(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気流方向に対して傾斜させたコアレッサー段を備え、前記空気流方向に流れる空気から水分を分離する高能力船舶用分離器において、
前記コアレッサー段の上流側の第１の慣性翼分離器と、前記コアレッサー段の下流側の第２の慣性翼分離器とをさらに備えた高能力船舶用分離器。
【請求項２】
前記コアレッサー段を、繊維質材料を相互間に閉じ込めた第１及び第２の波形スクリーンにより形成した特許請求の範囲第１項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項３】
前記繊維質材料が、０．０２５４ミリメートルより細い直径を備えた特許請求の範囲第２項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項４】
１５．２５ｍ／ｓｅｃまでの流量を持つ特許請求の範囲第１項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項５】
前記第１及び第２の慣性翼分離器の翼に中空の箱状部材を設け、これ等の中空の箱状部材を空気の流れの妨げにならないように前記各慣性翼分離器の翼と同一高さにした特許請求の範囲第１項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項６】
前記コアレッサー段を、空気流が大体において水平のときに垂直方向に対して１０°ないし４５°の角度をなして傾けた特許請求の範囲第１項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項７】
前記コアレッサー段を、繊維質材料を相互間に閉じ込めた第１及び第２のスクリーンにより形成した特許請求の範囲第６項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項８】
繊維質マットが、０．０２５４ミリメートル又はそれ以下の直径を持つ繊維質材料から成る大部分を備えた特許請求の範囲第７項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項９】
前記各慣性翼分離器に、翼を設け、この翼に
第１の部材と第２の部材とを設け、
この第１の部材が、前記空気流方向に対し所定の角度をなして前縁から後縁まで延び、内部に形成した上流側空洞及び内部に形成した下流側空洞を備え、前記第２の部材が、前記空気流方向に対して第２の所定の角度をなして前記第１の部材の後縁から延び、内部に形成した上流側空洞及び内部に形成した下流側空洞を備え、
そして前記第１の部材の第１の側に、前記空気流方向に直交して第１及び第２の縦方向みぞ穴を形成し、これ等の各みぞ穴を前記空洞の１つに開口させ、前記第２の部材の第２の側に、前記空気流方向に直交して延びる第１及び第２のみぞ穴を形成し、これ等の各みぞ穴を前記第２の部材の空洞内に開口させて成る、
特許請求の範囲第１項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項１０】
空気流方向に流れる空気から水分を分離する高能力船舶用分離器において、
同一高さの中空の箱状部材を利用する翼を備えた第１の慣性翼分離器と、
コアレッサー段と、
同一高さの中空の箱状部材を持つ翼を備えた第２の慣性翼分離器と、
を包含する高能力船舶用分離器。
【請求項１１】
前記コアレッサー段を、前記空気流方向に対して傾けた特許請求の範囲第１０項記載の船舶用分離器。
【請求項１２】
前記コアレッサー段を、繊維材料を相互間に閉じ込めた第１及び第２のスクリーンにより形成した特許請求の範囲第１１項記載の船舶用分離器。
【請求項１３】
前記繊維質マットが、０．０２５４ミリメートル又はそれ以下の繊維直径を持つ繊維質材料から成る大部分を備えた特許請求の範囲第１２項記載の船舶用分離器。
【請求項１４】
前記コアレッサー段を、上下方向に対し１０°ないし４５°の角度をなして傾けた特許請求の範囲第９項記載の船舶用分離器。
【請求項１５】
前記各慣性翼分離器に、翼を設け、この翼に
第１の部材と第２の部材とを設け、この第１の部材が、前記空気流方向に対し所定の角度をなして前縁から後縁まで延び、内部に形成した上流側空洞及び内部に形成した下流側空洞を備え、
前記第２の部材が、前記第１の部材の後縁部から前記空気流方向に対して第２の所定の角度をなして延び、内部に形成した上流側空洞及び内部に形成した下流側空洞を備え、そして前記第１の部材の第１の側に、前記空気流の方向に直交して第１及び第２の縦方向みぞ穴を形成し、これ等の各みぞ穴を前記空洞の１つに開口させ、前記第２の部材の第２の側に、前記空気流方向に直交して延びる第１及び第２のみぞ穴を形成し、これ等の各みぞ穴を前記第２の部材の空洞に開口させて成る、
特許請求の範囲第１０項記載の高能力船舶用分離器。
【請求項１６】
１５．２５ｍ／ｓｅｃまでの流量を持つ特許請求の範囲第１０項記載の高能力船舶用分離器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、船舶用動力設備に送る空気流から水分及びその他汚染物を分離する分離器に関する。
背景技術
船舶の動力設備に燃焼のために送る空気が水分及びその他汚染物を浄化してあれば、動力設備の使用寿命及び信頼性が高くなる。このことは、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジン又とくにガスタービンエンジンに当てはまる。従来は水分及び汚染物は水分分離器によって除去している。これ等の分離器の１例は、水分コアレッサー（ｍｏｉｓｔｕｒｅ  ｃｏａｌｅｓｃｅｒ）を後置させた慣性翼分離器を備えている。この水分コアレッサーの後方には又第２の慣性翼分離器を設けてある。
慣性翼分離器は、空気流に対し曲がりくねった径路を生成する作用を持ち、水分が慣性効果により分離され、排除のために分離器の翼に沿い流下するように迅速に空気の方向を曲げることにより空気から水分を分離させる。コアレッサー（ｃｏａｌｅｓｃｅｒ）は、慣性によっては分離しにくい小さな液滴を集合させるように作用する繊維質材料から成る多孔質マットで形成してある。これ等のコアレッサーは、通常繊維質であり、典型的には直径が０．２５４ないし０．０２５４ミリメートルの細い糸から成る織り材料又は不織材料を使う。第２の慣性翼分離器は、慣性作用によりコアレッサー液滴を分離するように作用する。集合した滴は直径が通常５０μより大きいから、このことは容易に得られる。
本出願の譲受人、米国テクサス州ダラス市のピアレス・マニュファクチュアリング・カムパニ（Ｐｅｅｒｌｅｓｓ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ）により供給される構造のような従来の船舶用水分分離器設計は、約１．５ないし９．１５ｍ／ｓｅｃの範囲の空気速度に制限されている。一層高い速度は、過度の圧力損失と滴の破砕と水滴の引続く再飛散とによって実用的になっていない。これ等の制限によって、水分分離器は動力設備の運転に対し十分な空気流を生ずるには極めて大きい構造にしなければならないことが多い。従来可能な速度より高い速度の空気流から水分及び汚染物を分離することのできる向上した水分分離システムが必要になっている。このようにして、寸法を縮小した分離装置構造と一層高い性能の船舶用動力設備の使用とが考慮される。すなわち本発明によれば、水分の一層有効な除去のできる利点が得られ、一層高い速度を使用でき、一層軽量の分離器が使用できる。
発明の開示
本発明の一態様によれば、或る流れ方向に流れる空気から水分を分離する高能力船舶用分離器（ｈｉｇｈ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｍａｒｉｎｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）が得られる。本発明高能力船舶用分離器は、空気流方向に対して傾けたコアレッサー段（ｃｏａｌｅｓｃｅｒ  ｓｔａｇｅ）を備えている。この傾斜の角度は、空気流が水平であるときに上下方向に対して約１０°及び約４５°の間にするのがよい。本発明の他の態様によればコアレッサー段は、繊維質材料を相互間に閉じ込めた１対の波形スクリーンを備えている。繊維質材料は０．０２５４ミリメートルより細い直径を持つのがよい。
本発明の他の態様によれば、本発明高能力船舶用分離器は、コアレッサー段の上流側に慣性翼分離器を備えている。第２の慣性翼分離器はコアレッサー段の下流側に設ける。傾斜コアレッサー段の使用により、空気流に対し、空気速度及び圧力損失を減らす一層大きい表面積が得られる。さらに傾斜コアレッサー段は、コアレッサーの面における下向き空気流のせん断作用によってコアレッサーに集まる水の排出割合を増す。さらにコアレッサー段は、第２の慣性翼分離器の上部部分の付近の空気流速度が底部の付近の速度より高くて、第２の慣性翼分離器に捕捉される水分の排出割合を高めることができるから、第２の慣性翼分離器内の空気流分布を向上する。
本発明の他の態様に関しては、或る空気流方向に流れる空気から水分を分離する船舶用分離器が得られる。この船舶用分離器は、第１の慣性翼分離器と、この第１の慣性翼分離器の下流側のコアレッサーと、このコアレッサーの下流側の第２の慣性翼分離器とを備えている。各慣性翼分離器は、空気流の方向に対して所定の角度をなして前縁から後縁まで延びる第１の部材を備えている。この第１の部材は、その中に形成した上流側空洞と内部に形成した下流側空洞とを持つ。第２の部材は第１の部材の後縁から空気流の方向に対し第２の所定の角度をなして延びる。この第２の部材は、その内部に形成した上流側空洞と内部に形成した下流側空洞とを持つ。第１の部材の第１の側にはその内部に空気流の方向に直交して第１及び第２の縦方向みぞ穴を形成してある。これ等の各みぞ穴は空洞の一方に開口している。第２の部材の第２の側には空気流の方向に直交して延びる第１及び第２のみぞ穴を形成してある。これ等の各みぞ穴は第２の部材の空洞に開口している。
本発明の他の態様によればコアレッサー段は空気流方向に対して傾けてある。
【図面の簡単な説明】
以下本発明の利点を添付図面についてなお詳しく説明する。
第１図は船舶用システムに使う従来の翼分離器の水平断面図である。
第２図は船舶用に使う従来の水分分離器の水平断面図である。
第３図は本発明に使う慣性翼分離器の水平断面図である。
第４図はこの構造に使うコアレッサーの水平断面図である。
第５図はコアレッサーと第１及び第２の慣性翼分離器との配置の上下方向断面図である。
第６図は第２の慣性翼分離器への空気流分布を示す上下方向断面図である。
第７図は逆方向に傾けたコアレッサーを示す慣性翼分離器の変形の側面図である。
第８図は変型によるコアレッサーを示す第２の慣性翼分離器の変形の側面図である。
実施例
各図を通じて同様な部品に同様な参照数字を使った添付図面において、第１図及び第２図は、慣性翼分離器（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｖａｎｅ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）１２から形成した第１段と、水分コアレッサー１４から形成した第２段と、第２の慣性翼分離器１６とを持つ従来の船舶用水分分離器１０を示す。この種の慣性翼分離器は、それぞれ米国テクサス州ダラス市のピアレス・マニュファクチュアリング・カムパニによりそれぞれＰ３５翼及びＰ２５翼として市販されている。第１図に示すように従来の慣性翼分離器１２、１６は、典型的には、１インチ以下の各別の翼１８間の間隔と、７６．２ミリメートル以下の波長とを持つ。第１図に示すように船舶用水分分離器は又、空気流を或る程度妨げるポケット２０を持ち、空気を収縮膨張させポケットの側方を通す。
水分コアレッサー１４は、通常繊維質であり０．２５４ないし０．０２５４ミリメートルの範囲内の直径を持つ細い糸から成る織り材料又は不織材料を備える。この種の水分分離器は、１．５ないし９．１５ｍ／ｓｅｃの範囲の表相又は表面の空気速度に制限される。一層高い速度は、過度の圧力損失と、これ等の速度における不適当な海水取扱い容量と、散乱した海水滴の滴散乱及び引続く再飛散とによって実際的でない。
次に第３図ないし第６図には改良された水分分離器３０を例示してある。この改良された水分分離器３０の作動面速度は約３．０ないし１５．２５ｍ／ｓｅｃの範囲であり、従来の構造で認められるよりもはるかに高い空気容量を生ずる。これ等の作動速度では水分分離器３０は、適当な液体排出能力が得られ許容できる圧力降下を生ずる。
第３図に明らかなように改良された水分分離器３０は、第１の上流側慣性翼分離器３２と、これと実質的に同一の下流側の第２の慣性翼分離器３４とを備える。各慣性翼は、１９９２年４月１４日付米国特許第５，１０４，４３１号明細書によって構成してある。この特許明細書はその全体を本説明に参照してある。なおとくに各慣性翼分離器３２、３４は、従来の翼に対して極めて高い性能の翼である複数の翼１２を備え、与えられた性能要求に対し本発明分離器を一層簡潔にすることができる。
これ等の翼１２は、大体において空気流の方向に沿い、ただしこの空気流に対し所定の角度をなして延びる１連の箱状部材１６、１８を形成するアルミニウム押出し品によって形成される。各箱状部材１６、１８は、中空で、各翼１２の全高さにわたって延びる少なくとも２つの空洞すなわち上流側空洞２０及び下流側空洞２２を形成している。縦方向の上流側開口すなわちみぞ穴２４は、部材の第１の側２６を貫いて上流側空洞２０内に延びる。同様なみぞ穴２８は下流側の空洞に開口する。
第１の側２６とは反対側の第２の側３０は、同様な空洞内に開口する同様なみぞ穴を備えている。第３図に示すように水分を含む空気が矢印の方向に流れる際に若干の空気が部材の各空洞内に入る。この場合生ずる巻いた多重方向の空気流は、比較的濃い水分を分離し、分離した水分を空洞に沿い分離器の底部に排出される。同様に第１の部材を通る空気流は隣接翼の部材の同様なみぞ穴に当たる。この場合水分分離によって空気流をさらにかきまぜる。
各空洞は、一般に空気流の方向に直交する横方向厚さ又は深さＤを持つのは明らかである。この寸法Ｄは、翼波長Ｗ1の１／４５より小さく、又翼のピーク・ピーク振幅（ｐｅａｋ−ｔｏ  ｐｅａｋ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）Ａの１／１４以下にしてしかもなお翼横断面積の５０％より大きくなる排出空間を生ずるのがよい。しかし寸法Ｄは分離流体を空洞に沿って排出する表面張力関係を生ずるようにするのに小さすぎてはならない。
前記した排出空間は各空洞の容積を高さＨで割った値にするのが有効である。この容積は、一般に空気流の方向に平行である各空洞の長さＳと深さＤと翼の高さＨとによって定まる。翼の横断面積は、翼の幅Ｗ1と翼の厚さＤＶとの相乗積である。各翼は、波長が７６．２ミリメートルより大きく互いに２５．４ミリメートル以上の間隔を隔てるのがよい。第３図に示すように２つの部材（そらせ板）すなわち各翼に１波長だけを使うのがよい。
これ等の関係により各翼を通る空気流の速度を分離流体の再飛散を伴わないで増すことができ従来公知の構造より各翼の能力を高める。このような構造では各翼はこれを通過するのに必要なだけ流れを３３％以下に縮小させると共に直径がわずかに１０×１／１０００ミリメートル程度の小滴を９５％の効率で分離するのに適当な屈曲を保持する。
第１の慣性翼分離器の通過後に、空気流はコアレッサー段３６を通過する。コアレッサー段３６は、第１の波形スクリーン３８と、第２の波形スクリーン４０と２つの波形スクリーン３８、４０の間に閉じ込めた繊維質材料４２とを備える。波形スクリーン３８、４０は圧力損失が最小になるように繊維質材料にひだをつける。各スクリーン３８、４０は扁平でもよい。しかし扁平なスクリーンは、通常比較的高い圧力降下を生ずるからあまり好ましくない。
本発明の著しい利点は、コアレッサー段３６が第６図に示すように空気流方向に対し傾けてあることである。なおとくにコアレッサー段３６の下端部はさらに上端部より下流側である。傾斜したコアレッサーは空気流に対し一層大きい表面積を提供することによりこのコアレッサーを通る空気速度および圧力損失を減らし、コアレッサーの面における下向きの空気流せん断作用により水の排出割合を増し、海水の再飛散割合を減らす。コアレッサーは空気流を水平にして上下方向から約１０°ないし約４５°の角度に傾けるのがよい。この傾斜角は約２５°ないし約３５°が好適である。
コアレッサーは、０．０２５４ミリメートル又はそれ以下の直径の乱雑な向きにした繊維を持つ繊維質材料を利用して構成するのがよい。好適な繊維質材料は不織ポリステルである。繊維質材料として使用するのに適当な他の材料には白色繊維質材料がある。若干の繊維質材料は、繊維の５０％以上の大部分又は有効量の繊維が寸法及び構成を考慮した後に０．０２５４ミリメートル又はそれ以下の直径を持つ間は０．０２５４ミリメートル以上の直径を持つことができる。波形スクリーン３８、４０はアルミニウム又はステンレス鋼で形成するのがよい。
コアレッサーは、中間流で測ったコアレッサー前後の圧力降下が水柱約１０１．６ミリメートル以下になるように構成するのがよい。圧力降下は主として、コアレッサー繊維質材料の厚さ及び密度と空気流に対するコアレッサー段の角度とにより影響を受ける。繊維質材料を支えるスクリーンの構造も又圧力降下に影響を及ぼす。コアレッサーは任意所望の通りに構成することができる。選定した特定の構造と共に傾斜角度は生ずる圧力降下に影響する。
一般に水平の空気流に対し上下方向から約２５°ないし約３５°の傾斜角によってコアレッサーの下端部に良好な水除去及び水流を生ずることが認められた。コアレッサーの構造とその配向に従って、水柱約１０１．６ミリメートル以下の圧力降下が得られる。すなわちコアレッサーは、このコアレッサーが向きを定めたときに水除去に対し良好な流れ特性を生ずるが又過度の圧力降下は生じないように構成しなければならない。２つの波形スクリーンの間で約３．１７ミリメートルの厚さに圧縮した平均直径約０．０１５９ミリメートルの不織ポリエステル繊維から成る厚さ約９．５ミリメートルの繊維質マット材料から構成したコアレッサーは、３０°傾斜して位置させたときに良好な作動特性を持つことが分かった。
特定のコアレッサー構造で０°ないし４５°の角度に対し圧力降下及び傾斜角の間の関係は次の式を使って定めることができる。
0004148478.tif 000002
この式で、
ΔＰ＝圧力降下
θ＝流れの縦方向軸線から測ったコアレッサーの角度
Ｋ1Ｋ2＝定数
Ｑ＝ガス流量
ｈ＝ダクト高さ
ｗ＝ダクト幅
この式はコアレッサーを前方に傾けたときのこのコアレッサーの長さの増加に基づく。前記の式のＫ値は次の手順により実験的に定めることができる。
コアレッサー・ユニットが十分に乾燥し大気圧になっていることを確認する。コアレッサーの寸法及び表面積を記録する。コアレッサーの空気流の上流側及び下流側の中間に気圧計を設ける。各気圧計の液位をこの気圧計の読みが空気流零で水柱（Ｗ．Ｃ．）零になるように調整する。ダクト構造内の分離内容物を試験するために試験ユニットの上流側及び下流側でトレール・テイル（ｔｒａｉｌ−ｔａｉｌ）形静圧プローブを使い圧力降下を見いだす。上流側プローブはダクトの中央で試験ユニットの前方に０．３０４８ないし０．９１４４メートルに位置させなければならない。又下流側プローブは同様にダクトの中央で試験ユニットの下流側に０．３０４８ないし０．９１４４メートルに位置させなければならない。次いで所望の見かけの標準面速度が得られるように空気流を調整しなければならない。気圧計液位は圧力降下の読取りに先立って平衡状態に到達させる。アニュバー（ａｎｎｕｂａｒ）、ダクト圧力、流れ温度及び圧力降下の読みを読み取る。滴が少なくとも８種類ないし１０種類の流量に対し明らかになるまで互いに異なる見かけの標準面速度による試験と連続試験とを反復する。次いで得られたデータから圧力降下対流れ速度の曲線を引くことができる。十分に生成した乱流に対してノズル及び翼分離ユニットの場合のように圧力降下対速度線図は対数・対数紙にプロットしたときに直線になる。抵抗係数（Ｋ係数）は次の式から計算することができる。
0004148478.tif 000003
ρ  ＝空気の標準密度＝０．０７６３（１ｂｍ／５ｔ3）
Ｖ  ＝標準空気速度（ｆｔ／ｓｅｃ）
０．１９２２＝変換係数（ＰＳＦ→インチｗ．ｃ．）
0004148478.tif 000004
ΔＰ  ＝計測した降下圧力（インチ  ｗ．ｃ．）
ＤＰ  ＝動圧（インチ  ｗ．ｃ．）
Ｋ  ＝Ｋ係数抵抗係数（動的ヘッド）
選定したコアレッサー構造が所望の性能要求に適合しなければこのコアレッサーの構造を変えればよい。一般に直径が約０．０２５４ミリメートルないし約０．０２５４ミリメートルの繊維を持つ、厚さ約６．３５ミリメートルないし約１２．７ミリメートルの繊維質マットを持つコアレッサーは有用な作動特性を生ずることが分かった。
傾斜したコアレッサー段の使用には若干の利点がある。傾斜コアレッサー段は空気流に対し一層大きい有効表面積を提供して、コアレッサー段により空気速度及び圧力損失を減らす。さらにコアレッサー内に溜まる水の排出が増加する。このことは、集合水を下向きに駆動するコアレッサー面の下向きの空気流せん断作用の結果である。さらに第６図に示すように第２の慣性翼分離器に対する空気流分布が向上する。理想的分布は全慣性翼分離器を横切る空気速度が一様な場合ではない。実際上第２の慣性翼分離器３４の頂部部分の近くでその下部部分よりいくぶん高い速度を持つことが望ましい。この分布は第６図に示したような傾斜したコアレッサー段によって生成する。この特定の空気流分布の特徴は、第２の慣性翼分離器に捕捉される海水の排出量を、空気流速度が最低になる第２の慣性翼分離器下部部分に水分の溜まる際に再飛散を伴わないで一層多くして著しい再飛散を防ぐことができることである。
繊維質マット材料を支えるスクリーンは、ガラス繊維、アルミニウム、ステンレス鋼又はプラスチック材のような耐食性材料から作るのがよい。これ等のスクリーンは又空気流を妨げないように十分な開放空間を持たなければならない。
第７図は、コアレッサー段１０２を船舶用分離器３０の場合に比べて空気流に対し反対方向に傾けたことを除いて船舶用分離器３０と実質的に同じ実施例による船舶用分離器１００を示す。この構造は、コアレッサー段の傾斜によりコアレッサー段の上流面の水分粒子の下方への運動に空気流が抵抗するからあまり望ましくない構造であるが、しかし流れ表面積の増大する利点がある。
第８図は、Ｖ字形コアレッサー段１１２を持つなお別の実施例による船舶用分離器１１０を示す。又この構造も船舶用分離器３０より望ましくないが、増大した表面積と分離器底部に向かい水分を駆動するように傾けたコアレッサー段の部分との利点を持つ。多重Ｖ字形、Ｌ字形等のような他の構造も使用できる。又コアレッサーは、水平方向に対し或る角度をなして空気流方向から傾斜した空気流中に取付けコアレッサーの一方の上下方向側が他方の上下方向側より大きくなるようにすることができる。
以上本発明の単一の実施例を添付図面について説明したが、本発明はこの実施例に限定するものでなく本発明の精神を逸脱しないで種種の変化変型を行うことができるのはもちろんである
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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