(57)【要約】【課題】    湿り度が大きく、高速で流れる蒸気中で微細な水滴が生成され、やがてこの微細な水滴は大きな水滴となって後方の動翼に激突し、エロージョンの原因になる。微細な水滴は一旦水膜を形成し、その後大きな水滴になる。【解決手段】  多孔質材は内部に無数の微小な空孔を持ち、この無数の空孔の持つ表面積が非常に大きい。その為、様々な特性を持つが中でも毛細管現象による大きな吸水性能を持っている。同時に、その広い表面積で熱交換性能が非常に良い。つまり、水や空気と接する表面積は非常に大きいため、高熱伝導性多孔質材は高効率な吸水器であり、同時に高性能の熱交換器である。因って静翼や静翼外輪周面に多孔質材を設けたり、親水性を付与する。また蒸気タービンの静翼中にパイプを通したり、中空にして、高熱伝導性多孔質材を加熱すれば、該多孔質材に取り込まれた水は吸水蒸発を繰り返し、水滴の発生原因である翼表面の水膜の生成は無くなる。よって確実に大きな水滴の発生を無くすことが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンの静翼表面や静翼外輪内周面の一部、または全面に熱伝導性多孔質材を用いたり親水性を付与することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１の蒸気タービンであって、該熱伝導性多孔質材や、親水性を付与された箇所を加熱する手段を有する蒸気タービン。
【請求項３】
請求項２の蒸気タービンであって、静翼や静翼外輪の内部に管路や中空を設け、該管路や中空に熱媒体を流通し該熱伝導性多孔質材や、親水性を付与された箇所を加熱し、該熱媒体は高温気体、高温液体であるかを問わない蒸気タービン。
【請求項４】
請求項２の蒸気タービンであって、加熱手段が電気的熱源である蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】    この発明は、蒸気タービンに係わり、湿り蒸気によって生成される水滴によるタービン効率の低下と、水滴の動翼への衝突に基因する動翼のエロージョン等の発生を抑制する水滴除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】    蒸気タービンは高温高圧の蒸気（気体）をタービン入口に供給し、タービン出口から復水行程で低温低圧の復水（液体）として取り出し、タービン入口と出口間で大きな圧力差、膨張と収縮を生じさせ、タービン内に高速の蒸気流を作り、タービン動翼を回転させ動力を得る装置である。その為に蒸気タービンの低圧段落近傍では、多くの場合湿り蒸気になり、翼面に付着した微細な水滴は大きな水滴になり後段落へ吹き飛ばされ、下流の動翼に衝突しエロージョンの原因になったり、タービン翼の回転運動の妨げや、蒸気流速の減衰の原因になる。更に地熱タービン、原子力タービン、焼却炉等の排熱利用のフラッシュ蒸気タービン等、大部分のタービン段落においては、作動流体の蒸気が多数の水滴を含む湿り蒸気であり、同様の問題を抱えている。
【先行技術文献】
【０００３】
【特許文献１】    特開平１１−２２４１０号広報
【特許文献２】    特開平８−２１０１０４号広報
【特許文献３】    特許３６８４８１２号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】    湿り度が大きく、高速で流れる蒸気中で微細な水滴が生成され、やがてこの微細な水滴は低圧段落近傍の静翼の前縁に当たり、該静翼の凹状の腹面で水膜を形成する。この水膜は高速の蒸気流に押し流され該静翼の後縁から下流へ切り離される。この水膜が切り離される時に大きな水滴となり後方へ飛び散り、下流の高速で回転する動翼に激突する。また遠心方向へ飛ばされた水滴は静翼の付け根である静翼外輪の内周面に水膜を形成し、下流へ押し流される際に飛び散り、大きな水滴となって後方の動翼に激突する。この様に微細な水滴は一旦水膜を形成し、その後大きな水滴になる。【０００５】    特許文献１では静翼に中空を設け、該静翼の背面および腹面に吸込口を形成し、該静翼の前縁から後縁へ流れる水膜を該中空内に吸引したり、また静翼外輪の内周面にも水膜を吸引する吸込口を設けて、タービン内から直接バイパスを通り、復水器へと水（ドレン）を吸引排出している。しかし、これは水を吸引排出する際に、同時に蒸気も排出し、蒸気損失の問題が新たに発生する。【０００６】    特許文献２は中空の静翼から水膜を吸込排出する手法ではなく、該静翼の中空に高温流体、例えばガスタービンから排出される高温排ガスを、該中空内に流通させ、該静翼を過熱し、該静翼に付着する湿分を蒸発させる、加熱手法を採っている。これは特許文献１のような蒸気損失の問題は起きない。しかし、タービン内の湿り度の大きな、高速の蒸気流の中で、一瞬で水滴や水膜を蒸発させることは容易ではない。【０００７】    本考案は以上の問題を鑑み、蒸気損失を伴う事無く、大きな水滴の根源である水膜の生成を防ぐことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】    多孔質材は内部に無数の微小な空孔を持ち、この無数の空孔の持つ表面積が非常に大きい。その為、様々な特性を持つが中でも毛細管現象による大きな吸水性能を持っている。同時に、その広い表面積で熱交換性能が非常に良い。つまり、水や空気と接する表面積は非常に大きいため、高熱伝導性多孔質材は高効率な吸水器であり、同時に高性能の熱交換器である。因って、焼結金属やセラミックス等の高熱伝導性多孔質材を静翼の表面等の水滴や水膜が生成されやすい箇所に施せば、多孔質材の持つ毛細管現象で、例えば静翼の表面に飛来する微細な水滴は瞬時に吸収される。水滴はその表面積が最も小さい状態であるが、一旦多孔質材に取り込まれれば、該水滴と該多孔質材との接する表面積は拡大する。【０００９】    該静翼中にパイプを通したり、中空にして、例えば高温水や、高温気体を通し、高熱伝導性多孔質材を加熱すれば、該多孔質材に取り込まれた水は吸水蒸発を繰り返し、飽和吸水状態を生じることはない（特許文献３）。水滴はそのままでは表面積が非常に小さく、蒸発され難いが、多孔質材内に吸収された水滴の、熱伝導材と接する表面積は非常に大きくなり、加熱されることで速やかに蒸発し、水滴の発生原因である翼表面の水膜の生成は無くなる。よって確実に大きな水滴の発生を無くすことが出来る。微細な水滴は微細なときに蒸発させる手段である。
【発明の効果】
【００１０】    蒸気タービン翼、特に静翼の表面の吸水性を高めたり、吸水性を備えた素材を該翼等に取り付けることにより、高速の蒸気流の中で発生する水滴を確実に取り込み、瞬時に蒸発させることができ、静翼表面等に発生する水膜の生成を抑え、タービン効率の悪化や、エロージョンの原因である大きな水滴の発生を無くすことが出来る。【００１１】    その為、低圧タービンの最終段落でのタービン効率が良くなる。更にエロージョンの発生を抑制でき、維持管理が容易になり、その経費が安くなる。【００１２】    タービン内の湿り蒸気が多いのは火力発電の大型蒸気タービンの最終段近傍だけではない。原子力発電や、地熱発電、産業廃棄物や生活廃棄物の燃焼排熱を利用する廃棄物発電等で用いる蒸気タービンの多くは、殆どが湿り蒸気である飽和蒸気を利用している。そして飽和蒸気を使う蒸気タービンで水滴の問題が解決されれば、今まで廃棄されていた熱エネルギーを、より一層有用な電気エネルギーに再生できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】    熱伝導性多孔質材を一部表面に施した静翼の概念図（複数の静翼列の中の一枚だけを図示してある。）
【発明を実施するための形態】
【００１４】    本発明の一例を示す（図１）。湿り度の大きな蒸気内にある蒸気タービン翼で、特に静翼１の前縁４と凹状の腹面５に吸水性と熱伝導性の高い多孔質材３を取り付ける。白抜きの矢印は微細な水滴が飛ぶ方向を示してある。次に該静翼１に中空部２を設け、該中空部２に、例えば排熱を利用し蒸気を生成した後の、大気へ放出する高温ガスを利用して得た熱水や高温空気を、図示していない通路を通して導き、該静翼１、特に該熱伝導性多孔質材３を加熱する。
【００１５】    飛来してくる微細な水滴は先ず静翼１の前縁４近傍に当たり、一瞬に多孔質材の無数の空孔内に、毛細管現象により吸引され、取り込まれる。表面積を小さくしていた水滴は、多孔質材３の中で、該多孔質材との接する面積を一瞬で増大し、加熱され、蒸発する。尚、該熱伝導性多孔質材の必要な厚みや面積等は、飛来する水滴の量や、加熱する温度等を鑑み、調整されるので、飽和吸水状態に成ることはない。
【００１６】    同じように静翼等の表面に、高熱伝導性多孔質材の代わりに、親水性素材を用いたり、親水性を付与することができる。親水性素材は撥水性素材と逆の性質で、素材と水の間の界面張力が小さいため、高い吸水性を有する。因って、静翼へ向かって飛来する微細な水滴は、親水性素材に衝突すると吸収され、薄く広い表面積に成り、加熱されやすくなり、蒸発する。
【００１７】    尚、添付図では静翼の場合だけを示してあるが、静翼外輪内周面の表面での処理および効果も、静翼の場合と同じである。
【００１８】    本考案は蒸気タービンの静翼や静翼外輪内周面等を加熱し、付着する水滴や水分を蒸発させる方法を採っているが、同じような加熱手法を採ってある他の考案と異なる特徴は、水滴を取り込み、水と加熱体との接する面積を大きくし、加熱時間を得ていることにある。因って、水を確実に蒸発させることができ、水滴を除去できる。
【記号の説明】
【００１９】    １      静翼
２      中空部
３      高熱伝導性多孔質材
４      静翼の前縁
５      静翼の腹面
【図１】
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