JPH08187403A - 気液分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気液分離器から排出される未分離の気液混合
相流を流体源に戻すことなく、且つ、装置全体を小形，
安価にする。 【構成】 気液混相流を遠心形気液分離器１へ接線方向
に導入して旋回流を与え、遠心力の差を利用して気体と
液体とを分離し、出来るだけ気体を分離した液体を第１
流出口から流出し、未分離の気液混相流出を透孔６のあ
る排出管５を通って重力形気液分離器１０に導入する。
重力形気液分離器１０に導入した気液混相流は、バッフ
ルプレート１４に衝突し、動圧を生ずる。高圧の気泡は
浮上して体積膨張し、有効に気化して排気弁１８、排気
管２０を通り排気され、液体は逆止弁２２を通り、遠心
形気液分離器１の液体と合流する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気液分離装置に関し、
より詳細には、遠心分離形気液分離器と重力形気液分離
器とを組合せ遠心分離形気液分離器に流入した気液混相
流中の未分離の気液混相分を重力形気液分離器に導入
し、未分離の気液混相流を給液源に戻すことなく液相を
分離流出可能とする複合形気液分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体工業において扱われる流体には、気
体、液体、気液混相流、固液混相流等多くの相形体をも
った流体がある。これらの流体の中で液体を取り扱う分
野が最も多いが、液体の流管としては、通常、鋼管が用
いられ、これらの流管には流量を制御するための弁装置
が取り付けられている。このため、液体の流れは均一で
なく、局部的に大流速部分が生ずる等のため、液圧が低
いときは、液体は完全な液相でなく気泡等の気相を含
み、更に、液体には流管内部の鉄銹等の微粒子が含まれ
ている。

【０００３】液体の流量計測においては、気相の存在は
流量計測の誤差となり、微粒子は特に、容積流量計の回
転子に喰い込んで流量計の故障原因となるものである。
このため流量計測ラインには、微粒子を取り除くストレ
ーナ、気泡を取り除く気液分離器が設けられている。

【０００４】図２は、従来の流量計測ラインを説明する
ための図であり、図中、３０は主流管、３１は主管、３
２はバイパス管、３３，３４，４５，４７は弁、３５は
気液分離器、３６は流入口、３７は流出口、３８は排気
口、３９はドレン管、４０は脚、４１はストレーナ、４
２は流量計、４３は逆止弁である。

【０００５】図２に示した流量計測ラインは流量計４２
が設けられた主管３１の上流側に気液分離器３５、スト
レーナ４１が設けられた典型的なもので、気液混相流
（液体中に気泡が生じる場合も含む）が流れる主流管３
０は主管３１とバイパス管３２に接続され、弁３３，３
４を切り換えて主流管３０の流体を主管３１又はバイパ
ス管３２に切り換えられる。

【０００６】気液混相流は気液分離器３５に流入して液
体と気体とに分離され、分離された気体は排気口３８よ
り弁３８ａを介して外気に放出される。気液分離器３５
の底部に設けられたドレン管３９からは、底部に溜った
気液混相流に含まれる比重の大きい液体、例えば、水や
スラリ等が取り除かれる。

【０００７】気液分離器３５内の圧力を気液分離し易い
高い圧力に保持するため、例えば、流出側の主流管３０
を立ち上げ３０ａを設けている。液体中に気泡が混入し
た気液混相流から気体を分離した液体は、流量計４２で
流量計測される。気液分離器３５は、気液の分離方式に
より定められ、遠心形気液分離器と重力形気液分離器に
大別できる。

【０００８】遠心形気液分離器は、流入した気液混相流
に旋回流を与え、比重の大きい液体と比重の小さい気体
とを遠心力の大きさに従って分離するもので、比重の大
きい液体は容器外周側に、比重の小さい気体は軸心側に
集められて分離する原理に基づくものである。

【０００９】重力形気液分離器は、気液混相流を容器内
に導入し、気液混相流中に含まれる気泡を容器上部に浮
上させて集めることにより、液体と気体とを分離し、気
体量が増し、液位が所定レベルに達したとき、集められ
た気体は、排気弁を駆動して排気される原理に基づくも
のである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】遠心形の気液分離器
は、高粘度液中からの気体を分離することが可能で、小
形安価とすることができるが、反面、圧力損失が大きい
欠点をもっている。また、重力形の気液分離器は、圧力
損失は小さいが、分離能力が小さく、特に高粘度液中の
気体分離能力が低く、このため大形で高価な容器を必要
とする欠点をもっている。

【００１１】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、遠心形と重力形の気液分離器の特徴を生か
して、これを組合せ、気液分離を出来るだけ完全なもの
として、小形で安価な気液分離装置を提供することを目
的としてなされたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、（１）第１流入口と第１流出口と排出口
とを有する筐体で、前記第１流入口から流入した気液混
相流を旋回して液体と気体とに遠心力差を与え、遠心分
離されて気体の混入量が小さくなった液体を前記第１流
出口より流出し、気体の混入量が多くなり、気体の粒径
が大きくなった気液混相流を前記排出口より排出する１
段又は複数段の遠心形気液分離器と、第２流入口と第２
流出口と排気弁とを有する筐体で、前記排出口より前記
第２流入口を介して該筐体内に流入した気液混相流から
気泡を浮上させ、浮上した気泡を集めて前記排気弁より
大気放出し、得られた液体を逆止弁を介して前記第２流
出口より流出する重力形気液分離器と、前記遠心形気液
分離器の第１流出口と重力形気液分離器の前記第２流出
口とを接続して前記気液混相流から分離された液体を流
出する流出管とからなること、更には、（２）前記
（１）において、前記排出口と前記第２流入口および前
記第１流出口と第２流出口とを接続し、前記遠心形気液
分離器の遠心分離機能と前記重力形気液分離器の重力形
気液分離機能とを同一容器内に構成したことを特徴とし
たものである。

【００１３】

【作用】気液分離効率の優れた遠心形気液分離器から気
相が含まれない大部分の液体を流出して、未分離の気相
を含んだ混相液体を重力形気液分離器に流入して気体を
外気中に排出し、溜った液体は、逆止弁を介して遠心形
分離器から流出した液体に合流させ、流量計に導びくこ
とにより、気液混相流の気液分離をカスケードに行う。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明による気液分離装置の一例を
説明するための図で、図１（ａ）は構成図、図１（ｂ）
は矢視Ｂ−Ｂ線断面図であり、図中、１は遠心形気液分
離器、２は第１流入口、３は筐体、４は第１流出口、５
は排出管、６は透孔、７は遮蔽板、８は支柱、９，２１
は弁、１０は重力形気液分離器、１１は第２流入口、１
２は筐体、１３は第２流出口、１４はバッフルプレー
ト、１５は支持板、１６は支持部、１７はフロート、１
８は排気弁、１９はばね、２０は排気管、２２は逆止
弁、２３は流出管である。

【００１５】遠心形気液分離器１は、図１（ｂ）に示す
ように、円筒状筐体３の端面外周に対し、接線方向に各
々第１流入口２と第１流出口４とが設けられ、軸方向に
底部５ａが開口し、他端側が筐体３の外部に突出する排
出管５が設けられている。筐体３内の排出管５には、多
数の透孔６が開口し、排出管５の内外が連通されてお
り、底部５ａと対向して、支柱８で支えられた遮蔽板７
が設けられている。

【００１６】重力形気液分離器１０は、円筒状の筐体１
２を有し、筐体１２の底部に軸心に向け開口する第２流
入口１１、第２流出口１３が設けられ、上端面に排気弁
１８が設けられ、排気弁１８には弁２１を介して排気管
２０が連通している。排気弁１８は、筐体１２に取り付
けられた弁座１８ｂと、弁体１８ａとからなり、弁体１
８ａはフロート１７が取り付けられたロッド１８ｃの一
端に固着されており、フロート１７が所定液面以上の液
面に浮いているとき、ばね１９のばね力とフロート１７
の浮力とで常時閉弁されている。また、ロッド１８ｃ
は、筐体１２内面に固着された支持板１６の案内筒１６
ａに上下移動可能に案内されている。

【００１７】筐体１２内の底部近傍には、第２流入口１
１から流入する気液混相流の流入方向に対し所定の角度
をもち、筐体１２の断面より小さい面積の筒状体１４ａ
の下部面に支えられたバッフルプレート１４が設けら
れ、バッフルプレート１４は支持板１５を介して筐体１
２に取り付けられている。第２流出口１３は筐体１２を
貫通して筒状体１４ａ側面に開口し、第２流出口１３に
は逆止弁２２が設けられ流出管２３に連通している。
尚、遠心形気液分離器１は、必要に応じて複数個設ける
ようにしてもよい。

【００１８】次に、図１に示した気液分離装置の動作を
説明する。まず、第１流入口２より矢印接線方向に気液
混相流が流速Ｖで流入すると、気液混相流は半径Ｒの筐
体３内で角速度ωで旋回しながら第１流出口４に向けて
進む。このときの角度速ωは、 ω＝（Ｖ／Ｒ） …（１） であるが、気液混相流中には、液体質量ｍ_Lと気体質量
ｍ_Gが含まれているので、液体と気体とに作用する遠心
力の大きさが異なる。

【００１９】この差Ｆが気液分離作用をもたらすもの
で、 Ｆ ＝((ｍ_L−ｍ_G）Ｒω² （但し、ｍ_L≫ｍ_G）…（２） となる。遠心力の差は、また圧力差となり、筐体３の内
壁に作用し、液体は筺体１２内を実線矢印方向に、筐体
３の内壁に沿ってスパイラル運動をしながら第１流出口
４に向け流れ、未分離の気体を含む液体は、筐体３軸心
上の排出管５まわりの点線矢印方向に軸心向けたスパイ
ラル運動をしながら透孔６を有する排出管５に入り流出
する。液体と気体とは半径Ｒの差が大きく、角速度ωが
大きい程よく分離され、半径Ｒが所定値以上では、液体
のみとなり、気体は透孔６、開口５ａを通り、排気管５
内を矢印点線方向に進み重力形気液分離器１０に導入さ
れる。

【００２０】第２流入口１１より重力形気液分離器１０
に流入した気体中には分離されない液体が含まれ、バッ
フルプレート１４に流速を伴って衝突する。このため、
バッフルプレート１４近傍は動圧により高圧となり、気
泡は圧縮され小さくなり、高圧の気泡は筒体部１４ａに
沿って浮上し、浮上するに従って気泡内の圧力は低下し
大きくなり、浮力が増し、液体から気体が効果的に筺体
１２上部に分離される。

【００２１】筺体１２上部の気体の体積が増し、液レベ
ルが所定以下になると、液レベルに従ってフロート１７
が下降して、排気弁１８が開弁され、液体の含まない気
体が排気される。液体はバッフルプレート１４の上部の
筒状体１４ａ内、第２流出口１３、逆止弁２２を通り、
流出管２３に流出され、遠心形気液分離器１から流出し
た液体と合流し、気体の含まない液体が流量計（図示せ
ず）に導かれる。

【００２２】以上の構成によれば、遠心形気液分離器１
では、液体と気体との比重差による遠心力及び圧力差に
より、液体と気体とを各々出来るだけ分離して流出し、
排出管５の内径及び流速を選択することにより、僅かに
液体が含まれる気液混相流を重力形気液分離器１０に導
き、該重力形気液分離器１０内で動圧の差を利用して、
浮上した気体を集めて完全に取り除くことができる。

【００２３】このようにすれば、重力気液分離器も小形
とすることができ、全体として小形な気液分離器とする
ことができる。なお、上述した図１に示した遠心形気液
分離器１及び重力形気液分離器１０は一例に過ぎず、他
の遠心形気液分離器及び他の重力形気液分離器でもよ
い。また、前記排出管５と前記第２流入口１１および前
記第１流出口４と第２流出口１３とを接続し、前記遠心
形気液分離器１の遠心分離機能と前記重力形気液分離器
１０の重力形気液分離機能とを同一容器内に構成するこ
ともできる（請求項２に対応）。要は、気泡分離能率の
優れた遠心形気液分離器で未分離の気液混相流を液体か
ら出来るだけ多く分離し、これを重力形気液分離器に導
入して、気体を完全に除去することである。従って、遠
心形気液分離器において旋回の半径Ｒを順次変えて、角
速度ωを順次増加し、半径Ｒの変化に従って変化する圧
力を利用して、気相分を排出するものであってもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、気液混相流を気液分離効率のよい遠心形気液
分離器に導入して、気相のない液体を流出し、多少液体
の含まれている気液混相流を重力形気液分離器に導き、
遠心形気液分離器と重力形気液分離器とをカスケードに
接続して、各々の長所を生かして気液を完全に分離する
ので、各々の気液分離器は小形でよく、未分離の気液混
相流を給液源に戻すことが不要となるので、システムが
簡単となり、安価な気液分離装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による気液分離装置の一例を説明する
ための図である。

【図２】 従来の流量計測ラインを説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１…遠心形気液分離器、２…第１流入口、３…筐体、４
…第１流出口、５…排出管、６…透孔、７…遮蔽板、８
…支柱、９，２１…弁、１０…重力形気液分離器、１１
…第２流入口、１２…筐体、１３…第２流出口、１４…
バッフルプレート、１５…支持板、１６…支持部、１７
…フロート、１８…排気弁、１９…ばね、２０…排気
管、２２…逆止弁、２３…流出管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１流入口と第１流出口と排出口とを有
   する筐体で、前記第１流入口から流入した気液混相流を
   旋回して液体と気体とに遠心力差を与え、遠心分離され
   て気体の混入量が小さくなった液体を前記第１流出口よ
   り流出し、気体の混入量が多くなり、気体の粒径が大き
   くなった気液混相流を前記排出口より排出する１段又は
   複数段の遠心形気液分離器と、第２流入口と第２流出口
   と排気弁とを有する筐体で、前記排出口より前記第２流
   入口を介して該筐体内に流入した気液混相流から気泡を
   浮上させ、浮上した気泡を集めて前記排気弁より大気放
   出し、得られた液体を逆止弁を介して前記第２流出口よ
   り流出する重力形気液分離器と、前記遠心形気液分離器
   の第１流出口と重力形気液分離器の前記第２流出口とを
   接続して前記気液混相流から分離された液体を流出する
   流出管とからなることを特徴とする気液分離装置。
2. 【請求項２】 前記排出口と前記第２流入口および前記
   第１流出口と第２流出口とを接続し、前記遠心形気液分
   離器の遠心分離機能と前記重力形気液分離器の重力形気
   液分離機能とを同一容器内に構成したことを特徴とする
   請求項１に記載の気液分離装置。