JPH0716573B2 - 気一液分離および濾過の方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、概して、空気またはその他の気体流のろ過の
ための装置及び方法に関しており、かかる装置及び方法
は、殊に、前記気体流からの液体及び粒状物の除去に向
けられている。

多くの応用において、エーロゾルのような同伴液体及び
粒状物を実質的に含まない空気またはその他の気体混合
物を供給流として使用することは望ましい。このような
不純物の存在によって、このような供給流を用いる装置
の効率が著しい悪影響を受けることが多い。例として、
ある種の航空機に塔載されて使用される酸素発生系にお
ける主要部材の一つである酸素濃縮機を考えることにす
る。この濃縮機に入る空気が液体エーロゾルで汚染され
ていると、濃縮機の効率が30％も大巾に低減されること
がある。液体エーロゾルは、酸素発生床で使用されてい
るモレキュラーシーブを崩解させ、早期の系破損をもた
らすものとも考えられている。

液体エーロゾルが存在するときに遭遇しうるこれらの問
題に鑑み、進入空気または気体流中に同伴される液体エ
ーロゾルの大部分を除去する能力を有する装置である分
離器をまず使用することにより液体エーロゾルを除去し
ようとする試みが一般的に行なわれるようになってきて
いる。気体の流線に従って流動してこの手段によっては
効率的に除去されない、一層微細なエーロゾルは、凝集
用媒体へ導かれる。この凝集用装置は、典型的には、分
離器の下流にある不特定な距離のところに配置される。
凝集用装置に接すると、微細エーロゾルは、媒体上で小
滴を形成する。これらの小滴のいく分かが重力により影
響を受けるのに十分な大きさになると、そのような小滴
が降下して液塊となり、このものは必要により流去され
うる。

また航空機系統においては、凝集用媒体の下流に、粒体
除去用のHEPA級フィルターのような超微細フィルター材
を配置することも一般的である。このタイプのフィルタ
ーも、液体エーロゾルで汚染されていると、良好に働か
なかったり、あるいは低い効率で作動する。可能な汚染
を防ぐには、凝集用装置とHEPA級フィルターとの間で、
最少限の推奨される空間除去を実施する。あるいは別の
方法では、二つのHEPA級フィルターを直列に、そして間
隔を置いて配置して、空気流による液体キャリオーバー
を防ぐようにしている。

さらには、液体エーロゾルの存在に伴なう前記の問題
は、分離器から凝集用媒体へ導かれる気体が、その気体
をその露点にまで冷却する環境に遭遇するならば、さら
に悪化されうる。かかる冷却は、追加のエーロゾルの形
成をもたらすばかりでなく、エーロゾルがまだその液相
にありながら凝集用媒体を通り抜けてしまう液体エーロ
ゾルをもたらすことにもなり、これは前述の航空機環境
のようなある種の応用において望ましくない効果であ
る。

上記の解決法及び系において明白な問題を総合すると、
空間及び重量効率は、航空機応用において著しく重要で
ある。

本発明は、別々の気体入出口及び気体口を有するハウジ
ング；そのハウジング内に配置された気体／液体分離手
段；分離された液体をハウジングから取り出す手段；及
び、上記分離手段の下流にかつハウジング内に配置さ
れ、凝集用媒体とその凝集用部材の下流に近接した粒状
フィルターとを含む環状の分離及びろ過用器具；からな
る気体一液体分離及びろ過用装置を提供する。

本発明さらに、直径約25ミクロン以上の液体エーロゾル
の実質上すべてを分離し；その分離された液体エーロゾ
ルを流去させ；残っている液体エーロゾルを凝集させ；
その凝集用エレメントから液体を蒸発させ；そして粒状
物を気体流からろ過する；工程からなる気体一液体分離
及び粒状物除去のための方法を、提供する。

本発明の好ましい態様によれば、空気流中に含まれるす
べての液体エーロゾルを極めて高い効率で除去すること
が可能であり、しかも本発明の実施化のための装置の設
置に必要とされる空間ばかりでなく、その装置の重量を
著しく低減、削減できる。殊に、本発明の態様によれ
ば、凝集用媒体の位置を、粒状フィルター材に近接させ
ることができる程度にまで液体エーロゾルを除去するこ
とができ、このような装置配列によれば、液体除去効率
を犠牲にすることなく空間を節減できる。

また本発明の態様によれば、分離機からの排出流が凝集
用媒体へ導かれるときに経験される気体流の乾球温度の
低減（または相対湿度の増大）を可能としうる。

本発明に係る構造物は、多様な空間配向で運転操作しう
るが、説明記載の便宜及び簡明のために、以下における
種々の構造部材の「上部」及び「底部」とは、添付第２
図で示された方向における上部及び底部を意味するもの
とする。また本発明装置はいずれの気体流からの液体の
分離及びろ過にも有用であるが、本発明は空気一水流の
分離及びろ過において最も長所利点を発揮するので、こ
の好ましい態様を以下説明することにする。しかし、本
発明がこの態様に限定されるものではなく、本発明は本
発明の精神の範囲内にあるすべての態様、変形及び均等
事項を包含するものである。

第２図には、別々の空気入口11及び空気出口12を有する
ハウジングからなる本発明の具体例の空気一水分離及び
ろ過装置が示されている。このハウジング内には、凝集
用媒体14、粒状フィルター15、穴明き支持コア16及びハ
ウジングから凝集液体を除去するための手段17からなる
環状の凝集及びろ過用装置が設けられている。ハウジン
グは本体20及び基部21からなる。基部21は、例えばＶ−
バンド及びボルト22のような締結手段によって本体へ着
脱自在に固定される。

本体20は、二つの主室、すなわち上部30と下方室31とに
分割されている。上部室30は、その側壁に対し接線状に
配置された空気入口11を有している。これら二つの主室
は、本体20内に配置された通路26によって連結されてい
る。

第１図に示す上部室30は、実質上円筒状であり、上部壁
23、側壁24及び室隔壁28によって限定されている。この
隔壁は、前述の通路26によって構成され、残部は空気及
び液体に対して不透過性の材料で構成されている。上部
室30内には、公知の形状及び構成の慣性分離機が収容さ
れている。上部室30の大きさは、分離機の設計パラメー
ターに依存するものであり、さらに一般的には、環境制
御系自体の設計に依存する。上部室から分離された液体
エーロゾルを流去させる手段29も設けられている。

分離された空気は通路26を経て上部室を去って下部室31
に流入する。下部室31は同じく円筒状である。下部室は
凝集用媒体14、凝集用媒体14の下流でこれに近接した粒
状物用フィルター15および多孔質支持コア16からなる。

この態様において、凝集用エレメントは円筒状に形成さ
れておりそしてこの外面と下部室34の内壁との間の環状
空間を形成するように位置している。特定の凝集用媒体
が本発明にとって不可欠ではないが、媒体は疎水性かつ
疎油性であって湿潤に抗するものであることを意図す
る。このような媒体の例は上記の特性を有するテーパー
付細孔プロフィル（登録商標）媒体であろう。

粒状物用フィルター15も円筒状に形成されておりそして
凝集用媒体14に近接して位置する。用語“近接して”と
は、本発明においては、フィルター15を、凝集用媒体14
に隣接させるか、あるいは液体のキャリーオーバーを防
ぐための最小推奨空間分離以下の距離を凝集用媒体から
離して配置するものとして定められる。フィルター15の
組成に関して、好ましい態様はHEPA級媒体を用い、これ
は高効率粒状物空気過器（High Efficiency Particul
ate Airfilter）の頭文字である。このタイプのフィル
ターは例えば通過する空気から大量の粒状物を過する
ことのできる密に分布した細孔を有するガラス繊維膜で
ある。高い表面除去と操作効率のために媒体をプリーツ
にすることを意図する。本発明でうまく使用できる別の
タイプのフィルターはテーパー付細孔プロフィル（登録
商標）エレメントである。

多孔質支持コア16を粒状物フィルター15の下流に配置し
そしてフィルターと凝集用媒体に構造上の安定性を与え
る。穴の大きさに関する実質的な限定はないが、穴は、
どんな重大な圧力降下もなしい凝集用材を横切って空
気が流れるのに十分であってそして支持体として機能す
るものでなければならない。コア16の意図する組成は金
属であるが、十分な強度を有するどんなタイプの材料に
置き換えてもよい。

凝集用媒体、フィルターおよび支持コアからなるこの集
成体の上部をエンドキャップ40で密封する。この集成体
の頂部から下部室34の内壁へと半径方向に延びる振動防
止翼41は集成体を定位置に保持させる。

下部室31に入る空気の流れを凝集用媒体14の外面と下部
室34の内壁とにより定められる環状空間に向けることの
できる流れ変更器42は集成体の上に位置する。これは、
通路26を通って下部室31に入る空気環状室に向けて凝集
用媒体14と接触させる。次いでこの空気は粒状物用フィ
ルター15、多孔質支持コア16を通って中央室50に入り、
この室はエンドキャップ40と多孔質支持コア16の内壁と
により定められる。次いで十分に処理された空気は室50
を出てそして空気流出口12を通ってハウジングを出る。
空気中に蒸発しなかった全ての凝集液体を排出する手段
19は環状空間の底部に位置する。残りの何れの液体も高
効率で除去するために、本装置を取り付ける飛行機また
は他の構造体が通常は休止しているときに液体を最下点
にする位置に排出手段を位置すべきである。

分離手段30と凝集用媒体31をおおう２つの室は同じハウ
ジング内に位置し、それにより室気流の気体一蒸気内容
物が分離手段から凝集手段へと通るにつれてこの内容物
に影響を与えるかもしれないどんな温度変化をもなくす
る。これにより、液体の除去が、分離用室即ち上方の室
30と、環状の凝集用室即ち下部室31においてのみ起こ
り、これによって、空気が分離器から凝集器へと移動す
る際に液の除去が行われる従来の系における望ましくな
い結果を排除することができるということは、当業者に
は理解できるであろう。換言すれば、空気の湿度水準
は、空気が分離器から凝集用媒体へと導かれるときに一
定の水準に維持できる。

凝集用媒体の表面上でのこの手段の操作上の利点も重要
である。慣性分離手段によっては空気流から除去されな
い微細な液体エーロゾルは凝集用媒体によって実際に完
全に除去される。しかしながら、既知の凝集法によって
は除去は完全には行なわれず、媒体から空気中へ凝集し
た液体を蒸発させることにより部分的に行なわれること
が見出されている。この工程を促進するために、下部室
31に入る空気は凝集用媒体に到達する前に過冷状態であ
るべきである。

媒体と接触すると、液体は最初に凝集し、次いで不飽和
空気中に蒸発し、これにより流出空気の湿分量すなわち
湿度を高める。空気の総湿分量は同じであるかもしれな
いが、液体中で相変化を受ける。これはほぼ完全な液体
エーロゾル除去を確保するという効果を有し、従来の装
置で液体除去領域で用いられた余分な部分を不必要にす
る。

前に述べた現象を流れの配分の割合から説明すると、凝
集した液体が蒸気として下流へに行くのを確保するため
に、凝集用媒体に沈着する液体エーロゾルの割合は不飽
和空気流によって蒸発する水の割合に等しくなければな
らない。これを認識して、単位面積および単位時間当り
限界量以下の液体を集めるのに十分な表面積を媒体に付
与することにより凝集用媒体上の液体エーロゾルの沈着
割合を制御できる。凝集用媒体上に沈着する液体の量の
この限界値以下に保つように凝集用媒体を設計すること
により、粒状物用フィルターはどんな捕捉液体によって
も汚染されない。

前記した凝集用媒体よる液体エーロゾルの除去はまた、
HEPA級媒体などの粒状物用フィルター15の配置を液体の
キャリーオーバによる余分の必要性なしに凝集用媒体14
に近接させる。好ましい態様においては、HEPA級フィル
ター15は凝集用媒体14に隣接して位置し、まさに空間効
率的形状である。さらに、従来の装置で見られる余分な
部分は、凝集用媒体とHEPAフィルターとの別々のハウジ
ングの必要性をなくすることによって低減され、重量お
よび空間の節約をもたらす。

好ましい態様は凝集用媒体／粒状物用フィルター／支持
コアの集成体を分離手段として同じハウジング内に置い
ているが、これは本発明の一例にすぎない。集成体を分
離手段の下流に配置してもよい。しかしながら、集成体
の位置は、空気が凝集用媒体に接触する前に分離器を出
る分離空気の温度が露点に達しないような位置であるべ
きであり、これは本発明の重要な要素である。一例とし
て、前記の集成体を、適当なハウジングに収納した後
に、集成体の空気取入口と分離手段の空気流出口との間
の適当な接続でもって分離手段に直接載置してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の好ましい態様で用いられる分離手段
としての慣性分離器の平面図である。 第２図は、第１図の線２−２に沿って切り取った好まし
い態様の断面図である。 第３図はカバー締め付け手段の部分拡大図である。 第４図は、第２図の線４−４に沿って切り取った凝集用
媒体、粒状物用フィルター、および多孔質支持コアの集
成体の断面図である。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）別々のガス入口及び出口を有するハ
   ウジング； （ｂ）上記ハウジング内に位置する気液分離手段； （ｃ）上記ハウジングから分離液を除去する手段； （ｄ）上記分離手段の下流の該ハウジング内に配置され
   ており、（ｉ）凝集用媒体からの凝集液の蒸発を促進す
   るような表面積を有する凝集用媒体、及び（ii）該凝集
   用媒体の下流に近接して配置されている粒状物用フィル
   ターを含む、環状の分離及び濾過器； を含む気液分離及び濾過装置。
2. 【請求項２】前記環状濾過器は、外側エレメントとして
   前記凝集用媒体を、内側エレメントとして前記粒状物用
   フィルターを有する請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】前記の気液分離手段は慣性分離器である請
   求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】前記粒状物用フィルターはHEPAフィルター
   である請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】前記凝集用媒体はテーパー付細孔のプロフ
   ィルエレメントである請求項４に記載の装置。
6. 【請求項６】前記HEPAフィルターはテーパー付細孔のプ
   ロフィルエレメントである請求項５に記載の装置。
7. 【請求項７】凝集した液体を除去する手段を更に含み、
   この手段は、装置を取り付ける構造体が通常は休止して
   いる時点で最も低い位置になるように配置されている請
   求項５に記載の装置。
8. 【請求項８】気液混合物から粒子状物質の気液分離及び
   除去を行う方法であって、 （ａ）直径が25ミクロン以上の実質的にすべての液体エ
   ーロゾルを混合物から分離し； （ｂ）分離された液体エーロゾルを排出し； （ｃ）残りの液体エーロゾルを凝集部材を用いて凝集さ
   せ； （ｄ）凝集された液体を凝集部材から蒸発させ； （ｅ）凝集部材を通過するガス流から粒子状物質を濾過
   する； 工程を含むことを特徴とする方法。
9. 【請求項９】慣性分離器を用いて分離工程（ａ）を行う
   請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】HEPA等級フィルターを用いて濾過工程
    （ｅ）を行う請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】凝集用部材はテーパー付細孔のプロフィ
    ルエレメントである請求項10に記載の方法。
12. 【請求項１２】HEPAフィルターはテーパー付細孔のプロ
    フィルエレメントである請求項11に記載の方法。
13. 【請求項１３】工程（ｄ）の後に、蒸発しなかった全て
    の凝集液体を装置から排出する請求項11に記載の方法。