WO2015033414A1

WO2015033414A1 - 気液分離装置

Info

Publication number: WO2015033414A1
Application number: PCT/JP2013/073888
Authority: WO
Inventors: 利明カー萩原
Original assignee: ボルボラストバグナーアクチエボラグ
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2015-03-12

Abstract

　気液分離装置は、気体中に液体を含む混合流体を気体と液体とに分離させる。気液分離装置は、混合流体が供給される供給通路と、螺旋状に形成される螺旋壁を有し前記供給通路から供給された混合流体を前記螺旋壁の内側に沿った旋回流として案内する案内通路と、前記案内通路の内周に前記螺旋壁から離間して設けられ前記案内通路から供給される混合流体を前記案内壁の内側に沿った旋回流の進行方向と対向する方向に排出する排出通路と、を備える。

Description

気液分離装置

　本発明は、気体中に液体を含む混合気体を気体と液体とに分離させる気液分離装置に関する。

　従来から、例えば空気圧ブレーキやエアサスペンションなど、圧縮空気が供給されることによって作動する空気圧機器が用いられている。空気圧機器に供給される圧縮空気には、不純物が含まれていないことが要求される。そのため、圧縮空気から不純物を取り除くために、圧縮空気中に含まれるオイル等の液体を分離させる気液分離装置が用いられている。

　ＪＰ２００１－２４６２１６Ａには、気体が導入されて渦流を発生させるサイクロン室と、サイクロン室を上下に区画するバッフルプレートと、バッフルプレートの下方の気体を上方に導いて排出するガス導出管とを備える気液分離装置が開示されている。

　しかしながら、ＪＰ２００１－２４６２１６Ａの気液分離装置では、円筒状のサイクロン室内には、ガス導出管の外周との間に環状の空間が形成されているだけである。そのため、気体中に液体を含む混合流体がサイクロン室に導入されても、安定した旋回流が発生せず、混合流体に含まれる液体を充分に取り除けないおそれがある。

　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、混合流体に含まれる液体を旋回流を用いて分離させる気液分離装置の性能を向上させることを目的とする。

　本発明のある態様によれば、気体中に液体を含む混合流体を気体と液体とに分離させる気液分離装置であって、混合流体が供給される供給通路を形成する供給部材と、螺旋状に形成される螺旋壁を外周に有し前記供給通路から供給された混合流体を前記螺旋壁の内側に沿った旋回流として案内する案内通路を形成する案内部材と、前記案内部材の内周に前記螺旋壁から離間して設けられ前記案内通路から供給される混合流体を前記案内壁の内側に沿った旋回流の進行方向と対向する方向に排出する排出通路を形成する排出部材と、を備える気液分離装置が提供される。

図１は、本発明の実施の形態に係る気液分離装置が適用される圧縮空気供給回路の構成図である。図２は、本発明の実施の形態に係る気液分離装置の正面図である。図３は、図２における断面図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る気液分離装置としてのオイルミストセパレータ１００について説明する。

　オイルミストセパレータ１００は、気体中に液体を含む混合流体を気体と液体とに分離させるものである。具体的には、オイルミストセパレータ１００は、混合流体としての圧縮空気から液体としてのオイルを除去するものである。このオイルとは、化学的にオイルに分類されるものの他、熱等の影響によってオイルから化学的な性質が変化したものも含むものである。

　まず、図１を参照して、オイルミストセパレータ１００が適用される圧縮空気供給回路１について説明する。

　圧縮空気供給回路１は、例えばバスやトラック等の大型車に搭載される。圧縮空気供給回路１は、圧縮空気を空気圧ブレーキやエアサスペンション等の空気圧機器９に供給する。空気圧機器９に供給される圧縮空気には、不純物が含まれていないことが要求される。そこで、圧縮空気供給回路１では、オイルミストセパレータ１００を用いて、圧縮空気中に含まれるオイルを除去している。

　圧縮空気供給回路１は、圧縮空気を吐出するコンプレッサ２と、コンプレッサ２が吐出した圧縮空気からオイルを除去するオイルミストセパレータ１００と、オイルが除去された圧縮空気から水分を除去するエアドライヤ３とを備える。オイルミストセパレータ１００とエアドライヤ３との間には、圧縮空気の逆流を防止する逆止弁４が設けられる。

　コンプレッサ２は、大気中の空気を吸い込んで圧縮し、圧縮空気を吐出する。コンプレッサ２には、潤滑のためにオイルが用いられる。そのため、コンプレッサ２から突出される圧縮空気には、微量のオイルが含まれることがある。そこで、コンプレッサ２の下流にオイルミストセパレータ１００を配置し、圧縮空気中に含まれるオイルを除去するようにしている。

　エアドライヤ３は、圧縮空気を乾燥させて圧縮空気中の水分を除去するものである。エアドライヤ３は、圧縮空気から水分を除去する乾燥材（図示省略）と、空気圧機器９に供給した圧縮空気の逆流を防止する逆止弁５と、除去した水分が溜められるキャッチタンク６とを備える。

　キャッチタンク６には、一定の時間が経つと溜められた水分を大気中に開放するドレン７が設けられる。キャッチタンク６から水分が大気中に開放される際には、ドレン７に設けられたバルブ（図示省略）が開き、圧縮空気の圧力がコンプレッサ２に伝達される。この圧縮空気の圧力によって、コンプレッサ２は動作を停止する。よって、キャッチタンク６から水分が大気中に開放される際に、コンプレッサ２が圧縮空気を供給し続けることが防止される。

　次に、図２及び図３を参照して、オイルミストセパレータ１００について説明する。

　オイルミストセパレータ１００は、圧縮空気が供給される供給通路１１を形成する供給部材１０と、供給通路１１から供給された圧縮空気を旋回流として案内する案内通路２１を形成する案内部材２０と、案内部材２０の内周に設けられ案内通路２１から供給される圧縮空気を旋回流の進行方向と対向する方向に排出する排出通路３１を形成する排出部材３０とを備える。

　また、オイルミストセパレータ１００は、螺旋壁２２の内側を流れてきた圧縮空気が衝突して圧縮空気中のオイルを吸着する液体吸着材としてのオイル吸着ゴム４０と、圧縮空気から分離されたオイルを溜めるタンク５０とを備える。

　供給部材１０は、コンプレッサ２から吐出された圧縮空気を案内部材２０の案内通路２１に供給する。供給部材１０は、案内部材２０の上部の側面に、案内部材の接線方向から連結される。これにより、供給通路１１が、案内部材２０の上部の側面に連結される。

　案内部材２０は、供給通路１１から供給された混合流体を下方に向けて案内する。案内部材２０は、外周に螺旋状に形成される螺旋壁２２と、螺旋壁２２の下流に螺旋壁２２から連続して形成される円筒部２３とを有する。案内部材２０は、供給通路１１から供給された圧縮空気を案内通路２１内で螺旋壁２２の内側に沿った旋回流として案内する。

　案内通路２１は、後述する排出部材３０の第一テーパ部３２が設けられることによって、下流に向かうほど流路面積が小さくされる。これにより、案内通路２１を流れる圧縮空気の流速は、下流にゆくほど速くなる。

　螺旋壁２２は、外周に向かって膨らむ円弧状の断面に形成される。これにより、案内通路２１は、外周が円弧状に形成される略半円形の通路となる。螺旋壁２２は、環状に連続して形成される。本実施の形態では、螺旋壁２２は、略四周にわたる螺旋状に形成される。

　螺旋壁２２は、外周に向かって膨らむように形成されるため、凹凸がなくストレートに形成される場合と比較して、外周面の表面積が大きくなる。よって、案内部材２０の冷却効率が向上する。

　螺旋壁２２の内側には、旋回流として案内される圧縮空気が遠心力によって衝突することにより、圧縮空気中のオイルが付着する。螺旋壁２２の内側に付着したオイルは、上下に連続して形成される螺旋壁２２を伝って下方に流下する。

　円筒部２３は、円筒部２３の下端から内周に向けて環状に形成される保持部２３ａと、保持部２３ａの内周から下方に延設されるオイルガイド部２３ｂとを有する。

　保持部２３ａは、その上部にオイル吸着ゴム４０を保持する。保持部２３ａの中心には貫通孔が形成される。

　オイルガイド部２３ｂは、保持部２３ａの貫通孔の内周に円筒状に形成される。オイルガイド部２３ｂは、保持部２３ａから離間するほど内周が狭くなるテーパ形状に形成される。オイルガイド部２３ｂが設けられることによって、タンク５０に溜められたオイルが案内通路２１や排出通路３１に逆流することが防止される。

　排出部材３０は、案内通路２１にてオイルが除去された圧縮空気をエアドライヤ３に向けて排出する。排出部材３０は、案内部材２０の内周に螺旋壁２２から離間して設けられる。排出部材３０は、上流から下流に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成される第一テーパ部３２と、第一テーパ部３２の上流に連続して形成され上流から下流に向けて外径が大きくなるテーパ状に形成される第二テーパ部３３とを有する。

　第一テーパ部３２は、案内部材２０の螺旋壁２２の内側に臨んで円筒状に設けられる。第一テーパ部３２は、第二テーパ部３３から流入する圧縮空気を空気圧機器９に案内する。第一テーパ部３２は、案内通路２１の下流に位置する部分ほど外径が大きく形成される。つまり、第一テーパ部３２は、下端が最も大径に形成され、上端が最も小径に形成される。これにより、案内通路２１は、下流に向かうほど流路面積が小さくされる。

　第二テーパ部３３は、案内部材２０の円筒部２３の内周に臨んで円筒状に設けられる。第二テーパ部３３の上端は、第一テーパ部３２の下端と同径に形成される。第二テーパ部３３は、第一テーパ部３２と一体に形成される。第二テーパ部３３は、案内通路２１から流入する圧縮空気を第一テーパ部３２に案内する。第二テーパ部３３は、オイル吸着ゴム４０の内周に臨む。第二テーパ部３３は、下端が最も小径に形成され、上端が最も大径に形成される。

　オイル吸着ゴム４０は、環状に形成され、螺旋壁２２の下流の円筒部２３の内周に取り付けられる。オイル吸着ゴム４０の内周は、第二テーパ部３３の外周に臨み第二テーパ部３３に対応するテーパ形状に形成される。オイル吸着ゴム４０には、螺旋壁２２の内側に沿って流れてきた圧縮空気の旋回流が衝突する。

　オイル吸着ゴム４０は、圧縮空気内のオイルを吸収するゴムである。オイル吸着ゴム４０は、オイルを吸着しやすい性質を有するゴム材料によって形成される。ゴム材料に代えて、オイルを吸着しやすい性質を有する樹脂材料等によって液体吸着材を形成してもよい。圧縮空気内のオイルは、螺旋壁２２の内側に遠心力によって圧縮空気が衝突してオイルが付着することにより除去される。オイル吸着ゴム４０は、螺旋壁２２にて除去しきれなかったオイルを、吸着することによって除去する。

　オイル吸着ゴム４０は、一定量のオイルを吸着すると交換が必要である。そのため、オイルミストセパレータ１００では、案内部材２０に取り付けられるタンク５０を取り外すことによってオイル吸着ゴム４０を交換可能としている。

　タンク５０は、案内部材２０の下部に設けられる。タンク５０は、案内部材２０に対して脱着可能に設けられる。タンク５０の開口部には、案内部材２０の円筒部２３の下端に螺合する螺合部５１が形成される。よって、タンク５０は、案内部材２０に対して相対回転させることで脱着が可能である。

　次に、オイルミストセパレータ１００の作用について説明する。

　コンプレッサ２から吐出された圧縮空気は、供給通路１１を通じて案内部材２０の内周の案内通路２１に供給される。圧縮空気は、案内部材２０の上端部の側面の接線方向から案内通路２１に流入する。案内通路２１に流入した圧縮空気は、外周に向かって膨らむ円弧状の断面に形成される螺旋壁２２に沿った旋回流として下方に案内される。

　このとき、案内通路２１では、圧縮空気が遠心力によって螺旋壁２２の内側に衝突するように案内される。そのため、圧縮空気内に含まれるオイルが、螺旋壁２２の内側に付着する。よって、圧縮空気に含まれるオイルが除去される。螺旋壁２２の内側に付着したオイルは、略四周にわたって形成される螺旋壁２２の内側を順に伝って下方へ流下する。

　このように、オイルミストセパレータ１００では、供給通路１１から案内通路２１に供給された圧縮空気は、螺旋状に形成される螺旋壁２２の内側に沿った旋回流として案内される。よって、圧縮空気が案内通路２１内で安定した旋回流を発生することができる。したがって、オイルミストセパレータ１００のオイル除去性能を向上させることができる。

　また、排出部材３０の第一テーパ部３２は、下端が最も大径に形成され、上端が最も小径に形成される。これにより、案内通路２１は、下流に向かうほど流路面積が小さくされる。そのため、案内通路２１を流れる圧縮空気の流速は、下流にゆくほど速くなる。よって、案内通路２１の上流で除去しきれなかったオイルを、流速が速くなる下流にて除去することが可能となる。

　案内通路２１内の圧縮空気は、螺旋壁２２の内側を旋回流として案内された後、円筒部２３の内周に設けられるオイル吸着ゴム４０に衝突する。オイル吸着ゴム４０には、案内通路２１の下流にて流速が速くなった圧縮空気が衝突する。オイル吸着ゴム４０は、オイルを吸着しやすい性質を有するゴム材料によって形成されるため、案内通路２１内で除去しきれなかったオイルを吸着して除去することができる。したがって、オイルミストセパレータ１００のオイル除去性能を更に向上することができる。

　このとき、オイル吸着ゴム４０の内周面には、螺旋壁２２の内側を流下してきたオイルが流れる。よって、大きな粒子のオイルに小さな粒子のオイルが衝突することによって、更に大きなオイルの粒子を形成する。これにより、大きな粒子のオイルだけでなく、小さな粒子のオイルも圧縮空気から除去することができる。

　以上のようにしてオイルが除去された圧縮空気は、排出部材３０の第二テーパ部３３の下端開口から排出通路３１に流入する。そして、圧縮空気は、第一テーパ部３２へと案内され、第一テーパ部３２の上端開口からエアドライヤ３に向けて排出される。

　一方、螺旋壁２２からオイル吸着ゴム４０の表面を通過して流下したオイルは、タンク５０内に流入して溜められる。作業者は、タンク５０内のオイルが一定の量となったら、案内部材２０に螺合するタンク５０を取り外して、溜まったオイルを廃棄する。

　なお、エアドライヤ３には、定期的に交換が必要な乾燥材が入っている。そのため、エアドライヤ３内をどれくらいの圧縮空気が流れたかを流量計等のセンサ（図示省略）を用いて検出している。よって、タンク５０内に一定の量のオイルが溜まったことを、エアドライヤ３のセンサからの信号を用いて検出するようにしてもよい。このとき、タンク５０内のオイルを廃棄する必要があることを、運転者が視認可能なように表示してもよい。

　以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

　オイルミストセパレータ１００では、供給通路１１から案内通路２１に供給された圧縮空気は、螺旋状に形成される螺旋壁２２の内側に沿った旋回流として案内される。よって、圧縮空気が案内通路２１内で安定した旋回流を発生することができる。したがって、オイルミストセパレータ１００の性能を向上させることができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　例えば、上記実施形態では、気液分離装置を圧縮空気からオイルを除去するオイルミストセパレータ１００として用いている。これに代えて、気液分離装置を、例えばエンジン内のブローバイガスとエンジンオイルとを分離するために用いてもよい。

Claims

　気体中に液体を含む混合流体を気体と液体とに分離させる気液分離装置であって、
　混合流体が供給される供給通路を形成する供給部材と、
　螺旋状に形成される螺旋壁を外周に有し前記供給通路から供給された混合流体を前記螺旋壁の内側に沿った旋回流として案内する案内通路を形成する案内部材と、
　前記案内部材の内周に前記螺旋壁から離間して設けられ前記案内通路から供給される混合流体を前記案内壁の内側に沿った旋回流の進行方向と対向する方向に排出する排出通路を形成する排出部材と、を備える気液分離装置。
　請求項１に記載の気液分離装置であって、
　前記螺旋壁は、外周に向かって膨らむ円弧状の断面に形成される気液分離装置。
　請求項１又は２に記載の気液分離装置であって、
　前記排出部材は、上流から下流に向けて外径が小さくなるテーパ状に形成される第一テーパ部を有し、
　前記案内通路は、前記第一テーパ部が設けられることによって、下流に向かうほど流路面積が小さくなる気液分離装置。
　請求項３に記載の気液分離装置であって、
　前記螺旋壁の下流に設けられ前記螺旋壁の内周を流れてきた混合流体が衝突して混合流体中の液体を吸着する液体吸着材を更に備える気液分離装置。
　請求項４に記載の気液分離装置であって、
　前記案内部材は、前記螺旋壁の下流に前記螺旋壁から連続して形成される円筒部を更に有し、
　前記液体吸着材は、環状に形成されて前記円筒部の内周に取り付けられる気液分離装置。
　請求項５に記載の気液分離装置であって、
　前記排出部材は、前記第一テーパ部の上流に連続して形成され上流から下流に向けて外径が大きくなるテーパ状に形成される第二テーパ部を有し、
　前記液体吸着材の内周は、前記第二テーパ部の外周に臨み前記第二テーパ部に対応するテーパ形状に形成される気液分離装置。
　請求項１から６のいずれか一つに記載の気液分離装置であって、
　前記供給通路は、前記案内部材の上部の側面に連結され、
　前記案内部材は、前記供給通路から供給された混合流体を下方に向けて案内し、
　前記案内部材の下部には、混合流体から分離された液体を溜めるタンクが、前記案内部材に対して脱着可能に設けられる気液分離装置。