JP5564778B2 - 水分離器 - Google Patents

Description

本発明は、航空機用空調装置等の機器に用いられる水分離器に関する。

従来、原子力発電所等において、気体流から水滴を分離させるべく配管中に水分離器を設けることが広く知られている。このような水分離器として、気体流を下方から上方に向けて流すようにしているとともに、旋回流を発生させ、水分を外部に排出する構成のものが広く知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。前記特許文献１、２記載の構成では、いずれも、入口管と出口管との間に隙間を設けている。そして、前記特許文献１記載の構成では、隙間の下流側端に絞りを設け、軸心近くの水分含有量が少ない部位を優先的に出口管に導くようにしている。また、前記特許文献２には、入口管と出口管との間の部位に、パンチング孔又はスリットを利用して形成した水切り孔を全周にわたって設ける構成も述べられている。そして、気体流に含まれる水分は、遠心力を受けてこの隙間又は水切り孔から入口管及び出口管の外部に導かれ、重力により落下し、入口管の外側に設けた外筒等を介して水分離器外に排出されるようにしている。
特開昭６２−３５２９１号公報 特開平９−１２２５３６号公報

ところで、航空機用空調装置等、鉛直方向に大きなスペースをとることが困難な箇所に設けられる配管中に設けられる水分離器において、上述したような水分離器をそのまま横向きにして利用すると、外部に排出した水滴の分離に、水滴の重力による落下を利用しにくい。すなわち、遠心力により一度入口管及び出口管の外部に導かれた水滴が、重力により落下し、入口管と出口管との間の隙間から出口管内部に侵入する不具合が発生しうる。また、以下に述べるような不具合が発生しうる。すなわち、特許文献１記載の構成では、配管中に絞りが存在するので、気体流の流れ抵抗及び圧力損失が大きく、空調装置の配管中に配置するには不適切である場合がある。また、特許文献２記載の構成のように、全周にわたって水切り孔を配置すると、この水切り孔の付近において気体流に乱れが発生し、この気体流の乱れにより水滴が管路の軸心付近に移動し、水滴が下流側に導かれてしまう不具合も発生しうる。

本発明はこのような課題を解決することを目的とする。

本発明にかかる水分離器は、気体流路中に含まれる水分を除去する水分離器であって、以上の課題を解決するために、横向きに延伸し水分を含む気体を導入させてなる入口管と、この入口管内に旋回流を発生させるための旋回流発生要素と、旋回流発生要素下流に横向きに設けた直管部と、横向きに延伸し前記入口管の下流側に連通する筒状をなし前記入口管よりも大きな内径を有するとともに外部と連通する水切り孔を有する水切り領域を外壁の一部に設定してなるトラップと、このトラップの内部に前記入口管を延伸させて設けた返し部と、前記トラップの下流端から横向きに延伸し内径が前記入口管以上かつ前記トラップ未満である出口管とを具備し、前記出口管及びトラップには、上流側に延伸する返し部が設けられていないことを特徴とする。

このようなものであれば、前記出口管の内径が前記入口管以上であり、また、トラップの内径を前記入口管及び前記出口管の内径より大きくしているので、水分離器全体にわたって内径が前記入口管の内径よりも小さくなる部分がなく、従ってこの水分離器内の気体の流れを円滑なものとし、流れ抵抗及び圧力損失を小さく抑えることができる。その上で、前記トラップの水切り領域を外壁の一部にのみ形成しているので、水切り領域の水切り孔が存在することにより発生する旋回流の乱れを低減でき、旋回流の乱れにより水滴が下流側に飛散することを抑制できる。さらに、前記返し部を設けているので、水滴が入口管からトラップ内に導かれる際、下流側に飛散することを抑制できる。そして、入口管、トラップ、及び出口管をいずれも横向きに延伸させているので、このような水分離器の設置の際に高所作用を必要とせず、また、内法高さ寸法が限定される空間内に設置することができる。
また、前記出口管及びトラップには上流側に延伸する返し部が設けられていないので、旋回流の乱れにより水滴が出口管の内側に飛散しそのまま下流側に導かれてしまう不具合の発生を抑制することができる。

このような水分離器において、水分除去効率をさらに向上するためには、前記トラップを、複数個直列に設けているものが望ましい。ここで、前記トラップを、複数個直列に設けた場合において、「出口管が前記トラップの下流端から横向きに延伸」とは、複数個直列に設けたトラップのうち最も下流側に位置するトラップの下流端から出口管を横向きに延伸させることを示す。

また、水分除去効率をさらに向上するためには、前記水切り領域をトラップの下端部に設けているものも望ましい。このようなものであれば、遠心力だけでなく、重力をも利用して水滴を水切り孔から排出できるからである。

本発明に係る水分離器の構成によれば、いずれも横向きに延伸させた入口管、トラップ、及び出口管を接続する構成を有するので、設置の際に高所作用を必要とせず、また、内法高さ寸法が限定される空間内に設置することができる。また、内径が前記入口管よりも小さくなる部分がないので、この水分離器を通過する気体の流れ抵抗及び圧力損失を小さく抑えることができる。その上で、前記トラップの水切り領域を外壁の一部にのみ形成しているので、内部での気体の旋回流の乱れを抑制し、水滴が下流側に飛散することを抑制し、水除去効率の向上を図ることができる。そして、前記トラップの内部に前記入口管を延伸させて返し部を設けていることにより、水滴が入口管からトラップ内に導かれる際に水滴の下流側への飛散を抑制し、水除去効率の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態について述べる。

本実施形態に係る水分離器１は、主に航空機の空調装置の空気流路中に用いられ、エンジン抽気中に含まれる水分又はエンジン抽気を熱交換器等により冷却して抽気中に凝結する水分を除去すべく用いられる。

この水分離器１は、図１及び図２に示すように、横向きに延伸し水分を含む気体を導入させてなる入口管２と、この入口管２内に旋回流を発生させるための旋回流発生要素たるスワールベーン３と、横向きに延伸し前記入口管２の下流側に連通する筒状をなし前記入口管２の内径Ｄ１よりも大きな内径Ｄ２を有するとともに外部と連通する水切り孔たるパンチング孔１３ａ、１７ａを有する水切り領域１３、１７を外壁の一部に設定してなる第１、第２のトラップ８、９を有するトラップ部４と、前記トラップ部４の下流端から横向きに延伸し内径Ｄ４が前記入口管２の内径Ｄ１以上かつ前記トラップ部４の内径Ｄ２未満である出口管５とを具備する。

前記入口管２は、この水分離器１よりも上流側の配管に接続してなる丸パイプ状の部材である。また、この入口管２は、長手方向全域にわたって同一の内径Ｄ１を有する。

前記スワールベーン３は、前記入口管２中に設けられ、この入口管２の軸心近傍に位置するコア６と、このコア６から下流側に向かい軸方向視した際の位相を変化させつつ外方に延伸する複数のフィン７とを具備する。そして、前記入口管２内の空気流がこのスワールベーン３のフィン７間を通過することにより前記入口管２内の空気流が旋回流となるように構成している。また、このスワールベーン３のフィン７の下流側の端縁が、前記入口管２の下流側端縁から所定距離、具体的にはこの入口管２の直径Ｄ１の１〜１．５倍だけ上流側となる位置に配されるよう、入口管２に直管部を設けることが望ましく、本実施形態では直管部の長さを前記入口管２の内径Ｄ１の１．３倍に設定している。

前記トラップ部４は、本実施形態では、上流側に位置する第１のトラップ８と、下流側に位置する第２のトラップ９とを直列に設けている。

前記第１のトラップ８は、上流側の端縁を形成する上流側端壁１０と、下流側の端縁を形成する仕切り壁１１と、これら上流側端壁１０及び仕切り壁１１の外側縁間を接続する周壁１２とを備えた円筒状をなす部材である。この第１のトラップ８の内径Ｄ２は、前記入口管２の内径Ｄ１の１．３５倍〜１．６５倍の範囲が望ましく、本実施形態では前記入口管２の内径Ｄ１の１．５倍に設定している。また、この第１のトラップ８の下端部には、上述したように、水切り孔たるパンチング孔１３ａを有する水切り領域１３を設けている。この水切り領域１３は、本実施形態では、下端を挟む所定角度θの範囲にのみ形成している。さらに、この第１のトラップ８の内部には、前記入口管２を延伸させて設けた第１の返し部１４を形成している。

前記第２のトラップ９は、上流側の端縁を形成する仕切り壁１１と、下流側の端縁を形成する下流側端壁１５と、これら仕切り壁１１及び下流側端壁１５の外側縁間を接続する周壁１６とを備えた円筒状をなす部材である。なお、前記仕切り壁１１は、前記第１のトラップ８を構成する仕切り壁１１を兼用している。また、前記周壁１６は、前記第１のトラップ８を構成する周壁１２の下流側端縁から同一の内径を保ちつつ一体に延伸させて設けている。すなわち、この第２のトラップ９の内径Ｄ３も、前記入口管２の内径Ｄ１の１．３５倍〜１．６５倍の範囲が望ましく、本実施形態では前記入口管２の内径Ｄ１の１．５倍に設定している。また、この第２のトラップ９の下端部にも、上述したように、水切り孔たるパンチング孔１７ａを有する水切り領域１７を設けている。この水切り領域１７も、本実施形態では、下端を挟む所定角度θの範囲にのみ形成している。さらに、この第２のトラップ９の内部には、前記入口管２を延伸させて設けた第２の返し部１８を形成している。この第２の返し部１８は、前記仕切り壁１１の上流側の面を起点とし、前記第１の返し部１４と同一の内径Ｄ１及び長手寸法を有する。

そして、第１及び第２のトラップ８、９の水切り領域１３、１７の外方には、これら第１、第２のトラップ８、９の外部に排出された水をこの水分離器１の外方に排出するための樋１９及び排水路２０を設けている。

前記出口管５は、この水分離器１よりも下流側の配管に接続してなる丸パイプ状の部材である。また、本実施形態では、この出口管５の内径は、前記入口管２の内径Ｄ１と同一に設定している。さらに、この出口管２は、長手方向全域にわたって同一の内径Ｄ４を有する。そして、この出口管５は、前記トラップ部４の下流端、より具体的には前記トラップ部４の下流側端壁１５から横向きに延伸している。

このような水分離器１に水分を含む空気が導入されると、まず、空気流が前記スワールベーン３のフィン７間を通過することにより螺旋状の旋回流となる。その際、空気中に含まれる水滴は遠心力により入口管２の内壁に付着しながら下流に流れる。

それから、空気流は、旋回流状態のまま第１のトラップ８内に導入される。その際、入口管２の内壁に付着しながら流れていた水滴は遠心力を受けて前記周壁１２に達する。そして、前記周壁１２に沿って螺旋状をなして下流側に進む間に、水切り領域１３のパンチング孔１３ａに達した際に樋１９に導かれ、排水路２０を介して外部に排出される。尚、第１の返し部１４の外壁に沿って一旦上流側に向かう流れが生じるため、入口管２の内壁に付着しながら流れていた水滴が遠心力を受けて周壁１２に達する際に、下流側に飛散することを防止できる。

また、この第１のトラップ８を通過した空気流は、次いで前記第２の返し部１８内を通過して第２のトラップ９内に導入される。その際、第１のトラップ８を飛び超えた水滴は遠心力を受けて前記周壁１６に達する。そして、前記周壁１６に沿って螺旋状をなして下流側に進む間に、水切り領域１７のパンチング孔１７ａに達した際に樋１９に導かれ、排水路２０を介して外部に排出される。尚、第２の返し部１８の外壁に沿って一旦上流側に向かう流れが生じるため、第１のトラップ８を飛び超えた水滴が遠心力を受けて周壁１６に達する際に、下流側に飛散することを防止できる。

以上に述べたように、本実施形態に係る水分離器１の構成によれば、前記出口管５の内径Ｄ４が前記入口管２の内径Ｄ１と等しく、また、前記第１、第２のトラップ８、９の内径Ｄ２、Ｄ３を前記入口管２及び前記出口管５の内径Ｄ１、Ｄ４より大きく、具体的には１．５倍に設定しているので、内径が前記入口管２よりも小さくなる部分がなく、従ってこの水分離器１を通過する空気の流れ抵抗及び圧力損失を小さく抑えることができる。

また、スワールベーン３のフィン７の下流側の端縁が前記入口管２の下流側端縁からこの入口管２の直径Ｄ１の１〜１．５倍だけ上流側となる位置、より具体的には１．３倍だけ上流側になるよう直管部を設けているので、スワールベーン３のフィン７の下流側の端縁を入口管２の下流側端縁からこの入口管２の直径Ｄ１の１倍未満に設定した場合に起こり得る不具合、すなわち第１、第２のトラップ８、９において旋回流が軸方向から見て外周方向に広がりきっていないために水滴が第１、第２のトラップ８、９に流れ込まない不具合の発生を抑制しつつ、また、スワールベーン３のフィン７の下流側の端縁を入口管２の下流側端縁からこの入口管２の直径Ｄ１の１．５倍超に設定した場合に起こり得る不具合、すなわち旋回流が弱まるため水滴が第１、第２のトラップ８、９に流れ込まない不具合の発生を抑制しつつ、水滴を効率的にトラップ部４すなわち第１、第２のトラップ部８、９の周壁１２、１６に付着させて取り除くことができる。

また、前記第１、第２のトラップ８、９の内径Ｄ２、Ｄ３を前記入口管２の内径Ｄ１の１．３５〜１．６５倍の範囲、より具体的には１．５倍に設定しているので、第１、第２のトラップ８、９の内径Ｄ２、Ｄ３を入口管２の内径Ｄ１の１．３５倍未満に設定した場合に起こり得る不具合、すなわち水分量が多い場合に水滴が第２のトラップ９の内径Ｄ３と出口管５との間の段差を飛び越える不具合の発生を抑制しつつ、また、第１、第２のトラップ８、９の内径Ｄ２、Ｄ３を入口管２の内径Ｄ１の１．６５倍超に設定した場合に起こり得る不具合、すなわち第１、第２のトラップ８、９の周壁１２、１６に沿う旋回流が弱まり周壁１２、１６の上部の水滴が出口管５に向かって流れ出る不具合の発生を抑制しつつ、水滴を効率的にトラップ部４すなわち第１、第２のトラップ部８、９の周壁１２、１６に付着させて取り除くことができる。

その上で、前記水切り領域１３、１７を周壁１２、１６の下端部にのみ形成しているので、水切り領域１３、１７のパンチング孔１３ａ、１７ａが存在することにより発生する旋回流の乱れを低減でき、旋回流の乱れにより水滴が下流側に飛散することを抑制できる。

さらに、第１、第２のトラップ８、９に前記第１、第２の返し部１４、１８を設けているので、第１、第２の返し部１４、１８の外壁に沿って一旦上流側に向かう流れが生じるため、入口管２からトラップ部４へ流れ込む水滴が遠心力を受けて周壁１２、１６に達する際に、下流側に飛散することを防止できる。

また、入口管２、トラップ部４、及び出口管５をいずれも横向きに延伸させているので、このような水分離器１の設置の際に高所作用を必要とせず、また、内法高さ寸法が限定される航空機内の空間に無理なく設置することができる。

加えて、前記入口管２が、長手方向全域にわたって同一の内径Ｄ１を有するので、入口管２の下流側端縁に鍔又はテーパ部を設けた場合に起こり得る不具合、すなわち鍔面又はテーパ面に水分が滞留し、滞留した水分の一部が下流側に飛散する不具合の発生を防ぐことができる。

また、前記出口管５を前記トラップ部４の下流端すなわち前記第２のトラップの下流側端壁１５から上流に向かって延伸させていないので、すなわちトラップ部４の下流側には返し部を設けていないので、下流側に返し部を設けた際に起こり得る不具合、すなわち気体の旋回流がこの返し部に達した際に該返し部により旋回流が乱れ、旋回流の乱れにより水滴が出口管５の内側に飛散しそのまま下流側に導かれてしまう不具合の発生を抑制できる。

さらに、本実施形態では、前記トラップ部４が、直列に設けてなる第１及び第２のトラップ８、９を有するので、水分除去効率のさらなる向上を図ることができる。

そして、前記水切り領域１３、１７をトラップ部４の下端部にのみ設けているので、遠心力だけでなく重力をも利用して水滴をパンチング孔１３ａ、１７ａから排出でき、この点からも水分除去効率のさらなる向上を図ることができる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

例えば、前記トラップは１つだけ設けるようにしてもよく、また、トラップを３つ以上設けてもよい。

また、水切り孔は、パンチング孔である必要はなく、例えばトラップの長手方向や長手方向に垂直な方向に延伸するスリットであってもよい。また、水切り領域は、上述した実施形態では重力を利用して水滴を排出できるようにすべくトラップの下端部に設けているが、トラップ内での旋回流による遠心力と重力が釣り合って水が溜まりやすい斜めの位置に設けても良い。更に無重力空間中で用いる場合等においては、トラップの周壁の所定角度範囲内の領域にのみ設ける限りにおいて下端部以外の領域に設けてもよい。さらに、水切り領域外方の樋は、必ずしも設ける必要はない。

加えて、航空機用空調装置の空気流路に限らず、各種気体供給装置の配管中にこのような構成の液滴分離器を設けてもよい。

さらに、旋回流発生要素として、スワールベーンを用いる代わりに、入口管の接線方向に水分を含む気体を導入させる気体導入管を用いてもよい。

また、前記実施形態では、また、スワールベーン３のフィン７の下流側の端縁を入口管２の下流側端縁からこの入口管２の直径Ｄ１の１〜１．５倍だけ上流側となる位置、より具体的には１．３倍の位置に設定するよう直管部を設けているが、水分離器１の口径、空気流量、空気圧力、水量、フィン７の形状等の条件により、直管部の長さの適切な範囲は異なる場合がある。

また、前記実施形態では、第１、第２のトラップ８、９の内径Ｄ２、Ｄ３を、入口管２の内径Ｄ１の１．３５〜１．６５倍の範囲、より具体的には１．５倍に設定したが、水分離器１の口径、空気流量、空気圧力、水量、フィン７の形状等の条件により、第１、第２のトラップ８、９の内径Ｄ２、Ｄ３の適切な範囲は異なる場合がある。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

本発明の一実施形態に係る水分離器の中央縦断面図。 図１におけるＡ−Ａ断面図。

符号の説明

１…水分離器
２…入口管
３…スワールベーン（旋回流発生要素）
４…トラップ
５…出口管
８、９…第１、第２のトラップ部
１３、１７…水切り領域
１３ａ、１７ａ…パンチング孔（水切り孔）
１４、１８…第１、第２の返し部
Ｄ１…入口管の内径
Ｄ２、Ｄ３…第１、第２のトラップ部の内径（トラップの内径）
Ｄ４…出口管の内径

Claims (3)

1. 気体流路中に含まれる水分を除去する水分離器であって、横向きに延伸し水分を含む気体を導入させてなる入口管と、この入口管内に旋回流を発生させるための旋回流発生要素と、旋回流発生要素下流に横向きに設けた直管部と、横向きに延伸し前記入口管の下流側に連通する筒状をなし前記入口管よりも大きな内径を有するとともに外部と連通する水切り孔を有する水切り領域を外壁の一部に設定してなるトラップと、このトラップの内部に前記入口管を延伸させて設けた返し部と、前記トラップの下流端から横向きに延伸し内径が前記入口管以上かつ前記トラップ未満である出口管とを具備し、前記出口管及びトラップには、上流側に延伸する返し部が設けられていないことを特徴とする水分離器。
2. 前記トラップを、複数個直列に設けている請求項１記載の水分離器。
3. 前記水切り領域をトラップの下端部に設けている請求項１又は２記載の水分離器。

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