JPS5817859A - 自己絞り弁式排気オリフイスを有する遠心分離器 - 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】 本発明は、ガスが同伴された液体からガスを除去する技
術、特に液体中にガスが存在しないのが有利な場合に液
体から少量のガスを除去しなければならない用途に関す
る。本・発明を適用する例には、油圧システム、電解液
取扱いシステムなど、少量のガスが非常に望ましくない
影響をもち得るシステムがある。

質最に基づいて１つの物質を別の物質から分離する多く
の用途において、これらの物質が同一の物理的状態にあ
るか異なる物理的状態にあるかにか）わりなく、サイク
ロンまたは遠心分離器が使用されており、特に軽い液体
の重い液体からの分離やガスの液体からの分離を含む流
体の分離に使用されてきた。従来の装置は、垂直軸線に
関して対称な円筒または円錐形状の本体を具え、本体の
頂部付近に流体混合物、例えば同伴ガスを含有する液体
を本体の内面に接線方向に導入する導入口を有し、また
２つの排出口を、一つは軽い流体、例えば脱出するガス
のために本体頂部に、もう一つは重い流体、例えばガス
抜きずみ液体の排出のために本体底部に有する。Ｓ　ｃ
ｈｎｅｉｂｌｅの米国特許第９２８．５４６　（１９０
９年７月２０日）およびＷ　ｉｓｅｍａｎの米国特許第
４．０９７．３５８号（１９７８年６月２７日）がこの
ような基本構造の例である。

用途によっては、システム内の流−１滞留時間または圧
力を制御するために、または他の理由で何らかの形式の
弁を使用している。このような構造の例が、Ｂ　ｕｒｎ
ｈａ−の再発行米国特許第２７．８８２号（１９７４年
１月１５日）の密度弁１５、Ｓ　ｃｈｎｅｉｂｌｅの米
国特許第９２８，５４６号（１９０９年７月２０日）の
圧力弁８、Ｑ　ｕｙｅｒらの米国特許第２．９５５．９
１６号（１９６０年１０月１１日）の圧力弁１３、Ｂ　
ｅａｒｄｅｎらの米甲特許第３．０４４，２３６号（１
９６２年７゛月１７日）の流れ制御弁２０、およびＢｏ
ｏｔｈらの米国特許第３．８２８．５２４号（１９７４
年８月１３日）の背圧装置３３および送風機４０に見出
される。

これらの制御装置のなかで、Ｂｏｏｔｈらの米国特許の
背圧装置３３および送風機４０が本発明に関係４る。こ
れらは排出物の成分に関連した目的で、分離機の排出物
を制御することを１指している。

本発明は、液体から除去すべきガスの急が少ないか変動
するかその両方である場合に、そして例えば、海水電池
のような一次電気化学システム用の電解液取扱いシステ
ムにおいて電解液から遊離水素を除去するときのように
、ガス排出を介しての液体の損失を防止することに利益
がある場合に、液体から同伴ガスを除去する流体分離器
に用いる特定構造を提供する。この構造はサイクロン分
離器の一部を形成する。サイクロン分離器は、円筒形ま
たは円錐形または円筒型と円錐形の組合せとすることが
できるが、通常円形断面の本体を具え、本体の一端に、
分離すべき物質の混合物を受取る接線方向導入口を有す
ることで特徴付けられる。

分離器の反対端またはその近くには、相対的に密度の大
きい物質、即ち気液混合物からガスを分離する場合の液
体を排出するための排出口が位置する。本体の入口端に
は排気オリフィスが、排気オリフィスの近くには、ガス
の通過速度を制御する装置が設けられ、この制御装置が
本発明を特徴付ける構造である。排気オリフィスへのガ
スの通過速度を制御する新規な構造は、分離器の渦領域
から出口までガスを送るダクト、およびそのダクトを通
るガスの流量を制御する手段を、例えば分離器内の条件
に応答して弁を開閉する特別な形態の弁および弁作動機
構として具える。本発明によれば、弁を開閉する装置が
、分離器の渦領域に存在するガスの量に応答し、弾力的
に開放方向にバイアスされた弁、力に応答して弁を閉じ
る作動部材、および部内のガス量に反比例した力を発揮
する可動部材を含む。部内に極めて少ししかガスが存在
しないとき、最大の力が発揮されて弁を閉じて、液体が
排気オリフィスを経て脱出するの含防止する。作動部材
に力を発揮する可動部材゛は、渦領域内の回転構造で、
フィンまたは羽根を有して、渦に沿って流れる液体が羽
根に与える力を弁作動力に変換する。発生する力は、任
意特定の時間に液体が羽根に衝突する面積に比例し、従
って部内のガスの体積に逆比例し、部内のガスの体積が
十分大きいと液体を羽根に衝突させない。

流体を使用し流体に依存づる多くのシステムが汚染問題
に遭遇しており、汚染問題はシステムの運転に有害であ
り、さらには危険でさえあり、特に油圧システム中の空
気の存在、電解液システム中の爆発性ガスの存在、また
は汚染物質の除去を必要とする加圧空気システム中の水
の凝縮のように２つの異なる物理的状態の物質が関与す
る場合にそうである。従来技術に関して記したように、
サイクロン分離器は液体およびガス両システムにおいて
液体およびガスを分離するのに使用されてきた。本発明
は、液体取扱いシスタムから同伴ガスを除去する優れた
サイクロン分離器に関し、同伴ガスの鯖が少ないか可変
であるかまたはその両方であり、排気通路への液体の混
入が単に液体の節約のためとしても望ましくない用途に
特に有効である。特に本発明は、電池システムにおいて
電解液から水素ガスを除去することを意図している。

次に図面を参照しながら本発明のサイクロン分離器を具
体的に説明する。

第１図に本発明の円筒形サイクロン分離器を１で総称し
て示す。このサイクロン分ｉｍａｉは本体部分または容
器１０、頂壁または第１端壁１１、排気用開口１２、底
壁または第２端壁１３、本体の頂壁または第１端壁１１
で導入口１５につながる入口ダクト１４、および分離器
本体の底壁または第２端壁１３に位置する相対的に密度
の大な出７Ｊ流体用の出口ダクト１６を具える。分離器
の本体１０を円筒形として図示したが、円錐形または円
形断面を有する円筒形と円錐形の組合せとすることもで
きる。図示例では分離器は垂直軸線のまわりに対称で入
口端が頂部にあるが、重力より十分に大きい圧力を有す
る系に分離器を使用するような平常状況下で、この図示
の構成は本？明にとって限定的なものではない。分Ｉ器
１゛は制御構造２も含み、この部分が本発明の特徴をな
す。

制御構造２は、第２図および第５図に示すように、１対
の嵌め込み同軸円筒缶２０および３０から構成されてい
る。肉色２０は一端が容器１０の第１端壁１１に固着さ
れ、内部構造部材２１を含む。この内部構造部材２１は
、第４図において少くとも１つの表面２３を有する一体
中実扇形部分として示され、表面２３は缶２０のはイ半
径方向ｔこ延在し、容器１０の第１端Ｗ１１１の排気開
口１２の近くに位置する。容！Ｓ１０は図示例ではｆＦ
ｉ２０の軸線からずれている。別の例では、内部構造部
材２１は、円筒体の扇形部分を構成する横形部材または
単一の半径方向部Ｉとして薄板ＩＦｌで実現することも
できる。内部２０には、その長さのはイ中間に円周方向
スロット２２があけられ、このスロット２２は缶２０の
円周に沿って１８０゜より少し余計に延在し、スロット
２２の一端２４は構造部材２１の半径方向表面２３の近
くに位置する。内部２０は弾性チューブ２７も含み、こ
のデユープ２７はその長さがはイ端壁１１の排気口１２
から内部２０の他端２５まで延在する。内部２０の他＠
２５は閉止してもしなくてもよく、チューブ２７が、ガ
スを他端２５の位置の内部２０の外部から排気口１２を
経て分離器１の外部へ運ぶという使命を果さなければな
らないという限定条件があるだけである。内部２０が他
端２５に固体底壁を有する場合には、チューブもその端
壁を貫通しなければならない。さらに、排出ガスを別の
場所に運ぶのにチューブを延長して使用するのが好都合
であれば、チューブを分離器１の端壁１１を越えて延在
させることもできる。

外缶３０は開口端３１および閉止端３２を有し、内？Ｆ
ｉ２０にかぶさり、軸受リング３３および３４により内
部２０の上で両部の共通軸線のまわりでｈ１１転自在に
ジャーナル支承されている。軸受リング３３および３４
は、低摩擦表面になっていて内３’、　２０のまわりで
の外缶３０の回転を可能にするとともに、シールを形成
して液体が内外缶の間の空間を経て移動するのを防止し
、従ってひまってくるガスを弾性チューブ２７中へ導び
“きチューブに流づのを助けるという二重の作用をなす
。外缶３０の閉止端３２にはオリフィス３５を設けて、
容器１０内の流体混合物から離脱したガスが外缶３０中
に流入し、次いで弾性チューブ２７に流れるようにする
。この目的のために、内部２０に固体端壁２５が設けら
れそこに弾性チューブ２７が貫通している場合には、空
間２９を残して、オリフィス３５とチューブ２７の端部
との相対回転による位置関係がどうあろうとガスがオリ
フィス３５）からチューブ２７に流入できるようにする
必要がある。しかし、第５図に示す通りの構造をとるな
ら、即ち内部２０の端壁２５が内部構造部材２１を除い
ては開口しており、チューブ２７の吸入端２８が内部２
０の端壁２５より引込んでいる場合には、空間２９は不
要であり、内部２０の端壁２５を外缶３０の端壁３２の
内面に直接当てることができる。

外缶３０を内部２０上にジャーナル支承された情誼に保
持するのは、外缶３０の内部を軸線に直角な平面内で弦
のように貫通する棒材３６である。

棒材３６は１８０°以内の弧に体面しかつ内部２０のス
ロット２２内に位置するように配置され、内外缶の相対
的軸線方向移動を阻止する一方、軸線のまわりでの相対
的回転移動を許す。内部２０、外缶３０、棒材３６、ス
ロット２２および内部構造部材２１は、外ｆＥ３０その
軸線のまわりでの回転により棒材３６が構造部材２１０
表面２３に平行かつ近接した位置に対して近づいたり離
れたりするように配向されている。弾性チューブ２７が
表面２３に隣接している状態で、表面２３に向って移動
している棒材３６は弁として作用して、チューブ２７を
はさみつぶし、流体、例えば流出ガスの流れを阻止する
。

外缶３０には羽根構造４も設けられ、この羽根構造４は
外缶３０の閉止端３２の下側で缶軸線から半径方向に延
在する複数の羽根４０を含む。第１図に示すように、制
御構造２と羽根構造４は容器１０の内部に延在し、流体
混合物が導入口１５から出口ダクト１６に移動するにつ
れて―回する流体混合物により渦が発生する領域を占め
る。部内に配置されているので、羽根４０はこのシステ
ムの始動時に旋回液体により衝撃を受け、外缶３０に内
部２０のまわりを回動する回転力を与え、これにより棒
材３６が弾性チューブ２７をはさみつぶし、チューブに
流体が流れるのを阻止する。

流体混合物に付与された遠心力により、相対的に軽い物
質が、例えば液体からのガスの分離に分離器を用いる場
合ガスが、液体が旋回している中心である軸線に向って
移動され、この結果液体の回転により生成する部内にガ
スがたまる。部内のガス泡の寸法が大きくなるにつれて
、そのガスは旋回液体が物突する羽根の面積を減少させ
、最終的にチューブ２７の弾力がガス泡の外に位置する
羽根４０の部分に働らく旋回液体の力に打勝つ点に達し
、かくしてチューブ材料が元の形状に戻ろうとする弾力
によりチューブの穴が開き、ガスが分離器から流出でき
る。十分量のガスが脱出し終って再び旋回液体が衝突す
る羽根４０の面積が大きくなったところで、チューブ２
７の弾力に打勝って外缶３０が回転し、ロンド３６によ
り再びガス流を遮断する。

従って、チューブ２７の材料、寸法および弾性、内部２
０と外缶３０間の摩＊ｍ、および羽根４００寸法、数お
よび位置を適切に選択すれば、棒材３６とチューブ２７
とが共働して弁作用をなして分離器からのガスの流出を
制御し、従って混合物から分離されたガスがたまるにつ
れて排出され、しかも液体の脱出を防止するのに十分な
ガスが残っている分離器を製作することができる。

弾性チューブの代りに他のノ言アス方式の弁構造を使用
して、旋回液体により与えられる回転力に応じて外缶３
０の回転により作動される弁構造を設は得ることが明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のサイクロン分Ｉｌｌ器を一部破断して
示す立面図、 第２図は本発明の分１ｍに設ける制御構造を弁閉止状態
で一部破断して示す立面図、 第３図は弁開放状態の第２図と同様の立面図、第４図は
第２，３図の制御構造を第゛２図の４−４線方向に見た
断面図、および 第５図は第２．３．４図の制御構造を第４図の５−５線
方向に見た断面図である。 １０・・・・・・本体、 １１・・・・・・第１端壁、 １２・・・・・・排気口、 １３・・・・・・第２端壁、 １５・・・・・・導入口、 １６・・・・・・排出ダクト、 ２０・・・・・・内部、 ２１・・・・・・内部構造部材、 ２２・・・・・・スロット、 ２３・・・・・・２１の表面、 ２７・・・・・・弾性チューブ、 ３０・・・・・・外缶、 ３３．３４・・・軸受リング、 ３５・・・・・・オリフィス、 ３６・・・・・・棒材、 ４０・・・・・・羽根。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）軸線に関して対称な本体、（ｂ）前記本体内
   に液体を導入して、本体の一端近くにて前記軸線のまわ
   りに回転誘導渦を生成する導入口、（Ｃ）前記本体の前
   記一端から比較的離れていて、ガス抜きされた液体を排
   出する排出口、（ｄ　）前記本体内にその一端近くに位
   置する排気オリフィス、（ｅ）前記本体の一端の内壁に
   固定され、本体の軸線方向に渦の領域内に延在する第１
   円筒部材であって、内部剛性構造部材および円筒面にあ
   けた開口を含む第１円筒部材、（ｆ）前記内部構造部材
   に接触状態に支持され、ガスを前記渦から前記排気オリ
   フィスまで送る弾性ガス導通チューブ、（０）前記第１
   円筒部材を囲み、第１円筒部材上に共通軸線のまわりで
   第１および第２位置間を回転できるように支持された第
   ２円筒部材であって、前記第１円筒部材の開口を通過す
   る構造部材を含み、この構造部材によって、第２円筒部
   材が第１位置から第２位置まで回転するにつれて、前記
   弾性ガス導通チューブを前記第１円筒部材の内部剛性構
   造部材に対してはさみつける一方、第２円筒部材が第２
   位置から第１位置まで回転するにつれて前記チューブを
   開放する作用をケす構成の第２円筒部材、および（ｈ）
   前記第′２円筒部材に固着され、渦領域に延在して、そ
   こで渦内にたまるガスの量に応じて渦内の液体およびガ
   スの一方または両方に露呈される羽根付き接線方向衝撃
   タービン構造よりなる駆動手段を具え、（１）前記部材
   、チューブおよび駆動手段を適切に配置して、少量のガ
   スの存在下で渦に沿って流れる液体が前記タービン構造
   を第２位置に駆動して、前記チューブをはさみつぶして
   、ガスの流出を阻止する一方、多鯖のガスの存在が、前
   記タービン構造への液体の衝撃を減らし、前記チューブ
   の固有弾力が前記第２円筒部材を第１位置に向って回転
   するのを許して、ガスをチューブから流出させ、かくし
   て前記チューブを通る流体流を制御してガスの放出を許
   すが液体の放出を阻止するようにした、液体から同伴ガ
   スを除去する遠心分離器。 ２、軸線に関して対称な本体、前記本体の一端近くに位
   置し、液体を導入し本体内に流し、軸線方向渦を生成す
   る導入口、前記本体の他端に位置する液体排出口、およ
   び前記本体の一端に位置する排気口を含み、液体から同
   伴ガスを除去する遠心分離器において、（ａ　’）ガス
   を前記渦から前記排気口まで送るダクト手段が設けられ
   、このダクト手段が弾性チューブ部分を含み、（ｂ）共
   働する同軸の内側および外側円筒部材が前記本体の一端
   から渦内に延在し、内側円筒部材が本体に対して固定さ
   れ、外側円筒部材が渦領域に外部羽根を有し、前記内側
   円筒部材上に、前配渦領域内の液体の羽根に対する水力
   学的作用に応じて、本体および両部材の共通軸線のまわ
   りに限定された自由度の回転をなし得るように支持され
   、前記内外側円筒部材がそれぞれ共働する構造部材を有
   し、これら構造部材が、前記内側円筒部材のまわりでの
   外側円筒部材の回転の方向および大きさに応じて、前記
   ダクト手段の弾性チューブ部分を交互に圧搾および開放
   し、従って前記内外側円筒部材が共働的に弁および弁作
   動装置を構成し、（Ｃ）かくしＣ渦内のガスの鰺に逆比
   例して前記羽根に加わる液体の水力学的作用を利用して
   、ガス量が少ないとき水力学的作用が前記弾性チューブ
   部分の弾力に打勝つＣ前記外側円筒部材を回転さ゛せ、
   前記ダクト手段を締めつけてガスまたは液体の流出を遮
   断し、逆にガス量が多いとき、前記弾性チューブ部分の
   弾力が水力学的作用に打勝って前記ダクト手段を開くよ
   うにした、遠心分離器。