CH470637A - Gerät zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas und dessen Verwendung in Flugzeugen - Google Patents

Description

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 Gerät zum Abscheiden eines    flüssigen   und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas und dessen Verwendung in Flugzeugen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas mit mindestens einem    Drallorgan   für das durchstreichende Medium und dessen Verwendung in Flugzeugen. 



  In    Luftkonditionierungsanlagen   ist es oft notwendig, die gekühlte Luft von kondensierter Feuchtigkeit zu befreien, wobei die    Wasserabscheidung   mit Vorteil im Anschluss an die Luftkühlung vorgenommen wird. Die zur Erfüllung dieser Aufgabe vorgesehenen    Wasserabscheide-      geräte   sind deshalb    in   der    Luftkonditionierungsanlage   meist nach dem Kühlgerät angeordnet. 



  Einige der bekannten    Wasserabscheidegeräte   sind mit einem Nebel-Kondensator aus    Glas-Fiber-Material,   der auf einem    konusförmigen   groben Sieb oder Lochblech befestigt ist, ausgerüstet oder mit einer als Filter bezeichneten Anordnung, bei welcher ein metallener gelochter Blechträger mit porösem, faserigem Material überzogen ist, um die feuchten    Partikeln   zu vereinigen. 



  Diese Kondensatoren oder    Filter,   deren    Wirkung   physikalisch nicht näher erklärt wird, sind vor demjenigen Teil des    Wasserabscheidegerätes   eingebaut, der die Trennung des Gemisches bewirkt. 



  Bei den bekannten    Wasserabscheidegeräten   werden immer Zentrifugalkräfte benutzt, um die schwereren Wassertröpfchen von der Luft zu trennen. Diese Zentrifugalkräfte werden dadurch erzeugt, dass z. B. zwei gegeneinander geneigte, halbelliptische    Prallbleche   in die Rohrleitung eingelegt werden, oder es werden allein oder zusätzlich Blechstreifen eingebaut, die mit gleichförmiger oder mit abnehmender, jedenfalls mit relativ kleiner Steigung um einen zentralen Stab gewunden sind und die zur Erzeugung oder zu einer Steigerung der    Zentrifu-      galkräfte   führen.

   Andere Geräte lassen das Gemisch aus einem Gefäss    in   die stromabwärts führende Leitung so    abfliessen,   dass der    Eintritt   über achsparallele Schlitze    tangential   in das Leitungsrohr erfolgt, den Strom derart in eine Rotationsbewegung versetzend. Schliesslich gibt es Geräte, die rotierende    Impeller   oder    beschaufelte   Räder verwenden, um das strömende Gemisch in eine überlagerte Rotationsbewegung zu versetzen, wobei die zur Drehung des    Impellers   oder des    beschaufelten   Rades nötige Energie entweder mittels Turbine der strömenden Luft entnommen oder durch äussere Quellen geliefert wird. 



  In den bekannten    Wasserabscheidegeräten   wird die durch die Zentrifugalkräfte getrennte, nach aussen an die Wandung gedrängte Flüssigkeit durch Schlitze, die entweder quer zur Achse oder parallel zu dieser verlaufen, oder durch am Umfang verteilte kleine Löcher, die eventuell in einer Rille der Wandung angeordnet sind, in einen äusseren Sammelraum geführt, von wo sie ins Freie geleitet wird. Bei allen bekannten Geräten sind diese Schlitze oder Löcher direkt in der Zone der drallerzeugenden Elemente oder unmittelbar anschliessend angeordnet. Bei einigen Geräten wird schliesslich ein Teil der in der Rotation des Luftstromes enthaltenen    Energie   durch ein Turbinenrad oder durch einen Kranz von Leitschaufeln wieder zurückgewonnen, indem die Strömung    geradegerichtet   wird. 



  Die beschriebenen bekannten    Wasserabscheidegeräte   sind verhältnismässig kompliziert, beanspruchen einen nicht immer unwesentlichen Raum, weisen ein relativ grosses Gewicht auf, verlangen einen besonderen Unterhalt oder verursachen in dem durch das Gerät strömenden Gas einen verhältnismässig erheblichen Druckverlust. 



  Diese Eigenschaften bekannter    Wasserabscheidege-      räte   sind insbesondere dann von Nachteil, wenn die Strömungsgeschwindigkeit gross ist, z. B. in der Grö- ssenordnung von 50 Metern pro Sekunde, und wenn sich die    Luftkonditionierungsanlage   in einem Flugzeug befindet, wo sie    möglichst   klein und leicht sein soll und im Hinblick auf eine minimale Leistungsdimensionierung einen möglichst geringen Druckabfall bewirken soll. Gleichzeitig soll aber die    Wasserabscheidung   mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgen, d. h. mit einem grossen Verhältnis der abgeschiedenen Wassermenge zur über- 

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 hauet    abscheidbaren   Wassermenge.

   Eine ungenügende    Luftentfeuchtung   beim Betrieb von    Luftkonditionie-      rungsanlagen   in Flugzeugen kann in nachteiliger und die Flugsicherheit gefährdender Weise Dampfniederschläge auf    Navigations-   und anderen Überwachungsinstrumenten zur Folge haben. 



  Zweck der Erfindung ist, die angeführten Nachteile bekannter Geräte zur    Wasserabscheidung   zu vermeiden und ein Gerät optimaler Wirkung zu schaffen, das nur wenig Raum beansprucht und ohne Schwierigkeiten auch bei gedrängten Platzverhältnissen untergebracht werden kann. 



  Erfindungsgemäss ist das Gerät dadurch gekennzeichnet, dass das    Drallorgan   als Schnecke ausgebildet ist. 



  Die Erfindung wird anschliessend an Hand der Zeichnung    beispielsweise   erläutert. Es zeigen:    Fig.   1 ein Gerät zur    Wasserabscheidung   in Ansicht,    Fig.   2 das Gerät von    Fig.   1 im Längsschnitt,    Fig.   3    eine   Schnecke des Gerätes von    Fig.   2 in grösserem Massstab in Seitenansicht,    Fig.   4 und 5 einen Längsschnitt und eine Hinteransicht einer Variante eines    Wasserabscheidungsgerätes.   Gemäss    Fig.   1 weist das    Wasserabscheidegerät   die äussere Form eines    zylindrischen   Rohres 1 auf, das ein offenes Ende 2 zum Einströmen des dampfhaltigen, gekühlten Gases, z. B.

   Luft, in der dargestellten    Pfeilrich-      tung   und ein offenes Ende 9 zum Ausströmen des entfeuchteten Gases bzw. der entfeuchteten Luft in Pfeilrichtung hat. Das Rohr 1 weist ferner eine manschettenartige Erweiterung 14 auf, in welcher das abgeschiedene Wasser gesammelt wird und an welche eine    Leitung   15 zum Ableiten des gesammelten Wassers angeschlossen ist. Das Rohr 1 wird mit dem Ende 2 an die Austrittsöffnung eines nicht dargestellten Gas- bzw. Luftkühlgerätes angeschlossen. Das ausgangsseitige Ende 9 wird mit einer oder mehreren weiteren, nicht dargestellten Rohrleitungen verbunden, durch welche die gekühlte, zum grössten    Teil   von Wasser befreite Luft an die gewünschten    Ausströmorte   geführt wird.

   Das in    Fig.   1 dargestellte,    rohrförmige      Wasserabscheidegerät   stellt demnach einen Teil der vom Kühlgerät zum Verbrauchsort verlegten Luftleitung dar. Da in den meisten Fällen eine Aufstellung des Kühlgerätes direkt am Orte, an welchem die konditionierte Luft gebraucht wird, nicht erwünscht ist oder nicht möglich ist, muss eine Verbindungsleitung ohnedies vorgesehen werden. Das    dargestellte      Wasserab-      scheidegerät      ersetzt   diese Verbindungsleitung teilweise oder vollständig, so dass es in    vorteilhafter   Weise keinen zusätzlichen Raum beansprucht. 



  Weitere Einzelheiten des in    Fig.   1 beispielsweise dargestellten Gerätes werden im folgenden an Hand der    Fig.   2 und 3 beschrieben. An das offene Ende 2 des Rohres 1, durch welches die dampfhaltige, gekühlte Luft    einströmt,   schliesst sich eine gerade Rohrstrecke 3 an, in welcher die Erzeugung von Kondensat aus Dampf bewirkt wird. Hierauf folgt eine Rohrstrecke 4, die eine leichte Krümmung aufweisen kann und die als Strömungsstrecke für das    Wassertröpfchen-Luft-Gemisch   vorgesehen    ist,   falls das Rohr 1 aus Platzgründen nicht in seiner ganzen Länge geradlinig verlegt werden kann. Die Rohrstrecke 4 kann aber auch weggelassen werden. Die Länge der Strecke 4 und deren Krümmung sind mithin völlig irrelevant bezüglich Funktion des Gerätes. 



  Die allfällig vorhandene Rohrstrecke 4 kann durch Kupplungen trennbar mit der Rohrstrecke 3 und der Rohrstrecke 5 verbunden sein, so dass die zum eigent-    lichen   Gerät gehörenden Strecken 3    einerseits   und 5 bis 8 anderseits vollständig getrennte Einheiten bilden können. Auch    wenn   keine Rohrstrecke 4 vorhanden ist, können die Rohrstrecken 3 und 5 durch eine Kupplung trennbar miteinander verbunden sein. 



  Anschliessend ist eine gerade Rohrstrecke 5 vorgesehen,    in   welcher dem axial strömenden Gemisch eine stromabwärts    kontinuierlich   schneller werdende Rotation um die Strömungsachse überlagert wird, so dass die schweren Wassertröpfchen    in   einer nachfolgenden,    gerad-      linigen,   als Wanderstrecke vorgesehenen Rohrstrecke 6 zufolge ihrer grösseren Zentrifugalkraft an die Wand des Rohres 1 drängen, während die leichtere Luft nach innen in den Bereich um die Rohrachse verdrängt wird. Diese Wanderstrecke stellt ein wesentliches Funktionselement des Gerätes dar. Seine optimale Länge liegt im Bereich von 1 bis 2mal dem Innendurchmesser dieses Rohrteils.

   In der darauffolgenden Rohrstrecke 7 werden die abgetrennten Wassertröpfchen zum grössten Teil ausgeschieden und durch die Leitung 15    entfernt.   



  Eine weitere gerade Rohrstrecke 8 dient dazu, die immer noch vorhandene Komponente schneller Rotation der weiterströmenden Luft kontinuierlich wieder zu eliminieren, so dass am austrittsseitigen Ende 9 des Rohres 1 nur noch    eine   mindestens angenähert axiale Luftströmung vorhanden ist. Die gleiche Wirkung kann dadurch erzielt werden, dass anstelle der Rohrstrecke 8 eine    Evolute   17 gesetzt wird, wobei die Luft    tangential   und senkrecht zur vorangehenden Rohrstrecke weggeführt wird, wie dies in den    Fig.   4 und 5 ersichtlich ist. 



     In   der Rohrstrecke 3 ist ein aus    einem   feinmaschigen Netz dünner Metalldrähte und stützenden Blechrippen bestehendes Element 10 angeordnet. Dieses hat die Aufgabe, einen möglichst grossen Teil des in der einströmenden, gekühlten Luft vorhandenen Dampfes auszuscheiden. Die mit dem Durchtritt des Gases durch das Netz verbundene stossartige Druckänderung und die    in   deren Gefolge    eintretende      Temperaturverminderung      verbessern   die Vorbedingungen für eine derartige Ausscheidung, so dass die von dem aus entsprechendem Metall hergestellten    Netz   abgegebenen Metall-Moleküle als Kondensationskerne mit katalytischer Wirkung die Bildung von Wassertröpfchen veranlassen. Es ist also z.

   B. möglich, ein Netz aus rostfreiem Stahldraht als sogenanntes    Kondensiergitter   zu benützen und dieses gegebenenfalls mit    einem   weitern Katalysator zu kombinieren, z. B. mit    Silberjodid.   Mit Vorteil weist das Element 10 die Form der Oberfläche eines Kegels auf, dessen Achse in der Strömungsachse liegt und dessen Spitze gegen die Strömung gerichtet ist. Die Grundfläche des Kegels entspricht hierbei ungefähr dem Querschnitt des Rohres 1. Das Element 10 kann durch ein selbsttragendes Geflecht oder/und durch Blechrippen gestützt ausgebildet sein, das in das Rohr 1 eingeschoben ist und an der gewünschten Stelle beispielsweise durch Anschläge wie Nietstifte gegen    ein   Verschieben gesichert ist. 



  Das    in   der Rohrstrecke 5 angeordnete Element, das die Rotation der Luftströmung erzeugt, besteht aus einer fest eingebauten,    einteiligen   und aus einem einzigen Werkstück bestehenden Schnecke 11. Die beiden Flächen der Schnecke 11 bilden zusammen mit der zylindrischen Wand des Rohres 1 zwei schneckenförmige Kanäle, durch welche die Luft strömt und welche demnach der Luftströmung den gewünschten Drall vermitteln. 

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 Die Schnecke 11 ist so geformt, dass ihre Steigung in Strömungsrichtung von einem nahezu unendlich gro- ssen Wert progressiv und    kontinuierlich   auf einen sehr kleinen Wert abnimmt. Dadurch wird die Luftströmung sukzessive umgelenkt, so dass Druckverluste infolge Abreissens der Strömung vermieden werden. 



  In    Fig.   3 ist ein Ausführungsbeispiel der in    Fig.   2 schematisch    eingezeichneten   Schnecke 11 in grösserem Massstab in Seitenansicht dargestellt. Die Schnecke 11 weist    einen   halben Gang auf und ist an ihrer Eintrittskante 11' und/oder ihrer Austrittskante profiliert. Sie kann beispielsweise mittels einer programmgesteuerten Fräsmaschine aus vollem Material gefräst oder auch durch Verdrehen eines Blechstreifens in einer Einspannvorrichtung, welche die gewünschte progressive Steigung bewirkt, hergestellt werden. Die auf den Innendurchmesser des Rohres 1    (Fig.   2) überdrehte Schnecke 11 wird in das Rohr 1 eingeschoben und an der vorgesehenen Stelle (Rohrstrecke 5) beispielsweise durch in das Rohr eingesetzte Nietstifte gegen Verschieben und Verdrehen gesichert. 



  In der Rohrstrecke 7 sind in der Wand des Rohres 1 schräg, ungefähr quer zur an der Wandung herrschenden resultierenden Strömungsrichtung verlaufende und sich in der Strömungsrichtung überdeckende Schlitze 13 angeordnet. Zudem    ist   die Rohrstrecke 7 von    einem   äusseren    Mantel   14 umgeben, dessen Innenwand mit der Aussenwand des Rohres 1 einen ringförmigen Raum begrenzt. Die von der Rohrstrecke 6 an der Innenwand des Rohres 1 entlanglaufenden Wassertröpfchen treten durch die    Schlitze   13 nach aussen und werden durch den Mantel 14 gesammelt, worauf sie durch die nach unten führende Leitung 15 ins Freie treten.

   Die Leitung 15 weist eine Verengung 16 auf, welche eine Drossel für die mit den Wassertröpfchen durch die Schlitze 13 in den Mantel 14 gelangende Luft darstellt und dadurch den Verlust von Luft gering hält. Der Mantel kann auch exzentrisch zum Gasrohr angeordnet sein. 



  In der letzten Rohrstrecke 8 ist ein Element angeordnet, das die Rotation der Luftströmung wieder eliminiert und das ebenfalls aus einer fest eingebauten Schnecke 12 besteht, die genau gleich, d. h. identisch ausgebildet ist wie die erste Schnecke 11, jedoch umgekehrt    (Fig.   2) im Rohr 1 steckt, so dass in Strömungsrichtung deren Steigung von einem sehr kleinen Wert progressiv auf einen sehr grossen Wert zunimmt. 



  Die gerade Rohrstrecke 8 und die darin angeordnete Schnecke 12 können auch ersetzt werden durch eine    Evolute   18, wie sie in den    Fig.4   und 5 dargestellt ist. Die    Evolute   18 ist eine exzentrisch angeordnete    Sam-      melkammer,   die die Rotation der weiterströmenden Luft dadurch eliminiert, dass die Luft in einer Ausbuchtung von    zunehmendem   Querschnitt gesammelt und nach fast einem Umgang    schliesslich      tangential   zum Rohr, senkrecht zur ursprünglichen Strömungsachse, weggeführt wird. 



  Mit der durch die Erzeugung der Rotation in der Strecke 5 hinzutretenden neuen Geschwindigkeitskomponente ist ein Abfall des statischen Druckes in der Strömung verbunden. Bei der Eliminierung der Rotation in der Strecke 8 oder in der    Evolute   18 wird dieser Druckabfall zum grössten Teil wieder zurückgewonnen, womit der im ganzen Gerät zwischen dem Eintritt 2 und dem Austritt 9 messbare Druckverlust wesentlich verringert wird. 



  Das    eintrittsseitige   Ende 2 und das    austrittseitige   Ende 9 des Rohres 1 haben den gleichen Durchmesser wie die vorangehenden bzw. nachfolgenden Leitungen des    Luftkonditionierungssystems.   Die Rohrstrecken 3, 4, 5, 6, 7 und 8 sind von gleichem Durchmesser oder nur unwesentlich grösser als die genannten Leitungen. Die Länge des Gerätes vom Ende 2 bis 9 ist, ohne die Strecke 4, aber mit der Strecke 8, etwa 10mal grösser als der Rohrdurchmesser. Die Rohrstrecke 4 kann, wie bereits erwähnt, gerade oder auch gekrümmt und beliebig lang sein.

   Diese Eigenschaften des Gerätes bewirken, zusammen mit der Tatsache, dass in den meisten Fällen zwischen dem Kühlgerät und dem mit konditionierter Luft zu versehenden Raum eine gewisse Leitungslänge    ohnehin   notwendig ist, dass der zusätzliche Raumbedarf des    Wasserabscheidegerätes   auf den zusätzlichen Raumbedarf bei der Rohrstrecke 7, d. h. auf den Raumbedarf für den Mantel 14 und die Leitung 15 sowie eventuell für die    Evolute   18, beschränkt bleibt.

   Da die Wandung der Rohrstrecken 3, 4, 5, 6, 7 und 8 der normalerweise ohnehin vorhandenen    Rohrleitungswan-      dung   entspricht, besteht das Mehrgewicht des Gerätes gegenüber einer einfachen Leitung lediglich aus dem Gewicht des netzförmigen und gestützten Elementes 10, der beiden Schnecken 11 und 12, des Mantels 14 und der Ablaufleitung 15, was eine nur unwesentliche Gewichtsvergrösserung darstellt.

   Schliesslich weist das beschriebene Gerät den Vorteil auf, dass der Wirkungsgrad der    Wasserabscheidung   verhältnismässig gross ist, d. h. beispielsweise 60 %, und dass die hierfür vorgesehenen Mittel einfach und ohne besonders grosse Kosten hergestellt werden können, und dass ferner das Gerät praktisch wartungsfrei ist, weil weder bewegte Teile noch nichtmetallisches Material vorhanden    ist.   



  Damit die im Kühlgerät, das dem    Wasserabscheide-      gerät   vorgeschaltet ist, gekühlte Luft sich im Bereich des    Wasserabscheidegerätes   nicht zu stark    wiedererwärmen   kann, ist es    vorteilhaft,   das Rohr 1    (Fig.   2) mit einer Isolierschicht 17 zu umhüllen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE 1. Gerät zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas mit mindestens einem Drallorgan für das durchstreichende Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das Drallorgan als Schnecke ausgebildet ist. II. Verwendung des Gerätes nach Patentanspruch 1 in Flugzeugen. UNTERANSPRÜCHE 1. Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke einteilig ist. 2. Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke eine sich kontinuierlich ändernde, abnehmende oder zunehmende Steigung aufweist. 3. Gerät nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneckensteigung sich in einem Verhältnis, welches gegen den Wert -o geht, ändert. 4.

   Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke eine profilierte Eintritts- oder Austrittskante aufweist. 5. Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke mindestens einen halben Gang aufweist. 6. Gerät nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke fest eingebaut ist. 7. Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite drallauflösende Schnecke einer <Desc/Clms Page number 4> ersten drallerzeugenden strömungsmässig nachgeschaltet ist. B.

   Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zusätzlich zum Drallorgan (11) mindestens einen der folgenden Teile enthält: ein Konden- sierorgan (10), eine Wanderstrecke (6), einen Ausschei- der (7, 13, 14), einen Drallauflöser (12). 9. Gerät nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät rohrförmig, einteilig ausgebildet ist. 10.

   Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ein- und Ausströmen des gekühlten, schnellströmenden Mediums das rohrförmige Gerät vom und hinten offen ist und es auf der Einströmseite als erstes ein metallisches und fest eingebautes, z. B. durch Nieten gehaltenes Kondensierelement (10) aufweist, gefolgt, unmittelbar oder durch eine Rohrstrecke (4) getrennt, von einer Schnecke (11), einer Wanderstrecke (6), einem Abschnitt (7) mit mindestens annähernd quer zur resultierenden Strömung angeordneten und sich überdeckenden Schlitzen (13) in der Rohrwandung, einem diese Schlitzpartie umhüllenden Sammelraum (14) mit einer z.

   B. mit einer Verengung versehenen Ablaufleitung (15) für die ausgeschiedene Flüssigkeit und von einer weitem Schnecke (12). 11. Gerät nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Kondensierelement aufweist. 12. Gerät nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, um im Gemisch eine stossartige Druckänderung und eine dadurch bedingte Temperaturabnahme und Unterkühlung zu erzeugen. 13. Gerät nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel ein in der Strömung des das Gerät durchstreichenden Mediums eingebrachtes Netz oder Gitter umfassen. 14.

   Gerät nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Netz oder Gitter kegelförmig ausgebildet ist. 15. Gerät nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kegel mit seiner Spitze angeströmt wird.