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JP7003758B2 - Gas-liquid separator - Google Patents
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Description

本発明は、例えば、燃料電池のアノードから排出されるガスから水を分離するために用いられる気液分離器の技術に関する。 The present invention relates to, for example, the art of a gas-liquid separator used to separate water from the gas discharged from the anode of a fuel cell.

上記構成の気液分離器として特許文献1には、円筒状の本体部の上部に入口管を備え、本体部の下部に排水管を備え、本体部の内部において排水管の上方位置にフィルタを備えた技術が記載されている。 As a gas-liquid separator having the above configuration, Patent Document 1 includes an inlet pipe at the upper part of a cylindrical main body portion, a drainage pipe at the lower part of the main body portion, and a filter at an upper position of the drainage pipe inside the main body portion. The technology provided is described.

この特許文献1では、入口管が本体部に対して接線方向にガスを供給するように姿勢が設定され、本体部の上面の中央位置に出口管を備えている。また、フィルタは、本体部の内径にほぼ等しい外径の樹脂で金網をインサートモールドして構成されている。 In Patent Document 1, the posture is set so that the inlet pipe supplies gas tangentially to the main body portion, and the outlet pipe is provided at the center position of the upper surface of the main body portion. Further, the filter is configured by insert-molding a wire mesh with a resin having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the main body.

この特許文献1では、入口管から導入された排気ガスを本体部においてサイクロン効果によりガスと、水とに分離し、分離した水をフィルタで濾過することにより異物が取り除かれた水が排出される。 In Patent Document 1, the exhaust gas introduced from the inlet pipe is separated into gas and water by the cyclone effect in the main body, and the separated water is filtered by a filter to discharge the water from which foreign substances have been removed. ..

また、上記構成の気液分離器として特許文献2には、下部に貯水部を有する気液分離器本体が構成され、貯水部より高い位置に気液分離器本体に導入口と、導出口とを備えた技術が記載されている。 Further, as the gas-liquid separator having the above configuration, Patent Document 2 includes a gas-liquid separator main body having a water storage portion at the lower portion, and the gas-liquid separator main body has an introduction port and an outlet at a position higher than the water storage portion. The technology with is described.

この特許文献2では、気液分離器本体の内部で、導入口と導出口との中間位置に縦壁状の衝突壁を備え、貯水部より上側に跳ね返り低減板を備えている。この構成から、導入口から導入されたガスは、衝突壁に衝突することで水が分離し、分離した水が貯水部に貯留され、衝突壁に衝突して水が分離した後のガスは導出口から排出される。 In Patent Document 2, a vertical wall-shaped collision wall is provided at an intermediate position between an inlet and an outlet inside the main body of the gas-liquid separator, and a bounce reduction plate is provided above the water storage portion. From this configuration, the gas introduced from the inlet collides with the collision wall to separate water, the separated water is stored in the water storage section, and the gas after colliding with the collision wall and separating the water is guided. It is discharged from the outlet.

更に、上記構成の気液分離器として特許文献3には、チャンバの上部に吸入管を備え、チャンバ上面の吐出管を備え、チャンバ下端にドレン管を備え、チャンバの内部にスクリーン(フィルタ)を備えた技術が示されている。 Further, as a gas-liquid separator having the above configuration, Patent Document 3 includes a suction pipe at the upper part of the chamber, a discharge pipe at the upper surface of the chamber, a drain pipe at the lower end of the chamber, and a screen (filter) inside the chamber. The technology provided is shown.

この特許文献3では、チャンバが上側の渦流チャンバと、下側の収集チャンバとで構成され、これらの中間にスクリーンが配置されている。吸入管は、渦流チャンバに対して接線方向に流体を供給することで、チャンバ内に渦を作り出し、流体から水を分離するように構成されている。この構成では、流体から分離された水をスクリーンで濾過した後にドレン管から排出する。 In Patent Document 3, the chamber is composed of an upper vortex chamber and a lower collection chamber, and a screen is arranged between them. The suction tube is configured to create a vortex in the chamber and separate water from the fluid by supplying the fluid tangentially to the vortex chamber. In this configuration, the water separated from the fluid is filtered through a screen and then drained from the drain pipe.

特開2002-373698号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-373698 特開2017-147159号公報JP-A-2017-147159 特開2016-72183号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-72183

内部に貯水部を備えた気液分離器では、貯水部から水を、任意のタイミングで排出するため電磁ソレノイドの駆動により弁体を開放する電磁式の開閉弁を備えることも考えられる。 A gas-liquid separator having a water storage unit inside may be equipped with an electromagnetic on-off valve that opens the valve body by driving an electromagnetic solenoid in order to discharge water from the water storage unit at an arbitrary timing.

ここで開閉弁の構成を考えると、弁体の当接面を流路ハウジングの開口に当接させることで流路ハウジングの流路を閉塞し、この弁体を流路ハウジングから離間させることで流路を開放して水の排出を行うものも想定できる。この構成の開閉弁を気液分離器に用いた場合に、貯水部に貯留される水に微粒子状の異物が含まれる状況を想定すると、弁体が開放位置にある状態で弁体の当接面に異物が付着することもあった。 Considering the configuration of the on-off valve, the contact surface of the valve body is brought into contact with the opening of the flow path housing to block the flow path of the flow path housing, and the valve body is separated from the flow path housing. It is also possible to assume that the flow path is opened to discharge water. When an on-off valve with this configuration is used for a gas-liquid separator, assuming a situation in which fine particle-like foreign matter is contained in the water stored in the water storage section, the valve body comes into contact with the valve body in the open position. Foreign matter sometimes adhered to the surface.

弁体の当接面に異物が付着した場合には、弁体が開放位置から閉塞位置に達しても、弁体の当接面と、流路ハウジングとの間に微粒子状の異物が挟み込まれ、水の流れを完全に遮断できず、僅かな量の水が継続的に排出されることもあった。 When foreign matter adheres to the contact surface of the valve body, even if the valve body reaches the closed position from the open position, the fine particle foreign matter is caught between the contact surface of the valve body and the flow path housing. In some cases, the flow of water could not be completely blocked, and a small amount of water was continuously discharged.

また、気液分離器から排出される水を再利用することを考えると、水に微粒子状の異物が含まれている場合には、異物が配管の内面に滞留することや、水を供給するポンプの内部に付着してポンプの円滑な作動を損なうこともあった。 In addition, considering the reuse of water discharged from the gas-liquid separator, if the water contains fine particle-like foreign matter, the foreign matter stays on the inner surface of the pipe and supplies water. In some cases, it adhered to the inside of the pump and impaired the smooth operation of the pump.

この課題を解消するため、気液分離器で分離した水を濾過するフィルタを気液分離器の内部で、貯水部の上流側に備えることも考えられる。特に、この構成では、フィルタの目の面積(目開き)を小さくする(メッシュを大きくする)ことが水に含まれる微粒子状の異物を除去する点において有効となる。 In order to solve this problem, it is conceivable to provide a filter for filtering the water separated by the gas-liquid separator inside the gas-liquid separator on the upstream side of the water storage unit. In particular, in this configuration, reducing the area (opening) of the eyes of the filter (increasing the mesh) is effective in removing fine particle-like foreign substances contained in water.

しかしながら、大きいメッシュ(目開きの小さい)のフィルタを用いた場合には、フィルタの目が水で塞がれ、このフィルタより下側の空間(貯水部の空間)のガスが、フィルタより上側の空間に抜けないため、フィルタの目を水が透過しない現象を招くものであった。 However, when a filter with a large mesh (small opening) is used, the eyes of the filter are blocked with water, and the gas in the space below this filter (space in the water storage section) is above the filter. Since it does not escape into the space, it causes a phenomenon that water does not pass through the eyes of the filter.

つまり、フィルタの目開きが小さい場合には、フィルタの目が水の表面張力により塞がれやすいものである。フィルタの目が塞がれた直後は、フィルタより下側の空間(貯水部の空間)のガスの圧力と、フィルタより上側の空間(気液分離器の内部空間)のガスの圧力とは等しい。その後フィルタの目に水が溜まると、フィルタの目を塞いだ状態のまま一部の水が重力により貯水部に落ちて貯水量が増加する一方、フィルタより上側の空間のガスはフィルタを透過しないままなので、フィルタより下側の空間の圧力が上昇する。フィルタより下側の空間の圧力が所定値を上回ると上側の空間の圧力との差圧によりフィルタに溜められた水も落下しなくなる。このように、フィルタの目が塞がれると、フィルタの目をガスが通過できない状況となり、結果として、水も通過できなくなる状況が引き起こされるため、十分な気液分離ができなくなるおそれがあった。 That is, when the opening of the filter is small, the opening of the filter is easily closed by the surface tension of water. Immediately after the filter's eyes are closed, the gas pressure in the space below the filter (water storage space) is equal to the gas pressure in the space above the filter (internal space of the gas-liquid separator). .. After that, when water collects in the eyes of the filter, some water falls into the water storage part due to gravity while the eyes of the filter are closed, and the amount of water stored increases, while the gas in the space above the filter does not pass through the filter. As it remains, the pressure in the space below the filter rises. When the pressure in the space below the filter exceeds a predetermined value, the water stored in the filter will not fall due to the pressure difference from the pressure in the space above. In this way, if the eyes of the filter are closed, gas cannot pass through the eyes of the filter, and as a result, water cannot pass through, which may lead to insufficient gas-liquid separation. ..

このような理由から、フィルタの目が小さくとも、ガスから分離した水をフィルタで濾過して貯水部に貯留し得る気液分離器が求められる。 For this reason, there is a demand for a gas-liquid separator capable of filtering water separated from gas with a filter and storing it in a water storage unit even if the size of the filter is small.

本発明に係る気液分離器の特徴構成は、導入された含水ガスから水を分離する気液分離部と、当該気液分離部で分離された水を蓄える貯水部とを有するハウジング、及び、前記ハウジングに収容され前記気液分離部から前記貯水部に送られる水に含まれる異物を除去する濾過ユニットを備えると共に、
前記濾過ユニットが、前記貯水部の上側に配置され、前記気液分離部と前記貯水部とを区画するフィルタと、前記フィルタより下側から上側へのガスの流れを許す連通筒とを備えている点にある。
The characteristic configuration of the gas-liquid separator according to the present invention is a housing having a gas-liquid separation unit that separates water from the introduced water-containing gas and a water storage unit that stores the water separated by the gas-liquid separation unit. It is provided with a filtration unit that removes foreign substances contained in the water contained in the housing and sent from the gas-liquid separation unit to the water storage unit.
The filtration unit is arranged above the water storage unit, and includes a filter that separates the gas-liquid separation unit and the water storage unit, and a communication tube that allows gas to flow from the lower side to the upper side of the filter. There is a point.

この特徴構成によると、濾過ユニットのフィルタの目開きが小さく、表面張力により水で目が塞がる状況であっても、連通筒がフィルタの下側から上側へガスの流れを許すことにより、フィルタより下側の空間の圧力と、フィルタより上側の空間の圧力とを同じにすることができ、フィルタの目を水が濾過する現象を可能にする。
その結果、フィルタの目が小さくとも、ガスから分離した水をフィルタで濾過して貯水部に貯留し得る気液分離器が構成された。
According to this feature configuration, the filter of the filtration unit has a small opening, and even in a situation where the eyes are closed by water due to surface tension, the communication cylinder allows gas to flow from the lower side to the upper side of the filter, so that it is better than the filter. The pressure in the lower space can be the same as the pressure in the space above the filter, allowing the phenomenon of water filtering through the eyes of the filter.
As a result, a gas-liquid separator capable of filtering the water separated from the gas with the filter and storing it in the water storage unit was constructed even if the size of the filter was small.

他の構成として、前記濾過ユニットは、前記フィルタを構成する網材と、前記網材を支持するフレームと、前記フレームから上方に突出する前記連通筒とが一体に形成されても良い。 As another configuration, the filtration unit may be integrally formed with a net material constituting the filter, a frame supporting the net material, and the communication cylinder protruding upward from the frame.

これによると、網材を支持するフレームと、連通筒とが一体に形成されているため、気液分離器の内部に濾過ユニットを備える場合でも、フレームと連通筒とを個別にセットする必要がなく、気液分離器の組み立てが容易となる。 According to this, since the frame that supports the net material and the communication cylinder are integrally formed, it is necessary to set the frame and the communication cylinder separately even if the filtration unit is provided inside the gas-liquid separator. This makes it easier to assemble the gas-liquid separator.

他の構成として、前記ハウジングが、前記貯水部および前記濾過ユニットが支持される下部ハウジングと、当該下部ハウジングを覆う位置に配置される上部ハウジングとを有すると共に、
前記濾過ユニットが、前記下部ハウジングに対し上側から下側に嵌め込み状態で支持され、前記連通筒の上端が、前記上部ハウジングの壁部の下面に近接、又は、当接する位置に配置されても良い。
As another configuration, the housing has a lower housing in which the water reservoir and the filtration unit are supported, and an upper housing arranged so as to cover the lower housing, and
The filtration unit may be supported in a state of being fitted from the upper side to the lower side with respect to the lower housing, and the upper end of the communication cylinder may be arranged at a position close to or in contact with the lower surface of the wall portion of the upper housing. ..

これによると、下部ハウジングに濾過ユニットを嵌め込み状態で支持し、この下部ハウジングを覆う位置に上部ハウジングをセットした場合に、上部ハウジングの壁部の下面に連通筒の上端が近接、又は、当接することにより、濾過ユニットの浮き上がりの抑制が可能となる。これにより、気液分離器を組み立てる場合には、濾過ユニットを固定するための工程を省くことも可能となる。 According to this, when the filtration unit is fitted into the lower housing and supported, and the upper housing is set at a position covering the lower housing, the upper end of the communication cylinder is close to or abuts on the lower surface of the wall portion of the upper housing. This makes it possible to suppress the floating of the filtration unit. This makes it possible to omit the step for fixing the filtration unit when assembling the gas-liquid separator.

他の構成として、前記濾過ユニットが、複数の前記連通筒を備えても良い。 As another configuration, the filtration unit may include a plurality of the communication tubes.

これによると、複数の連通筒により、フィルタより下側の空間のガスをフィルタより上側の空間に対して確実に流し、フィルタでの水の濾過を容易に行わせる。 According to this, the gas in the space below the filter is surely flowed to the space above the filter by the plurality of communication cylinders, and the water in the filter can be easily filtered.

気液分離器の斜視図である。It is a perspective view of a gas-liquid separator. 気液分離器の縦断側面図である。It is a vertical sectional side view of a gas-liquid separator. 濾過ユニットの斜視図である。It is a perspective view of a filtration unit. 膨出壁部において導入口を含む部位の横断平面図である。It is a cross-sectional plan view of the part including the introduction port in the bulging wall part. 膨出壁部の中間部位の横断平面図である。It is a cross-sectional plan view of the intermediate part of a bulging wall part. 別実施形態(a)の気液分離器の縦断側面図である。It is a vertical sectional side view of the gas-liquid separator of another embodiment (a). 別実施形態(a)の濾過ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the filtration unit of another embodiment (a). 別実施形態(b)の気液分離器の縦断側面図である。It is a vertical sectional side view of the gas-liquid separator of another embodiment (b). 別実施形態(c)の気液分離器の縦断側面図である。It is a vertical sectional side view of the gas-liquid separator of another embodiment (c). 別実施形態(c)の濾過ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the filtration unit of another embodiment (c). 別実施形態(d)の濾過ユニットの斜視図である。It is a perspective view of the filtration unit of another embodiment (d).

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔本体構成〕
図1、図2に示すように、含水ガスの導入口1と、含水ガスの排出口2と、気液分離部3と、流下案内部4と、貯水部5とを有するハウジング10を備えると共に、貯水部5に貯留された水の排出を行う電磁開閉弁6を備えて気液分離器Aが構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Main unit configuration]
As shown in FIGS. 1 and 2, a housing 10 having a water-containing gas introduction port 1, a water-containing gas discharge port 2, a gas-liquid separation unit 3, a flow-down guide unit 4, and a water storage unit 5 is provided. The gas-liquid separator A is configured with an electromagnetic on-off valve 6 for discharging the water stored in the water storage unit 5.

この気液分離器Aは、固体高分子型燃料電池(図示せず)の電力により走行する車両において、燃料電池のアノードから排出される含水ガスを導入口1からハウジング10の内部に導入し、気液分離部3で含水ガスから水を分離して貯水部5に貯留すると共に、水が分離されたガスを排出口2から排出するように構成されている。 This gas-liquid separator A introduces the water-containing gas discharged from the anode of the fuel cell into the inside of the housing 10 from the introduction port 1 in a vehicle traveling by the electric power of the solid polymer fuel cell (not shown). The gas-liquid separation unit 3 separates water from the water-containing gas and stores it in the water storage unit 5, and the gas separated from the water is discharged from the discharge port 2.

つまり、固体高分子型燃料電池では、アノードに対し、水素ガスと窒素ガスとを混合した燃料ガスを加湿して供給し、カソードに酸化剤ガス(酸素を含む空気)を供給することにより発電が行われる。燃料ガスを加湿する理由は、アノードを湿潤させるためであり、アノードから排出される(含水ガス)ガスには窒素ガスと未反応の水素ガスと水とが含まれる。 In other words, in a solid polymer fuel cell, fuel gas, which is a mixture of hydrogen gas and nitrogen gas, is humidified and supplied to the anode, and oxidant gas (air containing oxygen) is supplied to the cathode to generate power. Will be done. The reason for humidifying the fuel gas is to moisten the anode, and the (water-containing gas) gas discharged from the anode includes nitrogen gas, unreacted hydrogen gas, and water.

この理由から、この種の車両では、アノードから排出される含水ガスから水を分離して貯水部5に貯留すると共に、水が分離したガスを燃料電池のアノードに戻す還元経路に気液分離器Aを備えている。 For this reason, in this type of vehicle, water is separated from the water-containing gas discharged from the anode and stored in the water storage unit 5, and the gas-liquid separator is used as a reduction path for returning the separated gas to the anode of the fuel cell. It has an A.

この構成の燃料電池では、発電量から貯水部5に貯留される水量を推定できるため、発電量に基づいて貯水部5の水量をECU等の制御装置で推定する。この推定に基づき制御装置が電磁開閉弁6を制御して水を排出する制御を行う。尚、気液分離器Aでは、貯水部5に貯留された水量を検知するセンサを備え、このセンサの検知結果に基づいて電磁開閉弁6を開放するように構成しても良い。 In the fuel cell having this configuration, since the amount of water stored in the water storage unit 5 can be estimated from the amount of power generation, the amount of water in the water storage unit 5 is estimated by a control device such as an ECU based on the amount of power generation. Based on this estimation, the control device controls the electromagnetic on-off valve 6 to control the discharge of water. The gas-liquid separator A may be provided with a sensor for detecting the amount of water stored in the water storage unit 5, and may be configured to open the electromagnetic on-off valve 6 based on the detection result of this sensor.

〔ハウジング〕
気液分離器Aは、図1、図2に示すように上下関係を設定した姿勢で車両に備えられる。ハウジング10は、上部ハウジング11と下部ハウジング15とを有し、上部ハウジング11の上部フランジ11fと、下部ハウジング15の下部フランジ15fとを複数のボルト7で接合することで内部空間を形成している。尚、ハウジング10の内部空間に対し、導入口1と排出口2とが連通し、貯水部5に対して排出流路17aが連通する構造を有している。
〔housing〕
The gas-liquid separator A is provided in the vehicle in a posture in which a vertical relationship is set as shown in FIGS. 1 and 2. The housing 10 has an upper housing 11 and a lower housing 15, and an internal space is formed by joining the upper flange 11f of the upper housing 11 and the lower flange 15f of the lower housing 15 with a plurality of bolts 7. .. It should be noted that the structure is such that the introduction port 1 and the discharge port 2 communicate with each other with respect to the internal space of the housing 10, and the discharge flow path 17a communicates with the water storage unit 5.

上部ハウジング11と下部ハウジング15は樹脂で形成され、上部フランジ11fと下部フランジ15fとの境界面にシール材が挟み込まれている。尚、上部ハウジング11と下部ハウジング15とをアルミニウム等の金属で形成しても良い。 The upper housing 11 and the lower housing 15 are made of resin, and a sealing material is sandwiched between the interface between the upper flange 11f and the lower flange 15f. The upper housing 11 and the lower housing 15 may be formed of a metal such as aluminum.

上部ハウジング11には、平面視で貯水部5を挟んで導入口1と排出口2が形成され、この排出口2は、上部ハウジング11上下方向に貫通する形態で形成されている。また、上部ハウジング11は、上方に膨出する膨出壁12が一体形成され、この膨出壁12の内部に分離空間3Sが形成されている。更に、膨出壁12の上端部には導入口1が形成され、膨出壁12の内部の分離空間3Sに気液分離部3が配置されている。 An introduction port 1 and a discharge port 2 are formed in the upper housing 11 with the water storage portion 5 interposed therebetween in a plan view, and the discharge port 2 is formed so as to penetrate the upper housing 11 in the vertical direction. Further, in the upper housing 11, a bulging wall 12 that bulges upward is integrally formed, and a separation space 3S is formed inside the bulging wall 12. Further, an introduction port 1 is formed at the upper end portion of the bulging wall 12, and the gas-liquid separating portion 3 is arranged in the separation space 3S inside the bulging wall 12.

図2、図4、図5に示すように、膨出壁12は、平面視で円形となる内壁を有しているため分離空間3Sは円柱状の空間として形成される。気液分離部3は、膨出壁12の内壁に沿って複数(同図では6つ)の衝突壁3aを一体形成しており、導入口1から供給される含水ガスを複数の衝突壁3aに衝突させることで、ガスに含まれる水を衝突壁3aに水滴として付着させる状態で分離し、更に、分離した水を水滴として衝突壁3aから下方に自重により落下させる。 As shown in FIGS. 2, 4, and 5, the bulging wall 12 has an inner wall that is circular in a plan view, so that the separation space 3S is formed as a columnar space. The gas-liquid separation unit 3 integrally forms a plurality of collision walls 3a (six in the figure) along the inner wall of the bulging wall 12, and the water-containing gas supplied from the introduction port 1 is supplied to the plurality of collision walls 3a. The water contained in the gas is separated as water droplets on the collision wall 3a by colliding with the water droplets, and the separated water is further dropped downward from the collision wall 3a by its own weight as water droplets.

導入口1は、複数の衝突壁3aの上端近傍に高さが設定されている。この導入口1は、図4に示すように分離空間3Sの内周に沿う接線方向で、且つ、図2に示すように斜め下方に含水ガスを送り込むよう導入姿勢が設定されている。これにより、図2、図4において導入経路Sとして矢印で示す方向に含水ガスが導入された際には、導入筒体13の内部の分離空間3Sにおいて旋回(図4,図5で反時計回りで旋回)するスワール流が作り出されると共に、このスワール流が旋回しつつ下方に移動する。尚、導入口1は複数の衝突壁3aより高い位置に設定することにより、水の分離性能が高くなるため、図2に示す位置より高い位置に設定しても良い。 The height of the introduction port 1 is set near the upper end of the plurality of collision walls 3a. The introduction posture of the introduction port 1 is set so as to send the water-containing gas diagonally downward as shown in FIG. 2 in the tangential direction along the inner circumference of the separation space 3S as shown in FIG. As a result, when the water-containing gas is introduced in the direction indicated by the arrow as the introduction path S in FIGS. 2 and 4, it turns in the separation space 3S inside the introduction cylinder 13 (counterclockwise in FIGS. 4 and 5). A swirl flow is created, and this swirl flow moves downward while swirling. It should be noted that the introduction port 1 may be set at a position higher than the position shown in FIG. 2 because the water separation performance is improved by setting the introduction port 1 at a position higher than the plurality of collision walls 3a.

具体構成として、気液分離部3は、導入口1から分離空間3Sに供給された含水ガスが、最初に複数の衝突壁3aの1つに衝突するように、導入口1の導入経路Sの導入方向と、衝突壁3aとの位置関係が設定されている。更に、衝突した含水ガスを隣接する衝突壁3aに向けて流すように複数の衝突壁3aの角度が設定されている。これにより、導入口1から分離空間3Sに供給された含水ガスは、複数の衝突壁3aに順次衝突することで流動方向を変化させ、分離空間3Sにおいて旋回するスワール流を作り出す。 As a specific configuration, the gas-liquid separation unit 3 is provided in the introduction path S of the introduction port 1 so that the water-containing gas supplied from the introduction port 1 to the separation space 3S first collides with one of the plurality of collision walls 3a. The positional relationship between the introduction direction and the collision wall 3a is set. Further, the angles of the plurality of collision walls 3a are set so that the water-containing gas that has collided flows toward the adjacent collision wall 3a. As a result, the water-containing gas supplied from the introduction port 1 to the separation space 3S sequentially collides with the plurality of collision walls 3a to change the flow direction, and creates a swirl flow swirling in the separation space 3S.

従って、分離空間3Sに導入口1から含水ガスが供給された場合には、衝突壁3aに含水ガスが衝突する毎に含水ガスに含まれる水が水滴化して衝突壁3aに付着する。また、含水ガスの流れが乱され流速が低下することにより含水ガスに含まれる微細な水も分離する。その結果、水滴は図2において水経路Wとして矢印で示すように自重で下方に落下し、流下案内部4から貯水部5に流れ、水滴が分離した状態のガスは、図2においてガス流Gとして矢印で示すように分離空間3Sの下部から排出口2の方向に流れ、排出口2から上方に排出される。 Therefore, when the water-containing gas is supplied to the separation space 3S from the introduction port 1, each time the water-containing gas collides with the collision wall 3a, the water contained in the water-containing gas becomes water droplets and adheres to the collision wall 3a. In addition, the flow of the water-containing gas is disturbed and the flow velocity decreases, so that the fine water contained in the water-containing gas is also separated. As a result, the water droplets fall downward by their own weight as the water path W in FIG. 2 and flow from the flow guide unit 4 to the water storage unit 5, and the gas in the state where the water droplets are separated is the gas flow G in FIG. As shown by the arrow, the water flows from the lower part of the separation space 3S toward the discharge port 2, and is discharged upward from the discharge port 2.

下部ハウジング15には、中央部分から下方に向けて延出する有底筒状の貯水部壁17を備えている。また、下部ハウジング15には、分離空間3Sの下側において貯水部壁17に近い部位ほど低い傾斜姿勢の流下壁18(流下案内部4の具体構成)を形成している。 The lower housing 15 is provided with a bottomed cylindrical water storage portion wall 17 extending downward from the central portion. Further, in the lower housing 15, a flow-down wall 18 (specific configuration of the flow-down guide portion 4) having a lower inclined posture is formed in a portion closer to the water storage portion wall 17 on the lower side of the separation space 3S.

貯水部壁17で取り囲まれ上方に開放する空間で貯水部5が形成され、この貯水部壁17の下部の外面に電磁開閉弁6を備えている。また、貯水部5の上部には水に含まれる異物を除去する濾過ユニットFを備えている。 The water storage unit 5 is formed in a space surrounded by the water storage unit wall 17 and opened upward, and an electromagnetic on-off valve 6 is provided on the outer surface of the lower portion of the water storage unit wall 17. Further, the upper part of the water storage unit 5 is provided with a filtration unit F for removing foreign substances contained in water.

図2に示すように、貯水部壁17に排出流路17aが形成されている。電磁開閉弁6は、バネ付勢力により排出流路17aを閉塞する位置に保持される弁体6aと、通電によりバネ付勢力に抗して弁体6aを開放作動させる電磁ソレノイド6bとを備えて構成されている。この排出流路17aは図1に示す排水口17bと連通しており、電磁開閉弁6が開放されることにより貯水部5の水が排水口17bから排出される。 As shown in FIG. 2, a discharge flow path 17a is formed in the water storage portion wall 17. The electromagnetic on-off valve 6 includes a valve body 6a held at a position where the discharge flow path 17a is blocked by a spring-forced force, and an electromagnetic solenoid 6b that opens the valve body 6a against the spring-forced force by energization. It is configured. The discharge flow path 17a communicates with the drainage port 17b shown in FIG. 1, and when the electromagnetic on-off valve 6 is opened, the water in the water storage unit 5 is discharged from the drainage port 17b.

尚、この電磁開閉弁6は、弁体6aには貯水部壁17に当接する部位に柔軟に変形する樹脂製のシール膜6cを備えており、弁体6aが図2に示す閉塞位置にある場合には、シール膜6cが接触することで排出流路17aを閉塞する。また、電磁ソレノイド6bを駆動した場合には、弁体6aの作動に伴いシール膜6cが排出流路17aから離間するように構成されている。 The electromagnetic on-off valve 6 is provided with a resin sealing film 6c that flexibly deforms at a portion of the valve body 6a that abuts on the water storage portion wall 17, and the valve body 6a is in the closed position shown in FIG. In this case, the sealing film 6c comes into contact with the discharge flow path 17a. Further, when the electromagnetic solenoid 6b is driven, the seal film 6c is configured to be separated from the discharge flow path 17a as the valve body 6a operates.

濾過ユニットFは、図2、図3に示すように貯水部壁17に嵌め込まれる樹脂製の環状フレーム21と、この環状フレーム21の内周に張設され金属線またはナイロンを用いた網材で成る円形状のフィルタ22と、樹脂製の連通筒25とを備えて構成されている。フィルタ22の目開きは、0.05mm程度に設定され、環状フレーム21の外周の環状溝に対しリング状のシール21aが嵌め込まれている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the filtration unit F is a resin annular frame 21 fitted into the water storage portion wall 17, and a net material stretched around the inner circumference of the annular frame 21 and using a metal wire or nylon. It is configured to include a circular filter 22 and a resin communication cylinder 25. The opening of the filter 22 is set to about 0.05 mm, and a ring-shaped seal 21a is fitted into the annular groove on the outer periphery of the annular frame 21.

環状フレーム21は、平面視で円形であり、この環状フレーム21のうち、この環状フレーム21の中心を基準に、排出口2に偏る位置の内周部分に一部が連なるように、この環状フレーム21と一体的に連通筒25が形成されている。尚、フィルタ22は、環状フレーム21と連通筒25とを金型により成形する際にインサートにより備えられる。 The annular frame 21 is circular in a plan view, and the annular frame 21 is such that a part of the annular frame 21 is connected to the inner peripheral portion of the annular frame 21 at a position biased toward the discharge port 2 with respect to the center of the annular frame 21. The communication cylinder 25 is formed integrally with the 21. The filter 22 is provided by an insert when the annular frame 21 and the communication cylinder 25 are molded by a mold.

この金型成形で連通筒25が形成されるため、環状フレーム21の下端位置と一致するレベルに、連通筒25の下端位置が設定され、この下端位置から上方に突出する領域に連通筒25が形成される。また、フィルタ22は円形状であるため連通筒25の内部にも配置される。 Since the communication cylinder 25 is formed by this mold forming, the lower end position of the communication cylinder 25 is set at a level corresponding to the lower end position of the annular frame 21, and the communication cylinder 25 is set in the region protruding upward from the lower end position. It is formed. Further, since the filter 22 has a circular shape, it is also arranged inside the communication cylinder 25.

図2に示すように、上部ハウジング11の壁部には下側に突出するリブ11aが形成され、このリブ11aの下面に連通筒25の上端が当接するように、連通筒25の突出量が設定されている。尚、連通筒25の上端はリブ11aに近接するように位置関係が設定されても良い。 As shown in FIG. 2, a rib 11a projecting downward is formed on the wall portion of the upper housing 11, and the amount of protrusion of the communication cylinder 25 is such that the upper end of the communication cylinder 25 abuts on the lower surface of the rib 11a. It is set. The positional relationship may be set so that the upper end of the communication cylinder 25 is close to the rib 11a.

この濾過ユニットFでは、環状フレーム21の外周のシール21aを、貯水部壁17の内周に密着させることで、流下壁18から流れる水を確実にフィルタ22に供給するように構成されている。 In this filtration unit F, the seal 21a on the outer periphery of the annular frame 21 is brought into close contact with the inner circumference of the water storage portion wall 17, so that the water flowing from the down wall 18 is surely supplied to the filter 22.

〔実施形態の作用効果〕
この構成から、導入口1から導入経路Sに沿って含水ガスが導入された場合には、導入された含水ガスを、衝突壁3aの高い位置に衝突させると共に、スワール流を作り出す。このスワール流が分離空間3Sに流れる際には、含水ガスを複数の衝突壁3aに連続的に衝突させる状態で、衝突位置を順次下方に移動させることにより、複数の衝突壁3aに対して繰り返して接触させ、含水ガスに含まれる水を効率良く分離できる。
[Action and effect of the embodiment]
From this configuration, when the water-containing gas is introduced from the introduction port 1 along the introduction path S, the introduced water-containing gas collides with the high position of the collision wall 3a and creates a swirl flow. When this swirl flow flows into the separation space 3S, the water-containing gas is continuously collided with the plurality of collision walls 3a, and the collision positions are sequentially moved downward to repeatedly collide with the plurality of collision walls 3a. The water contained in the water-containing gas can be efficiently separated.

また、含水ガスが衝突壁3aに衝突し付着することで含水ガスに含まれる水が水滴化した場合には、水滴が衝突位置から水経路Wに沿って下方に落下し、流下壁18(流下案内部4)で受け止められると共に、この流下壁18に沿って(水経路Wに沿って)流れることで貯水部5に貯留される。 Further, when the water contained in the water-containing gas collides with the collision wall 3a and adheres to the water-containing gas to form water droplets, the water droplets fall downward from the collision position along the water path W and flow down the wall 18 (flowing down). It is received by the guide unit 4) and flows along the flow-down wall 18 (along the water path W) to be stored in the water storage unit 5.

この構成では、衝突壁3aにおいて水滴化した水が貯水部5に対して直接的に落下しないため、貯水部5の水が跳ね上がる現象が防止される。しかも、流下壁18が斜め姿勢で形成されているため、この流下壁18の上面は常に水が流れる状態にあり、この流下壁18に落下した水滴は、流れる状態にある水に接触することで運動エネルギーが吸収され、落下した水滴から飛沫が発生しても、この飛沫は高く跳ねることがなく、含水ガスから分離した水がハウジング内でガスに再度接触する現象も抑制できる。 In this configuration, since the water droplets on the collision wall 3a do not directly fall on the water storage unit 5, the phenomenon that the water in the water storage unit 5 jumps up is prevented. Moreover, since the down wall 18 is formed in an oblique posture, the upper surface of the down wall 18 is always in a state where water flows, and the water droplets that have fallen on the down wall 18 come into contact with the flowing water. Even if kinetic energy is absorbed and droplets are generated from the dropped water droplets, the droplets do not bounce high, and the phenomenon that the water separated from the water-containing gas comes into contact with the gas again in the housing can be suppressed.

また、貯水部5の上部位置には濾過ユニットFを備えているため、微粒子状の異物を除去できるだけでなく、貯水部5に水滴が直接的に落下することがあっても濾過ユニットFのフィルタ22に接触するため、貯水部5に貯留されている水に直接的に再度接触することはなく、水が跳ね上げられることもない。 Further, since the filtration unit F is provided at the upper position of the water storage unit 5, not only can foreign matter in the form of fine particles be removed, but also the filter of the filtration unit F even if water droplets may fall directly on the water storage unit 5. Since it comes into contact with 22, it does not come into direct contact with the water stored in the water storage unit 5 again, and the water is not splashed up.

そして、フィルタ22に水に含まれる異物が除去されるため、電磁開閉弁6が電磁ソレノイド6bの駆動により弁体6aを作動させる構成であっても、弁体6aが開放位置から閉塞位置に移動する際に、水に含まれる異物が弁体6aに挟み込まれる不都合がなく、電磁開閉弁6を適正に作動させることが可能となる。 Then, since the foreign matter contained in the water is removed from the filter 22, the valve body 6a moves from the open position to the closed position even if the electromagnetic on-off valve 6 is configured to operate the valve body 6a by driving the electromagnetic solenoid 6b. At that time, there is no inconvenience that foreign matter contained in water is caught in the valve body 6a, and the electromagnetic on-off valve 6 can be operated properly.

導入口1から分離空間3Sに供給された含水ガスは、分離空間3Sでスワール流として流れるため、分離空間3Sに達したガスは水平方向に向けて容易に流れることで排出口2に達し、この排出口2から上方に排出される。これにより、水が分離したガスを、ハウジング10の内部において貯水部5に接近させずに送ることで水に接触する可能性を低くし、分離した水が再びガスに含まれる不都合を抑制できる。 Since the water-containing gas supplied from the introduction port 1 to the separation space 3S flows as a swirl flow in the separation space 3S, the gas reaching the separation space 3S easily flows in the horizontal direction and reaches the discharge port 2. It is discharged upward from the discharge port 2. As a result, the possibility that the separated water is sent to the inside of the housing 10 without approaching the water storage unit 5 is reduced, and the inconvenience that the separated water is contained in the gas again can be suppressed.

特に、気液分離器Aとしてサイクロン効果により含水ガスから水を分離するものと比較すると、この構成では、導入口1の位置と排出口2との位置や、ハウジング10の形状に制約がなく、設計が容易になる。 In particular, as compared with the gas-liquid separator A that separates water from the water-containing gas by the cyclone effect, in this configuration, there are no restrictions on the positions of the introduction port 1 and the discharge port 2 and the shape of the housing 10. Easy to design.

この気液分離器Aでは、濾過ユニットFに連通筒25を備えることで気液分離部3において含水ガスから分離した水が、フィルタ22の部位に達することがあっても、この水は、連通筒25の内部に入り込むことはない。このことから、連通筒25の外部のフィルタ22に水が付着して表面張力によりフィルタ22の目を塞ぐ状態に達しても、連通筒25の内部のフィルタ22には水が付着しない状態が維持されるので、フィルタ22より下側の空間(以下、下側空間LSと称する)にあるガスと、フィルタより上側の空間(以下、上側空間USと称する)にあるガスとが連通筒25を介して移動が可能となり、下側空間LSにあるガスと、上側空間USにあるガスとの圧力を同じにすることができる。 In this gas-liquid separator A, even if the water separated from the water-containing gas in the gas-liquid separation unit 3 by providing the communication cylinder 25 in the filtration unit F may reach the portion of the filter 22, the water communicates. It does not get inside the cylinder 25. Therefore, even if water adheres to the filter 22 outside the communication cylinder 25 and closes the eyes of the filter 22 due to surface tension, the state in which water does not adhere to the filter 22 inside the communication cylinder 25 is maintained. Therefore, the gas in the space below the filter 22 (hereinafter referred to as the lower space LS) and the gas in the space above the filter (hereinafter referred to as the upper space US) pass through the communication cylinder 25. The gas in the lower space LS and the gas in the upper space US can have the same pressure.

更に、気液分離器Aを組み立てた状態では、連通筒25の上端が上部ハウジング11のリブ11aに当接するため、濾過ユニットFを決まった位置に保持することが可能となる。 Further, in the assembled state of the gas-liquid separator A, the upper end of the communication cylinder 25 abuts on the rib 11a of the upper housing 11, so that the filtration unit F can be held at a fixed position.

これにより、フィルタ22に目開きの値が小さいものを用いても、フィルタ22に付着した水により貯水部5が密封状態に陥ることがなく、連通筒25より外方のフィルタ22の部位を水が良好に濾過して貯水部5に水を送り込むことが可能となる。 As a result, even if a filter 22 having a small opening value is used, the water storage portion 5 does not fall into a sealed state due to the water adhering to the filter 22, and the portion of the filter 22 outside the communication cylinder 25 is watered. Can be well filtered and water can be sent to the water storage unit 5.

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い(実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している)。
[Another Embodiment]
The present invention may be configured as follows in addition to the above-described embodiments (those having the same functions as those of the embodiments are designated by the same numbers and reference numerals as those of the embodiments).

(a)図6、図7に示すように、濾過ユニットFを、連通筒25をフィルタ22の中心位置から立ち上がる位置に配置して構成する。この別実施形態(a)では、環状フレーム21から中心方向に複数の補強フレーム部21fを形成しており、この複数の補強フレーム部21fに対して連通筒25を一体形成している。 (A) As shown in FIGS. 6 and 7, the filtration unit F is configured by arranging the communication cylinder 25 at a position where it rises from the center position of the filter 22. In the other embodiment (a), a plurality of reinforcing frame portions 21f are formed in the central direction from the annular frame 21, and a communication cylinder 25 is integrally formed with the plurality of reinforcing frame portions 21f.

この別実施形態(a)でも、実施形態と同様に金型により環状フレーム21と連通筒25とを成形し、この成形時にフィルタ22をインサートするものを想定しているため、環状フレーム21の下端位置と、連通筒25の下端位置とが同じレベルであり、フィルタ22は連通筒25の内部にも形成される。 Also in this other embodiment (a), since it is assumed that the annular frame 21 and the communication cylinder 25 are molded by the mold and the filter 22 is inserted at the time of molding, the lower end of the annular frame 21 is assumed. The position and the lower end position of the communication cylinder 25 are at the same level, and the filter 22 is also formed inside the communication cylinder 25.

この別実施形態(a)の構成においても、連通筒25を上部ハウジング11の壁部のリブ11aの下面に連通筒25の上端が当接するように、この連通筒25の突出量が設定されている。 Also in the configuration of the other embodiment (a), the protrusion amount of the communication cylinder 25 is set so that the upper end of the communication cylinder 25 abuts on the lower surface of the rib 11a of the wall portion of the upper housing 11. There is.

(b)図8に示すように、濾過ユニットFの構成を、別実施形態(a)と基本的に共通するように構成すると共に、連通筒25の内部の下部位置にフィルタ22を備えずに、この連通筒25の上端近くにフィルタ22を備える。 (B) As shown in FIG. 8, the configuration of the filtration unit F is basically the same as that of the other embodiment (a), and the filter 22 is not provided at the lower position inside the communication cylinder 25. A filter 22 is provided near the upper end of the communication cylinder 25.

このように連通筒25の上端近くにフィルタ22を備えた構成では、このフィルタ22に水が付着する現象を確実に抑制できることから、貯水部5のガスを連通筒25により送り出し、貯水部5への水の送り込みを一層良好に行える。 In such a configuration in which the filter 22 is provided near the upper end of the communication cylinder 25, the phenomenon of water adhering to the filter 22 can be reliably suppressed. Therefore, the gas of the water storage unit 5 is sent out by the communication cylinder 25 to the water storage unit 5. Water can be sent in even better.

(c)図9、図10に示すように、濾過ユニットFの構成を、別実施形態(a)(b)と基本的に共通するように構成すると共に、連通筒25の上端を傾斜姿勢に切断した形状に設定することで楕円形の上部開口25aを形成し、更に、連通筒25の内部の下部位置にフィルタ22を備えずに、この連通筒25の上部開口にフィルタ22備える。 (C) As shown in FIGS. 9 and 10, the configuration of the filtration unit F is basically the same as that of the other embodiments (a) and (b), and the upper end of the communication cylinder 25 is in an inclined posture. By setting the shape to be cut, an elliptical upper opening 25a is formed, and further, the filter 22 is provided in the upper opening of the communication cylinder 25 without providing the filter 22 in the lower position inside the communication cylinder 25.

この別実施形態(c)では、上部開口25aが開口する方向を、ガスが流れる方向の下流側に設定することで、ガスの流れ込みを抑制している。構成においても、連通筒25を上部ハウジング11の壁部のリブ11aの下面に連通筒25の上端が当接するように、この連通筒25の突出量が設定されている。また、上部開口25aのフィルタ22が傾斜して配置されているので、仮に、このフィルタ22に水が付着したとしても、付着した水は傾斜姿勢のフィルタ22の表面を下側に流れ、連通筒25の外周を伝って下方に流れるので、フィルタ22の目が塞がれ難いものとなる。 In this other embodiment (c), the inflow of gas is suppressed by setting the opening direction of the upper opening 25a to the downstream side in the direction in which the gas flows. Also in the configuration, the protrusion amount of the communication cylinder 25 is set so that the upper end of the communication cylinder 25 abuts on the lower surface of the rib 11a of the wall portion of the upper housing 11. Further, since the filter 22 having the upper opening 25a is arranged in an inclined manner, even if water adheres to the filter 22, the attached water flows downward on the surface of the filter 22 in the inclined posture and communicates with the communication cylinder. Since it flows downward along the outer circumference of the 25, the eyes of the filter 22 are not easily closed.

(d)図11に示すように、濾過ユニットFの構成として、複数の連通筒25を備えて構成する。図面では一対の連通筒25を示しているが、3つ以上であっても良い。このように複数の連通筒25を備える場合、フィルタ22は、連通筒25の下部と上端との何れに備えても良い。 (D) As shown in FIG. 11, the filtration unit F is configured to include a plurality of communication tubes 25. Although the drawings show a pair of communication cylinders 25, there may be three or more communication cylinders 25. When a plurality of communication cylinders 25 are provided in this way, the filter 22 may be provided on either the lower portion or the upper end of the communication cylinder 25.

この別実施形態(d)においても、各々の連通筒25の上端が上部ハウジング11のリブ11aに当接するように配置されている。このように複数の連通筒25を備えることにより、貯水部5のガスを良好に上方に流し、フィルタ22を濾過した水を良好に貯水部5に流し込むことが可能となる。 Also in this other embodiment (d), the upper end of each communication cylinder 25 is arranged so as to abut against the rib 11a of the upper housing 11. By providing the plurality of communication cylinders 25 in this way, the gas of the water storage unit 5 can be satisfactorily flowed upward, and the water filtered through the filter 22 can be satisfactorily flowed into the water storage unit 5.

本発明は、ガスに含まれる水を除去する気液分離器に利用することができる。 The present invention can be used for a gas-liquid separator that removes water contained in a gas.

3 気液分離部
5 貯水部
11 上部ハウジング
15 下部ハウジング
21 フレーム(環状フレーム)
22 フィルタ
25 連通筒
F 濾過ユニット
3 Air-liquid separation part 5 Water storage part 11 Upper housing 15 Lower housing 21 Frame (annular frame)
22 Filter 25 Communication cylinder F Filtration unit

Claims (4)

導入された含水ガスから水を分離する気液分離部と、当該気液分離部で分離された水を蓄える貯水部とを有するハウジング、及び、前記ハウジングに収容され前記気液分離部から前記貯水部に送られる水に含まれる異物を除去する濾過ユニットを備えると共に、
前記濾過ユニットが、前記貯水部の上側に配置され、前記気液分離部と前記貯水部とを区画するフィルタと、前記フィルタより下側から上側へのガスの流れを許す連通筒とを備えている気液分離器。
A housing having a gas-liquid separation unit that separates water from the introduced water-containing gas and a water storage unit that stores the water separated by the gas-liquid separation unit, and the water storage unit housed in the housing and from the gas-liquid separation unit. It is equipped with a filtration unit that removes foreign substances contained in the water sent to the unit.
The filtration unit is arranged above the water storage unit, and includes a filter that separates the gas-liquid separation unit and the water storage unit, and a communication tube that allows gas to flow from the lower side to the upper side of the filter. There is a gas-liquid separator.
前記濾過ユニットは、前記フィルタを構成する網材と、前記網材を支持するフレームと、前記フレームから上方に突出する前記連通筒とが一体に形成されている請求項1に記載の気液分離器。 The gas-liquid separation according to claim 1, wherein the filtration unit is integrally formed with a mesh material constituting the filter, a frame supporting the mesh material, and a communication cylinder protruding upward from the frame. vessel. 前記ハウジングが、前記貯水部および前記濾過ユニットが支持される下部ハウジングと、当該下部ハウジングを覆う位置に配置される上部ハウジングとを有すると共に、
前記濾過ユニットが、前記下部ハウジングに対し上側から下側に嵌め込み状態で支持され、前記連通筒の上端が、前記上部ハウジングの壁部の下面に近接、又は、当接する位置に配置されている請求項1又は2に記載の気液分離器。
The housing has a lower housing in which the water reservoir and the filtration unit are supported, and an upper housing arranged so as to cover the lower housing.
A claim in which the filtration unit is supported in a state of being fitted from the upper side to the lower side with respect to the lower housing, and the upper end of the communication cylinder is arranged at a position close to or in contact with the lower surface of the wall portion of the upper housing. Item 2. The gas-liquid separator according to Item 1.
前記濾過ユニットが、複数の前記連通筒を備えている請求項1~3のいずれか一項に記載の気液分離器。 The gas-liquid separator according to any one of claims 1 to 3, wherein the filtration unit includes a plurality of the communication tubes.
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