２終端点の手前までの間に形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載された気液分離装置において、
    前記インレットパイプの内周面には、前記気液二相流体の流れ方向に沿って内径寸法が徐々に大きくなるテーパ面が形成され、
    前記旋回流発生リボンは、少なくとも前記第１終端点及び前記第２終端点が、前記テーパ面が形成された領域に挿入されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インレットパイプには、前記排水口に連結された排水パイプと、前記排水パイプの先端部に設けられた貯水タンクと、が設けられ、
    前記インナーパイプには、前記貯水タンクの内部と連通するバイパスパイプが設けられている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インレットパイプは、前記旋回流発生リボンよりも前記気液二相流体の流れ方向の上流側の位置に、液体が流出する上流排水口が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インレットパイプは、少なくとも前記旋回流発生リボンが配置された部分を冷却するパイプ用冷却構造を有する
    ことを特徴とする気液分離装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記旋回流発生リボンは、リボン表面を冷却するリボン用冷却構造を有する
    ことを特徴とする気液分離装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インナーパイプの内周面には、下流側に向かって内径寸法が大きくなった第１段差面が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  9. 請求項８に記載された気液分離装置において、
    前記インナーパイプの内周面には、前記第１段差面よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に、下流側に向かって内径寸法が小さくなった第２段差面が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インナーパイプは、前記インレットパイプに差し込まれた部分の外周面に、周方向に延びる突出部が形成されている
    ことを特徴とする気液分離装置。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    前記インナーパイプは、前記インレットパイプから突出した部分を加熱する加熱手段を有している
    ことを特徴とする気液分離装置。
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