(57)【要約】【課題】ディフューザ状の流路片をコラムなどの目的装置の周辺に沿って配置することにより、流体をコラムに接線方向に流入させて流体供給を良好なものとする。【解決する手段】目的装置（２）に流体（３）を接線方向に供給する流入装置（１）において、流体は目的装置の周辺（２０）に沿ってホーン形状の流路片（１０）を流れた後に渦流（３０）に入る。渦流は、目的装置の軸心（２１０）に隣接する軸の周りを回転する。軸心は、流れる流体の主たる方向（２００）と一致する。流れが発生する流路片の吐出ゾーン（１３）は、周辺に沿って延在し、主たる方向（２００）に対して傾向する流体の中間流れ方向を予め設定し、流路片の中間ゾーン（２００）あるいは入口ゾーン（１１）と中間ゾーンおよび吐出ゾーンは、共にディフューザ形式の構成とされる。目的装置の内部に横たわり周辺に隣接するディフューザの形式に構成された各ゾーンの周縁領域は、周辺の半分以下、好ましくは、周辺の１／３以下にわたり延在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目的装置（２）に接線方向に供給される流体（３）のための流入装置（１）にして、該流体は、該目的装置の周辺（２０）でホーン形状の流路片（１０）を通って流れた後に渦流（３０）になり、該渦流は、目的装置の軸心（２１０）に隣接する軸の周りに回転し、該軸心は、流れる流体の主たる方向（２００）と一致し、特に該目的装置がコラムである流入装置において、流れが発生する前記流路片の吐出ゾーン（１３）が前記周辺に沿って延在し、前記主たる方向（２００）に対して傾向した前記流体の各中間流れ方向（３１，３２，３３）を予め設定し、該流路片の中間ゾーン（１２）あるいは入口ゾーン（１１）および中間ゾーン、ならびに前記吐出ゾーンが共同してディフューザの形態をなし、前記目的装置の内部に位置し且つ前記周辺に接するディフューザの形態をなす各ゾーンの周縁領域は、該周辺のその半分以下、好ましくは、１／３以下にわたり延在することを特徴とする流入装置。
【請求項２】
前記渦流（３０）に作用するための少なくとも１つの偏向部材（４）が前記吐出ゾーン（１３）以降の下流の前記軸心（２１０）と前記周辺（２０）との間に設けられ、該偏向部材は、特にはフットエンド（４１）とヘッドエンド（４２）との間に帯片を形成し、該帯片長手方向は、該軸心と平行に、あるいは、該軸心に関して且つ前記渦流に対して角度３０度に達するまで傾向して延在し、前記フットエンドは前記ヘッドエンド以降の下流に連なることを特徴とする請求項１に記載の流入装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの偏向部材（４）には孔及び／又は長手方向のスリットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流入装置。
【請求項４】
前記孔及び／又は長手方向のスリットは前記偏向部材の領域の約５〜６０％、好ましくは約５〜４０％の部分を構成するように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の流入装置。
【請求項５】
前記吐出ゾーン（１３）の吐出面（１４）と偏向部材（４）とにより３０度から１５０度の範囲の角度βが前記軸心（２１０）の周りに設定されていることを特徴とする請求項２から４までのうちのいずれか一項に記載の流入装置。
【請求項６】
前記流路片（１０）は、ディフューザ形式に構成されたゾーンで複数のディフューザ状の流路部分に分割されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の流入装置。
【請求項７】
流れが通過する横断面が、ディフューザ形式に構成されたゾーンの範囲で２０％から２００％好ましくは５０％から１５０％の範囲で拡張することを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の流入装置。
【請求項８】
ディフューザ形式に構成されたゾーンの境界は、前記周辺（２０）で構成される壁と、３つの壁片、すなわち、前記軸心（２１０）を縦断する第１の壁片（１００）、これと同じに整合配列された第２壁片（１０４）ならびにこれに対して傾向する第３の壁片（１０３）とを含み、これら３つの壁片は、特に軸心と垂直方向に整合して配列された上方水平壁片と垂直あるいは下方の傾向壁片であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の流入装置。
【請求項９】
前記軸心（２１０）と前記周辺（２０）との間の径方向空間に対する前記吐出ゾーン（１３）の径方向幅は、その吐出面（１４）で２５％から８０％、好ましくは、４０％から６０％であることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の流入装置。
【請求項１０】
目的装置（２）、特にコラムが、該装置に接線方向に供給される流体（３）用として、請求項１から９のいずれか１項に記載の流入装置（１）を少なくとも一つ有することを特徴とする目的装置。
【請求項１１】
二つあるいはそれ以上、好ましくは３つまでの流入装置が、コラム部分に、一平面上であるいはオフセットした平面上で同一方向あるいは対向する方向に向けて配置されていることを特徴とする請求項１０記載のコラムあるいは目的装置。
【請求項１２】
請求項１から９のいずれか１項に記載の流体（３）を供給分配するための水平流路片（１０）を有する流入装置（１）の使用方法において、該流体（３）は、多相あるいは単一相であり、特に、例えば液滴などの濃密相を添加された気体流、ただ一つの物質あるいは単一相の物質の混合体からなる気体流であり、高密度の分散相は、二相流体の場合、ホーン形状の流路片でその慣性を利用して少なくとも一部が分離可能であることを特徴とする流入装置（１）の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の序文で言及する目的装置へ接線方向に供給される流体のための流入装置に関し、特に目的装置はコラムである。さらに本発明は、本発明による入口装置を有する目的装置にも関し、さらにまた流入装置の用途にも関する。
【背景技術】
【０００２】
流体流入装置は、ＥＰ−Ａ−１５８８７４９（Ｐ．７４４６）に開示されているものが知られている。特に液体／蒸気の混合物の流入分配装置は、２相液体を目的装置、特にコラムへ供給して流体に沿って液体を（液滴の形で）搬送し、同時に分離することを可能とするものである。
【０００３】
ホーン形状の流路は、水平方向に整合され、目的装置の周辺に接するように配置された二つの壁の間の複数の曲線状ガイド薄板を含むものである。接線方向に流れる流体は、ガイド薄板により分岐され、複数の分流となり、次いでガイド薄板により偏向されて流体の高密度相のものが遠心力のもとで少なくとも一部分を分離させることができる。このような流入装置により蒸気が目的装置の横断面にわたって分配され、他方液体は、ガイド薄板および目的装置の壁で分離される。このような既知のホーン形状の流入装置は、当然ながら単相流体（液体あるいは気体）の供給にも使用可能である。
【０００４】
これら分流は、一緒になって渦を形成し、これにより比較的一様な流れが形成され、流体流入装置の上方に設けた、例えば、充填層内で流体が分配される。充填層の代わりに別の手段を目的装置すなわちコラムに設けることができる。たとえば、トレイなどの曲線状のガイド薄板に沿って運ばれ、これらガイド薄板には付着しなかった液滴を分離する装置を設けるようにすることもできる。
【０００５】
流体流入装置は、主として目的装置の全周に延在するシートメタル構造であり、これにより流体が目的装置の中間領域に比較的高速の分流（ｐａｒｔ  ｆｌｏｗｓ）速度で流入する。よって発生渦の中心と周辺とでは静圧に比較的大きな差が生ずる。さらに、流れが弱いデッドスペース領域がかなり広く延在するために流入装置の横断面が有効に利用されないこととなる。
【０００６】
また、ＥＰ−Ａ−０４４０４１２に開示の流入装置は、流体流を目的装置の周辺に沿って環状流路に導いて下方分流としてその内方から分配でき、渦を発生させる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さらに、米国特許４３３６２２８に開示の流入装置は、環状通路に代えて、内側のコラム壁に接続する螺旋状の羽根を備えている。このガイド羽根によってコラムの内表面に付着した液体がガス流によって運び去られることを防止する。流体はコラム内の開口を介して流入する。該コラムは各ガイド羽根と任意であるがコラムと平行に配置されるシートメタル片から成る。これにより、流体流れは、横断面を激しく変化させながら流入管からコラムに到達する。目的装置の内壁に配置された流入装置においては、流体が１００ｍ／ｓに達する高速で流入し、その結果、液滴を分離するという点で好都合となるが、接線方向の流入装置を介する流体の案内を原因とする強い渦巻き流が生じる。渦巻きの中央部分の静的圧力は周辺部分よりも小さいので、この渦巻き流は二次流れを発生する。二次流れの方向は中央部分から周辺へ向かうので、上記の圧力差は吸引力として作用する。二次流れを均一にするため、流体流れは、流入領域の上方部分或いは下方部分から渦巻きの中央領域へ流れ、速度が速ければ速いほど渦巻きの回転速度が高くなる。その結果、目的装置の横断面の全体に亘って垂直流の速度分布が不均一になる一方において、中央領域では非常に低速の垂直流となるが、それにもかかわらず周辺領域内の垂直流れ方向に対して反対方向に流れることができる。横断面内での平均速度からの最大速度の偏差は、渦巻き流の回転速度が高くなればなるほど著しくなる。流入部分の下流に配置された物質移動或いは分離のための目的装置、例えばパッケージング装置内へ流体が流入するためには、このような不均一な速度分布は、上記目的装置内における極端な不均衡分布をもたらすと共に目的装置の効率及び容量を低くするため、不利である。遅延は、米国特許第４３３６２２８による公知の流入装置により流入速度を、減少させることが全くできない、或いは少しだけできることを意味する。流入開口の下流では液滴が壁に付着して重力により下流へ流れる液体フィルムを形成する。しかし、このフィルムはガス流によって上方へと流れ、もしガス流が速すぎれば目的装置の壁に配置された螺旋状に形成された案内羽根によって邪魔される。
【０００８】
内壁のガスが高速になりすぎるのを防ぐ他の方法も含まれている。したがって、垂直方向の速度をできる限り均一に分布することが目的となり、この目的は回転運動を減少させることにより達成される。米国特許出願公開公報２００３  １８８  ８５１  Ａ１は、この目的のための案内羽根を開示している。米国特許出願公開公報２００３  １８８  ８５１の流入装置も同様に構成されているが、「溝」を有し、この溝は完全にその下方に開口している。この流入装置の場合、流入開口の下方に位置するガス層は流入流体に乗って該流入流体と共に移動する。米国特許出願公開公報２００３  １８８  ８５１の流入装置において、案内羽根は摩擦による遅延を生じる。したがって圧力はほんの少しだけ回復するだけで、実質的にエネルギが消費されるだけである。この構造は、目的装置内の圧力の仕様を定め、調整する必要があるので不利である。この圧力損を少なくするため、流入するガス流がより高い圧力となり、その結果、ガス流が発生する目的装置もまた高圧で運転する必要がある。これにより生じる制約に関する追加の必要性お呼びコストに関する不利益に加えて、案内羽根を設けることは液滴の分離の観点からも最適ではない。堆積した液滴は案内羽根に沿ってほぼ水平方向（流路片の端部に向かって液体フィルに沿って）に運搬される。案内羽根がガス流の中央に配置されているので液体フィルムは流路片の端部に位置する案内羽根の縁部に再び捕捉され目的装置の空間内に新たに分配或いは噴出される。
【０００９】
本発明の目的は、既知のホーン形状の流体、特にガス流の流入装置に対して改良した流体供給を可能とする、目的装置に接線方向に供給される流体のための流体流入装置を提供することであり、これにより液滴が流入装置の下流に形成される回転流からほぼ完全に分離され且つ堆積されると同時に、流入装置の下流における流体流入装置の横断面においてほぼ一様な水力速度が得られ、さらに、速度が発生渦内で大幅に低減され、横断面の有効利用が改善される。以上の目的は、請求項１に記載の流入装置により達成可能である。
【００１０】
目的装置に接線方向に供給される流体のための流入装置により、流体は、目的装置の周辺でホーン形状の流路片を通って流れた後に渦流になる。渦流は、目的装置の軸心に隣接する軸の周りに回転する。軸心は流れる流体の主たる方向と一致している。流れが生ずる流路片の吐出ゾーンは、上述の周辺に沿って延在し且つ、主たる方向に対して傾いている流体の各中間流れ方向を予め設定する。流路片の中間ゾーン、あるいは入口ゾーンおよび中間ゾーン、ならびに吐出ゾーンは、合わせてディフューザを構成するようにされる。目的装置の内部に位置し、かつ周辺に隣接するディフューザの形式に構成された前記ゾーンの周縁領域は、周辺の半分以下、好ましくは、周辺の１／３以下にわたって延在している。流路片がディフューザとして構成されているので、流体の流入速度は減少する。ディフューザが渦流を発生しないように構成されているので、流体が装置の内壁に沿ったディフューザの湾曲部の曲率に従う前記の回転流内に流入する際に摩擦損失がかなり防止されるように流路片内の流体速度の減少は圧力エネルギの実施的な完全回復を伴う。この回転運動は流体流れ内に存在する液滴を堆積するためには不利である。特に小さな液滴を分離及び堆積するためには高速の回転速度は不利である。
【００１１】
このディフューザがないか或いは溝が開放溝として形成された場合、減少は非常に僅かしか期待できず、その結果、流入装置の下流の装置内で強力な渦巻き流が形成され、これは従来技術に関連して説明した問題点に帰結する。回転運動により引き起こされる、装置内の渦巻き流は、流入装置の上に設けられた装置の一部分に入る際に水力速度をほぼ均一に分布させることができるようなディフューザを用いることにより減少する。したがって、前記装置の一部分とは下流にある、例えばパッキンである。
【００１２】
堆積は、渦巻き流が壁にほぞそって流れる限り、主に流路片の内部且つ該流路片の間近に隣接する。液体フィルムの流路片の出口で流体速度が減少するので、装置の内壁に存在する液体フィルムは回転運動により再び捕捉されることなく流れることができる。
【００１３】
ディフューザとして形成された流路片の下流には、渦巻き流を再び装置の中央部の方向に方向付けるための偏向部材が設けられている。その後、渦巻き流はこれらの偏向部材によって流れの一部が上方の装置の中央部分へ流れることができる。
【００１４】
偏向部材によって装置内で発生した渦巻き流は、早すぎてはならず、回転流が強い場合には抑制されることにより遅延する。もし、抑制されなければ、上方への垂直速度が均一になる。この偏向部材は、回転速度を減少させて装置の内部でほぼ均一な垂直速度が得られるように構成される。
【００１５】
従属請求項２から９は、本発明の流体流入装置の好ましき実施例に関するものである。本発明の流入装置を有する目的装置は、請求項１０及び１１で言及している。また流入装置の使用方法については、請求項１２で言及している。
【００１６】
本発明を実施例の形で添付図を参照しつつ詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１および図２を参照するに、本発明の流入装置１により流体３が目的装置２すなわち具体的にはコラムに接線方向に流入する。図２は、目的装置２の内部空間の一部を概略的に図示している。この内部空間は、周辺２０、下方横断面２１ａならびに上方横断面２１ｂで画成されている。軸心２１０は、図１のベース２１に相当する下方横断面２１ａの中心点２１から上方横断面２１ｂの中心点を結ぶ線である。
【００１８】
流体３は、まず接続管２２を通って流れ、次いで目的装置２の周辺２０の場所においてホーン形状の流路片１０を通過して流れる。接続管２２の横断面円形から矩形へと変化する。流体３は、吐出ゾーン１３および吐出面１４を通って流路片１０から離れて矢印３０’で示す渦流３０になる。この渦流３０は、目的装置２の軸心２１０に隣接して傾向するか、あるいはこれと平行に延在する回転軸を有する。軸心２１０は、流れる流体の主たる方向２００と一致している。吐出ゾーン１３は、吐出面１４で流体３の中間流れ方向３２を予め設定する。この吐出面１４は周辺２０に対する接平面に沿って延在する、すなわちこの接平面に平行である。中間流れ方向３２は、主たる方向２００に対して傾向しており、軸心２１０に垂直な平面と最大で３０度の角度をなしている。ベース２１は、目的装置２の内部空間の底部をシール可能となっている。充填層（ｐａｃｋｉｎｇ  ｂｅｄ）の上縁、その下側に配置されたトレイあるいは分配器も、この位置に配置できる。
【００１９】
流路片１０の入口ゾーン１１、中間ゾーン１２ならびに吐出ゾーン１３は、共同してディフューザの形式に構成されている。入口ゾーン１１は、横断面を一定として良く、この場合ディフューザの作用をしない。ディフューザ形式に構成され、目的装置２内に配置されかつ周辺２０に隣接するこれらゾーンの周縁領域は、周辺２０の好ましくは１／３以下の部分にわたり延在して渦流３０を発生させるに十分な空間を得るようになされている。中間ゾーン１２および吐出ゾーン１３に延在する上述の周縁領域は、さらに大きくすることもできるが、周辺２０の半分以上とすることはできない。
【００２０】
流路片１０は、ディフューザ形式にされた上述のゾーン範囲で複数のディフューザ状の流路部分すなわち３つの流路部分に分けられる。流路部分の数は、たとえば、２つ、４つあるいは５つとしても良い。部分流は、これらの流路部分において矢印３１，３２，３３で示されている（図２参照）。これらの矢印はそれぞれの部分流の平均流れ方向（３１，３２，３３）を表している。ディフューザの形式に構成される上述のゾーンの境界は、周辺２０により形成される壁および３つの壁片、すなわち軸心２１０を縦断する（直角あるいはほぼ直角に）第１壁片１００、同じ方向に軸心２１０と配列された第２壁片１０４ならびに軸心２１０に対して傾向する第３壁片１０３を含んでいる。軸心２１０が垂直に整合配列していることにより、これらの３つの壁片１００、１０４、１０３は、水平あるいはほぼ水平の上方壁片、垂直壁片ならびに傾向した下方壁片となる。３つのディフューザ状の流路部分は、二つの壁片１０１、１０２により仕切られている。
【００２１】
壁片１００，１０１，１０２，１０３は、水平軸に対してそれぞれα０，α１，α２，α３の角度を有し、ここで、α０＜α１＜α２＜ α３である。たとえば、角度α０は、ゼロ度であり（すなわち壁片１００は水平である）、その他の角度は、それぞれ５度づつ異なる。この差は、幾分これより大きくても小さくてもよい。ディフューザの形式で構成されるゾーンの流路片１０の領域において、流れが生ずる横断面は、２０％から２００％、好ましくは５０％から１５０％の範囲で拡張する。軸心２１０と周辺２０との間の径方向の空間に関して、吐出面１４の径方向幅は、２５％から８０％好ましくは４０％から６０％となる。ディフューザ効果が部分的に解放された流れの変動に伴なう不安定による悪影響を受けないように、横断面を比較的緩慢に拡張させることができる。ディフューザの安定流れに関する規準は、例えばＷａｌｔｅｒ  Ｔｒａｕｐｅｌ著の“Ｔｈｅｒｍｉｓｃｈｅ  Ｔｕｒｂｏｍａｃｈｉｎｅｎ”（熱式ターボ機械）、Ｖｏｌ．１、Ｐ１３９−１４１、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  １９７７  第３版を参照されたい。
【００２２】
図３は、目的装置の外側から見た本発明の流入装置１の３つの流路に分割した状態を示す図である。これに関して、一点鎖線２０’は、周辺２０と上方壁片１００が配置された水平面との間の交差線である。図４も同様なものであり、この図では流入装置１の吐出面１４のみが図示されている。図４は、渦流３０へ良好に作用する偏向部材４を特に図示している。
【００２３】
流れに作用する偏向部材４は吐出ゾーン１３以降の下流側で、軸心２１０と周辺２０との間に設けられている。この偏向部材４は、フットエンド（ｆｏｏｔ  ｅｎｄ）４１とヘッドエンド（ｈｅａｄ  ｅｎｄ）４２との間に帯片（ストリップ）を形成し、この帯片の長手方向は軸心と平行であるか、あるいは、これに対して約３０度までの角度で傾向している。これによりフットエンド（ｆｏｏｔ  ｅｎｄ）４１は、ヘッドエンド（ｈｅａｄ  ｅｎｄ）４２以降の下流に位置する。偏向部材４は、目的装置の壁（周辺２０）に有利に固定され、あるいは近接させて配置されている。固定手段は帯片の長手方向延長部に対応する偏向部材４の縁部に沿って設けられている。好ましくは偏向部材４は１個だけ用いられるが、２個以上を、周辺２０から同一或いは異なる距離だけ離れた位置に固定することができる。偏向部材の横方向の寸法は変化させることができる。偏向部材には、流体流れの一部分だけが偏向押され、他の部分が該偏向部材を通ることができるように孔を設けることができる。孔は例えば複数の穴から成り、該穴を規則正しく設け、自由領域が偏向部材の約５％から６０％、好ましくは約５〜４０％となるようにされる。典型例としての穴の直径は約１２ｍｍであるが、これ以外の大きさの直径とすることもできる。このような孔を用いることは、偏向され及び／又は遅延する流体流れの一部が孔を通過して連続的に流れ回転運動を行い、その結果装置の横断面全体を通過可能となるので、好都合である。
【００２４】
代替的に或いは更に加えて、少なくとも一つの長手方向のスリットが、少なくとも一つの偏向部材４に設けられている。長手方向のスリットは特に、内壁に沿って流れる流体フィルムが偏向部材によって妨げられないように、装置の内壁の近くに設けることができる。
【００２５】
出口ゾーン１３の吐出面１４および偏向部材４は、角度が３０度から１５０度の範囲で軸心の周りに角度βで配置されている。偏向部材４のうちの少なくとも一つは、流れが生ずる表面を有し、該表面は、吐出ゾーン１３の吐出面１４の２倍より僅かに小さい。
【００２６】
コラム（目的装置２）の直径および供給する流体の量に依存して本発明による流入装置を、同一の平面あるいは互いにオフセットされた異なる水平面２２０に、複数設けることができる。二つの入口を有する場合は、流入装置を互いに径方向に向かい合わせて配置することが好ましい。この二つの流入装置は、互いに整合させることにより目的装置２に流体が対向する方向から流入させることができる。この場合、偏向部材４は、原則として不要となる。
【００２７】
本発明による流入装置は、従来既知の接線方向流体流入口を有する装置では達成できなかった非常に良好な速度分布をもたらす効果を有する。この効果は、ディフューザ形式の供給流路の設計とこれにより得られる流れの遅延の制御により得られるものである。偏向部材４を用いることにより、速度分布がさらに改善される。以上の周辺構成により、流体に沿って搬送される凝縮体は、効率よく分離される。
【００２８】
ホーン形状の流路片１０を含む本発明の流入装置１は、流体の供給および分配のために使用することができる。流体は、多相でも単一相でも良く、特に、例えば液滴などの濃密相を添加された気体流、単一物質のみからなる気体流あるいは単一相物質の混合体などでも良い。これに関連して、高密度の分散相は、ホーン形状流路片内でのそれ自体の慣性を少なくとも一部利用することで分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】目的装置内に設けた本発明の流入装置を図示する図。
【図２】渦流を説明するために上述の目的装置の内側空間を概略的に示す図。
【図３】目的装置の外側から見て流入装置を３つの部分流路に分けた構成を図示する図。
【図４】渦流に作用する偏向部材を概略的に示す図。
【図１】
2008030034.tif 000003
【図２】
2008030034.tif 000004
【図３】
2008030034.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
2008030034000001.pdf