JP7401239B2

JP7401239B2 - 噴霧分離器

Info

Publication number: JP7401239B2
Application number: JP2019177745A
Authority: JP
Inventors: 潤弥高和; 光紀伊藤; 智博井上; 博愛吉田
Original assignee: Kyushu University NUC; IHI Corp
Current assignee: Kyushu University NUC; IHI Corp
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2023-12-19
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: JP2021053559A

Description

本発明は、噴霧分離器に関するものである。

噴霧を用いる装置等の試験においては、噴霧（液滴が気体に混合された状態）中から液滴を分離し、その流量や成分等を計測する場合がある。このような場合、噴霧から液滴を捕集する噴霧分離器を用いる。例えば、非特許文献１に示す噴霧分離器は、複数の流路を有し、噴射された噴霧を複数の区画に分離して流すことにより、壁面に液滴を付着させて捕集する手法である。

Jan Schelling、"Influence of atomizer design and coaxial gas velocity on gas entrainment into spreys"、Chemical Engineering and Processing、1999年、38、p.383―393

しかしながら、このような噴霧分離器は、例えば宇宙推進器のように高速で噴射される噴霧に対して液滴の捕集を行う場合に、気体が高速で流路に流入することで流路を閉塞する可能性がある。噴霧分離器の流路を気体が閉塞すると、流路中に液滴が流入せずに外部へと流れ、通常の流れと異なる流れが形成されてしまい、正確に液滴の捕集を行うことができない。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高速で流れる噴霧中から液滴を捕集することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、液滴を含む噴霧から液滴を捕集する噴霧分離器であって、噴霧が流入すると共に底面において液滴を捕集する複数の捕集スロットを備え、複数の前記捕集スロットは、間に間隙を空けて配列される、という構成を採用する。

第２の手段として、上記第１の手段において、前記捕集スロットは、底面と、前記底面を囲む側壁と、前記側壁の一部が外側に向けて突出することにより形成される凹部とを有する、という構成を採用する。

第３の手段として、上記第１または第２の手段において、前記捕集スロットは、前記底面から液滴を外部へと案内する捕集流路を複数有する、という構成を採用する。

第４の手段として、上記第３の手段において、前記捕集スロットは、前記底面が前記捕集流路に向けて深くなる曲面状とされる、という構成を採用する。

第５の手段として、上記第３または第４の手段において、前記捕集スロットは、一方向に長い形状とされ、長手方向の両端部に捕集流路を有する、という構成を採用する。

本発明によれば、隣り合う捕集スロットの間に間隙が形成されている。これにより、噴霧分離器に流入した気体は、間隙から放出されるため、捕集スロットの内部を閉塞させることがない。したがって、高速で流れる噴霧中から液滴を捕集することが可能である。

本実施形態に係る噴霧分離器を示す図である。本実施形態に係る噴霧分離器が備える捕集スロットを示す図である。捕集スロットを示す模式断面図である。初期型噴霧分離器が備える捕集スロットを示す模式断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る噴霧分離器の一実施形態について説明する。

噴霧分離器１は、図１に示すように、複数の捕集スロット２と、固定部３とを備えている。以下の説明においては、ガスが流れ込む方向を流入方向とし、流入方向の下流側を下側、流入方向の上流側を上側として説明する。なお、上側及び下側は、鉛直方向とは異なる場合がある。

捕集スロット２は、図１及び図２に示すように、流入方向と直交する面において一方向に長い略矩形の容器部２ａを有している。容器部２ａは、図３に示すように、内側の底面が、長手方向の両端部から長手方向中央部に向けて深くなるように形成された円弧状（曲面状）とされている。そして、容器部２ａは、底面の縁部に形成された側壁により、周囲が囲まれた状態とされる。

また、この捕集スロット２は、図２及び図３に示すように、長手方向の両端部と長手方向中央部とに、下方向へと延在する捕集流路部２ｂを有している。捕集流路部２ｂは、下側端部が突出して開口していると共に、容器部２ａの底面まで貫通して形成されている。長手方向中央部に設けられた捕集流路部２ｂは、容器部２ａの最深部に開口を形成している。

また、捕集スロット２は、図２に示すように、短手方向に向けて突出した凹部２ｃを有している。凹部２ｃは、容器部２ａにおいて両端側の４カ所に設けられている。この凹部２ｃは、略三角形とされ、頂点の１つが短手方向に向けて突出している。このような凹部２ｃは、容器部２ａの内壁の一部を外側へと向けて凹ませることにより形成されており、容器部２ａの内部空間の一部を三角形状に拡張している。

このような捕集スロット２は、図１に示すように、本実施形態において１つの噴霧分離器１において９個設けられ、互いに等間隔かつ平行となるように、短手方向に配列されている。そして、隣り合う捕集スロット２の間には、間隙Ｐが設けられている。間隙Ｐには他の部材等が配置されず、間隙Ｐに流入するガスがそのまま下流側へと流れることとなる。

固定部３は、図１に示すように、捕集スロット２の長手方向の両端部から延在して設けられている。この固定部３は、片側につき３カ所、両側で６カ所の固定孔３ａが形成されており、固定孔３ａに挿入されるボルトにより、噴霧分離器１を外部の固定器具等に固定することを可能としている。

このような噴霧分離器１は、例えば噴霧燃焼器や宇宙推進器の試験において、高速で流れる噴霧中の液滴の量を計測する場合等に用いられる。また、噴霧分離器１は、例えば、３次元プリンタにより、捕集スロット２と固定部３とが一体として形成されるものとしてもよい。

このような噴霧分離器１は、気液混合状態の噴霧ｘ１を高速で吹き付けることにより、噴霧中の液滴ｘ２を捕集する器具である。噴霧分離器１には、図３に示すように、容器部２ａの底面に向けて噴霧ｘ１が高速で噴射される。これにより、噴霧ｘ１中の液滴ｘ２は、底面や側壁に付着し、垂下する。そして、噴霧ｘ１中のガスｘ３は、曲面状の底面により、容器部２ａの長手方向の両端から上方へと流れる。また、噴霧分離器１に吹き付けられたガスｘ３の一部は、隣り合う捕集スロット２の間の間隙Ｐを通り抜けて、外部へと放出される。

床面に付着した液滴ｘ２の大半は、曲面状の底面に沿って垂下し、中央部に形成された捕集流路部２ｂへと案内され、外部の捕集容器へと捕集される。また、床面に付着した液滴ｘ２の一部は、ガスｘ３の風圧により、底面に沿って容器部２ａの長手方向の両端へと押し出される。そして、容器部２ａの両端側に設けられた捕集流路部２ｂから外部の捕集容器へと捕集される。

さらに、側壁に付着した液滴ｘ２の大半は、ガスｘ３の風圧や重力により、側壁に沿って底面へと垂下する。また、側壁に付着した液滴ｘ２の一部は、ガスｘ３の風圧により、側壁に沿って容器部２ａの長手方向の両端へと押し出される。このとき、側壁に沿って移動された液滴ｘ２は、凹部２ｃへと流入し、凹部２ｃの頂点において他の液滴ｘ２と接触することで結合し、大きな液滴となって底面へと垂下する。

続いて、図４に示す初期型噴霧分離器１０と、本実施形態に係る噴霧分離器１との性能比較について説明する。
初期型噴霧分離器１０の捕集スロット１１は、捕集スロット２と同様に、底面が曲面状とされている。さらに、捕集スロット１１は、底面における最深部である長手方向中央部に捕集流路部１１ａが形成されている。また、初期型噴霧分離器１０は、本実施形態に係る噴霧分離器１と同様に、捕集スロット１１が一定の間隙を空けつつ並べられて形成されている。

表１は、初期型噴霧分離器１０と、本実施形態に係る噴霧分離器１との性能を比較する表である。なお、表１における流量とは、噴霧中に含まれる液滴の流量を示している。また、１スロット流量が捕集スロット１つ当たりの液滴流量を示し、フルモデル流量が全ての捕集スロットの合計の液滴流量を示している。

表１に示すように、初期型噴霧分離器１０においては、供給された液滴に対して捕集された液滴の割合は４３．６％とされている。そして、本実施形態に係る噴霧分離器１においては、供給された液滴に対して捕集された液滴の割合は９６．５％とされている。すなわち、初期型噴霧分離器１０に対して、本実施形態に係る噴霧分離器１は、２倍以上の液滴捕集能力を有していることとなる。

本実施形態に係る噴霧分離器１は、初期型噴霧分離器１０に対して、捕集流路部２ｂが複数設けられている点、及び、凹部２ｃが設けられている点において相違している。したがって、噴霧分離器１は、捕集流路部２ｂと凹部２ｃとにより、液滴捕集能力が高められているといえる。

また、本実施形態によれば、隣り合う捕集スロット２の間に間隙Ｐを設けることで、ガスｘ３を外部へと放出している。これにより、高速で噴霧ｘ１が噴射される場合に、ガスｘ３の多くが排除され、捕集スロット２内にガスｘ３が大量に流入して容器部２ａ内部を閉塞し、液滴ｘ２の捕集を阻害することを防止できる。

また、本実施形態によれば、容器部２ａの底面が曲面状とされている。これにより、容器部２ａに流入したガスｘ３において渦等の発生を抑制しつつ、両端から放出することが可能である。これにより、容器部２ａに流入したガスｘ３は、噴霧ｘ１の流入位置とは異なる位置から、スムーズに外部に放出される。したがって、捕集スロット２内にガスｘ３が大量に流入して容器部２ａ内部を閉塞し、液滴ｘ２の捕集を阻害することを防止できる。

また、本実施形態によれば、容器部２ａに凹部２ｃが設けられている。これにより、容器部２ａの側壁に付着した液滴ｘ２を確実に底面へと落下させ、捕集することが可能である。

また、本実施形態によれば、捕集スロット２には、捕集流路部２ｂが、両端部及び中央部の３本設けられている。これにより、底面を流れる液滴ｘ２を確実に捕集することが可能である。

また、本実施形態によれば、捕集スロット２の底面が曲面状であり、最深部に捕集流路部２ｂが設けられている。これにより、底面へと流れた液滴ｘ２は、底面に沿って捕集流路部２ｂへと流れ込みやすくなる。

また、本実施形態によれば、捕集スロット２は、一方向に長い形状とされ、長手方向の両端部に設けられた捕集流路部２ｂにより、液滴ｘ２を案内することが可能である。したがって、ガスｘ３の風圧により、底面に沿って容器部２ａの長手方向の両端へと押し出された液滴ｘ２についても、漏れなく捕集することが可能である。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

上記実施形態においては、捕集スロット２は、８個設けられるものとしたが、本発明はこれに限定されず、数が限定されるものではない。

また、上記実施形態においては、捕集スロット２は、一方向に長い矩形形状とされ、短手方向に並べられるものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、捕集スロット２は、正方形状とし、所定の間隙を空けつつ、二次元的に配置されるものとしてもよい。

また、上記実施形態においては、凹部２ｃは、三角形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、凹部２ｃは、流入方向からみて、台形や、円形としてもよい。

１噴霧分離器
２捕集スロット
２ａ容器部
２ｂ捕集流路部
２ｃ凹部
３固定部
３ａ固定孔
１０初期型噴霧分離器
１１捕集スロット
１１ａ捕集流路部
Ｐ間隙
ｘ１噴霧
ｘ２液滴
ｘ３ガス

Claims

液滴を含む噴霧から液滴を捕集する噴霧分離器であって、
噴霧の流入方向と直交する面において一方向に長い矩形の容器部と、前記容器部の長手方向の両端部から中央部に向けて深くなるように前記容器部の内側に形成された円弧状の底面とを備える複数の捕集スロットを備え、
複数の前記捕集スロットは、前記直交する面に間隙を空けて配列される
ことを特徴とする噴霧分離器。
前記捕集スロットは、前記底面と、前記底面を囲む側壁と、前記側壁の一部が外側に向けて突出することにより形成される凹部とを有することを特徴とする請求項１記載の噴霧分離器。
前記捕集スロットは、前記底面から液滴を外部へと案内する捕集流路を複数有することを特徴とする請求項１または２記載の噴霧分離器。
前記捕集スロットは、前記中央部に前記捕集流路を有することを特徴とする請求項３記載の噴霧分離器。
前記捕集スロットは、前記両端部に前記捕集流路を有することを特徴とする請求項３または４記載の噴霧分離器。