JP5803639B2

JP5803639B2 - 水分離器

Info

Publication number: JP5803639B2
Application number: JP2011269449A
Authority: JP
Inventors: 幸治天野; 頼和重定
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: JP2013119078A

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、気体流から水分を分離させるべく配管中に水分離器を設けることが知られている。この水分離器は、気体流を下方から上方に向けて流すとともに、旋回流を発生させ、遠心力により水分を分離し外部に排出する構成のものである。また、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水分離器においては、横向きに延伸した水分離器が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１によれば、図９に示されるとおり、水分離器１０１は、水分を含む気体を導入する入口管１０２と、その入口管１０２の管内に設けられた旋回流発生要素１０３と、旋回流発生要素１０３の下流に遠心力により分離された水分を外部へ排出するトラップ部１０４と、トラップ部１０４の下流に入口管１０２と同径の筒状の出口管１０５とから構成されている。

トラップ部１０４は、上流側の第１トラップ１０８と下流側の第２トラップ１０９とから構成されている。

第１トラップ１０８は、上流側端壁１１０と、下流側端壁１１５と第２トラップ１０９の上流側端壁を兼ねる仕切り壁１１１と、上流側端壁１１０と仕切り壁１１１の外側縁間を接続する円筒壁１１２と、入口管１０２を延伸させた第１返し部１１４とで構成されている。円筒壁１１２の円周方向下端部には下端を挟んで一定の角度範囲に水切り領域１１３が設けられており、水分を通すパンチング孔１１３ａが穿孔されている。

第２トラップ１０９は、上流側端壁を成形する仕切り壁１１１と、下流側端壁１１５と、仕切り壁１１１と下流側端壁１１５の外周縁間を接続する円筒壁１１６と、入口管１０２と同じ内径の第２返し部１１８とで構成されている。円筒壁１１６の円周方向下端部には下端を挟んで一定の角度範囲に水切り領域１１７が設けられており、水分を通すパンチング孔１１７ａが穿孔されている。

水切り領域１１３、１１７の外方には、分離された水分をトラップ部１０４から水分離器１０１の外部に排出するための桶１１９と排水路１２０が設けられている。

上記のとおり構成された水分離器１０１に水分を含む空気が導入されると、空気流が旋回流発生要素１０３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分は遠心力により入口管１０２の内壁に付着しながら螺旋状をなして下流に流れ、下流に設けられた入口管より大径の第１トラップ１０８、第２トラップ１０９に流入する。

流入した旋回流から分離された水分は、第１トラップ１０８、第２トラップ１０９の内壁に付着しながら螺旋状をなして下流に流れるが、途中で水切り領域１１３、１１７に達した水分はパンチング孔１１３ａ、１１７ａを通って桶１１９に入り排水路１２０から外部に排出される。

特開２０１０−１０４９０６号公報

上記の水分離器１０１では、トラップ部１０４は溶接構造とし、その他の構成部品は製造性を考慮した形状とされている。そのため第１トラップ１０８を構成する上流側端壁１１０、仕切り壁１１１、円筒壁１１２、第１返し部１１４および第２トラップ１０９を構成する仕切り壁１１１、下流側端壁１１５、円筒壁１１６、第２返し部１１８は溶接接続されている。トラップ部１０４の構成部品は薄肉であるため、溶接ビードが内面に突出する。通常分離した水分は、図９に示す経路Ｙを通って排水路１２０から排出されるが、円筒壁１１２と仕切り壁１１１との接続部のトラップ内に突出したビードＷにより水分の一部Ｓが第２トラップ１０９の出口管１０５に飛散するため、水除去効率が低下する。また、円筒壁１１２、１１６の内面や上流側および下流側端壁の壁面が平滑でない場合、さらに第１返し部１１４、第２返し部１１８の下流側端面や仕切り壁１１１と第２返し部１１８との外カドや仕切り壁１１１と円筒壁１１２との内カドが鋭いカドでない場合には旋回流が乱れ、分離した水分が下流側に飛散して水除去効率を低下させる。

上記の課題を解決するために、本発明は、横向きに延伸し水分を含む気体を導入する入口管と、前記入口管内に設けた旋回流発生要素と、前記旋回流発生要素の下流に入口管の延伸方向に設けた直管部と、前記直管部の下流側に連通する筒状をなし前記入口管より大きな内径を有するとともに外部に連通する孔を備えた水切り領域を筒壁の一部に設けたトラップ部と、前記直管部の外周に設けた前記トラップ部の上流側端壁部と、前記トラップ部の下流側端面に設けた下流側端壁部と、前記トラップ部の内部に前記入口管を延伸させて設けた第１返し部と、前記下流側端壁部の入口管の延伸方向に設けた内径が前記入口管以上かつ前記トラップ部未満である第２返し部を具備した水分離器において、前記トラップ部と前記下流側端壁部と前記第２返し部の３つの構成要素を平滑な平面と鋭い外カドと内カドで形成する形状に一体的に構成したトラップケースを設けたことを特徴とする。

また、前記３つの構成要素を切削加工で一体成形することにより、精巧な平面、外カド、内カドを有するトラップケースを成形することができる。

さらに、前記３つの構成要素を接着剤やろう付けにて一体化することにより低コストでトラップケースを成形することができる。

さらに、前記３つの構成要素を鋳造や鍛造で一体成形することにより量産化に対応することができる。

前記３つの構成要素を平滑な平面と鋭い角度の外カドおよび内カドを有する形状に一体的に構成されたトラップケースとすることにより、溶接ビードによる水分の出口管への飛散や旋回流の乱れによる水分の下流への飛散を解消して水除去効率を向上させることができる。

本発明の水分離器の構造を示す縦断面図である。本発明の水分離器のＡ−Ａ断面図である。本発明の水分離器の機能説明用部分断面図である。本発明の水分離器の機能説明用部分断面図である。本発明の水分離器のトラップケース部縦断面図である。本発明の水分離器のトラップケース部縦断面図である。本発明の水分離器のトラップケース部縦断面図である。本発明の水分離器のトラップケース部縦断面図である。従来品の構造を示す縦断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の水分離器の構造を説明する縦断面図を示し、図２は、図１のＡ−Ａ断面図を示す。

本発明の水分離器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また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。

本発明の水分離器１は、図１および図２に示すとおり、横向きに延伸し、水分を含む気体を導入する入口管２と、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３と、旋回流発生要素３の下流に旋回流を安定させるための直管部４と、直管部４の下流端から第１返し部５の距離Ｌだけ上流に設けた旋回流から分離した水分を収集するトラップ部６と、収集した水分を一時溜めるタンク８と、外部へ排出する排水路９とから構成されている。

旋回流発生要素３は、入口管２の軸心に軸方向に延伸する円柱状コア１０を設け、コア１０の外周と入口管２の内周とに接触するフィン１１を円周方向に均等配置し、コア１０の上流から下流に延伸するに従いフィン１１の位相が移動するよう変化させて構成されている。

トラップ部６は、直管部４の下流端から第１返し部５の距離Ｌだけ上流の外周に設けた入口管２の内径Ｄ１より大きい外径Ｄ２の円盤状トラップカバー１２に、外径Ｄ３が外径Ｄ２と同径の円筒部１３と、円筒部１３の下流側端壁部１４と、内径がＤ１と同径の第２返し部１５の３構成要素を一体成形したトラップケース１６を直列に溶接接続して構成されている。

トラップケース１６を構成する円筒部１３には、外部と連通する複数の貫通孔１７を有する水切り領域１８が円周方向の下端を挟む所定角度θの範囲に設けられている。また、円筒部１３の下流側端壁部１４の中央には第２返し部１５が下流方向に向けて設けられている。円筒部１３と下流側端壁部１４と第２返し部１５は入口管２の肉厚と略同じ肉厚で平滑な平面と、バリ、及び半径の大きい丸みのない鋭いカドの形状に一体切削加工されている。

以上のとおり構成された水分離器１に水分を含む空気が導入されると、まず、空気流が旋回流発生要素３のフィン１１を通過することにより螺旋状の旋回流となる。その遠心力により空気中の水分は分離し、直管部４の内壁に付着して旋回しながら下流に移動する。

さらに、旋回流がトラップ部６に流入すると、遠心力により分離した水分は内径の広がった円筒部１３の内壁に付着し旋回しながら下流に移動する。下流に移動する途中で水切り領域１８の貫通孔１７を通ってタンク８に一時保留され、排水路９を経て排出される。

直管部４の内壁に沿って下流に移動していた水分は、図３の矢印Ｅの方向に移動する。すなわち、旋回流に押され第１返し部５の下流端まで移動した水分は、円筒部１３の内壁に移動する。この時、第１返し部５端面（図４のＦ参照）の外カドに加工のカエリやキズ等が無く鋭いカドの形状をしており、円筒の内面、外面の斜線部Ｈ（図４参照）が平滑であるので第１返し部５の端面で水分が飛散することなく移動することができる。

また、トラップケース１６は、円筒部１３、下流側端壁部１４、第２返し部１５の３構成要素が一体切削加工成形されているので、従来内カドＧ部（図４参照）に設けられていた水分の第２返し部１５への飛散原因である溶接ビードがなく水除去効率を上げることができる。

さらに、図４に示すとおりトラップケース１６は、外カドＫ部に加工のカエリやキズ等が無く鋭いカドの形状をしており、内カドＧ部は半径０．５ミリ以下に加工するとともに斜線部Ｊの面が平滑に加工されている。以上の構成により旋回流の乱れをなくして水除去効率を向上させることができる。

また、図５、図６に示すとおりトラップケース２０、２１は、平滑な内面を有する円筒の端面をカエリやキズのない鋭い外カドに形成した円筒部１３と、第２返し部１５と、平滑な平面を有するドーナツ状円盤の内周、外周端面をカエリやキズのない鋭い外カドに形成した下流側端壁部１４の３構成要素を接着剤２２またはろう付け材２３がトラップケース２０、２１の内側にはみ出さないよう一体成形したものである。

さらに、図７、図８に示すとおりトラップケース２４、２５は、円筒部１３と下流側端壁部１４と第２返し部１５の内面Ｍ、Ｎ、Ｐを平滑にするとともに円筒部１３と下流側端壁部１４とで構成する内カドＱと下流側端壁部１４と第２返し部１５とで構成する外カドＲを半径０．５ミリ以下の鋭角な形状に成形した鋳造品（図７）および鍛造品（図８）である。

本発明が提供する水分離器の構成は以上のとおりであるが、上記ならびに図示例に限定されるものではない。例えば、トラップケース１６は１段構成としてもよく、３段以上の多段に直列に接続してもよい。

１水分離器
２入口管
３旋回流発生要素
４直管部
５第１返し部
６トラップ部
８タンク
９排水路
１０コア
１１フィン
１２トラップカバー
１３円筒部
１４下流側端壁部
１５第２返し部
１６トラップケース
１７貫通孔
１８水切り領域
２０、２１トラップケース
２２接着剤
２３ろう付け材
２４、２５トラップケース

Claims

横向きに延伸し水分を含む気体を導入する入口管と、前記入口管内に設けた旋回流発生要素と、前記旋回流発生要素の下流に入口管の延伸方向に設けた直管部と、前記直管部の下流側に連通する筒状をなし前記入口管より大きな内径を有するとともに外部に連通する孔を備えた水切り領域を筒壁の一部に設けたトラップ部と、前記直管部の外周に設けた前記トラップ部の上流側端壁部と、前記トラップ部の下流側端面に設けた下流側端壁部と、前記トラップ部の内部に前記入口管を延伸させて設けた第１返し部と、前記下流側端壁部の入口管の延伸方向に設けた内径が前記入口管以上かつ前記トラップ部未満である第２返し部とを具備した水分離器において、
前記トラップ部と、前記下流側端壁部と、前記第２返し部の３つの構成要素の接続部において、ビードの半径を０．５ミリ以下とすることを特徴とする水分離器。
前記トラップケースを切削加工により一体化したことを特徴とする請求項１記載の水分離器。
前記トラップケースを接着剤、ろう付けの何れかにより一体化したことを特徴とする請求項１記載の水分離器。
前記トラップケースを鋳造、鍛造の何れかにより一体形成したことを特徴とする請求項１記載の水分離器。