JPH088966B2

JPH088966B2 - 空気流から水分を収集するための装置

Info

Publication number: JPH088966B2
Application number: JP62029467A
Authority: JP
Inventors: ジョン・ローレンス・ワーナー
Original assignee: ユナイテツド・テクノロジ−ズ・コ−ポレイシヨン
Priority date: 1986-02-13
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: CA1329151C; GB2186502A; IT1202528B; FR2594046A1; SE8700567D0; GB2186502B; GB8702267D0; DE3703358A1; IT8719355A0; SE8700567L; IL81556A; FR2594046B1; SE464391B; US4681610A; JPS62197120A; DE3703358C2

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、空気流から水分を収集するための装置に関
する。

〈従来の技術〉航空機用の空気サイクル式空調装置の凝縮熱交換器か
ら排出される低温の空気流中には水滴が含まれており、
一般に凝縮水収集装置により除去される。このような水
分を除去しないと、水滴が航空機のタービン内に排出さ
れ、霧を発生し、場合によっては結氷の原因となる。ま
た、空調装置の熱交換器や、タービン、ダクトなどが結
氷により閉塞し、装置の効率を低下させるばかりでな
く、装置の部品を損傷させる虞れがある。

一般に、除去されるべき水分は、ダクトが屈曲してい
ることから、遠心力により、凝縮水収集装置の上流側の
ダクトの壁面近傍に分布する傾向がある。従って、ダク
トの壁面に近い空気流の部分に最も多くの水分が含まれ
ることとなる。従来の凝縮水収集装置は、空気流の本流
から高い水分含有率を有する空気流を除去しようとする
点で充分効果的でなかった。

従来技術に基づく凝縮水収集装置の１つによれば、ダ
クトの壁面に沿って移動する水分を収集し得るように、
空気ダクト内に設けられた環状空隙の周囲に設けられた
環状の容器が用いられる。しかしながら、容器に出口が
設けられていないことから、水分を多く含む空気が容器
を満たし、その内部に比較的圧力の高い領域を形成する
ことにより、ダクトの壁面に存在する水分がこの比較的
高圧となっている空隙を横切ってしまうという問題があ
った。このような装置を用いれば、比較的低速の空気流
（例えば13.7m/秒）から水分の殆どを除去し得るもの
の、最近の空気サイクル式冷凍装置に見られる比較的高
速の空気流（18.3〜30.5m/秒）の空気流を除湿する目的
には適さない。このように空気流の速度が高いと、空気
流を効果的に除湿するために幾つもの空隙及び容器を直
列に設ける必要があり、装置の構造を煩雑化するという
問題がある。

米国特許第3,834,126号明細書に開示されている装置
は上記したような従来技術の問題点を改善せんとするも
のである。この装置は、上記した従来技術に基づく装置
と同様に空気ダクト内に設けられた環状の空隙及び、ダ
クトの壁面に沿って移動する水分を収集するように前記
空隙を囲繞する容器を用いるものである。しかしなが
ら、この米国特許明細書に開示された装置は、容器内の
圧力を低下させるために、空隙の上流側に於て、ダクト
と容器とを連通する空気抜き用の管を用いるもので、こ
の管路内を空気流及び水分が移動することができる。し
かしながら、用途によっては、容器内を通過する空気流
の量が不十分であるために、依然として水分が空隙を横
切るのを阻止することができないという問題が発生す
る。実際、この米国特許明細書には、水滴が空隙を横切
る可能性を示唆しており、空気流中に過剰な好ましくな
い水分が含まれる可能性を充分に排除し得ないのであ
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目
的は、空気サイクル式冷凍装置のタービンから排出され
る高速の空気流中から水分を除去するための改良された
水分収集装置を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉このような目的は、本発明によれば、ある流速をもっ
てダクト内を流れる空気流から水分を収集するための装
置であって、前記空気流のうちの水分に富む空気流部分
を前記ダクトから抜き出すべく前記ダクトに連通する排
水口と、前記した水分に富む前記空気流部分を減速させ
るべく前記排水口に連通するように前記ダクトに付設さ
れたディフューザと、前記空気流部分を再び前記空気流
に戻すべく前記ディフューザ及び前記排水口よりも下流
側のダクト部分に連通するエジェクタとを有することを
特徴とする装置を提供することにより達成される。

〈作用〉本発明に基づく水分収集装置によれば、水分を多く含
む空気流が、空気流の本流から分離される際に空隙を横
切ることがない。しかも、ディフューザ内にて除湿され
た空気が、排水口の下流側に設けられたエジェクタから
本流に戻されるため、水分収集装置が冷凍装置内に於け
る圧力損失の原因とならない。また除湿効率が高く、し
かも除湿装置が極めて小数の部品からなり、廉価に製造
可能である。

〈実施例〉以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳し
く説明する。

第１図及び第２図に示されているように、本発明に基
づく凝縮水収集装置１は、空気ダクトの一部の区間を構
成するもので、入口部分４及び出口部分６に於て空気ダ
クト７に連通する第１のダクト部分２を有する。ダクト
７は、本実施例に於ては、空気サイクル空調装置の凝縮
熱交換器の出口管路をなし、その内部を18.3〜30.5m/秒
の流速を有する冷却されかつ水分に富む空気流が流通す
る。一般に、このダクトの入口部分４は、2.5〜12.7cm
の直径を有し、特に3.2〜6.4cmの直径を有するものが一
般的である。入口部分と同様に、出口部分６も2.5〜12.
7cmの直径を有するが、特に3.2〜6.4cmの直径が一般的
である。

第１のダクト２の出口部分６は、外向きに拡開された
フレア状をなす遊端８を有する。このフレア部分は、収
集装置内の矢印９で示される空気流に向けて開かれてい
る。第１のダクト２の入口部分４の下流端は、空気流の
流れ方向に対して５度〜12度の角度をもって連続的かつ
均一に拡開する円錐状の壁体10をなしており、この開き
角は高速空気流に対しては約10度であるのが好ましい。
空隙12が、出口部分６のフレア状をなす遊端８と、入口
部分４の円錐状壁体10の下流端との間に空隙12が郭成さ
れている。

水分に富む空気流を減速させるために、環状をなすデ
ィフューザ14が、第１のダクト２の外周に設けられ、し
かも第１のダクト２の入口部分４と出口部分６とにそれ
ぞれ接続されている。このディフューザ14の外周壁は、
組付の便宜のために２つのセグメント16、18から構成さ
れている。ディフューザ14の外壁は、減速された空気流
中から水分が沈澱するための空室21を郭成する。ディフ
ューザ14は、後記する空気ガイド20と共働することによ
り、壁体10から、屈曲したＺ字形をなす通路を郭成す
る。

環状の空気ガイド20は、Ｕ字形の断面を有すると共
に、空隙12内に配設され、その一部がダクト２及びディ
フューザ14のそれぞれの内部に向けて突出している。空
気ガイド20は、ディフューザ14の外壁の内面に、空気流
の流れ方向に対して平行をなすように周方向に間隔を置
いて設けられた複数のウェブ（その内の１つが符号22に
より示されている）により結合されている。空気ガイド
20及びディフューザ14の外壁により郭成されるＺ字形の
通路は、軸線方向及び半径方向長さを比較的小さく保ち
つつ空気流を減速し得るように徐々に増大する断面積を
郭成すると共に、ディフューザ14の本体内に空気流が流
入する際の圧力損失を最大限に止めることができる。

第２のダクト25が、第１のダクト２内にて空気ガイド
20に連結され、空気ガイド20から上流側に向けて突出
し、第１のダクト２と共働することにより、その上流側
30に細幅の排水口26を郭成している。第２のダクト25の
中間部は、ディフューザ14の上流側（半径方向内側）部
分32を郭成する。また、第２のダクト25は、空気ガイド
20から下流側に向けても突出しており、その下流端34
が、第１のダクト２の出口部分６との間にエジェクタ28
を郭成している。第２のダクト25の一部36は、ディフュ
ーザ14から乾燥された空気をエジェクタ28から好適に吸
い出し得るように空気流を加速するために、下流側に向
けて内向きにテーパが付けられている。第２のダクト25
は、その中間部にて、周方向に間隔を置いて設けられた
複数のウェブ（その内の１つが符号38により図示されて
いる）により第１のダクト２の壁体10に連結されてい
る。このウェブ38は、適宜な締着手段または接着手段に
よりその両端にて第１のダクト２及び第２のダクト25に
結合されたものであって良い。

一般に、エジェクタ28の開口の幅は1.5〜4.7mmである
が、高速の空気流に適用される場合には約3.2mmである
のが好ましい。排水口26の幅は1.5〜2.5mmであるが、同
じく高速の空気流に適用される場合には約2.0mmである
のが好ましい。

貯水部40及びドレイン42がディフューザ14の底部に設
けられている。ドレイン42の角度位置は、重力により水
が排出されるように貯水部40の角度位置に応じて定めら
れることとなる。

第１及び第２のダクト、空気ガイド20及びディフュー
ザ14は、金属または合成樹脂からなるものであって良い
が、特に高張力アルミニウムからなるのが好ましい。

次に本実施例の作動の要領について説明する。

空気流は、ダクト２の入口部分４から出口部分６に向
かって流れる。一般に、上記したように概ねダクトの壁
面近傍に分布する水分は、空気流に押されて壁面に沿っ
て移動する。空気流が入口部分４に到達すると、排水口
26によりダクトの壁面に存在する水分及びダクトの壁面
近傍を流れる水分に富む空気流が分離される。分離され
た水分及び空気流は、第２のダクト25からディフューザ
14に向けて流れる。ディフューザ14内のＺ字形をなす流
路に沿って断面積が増大することにより、空気流が約3m
/秒以下に減速し、圧力が降下することから、水分は、
貯水部40内に向けて滴下し、更にドレイン42に向けて流
れ落ちる。両セグメント16、18の壁面に残留する水滴
は、空気流により壁面に沿って押し流され、フレア状を
なす遊端８とディフューザ14のセグメント16との間に捕
捉され、最終的に貯水部40に向けて落下する。この水分
は、冷却用或いは洗浄用に用いられたり、或いはそのま
ま廃棄される。

排水口26により分離されなかった空気は、区間36に設
けられた軽度のテーパにより第２のダクト内に於てやや
加速される。加速された空気流はエジェクタ28を通過
し、ディフューザ14内から減速されかつ除湿された空気
を吸い出す。この動作により、排水口26からより多量の
空気を吸い込むことができるようになり、壁面上の水分
或いは水分に富む空気流が、従来技術に於ける場合のよ
うに、ディフューザ14内に形成される高圧領域により排
水口26への流入を阻止される等の不都合が生じない。デ
ィフューザ14及びエジェクタ28は、排水口26及びディフ
ューザ14を通過する空気流が空気サイクル冷凍装置から
排水されることのないようにし、しかも凝縮水収集装置
による圧力降下を最小限に食い止める。

例えば、壁面の屈曲の度合が不十分であるなどの理由
により水分がダクトの壁面の近傍に充分集中的に分布し
ていない場合には、第１のダクト２の入口部分にスワー
ルベーン44を設けることにより、遠心力により水滴が管
路の外周部に向けて押し出されるようにすると良い。こ
のベーン44は、第２図に示されているように、圧力降下
が最小限に留まるように比較的小さな捩りを有し、しか
もダクトの壁面に向けて水滴を好適にガイドし得るよう
に比較的大きな前後長を有する。

第３図に示された第２の実施例に於ては、第１のダク
トの壁体10が下流側に向けて拡開されていない。しかし
ながら、第２のダクト46は、その入口端48から出口端50
に向けて連続的に縮径されていることにより、円錐台形
の流路を郭成している。第２のダクトの開き角は、約５
度〜12度であるのが好ましく、特に高速空気流に適用さ
れる場合には約10度であるのが好ましい。円錐台形をな
す第２のダクト46は、その内部を流通する空気流を加速
させ、エジェクタ28によりディフューザ14から乾燥空気
を吸出す作用を促進させる。

本発明は、上記実施例以外にも、種々の態様をもって
実施可能であって、例えば第２のダクト25を省略し、排
水口をガイド20の上流端と拡開する壁体10との間に郭成
し、エジェクタをガイド20の下流端と出口部分６のフレ
ア状をなす遊端８との間に郭成することもできる。

〈発明の効果〉本発明に基づく凝縮水収集装置は極めて効果的であっ
て、約30.5m/秒程度の流速を有する空気流についてその
約99％の水分を除去することができる。また、この収集
装置は、極めて僅かな部品を要するのみで、極めて廉価
に製造可能である。更に、空気流の本流から水分に富む
部分を分離する際に高圧領域或いは乱流領域が形成され
ることがなく、ディフューザにより除湿された空気が、
エジェクタにより空気流の本流中に吸い戻されることか
ら、圧力損失も極めて小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく水分収集装置の一部破断側面図
である。第２図は第１図のII−II線について見た断面図である。第３図は本発明の別の実施例を示す模式的断面図であ
る。１……収集装置、２……ダクト４……入口部分、６……出口部分７……ダクト、８……遊端９……矢印、10……壁体 12……空隙、14……ディフューザ 16、18……セグメント 20……空気ガイド、21……沈澱室 22……ウェブ、25……ダクト 26……排水口、28……エジェクタ 30……上流端、32……上流部分 34……下流端、36……区間 38……ウェブ、40……貯水部 42……ドレイン、44……ベーン 46……ダクト、48……入口端 50……出口端

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ある流速をもってダクト内を流れる空気流
から水分を収集するための装置であって、前記空気流のうちの水分に富む空気流部分を前記ダクト
から抜き出すべく前記ダクトに連通する排水口と、前記した水分に富む前記空気流部分を減速させるべく前
記排水口に連通するように前記ダクトに付設されたディ
フューザと、前記空気流部分を再び前記空気流に戻すべく前記ディフ
ューザ及び前記排水口よりも下流側のダクト部分に連通
するエジェクタとを有することを特徴とする装置。
【請求項２】前記空気流部分を、前記排水口から前記デ
ィフューザを経て前記エジェクタに向けてガイドするべ
く、前記ダクト内に設けられた空隙中にガイド手段が配
設されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の装置。
【請求項３】前記ガイド手段が、前記ダクト内にて前記
排水口を郭成する上流端と、前記ダクト内にあって前記
エジェクタを郭成する下流端とを有することを特徴とす
る特許請求の範囲第２項に記載の装置。
【請求項４】前記ガイド手段の前記上流端と前記下流端
とが半径方向内向きに狭められた通路区間により互いに
接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
に記載の装置。
【請求項５】半径方向内向きに狭められた前記通路区間
が、前記上流端から前記下流端に向けて連続的に形成さ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載
の装置。
【請求項６】前記ガイド手段の上流端及び下流端が、前
記ダクト内にて前記空隙から離反する向きに開口してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の装
置。
【請求項７】前記ガイド手段の上流端を囲繞する前記ダ
クトの壁が、前記空隙から半径方向外向きに狭められて
いることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装
置。
【請求項８】前記ガイド手段が、Ｕ字形断面を有する環
状体をなし、その第１の部分が前記ダクト内に位置し、
かつその第２の部分が前記ダクト外に位置することによ
り、前記空気流部分とガイドするようになっていること
を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装置。