JPH03131316A - 液滴の分離装置および方法ならびにタービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はガス流に運ばれる液滴を分離するための方法お
よび装置に関する。

（従来の技術） 多くの産業上の工程において、ガス流に懸架液滴が存在
することは好ましくないとされる。その第１の例として
、発電のためにスチーム発生器およびスチームタービン
が使用される、発電産業において利用されるランキンサ
イクルが挙げられる。

望ましいエネルギ変換を促進させ、圧力降下を予め定め
た限界値内にとどめ、液体状態の水分の存在によってタ
ービンの動翼のような設備に与えられる悪影響を極力少
なくするため、タービンに入る蒸気中の懸架液体の量を
許容レベル以下に抑えることが必要である。同様の状況
がカリウム蒸気ランキンサイクルシステムにおいても言
え、研究段階の宇宙発電設備も高品質の蒸気（液体の含
有量が非常に少ない）を必要とする。（ここで「蒸気（
ｖａｐｏｒ）Ｊの語と「ガス（ｇａｓ）Ｊの語とは同義
に用いている。）他の適用例としては、冷却された空気
流や蒸留工程からの冷却された蒸気流内に形成される湿
気の滴の除去などがある。

ガス流に運ばれる滴を分離するための従来の技術は、必
要な蒸気品質を得るために比較的大きな容積を必要とし
た。典型的な原子力発電設備においては、例えば、蒸気
−液体分離器はスチーム発生器の容積の３分の１を使用
する。したがってシステム全体が高価で大重量なものと
なる。カリウム蒸気ランキンサイクルにおいて、既存の
蒸気−液体分離器の重量と容積とに関連する問題は、宇
宙での応用における、生活し得る重力ゼロでの発電設備
の開発の障害となっていた。

改良された蒸気−液体分離技術のために多くの試みがな
されてきたが、はとんど発展はなかった。

最も多くなされてきたのは、既存の蒸気−液体分離器、
すなわち、蒸気の流路を変更し、液滴を流線を横切るよ
うにして表面にもってき、液体が重力によって表面を降
下するように排出されるようにし、これを収集してサイ
クルに戻すものを、洗練するか再構成するかしたもので
ある。この基本的なアプローチは本質的に変わりなく、
それに伴う問題点は多かれ少なかれ受忍されてきた。例
えば、従来のアプローチはドレンバック原理を利用して
いるので、ドレンされる液体と流れる蒸気との密接さゆ
え、液体を再び乗せることは、永続的な課題である。

蒸気−液体分離の問題へのアプローチとしての提案を開
示したものに、米国特許明細舎弟３．５２８゜２１６お
よび３．５２８．２１７号（ともにＧａｒｒｅｔｔ）、
第２．８５７９７９号（Ｄｉｊｃｋ）、第４．２９２．
０５０号（Ｌｉｎｈａｒｄｔその他）がある。Ｇａｒｒ
ｅｔｔの特許は、単一の曲がった透過性の壁を設け、ガ
ス流中の液体の滴および固体の微小片がそれに慣性的に
向けられるようにしたものが開示されている。液滴は、
壁の上流のエフユーザで超音速で膨張冷却されることに
よって形成される。Ｇａｒｒｅｔｔの特許（３，５２８
，２１７号）では、外部の源からの液体フィルムが透過
性の壁の表面に導かれ、凝縮液体を捕捉する。Ｇａｒｒ
ｅｔｔの特許（３゜５２８、２１６号および３．５２８
．２１７号）においては、分離された液体は捕捉された
ガスとともに壁の後ろに収集され、所望により再使用さ
れたり処分されたりする。Ｄｆｊｃｋの２．８５７．９
７９号の米国特許におけるガス／液体分離器はサイクロ
ン分離器であり、これもまた、ガスのうす流によって壁
に慣性的に向けられた液体を除去するために透過性の壁
を利用している。壁を通過する液体の流速は制御され、
液体フィルムが破れないようにし、それによって、壁を
通過する蒸気の通路が最小となるようにする。

Ｌｉｎｈａｒｄｔその他の４．２９２．０５０号の米国
特許に開示すした分離器は、Ｇａｒｒｅｔｔの特許にお
けるものと同様な超音速装置である。分離器は流れを超
音速にまで加速するための遷移ゾーンを含み、それによ
って、凝縮や核生成が生じる。Ｌｉｎｈａｒｄｔは流れ
で楔部材を使用して衝撃ゾーンを形成している。

衝撃ゾーンはダクトの曲率と相俟って、微小片を流路か
ら拡散させ、該微小片が収集され除去されるところのス
ロット内に移動させるとされている。

これまでに述べた特許に開示されたアプローチのそれぞ
れには、次のような欠点がある。すなわち、これらは大
きな圧力降下を伴うが、このような大きな圧力降下は、
例えば発電プラントのような非常に大型の設備には適当
でない。特にＧａｒｒｅｔｔの特許とＬｉｎｈａｒｄｔ
その他の特許に開示された分離器は、分離を行うために
は超音速が必要であるという前提に立っている。しかし
ながら、このよう１１ な流れ状態は、斜め方向の衝撃や撹乱流を起こしやすく
、大きな圧力損失につながる。また、Ｄｉｊｃｋによる
サイクロン分離器は、装置を流れるガスのうす流パター
ンに存在する不安定な撹乱流のために圧力損失が生じる
ので、固有的に非効率的なものといえる。上述したアプ
ローチのそれぞれにおいてもまた、高い高率で分離を行
うことに伴う難しさがあった。それは、沈んだ液体を再
び流れに乗せてしまったり、液体を収集したり除去した
りすへ（該液体を壁に向けるための望ましい慣性運動を
邪魔したりする傾向のある、不安定な流れ状態によって
引き起こされる。

（発明が解決しようとする課題） そこで本発明の目的は、従来の欠点の少ない、蒸気流に
運ばれる液滴を除去するための方法および装置を提供す
ることにある。

本発明のさらなる目的は、蒸気から分離された液体が再
び流れに乗ることの少ないような上記方法および装置を
提供することにある。

本発明のさらなる目的は、蒸気の除去をあまり２− 伴わずに、蒸気流に運ばれる液滴を除去するための方法
および装置を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、圧力降下が少ない状態で液滴
を非常に効果的に除去するための方法および装置を提供
することにある。

本発明のさらなる目的は、超音速より非常に低い流速に
て２．３ミクロンの滴を有効に分離する装置および方法
を提供することにある。

本発明のさらなる目的は、タービンの静翼から蓄積され
た湿気を除去するのに役立つ装置および方法を提供する
ことにある。

本発明のさらなる目的は、構造がコンパクトで操作が簡
単であり、広範囲に亙って容易に応用ができ、特に水流
および金属蒸気ランキンサイクルにおけるガス流に運ば
れる液滴の分離に容易に応用できる方法および装置を提
供することにある。

本発明のこれらの、および他の目的および効果は、添付
図面を参照しながら説明する以下の実施例の内容から明
らかになるだろう。

（実　施　例） かいつまんでいえば、本発明の一つの特徴は、亜音速の
ガス流で運ばれる滴を分離することにある。このための
装置は、ガス流を該装置を通して導くための導管を備え
ている。導管は、内側を向いたほぼ滑らかな表面をもっ
た壁によって画成されており、該壁はガス流にさらされ
、これと接触している。導管の壁は、一連の連続した弧
状屈曲部を画成している。それによってガス流は弧状の
流路を滑らかに流れ、流れ分離、撹乱および過剰な圧力
降下を引き起こす状態を回避している。連続する屈曲部
の曲率半径は、はぼ−平面内に存在し、該平面に対して
垂直に見たときガスの流路の両側に存在する。したがっ
て、ガスはほぼ反対方向にに向きを連続して変えながら
流れ、この局所的なガス流の方向に対して横切るように
滴が遠心力によって運動し、導管の壁に向けられこれに
接触する運動が促進される。導管の内側を向いた壁の少
なくとも一部には、多孔性材料が設けられている。多孔
性材料は、ガス流に運ばれる滴によって濡れることがで
き、滴が多孔性材料を濡らすことによって、該多孔性材
料の孔にはメニスカス（新月形状）のようなものが形成
される。孔は導管と液体収集空間との間を連通し、液体
収集空間は導管の外側に配置されている。多孔性材料は
導管内でその壁に沿って設けられており、壁に接触した
滴が多孔性材料を濡らしてその孔の中に入り、その中で
メニスカスを形成する。多孔性材料の孔内の液体の運動
、すなわち、液体収集空間へと向かい、導管から離れる
運動を維持するために、第１の流れ制御装置が設けられ
る。このときの液体の運動速度は、ガス流にさらされた
多孔性材料の表面に液体の層が蓄積されるのを実質的に
防止でき、しかしながら、露出した面に隣接した孔内の
液体メニスカスの表面張力に打ち勝つことのない程度の
ものである。第２の流れ制御装置が、導管を流れるガス
の速度を実質的に亜音速に維持することにより、衝撃波
および撹乱流を回避し、それによって、導管を通過する
ガスの圧力損失は最小とされる。

望ましい実施例においては、互いに対向して離５ れて配置された対の流れ変更器が連続して導管に設けら
れている。流れ変更器のそれぞれはガス流に面した曲面
を画成しており、各対の流れ変更器の一方は流れに対し
て凹になった面を画成しており、他方の変更器は、この
凹面のほぼ反対側で流れに対して凸になった面を画成し
ている。多孔性材料が凹面上に配置されるが、凸面にも
使用してもよい。第１の対の流れ変更器は第１の屈曲部
を画成し、該変更器の凹面と凸面との間の流路（流路の
一方の側に曲率半径をもった弧状流路）にガス流を向け
る。次に続く対の流れ変更器は第２の屈曲部を画成し、
該変更器の凹面と凸面との間の流路にガス流を向けるが
、この流路の曲率半径は、第１の屈曲部の曲率半径に対
し、同じ面内にはあるが、流路を挟んで反対側にある。

本発明の実施例による流れ変更器は、外表面に多孔性材
料を設けた別個のエア・フォイル型部材によって形成す
ることが望ましい。

本発明の一つの実施例によれば、タービンに設けられた
静翼から滴り落ちる液体によって起こり６ 得る動翼の腐食および動力損失を減少させることができ
る。従来は、発電プラントに使用されるようなタービン
は、軸上に回転可能に設けられたロータを有しており、
ガスの流れからの力を受ける動翼がロータの回転を起こ
すようになされていた。

静翼は動翼に隣接して配置され、動翼に伝達される力が
最大になるようにして、ガスの流れを該動翼へと向ける
。ガスは典型的に、静翼上に凝縮して液体状態に蓄積さ
れる傾向のある成分を有している。蓄積された液体は今
度は滴となりやすく、滴は静翼を離れて動翼に接触し、
動翼を腐食して動力損失を招く。この点に関し、本発明
によれば、多孔性材料が静翼の表面にその予め定められ
た曲率に沿って配置され、液体が翼の表面に蓄積される
場所に隣接して位置付けられる。多孔性材料は液体によ
り濡れる。また、多孔性材料は、露出した外表面から液
体収集装置まで流体連通した貫通孔を有している。液体
の流れを多孔性材料の孔に入れこれを通過させて液体収
集装置へと導くための装置が設けられる。結局、静翼か
らの滴りが減少され、それによって動翼の腐食および動
力損失が少なくなる。

本発明の方法によれば、亜音速で流れるカスに運ばれる
流体滴を分離すべく、カスを約マツハ０７以下の亜音速
で導管に導（。この導管は内側を向いて互いに間隔をあ
けた壁を有しており、該壁は連続する屈曲部を画成して
いる。カスはこれらの屈曲部によって形成された連続す
る弧状流路に沿って流れる。第１の屈曲部の曲率半径は
該第１の屈曲部から一方の方向へと延びており、続く次
の屈曲部の曲率半径は第１の屈曲部の曲率半径とほぼ同
じ平面内にあるが第１の屈曲部の曲率半径とはほぼ反対
の方向へと延びている。これによって、ガスは連続的に
ほぼ反対方向に曲がりながら最小の圧力損失でもって流
れ、滴はガスの局所的な流れ方向に対しての横方向の運
動を促進され、導管の壁に向かってこれに接触する。次
いで、導管の壁に接触した滴を、該壁の少なくとも一部
を覆う多孔性材料の孔を通して除去する。孔は導管の内
部と導管の外側に位置付けられた液体蓄積空間との間を
連通している。多孔性材料の孔を通って移動する液体の
割合を制御し、導管の内部に面する多孔性材料の表面上
の液体の蓄積を最小にするとともに、カスが多孔性材料
の孔を通過しないように該孔内に液体のメニスカスを維
持する。それによって、撹乱流および衝撃波を引き起こ
す条件を回避し、導管内を運ばれる液滴の分離を行うた
めにガスが該導管を横切るように流れることに伴う圧力
損失を最小に抑える。

第１図には、本発明の望ましい一形態によりカス流また
は蒸気流に運ばれる液滴の除去方法が示されている。予
め定められた透過性を有する多孔性材料２０は、多数の
チャンネルすなわち孔２２を備えている。これらの孔２
２は、両側の第１および第２の孔あき面２４および２６
にそれぞれ開口している。第１図の実施例においては、
これらの孔２２は互いに連通しているが、このことは必
要ではない。第１の面２４は液滴２８を運ぶ蒸気流にさ
らされている。

本発明のこの実施例において、第１の孔あき面９ ２４の形状は曲面であり、該第１の孔あき面２４の隣を
流れる蒸気は矢印３０の方向の曲線流路に沿って流れる
。周知の流体力学の原理および流れの中ての微小片とガ
スとの相互作用の原理によれば、流れに運ばれる液滴２
８は、第１の孔あき面２４の隣を通過する蒸気の流れ方
向が変化することにより遠心力を受ける。このことによ
って、図示した実施例における液滴２８は第１の孔あき
面２４の方へと動かされる。この運動は蒸気の流れ方向
を横切る方向に作用する。このように横方向に運動する
液滴の一部は第１の孔あき面２４に接触し、多孔性材料
２０を濡らし、孔２２に入って第１の孔あき面２４に隣
接してメニスカス３２を形成する。

本発明によれば、孔２２に入ってメニスカス３２を形成
した液体は、第１の孔あき面２４から多孔性材料２０を
通って第２の孔あき面２６へと移動するが、そのときの
液体の移動の割合は、第１の孔あき面２４上に液体が蓄
積されるのを防止でき、且つ、孔を濡らし第１の孔あき
面２４に隣接０ してメニスカス３２を形成している液体の表面張力に打
ち勝つ程度のものではない、とされる。同時にまた、第
１の孔あき面２４上に付着した「新たな」液体が孔２２
内に取り入れられ、第１の孔あき面２４上に液体フィル
ムが形成されない程度の割合とされる。

望ましい実施例において、第１の孔あき面２４を離れて
多孔性材料２０を通過する液体の移動は、毛細管現象と
、第１図に示すように差圧ΔＰ、すなわち第１の孔あき
面２４に隣接した蒸気によって占められた領域と第２の
孔あき面２６に隣接した流体によって占められた領域と
の間の差圧ΔＰの維持とによってなされる。この差圧Δ
Ｐの望ましい発生方法については後述する。

第１図に模式的に示したように、第１の孔あき面２４に
接触して鎖部２４に隣接する孔２２を濡らしてこれを満
たす液体の量と、第２の孔あき面２６に隣接して開口し
ている孔から泡なし液体流３８として排出される（第１
図）液体の量との間に、バランスがとられる。結局、第
１の孔あき面２４上には網状に液体が蓄積されることは
なく、したがって、多孔性材料２０に接触してこれを濡
らす液体が再び蒸気流に乗る可能性は非常に小さ０６．
さらに、第１の孔あき面２４に隣接した孔２２は実質的
に液体が満たされたままであり、孔２２内に形成された
メニスカス３２は実質的に壊されないままであるので、
多孔性材料２０には、蒸気が通過しないように液体バリ
ヤが形成されていることになる。

液滴２８は、蒸気流に運ばれるいかなるタイプの液体で
もよ（、第１の孔あき面２４に隣接して流れる蒸気と同
し物質でも違う物質でもよい。すなわち、液滴２８が水
で蒸気がスチームでもよく、液滴２８が液体カリウムで
蒸気がカリウム蒸気でもよい。これらの二つの蒸気−液
体状態は、例えばランキンサイクルにおいて見られる。

ランキンサイクルでは最近、蒸発された材料が蒸気と液
体との混合体として搬送され、ターヒン部で膨張および
冷却されたり、ターピンの静翼の表面に隣接して局所的
な凝縮が行われたりする。液体は水てもよく、搬送カス
は空気でもよいし、冷凍カス流におけるような他の互換
性のあるガス媒質でもよい。本発明はこのように広い範
囲で応用でき、以下には、本発明により蒸気から液体を
分離するためのアプローチを開示した実施例を述べる。

もちろん、多孔性材料２０の材質は蒸気および液体の材
質と適合性のあるものとされる。蒸気および液体の材質
と適合性のある多孔性材料２０は多くの状況のもとて腐
食や他の構造」二の問題を起こさないし、液体によって
濡れ易い。例えば、スチーム発電プラントに用いられる
典型的なランキンサイクルにおいては、材料は水と適合
性があり且つ水に濡れ易いものとされ、１０００°ラン
キン以上の温度で構造的に完全であるべきである。

沸騰カリウム型ランキンサイクルにおいては、多孔性材
料２０の材質はカリウムに適合性があり、液体カリウム
に濡れ易く、２０００ｃ　ランキン以上の温度でも望ま
しい性質が得られるものとする。

さらに言えば、多孔性材料の材質は、第１の孔あき面２
４に接触した液体が広範囲の温度、圧力および速度のも
とて孔２２を容易に濡らし且つ満たし、鎖部２４に隣接
してメニスカス３２を形成することができるようなもの
とされる。もちろん、以下に述べるように、多孔性材＊
Ａ２０の孔２２の平均径は孔２２内でのメニスカス３２
の作用に影響を与える。

多孔性材料２０は、本発明の範囲内において、多くの材
質から作ることができ、種々の形態をとることができる
。材質としては、状況に応じて、ニッケル、ステンレス
スチール、鉄、バスタロイ（Ｈａｓｔａｌｌｏｙ）、タ
ングステン、タンタル、ニオブ、バナジウム、銅、アル
ミニウム、コバルト、インコネル（Ｉｎｃｏｎｅｌ）、
モリブデン、チタン、シリコン、ニッケル・アルミナイ
ド、二酸化シリコン、二酸化チタン、酸化アルミニウム
、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル
などが使用される。多孔性材料の孔は、焼結工程で多孔
性材料を形成することによって与えられる。焼結のため
の微小片は、粉、繊維、泥状、板状またはこれらの組み
合わせのいずれであってもよい。また、孔を加工によっ
て形成してもよく、さらには、材料を網、布あるいは他
の集合体などとすることにより、孔が形成されるように
してもよい。

多孔性材料２０を形成するのに使用される望ましい材質
を市場で得るとしたら、ＡｌｕｍｉｎｉｕｍＣｏｍｐａ
ｎｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａからｒ　Ｍｅｍｂｒａｌｏ
ｘＪの商標で販売されているもので、孔をあけられて層
になったアルファ・アルミニウムまたはガンマ・アルミ
ニウムが挙げられる。特に好ましい市販材質は、−枚の
あるいは層になった３１６あるいは３１６Ｌステンレス
スチールのワイヤクロスまたは孔あき板で単一構造に結
合されたもので、米国の南カリフォルニア州ロックヒル
のＭｉｃｈｉｇａｎ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ。

Ｉｎｃ、のＳＮＣＳｙｓｔｅｍｓ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎか
ら［ＤｙｎａｐｏｒｅＪの商標で販売されているものが
挙げられる。ＭｅｍｂｒａｌｏｘとＤｙｎａｐｏｒｅと
の主要な性質を表１に示す。

表１ 商標　　　　Ｍｅｍｂｒａｌｏｘ　　　　　Ｄｙｎａｐ
ｏｒｅ膜材料 支持材料 孔径、μｍ アルファＡｌ２Ｏ３ ガンマ＾１２０３ アルファＡ１２０３ ０、００４以上 室温の水の流量 速度、ｇｐｍ／ｆｔ”／１ｐｓｉｄ ３１６または３１６Ｌ ステンレススチール ３０４　ＳＳ　Ｐｅｒｆ板 ２以上 孔径０．００５μｍ 孔径０．２μｍ 孔径２μｍ 孔径１０μｍ 孔径１５μｍ ２．８Ｘ１０ ０．０８４１ ｎ／ａ ｎ／ａ ｎ／ａ 最大作用 圧力、ｐｓｉｄ 破裂圧力、 ｓｉ ６５ ４５０ （支持材料） ４インチチューブに対して５０ ０．５５インチチューブに文寸して３１００４インチチ
ューブに対して８７０ ０．５５インチチューブに対して７０６０成形性 耐食性 洗浄性 限定 限定 パルスによるパブクフラシュ 良好 有り パルスによるパフク７ラシュ （２μ川の孔、１ｐＳｉｄ） ２０２０（ｅｓｔ） ３ 基準ケース（ａ）は、蒸気の流速が８４００１ｂｍ／時
、蒸気品質が２５％で２０００°Ｒで作用する２ＭＷカ
リウム冷却冷却スペースシカシステムいてのものである
（乗る液体の流速は２５，０００１ｂｍ／時または７８
ｇｐｍ）。面積の計算には、適用温度（室内温度ではな
い）における多孔性材料の透過性を考慮しなくてはなら
ない。

多孔性材料２０の透過性は、該材料２０を通過するとき
に要求される流速を与えるときの重要なファクタである
。多孔性材料は、十分な液体流速を許容するものとされ
、第１の孔あき面２４上に液体が蓄積されることを実質
上防止し、しかも、差圧ΔＰにおいて、孔を濡らしてこ
れを満たし且つ第１の孔あき面に隣接してメニスカス３
２を形成する液体の表面張力に打ち勝たないようにする
べきである。

多孔性材料を通過する流体は、次のような周知のＤａｒ
ｃｙの経験法則によって決定される。

ｍ／Ａ＝Ｋ（ρ／μ）（ΔＰ／Δ２） ここてｍ／Ａは単位面積当たりの流速、μは流体動粘性
係数、ρは流体密度、ΔＰ／Δ２は多孔性材料の厚さ方
向に関する圧力勾配、Ｋは「透過性」（ｐｅｒｍｅａｂ
ｉｌｉｔｙ）と呼ばれる経験則による数値である。

透過性は、多孔性材料がその孔を通して流体（蒸気また
は液体）を通過させる能力である。材料の孔あき度は、
材料の単位体積当たりの空虚な体積の割合（百分率）で
示すことができる。したがって透過性は、孔あき度、孔
の大きさ、孔の相互連通、孔の材質および流体特性の関
数である。Ｄａｒｃｙの法則からの透過性は面積の次元
をもっている。

しかしながら、市販品においては透過性は通常、製造さ
れた多孔性材料を横切る水の流速の意味で与えられる。

このような場合、Ｄａｒｃｙの式から与えられる実際の
値は次のようになる。

Ｋ／μ、＝　（ｍ／Ａ）（１／ｌ１１）　　　（ΔＰ／
Δ２）上記の式の右辺は、多孔性材料の厚さ方向に関す
る単位圧力降下における単位面積における流量のユニッ
トである。表２は、本発明の多孔性材料を形成する材質
として望ましいものとして前述したＭｅｍｂｒａｌｏｘ
とＤｙｎａｐｏｒｅの透過性を示す。

比較ユニットでの望ましい多孔性材質の透過性（工場か
らの引用値には下線をほどこす）リフドル／時／ｍ２（
１バール） ｇｐｍ／ｆｔ２（Ｉｐｓｉｄ） Ｍｅｍｂｒａｌｏｘ Ｏ，００４μｍ　の孔 ０．２μｍ　の孔 ２μｍ　の孔 Ｄｙｎａｐｏｒｅ ２μｍ　の孔 １０μｍ　の孔 １５μｍ　の子Ｌ ０００ ３Ｘ１０’（ｅｓｔ、　） ４、８Ｘ１０６ １０、　ｌＸｌ０’ ２６Ｘ１０’ ２．８Ｘ１０ ０．０８ ０、８（ｅｓｔ、　） 孔の大きさは、与えられた液体／多孔性材料システムに
対する透過性を決定する重要なファクタであるが、熱伝
達流体として水またはカリウムを利用する典型的なラン
キンサイクルでは、約２μｍないし２０μｍの大きさの
孔を有する材料が望ましい。他の液体／多孔性材料シス
テムに対しては、他の範囲の大きさの孔を有する材料が
適している場合がある。Ｄｙｎａｐｏｒｅ材料は、２μ
ｍｍの大きさの孔を有するものの場合、比較的透過性が
高（且つ圧力降下が小さいので、特に本発明には適して
いる。

多孔性材料２０のための材質を選択するうえでの他の重
要なファクタは、蒸気の通過防止能力である。前述した
ように、本発明の目的は、多孔性材料に接触してこれを
濡らす液体を第１の孔あき面２４にてほぼ完全に且つ迅
速に除去するとともに、多孔性材料２０を蒸気が通過し
ないようにすることに関連している。多孔性材料を通し
て液体を移動させる力が大きすぎると、液体の表面張力
を上回り、メニスカス３２は破壊されて蒸気が入り込ん
でしまう。こうなると液体除去効果が減じられるばかり
でなく、流体運動を生じさせる装置としての機能も不能
になる。

これ以上になると蒸気が入り込んでしまうという、多孔
性材料２０の厚さ方向に関する差圧の値は、以下の通り
である。

Ｐ□、＝４σ／Ｄ ここでσは液体の表面張力をポンドカ／フィートで表し
たものであり、Ｄは孔の平均径である。

種々の大きさの孔に対するＰ　ｍ　ａ　ｘの値を、２０
００°ランキンのカリウム（スペース動力沸騰カリウム
・リアクタにおいて典型的）、１０００°ランキンの水
（実用的な動力プラントボイラにおいて典型的）、およ
び５５０°ランキンの水（研究室での空気−水流れの実
験において典型的）について示したのが表３である。

表３ 各種の径の孔および液体媒質に対する突破圧力重力０で
　　ボイラ のカリウム　での水 室内で の水 温度、。ＦｌｏＲ 圧力、ｐｓｉ／ｂａｒ 液体特性 密度、ｌｂｍ／ｆｔ” １５４０／２０００ ２９／２ ４０．２ ５４０／１０００ １０００／６９ ４６．３ ０１５５０ １４、７／１ 動粘性係数、 ｌｂｍ／時・ｆｔ ０．２２ 静粘性係数、 ｆｔ２７時 ７．４６　Ｅ−３ ４，７５Ｅ−３ ３，２８Ｅ−２ 表面張力、 ｌｂｆ／ｆｔ　　　　４．１２　Ｅ−３１，５８Ｅ−３ ４，９０Ｅ−３ 蒸気の突破圧力、ｐｓｉｄ 孔径０．２μｍ（公称）、 ５μｍ（最大）　　６．９６ ２．６８ ８．３０ 孔径２μｍ（公称）、 １０μｍ（最大）　　　３．４８ １．３４ ４．１５ 説明したそれぞれのシステムに対する差圧限界値、３．
４８ｐｓｉ、１．３４ｐｓｉ、４．１５ｐｓｉは本発明
を実施するうえで適当であると考えられる。

熱伝達流体としての水およびカリウムに対する差圧、表
面張力、孔径および温度に関するチャートが第２図に示
されている。前述したように、液体が満たされた孔の入
口における液体メニスカスの表面張力が耐え得る差圧は
、該表面張力に直接比例し、孔径に間接的に比例する。

表面張力は液体ごとに異なり同じ液体にしても温度によ
って異なる。

第２図は、そこに示した熱伝達流体のそれぞれの通常の
作業温度範囲および典型的な孔径範囲に対する最大差圧
すなわちΔＰ□８ｘの概算を容易にするためにパラメー
タ間の関係を示す図である。第２図のチャートを使用す
るために、液体が選択され、表面張力を決定するのに望
ましい作業温度が選定される。この表面張力に関し、選
択された孔径に対する八Ｐ−８がわかる。すなわち、ま
ず第２図のチャートで上の水平スケールにおいてランキ
ンで示された望ましい温度を見て、選定した液体の曲線
まで垂直に下におろし、交差した点で左側のスケールか
ら表面張力（ｄｙｎ／ｃｍの単位）を読み取る。その表
面張力の値にて左右に動くと、それぞれのシステムによ
って決定される孔径が互いに平行な斜めの線で引かれて
いる。そこで下のスケールから、耐え得る差圧を水のイ
ンチの単位で読み取る。

ＡＰ、、、に近付くときのメニスカス３２の形状の変化
が第１３ａ図ないし第１３ｄ図に示されている。第１３
ｄ図はΔＰ、ｘのときのメニスカス３２を示し、第１３
ｂ図は望ましい作業ポイントである、ΔＰ□８８の約２
分の１のときのメニスカス３２を示す。第１３ｃ図はΔ
Ｐ□８の約４分の３のときのメニスカス、第１３ａ図は
ΔＰ　ｍ　ａ　Ｋの約４分の１のときのメニスカスであ
り、Ｐはこの範囲に維持されることが望ましい。典型的
な条件のもとで望ましいメニスカスを形成する孔径が第
２図から選択される。

上述の議論は理想的な孔径について行われた。

５ ある材料においては、表面の孔が理想の孔の径よりも大
きく　（または小さく）でもよい。しかしながら、多孔
性材料を貫通するチャンネルの径が大きかったとしても
、そのチャンネルのどこかの場所で適切な（あるいは選
定された）径になっていることが必要である。もし、よ
り小さな孔径が存在するなら、そのチャンネルの圧力降
下は大きなものとなるだろう。ある与えられた作業条件
のもとて圧力勾配が固定されているので、このようなチ
ャンネルは透過性に悪影響を及ぼすであろうから、孔の
径が小さいことは望ましくない。もし、大きな径の孔が
そのまま材料を貫通していたなら、蒸気の突破は、公称
の孔の径に基づいて選択された圧力勾配で生じるであろ
う。

多孔性材料２０のための材質を選定するのに必要なもう
一つのファクタは、第１の孔あき面２４に隣接した孔に
接触してこれを濡らす液滴を除去するのに必要とされる
表面積である。第１の孔あき面２４に接触する液体の１
００パーセントが鎖部２４に隣接する孔を濡らすと仮定
すると、必要６ とされる表面積は、流れに乗せられた液体の質量流速Ｃ
ｍａｓｓ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ）を材料の透過性で割っ
た値となる。表４は、差圧をΔＰ□８８の５０％とした
場合の表３を示す。

第３図はランキンサイクル発電システムのタービン部分
に位置付けられた静翼５２から液体を除去するために多
孔性材料５０を使用した状態を示す。これは、液滴を分
離するとともに翼から蓄積された湿気を除去するだめの
、本発明の有効な実施例である。この点に関して注意し
てお（ことは、タービンの水受けの腐食は、タービンを
通過して膨張した蒸気から凝縮した微細な液滴の影響に
よって生じるのではない、ということが広く一般的に合
意されているということである。このような腐食は、静
翼上に蓄積された湿気が合体してでき且つ静翼の後方エ
ツジから滴る大きな径の滴によって引き起こされる。こ
のように大きな二次的な滴は、５０ないし数１００ミク
ロンの範囲の大きさである。

液体フィルムは静翼５２の凹面５４上に最初に形成され
やすい。したがって、図示実施例においては、多孔性材
料５０は凹面５４に設けたインサートの形態をとってい
る。ただし、凹面および凸面の双方にインサートを設け
てもよい。多孔性材料５０は電子ビーム溶接５７によっ
てその両端を固定されている。多孔性材料５０の形は凹
面５４の形に整合しており、凹面５４に隣接して矢印５
９の方向に流れる予め限定された蒸気流はその方向を大
きく変えられることはない。

凝縮によって生じた滴はもちろん、蒸気で運ばれた液滴
も多孔性材料５０に接触してこれを濡らし、毛細管現象
の力によって孔から第１の孔あき面すなわち外面５６へ
と移動して多孔性材料５０を貫通し、第２の孔あき面す
なわち内面６０から出る。この作用は第１図に関して前
述したのと同じである。

内面６０から出た液体は軸方向チャンネル６１内に収集
される。このチャンネル６１は互いに連通しており、模
式的に示した出口点６２への流路を提供している。地球
上での適用例では、液体はサイフオン技術を利用して重
力によって、または他の適当な手段によって、排出する
ことができる。

宇宙で、あるいは他の状況で重力がゼロの場合には、静
翼５２から収集された液体の除去は、導管６３を使用し
て第３図に示したようにして行うことができる。導管６
３は出口６２とポンプユニット６４とを連結している。

ポンプユニット６４は、第１図に関連して述べたような
差圧ＤＰを発生させることにより、インサート（５０）
を通る流体の移動を生じさせるようになされている。

ポンプユニット６４は、特に重力ゼロの状況ではジェッ
トポンプとすることが望ましく、適当に形状づけられた
ポンプの一例が第１２図に示されている。ポンプユニッ
ト６４のための動力源は符号６６で示されているが、ジ
ェットポンプの場合には、ランキンサイクルシステムに
おけるボイラ供給ポンプの出力を利用し、導管６８でポ
ンプユニット６４に連結するようにしてもよい。ポンプ
ユニット６４の出口は、導管７２によってシステムボイ
ラ７０に接続し、再循環を図るようにしてもよい。

静翼から蓄積された湿気を迅速且つ効果的に除去するこ
とにより、この実施例は動翼の腐食の問題を大いに解消
し、しかも、他の分離技術において生じるような大きな
動力損失（圧力降下）を伴うこともない。実際、この実
施例は、静翼からの滴りを回避したことにより、乗って
いる液体の結果としてロータにより経験される抗力を減
少させることができるため、大きな動力ゲインを与える
ものとして期待することができる。

第３図に示したようにタービン部分に位置イ」けられた
静翼に多孔性材料５０を使用するのに加えて、本発明に
よれば、ボイラ出口に多孔性材料のインサートを使用し
てもよい。このインサートは、一連のエアフォイル型の
部材、または静翼と同じように構成された流れ変更器と
することができる。

この流れ変更器は、必要な横切り方向の滴の運動が十分
にできるよう、また一方では流れを分離したり圧力を降
下させたりすることの少ないように、流れを変更させる
よう設計される。連続した変更器の対を通る流れのそれ
ぞれの流路は、連続する屈曲部を画成する導管を構成す
る。導管は、該導管を通るガス流の方向が滑らかに変化
するようになされており、それによって、流れの分離、
付随する撹乱および圧力降下などを引き起こす状況を回
避することができる。導管内で連続する屈曲部の曲率半
径は、一つの平面内にほぼ存在し、且つ該平面に垂直に
見たときに流路の両側に存在している。それによって、
蒸気の流れは連続的に互い違いにほぼ反対に方向を変え
、滴は遠心力によって、ガスの局所的な流れ方向に対し
てこれを横切る方向に運動し、変更器の壁に向かってこ
れに接触する。これを実現するための一つの手段が第４
ａ図に示されている。−船釣な形状のエアフォイル翼７
４である第１列の変更器が、符号７３で示すボイラユニ
ットからの蒸気−液体流の流れ方向を変更して曲線流路
に添わせる。矢印７５′および７５”で示すように、流
れは約４５°変化される。第２列に配置されたエアフォ
イル翼７６は、第１列のエアフォイル翼７４のすぐ下流
にあって、互いに対して、および翼７４に対して向きを
揃えられ、蒸気−液体流の流れを矢印７５′°の方向か
ら矢印７５″の方向へと約９０°変更する。さらに付加
的なエアフォイル翼の列を設けてもよい。

３− 流れの方を向いたエアフォイル翼７４．７６の表面には
、第３図に示したのとほぼ同様の多孔性材料のインサー
トが設けられ、凹面および凸面に接触してこれを濡らす
湿気を除去するようにする。

第４ｂ図のように、矢印７５′で示した流れに対し第１
の列のエアフォイル７４を角度的４５゜で配置すること
により、第１列および第２列のエアフォイル７４．７６
が流れを２回、９０°に曲げるようにしてもよい。結局
、７５”で示される流れは７５°で示される流れに対し
て約９０°となる。第２の列のエアフォイル７６から出
た流れは矢印７５”で示される流れに続き、この流れは
矢印７５″で示される流れに対してほぼ直角である。

本発明による蒸気−液体分離器を備えた、第４ａ図およ
び第４ｂ図に示した構成において、屈曲部の曲率半径は
できるだけ小さくして遠心力を最大にする一方、屈曲角
度はできるだけ大きくし、蒸気流の流れを横切って多孔
性材料に接触するよう運動するのに十分な時間を滴に与
えるようにす４ る。また、多孔性材料上にある微小片または多孔性材料
に近付いて（る微小片を流れの中心部へと戻してしまい
かねない、大きなスケールの撹乱や圧力損失を最小とす
るよう、流れの分離は最小にすべきである。この要求に
対しては、環状流路を形成することによって、端壁効果
により生じる第２次流れおよび三次元流れを回避すると
よい。また、屈曲部における外側半径と内側半径との比
は望ましくは約１．５よりも太き（ないようにし、屈曲
部の内壁に沿った逆の圧力勾配を減少せしめ、それによ
って、流れが分離して大きなスケールの撹乱が起こる傾
向を減らすようにしてもよい。

さらに、ボイラユニット７３から多孔性の翼を備えた装
置内へと導入される蒸気は、通常はマツハ０．１からマ
ツハ０．７の範囲の亜音速で移動する。本発明によれば
、この速度が、約５ないし２０μｍの範囲の大きさの滴
に対して約８５％以上という、驚異的に良好な液体分離
効率を生じさせることがわかった。実際、本発明によれ
ば、６０Ｊ１ｍ以上の径の滴に対しては約マツハ０．３
以下の速度で９５％以上の液体分離効率をあげ、圧力降
下は入口動ヘッドの約１０％以下であった。したがって
、マツハ０．３というのは本発明を実施するための望ま
しい速度の限界といえるかも知れない。例えば表５は、
第４ａ図や第４ｂ図に関して説明した、流れ導管を形成
する一連の連続した対の（または組の）エアフォイル翼
を使用して行われた液体分離の効率を示す。互いに対向
する翼の凹面および凸面は、前述したＤｙｎａｐｏｒｅ
材質の層によって画成されている。

７ データによれば、液体分離効率は、装置を通過する蒸気
の速度がマツハ０．０６から０．１５のオーダーの低い
数値であっても全体的に８５％以上という高い平均値が
得られる。また、約０．２ないし２．フインチ水柱の圧
力差範囲でテストを行ったとき、変更器を通過するとき
の圧力降下が非常に小さいことがわかる。比較的小さな
圧力降下を伴って比較的高い液体分離効率が得られるこ
れらの状況においては、本発明を発電設備のボイラ出口
やタービン部分の静翼における蒸気からの液滴の除去に
適用することができる。第５図ないし第８図は、ランキ
ンスチームまたはカリウム蒸気サイクルのボイラ出口に
おける蒸気から液滴を除去するための、本発明の別の実
施例を示す。これらの図面において、分離器部分８０は
、本発明の一形態によって蒸気流から液滴を分離するた
めの装・置を備えている。分離器部分８０は、ボイラ出
口からタービン部分まで上方に蒸気が通過するダクト部
分８２および８４間に配置されている。

第５図および第６図に示すように、分離器部分８ ８０は下向きの円錐部分８６を有しており、該円錐部分
８６は流れを半径方向外方へと向け、環状に配置された
複数の導管または流路９０の入口開口８８に至らしめる
。流路９０の一部は第６図に示されている。流路は、滴
が必要な横方向の動きをできるよう、また、流れの分離
および圧力降下が最小になるよう、形状や構成を工夫し
て設計しである。第５図および第６図において、各流路
９０は、二つの約９０度曲がった屈曲部と、入口開口８
８と、該入口開口８８からは軸方向に間隔をおかれ且つ
横方向にもずれている出口開口９２とを有している。流
路９０は断面がほぼ矩形をしており（外径においてやや
広（なっている）、その長さ方向に沿って多孔性材料９
４がライニングされており、第１図に関して説明したよ
うに蒸気中の液滴を除去する。

各流路９０における多孔性材料９４は、第１図の実施例
における第１の孔あき面２４に相当する、流れに隣接し
た外面９６と、第１図の第２の孔あき面２６に相当する
内面９８とを有している。多孔性材料９４は、図示され
たランド部１００などによって適当に支持されており、
該ランド部１００間には、内面９８に隣接して液体ドレ
ン用のネットワークを形成するための空間１０１が画成
されている。ランド部１００は多孔性材料９４を支持し
、流路９０を通過する流体の動圧による力を受けても多
孔性材料９４を所望の形状に維持する。

前述した毛細管現象による多孔性材料９４を通しての液
体の移動、および本発明により外面９６から離れて多孔
性材料９４内に入る液体の移動は、第１図において説明
したように、差圧を発生させることにより行われること
が望ましい。差圧を発生させるための望ましい手段は、
特に重力がセロの状態においては、ジェットポンプであ
り、その−例は第１２図に示されている。

分離器８０の円錐部分８６の外面にも、第７図に示すよ
うに多孔性材料１０７の層をライニングするようにして
もよい。環状配列された入口開口８８に向かって半径方
向外方に流れる蒸気−液体流は、方向が変えられるため
、その中の液滴が遠心力によって、流れ方向を横切る方
向に移動する。

これらの液滴のかなりの部分は円錐部分８６の多孔性材
料１０７の層に接触してこれを濡らし、第１図に関して
説明したようにして多孔性材料１０７から除去される。

多孔性材料１０７は、互いに間隔をおいたランド部１０
８上に支持するようにしてもよい。そうすることによっ
て、多孔性材料１０７を通って移動する液体を排出する
ためのドレン・ネットワークを形成する隙間１０９をラ
ンド部１０８間に画成することができる。

第８図は、ランド部１００間において多孔性材料９４に
隣接して位置する空間１０１の相互連通を示す。空間１
０１は、除去された液体をプリナム（ｐｌｅｎｕｍ）　
１１２へと向け、そこから液体は導管１１４を通って差
圧発生手段へと導かれる。

第９ａ図および第９ｂ図は、ボイラから出る蒸気から液
滴を除去するための、本発明の別の実施例を示す。それ
ぞれの図は半面図であり、第５図の分離器部分８０と同
様にしてボイラ出口に環状配置されたダクトを示してい
る。第９ａ図におい１ て、例えば、半面図で示す円錐部分］１０は、第５図に
おける円錐部分８６に相当する。また、第９ｂ図におい
て半面図で示す円錐部分１１１も第５図における円錐部
分８６に相当する。円錐部分１１０および１１１の外面
には、第７図に関して説明したようにして、本発明によ
る多孔性材料をライニングすることが望ましい（第９ａ
図および第９ｂ図においては、見易くするために多孔性
材料は図示していない）。

第９ａ図および第９ｂ図の双方における分離器の形状は
、第６図における流路９０のように、９０度の角度で２
回曲がるように選択される。しかしながら、第９ａ図お
よび第９ｂ図においては、最初の９０度方向転換は、円
錐部分１１０および１１１の半径方向内方に向かってお
り、流れは分割されていない。その代わり、分離器を横
切るようにして連続的な環状導管すなわちチャンネルが
維持される。

第９ａ図には、第１の屈曲部１２２に隣接した平坦なリ
ング１２０の形状をした本発明による多５２ 孔性材料が組み込まれているのが示されている。

リング１２０は第１の屈曲部１２２に入る流れの方に向
かって下向きとなっており、該屈曲部の外径のすぐ下流
に位置付けられ、適当な手段で適所に維持されている。

バンド１２４の形状をした別の多孔性材料部分が、第２
の９０度屈曲部１２６に隣接して該屈曲部１２６の外径
のすぐ下流に設けられ、適当な手段によって適所に維持
されている。リング１２０とバンド１２４との後ろには
空間１２８および１３０が設けられている。空間１２８
および１３０は、該リング１２０およびバンド１２４を
横切る差圧（Ｄ　Ｐ）を発生させるためのジェットポン
プまたは他の適当な手段に連結されている。

第９ｂ図において、流路には曲がった環状の多孔性材料
部分１３４および１３６がライニングされている。部分
１３６は第１の屈曲部１３８の外径を横切り、第２の屈
曲部１４０の内径まで、流路に沿って下流端に延びる。

部分１３４は第１の屈曲部１３８の内径に連なる下流端
から始まり、第２の屈曲部１４０の外径を横切る。多孔
性材料部分１３４および１３６の後ろにはそれぞれ空間
１４２および１４４があり、第９ａ図における空間１２
８および１３０と同様の機能を果たす。第９ｂ図の形状
は、流路を画成する壁に沿って多孔性材料が完全に覆っ
ているので、流路の壁に接触する液滴の除去は完全に近
い状態で行われる。

第１０図および第１１図は本発明の別の実施例を示し、
ここでは、多孔性材料が単一のダクト内に挿入され、蒸
気−液体流に運ばれる液滴を分離するようになされてい
る。分離器部分１４１は、約９０度曲がった二つの滑ら
かな屈曲部１４６および１４７を画成する導管すなわち
流路１４５を備えており、これらによって、液滴の横方
向の運動をなさしめ、流れの分離および圧力降下を最小
にする。第１１図に示すように、流路１４５には多孔性
材料１４８の層がライニングされており、望ましくはこ
のライニングは、屈曲部１４６および１４７の内径およ
び外径部分の双方になされる。

多孔性材料はランド部１５０などで支持される。

ランド部１５０間には流路１５２が画成されており、こ
の流路１５２は、ランド部１５０間の多孔性材料１４８
の内面に隣接した液体排出ネットワークを形成する。流
路（空間）１５２は、水溜め１５８および１６０へとつ
ながる中央導管１５４および１５６を介して、排出液体
に連通している。

水溜め１５８および１６０はシェツトポンプまたは他の
適当な差圧（ＤＰ）発生手段（第１図で説明したように
多孔性材料１４８を横切る差圧を発生させて液体が多孔
性材料１４８を通過するようにする）に連結されている
。

前述したように、蒸気流にさらされた表面から液体を離
して多孔性材料を通させるように運動させるには、多孔
性材料の内外面間に差圧を維持するのが好ましい。差圧
は重力のもとで発生させてもよいし、液体が出てくる多
孔性材料の表面に隣接した空間から空気引きをするよう
に連結されたジェットポンプを利用してもよい。ジェッ
トポンプは前述したように簡単な清掃システムであり、
安定性があり、多孔性材料を通してバランスのと５− れた流速を起こすことができる。

第１２図には、本発明に使用するのに適したジェットポ
ンプ１６８が一例として示されている。ボイラ供給ポン
プの出口からの液体は、ポンプ１６８の入口ノズル１７
０内に供給され、該ノズル１７０の右端の開口１７２を
通って出てゆく。多孔性材料を通った液体はジェットポ
ンプ１６８の頂部にて入口導管１７４に入る。ノズル１
７０の出口開口１７２を出る高速の流体は、ベンチュリ
部分１７６の喉部にて低圧ゾーンを作り出し、導管１７
４を通る液体をベンチュリ内へと引（。かなり速い速度
の混合流が、ベンチュリのデイフユーザ部分１７８で減
速され、導管１７４内の流体の圧力を上まわるほどの圧
力増大をもたらす。

第１図で説明したように孔２２の入口でメニスカス３２
によって与えられた表面張力のバリヤを破壊しないよう
にするのに、ジェットポンプを使用することができる。

これはジェットポンプの、微細に調節できる特性と活力
のある作動を行うことができる特性とによる。沸点に近
い流体をポン６ ピングしたところ、ジェットポンプのベンチュリ１７６
の喉部における低圧がキャビテーションおよび蒸気泡を
生じさせ、それが側流駆動圧力および側流流速（および
多孔性材料における差圧）における顕著な損失を引き起
こした。適切に設計し、駆動流を適当に冷却してやれば
、ジェットポンプは、キャビテーションが発生しても問
題なくキャビテーション腐食も生じない構造のものとな
る。

結局、ジェットポンプを使用することにより、他に制御
装置を必要とすることなく、また、蒸気の突破を容易に
防止することのできる簡単かつ安定したシステムが提供
される。ジェットポンプでのキャビテーションダメージ
を避けるためには、設定最大圧力上昇を比較的小さくし
ておかなければならない。しかしながら本発明において
はこのことはハンディキャップにならない。なぜなら、
多孔性材料内の流体の表面張力によって維持されている
差圧も比較的小さいからである。

ここに開示した本発明は、超音速流という高速流を必要
とせず、撹乱流も起こさずに、効果的な液体分離効率を
あげることができるという利点を有する。従来の考えだ
と、望ましくない場所にある微小片を剥がしたりするに
は超音速流か撹乱流が必要であるとされていた。これと
対照的に本発明では、マツハ０．７以下（望ましくはマ
ツハ０゜３以下）の亜音速の層流のもとて液滴の分離を
行い、大きな圧力損失を引き起こす衝撃波や他の不安定
流を回避している。比較的滑らかで実質的に障害のない
壁で流路を形成することにより、流れの分離や圧力降下
の生じる可能性は最小となり、多孔性材料に液滴が当た
る率を減少させたり液滴を再び流れに乗せたりするよう
な流れ状態（例えば渦流や側流）の発生が防止される。

本発明の全般的な効果は、液滴分離効率を高いレベルに
維持しながら圧力損失は最小に抑えることができること
にある。また、予め与えられた最大圧力損失に対して、
より高い亜音速流を利用することができ、それがまた分
離効率を高める。本発明はまた、公知で容易に入手でき
る設備や材料を用いることができ、構成するのも作動す
るのも簡単で、可動部分を必要としない。適用範囲も広
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により、蒸気流に運ばれる液滴を分離除
去する一態様を示す模式的な見取り図。 第２図は表面張力、温度および差圧間の関係を、２ない
し２０ミクロン径の孔にメニスカスを形成する種々の液
体に関して、示したチャート図。 第３図はタービンの静翼に本発明を適用した構成を示す
断面図。 第４ａ図および第４ｂ図は第３図の静翼の異なる配置構
成を示す図。 第５図はランキンサイクル発電システムにおけるボイラ
とタービンとを連結するダクトに本発明を適用した構成
を示す図。 第６図は第５図の６−６断面図。 第７図は第５図の７−７断面図。 第８図は第５図の８−８断面図。 第９ａ図および第９ｂ図はランキンサイクル発電設備に
おいてボイラとタービンとを連結する環状ダクトに本発
明を適用した゛構成を示す部分断面９ 図。 第１０図は９０度に曲がった屈曲部を二つ有する、本発
明を適用したダクトの断面図。 第１１図は第１０図の１１’−１，１断面図。 第１２図は本発明の実施例に使用されるシエ・ソトポン
プの断面図。 第１３ａ図ないし第１３ｄ図は多孔性材料の孔に形成さ
れる液体メニスカスの種々の形状を示す図。 ６０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、亜音速で流れるガスに運ばれる液滴を分離するため
   の装置であって、該装置を通るガスの流れを導く導管と
   、ガス流に運ばれる液滴によって濡らされる多孔性材料
   にして、該多孔性材料の孔に該多孔性材料を濡らす液滴
   によってメニスカスが形成されるような多孔性材料と、
   第１の流れ制御手段と、第２の流れ制御手段とを備えた
   液滴の分離装置において、 前記導管は、該導管を通って流れるガス流にさらされこ
   れに接触する内側を向いたほぼ滑らかな表面を有する壁
   によって画成されており、前記導管の前記壁は、一連の
   連続する弧状の屈曲部を画成しており、それによってガ
   スは弧状の流路を滑らかに流れ、流れの分離および付随
   する撹乱ならびにこれらによって生じる圧力降下を引き
   起こす状態を回避すべくなされており、連続する前記屈
   曲部の曲率半径は一つの平面内にほぼ存在しており且つ
   該平面に垂直に見たときにガス流路の両側に存在するよ
   うになされており、それによってガスの流れ方向は互い
   にほぼ反対方向に連続して変化し、液滴が局所的なガス
   の流れ方向に対して遠心力にりよりこれを横切るように
   運動して前記導管の前記壁に向かいこれに接触すること
   を促進させるようになされており、 前記多孔性材料は、前記導管の内側を向いた前記壁の少
   なくとも一部上に画成されており、前記多孔性材料はま
   た、前記導管と該導管の外側に配置された液体収集手段
   との間を連通する孔を有しており、さらに前記多孔性材
   料は、前記壁に接触した液滴が前記多孔性材料を濡らし
   て前記孔内に入ってそこにメニスカスを形成できるよう
   に、前記導管内で前記壁に沿って配置されており、前記
   第１の流れ制御手段は、前記液体収集手段へと向かい且
   つ前記導管から離れる、前記多孔性材料の前記孔内の液
   体の運動を、ガス流にさらされる前記多孔性材料の表面
   上に液体の層が蓄積されるのを実質的に防止するに十分
   であり且つ該さらされた表面に隣接した前記孔内の液体
   メニスカスの表面張力に打ち勝たない程度のものに維持
   するようになされており、 前記第２の流れ制御手段は、前記導管を通って流れるガ
   スの流速を実質的に亜音速に維持することにより、衝撃
   波および撹乱流状態を回避し、ガスが前記導管を通ると
   きの圧力損失を最小にするようになされている、 液滴分離装置。 ２、前記導管は、互いに間隔をおかれて対向した対にな
   った流れ変更器にして連続配置された複数対の流れ変更
   器によって画成されており、該流れ変更器は、ガスがま
   ず第１の対の流れ変更器間を流れ、次いでそれに続く対
   の流れ変更器間を流れるように配置されており、該流れ
   変更器のそれぞれは、ガスの流れに面した曲面を画成し
   ており、前記流れ変更器の各対の一方は流れに面した凹
   面を画成し且つ他方は該凹面のほぼ反対側で流れに面し
   ている凸面を画成しており、前記多孔性材料は前記凹面
   および凸面上に配置されており、前記第１の対の流れ変
   更器は第１の屈曲部を画成しており、該第１の屈曲部は
   、ガスが前記凹面と前記凸面との間を弧状に流れるよう
   に向けるようになされており、前記第１の屈曲部の曲率
   半径は、流路の一方の側に存在しており、前記第１の対
   の流れ変更器に続く対の流れ変更器は第２の屈曲部を画
   成しており、該第２の屈曲部は、ガスが前記凹面と前記
   凸面との間を弧状に流れるように向けるようになされて
   おり、該第２の屈曲部の曲率半径は、前記第１の屈曲部
   の曲率半径が含まれる平面内にほぼ存在するが、該第１
   の屈曲部の曲率半径に対して流路のほぼ反対側に位置し
   ていることを特徴とする、請求項１記載の液滴分離装置
   。 ３、前記流れ変更器が個別のエアフォイル型部材である
   ことを特徴とする、請求項２記載の液滴分離装置。 ４、前記それぞれの対の流れ変更器を構成する個々の流
   れ変更器の前記凹面および凸面の曲率半径がほぼ同じ方
   向に延びており、前記凹面の曲率半径が、前記凸面の曲
   率半径の約１．５倍以下であることを特徴とする、請求
   項２記載の液滴分離装置。 ５、亜音速で流れるガスに運ばれる液滴を分離する方法
   であって、ガスを約マッハ０．７以下の亜音速で導管に
   導き、この導管は内側を向いて互いに間隔をあけた壁を
   有するものとし、該壁は連続する屈曲部を画成するもの
   とし、ガスがこれらの屈曲部によって形成された連続す
   る弧状流路に沿って流れるようにし、第１の屈曲部の曲
   率半径は該第１の屈曲部から一方の方向へと延びており
   、続く次の屈曲部の曲率半径は第１の屈曲部の曲率半径
   とほぼ同じ平面内にあるが第１の屈曲部の曲率半径とは
   ほぼ反対の方向へと延びているものとし、これによって
   、ガスを連続的にほぼ反対方向に曲げながら最小の圧力
   損失でもって流し、ガスの局所的な流れ方向に対してこ
   れを横切る方向の液滴の運動を促進し、液滴を導管の壁
   に向かわせてこれに接触させ、次いで、導管の壁に接触
   した滴を、該壁の少なくとも一部を覆う多孔性材料の孔
   を通して除去し、該孔は導管の内部と導管の外側に配置
   された液体蓄積空間との間を連通するものとし、さらに
   、多孔性材料の孔を通って移動する液体の割合を制御し
   、導管の内部に面する多孔性材料の表面上の液体の蓄積
   を最小にするとともに、ガスが多孔性材料の孔を通過し
   ないように該孔内に液体のメニスカスを維持し、それに
   よって、撹乱流および衝撃波を引き起こす条件を回避し
   、導管内を運ばれる液滴の分離を行うためにガスが該導
   管を横切るように流れることに伴う圧力損失を最小に抑
   える、ことを特徴とする液滴の分離方法。 ６、連続して配置されている屈曲部がガスの流れ方向を
   少なくとも約４５゜変化させることを特徴とする、請求
   項５記載の液滴分離方法。 ７、導管を通って流れるガスの流速が約マッハ０．３以
   下に維持され、重量比で少なくとも約８５％の液滴を、
   約３インチ水柱以下の圧力損失をともなって、ガスから
   分離することを特徴とする、請求項５記載の液滴分離方
   法。 ８、動力を生じさせるべく軸上に回転可能に設けられた
   ロータにして該ロータの回転を引き起こすようなガス流
   からの力を受けるための動翼を有しているロータと、動
   翼に隣接して配置され該動翼へとガスの流れを向ける静
   翼とを備えたタービンであって、ガスは、静翼上に液体
   の形態で蓄積する傾向のある凝縮可能な要素を有してお
   り、蓄積された液体は、静翼から分離され、動翼に向か
   うガスの流れによって運ばれて該動翼に接触する液滴を
   形成する傾向があり、それによって動翼の腐食や動力損
   失が生じやすいタービンにおいて、静翼の表面にその予
   め定められた曲面に整合して多孔性材料が設けられてお
   り、該多孔性材料は液体が蓄積する位置に隣接して位置
   付けられており、該多孔性材料はまた液体に濡れやすく
   、該多孔性材料の外側露出表面から中を通って延び液体
   収集手段に流体連通している孔を有しており、さらにタ
   ービンが、前記多孔性材料の前記孔に入ってこれを通り
   前記液体収集手段へと流れる液体の流れを維持する手段
   を備えており、それによって、前記静翼上に液体フィル
   ムが蓄積する可能性を減少させ、流れに運ばれて動翼に
   接触し該動翼の腐食またはそれによる動力損失を生じさ
   せる液滴の形成を減少させるようになされた、タービン
   。 ９、前記静翼が互いにほぼ反対方向を向いた凹面および
   凸面を有しており、該凹凸面は静翼の厚さ分だけ互いに
   分離されており、前記多孔性材料は該凹面上に配置され
   ていることを特徴とする、請求項８記載のタービン。 １０、前記孔の径が約２ないし２０ミクロンであり、該
   孔の水に対する透過性は毎分あたり約１００ガロン／ｆ
   ｔ＾２（１ポンド毎平方インチ圧力差において）以上で
   あることを特徴とする、請求項８記載のタービン。