JP5961583B2 - 粒子分離器 - Google Patents

Description

本発明の例示的な実施例は、航空機で使用される空気ユニットの冷却流体流路に関し、特に、空気ユニットの冷却流体流路に異物やデブリが入ることを防ぐことに関する。

航空機で使用される従来の空気ユニットは、ジャーナル軸受およびスラスト軸受によって支持されるモータを含む。空気ユニットは、モータなどを冷却する冷却流体が通過する冷却流体流路を含む。例えば、砂、灰、虫などのデブリや異物が空気ユニットの冷却流体流路に入ると、モータや軸受に悪影響を与えるおそれがある。このような影響は、モータや軸受の性能の劣化や過剰な摩耗を含み、空気ユニットの追加の保守が要求されうる。

現行の粒子分離器は、流体から大きい粒子を除去することができるが、粒径が小さくなるに従って効率が低下する。例えば、砂漠環境で一般的な８ミクロンより小さい直径を有する細砂は、地表の近くで動作している場合に空気ユニットにとって特に問題となる。

本発明の一実施例によれば、航空機の空気ユニットの冷却流体流路に異物が入ることを防ぐ、全体として円錐形の本体を含む粒子分離器が提供される。円錐形の本体は、空気が冷却流体流路に入ることを可能にする複数の同様の孔を含む。円錐形の本体の角度は、冷却流体流路とは反対向きの空気流が円錐形の本体の表面から異物を除去する角度に設けられている。

本発明の他の実施例によれば、航空機の空気ユニットに異物が入ることを防ぐ、ラム空気ヘッダの壁に取り付けられた逆Ｊ字管を含むシステムが提供される。逆Ｊ字管の第１の端部は、冷却流体流路の一部を画成する。ラム空気ヘッダは、さらに、逆Ｊ字管の第１の端部に着脱可能に取り付けられた粒子分離器を含む。この粒子分離器は、冷却流体流路に異物が入ることを防ぐ。粒子分離器は、全体として円錐形状を有する。冷却流体流路とは反対向きの空気流が、粒子分離器の表面から異物を除去する。

本発明は、特に、以下の請求項に記載されている。上述およびその他の本発明の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面によって明らかになる。詳細な説明では、図面を参照して本発明の実施例および本発明の利点や特徴を例示的に説明している。

例示的な空気ユニットの概略説明図である。 本発明の実施例に係る図１の空気ユニットの部分透視図である。 本発明の実施例に係るＪ字管の側面図である。

航空機で使用される例示的な空気ユニット１０が図１に示されている。ユニット１０は、ロータブレード１４を支持するファンロータ１２を含む。電気モータ１６がファンロータ１２を回転駆動する。

モータ１６は、モータハウジング１８内に配置され、入口ハウジング２０がモータハウジング１８に固定されている。入口ハウジング２０は、ロータブレード１４に空気を供給する熱交換器入口を提供する。開示された例では、入口２２はラム空気ダクト２３から空気を受け入れる。ロータブレード１４は、熱交換器２４（概略的に図示）を通るように環境空気を吸引するとともに、この空気を機外に放出する。

モータ１６は、モータハウジング１８内に配置されたステータ３２を含み、このステータ３２は、磁界を発生させて熱を発生し、ファンロータ１２を回転させる。図示の例では、ファンロータ１２は、スラスト軸受３６とファンロータ１２の両端に配置されたジャーナル軸受３８によって支持されている。

通路４０が、熱交換器入口２２と流体的に連通しており、モータハウジング１８の内部と流体的に連通する冷却入口４２に冷却流体を供給する。モータハウジング１８には、熱交換器出口と流体的に連通する通気孔４４が設けられている。熱交換器入口２２は、高圧側Ｈにあり、通気孔４４は低圧側Ｌにある。通気孔４４は、ラム空気ダクト２３に設けられた出口５０と流体的に連通している。流路Ｍとして示しているように、高圧側Ｈと低圧側Ｌとの圧力差により、冷却流体がモータ冷却入口４２を通ってステータを冷却するように流れる。

逆Ｊ字管４８が、ラム空気ダクト２３の高圧側Ｈに設けられている。この逆Ｊ字管４８は、ラム空気ダクト２３からの空気をフィルタに通す。流路４９が、逆Ｊ字管４８を冷却入口４２に流体的に連通させる。清浄な冷却流体が、高圧側Ｈの逆Ｊ字管から軸受３６，３８およびモータ１６に流れ、低圧側Ｌの通気孔４４から出る。これにより、冷却流れを提供するためにエンジン抽気などの供給源からの加圧空気が不要となる。冷却流体は、流路Ｂとして示すように、ベアリング３６，３８およびモータを冷却するようにモータハウジング１８を通って流れる。

出口５０は、ラム空気ダクト２３内に設けられた電気モータ５４によって駆動されるファンロータ５６の下流に位置する。入口２２は、ラム空気ダクト２３内の熱交換器５２の上流でファン５６の前方に設けることができる。熱交換器５２、電気モータ５４およびファン５６は、空調パックの一部とすることができる。

続いて、図２を参照すると、ラム空気ダクト２３内の入口ハウジング２０がより詳細に示されている。一実施例では、入口ハウジング２０は、ラム入口ヘッダである。入口ハウジング２０に隣接して、第１の逆Ｊ字管４８と第２の逆Ｊ字管４８’が設けられている。一実施例では、第１の逆Ｊ字管４８と第２の逆Ｊ字管が合わせて全体として半円形状を成すように、第２の逆Ｊ字管４８’が第１の逆Ｊ字管４８に対して１８０°回転されている。一実施例では、第１の逆Ｊ字管４８と第２の逆Ｊ字管４８’は、入口ハウジング２０の壁７０を介して互いに連結されている。第１の逆Ｊ字管４８を入口ハウジング２０内に配置し、第２の逆Ｊ字管４８’をラム空気ダクト２３内で壁７０の反対面に取り付けることができる。ラム空気ダクト２３内の空気は、矢印Ｆの方向に流れる。ラム空気ダクト２３の空気の一部が、入口ハウジング２０に入って通路４０に沿って（点線によって概略的に示す）熱交換器２４の入口２２まで流れる。通路４０に沿って流れる空気の一部は、第１の逆Ｊ字管４８の第１の端部８０において、矢印Ｃで示す方向で冷却流体流路に引き込まれる。冷却流体流路Ｃに引き込まれた空気は、ラム空気ダクト２３内の空気流Ｆとは反対方向に流れる。

ベアリング３６，３８およびモータ１６の損傷を防止するために、第１の逆Ｊ字管４８に入る空気と、その後空気が移動する通路４９は、虫や紙などのデブリや他の異物を含まないようにしなければならない。図３は、入口ハウジング２０内に配置された第１の逆Ｊ字管４８の詳細な説明図である。第１の逆Ｊ字管４８の第１の端部８０には、粒子分離器９０が取り付けられている。粒子分離器９０は、複数のほぼ同様の孔９２を含み、これらの孔９２は、空気が粒子分離器９０を通って冷却流体流路Ｃに沿って逆Ｊ字管４８内に流れることを可能にするとともに、軽い異物がこのように流れることを不能にする大きさに設けられている。粒子分離器９０は、フィルタとして機能し、５ミクロンよりも大きい粒子が第１の逆Ｊ字管４８に入ることを防ぐ。一実施例では、粒子分離器９０は、約１／１６〜１／１２平方インチの断面積の孔９２を有する粗いメッシュ材料から形成される。孔９２の大きさおよび形状は、選択された空気ユニット１０およびその用途に基づいて決めることができる。孔９２は、例えば、正方形、長方形、菱形を含むがこれらに限定されないあらゆる形状とすることができる。粒子分離器９０は、耐久性および耐食性がある金属やプラスチックなどを含むあらゆる材料で形成可能である。

粒子分離器９０の形状は、ラム空気ダクト２３内の空気流Ｆを粒子分離器９０の外面を“清浄化する”ために利用する。一実施例では、粒子分離器９０は、全体として円錐形であり、最大の直径を有する粒子分離器９０の部分は第１の逆Ｊ字管４８の第１の端部８０に取り付けられている。粒子分離器９０の角度αは、約２５〜３５°とすることができる。一実施例では、角度αは３０°である。冷却流体流路Ｃとは反対方向の通路４０に沿った空気流Ｆの力は、粒子分離器９０の表面から異物やデブリを除去する。通路４０に沿った空気流Ｆは、逆Ｊ字管４８の第１の端部８０に空気が流入することを妨げうる閉塞のおそれを排除する。粒子分離器９０の第１の端部９４を第１の逆Ｊ字管４８の第１の端部８０に着脱可能に取り付ける連結部には、機械的締結具、接着剤および他の同様の手段を含むがこれらに限定されない多くのものがある。一実施例では、粒子分離器９０は、第１の逆Ｊ字管４８の第１の端部９４に溶接してもよい。また、第１の逆Ｊ字管４８の第１の端部８０に対して粒子分離器９０を定位置に保持するために締結具を使用することもできる。

第１の逆Ｊ字管４８の端部に粒子分離器９０を含むことにより、異物が冷却流体流路Ｃに入ることが制限され、このようなデブリに起因する軸受３６，３８およびモータ１６の保守が最小限に抑えられる。粒子分離器は、航空機が地上にあるときや飛行中に異物がＪ字管に入ることを防ぐ。粒子分離器が、“自浄式”であるため、デブリによってＪ字管４８の端部への冷却流体流路Ｃが塞がれることがない。さらに、粒子分離器９０は、航空機の保守時に必要に応じて容易に取り外すことができる。

本発明を限られた数の実施例に関連して詳細に説明したが、本発明は開示された実施例に限定されるものではない。むしろ、本発明は、上述していないが本発明の趣旨および範囲と同等のあらゆる変形、変更、代替物または同等の構成を含むように改良することができる。また、本発明の種々の実施例を説明したが、本発明の形態はいくつかの実施例のみを含みうる。よって、本発明は、上述の説明によって限定されるものではなく、添付の請求の範囲のみによって限定されるものである。

４８…第１の逆Ｊ字管
８０…第１の逆Ｊ字管の第１の端部
９０…粒子分離器
９２…孔
９４…粒子分離器の第１の端部
Ｃ…冷却流体流路
Ｆ…ラム空気ダクト内の空気流

Claims (15)

1. 航空機の空気ユニットの冷却流体流路に異物が入ることを防ぐ粒子分離器であって、
   前記冷却流体流路とは反対向きのラム空気流内に突出するように該冷却流体流路の端部に設けられた全体として円錐形の本体を有し、この円錐形の本体は、前記冷却流体流路に空気が流入可能となるように複数の同様の孔を含み、前記ラム空気流に対する前記円錐形の本体の側面の角度が、該ラム空気流によって該円錐形の本体の表面から異物が除去される角度に設けられていることを特徴とする粒子分離器。
2. 前記円錐形の本体の前記側面の前記角度は、おおよそ２５〜３５°であることを特徴とする請求項１記載の粒子分離器。
3. 前記側面の前記角度は、３０°であることを特徴とする請求項２記載の粒子分離器。
4. 前記全体として円錐形の本体は、粗いメッシュ材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の粒子分離器。
5. 前記孔は、約１／１６〜１／１２平方インチの断面積を有することを特徴とする請求項１記載の粒子分離器。
6. 前記孔は、正方形であり、約１／１６平方インチの断面積を有することを特徴とする請求項５記載の粒子分離器。
7. 前記孔は、５ミクロンより大きい異物が前記冷却流体流路に入ることを防ぐことを特徴とする請求項１記載の粒子分離器。
8. 航空機の空気ユニットに異物が入ることを防ぐシステムであって、
   ラム入口ヘッダと、
   ラム入口ヘッダの壁に取り付けられ、冷却流体流路の一部を画成する第１の端部を有する逆Ｊ字管と、
   前記冷却流体流路に異物が入ることを防ぐように前記逆Ｊ字管の第１の端部に着脱可能に取り付けられるとともに、前記冷却流体流路に空気が流入可能となるように複数の同様の孔を含む粒子分離器であって、前記冷却流体流路とは反対向きのラム空気流内に突出する全体として円錐形状を有し、該ラム空気流によって表面から異物が除去される粒子分離器と、を有するシステム。
9. 前記ラム空気流に対する前記粒子分離器の円錐形状の側面の角度は、約２５〜３５°であることを特徴とする請求項８記載のシステム。
10. 前記側面の前記角度は、３０°であることを特徴とする請求項９記載のシステム。
11. 前記粒子分離器は、複数の孔を含むことを特徴とする請求項８記載のシステム。
12. 前記粒子分離器は、粗いメッシュ材料で形成されていることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
13. 前記孔は、約１／１６〜１／１２平方インチの断面積を有することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
14. 前記孔は正方形であり、約１／１６平方インチの断面積を有することを特徴とする請求項１３記載のシステム。
15. 前記孔は、５ミクロンよりも大きい異物が前記冷却流体流路に入ることを防ぐことを特徴とする請求項１１記載のシステム。

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