JP7094091B2 - 気液分離装置 - Google Patents

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Description

本発明は、気液二相流体に含まれる気体と液体を分離する気液分離装置に関する発明である。
従来、円柱状の翼支持部と、この翼支持部の外周面を螺旋状に取り巻く複数の静翼と、を備えた旋回流発生部材によって配管内を流れる流体を旋回させ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、砲弾状の翼支持部と、この翼支持部の外周面を螺旋状に取り巻く複数の静翼とを備えた旋回流発生部材も知られている（例えば、特許文献２参照）。
実開平１－８３４５９号公報 特開平１１－８３１５１号公報
ところで、従来の旋回流発生部材にあっては、静翼が設けられた翼支持部が円柱状であったり、砲弾状であったりしている。そのため、これらの翼支持部は、少なくとも流体の流出側の端部において外周面が配管の内周面に対してほぼ平行になる。これにより、この翼支持部の外周面に沿って流れる流体が配管の内周面に向かいにくくなり、流体に対して十分な遠心力を付与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、配管を流れる気液二相流体に付与する遠心力を向上させ、液体の分離性能を向上させ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、配管の内部に配置された旋回流発生部材により、配管を流れる気液二相流体を旋回させて液体を配管の内周面へ誘導し、気液二相流体から液体と気体を分離する気液分離装置である。
前記配管は、旋回流発生部材が内部に配置されると共に、液体が流出する排水口が旋回流発生部材よりも気液二相流体の流出側の位置に形成されたインレットパイプと、インレットパイプの端部に一端が差し込まれ、この一端に形成された開口を有するインナーパイプと、を備えている。
前記旋回流発生部材は、インレットパイプの軸線に沿って延在すると共に、気液二相流体の流入側から流出側に向かって次第に拡径する円錐形状を呈した翼支持部と、翼支持部の外周面に設けられた複数の静翼と、を備えている。
そして、前記複数の静翼は、前記外周面を取り巻くと共に、前記翼支持部の周方向に一定の間隔をあけて設けられており、前記複数の静翼はそれぞれ、前記翼支持部の先端側における第１の端部位置と、前記翼支持部の後端側における第２の端部位置とを通る直線が前記翼支持部の軸線に対して傾斜している。
また、前記翼支持部に対する前記複数の静翼の各々の取巻角度は、前記気液二相流体の旋回量を向上させるか又は前記気液二相流体の通気抵抗を抑制するように設定されている。
前記取巻角度は、前記翼支持部の前記軸線から前記第１の端部位置を通って径方向に延びる第１直線と、前記翼支持部の前記軸線から前記第２の端部位置を通って径方向に延びる第２直線とのなす角であり、大きいほど前記旋回量を向上させ、小さいほど前記通気抵抗を抑制する。
よって、本発明では、インレットパイプの軸芯付近を流れる気液二相流体は、円錐形状の翼支持部の外周面に沿って流れ、インレットパイプの内周面に向かっていく。これにより、気液二相流体がインレットパイプの軸芯付近を通過しにくくすることができる。一方、翼支持部の外周面に設けられた静翼によって、気液二相流体の流れ方向がインレットパイプの軸線に対して傾斜させられ、この気液二相流体の流れが旋回流となる。これにより、配管を流れる気液二相流体は、インレットパイプの内周面に向かいながら旋回することになり、気液二相流体に付与される遠心力を向上させ、液体の分離性能を向上させることができる。
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。 図２に示すＡ部の拡大図である。 実施例１の旋回流発生部材を示す斜視図である。 実施例１の旋回流発生部材の側面図である。 実施例１の旋回流発生部材の正面図である。 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ける液体の流れを拡大して示す説明図である。 図５に示すＢ部の拡大図である。 実施例１の旋回流発生部材の変形例を示す正面図である。 第１変形例の翼支持部を示す側面図である。 第２変形例の翼支持部を示す側面図である。 第３変形例の翼支持部を示す側面図である。 実施例１の気液分離装置の変形例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」、「旋回流発生部材の詳細構成」、「パイプ冷却構造の詳細構成」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の吸気に戻すこととなる。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を通過したエアに戻すこととなる。
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。そこで、実施例１では、本発明の旋回流発生装置を適用した気液分離装置２０（図２参照）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において破線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、第１排水パイプ２３と、第２排水パイプ２４と、貯水タンク２５と、バイパスパイプ２６と、旋回流発生部材３０と、パイプ冷却構造４０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、以下「流体流入側」という）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の内側には、気液二相流体の流れを内周面２１ａに沿って旋回させる旋回流発生部材３０が配置されている。そして、このインレットパイプ２１は、旋回流発生部材３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側（図２において左側、以下「流体流出側」という）の端部２１ｂに、第１排水口２１ｃ（排水口）が形成され、旋回流発生部材３０よりも流体流入側に、第２排水口２１ｄ（上流排水口）が形成されている。
第１排水口２１ｃ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２１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２１ｄ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２１ａには、テーパ面２１ｅが形成されている。このテーパ面２１ｅは、インレットパイプ２１の内径寸法を流体流出側に向かって徐々に大きくする傾斜面であり、旋回流発生部材３０よりも流体流出側の位置に形成されている。これにより、インレットパイプ２１の内径寸法は、テーパ面２１ｅよりも流体流入側である第１領域２７Ａが最も小さく、テーパ面２１ｅが形成された第２領域２７Ｂにて徐々に大きくなり、テーパ面２１ｅよりも流体流出側である第３領域２７Ｃが最も大きくなる。
さらに、ここでは、テーパ面２１ｅが形成された第２領域２７Ｂの流体流入側の端部の位置と、旋回流発生部材３０の流体流出側の端部の位置とが近接している。つまり、旋回流発生部材３０の流体流出側の端部位置は、第２領域２７Ｂの流体流入側の端部位置の近傍に設定されている。
そして、第１領域２７Ａに第２排水口２１ｄが形成されると共に旋回流発生部材３０が配置され、第３領域２７Ｃに第１排水口２１ｃが形成されている。
インナーパイプ２２は、インレットパイプ２１の第３領域２７Ｃの内径寸法よりも小さい外形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の流体流出側の端部２１ｂ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。
なお、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２との間に生じる間隙αにはスペーサー２８が嵌合されている。スペーサー２８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２１ａ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２２ｆに気密状態で接触している。
ここで、スペーサー２８のインレットパイプ２１内側の軸方向端部２８ａは、第１排水口２１ｃの周縁部のうちの最も下流側の部分と軸方向位置が一致している。つまり、スペーサー２８は、第１排水口２１ｃの開口領域に重複しないものの、第１排水口２１ｃの開口領域に対して、軸方向に隙間を開けることなく設置されている。
インナーパイプ２２は、インレットパイプ２１に差し込まれた一端２２ａに、旋回流発生部材３０よりも流体流出側で開放する開口２２ｂが形成されている。また、このインナーパイプ２２の流体流出側（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。ここで、開口２２ｂは、インナーパイプ２２の軸方向に開放し、インレットパイプ２１と、インナーパイプ２２と、開口２２ｂは、同軸になっている。
また、このインナーパイプ２２は、インレットパイプ２１から突出した位置に、周面を径方向に貫通する通気口２２ｃが形成されている。この通気口２２ｃには、バイパスパイプ２６の第２端部２６ｂが接続している。さらに、インナーパイプ２２の内周面２２ｄには、複数の環状溝部２２ｅ（ここでは二つ）が形成されている。一方、インナーパイプ２２の外周面２２ｆには、インレットパイプ２１に差し込まれた部分に突出部２２ｇが形成され、インレットパイプ２１から突出した部分に加熱用電熱シート２２ｈ（加熱構造）が設けられている。
各環状溝部２２ｅは、インナーパイプ２２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２２の内部、すなわち旋回流発生部材３０よりも流体流出側の位置に設けられている。また、ここでは、二つの環状溝部２２ｅのうちの一方が、インレットパイプ２１に差し込まれた部分であって、突出部２２ｇの内側に形成されていて、環状溝部２２ｅと突出部２２ｇとの軸方向位置が一致している。また、他方の環状溝部２２ｅは、インレットパイプ２１から突出した部分に形成されている。各環状溝部２２ｅは、いずれも図３に拡大して示すように、第１段差面５１と、第２段差面５２と、底面５３と、を有している。
第１段差面５１は、環状溝部２２ｅを形成する面の中で、流体流入側に位置する面である。この第１段差面５１により、インナーパイプ２２の内径寸法は、流体流出側に向かって段状に拡大される。つまり、インナーパイプ２２は、環状溝部２２ｅの流体流入側の位置での内径寸法Ｄ１よりも、環状溝部２２ｅ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５１と、第１段差面５１よりも流体流入側のインナーパイプ内周面２２１ｄ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５２は、環状溝部２２ｅを形成する面の中で、流体流出側に位置する面である。この第２段差面５２により、インナーパイプ２２の内径寸法は、流体流出側に向かって段状に縮小する。つまり、インナーパイプ２２は、環状溝部２２ｅの流体流出側の位置での内径寸法Ｄ３よりも、環状溝部２２ｅ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５２と、第２段差面５２よりも流体流出側のインナーパイプ内周面２２２ｄ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５２の高さ寸法Ｈ２は、第１段差面５１の高さ寸法Ｈ１と同一寸法に設定されている。
底面５３は、インナーパイプ２２の周方向に延びて環状溝部２２ｅの底面となる面であり、第１段差面５１と第２段差面５２の間に位置している。
突出部２２ｇは、インナーパイプ２２の外周面２２ｆから半径方向の外方に突出し、インナーパイプ２２の周方向に延びて、外周面２２ｆの全周を取り囲んでいる。ここで、突出部２２ｇは、インレットパイプ２１に形成された第１排水口２１ｃの重力方向の上方位置に形成されている。この突出部２２ｇの高さ寸法Ｈ３は、インレットパイプ２１の内周面２１ａとインナーパイプ２２の外周面２２ｆ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２２ｇの先端面とインレットパイプ２１の内周面２１ａとの間には、隙間が生じる。
加熱用電熱シート２２ｈ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を有する可撓性を有するシートであり、インナーパイプ２２に巻きつけられて、外周面２２ｆを覆っている。そして、この加熱用電熱シート２２ｈが有する電熱線が発熱することで、インナーパイプ２２が加熱される。なお、この加熱用電熱シート２２ｈは、ここではインレットパイプ２１から突出した部分に形成された他方の環状溝部２２ｅが形成された位置を覆っており、インナーパイプ２２のうち、環状溝部２２ｅ（第１段差面５１）が形成された部分の外周面２２ｆを加熱することになる。
第１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の内側にインレットパイプ２１の流体流出側の端部２１ｂが嵌着している。また、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が第１排水口２１ｃと対向している。これにより、インレットパイプ２１は、第１排水口２１ｃ及び接続開口２３ｃを介して、第１排水パイプ２３の第２管部材２３ｂが連通する。
また、インレットパイプ２１に形成された第１排水口２１ｃの内径寸法は、第１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、重力方向下方に向かって延在し、中間部に液体の流れ方向に沿って次第に縮径する縮径部２３ｄを有している。これにより、先端開口２３ｅの内径寸法が、接続開口２３ｃ及び第１排水口２１ｃの内径寸法よりも小さくなっている。
第２排水パイプ２４は、第１管部材２４ａの軸方向中央部に第２管部材２４ｂ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２４ａの内側をインレットパイプ２１が貫通している。また、第１管部材２４ａと第２管部材２４ｂとの接続部分に形成された接続開口２４ｃが第２排水口２１ｄに対向している。これにより、インレットパイプ２１は、第２排水口２１ｄ及び接続開口２４ｃを介して、第２排水パイプ２４の第２管部材２４ｂが連通する。
また、インレットパイプ２１に形成された第２排水口２１ｄの内径寸法は、第２排水パイプ２４の接続開口２４ｃの内径寸法と同等に設定されている。そして、第２管部材２４ｂは、インレットパイプ２１の軸方向に対して、重力方向下方に向かって延在し、中間部に液体の流れ方向に沿って次第に縮径する縮径部２４ｄを有している。これにより、先端開口２４ｅの内径寸法が、接続開口２４ｃ及び第２排水口２１ｄの内径寸法よりも小さくなっている。
貯水タンク２５は、第１排水パイプ２３及び第２排水パイプ２４の重力方向下方に設置されたタンク本体２５ａを有している。このタンク本体２５ａは、重量方向上部に形成された第１接続口２５ｂが第１排水パイプ２３の第２管部材２３ｂの先端部２３ｆに接続され、第２接続口２５ｃが第２排水パイプ２４の第２管部材２４ｂの先端部２４ｆに接続されている。そして、第２管部材２３ｂの先端部２３ｆに形成された先端開口２３ｅが、第１接続口２５ｂと連通し、第２管部材２４ｂの先端部２４ｆに形成された先端開口２４ｅが、第２接続口２５ｃと連通している。
また、このタンク本体２５ａの重力方向上部の側面には、バイパスパイプ２６の第１端部２６ａが接続する通気口２５ｄが形成されている。
なお、タンク本体２５ａの重量方向下部には、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２５ａ内に貯留された液体が一定量に達したら、排水開口を介して貯留した液体をタンク外へ放出することができる。
バイパスパイプ２６は、インナーパイプ２２と貯水タンク２５とを連通する両端が開放した管部材である。このバイパスパイプ２６は、第１端部２６ａがタンク本体２５ａに形成された通気口２５ｄに接続され、第２端部２６ｂ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。そして、タンク本体２５ａの内部空間は、バイパスパイプ２６を介してインナーパイプ２２の内部に連通している。
［旋回流発生部材の詳細構成］
図４Ａ～図４Ｃは、実施例１の旋回流発生部材を示す図面である。以下、図４Ａ～図４Ｃに基づき、実施例１の旋回流発生部材の詳細構成を説明する。
旋回流発生部材３０は、インレットパイプ２１の第１領域２７Ａに配置され、このインレットパイプ２１を流れる気液二相流体の流れ方向を規定して、旋回流にするものである。この旋回流発生部材３０は、翼支持部３１と、この翼支持部３１の外周面３１ａに設けられた複数（ここでは四枚）の静翼３２と、を備えている。
翼支持部３１は、インレットパイプ２１の軸線Ｏに沿って延在すると共に、気液二相流体の流入側から流出側に向かって外形寸法が次第に拡径していく円錐形状を呈している。この翼支持部３１の最大外径寸法Ｒ１は、インレットパイプ２１の第１領域２７Ａの内径寸法Ｄ４よりも小さく設定されている。また、この実施例１では、翼支持部３１の先端３１ｂは、Ｒ面に形成されている。
静翼３２は、翼支持部３１の外周面３１ａを螺旋状に取り巻き、インレットパイプ２１の軸線Ｏに対して、延在方向が傾斜している。すなわち、この静翼３２は、翼支持部３１の先端３１ｂ側の端部位置３２ａと、翼支持部３１の後端３１ｃ側の端部位置３２ｂとを通る直線Ｌ１が、翼支持部３１の軸線Ｏ´に対して傾斜している。しかも、この静翼３２では、翼支持部３１と静翼３２との接触ラインＬ２が螺旋状に取り巻くように湾曲している。
なお、「先端３１ｂ」とは、翼支持部３１の流体流入側の端部である。また、「後端３１ｃ」とは、翼支持部３１の流体流出側の端部である。
また、複数（四枚）の静翼３２は、翼支持部３１の周方向に一定の間隔を開けて設けられており、互いの対向面が平行になっている。
さらに、この実施例１では、各静翼３２の翼支持部３１に対する取巻角度θ３は、約６０°に設定されている。この「取巻角度」とは、図４Ｃに示すように、旋回流発生部材３０を軸方向から見たときに、軸線Ｏ´から端部位置３２ａを通って径方向に延びる第１直線Ｌ３と、軸線Ｏ´から端部位置３２ｂを通って径方向に延びる第２直線Ｌ４とのなす角である。これにより、旋回流発生部材３０を軸方向から見たとき、翼支持部３１の周方向に沿って、静翼３２間に隙間βが生じる。
そして、この旋回流発生部材３０の最大外径寸法Ｒ２は、インレットパイプ２１の第１領域２７Ａの内径寸法Ｄ４と同等に設定されている。これにより、旋回流発生部材３０は、インレットパイプ２１と同軸状態に設置されると共に、静翼３２の径方向の先端が、インレットパイプ２１の内周面２１ａに接触する。
［パイプ冷却構造の詳細構成］
パイプ冷却構造４０は、図２に示すように、インレットパイプ２１の外側を覆い、旋回流発生部材３０が配置された部分を外部から冷却するものである。このパイプ冷却構造４０は、冷却水循環用配管４１と、第１冷却水管４２と、第２冷却水管４３と、を備えている。
冷却水循環用配管４１は、インレットパイプ２１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４１をインレットパイプ２１が貫通することで、インレットパイプ２１の一部は、周囲が冷却水循環用配管４１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２１と冷却水循環用配管４１の間に、インレットパイプ２１の外側を覆う空間であるパイプ冷却水循環空間４１ａが形成される。
なお、この冷却水循環用配管４１は、インレットパイプ２１のうち、第１排水口２１ｃと第２排水口２１ｄとの間であって、旋回流発生部材３０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４２は、パイプ冷却水循環空間４１ａへ流れ込む冷却水（冷媒）が流れる配管であり、一端４２ａが冷却水循環用配管４１に形成された第１開口部４１ｂ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４１ｂは、パイプ冷却水循環空間４１ａを半径方向に開放する開口であり、冷却水循環用配管４１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４１ｂは、図２に示すように、旋回流発生部材３０よりも流体流入側であって、重力方向の上部に形成されている。
第２冷却水管４３は、パイプ冷却水循環空間４１ａから排出された冷却水（冷媒）が流れる配管であり、一端４３ａが冷却水循環用配管４１に形成された第２開口部４１ｃ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４１ｃは、パイプ冷却水循環空間４１ａを半径方向に開放する開口であり、冷却水循環用配管４１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４１ｃは、図２に示すように、旋回流発生部材３０よりも流体流出側であって、重力方向の下部に形成されている。
なお、第１開口部４１ｂ及び第２開口部４１ｃを形成する位置は、図１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４１ｂを、旋回流発生部材３０よりも流体流出側に形成し、第２開口部４１ｃを、旋回流発生部材３０よりも流体流入側に形成してもよい。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４１ｂ，４１ｃ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。
次に、実施例１の気液分離装置２０の作用を、「気液分離作用」、「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」、「第２段差面の液滴保持作用」に分けて説明する。
［気液分離作用］
図５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る。以下、図５に基づき、実施例１の気液分離作用を説明する。
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１ｍ／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５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、旋回流発生部材３０が設置された第１領域２７Ａを通過する際、この旋回流発生部材３０に沿って流れることで旋回させられて旋回流になる。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２１ａに向かって誘導される。
インレットパイプ２１の内周面２１ａ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２１ａに付着したまま、旋回流の流れによって第２領域２７Ｂから第３領域２７Ｃへと流れていく。
そして、第３領域２７Ｃに流れ込んだ液体は、この第３領域２７Ｃに形成された第１排水口２１ｃへと流れ込み、第１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２５ａに流れて貯留される。
このとき、第１排水口２１ｃが重力方向の下方に開放すると共に、第１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２７Ｃに流れ込んだ液体は、自重により第１排水口２１ｃ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２７Ｃ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２１ａ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２７Ｃ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。
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２５とがバイパスパイプ２６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２５の内部を負圧にすることができ、第１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の流体流出側の端部２１ｂには、インナーパイプ２２との間に生じる間隙αを封鎖するスペーサー２８が嵌合されている。そのため、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２との間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。
そして、この実施例１では、旋回流発生部材３０が、インレットパイプ２１と同軸状態に設置された翼支持部３１を有し、この翼支持部３１が、インレットパイプ２１の軸線Ｏに沿って延在すると共に、気液二相流体の流入側から流出側に向かって次第に拡径する円錐形状を呈している。
そのため、インレットパイプ２１の軸芯付近を流れる気液二相流体は、この翼支持部３１の外周面３１ａに沿って流れることで、インレットパイプ２１の内周面２１ａに向かって強制的に移動させられる。これにより、気液二相流体がインレットパイプ２１の軸芯付近を流れることを防止でき、インレットパイプ２１を流れる気液二相流体が低流量であっても、この気液二相流体に含まれる液体を凝集して、液滴化を促進することができる。
さらに、旋回流発生部材３０の静翼３２は、インレットパイプ２１の軸線Ｏに対して傾斜しながらこの外周面３１ａを取り巻いており、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、気液二相流体の流れ方向をインレットパイプ２１の軸線Ｏに対して傾斜させ、旋回流にすることができる。しかも、このとき気液二相流体に含まれる液体が静翼３２に衝突し、凝集させることができて、さらに液体の液滴化を促進することができる。
また、この旋回流発生部材３０は、円錐形状の翼支持部３１の外周面３１ａに静翼３２を設けた構成であるため、例えば、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と比べて、軸方向寸法の短縮化を図ることができる。これにより、旋回流発生部材３０が配置される第１領域２７Ａの長さを抑制し、気液分離装置２０の小型化を図ることができる。
さらに、気液二相流体を旋回させる際の旋回量や通気抵抗は、翼支持部３１の外周面３１ａの形状や、静翼３２の数、静翼３２の翼支持部３１に対する取巻角度θ３等調整することで、任意に設定可能である。つまり、例えば、取巻角度θ３が大きいほど、気液二相流体が静翼３２に衝突する際の衝突面積を増大させ、気液二相流体の流路を屈曲して旋回量を向上させることができる。一方、取巻角度θ３が小さいほど、静翼３２の端部位置３２ａと端部位置３２ｂを通る直線Ｌ１が、軸線Ｏに対して平行に近づいていく。そのため、気液二相流体が円滑に流れることができ、通気抵抗を抑制することができる。また、翼支持部３１の外周面３１ａが平坦面であったり、湾曲面であったりすることで、気液二相流体を旋回させる際の旋回量や通気抵抗が変化する。
そのため、旋回流発生部材３０の形状調整によって、インレットパイプ２１を流れる気液二相流体の旋回量や通気抵抗を容易且つ適切にコントロールすることが可能になる。
また、この実施例１では、静翼３２が、翼支持部３１の周方向に沿って複数設けられ、一定間隔で平行に並んでいる。そのため、インレットパイプ２１を流れる気液二相流体の旋回量や通気抵抗をさらに適切にコントロールすることができる。
そして、この実施例１では、インレットパイプ２１の内周面２１ａ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２１ｅが形成された第２領域２７Ｂを有している。一方、この第２領域２７Ｂの流体流入側の端部と、旋回流発生部材３０の流体流出側の端部の位置とが近接している。
そのため、旋回流発生部材３０の翼支持部３１の後端３１ｃまで流れた液体は、テーパ面２１ｅの内側に速やかに流れ出ることができる。これにより、翼支持部３１の外周面３１ａや静翼３２に沿って内周面２１ａに向けて誘導された液体を、第１排水口２１ｃへと円滑に排出することができ、液体の誘導・分離をさらに促進することができる。
［液体の捕集作用］
実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１が、第１排水口２１ｃに加え、旋回流発生部材３０よりも流体流入側に形成された第２排水口２１ｄを有している。
そのため、気液二相流体に含まれている液体が比較的多く、気液二相流体を旋回させて気体から分離していなくても、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、旋回流発生部材３０に沿って流れる前に、自重により第２排水口２１ｄからインレットパイプ２１の外部へと排出される。そして、この第２排水口２１ｄに接続された第２排水パイプ２４を介して、貯水タンク２５内へと流れて貯留される。
すなわち、この実施例１の気液分離装置２０では、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。これにより、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、旋回流によってインレットパイプ２１の内周面２１ａに向かって誘導されつつ液滴化した液体は、第３領域２７Ｃへと流れたら、自重により第１排水口２１ｃを通って第１排水パイプ２３へと流れ込む。そして、この第１排水パイプ２３を流下して貯水タンク２５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２２の外周面２２ｆに付着したまま、インレットパイプ２１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２２の中へ流れ込まず、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２との間に入り込む。しかし、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２の間に流れ込んだ気体は、スペーサー２８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２１の内周面２１ａに沿った旋回流となって流れるものの、スペーサー２８に衝突することで、インナーパイプ２２の外周面２２ｆに沿って逆流し、インナーパイプ２２の開口２２ｂ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２２の外周面２２ｆに付着した一部の液滴は、インナーパイプ２２の開口２２ｂへ向かう気体によって、開口２２ｂに向かって移動することがある。
これに対し、実施例１の気液分離装置２０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２１ｃに対向した位置のインナーパイプ２２の外周面２２ｆに、周方向に延びた突出部２２ｇが形成されている。
そのため、図６に示すように、スペーサー２８に衝突してからインナーパイプ２２の外周面２２ｆに沿って開口２２ｂへと向かう気体によって、インナーパイプ２２の外周面２２ｆに付着した状態で開口２２ｂに向かって移動させられた液滴Ｗは、突出部２２ｇによって堰き止められる。そして、この液滴Ｗは、突出部２２ｇ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２１ｃから第１排水パイプ２３へと流下する。
これにより、インナーパイプ２２の外周面２２ｆに付着した一部の液滴が、気体と共にインナーパイプ２２の開口２２ｂに向かっても、インナーパイプ２２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２２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２１を流れる気液二相流体は、所定の流速で旋回流発生部材３０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２１の内周面２１ａ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１の気液分離装置２０では、パイプ冷却構造４０を有しており、インレットパイプ２１が冷却水循環用配管４１を貫通し、このインレットパイプ２１と冷却水循環用配管４１との間にパイプ冷却水循環空間４１ａが形成されている。そして、このパイプ冷却水循環空間４１ａ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４２，４３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４２を介してパイプ冷却水循環空間４１ａへと流れ込む。
このパイプ冷却水循環空間４１ａに流れ込んだ冷却水は、インレットパイプ２１の軸方向に流れ、第２開口部４１ｃから流れ出て、第２冷却水管４３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、パイプ冷却水循環空間４１ａ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２１及び冷却水循環用配管４１が冷却される。
一方、インレットパイプ２１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２１ａに接触すると、気液二相流体の熱がインレットパイプ２１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、液体をインレットパイプ２１の内周面２１ａ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させることができる。
［液体の蒸発促進作用］
実施例１の気液分離装置２０において、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２２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２２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２２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１の気液分離装置２０では、インナーパイプ２２の内周面２２ｄに、第１段差面５１と、第２段差面５２と、底面５３と、を有する複数（ここでは二つ）の環状溝部２２ｅが形成されている。
そのため、インナーパイプ２２に流れ込んだ液体は、このインナーパイプ２２内を旋回しながら流れる気体によって内周面２２ｄへと誘導されて凝集し、液滴化した状態で内周面２２ｄに付着したまま流れたとき、環状溝部２２ｅの中に入り込む。
このとき、環状溝部２２ｅの中では、図７に示すように、この環状溝部２２ｅ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５１に沿って圧力の低い負圧領域Ｆが発生する。そのため、気体と共に環状溝部２２ｅ内に流れ込んだ液滴Ｗは、負圧領域Ｆに引っ張られ、第１段差面５１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５１の近傍位置、つまり環状溝部２２ｅ内に留まることになる。
一方、この環状溝部２２ｅの底面５３は、インナーパイプ２２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２２ｅの内部を底面５３に沿って周方向に流れる。また、環状溝部２２ｅ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２２ｅの内部を底面５３に沿って流れる。つまり、気体及び液滴Ｗは、この環状溝部２２ｅ内を底面５３に沿って旋回する。そして、液滴Ｗは、この底面５３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２２に流れ込んだ液滴Ｗが、第１段差面５１に引き寄せられた状態で、環状溝部２２ｅ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２２を流下することを防止できる。
このように、液滴化して気体から分離した液体（液滴Ｗ）は、第１段差面５１に引き寄せられた状態で、環状溝部２２ｅ内で旋回して蒸発するため、この液滴Ｗが環状溝部２２ｅよりも流体流出側へと流れることが防止できる。
特に、この実施例１では、環状溝部２２ｅが、インナーパイプ２２の内周面２２ｄに複数（二つ）形成されている。このため、液滴Ｗを環状溝部２２ｅ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１の気液分離装置２０では、図５に示すように、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ２２の外周面２２ｆが加熱用電熱シート２２ｈによって覆われている。そのため、この加熱用電熱シート２２ｈをＯＮ操作して発熱させることで、インナーパイプ２２の外周面２２ｆを加熱することができる。
これにより、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ２２内の温度を上昇させ、インナーパイプ２２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２２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１では、インナーパイプ２２の内周面２２ｄのうち、インレットパイプ２１から突出して加熱用電熱シート２２ｈによって覆われた部分に、第１段差面５１を有する環状溝部２２ｅが形成されている。そのため、インナーパイプ２２のうち、この環状溝部２２ｅが形成された部分の外周面２２ｆが加熱用電熱シート２２ｈによって加熱される。
これにより、環状溝部２２ｅの第１段差面５１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２２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。
［第２段差面の液滴保持作用］
実施例１では、インナーパイプ２２に形成された環状溝部２２ｅが、第１段差面５１よりも流体流出側に位置し、この流体流出側に向かってインナーパイプ２２の内径寸法を段状に小さくする第２段差面５２を有している。
そのため、図７に示すように、環状溝部２２ｅに入り込んだ液滴Ｗが、旋回流によって流体流出側へと移動して第１段差面５１から離れても、第２段差面５２によって移動が阻止され、環状溝部２２ｅ内に留まらせることができる。
すなわち、第２段差面５２により、環状溝部２２ｅよりも下流側へ液滴Ｗが流れてしまうことを防止することができる。そのため、この液滴Ｗを環状溝部２２ｅの内部に留まらせて蒸発させ、液滴Ｗのままでの液体の流下を抑制することができる。
以上、本発明の気液分離装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許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、旋回流発生部材３０の静翼３２を四枚設けた例を示したが、これに限定されない。静翼３２は、一枚以上あればよい。また、静翼３２の翼支持部３１に対する取巻角度θ３も任意に設定することができ、図８に示すように、この取巻角度θ３を、旋回流発生部材３０を軸方向から見たときに、翼支持部３１の周方向に沿って静翼３２間に隙間が生じない角度に設定してもよい。
また、翼支持部３１の外周面３１ａの軸方向寸法Ｌや、最大外径寸法Ｒ１、先端３１ｂの曲率等は任意に設定することができる。また、外周面３１ａの形状についても実施例１に限定されず、例えば平坦面（図９Ａ参照）や、凸湾曲面（図９Ｂ参照）、凹湾曲面（図９Ｃ参照）等に任意に設定することができる。
さらに、静翼３２の断面形状においても、任意に設定することができ、例えば、断面が長方形の静翼や、断面がしずく型の静翼であってもよい。
また、実施例１では、インレットパイプ２１に第１排水口２１ｃ及び第２排水口２１ｄを形成した例を示したが、これに限らない。例えば、図１０に示す気液分離装置２０Ａのように、インレットパイプ２１の流体流入側の端部２１ｆを、インレットパイプ２１よりも内径寸法が大きい流体流入管５０の流体流出口の端部５０ａに差し込んでもよい。
このとき、インレットパイプ２１の端部２１ｆには、軸方向Ｏに沿って開放する開口２１ｇが形成されている。
また、流体流入管５０の端部５０ａには、内径拡大部５０ｂと、排水口５０ｃと、が形成されている。ここで、内径拡大部５０ｂは、流体流入管５０の端部５０ａの内径寸法を通常領域よりも拡大した領域である。また、排水口５０ｃは、内径拡大部５０ｂの周面に形成された開口であり、流体流入管５０の半径方向であって重力方向の下方に開放している。
さらに、内径拡大部５０ｂと流体流入管５０の通常領域との境界位置には、流体流入管５０の内径寸法を徐々に大きくする傾斜面からなるテーパ面５０ｄが形成されている。また、排水口５０ｃには、先端が貯水タンク２５に連通した第２排水パイプ２４が取り付けられている。一方、インレットパイプ２１の端部２１ｆは、内径拡大部５０ｂの内側に差し込まれ、排水口５０ｃの上方に突出している。
この図１０に示す気液分離装置２０Ａでは、流体流入管５０から気液二相流体が流れ込み、インレットパイプ２１内で旋回流となる。このとき、気液二相流体に含まれている液体のうち、自重で重力方向の下方へと流下可能な液体は、インレットパイプ２１に流れ込む前に、自重により排水口５０ｃから流体流出管５０の外部へと排出される。これにより、インレットパイプ２２内で旋回する気液二相流体に含まれる液体を低減させて、液体の分離率の向上を図ることができる。
また、この気液分離装置２０Ａでは、流体流出管５０の内径寸法Ｄ５が、インレットパイプ２１の内径寸法Ｄ４よりも大きくなるように設定されている。そのため、気液二相流体の流速を、流体流入管５０よりもインレットパイプ２１内で高めることができる。これにより、インレットパイプ２１内での気液二相流体の旋回力を向上することができる。
さらに、内径拡大部５０ｂと流体流入管５０の通常領域との境界位置にテーパ面５０ｄが形成されていることで、流体流出管５０の内周面に沿って流れていた液滴を、管路中心から外側に向けて吹き飛ばすことができる。そのため、流体流入管５０に差し込まれたインレットパイプ２１内に液滴が入りにくくすることができる。
また、この実施例１では、インレットパイプ２１の内周面２１ａにテーパ面２１ｅを形成した例を示した。しかしながら、テーパ面２１ｅは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第１排水口２１ｃに流れ込むことができる。
また、実施例１では、第１排水口２１ｃに接続された第１排水パイプ２３及び第２排水口２１ｄ（上流排水口）に接続された第２排水パイプ２４を貯水タンク２５に接続した例を示したが、第１排水パイプ２３第２排水パイプ２４、貯水タンク２５は、必ずしも設置しなくてもよい。つまり、インレットパイプ２１内から排出された液体を貯留することなく外部へと排出してもよい。また、貯水タンクも数も一つに限らず、排水パイプごとに設定してもよいし、一部の排水パイプだけを貯水タンクに接続してもよい。すなわち、貯水タンクは任意に設置可能である。さらに、第２排水口２１ｄやバイパスパイプ２６は、必ずしも形成されていなくてよい。
また、実施例１では、スペーサー２８をインレットパイプ２１及びインナーパイプ２２とは別体にした例を示したが、これに限らない。スペーサー２８をインレットパイプ２１の内周面２１ａに一体に設けたり、インナーパイプ２２の外周面２２ｆに一体に設けたりしてもよい。
そして、実施例１の気液分離装置２０では、パイプ冷却構造４０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、冷却水の流れ方向は、実施例１とは逆の向きであってもよい。
また、実施例１の気液分離装置２０では、インナーパイプ２２の内周面２２ｄに形成した環状溝部２２ｅが、第１段差面５１及び第２段差面５２を有する例を示した。しかしながら、これに限らず、インナーパイプ２２の内周面２２ｄに、流体流出側に向かってインナーパイプ２２の内径寸法を段状に大きくする第１段差面５１のみを形成してもよい。
この場合であっても、第１段差面５１に沿って負圧領域が発生し、この第１段差面５１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２２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させることができる。
また、実施例１では、インナーパイプ２２に形成された第１段差面５１と、この第１段差面５１よりも流体流入側のインナーパイプ内周面２２１ｄ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５１に沿って等負圧領域Ｆ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２０では、インナーパイプ２２に形成された第２段差面５２と、第２段差面５２よりも流体流出側のインナーパイプ内周面２２２ｄ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５２に沿って環状溝部２２ｅ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９０°以下の鋭角に設定されればよい。
さらに、この実施例１では、インナーパイプ２２の内周面２２ｄに形成された環状溝部２２ｅと、インナーパイプ２２の外周面２２ｆに形成された突出部２２ｇとの軸方向の位置が一致している例を示した。これにより、インナーパイプ２２の内周面２２ｄをへこませた位置を外方に突出させることで、環状溝部２２ｅと突出部２２ｇとを同時に形成することが可能になると共に、環状溝部２２ｅを形成したことによるインナーパイプ２２の厚みの低下を抑制することができる。
しかしながら、これに限らず、環状溝部２２ｅと突出部２２ｇとの軸方向位置は、軸線Ｏに沿ってずれていてもよい。
さらに、この実施例１では、インナーパイプ２２の外周面２２ｆ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２２ｈ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２１から突出した部分のインナーパイプ２２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。
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では、気液分離装置２０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に示すものに限らず、任意に設定することが可能である。
２０ 気液分離装置
２１ インレットパイプ
２１ａ 内周面
２１ｃ 第１排水口（排水口）
２１ｄ 第２排水口（上流排水口）
２１ｅ テーパ面
２２ インナーパイプ
２２ｂ 開口
２２ｃ 通気口
２２ｄ 内周面
２２ｅ 環状溝部
２２ｆ 外周面
２２ｇ 突出部
２２ｈ 加熱用電熱シート（加熱構造）
２３ 第１排水パイプ
２４ 第２排水パイプ
２５ 貯留タンク
２６ バイパスパイプ
３０ 旋回流発生部材
３１ 翼支持部
３１ａ 外周面
３２ 静翼
４０ パイプ冷却構造

Claims (10)

  1. 配管の内部に配置された旋回流発生部材により、前記配管を流れる気液二相流体を旋回させて液体を前記配管の内周面へ誘導し、前記気液二相流体から前記液体と気体を分離する気液分離装置において、
    前記配管は、前記旋回流発生部材が内部に配置されると共に、前記液体が流出する排水口が前記旋回流発生部材よりも前記気液二相流体の流出側の位置に形成されたインレットパイプと、前記インレットパイプの端部に一端が差し込まれ、前記一端に形成された開口を有するインナーパイプと、を備え、
    前記旋回流発生部材は、前記インレットパイプの軸線に沿って延在すると共に、前記気液二相流体の流入側から流出側に向かって次第に拡径する円錐形状を呈した翼支持部と、前記翼支持部の外周面に設けられた複数の静翼と、を備え、
    前記複数の静翼は、前記外周面を取り巻くと共に、前記翼支持部の周方向に一定の間隔をあけて設けられており、
    前記複数の静翼はそれぞれ、前記翼支持部の先端側における第１の端部位置と、前記翼支持部の後端側における第２の端部位置とを通る直線が前記翼支持部の軸線に対して傾斜しており、
    前記翼支持部に対する前記複数の静翼の各々の取巻角度は、前記気液二相流体の旋回量を向上させるか又は前記気液二相流体の通気抵抗を抑制するように設定され、
    前記取巻角度は、前記翼支持部の前記軸線から前記第１の端部位置を通って径方向に延びる第１直線と、前記翼支持部の前記軸線から前記第２の端部位置を通って径方向に延びる第２直線とのなす角であり、大きいほど前記旋回量を向上させ、小さいほど前記通気抵抗を抑制する
    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、
    前記旋回流発生部材は、前記気液二相流体の流出側の端部の位置が、前記テーパ面が形成された領域の前記気液二相流体の流入側の端部の近傍位置に設定されている
    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。
  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は、前記旋回流発生部材よりも前記気液二相流体の流入側の位置に、前記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。
  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、少なくとも前記旋回流発生部材が配置された部分を冷却するパイプ冷却構造を有する
    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、
    前記インナーパイプの内周面には、前記気液二相流体の流出側に向かって内径寸法を段状に拡大する第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。
  7. 請求項６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、前記第１段差面よりも前記気液二相流体の流出側の内周面に、前記気液二相流体の流出側に向かって内径寸法を段状に縮小する第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。
  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。
  9. 請求項１から請求項８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構造を有している
    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、
    前記取巻角度は、前記旋回流発生部材を軸方向から見たときに、前記翼支持部の周方向に沿って前記複数の静翼の間に隙間が生じない角度に設定される
    ことを特徴とする気液分離装置。
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