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WO2018105563A1 - 気液分離装置 - Google Patents

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WO2018105563A1
WO2018105563A1 PCT/JP2017/043506 JP2017043506W WO2018105563A1 WO 2018105563 A1 WO2018105563 A1 WO 2018105563A1 JP 2017043506 W JP2017043506 W JP 2017043506W WO 2018105563 A1 WO2018105563 A1 WO 2018105563A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
liquid
pipe
peripheral surface
inlet pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/043506
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲暢 鈴木
豪孝 伊藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Usui Co Ltd
Original Assignee
Usui Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to BR112019010026A priority patent/BR112019010026A2/pt
Priority to CN201780072160.9A priority patent/CN109982767B/zh
Priority to US16/463,997 priority patent/US11179662B2/en
Priority to RU2019120829A priority patent/RU2019120829A/ru
Priority to MX2019006669A priority patent/MX2019006669A/es
Priority to KR1020197016214A priority patent/KR102452177B1/ko
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    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/14—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by rotating vanes, discs, drums or brushes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/02—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct with heating or cooling, e.g. quenching, means
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    • B04C3/06—Construction of inlets or outlets to the vortex chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M35/00—Combustion-air cleaners, air intakes, intake silencers, or induction systems specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F02M35/10—Air intakes; Induction systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
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    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a gas-liquid separator that separates gas and liquid contained in a gas-liquid two-phase fluid.
  • the gas-liquid two-phase fluid flowing in the pipe is swirled, and the liquid is separated from the gas by guiding the liquid to the inner peripheral surface of the pipe by centrifugal force to form liquid droplets.
  • Gas-liquid separation devices that discharge outside are known (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3).
  • the present invention has been made paying attention to the above-mentioned problem, and it is possible to prevent liquid droplets from flowing together with gas when the gas-liquid two-phase fluid is swirled and gas-liquid separated while suppressing enlargement of the apparatus. It is an object of the present invention to provide a gas-liquid separator that can be prevented.
  • the present invention comprises a pipe through which a gas-liquid two-phase fluid flows, and a swirl flow generating means arranged inside the pipe to swirl the gas-liquid two-phase fluid along the inner peripheral surface of the pipe. It is a gas-liquid separator provided.
  • a first step surface having a larger inner diameter dimension toward the downstream side is formed on the inner peripheral surface on the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid than the swirling flow generating means. .
  • FIG. 1 is an overall system diagram showing an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine to which a gas-liquid separator according to a first embodiment is applied. It is sectional drawing which shows the gas-liquid separator of Example 1.
  • FIG. It is an enlarged view of the A section shown in FIG. It is an enlarged view of the B section shown in FIG. It is a perspective view which shows the swirl
  • FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC in FIG. It is explanatory drawing which shows the gas-liquid two-phase fluid in the gas-liquid separation apparatus of Example 1, and the flow of the isolate
  • FIG. It is an enlarged view of the A1 part shown in FIG. It is sectional drawing which shows the gas-liquid separator of Example 2. It is explanatory drawing which shows the gas-liquid two-phase fluid in the gas-liquid separation apparatus of Example 2, and the flow of the isolate
  • FIG. It is sectional drawing which shows the 1st modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the 4th modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. is sectional drawing which shows the 1st modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. It
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows the 5th modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1.
  • FIG. 2 It is sectional drawing to which the principal part which shows the 6th modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 1 was expanded. It is sectional drawing which shows the 1st modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 2.
  • FIG. 2 It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the gas-liquid separation apparatus of Example 2.
  • Example 1 First, the configuration of the gas-liquid separation device according to the first embodiment will be described by dividing it into “the overall system configuration of the application example”, “the detailed configuration of the gas-liquid separation device”, and “the detailed configuration of the swirling flow generating ribbon”.
  • FIG. 1 is an overall system diagram showing an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine to which a gas-liquid separator according to a first embodiment is applied.
  • the overall system configuration of an application example of the first embodiment will be described below with reference to FIG.
  • the gas-liquid separator 20 of Example 1 is applied to the exhaust gas recirculation system S of the internal combustion engine 1 shown in FIG.
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a diesel engine mounted on a vehicle as a driving source for traveling, and has four cylinders (not shown). An intake passage 2 and an exhaust passage 3 are connected to each cylinder.
  • the intake passage 2 is formed with an intake port 2a at an end, and in order from the intake port 2a side, an air filter 4 for intake filtration, a compressor 5a of a turbocharger 5, an intercooler 6 for cooling intake air, and an intake air amount
  • a throttle valve 7 is provided for adjusting.
  • a turbine 5b of the turbocharger 5 an exhaust purification catalyst 8 for purifying exhaust, and an exhaust throttle valve 9 for adjusting the exhaust flow rate are provided in this order from the internal combustion engine 1 side.
  • a muffler 10 is provided on the downstream side of the exhaust throttle valve 9, and an exhaust port 3a is formed at the end thereof.
  • EGR exhaust Gas Recirculation
  • exhaust gas recirculation is a technique in which a part of exhaust gas after combustion in the internal combustion engine 1 is taken out and re-intaked, and is also referred to as exhaust gas recirculation.
  • the low pressure EGR passage 11 connects the intake passage 2 upstream of the compressor 5 a and the exhaust passage 3 downstream of the exhaust purification catalyst 8.
  • the high pressure EGR passage 12 connects the intake passage 2 downstream of the compressor 5a and the exhaust passage 3 upstream of the turbine 5b.
  • the low-pressure EGR passage 11 has an EGR cooler 13 for cooling the exhaust led to the intake passage 2 and a low-pressure EGR for adjusting the flow rate of the exhaust gas recirculated to the intake passage 2 through the low-pressure EGR passage 11. And a valve 14.
  • the high pressure EGR passage 12 is provided with a high pressure EGR valve 15 for adjusting the flow rate of the exhaust gas recirculated to the intake passage 2 through the high pressure EGR passage 12.
  • the exhaust gas can be recirculated without reducing the exhaust amount passing through the turbine 5b of the turbocharger 5, and the NOx reduction effect is great.
  • the gas-liquid separator 20 shown in FIG. 2 is positioned downstream of the low-pressure EGR valve 14 and upstream of the compressor 5a of the turbocharger 5 (position surrounded by a one-dot chain line X in FIG. 1). ) To evaporate the condensed water as droplets.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the gas-liquid separator according to the first embodiment.
  • the detailed structure of the gas-liquid separation apparatus 20 of Example 1 is demonstrated.
  • the gas-liquid separator 20 includes an inlet pipe 21 (piping), an inner pipe 22 (piping), and a swirling flow generating ribbon 30 (swirling flow generating means). Yes.
  • the inlet pipe 21 has an upstream end (right side in FIG. 2) that communicates with the intake port 2a and the low-pressure EGR valve 14, and the exhaust (hereinafter referred to as " Gas-liquid two-phase fluid ”) flows in.
  • a swirl flow generating ribbon 30 that swirls the flow of the gas-liquid two-phase fluid along the inner peripheral surface 21b is disposed inside the inlet pipe 21.
  • an exhaust port 21a opened in the axial direction is formed at the downstream end portion (left side in FIG. 2) of the inlet pipe 21.
  • a tapered surface 21c and an annular groove 21d are formed in order from the upstream side along the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid.
  • the tapered surface 21 c is an inclined surface that gradually increases the inner diameter of the inlet pipe 21 toward the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid, and the flow of the gas-liquid two-phase fluid more than the swirling flow generating ribbon 30. It is formed at a position downstream in the direction. Thereby, the inner diameter dimension of the inlet pipe 21 is the smallest in the first region 23A on the upstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid from the tapered surface 21c, and in the second region 23B in which the tapered surface 21c is formed. The size gradually increases, and the third region 23C, which is downstream of the tapered surface 21c in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid, becomes the largest.
  • a swirl flow generating ribbon 30 is disposed in the first region 23A, and an exhaust port 21a is formed in the third region 23C.
  • the annular groove 21d is an annular recess extending along the circumferential direction of the inlet pipe 21, and is provided at a position further downstream from the tapered surface 21c, that is, in the third region 23C.
  • the annular groove 21d has a first step surface 41, a second step surface 42, and a bottom surface 43 as shown in an enlarged view in FIG.
  • step difference surface 41 is a surface located in the upstream of the flow direction of a gas-liquid two-phase fluid in the surface which forms the annular groove part 21d. Due to the first step surface 41, the inner diameter of the inlet pipe 21 increases stepwise toward the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid. That is, the inlet pipe 21 has a larger inner diameter dimension D2 at a position inside the annular groove 21d than an inner diameter dimension D1 at a position upstream of the annular groove 21d. Further, the angle ⁇ 1 formed by the first step surface 41 and the inner peripheral surface 211b on the upstream side of the first step surface 41 is set to 90 ° here.
  • step difference surface 42 is a surface located in the downstream of the flow direction of a gas-liquid two-phase fluid in the surface which forms the annular groove part 21d. Due to the second step surface 42, the inner diameter of the inlet pipe 21 decreases stepwise toward the downstream side in the gas-liquid two-phase fluid flow direction. That is, the inlet pipe 21 has a larger inner diameter dimension D2 at a position inside the annular groove portion 21d than an inner diameter dimension D3 at a position downstream of the annular groove portion 21d.
  • the angle ⁇ 2 formed by the second step surface 42 and the inner peripheral surface 212b on the downstream side of the second step surface 42 is set to 90 ° here.
  • the height dimension H2 of the second step surface 42 is set to be the same as the height dimension H1 of the first step surface 41.
  • the bottom surface 43 is a surface that extends in the circumferential direction of the inlet pipe 21 and serves as a bottom surface of the annular groove portion 21d, and is located between the first step surface 41 and the second step surface 42.
  • the inner pipe 22 is formed of a straight pipe member having an outer diameter smaller than the minimum inner diameter of the third region 23 ⁇ / b> C of the inlet pipe 21, and one end 22 a is inserted into the exhaust port 21 a of the inlet pipe 21. Installed coaxially.
  • the one end 22a is formed with an opening 22b that is opened downstream of the swirling flow generating ribbon 30 in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid. Further, the downstream end (the left side in FIG. 2) of the inner pipe 22 communicates with the compressor 5 a of the turbocharger 5.
  • the opening 22b is open in the axial direction of the inner pipe 22. That is, the inlet pipe 21, the inner pipe 22, the exhaust port 21a, and the opening 22b are coaxial.
  • each annular groove 22d is an annular recess extending along the circumferential direction of the inner pipe 22, and is located in the inner pipe 22, that is, at a position downstream of the swirling flow generating ribbon 30 in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid. Is provided.
  • one of the two annular groove portions 22 d is formed at a portion inserted into the inlet pipe 21, and the other is formed at a portion protruding from the inlet pipe 21.
  • Each annular groove 22d has a first step surface 44, a second step surface 45, and a bottom surface 46, as shown in an enlarged view in FIG.
  • step difference surface 44 is a surface located in the upstream of the flow direction of a gas-liquid two-phase fluid in the surface which forms the annular groove part 22d. Due to the first step surface 44, the inner diameter of the inner pipe 22 increases stepwise toward the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid. That is, the inner pipe 22 has a larger inner diameter dimension D5 at a position inside the annular groove portion 22d than an inner diameter dimension D4 at a position upstream of the annular groove portion 22d. In addition, an angle ⁇ 3 formed by the first step surface 44 and the inner peripheral surface 221c upstream of the first step surface 44 is set to 90 ° here.
  • step difference surface 45 is a surface located in the downstream of the flow direction of a gas-liquid two-phase fluid in the surface which forms the annular groove part 22d. Due to the second step surface 45, the inner diameter of the inner pipe 22 decreases stepwise toward the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid. That is, the inner pipe 22 has a larger inner diameter dimension D5 at a position inside the annular groove 22d than an inner diameter dimension D6 at a position downstream of the annular groove 22d.
  • the angle ⁇ 4 formed by the second step surface 45 and the inner peripheral surface 222c on the downstream side of the second step surface 45 is set to 90 ° here.
  • the height dimension H4 of the second step surface 45 is set to the same dimension as the height dimension H3 of the first step surface 44.
  • the bottom surface 46 is a surface that extends in the circumferential direction of the inner pipe 22 and serves as the bottom surface of the annular groove portion 22 d, and is located between the first step surface 44 and the second step surface 45.
  • a spacer 24 that closes the gap ⁇ generated between the inner peripheral surface 21 b and the inner pipe 22 is fitted into the exhaust port 21 a of the inlet pipe 21.
  • the spacer 24 has a cylindrical shape surrounding the entire circumference of the inner pipe 22, the outer peripheral surface is in airtight contact with the inner peripheral surface 21 b of the inlet pipe 21, and the inner peripheral surface is in an airtight state with the outer peripheral surface of the inner pipe 22. In contact.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a swirl flow generating ribbon of Example 1
  • FIG. 6 is a side view of the swirl flow generating ribbon.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. The detailed configuration of the swirling flow generating ribbon of the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
  • the swirl flow generating ribbon 30 is formed of a strip-shaped plate member that is spirally twisted, and is disposed in the first region 23 ⁇ / b> A of the inlet pipe 21.
  • the swirl flow generating ribbon 30 has a radial dimension RR (see FIG. 6) set to be equal to the inner diameter dimension of the first region 23A, is installed coaxially with the inlet pipe 21, and has a peripheral edge with the inlet pipe 21. In contact with the inner peripheral surface 21b.
  • the swirl flow generating ribbon 30 has a first end point 31a, a second end point 31b, and a center end point 31c at a terminal end 31 on the outflow side of the gas-liquid two-phase fluid, and a first end edge. 32a and a second end edge 32b are formed.
  • the first end point 31 a is set to one of the radially outer ends of the swirl flow generating ribbon 30.
  • the second terminal point 31 b is set to the other of the terminal ends on the radially outer side of the swirling flow generating ribbon 30.
  • the axial position of the first terminal point 31a coincides with the axial position of the second terminal point 31b, and the terminal line L connecting the first terminal point 31a and the second terminal point 31b is turned.
  • the center terminal point 31c is set on the axis O of the swirling flow generating ribbon 30, and is set closer to the inflow side of the gas-liquid two-phase fluid than the first terminal point 31a and the second terminal point 31b.
  • the first edge 32 a is an edge connecting the first terminal point 31 a and the center terminal point 31 c among the terminal edges of the swirl flow generating ribbon 30.
  • the second end edge 32 b is an end edge connecting the second end point 31 b and the center end point 31 c among the end edges of the swirl flow generating ribbon 30.
  • the end portion 31 of the swirling flow generating ribbon 30 is provided with a space region cut out in a V shape surrounded by the first end edge 32a, the second end edge 32b, and the end line L.
  • the swirling flow generating ribbon 30 is formed with a folded structure 33 that is folded on the inflow side of the gas-liquid two-phase fluid at each of the first end edge 32a and the second end edge 32b.
  • the folded structure 33 includes a first folded piece 33 a in which the tips of the first end edge 32 a and the second end edge 32 b are folded back to the one spiral surface 30 a side of the swirl flow generating ribbon 30, And a second folded piece 33b in which the tips of the end edge 32a and the second end edge 32b are folded back to the opposite spiral surface 30b side.
  • the folded structure 33 is formed between the center terminal point 31c and the first terminal point 31a, and between the center terminal point 31c and the second terminal point 31b. As a result, a gap ⁇ is generated between both radial ends of the folded structure 33 and the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21 (see FIG. 2).
  • the swirl flow generating ribbon 30 is disposed in the first region 23A, at least the first terminal point 31a and the second terminal point 31b of the terminal portion 31 are regions where the tapered surface 21c is formed, that is, the first terminal point 31b. 2 is inserted into the area 23B.
  • the start end 34 of the swirling flow generating ribbon 30 on the inflow side of the gas-liquid two-phase fluid has a first start end point 34a, a second start end point 34b, and a center start end point 34c.
  • the first starting point 34 a is set to one of the starting ends on the radially outer side of the swirling flow generating ribbon 30.
  • the second starting end point 34 b is set to the other of the starting ends on the radially outer side of the swirling flow generating ribbon 30.
  • the center start end point 34c is on the axis O of the swirling flow generating ribbon 30, and the first start end point 34a and the second start end point 34b coincide with the axial position.
  • the center start point 34c is set on the intersection of the start line connecting the first start point 34a and the second start point 34b and the axis O, and the first and second start points 34a, 34b and the center start point 34c. Are aligned along the radial direction of the swirl flow generating ribbon 30. Further, the starting end portion 34 of the swirling flow generating ribbon 30 is erected along the direction of gravity.
  • the operation of the gas-liquid separation device according to the first embodiment is divided into “droplet evaporation operation on the first step surface”, “droplet holding operation on the second step surface”, and “other characteristic operations”. I will explain.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a gas-liquid two-phase fluid and separated gas / liquid flows in the gas-liquid separator according to the first embodiment.
  • the outside air taken in from the intake port 2a and the exhaust taken in from the exhaust passage 3 through the low-pressure EGR passage 11 are turbocharged at a flow rate of 10 m / s to 100 m / s. It flows into the compressor 5a of the feeder 5. At this time, moisture is contained in the outside air and exhaust, and when this gas is cooled by the EGR cooler 13, the moisture is condensed to form a particulate liquid as condensed water, and the liquid is mixed with a gas such as air. It becomes a combined gas-liquid two-phase fluid.
  • the liquid guided toward the inner peripheral surface 21b aggregates into droplets and is separated from the gas. Then, the liquid (hereinafter referred to as “droplet”) separated from the gas by forming into droplets is attached to the inner peripheral surface 21b from the second region 23B to the third region 23C by the flow of the swirl flow. It flows.
  • annular groove 21d is formed on the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21 in the third region 23C. Therefore, the droplet that has flowed into the third region 23C due to the flow of the swirl flow while adhering to the inner peripheral surface 21b enters the annular groove 21d together with the gas that has turned into the swirl flow.
  • the bottom surface 43 of the annular groove 21 d extends in the circumferential direction of the inlet pipe 21. Therefore, the gas that has turned into the swirl flows in the circumferential direction along the bottom surface 43 inside the annular groove 21 d. Further, the droplet W remaining in the annular groove portion 21d also flows along the bottom surface 43 in the annular groove portion 21d together with the swirling gas. That is, the gas and the droplet W swirl along the bottom surface 43 in the annular groove 21d. The droplet W evaporates by continuing the rotation along the bottom surface 43.
  • the liquid (droplet W) that has been formed into droplets and separated from the gas is swirled in the annular groove portion 21d and evaporated while being drawn to the first step surface 41.
  • the droplet W does not flow down to the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid, and the droplet W can be prevented from flowing into the inner pipe 22 together with the gas.
  • the gas-liquid separation apparatus 20 of Example 1 since it becomes unnecessary to discharge and collect the droplet W out of the inlet pipe 21, the enlargement of the apparatus can be suppressed.
  • a plurality of (here, two) annular groove portions 22d are also formed on the inner peripheral surface 22c of the inner pipe 22. Therefore, even if the liquid that could not be separated from the gas or the liquid droplet that could not be evaporated flows together with the gas from the opening 22b into the inner pipe 22, these liquids and the like remain in the inner pipe 22. Is agglomerated by being guided to the inner peripheral surface 22c by the gas flowing through the gas. And if it flows while adhering to the inner peripheral surface 22c in a droplet state, it enters the annular groove 22d.
  • the liquid droplets that have entered the annular groove 22d are attracted to the negative pressure region generated along the first step surface 44 of the annular groove 22d, as in the case of the inlet pipe 21, and the annular groove 22d. Stay inside. Then, the liquid droplet remaining in the annular groove 22d flows in the circumferential direction along the bottom surface 46 together with the swirling gas, and swirls along the bottom surface 46 in the annular groove 22d. The droplets evaporate by continuing the swirling along the bottom surface 46. As a result, in the gas-liquid separator 20, it is possible to prevent the liquid from flowing in the form of liquid droplets downstream of the annular groove 22d to the downstream side of the gas-liquid two-phase fluid.
  • the inner pipe 22 is also provided with the annular groove portion 22d having the first step surface 44, so that the liquid that has been formed into droplets into the inner pipe 22 together with the gas. Even if it flows, the liquid droplets remain in the vicinity of the first step surface 44 of the annular groove 22d and gradually evaporate. Thereby, it is not necessary to collect the liquid droplets, and the size of the apparatus can be suppressed. Further, since the droplets are evaporated and vaporized, it is possible to prevent the droplets from flowing into the inner pipe 22 together with the gas.
  • the annular groove portion 21 d formed in the inlet pipe 21 and the annular groove portion 22 d formed in the inner pipe 22 are both more gas-liquid two than the first step surfaces 41 and 44. It has the 2nd level
  • the gas-liquid separation device 20 can prevent the droplet W from flowing downstream from the annular groove 21d by the second step surface 42. Therefore, in this gas-liquid separator 20, the liquid droplet W stays inside the annular groove portion 21d to evaporate, and the flow of the liquid as the liquid droplet W can be suppressed.
  • the liquid droplets that have entered the annular groove 22d are moved downstream by the swirl flow to the first side. Even if it is separated from the step surface 44, the movement is blocked by the second step surface 45 and can remain in the annular groove 22d. For this reason, the second step surface 45 can prevent the droplet W from flowing downstream from the annular groove 22d. The droplet W stays inside the annular groove 22d to evaporate, and the droplet W The flow of the liquid as it is can be suppressed.
  • annular groove portion 21 d having a first step surface 41 and a second step surface 42 is formed on the inner peripheral surface 21 b of the inlet pipe 21.
  • An annular groove 22 d having a surface 44 and a second step surface 45 is formed on the inner peripheral surface 22 c of the inner pipe 22. That is, the first step surfaces 41 and 44 are formed on both the inlet pipe 21 and the inner pipe 22.
  • this gas-liquid separation device 20 first, the liquid separated from the gas by rotating the gas-liquid two-phase fluid is separated into the first step surface 41 of the annular groove 21 d in the inlet pipe 21. Let it stay in the vicinity and evaporate. On the other hand, when the liquid that could not be separated from the gas or the liquid droplet that could not be evaporated flowed into the inner pipe 22, it stays in the vicinity of the first step surface 44 of the annular groove 22d formed in the inner pipe 22, Can be evaporated.
  • the gas-liquid separation device 20 can evaporate liquid droplets in two places, that is, the inlet pipe 21 and the inner pipe 22, and the liquid remains as a liquid droplet. Can be further prevented from flowing down together with the gas, and the vaporization rate of the droplets can be improved.
  • the pipe (inlet pipe 21) is arranged on the inner peripheral surface 21b on the downstream side in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid with respect to the swirling flow generating means (the swirling flow generating ribbon 30).
  • the first step surface 41 having a larger inner diameter of the inlet pipe 21) is formed.
  • the swirling flow generating means (the swirling flow generating ribbon 30) is disposed inside, and the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid is more than that of the swirling flow generating means (the swirling flow generating ribbon 30).
  • An inlet pipe 21 having an exhaust port 21a formed at a position downstream thereof, and one end thereof is inserted into the exhaust port 21a, and the gas-liquid two-phase fluid is more than the swirl flow generating means (the swirl flow generating ribbon 30).
  • An inner pipe 22 having an opening 22b opened at a downstream position in the flow direction,
  • the first step surfaces 41 and 44 are formed on both the inner peripheral surface 21 b of the inlet pipe 21 and the inner peripheral surface 22 c of the inner pipe 22.
  • Example 2 The gas-liquid separator of Example 2 is an example in which a protrusion extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface of the inner pipe inserted into the inlet pipe, and heating means for the outer peripheral surface of the inner pipe is provided. .
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the gas-liquid separator according to the second embodiment.
  • the structure of the gas-liquid separation apparatus of Example 2 is demonstrated.
  • symbol same as Example 1 is attached
  • subjected and detailed description is abbreviate
  • the gas-liquid separator 50 includes an inlet pipe 21 (pipe) into which a gas-liquid two-phase fluid flows, and an inner pipe 51 in which one end 51 a is inserted into the exhaust port 21 a of the inlet pipe 21. (Piping) and a swirl flow generating ribbon 30 (swirl flow generating means) disposed inside the inlet pipe 21.
  • the inner pipe 51 is formed of a straight pipe member having an outer diameter smaller than the minimum inner diameter of the third region 23C of the inlet pipe 21, and is installed coaxially with the inlet pipe 21. Accordingly, a gap ⁇ is generated between the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 and the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21. Further, an opening that opens in the axial direction of the inner pipe 51 at a position downstream of the swirl flow generating ribbon 30 in the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid is provided at one end 51 a of the inner pipe 51 inserted into the inlet pipe 21. 51b is formed. Further, the downstream end (left side in FIG. 13) of the inner pipe 51 communicates with a turbocharger compressor (not shown).
  • a plurality of annular groove portions 53 (two here) extending along the circumferential direction of the inner pipe 51 are formed on the inner peripheral surface 52 a of the inner pipe 51.
  • Each annular groove 53 has a first step surface 53a, a second step surface 53b, and a bottom surface 53c, and has the same configuration as the annular groove 22d in the first embodiment. Is omitted.
  • a protrusion 54 is formed at a portion inserted into the inlet pipe 21, and a heating electric heating sheet 55 (heating means) is provided at a portion protruding from the inlet pipe 21. Is provided.
  • the protrusion 54 is a protrusion that protrudes outward in the radial direction from the surface of the outer peripheral surface 52b, extends in the circumferential direction of the inner pipe 51, and surrounds the entire periphery of the outer peripheral surface 52b.
  • the protrusion 54 is formed between the opening 51 b formed at one end 51 a of the inner pipe 51 and the spacer 24 fitted to the exhaust port 21 a of the inlet pipe 21.
  • the height dimension H5 of this projection part 54 is set so that it may become smaller than the clearance dimension H6 of the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21, and the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51.
  • a gap is generated between the front end surface 54 a of the protrusion 54 and the inner peripheral surface 21 b of the inlet pipe 21.
  • the heating electric heating sheet 55 is a flexible sheet provided with a heating wire that generates heat when a switch (not shown) is turned on.
  • the heating electric sheet 55 is wound around the inner pipe 51 and covers the outer peripheral surface 52b. And the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 is heated because the heating wire provided in this heating heating sheet 55 generates heat.
  • one of the two annular grooves 53 formed in the inner pipe 51 is formed on the inner peripheral surface 52 a of the portion inserted into the inlet pipe 21, and the other is formed from the inlet pipe 21. It is formed on the inner peripheral surface 52a of the protruding portion. Therefore, the heating electrothermal sheet 55 heats the outer peripheral surface 52b of the portion where the annular groove 53 (first step surface 53a) is formed.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a gas-liquid two-phase fluid and separated gas / liquid flows in the gas-liquid separator according to the second embodiment.
  • the operation of the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the gas-liquid two-phase fluid that flows inside the inlet pipe 21 flows along the swirl flow generating ribbon 30 to form a swirl flow. It is guided toward the inner peripheral surface 21b of the pipe 21 and aggregates into droplets. Then, the liquid that has become droplets flows from the second region 23B to the third region 23C by the flow of the swirl flow while adhering to the inner peripheral surface 21b.
  • the droplet that has flowed into the third region 23C flows into the annular groove 21d formed on the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21, and remains in the annular groove 21d and continues to turn as in the case of the first embodiment. It will evaporate.
  • gas that did not flow into the inner pipe 51 also flows between the inlet pipe 21 and the inner pipe 51.
  • the gas flowing between the inlet pipe 21 and the inner pipe 51 is blocked by the spacer 24 and cannot escape. Therefore, although this gas flows as a swirl flow along the inner peripheral surface 21 b of the inlet pipe 21, it collides with the spacer 24, and thereby flows backward along the outer peripheral surface 52 b of the inner pipe 51. Heading to the opening 51b.
  • the droplet W that flows downstream from the annular groove 21d and flows between the inlet pipe 21 and the inner pipe 51 also flows along the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21 by the gas flow. Then, after colliding with the spacer 24, it goes to the opening 51b along the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51.
  • the protruding portion 54 is formed on the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 in the portion inserted into the inlet pipe 21.
  • the gas-liquid separator 50 of the second embodiment as shown in FIG. 11, the outer peripheral surface 52 b of the inner pipe 51 protruding from the inlet pipe 21 is covered with the heating electric heating sheet 55. Therefore, the gas-liquid separator 50 can heat the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 by turning on the heating electric heating sheet 55 to generate heat.
  • the temperature inside the inner pipe 51 protruding from the inlet pipe 21 can be increased, and the evaporation of the liquid flowing into the inner pipe 51 together with the gas can be promoted.
  • the gas-liquid separation device 50 can evaporate and vaporize the droplets that have flowed into the inner pipe 51, further preventing the liquid as droplets from flowing down with the gas, The vaporization rate can be improved.
  • the first step surface 53a is also formed on the portion of the inner peripheral surface 52a of the inner pipe 51 that protrudes from the inlet pipe 21 covered with the heating electrothermal sheet 55.
  • An annular groove 53 is formed. That is, in the inner pipe 51, the outer peripheral surface 52 b of the portion where the annular groove 53 is formed is heated by the heating electric heating sheet 55.
  • the evaporation of the droplets remaining in the vicinity of the first step surface 53a of the annular groove 53 can be promoted, and the evaporation of the droplets flowing into the inner pipe 51 can be accelerated. This can be performed efficiently, and the drop removal rate can be further improved.
  • a gap ⁇ is provided between the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 and the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21, and the inner pipe 51 is an outer periphery of a portion inserted into the inlet pipe 21.
  • a protrusion 54 extending in the circumferential direction is formed on the surface 52b.
  • the piping (inner pipe 51) is provided with a heating means (heating heating sheet 55) for heating the outer peripheral surface 52b.
  • the heating means (heating heating sheet 55) is configured to heat the outer peripheral surface 52b of the portion where the first step surface 53a is formed in the pipe (inner pipe 51).
  • an annular groove portion is not formed on the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21, and the first step surface 44 is provided only on the inner peripheral surface 22c of the inner pipe 22.
  • the groove 22d may be formed. Further, as shown in FIG. 13A
  • annular groove 21d having a first step surface 41 is formed only on the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21, and the gas-liquid does not form an annular groove on the inner peripheral surface 22c of the inner pipe 22.
  • the separation device 20B may be used.
  • the first step surface is formed on at least one inner peripheral surface 21b, 22c of the inlet pipe 21 or the inner pipe 22, the liquid separated from the gas-liquid two-phase fluid is allowed to stay in the vicinity of the first step surface. Evaporation can prevent the liquid from flowing down as droplets.
  • annular groove 21d having the first step surface 41 is formed only on the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21, it is not necessary to provide the inner pipe as in the gas-liquid separator 20C shown in FIG. 13C. In this case, there is no exhaust port into which the inner pipe is inserted, and the end of the inlet pipe 21 connected to a turbocharger (not shown) corresponds to the exhaust port.
  • the annular groove portion 21 d formed in the inlet pipe 21 is located downstream of the swirl flow generating ribbon 30 and upstream of the opening 22 b of the inner pipe 22.
  • the example formed is shown.
  • the annular groove 21d may be formed at a position downstream of the opening 22b of the inner pipe 22, that is, a position surrounding the periphery of the inner pipe 22. At this time, since the droplets are evaporated on the downstream side of the opening 22b of the inner pipe 22, even if the droplets that have become smaller during the evaporation are blown off by the gas force, the droplets enter the inner pipe 22. Can be prevented.
  • the annular groove part 21d formed in the inner peripheral surface 21b of the inlet pipe 21 showed the example which has the 1st step surface 41,44 and the 2nd step surface 42,45.
  • the example in which the annular groove portion 22d formed on the inner peripheral surface 22c of the inner pipe 22 also has the first step surface 44 and the second step surface 45 is shown.
  • the present invention is not limited to this, as in the gas-liquid separator 20E shown in FIG. Only the first step surface 41A having an inner diameter dimension that increases toward the side may be formed.
  • a negative pressure region is generated along the first step surface 41A, and the liquid droplets stay in the vicinity of the first step surface 41A and are swirled in the circumferential direction to evaporate.
  • the first step surface may be formed on at least one of the inner peripheral surface 21 b of the inlet pipe 21 or the inner peripheral surface 22 c of the inner pipe 22.
  • a plurality of first step surfaces may be formed on the inner peripheral surfaces 21b and 22c of the inlet pipe 21 and the inner pipe 22 along the flow direction of the gas-liquid two-phase fluid.
  • the inner diameter of the pipe such as the inlet pipe 21 may be increased a plurality of times in a stepped manner.
  • the liquid droplets can remain in the vicinity of each of the plurality of first step surfaces and can be evaporated, the liquid droplets can be evaporated in a plurality of times. The vaporization rate of the droplets can be improved.
  • the angle ⁇ 1 formed between the first step surface 41 formed on the inlet pipe 21 and the inner peripheral surface 211b on the upstream side of the first step surface 41 is set to 90 °
  • the inner The example in which the angle ⁇ 3 formed by the first step surface 44 formed on the pipe 22 and the inner peripheral surface 221c upstream of the first step surface 44 is set to 90 ° is shown.
  • the angles ⁇ 1 and ⁇ 3 may be angles that allow the negative pressure region H to be formed along the first step surfaces 41 and 44. That is, the angles ⁇ 1 and ⁇ 3 may be set to an acute angle of 90 ° or less as shown in FIG. 15 (note that only the annular groove 21d is shown in FIG. The same applies to the groove 22d).
  • the angle ⁇ 2 formed by the second step surface 42 formed on the inlet pipe 21 and the inner peripheral surface 212b on the downstream side of the second step surface 42 is 90.
  • An example in which the angle ⁇ 4 formed between the second step surface 45 formed on the inner pipe 22 and the inner peripheral surface 222c on the downstream side of the second step surface 45 is set to 90 °.
  • the angles ⁇ 2 and ⁇ 4 may be angles that can prevent the liquid droplets in the annular grooves 21d and 22d from moving along the second step surfaces 42 and 45 to the downstream side. That is, the angle ⁇ 2 and the angle ⁇ 4 may be set to an acute angle of 90 ° or less as shown in FIG. 15 (note that only the annular groove portion 21d is shown in FIG. The same applies to the groove 22d).
  • the axial position of the annular groove portion 53 formed on the inner peripheral surface 52a of the inner pipe 51 and the protrusion portion 54 formed on the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 are shifted.
  • the present invention is not limited to this, and the annular groove portion 53 and the protruding portion are protruded outward by projecting the recessed portion of the inner peripheral surface 52a of the inner pipe 51, for example, as in the gas-liquid separator 20F shown in FIG.
  • the position in the axial direction of 54 may be matched. In this case, the annular groove 53 and the protrusion 54 can be formed at the same time, and a decrease in the thickness of the inner pipe 51 due to the formation of the annular groove 53 can be suppressed.
  • Example 2 although the example which provided the electrothermal sheet
  • the inlet pipe 21 may be covered with a heating electric heating sheet 55, and the outer peripheral surface 21e of the inlet pipe 21 may be heated. In this case, the temperature in the inlet pipe 21 rises, and the evaporation of the liquid contained in the gas-liquid two-phase fluid is promoted inside the inlet pipe 21.
  • Example 2 although the example which uses the heating electrothermal sheet 55 which has flexibility as a heating means which heats the outer peripheral surface 52b of the inner pipe 51 was shown, it is not restricted to this.
  • the heating means only needs to be able to heat the outer peripheral surfaces of the pipes such as the inlet pipe 21 and the inner pipe 51.
  • the pipe to be heated such as the inlet pipe, has a double pipe structure, and high-temperature exhaust gas is provided between the double pipes. May be circulated to heat the piping. That is, the heating means may have a double pipe structure using an exhaust gas circulation structure.
  • the gas-liquid separator 20 In the exhaust gas recirculation system S, the gas-liquid separator 20 according to the first embodiment is located downstream of the low-pressure EGR valve 14 and upstream of the compressor 5a of the turbocharger 5 (indicated by a one-dot chain line X in FIG. 1). Although the example which installs in the surrounding position was shown, it is not restricted to this. Since it can be installed at a position where condensed water is generated in the exhaust gas recirculation system S, it is downstream of the intercooler 6 and upstream of the cylinder air inlet of the internal combustion engine 1 (position surrounded by a one-dot chain line Y in FIG. 1). May be installed.
  • Example 1 the example which installed the gas-liquid separation apparatus 20 in what is called a horizontal installation direction in which the flow direction of a gas-liquid two-phase fluid became horizontal with respect to the gravity direction was shown.
  • the installation direction of the gas-liquid separation device 20 of the present invention is not limited to this, and the installation direction may be appropriately set due to the influence of the layout or the like in the exhaust gas recirculation system S.
  • the start end 34 is erected along the direction of gravity.
  • the erection direction of the start end 34 is not limited to this, and depends on the layout of the gas-liquid separator 20. Set as appropriate.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine mounted on a vehicle.
  • the present invention is not limited to this, and the internal combustion engine 1 may be a gasoline engine.
  • Example 1 and Example 2 the example which applied the gas-liquid separators 20 and 50 to the exhaust gas recirculation system S of the internal combustion engine 1 was shown.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention may be applied to a refrigeration cycle apparatus to separate a gas refrigerant and a liquid refrigerant. That is, the gas-liquid separation device of the present invention can be applied to a device that separates gas and liquid from a gas-liquid two-phase fluid.

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Abstract

装置の大型化を抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気液分離したときに液滴化した液体が気体と共に流れることを防止できる気液分離装置を提供すること。 気液二相流体が流れるインレットパイプ（２１）と、インレットパイプ（２１）の内部に配置されて気液二相流体を内周面（２１ｂ）に沿って旋回させる旋回流発生リボン（３０）と、を備え、旋回流発生リボン（３０）よりも気液二相流体の流れ方向の下流側のインレットパイプ（２１）の内周面（２１ｂ）に、下流側に向かってインレットパイプ（２１）の内径寸法が大きくなった第１段差面（４１）が形成されている構成とした。

Description

気液分離装置
　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。
　従来、配管内を流れる気液二相流体を旋回させ、遠心力で液体を配管の内周面へ誘導して液体を液滴化することで気体から分離し、液滴化した液体を配管の外へ排出させる気液分離装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
特開平９－２２０４２１号公報 特開２００３－１９０７２５号公報 特開２００５－１６０１８７号公報
　しかしながら、従来装置にあっては、液滴化した液体を配管の外に排出して捕集するため、液体を貯留するタンクや、このタンクへ液滴を導くための新たな配管等が必要になり、装置が大型化するという問題が生じる。
また、液体の捕集率が不十分な場合には、気体と共に液滴化した液体が流れてしまい、この気液分離装置の下流側に設置された装置（例えばターボ過給機のタービンや内燃機関）に液滴が衝突して、衝撃を与えるおそれがある。
　本発明は、上記問題に着目してなされたもので、装置の大型化を抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気液分離したときに液滴化した液体が気体と共に流れることを防止できる気液分離装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本発明は気液二相流体が流れる配管と、配管の内部に配置されて気液二相流体を配管の内周面に沿って旋回させる旋回流発生手段と、を備えた気液分離装置である。
　そして、配管は、旋回流発生手段よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面に、下流側に向かって配管の内径寸法が大きくなった第１段差面が形成されている。
　よって、本発明では、装置が大型化することを抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気体と液体を分離したときに、液滴化したままの液体が気体と共に流れることを防止できる。
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。 実施例１の気液分離装置を示す断面図である。 図２に示すＡ部の拡大図である。 図２に示すＢ部の拡大図である。 実施例１の旋回流発生リボンを示す斜視図である。 実施例１の旋回流発生リボンの側面図である。 図５におけるＣ－Ｃ断面図である。 実施例１の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。 図８に示すＡ１部の拡大図である。 実施例２の気液分離装置を示す断面図である。 実施例２の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。 実施例２の気液分離装置における液体の流れを拡大して示す説明図である。 実施例１の気液分離装置の第１変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第２変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第３変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第４変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第５変形例を示す断面図である。 実施例１の気液分離装置の第６変形例を示す要部を拡大した断面図である。 実施例２の気液分離装置の第１変形例を示す断面図である。 実施例２の気液分離装置の第２変形例を示す断面図である。
　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及び実施例２に基づいて説明する。
　（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」、「旋回流発生リボンの詳細構成」に分けて説明する。
　［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。以下、図１に基づき、実施例１の適用例のシステム全体構成を説明する。
　実施例１の気液分離装置２０は、図１に示す内燃機関１の排気還流システムＳに適用している。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。
　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。
　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（Exhaust Gas Recirculation）」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であり、排気再循環ともいう。
　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の吸気に戻す。また、高圧ＥＧＲ通路１２では、タービン５ｂに吸い込まれる前の排気を、コンプレッサ５ａを通過したエアに戻す。
　そして、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。
　ここで、低圧ＥＧＲ通路１１では、ターボ過給機５のタービン５ｂの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クーラ１３での冷却によって凝縮水の発生が懸念される。そして、凝縮水がある程度の大きさの液滴となった状態で下流へと流れていくと、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａの回転翼等に衝突し、衝撃を与えることがある。
そこで、実施例１では、図２に示す気液分離装置２０を、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）に設置し、液滴となった凝縮水を蒸発させる。
　［気液分離装置の詳細構成］
　図２は、実施例１の気液分離装置を示す断面図である。以下、図２に基づいて、実施例１の気液分離装置２０の詳細構成を説明する。
　実施例１の気液分離装置２０は、図２に示すように、インレットパイプ２１（配管）と、インナーパイプ２２（配管）と、旋回流発生リボン３０（旋回流発生手段）と、を備えている。
　インレットパイプ２１は、上流側（図２において右側）の端部が吸気口２ａ及び低圧ＥＧＲ弁１４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）が流入する。このインレットパイプ２１の内部には、気液二相流体の流れを内周面２１ｂに沿って旋回させる旋回流発生リボン３０が配置されている。また、インレットパイプ２１の下流側の端部（図２において左側）には、軸線方向に開放した排気口２１ａが形成されている。
さらに、このインレットパイプ２１の内周面２１ｂには、テーパ面２１ｃと、環状溝部２１ｄとが、気液二相流体の流れ方向に沿って上流側から順に形成されている。
　テーパ面２１ｃは、インレットパイプ２１の内径寸法を、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって徐々に大きくする傾斜面であり、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に形成されている。これにより、インレットパイプ２１の内径寸法は、テーパ面２１ｃよりも気液二相流体の流れ方向の上流側である第１領域２３Ａが最も小さく、テーパ面２１ｃが形成された第２領域２３Ｂにて徐々に大きくなり、テーパ面２１ｃよりも気液二相流体の流れ方向の下流側である第３領域２３Ｃが最も大きくなる。そして、第１領域２３Ａに旋回流発生リボン３０が配置され、第３領域２３Ｃに排気口２１ａが形成されている。
　環状溝部２１ｄは、インレットパイプ２１の周方向に沿って延びる環状のへこみであり、テーパ面２１ｃよりもさらに下流側の位置、すなわち第３領域２３Ｃに設けられている。この環状溝部２１ｄは、図３に拡大して示すように、第１段差面４１と、第２段差面４２と、底面４３と、を有している。
　第１段差面４１は、環状溝部２１ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する面である。この第１段差面４１により、インレットパイプ２１の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に大きくなる。つまり、インレットパイプ２１は、環状溝部２１ｄの上流側の位置での内径寸法Ｄ１よりも、環状溝部２１ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ２の方が大きい。
また、この第１段差面４１と、第１段差面４１よりも上流側の内周面２１１ｂとでなす角θ１は、ここでは９０°に設定されている。
　一方、第２段差面４２は、環状溝部２１ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置する面である。この第２段差面４２により、インレットパイプ２１の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に小さくなる。つまり、インレットパイプ２１は、環状溝部２１ｄの下流側の位置での内径寸法Ｄ３よりも、環状溝部２１ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ２の方が大きい。
また、この第２段差面４２と、第２段差面４２よりも下流側の内周面２１２ｂとでなす角θ２は、ここでは９０°に設定されている。さらに、第２段差面４２の高さ寸法Ｈ２は、第１段差面４１の高さ寸法Ｈ１と同一寸法に設定されている。
　底面４３は、インレットパイプ２１の周方向に延びて環状溝部２１ｄの底面となる面であり、第１段差面４１と第２段差面４２の間に位置している。
　インナーパイプ２２は、インレットパイプ２１の第３領域２３Ｃの最小内径寸法よりも小さい外径寸法を有する直管部材によって形成され、インレットパイプ２１の排気口２１ａに一端２２ａが差し込まれ、インレットパイプ２１と同軸状態に設置される。この一端２２ａには、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側で開放する開口２２ｂが形成されている。また、このインナーパイプ２２の下流側（図２において左側）の端部は、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａに連通している。
なお、開口２２ｂは、インナーパイプ２２の軸線方向に開放している。すなわち、インレットパイプ２１と、インナーパイプ２２と、排気口２１ａと、開口２２ｂは、同軸となる。
　さらに、このインナーパイプ２２の内周面２２ｃには、複数の環状溝部２２ｄ（ここでは二つ）が形成されている。
各環状溝部２２ｄは、インナーパイプ２２の周方向に沿って延びる環状のへこみであり、インナーパイプ２２の内部、すなわち旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に設けられている。また、ここでは、二つの環状溝部２２ｄのうちの一方が、インレットパイプ２１に差し込まれた部分に形成され、他方が、インレットパイプ２１から突出した部分に形成されている。
各環状溝部２２ｄは、図４に拡大して示すように、第１段差面４４と、第２段差面４５と、底面４６と、を有している。
　第１段差面４４は、環状溝部２２ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する面である。この第１段差面４４により、インナーパイプ２２の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に大きくなる。つまり、インナーパイプ２２は、環状溝部２２ｄの上流側の位置での内径寸法Ｄ４よりも、環状溝部２２ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ５の方が大きい。
また、この第１段差面４４と、第１段差面４４よりも上流側の内周面２２１ｃとでなす角θ３は、ここでは９０°に設定されている。
　一方、第２段差面４５は、環状溝部２２ｄを形成する面の中で、気液二相流体の流れ方向の下流側に位置する面である。この第２段差面４５により、インナーパイプ２２の内径寸法は、気液二相流体の流れ方向の下流側に向かって段状に小さくなる。つまり、インナーパイプ２２は、環状溝部２２ｄの下流側の位置での内径寸法Ｄ６よりも、環状溝部２２ｄの内側の位置での内径寸法Ｄ５の方が大きい。
また、この第２段差面４５と、第２段差面４５よりも下流側の内周面２２２ｃとでなす角θ４は、ここでは９０°に設定されている。さらに、第２段差面４５の高さ寸法Ｈ４は、第１段差面４４の高さ寸法Ｈ３と同一寸法に設定されている。
　底面４６は、インナーパイプ２２の周方向に延びて環状溝部２２ｄの底面となる面であり、第１段差面４４と第２段差面４５の間に位置している。
　そして、インレットパイプ２１の排気口２１ａには、内周面２１ｂとインナーパイプ２２との間に生じる間隙αを封鎖するスペーサー２４が嵌合されている。スペーサー２４は、インナーパイプ２２の全周を取り囲む円筒形状を呈しており、外周面がインレットパイプ２１の内周面２１ｂに気密状態で接触し、内周面がインナーパイプ２２の外周面に気密状態で接触している。
　［旋回流発生リボンの詳細構成］
　図５は、実施例１の旋回流発生リボンを示す斜視図であり、図６は旋回流発生リボンの側面図である。また、図７は、図５におけるＣ－Ｃ断面図である。以下、図５～図７に基づき、実施例１の旋回流発生リボンの詳細構成を説明する。
　旋回流発生リボン３０は、螺旋状にねじられた帯状の板部材により形成されており、インレットパイプ２１の第１領域２３Ａに配置されている。この旋回流発生リボン３０は、径方向寸法ＲＲ（図６参照）が第１領域２３Ａの内径寸法と同等に設定されており、インレットパイプ２１と同軸状態に設置されると共に、周縁がインレットパイプ２１の内周面２１ｂに接触している。
　この旋回流発生リボン３０は、気液二相流体の流出側の終端部３１に、第１終端点３１ａと、第２終端点３１ｂと、中心終端点３１ｃと、を有すると共に、第１端縁３２ａと、第２端縁３２ｂと、が形成されている。
第１終端点３１ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端の一方に設定されている。第２終端点３１ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の終端の他方に設定されている。ここで、第１終端点３１ａの軸方向位置と、第２終端点３１ｂの軸方向位置とは一致しており、第１終端点３１ａと第２終端点３１ｂを結んだ終端線Ｌは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏと直交する。
そして、中心終端点３１ｃは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂよりも気液二相流体の流入側に設定されている。
　第１端縁３２ａは、旋回流発生リボン３０の終端縁のうち、第１終端点３１ａと中心終端点３１ｃとを結んだ端縁である。また、第２端縁３２ｂは、旋回流発生リボン３０の終端縁のうち、第２終端点３１ｂと中心終端点３１ｃとを結んだ端縁である。つまり、旋回流発生リボン３０の終端部３１には、第１端縁３２ａと第２端縁３２ｂと終端線Ｌにて囲まれたＶ字状に切り欠かれた空間領域が設けられている。
　また、この旋回流発生リボン３０は、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂのそれぞれに、気液二相流体の流入側に折り返された折り返し構造３３が形成されている。
折り返し構造３３は、図７に示すように、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂの先端を旋回流発生リボン３０の一方の螺旋面３０ａ側に折り返した第１折返片３３ａと、第１端縁３２ａ及び第２端縁３２ｂの先端を反対側の螺旋面３０ｂ側に折り返した第２折返片３３ｂと、を有している。
この折り返し構造３３は、中心終端点３１ｃから第１終端点３１ａの手前までの間と、中心終端点３１ｃから第２終端点３１ｂの手前までの間に形成されている。これにより、折り返し構造３３の径方向両端部と、インレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間には隙間βが生じている（図２参照）。
　さらに、この旋回流発生リボン３０は、第１領域２３Ａに配置されているものの、終端部３１の少なくとも第１終端点３１ａ及び第２終端点３１ｂは、テーパ面２１ｃが形成された領域、すなわち第２領域２３Ｂ内に挿入されている。
　なお、旋回流発生リボン３０の気液二相流体の流入側の始端部３４は、第１始端点３４ａ、第２始端点３４ｂ、中心始端点３４ｃと、を有している。
第１始端点３４ａは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の始端の一方に設定されている。第２始端点３４ｂは、旋回流発生リボン３０の径方向外側の始端の他方に設定されている。中心始端点３４ｃは、旋回流発生リボン３０の軸線Ｏ上であって、第１始端点３４ａ及び第２始端点３４ｂと軸方向位置が一致している。すなわち、中心始端点３４ｃは、第１始端点３４ａと第２始端点３４ｂを結んだ始端線と軸線Ｏとの交点上に設定され、第１,第２始端点３４ａ,３４ｂ及び中心始端点３４ｃは、旋回流発生リボン３０の径方向に沿って並んでいる。さらに、この旋回流発生リボン３０の始端部３４は、重力方向に沿って立設している。
　次に、実施例１の気液分離装置における作用を、「第１段差面の液滴蒸発作用」と、「第２段差面の液滴保持作用」と、「その他の特徴的作用」に分けて説明する。
　［第１段差面の液滴蒸発作用］
　図８は、実施例１の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。
　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、流速１０ｍ／ｓ～１００ｍ／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。このとき、外気や排気には水分が含まれており、この気体をＥＧＲクーラ１３にて冷却することで水分が凝縮して凝縮水として微粒子状の液体になり、空気等の気体に液体が混ざり合った気液二相流体になる。
　実施例１の気液分離装置２０では、図８に示すように、インレットパイプ２１に流入した気液二相流体が、旋回流発生リボン３０が配置された第１領域２３Ａを通過する際、この旋回流発生リボン３０に沿って流れることで内周面２１ｂに沿って流れる旋回流となる。そして、この旋回流によって発生した遠心力により、質量の大きい液体は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂへ向かって誘導される。
　そして、内周面２１ｂへ向かって誘導された液体は凝集して液滴になり、気体から分離される。そして、液滴化することで気体から分離された液体（以下、「液滴」という）は、内周面２１ｂに付着したまま、旋回流の流れによって第２領域２３Ｂから第３領域２３Ｃへと流れていく。
　一方、第３領域２３Ｃにおけるインレットパイプ２１の内周面２１ｂには、環状溝部２１ｄが形成されている。そのため、内周面２１ｂに付着したまま、旋回流の流れによって第３領域２３Ｃへと流れた液滴は、旋回流となった気体と共に環状溝部２１ｄの内部に入り込む。
　このとき、環状溝部２１ｄの中では、図９に示すように、この環状溝部２１ｄに気体が流れ込むことで乱流が発生し、気液二相流体の流れ方向の上流側に位置する第１段差面４１に沿って圧力の低い負圧領域Ｈが発生する。
そのため、気体と共に環状溝部２１ｄ内に流れ込んだ液滴Ｗは、負圧領域Ｈに引っ張られ、第１段差面４１に向かって引き寄せられる。これにより、液滴Ｗが第１段差面４１の近傍位置、つまり環状溝部２１ｄ内に留まることになる。
　一方、この環状溝部２１ｄの底面４３は、インレットパイプ２１の周方向に延びている。そのため、旋回流となった気体は、この環状溝部２１ｄの内部を底面４３に沿って周方向に流れる。また、環状溝部２１ｄ内に留まった液滴Ｗも、旋回流になった気体と共に環状溝部２１ｄの内部を底面４３に沿って流れる。つまり、気体及び液滴Ｗは、この環状溝部２１ｄ内を底面４３に沿って旋回する。そして、液滴Ｗは、この底面４３に沿った旋回を続けることで蒸発していく。
　このように、液滴化して気体から分離した液体（液滴Ｗ）は、第１段差面４１に引き寄せられた状態で、環状溝部２１ｄ内で旋回して蒸発する。このため、この液滴Ｗは、気液二相流体の流れ方向の下流側へ流下することがなくなり、液滴Ｗが気体と共にインナーパイプ２２内へと流下することを防止できる。また、実施例１の気液分離装置２０では、液滴Ｗをインレットパイプ２１の外へ排出して捕集することが不要になるため、装置の大型化を抑制できる。
　さらに、この実施例１の気液分離装置２０では、インナーパイプ２２の内周面２２ｃにも、複数（ここでは二つ）の環状溝部２２ｄが形成されている。そのため、気体から分離しきれなかった液体や、蒸発しきれなかった液滴が、気体と共に開口２２ｂからインナーパイプ２２内へと流れた場合であっても、これらの液体等は、インナーパイプ２２内を流れる気体によって内周面２２ｃへと誘導されて凝集する。そして、液滴化した状態で内周面２２ｃに付着したまま流れれば、環状溝部２２ｄの中に入り込む。そして、環状溝部２２ｄに入り込んだ液滴は、図示しないものの、インレットパイプ２１の場合と同様に、環状溝部２２ｄの第１段差面４４に沿って発生した負圧領域に引き寄せられて、環状溝部２２ｄ内に留まる。そして、環状溝部２２ｄ内に留まった液滴は、旋回している気体と共に底面４６に沿って周方向へと流れ、環状溝部２２ｄ内を底面４６に沿って旋回する。そして、この液滴は、底面４６に沿った旋回を続けることで蒸発していく。この結果、気液分離装置２０では、環状溝部２２ｄよりも気液二相流体の下流側へ液滴のままで液体が流れることを防止できる。
　このように、実施例１の気液分離装置２０では、インナーパイプ２２にも第１段差面４４を有する環状溝部２２ｄを設けたことで、気体と共にインナーパイプ２２内へと液滴化した液体が流れ込んでも、液滴は環状溝部２２ｄの第１段差面４４の近傍位置に留まった上、次第に蒸発することになる。これにより、液滴化した液体を捕集する必要がなく、装置の大型化を抑制できる。また、液滴が蒸発して気化することで、この液滴が気体と共にインナーパイプ２２内へと流下することを防止できる。
　［第２段差面の液滴保持作用］
　実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１に形成された環状溝部２１ｄ、及び、インナーパイプ２２に形成された環状溝部２２ｄが、いずれも第１段差面４１,４４よりも気液二相流体の流れ方向の下流側に位置し、下流側に向かって各パイプ２１ｄ,２２ｄの内径寸法を階段状に小さくする第２段差面４２,４５を有している。
　そのため、図９に示すように、環状溝部２１ｄに入り込んだ液滴Ｗは、旋回流によって下流側へと移動して第１段差面４１から離れても、第２段差面４２によって移動が阻止され、環状溝部２１ｄ内に留まることができる。
すなわち、実施例１の気液分離装置２０は、第２段差面４２により、環状溝部２１ｄよりも下流側へ液滴Ｗが流れてしまうことを防止できる。そのため、この気液分離装置２０では、液滴Ｗを環状溝部２１ｄの内部に留まらせて蒸発させ、液滴Ｗのままでの液体の流下を抑制できる。
　また、図示しないものの、実施例１の気液分離装置２０では、第２段差面４２の場合と同様に、環状溝部２２ｄに入り込んだ液滴が、旋回流によって下流側へと移動して第１段差面４４から離れても、第２段差面４５によって移動が阻止され、環状溝部２２ｄ内に留まらせることができる。
そのため、第２段差面４５により、環状溝部２２ｄよりも下流側へ液滴Ｗが流れてしまうことを防止でき、この液滴Ｗを環状溝部２２ｄの内部に留まらせて蒸発させ、液滴Ｗのままでの液体の流下を抑制できる。
　［その他の特徴的作用］
　実施例１の気液分離装置２０では、図８に示すように、第１段差面４１と第２段差面４２を有する環状溝部２１ｄがインレットパイプ２１の内周面２１ｂに形成され、第１段差面４４と第２段差面４５を有する環状溝部２２ｄがインナーパイプ２２の内周面２２ｃに形成されている。
すなわち、インレットパイプ２１とインナーパイプ２２との双方に、第１段差面４１,４４が形成されている。
　そのため、この気液分離装置２０では、まず、気液二相流体を旋回させることで液滴化して気体から分離された液体を、インレットパイプ２１内にて環状溝部２１ｄの第１段差面４１の近傍位置に留まらせ、蒸発させる。一方、気体から分離しきれなかった液体や、蒸発しきらなかった液滴がインナーパイプ２２に流れ込んだときには、インナーパイプ２２に形成された環状溝部２２ｄの第１段差面４４の近傍位置に留め、蒸発させることができる。
　このように、実施例１の気液分離装置２０は、インレットパイプ２１内と、インナーパイプ２２内との二か所において液滴化した液体を蒸発させることが可能となり、液滴のままの液体が気体と共に流下することをさらに防止して、液滴の気化率の向上を図ることができる。
　次に、効果を説明する。
　実施例１の気液分離装置２０にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
　(1) 気液二相流体が流れる配管（インレットパイプ２１）と、前記配管（インレットパイプ２１）の内部に配置されて前記気液二相流体を前記配管（インレットパイプ２１）の内周面２１ｂに沿って旋回させる旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）と、を備えた気液分離装置２０において、
　前記配管（インレットパイプ２１）は、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面２１ｂに、下流側に向かって前記配管（インレットパイプ２１）の内径寸法が大きくなった第１段差面４１が形成されている構成とした。
　これにより、装置の大型化を抑制しつつ、気液二相流体を旋回させて気液分離したときに液滴化した液体が気体と共に流れることを防止できる。
　(2) 前記配管（インレットパイプ２１）は、前記第１段差面４１よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面２１ｂに、下流側に向かって前記配管（インレットパイプ２１）の内径寸法が小さくなった第２段差面４２が形成されている構成とした。
　これにより、上記(1)の効果に加え、第１段差面４１の近傍位置よりも液滴化した液体が下流側へと移動することを阻止して、液滴のままでの液体の流下を抑制できる。
　(3) 前記配管は、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）が内部に配置されると共に、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に排気口２１ａが形成されたインレットパイプ２１と、前記排気口２１ａに一端が差し込まれると共に、前記旋回流発生手段（旋回流発生リボン３０）よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口２２ｂを有するインナーパイプ２２と、を備え、
　前記第１段差面４１,４４は、前記インレットパイプ２１の内周面２１ｂと、前記インナーパイプ２２の内周面２２ｃとの両方に形成されている構成とした。
　これにより、上記(1)又は(2)の効果に加え、インレットパイプ２１の内部と、インナーパイプ２２の内部との両方で液滴を蒸発させることができ、液滴のままでの液体の流下を防止できる。
　（実施例２）
　実施例２の気液分離装置は、インレットパイプに差し込まれたインナーパイプの外周面に、周方向に延びる突起部が形成されると共に、このインナーパイプの外周面の加熱手段を設けた例である。
　まず、構成を説明する。
　図１０は、実施例２の気液分離装置を示す断面図である。以下、図１０に基づいて、実施例２の気液分離装置の構成を説明する。なお、実施例１と同様の構成については、実施例１と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
　実施例２の気液分離装置５０は、図１０に示すように、気液二相流体が流れ込むインレットパイプ２１（配管）と、インレットパイプ２１の排気口２１ａに一端５１ａが差し込まれたインナーパイプ５１（配管）と、インレットパイプ２１の内部に配置された旋回流発生リボン３０（旋回流発生手段）と、を備えている。
　インナーパイプ５１は、インレットパイプ２１の第３領域２３Ｃの最小内径寸法よりも小さい外径寸法を有する直管部材によって形成され、インレットパイプ２１と同軸状態に設置される。これにより、インナーパイプ５１の外周面５２ｂと、インレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間には、間隙αが生じる。また、インレットパイプ２１に差し込まれたインナーパイプ５１の一端５１ａには、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で、インナーパイプ５１の軸線方向に開放する開口５１ｂが形成されている。また、このインナーパイプ５１の下流側（図１３において左側）の端部は、図示しないターボ過給機のコンプレッサに連通している。
　そして、このインナーパイプ５１の内周面５２ａには、インナーパイプ５１の周方向に沿って延びる複数の環状溝部５３（ここでは二つ）が形成されている。なお、各環状溝部５３は、第１段差面５３ａと、第２段差面５３ｂと、底面５３ｃと、を有し、実施例１における環状溝部２２ｄと同様の構成であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
　一方、インナーパイプ５１の外周面５２ｂには、インレットパイプ２１の内部に差し込まれた部分に突起部５４が形成されると共に、インレットパイプ２１から突出した部分に加熱用電熱シート５５（加熱手段）が設けられている。
　突起部５４は、外周面５２ｂの表面から半径方向の外方に突出した突起であり、インナーパイプ５１の周方向に延びて、外周面５２ｂの全周を取り囲んでいる。ここで、突起部５４は、インナーパイプ５１の一端５１ａに形成された開口５１ｂと、インレットパイプ２１の排気口２１ａに嵌合されたスペーサー２４との間に形成されている。
そして、この突起部５４の高さ寸法Ｈ５は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂとインナーパイプ５１の外周面５２ｂとの隙間寸法Ｈ６よりも小さくなるように設定されている。これにより、突起部５４の先端面５４ａとインレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間には、隙間が生じる。
　加熱用電熱シート５５は、図示しないスイッチをＯＮ操作することで発熱する電熱線が設けられた可撓性を有するシートであり、インナーパイプ５１に巻きつけられて、外周面５２ｂを覆っている。そして、この加熱用電熱シート５５に設けられた電熱線が発熱することで、インナーパイプ５１の外周面５２ｂが加熱される。
また、この実施例２では、インナーパイプ５１に形成された二つの環状溝部５３のうちの一方が、インレットパイプ２１に差し込まれた部分の内周面５２ａに形成され、他方が、インレットパイプ２１から突出した部分の内周面５２ａに形成されている。そのため、加熱用電熱シート５５は、環状溝部５３（第１段差面５３ａ）が形成された部分の外周面５２ｂを加熱することになる。
　次に、作用を説明する。
図１１は、実施例２の気液分離装置における気液二相流体及び分離した気体・液体の流れを示す説明図である。以下、図１１に基づいて、実施例２の作用を説明する。
　実施例２の気液分離装置５０では、図１１に示すように、インレットパイプ２１の内部を流れる気液二相流体は、旋回流発生リボン３０に沿って流れることで旋回流となり、液体がインレットパイプ２１の内周面２１ｂに向かって誘導されて、凝集して液滴となる。そして、液滴となった液体は、内周面２１ｂに付着したまま、旋回流の流れによって第２領域２３Ｂから第３領域２３Ｃへと流れていく。
　第３領域２３Ｃへと流れた液滴は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂに形成された環状溝部２１ｄへ流れ込み、実施例１の場合と同様に、この環状溝部２１ｄ内に留まって旋回し続けることで蒸発していく。
　しかしながら、環状溝部２１ｄでは、全ての液滴を内部で蒸発させることは難しい。また、液滴化した一部の液体は、環状溝部２１ｄの中へ流れ込まずに、さらに下流へと気体と共に流れていくことがある。そして、図１２に拡大して示すように、環状溝部２１ｄよりもさらに下流側へと流れた液滴Ｗは、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１との間に入り込む。
　ここで、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間には、インナーパイプ５１へ流れなかった気体も流れ込む。しかし、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間に流れ込んだ気体は、スペーサー２４によって流れが阻止されて抜けていくことができない。そのため、この気体は、インレットパイプ２１の内周面２１ｂに沿った旋回流となって流れるものの、スペーサー２４に衝突することで、インナーパイプ５１の外周面５２ｂに沿って逆流し、インナーパイプ５１の開口５１ｂへと向かう。
　これにより、環状溝部２１ｄよりも下流側へと流れてインレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間に流れ込んだ液滴Ｗも、気体の流れによってインレットパイプ２１の内周面２１ｂに沿って流された後、スペーサー２４に衝突してからインナーパイプ５１の外周面５２ｂに沿って開口５１ｂへと向かう。
　これに対し、実施例２の気液分離装置５０では、インレットパイプ２１に差し込まれた部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂに、突起部５４が形成されている。
　そのため、スペーサー２４に衝突してからインナーパイプ５１の外周面５２ｂに沿って開口５１ｂへと向かう液滴Ｗの流れは、突起部５４によって堰き止められ、この液滴Ｗが開口５１ｂからインナーパイプ５１内に入り込むことが阻止される。
これにより、この気液分離装置５０では、環状溝部２１ｄよりも下流側へ流れて、インレットパイプ２１とインナーパイプ５１の間に流れ込んだ液滴が、インナーパイプ５１内に流れ込むことを防止でき、インナーパイプ５１を流れる気体に液滴化した液体が混じることを防止できる。
　さらに、実施例２の気液分離装置５０では、図１１に示すように、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂが加熱用電熱シート５５によって覆われている。そのため、この気液分離装置５０は、加熱用電熱シート５５をＯＮ操作して発熱させることで、インナーパイプ５１の外周面５２ｂを加熱できる。
　これにより、気液分離装置５０では、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１内の温度を上昇させ、インナーパイプ５１に気体と共に流れ込んだ液体の蒸発を促進できる。この結果、気液分離装置５０は、インナーパイプ５１内に流れ込んだ液滴を蒸発させて気化させることができ、液滴のままの液体が気体と共に流下することをさらに防止して、液滴の気化率の向上を図ることができる。
　また、この実施例２の気液分離装置５０は、インナーパイプ５１の内周面５２ａのうち、加熱用電熱シート５５によって覆われたインレットパイプ２１から突出した部分にも、第１段差面５３ａを有する環状溝部５３が形成されている。つまり、インナーパイプ５１は、この環状溝部５３が形成された部分の外周面５２ｂが加熱用電熱シート５５によって加熱される。
　これにより、実施例２の気液分離装置５０では、環状溝部５３の第１段差面５３ａの近傍位置に留まっている液滴の蒸発を促進でき、インナーパイプ５１内に流れ込んだ液滴の蒸発を効率的に行うことができて、さらに液滴の除去率の向上を図ることができる。
　次に、効果を説明する。
　実施例２の気液分離装置５０にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
　(4) 前記インナーパイプ５１の外周面５２ｂと、前記インレットパイプ２１の内周面２１ｂとの間に間隙αが設けられると共に、前記インナーパイプ５１は、前記インレットパイプ２１に差し込まれた部分の外周面５２ｂに、周方向に延びる突起部５４が形成されている構成とした。
　これにより、上記(3)の効果に加え、インレットパイプ２１内で蒸発しきれなかった液滴がインナーパイプ５１を流れる気体に混じることを防止できる。
　(5) 前記配管（インナーパイプ５１）には、外周面５２ｂを加熱する加熱手段（加熱用電熱シート５５）が設けられている構成とした。
　これにより、上記(1)～(4)のいずれかの効果に加え、液体の蒸発を促進させることができ、液滴の気化率の向上を図ることができる。
　(6) 前記加熱手段（加熱用電熱シート５５）は、前記配管（インナーパイプ５１）のうち、前記第１段差面５３ａが形成された部分の外周面５２ｂを加熱する構成とした。
　これにより、上記(5)の効果に加え、第１段差面５３ａの近傍位置に留まっている液滴の蒸発を促進できて、液滴の蒸発を効率的に行うことができる。
　以上、本発明の気液分離装置を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、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。
　実施例１の気液分離装置２０では、上述のように、インレットパイプ２１及びインナーパイプ２２のそれぞれに第１段差面４１,４４を有する環状溝部２１ｄ,２２ｄが形成される例を示したが、これに限らない。
例えば、図１３Ａに示す気液分離装置２０Ａのように、インレットパイプ２１の内周面２１ｂには環状溝部を形成せず、インナーパイプ２２の内周面２２ｃのみに第１段差面４４を有する環状溝部２２ｄを形成してもよい。
また、図１３Ｂに示すように、インレットパイプ２１の内周面２１ｂのみに第１段差面４１を有する環状溝部２１ｄを形成し、インナーパイプ２２の内周面２２ｃには環状溝部を形成しない気液分離装置２０Ｂでもよい。
つまり、インレットパイプ２１又はインナーパイプ２２の少なくとも一方の内周面２１ｂ,２２ｃに第１段差面を形成すれば、気液二相流体から分離した液体を第１段差面の近傍位置に留まらせて蒸発させ、液滴のままでの液体の流下を防止できる。
　さらに、インレットパイプ２１の内周面２１ｂのみに第１段差面４１を有する環状溝部２１ｄを形成した場合では、図１３Ｃに示す気液分離装置２０Ｃのように、インナーパイプを設けなくてもよい。この場合では、インナーパイプが差し込まれる排気口は存在せず、図示しないターボ過給機に接続されるインレットパイプ２１の端部が排気口に相当する。
　また、実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１に形成された環状溝部２１ｄが、旋回流発生リボン３０よりも下流側であって、インナーパイプ２２の開口２２ｂよりも上流側の位置に形成される例を示した。しかしながら、図１３Ｄに示す気液分離装置２０Ｄのように、環状溝部２１ｄを、インナーパイプ２２の開口２２ｂよりも下流側の位置、つまり、インナーパイプ２２の周囲を取り囲む位置に形成してよい。
このときには、インナーパイプ２２の開口２２ｂの下流側にて液滴を蒸発させることになるため、蒸発途中で小さくなった液滴が気体の勢いで飛ばされても、インナーパイプ２２内に入り込むことを防止できる。
　また、実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１の内周面２１ｂに形成した環状溝部２１ｄが、第１段差面４１,４４及び第２段差面４２,４５を有する例を示した。また、インナーパイプ２２の内周面２２ｃに形成した環状溝部２２ｄも、第１段差面４４及び第２段差面４５を有する例を示した。
しかしながら、これに限らず、図１４に示す気液分離装置２０Ｅのように、旋回流発生リボン３０よりも気液二相流体の流れ方向の下流側のインレットパイプ２１の内周面２１ｂに、下流側に向かって内径寸法が大きくなった第１段差面４１Ａのみを形成してもよい。この場合であっても、第１段差面４１Ａに沿って負圧領域が発生し、この第１段差面４１Ａの近傍位置に液滴化した液体を留まらせて周方向に旋回させ、蒸発させることができる。
つまり、インレットパイプ２１の内周面２１ｂ、又はインナーパイプ２２の内周面２２ｃの少なくとも一方に、第１段差面のみを形成してもよい。
　さらに、インレットパイプ２１やインナーパイプ２２の内周面２１ｂ,２２ｃに、第１段差面を気液二相流体の流れ方向に沿って複数形成してもよい。つまり、インレットパイプ２１等の配管の内径寸法を、階段状に複数回大きくしてもよい。
この場合には、複数の第１段差面のそれぞれの近傍位置に液滴化した液体を留まらせて、蒸発させることができるため、複数回に分けて液滴を蒸発させることが可能となり、液滴の気化率を向上させることができる。
　そして、実施例１では、インレットパイプ２１に形成された第１段差面４１と、この第１段差面４１よりも上流側の内周面２１１ｂとでなす角θ１が９０°に設定され、インナーパイプ２２に形成された第１段差面４４と、この第１段差面４４よりも上流側の内周面２２１ｃとでなす角θ３が９０°に設定されている例を示した。
しかし、この角θ１及び角θ３は、第１段差面４１,４４に沿って負圧領域Ｈが形成できる角度であればよい。つまり、この角θ１及び角θ３は、具体的には図１５に示すように、９０°以下の鋭角に設定されればよい（なお、図１５では、環状溝部２１ｄのみを示すが、環状溝部２２ｄについても同様である）。
　さらに、実施例１の気液分離装置２０では、インレットパイプ２１に形成された第２段差面４２と、この第２段差面４２よりも下流側の内周面２１２ｂとでなす角θ２が９０°に設定され、インナーパイプ２２に形成された第２段差面４５と、この第２段差面４５よりも下流側の内周面２２２ｃとでなす角θ４が９０°に設定されている例を示した。
しかし、この角θ２及び角θ４は、第２段差面４２,４５に沿って環状溝部２１ｄ,２２ｄ内の液滴の下流側への移動を阻止できる角度であればよい。つまり、この角θ２及び角θ４は、具体的には図１５に示すように、９０°以下の鋭角に設定されればよい（なお、図１５では、環状溝部２１ｄのみを示すが、環状溝部２２ｄについても同様である）。
　さらに、実施例２では、インナーパイプ５１の内周面５２ａに形成された環状溝部５３と、インナーパイプ５１の外周面５２ｂに形成された突起部５４との軸方向の位置がずれている例を示した。しかしながら、これに限らず、例えば図１６に示す気液分離装置２０Ｆのように、インナーパイプ５１の内周面５２ａをへこませた位置を外方に突出させることで、環状溝部５３と突起部５４との軸方向位置を一致させてもよい。この場合では、環状溝部５３と突起部５４を同時に形成することが可能になると共に、環状溝部５３を形成することによるインナーパイプ５１の厚みの低下を抑制できる。
　また、実施例２では、加熱用電熱シート５５を、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂに設けた例を示したが、これに限らない。例えば、図１７に示す気液分離装置２０Ｇのように、インレットパイプ２１を加熱用電熱シート５５によって覆い、このインレットパイプ２１の外周面２１ｅを加熱してもよい。この場合では、インレットパイプ２１内の温度が上昇し、インレットパイプ２１の内部において、気液二相流体に含まれる液体の蒸発が促進される。
また、インレットパイプ２１の外周面２１ｅ及び、インレットパイプ２１から突出した部分のインナーパイプ５１の外周面５２ｂの双方を加熱用電熱シート５５によって加熱してもよい。
　さらに、実施例２では、インナーパイプ５１の外周面５２ｂを加熱する加熱手段として、可撓性を有する加熱用電熱シート５５を用いる例を示したが、これに限らない。加熱手段は、インレットパイプ２１やインナーパイプ５１といった配管の外周面を加熱できればよいので、例えばインレットパイプ等の加熱したい配管を二重管構造にし、二重になった管の間に高温の排気ガスを循環させて配管を加熱してもよい。つまり、加熱手段は、排気ガスの循環構造を用いた二重管構造であってもよい。
　また、実施例１の気液分離装置２０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）に設置してもよい。
　また、この実施例１では、重力方向に対して気液二相流体の流れ方向が水平になるような、いわゆる横置き方向に気液分離装置２０を設置する例を示した。しかしながら、本発明の気液分離装置２０の設置方向はこれに限らず、排気還流システムＳ内でのレイアウト等の影響により、設置方向を適宜設定してもよい。
なお、実施例１において、始端部３４を重力方向に沿って立設した例を示したが、この始端部３４の立設方向についてもこれに限らず、気液分離装置２０のレイアウトに応じて適宜設定される。
　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。
　そして、実施例１及び実施例２では、気液分離装置２０,５０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できる。
関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年１２月８日に日本国特許庁に出願された特願２０１６－２３８３５８号に基づいて優先権を主張し、そのすべての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (6)

  1. 　気液二相流体が流れる配管と、前記配管の内部に配置されて前記気液二相流体を前記配管の内周面に沿って旋回させる旋回流発生手段と、を備えた気液分離装置において、
    　前記配管は、前記旋回流発生手段よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面に、下流側に向かって前記配管の内径寸法が大きくなった第１段差面が形成されている
    　ことを特徴とする気液分離装置。
  2. 　請求項１に記載された気液分離装置において、
    　前記配管は、前記第１段差面よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の内周面に、下流側に向かって前記配管の内径寸法が小さくなった第２段差面が形成されている
    　ことを特徴とする気液分離装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載された気液分離装置において、
    　前記配管は、前記旋回流発生手段が内部に配置されると共に、前記旋回流発生手段よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置に排気口が形成されたインレットパイプと、前記排気口に一端が差し込まれると共に、前記旋回流発生手段よりも前記気液二相流体の流れ方向の下流側の位置で開放した開口を有するインナーパイプと、を備え、
    　前記第１段差面は、前記インレットパイプの内周面と、前記インナーパイプの内周面とのうち、少なくとも一方に形成されている
    　ことを特徴とする気液分離装置。
  4. 　請求項３に記載された気液分離装置において、
    　前記インナーパイプの外周面と、前記インレットパイプの内周面との間に間隙が設けられると共に、前記インナーパイプは、前記インレットパイプに差し込まれた部分の外周面に、周方向に延びる突起部が形成されている
    　ことを特徴とする気液分離装置。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された気液分離装置において、
    　前記配管には、外周面を加熱する加熱手段が設けられている
    　ことを特徴とする気液分離装置。
  6. 　請求項５に記載された気液分離装置において、
    　前記加熱手段は、前記配管のうち、前記第１段差面が形成された部分の外周面を加熱する
    　ことを特徴とする気液分離装置。
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