氣液分離裝置的制作方法

專利名稱：氣液分離裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及將高壓空氣等氣體中所含的水份等液體除去的氣液分離裝置。
背景技術：
以往使用氟隆(フロン)氣等制冷劑的空氣除濕裝置為一種熟知的氣液分離裝置。該裝置是用制冷劑冷卻高壓空氣、使空氣中的水蒸汽冷凝而后被除去。由于必須使用氟隆氣等制冷劑而存在公害上的問題，此外，由于還須具備壓縮制冷劑的壓縮機、冷凝器、冷卻高壓空氣的熱交換器等，以及須提供驅動這些裝置工作的電源，因而存在運行費用也高等的問題。
作為其它的除濕裝置，已知有使高壓空氣從設于裝置內的過濾器通過、將高壓空氣中的水份除去的裝置。在該裝置中，當使用時過濾器一旦潮濕后，附著于過濾器的水分與通過過濾器的高壓空氣一起被壓向過濾器內面，因而存在使已除濕的高壓空氣再次受潮的問題。若過濾器中的水份成飽和狀態，則此問題更顯著、除濕效果降低，必須定期清掃與調換過濾器。
作為解決上述問題的對策，本發明者已在日本專利特開平8-290028號公報上揭示了一種壓縮空氣除濕裝置。該除濕裝置是在具有中空室的圓筒體側面下部設置空氣導入通路以及在上部設置排出通路，在導入通路前面位置具有能使空氣沖撞的沖撞面和使沖撞后空氣流向改變的導向部，在中空室內配置在中央開口的圓錐狀承受板，還在此承受板上部設置具有空氣孔的擋板。
采用此裝置，能使通過空氣導入通路導入中空室的壓縮空氣因沖撞板而發生劇烈沖撞使壓縮空氣內含有的水份液滴化，使流向改變成接近直角的角度沿中空室內面向中空室內排出。排出的空氣因旋轉離心力使比重大的水份與比重小的空氣分離，使分離的水份下落，收集于排水道內、僅使已除濕的空氣從排出通路排出。這樣，若采用此除濕裝置，無需如以往那樣使用壓縮機等作為動力，也不必調換空氣過濾器，就能有效地除去空氣中的水份。
因此，本發明目的在于，進一步發展上述在特開平8-290028號公報上提出的除濕裝置，提供分離效果更高的氣流分離裝置。
發明概述特開平8-290028號公報上提出的除濕裝置的基本原理在于使含有水份的氣體在沖撞面上發生劇烈沖撞而液滴化、以及使發生此沖撞后的氣體高速旋轉，從而進行氣體與液體的離心分離。因此，為了提高此效果，要緊的是使導入的氣體在沖撞時的能量損失盡可能小地在圓筒狀容器內進行高速旋轉，并使其在圓筒狀容器內的停留時間足夠長地在圓筒狀容器內可靠地進行離心分離。
也就是本發明的氣液分離裝置，是在內部具有中空室的圓筒狀容器側壁面上設置氣體流入口，同時在該容器上部設置將氣液分離了的氣體排出的排出口，在上述圓筒狀容器內部的上述氣體流入口前面的位置上設置能將與從上述氣體流入口供給的氣體沖撞的沖撞面和使沖撞后的氣流方向改變成沿上述圓筒狀容器內壁面的導向部，在上述中空室上部設置在中央具有通氣口的呈圓錐狀的承受板，且使其伸出部向下，將上述中空室上下分隔，使被上述承受板分隔的上方中空室與上述排出口相連、在將分隔出上述上方中空室、具備通氣孔的隔壁面對面地配置在上述承受板上方位置，其特點是將上述沖撞面構成成為仿效上述圓筒狀容器內壁面的曲面狀傾斜或使流路向下游側擴大。
對于使含有液體的高壓空氣在沖撞面上沖撞是否能使散布在氣體中的液體凝聚而液滴化的機制不一定一目了然，然而，可以推論，當含有霧狀液體的氣體在沖撞面上沖撞、氣體部分能立即改變方向而從出口排出，與此相對，液體部分不能立即改變方向，比氣體流速遲緩，而成為在沖撞面附近瞬間停留狀態。使接著的霧狀液體粒子與此停留的霧狀液體粒子結合，并使此過程依次反復而達到水滴化。
因此，有必要以適當的能量使含有液體的氣體在沖撞面上沖撞，然而，在特開平8-290028號公報上提出的除濕裝置中，由于使導入的氣體與沖撞面大致垂直地發生沖撞，從而使沖撞后的氣體改變方向時的能量損失大，因得不到充分的旋轉力而使離心比重分離作用有限。
在本發明中，通過將沖撞面傾斜成為仿效圓筒狀容器內壁面的曲面狀或使流路向下游側擴大使此問題得到了解決。此外，且將所述仿效圓筒狀容器內壁面的曲面形狀做成使從導向部靠近圓筒狀容器內壁面排出的氣體不與圓筒狀容器壁相撞而沿內壁面旋轉的形狀。
此外，在使沖撞面傾斜的場合，必須滿足因沖撞使氣液分離以及改變方向時能量損失少這樣兩個條件，為此，設定使氣體流入方向相對垂直相交的面形成1-5°的傾斜，最好為1-3°的傾斜。當傾斜角過小時，在能量損失小的另一面，不能有效進行沖撞液化，即氣液分離，因此希望為上述范圍。
現以除去空氣中的水份為例說明上述氣液分離裝置的作用。通過使含有水份的從數大氣壓到數十大氣壓的高壓空氣從氣體流入口送入，空氣從氣體流入口以高速向容器內噴出，與設置在氣體流入口前面位置上的沖撞面相沖撞。其后，在導向部引導下沿容器內壁面改變流向，從其終端向圓筒狀容器內部排出。
這樣，通過使含有水份的空氣與沖撞面激烈沖撞以使其后的霧狀水粒子與霧狀水粒子結合而水滴化，此后，再通過使高壓空氣從氣體流入口排出且立即使其流向改變到沿容器內壁面的方向，依靠離心力進行比重分離，達到將空氣中水份分離出來。
使從終端沿導向部向圓筒狀容器內部噴出的空氣與水份以圓筒狀容器內周曲率彎曲呈螺旋狀旋轉的同時向位于排出口的一方上升。當空氣與水呈螺旋狀旋轉上升時、一旦受位于上部的圓錐狀承受板阻擋而沿圓錐狀承受板的下面下降，則水滴化的水份因重力而落到設于圓筒狀容器底面上的排水道內。
另外，已將水份分離出的空氣依次被吸向圓錐狀承受板的中央開口而上升，從排出口通過中空室向位于該排出口頂端的空氣裝置等供給。在本發明中，通過將分隔出上方中空室、具備通氣孔的隔壁面對面地配置在所述承受板的上方，而不使流入到圓錐狀承受板中央開口的空氣直接流向排出口，據此，能使在圓筒狀容器內的停留時間變長，成為能可靠地進行用離心力的氣液分離后再向排出口提供。
這樣，在本發明的氣液分離裝置中，在圓筒狀容器內使與空氣離心分離的比重大的水份與圓筒狀容器內壁接觸而水滴化，且使其一部分與圓錐狀承受板下面接觸而水滴化后流向下方，由設于圓筒狀容器底面上的排水道進行回收。
在本發明氣液分離裝置中，在上述承受板通氣口上部與上述隔壁間配置具有通氣孔的彎曲構件，在該彎曲構件與上述承受板上面間形成小室。
通過設置具有半球狀內面的彎曲構件形成小室，成為使未能被圓錐狀承受板回收的液體部分進而用彎曲構件內面捕捉而液滴化，且從圓錐狀承受板的中央開口落向圓筒狀容器底面，回收到排水道內。在此，形成彎曲狀是為了使附著于內面的液滴容易落下。
此外，當從氣液分離裝置噴出的氣體量過大時，由于經過氣液分離的氣體在噴出時會將圓筒狀容器內液體帶出，因此，為了避免發生此現象，有必要決定噴出量。通過在彎曲構件上的1處設置通氣孔，能容易地控制此噴出量。
此外，當使設于彎曲構件上的通氣孔與設于隔壁上的通氣孔的位置過于接近時，從彎曲構件的通氣孔噴出的氣體從隔壁上的通氣孔直線地噴出，還會如上述那樣將液體帶出。通過將上述隔壁上的通氣孔與彎曲構件上的通氣孔設置成以彎曲構件的中心點中心的180度相反側，能使彎曲構件上的通氣孔與隔壁上的通氣孔離得最遠，成為使從彎曲構件上的通氣孔排出的氣體暫時停留在由彎曲構件外面、隔壁下面以及圓筒狀容器內面構成的空間內的狀態。據此，就能有效地防止液體被氣液分離的氣體帶出。
可將彎曲構件與隔壁形成一體或按分體構成，然而，尤其如上所述，為了將分別在彎曲構件與隔壁上形成的通氣孔的位置關系保持，以形成一體為好。
使氣體流入口與沖撞面間的距離為3-15mm，尤其以5-6mm為最好。若此距離過分短，則壓力損失變大，反之，若過長，則難以得到因沖撞的充分分離效率，因而希望在上述范圍內。
此外，為了要使氣體與沖撞面激烈沖撞、然后改變方向并進行離心分離，最好還具備用以增加導入口處氣體流速、例如由噴嘴機構等構成的節流部。
為了盡可能減少能量損失、確保流動順利，最好將設于圓筒狀容器內部的沖撞面與導向部形成具有連續面的整體，同時設置能從導入口進行該成形體裝卸的裝卸機構。據此，能不發生從連接部的氣體泄漏，保持圓筒狀容器的氣密性，提高氣液分離效果。
此外，通過用圓筒狀容器內壁面沖撞面及導向部形成流路空間，使從上述流入口導入的氣體從上述流路空間出口(終端)沿上述圓筒狀容器內壁面排出，不僅容易控制流向，而且與可從突然向開放空間排出的裝置相比，能防止能量損失。
對附圖的簡單說明。


圖1為本發明第1實施例氣液分離裝置的主視圖，圖2為圖1所示氣液分離裝置的局部縱剖視圖，圖3為沿圖2A-A線的剖面圖，圖4為圖2所示氣流分離裝置排出導板的俯視圖，圖5為圖4所示排出導板的側視圖，圖6為沿圖4B-B的剖面圖，圖7為表示圖1所示氣液分離裝置水份除去率的性能圖，圖8為表示圖1所示氣液分離裝置空氣流與水滴分離狀態的說明圖，圖9為本發明第2實施例氣液分離裝置的主視圖，圖10為圖9所示氣液分離裝置的縱剖視圖，圖11為圖9所示氣液分離裝置上部的分解立體圖，圖12(a)為形成沖擊面與導向部的構件主視圖，(b)為側視圖，(c)為俯視圖，(d)為沿圖(a)C-C線的剖面圖，圖13為表示形成沖擊面與導向部的構件組裝狀態的分解立體圖，圖14為表示圖9所示氣液分離裝置空氣與水份流動的說明圖，圖15為沿圖14D-D線的剖視圖。
實施本發明的實施例。
以下，根據圖示的實施例說明本發明的特點。圖1為本發明第1實施例氣液分離裝置的主視圖，圖2為圖1所示氣液分離裝置的局部縱剖視圖，圖3為沿圖2A-A線的剖視圖，圖4為圖2所示氣液分離裝置排出導向板的俯視圖，圖5為同實施例側視圖，圖6為沿圖4B-B線的剖面圖，圖7為表示圖1所示氣液分離裝置水份除去率的性能圖，圖8為表示圖1所示氣液分離裝置空氣流動與水滴分解狀態的說明圖。
參照圖1-5，1為內徑70mm的圓筒狀容器，1a為直徑6mm的高壓空氣導入口，1b為直徑4mm的空氣排出口，1c為圓筒狀容器上蓋部，2為與圓筒狀容器1的底部相連的自動排泄部，3為與高壓空氣導入口1a相連的高壓空氣供給氣泵，4為與空氣排出口1b相連的高壓空氣排出管。
5為形成排出導向部的排出導板，5a為在排出導向板5的外周面與圓筒狀容器1的內壁面間效仿圓筒狀容器1的內壁面形成的通氣槽，成為從通氣槽5a的終端排出到圓筒狀容器1的內壁附近放出空氣時不與圓筒狀容器1的內壁面相撞而沿內壁面旋轉。
5b為排出導向板5上的安裝孔、5c為插入此安裝孔5b的安裝螺栓，6為設于圓筒狀容器1的內部上方的圓錐狀承受板，6a為設于圓錐狀承受板6中央的直徑12mm的開口。
7為焊在圓錐狀承受板6中央上方的彎曲構件所成的圓頂，7a為在圓頂7上兩處設置的直徑3mm的通氣孔，8為隔壁，8a為隔壁8上的兩個直徑3mm的通氣孔，9為第1小室，10為第2小室，11為第3小室。
現說明本實施例氣液分離裝置的作用。當含有水份的高壓空氣經高壓空氣給氣泵3從高壓空氣導入口1a噴出時，與排出導向板5的通氣槽5a的槽面接觸而作90°轉向若沿通氣槽5a、向圓筒狀容器1的內壁面的圓周方向傳送。
高壓空氣導入口1a(圓筒狀容器1的內壁面)與通氣槽5a的接觸面的槽面的間隔為5mm，導入的空氣因較大彎曲產生的沖撞而將空氣中水份的一部分分離，從通氣槽5a終端的開口沿通氣槽5a向圓筒狀容器1內排出，成螺旋狀流動旋轉上升。這樣，由于將排出導向板5的外周面與圓筒狀容器1的內壁面間形成的通氣槽5a構成模仿圓筒狀容器1內壁面的曲線狀，用沖撞有效進行氣液分離，同時使在改變方向時的能量損失減少。螺旋流上升時與圓錐狀承受板6相碰，沿圓錐狀承受板6的下面向中心下降。
圖8表示此狀態，借助螺旋流的旋轉、因離心力而向外側移動的水滴附著于圓筒狀容器1的內壁面、沿此內壁面流向下方。此外，也存在在附著于圓筒狀容器1的內壁面之前發生比重份離的水滴直接落到圓筒狀容器1底面。
當螺旋流與圓錐承受板6相碰時，水滴附著于圓錐狀承受板6的下面，并沿圓錐狀承愛板6的下面流下，因重力作用而從中央開口6a的開口緣向圓筒狀容器1的底面落下。
包含在與圓錐狀承受板6相碰的空氣流中的水份與空氣一道向下方運動，在途中發生比重分離而向圓筒狀容器1的底面落下，再將落下的水滴回收到自動排水道2中。
另外，圓筒狀容器1中央部的空氣因抽吸而逐漸上升，從中央開口6a流向第1小室9，從圓錐狀承受板6的中央開口6a流向第1小室的空氣從通氣孔7a流向第2小室10，再從空氣孔8a送入第3小室11，經迂回曲折并從第3小室11的空氣排出孔1b排向空氣排出管4。
為了測定本實施例的除濕能力，如圖7所示對10大氣壓的高壓空氣流量為100-500升/分的空氣流將已混入著色墨水的水按30cc/分的比例混入了100cc的空氣送入高壓空氣供氣管3。圖7的線圖表示該時回收在自動排水道2中的水量與對應空氣流量關系的圖。
由該圖可知，相對至300升/分為止的流量，能回收大致接近100％的墨水，在到達500升/分時，接受99％而稍有降低。由于使用著色墨水，通過打開蓋可目睹該圓筒狀容器內部附著狀況與殘留狀況。從其內部觀察也幾乎看不到著色，不能確認有水分殘留。此外，在高壓空氣壓力為3-7大氣壓場合，結果大致相同，壓力值不影響該性能。
現說明第2實施例，本實施例中與第1實施例氣液分離裝置相應的部分帶有相同標號，并省略對其說明。圖9為第2實施例氣液分離裝置的主視圖，圖10為圖9所示氣液分離裝置的縱剖視圖，圖11為圖9所示氣液分離裝置上部的分解立體圖，圖12(a)為形成沖撞面與導向部構件的主視圖，(b)為該構件的側視圖，(c)為該構件的俯視圖，(d)為沿圖(a)C-C線的剖面圖，圖13為表示形成沖撞面與導向部構件組裝狀態的分解立體圖，圖14為表示圖9所示氣液分離裝置的空氣與水分流動的說明圖，圖15為沿圖14D-D線的剖面圖。
本實施例與第1實施例的不同之處主要在于分別在與第1實施例中所述的導向板5、圓錐狀承受板6、圓頂7以及隔壁8相對應的構件結構上。
首先，對與第1實施例中的圓錐狀承受板6對應的承受板31進行說明。在本實施例中，將承受板31的剖面形狀做成圓弧狀，就是用球面的一部分來構成。這樣，通過不象先前實施例那樣構成直線狀而構成曲線狀，尤其能使附著于承受板31下面的水滴容易落下。
接著，對相當于第1實施例中的圓頂7與隔壁8的中間構件33進行說明。在本實施例中，將俯視形狀為圓形的隔壁35與沿此隔壁下垂的彎曲構件37形成一體，把分別在隔壁35與彎曲構件37上形成的通氣孔35a、37a設置成位于以彎曲構件37的中心點為中心的180度相反側。在本實施例中，由于將隔壁35與彎曲構件37形成一體，此通氣孔35a、37a的位置關系不變。
這樣，通過把在隔壁35上形成的通氣孔35a與在彎曲構件37上形成的通氣孔37a設置成位于以彎曲構件的中心點為中心的180度相反側，能使彎曲37的通氣孔37a與隔壁35上的通氣孔37a離得最遠，成為使從彎曲構件37的通氣孔37a放出的空氣暫時貯留在由彎曲構件37的外面、隔壁35的下面以及圓筒狀容器1的內壁面構成的空間內。據此，就能有效地防止水滴被氣液分離的空氣帶出。
接著，對與第1實施例中的排出導向板5相當的排出導向件41進行說明。排出導向件41如圖12、圖13明顯所示，具有與直線狀沖撞面41a相連的導向部41b，把由圓筒狀容器1的內壁面以及上述沖撞面41a與導向部41b構成的空間作為通氣槽41c。在本實施例中，將沖撞面41a形成直線狀，且使通路從與空氣流入方向垂直相交的面擴大傾斜3度(參照圖12(d)的θ)。
通過形成這樣的傾斜面，能有效地利用面沖撞液化、即氣液分離，且使伴隨其后的流向變化所引起的能量損失降低。
再參照圖12、圖13，41d為在排出導向件41上形成的陰螺紋，43為可與此陰螺紋41d擰合的螺釘。螺釘43具有可從高壓空氣導入口1a插入的外形，在其頂端側形成成為承受面的伸出部43b，同時、在伸出部43b的徑向形成緊固用切槽43a。
將此排出導向件41配置在圓筒狀容器1內，使陰螺紋41d到達高壓空氣導入口1a的前面，通過將螺釘43從高壓空氣導入口1a側擰入、與排出導向件41的陰螺紋41d擰合固緊進行安裝。這樣，在本實施例中，構成能使排出導向件41從高壓空氣導入口1a側接合，據此，能不發生象第1實施例所示、從安裝孔5b與安裝螺栓5c間隙的空氣泄漏，能保持圓筒狀容器1內的氣密性。
采用第2實施例的氣液分離裝置，不僅具有第1實施例中已說明的各種功能，還能發揮如上所述的效果。
根據本發明能取得如下效果。
(1)結構簡單、無可動部分、無需動力、且直至高壓能將液體去除率提高到接近100％。
(2)通過將沖撞面構成成仿效圓筒狀容器內壁面的曲面狀傾斜或使流路面向下游側擴大，能有效地使因沖撞面引起的液化，即氣液分離，且能使伴隨其后的流動方向改變所引起的能量損失降低，能有效地進行氣液分離。
(3)通過在圓錐狀承受板中央開口上部與分隔板間配置具有通氣孔的彎曲構件形成小室，在用圓錐狀承受板使未被完全回收的液體用彎曲構件內面捕捉而水滴化，從圓錐狀承受板中央開口落到圓筒狀容器底面而回收于排水道中。
(4)通過將分隔板上的通氣孔與彎曲構件上的通氣孔設置成位于以彎曲構件的中心點為中心的180度相反側，能使彎曲構件上的通氣孔與分隔板上的通氣孔離得最遠，使從彎曲構件的通氣孔排出的氣體成為暫時貯留在由彎曲構件外面、分隔板下面以及圓筒狀容器內壁面構成的空間內的狀態。據此，能有效地防止液體被已氣液分離的氣體帶出。
(5)通過將彎曲構件與分隔板形成一體，能可靠地保持分別在彎曲構件與分隔板上所形成的通氣孔的位置關系。
(6)通過將氣體流入口與沖撞面間距離設定在3-15mm的范圍內，能用沖撞進行氣液分離，同時又使壓力損失降低。
(7)通過在氣體流入口設有為使氣體流速增加的節流部，能提高由沖撞引起的氣液分離效果，且能有效地進行其后的用離心力的氣液分離。
(8)通過將設于圓筒狀容器內部的沖撞面與導向部形成一體，具備能在該成形體上從上述氣體流入口側進行該成形體裝卸操作的裝卸機構，能保持圓筒狀容器的氣密性，提高氣液分離效果。
工業上應用的可能性本發明可適用于作為供給空氣發動機和空氣制動器等氣動機構、粉塵吹飛用空氣噴出裝置、干燥冷卻用空氣噴出裝置等的空氣除濕用。
權利要求
1．一種氣流分離裝置，在內部具有中空室的圓筒狀容器側壁面上設置氣體流入口，同時在該容器上部設置將氣液分離了的氣體排出的排出口，在上述圓筒狀容器內部的上述氣體流入口前面的位置上設置能將與從上述氣體流入口供給的氣體沖撞的沖撞面和使沖撞后的氣流方向改變成沿上述圓筒狀容器內壁面的導向部，在上述中空室上部設置在中央具有通氣口的呈圓錐狀的承受板，且使其伸出部向下，將上述中空室上下分隔，使被上述承受板分隔的上方中空室與上述排出口相連、將分隔的上述上方中空室、具備通氣孔的隔壁面對面地配置在上述承受板上方位置的裝置，其特征在于將上述沖撞面構成仿效上述圓筒狀容器內壁面的曲面狀傾斜或使流路向下游側擴大。
2．根據權利要求1所述裝置，其特征在于在上述承受板通氣口上部與上述隔壁間配置具有通氣孔的彎曲構件，從而在該彎曲構件與上述承受板上面間形成小室。
3．根據權利要求2所述裝置，其特征在于將上述隔壁上的通氣孔與彎曲構件上的通氣孔設置成以彎曲構件的中心點為中心的180度相反側。
4．根據權利要求3所述裝置，其特征在于將上述彎曲構件與隔壁形成一體。
5．根據權利要求1-4中任一權利要求所述的裝置，其特征在于上述氣體流入口與沖撞面間的距離為3-15mm。
6．根據權利要求5所述裝置，其特征在于在上述氣體流入口具備為使氣體流速增加的節流部。
7．根據權利要求6所述裝置，其特征在于將設于上述圓筒狀容器內部的沖撞面與導向部形成一體，在該成形體上具備能從上述氣體流入口側進行該成形體裝卸操作的裝卸機構。
8．根據權利要求7所述裝置，其特征在于形成由上述圓筒狀容器內壁面、沖撞面及導向部圍繞的流路空間，使從上述流入口導入的氣體從上述流路空間終端出口沿上述圓筒狀容器內壁面排出。
全文摘要
本發明涉及氣液分離裝置,在內部具有中空室的圓筒狀容器下部設高壓空氣導入口,在上部設空氣排出口,在內部設置能將從高壓空氣導入口供給的空氣沖撞、改變空氣流方向的導流板,在中空室上部設置沿上下分隔具有通氣口的圓錐狀承受板,使分隔的上方中空室與空氣排出口連接,將分隔的上方中空室、具備通氣孔的隔壁面對面配置在圓錐狀承受板的上方、將上述導向板的沖撞面構成仿效圓筒狀容器內壁面曲面狀傾斜或使流路向下游側擴大,具有能量損失低、氣液分離效果更高等的優點。
文檔編號B01D53/26GK1230898SQ98800945
公開日1999年10月6日 申請日期1998年6月17日 優先權日1997年7月7日
發明者鎌田勉 申請人:有限會社鎌田肯特耐斯