JP2004532721A

JP2004532721A - 液体噴霧装置

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Publication number: JP2004532721A
Application number: JP2002575128A
Authority: JP
Inventors: エルデューシュキンアンドレイ; ヴイカルピシェフアレクサンドル
Original assignee: エルデューシュキンアンドレイ; ヴイカルピシェフアレクサンドル
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: AU2002251620B8; US20040124269A1; SI1370367T1; CA2441405A1; DK1370367T3; HK1066186A1; NZ528574A; ZA200307341B; AP2003002880A0; ES2244766T3; KR100555747B1; CN1236858C; OA12593A; DE60204857T2; WO2002076624B1; DE60204857D1; WO2002076624A1; EP1370367A1; BR0208293A; ATE298634T1

Abstract

本発明の第１の実施形態による液体噴霧装置は、流過チャネルを有するケーシング（１）を有しており、流過チャネルは、連続的に接続された、集束管として形成された入口部分（２）と、円筒状部分と、円錐形ディフューザとして形成された出口部分（４）とから成っている。円筒状部分（３）の長さは、この円筒状部分の半径よりも大きい。流過チャネルの出口部分（４）を形成したディフューザのテーパ角は、同じチャネルの入口部分（２）を形成した集草間のテーパ角よりも大きい。本発明の第２の実施形態によれば、流過チャネルの入口部分を形成した集束管は円錐形に形成されている。本発明の実行により、最小限のエネルギ消費で、定常状態の微細分散された液体流が生ぜしめられる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴霧技術に関し、熱工学及び輸送において燃料を燃焼させるために、環境を湿潤させるために、及び消毒薬及び殺虫剤を噴霧するために、処理装置の一部として、防火システムにおいて使用されてよい。
【０００２】
発明の背景
様々なタイプの液体噴霧装置が、消火噴霧装置等の消火機器を含む、様々な分野において現在使用されている。
【０００３】
例えば、米国特許第５１２５５８２号明細書（ＩＰＣＢ０５Ｂ１／００、１９９２年６月３０日発行）には、キャビテーション液体流を発生するように設計された液体噴霧装置の構造が開示されている。従来技術は、ノズル及び円筒形チャンバによって形成された流過チャネルを備えたケーシングを有している。ノズルは、表面の連続的な結合なしに、円錐形ディフューザと連通した集束管の形式で形成されている。円筒形チャンバの長さは、ノズルの最小断面の直径の少なくとも３倍であり、液体流過断面は、狭められ、流出速度が増大される。ディフューザにおける液体流の急激な膨張は、液体のキャビテーションを生じる。液体キャビテーションは、円筒形チャンバを通る液体ジェットの通過の過程において強化され、このチャンバにおいて、液体ジェットが膨張され、戻り渦流が生ぜしめられる。キャビテーション過程及び関連した液体流分散過程を開始するために、円錐形ジェットの周囲に環状のゾーンが形成される。
【０００４】
しかしながら、強化されたキャビテーション過程に可能性にも拘わらず、従来の液体噴霧装置は、１０ｍまでの距離においてその形状及び断面サイズを保持することができるような、定常状態の微細分散された液体流の形成を提供せず、形状及び断面サイズを保持することは、噴霧装置が火元を鎮圧するために使用されている場合には特に重要である。
【０００５】
真空式噴霧装置ヘッド（本出願人の、ＵＳＳＲ第９９４００２号特許、ＩＰＣＢ０５Ｂ１／００、１９８３年２月７日発行）も知られており、この真空式噴霧装置ヘッドは、集束管から成るノズルと、ノズルと同軸的に配置された円筒形ヘッドとを有している。円筒形ヘッドには、出口開口の側面に形成された噴出孔が装備されており、これにより、大気を円筒形ヘッドキャビティ内の真空ゾーンへ流入させる。その結果、流入する空気が、移動する液体流を飽和させ、流れを小さな液滴に分割させる。
【０００６】
ロシア特許第２１２３８７１号明細書（ＩＰＣＡ６２Ｃ３１／０２、１９９８年１２月２７日発行）には、エアロゾル式水噴霧を形成するためのヘッドが記載されており、このヘッドは、ガス−液滴ジェットの分散を改良させる。従来の噴霧装置（ヘッド）は、ラバル管として形成された流過チャネルを有するケーシングと、圧力下で液体を供給するための入口パイプユニオンと、パイプユニオンとラバル管の入口区分との間に配置された分配格子とを有している。分配格子の孔の大きさは、ラバル管臨界区分の直径の０．３÷１．０である。分配格子の孔を通過しながら、液体流は別個の流れに分割され、これらの流れは引き続きノズルオリフィスにおいて集合させられ、高い速度に加速される。このような実施形態は、消火剤の放出の十分な距離と、微細な噴霧とを提供する。
【０００７】
噴霧装置の、請求項に記載されたバージョンの最も近い類似例は、ドイツ民主共和国特許第２３３４９０号明細書（ＩＰＣＡ６２Ｃ１／００、１９８６年３月５日発行）に記載されており、この噴霧装置は、火元に消火剤を供給するように適応されている。装置は、流過チャネルを含むケーシングから成り、流過チャネルに、水を含む作動流体が圧力下で供給される。装置の流過チャネルは、集束管として形成された入口部分と、円筒状部分と、円錐形ディフューザとして形成された出口部分とから成り、前記部分が、軸方向で整合しながら互いに連続して接続されている。また、装置は、消火剤を含んだ容器を有しており、この容器は半径方向通路を介してディフューザに連通させられている。
【０００８】
前記装置の動作中、液体（水）は１．５÷２．０ｂａｒの圧力下で流過チャネルの入口開口内へ供給され、引き続き集束管と、円筒状部分と、ディフューザとによって形成されたノズルにおいて加速される。消火剤は半径方向通路を通ってディフューザ内へ噴出され、さらに液体流と混合される。前記装置の具体化により消火剤の到達範囲は著しく増大され、これにより、公知の消火剤が使用された場合に消火効率を向上させる。しかしながら、所定の実施形態は、高速で微細分散されたガス−液滴ジェットを発生しない。液体流は、このような装置においてはほとんどの部分が付加的に導入される消火剤、例えば発泡添加剤のためのキャリヤとして使用される。
【０００９】
発明の開示
請求の範囲に記載されている発明は、１０ｍまでの距離において形状及び断面の大きさを維持しなければならない定常状態の微細分散された液体噴霧を発生し、ガス−液滴ジェットの発生のために消費されるエネルギの効率を高めることを目的とする。また、微細分散されたガス−液滴ジェットの断面に亘る液滴濃度の分布は均一でなければならない。前記目的の解決手段は、火元を鎮圧するための液体噴霧装置の具体化において特に重要である。
【００１０】
示された課題の解決手段によって達成されるであろう技術的成果は、消火添加剤を含む水が使用された場合に消火効率を高め、作動流体の効果的な利用を高め、ガス−液滴ジェットを発生するためのエネルギ消費を減じることである。
【００１１】
前記課題は、本発明の第１実施形態による液体噴霧装置を提供することによって達成され、この液体噴霧装置は、流過チャネルを有するケーシングを有しており、流過チャネルは、集束管として形成された入口部分と、円筒状部分と、円錐形ディフューザとして形成された出口部分とから成っており、前記部分が軸方向で整合しながら互いに連続して接続されており、本発明によれば、円筒状部分の長さがその半径よりも大きく、流過チャネルの出口部分を規定するディフューザの円錐角度が、流過チャネルの入口部分を規定する集束管の円錐角度よりも大きい。
【００１２】
６〜２０゜の集束管を規定する円錐の頂角と、８〜９０゜のディフューザを規定する円錐の頂角とを有する液体噴霧装置が使用されると有利である。特に、集束管を規定する円錐の頂角は、１３゜に等しくてよく、ディフューザを規定する円錐の頂角は２０゜に等しくてよい。
【００１３】
所定の向きからの定常及び振動のずれがないように、ガス−液滴ジェットの定常流れを高めるために、流過チャネルの入口部分を規定した集束管の入口縁部と、流過チャネルの出口部分を規定したディフューザの出口縁部とは、丸味付けられている。
【００１４】
丸味付けられた縁部の半径は、流過チャネルの円筒状部分の半径の実質的に１÷２．５倍である。
【００１５】
液体噴霧装置には、円筒状チャネルを有するチャンバが設けられていてよく、円筒状チャネルの入口端部はディフューザの出口区分に接続されており、チャンバの円筒状チャネルの直径は、ディフューザの出口区分の直径と同様である。前記チャンバを使用することにより、微細噴霧微細分散されたガス−液滴ジェットが、最小限のエネルギ消費で生ぜしめられる。チャンバの前記円筒状チャネルの直径は、流過チャネルの円筒状部分の直径の実質的に４÷６倍であり、前記チャネルの長さは、流過チャネルの円筒状部分の直径の１０÷３０倍である。
【００１６】
格子又は穴あき板が前記チャンバの円筒状チャネルの出口区分に配置されていてよい。この場合、チャンバの円筒状チャネルにおいて生ぜしめられたガス−液滴ジェットが付加的に分割される。
【００１７】
微細分散された流れを生ぜしめるプロセスにおけるエネルギの損失を減じるために、穴あき板又は格子穴の全断面積は、前記チャンバの円筒状チャネルの断面積の０．４÷０．７倍であるように選択されている。
【００１８】
チャンバ壁部には、外部から前記チャンバの円筒状チャネル内へガス（例えば空気）を噴出するための少なくとも１つの接線方向開口が設けられていてよい。このような実施例では、ガス液滴ジェットが安定化され、液滴の運動エネルギの損失が、生ぜしめられたジェットの周囲の空気流の旋回により減じられる。この目的を考慮して、有利な実施形態のチャンバ壁部には、少なくとも４つの接線方向開口が設けられていてよく、これらの開口は、前記チャンバの円筒状チャネルの２つの横断平面において対をなして対称的に配置されており、第１の平面は、ディフューザ出口区分の近傍に延びており、第２の平面はチャンバの出口区分の近傍に延びている。
【００１９】
別の有利な実施形態によれば、液体噴霧装置は、ケーシングの外側に、ケーシングと同軸的に配置されたチャンバから成っていてよい。圧力下のガス流を、前記噴霧装置の流過チャネルの出口部分の出口区分に向かって供給するために、少なくとも１つの通路が、ケーシングの外面とチャンバの内面との間に形成されている。チャンバは、連続的に配置された集束管とディフューザとから成るノズルを含んでいてよい。ノズル入口区分は、前記噴霧装置の流過チャネルの出口区分と連通している。ノズルを備えたチャンバを使用することにより、液滴をさらに分割するために及び微細分散されたガス−液滴ジェットの到達範囲を増大させるために、並行ガス流（concurrent gas flow）のエネルギが使用される。
【００２０】
前記目的の達成は、液体噴霧装置を提供することによっても可能であり、この液体噴霧装置は、本発明の第２の実施形態によれば、流過チャネルを有するケーシングを有しており、流過チャネルは、集束管として形成された入口部分と、円筒状部分と、円錐形ディフューザとして形成された出口部分とから成り、前記部分が軸方向に整合しながら互いに接続されており、本発明によれば、円筒状部分の長さが円筒状部分の半径よりも大きく、流過チャネルの入口部分を規定した集束管が、円錐形であり、側面の丸味の半径が、流過チャネルの円筒状部分の半径よりも大きい。
【００２１】
集束管を形成した円錐の頂角は有利には８〜９０゜である。円錐形の集束管の表面は、有利には少なくとも２゜の角度で流過チャネルの円筒状部分の表面と接続されている。
【００２２】
ガス−液滴流の定常流れをさらに安定化させるために、流過チャネルの出口部分を規定するディフューザの外縁部は丸味付けられている。縁部の丸味付け部の半径は、流過チャネルの円筒状部分の半径の実質的に１÷２倍である。
【００２３】
液体噴霧装置には、円筒状チャネルを有するチャンバが設けられており、円筒状チャネルの入口端部はディフューザの出口区分と接続されており、チャンバの円筒状チャネルの直径は、ディフューザの出口区分の直径よりも大きい。本発明の第１実施形態のように、前記チャンバを使用することにより、微細噴霧微細分散されたガス−液滴ジェットが、最小限のエネルギ消費で生ぜしめられる。チャンバの円筒状チャネルの直径は、流過チャネルの円筒状部分の直径の実質的に４÷６倍であり、円筒状チャネルの長さは、流過チャネルの円筒状部分の直径の１０÷３０倍である。
【００２４】
本発明の第１の実施形態のように、格子又は穴あき板が、チャンバの円筒状チャネルの出口区分に配置されていてよい。微細分散された流れの発生中のエネルギの損失を減じるために、穴あき板又は格子穴の全断面積は、前記チャンバの円筒状のチャネルの断面積の０．４÷０．７倍であるように選択されている。
【００２５】
本発明の第１の実施形態のように、チャンバ壁部には、外部からチャンバの円筒状チャネル内にガスを噴出するための少なくとも１つの接線方向開口が設けられていてよい。このような実施形態においては、ガス−液滴ジェットが安定化され、生ぜしめられた流れの周囲の空気流の旋回により、液体流の運動エネルギの損失が減じられる。この目的を考慮して、本発明の有利な実施形態におけるチャンバ壁部には少なくとも４つの接線方向開口が設けられており、これらの開口は、前記チャンバの円筒状チャネルの２つの横断平面において対を成して対称的に配置されており、第１の平面はディフューザの出口区分の近傍に延びており、第２の平面は前記チャンバの出口区分の近傍に延びている。
【００２６】
また、液体噴霧装置の有利な実施形態は、前記チャンバの代わりに、ケーシングの外側に、ケーシングと同軸的に配置されたチャンバを有していてよい。圧力下のガスを前記噴霧装置の流過チャネルの出口部分の区分に供給するために、ケーシングの外面とチャンバの内面との間に少なくとも１つの通路が形成されている。チャンバは、連続して配置された集束管とディフューザとから成るノズルを有していてよい。ノズル入口区分は、前記噴霧装置の流過チャネルの出口部分と連通している。ノズルを備えたチャンバの具体化により、本発明の第１の実施形態のように、液滴をさらに分割するために及び微細分散されたガス−液滴流の到達範囲を増大させるために並行ガス流のエネルギが利用される。
【００２７】
図面の簡単な説明
本発明は、特定の実施形態の例と、以下を説明する出願された図面とによって説明される：
図１は、本発明の第１の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略図である：
図２は、流過チャネルの丸味付けられた縁部を備えた、本発明の第１実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略的な断面図である；
図３は、円筒状チャネルを有するチャンバを備えた、本発明の第１の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略的な断面図である；
図４は、本発明の２つの実施形態において使用される（図３及び図６参照）、円筒状チャネルを備えたチャンバの平面Ａ−Ａに沿って見た断面図である；
図５は、環状の通路が形成されるようにケーシングと同軸的に配置されたチャンバを備えた、本発明の第１の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略的な断面図である；
図６は、本発明の第２の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略図である；
図７は、本発明の第２の実施形態に基づき、円筒状チャネルを有するチャンバが装備された液体噴霧装置の概略的な断面図である；
図８は、環状の通路が形成されるようにケーシングと同軸的に配置されたチャンバを備えた、本発明の第１実施例に基づく液体噴霧装置の概略的な断面図である。
【００２８】
本発明の実施態様の有利な実施例
本発明の第１の実施形態に従って形成された液体噴霧装置（図１〜図５参照）はケーシング１を有しており、このケーシング１は、互いに軸線方向に整合した部分から成る流過チャネルを備えている。入口部分２は出口開口を備えた集束管の形式で形成されており、出口開口は円筒状部分３の入口開口に接続されている。円錐形ディフューザの形式で形成された出口部分４は、円筒状部分３の出口開口に接続された入口開口を有している。円筒状部分の長さは、その直径の０．７倍である。集束管を規定した円錐の頂角は１３゜であり、ディフューザを規定した円錐の頂角は２０゜である。
【００２９】
ケーシング１は、集束管の入口開口の側において、液体供給系の管路のパイプユニオン５に接続されている。液体供給系は、ポンプ式又は圧力式液体過給機６を含んでいる。
【００３０】
有利な実施形態（図２参照）においては、流過チャネルの入口部分２を規定した集束管の入口縁部と、出口部分４を規定したディフューザの出口縁部とは丸味付けられており、丸味の半径は円筒状部分３の直径に等しい。
【００３１】
液体噴霧装置は、円筒状チャネル８を有するチャンバ７（図３参照）を有していてよく、このチャンバ７の入口開口は、ディフューザ（出口部分４）の出口区分と連通している。円筒状チャネル８の直径は、流過チャネルの円筒状部分３の直径の４倍に等しい。ディフューザの出口区分からチャンバ７の出口区分まで測定された円筒状チャネル８の長さは、流過チャネルの円筒状部分３の直径の１０倍に等しい。円筒状チャネル８の出口開口に穴あき板９が配置されており、この穴あき板９は、特別なナット１０によってチャンバ７の端部に取り付けられている。穴あき板９に設けられた穴の合計面積は、円筒状チャネル８の断面積の０．５倍である。穴あき板９に設けられたそれぞれの流過孔の最大サイズｄは、円筒状部分３の直径“Ｄ”に応じて、条件０．２＜ｄ／Ｄ＜０．７に基づき選択される。
【００３２】
外部から円筒状チャネル８内に空気を噴出するためにチャンバ７の壁部に８つの接線方向開口１１が形成されている（図３及び図４参照）。接線方向開口１１は、円筒状チャネル８の２つの横断平面に配置されている。４つの開口１１が、ディフューザ（出口部分４）の出口区分の近傍においてチャネル８の横断平面に対称的に配置されており、別の４つの開口１１が、チャンバ７の出口区分の近傍におけるチャネル８の横断平面に配置されている。
【００３３】
噴霧装置には、このケーシング１の外側において、ケーシング１と軸線方向で整合して配置された円筒状チャンバ１２が設けられている（図５参照）。ケーシング１の外面とチャンバ１２の内面との間には環状の通路が形成されており、この通路は、高圧ガス源１３に接続されている。環状通路は、流過チャネルの出口部分４の区分にガスを供給する。チャンバの端部に配置されたノズルは、集束管１４とディフューザ１５とから成っている。
【００３４】
本発明の第２の実施形態による液体噴霧装置（図６〜図８参照）はケーシング１６を有しており、このケーシング１６は、互いに軸線方向で整合しながら連続的に接続された部分から成る流過チャネルを備えている。入口部分１７は、円錐形の集束管の形式で形成されており、円筒状部分１８の直径に等しい側面の曲率半径を備えている。入口部分１７と接続された円筒状部分１８の長さは、その直径の０．７倍である。円錐形ディフューザとして形成された出口部分１９は、円筒状部分１８の出口開口と接続された入口開口を有している。ディフューザを形成した円錐の頂角は２０゜である。集束管（入口部分１７）の円錐面は、２゜の角度で円筒状部分１８の面と接続されている。流過チャネルの出口部分１９を形成したディフューザの外縁部は丸味付けられており、円筒状部分１８のものと等しい縁部の丸味を備えている。
【００３５】
ケーシング１６は、液体過給機２１を含む液体供給系の管路のパイプユニオン２０に接続されている。
【００３６】
出口部分１９を形成したディフューザの外縁部は丸味付けられており、円筒状部分１８のものと等しい縁部の丸味を有している。
【００３７】
噴霧装置の有利な実施形態（図７参照）において、ディフューザ（出口部分１９）の出口開口は、円筒状チャネル２３を有するチャンバ２２と接続されている。円筒状部分１８の幾何学的大きさは、噴霧装置の第１の実施形態（図３参照）のものと等しく選択されている。円筒状チャネル２３の出口開口に穴あき板２４が配置されており、この穴あき板２４は、特別なナット２５によってチャンバ２２の端部に取り付けられている。穴あき板２４に設けられた穴の大きさは、噴霧装置の第１の実施形態のものと等しく選択されている（図３参照）。
【００３８】
外部から円筒状チャネル２３内に空気を噴出するためにチャンバ２２の壁部に８つの接線方向開口２６が形成されている（図７及び図４参照）。接線方向開口２６は、噴霧装置の第１の実施形態のものと同じ形式で配置及び向き付けされている。
【００３９】
本発明の第２の実施形態による噴霧装置の別の実施例は、ケーシング１６の外側に、このケーシングと同軸的に配置された円筒状チャンバ２７（図８参照）を有している。ケーシングの外面とチャンバ２７の内面との間に形成された環状通路は高圧ガス源２８に接続されている。環状通路は、流過チャネルの出口部分１９の出口区分に並行ガス流を供給する。チャンバの端部に設けられたノズルは、集束管２９とディフューザ３０とから成っている。
【００４０】
本発明の第１の実施形態に基づき設計された噴霧装置の動作は以下のように行われる。
【００４１】
水が圧力下で過給機６によって水供給システムの管路を介して、前記噴霧装置のケーシングの出口開口に接続されたパイプユニオン５に供給される。水は集束管（入口部分２）の入口開口に供給され、ここで高速の液体流が、集束管の区分に亘って均一な速度プロフィルを備えながら生ぜしめられる。液体流は、集束管内を、より高い静圧及びより低い動圧を備えた領域から、より低い静圧及びより高い動圧を備えた領域へ進行する。これにより、渦流の形成及びチャネル壁部からの液体流の分離が回避される。
【００４２】
集束管の出口端部における最大液体流速は、集束管の出口端部における静圧が初期温度における飽和した液体蒸気圧力の値にまで減じられるように選択されている（水の場合、ｔ＝２０℃において、Ｐ_ｓｖ≒２．３４・１０^−３ＭＰａ）。集束管の上流における水の初期静圧は、大気への流出時におけるキャビテーションの発展のために十分な臨界圧力よりも低いレベルに維持されている（Ｐ_ｉｎ≒０．２３ＭＰａ）。液体流が集束管を通過する間に生じる運動エネルギの損失は、集束管の円錐面を形成した円錐のテーパ角度に依存する。テーパ角度が６゜から増大すると、エネルギの消費は〜１３゜の角度における最大値に到達するように最初は増大され、〜２０゜の角度において減じられる。したがって、集束管を形成する円錐の最適な頂角は、６〜２０゜で選択される。
【００４３】
噴霧装置の流過チャネルの入口部分２を通過すると、液体流は円筒状部分３に供給され、この円筒状部分においてキャビテーション気泡が〜１０^−４÷１０^−５秒の時間だけ形成される。水流が円筒状部分３を通過する間の気泡の形成は、定常状態のキャビテーションのための十分な所定の時間を提供するように円筒状部分の長さがその半径を超過している場合に保証される。しかしながら、円筒状チャネルの長さが著しく増大されると流体力学上の摩擦損が増大することがよく知られている。したがって、実用的な噴霧装置運転条件においては、円筒状チャネルの長さは、流過チャネルの直径に相当する値に制限されていてよい。
【００４４】
ディフューザとして形成された出口部分４を液体が流過する間、キャビテーション気泡が激しく成長して破裂し、液体流がディフューザ壁部から分離される。流れは、蒸気及び気泡を含む液体流の密度の減少により、ディフューザにおいて加速される。ディフューザの入口領域における静圧は低く、キャビテーション圧力に匹敵するので、指向性の空気流が外部から、ガス−液滴ジェットとディフューザ壁部との間のキャビティ内に進入する。逆流するガス流と液体流とから生じる渦流が、液体流をディフューザ壁部から押し離し、摩擦エネルギ損失を減じる。また、渦流の形成は、液体流の活発な分割を生じ、このことは、ディフューザにおいて流れが膨張する間にキャビテーション気泡が破裂することによってさらに強化される。このようなプロセスは、流過チャネルの出口部分２を規定したディフューザのテーパ角度が、噴霧装置の流過チャネルの入口部分４を規定した集束管のテーパ角度を超過している場合に生じる。ディフューザを形成した円錐の最適な頂角は８〜９０゜である。渦流の形成は、９０゜を越える頂角では生じない。８゜よりも小さな頂角では、液体流とディフューザ壁部との間のガスブランケットが実用的には不足している。
【００４５】
集束管及びディフューザのための最適なテーパ角度を適切に選択することと共に、ディフューザ出口開口の直径は、液体流の有効な分割のために重要である。円筒状部分３の直径を４÷６倍だけ超過したディフューザ出口開口の直径を使用することが望ましい。ディフューザ出口開口の直径がこれよりも小さいと、渦流の効果が液体流に対して僅かでしかなく、直径がこれよりも大きいと、噴霧装置の寸法が著しく増大される。
【００４６】
流過チャネルの前記サイズを有する噴霧装置は、運動エネルギの最小限の損失で、高速で微細分散されたガス−液滴ジェットの形成を提供する。
【００４７】
パイプユニオン５の出口開口の直径が、流過チャネルの円筒状部分３の直径よりも著しく大きな場合には、丸味付けられた入口縁部を有する集束管が使用される（図２参照）。
【００４８】
噴霧装置のこのような実施形態により、摩擦及び渦流の形成のための運動エネルギの最小限の損失で、噴霧装置の寸法が減じられる。集束管縁部の最適な丸味の半径は、流過チャネルの円筒状部分の半径の１〜２．５倍である。丸味付けられた縁部の半径が増大すると、装置全体の寸法が増大するので、半径は、円筒状部分３の直径に等しくなるように選択されていると有利である。液体が、丸味付けられた縁部を有する集束管を通って流出する場合、噴霧装置の動作モードは全体として変化させられず、キャビテーション領域は、ディフューザの入口部分に集中させられる。所定の作動的特徴は、加速中に液体流におけるキャビテーションを強化する。
【００４９】
丸味付けられた出口縁部を備えたディフューザ（流過チャネルの出口部分４）の実行（図２参照）により、噴霧装置から流出するガス−液滴ジェットの定常状態が高められる。噴霧装置のこのような実施形態を用いることにより、発生されたジェットには、流過チャネルの長手方向対称軸線からの静的ずれ及び振動的ずれが生じない。
【００５０】
ディフューザの出口縁部の丸味の半径も、前記噴霧装置の流過チャネルの円筒状部分３の半径の１〜２．５倍に選択されている。ディフューザの出口縁部の丸味半径が増大すると、生ぜしめられたガス−液滴ジェットにおける液滴を分割するプロセスに対する、ディフューザに進入する空気渦流の効果が減じられる。その結果、生ぜしめられるガス−液滴ジェットにおける液滴の大きさが増大する。前記制限に基づき、有利な実施形態における縁部の丸味の半径は、流過チャネルの円筒状部分３の直径に等しくなるように選択されている。
【００５１】
最適な程度に丸味付けられた出口縁部を有するディフューザの出口区分を、加速された液体ガスジェットが流過することにより、軸線方向で対称的な環状の渦空気流がディフューザ内で形成される。このような環状の構造は軸線方向に細長く、ディフューザ出口部分において妨害を生じない。
【００５２】
円筒状チャネル８を備えたチャンバ７（図３参照）が噴霧装置の有利な実施形態において使用される場合、ガス−液滴ジェットは膨張させられ、液滴は穴あき板９によって付加的に分割される。チャネル８を流過しながら、ジェットは膨張させられ、噴霧装置の流過チャネルの円筒状部分３の直径の１０〜３０倍であるチャネルの長さに沿って安定化される。円筒状チャネル８のための長さの所定の範囲において、一方ではガス−液滴ジェットの区分に亘って速度平均化が提供され、他方では所要のジェット速度が維持される。穴あき板９に衝突すると、ガス−液滴ジェット内の液滴の大きさが、平均で２÷３倍だけ減じられる。
【００５３】
噴霧装置の流過チャネルにおいて生ぜしめられたガス−液滴ジェットの構造に対する穴あき板９の効果は、外部からディフューザ出口区分への空気の自由アクセスを提供することによって排除される。このような可能性は、穴あき板９に設けられた穴の全面積を、円筒状チャネル８の断面積の０．５〜０．６倍の範囲に選択することによって提供される。穴の面積が増大すると、生ぜしめられた微細分散流の区分に亘って不均一な液滴サイズ分布が生じ、また、流れの周辺部において別の液体流及びガス液体流における不連続）を含む可能性がある。
【００５４】
（Ｄが円筒状部分３の直径である場合に、０．２＜ｄ／Ｄ、０．７の条件に従って）穴あき板９に設けられた穴の直径“ｄ”を最適に選択することにより、液体流を小さな液滴に時間的及び空間的に均一に分割することができる。穴の大きさを最適な値よりも小さく選択すると、表面張力の効果により、穴あき板の穴に液体が“付着”する。他方では、穴の直径“ｄ”を最適な値よりも増大させると、生ぜしめられる液体ガス流における液滴の大きさが大きくなる。
【００５５】
チャンバ７に形成された接線方向開口１１（図３参照）は、液体供給圧力が広範囲に亘って変化する場合（初期公称レベルの１０倍の増大まで）、微細分散されたガス−液滴ジェットの形成のプロセスにおける付加的な渦安定を提供する。
【００５６】
噴霧装置の動作中、空気が外部から円筒状チャネル８内に４つの接線方向開口１１を介して噴出され、これらの接線方向開口は、チャンバ７の円筒状チャネル８の２つの横断平面において対を成して対称的に配置されている。噴出は、ガス−液滴ジェットが加速されたときにディフューザ出口端部における静圧を減じること（真空）によって行われる。チャンバ７に形成された開口１１の接線方向の向き付けと、チャンバ７の２つの横断平面における対称的な配置（この場合第１の平面はディフューザ出口区分の近傍に延びており、第２の平面はチャンバ７の出口区分の近傍に延びている）により、噴出された空気流がガス−液滴ジェットの周囲に均一に旋回させられる。流入空気の接線方向旋回は、円筒状チャネル８における流れに対する穴あき板９の作用を減じ、穴あき板９の穴における液体の“付着”を最小限に抑制する。また、噴霧装置の前記作動形式は、液滴を流れ区分を横切る空気と混合するプロセスを強化し、その結果、穴あき板９の上流の流れにおける液滴濃度の均一性を高める。これと共に、均一な微細分散されたガス−液滴ジェットの形成に影響する別個の液体流の発生の可能性が排除される。
【００５７】
調査は、ガス−液滴ジェットを安定化させるための最適な条件は、穴あき板９の有効区分の全面積に対する接線方向開口の断面積の所定の比を提供することによって生ぜしめられることを開示した。この所定の比は０．５〜０．９である。チャンバ７に沿った接線方向開口レベルの数及び配置は、液体ガス流の均一な混合のための要求に依存する。
【００５８】
噴霧装置の構造においてチャンバ１２を使用することは（図５参照）、生ぜしめられた並行ガス流における液体のさらなる分割を生ぜしめ、生ぜしめられた微細分散されたガス−液滴ジェットの到達範囲を増大させる。ガス流は、噴霧装置ケーシング１の外面とチャンバ１２の内面との間に形成された環状通路内に高圧ガス源１３から０．２５÷０．３５ＭＰａの過剰圧力下で供給されるガスの流出によって生ぜしめられる。噴霧装置流過チャネルを通る液体流量と、チャンバの環状通路を通るガス流量との最適な比は、９０〜２５である。
【００５９】
並行ガス流と、予備的に分散されたガス−液滴ジェットとが、集束管１４とディフューザ１５とから成るチャンバ１２のノズルにおいて同時に加速されると、狭い指向性の微細分散されたガス−液滴ジェットが最終的に形成される。ガス−液滴ジェットがチャンバ１２のノズルを流過すると、周囲のガス流の作用により大きな液滴は分割され、前記ガス流によって付加的に加速される。４５ｍ／ｓの初期液体速度と、８０ｍ／ｓまでのチャンバ１２における初期ガス速度とにおいて、生ぜしめられたガス−液滴ジェットにおける液滴の平均速度は、チャンバノズルの出口区分から３．５ｍの距離において〜３０ｍ／ｓであった。生ぜしめられたガス−液滴ジェットは、ジェット流過区分に亘って、液滴サイズの十分に均一な分布を有していた。すなわち、液滴サイズは、ジェットの中央部においては１９０÷２００μ、中央環状領域においては１７５÷１８０μ、周囲環状領域においては〜２００μ以上であった。
【００６０】
本発明の第２の実施形態に従って設計された噴霧装置の作動（図６〜図８参照）は、本発明の第１の実施形態のものと同様の形式で行われる。第２の実施形態は、噴霧装置の長手方向寸法が減じられている場合のガス−液滴ジェットのより最適化された形成という点においてのみ相違する。本発明の第２の実施形態によれば、前記噴霧装置の流過チャネルの入口部分１７は円錐形に形成されており、側面の丸味半径は、流過チャネルの円筒状部分１８の半径よりも大きい。入口部分のこのような構造により、集束管内に渦流を形成するためのガス−液滴ジェットの運動エネルギの損失が減じられる。集束管の表面は、部分１８の円筒面に連続的に接続されており、液体流の加速を提供し、ディフューザ入口端部の上流における渦流の早期形成を排除する。さらに、チャネルの短い円錐状入口部分１７の有効区分の連続的な減少は、キャビテーション中心を、ディフューザ入口区分の近傍に集中させる。その結果、均一な濃度を有する微細分散されたガス−液滴ジェットが、最小限のエネルギ損失で生ぜしめられる。
【００６１】
調査の結果は、本発明によって、最小限のエネルギ消費で定常状態の微細分散された液体流を生ぜしめる可能性を支持する。生ぜしめられた流れは、１０ｍまでの距離において流れの形状及びサイズを維持し、流れ区分に亘って液滴濃度分布の改良された均一性が提供される。
【００６２】
産業上の用途
請求の範囲に記載されている発明は、防火システムにおいて、加工装置の一部として、熱工学及び輸送における燃料を燃焼させるため、環境を湿潤させるため、及び消毒剤及び殺虫剤を噴霧するために、使用されてよい。本発明は、種々異なる対象物、すなわち病室、図書館及び美術館、船舶及び飛行機において生じた火災を鎮圧するため、及び戸外等における火元を鎮圧するために、定置及び可動なユニットにおける消火手段の一部として使用されてよい。
【００６３】
請求された発明は、有利な実施形態の前記実施例を用いて説明されているが、発明の産業上実行の場合、請求された発明の主題から著しく逸脱することなく、前記実施例に軽微な修正を加えることができることは当業者によって理解されなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略図である。
【００６５】
【図２】流過チャネルの丸味付けられた縁部を備えた、本発明の第１実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略的な断面図である。
【００６６】
【図３】円筒状チャネルを有するチャンバを備えた、本発明の第１の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略的な断面図である。
【００６７】
【図４】本発明の２つの実施形態において使用される（図３及び図６参照）、円筒状チャネルを備えたチャンバの平面Ａ−Ａに沿って見た断面図である。
【００６８】
【図５】環状の通路が形成されるようにケーシングと同軸的に配置されたチャンバを備えた、本発明の第１の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略的な断面図である。
【００６９】
【図６】本発明の第２の実施形態に基づき形成された液体噴霧装置の概略図である。
【００７０】
【図７】本発明の第２の実施形態に基づき、円筒状チャネルを有するチャンバが装備された液体噴霧装置の概略的な断面図である。
【００７１】
【図８】環状の通路が形成されるようにケーシングと同軸的に配置されたチャンバを備えた、本発明の第１実施例に基づく液体噴霧装置の概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ケーシング、２入口部分、３円筒状部分、４出口部分、５パイプユニオン、６圧力式液体過給機、７チャンバ、８円筒状チャネル、９穴あき板、１０ナット、１１接線方向開口、１２円筒状チャンバ、１３高圧ガス源、１４集束管、１５ディフューザ、１６ケーシング、１７入口部分、１８円錐形部分、１９出口部分、２０パイプユニオン、２１液体過給機、２２チャンバ、２３円筒状チャネル、２４穴あき板、２５ナット、２６接線方向開口、２７円筒状チャンバ、２８高圧ガス源、２９集束管、３０ディフューザ

Claims

液体噴霧装置であって、流過チャネルを備えたケーシング（１）を有しており、前記流過チャネルが、連続的に接続されかつ軸線方向で整合された、集束管として形成された入口部分（２）と、円筒状部分（３）と、円錐形ディフューザとして形成された出口部分（４）とから成る形式のものにおいて、
前記円筒状部分（３）の長さが、該円筒状部分の半径よりも大きくかつ該円筒状部分の直径よりも小さく、流過チャネルの出口部分（４）を規定したディフューザのテーパ角が、流過チャネルの入口部分（２）を規定した集束管のテーパ角を超過していることを特徴とする、液体噴霧装置。
集束管を形成した円錐の頂角が６゜と２０゜との間であり、ディフューザを形成した円錐の頂角が８゜と９０゜との間である、請求項１記載の液体噴霧装置。
集束管を形成した円錐の頂角が１３゜であり、ディフューザを形成した円錐の頂角が２０゜である、請求項２記載の円錐噴霧装置。
流過チャネルの入口部分（２）を規定した集束管の入口縁部が丸味付けられている、請求項１記載の液体噴霧装置。
流過チャネルの出口部分（４）を規定したディフューザの出口縁部が丸味付けられている、請求項１記載の液体噴霧装置。
前記縁部の丸味の半径が、流過チャネルの円筒状部分（３）の半径の１÷２．５倍である、請求項４又は５記載の液体噴霧装置。
円筒状チャネル（８）を備えたチャンバが設けられており、前記円筒状チャネルの入口端部がディフューザの出口区分に接続されており、チャンバ（７）の円筒状チャネル（８）の直径が、ディフューザ出口区分の直径に少なくとも等しい、請求項１記載の液体噴霧装置。
チャンバ（７）の円筒状チャネル（８）の直径が、流過チャネルの円筒状部分（３）の直径の４÷６倍である、請求項７記載の液体噴霧装置。
チャンバ（７）の円筒状チャネル（８）の長さが、流過チャネルの円筒状部分（３）の直径の１０÷３０倍である、請求項７記載の液体噴霧装置。
チャンバ（７）の円筒状チャネル（８）の出口区分に格子又は穴あき板（９）が配置されている、請求項７記載の液体噴霧装置。
穴あき板（９）又は格子の穴の合計断面積が、チャンバ（７）の円筒状チャネル（８）の断面積の０．４÷０．７倍である、請求項１０記載の液体噴霧装置。
外部からチャンバ（７）の円筒状チャネル（８）内にガスを噴出するためにチャンバ（７）の壁部に少なくとも１つの接線方向開口（１１）が形成されている、請求項７記載の液体噴霧装置。
少なくとも４つの接線方向開口（１１）がチャンバ（７）の壁部に形成されており、前記接線方向開口が、チャンバ（７）の円筒状チャネル（８）の２つの横断面方向平面において対を成して対称的に配置されており、第１の平面がディフューザ出口区分の近傍に延びており、第２の平面がチャンバ（７）の出口区分の近傍に延びている、請求項１２記載の液体噴霧装置。
ケーシング（１）の外側に該ケーシング（１）と同軸的に配置されたチャンバ（１２）が設けられており、前記噴霧装置の流過チャネルの出口部分（４）の区分に圧力下でガスを供給するために、ケーシング（１）の外面とチャンバの内面との間に少なくとも１つの通路が形成されている、請求項１記載の液体噴霧装置。
前記チャンバ（１２）が、連続して配置された集束管（１４）とディフューザ（１５）とから成るノズルを有しており、該ノズルの入口区分が、前記噴霧装置の流過チャネルの出口部分（４）に接続されている、請求項１４記載の液体噴霧装置。
液体噴霧装置において、流過チャネルを備えたケーシング（１６）が設けられており、前記流過チャネルが、連続的に接続されかつ軸線方向で整合した、集束管として形成された入口部分（１７）と、円筒状部分（１８）と、ディフューザとして形成された出口部分（１９）とから成る形式のものにおいて、
円筒状部分（１８）の長さが、該円筒状部分半径よりも大きくかつ直径よりも小さく、流過チャネルの入口部分（１７）を形成した集束管が、流過チャネルの円筒状部分（１８）の半径に少なくとも等しい側面の丸味の半径を備えた円錐状に形成されていることを特徴とする、液体噴霧装置。
ディフューザを形成した円錐の頂角が８゜と９０゜との間である、請求項１６記載の液体噴霧装置。
集束管の円錐状の面が、２゜以下の角度を成して、流過チャネルの円筒状部分（１８）の面に接続されている、請求項１６記載の液体噴霧装置。
流過チャネルの出口部分（１９）を形成したディフューザの出口縁部が丸味付けられている、請求項１６記載の液体噴霧装置。
ディフューザ出口縁部の丸味の半径が、流過チャネルの円筒状部分（１８）の半径の１÷２倍である、請求項１９記載の液体噴霧装置。
円筒状チャネル（２３）を有するチャンバ（２２）が設けられており、前記円筒状チャネルの入口が、ディフューザ出口区分に接続されており、チャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）の直径が、少なくともディフューザ出口区分の直径に等しい、請求項１６記載の液体噴霧装置。
チャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）の直径が、流過チャネルの円筒状部分（１８）の直径の４÷６倍である、請求項２１記載の液体噴霧装置。
チャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）の長さが、流過チャネルの円筒状部分（１８）の直径の１０÷３０倍である、請求項２１記載の液体噴霧装置。
チャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）の出口区分に格子又は穴あき板（２４）が配置されている、請求項２１記載の液体噴霧装置。
穴あき板（２４）又は格子の合計断面積が、チャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）の断面積の０．４÷０．７倍である、請求項２４記載の液体噴霧装置。
外部からチャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）内にガスを噴出するためにチャンバ壁部に少なくとも１つの接線方向開口（２６）が形成されている、請求項１６記載の液体噴霧装置。
少なくとも４つの接線方向開口（２６）が、チャンバ（２２）の円筒状チャネル（２３）の２つの横断面方向平面において対を成してチャンバ（２２）の壁部に対称的に配置されており、第１の壁面がディフューザ出口区分の近傍に延びており、第２の平面がチャンバ（２２）の出口区分の近傍に延びている、請求項２６記載の液体噴霧装置。
ケーシング（１６）の外側に該ケーシング（１６）と同軸的に配置されたチャンバ（２７）が設けられており、流過チャネルの出口部分（１９）の区分に圧力下でガスを供給するために、ケーシング（１６）の外面とチャンバ（２７）の内面との間に少なくとも１つの通路が形成されている、請求項１６記載の液体噴霧装置。
連続して配置された集束管（２９）とディフューザ（３０）とによって形成されたノズルが設けられており、ノズル入口区分が流過チャネルの出口部分（１９）と接続されている、請求項２８記載の液体噴霧装置。