(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）分離機を高速で回転させ得る手段に連結され、空気−液体混合物の入口、空気の出口、及び液体の出口とを有する高速の第１の分離機と；
ｂ）比較的低速で分離機を回転させ得る手段に連結され、前記第１の分離機の液体の出口に連結される混合物の入口、空気排出の出口、及び液体取出しの出口を有し、第１の分離機から取出される液体に伴出される空気の気泡を取り除くための気泡除去装置を具備する低速の第２の分離機と；
ｃ）第１の分離機の液体の出口を第２の分離機の混合物の入口に連結する導管に作動的に挿入されて、液体が第１の分離機から第２の分離機に向ってのみ流れることができるようにし、圧力P1で前記流れを生じさせるように開口する圧力作動式逆止弁手段と；
ｄ）第２の分離機の空気排出の出口に連結される導管に作動的に配置され、P2＞P1のような、圧力P2で開口して、液体が導管を通って流れることができるようにし、その結果第２の分離機内で正圧の空気圧力を維持する圧力作動式排出弁と；
ｅ）第２の分離機の液体取出しの出口と作動的に結合されて、第２の分離機からの液体の流れを制御するための出口弁手段と；
ｆ）第２の分離機及び出口弁手段に作動的に結合されて、第２の分離機内の液体の圧力を感知し、液体の圧力が予め設定された値に到達した時に出口弁手段を開口する圧力感知制御手段：
とを具備する、低重力環境内で空気−液体混合物を分離するためのシステム。
【請求項２】
排出弁を第１の分離機の混合物の入口に相互連結する導管手段を更に具備する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
排出弁に連結されて、排出弁を通って空気を周辺雰囲気へ流して排出する排出手段を更に具備する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
排出手段に作動的に結合されて、排出手段を通る空気の流れを濾過するフィルタ手段を更に具備する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
第２の分離機が：
ａ）混合物の入口と液体取出しの出口とを有する固定ハウジングと；
ｂ）固定ハウジング内に回転可能に配置されて、軸線の周りで回転する分離機の部材と；
ｃ）前記分離機の部材を回転させるための駆動手段、
とを具備する請求項１記載のシステム。
【請求項６】
混合物の入口が、前記分離機の部材の回転軸線とほぼ同軸である、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記分離機の部材がほぼ円筒型の形状であり、混合物の入口が円筒の内部と連絡している、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記分離機の部材が、内側及び外側の翼板を有するフィルタ・バスケットを具備する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記駆動手段が、分離機の“V"型部分内に液体を位置させのに十分な速度で前記分離機の部材を回転させ、差圧トランスデューサ40を作動させるのに十分な圧力を発生させる、請求項５記載のシステム。
【請求項１０】
前記固定ハウジングが液体収集部分を形成しており、液体取出しの出口が液体収集部分と連絡している、請求項５記載のシステム。
【請求項１１】
前記出口弁手段が導管手段の途中に配置される様に前記導管手段を液体取出しの出口に連結して導管手段を流れる液体の流れを制御する前記導管手段を更に具備し、前記圧力感知制御手段が液体取出しの出口と出口弁手段に作動的に結合されて液体収集部分に集められた液体の圧力を感知し感知された圧力が予め設定された値に到達した時に出口弁手段を開口する、請求項10記載のシステム。
【請求項１２】
圧力感知制御手段と混合物の入口とに相互連結されている静圧導管を更に具備する、請求項11記載のシステム。
【請求項１３】
固定ハウジングが：
ａ）夫々がほぼ円形の形状を有する、間隔を取って配置される上方及び下方の壁と；
ｂ）ほぼ“V"型断面の形状を有し、“V"型の脚部間に液体収集部分を形成して、滞留している液体が非動作モード中に最小の表面形状に保つようにする、上方及び下方の壁を相互に連結する側壁、
とを具備する、請求項５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は、空気−液体混合物を分離するためのシステム、並びに該システムで使用される分離機組立てに関する。組立て及びシステムは、低重力環境に於て空気−液体混合物を分離する際に特に使用される。
宇宙船及び宇宙ステーションに於て見出だされるような、無重力或いは低重力の環境に於て、空気流は自由に浮遊している液体を伴出するのに使用される。それから混合物は、状相分離機で処理されて、その分離機は空気を周辺雰囲気へ戻し、分離された液体を別の処理装置へ送る。公知の分離機は、約数千rpmの高速度で作動して、取出液体に気泡の混入をもたらす。これは、特に液体が何等かの石鹸或いは泡立て剤を含む時に面倒である。
公知の高速分離機は、液体から空気或いは何等かのガスを非常に上手く分離する。液体からの空気の分離は不確実であり、液体取出ラインに非常に高い背圧を加えることによってのみ部分的に制御される。（サイクロン或いは渦動分離機の如き）低速の或いは非回転分離機は、高速の分離機のような水準の空気分離を行わず、またそれらはそれ程信頼できない。
本発明の概要
最初に空気−液体混合物を処理する高速の分離機を有する、低重力環境で空気−液体混合物を分離するためのシステムが開示される。第２に、低速の分離機は、高速の分離機の液体取出しの出口に連結されたそれの入口を有して、混入された気泡を高速の分離機の液体取出物から取り除く。低速の分離機は、回転、櫂形分離機を取り囲む固定ハウジングを有する。ハウジングは、液体取出しの出口と直接に連絡する液体収集部分を形成する。低速の分離機によって取り除かれる空気は、周辺雰囲気へ排出され得るか、或いは高速の分離機の空気−液体混合物入口へ戻され得る。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の空気−液体分離システムの略図である。
図２は、図１に示されるシステムで使用される低速の分離機の断面図である。
図３は、図２の線III−IIIに沿って採られた部分断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明のシステムは、図１に示されるように、高速の分離機14の混合物の入口12の中へ空気−液体混合物を指向させるための空気−液体混合物の導入ライン10を具備する。分離機14は公知の高速分離機の何等かの型であり得て、空気出口ライン16及び液体出口18を有する。導管20は高速の分離機14の液体出口18を低速の分離機24の混合物入口22へ相互連結する。逆止弁26は導管20に配置されて、高速の分離機から低速の分離機へ向う方向にのみ流体を流し、如何なる戻り流も防止する。
低速の分離機24は、空気排出導管30が連結されている出口28を有する。導管30は取出された空気を高速の分離機14の空気−液体の入口10に戻るように指向し得るか、或いはその代りに、図１に鎖線で示されるように、フィルタ32を通り抜けた後で、その空気を周辺雰囲気へ排出し得る。
液体取出しの出口34は、液体取出し導管36が連結されている低速の分離機24によっても形成され得る。制御弁38が、液体用導管36に作動的に挿入されて、導管を通る液体の流れを制御する。制御弁38は、低速の分離機24内に収集される液体と、ライン42を通る液体と、空気−液体の導入用導管20に連結される静圧基準ライン44との圧力を感知する手段を有する差圧トランスデューサ40によって制御される。
開口圧力を確立することによって正圧の分離機24は、逆止弁26と、空気排出ライン30内に作動的に挿入される排出弁46とを設定する。排出弁46は、逆止弁26よりも高い開口圧力に設定されて、低速の分離機24内に正圧を発生させて収集される液体を分離機から押し出すべきである。通常の圧力設定値は、逆止弁26に対して1psiの開口圧力であり、排出弁46に対して20psiの開口圧力である。勿論、システムの特定の応用に応じて他の設定値が使用され得る。弁26は、単に分離機が働いていない時に分離機24からの逆流を防ぐためにのみ働く。
液体が低速の分離機24内に溜まると、それは差圧トランスデューサ40に上昇した圧力を発生する。分離機が規定の速度で回転されるならば、その圧力は分離機内に溜まった液体の質量の関数になるであろう。液体の圧力が予め決められた値に到達すると、差圧トランスデューサ40は弁38を開口し、それによって液体が出口34及び導管36を通って分離機から流れ出るのを可能にするであろう。低速の分離機24内の正圧はポンプのように機能して、液体を分離機から出すようにするであろう。
低速の分離機24は図２に詳細に示される。図示されるように、分離機24は、全体的にＶ型の断面の形状を有する側壁52によって間隔をとって配置された相互に連結される上方壁48と下方壁50を具備する固定ハウジングを有する。“V"型の脚部間の領域は、低速の分離機24の液体収集装置の部分を形成する。
ハウジングの外側に装着されるモータ56によって回転される櫂形の分離機の部材54がハウジング内に回転可能に閉じ込められる。モータ56と分離機の部材54との間の連結は、それと壁50との間に介在する動作封止体60を有するシャフト58を介して出来る。代りに、公知の電磁継ぎ手がこれらの要素の間で使用され得て、その結果モータ56は分離機54を回転させる。
分離機54は、ほぼ中空で、円筒型の形状を有し、その結果分離機の部材54の内側は混合物の入口22並びに空気の出口28と直接に連絡する。分離機の部材54は、その円筒型の壁の内側及び外側に延在している翼板54aを有し、更に処理される液体からの固体の濾過を行うための使い捨てフィルタも具備し得る。宇宙ステーションのための通常の濾過要求条件は、100ミクロンである。フィルタの材料は、大容量の濾過を提供することに加えて、分離機の気泡除去性も高める。モータ56は通常の６乃至８インチの直径の分離機に対して300rpm未満の速度で分離機の部材54を回転させる。
空気−液体混合物は、矢印62によって示される分離機54の内側に入る。分離機の部材54の回転によって空気の気泡は液体から分離され、空気排出用導管30の空気用開口部を通って出ていく。空気用開口部28は回転軸を外して置かれ、その結果その入口開口部は部材54の内側翼板によって拭われて、管と接触し得る如何なる液体の小滴も取り除かれ得る。混合物の液体要素は、矢印64によって示されるように、半径方向外側へ向って分離機の部材54を通り抜け、“V"型の側壁52の半径方向で最も外側の部分に集まる。分離機の部材54の回転は、液体に同じ回転を伝達して、66で示されるようにそれを側壁52のところに集める。先に記されたように、66の所に液体が連続的に溜まると、差圧トランスデューサ40上の圧力が上昇して、弁38の動作を制御するであろう。
本発明の低速の分離機は完璧に取り囲まれて、略図で示される68及び70の所での急速取出し型の継ぎ手によってシステムの残りの要素に取り付けられ得る。モータ56も、急速取出し型の継ぎ手を介して液体分離機54に連結され得る。
本発明は、空気を分離するために高速の分離機を、また一層の液体の分離或いは気泡除去のために低速の分離機を使用する。それは高速の分離機の高圧のポテンシャルを利用して低速の分離機に圧力をかけ、それによって低速の分離機から液体を取出すためのポンプの必要をなくす。低速の分離機内で維持される圧力差は、分離機から液体の効率的な“押出し”をする。低速の分離機内に取れる容量が比較的大きいので、更に加えて液体の速度が低いので、低速の分離機は液体を濾過するための大型の動作フィルタとしても働く。
上述の説明は、例示するためだけに提示され、本発明を限定する何等かの方法として解釈されるべきではなく、その範囲は添付の請求の範囲によってのみ規定される。
【図１】
0003600236.tif 000002
【図２】
0003600236.tif 000003
【図３】
0003600236.tif 000004