JPH0232930B2 - Suijokiryushiojokyosurutamenorokahoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、瀘過方法または分離方法、特に海上
での使用のためのガスタービンのように空気中に
水蒸気粒子を有する環境におけるガスタービンの
ための分離方法に関する。例えば、本発明の方法
は、船舶用ガスタービンの空気取入口に入る空気
に含まれる水蒸気粒子を除去するために特に有用
である。

空気中の水蒸気粒子が一般にタービン内に導入
されると例えば化学的腐食によつてタービンの構
成部品に悪影響を及ぼしてしまう塩分を含んでい
るので、海上での使用のためのガスタービンには
水蒸気分離装置が備えられている。さらに、空気
中に含まれる乾燥粒子例えば砂及び／または塩の
結晶は除去しないとタービンの構成部品の「点
食」を引き起こし得る。しかしながら、遥かに重
大なのは塩分を含む水蒸気粒子である。

タービン内に導入された空気から水蒸気等の粒
子を除去するための一つの初期の従来装置は、空
気取入れダクト内に配設された一段式金網パツド
から構成されている。該金網パツドは一般的に
は、各層がほゞ１インチ（約2.54cm）当り５乃至
６目の格子またはスクリーンになるよう編まれた
多数の直径0.006インチ（約0.152mm）の針金から
成る即ち１インチ（約2.54cm）当り約５本の針金
が編まれまたは結合されている、ほゞ２インチ
（約5.08cm）の厚さのパツドを形成している複数
の層から構成されている。水蒸気粒子は、空気が
装置を通過するときに該パツドの針金に衝突し且
つ捕捉される結果として除去された。しかしなが
ら、この種金網パツドは、空気中に含まれたすべ
ての大きさの水蒸気粒子を十分に且つ効果的には
除去しないので、好ましくはなかつた。

より好ましいことが証明された他の水蒸気粒子
を除去するための従来装置は、第一段及び第三段
が慣性分離羽根であつて第二段が併合器である三
段式分離装置から構成されている。第一段及び第
三段の羽根は一般に同様の動作特性を有してお
り、その一つ一つはより小さい小滴即ち8μ以下
の粒子を除去するには非常に不十分な効率を示し
ていた。この理由は、単に慣性分離装置が、空気
の流れの該羽根または他の衝突手段を迂回するた
めに方向転換する際に、より大きくより重い水蒸
気粒子が方向転換し得ずに該衝突手段に衝突して
空気の流れから除去されるという原理に基づいて
作動しているということだけである。しかしなが
ら、この従来の慣性羽根は、より小さくより軽い
小滴粒子が羽根に衝突することを避けて方向転換
し得るから、より小さい小滴粒子を除去する有効
に改善しない。結果として、第二段のフイルター
を使用した従来例は、一般に0.001インチ
（0.0254mm）またはそれ以下の直径である複数の
ポリエステル繊維から構成されている。第二段の
役目は第一段を通過してきた慣性衝突による微細
小滴を捕捉することである。そのより小さい直径
のために該繊維の捕捉効率は高いので、幾つかの
繊維が数個の小滴を集めて、通過する空気の空気
力学的抗力により再び混入されるほど大きい小滴
が形成されるまで併合し又は一団にする傾向があ
る。この再混入された小滴はその後第三段の慣性
装置（羽根またはサイクロン）により捕捉され
る。

しかしながら、第三段の追加は、水蒸気分離装
置の全体の大きさ及び重量を大いに増加させてし
まい、これは船舶用ガスタービンに必要とされる
（2000立方フイート／秒（約56.74m³／秒）のオー
ダーの）高い塊流速度を達成するためには既に巨
大である。さらに、密着して配設され且つ稠密な
多数の繊維を有し各々が（0.001インチ（約
0.0254mm）またはそれより小さいオーダーの）小
さい直径であるポリエステル繊維パツドの使用
は、流れ抵抗を増大させる傾向があり、従つて所
定の空気の流れの速度に対して該分離装置中での
圧力降下を増大させる傾向がある。かくして、所
望の流速を達成するために、ポリエステルパツド
の大きさそして水蒸気分離装置が支持されている
空気ダクトの大きさが増大せしめられなければな
らず、さらに分離装置の重量、容積、コスト等を
増大させてしまつた。

この点について注目すべきことに、他の濾過装
置または分離装置特に海上使用向けではない濾過
パツド装置の種々の型式が従来知られている。例
えば、アーゴ（Argo）他の米国特許第4086070号
においては、気体から再混入なしにエーロゾルを
分離するための繊維ベツド分離装置及び方法が開
示されている。アーゴ他の改良繊維ベツド分離装
置では、各々多数の繊維要素または針金から成る
一対の繊維ベツドが備えられている。この例で
は、重力による排水後ベツドにより保持される水
の量とそれを通つて流れる気体または空気の抗力
に対して保持される水の量との間に差がある。特
に、アーゴ他の装置における第一のまたは前方の
ベツドに対する繊維の直径及びベツドの容量は、
設計ベツド速度及びエーロゾル負荷において第一
のベツドが溢れず集められた液体の気体抗力に対
するその残存飽和量が液体の重力排出に対するベ
ツドの残存飽和量より小さくなるように、選定さ
れている。換言すれば、アーゴ他の装置における
繊維の前方の即ち第一のベツドは、重力により排
出されないベツド内に集められた液体が第二の繊
維ベツドに吹き出されるようになされている。他
方第二の繊維ベツドにおいては、繊維の直径及び
ベツドの容量は、気体抗力に対するその残存飽和
量が重力排出に対するベツドの残存飽和量より大
きくなるように選定されているので、第二のベツ
ドにより集められた液体は再混入されずに重力に
より排出される。

こうして、アーゴ他の教示によれば、第一段か
ら排出されない液体が第二のパツドへ吹き出され
るように重力排出に対する残存飽和量が気相抗力
に対する残存飽和量より大きいより濃密な繊維パ
ツドが第一段として利用されており、該第二のパ
ツドでは液体が空気中に再混入されるより排出さ
れるように気相抗力に対する残存飽和量が重力排
出に対する残存飽和量より大きい。従つて従来装
置で経験した再混入の問題のアーゴ他による解決
は、パツドが再混入を許すよりも捕捉しまたは集
めた液体を重力により排出するというより強い傾
向を有するように選定された特性を持つ第二のパ
ツドを備えることにある。

しかしながら、アーゴ他の装置の詳細な考察に
より、アーゴ他の装置が関係する第一のパツドを
通過する流れ速度は、海上使用に関して使用され
る瀘過装置を通過する流れ速度に比べて比較的低
い、即ち、アーゴ他の装置は一般に10フイート／
秒（約3.05ｍ／秒）以下の流れ速度に関して使用
されるように特に設計されているが、海上での使
用では20フイート／秒（約6.10ｍ／秒）以上の流
れ速度が経験されることがわかつた。さらに注目
すべきことは、アーゴ他の例特に第１図及び第７
図の考察からアーゴ他は、気相抗力に対する第二
の繊維ベツドの残存飽和量が実質的にすべての場
合に該ベツドを通過する速度が増すにつれて減少
し、且つベツドを通過する速度の上限が通常再混
入の問題により決定されるということを示してい
る。これは、アーゴ他の例が繊維ベツドにより捕
捉された粒子が併合し重力により排出されること
を教示しているという事実によるものである。

この点について注目すべきことは、集められ又
は併合された液体小滴の再混入が、再混入された
水蒸気粒子のタービンへの導入を阻止するために
再混入された粒子を再び捕捉する目的でフイルタ
ーパツドの下流に追加の装置を必要とするという
ことである。

海上使用における水蒸気分離装置として使用す
るために特に指示されない他の型式の従来装置が
サン（Sun）他の米国特許第4158449号に開示さ
れている。この特許は、広大で簡単には近づきに
くい陸地に薬剤を散布するための農業用航空機に
関して主として使用されるタービン機関のための
吸入空気浄化装置組立体を開示している。この装
置においては、第一段の渦形空気浄化装置と第二
段の霧除去装置組立体とが備えられている。第一
段の渦形空気浄化装置は、空気中のより重く且つ
より大きい汚染粒子を除去して部分的に処理した
空気を供給するための慣性分離装置の原理に基づ
き一般的に作用する。第二段の濾過装置は、軽量
のまたは十分に拡散された固体汚染粒子及び液体
小滴を除去するための通路を画成している複数の
積み重ねられた金網シートを含んでいる。該金網
シートは、0.0005インチ乃至0.035インチ（約
0.0127mm乃至0.889mm）の範囲の直径を有し且つ
実質的に表面全体に亘つて圧縮された多数の単繊
維から構成されている。該単繊維は好ましくは油
または他の不揮発性液体でコーテイングされてい
るので、油でコーテイングされた金網への衝突に
より除去された液体は重力により下方に流れて次
の除去のために霧除去装置段の底部に集まる。

このように、主として海上使用のための分離装
置組立体に関連しない又は向けられていないこの
例においても、霧除去装置組立体により除去され
る液体が併合し重力により該組立体の下部に流出
することが示されていることは明らかである。水
蒸気粒子が除去されるべき海上使用におけるこの
装置の使用はそれ自体が、再混入する併合した粒
子を捕捉するための別の分離装置がその下流に必
要とされることを示している。つまり、併合発生
の提案のために、特に海上使用のための分離装置
が関連する特に高い流れ速度において、併合した
粒子が空気の流れの中に再混入する可能性がある
ことが予想されるであろう。従つて、サン他の装
置が使用されるとこのような併合した粒子の再混
入が、以上に論議された他の従来装置の幾つかに
関連して経験されたような問題を生ぜしめ、瀘過
パツドの下流での追加の分離装置の使用を必要と
することが予想されるであろう。この点において
上に述べたように、このとき生ぜしめられる空気
力学的抗力が大きくなつた併合した小滴の再混入
を引起こすより強い傾向を有しているから、併合
は海上使用に関連して経験されるような比較的高
い流れ速度における再混入の問題を生ぜしめるで
あろう。

従来技術のこれらの欠点及び他の欠点は、粒子
特に通過する空気に含まれた水蒸気粒子を除去す
るための本発明による改良方法により克服され
る。本発明の改良方法では、船舶のガスタービン
に導入されるべき空気は、少なくともより大きい
粒子の一部を該空気から慣性を利用して除去して
部分的に処理した空気を供給するための慣性分離
装置を通つて20フイート／秒（約6.1ｍ／秒）以
上の速度で通過する。慣性分離装置を通る20フイ
ート／秒以上の空気の流れ速度は、慣性分離装置
が空気に含まれる粒子を除去するために最も効果
的であるのが、この速度以上であるように選定さ
れている。部分的に処理された空気は、その後予
め決定された速度より大きい速度で該部分的に処
理された空気に含まれる粒子を除去するために、
衝突瀘過パツドを通過せしめられる。該衝突瀘過
パツドは、各々0.001インチ（約0.0254mm）以上
0.006インチ（約0.152mm）以下の直径を有する多
数の繊維の少なくとも一つの層を含んでいて、該
パツド内の繊維の全表面積の該パツドの体積に対
する比が45／フイート（約147.5／ｍ）以上で
1400／フイート（約4590／ｍ）以下である。それ
以上で部分的に処理された空気が衝突瀘過パツド
を通過せしめられる予め決定された速度は、20フ
イート／秒（約6.1ｍ／秒）以上であり且つ、該
パツドにより捕捉された水蒸気粒子の併合が生じ
ないように、該パツドを構成する繊維の直径に対
応して選定されている。従つて、捕捉された液体
小滴の併合が起こらないから、衝突瀘過パツドの
下流の第三段または瀘過装置は必要なく、むしろ
衝突瀘過パツドの繊維はそれに衝突した粒子を捕
捉し且つ保持するのに役立つ。

従つてこの方法によれば、最小数の構成要素に
より、特に第二段式分離装置により改良された分
離が達成され、使用される分離装置の重量、容
積、コスト、大きさ等が減少せしめられる。

本発明のこれらの利点及び他の利点は、本発明
の好適実施例を示す添付の図面を参照して以下の
詳細な説明から明らかである。

同一の符号が同一の要素を表わしている図面に
よれば、第１図には、ガスタービン（図示せず）
の空気取入ダクト１２内に配設されている本発明
による水蒸気分離装置１０が示されている。本発
明による水蒸気分離装置１０は、水蒸気粒子が塩
分を含んでいる空気に含まれた水蒸気粒子を除去
するのに特に有用であるので、本発明は船舶また
は他の水陸両用車両でガスタービンと共に使用す
るのに特に有用である。本発明による分離装置が
タービンの部分に損傷を与える傾向を有する空気
中に含まれる乾燥粒子例えば砂、塩の結晶等を除
去するのにも役立つことが理解されるべきであ
る。しかしながら、該分離装置は本来空気中に含
まれる水蒸気粒子を除去するために企図されてい
るので、本発明はこのような使用に関して述べら
れる。

ここで注目すべきことには、望ましくないのは
水蒸気自体ではなく、水蒸気粒子に溶解している
又はそれによつて運搬される塩等の如き汚染粒子
である。しかしながら、認められ得るように、空
気からの水蒸気粒子の排除はこれら望ましくない
汚染粒子を排除するにも役立つ。

海上使用のためのガスタービンでは、できるだ
け小さい粒子の水蒸気がガスタービン内に導入さ
れている空気中に含まれるように、空気ダクトは
船舶または車両内で高く位置せしめられていて、
このような場合には、水蒸気分離装置は空気ダク
トの入口に取付けられる。タービンに導入される
べき必要な空気の流れは2000立方フイート／秒
（約56.74m³／秒）以上のオーダーである。塊流速
度は、空気が導入されるダクトの断面積と、そこ
を通る流れ速度による。例えば、ダクトを通る流
れ速度が増加され得ると、ダクトの断面積（そし
てダクトの大きさ）は実質的に減少され得る。他
方、ダクトに配設された水蒸気分離装置を通ると
きの圧力降下は容認し得るレベルに維持されなけ
ればならない。水蒸気分離装置を通るときの圧力
降下は該水蒸気分離装置により与えられる流れ抵
抗とそれを通る流れの速度に依存しているので、
該圧力降下は、与えられた塊流速度に対する必要
条件を満たすために得られ得る流れ速度の増加に
おける限界として役立つ。従つて、（コスト、重
量等を節減するために）空気ダクトの大きさを減
少せしめることが望ましいので、できるだけ低い
流れ抵抗を有するように水蒸気分離装置を構成す
ることが望ましい。同時に、水蒸気分離装置によ
り与えられる流れ抵抗の減少は、該分離装置を通
過する空気から水蒸気粒子を除去する効率を損な
わないように行なわれなければならない。

これらの原理を考慮して、本発明による水蒸気
分離装置が論議されよう。第１図に示されている
ように、水蒸気分離装置１０は二段式分離装置か
ら構成されている。水蒸気分離装置１０の第一段
１４は、タービンに導入されるべき空気の流れが
最初に通過する通常の慣性装置から成る。この慣
性装置は好適実施例において一般的に互いに垂直
に向いていて且つ密接して配置された複数の山形
またはＶ字形の羽根１６を含んでいる。しかしな
がら、例えばサイクロン分離装置の如き他の型式
の慣性装置も使用され得ることが当然理解される
べきである。複数の羽根１６は、固定位置に該羽
根１６の上端及び下端を保持する支持フレーム１
７に支持されている。さらに、図示されていない
が、一般的には空気から除去された水蒸気のため
の排水路が第一段の底部に備えられている。

第２図において最もよくわかるように、第一段
の慣性装置１４の羽根１６は各々三つの頂部１８
を有している。隣接する羽根１６の頂部１８は流
れる空気のための屈曲した通路を画成している。
換言すれば、羽根１６の間を流れるときに空気は
隣接する羽根１６の頂部１８の間の通路を流れる
ために数回方向転換しまたは曲がらなければなら
ない。例えば塩分、砂または他の特定の物質を含
んでいる水蒸気粒子の如き混入粒子は一般的に空
気粒子より大きい塊りであるので、該混入粒子は
方向転換の際にそれに作用する遠心力により外側
に向つて羽根１６の表面に投ぜられる。即ち、よ
り軽い空気の粒子は一連の頂部１８を通つて方向
転換し得るが、より重い塊りの粒子は方向転換し
得ず、より大きい粒子が羽根１６の表面に衝突す
る結果になる。羽根１６の頂点２０の各々は、衝
突した粒子が羽根１６の表面に沿つて滑り空気の
流れにより作用せしめられる空気力学的抗力によ
つて再混入されることを阻止するための止め２２
を含んでいる。

認められ得るように、空気に含まれる粒子が重
くなるほどこのような粒子は羽根１６に衝突して
空気の流れから除去され易くなる。他方、より軽
い粒子は首尾よく流路を進んで空気中に含まれた
ままであるという傾向を持つている。例えば、第
一段１４の如き慣性分離装置は、ガスタービンの
ための水蒸気分離装置が関係する即ち20フイー
ト／秒（約6.1ｍ／秒）以上である高い流れ速度
の範囲内にある８ミクロン以上の大きさの水蒸気
粒子を除去するのに有効であることがわかつた。
しかしながら、複数の羽根１６はより小さい即ち
８ミクロン以下の大きさの小滴の範囲の水蒸気粒
子を除去するためには高い効率を示さない。従つ
て、このような小さい粒子を除去するために他の
段階または装置を使用することが必要である。

水蒸気分離装置１０の第一段１４により部分的
に処理された後、空気はそれにまだ含まれている
粒子を除去すべく該空気をさらに処理するために
役立つ第二段２４に導入される。第２図、第３ａ
図及び第３ｂ図において最もよくわかるように、
分離装置の第二段は、多数の繊維３０の少なくと
も一つの層２８から成る衝突分離パツド２６を含
んでいる。第２図、第３ａ図及び第３ｂ図に示さ
れた実施例において、該パツド２６は実際には編
まれた湿潤性の繊維３０の複数の層２８から構成
されている。パツド２６の層２８は第一段１４の
下流側に付加されたフレーム３２に支持されてい
る。

好適実施例においては、パツド２６の層２８を
形成する繊維３０はモネルメタルの針金から成
る。モネルメタルは、主としてニツケルと銅そし
て他の元素を含む合金で、海水の水蒸気に含まれ
る塩分による腐食に特に耐えるから海上使用に極
めて有用であることがわかつた。

パツド２６の一層の一部の平面図である第３ａ
図において最もよくわかるように、針金繊維３０
は互いに編まれて相互に接合または結合された針
金３０を有する網目または格子を形成している。
好ましくは、繊維または針金３０の直径は0.002
インチ（約0.051mm）のオーダーであるが、0.001
インチ（約0.0254mm）と0.006インチ（約0.152mm）
の間であつてもよい。0.002インチ（約0.0508mm）
の直径の針金の場合には、通常の編み装置により
網目の１インチ（約2.54cm）当り約10乃至12目の
編み目または接合部があることがわかつた。即
ち、針金網目２８の１インチ（約2.54cm）の長さ
に、約10乃至12本の針金３０が在る。

さらに好適実施例においては、編み作業中に針
金３０が僅かに縮らされ又は屈曲せしめられるの
で、各層２８は完全に平坦ではない。これは第３
ｂ図に示されている。こうして、層２８が組合わ
されてパツド２６を形成するときに、層２８は互
いに平坦ではなくて緩衝手段または「浮揚」手段
を備える。好適実施例においては、この縮らせる
ことは、パツド２６の深さの１インチ（約2.54
cm）当り20または24層以上を許さないために十分
である。この点について注目すべきことに、針金
３０を縮らせないとパツドの深さ１インチ（約
2.54cm）当り約70乃至75の針金３０の層２８が在
るということがわかつた。針金３０を縮らせるこ
とが望ましい理由は、与えられた数の層２８に対
して（パツドを通過するときの圧力降下に比例す
る）流れ抵抗が、隣接する層２８の間の距離が増
えると減少せしめられる、ということである。

注目すべきことに、針金３０は、層２８を形成
するために編み作業または縫い作業中に備えられ
る縮みを保持するから、針金繊維３０は層２８を
形成するために好ましいことがわかつた。さら
に、針金３０は、空気が通過するときに針金３０
に衝突する水蒸気の粒子を捕捉するために最も有
用である湿潤性の表面を備えている。

針金繊維パツド２６が空気から粒子を除去する
ために役立つ機構は、慣性衝突である。空気がパ
ツド２６の厚さを通つて「ジグザグに」進むとき
に、空気中に含まれる粒子（例えば塩分、砂粒等
を含む水蒸気の粒子）は針金３０を避けることが
できずに針金３０に衝突する。水蒸気粒子の場合
には、金属の針金３０とこれに衝突する水蒸気粒
子との間の表面張力または粘着が大きく、従つて
水蒸気粒子は捕捉され空気の流れから除去され
る。これは空気中に含まれる他の種類の粒子例え
ば海水の水が蒸発するときに生ぜしめられる）塩
の結晶に関しても正しいが、注目すべきことにこ
のような粒子と針金３０の表面との間の粘着また
は表面張力は水蒸気粒子ほどではない。しかしな
がら、これは、最も重要なのが塩分を含む海水で
あるから、容認し得る。

注目すべきことに、繊維３０の大きさが小さく
なるにつれて繊維３０は空気中に含まれた微細な
水蒸気粒子を捕捉するのにより効果的になる。即
ち、小さい直径の繊維は、衝突による比較的高い
捕捉効率を有している。しかしながら、繊維の太
さが細過ぎる場合には、幾つかの水蒸気の小滴が
同じ繊維により捕捉される機会が非常に増大す
る。これが生じると、小さい小滴は互いに併合し
て例えば８ミクロン以上の大きい小滴を形成する
傾向を持つ。空気力学的抗力がこれら併合した小
滴ではより大きいので、小滴が空気中に再混入さ
れる絶好の機会が生じる。

これが、0.001インチ（約0.0254mm）以下の直
径の繊維を有する繊維パツドを使用する従来の分
離装置の場合に、大きい併合された小滴を捕捉す
るための第三段を備えることが必要であつた理由
である。より小さい例えば２乃至４ミクロンの範
囲内の粒子が10ミクロン以上の大きさになる併合
の程度は（３乃至５％のオーダーで）大きくない
が、例えば羽根またはサイクロンの如き第三の慣
性衝突段がこのような併合した粒子を空気から除
去するために必要であるほど重大であつた。しか
しながら本発明においては、この併合の問題は、
僅かに大きい特に0.002インチ（約0.0508mm）の
直径を有する繊維３０を使用することにより回避
される。

ガスタービンのための水蒸気分離装置を設計す
るための種々のパラメータに関して、注目すべき
ことに特定の大きさの粒子を空気から除去するた
めのパツド効率は格子構造における捕捉のための
よく知られた次の関係式により表わされる。

ηp＝１−e^-0.212〓^f〓^t 但し、ηpは特定の大きさの粒子を除去するた
めの効率、 ηfはこのような特定の大きさの粒子を除去する
ための単繊維の効率、 αはパツドの繊維の全表面積のパツドの体積に
対する比、 ｔはパツドの厚さである。

かくして、できるだけ１に近い効率を維持する
ことが望ましいので、積αtを増大せしめることが
望ましい。他方、パツドを通過するときの圧力降
下は、α²tなる量に関係する。従つてαを過度に
増大せしめることは、パツドを通過するときの圧
力降下を増大せしめ、これは上述の如く望ましく
ない。他方、注目すべきことに、パツド２６の厚
さはパツドの体積を決定することになる一つの寸
法である。このようにして、単にパツドの厚さを
増大せしめ（しかし針金３０の数及び大きさを同
じに維持する）ることによる圧力降下への効果は
実際に圧力降下を減少せしめるために役立つ。

本発明によれば、αに対する値は45／フイート
（約147.5／ｍ）乃至約1400／フイート（約4590／
ｍ）の間にあるべきである。このように、効率は
最大にされ得るが、同時に圧力降下は容認し得る
レベルに維持され得る。さらに好ましくは、αに
対する値は75乃至200／フイート（約245.9乃至
655.7／ｍ）の間にあるべきである。また、パツ
ド２６の厚さを1/2インチ（約1.27cm）乃至５イ
ンチ（約12.70cm）の間に維持するのが望ましい
ことがわかつたが、勿論単一層２８の金網までの
より薄い厚さも特別の使用のために所望の効率特
性及び圧力降下特性に基づき使用され得る。好適
実施例においては、パツド２６の厚さはほゞ３イ
ンチ（約7.62cm）であり且つ１インチ（約2.54
cm）当り10乃至12目を有する0.002インチ（約
0.0508mm）の直径の針金３０の70のオーダーの層
２８を含んでいる。このようなパツド２６に対し
て、αに対する値は約84／フイート（約275.4／
ｍ）である。パツドの厚さが１ 1/2インチに圧縮
されると、αに対する値は二倍されて約168／フ
イート（約550.8／ｍ）になる。

注目すべきことに、従来技術において使用され
ていたポリエステルパツドに関して、αに対する
値は1800／フイート（約5901.6／ｍ）のオーダー
であつた。従つて、与えられたパツドの厚さに対
して従来のポリエステル繊維パツドを通過すると
きの圧力降下は、本発明によるパツド２６を通過
するときに比べて非常に大きい。そのために、本
発明のパツド２６を通過する空気の流れ速度は従
来のポリエステルパツドにより可能である速度を
越えて増大せしめられ得る。かくして、水蒸気分
離装置１０の大きさ及び重さは実質的に減少され
得、同時に容認し得る圧力降下レベルが維持され
る。さらに、分離装置１０を通る空気の流れに対
するより高い速度が本発明のパツド２６により達
成され得るから、粒子分離効率もまた増大せしめ
られる。これは、衝突による小滴保持が速度の増
大により改善されるという事実の結果である。

さらに、ポリエステルパツドの繊維の直径より
大きい繊維の直径のために、小滴が併合する傾向
が排除される。この理由は二つである。一つに
は、空気の速度が増大されるにつれて、小滴の併
合する能力が失なわれる。第二に高速での空気力
学的抗力が大きく、従つて小滴がより小さい大き
さで空気中に再混入されてより大きい例えば10乃
至13ミクロンの範囲以上の大きさに併合すること
による小滴の成長を阻止している。再混入された
小滴はその後他の繊維により捕捉され得る。水蒸
気の小滴が併合されないから、水蒸気分離装置１
０内に第三段の慣性装置を必要とはせず、これは
従来技術においては併合した水蒸気の小滴を再捕
捉するためにのみ有用であつた。この第三段のフ
イルターの必要性の排除は、水蒸気分離装置１０
のコストだけでなく重さ及び大きさの実質的な節
減を生ぜしめる。

この点について注意すべき重要なことは、衝突
瀘過パツド２６で任意の与えられた針金または繊
維の大きさに対して併合が発生しない最小の流れ
速度があるという事実である。この事実こそ、本
発明により企画された衝突瀘過パツドを海上使用
で受ける流れ速度範囲で特に有用にするものであ
る。即ち、空気から粒子物質を除去するために効
果的な針金の大きさに対して、海上使用に対する
流れ速度は、瀘過パツド２６内で併合が発生しな
いように十分に選定され得、かくしてパツド２６
の下流での追加の瀘過装置または段階の必要性が
回避される。

特に第４図は、衝突瀘過パツド２６を通る流れ
速度の関数として併合の発生と繊維の直径との関
係を示している。横座標は併合の割合を表わして
おり、第４図の縦座標は流れ速度を表わしてい
る。第４図には三つの異なる繊維直径に対する三
つの曲線が示されている。一番下の曲線Ａは
0.001インチ（約0.0254mm）の直径のポリエステ
ル繊維から成る瀘過パツドに対する併合と流れ速
度との関係を表わしており、中央の曲線Ｂは
0.002インチ（約0.0508mm）の直径のモネルメタ
ルの針金から成るパツドに対して、一番上の曲線
Ｃは0.006インチ（約0.152mm）の直径のモネルメ
タルの針金から成るパツドに対して表わされてい
る。この点について、これら曲線は低い流れ速度
に対しては測定試験データを高い流れ速度に対し
ては衝突理論を使用して造られた。

注目すべきことに衝突理論は、与えられた針金
の大きさに対する捕捉効率が分子の直径の二乗で
増大することを示している。従つて、併合がない
場合、10乃至13ミクロンの範囲内の捕捉された粒
子の効率は２乃至４ミクロンのときより大きくな
るであろう。しかしながら、併合が生じると、２
乃至４ミクロンの範囲内の小滴のあるものは互い
に併合して10乃至13ミクロンの範囲に成長せしめ
られる。これは、２乃至４ミクロンの小滴に対す
る効率を改善し10乃至13ミクロンの小滴に対する
効率を低下せしめるという効果がある。そのため
に、10乃至13ミクロンの粒子を除去するための効
率と２乃至４ミクロンの粒子を除去するための効
率との差は併合の割合を表わす。

即ち、 ηA−ηB＝△η 但しηAは10乃至13ミクロンの範囲内の粒子を
除去するための効率、ηBは２乃至４ミクロンの
範囲内の粒子を除去するための効率、△ηはこの
ような効率の差であつて併合の割合を表わす。こ
の効率の差は従つて衝突瀘過パツドに対する併合
の割合を構成している。かくして△ηが０より大
きいと併合は生じないが、△ηが０より小さいと
併合が生じる。

第４図は0.001インチ（約0.0254mm）及び0.002
インチ（約0.0508mm）の直径の繊維から成るパツ
ドの場合に併合を排除するために達成されなけれ
ばならない流れ速度を示している。0.001インチ
（約0.0254mm）の繊維パツドに対しては60フイー
ト／秒（約18.3ｍ／秒）の流れ速度が必要であ
り、0.002インチ（約0.0508mm）の針金の直径の
パツドに対しては30フイート／秒（約9.15ｍ／
秒）の流れ速度が併合を排除するために必要とさ
れる。0.006インチ（約0.152mm）の針金直径のパ
ツドは２乃至13ミクロンの範囲で併合を決して示
さない。

概して、併合を排除するために0.001インチ
（約0.0254mm）の繊維直径のパツドにより要求さ
れる60フイート／秒（約18.3ｍ／秒）の流れ速度
は、海上使用のガスタービン入口分離装置に対し
て容認し得ない高い圧力降下を生ぜしめる。衝突
瀘過パツドのためのこの針金の大きさは衝突瀘過
パツド２６に対する繊維直径の下限を表わす。他
方、0.006インチ（約0.152mm）の針金直径のパツ
ドは、２乃至13ミクロンの範囲内では併合を示さ
ないが、小さい小滴に対して不十分な捕捉効率と
高い圧力降下を有している。そのために、この針
金の大きさは、水蒸気分離装置に対して針金また
は繊維直径の上限を表わしている。衝突瀘過パツ
ド２６が0.002インチ（約0.0508mm）の直径の針
金から構成されている好適実施例に関して、併合
を排除するために30フイート／秒（約9.15ｍ／
秒）のオーダーの流れ速度が必要とされるだけで
あるから、これは最適な選択を与える。この比較
的小さい針金の大きさのために、小さい小滴に対
する捕捉効率は比較的高く、瀘過パツドを通過す
る際の圧力降下は比較的小さい。

このようにして、与えられた繊維の大きさに対
して、併合が発生しない最小流れ速度が在るとい
うことが認められよう。併合のないことが衝突瀘
過パツド２６の下流における第三のまたは追加の
段階の排除を可能ならしめるから、この事実は最
も重要である。さらに、従来技術の何れかによる
この事実のないことが、ガスタービン用水蒸気分
離装置１０のための慣性装置１４と組合わせて本
発明の原理による衝突瀘過パツドを使用するため
のこのような従来技術における如何なる提案も無
効にしてしまう。この点について、一度特定の針
金の大きさがすべての大きさの粒子を除去するた
めに高い効率のパツドを備えるように所望の範囲
内にあるよう選定されると、パツド２６の大きさ
または断面積が、併合の発生しないように特定の
選定された繊維の大きさに対して予め決定された
限界以上の流れ速度を備えるように、勿論タービ
ン作動のために必要とされる塊流速度を考慮して
選定されるだけでよい。

前述されているようにこの点については、すべ
ての範囲の粒子のためにこのような容認し得る効
率に対する針金の大きさは好ましくは0.001イン
チ（約0.025mm）と0.006インチ（約0.152mm）との
間であつて、最も好ましくは0.002インチ（約
0.051mm）である。パツド２６は20フイート／秒
（約6.1ｍ／秒）以上の流れ速度を備えるように構
成され、選定された繊維の直径によつて作動中併
合のないことを保証する。例えば、0.002インチ
（約0.0508mm）の直径の針金または繊維３０が衝
突瀘過パツドのために使用されるならば、流れ速
度は30フイート／秒（約9.15ｍ／秒）以上である
べきである。海上使用のためのガスタービンに関
して、このような流れ速度は水蒸気分離装置１０
を通過する比較的低い圧力降下を備えることを容
認し得る。従つて、このような装置に対して、そ
の下流に追加の分離装置を必要とせずにそれを通
る空気の流れから粒子特にそれから水蒸気粒子を
効果的に除去するために二段式水蒸気分離装置１
０が使用され得る。

注目すべきことに、各々個別の針金３０の直径
が0.001インチ（約0.0254mm）の近くなるほど、
従来技術の第三段が排除されるべきであるならば
針金が前記の如く望ましくないより強い併合する
傾向を有するので、併合を排除するために必要な
速度が高くなる。他方、ほゞ0.006インチ（約
0.152mm）まで針金直径を増大せしめることは、
空気から粒子を除去するパツド２６の効率を減少
せしめる傾向があり、さらに流れ抵抗及びパツド
を通過するときの圧力降下を増大せしめるのに役
立つ。従つてこれら競合する考察によつて、繊維
３０の直径は0.002インチ（約0.0508mm）のオー
ダーにあることが好ましいとわかつた。これは、
併合を排除しまたは最小にするために流れ速度を
容認し得る範囲になし容認し得る圧力降下を備え
ることになる。

従つて、本発明による二段式分離装置１０は従
来技術を越えて非常に有利な結果となることが理
解される。空気中に含まれる粒子を除去するため
の効率は（増大されないならば）維持され、必要
である段階の数が減少せしめられる。これは今度
は、装置１０の重さ、コスト、大きさの実質的な
節減となる。さらに、空気ダクトを通る空気の流
れ速度は水蒸気分離装置１０を通過するときの圧
力降下を増大させることなく増大され得、かくし
て組立体全体の大きさのさらなる減少及び併合の
変化の減少を可能にする。

本発明は船舶用ガスタービンのための空気中に
含まれる水蒸気粒子を除去することに関連して主
に述べられているが、本発明の瀘過パツド２６が
他の種類の粒子を除去するためにも使用され得る
ことは当業者により勿論理解され得る。例えば、
パツド２６は空気中に含まれ得る塩または砂の結
晶を除去するためにも効果的である。

従つて、ここでは空気中に含まれる粒子を除去
するための特に空気中に含まれる水蒸気粒子を除
去するための改良方法が開示されている。この改
良方法によれば、空気は最初20フイート／秒（約
6.1ｍ／秒）以上の流れ速度で慣性分離装置１４
を通過せしめられる。この流れ速度は、このよう
な比較的高い流れ速度が空気から粒子を分離する
ための慣性分離装置１４のより高い効率を備える
ように選定されている。慣性分離装置１４からの
部分的に処理された空気はその後予め決定された
流れ速度より大きい流れ速度で該部分的に処理さ
れた空気中に含まれる粒子を除去するための衝突
瀘過パツド２６に送られる。衝突瀘過パツド２６
は多数の繊維３０の少なくとも一つの層を含んで
おり、各繊維３０は0.001インチ（約0.0254mm）
以上0.006インチ（約0.152mm）以下の直径を有
し、パツド２６の繊維の全表面積のパツド２６の
体積に対する比は45／フイート（約147.5／ｍ）
以上1400／フイート（約4590／ｍ）以下である。
予め決定された流れ速度は20フイート／秒（約
6.1ｍ／秒）以上であり且つ、衝突分離パツド２
６により捕捉された水蒸気粒子の併合がないよう
に衝突瀘過パツド２６内の繊維３０の直径に応じ
て選定されている。このように、再混入された粒
子を再び捕捉するために衝突瀘過パツド２６の下
流に他の瀘過段階または装置が必要とされない。
これは、そうでなければ捕捉された粒子が衝突瀘
過パツド２６を通過する空気の流れにより再混入
されるより大きい可能性を有するより大きい大き
さになされ得る併合がないという事実の結果であ
る。

本発明の好適実施例が図示され説明されている
が、これは例示にすぎず且つ特許請求の範囲に示
されている本発明の範囲からはずれることなく変
形がなされ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は船舶のガスタービンへの空気取入口の
ための水蒸気分離装置として本発明により使用さ
れる分離装置の一部破断斜視図、第２図は第１図
に示された水蒸気分離装置の第１図２−２線に沿
う部分断面図、第３ａ図は本発明の衝突瀘過パツ
ドの一つの層の一部を示す平面図、第３ｂ図は第
３ａ図の３ｂ−３ｂ線に沿う側面図、第４図はパ
ツドを通過する速度とパツドを構成する繊維の直
径の関数として衝突瀘過パツドに対する水蒸気粒
子の併合を示すグラフである。 １０…水蒸気分離装置、１２…空気取入ダク
ト、１４…第一段の慣性分離装置、１６…羽根、
１７…支持フレーム、１８…頂部、２０…頂点、
２２…止め、２４…第二段、２６…衝突瀘過パツ
ド、２８…層、３０…繊維、３２…フレーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気からより大きい粒子の少なくとも一部を
   慣性を利用して除去して部分的に処理された空気
   を提供するために空気を20フイート／秒（約6.1
   ｍ／秒）以上の速度で慣性分離装置の中を通過せ
   しめる段階と、 該部分的に処理された空気中に含まれる粒子を
   除去するために予め決められた速度より大きい速
   度で空気を衝突瀘過パツドの中を通過せしめる段
   階とを含んでおり、 該衝突瀘過パッドが、0.001インチ（約0.0254
   mm）以上0.006インチ（約0.152mm）以下の直径を
   有する多数の繊維の少なくとも一つの層を含んで
   いて、該パツド内の繊維の全表面積の該パツドの
   体積に対する比が45／フイート（約147.5／ｍ）
   以上1400／フイート（約4590／ｍ）以下であつ
   て、前記予め決められた速度が20フイート／秒
   （約6.1ｍ／秒）以上であり且つ、該衝突瀘過パツ
   ドにより捕捉された水蒸気粒子の併合がないよう
   に、該衝突瀘過パツドの繊維の直径に応じて選定
   されていることを特徴とする、水蒸気粒子を含む
   空気中に含まれた粒子を除去するための瀘過方
   法。 ２ 衝突瀘過パツドが多数の繊維の複数の層を含
   んでいることを特徴とする、特許請求の範囲１に
   記載の方法。 ３ 繊維の各々が0.002インチ（約0.0508mm）の
   直径を有していることを特徴とする、特許請求の
   範囲２に記載の方法。 ４ 予め決められた速度がほゞ30フイート／秒
   （約9.15ｍ／秒）であることを特徴とする、特許
   請求の範囲３に記載の方法。 ５ パツド内の繊維の全表面積のパツドの体積に
   対する比が75／フイート（約245.9／ｍ）以上
   200／フイート（約655.7／ｍ）であることを特徴
   とする、特許請求の範囲２または３に記載の方
   法。 ６ 繊維の各々が金属製針金から成ることを特徴
   とする、特許請求の範囲５に記載の方法。 ７ 層の各々の針金が縮らされていることを特徴
   とする、特許請求の範囲６に記載の方法。