JP5564778B2 - 水分離器 - Google Patents

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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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