JP2012504495A - 渦式分離装置及び水分を含まない気流を廃棄流から取り込む方法 - Google Patents

渦式分離装置及び水分を含まない気流を廃棄流から取り込む方法 Download PDF

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Abstract

実質的に水分を含まない気流を廃棄流から取り込むための渦式分離器であり、この渦式分離器は、液体および固体廃棄物をこの廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する環状チャネルと、好ましくは、第１渦流路から隔離された、さらなる液体および固体廃棄物を、渦式分離器を出る前に廃棄流から分離するための第２渦流路を画定する入れ子の逆円錐と逆円錐との間の逆円錐空隙を有するフィルタユニットとを有する。好ましい実施形態において、分離器は、外側円錐内に位置決めされる着脱可能フィルタユニットカートリッジと、螺旋分離器とを有し、それによって分離器の使用の利便性および効率性が高まる。
【選択図】図８

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２００８年１０月３日に出願された米国特許出願第１２／２４５，５４１号の一部継続出願である。
[0002] 本発明は、航空機での廃棄物を分離するシステム、より特には、固体および液体廃棄物を航空機のトイレまたはその他の容器(receptacle)の廃棄流(waste stream)から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込む渦式装置に関する。
[0003] 当該技術分野において、真空を利用して航空機のトイレまたはその他の容器からの液体および固体廃棄物を貯蔵用廃棄物タンクに搬送するさまざまシステムが利用可能である。搬送される廃棄物としては、固体人の排泄物、尿、水分、任意の洗浄および消毒化学物質、空気、トイレットペーパー、食べ物、およびしばしば予期しない廃棄物が挙げられ、これらすべては航空機のトイレまたはその他の容器から取り込まれて１つ以上の廃棄物タンクに搬送される。当然のことながら、廃棄物タンクは航空機の地上整備中に空にされる。
[0004] 廃棄物を廃棄物タンクに搬送する吸引は、通常、航空機が地上または低高度に位置する際に真空発生器によって提供される。より高い高度では、通常、システムは外部のより低い圧力雰囲気に通気され、外気と航空機内部の差圧を生成して廃棄物を航空機のトイレまたはその他の容器から取り込み、貯蔵用廃棄物タンクに搬送する。
[0005] 廃棄物が廃棄物タンクに搬送されると、廃棄物とともに取り込まれた空気は大気中に放出される必要がある。衛生上および安全上の理由から、この空気には水分および粒子状の固体が含まれていてはならない。衛生上の懸念については、航空機が飛行中であっても、地上にある場合であっても、粒子状の人の排泄物が大気中に放出されることが望ましくないことは明らかである。さらに、そのような真空方式の航空機廃棄物回収システムから相当な量の水が漏れた場合、その水が航空機の機体上に堆積して氷を形成するという危険性がある。
[0006] 従来の航空機廃棄物分離システムは、大型でかつ非常に過大な空間を必要とすると同時に不必要に航空機の重量の一因となり、燃料効率を低下させる。また、従来の廃棄物分離システムは頻繁な整備を必要とし、これは、分離装置へのアクセスが不便であるために実行することが難しくかつ時間がかかることが多い。さらに、従来の廃棄物分離システムは、通常２つの分離器を有し、１つはシステムの入口に、もう１つは出口に位置する。最後に、従来の分離装置は、最適条件下で水分を廃棄物から除去するのに効果的であることが多い一方で、それにもかかわらず、装置が常に水分の流出を防ぐことを確実にすることによって改善され得た。
[0007] 従って、性能を損なわずに小型で軽量な全体的なシステムを形成するための、単一の分離器を使用する改善された廃棄物分離システムに対する必要性が存在する。また、それは、出て行く気流中の水分の流出の最小化または防止に常に効果的である必要がある。さらに、この装置は、回収された廃棄物への最低限の暴露を伴って容易かつ安全に取替え可能である必要がある。最後に、この装置は航空機内の限られた利用可能な空間に容易に設置できる必要がある。本発明は、これらの要件のすべてを満たし、他の利点も有している。
[0008] 本発明は、実質的に水分を含まない気流を液体および固体廃棄物を含む廃棄流から取り込むための多重渦式分離器を含む。この分離器は、航空機における使用に特によく適合する。本発明の分離器は、好ましくは円筒形状を有し、かつ廃棄流を受け取るための廃棄物流入口を有するハウジングを含む。廃棄物流入口につながる流入管(inlet tube)は、好ましくは水平面に対して傾斜して、分離機に入る廃棄流に重力補助を加える。円筒ハウジングの上部は密閉され、また、真空発生器によって生成されたデルタ圧力によって与えられる吸引力、または高高度では、外気と航空機の内部との差圧を介して、実質的に水分を含まない気流をハウジングから取り込むための排気ポートを有する。
[0009] 環状チャネルが、ハウジングの円筒壁の内表面に沿って位置決めされる。このチャネルは、液体および固体廃棄物を廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する。環状チャネルは、廃棄物流入口と連通している。
[0010] 入れ子(nested)の逆円錐の対を含むフィルタユニットは、円筒ハウジング内に配置される。これらの円錐は、排気ポートと連通している逆円錐空隙を画定する。従って、円錐空隙内に形を成す第２渦流路は、第１渦流路から隔離される。本発明の一実施形態において、フィルタユニットは着脱可能なフィルタユニットカートリッジとして構成され得る。
[0011] 従って、液体および固体廃棄物を含む廃棄流は、排気ポートに加えられる吸引力によって廃棄物流入口を介してハウジング内に取り込まれる。流入する廃棄流は、ハウジングの壁の内表面に沿う環状チャネルに行き当たり、第１渦流路内に移動し、ここで液体および固体廃棄物は遠心力によって廃棄流から分離される。結果として、より重い廃棄物が環状チャネルの外側に移動し、適切に回収のために下方に落下する。好ましい実施形態において、残りのより軽い気流は、第１渦流路から隔離された第２渦流路の入れ子の円錐と円錐との間の逆円錐空隙に入る。さらなる液体および固体廃棄物が、再び遠心力によって、円錐空隙中を移動する気流から除去されて実質的に水分を含まない気流を生成し、この気流は排気ポートを介して渦式分離器から出る。吸引源は、高高度では機室対大気差、または低高度では真空発生器となる。
[0012] 最後に、螺旋分離器がフィルタユニットの外側の領域に設けられて回収およびその後の処分のための廃棄物タンクに落下する廃棄流と、フィルタユニット内に進む、より軽く実質的に水分を含まない気流との交差汚染を防ぐのに役立ち得る。螺旋分離器は、フィルタユニットの外側に取り付けられる中空中心部材を、分離器の内表面まで延在する一対の螺旋羽根(vanes)と、液体および固体廃棄物の上方への運動を阻止しながらこの液体および固体廃棄物を捕捉して下方に誘導するための、羽根上、かつ中心部材の入口にあるバッフルとともに備える。
[0013] 好ましい実施形態において、放射状に配置された羽根が円錐空隙の入口に隣接して配置される。羽根は、放射軸を中心として傾斜して傾斜スロットを形成し、スロットを通過して円錐空隙に入る気流の回転運動を誘引し強化する。
[0014] 内側円錐の内側表面は、内側円錐チャンバを画定する。バリアが円錐間に延在して円錐空隙の上側カバーを形成する。最後に、少なくとも１つの相互接続ポートが、円錐空隙と内側円錐チャンバとの間を連通する上側カバー内に配置される。従って、分離器中を移動する気流は、円錐空隙から相互接続ポートを介して内側円錐チャンバに入る。
[0015] 内側円錐チャンバは、その底部に、分離器が廃棄流を円筒ハウジングに取り込んでいないときに開くように構成される逆止弁を有する。このことが起きると、内側円錐チャンバに回収されている液体および固体廃棄物がチャンバから落下して適切に回収される。また、フィルタ媒体がチャンバ内に配置されてチャンバを通過する気流に残る水分を集め得る。
[0016] 最後に、排気部材が円錐チャンバ内で略中心に位置決めされ得る。排気部材は、チャンバと円錐の上側カバーとの上方に位置決めされる環状シェルフを有する。また、排気部材は、分離器のチャンバから円筒ハウジングの上部に至る出口導管を画定する、チャンバ内に下方に突出する中心管状部分を有する。従って、チャンバを出る気流は、ハウジングの上部から排気ポートを介して除去される前に管状部分を通過する。最後に、デミスタフィルタが管状部分の上部開口にわたって配置されて、出て行く気流に残る水分を除去するのに役立ち得る。
[0017] 本発明の理解を補助するために、本発明を添付の概略図を参照して例示的な実施形態に関連して以下に説明する。ここで、添付の概略図を参照して同じ参照符号は同じ特徴に与えられる。
[0018] 図１は、本発明の一実施形態に係る渦式分離器に装着された廃棄物タンクの外側の斜視図である。 [0019] 図２は、図1の渦式分離器および廃棄物タンクの部分破断図である。 [0020] 図３は、図1の渦式分離器の拡大図である。 [0021] 図４は、本発明の実施において使用され得る着脱可能フィルタユニットカートリッジの破断正面図である。 [0022] 図５は、図４のフィルタユニットカートリッジの分解図である。 [0023] 図６は、所定の位置にフィルタユニットカートリッジを有する、本発明の一実施形態に係る渦式分離器および廃棄物タンクの破断斜視図である。 [0024] 図７は、傾斜した流入管を示す、本発明に係る渦式分離器および廃棄物タンクの外側の側面図である。 [0025] 図８は、螺旋分離器を含む、図７の渦式分離器および廃棄物タンクの破断正面図である。 [0026] 図９は、バッフルを含む螺旋分離器を示す、図７の渦式分離器および廃棄物タンクの底面斜視図である。 [0027] 図１０は、図８および図９の螺旋分離器の斜視図である。
[0028] 以下に説明する本発明の実施形態は、網羅的であること、または開示された詳細な構造および動作に本発明を限定することを意図していない。むしろ、以下に詳細に説明する実施形態は、他の当業者が発明の教示に最もよく従うことを可能とするために、発明の原理、ならびにその用途、動作、および使用を説明するために選択され説明されている。
[0029] 図１を見ると、本発明の実施形態に係る渦式廃棄物分離器１２を有する廃棄物タンク１０の外側が示されている。渦式分離器１２は、好ましくは図示のような円筒形のハウジング１４と、排気管１８を有するハウジング上の排気キャップ１６とを含む。本発明の１つの好ましい実施形態において、排気キャップは円筒ハウジングの上部に着脱可能にクランプ締めされて、望ましいときに分離器の内部へのアクセスを可能にし、かつフィルタユニットカートリッジの取り外しおよび交換を可能にすることができる。排気管１８は、低高度で図示のように真空発生器２２を含む吸引源に接続され、または高高度２４で外気に接続されて、渦式分離器によって廃棄物を航空機のトイレまたは他の容器から取り込む。切り換えは、高度感受性のバイパス逆止弁２０を用いて達成される。
[0030] 渦式分離器１２は、航空機内の機能の点で、廃棄流を航空機のトイレまたは他の容器から分離器に搬送する流入管２６を有する。従って、流入管は、航空機のトイレを流す際に、例えば、空気、廃水、固形廃棄物、および他の物質を含む廃棄流をトイレから受け取る。矢印ＷＳ１で示すこの流れは、高高度では差圧により、または低高度では、排気管１８で加えられる真空発生器の動作により与えられる吸引によって渦式分離器１２内に取り込まれる。１６，０００フィート未満の高度では、真空発生器は、好ましくは３〜９インチのＨｇの真空を生成する。航空機が約１６，０００フィートを超えて上昇すると、システムは、逆止弁２０の動作を介して真空発生器から機内と大気の圧力差に切り換わり廃棄流を分離器内に取り込む。航空機が約１６，０００フィートを超えて下降すると、システムは切り換わって真空発生器に戻る。最後に、廃棄物タンク１０は、その底部に排出管２８を有し、それは航空機の外側の廃棄物除去口（図示せず）に接続される。廃棄物除去口を介して、タンク１０に回収された廃棄物が航空機の整備中に排出される。
[0031] 渦式分離器１２の内部構造を示す図２の破断図において分かるように、渦式分離器は、円筒ハウジング１４の環状壁３２の内表面３１内に形成された流入管２６に連通している最適環状チャネル３０を含む。なお、留意すべき点として、壁３２の下部３３は、壁の外表面３７を取り囲む外側環状リップ３５とともに、廃棄物タンク１０内に延在してタンクの対応するリップ２９上に載るので、これら２つのリップを合わせて着脱可能にクランプ締めすることができる（図１）。
[0032] 従って、排気管１８で加えられた真空は渦式分離器全体に伝えられて、高速で流れＷＳ１を流入管２６に取り込む。この高速流は、流入管２６によって、第１渦流路Ｖ１を画定する環状チャネル３０内に誘導される。流れＷＳ１が流路Ｖ１内に移動すると、より軽い気流ＷＳ２が分離器の円筒ハウジングの中心に移動する一方で、より重い固体および液体のほとんどが外側に移動し、流れＷＳ１から廃棄物タンク１０の底部に落下する。本発明の一実施形態において、気流ＷＳ２は、排気管１８を介して分離器から取り込まれ得る。
[0033] ただし、外側逆円錐３８とその入れ子の内側逆円錐３６との間に逆切頭円錐空隙３４を有するフィルタユニット２７が設けられることが好ましい。従って、外側逆円錐３８の内表面３７と内側逆円錐３６の外表面３９が、通常、ハウジング１４内で中心に位置決めされる逆円錐空隙３４を画定する。入れ子の円錐３６および３８は排気キャップ１６の下方に取り付けられ、また、ハブ４３から放射状に外向きに延在する羽根４１を有する、円錐空隙への入口の支持構造４０によって相互に接続される。羽根は放射軸を中心として傾斜して、気流の回転運動を誘発する傾斜したスロットを形成し、その気流はスロットを通過して第２渦流路につながる円錐空隙３４に入る。支持構造４０は、羽根と羽根との間の空間の円錐空隙からの物質の通過を妨げずに円錐と円錐の間隔を維持する。通風筒(funnel)４７が入れ子の円錐の下方に配置される。通風筒の外表面５１が、より軽い気流ＷＳ２の進路を逆円錐空隙３４の方に変えるのに役立つ。
[0034] また、入れ子の切頭円錐は、円錐の底縁に沿う環状開口４５（図３）を画定する。以下により詳細に説明する通り、気流ＷＳ２はこの底縁に取り込まれ、またこの底縁から、より重い物質が円錐空隙３４から羽根４１を超えて落下する。最後に、入れ子の円錐の上縁は、通常、環状上側カバー４４によって閉鎖される。環状上側カバー４４は、気流が円錐空隙から搬送される１つ以上のポートまたはスクープ４６を有する。第２および第３の同様なスクープが１２０°離れて配置されるが、図２では隠されて見えなくなっている。
[0035] 従って、気流ＷＳ２は、排気管１８で加えられる吸引力によって円錐空隙３４を介して汲み上げられる。円錐の入れ子構成によって、この流れは円錐それぞれの壁と壁との間のみを進むことができる。任意の扇状ストラット構造、空隙３４の円錐形状、および環状に移動する流れＷＳ２の高速度の結果として、この流れは、図２で見られるような渦流路Ｖ１から隔離された第２渦流路内の空隙３４を移動する。また、渦流路Ｖ２は、残りのより重い物質（粒子状の廃棄物および液体）を外側に移動させる遠心力を生成する。この外側で、より重い物質は円錐空隙３４と、入れ子の円錐の底部の環状開口４５とを介してタンク１０内に落下する。一方、残りのより軽い気流ＷＳ３は、円錐３６の内表面４８によって画定される内側逆切頭円錐チャンバ５０内に取り込まれるように、上側カバー４４のポート４６を介して上方に通過する。
[0036] 廃棄物逆止弁６０がチャンバ５０の底部５４に配置される。この逆止弁は、ストラット構造５６の中心の穴に取り付けられる中心上方突出係止部材５８によってストラット構造５６の下方に支持された逆傘状ゴム膜５２を含む。以下に説明する通り、逆止弁によって固体および液体が切頭円錐チャンバ５０から通風筒４７に落下して通風筒の底部開口４９を出て廃棄物タンク１０に到達することが可能になるが、逆止弁の下方からの汚染空気がチャンバに入ることは可能ではない。図３に示すように、チャンバ５０は第１フィルタ材６２を含み、この第１フィルタ材６２は、流れが切頭円錐チャンバ５０中を移動する際に残りの水分を集めるのに役立ち、廃棄流ＷＳ３というさらなる部分がチャンバを出る際にせいぜい最低限の水分量の有するようにする。
[0037] 次に、流れＷＳ３は、円錐３６の上部に載る環状シェルフ６４と、チャンバ５０の上方で中心に位置決めされる管状部分６６とを有する排気部材６３に入る。この管状部分６６は、チャンバと入れ子の円錐の上部にわたる、排気部材を支持する環状フランジとの中に部分的に延在する。シェルフ６４は、渦式分離器の排気キャップ１６の下方に置かれる。好ましくは、デミスタフィルタ材７２は、管状部分６６の上部開口７２にわたって配置されて、水分を捕捉しメッシュを超えてキャップ１６を介して排気管１８の外に出るように移動する含有水分のミスト分離(demist)に役立つ。フィルタ材６２および７２は、好ましくは、金属、ナイロン、またはプロピレンの高密度の編メッシュの形態をとる。従って、フィルタ材７２は、流れＷＳ３内の残りの水分のすべてではないがほとんどを除去するために配置されるので、排気管１８を出て外気に移動する気流に水分が含まれないことになる。
[0038] 装置は、航空機のトイレの洗浄サイクルが開始される際に動作する。このことが起きると、前述の通り、廃棄流ＷＳ１は、トイレから流入管２６を介して環状チャネル３０および第１渦流路Ｖ１内に取り込まれ、ここで、結果として生じる遠心力が廃棄混合物のより重い構成要素を外部に移動させ、廃棄物タンク１０に落下させる。
[0039] 一方、残りの急速に移動する渦を含む流れＷＳ２は、羽根４１間の傾斜したスロットを介して逆切頭円錐空隙３４に入り、残りの固体および水は、第２渦流路Ｖ２で生成された、さらなる固体および水を廃棄物タンク１０に落下させる遠心力によってさらに分離され、それによって残りの廃棄流ＷＳ３は固体を実質的に含まず、かつ液体の程度が実質的に低下した気流として残る。次に、ＷＳ３は、分離器の円筒ハウジングの中心から円錐空隙３４に取り込まれ、ポート４６を介してカバー４４の環状チャネル５５に沿って逆円錐チャンバに入る。ここで、ＷＳ３は、流れＷＳ３の残りの液体を集めるのに役立つフィルタ材６２を上方に通過して、これにより残りの含有液体は堆積し逆円錐チャンバの底部に落下する。結果として、システム内の真空がもはや加えられないと、逆止弁６０がチャンバ５０の底部で堆積した物質の重さで開くことになり、この廃棄物は逆止弁を超えて通風筒４７内に移動でき、通風筒４７から廃棄物が通風筒の底部開口４９を介してタンク１０の底部に落下し、すでに分離されている廃棄物と合流する。
[0040] なお、留意すべき点として、渦Ｖ１および渦Ｖ２は交差しない。このことは本発明の重要な特徴である。というのは、渦中を移動する交差する高速廃棄流が混合することによって粒子状の水分および固体がさらに生成されるであろうからであり、それが分離器の有効性を著しく低減させるからである。
[0041] 残りの流れＷＳ３は、排気チャンバ６３の排気チャンバ管状部分６６からデミスタフィルタ７２を通過し、ここで排気キャップ１６を通過して排気管１８に入り、真空発生器に到達する、もしくは航空機が高高度で動作中の場合には大気に到達する。通常、真空の印加から分離プロセスの完了に至る上記プロセスには約１〜４秒かかる。
[0042] 本発明の別の実施形態において、フィルタユニット２７は、図４および図５に示す着脱可能フィルタユニットカートリッジ１５０の形態をとり得る。このカートリッジは、キャップ１６を取り外すことによってアクセスされるように設計される（図６）。従って、周期的に、キャップを取り外して、カートリッジは分離器１２から外されてよく、カートリッジは分離器の上部でリップ１５２上に載り（図８）、新しいフィルタユニットカートリッジと交換される。
[0043] 従って、カートリッジ１５０が外側逆円錐３８Ａ内で入れ子になっている内側逆円錐３６Ａを含みながら、外側逆円錐の内表面および内側逆円錐の外表面は逆円錐空隙３４Ａを画定する。デミスタフィルタ材で形成された円錐フィルタ１５４が円錐３６Ａ内にあることが好ましい。
[0044] 環状シェルフ１５６が円錐３６Ａの上部に配置される。シェルフの下方で、一連のポート１５８が、円錐を取り囲む外向きに放射状に分岐する円形スクープ１６０を介して設けられる。この実施形態において、そのような２つのスクープが見られるが、１２０°離れて均等に隔てられた３つのスクープが存在する。スクープの底縁は外向きに突出して底部シェルフ１６２を形成する。上部シェルフ１６４は、通常、円錐の縦軸に垂直であり、外側円錐の上部ならびにスクープの上面を画定する。また、外側円錐３８Ａは、その底部入口にストラット支持構造５６Ａを有する。
[0045] 廃棄物逆止弁６０は、外側円錐のストラット支持構造５６Ａの下方に配置される。先の実施形態と同様に、この逆止弁は、ストラット支持構造の中心に取り付けられた中心上方突出係止部材５８によって、ストラット構造５６Ａの下方に支持された逆傘状ゴム膜を含む。
[0046] また、カートリッジ１５０は、フィルタカートリッジのシェルフ１５６上に載る上部フランジ１７０を有する上部部材１６８を含む。上部部材１６８は、下向き管状部分１７２を含み、この管状部分１７２は、完全に組み立てられたカートリッジ内で上部部材を配置し、かつ管状フィルタ部材１７６（以下に説明する）を所定の位置に保持するのに役立つ。また、上部部材は、半径が通常は円錐３６の内径に対応する下向き導環状くぼみ１７４を有し、これは上部部材を内側円錐３６Ａ内に維持するのに役立つ。
[0047] デミスタフィルタ材で形成された第１管状フィルタ部材１７６は、上部部材１６８の管状部分１７２に圧入される。
[0048] また、上部部材１６８は、円形直立壁１８４によって定められた上方延在環状空隙１８０を含む。３つの円形デミスタフィルタ１８６、１８８、および１９０が空隙１８０に位置決めされる。もちろん、所望の数のそのようなデミスタフィルタを使用してよい。円形デミスタフィルタは、プラスチックリング１８２によって所定の位置に係止され、このプラスチックリング１８２は、壁１８４に対して所定の位置に接着剤で接着されてよく、または熱によってかしめられてよい。
[0049] 次に図６を見ると、本発明の渦式分離器が、図１〜図３の実施形態に見られるように、通風筒４７を支持する外側円錐３８Ａ内の所定の位置にあるカートリッジ１５０とともに、示されている。また、この図は、カートリッジを交換するためのキャップ１６の取り外しを容易にするためのクランプ１９２と、キャップが所定の位置に係止された際にキャップと渦式分離器の上部との間の封止を維持するためのＯリング１９４とを示している。
[0050] 図７は、流入管２６Ａが水平面に対して角度「Ａ」の位置にある本発明の好ましい実施形態を示している。角度「Ａ」は、少なくとも約１０°である必要があり、十分な間隔がある限りより大きい角度とすることができる。流入管を傾斜させることによって、渦式分離器内に移動する廃棄物に重力補助が加えられて、廃棄物が渦式分離器の下方螺旋移動気流に送り込まれる。
[0051] 渦式分離器は、螺旋分離器１２０も有することが好ましい。螺旋分離器１２０は、図１０に単独で（かつ説明のために逆に）示されており、図８および図９の正面図および底面図の渦式分離器の所定の位置に示されている。螺旋分離器１２０は、外側円錐３８Ａの外表面１１０に接着される中央略円筒部材１２２を備える。
[0052] 螺旋分離器は、円筒部材１２２の外表面１２８から分離器の内表面３１に向かって突出する第１螺旋羽根１２６と、その羽根の下側終点１３２にある略下向き第１側部バッフル１３０（説明のために図１０では上方に突出する）とを含む。バッフル１３０は、螺旋分離器の中心軸によって画定される垂線に対して傾斜することが好ましい。例えば、羽根は中心軸に対して約１０°で傾斜し得る。
[0053] また、螺旋分離器は、同じく外表面１２８から分離器の内表面３１に向かって突出する第２螺旋羽根１３４を含む。螺旋羽根１３４は、この羽根の下側終点１３８にある略下向き第２側部バッフル１３６を有する。円筒部材１２２の両側で互いに正反対の位置にある、これら羽根の対向する縁１４０および１４２は、入ってくる物質または気流を妨害しないように開いている。また、羽根１２６および１３４は合わせて円筒部材１２２を中心として３６０°延在することが好ましい。バッフル１３０の底縁１４７は出口ポート１４８の底縁４９から間隔をあけられて螺旋分離器の底部の気流の間隔を確実なものにすることが好ましい。この間隔は、少なくとも２分の１インチである必要がある。
[0054] 最後に、底部バッフル１４４が螺旋分離器の中心部材１２２の出口ポート１４６に配置される。このバッフルは、中心部材の縦軸に対して少なくとも１０°で傾斜して、廃棄物が出口ポートの出口１４８に入るのを防ぐのに役立つ。洗浄動作中に廃棄物がポートに入る場合、この構造によって洗浄と洗浄との間で廃棄物が流れ出ることが可能となる。
[0055] 螺旋分離器１２０は、廃棄流ＷＳ２および渦流路Ｖ２の廃棄物が入れ子の円錐間の円錐空隙４２への気流に同伴せずに下方螺旋運動を続けることを確実にするのに役立ち、それによって円錐表面３７および３９上に堆積する廃棄物を除去または最小化する。従って、アイソレータの羽根１２６の上面１５１は、図８で「１５３」と表示された流入管２６の入口点の直下に配置されることが好ましい。そして側部バッフル１３０および１３６は、廃棄物が螺旋から出ることを可能にする。底部バッフル１３６は、タンクの空気がシステムから出る領域を限定する。従って、螺旋ならびに側部バッフルおよび底部バッフルは、タンクからの排気をタンク内に落下している廃棄物から分離する。
[0056] 本発明の目的は、液体および固体廃棄物を含む廃棄流を取り込み、その液体および固体廃棄物を気流から除去し、液体を含まない排気流を生成することである。本発明の構造によって、この目的が効率よく、確実に、そして効果的に達成される。
[0057] 刊行物、特許出願、および特許を含む本明細書で引用するすべての参照文献は、参照文献が個々にかつ具体的に参照により援用されると示されかつその全体が本明細書に記載されているかのような程度と同じ程度まで、参照により本明細書に援用される。
[0058] 本発明の説明に関連する（特に、特許請求の範囲に関連する）名詞および同様の指示対象の使用は、本明細書中で特に指摘しない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を包含するものと解釈されるべきである。本明細書中の数値範囲の記載は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されるかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘しない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、あらゆる適切な順序で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば、「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することを意図し、本発明の範囲に制限を課すものではない。明細書中のいかなる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。
[0059] 発明者に知られている本発明を実施するための最良の形態を含む本発明の好ましい実施形態が、本明細書に説明されている。示された実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。
本発明は、航空機での廃棄物を分離するシステム、より特には、固体および液体廃棄物を航空機のトイレまたはその他の容器(receptacle)の廃棄流(waste stream)から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込む渦式装置に関する。
当該技術分野において、真空を利用して航空機のトイレまたはその他の容器からの液体および固体廃棄物を貯蔵用廃棄物タンクに搬送するさまざまシステムが利用可能である。搬送される廃棄物としては、固体人の排泄物、尿、水分、任意の洗浄および消毒化学物質、空気、トイレットペーパー、食べ物、およびしばしば予期しない廃棄物が挙げられ、これらすべては航空機のトイレまたはその他の容器から取り込まれて１つ以上の廃棄物タンクに搬送される。当然のことながら、廃棄物タンクは航空機の地上整備中に空にされる。
廃棄物を廃棄物タンクに搬送する吸引は、通常、航空機が地上または低高度に位置する際に真空発生器によって提供される。より高い高度では、通常、システムは外部のより低い圧力雰囲気に通気され、外気と航空機内部の差圧を生成して廃棄物を航空機のトイレまたはその他の容器から取り込み、貯蔵用廃棄物タンクに搬送する。
廃棄物が廃棄物タンクに搬送されると、廃棄物とともに取り込まれた空気は大気中に放出される必要がある。衛生上および安全上の理由から、この空気には水分および粒子状の固体が含まれていてはならない。衛生上の懸念については、航空機が飛行中であっても、地上にある場合であっても、粒子状の人の排泄物が大気中に放出されることが望ましくないことは明らかである。さらに、そのような真空方式の航空機廃棄物回収システムから相当な量の水が漏れた場合、その水が航空機の機体上に堆積して氷を形成するという危険性がある。
従来の航空機廃棄物分離システムは、大型でかつ非常に過大な空間を必要とすると同時に不必要に航空機の重量の一因となり、燃料効率を低下させる。また、従来の廃棄物分離システムは頻繁な整備を必要とし、これは、分離装置へのアクセスが不便であるために実行することが難しくかつ時間がかかることが多い。さらに、従来の廃棄物分離システムは、通常２つの分離器を有し、１つはシステムの入口に、もう１つは出口に位置する。最後に、従来の分離装置は、最適条件下で水分を廃棄物から除去するのに効果的であることが多い一方で、それにもかかわらず、装置が常に水分の流出を防ぐことを確実にすることによって改善され得た。
従って、性能を損なわずに小型で軽量な全体的なシステムを形成するための、単一の分離器を使用する改善された廃棄物分離システムに対する必要性が存在する。また、それは、出て行く気流中の水分の流出の最小化または防止に常に効果的である必要がある。さらに、この装置は、回収された廃棄物への最低限の暴露を伴って容易かつ安全に取替え可能である必要がある。最後に、この装置は航空機内の限られた利用可能な空間に容易に設置できる必要がある。本発明は、これらの要件のすべてを満たし、他の利点も有している。
本発明は、実質的に水分を含まない気流を液体および固体廃棄物を含む廃棄流から取り込むための多重渦式分離器を含む。この分離器は、航空機における使用に特によく適合する。本発明の分離器は、好ましくは円筒形状を有し、かつ廃棄流を受け取るための廃棄物流入口を有するハウジングを含む。廃棄物流入口につながる流入管(inlet tube)は、好ましくは水平面に対して傾斜して、分離機に入る廃棄流に重力補助を加える。円筒ハウジングの上部は密閉され、また、真空発生器によって生成されたデルタ圧力によって与えられる吸引力、または高高度では、外気と航空機の内部との差圧を介して、実質的に水分を含まない気流をハウジングから取り込むための排気ポートを有する。
環状チャネルが、ハウジングの円筒壁の内表面に沿って位置決めされる。このチャネルは、液体および固体廃棄物を廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する。環状チャネルは、廃棄物流入口と連通している。
入れ子(nested)の逆円錐の対を含むフィルタユニットは、円筒ハウジング内に配置される。これらの円錐は、排気ポートと連通している逆円錐空隙を画定する。従って、円錐空隙内に形を成す第２渦流路は、第１渦流路から隔離される。本発明の一実施形態において、フィルタユニットは着脱可能なフィルタユニットカートリッジとして構成され得る。
従って、液体および固体廃棄物を含む廃棄流は、排気ポートに加えられる吸引力によって廃棄物流入口を介してハウジング内に取り込まれる。流入する廃棄流は、ハウジングの壁の内表面に沿う環状チャネルに行き当たり、第１渦流路内に移動し、ここで液体および固体廃棄物は遠心力によって廃棄流から分離される。結果として、より重い廃棄物が環状チャネルの外側に移動し、適切に回収のために下方に落下する。好ましい実施形態において、残りのより軽い気流は、第１渦流路から隔離された第２渦流路の入れ子の円錐と円錐との間の逆円錐空隙に入る。さらなる液体および固体廃棄物が、再び遠心力によって、円錐空隙中を移動する気流から除去されて実質的に水分を含まない気流を生成し、この気流は排気ポートを介して渦式分離器から出る。吸引源は、高高度では機室対大気差、または低高度では真空発生器となる。
最後に、螺旋分離器がフィルタユニットの外側の領域に設けられて回収およびその後の処分のための廃棄物タンクに落下する廃棄流と、フィルタユニット内に進む、より軽く実質的に水分を含まない気流との交差汚染を防ぐのに役立ち得る。螺旋分離器は、フィルタユニットの外側に取り付けられる中空中心部材を、分離器の内表面まで延在する一対の螺旋羽根(vanes)と、液体および固体廃棄物の上方への運動を阻止しながらこの液体および固体廃棄物を捕捉して下方に誘導するための、羽根上、かつ中心部材の入口にあるバッフルとともに備える。
好ましい実施形態において、放射状に配置された羽根が円錐空隙の入口に隣接して配置される。羽根は、放射軸を中心として傾斜して傾斜スロットを形成し、スロットを通過して円錐空隙に入る気流の回転運動を誘引し強化する。
内側円錐の内側表面は、内側円錐チャンバを画定する。バリアが円錐間に延在して円錐空隙の上側カバーを形成する。最後に、少なくとも１つの相互接続ポートが、円錐空隙と内側円錐チャンバとの間を連通する上側カバー内に配置される。従って、分離器中を移動する気流は、円錐空隙から相互接続ポートを介して内側円錐チャンバに入る。
内側円錐チャンバは、その底部に、分離器が廃棄流を円筒ハウジングに取り込んでいないときに開くように構成される逆止弁を有する。このことが起きると、内側円錐チャンバに回収されている液体および固体廃棄物がチャンバから落下して適切に回収される。また、フィルタ媒体がチャンバ内に配置されてチャンバを通過する気流に残る水分を集め得る。
最後に、排気部材が円錐チャンバ内で略中心に位置決めされ得る。排気部材は、チャンバと円錐の上側カバーとの上方に位置決めされる環状シェルフを有する。また、排気部材は、分離器のチャンバから円筒ハウジングの上部に至る出口導管を画定する、チャンバ内に下方に突出する中心管状部分を有する。従って、チャンバを出る気流は、ハウジングの上部から排気ポートを介して除去される前に管状部分を通過する。最後に、デミスタフィルタが管状部分の上部開口にわたって配置されて、出て行く気流に残る水分を除去するのに役立ち得る。
本発明の理解を補助するために、本発明を添付の概略図を参照して例示的な実施形態に関連して以下に説明する。ここで、添付の概略図を参照して同じ参照符号は同じ特徴に与えられる。
図１は、本発明の一実施形態に係る渦式分離器に装着された廃棄物タンクの外側の斜視図である。 図２は、図1の渦式分離器および廃棄物タンクの部分破断図である。 図３は、図1の渦式分離器の拡大図である。 図４は、本発明の実施において使用され得る着脱可能フィルタユニットカートリッジの破断正面図である。 図５は、図４のフィルタユニットカートリッジの分解図である。 図６は、所定の位置にフィルタユニットカートリッジを有する、本発明の一実施形態に係る渦式分離器および廃棄物タンクの破断斜視図である。 図７は、傾斜した流入管を示す、本発明に係る渦式分離器および廃棄物タンクの外側の側面図である。 図８は、螺旋分離器を含む、図７の渦式分離器および廃棄物タンクの破断正面図である。 図９は、バッフルを含む螺旋分離器を示す、図７の渦式分離器および廃棄物タンクの底面斜視図である。 図１０は、図８および図９の螺旋分離器の斜視図である。
以下に説明する本発明の実施形態は、網羅的であること、または開示された詳細な構造および動作に本発明を限定することを意図していない。むしろ、以下に詳細に説明する実施形態は、他の当業者が発明の教示に最もよく従うことを可能とするために、発明の原理、ならびにその用途、動作、および使用を説明するために選択され説明されている。
図１を見ると、本発明の実施形態に係る渦式廃棄物分離器１２を有する廃棄物タンク１０の外側が示されている。渦式分離器１２は、好ましくは図示のような円筒形のハウジング１４と、排気管１８を有するハウジング上の排気キャップ１６とを含む。本発明の１つの好ましい実施形態において、排気キャップは円筒ハウジングの上部に着脱可能にクランプ締めされて、望ましいときに分離器の内部へのアクセスを可能にし、かつフィルタユニットカートリッジの取り外しおよび交換を可能にすることができる。排気管１８は、低高度で図示のように真空発生器２２を含む吸引源に接続され、または高高度２４で外気に接続されて、渦式分離器によって廃棄物を航空機のトイレまたは他の容器から取り込む。切り換えは、高度感受性のバイパス逆止弁２０を用いて達成される。
渦式分離器１２は、航空機内の機能の点で、廃棄流を航空機のトイレまたは他の容器から分離器に搬送する流入管２６を有する。従って、流入管は、航空機のトイレを流す際に、例えば、空気、廃水、固形廃棄物、および他の物質を含む廃棄流をトイレから受け取る。矢印ＷＳ１で示すこの流れは、高高度では差圧により、または低高度では、排気管１８で加えられる真空発生器の動作により与えられる吸引によって渦式分離器１２内に取り込まれる。１６，０００フィート未満の高度では、真空発生器は、好ましくは３〜９インチのＨｇの真空を生成する。航空機が約１６，０００フィートを超えて上昇すると、システムは、逆止弁２０の動作を介して真空発生器から機内と大気の圧力差に切り換わり廃棄流を分離器内に取り込む。航空機が約１６，０００フィートを超えて下降すると、システムは切り換わって真空発生器に戻る。最後に、廃棄物タンク１０は、その底部に排出管２８を有し、それは航空機の外側の廃棄物除去口（図示せず）に接続される。廃棄物除去口を介して、タンク１０に回収された廃棄物が航空機の整備中に排出される。
渦式分離器１２の内部構造を示す図２の破断図において分かるように、渦式分離器は、円筒ハウジング１４の環状壁３２の内表面３１内に形成された流入管２６に連通している最適環状チャネル３０を含む。なお、留意すべき点として、壁３２の下部３３は、壁の外表面３２Ａを取り囲む外側環状リップ３５とともに、廃棄物タンク１０内に延在してタンクの対応するリップ２９上に載るので、これら２つのリップを合わせて着脱可能にクランプ締めすることができる（図１）。
従って、排気管１８で加えられた真空は渦式分離器全体に伝えられて、高速で流れＷＳ１を流入管２６に取り込む。この高速流は、流入管２６によって、第１渦流路Ｖ１を画定する環状チャネル３０内に誘導される。流れＷＳ１が流路Ｖ１内に移動すると、より軽い気流ＷＳ２が分離器の円筒ハウジングの中心に移動する一方で、より重い固体および液体のほとんどが外側に移動し、流れＷＳ１から廃棄物タンク１０の底部に落下する。本発明の一実施形態において、気流ＷＳ２は、排気管１８を介して分離器から取り込まれ得る。
ただし、外側逆円錐３８とその入れ子の内側逆円錐３６との間に逆切頭円錐空隙３４を有するフィルタユニット２７が設けられることが好ましい。従って、外側逆円錐３８の内表面３７と内側逆円錐３６の外表面３９が、通常、ハウジング１４内で中心に位置決めされる逆円錐空隙３４を画定する。入れ子の円錐３６および３８は排気キャップ１６の下方に取り付けられ、また、ハブ４３から放射状に外向きに延在する羽根４１を有する、円錐空隙への入口の支持構造４０によって相互に接続される。羽根は放射軸を中心として傾斜して、気流の回転運動を誘発する傾斜したスロットを形成し、その気流はスロットを通過して第２渦流路につながる円錐空隙３４に入る。支持構造４０は、羽根と羽根との間の空間の円錐空隙からの物質の通過を妨げずに円錐と円錐の間隔を維持する。通風筒(funnel)４７が入れ子の円錐の下方に配置される。入れ子の円錐の下方に配置された通風筒４７は、円錐空隙３４の方に気流ＷＳ２の進路を変えるため、外側逆円錐３８の最小径より小さい最大径を有する。通風筒の外表面５１が、より軽い気流ＷＳ２の進路を逆円錐空隙３４の方に変えるのに役立つ。
また、入れ子の切頭円錐は、円錐の底縁に沿う環状開口４５（図３）を画定する。以下により詳細に説明する通り、気流ＷＳ２はこの底縁に取り込まれ、またこの底縁から、より重い物質が円錐空隙３４から羽根４１を超えて落下する。最後に、入れ子の円錐の上縁は、通常、環状上側カバー４４によって閉鎖される。環状上側カバー４４は、気流が円錐空隙から搬送される１つ以上のポートまたはスクープ４６を有する。第２および第３の同様なスクープが１２０°離れて配置されるが、図２では隠されて見えなくなっている。
従って、気流ＷＳ２は、排気管１８で加えられる吸引力によって円錐空隙３４を介して汲み上げられる。円錐の入れ子構成によって、この流れは円錐それぞれの壁と壁との間のみを進むことができる。任意の扇状ストラット構造、空隙３４の円錐形状、および環状に移動する流れＷＳ２の高速度の結果として、この流れは、図２で見られるような渦流路Ｖ１から隔離された第２渦流路内の空隙３４を移動する。また、渦流路Ｖ２は、残りのより重い物質（粒子状の廃棄物および液体）を外側に移動させる遠心力を生成する。この外側で、より重い物質は円錐空隙３４と、入れ子の円錐の底部の環状開口４５とを介してタンク１０内に落下する。一方、残りのより軽い気流ＷＳ３は、円錐３６の内表面４８によって画定される内側逆切頭円錐チャンバ５０内に取り込まれるように、上側カバー４４のポート４６を介して上方に通過する。
廃棄物逆止弁６０がチャンバ５０の底部５４に配置される。この逆止弁は、ストラット構造５６の中心の穴に取り付けられる中心上方突出係止部材５８によってストラット構造５６の下方に支持された逆傘状ゴム膜５２を含む。以下に説明する通り、逆止弁によって固体および液体が切頭円錐チャンバ５０から通風筒４７に落下して通風筒の底部開口４９を出て廃棄物タンク１０に到達することが可能になるが、逆止弁の下方からの汚染空気がチャンバに入ることは可能ではない。図３に示すように、チャンバ５０は第１フィルタ材６２を含み、この第１フィルタ材６２は、流れが切頭円錐チャンバ５０中を移動する際に残りの水分を集めるのに役立ち、廃棄流ＷＳ３というさらなる部分がチャンバを出る際にせいぜい最低限の水分量の有するようにする。
次に、流れＷＳ３は、円錐３６の上部に載る環状シェルフ６４と、チャンバ５０の上方で中心に位置決めされる管状部分６６とを有する排気部材６３に入る。この管状部分６６は、チャンバと入れ子の円錐の上部にわたる、排気部材を支持する環状フランジとの中に部分的に延在する。シェルフ６４は、渦式分離器の排気キャップ１６の下方に置かれる。好ましくは、デミスタフィルタ材７２は、管状部分６６の上部開口にわたって配置されて、水分を捕捉しメッシュを超えてキャップ１６を介して排気管１８の外に出るように移動する含有水分のミスト分離(demist)に役立つ。フィルタ材６２および７２は、好ましくは、金属、ナイロン、またはプロピレンの高密度の編メッシュの形態をとる。従って、フィルタ材７２は、流れＷＳ３内の残りの水分のすべてではないがほとんどを除去するために配置されるので、排気管１８を出て外気に移動する気流に水分が含まれないことになる。
装置は、航空機のトイレの洗浄サイクルが開始される際に動作する。このことが起きると、前述の通り、廃棄流ＷＳ１は、トイレから流入管２６を介して環状チャネル３０および第１渦流路Ｖ１内に取り込まれ、ここで、結果として生じる遠心力が廃棄混合物のより重い構成要素を外部に移動させ、廃棄物タンク１０に落下させる。
一方、残りの急速に移動する渦を含む流れＷＳ２は、羽根４１間の傾斜したスロットを介して逆切頭円錐空隙３４に入り、残りの固体および水は、第２渦流路Ｖ２で生成された、さらなる固体および水を廃棄物タンク１０に落下させる遠心力によってさらに分離され、それによって残りの廃棄流ＷＳ３は固体を実質的に含まず、かつ液体の程度が実質的に低下した気流として残る。次に、ＷＳ３は、分離器の円筒ハウジングの中心から円錐空隙３４に取り込まれ、ポート４６を介してカバー４４の環状チャネル５５に沿って逆円錐チャンバに入る。ここで、ＷＳ３は、流れＷＳ３の残りの液体を集めるのに役立つフィルタ材６２を上方に通過して、これにより残りの含有液体は堆積し逆円錐チャンバの底部に落下する。結果として、システム内の真空がもはや加えられないと、逆止弁６０がチャンバ５０の底部で堆積した物質の重さで開くことになり、この廃棄物は逆止弁を超えて通風筒４７内に移動でき、通風筒４７から廃棄物が通風筒の底部開口４９を介してタンク１０の底部に落下し、すでに分離されている廃棄物と合流する。
なお、留意すべき点として、渦Ｖ１および渦Ｖ２は交差しない。このことは本発明の重要な特徴である。というのは、渦中を移動する交差する高速廃棄流が混合することによって粒子状の水分および固体がさらに生成されるであろうからであり、それが分離器の有効性を著しく低減させるからである。
残りの流れＷＳ３は、排気チャンバ６３の排気チャンバ管状部分６６からデミスタフィルタ７２を通過し、ここで排気キャップ１６を通過して排気管１８に入り、真空発生器に到達する、もしくは航空機が高高度で動作中の場合には大気に到達する。通常、真空の印加から分離プロセスの完了に至る上記プロセスには約１〜４秒かかる。
本発明の別の実施形態において、フィルタユニット２７は、図４および図５に示す着脱可能フィルタユニットカートリッジ１５０の形態をとり得る。このカートリッジは、キャップ１６を取り外すことによってアクセスされるように設計される（図６）。従って、周期的に、キャップを取り外して、カートリッジは分離器１２から外されてよく、カートリッジは分離器の上部でリップ１５２上に載り（図８）、新しいフィルタユニットカートリッジと交換される。
従って、カートリッジ１５０が外側逆円錐３８Ａ内で入れ子になっている内側逆円錐３６Ａを含みながら、外側逆円錐の内表面および内側逆円錐の外表面は逆円錐空隙３４Ａを画定する。デミスタフィルタ材で形成された円錐フィルタ１５４が円錐３６Ａ内にあることが好ましい。
環状シェルフ１５６が円錐３６Ａの上部に配置される。シェルフの下方で、一連のポート１５８が、円錐を取り囲む外向きに放射状に分岐する円形スクープ１６０を介して設けられる。この実施形態において、そのような２つのスクープが見られるが、１２０°離れて均等に隔てられた３つのスクープが存在する。スクープの底縁は外向きに突出して底部シェルフ１６２を形成する。上部フランジ１７０は、通常、円錐の縦軸に垂直であり、外側円錐の上部ならびにスクープの上面を画定する。また、円錐３６Ａは、その底部入口にストラット支持構造５６Ａを有する。
廃棄物逆止弁６０は、円錐３６Ａのストラット支持構造５６Ａの下方に配置される。先の実施形態と同様に、この逆止弁は、ストラット支持構造の中心に取り付けられた中心上方突出係止部材５８によって、ストラット構造５６Ａの下方に支持された逆傘状ゴム膜を含む。
また、カートリッジ１５０は、フィルタカートリッジのシェルフ１５６上に載る上部フランジ１７０を有する上部部材１６８を含む。上部部材１６８は、下向き管状部分１７２を含み、この管状部分１７２は、完全に組み立てられたカートリッジ内で上部部材を配置し、かつ管状フィルタ部材１７６（以下に説明する）を所定の位置に保持するのに役立つ。また、上部部材は、半径が通常は円錐３６Ａの内径に対応する下向き導環状くぼみ１７４を有し、これは上部部材を内側円錐３６Ａ内に維持するのに役立つ。
デミスタフィルタ材で形成された第１管状フィルタ部材１７６は、上部部材１６８の管状部分１７２に圧入される。
また、上部部材１６８は、円形直立壁１８４によって定められた上方延在環状空隙１８０を含む。３つの円形デミスタフィルタ１８６、１８８、および１９０が空隙１８０に位置決めされる。もちろん、所望の数のそのようなデミスタフィルタを使用してよい。円形デミスタフィルタは、プラスチックリング１８２によって所定の位置に係止され、このプラスチックリング１８２は、壁１８４に対して所定の位置に接着剤で接着されてよく、または熱によってかしめられてよい。
次に図６を見ると、本発明の渦式分離器が、図１〜図３の実施形態に見られるように、通風筒４７を支持する外側円錐３８Ａ内の所定の位置にあるカートリッジ１５０とともに、示されている。また、この図は、カートリッジを交換するためのキャップ１６の取り外しを容易にするためのクランプ１９２と、キャップが所定の位置に係止された際にキャップと渦式分離器の上部との間の封止を維持するためのＯリング１９４とを示している。また、この図は、渦式分離器の外周縁を取り外し可能に保持するクランプ１０２を示している。
図７は、流入管２６Ａが水平面に対して角度「Ａ」の位置にある本発明の好ましい実施形態を示している。角度「Ａ」は、少なくとも約１０°である必要があり、十分な間隔がある限りより大きい角度とすることができる。流入管を傾斜させることによって、渦式分離器内に移動する廃棄物に重力補助が加えられて、廃棄物が渦式分離器の下方螺旋移動気流に送り込まれる。
渦式分離器は、螺旋分離器１２０も有することが好ましい。螺旋分離器１２０は、図１０に単独で（かつ説明のために逆に）示されており、図８および図９の正面図および底面図の渦式分離器の所定の位置に示されている。螺旋分離器１２０は、外側円錐３８Ａの外表面１１０に接着される中央略円筒部材１２２を備える。
螺旋分離器は、円筒部材１２２の外表面１２８から分離器の内表面３１に向かって突出する第１螺旋羽根１２６と、その羽根の下側終点１３２にある略下向き第１側部バッフル１３０（説明のために図１０では上方に突出する）とを含む。バッフル１３０は、螺旋分離器の中心軸によって画定される垂線に対して傾斜することが好ましい。例えば、羽根は中心軸に対して約１０°で傾斜し得る。
また、螺旋分離器は、同じく外表面１２８から分離器の内表面３１に向かって突出する第２螺旋羽根１３４を含む。螺旋羽根１３４は、この羽根の下側終点１３８にある略下向き第２側部バッフル１３６を有する。円筒部材１２２の両側で互いに正反対の位置にある、これら羽根の対向する縁１４０および１４２は、入ってくる物質または気流を妨害しないように開いている。また、羽根１２６および１３４は合わせて円筒部材１２２を中心として３６０°延在することが好ましい。バッフル１３０の底縁１４７は出口ポート１４８の底縁４９から間隔をあけられて螺旋分離器の底部の気流の間隔を確実なものにすることが好ましい。この間隔は、少なくとも２分の１インチである必要がある。
最後に、底部バッフル１４４が螺旋分離器の中心部材１２２の出口ポート１４６に配置される。このバッフルは、中心部材の縦軸に対して少なくとも１０°で傾斜して、廃棄物が出口ポートの出口１４８に入るのを防ぐのに役立つ。洗浄動作中に廃棄物がポートに入る場合、この構造によって洗浄と洗浄との間で廃棄物が流れ出ることが可能となる。
螺旋分離器１２０は、廃棄流ＷＳ２および渦流路Ｖ２の廃棄物が入れ子の円錐間の円錐空隙３４Ａへの気流に同伴せずに下方螺旋運動を続けることを確実にするのに役立ち、それによって円錐表面３７および３９上に堆積する廃棄物を除去または最小化する。従って、アイソレータの羽根１２６の上面１５１は、図８で「１５３」と表示された流入管２６Ａの入口点の直下に配置されることが好ましい。そして側部バッフル１３０および１３６は、廃棄物が螺旋から出ることを可能にする。底部バッフル１４４は、タンクの空気がシステムから出る領域を限定する。従って、螺旋ならびに側部バッフルおよび底部バッフルは、タンクからの排気をタンク内に落下している廃棄物から分離する。
本発明の目的は、液体および固体廃棄物を含む廃棄流を取り込み、その液体および固体廃棄物を気流から除去し、液体を含まない排気流を生成することである。本発明の構造によって、この目的が効率よく、確実に、そして効果的に達成される。
刊行物、特許出願、および特許を含む本明細書で引用するすべての参照文献は、参照文献が個々にかつ具体的に参照により援用されると示されかつその全体が本明細書に記載されているかのような程度と同じ程度まで、参照により本明細書に援用される。
本発明の説明に関連する（特に、特許請求の範囲に関連する）名詞および同様の指示対象の使用は、本明細書中で特に指摘しない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数および複数の両方を包含するものと解釈されるべきである。本明細書中の数値範囲の記載は、本明細書中で特に指摘しない限り、単にその範囲内に該当する各値を個々に言及するための略記法としての役割を果たすことだけを意図しており、各値は、本明細書中で個々に列挙されるかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書中で説明されるすべての方法は、本明細書中で特に指摘しない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、あらゆる適切な順序で行うことができる。本明細書中で使用するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば、「など」）は、特に主張しない限り、単に本発明をよりよく説明することを意図し、本発明の範囲に制限を課すものではない。明細書中のいかなる言い回しも、本発明の実施に不可欠である、請求項に記載されていない要素を示すものとは解釈されないものとする。
発明者に知られている本発明を実施するための最良の形態を含む本発明の好ましい実施形態が、本明細書に説明されている。示された実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。

Claims (41)

  1. 固体および液体廃棄物を廃棄流から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込むための渦式分離器であって、
    ハウジングであって、内表面を有する外壁と、前記廃棄流を受け取るための廃棄物流入口と、前記実質的に水分を含まない気流を前記ハウジングから取り込むための排気ポートを有する密閉上部と、を有するハウジングと、
    液体および固体廃棄物を前記廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する前記壁の前記内表面に沿う環状チャネルであって、前記流入口と連通している環状チャネルと、を備える、渦式分離器。
  2. 入れ子の内側円錐と外側円錐との間の逆円錐空隙を画定する、前記円筒ハウジング内の、当該内側円錐と当該外側円錐を含むフィルタユニットであって、前記円錐空隙は前記排気ポートと連通し、かつさらなる液体および固定廃棄物を前記排気ポートから取り込まれる前に前記廃棄流から分離するための、前記第１渦流路から隔離された第２渦流路を形成する、フィルタユニットを備える、請求項１に記載の渦式分離器。
  3. 固体および液体廃棄物を廃棄流から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込むための多重渦式分離器であって、
    ハウジングであって、内表面を有する外壁と、前記廃棄流を受け取るための廃棄物流入口と、前記実質的に水分を含まない気流を前記ハウジングから取り込むための排気ポートを有する密閉上部と、を有するハウジングと、
    液体および固体廃棄物を前記廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する前記壁の前記内表面に沿う環状チャネルであって、前記流入口と連通している環状チャネルと、
    前記円筒ハウジング内に、入れ子の内側円錐と外側円錐を有し、当該内側円錐と外側円錐の間に逆円錐空隙を画定するフィルタユニットであって、前記円錐空隙は前記排気ポートと連通し、かつさらなる液体および固定廃棄物を前記排気ポートから取り込まれる前に前記廃棄流から分離するための、前記第１渦流路から隔離された第２渦流路を形成する、フィルタユニットと、を備える、多重渦式分離器。
  4. 前記ハウジング上に着脱可能にクランプ締めされた排気キャップを含み、前記排気ポートは前記キャップ内に配置される、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  5. 前記入れ子の円錐は、前記排気キャップの下方に直接取り付けられる、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  6. 吸引源が前記実質的に水分を含まない気流を前記ハウジングから取り込むための前記排気ポートに接続され、液体および固体廃棄物を含む廃棄流が前記流入口に接続される、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  7. 前記多重渦式分離器は航空機内に配置され、前記吸引源は真空発生器、または前記航空機の内部と外気との差圧である、請求項６に記載の多重渦式分離器。
  8. 前記廃棄流を航空機のトイレから前記分離器に搬送するための導管を備える、請求項７に記載の多重渦式分離器。
  9. 前記渦式分離器は、廃棄物タンクに回収された廃棄物を除去するためのドレインを有する前記タンクに取り付けられる、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  10. 前記渦式分離器は、前記廃棄物タンク内に延在する下側部分を含み、前記下側部分は外側環状リップを有し、前記タンクは対応する外側環状リップを有し、当該２つの環状リップは合わせて着脱可能にクランプ締めされる、請求項９に記載の多重渦式分離器。
  11. 放射状に配置された羽根が前記円錐空隙への入口に隣接して配置され、前記羽根は放射軸を中心として傾斜して傾斜スロットを形成し、当該スロットを通過して前記円錐空隙に入る気流の回転運動を誘引する、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  12. 前記円錐間に延在し、前記環状開口の上側カバーを形成するバリアと、前記内側円錐の内表面によって画定される内側逆円錐チャンバとを含み、前記上側カバーは前記逆円錐空隙と前記逆円錐チャンバとの間を連通するポートを有する、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  13. 前記ポートはエアスクープである、請求項１２に記載の多重渦式分離器。
  14. 前記渦式分離器がデルタ圧力を受けていないときに開くように構成される、前記逆円錐チャンバの底部の逆止弁を備える、請求項１２に記載の多重渦式分離器。
  15. 前記チャンバ内に配置されて前記チャンバを通過する気流の水分を集めるフィルタ媒体を備える、請求項１２に記載の多重渦式分離器。
  16. 前記円錐チャンバ内で略中心に位置決めされる排気部材であって、前記チャンバの上方に位置決めされる環状シェルフと前記チャンバ内に突出する管状部分とを有する排気部材を備える、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  17. 前記管状部分の上部開口にわたって配置されるデミスタフィルタを備える、請求項１６に記載の多重渦式分離器。
  18. 前記気流の進路を前記円錐空隙内に変えるために前記外側円錐の最小半径より小さい最大半径を有する、前記入れ子の円錐の下方に位置決めされる通風筒を備える、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  19. 固体および液体廃棄物を航空機のトイレまたは他の容器からの廃棄流から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込むための多重渦式分離器であって、
    ハウジングであって、内表面を有する外壁と、前記廃棄流を受け取るための廃棄物流入口と、前記実質的に水分を含まない気流を前記ハウジングから取り込むための排気ポートを有する密閉上部と、を有するハウジングと、
    液体および固体廃棄物を前記廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する前記壁の前記内表面に沿う環状チャネルであって、前記流入口と連通している環状チャネルと、
    前記円筒ハウジング内の入れ子の内側円錐と外側円錐であって、当該内側円錐と当該外側円錐との間に逆円錐空隙を画定し、前記円錐空隙は前記排気ポートと連通し、かつさらなる液体および固定廃棄物を前記排気ポートに入る前に前記廃棄流から分離するための、前記第１渦流路から隔離された第２渦流路を形成する、内側円錐と外側円錐と、
    前記ハウジング上の排気キャップおよび前記キャップ内に配置された排気ポートと、
    前記実質的に水分を含まない気流を前記ハウジングから取り込むための前記排気ポートに接続された吸引源、および、前記流入口に接続された液体および固体廃棄物を含む廃棄流と、を備える、多重渦式分離器。
  20. 放射状に配置された羽根が前記円錐空隙への入口に隣接して配置され、前記羽根は放射軸を中心として傾斜して傾斜スロットを形成し、当該スロットを通過して前記円錐空隙に入る気流の回転運動を誘引する、請求項１９に記載の多重渦式分離器。
  21. 前記円錐間に延在し、前記環状開口の上側カバーを形成するバリアと、前記内側円錐の内表面によって画定される内側逆円錐チャンバとを備え、前記上側カバーは前記逆円錐空隙と前記逆円錐チャンバとの間を連通するポートを有する、請求項１９に記載の多重渦式分離器。
  22. 前記渦式分離器がデルタ圧力を受けていないときに開くように構成される、前記逆円錐チャンバの底部の逆止弁を備える、請求項２１に記載の多重渦式分離器。
  23. 前記チャンバ内に配置されて前記チャンバを通過する気流の水分を集めるフィルタ媒体を備える、請求項２１に記載の多重渦式分離器。
  24. 前記円錐チャンバ内で略中心に位置決めされる排気部材であって、前記チャンバの上方に位置決めされる環状シェルフと、デミスタフィルタが前記管状部分の上部開口にわたって配置される前記排気ポートの下方で開いている、前記チャンバ内に突出する管状部分と、を有する排気部材を備える、請求項１９に記載の多重渦式分離器。
  25. 前記気流の進路を前記円錐空隙内に変えるために前記外側円錐の最小半径より小さい最大半径を有する、前記入れ子の円錐の下方に位置決めされる通風筒を含む、請求項１９に記載の多重渦式分離器。
  26. 前記渦式分離器は、廃棄物タンク内に回収された廃棄物を除去するためのドレインを有する前記タンクに取り付けられ、他の分離器は、前記固体および液体廃棄物を前記廃棄流から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込むための前記タンクと関連付けられない、請求項１９に記載の多重渦式分離器。
  27. 実質的に水分を含まない気流を液体および固体廃棄物を含む廃棄流から取り込む方法であって、
    前記液体および固体廃棄物を含む廃棄流を円筒ハウジング内の第１渦流路を画定する環状チャネルに取り込むことにより、より重い固体および液体が前記ハウジングの外側に移動し下方に落下する一方、残りの水分粒子を含むより軽い気流は前記ハウジングの中心に移動することと、
    前記残りのより軽い気流を、前記第１渦流路から隔離された第２渦流路の逆円錐空隙内に取り込んで、残りのより重い物質を前記円錐空隙を介して落下させ、かつ前記残りのより軽い気流が前記円錐空隙から取り込まれるようにする遠心力を生成することと、を含む、方法。
  28. 前記残りのより軽い気流は、前記逆円錐空隙に入る際に、放射状に配置された傾斜羽根を超えて取り込まれる、請求項２７に記載の方法。
  29. 前記廃棄流を航空機のトイレから前記分離器に搬送するための導管を備え、当該導管は水平面に対して傾斜して、前記分離器に入る前記廃棄流に重力補助を加える、請求項１に記載の多重渦式分離器。
  30. 前記外側円錐内に着脱可能に位置決めされた着脱可能フィルタカートリッジを備える、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  31. 前記フィルタカートリッジは、前記内側円と前記内側円内のフィルタ媒体とを備える、請求項３０に記載の多重渦式分離器。
  32. 前記フィルタユニットから前記ハウジングの前記内表面に延在する螺旋羽根を有する螺旋分離器を含む、請求項３に記載の多重渦式分離器。
  33. 前記液体および固体廃棄物の上方への運動を阻止しながら当該液体および固体廃棄物を捕捉して下方に誘導するための、前記羽根上の１つ以上のバッフルを備える、請求項３２に記載の多重渦式分離器。
  34. 前記螺旋分離器は、前記外側円錐への取付けのための中空中心部材を有する、請求項３２に記載の多重渦式分離器。
  35. バッフルが前記中空中心部材への入口に配置される、請求項３４に記載の多重渦式分離器。
  36. 前記螺旋羽根は、円筒部材の外表面から前記分離器の内表面に突出する第１螺旋羽根と、前記第１羽根の下部終点における略下向き第１側部バッフルとを含む、請求項３２に記載の多重渦式分離器。
  37. 前記螺旋羽根は、円筒部材の外表面から前記分離器の内表面に突出する第２螺旋羽根と、前記第２羽根の下部終点における略下向き第２側部バッフルとを含む、請求項３２に記載の多重渦式分離器。
  38. 前記羽根は合わせて前記円筒部材を中心として３６０°延在する、請求項３２に記載の多重渦式分離器。
  39. 固体および液体廃棄物を廃棄流から除去しながら吸引によって実質的に水分を含まない気流を取り込むための多重渦式分離器であって、
    ハウジングであって、内表面を有する外壁と、前記廃棄流を受け取るための廃棄物流入口と、前記実質的に水分を含まない気流を前記ハウジングから取り込むための排気ポートを有する密閉上部と、を有するハウジングと、
    液体および固体廃棄物を前記廃棄流から分離するための第１渦流路を画定する前記壁の前記内表面に沿う環状チャネルであって、前記流入口と連通している環状チャネルと、
    入れ子の内側円錐と外側円錐との間の逆円錐空隙を画定する、前記円筒ハウジング内の、当該内側円錐と当該外側円錐を含むフィルタユニットであって、前記円錐空隙は前記排気ポートと連通し、かつさらなる液体および固定廃棄物を前記排気ポートから取り込まれる前に前記廃棄流から分離するための、前記第１渦流路から隔離された第２渦流路を形成するフィルタユニットと、
    前記フィルタユニットから前記ハウジングの前記内表面に延在する螺旋羽根を有する螺旋分離器と、を備える、多重渦式分離器。
  40. 前記螺旋羽根は、円筒部材の外表面から前記分離器の内表面に突出する第１螺旋羽根と、前記第１羽根の下部終点における略下向き第１側部バッフルとを含む、請求項３９に記載の多重渦式分離器。
  41. 前記螺旋羽根は、円筒部材の外表面から前記分離器の内表面に突出する第２螺旋羽根と、前記第２羽根の下部終点における略下向き第２側部バッフルとを含む、請求項３９に記載の多重渦式分離器。
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