JPH0119924B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、共通の中心線上に位置する液体用の
入口連結部および出口連結部と、これら両連結部
の間に配置され本質的に円筒形の分離室とを具
え、気体・液体混合物を上記分離室に切線方向に
導入し、適当な流れの誘導により回転中心を形成
する前記分離室の軸線の回りで前記気体・液体混
合物を回転させ、これによりガスを回転中心の方
に排除し、かつ外方に導出し、他方ガス抜きした
液体を別個の流出開口を経て前記分離室から流出
させるようにした、独立の装置またはインライン
ポンプ特に暖冷房装置に一体に形成された構成部
分である液体移送系用ガス分離器に関するもので
ある。

特にポンプ装置の場合には移送しようとする液
体中の空気またはガスは多くの障害の原因であつ
て、故障は本質的に２種の群に分類される。第１
の群の障害は、例えばポンプが油の泡を移送する
場合における軸受けの不十分な潤滑、または水流
と一緒に移送される気泡による暖房装置における
騒音の発生のような、装置自体の問題に関するも
のである。上述の障害の第２の群はポンプの作用
およびその安全性に関するものである。これに関
連して、絞り曲線はガス部分の存在によつて低下
し、部分負荷範囲におけるポンプの運転が困難に
なることがよく知られているが、これはポンプの
吸込側における小さな障害によつて移送流が途切
れることがあるからである。

気泡が装置内で一つになつて比較的大きな容積
になり、この際生成する大きな気泡が、例えば標
準的作動により制約されて、移送流と一緒にポン
プのランナに達する場合には、普通ポンプの運転
停止を覚悟しなければならない。すなわち、ラン
ナによる遠心場では、ガス量は回転軸の方に排除
されて吸込側を遮断するので、移送が阻止され
る。

軸受が移送流による潤滑作用を受ける暖房装置
用湿潤作動型回転ポンプの場合には、かかる状態
は特に不利である。すなわち回転中心に存在する
気泡は軸受への液体の流入を遮断するので、軸受
は乾いた状態で駆動される。しかし、乾いた状態
で駆動されている軸受は迅速に使用できぬ状態に
なるので、ポンプが止まり、従つて暖房が止ま
る。

かかる問題は専問家の間でよく知られているの
で、重力原理または遠心原理に基づく種々のガス
分離器が独立の装置または特別設計の吸込ケーシ
ングを有するポンプとして開発されている。この
点に関してはドイツ公開公報第1653727号、同第
1937119号および同第2810583号に言及することが
できる。かかる別個の分離器はいずれも、場所と
は無関係に取付けることはできず、比較的大型で
あり、また価格も高いという欠点がある。既知の
特別なポンプにも同じく同様な取付け上の制約が
あり、そのほかに分離度が移送流によつて極めて
大きく左右されるという欠点があるので、従来ポ
ンプ装置における上述の故障を取除くことができ
なかつた。

本発明の目的は、独立の装置またはポンプと一
体に形成された構成部分として、水平並びに垂直
に延在する導管に取付けることができ、また場所
とは無関係に取付けることができ、全作動範囲に
わたつて一様に良好な分離結果を与える液体移送
系用ガス分離器を得ることにある。そのほかガス
分離器は組立て容積が小さく、従つて重量が軽い
ことが必要である。さらに本発明は簡単かつ安価
な製造のほか分離器をポンプと問題なく組合せる
ことができる可能性を目的とする。

本発明においては、かかる目的を、本文の冒頭
に述べたガス分離器において、連結部の共通の中
心線ｘを含む平面Ａと、遠心場Ｃの回転中心を決
める分離室の軸線ｙを含みかつ前記平面Ａに対し
て垂直である平面Ｂとが交線を形成し、該交線は
前記平面Ａ内の中心線ｘと角αをなし、該角の大
きさが0゜＜α＜90゜好ましくはα45゜であること
を特徴とすることにより達成する。

次に本発明を図面を参照して例について説明す
る。

第１図に示すように、座標軸ｕ，ｖおよびｗを
有する三次元直角座標系に、両連結部２および３
の軸線を連結する中心線ｘと座標軸ｖとが重なる
ようにガス分離器を配置する。座標軸ｕおよびｖ
により平面Ａの位置が決まる。分離室内に形成さ
れる遠心場Ｃの回転軸線ｙ上の任意の点Ｐから平
面Ａに下ろした垂線と回転軸線ｙ自体とによつて
平面Ｂの位置が決まる。平面Ｂは平面Ａに対して
垂直である。両平面ＡとＢとの交線ｚは両連結部
２および３の中心線ｘと角αをなす。

分離器が独立の装置である場合には一般に軸線
ｘおよびｙは同一平面に含まれるので、この場合
にはｚとｙとは同一である。分離器がポンプケー
シングの吸込側の一部分である場合には、分離室
の軸線または回転軸線ｙは、第１図に示すよう
に、連結部２および３を通る平面Ａの上方に位置
させ、さらに軸線ｙは平面Ａに対して屡々そつた
形態で（windschief）配置する必要がある。かか
る場合は、常に上述の解決手段により解決され、
この解決手段ではポンプまたは分離器の貫流方向
に対し斜に配置することを最終的にさらに必要と
する。

分離室を斜め位置にすることの意味および実際
的効果を明らかにするには、遠心場において液体
中に存在する気泡に作用する力について簡単に言
及する必要がある。この力は浮力F_Sおよび向心力
E_Zである。記号としてＶ（気泡容積）、ρ_F（液体密
度）、ρ_G（気体密度）、ｕ（周速度）、ｒ（回転中心
か
らの気泡の距離である半径）およびｇ（重力の加
速度）を使用する場合には、浮力について次式： F_S＝Ｖ×ρ_F×ｇ−Ｖ×ρ_G×ｇ ＝Ｖ×ρ_F×ｇ（１−ρ_G／ρ_FＶ×ρ_F×ｇ ）で表わされる関係が成立する。気泡から排除さ
れた液体容積に遠心力として作用する力が向心力
として現われ、この向心力について次式： F_Z＝Ｖ×ρ_F×u²／ｒ−Ｖ×ρ_G×u²／ｒ ＝Ｖ×ρ_F×u²／ｒ（１−ρ_G／ρ_F）Ｖ×ρ_F×u²
／ｒ で表わされる関係が成立する。

回転場の垂直軸線において、回転液体中の気泡
は常に円錐形の螺線上を回転中心まで移動する。
しかし、回転場の軸線が水平で、半径方向の力が
重力より大きく、またF_Z＞F_Sおよびu²／ｒ＞ｇが成 立する場合には、回転液体中の気泡はかかる運動
のみを行う。これに対し、場所とは無関係な気
体・液体混合物の分離装置では回転流が生ずるは
ずであり、回転流では向心力の加速度u²／ｒは重力 の加速度ｇより大きいはずであること、あるいは
遠心場の回転軸線は地球の重力の方向に対して垂
直にする必要がないことが分る。実際にはポンプ
および分離器を垂直または水平に延在する導管に
取付けるのが好ましく、本発明においては遠心場
Ｃの回転軸線ｙは常に貫流方向ｘに斜に配置され
ているので、実際に起る両方の取付けの場合に気
体・液体混合物の分離の可能性が与えられる。

所要の分離条件が満たされたとしても、移送流
から気泡を除去するための適当な手段を前もつて
講じておく必要がある。分離室に流入する気体・
液体混合物は分離され、回転中心ｙに存在する竜
巻が形成するが、液体は比較的大きい半径で螺線
形軌道に沿つて流出開口まで流れる。次いでこの
ようにして分離されたガスを分離室から除去する
必要があり、この際空気抜きの助けをかりる。

このために分離室にはその取付位置における上
部範囲に分離室の断面より小さい断面を有する延
長部を設け、この際延長部には互に直角をなす２
個の孔を開け、水平、垂直のいずれに取付けるか
にかかわらずこれらの孔のうちの一方を垂直にか
つ他方を水平に延在させると、空気抜きを垂直孔
と連結することができ、かつ水平孔は栓体で封鎖
する。他の可能な取付け位置の場合には逆にな
る。さらに、空気抜きが水平位置において空気を
抜くことができる場合には、空気抜きを水平の孔
に連結することができる。いずれの場合でも空気
抜きをインライン方向に平行または垂直に取付け
ることができる可能性がある。

分離程度は気体・液体混合物が分離室に流入す
る際に通る開口の大きさ、形状および位置に決定
的に左右される。流入速度が速い程流入半径が大
きくなり、分離程度はそれだけ一層良好になる。

遠心場の中心線に存在する竜巻状ガスは分離室
の中心線の回りで揺動することがあり、これは移
送流における不規則性および振動によつて起る。
かかる理由から、竜巻状ガスの位置を組込部材よ
り安定化することおよび／または竜巻状ガスの長
さを短くすることを試みる必要があり、これによ
つて流出開口におけるガス抜きした液体によつて
前記竜巻の下端が引張られることはあり得ない。
このためには分離室において流出開口１２の範囲
内にガス抜きした液体が周囲を流れるようにした
組込部材を設け、この組込部材によつて分離室の
長さＬを回転中心の範囲において有効長さｌまで
短かくし、この際式：0.1＜ｌ／Ｌ＜0.9で表わさ
れる関係が成立するようにする。

要するに、遠心ポンプと組合せた分離室内の流
れの誘導および遠心場の回転方向を調節して、分
離室からの一様なねじれを有する（mit Gleich
−Drall）ガス抜きした液体がポンプの軸受けの
流出開口を通るようにする。これによりよく知ら
れているように吸込特性が改善され、特に、回転
ポンプの場合には騒音レベルが著しく低下する。

第２図および第３図にはポンプに一体に形成し
た分離器の１例を示す。第２図はポンプの軸線に
直角な中心線ｘを含む平面におけるポンプケーシ
ングの部分断面およびその上に存在する分離室の
断面を示す図である。第３図は第２図の線Ａ−Ａ
に沿つて切断し矢の方向に見た断面を示す。

ポンプケーシング１に入つて行く側の入口連結
部または吸込連結部２および出口連結部または圧
力連結部３は共通の中心線ｘを有し（インライン
ポンプ）、中心線ｘは平面Ａ（第１図）内に位置す
る。この平面Ａの上方に存在する他の平面内に本
質的に円筒形の分離室４が位置し、分離室４の中
心線は遠心場Ｃの回転軸線ｙと一致する。気体・
液体混合物は連結部２を通つてポンプケーシング
１に流入し、流入通路５および開口６を通つて分
離室４内に接線方向に到達する。

第３図は開口５が分離室４内に入る状態を明確
に示す。この場合に重要なのは、この際に、入口
面６の重心Ｓが回転軸線ｙに対して最大可能な垂
直距離ａを有することである。このことは、流入
通路５に、その入口面６の範囲内において、例え
ば面積の減少により達成される円形からずれた形
状の断面を与え、しかも重心Ｓを通り分離室４の
軸線ｙに向う流れのベクトルＶの上述の距離ａが
次式： ａ＞（Ｒ−ｒ） （式中のＲは分離室の半径、ｒは円筒形流入通路
５の半径を示す）で表わされる大きさを有するよ
うにすることにより達成することができる。

第２図に示すように、分離室４は後述の組込部
材７を備え、入口面６の上方に軸線上の延長部８
を有する。この延長部８は室の断面より小さい断
面を有する。この延長部８には、互に直角をなす
２個のねじ孔９および１０を開け、これらの孔は
２種の可能な取付位置とは無関係にその一方を垂
直にし、他方を水平に延在させる。他の図示しな
い空気抜きを例えば垂直孔９で螺着することがで
きるが、他方の水平な孔１０はねじ山付栓体１１
で封鎖する。延長部８は分離室４の上方突出部と
して本質的に円筒形に形成する。円筒形の代り
に、例えば、とりわけ截頭円錐形が考えられる。
さらに空気抜きが水平取付位置でも垂直取付位置
でも作動する場合には、勿論２個の孔９および１
０のうちの一方のみを設けるはずである。ガス抜
きした液体は流出開口１２を通つて分離室４から
図示してないポンプランナに流れ、このランナに
より液体は導管系の出口連結部３を通つて押出さ
れる。

気体・液体混合物の満足できるガス抜きにとつ
て特に重要なのは上述の組込部材７で、組込部材
７は図示する例では分離室の軸線ｙを横切つて延
在する面１３を有し、分離室内で形成する竜巻状
ガスは面１３上に位置する。組込部材７によつて
分離室４の長さＬは回転中心または軸線ｙの範囲
では竜巻状ガスにとつて有効な長さｌまで短くな
り、この際実際に式：0.1＜ｌ／Ｌ＜0.9で表わさ
れる関係が成立するようにする。

さらに、組込部材７は、第２図に示すように、
流出方向になる開口１２上の突出部によりこの開
口の一部を被覆している。さらに試験によつて、
組込部材７の外周円の直径ｄと分離室４の直径Ｄ
とは式：0.1＜ｄ／Ｄ＜0.9で表わされる関係にあ
り、かつ組込部材の形状は図示した円筒形に限定
されないことが明らかになつた。すなわち、なか
んずく、面１３が竜巻状ガスに対して十分な大き
さの基面を形成し、この際面１３は絶対的に平面
でなければならないことはなく、幾分凹面の形状
としてもよいことが重要である。

図示した例では、分離室４内に突出する組込部
材７を、ケーシング１のねじ孔に着脱自在に螺着
した別個の部分として形成し、これにより個々の
使用の場合に最適な挿入部材を試験により見い出
し、これを組込むことができるという可能性が生
ずる。他方分離器の製造費用を安くするために組
込部材７をケーシング１と共に一体の鋳物に形成
することができる。

上述の分離器においては気体・液体の分離は重
力によつても遠心力によつても達成される。移送
流が少量の場合には浮力が支配的であり、移送流
が多量の場合には向心力が支配的であるので、可
能な全作動範囲では本質的に一様に良好な分離結
果が予期される。このことは、分離器と遠心ポン
プとを組合せた場合だけではなく、分離器を独立
の装置として管路に組込んだ場合にも適用され
る。

最後に、平面Ａと平面Ｂとの交差部分では、交
線ｚと軸線ｘとの間に明らかに４個の角が形成
し、そのうちの２個づつが等しいことが指摘され
る。遠心場の軸線ｙの位置にとつて決定的なこと
は、勿論上述したことに対応して常に鋭角αが第
１象限または第２象限に存在することである。さ
らに、平面Ｂの位置；従つて軸線ｙの位置は、第
１図に示す位置と比較して、座標軸ｗの廻りに
90゜回転させた状態にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガス分離器の配置を説明する
ための三次元直角座標系の１例の略線図、第２図
はポンプに一体に形成した本発明のガス分離器の
１例の断面図、第３図は第２図の線Ａ−Ａに沿つ
て切断し矢の方向に見た断面図である。 １……ケーシング、２，３……連結部〔２……
入口連結部（吸込連結部）、３……出口連結部
（圧力連結部）〕、４……分離室、５……流入通路、
６……開口（入口面）、７……組込部材、８……
延長部、９，１０……ねじ孔、１１……ねじ山付
栓体、１２……流出開口、１３……組立体７の
面、Ａ，Ｂ……平面、Ｃ……遠心場、Ｄ……分離
室４の直径、Ｌ……分離室の長さ、Ｐ……回転軸
線ｙ上の任意の点、Ｒ……分離室の半径、Ｓ……
入口面６の重心、Ｖ……重心Ｓを通る流れのベク
トル、ａ……入口面６の重心Ｓと回転軸線ｙとの
間の可能な最大垂直距離、ｄ……組込体７の外周
円の直径、ｌ……竜巻状ガスの有効長さ、ｒ……
流入通路の半径、ｕ，ｖ，ｗ……座標軸、ｘ……
連結部の共通の中心線（軸線）、ｙ……分離室の
軸線、（回転中心、遠心場Ｃの回転軸線）、ｚ……
平面Ａと平面Ｂとの交線、α……中心線ｘと交線
ｚとのなす角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通の中心線上に位置する流体用の入口連結
   部および出口連結部と、これら両連結部の間に配
   置され本質的に円筒形分離室とを具え、気体・液
   体混合物を上記分離室に切線方向に導入し、適当
   な流れの誘導により回転中心を形成する前記分離
   室の軸線の回りで前記気体・液体混合物を回転さ
   せ、これによりガスを回転中心の方に排除し、か
   つ外方に導出し、他方ガス抜きした液体を別個の
   流出開口を経て前記分離室から流出させるように
   した、独立の装置またはインラインポンプ特に暖
   冷房装置に一体に形成された構成部分である液体
   移送系用ガス分離器において、連結部２，３の共
   通の中心線ｘを含む平面Ａと、遠心場Ｃの回転中
   心を決める分離室の軸線ｙを含みかつ前記平面Ａ
   に対して垂直である平面Ｂとが交線ｚを形成し、
   該交線は前記平面Ａ内の中心線ｘと角αをなし、
   該角の大きさが0゜＜α＜90゜好ましくはα45゜で
   あることを特徴とする液体移送系用ガス分離器。 ２ 分離室４において流出開口１２の範囲内にガ
   ス抜きした液体が接線方向に周囲に流れるように
   した組込部材７を設け、この組込部材によつて分
   離室の長さＬを軸線ｙの範囲において有効長さｌ
   まで短くし、この際式：0.1＜ｌ／Ｌ＜0.9で表わ
   される関係が成立するようにした特許請求の範囲
   第１項記載のガス分離器。 ３ 組込部材７が分離室の軸線ｙを横切つて延在
   する面１３を有し、分離室内で形成する竜巻状ガ
   スが上記面上に位置するようにした特許請求の範
   囲第２項記載のガス分離器。 ４ 組込部材７が流出方向にある開口１２上の突
   出部によつて流出開口の一部を被覆するようにし
   た特許請求の範囲第２項または第３項記載のガス
   分離器。 ５ 組込部材７の外周円の直径ｄと分離室４の直
   径Ｄとが式：0.1＜ｄ／Ｄ＜0.9で表わされる関係
   にある特許請求の範囲第２〜４項のいずれか一つ
   の項に記載のガス分離器。 ６ 分離室４内に突出する組込部材７を分離器ケ
   ーシング１と共に一体の鋳物に形成した特許請求
   の範囲第２〜５項のいずれか一つの項に記載のガ
   ス分離器。 ７ 分離室４内に突出する組込部材７を分離器ケ
   ーシング１のねじ孔に着脱自在に螺着した別個の
   部分として形成した特許請求の範囲第２〜５項の
   いずれか一つの項に記載のガス分離器。 ８ 遠心ポンプに一体に形成した構成部分であつ
   て、分離室４内の流れの誘導および遠心場Ｃの回
   転方向を調節して、分離室からの一様なねじれを
   有するガス抜きした液体がポンプの軸受けの流出
   開口１２を通るようにした特許請求の範囲第１〜
   ７項のいずれか一つの項に記載のガス分離器。 ９ 分離室４に連結された空気抜きを具え、分離
   室４にはその取付位置における上部範囲に分離室
   の断面より小さい断面を有する延長部８を設け、
   この延長部８には互いに直角をなす２個の孔９，
   １０を開け、水平、垂直のいずれに取付けるかに
   かかわらずこれらの孔のうちの一方を垂直にかつ
   他方を水平に延在させ、かつ上記空気抜きを垂直
   孔９と連結することができ、かつ水平孔を栓体１
   １で封鎖できるようにした特許請求の範囲第１〜
   ８項のいずれか一つの項に記載のガス分離器。