特開 2022-104200 気液分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022104200

(43)【公開日】2022-07-08

(54)【発明の名称】気液分離装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 45/12 20060101AFI20220701BHJP

【ＦＩ】

B01D45/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020219259

(22)【出願日】2020-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000120249

【氏名又は名称】臼井国際産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 哲暢

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 克

【テーマコード（参考）】

4D031

【Ｆターム（参考）】

4D031AC01

4D031AC02

4D031BA01

4D031BA07

4D031BA10

4D031EA01

(57)【要約】

【課題】気液二相流体の流速に拘らず、旋回流発生部材よりも下流の位置で液体を捕集することができる気液分離装置を提供すること。
【解決手段】気液二相流体が流れる管部材２１と、管部材２１の内部に配置された旋回流発生部材２２と、を備え、旋回流発生部材２２によって気液二相流体を旋回させて気体と液体とを分離する気液分離装置１６において、旋回流発生部材２２は、管部材２１の中心軸Ｏ_１を中心にして螺旋状延び、管部材２１を軸方向から見たときに、管径方向の先端３２ａが管部材２１の全周にわたって連続する翼部３２を有している。そして、管部材２１と旋回流発生手段２２との間には、管部材２１の内周面２５ａに軸方向に延びる膨出部２５ｄを形成することで、旋回流発生部材２２よりも上流の第１空間Ｘと、旋回流発生部材２２よりも下流の第２空間Ｙとを連通する連通部３４が設けられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体と液体が混在する気液二相流体が流れる管部材と、前記管部材の内部に配置された旋回流発生部材と、を備え、前記旋回流発生部材によって前記気液二相流体を旋回させて前記気体と前記液体とを分離する気液分離装置において、
前記旋回流発生部材は、前記管部材の中心軸を中心にして螺旋状に湾曲し、前記管部材を軸方向から見たときに、前記管部材の径方向の先端が前記管部材の全周にわたって連続する翼部を有し、
前記管部材と前記旋回流発生部材との間には、前記管部材の内周面に前記軸方向に延びる膨出部を形成することによって、前記旋回流発生部材よりも上流の第１空間と、前記旋回流発生部材よりも下流の第２空間とを連通する連通部が設けられる
ことを特徴とする気液分離装置。

【請求項2】

請求項１に記載された気液分離装置において、
前記連通部の管周方向の中央位置は、前記中心軸よりも重力方向の下方に位置する
ことを特徴とする気液分離装置。

【請求項3】

請求項２に記載された気液分離装置において、
前記連通部の管周方向の中央位置は、前記中心軸の鉛直下方位置よりも前記旋回流発生部材による前記気液二相流体の旋回方向にずれている
ことを特徴とする気液分離装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気液二相流体に含まれる気体と液体を分離する気液分離装置に関する発明である。

【背景技術】

【0002】

従来、管部材を流れる気液二相流体を旋回流発生部材によって旋回させ、気体と液体とに分離する気液分離装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－１０４９０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来の気液分離装置にあっては、旋回流発生部材が、管部材の中心軸を中心にして螺旋状に延びた翼部を有している。そして、翼部の管径方向の先端は、管部材を軸方向から見たときに管部材の全周にわたって連続しており、隣り合う翼部の間に軸方向に延びる隙間が生じ得ない。さらに、翼部は、その全長が管内周面に接触している。気液二相流体は、低流速時には、液体が微細な粒状にならず、旋回させる前に自然と気体から分離して管内周面に付着する水滴になる。水滴になった液体は、気体の流れによって管部材の内部を管軸方向に沿って流れるが、旋回流発生部材の翼部が管内周面に接触しているために流れが阻害されてしまう。このため、旋回流発生部材よりも気液二相流体の流れ方向の上流位置に排水パイプを設け、旋回流発生部材の配置領域に流れ込む前に水滴を貯水タンクに導く必要がある。

【0005】

しかしながら、排水パイプを設けたり、当該排水パイプを貯水タンクに接続したりすると各部材の配置の自由度が悪くなり、気液分離装置としてコスト低減の妨げになるという問題が生じる。

【0006】

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、気液二相流体の流速に拘らず、旋回流発生部材よりも下流の位置で液体を捕集することができる気液分離装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するため、本発明の気液分離装置は、気体と液体が混在する気液二相流体が流れる管部材と、前記管部材の内部に配置された旋回流発生部材と、を備え、前記旋回流発生部材によって前記気液二相流体を旋回させて前記気体と前記液体とを分離する。ここで、前記旋回流発生部材は、前記管部材の中心軸を中心にして螺旋状に延び、前記管部材を軸方向から見たときに、管径方向の先端が前記管部材の全周にわたって連続する翼部を有する。そして、前記管部材と前記旋回流発生部材との間には、前記管部材の内周面に前記軸方向に延びる膨出部を形成することによって、前記旋回流発生部材よりも上流の第１空間と、前記旋回流発生部材よりも下流の第２空間とを連通する連通部が設けられる。

【発明の効果】

【0008】

よって、本発明では、管部材を軸方向から見たときに、旋回流発生部材が有する翼部の管径方向の先端が管部材の全周にわたって連続する場合であっても、気液二相流体の流速に拘らず、旋回流発生部材よりも下流の位置で液体を捕集することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１の気液分離装置を適用した内燃機関の排気還流システムを示す全体システム図である。

【図2】実施例１の気液分離装置を示す断面図である。

【図3A】実施例１の旋回流発生部材を示す斜視図である。

【図3B】実施例１の旋回流発生部材を示す側面図である。

【図4】図２に示すＡ－Ａ断面図である。

【図5】実施例１の気液分離装置における高流速時の気液二相流体の流れを示す説明図である。

【図6】実施例１の気液分離装置における低流速時の気液二相流体の流れを示す説明図である。

【図7】実施例１の気液分離装置の第１変形例を示す要部断面図である。

【図8】実施例１の気液分離装置の第２変形例を示す要部断面図である。

【図9】実施例１の気液分離装置の第３変形例を示す要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の気液分離装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

【0011】

（実施例１）
まず、実施例１における気液分離装置の構成を、「適用例のシステム全体構成」、「気液分離装置の詳細構成」、「旋回流発生部材の詳細構成」に分けて説明する。

【0012】

［適用例のシステム全体構成］
図１は、実施例１の気液分離装置１６を適用した内燃機関１の排気還流システムＳを示す全体システム図である。実施例１の気液分離装置１６は、図１に示す内燃機関１の排気還流システムＳに適用されている。ここで、図１に示した内燃機関１は、走行用駆動源として車両に搭載されるディーゼルエンジンであり、４つの気筒（不図示）を有している。各気筒には、それぞれ吸気通路２と排気通路３が接続されている。

【0013】

吸気通路２は、端部に吸気口２ａが形成され、この吸気口２ａ側から順に、吸気濾過用のエアクリーナー４、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラー６、吸入空気量を調整するためのスロットル弁７が設けられている。排気通路３には、内燃機関１側から順に、ターボ過給機５のタービン５ｂ、排気を浄化するための排気浄化触媒８、排気流量を調整するための排気絞り弁９が設けられている。なお、排気絞り弁９の下流側にはマフラー１０が設けられ、その先に排気口３ａが形成されている。

【0014】

吸気通路２と排気通路３とは、低圧ＥＧＲ通路１１及び高圧ＥＧＲ通路１２によって接続されている。ここで、「ＥＧＲ」とは、内燃機関１において燃焼後の排気の一部を取り出して再度吸気させる技術（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）であり、排気再循環ともいう。

【0015】

低圧ＥＧＲ通路１１は、コンプレッサ５ａより上流の吸気通路２と排気浄化触媒８より下流の排気通路３とを接続している。一方、高圧ＥＧＲ通路１２は、コンプレッサ５ａより下流の吸気通路２とタービン５ｂより上流の排気通路３とを接続している。これにより、低圧ＥＧＲ通路１１では、タービン５ｂを通過した排気を、コンプレッサ５ａの吸気側に戻すこととなる。また、高圧ＥＧＲ通路１２では、タービン５ｂに流れ込む前の排気を、コンプレッサ５ａを通過してきた吸気側に戻すこととなる。

【0016】

低圧ＥＧＲ通路１１には、吸気通路２に導かれる排気を冷却するためのＥＧＲクーラ１３と、低圧ＥＧＲ通路１１を介して吸気通路２に還流される排気の流量を調整するための低圧ＥＧＲ弁１４と、が設けられている。高圧ＥＧＲ通路１２には、高圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路２に還流される排気の流量を調整するための高圧ＥＧＲ弁１５が設けられている。

【0017】

ここで、低圧ＥＧＲ通路１１では、ターボ過給機５のタービン通過排気量を低下させることなく排気の還流を可能とし、ＮＯｘ低減効果が大きい。しかしながら、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１３での冷却或いは、寒冷時のエアと混ざることによって凝縮水の発生が懸念される。そこで、実施例１の排気還流システムＳでは、低圧ＥＧＲ弁１４の下流位置であって、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流位置（図１において一点鎖線Ｘで囲む位置）に気液分離装置１６を設置し、凝縮水を捕集して排水する。

【0018】

［気液分離装置の詳細構成］
図２は、実施例１の気液分離装置１６を示す断面図である。実施例１の気液分離装置１６は、管部材２１と、旋回流発生部材２２と、貯水タンク２３と、バイパスパイプ２４と、を備えている。

【0019】

管部材２１は、一端が吸気口２ａ及び低圧ＥＧＲ弁１４に連通し、他端がターボ過給機５のコンプレッサ５ａに連通し、気体と微粒子状の液体（凝縮水）が混ざり合った状態の排気（以下、「気液二相流体」という）が流れる。また、管部材２１は、車載されたときに中心軸Ｏ_１が水平方向に沿うように配置され、第１パイプ２５、第２パイプ２６、第３パイプ２７の三本の管状体が連結されることで形成されている。第１パイプ２５、第２パイプ２６、第３パイプ２７は、気液二相流体の流れ方向の上流側（図２において右側、以下「流体流入側」という）から、気液二相流体の流れ方向の下流側（図２において左側、以下「流体流出側」という）に向かって順に連結されている。

【0020】

なお、以下の説明では、管部材２１の軸方向（中心軸Ｏ_１に沿った方向）を「管軸方向」といい、管部材２１の径方向（中心軸Ｏ_１に直交する方向）を「管径方向」という。さらに、管部材２１の周方向（中心軸Ｏ_１を中心とした円周方向）を「管周方向」という。

【0021】

第１パイプ２５は、旋回流発生部材２２が内部に配置された直管部材である。第１パイプ２５の内部には、旋回流発生部材２２が配置された旋回領域２２ａと、第１パイプ２５の内径寸法を流体流出側に向かって次第に拡大するテーパ領域２５ｂと、第２パイプ２６が突き当てられる段差部２５ｃと、が形成されている。ここで、テーパ領域２５ｂは、旋回領域２２ａよりも流体流出側に形成されている。また、段差部２５ｃは、テーパ領域２５ｂよりも流体流出側に形成されている。第１パイプ２５の内径寸法は、旋回領域２２ａ、テーパ領域２５ｂ、段差部２５ｃの順に大きくなっている。

【0022】

さらに、第１パイプ２５の内周面２５ａには、膨出部２５ｄが形成されている。膨出部２５ｄは、第１パイプ２５の内周面２５ａの一部を、段差をもって管径方向の外方に突出させる（へこませる）ことで形成され、管軸方向に延びる溝形状を呈している。また、膨出部２５ｄは、第１パイプ２５の流体流入側の端部（不図示）から、少なくとも旋回領域２２ａの流体流出側の端部に至るまで延びている。さらに、膨出部２５ｄは、水平方向に沿った所定の幅寸法Ｗを有しており、管周方向の中央位置２５ｅが管部材２１の中心軸Ｏ_１の鉛直方向の下方に位置している。

【0023】

しかも、膨出部２５ｄは、底面２５ｆが水平方向に沿った平坦面に形成され、深さＨ（第１パイプ２５の内周面２５ａから膨出部２５ｄの底面２５ｆまでの距離）は、管周方向の中央位置２５ｅが最も浅く、管周方向の両端部に向かって次第に深くなる。

【0024】

第２パイプ２６は、第１パイプ２５に連結される水平部２６ａと、水平部２６ａに直交状態で接続された垂直部２６ｂと、を有するＴ字管部材である。

【0025】

水平部２６ａは、一端が第１パイプ２５に差し込み可能であって、第１パイプ２５に差し込んだ状態で、第１パイプ２５の内周面２５ａに接触している。また、水平部２６ａの一端は、段差部２５ｃに突き当てられている。水平部２６ａの軸方向は、管部材２１の中心軸Ｏ_１に一致し、水平方向に延びている。

【0026】

水平部２６ａと垂直部２６ｂとの接続部分には排水開口２６ｃが形成され、水平部２６ａと垂直部２６ｂは連通している。排水開口２６ｃは、重力方向（中心軸Ｏ_１の鉛直方向の下方）に開放し、垂直部２６ｂは、水平部２６ａから重力方向に沿って延在している。これにより、気液二相流体から分離された液体は、自重により排水開口２６ｃを介して垂直部２６ｂを流下する。

【0027】

さらに、垂直部２６ｂは、中間部が下方に向かって液体の流通面積が次第に狭くなる縮形部２６ｄに接続している。これにより、縮形部２６ｄの先端（下端）に形成された先端開口２６ｅの開口面積は、排水開口２６ｃの開口面積よりも小さくなっている。垂直部２６ｂ、排水開口２６ｃ、縮形部２６ｄ、先端開口２６ｅは、排水パイプに相当する。

【0028】

第３パイプ２７は、第２パイプ２６の水平部２６ａの他端に差し込み可能であって、第２パイプ２６に差し込んだ状態で、水平部２６ａの内周面との間に間隙αが生じる外径寸法に設定された直管部材である。間隙αにはスペーサー２８が嵌合されている。スペーサー２８は、第３パイプ２７の外周面の全周を取り囲む円筒形状を呈しており、第２パイプ２６の水平部２６ａと第３パイプ２７とのそれぞれに接触する。つまり、スペーサー２８によって、水平部２６ａの他端は閉塞される。また、第３パイプ２７は、一方の端部２７ａが排水開口２６ｃの上方に位置するまで第２パイプ２６に差し込まれている。さらに、第３パイプ２７は、第２パイプ２６から突出した位置に、周面を貫通する通気口２７ｂが形成されている。この通気口２７ｂには、バイパスパイプ２４の第２端部２４ｂが接続されている。

【0029】

貯水タンク２３は、第２パイプ２６の垂直部２６ｂの下方に設置されたタンク本体２３ａを有している。このタンク本体２３ａは、上面に第１開口２３ｂが形成され、側面に第２開口２３ｃが形成され、底面に図示しない排水開口が形成されている。

【0030】

第１開口２３ｂは、連通管２３ｄを介して垂直部２６ｂの先端開口２６ｅに接続されている。第２開口２３ｃには、バイパスパイプ２４の第１端部２４ａが接続されている。排水開口は、適宜開閉可能であり、タンク本体２３ａ内に貯留された液体が一定量に達したら開放し、貯留した液体をタンク外へ放出することができる。

【0031】

バイパスパイプ２４は、両端が開放した管状体であり、第１端部２４ａがタンク本体２３ａに形成された第２開口２３ｃに接続され、第２端部２４ｂが第３パイプ２７に形成された通気口２７ｂに接続されている。これにより、タンク本体２３ａの内部空間は、バイパスパイプ２４を介して第３パイプ２７の内部に連通する。

【0032】

［旋回流発生部材の詳細構成］
実施例１の旋回流発生部材２２は、第１パイプ２５の旋回領域２２ａに配置され、管部材２１を流れる気液二相流体の流れ方向を規定して、気液二相流体を旋回流にする。旋回流発生部材２２は、図３Ａに示すように、翼支持部３１と、翼支持部３１の外周面３１ａに設けられた複数（ここでは四枚）の翼部３２と、を備えている。

【0033】

翼支持部３１は、図３Ａに示すように、先端部３１ｂがＲ面に形成された円錐形状を呈している。旋回流発生部材２２は、先端部３１ｂを流体流入側に向け、流体流出側に向かうに連れて翼支持部３１の外径寸法が次第に拡大する向きで旋回領域２２ａに配置される。また、旋回流発生部材２２は、旋回領域２２ａに配置されたとき、翼支持部３１の軸方向Ｏ_２が管部材２１の中心軸Ｏ_１に一致する。

【0034】

複数（四枚）の翼部３２は、それぞれ翼支持部３１の外周面３１ａから管径方向に突出し、翼支持部３１の軸方向Ｏ_２を中心にして、翼支持部３１の軸方向Ｏ_２の回りに等角度間隔で設けられ、螺旋状に取り巻いている。ここで、旋回流発生部材２２が旋回領域２２ａに配置されたとき、翼支持部３１の軸方向Ｏ_２が管部材２１の中心軸Ｏ_１に一致する。このため、各翼部３２は、旋回流発生部材２２が旋回領域２２ａに配置された状態において、管部材２１の中心軸Ｏ_１を中心にして螺旋状に湾曲しながら延びることとなる。

【0035】

さらに、旋回流発生部材２２が旋回領域２２ａに配置されたとき、各翼部３２の管径方向の先端３２ａは、第１パイプ２５に形成された膨出部２５ｄに対向する部分以外が、第１パイプ２５の内周面２５ａ（管部材２１の内周面）に接触する。一方、各翼部３２の翼支持部３１に対する取巻角度θ１は、約９０°に設定されている。「取巻角度θ１」とは、図４に示すように、旋回流発生部材２２を管軸方向から見たときに、翼部３２の流体流入側の端部３２ｂの突出方向Ｌ１と、翼部３２の流体流出側の端部３２ｃの突出方向Ｌ２とでなす角度である。取巻角度θ１が約９０°であることから、翼部３２の流体流出側の端部３２ｃは、旋回流発生部材２２を管軸方向から見たとき、隣り合う翼部３２の流体流入側の端部３２ｂに管軸方向で重複する。なお、端部３２ｂ，３２ｃに生じたＲ形状や、金型の抜き勾配の都合上、隣り合う翼部３２の流体流入側の端部３２ｂと流体流出側の端部３２ｃとが管軸方向で重複しないこともある。

【0036】

そして、旋回流発生部材２２は、複数（四枚）の翼部３２の取巻角度θ１が約９０°に設定されたことから、管軸方向から見たときに、図４に示すように、翼部３２の先端３２ａが管部材２１の全周にわたって連続している。すなわち、旋回流発生部材２２を管軸方向から見たとき、翼部３２の管径方向の先端３２ａに沿った軌跡で、管部材２１の中心軸Ｏ_１を囲むことが可能である。これにより、隣り合う翼部３２同士の対向する側面３２ｘの間に、管軸方向に延びる隙間が生じ得ない。

【0037】

そして、実施例１の気液分離装置１６は、管部材２１である第１パイプ２５の内周面２５ａと、旋回流発生部材２２の翼部３２の先端３２ａとの間に、旋回流発生部材２２を配した第１パイプ２５の内周面２５ａに膨出部２５ｄを形成することによって、連通部３４が設けられている。つまり、管部材２１の内周面２５ａには、連通部３４が形成されている。連通部３４は、管軸方向に沿って延び、旋回流発生部材２２が配置された旋回領域２２ａよりも上流（流体流入側）の第１空間Ｘ（図２参照）と、旋回流発生部材２２が配置された旋回領域２２ａよりも下流（流体流出側）の第２空間Ｙ（図２参照）とを連通する空間である。また、連通部３４の管周方向の中央位置は、膨出部２５ｄの管周方向の中央位置２５ｅに一致し、中心軸Ｏ_１の鉛直方向の下方に位置している。

【0038】

さらに、連通部３４の高さは、膨出部２５ｄの深さＨに一致し、管周方向の中央位置で最も小さく、管周方向の両端部で最も大きくなるように設定される。連通部３４の高さ（膨出部２５ｄの深さＨ）は、最も小さい管周方向の中央位置で管部材２１の半径寸法の５％程度に設定されている。また、連通部３４の水平方向の幅は、膨出部２５ｄの幅寸法Ｗに一致し、旋回領域２２ａでの管部材２１の内周面（第１パイプ２５の内周面２５ａ）の円周長さの１５％程度に設定されている。

【0039】

次に、実施例１の気液分離装置１６の作用を、「高流速時の液体捕集作用」、「低流速時の液体捕集作用」に分けて説明する。

【0040】

「高流速時の液体捕集作用」
図１に示す排気還流システムＳでは、吸気口２ａから取り入れた外気と、低圧ＥＧＲ通路１１を介して排気通路３から取り入れた排気とが、５ｍ／ｓ～１１０ｍ／ｓの速さでターボ過給機５のコンプレッサ５ａへと流れ込む。外気や排気には水分が含まれており、コンプレッサ５ａに流れ込んだ気体をＥＧＲクーラ１３にて冷却するときに冷却水温度が低すぎる場合や外気の温度が低い場合には凝縮水が発生し、それが気体と混ざり合って気液二相流体になる。

【0041】

気液二相流体の流速が比較的速い場合（高流速時、例えば２０ｍ／ｓ～１１０ｍ／ｓ）には、凝縮水は微細な粒状になって気体と共に混相して流れていく。

【0042】

実施例１の気液分離装置１６では、図２に示すように、管部材２１の第１パイプ２５の内部に旋回流発生部材２２が配置されている。旋回流発生部材２２は、翼支持部３１の外周面３１ａから管径方向に突出し、管部材２１の中心軸Ｏ１を中心にして螺旋状に湾曲した複数の翼部３２を有している。

【0043】

そのため、図５に示すように、管部材２１に流入した気液二相流体は、旋回流発生部材２２が設置された旋回領域２２ａを通過する際、翼部３２に沿って流れることで流れ方向が規定され、旋回しながら流れる旋回流になる。そして、気液二相流体が旋回したことで発生した遠心力により、質量の大きい液体が、第１パイプ２５の内周面２５ａに向かって誘導される。第１パイプ２５の内周面２５ａに向かって誘導された液体は、第１パイプ２５の内周面２５ａに付着し、凝集して水滴となり、気体から分離される。一方、液体が分離した空気は、旋回しながら管軸方向に沿って直線的に流れていき、第１パイプ２５から第２パイプ２６へと流れ、第３パイプ２７に流入する。

【0044】

これに対し、水滴化して気体から分離した液体は、図５に示すように、旋回流の流れによって、第１パイプ２５の内周面２５ａに付着したまま、旋回領域２２ａからテーパ領域２５ｂを通過し、第２パイプ２６へと流れていく。第２パイプ２６に流れ込んだ液体は、第２パイプ２６の内周面２６ｆに付着したまま流れ、排水開口２６ｃへと流れ込み、垂直部２６ｂを流下する。その後、先端開口２６ｅを介して排出されてタンク本体２３ａに貯留される。

【0045】

このように、実施例１の気液分離装置１６は、気液二相流体が高流速で流れるときには、旋回流発生部材２２によって気液二相流体を旋回させ、遠心力によって気体と液体とを分離することができる。また、液体を第１パイプ２５の内周面２５ａに向けて誘導し、内周面２５ａに付着させることで、液体の再飛散を抑制しつつ、貯水タンク２３に捕集することができる。

【0046】

［低流速時の液体捕集作用］
実施例１の排気還流システムＳにおいて、気液二相流体の流速が比較的遅いとき（低流速時、例えば５ｍ／ｓ～２０ｍ／ｓ）には、凝縮水は微細な粒状になりにくい。この場合、気液二相流体は、図６に示すように、旋回流発生部材２２が配置された旋回領域２２ａに流れ込む前、つまり旋回する前に自然と気体と液体とが分離し、水滴になった液体が第１パイプ２５の内周面２５ａに付着する。なお、気体は、旋回領域２２ａを通過する際、翼部３２に沿って流れて旋回流になり、旋回しながら管軸方向に沿って直線的に流れていき、第１パイプ２５から第２パイプ２６へと流れ、第３パイプ２７に流入する。

【0047】

一方、第１パイプ２５の内周面２５ａに付着した液体は、気体と共に混相して流れることができず、気体の流れによって第１パイプ２５の内周面２５ａに付着したまま旋回領域２２ａに向かって流れていく。

【0048】

ここで、実施例１では、旋回流発生部材２２が翼支持部３１を取り巻く翼部３２を有している。そして、翼部３２は、管径方向の先端３２ａが、第１パイプ２５の内周面２５ａに接触すると共に、翼支持部３１に対する取巻角度θ１が約９０°に設定され、管軸方向から見たときに、管部材２１の全周にわたって連続している。また、第１パイプ２５の内周面２５ａと旋回流発生部材２２の翼部３２との間には、管部材２１である第１パイプ２５に形成された膨出部２５ｄによって連通部３４が形成されている。連通部３４は、第１パイプ２５と旋回流発生部材２２との間で管軸方向に沿って延び、旋回領域２２ａよりも上流の第１空間Ｘと、旋回領域２２ａよりも下流の第２空間Ｙとを連通する。

【0049】

このため、旋回領域２２ａに流れ込む前に気体から分離した液体（水滴）は、連通部３４を流れることで、管部材２１の内部を中心軸Ｏ_１にと水平に流れ、第１空間Ｘから第２空間Ｙに流れ込むことができる。つまり、第１パイプ２５の内周面２５ａに付着した液体は、旋回流発生部材２２によって流れが阻害されず、旋回領域２２ａを円滑に通過することができる。

【0050】

そして、旋回領域２２ａを通過した液体は、第１パイプ２５の内周面２５ａに付着したまま、テーパ領域２５ｂを通過し、第２パイプ２６へと流れていく。第２パイプ２６に流れ込んだ液体は、第２パイプ２６の内周面２６ｆに付着したまま流れ、排水開口２６ｃへと流れ込み、垂直部２６ｂを流下する。その後、先端開口２６ｅを介して排出されてタンク本体２３ａに貯留される。

【0051】

このように、実施例１の気液分離装置１６では、気液二相流体の流速が遅く、旋回領域２２ａを通過する前に気体と液体とが自然と分離した場合であっても、第１パイプ２５の内周面２５ａと翼部３２との間に設けた連通部３４を介して液体を流すことができる。このため、翼部３２の先端３２ａが、管軸方向から見たときに、管部材２１の全周にわたって連続していても、翼部３２によって液体の流れが阻害されることがなく、旋回流発生部材２２の流体流出側で液体を捕集することができる。この結果、気液二相流体の流速に拘らず、旋回流発生部材２２よりも下流の位置で液体を捕集することができる。

【0052】

そして、実施例１の気液分離装置１６では、連通部３４は、管部材２１である第１パイプ２５の内周面２５ａに形成された管軸方向に延びる膨出部２５ｄによって形成されている。そのため、旋回流発生部材２２の翼部３２の先端３２ａに部分的な切欠きやへこみ等を形成する必要がなく、旋回流発生部材２２を容易に形成することができる。

【0053】

また、連通部３４を形成する第１パイプ２５に形成する膨出部２５ｄは、管軸方向に延びる溝形状を呈している。そのため、膨出部２５ｄの深さＨや水平方向の幅寸法Ｗを調整することで連通部３４の形状を所望の形状に容易に設定することができる。

【0054】

また、膨出部２５ｄは、第１パイプ２５の内周面２５ａの一部に形成されている。つまり、膨出部２５ｄの幅寸法Ｗは、内周面２５ａの円周長さよりも短い。そのため、連通部３４は、第１パイプ２５の内周面２５ａと翼部３２との間の管周方向の一部に形成された空間となる。これにより、翼部３２の先端３２ａは、連通部３４に対向する部分以外は、第１パイプ２５の内周面２５ａに接触する。そのため、管部材２１によって旋回流発生部材２２を支持することができ、旋回流発生部材２２の振動に対する強度を確保することができる。

【0055】

また、実施例１の気液分離装置１６では、連通部３４の管周方向の中央位置（膨出部２５ｄの管周方向の中央位置２５ｅ）が、管軸方向から見たときに、管部材２１の中心軸Ｏ_１よりも重力方向の下方に位置している。これにより、自重によって管部材２１の下部に流れ落ちた液体が連通部３４に流れ込むことができるため、液体の捕集を円滑に行うことができる。

【0056】

特に、実施例１では、連通部３４の管周方向の中央位置（中央位置２５ｅ）が、管部材２１の中心軸Ｏ_１の鉛直方向の下方に位置している。そのため、重力により管部材２１の下部に流れ落ちた液体は、連通部３４に確実に流入することができる。

【0057】

しかも、実施例１の気液分離装置１６では、第２パイプ２６と第３パイプ２７との間に間隙αが生じている。このため、第２パイプ２６の内周面２６ｆに付着した液体が間隙αに入り込み、第３パイプ２７への液体の流入を防止できる。さらに、流体流出側の第３パイプ２７が第２パイプ２６に挿入されているので、管部材２１の外径寸法の拡大を抑制することができ、気液分離装置１６の設置に必要なスペースを抑制することができる。

【0058】

また、実施例１では、第２パイプ２６の水平部２６ａの他端には、間隙αを封鎖するスペーサー２８が嵌合されている。そのため、第２パイプ２６と第３パイプ２７の間から気体が漏れ出ることを防止し、気体を円滑に第３パイプ２７へと流入させることができる。

【0059】

さらに、実施例１では、第３パイプ２７と貯水タンク２３とがバイパスパイプ２４を介して連通している。そのため、第３パイプ２７を流れる気流により、貯水タンク２３の内部を負圧にすることができ、垂直部２６ｂを流下する液体の流れを円滑にすることができる。なお、図２では、バイパスパイプ２４が、タンク本体２３ａの側面に形成された第２開口２３ｃに連結されているがこれに限らず、例えば、タンク本体２３ａの上面に形成された開口にバイパスパイプ２４を接続してもよい。

【0060】

以上、本発明の気液分離装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。

【0061】

実施例１の気液分離装置１６では、連通部３４の管周方向の中央位置（膨出部２５ｄの管周方向の中央位置２５ｅ）が、管部材２１の中心軸Ｏ_１の鉛直下方に位置する例を示した。しかしながら、これに限らない。例えば、図７に示すように、連通部３４の管周方向の中央位置（膨出部２５ｄの管周方向の中央位置２５ｅ）を、中心軸Ｏ_１の鉛直下方位置に対し、旋回流発生部材２２による気液二相流体の旋回方向（図７では時計回り方向）に、所定の角度ずれた位置に設定してもよい。

【0062】

これにより、第１パイプ２５の内周面２５ａに付着した液体の一部が旋回流によって管周方向に流されても、連通部３４に流れ込むことができる。このため、液体の流れが旋回流発生部材２２によって阻害されず、旋回流発生部材２２の下流で適切に捕集することができる。

【0063】

なお、旋回流発生部材２２の旋回方向は、図７に示す時計回り方向に限らず、反対方向に旋回させるものであってもよい。さらに、連通部３４の管周方向の中央位置（膨出部２５ｄの管周方向の中央位置２５ｅ）を鉛直方向に対してずらす角度、つまり、中心軸Ｏ_１を通って鉛直下方に延びる線分と、中心軸Ｏ_１と連通部３４の管周方向の中央位置（膨出部２５ｄの管周方向の中央位置２５ｅ）とを結ぶ線分とでなす角度は、任意に設定することができる。

【0064】

また、実施例１の気液分離装置１６では、第１パイプ２５の内周面２５ａの一部を、段差をもって管径方向の外方に突出させる（へこませる）ことで膨出部２５ｄを形成した例を示した。しかしながら、これに限らず、第１パイプ２５の内周面２５ａの一部を漸次的に管径方向の外方に突出させて膨出部２５ｄを形成し、この膨出部２５ｄを形成したことで連通部３４を設けてもよい。つまり、例えば、図８に示すように、第１パイプ２５の管軸方向から見た円周形状を、中心軸Ｏ_１を通る水平線Ｌよりも上側半分を真円とし、水平線Ｌよりも下側半分を楕円としてもよい。なお、上記真円は、中心軸Ｏ_１を中心とする円である。また、上記楕円は、中心軸Ｏ_１を通る鉛直方向に沿った長半径を有する楕円である。

【0065】

ここで、旋回流発生部材２２は、複数の翼部３２が全て同じ形状であり、管軸方向から見たとき、翼部３２の先端３２ａに沿った軌跡は中心軸Ｏ_１を中心とした円を描く。そのため、旋回領域２２ａでは、水平線Ｌよりも下側の領域で、第１パイプ２５の内周面２５ａと翼部３２の先端３２ａとの間に隙間が生じ、連通部３４となる。

【0066】

また、図８に示す例では、第１パイプ２５の管軸方向から見た円周形状を、水平線Ｌよりも下側半分が中心軸Ｏ_１を通る鉛直方向に沿った長半径を有する楕円とした例を示した。この場合、中心軸Ｏ_１の鉛直方向の下方位置で、連通部３４の深さが最も深くなるように設定される。しかしながら、これに限らず、図９に示すように、連通部３４の深さが最も深くなる位置βを、中心軸Ｏ_１の鉛直下方位置に対して、旋回流発生部材２２による気液二相流体の旋回方向（図９では時計回り方向）に、所定の角度ずれた位置に設定してもよい。

【0067】

また、実施例１の気液分離装置１６では、旋回流発生部材２２が、円錐形状の翼支持部３１と、翼支持部３１の外周面３１ａから突出した複数の翼部３２と、を有する例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば、螺旋状にねじられた板部材によって旋回流発生部材を形成してもよい。すなわち、管部材２１の中心軸Ｏ_１を中心にして螺旋状に湾曲し、管径方向の先端が管軸方向から見たときに管部材２１の全周にわたって連続する翼部を有する旋回流発生部材を備えた気液分離装置であれば、本発明を適用することができる。

【0068】

また、実施例１では、旋回流発生部材２２が四枚の翼部３２を、取巻角度θ１が約９０°となるように設定した例を示した。しかしながら、管軸方向から見たときに翼部３２の先端３２ａが管部材２１の全周にわたって連続すればよく、翼部３２の枚数や取巻角度θ１の角度は、任意に設定することができる。

【0069】

また、実施例１では、垂直部２６ｂの先端開口２６ｅに貯水タンク２３を接続した例を示したが、垂直部２６ｂや貯水タンク２３は、必ずしも設置しなくてもよい。排水開口２６ｃから排出された液体を貯留することなく管部材２１の外部へと排出してもよい。さらに、バイパスパイプ２４は、必ずしも設ける必要はない。

【0070】

また、実施例１の気液分離装置１６は、排気還流システムＳの中でも、低圧ＥＧＲ弁１４の下流位置であって、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの上流位置（図１において一点鎖線Ｘで囲む位置）に設置する例を示したが、これに限らない。排気還流システムＳの中で凝縮水が発生する位置に設置することができるため、インタークーラー６の下流位置であって、内燃機関１の気筒給気口の上流側（図１において一点鎖線Ｙで囲む位置）に気液分離装置１６を設置してもよい。

【0071】

さらに、実施例１では、内燃機関１が車両に搭載されるディーゼルエンジンである例を示したが、これに限らず、内燃機関１はガソリンエンジンであっても適用可能である。

【0072】

そして、実施例１では、気液分離装置１６を、内燃機関１の排気還流システムＳに適用した例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば冷凍サイクル装置に適用し、気体冷媒と液体冷媒とを分離するようにしてもよい。つまり、本発明の気液分離装置は、気液二相流体から気体と液体を分離する装置に適用することができる。

【0073】

さらに、管部材２１の形状や、第１パイプ２５等の接続箇所、径の寸法、使用する材料等についても、実施例１に示すものに限らず、任意に設定することが可能である。

【符号の説明】

【0074】

１６ 気液分離装置
２１ 管部材
２２ 旋回流発生部材
２２ａ 旋回領域
２３ 貯水タンク
２５ 第１パイプ
２５ａ 内周面
２５ｄ 膨出部
２５ｅ 管周方向の中央位置
２６ 第２パイプ
２６ａ 水平部
２６ｂ 垂直部
２６ｃ 排水開口
２７ 第３パイプ
３１ 翼支持部
３２ 翼部
３２ａ 先端
３４ 連通部
Ｘ 第１空間
Ｙ 第２空間

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】