JP7394341B2 - 気液分離器 - Google Patents
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Description
内部空間が形成されている容器外郭体と、前記容器外郭体の上部における側面に設けられた側面開口と接続された入口管と、前記容器外郭体の上面に設けられた上面開口と接続された気相出口管と、前記容器外郭体の下部に形成された下部開口と接続された液相出口管とを備え、前記容器外郭体の前記内部空間の上部は円柱形状をなす円柱形状部とされ、前記容器外郭体の内部空間の下部は、小径側を下側とした円錐台形状をなす円錐台形状部とされている気液分離器において、以下の構成(1-1)を備えることを特徴とする気液分離器である。
(1-1)前記入口管の管軸方向には前記円柱形状部の中心軸が位置しておらず、前記入口管内に形成され肉厚が変化する突出部により、前記入口管の管軸方向に垂直な断面の図心は、前記側面開口に近づく断面となるにつれ、前記円柱形状部の中心軸から離れる方向かつ前記円錐台形状部へ向かう方向へ遷移する。
前記容器外郭体における前記円錐台形状部を分割して仕切るとともに小径側を下側とした円錐台仕切り部を備え、前記円錐台仕切り部の小径側は閉塞し、前記円錐台仕切り部の大径側は開放しており、前記円錐台仕切り部の大径側の周辺部から前記容器外郭体の内壁に至るまで広がる平面仕切り部によって前記円錐台仕切り部と前記容器外郭体とが近接もしくは接続されており、前記平面仕切り部には前記平面仕切り部を貫通する複数の小孔が設けられまたは前記容器外郭体の内部側壁と平面仕切部との間に隙間が設けられており、
前記気相出口管は、前記円錐台形状部の内部空間に至るまで伸びている上記(1)に記載の気液分離器である。
前記円錐台形状部の内部空間に位置する前記気相出口管の開口部近傍における前記気相出口管の外周には、前記気相出口管の外壁から該内部空間に向かって突き出す突起部が設けられている上記(2)に記載の気液分離器である。
本発明(4)は、
前記容器外郭体の上部の内壁には前記円柱形状部の高さ方向に沿って整流板が設けられており、前記整流板は前記側面開口を跨ぐ位置に設けられるかまたは前記側面開口と近接する位置に設けられるとともに、前記整流板は、回動可能に設けられているかまたは固定されて設けられていている上記(3)に記載の気液分離器である。
本発明(5)は、
前記容器外郭体における下部の内壁には、前記液相出口管に向かって曲率半径が小さくなる渦巻き状の突起部が設けられている上記(4)に記載の気液分離器である。
前記発明(1)~(5)のいずれかの気液分離器を備える流体装置である。
<<方向の定義>>
第1の実施の形態による気液分離器10は、各種の車両や船舶などの乗物に搭載され、乗物の移動の際に生ずる衝撃や振動などで揺動したり、坂道などの走行などで傾いたりする。このため、方向は、乗物の状態によって異なってくる。しかし、乗物が水平な位置に停止しているような理想状態のときには、下は、鉛直方向と一致する。以下の説明では、原則、第1の実施の形態による気液分離器10は、理想状態に位置付けられているものとする。
鉛直、鉛直方向は、重力の方向、すなわち物体を吊り下げた糸の示す方向であり、水平面と垂直をなす方向である。
下は、理想状態で鉛直方向と同義であり、重力の方向であり、物体を吊り下げた糸の示す方向であり、水平面と垂直をなす方向である。
上は、下に対して反対(逆)の方向(向きが180度で異なる)である。
水平は、地球の重力と直角に交わる方向である。鉛直(鉛直方向)と直角に交わる方向である。
外向きは、気液分離器10を構成する容器外郭体100の中心軸CAから離れる方向である。
内向きは、気液分離器10を構成する容器外郭体100の中心軸CAに近づく方向である。
図1は、第1の実施の形態による気液分離器10の全体を示す斜視図である。図2は、第1の実施の形態による気液分離器10の正面を示す正面図である。図3は、第1の実施の形態による気液分離器10の平面を示す平面図である。図4は、第1の実施の形態による気液分離器10の一部破断側面図である。図5は、図2中の断面I-I部における断面図である。図6は、図3中の断面II-II部における断面図である。
容器外郭体100は、円柱形状をなす上部110と、逆円錐台形状部をなす下部120とを有する。上部110において円柱形状をなす上部内部空間(円柱形状部)UISと下部120において逆円錐台形状をなす下部内部空間(円錐台形状部)BISとによって、容器外郭体100の内部空間WISが形成される。なお、本明細書において、逆円錐台形状とは、小径側を下側とした円錐台形状を言う。また、容器外郭体100の形状は、円柱形状の上部110と逆円錐台形状の下部120とを有する形状に限定されず、どのような形状であっても良い。すなわち、容器外郭体100の内部空間において、上部内部空間UISが円柱形状をなし、下部内部空間BISが逆円錐台形状をなしていれば、容器外郭体100の形状については特に限定しない。
上部110は、略円筒状の円筒側面112と、円板天部114とを有する。円板天部114の内面は、平面であったり、円錐形状であったり、逆円錐形状であったり、傾斜を持たせても良い。円板天部114は、円筒側面112の最上端の外周部で密接して連結されている。円板天部114と円筒側面112とは、最上端の外周部で封止されている。
下部120は、略円錐状の円錐側面122を有する。下部120は、最上端で円状の開放面126を有する。下部120の最上端の外周部は、円筒側面112の最下端の外周部と密接して連結されている。上部110と下部120とが連通する。下部120の最上端の外周部と円筒側面112の最下端の外周部とは、封止されている。
上部110と下部120とは同軸上(同心)に配置されている。上部110と下部120とは、共通する中心軸CAを有する。中心軸CAは、理想状態で鉛直方向に向く。円筒側面112、円板天部114、開放面116、円錐側面122、開放面126、底面開口128なども同軸上(同心)に配置され、共通する中心軸CAを有する。
上部110は、中心軸CAを中心とした半径が一定の上部内部空間UISの上部を有する。下部120は、鉛直方向に沿って中心軸CAを中心とした半径が徐々に変化する下部内部空間BISの下部を有する。上部110によって画定される上部内部空間UISと、下部120によって画定される下部内部空間BISとによって、容器外郭体100の内部空間WISが形成される。
上部110の円筒側面112は、側面開口118を有する。側面開口118は、円筒側面112に形成された貫通孔である。
入口管130の内側の一部には、案内体132が設けられている。案内体132は、中心軸IAに向かって突出する(図2参照)。案内体132は、入口管130から流入した気液二相流の流れの向きを調整する。
気相出口管140は、略円筒状の形状を有する。気相出口管140は、円板天部114に形成された上面開口115を貫き、円板天部114に対して垂直に延在して設けられる。気相出口管140は、上部110と同軸上(同心)に配置されている。気相出口管140は、中心軸CAに沿って配置されている。気相出口管140は、外側管部142と内側管部144とを有する。外側管部142は、上部110の外側に配置される。内側管部144は、上部110の内側に配置される。外側管部142は、円板天部114から離れる方向に延びる。内側管部144は、円板天部114から上部110に進入する。なお、本例では、気相出口管140は、円板天部114に対して垂直な方向に設けられていたが、これに限定されず、円板天部114に対して斜めに傾斜する方向に設けられていても良い。換言すれば、気相出口管140は、円板天部114に対して交差する方向に設けられていれば良い。また、本例では、気相出口管140は、上部110と同軸上に配置されているが、これに限定されず、気相出口管140の中心軸線と、上部110の中心軸CAとが一致しない位置関係となるように、気相出口管140を配置するようにしても良い。
下部120の底面開口128には、液相出口管150が連結されている。液相出口管150は、略円筒状の形状を有する。液相出口管150は、底面開口128と連通する。液相出口管150は、下部120と同軸上(同心)に配置されている。液相出口管150は、中心軸CAに沿って配置されている。分離した液相は、液相出口管150を介して気液分離器10の外部に排出される。なお、この液相出口管150についても、上述の気相出口管140と同様に、下部120と同軸上に配置されていなくても良い。具体的には、液相出口管150を底面開口128に対して、下部120と同軸にならないように連結しても良い。また、液相出口管150を、下部120の円錐側面122に連結するようにしても良い。
バッフル板160は、薄い略円板状の形状を有する。バッフル板160は、外周に沿って形成された複数の小孔162を有する。バッフル板160は、円筒側面112の最下端、または円錐側面122の最上端に配置されている。すなわち、バッフル板160は、上部110と下部120との境界に配置されている。バッフル板160は、中心軸CAに対して垂直に配置されている。中心軸CAは、バッフル板160の中心を通過する。バッフル板160の外周の少なくとも一部と上部110の内壁面との間に隙間が形成されるように、バッフル板160を配置することができる。なお、本例では、バッフル板160は、上部110と下部120との境界に配置されているが、これに限定されず、例えば、上記境界の上方または下方のいずれかに配置されるようにしても良いことは言うまでもない。また、バッフル板160を、上記境界の上方に配置する場合には、気相出口管140と接触しないように配置することも言うまでもない。
気液二相流が、入口管130を介して上部110に流入される。気液二相流は、入口管130のCG方向へ屈曲する突出部134によって、上部110の内壁面に沿うように案内される。気液二相流は、入口管130の下方突出部136によって、上部110の下方に向かうように案内される。
<<<第2気液分離器10-2>>>
図7は、第2の実施の形態による第2気液分離器10-2の全体を示す斜視図である。図8は、第2気液分離器10-2の正面を示す正面図である。図9は、第2気液分離器10-2の平面を示す平面図である。図10は、図9中の断面IV-IV部における断面図である。図11は、図8中の断面III-III部における断面図である。図12は、図9中の断面V-V部における断面図である。
第2気液分離器10-2は、入口管130が案内体132を有しない(図8、図11参照)。即ち、第2気液分離器10-2においては、入口管130を通過する気液二相流が特定の方向に案内されることなく、内部空間WISに導入される。
気相出口管140は、開口部146近傍に、内側管部144の外壁(外部側面)に沿って、内部空間WISに向かって突き出す突起部145を有する。なお、この突起部145の形状については、例えば、板状等の適宜でよく、その形状については特に限定されない。
気相出口管140の開口面を形成する開口部146は、気相出口管140の管軸方向(中心軸CAの軸方向と一致する。)に対して斜めもしくは湾曲している(図10、図12参照)。
第2気液分離器10-2は、上部110の内壁に沿って、且つ、上部110の高さ方向に沿って設けられた、整流板170を有する(図8、図10、図11参照)。この整流板170は、上部110の側面開口118を跨ぐ位置に設けられるかまたは上部110の側面開口118と近接する位置に設けられている。
第2気液分離器10-2は、下部120によって形成される下部内部空間BISを分割して仕切る逆円錐台仕切り部180を備える(図10~12参照)。
気液二相流が、入口管130を介して上部110に流入される。
<<<第3気液分離器10-3>>>
図13は、第3の実施の形態による第3気液分離器10-3の全体を示す斜視図である。図14は、第3気液分離器10-3の正面を示す正面図である。図15は、第3気液分離器10-3の平面を示す平面図である。図16は、図15中の断面VII-VII部における断面図である。図17は、図14中の断面VI-VI部における断面図である。図18は、図15中の断面VIII-VIII部における断面図である。
第3気液分離器10-3は、下部120の内壁に沿って、液相出口管150に向かって曲率半径が小さくなる渦巻き状の突起部190が設けられている(図15、16、17、18参照)。
気液二相流が、入口管130を介して上部110に流入される。
本発明は、前述されていない様々な実施の形態などを含むものと解釈されるべきである。例えば、本明細書にて開示された全ての構成要件を矛盾が生じない範囲で自由に組み合わせてなる全ての気液分離器や、本発明の効果を阻害しない範囲で、各部材の位置や部材間の大小関係を変更してなる気液分離器が本発明に含まれるものとする。
例えば、
内部空間WISが形成されている容器外郭体100と、容器外郭体100の上部110における側面に設けられた側面開口118と接続された入口管130と、容器外郭体100の上面に設けられた上面開口115と接続された気相出口管140と、容器外郭体100の下部120に形成された底面開口128と接続された液相出口管150とを備え、容器外郭体100の内部空間WISの上部は円柱形状をなす上部内部空間(円柱形状部)UISとされ、前記容器外郭体の内部空間の下部120は、小径側を下側とした円錐台形状をなす下部内部空間(円錐台形状部)BISとされている気液分離器において、
下記に示す(1-1)~(3-2)の7種の構成要件のうち、1乃至7種の構成要件を自由に組み合わせて構成される全ての気液分離器が、本発明に含まれる。
本発明によれば、種々の実施の形態で示すように、小形で安価な生産性の良い気液分離器が得られることから、空気調和機などの冷凍装置、蒸気サイクル装置、燃料電池車、気液二相流を扱う機械装置などの流体装置など、種々の用途で使用することが可能である。
10-2 第2気液分離器
10-3 第3気液分離器
100 容器外郭体
110 上部
112 円筒側面
114 円板天部
115 上面開口
116 開放面
118 側面開口
120 下部
122 円錐側面
124 最下端部
126 開放面
128 底面開口
130 入口管
132 案内体
134 CG方向へ屈曲する突出部
136 下方突出部
140 気相出口管
142 外側管部
144 内側管部
145 突起部
146 開口部
150 液相出口管
160 バッフル板
162 小孔
170 整流板
180 逆円錐台仕切り部
182 閉塞部
184 平面仕切り部
186 小孔
188 小孔
190 突起部
UIS 上部内部空間
BIS 下部内部空間
WIS 内部空間
CA 中心軸
CG 図心
IA 中心軸
SE1 第1の側面辺
SE2 第2の側面辺
HS 水平面
Claims (6)
- 内部空間が形成されている容器外郭体と、前記容器外郭体の上部における側面に設けられた側面開口と接続された入口管と、前記容器外郭体の上面に設けられた上面開口と接続された気相出口管と、前記容器外郭体の下部に形成された下部開口と接続された液相出口管とを備え、前記容器外郭体の前記内部空間の上部は円柱形状をなす円柱形状部とされ、前記容器外郭体の内部空間の下部は、小径側を下側とした円錐台形状をなす円錐台形状部とされている気液分離器において、以下の構成(1-1)を備えることを特徴とする気液分離器。
(1-1)前記入口管の管軸方向には前記円柱形状部の中心軸が位置しておらず、前記入口管内に形成され肉厚が変化する突出部により、前記入口管の管軸方向に垂直な断面の図心は、前記側面開口に近づく断面となるにつれ、前記円柱形状部の中心軸から離れる方向かつ前記円錐台形状部へ向かう方向へ遷移する。
- 前記容器外郭体における前記円錐台形状部を分割して仕切るとともに小径側を下側とした円錐台仕切り部を備え、前記円錐台仕切り部の小径側は閉塞し、前記円錐台仕切り部の大径側は開放しており、前記円錐台仕切り部の大径側の周辺部から前記容器外郭体の内壁に至るまで広がる平面仕切り部によって前記円錐台仕切り部と前記容器外郭体とが近接もしくは接続されており、前記平面仕切り部には前記平面仕切り部を貫通する複数の小孔が設けられまたは前記容器外郭体の内部側壁と平面仕切部との間に隙間が設けられており、
前記気相出口管は、前記円錐台形状部の内部空間に至るまで伸びている請求項1に記載の気液分離器。 - 前記円錐台形状部の内部空間に位置する前記気相出口管の開口部近傍における前記気相出口管の外周には、前記気相出口管の外壁から該内部空間に向かって突き出す突起部が設けられている請求項2に記載の気液分離器。
- 前記容器外郭体の上部の内壁には前記円柱形状部の高さ方向に沿って整流板が設けられており、前記整流板は前記側面開口を跨ぐ位置に設けられるかまたは前記側面開口と近接する位置に設けられるとともに、前記整流板は、回動可能に設けられているかまたは固定されて設けられている請求項3に記載の気液分離器。
- 前記容器外郭体における下部の内壁には、前記液相出口管に向かって曲率半径が小さくなる渦巻き状の突起部が設けられている請求項4に記載の気液分離器。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の気液分離器を備えていることを特徴とする流体装置。
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