JPWO2020046603A5

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Publication number: JPWO2020046603A5
Application number: JP2021511660A
Authority: JP
Publication date: 2022-08-31
Anticipated expiration: 2039-08-16

Description

細流１１２４は、安定した二相流動様式であってよい。例えば、細流１１２４は、上面１１１６と内壁１１２０とが交差する内側コーナーに沿って水が長くつながった「ストリング」を形成することが可能であり、その内側コーナー１１１８にとどまることが可能である。空気１１１２の流れは細流１１２４の安定化に役立ちうるが、空気流が（例えば）約３６フィート毎秒を超えると、空気１１１２の速度によって細流１１２４が乱れる可能性がある。例えば、水が細流１１２４から引き出されるほど空気の速度が速くない場合には、細流１１２４は安定した二相流動になることが可能である。
内角α_１、α_２、α_３が小さくなることも、細流１１２４を安定化しうる。内角α_１、α_２、α_３が小さくなることは、水滴１１２２に毛細管力を引き起こしうる。毛細管力は、細流１１２４の安定を保ちうる。内角α_１、α_２、α_３が小さくなることによって、リザーバ１１２６の方向のポテンシャルが減っていくことも可能であり、リザーバ１１２６には、水滴１１２２によって集水プール１１２８が形成される。

リザーバ戻りセグメント１４５４、１４５６、１４５８は、リザーバチャンバ１４４６から低重力水分離器１４００の本体の出口構造１４０４に戻る空気流路を提供してよい。戻りセグメント１４５４、１４５６、１４５８の台座１４６６～１４７４は、スリップジョイント又は他の接続を提供することが可能であり、これは、リザーバ戻り管の、台座１４６６～１４７４で定義されるスリップジョイントと球面状に切削された端部との間で必要とされる幾らかの移行部可撓性を提供しており、これは、内部リザーバ１４４０からリザーバ出口セグメント１４４２を通ってリザーバチャンバ１４４６に入るらせん構造１４１０との位置合わせが確実に向上するよう支援するものである。台座１４６６～１４７４のサイズ及び形状は、細長管１４０６及びらせん構造１４１０に対するリザーバアセンブリ１４０８、並びに細長管１４０６及びリザーバアセンブリ１４０８に対する出口構造１４０４の軸方向及び半径方向の両方の配置の調節機能を可能にするように特に設計されてよい。台座１４６６～１４７４の構造は、リザーバアセンブリ１４０８の構成要素を固定したままでらせん構造をより理想的に位置合わせする能力を保持することに役立ちうる。図２４Ａ～２４Ｃは、スリップジョイントによるリザーバ戻りセグメント１４５４、１４５６の組み立てを示す。他のタイプのジョイント及び接続フィーチャでも、低重力水分離器１４００の各種構成要素の組み立てにおける所望の調節機能を備えることが可能である。

低重力水分離器３１００は、リザーバチャンバ３１４６の構成が上述のリザーバ１４４６と異なってもよく、具体的には、ベーン３１６０、３１６２のサイズ、形状、及び向きに関して異なってよい。低重力水分離器１４００は、らせん構造１４１０から連続する単一ベーンを、連続するらせん構造１４１０の側方に位置するベーン１４６０、１４６２のペアとともに有してよい。低重力水分離器１４００の設計では、水が２つの側方ベーン１４６０、１４６２の間の領域にアクセスする唯一の方法は、バイア１４６４を通してである。低重力水分離器３１００では、リザーバ３１４６内のベーンはやはりらせん構造１４１０からの連続であるが、それ以外の２つのベーン３１６０、３１６２は、リザーバチャンバ３１４６内で連続するらせん構造１４１０の両側に形成された頂点から上方に延びる。

本明細書では、ある特定の実施形態及び実施例を参照しながら様々な発明を説明してきた。しかしながら、当業者であれば理解されるように、本明細書に開示の発明の範囲及び趣旨から逸脱しない限り、様々な変形形態が可能であり、この後の特許請求項で明記されるそれらの発明は、本発明の趣旨から逸脱しない限り、開示された発明の全ての変形形態及び修正形態を包含するものとする。本明細書及び特許請求項で使用される場合の語句「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ：）」及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は、語句「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同じ意味を有するものとする。
〔付記１〕
空気流から水滴を分離する装置であって、
細長管であって、
第１の端部と、
第２の端部と、
長手軸と、
内面と、
前記細長管の前記第１の端部にある入口開口部であって、前記長手軸に対して接線方向に前記空気流を受け入れるように配置された前記入口開口部と、
前記細長管の前記第２の端部にある出口開口部と、
を含む前記細長管と、
前記細長管の第２の端部に位置するリザーバと、
前記細長管内に位置するらせん構造であって、
上面と、
前記上面の反対側に配置された下面と、
外側エッジと、
前記細長管の長さ方向の可変ピッチであって、前記細長管の内壁と前記らせん構造の前記上面との間の内角が可変である前記可変ピッチと、
を含む前記らせん構造と、
を含む装置。
〔付記２〕
前記細長管の前記第２の端部に位置して、前記長手軸と同軸に配置された内部中空円筒を更に含み、前記内部中空円筒は第１の空気流路を定義し、前記リザーバは、少なくとも一部が、前記内部中空円筒の外面と前記細長管の前記内面との間で定義され、前記リザーバは第２の空気流路を定義する、付記１に記載の装置。
〔付記３〕
前記リザーバは、前記細長管の外側に位置するリザーバチャンバを含む、付記１に記載の装置。
〔付記４〕
前記らせん構造は前記リザーバチャンバ内で終わる、付記３に記載の装置。
〔付記５〕
前記らせん構造の表面及び前記細長管の内壁に集められた水滴を前記リザーバチャンバの底部に誘導する為に、前記リザーバ内に位置する複数のベーンを更に含む、付記３に記載の装置。
〔付記６〕
前記リザーバチャンバの前記底部に形成された水出口開口部を更に含む、付記５に記載の装置。
〔付記７〕
前記リザーバの前記底部に沿って前記複数のベーン及び前記らせん構造のそれぞれに形成された少なくとも１つのバイアを更に含み、隣接ベーン及び前記らせん構造にある前記バイアは互いにオフセットしている、付記６に記載の装置。
〔付記８〕
前記リザーバチャンバは、第１の断面積を有する入口部と、前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する収集部と、を含む、付記３に記載の装置。
〔付記９〕
前記リザーバチャンバの前記入口部は、前記細長管から接線方向に出ている流路を備える、付記８に記載の装置。
〔付記１０〕
前記第２の空気流路は空気流オリフィスを含み、前記空気流オリフィスは、前記第２の空気流路を通る空気流の体積を制御するようにサイズが決められる、付記２に記載の装置。
〔付記１１〕
前記第１及び第２の空気流路は、前記内部中空円筒の下流で一緒になってから、前記細長管の前記出口開口部を出ていく、付記２に記載の装置。
〔付記１２〕
前記内部中空円筒は、
入口開口部と、
出口開口部と、
外面と、
前記外面から半径方向外向きに広がるリップと、
を含む、付記２に記載の装置。
〔付記１３〕
前記細長管内で、前記細長管の前記内面から間隔を空けて前記内部中空円筒を支持するように構成された内部円筒支持物を更に含み、前記内部円筒支持物はらせん形状を有し、前記リザーバの面を定義する、付記２に記載の装置。
〔付記１４〕
前記細長管は、前記入口開口部を定義する入口構造と、前記出口開口部を定義する出口構造と、前記入口構造と前記出口構造との間を延びる中間セクションと、を含み、前記入口構造と前記中間セクションとの間の境界面、並びに前記出口構造と前記中間セクションとの間の境界面は、なだらかな起伏のある面を含む、付記１に記載の装置。
〔付記１５〕
前記なだらかな起伏のある面は、球面ジョイントを定義する凹面及び凸面の少なくとも一方を含む、付記１４に記載の装置。
〔付記１６〕
前記第２の空気流路は、前記細長管の外側に位置する戻り管を含み、前記戻り管は少なくとも第１及び第２の管セグメントを含み、前記第１及び第２の管セグメントはスリップジョイントで接続されている、付記２に記載の装置。
〔付記１７〕
前記第１及び第２の管セグメントの少なくとも一方がＬ字形である、付記１６に記載の装置。
〔付記１８〕
前記リザーバ内に位置する前記複数のベーンのうちの少なくとも１つのベーンが、前記装置の前記長手軸に平行に、垂直方向に配置されている、付記５に記載の装置。
〔付記１９〕
空気流から水滴を分離する装置であって、
第１の端部と第２の端部と内面とを有する細長ハウジングと、
前記第１の端部に位置して、前記空気流を受け入れるように構成された入口開口部を定義する入口構造と、
前記第２の端部に位置して、出口開口部を定義する出口構造と、
前記細長ハウジングの前記第２の端部に位置して、水を集めるように構成されたリザーバと、
前記細長ハウジング内に位置するらせん構造と、
前記出口開口部と流体連通結合された第１の空気流路と、
前記第１の空気流路から離れていて、前記出口開口部と流体連通結合されている第２の空気流路であって、一部が前記リザーバによって定義される前記第２の空気流路と、
を含む装置。
〔付記２０〕
前記リザーバはリザーバチャンバを含み、前記リザーバチャンバは前記細長管の外側に位置し、前記リザーバチャンバは前記第２の空気流路の一部を定義する、付記１に記載の装置。
〔付記２１〕
前記らせん構造は、
上面と、
前記ハウジングの長さ方向の可変ピッチであって、前記ハウジングの内壁と前記らせん構造の前記上面との間の内角が可変である前記可変ピッチと、
前記ハウジングの前記第１の端部にある初期らせんピッチであって、前記入口開口部に入る前記空気流に乱流を引き起こす前記初期らせんピッチと、
前記空気流中の水滴の、前記空気流からの分離を引き起こす中間らせんピッチと、
を含む、付記１９に記載の装置。
〔付記２２〕
水捕捉装置を組み立てる方法であって、
水捕捉装置を用意するステップであって、前記水捕捉装置は、細長管と、前記細長管の第１の端部に位置して、水を多く含んだ空気流を前記水捕捉装置に受け入れるように構成された入口開口部を定義する入口構造と、前記細長管の第２の端部に位置して、出口開口部を定義する出口構造と、前記細長管の内部に位置するらせん構造と、前記細長管内の水を多く含んだ空気流から分離された水を集めるように構成されたリザーバと、を有する、前記用意するステップと、
第１のジョイントにおいて前記入口構造を前記細長管に固定し、第２のジョイントにおいて前記出口構造を前記細長管に固定するステップであって、前記第１及び第２のジョイントはそれぞれが少なくとも１つの、なだらかな起伏のある面を有する、前記固定するステップと、
を含む方法。
〔付記２３〕
３Ｄ印刷を使用して前記細長管、前記入口構造、及び前記出口構造を成形するステップを更に含む、付記２２に記載の方法。
〔付記２４〕
前記少なくとも１つの、なだらかな起伏のある面は、球状面、半球状面、又は弧状面として形成されている、付記２２に記載の方法。
〔付記２５〕
前記水捕捉装置は更に、前記出口開口部と流体連通結合された第１及び第２の空気流路を含み、前記第２の空気流路は少なくとも一部が第１及び第２の管セグメントによって定義され、前記方法は、前記第１の管セグメントと前記第２の管セグメントとをスリップジョイントで互いに固定するステップを含む、付記２２に記載の方法。
〔付記２６〕
水捕捉装置は更に、前記リザーバ内に位置する少なくとも１つのベーンを含み、少なくとも１つのベーンを前記らせん構造と位置合わせする為に、前記第１及び第２の管セグメントが互いに対して且つ前記細長管に対して調節可能である、付記２５に記載の方法。
〔付記２７〕
前記水捕捉装置は更に、前記出口開口部と流体連通結合された第１及び第２の空気流路を含み、前記第２の空気流路はオリフィスを含み、前記方法は、前記オリフィスのサイズを調節して、前記第２の空気流路を通る空気流量を制御するステップを含む、付記２２に記載の方法。
〔付記２８〕
前記第１及び第２のジョイントの成形は、部分的には、少なくとも１つの、なだらかな起伏のある面に未硬化樹脂を塗布し、その後、前記樹脂を硬化させることによって行われる、付記２２に記載の方法。
〔付記２９〕
水を多く含んだ空気流から水を分離する方法であって、
前記水を多く含んだ空気流を水捕捉装置のらせん状チャネルに送達するステップであって、前記らせん状チャネルはその長さ方向に可変ピッチを有する、前記送達するステップと、
前記らせん状チャネル内で前記水を多く含んだ空気流から水を分離するステップと、
前記水をリザーバに集めるステップであって、前記リザーバは複数のベーンを含む、前記集めるステップと、
前記水を多く含んだ空気流を第１の空気流と第２の空気流とに分割するステップであって、前記第２の空気流は前記リザーバを通り抜ける、前記分割するステップと、
前記第２の空気流が前記リザーバを通り抜けた後に前記第１の空気流と前記第２の空気流とを一緒にするステップと、
前記一緒にした空気流を前記水捕捉装置から排出するステップと、
前記リザーバから前記水を取り出すステップと、
を含む方法。
〔付記３０〕
前記水を多く含んだ空気流から水滴を分離することは、前記水を多く含んだ空気流を前記らせん状チャネルの１つ以上の面に接触させるステップを含み、前記方法は更に、前記分離された水滴を前記らせん状チャネルの前記１つ以上の面から前記リザーバに集めるステップを含む、付記２９に記載の方法。
〔付記３１〕
前記第２の空気流を使用して前記リザーバ内の前記水を安定させるステップ
を更に含む、付記２９に記載の方法。
〔付記３２〕
前記水捕捉装置は、前記らせん状チャネルの一部を定義するらせん構造を含み、前記らせん構造は前記リザーバ内まで連続的に延びる、付記２９に記載の方法。
〔付記３３〕
前記水捕捉装置は、前記らせん状チャネルを収容する細長管を含み、前記リザーバの一部分が前記細長管の外側に延び、前記リザーバの前記一部分は、前記第２の空気流が前記細長管から接線角度で出る際に通る空気チャネルを定義する、付記２９に記載の方法。
〔付記３４〕
前記水を多く含んだ空気流を前記らせん状チャネルに送達する前記ステップは、前記水を多く含んだ空気流を前記水捕捉装置の長手軸に対して接線角度で送達することを含む、付記２９に記載の方法。

Claims

空気流から水滴を分離する装置であって、
第１の端部と第２の端部と内面とを有する細長ハウジングと、
前記第１の端部に位置して、前記空気流を受け入れるように構成された入口開口部を定義する入口構造と、
前記第２の端部に位置して、出口開口部を定義する出口構造と、
前記細長ハウジングの前記第２の端部に位置して、水を集めるように構成されたリザーバと、
前記細長ハウジング内に位置するらせん構造と、
前記出口開口部と流体連通結合された第１の空気流路と、
前記第１の空気流路から離れていて、前記出口開口部と流体連通結合されている第２の空気流路であって、一部が前記リザーバによって定義される前記第２の空気流路と、
を含む装置。
前記リザーバはリザーバチャンバを含み、前記リザーバチャンバは前記細長管の外側に位置し、前記リザーバチャンバは前記第２の空気流路の一部を定義する、請求項１に記載の装置。
前記らせん構造は、
上面と、
前記ハウジングの長さ方向の可変ピッチであって、前記ハウジングの内壁と前記らせん構造の前記上面との間の内角が可変である前記可変ピッチと、
前記ハウジングの前記第１の端部にある初期らせんピッチであって、前記入口開口部に入る前記空気流に乱流を引き起こす前記初期らせんピッチと、
前記空気流中の水滴の、前記空気流からの分離を引き起こす中間らせんピッチと、
を含む、請求項１又は２に記載の装置。
前記らせん構造は前記リザーバチャンバ内で終わる、請求項２に記載の装置。
前記らせん構造の表面及び前記細長ハウジングの内壁に集められた水滴を前記リザーバチャンバの底部に誘導する為に、前記リザーバ内に位置する複数のベーンを更に含む、請求項２に記載の装置。
前記リザーバの前記底部に沿って前記複数のベーン及び前記らせん構造のそれぞれに形成された少なくとも１つのバイアを更に含み、隣接ベーン及び前記らせん構造にある前記バイアは互いにオフセットしている、請求項５に記載の装置。
前記リザーバチャンバは、第１の断面積を有する入口部と、前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する収集部と、を含む、請求項２に記載の装置。
前記細長ハウジングは、前記入口開口部を定義する入口構造と、前記出口開口部を定義する出口構造と、前記入口構造と前記出口構造との間を延びる中間セクションと、を含み、前記入口構造と前記中間セクションとの間の境界面、並びに前記出口構造と前記中間セクションとの間の境界面は、なだらかな起伏のある面を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
前記第２の空気流路は、前記細長ハウジングの外側に位置する戻り管を含み、前記戻り管は少なくとも第１及び第２の管セグメントを含み、前記第１及び第２の管セグメントはスリップジョイントで接続されている、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
水を多く含んだ空気流から水を分離する方法であって、
前記水を多く含んだ空気流を水捕捉装置のらせん状チャネルに送達するステップであって、前記らせん状チャネルはその長さ方向に可変ピッチを有する、前記送達するステップと、
前記らせん状チャネル内で前記水を多く含んだ空気流から水を分離するステップと、
前記水をリザーバに集めるステップであって、前記リザーバは複数のベーンを含む、前記集めるステップと、
前記水を多く含んだ空気流を第１の空気流と第２の空気流とに分割するステップであって、前記第２の空気流は前記リザーバを通り抜ける、前記分割するステップと、
前記第２の空気流が前記リザーバを通り抜けた後に前記第１の空気流と前記第２の空気流とを一緒にするステップと、
前記一緒にした空気流を前記水捕捉装置から排出するステップと、
前記リザーバから前記水を取り出すステップと、
を含む方法。
前記水を多く含んだ空気流から水滴を分離することは、前記水を多く含んだ空気流を前記らせん状チャネルの１つ以上の面に接触させるステップを含み、前記方法は更に、前記分離された水滴を前記らせん状チャネルの前記１つ以上の面から前記リザーバに集めるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
前記第２の空気流を使用して前記リザーバ内の前記水を安定させるステップ
を更に含む、請求項１０又は１１に記載の方法。
前記水捕捉装置は、前記らせん状チャネルの一部を定義するらせん構造を含み、前記らせん構造は前記リザーバ内まで連続的に延びる、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
前記水捕捉装置は、前記らせん状チャネルを収容する細長管を含み、前記リザーバの一部分が前記細長管の外側に延び、前記リザーバの前記一部分は、前記第２の空気流が前記細長管から接線角度で出る際に通る空気チャネルを定義する、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法。
前記水を多く含んだ空気流を前記らせん状チャネルに送達する前記ステップは、前記水を多く含んだ空気流を前記水捕捉装置の長手軸に対して接線角度で送達することを含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。