JPH02169004A - 導電性気液二相流の気液分離方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は導電性気液二相流の気液分離方法、及びその装
置に係り、特に、微小重力環境下において気液二相流か
ら気相を分離、除去するに好適な導電性気液分離方法、
及びその装置に関するものである。

〔従来の技術〕

・般に、バイオ関連の分析機罰や分Ｍ精製袋霞では、試
料中に気泡が混入すると、圧縮性の影響で容積変化が大
きくなったり、流路中で気泡により流れが偏流し、機器
特性が著しく劣化する。このため、従来は特開昭５５−
１２１８０６号公報、特υＨ昭６２−１８０７１１号等
で提案しているように、気体透過性の疎水性多孔質材料
を利用して流路壁や管路を形成し、その流路を減圧室内
に配にして脱気する方法が採用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、このような気液分離装置では、気体分離効果を
向上させるに流路長を長くしたり、流路断面積を小さく
して、気泡と流路壁の接触面積を増す方策が必要であり
、流路長の長大化や流路抵抗の増大化などの問題があっ
た。

さらに、宇宙空間のように微小重力環境下では。

重力の影響による分離作用効果が期待できないため、気
液二相流の分離が困難となる。しかも１表面張力が支配
的となるので、気泡どうしの合体が困難となるとともに
、気体透過性膜への接触面積も少なくなり１分離効率が
劣化する。このような微小重力環境では、流路をコイル
状に形成させたり、流路内に旋回羽根を設置して試料の
流れに旋回成分を与え、遠心力の作用になって気液二相
流を分離することが多い。しかし、高価な生理活性物質
を扱うバイオ関連機器のように、微量流量の試料を対象
とする場合には、試料自身の流れで旋回成分を発生させ
るのが困難である。一方、流路内に羽根車等を設置して
強制的に旋回成分を発生させる方式では、シーリングが
潤滑、さらには生物汚染などの問題が多く存在する。

このような微小重力環境下に有効な気液二相流の分離装
圓として１例えば特開昭５８−８８０１２号公報や特開
昭５８−８８０１３号公報が提案されている。

しかし、本′４Ａ置は電気的に絶縁性のある気液二相流
には有効なものと考えられるものの、高電圧を利用する
のでバイオ関連機器のように導電性の気液二相流を分離
対象とする場合には、試料の電気分解や漏電などの面で
問題も多い。

本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、微小重力環境下や微量流量条件下において
も、安定して気液分離が可能な導電性気液二相流の気液
分離方法、及びその装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、導電性気液二相流の
流路の気液分離区間の出入口部近傍に電極を配設して電
流を通ずるとともに、その電流に直角方向に磁界が作用
するように流路の気液分離区間に磁石を配設することに
よって、フレミングの左手の法則を利用して導電性流体
に流路壁方向の電磁力を作用させるようにし、導電性気
液二相流から気相と液相を分離するようにしたことを特
徴とする。

さらに、この気液分離区間の流路壁として気体透過性の
疎水性膜材料を採用するとともに、この気液分離区間を
減圧室内部に配設することによって５分離した気相を流
路外部へ有効に除去するようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

流路の気液分離区間の出入口部に配設した電極間に電圧
を加えると、導電性気液二相流内の液体中に＠流が流れ
る。この電流の直角方向に磁石により磁界を加えると、
フレミングの左手の法則によって電流方向軸と磁界方向
軸とで定められる平面に直行する方向に電磁力が作用す
る。この電磁力が導電性の液体に作用するため、遠心力
や重力と同様の作用効果によって液体が流路壁方向に力
を受ける。このため、気泡が混在する気液二相流は、次
第に気相を液相に分離し、いオ）ゆる分離流の流れパタ
ーンとなる。

一方、この気液分離区間の流路壁として気体透過性の疎
水性膜材料を採用し、外部空間を流路内の圧力より低圧
状態に維持すれば１分離した気相は流路内外の圧力差に
よってこの気体透過性の流路壁から外部空間へ′８動し
、気液二相流から気相を除去することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図を用いて説
明する。

第１図に示すように、本実施例は気液二相流の流路の一
部に気液分離装置４を設けた例を示す。

すなわち、導電性気液二相流３を内部に収納し、気液分
離領域５と形成する分離室６を設け、この分離室６に気
液二相流を導入する気液二相管１、及び分離後の液相を
排出する液相排出管２を連通させて接続する。この分離
室６の１方に気体透過性の有する炭化線素系の疎水性膜
７を配設するとともに、蓋体９によって該疎水性膜７の
外側に減圧室８が形成されるよう構成する。この蓋体９
の一部に気相排出管１０を設け、前記減圧室８を例えば
真空ポンプ等に代表される減圧装置（図示せず）と連通
させるよう構成する。

このような気液分離装置４において、本実施例では、分
離室６の対向する内壁面に高圧側電極１１と低圧側電極
１２を設けるとともに、電極端子１３．１４によって外
部電源電圧１５、及び接地１６に接続する。尚、本実施
例では高圧側電極１１を液相排出管２の接続する分離室
６の内壁面に、接地側電極１２を気液二相管１の接続す
る分離室６の内壁面に配設される例を示したが、これは
限定された事項ではなく、気液二相流３の流動方向や電
磁力の作用方向に勘考して決められるものである。

一方、この気液分離装置４の分離室６の外壁面に隣接し
、上記対向する一対の電極１１．１２を結び線に直交す
る方向に磁界が作用するよう磁石１７を配設する。

第１図のＡ−Ａ断面を示す第２図にその構成例を示すよ
うに、本実施例では磁石１７のＮ極とＳ１セで発生する
磁界が、一対の電極１１．１２と直交するとともに、気
液分離装置４の内部において気相１８が気液分離領域５
から気体透過性の疎水性膜７を通して減圧室８に流れる
方向とも直交するようＮ極とＳ極を配設して構成する。

このように構成された気液分離装ｆｆ！４において。

導電性気液二相流３が気液二相管１を通して分離室６内
の気液分離区間５に入るが１分離室６の内壁に設置され
る一対の電極１１．１２に端子１３゜及び１４を介して
外部ｆｆ１ｉ９［圧１５を加えると、この気液分離区間
５の内部流体中に電流が流れる。

一方、この電流の方向と直角方向に磁石１７のＮ極、及
びＳ極が配置され、磁界が電流と直交して加わることに
なる。電流を通ずる導体が磁界中にあれば、その導体に
電磁力が作用する。その方向は第３図に示されるように
、フレミングの左手の法則で与えられる。すなわち、Ｔ
Ｌ流Ｉ、及び磁場Ｒが第３図の方向に作用すると、該図
のＦの方向にｆｒｉｍ力が作用する。その力は、 ｄＦ＝＝ＢＩｓｉｎθｄＱ 但し、θ　：電流Ｉと磁場Ｂの角度 ｄＱ：導体の微少長さ で怪えられる。

したがって、第１図、及び第２図の実施例では。

分離室６の内部で導電性気液二相流３の軸流方向の下流
側から上流側に電流１が流れ、第１図の紙面に直交して
上から下へ９すなわち第２図においてＮ極からＳ極方向
へ磁ｑＪ　Ｂが形成されるので、導体である導電性液体
は、図示したように気体透過性を有する疎水性膜７に対
向する分離室６の内壁面に電磁力Ｆが作用する。すなわ
ち、多数の気泡が混在する気液二相流；３の内部で、導
電性を有する液体だけが、電磁力Ｆを受けて、疎水性膜
７に対向する方向へ次第に移動するので、必然的に内部
の気泡は、疎水性膜７の方向へ移動することになり、気
相と液相とに分離することができる。

このように気相が気体透過性の有する疎水性膜７の近傍
に分離して集合するので、疎水性膜７の反対側に隣接す
る減圧室８の内部圧力を低減すると、該気相は疎水性膜
７の細孔から減圧室８の内部へ通過し５気相排出管１０
を通じて系外へ除去することが可能となる。一方、分離
室６の内部に残存する導電性液体は、気泡のない液相と
なって液相排出管２に流下することができる。

第４図、乃至第５図は、本発明の第２の実施例を示す。

該図に示す実施例では、気液分離装置１９は、両端が密
閉された同筒状の分離室２０を設けるとともに、その内
部空間２１に気体透過性を１４する疎水性膜材料で形成
した気液分ｍ管２２をコイル状に巻いて配設し、気液二
相流３を導入する気液二相管１と液相排出管２に連通し
て接続する。一方、分離室２０の一方の端面に気相排出
管２３を設け、内部空間２１と連通させて、該内部空間
２１を減圧して構成する。このような気液分離装置１９
においても、流入側の気液二相管１の内部と、流出側の
液相排出管２の内部に一対の電極２４．２５を設けると
ともに、それぞれの端子２６．２７を通じて高圧側電源
２８と接地２９に接続するよう構成する。さらに、上記
円筒状の分離室２０の両端面部に磁石３０．３１を設け
、磁界が形成されるようＮ極とＳ極が対向するよう配設
する。

本実施例のような気液分離装置１９では、気液二相管１
から気液分離管２２に流入した導電性気液二相流３は１
分離室２０の内部でコイル状に構成された気液分離管２
２の内部を流下するので、多少なりとも遠心力の作用効
果を得る。さらに、流路の出入口部に配設した一対の電
極によって導電性液体の流れの中に電流■が流れるので
５分離室２０の両端に対向して設置された磁石３０゜３
１によって円筒状の分農室２０の軸方向に磁場Ｉ３が形
成される。このため、導電性液体は、コイル状の気液分
離管２２の内部で外周側方向へ電磁力Ｆを作用を受け、
したがって、混在する気泡は内周側へ集中するようにな
る。このため、気液二１１流は次第に気相と液相に分離
されることになる２更に、本実施例においては、この気
液分離管２２を気体透過性の有する疎水性膜で形成して
いるので、分離室２０の内部空間２１を減圧状態にする
と、気液分離管２２の内周側に集合した気相のみが管壁
から内部空間２１・＼通過し、連通する気相排出管２３
から系外へ分離、除去することが可能となる。特に本実
施例では、電磁力Ｆに加えて、コイル状の気液分離管２
２の構成により、内部流体中に遠心力が作用するので、
相乗効果によって第１、の実施例と同等以上の分離性能
効果を得ることができる。

第６図、及び第７図は、第３の実施例を示すものである
。数回に示す実施例の気液分離装置３３は、軸方向に長
く１両端面が密閉された二重円筒状の分離室３３を形成
するとともに、その内部空間に気体透過性を有する疎水
性膜３４を用いて気液二相流３が通る螺旋流路形状の気
液分離流路３５を配設し、さらにその内周側に疎水性膜
３４と円筒壁３６とで囲まれる減圧室３７を形成し、−
＝・方の端面に気相排出管３８を連通して配設する。

一方、疎水性膜３４の外周側に形成される気液二相流内
３５は、円筒状分離室３３の軸端近傍で気液二用管１と
連通させるとともに１分離室３３の他の軸端近傍で液相
排出管２と連通させて構成する。又１分離室３３の両軸
端の内壁側で気液分離流路３５に接する部分離一対の電
極３９．４０を設けるとともに、端子４１．４２を通じ
て外部の高圧側電源４３、及び接地４４に導通させる。

方、磁界を発生させる方法としては、前述の実施例と相
違して、棒状磁石４５、及び４６を本気液分離装置３２
の軸中心部に挿入し、軟剤製のシリンダ４７を介してそ
れぞれの磁石のＮ極どうしが対面するよう構成する。こ
のような磁石の配置構成を採用すると、磁場Ｂは、第８
図に示すように、軸中心部から放射状に磁力線を生ずる
ことになり、本実施例の分離流路３５に軸中心部から半
径方向に放射状の磁場ベクトルが作用する。このため、
螺旋状に構成された気液分離流路３５の内部を流れる導
電性気液二相流３に電流Ｉを流すと、第７図に示すよう
に軸方向に電磁力Ｆが液相に作用し。

次第に気相と液相が分離するようになる。前述の第２の
実施例では、気液分離管路を長くすると、磁石間の距離
が大きくなり、磁場ベクトルが弱まる傾向があるが、本
実施例では、分離流路を長くしても磁場ベタ１−ルの強
さはあまり変化しないのｒ、？！！磁力による気液分離
性能を最大限発揮させる効果が期待できることになる。

尚、本実施例では、疎水性膜３４によって螺旋状の分離
流路３５を構成したが、前述の実施例と同様に疎水性膜
による分離管をコイル状に構成しても良いことは勿論で
ある。

更に、」二連した各実施例では磁界発生装置として磁石
（永久あるいは電磁）としているが、超電導磁石を採用
すれば、磁場ベクトルを大きくすることが可能であり、
電磁力が大きいので気液分離を短時間で達成することが
可能である。

このような本発明の各実施例によれば、高価な生理活性
物質のように導電性試料で気液が混在する場合、微量流
量で試料白身の流れによって旋回成分を発生させるに困
難な場合や、宇宙空間のように微小重力環境で気液分離
が国難な場合においても、気液二相流内に電流を流し、
磁界を発生させることによって導体である液相に電磁力
を強く作用させることができるので、気相と液相への分
点が容易に達成できる。また、内部流路内に可動部がな
く、構造も簡単なため、バイオ物質のようにｌη染を嫌
う流体に対しても、クリーンで信頼性の高い気液分離装
置を得ることがｕＪ能になるなど、その効果は大きい。

尚、分離装置の構造等によっても相違するが、第３の実
施例の構造では２０にガウスの永久磁石と０　、２５　
Ａ　／　ｃｍ　２の電流であれば、少なくとも数１ｏｇ
の加速度に相当する電磁力が得られることを確認されて
いる。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明の導電性気液二相流の気液分離方法
、及びその′ＪＡ置によれば、導電性気液二相流の流路
の気液分層区間の出入口部近傍に電極を配設して電流を
通ずるとともに、その電流に直角方向に磁界が作用する
ように流路の気液分離管路に磁石を配設し、フレミング
の左手の法則を利用して導電性流体に流路壁方向の電磁
力を作用させるようにし、導電性気液二相流から気相と
液相を分離するようにしたものであるから、微小重力環
境下や微量流量条件下においても、安定して気液分離が
可能な導電性気液二相流の気液分離方法、及びその装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導電性気液二相流の気液分灘装置の第
一の実施例を示す断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第３図は電磁力の作用方向を示す説明図、第４図は
本発明の第２の実施例を示す断面図、第５図は第４図の
Ｂ−８断面図、第６図は本発明の第３の実施例を示す斜
視図、第７図は第６図の断面図、第８図は磁場ベクトル
を示す説明図である。 １・・気液二相管、２・・液相排出管、３・・導電性気
液二相流、４．．１９．３３・・・気液分離装置、５気
液分離領域、Ｇ、２０．３３・・・分離室、７゜３４・
・・疎水性膜、８．３７・・・減圧室、９・孟、Ｌ　１
．．１２，２４，２５，３９．４０・・電極。 １７．３０．３１．．４５．４６・磁石、１０゜２３．
３８・・・気相υｒ出管、２２・・気液分離室、３５・
気液分離流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導電性気液二相流の流路内に配設された一対の電極
   に電流を流すとともに、この電流が流れる流路区間に磁
   場を発生させて導電性液体に電磁力を作用させ、前記導
   電性気液二相流を気相と液相に分離させることを特徴と
   する導電性気液二相流の気液分離方法。 ２、導電性気液二相流の流路内に配設された一対の電極
   に、前記導電性気液二相流の流れ方向、若しくは逆流方
   向の電流を流すとともに、この電流が流れる方向にほぼ
   直交する方向に磁場を発生させて導電性液体に作用する
   電磁力の方向を前記導電性気液二相流の流れ方向と直角
   方向に作用させ、前記導電性気液二相流を気相と液相に
   分離させることを特徴とする導電性気液二相流の気液分
   離方法。 ３、導電性気液二相流の流路の気液分離区間の出入口部
   近傍に配設された一対の電極に弱電流を流すとともに、
   前記気液分離区間に配設された磁石により、前記電流が
   流れる方向にほぼ直交する方向に磁界を発生させて導電
   性液体の流路壁方向に電磁力を作用させ、前記導電性気
   液二相流を気相と液相に分離させることを特徴とする導
   電性気液二相流の気液分離方法。 ４、導電性気液二相流の流路の気液分離区間の出入口部
   近傍に配設された一対の電極間に電圧を加えることによ
   り前記導電性気液二相流内の液体中に電流を流すと共に
   、該電流の直角方向に磁界を加えることによつて電流方
   向軸と磁界方向軸とで定められる平面に直交する方向に
   電磁力を作用させ、この電磁力が導電性液体に作用する
   ことにより該液体が流路壁方向に力を受け、これにより
   前記導電性気液二相流に気相と液相が分離する分離流の
   流れパターンを生じさせて該導電性気液二相流を気相と
   液相に分離することを特徴とする導電性気液二相流の気
   液分離方法。 ５、導電性気液二相流の流路の気液分離区間の出入口部
   近傍に配設された一対の電極間に電圧を加えることによ
   り前記導電性気液二相流内の液体中に電流を流すと共に
   、該電流の直角方向に磁界を加えることによつて電流方
   向軸と磁界方向軸とで定められる平面に直交する方向に
   電磁力を作用させ、この電磁力が導電性液体に作用する
   ことにより該液体が流路壁を形成する気体透過性の疎水
   性膜方向に力を受け、これにより前記疎水性膜近傍に前
   記導電性気液二相流から分離した気相を集合させ、この
   気相を、前記疎水性膜で隔離された外部空間を前記導電
   性気液二相流の流路内圧力より低圧状態に維持し流路内
   外の圧力差によつて前記疎水性膜を介して外部空間へ移
   動させるようにしたことを特徴とする導電性気液二相流
   の気液分離方法。 ６、コイル状に流れる導電性気液二相流の流路の気液分
   離区間の出入口部近傍に配設された一対の電極間に電圧
   を加えることによりコイル状に流れる前記導電性気液二
   相流内の液体中に電流を流すと共に、コイル状に流れる
   導電性気液二相流の気液分離区間を収納する円筒状の分
   離室軸方向に磁場を形成し、これにより導電性液体が外
   周側方向に電磁力を受けて気相が内周側に集中するよう
   にして前記導電性気液二相流を気相と液相に分離するこ
   とを特徴とする導電性気液二相流の気液分離方法。 ７、導電性気液二相流の軸方向に形成される螺旋状流路
   の気液分離区間の出入口部近傍に配設された一対の電極
   間に電流を流すと共に、軸中心部から半径方向に放射状
   に磁場を作用させ、これにより導電性気液二相流の液相
   に電磁力を軸方向に作用させて前記導電性気液二相流を
   気相と液相を分離することを特徴とする導電性気液二相
   流の気液分離方法。 ８、導電性流体に電流を流し、その電流と直角方向に磁
   界を加え、流路壁方向に電磁力が働くようにして気液二
   相流を気相と液相に分離することを特徴とする導電性気
   液二相流の気液分離方法。 ９、導電性流体に電流を流し、その電流と直角方向に磁
   界を加えることにより導電性流体に作用する電磁力とは
   反対方向に気体を逃がして気液二相流を気相と液相に分
   離することを特徴とする導電性気液二相流の気液分離方
   法。 １０、導電性気液二相流を導入する管、分離後の液相、
   及び気相をそれぞれ排出する管が接続され、前記管によ
   り導入された導電性気液二相流を内部に収納すると共に
   気液分離領域を形成する分離室と、該分離室に導入され
   る前記導電性気液二相流の流路の気液分離区間の出入口
   近傍に配設され、導電性気液二相流を介して電流を流す
   一対の電極と、該一対の電極間を流れる電流方向にほぼ
   直交する方向に磁界が作用するよう磁場を発生させる磁
   石とを備えていることを特徴とする導電性気液二相流の
   気液分離装置。 １１、導電性気液二相流を導入する管、分離後の液相、
   及び気相をそれぞれ排出する管が接続され、前記管によ
   り導入された導電性気液二相流を内部に収納すると共に
   気液分離領域を形成する分離室と、該分離室の対向する
   内壁面に配設され、前記導電性気液二相流を介して電流
   を流す一対の電極と、前記分離室の外側に、前記一対の
   電極間を流れる電流方向にほぼ直交する方向に磁界が作
   用する磁場を発生させるよう配設された磁石とを備えて
   いることを特徴とする導電性気液二相流の気液分離装置
   。 １２、前記分離室の上方に気体透過性を有する疎水性膜
   を配設すると共に、該疎水性膜の上方に蓋体を設けて両
   者間に減圧室を形成し、該減圧室内の圧力を前記分離室
   内圧力よりも低くすることにより分離室内の気相を疎水
   性膜を介して減圧室内に導くことを特徴とする請求項９
   記載の導電性気液二相流の気液分離装置。 １３、前記蓋体の一部に気相排出管を設けて前記減圧室
   と連通し、かつ、前記減圧室は内部を減圧する減圧装置
   と接続されていることを特徴とする請求項１０記載の導
   電性気液二相流の気液分離装置。 １４、両端が密閉され、その一方端に分離後の気相を排
   出する気相排出管が接続されている円筒状の分離室と、
   該分離室の内部空間にコイル状に巻かれた配設された気
   液分離管と、該気液分離管の一方端に接続され、該気液
   分離管の内部に導電性気液二相流を導入する気液二相管
   と、前記気液分離管の他方端に接続され、該気液分離管
   で分離された液相を排出する液相排出管と、該液相排出
   管の内部と気液二相管の内部に配設され、前記導電性気
   液二相流を介して電流を流す一対の電極と、前記分離室
   の両端部にそれぞれ配設され、該円筒状分離室の軸方向
   に磁場を形成する磁界を発生させる磁石とを備えている
   ことを特徴とする導電性気液二相流の気液分離装置。 １５、前記気液分離管は、気体透過性を有する疎水性膜
   材料で形成されていることを特徴とする請求項１２記載
   の導電性気液二相流の気液分離装置。 １６、両端面が密閉された二重円筒状の分離室と、該分
   離室の内部空間に気体透過性を有する疎水性膜を用いて
   形成される導電性気液二相流が通る螺旋流路形状の気液
   分離流路と、該気液分離流路の内周側に、前記疎水性膜
   と分離室内筒壁とで囲まれて形成される減圧室と、該減
   圧室の一方の端面に接続され、分離された気相を排出す
   る気相排出管と、前記分離室の一端側に接続され、前記
   気液分離流路内に導電性気液二相流を導入する気液二相
   管と、前記分離室の他端側に接続され、前記気液分離流
   路内で気相が分離された液相を排出する液相排出管と、
   前記分離室の両軸端の内壁側で、かつ、前記気液分離流
   路に接する部分に設けられた一対の電極と、前記二重円
   筒状分離室の軸中心部に同極同志が対面するよう少なく
   とも２個配設され、前記気液分離流路に軸中心部から半
   径方向に放射状の磁場を作用させる磁界を発生する磁石
   とを備えていることを特徴とする導電性気液二相流の気
   液分離装置。