JP2006503227A - ジェットポンプ - Google Patents

Abstract

流体移動装置（１）は、実質的に一定の横断面の通路（３）を有する。この通路中に超音速水蒸気が、環状ノズル（１６）を介して、処理対象の例えば液体である作動流体と接触する移送流体として注入される。この通路は、さらに水蒸気の注入される位置の下流側に混合室（３Ａ）を有する。混合室内において、混合物は、水蒸気の凝縮によって生じる低圧力ゾーンの生成時に加速され、分散液滴流通領域および衝撃波がノズル（１６）の下流側に生成される。擬似縮小／拡大セクションが生成され、物理的制約のない柔軟な境界部がもたらされる。せん断分散および／またはせん断解離メカニズムと衝撃波の効果とを組み合わせることによって、改善された性能が得られる。流体移動装置（１）は、とりわけポンピング、加熱、混合、分解、分類および分離を行う多種多様な適用例に使用することができる。

Description

本発明は、流体移動装置（ｆｌｕｉｄ ｍｏｖｅｒ）に関する。

本発明は、船舶用推進システムから、同一または異なる特性の流体および／または固体を移動および／または混合させるポンピングシステムまでの多様な適用例を多数有する流体移動装置に関する。本発明は、とりわけ流体および流体／固体混合物の加熱、清浄化、通気（ａｅｒａｔｉｏｎ）、ガス流動化、および攪拌（ａｇｉｔａｔｉｏｎ）、粒子分離（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）、分類（ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）、分解（ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、乳化、均質化、分散化、水和、霧化（ａｔｏｍｉｓａｔｉｏｎ）、液滴生成、粘性低減、密度低減、ならびに低音殺菌（ｐａｓｔｅｕｒｉｚａｔｉｏｎ）に係る技術分野に関係する。

より具体的には、本発明は、本質的に可動部を有さない流体移動装置の提供に関する。

中心ジェットまたは環状ジェットを使用することによって作動流体またはプロセス流体を移動させる技術において、エゼクタ（ｅｊｅｃｔｏｒ）はよく知られており、このジェットは、流体を適当なダクト設備を通過させるか、またはそこから外に移動させるか、あるいは別の流体本体中に移動させるか、またはそれを通過して移動させるために、水蒸気をダクト中に放出する。主としてエゼクタは、通常はベンチュリ（ｖｅｎｔｕｒｉ）の原理を使用して、負圧を生成することによって流れを誘導することに基づいて動作する。これらのシステムの大多数は、中心水蒸気ノズルを利用しており、この場合には、誘導された流体は、通常、ジェットの軸に直交してダクト中に進入するが、逆の配設が行われる例外もある。水蒸気ジェットは、膨張ノズル（ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｎｏｚｚｌｅ）を通過して加速されて、混合室中に入り、そこでプロセス流体と衝突して混合される。プロセス流体と水蒸気との混合物は、例えばベンチュリである拡大セクション前の下流に位置する縮小セクション内部で、より高速に加速される。ベンチュリで生成される圧力勾配は、新規のプロセス流体を誘導して混合室に進入させる。ほとんどの水蒸気エゼクタシステムにおけるエネルギー移送メカニズムは、運動量、熱および質量移動の組合せを基にしているが、その組合せの割合は異なる。これらのシステムの多くは、縮小流に伴う運動量移動を利用しているのに対して、その他のものは、拡大セクションにおける衝撃波の生成を伴う。従来式縮小／拡大型システムの主要な限界の１つは、それらの性能が、衝撃波の位置に非常に敏感なことである。このような衝撃波は、不安定になりやすく、その最適位置から容易に動いてしまう。以下に示す従来技術では、衝撃波が縮小／拡大セクションの不都合な場所で発達すると、関係するユニットが停止する可能性がある。そのようなシステムは、限定されたセクションにわたってのみ衝撃波を生成することができる。

さらに、中心蒸気ノズルを使用するシステムについては、プロセス流体に影響を与えるスロート（ｔｈｒｏａｔ）寸法の制約および急激な方向変化は、微粒子処理量の大きさに重大な限界をもたらし、システムに進入する可能性のあるいずれの処理困難材料についても閉塞を生じさせる可能性がある。

Ｓｃｈｗａｒｚの米国特許第２３９６２９０号は、本質的に、貯蔵タンクから粘性タールまたは半流動タール、オイルスラッジおよびその他の蓄積物を除去する装置として意図されたスラッジシステムを開示している。Ｓｃｈｗａｒｚシステムは、一端に外向きにフレア加工された部分を設けたスロートボディと、ボディ中に延びるとともにそこを通過してスロートボディ中に材料を通過させるための中央開口を有する水蒸気取入れノズルと、材料をスロートボディのフレア加工部分から引き出すためにフレア端にある水蒸気排出ノズルとを有する。Ｓｃｈｗａｒｚの主たる目的は、最初にスロートボディの取入れ端における水蒸気の衝撃と、水蒸気の熱との組合せによって、上記の処理困難な材料を流動化させる手段を提供することである。これらの材料は排出ノズルによっても同様の作用を受ける。上記材料の粘性は、したがって低減され、流動性が向上して、ポンピングが可能となる。ここで留意すべきことは、スロートボディによって支援される間における材料の流れは、水蒸気ノズルの位置する前方で、大径ニップル（ｗｉｄｅ ｂｏｒｅ ｎｉｐｐｌｅ）からテーパ付きセクション中へと進まなくてはならず、それによって材料を束縛するとともに、潜在的な閉塞を生じさせることである。同様に、スロートボディは、取入れニップルおよびテーパ付きセクションよりも小寸法である。したがって、衝撃の集中と熱の付加を提供することを意図した構造であるにもかかわらず、これらが組み合わされて流れに狭窄（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を生成する。第２次または排出ノズルは、第１次ノズルの機能と類似の機能を有していて、第２段階衝撃と流動化効果を流れている材料に与えて、それによってシステムを通過する材料の誘導を強化する。Ｓｃｈｗａｒｚシステムの潜在的な欠点は、ユニットの入口および狭窄スロート部分の縮小特性のために、そこを通過する流体材料の自由な流れが阻害される点、あるいは材料の物理的性質によって制約されやすい点である。認識されるように、このシステムに進入する材料の種類および大きさの制御は困難であり、ユニットの取入れ口の寸法に近い大きさの材料または凝集物による閉塞の確率は高い。

ＳｃｈｕｔｔｅおよびＫｏｅｒｔｉｎｇ Ｃｏに対するカナダ特許第８３３９８０号は、ディフューザ内に圧縮流が発生するとともに、圧力を低減するための超臨界（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ）吸引比を有する種類のジェットポンプに関する。ＳｃｈｕｔｔｅおよびＫｏｅｒｔｉｎｇによって記述される方法および装置は、ジェットポンプの作動に関係するある限定された欠点を克服することを狙ったものである。このようなジェットポンプでは、最初に超音速を有する起動流（ｍｏｔｉｖｅ ｓｔｒｅａｍ）またはスラスト流（ｔｈｒｕｓｔ ｓｔｒｅａｍ）と吸引流との混合体が生成される。この先行技術において説明したように、超音速から亜音速への変化は、衝撃ゾーンにおいて発生する。特に、ガスをポンピングするために使用されるこの型のポンプに関連する問題は、衝撃波の位置決めを制御することにある。これは、衝撃波がディフューザの吸入または排出ゾーン中に移動すれば、重大な問題が発生する点で重要である。特に、衝撃波が縮小型円錐（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ ｃｏｎｉｃａｌ）吸入ゾーン中に移動すると、ジェットポンプは不安定となり、故障することさえある。衝撃波が拡大型円錐（ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ ｃｏｎｉｃａｌ）排出ゾーン中に移動すると、スラスト流と吸引流との混合体の流速は加速されて、結果として効率が低下する。特許権者は、ディフューザ内の状態を監視して、衝撃波を正確に位置決めし、これによって効率を最適化する目的で、スラスト流を適応的に変化させる方法を提案している。この先行技術のジェットポンプは、本質的に従来式の水蒸気エゼクタと同一である。この発明は、単に、衝撃波の位置決めを監視して制御することに特徴を有する。このジェットポンプは、ガスポンピング用に構成されている。したがって、とりわけ実質的に非圧縮流体により超音速を達成することが非常に困難であり、液体または液体／固体混合物をポンピングするのには不適切である。明らかに、その性能と比較すると、混合物に超音速を与えるのに必要なエネルギー量が大きすぎることになる。

Ｍａｙｓの米国特許第３６６４７６８号は、スラッジおよびその他の液体／固体材料用の直流（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）型の流体変成器に関する。この場合には、階段状の構成で、スロート領域は縮小し、それによってそこを通過する流体の固体要素の潜在的な固着（ｉｍｐａｃｔｉｏｎ）を生じさせる。ここで留意すべきことは、Ｍａｙｓは推進流体の性質に関しては触れていないことである。

本発明の目的は、本質的に移動部品を有さず、本明細書に記載する先行技術に例示するような狭窄なしに、現在利用可能な流体移動装置よりも改善された性能を有する流体移動装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、流体を移動させる方法を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、流体移動装置は、実質的に一定の横断面を有する直流型通路、並びに作動流体の進入および排出のために前記通路の両端部にそれぞれ設けられる入口および出口を備える中空ボディと、通路の入口端と出口端の中間にある通路部分を実質的に囲む（ｃｉｒｃｕｍｓｃｒｉｂｅ）とともにその中に開口するノズルと、移送流体を導入してノズルと連通する入口と、ノズルの下流側の通路内に形成された混合室とを有して構成される。ノズルは、使用時に移送流体の導入および凝縮によって分散液滴流通領域（ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｄｒｏｐｌｅｔ ｆｌｏｗ ｒｅｇｉｍｅ）および超音速衝撃波が混合室内で発生するように、配置かつ構成されている。

移送流体は、好ましくは、凝縮可能な流体であり、ガスまたは蒸気、例えば水蒸気でよく、これは連続的または非連続的に導入することができる。

本発明の第２の態様によれば、流体移動装置は、実質的に一定の横断面を有する直流型通路、並びに作動流体の進入および排出のために通路の両端部にそれぞれ設けられる入口および出口を備える中空ボディと、通路の入口と出口の中間にある通路部分を実質的に囲むとともにその中に開口する水蒸気ノズルと、水蒸気を導入してノズルと連通する水蒸気入口と、ノズルの下流側の通路内に形成された混合室とを有して構成される。ノズルは、使用時に分散液滴流通領域および超音速衝撃波が水蒸気の導入および凝縮によって混合室内で発生するように配置かつ構成されている。

移送流体の導入位置、またはその近傍、またはそのすぐ下流において、作動流体またはプロセス流体に衝撃を与える水蒸気の効果によって形成される関連セクションは、従来型水蒸気エゼクタの縮小／拡大セクションに類似する。しかし、通常拡大／縮小セクションに伴う物理的な制約なしに、擬似縮流部（ｐｓｅｕｄｏ−ｖｅｎａ ｃｏｎｔｒａｃｔａ）または擬似縮小／拡大セクションが生成される。したがって、本発明の流体移動装置は、柔軟な内部境界部を有する点で、従来型エゼクタよりも汎用性が高い。この柔軟な境界部は、中心の作動流体とユニットの固体壁との間にあって、多相流（ｍｕｌｔｉ ｐｈａｓｅ ｆｌｏｗ）内の外乱または圧力変動を固体壁よりもよく吸収することが可能となる。これによって、多相流内部の音速を有利に低減させて、より好適な液滴分散を生じさせ、運動量移送ゾーン長を増大させることでより強力な衝撃波を生成する。したがって、衝撃波の配置と強度は、流体移動装置が配置されるシステムの特有の要件に応じて変えることができる。

本発明のメカニズムは、その高度な汎用性と性能を達成するために、とりわけ熱、運動量および物質移動に係る効果の組合せに基づいている。衝撃波を発生させるとともに、せん断分散（ｓｈｅａｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）および／またはせん断解離（ｓｈｅａｒ ｄｉｓａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）により、連続的に作動流体の流れのせん断をもたらす。

超音速衝撃波の強度は、動作中のシステム内部で生じる様々なパラメータを操作することによって制御可能である。したがって、移送流体の流速、圧力および品質（水蒸気の場合には乾燥度）を調節することで、要求される衝撃波の強度を与えることができる。この点において、衝撃波の強度は、本質的に、通路および混合室の内部および全体にわたっての、その発達程度に依拠する。例えば、衝撃波が、全断面にわたって発達するか、あるいは部分的にのみ発達して、開いた中心コアを与える。したがって衝撃波の強度は、流体移動装置が実行すべき特定のタスクに応じて変えることができる。さらに、衝撃波の強度は、通路または混合室の内部、または場合によってはその外部における衝撃波の生じる位置によって定めることもできる。上記のように、擬似縮流部は寸法が可変であるので、衝撃波の位置決めは要件に応じて操作可能であり、従来型エゼクタのように物理的制約を受けることはない。

超音速衝撃波は、機能的に見た一つの観点ではバリアを構成し、このバリアを通過するか、または横断して、流体の流れが一方向だけに発生する。この点において、一方向バルブと見なすことができ、衝撃波を介して故意に逆流をもたらすことは不可能である。さらに、即座に超音速衝撃波の生成につながる水蒸気凝縮によって、自己誘導（ｓｅｌｆ−ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）メカニズムが構成される。移送流体は、流体が生成するその衝撃波そのものによって引き込まれるために、動作時においては、ある程度無限継続性（ｓｅｌｆ−ｐｅｒｐｅｔｕａｔｉｎｇ）を有する。ユニット全体にわたっての圧力勾配を決定するのは主として衝撃波の位置と強度であり、この圧力勾配がユニットの圧力、吸込みヘッド（ｓｕｃｔｉｏｎ ｈｅａｄ）および流速を決定する。

通路は、流体移動装置の特定の用途に適する任意簡便な横断面形状とすることができる。通路形状は、円形、直線状または任意の中間形状、例えば曲線状（ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ）とすることができる。

ノズルは、実際の作動流体の吐出面（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）にできる限り近づけて配置するのが好ましく、この点で、移送流体または水蒸気と作動流体との間がナイフエッジ状に分離されていることは、必要な程度の反応を達成するために有利である。作動流体の流れに対するノズルの角度が重要であり、浅くすることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、一連のノズルが、通路の長さ方向に設けられ、ノズルの幾何学的形状は、所望の効果に応じて適宜変更することができる。例えば、角度を変更することができる。ノズルは、場合によっては異なるパラメータの水蒸気状態を発生させる異なる性能特性を提供するために、異なる幾何学的形状を有することができる。例えば、いくつかのノズルは、加熱の目的で動作させることができるが、他のものは、例えば混合または分解のために同時に使用することができる。各ノズルは、その下流に混合室セクションを有する。一連のノズルが設けられる場合には、稼動するノズルの数は可変である。

ノズルは、通路の形状に対応するものとすることができ、したがって、例えば円形の通路には、それを包囲する環状ノズルを設けるのが有利である。本明細書で使用する場合には「環状（ａｎｎｕｌａｒ）」という用語は、流体移動装置の通路を囲む、１つまたは複数のノズルの任意の構成を含むものと考える。

直線状通路の場合には、それは大きな幅／高さ比を有することがあり、ノズルは、少なくとも上部壁および下部壁上に設けられるが、側壁部上には必ずしも必要ではない。しかしながら本発明では、形状に関係なくノズルによって通路を完全に包囲することを選択的に意図してはいる。

それぞれのノズルは、例えば円形の包囲パターンの形態、あるいはセグメント状に配置した複数のアパーチャの形態で、連続的とすることも非連続的にすることもできる。いずれの場合にも、各アパーチャには、移送流体の流れに渦を実際に与えるために形成された螺旋羽根（ｈｅｌｉｃａｌ ｖａｎｅ）を設けることができる。さらなる代替案として、通路のある長さにわたって連続螺旋スクロールの形態にしたノズルで通路を包囲して、ノズルアパーチャを通路の壁に形成することもできる。

それぞれのノズルは、その内部を縮小／拡大（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ−ｄｉｖｅｒｇｅｎｔ）型幾何学的形状にしてもよい。実際には、ノズルは、通路内部に移送流体の超音速流をもたらすように構成される。所与の水蒸気状態、すなわち乾燥度、圧力および温度について、ノズルは、最高速度水蒸気ジェット、最低圧力液滴および最高エンタルピーをもたらすように構成するのが好ましい。

例としてのみであり、限定としてではないが、先端角（ｉｎｃｌｕｄｅｄ ａｎｇｌｅ）を９°未満として、ノズルに対する最適面積比、すなわち出口面積：スロート面積は１．７５から７．５の範囲にある。

それぞれのノズルは、流れに対して適切な角度をつける。これにより、作動流体の貫通が生じて、通路の壁部上での運動エネルギーの消散と、不利な温度差分が起こりやすい通路壁部における水蒸気の早すぎる凝縮の両方を有利に防止することができる。ノズルの角度は、とりわけ、ノズル方位および混合室の内部幾何学的形状に依存する性能を最適化するために選択される。さらに、それぞれのノズルの角度は、流体移動装置に要求される圧力および流速に応じて、擬似縮小／拡大プロファイルおよび凝縮衝撃波位置を制御するために選択される。さらに、ノズルの角度により乱流の発生状態が変化する。運動量移動による加速を増大させて作動流体の分散による最適性能を達成するのに、乱流の制御は重要である。この点は、流体移動装置がポンプとして使用される場合には、特に重要である。例えば、限定としてではないが、本発明においては、それぞれのノズルの角度は０から３０°の範囲とすることができることがわかっている。

関連するそれぞれの混合室セクションに応じて、一連のノズルを、通路の長手方向に設ける。この場合に、ノズルに異なる角度を持たせること、例えば第１ノズルから下流方向に順に減少する角度を持たせることができる。各ノズルは、他のノズル（複数を含む）と異なる機能、例えばポンピング、混合、分解機能を持たせてもよく、また選択的に動作させることもできる。各ノズルは、作動流体に所望の効果を与えるように構成することができる。さらに、移送流体、例えば水蒸気の導入による多重ノズルシステムにおいて、段階的な加熱を達成することができる。このアプローチは、作動流体を徐々に加熱するのに望ましいことがある。

この混合室の幾何学的形状の決定は、設計的に予定される水蒸気状態とノズルの幾何学的形状とを適合させるように行う。この点において、様々な幾何学的形状とその性能との間に組合せ的効果があること、すなわち、様々な設計パラメータと流体移動装置に係る性能パラメータとの間に種々の組合せが存在することが理解されるであろう。

通路内の各ノズル位置において、通路の寸法は、その上流または下流よりも大きい。この増加によって、導入される流体の追加の体積を補償する。しかしながら、混合室の横断面積は、通路の横断面積と常に一致するか、またはそれよりも大きく、それによって通路に進入するいかなる物質も狭窄を生成することがない。混合室の横断面積は、長さ方向に沿って減少の程度を変える。すなわち、混合室において、長さ方向に沿って異なる角度のテーパを付けることができる。混合室では、それぞれのノズル位置からテーパが付けられ、そのテーパ比は、多相流の速度および凝縮衝撃波の圧力分布がその最適位置に維持されるよう選択にされる。この位置は、通常混合室のスロートの領域に存在する。本発明では、例えばスロートの直後などの異なる位置も考えられる。前述のように、衝撃波の強度は制御可能であり、その配置とあいまって、装置の性能特性を決定付ける。先に示したように、超音速衝撃波は、通路または混合室の横断面寸法の全体にわって広がることはなく、環状に発生し、例えば中央開口（ｃｅｎｔｒａｌ ｒｅｌｉｅｆ）を有するドーナツ形に近くなることがある。衝撃波の調節は、流体移動装置の性能の決定要因であるとともに、その用途に基づいて為されるものである。

本発明の混合室は長さを可変として、水蒸気の崩壊（ｃｏｌｌａｐｓｅ）または内破（ｉｍｐｌｏｓｉｏｎ）、すなわち凝縮および圧力低下が発生する位置を制御して、それによって超音速衝撃波の範囲および流体移動装置の性能に影響を与えることができる。したがって、混合室の長さは、運動量移動に関して最適性能をもたらすように選択される。本発明のいくつかの態様においては、汎用性のある手段を提供する目的で、この長さは、予め定められるものではなく調節可能である。水蒸気の凝縮は、内破力を発生させる。これにより、包囲する水蒸気流内に閉じ込められた作動流体に対して、ピンチ効果が発生する程度まで影響を与える。したがって、水蒸気凝結に基づいて誘導される作動流体に指向性を与える。

凝縮効果を強化し、かつ圧力を利用し、かつ追加の量の作動流体の流れを加速する目的で、カウル（ｃｏｗｌ）を通路の出口の下流側に設けることができる。

流体移動装置には、例えば、空気またはガス、あるいは液体を導入するために、通路内の入口と出口の中間において流体ノズルを設けることもできる。流体ノズルは、通路を包囲するような環状形を有し、移送流体または水蒸気用のノズルの上流側または下流側または移送流体用ノズルと一致させて配置することができる。

流体入口、または通路に設けられることのあるその他の入口は、その他のガスまたは液体、あるいはその他の添加物の導入に使用することが可能である。このような添加物は、例えば、作動流体用の処理物質として使用するか、あるいは粉末または微粉（ｐｕｌｖｅｒｕｌｅｎｔ）形態の微粒子として作動流体を変化させるかまたはそれと混合するのに使用することができる。その他の入口は、追加として、または代替的にさらなる作動流体の導入のために使用することができる。この流体またはその他の添加物は、通常は、ユニット内部に生成される例えば０．２バールの程度の低圧力によって、作動流体中に導入（ｅｎｔｒａｉｎ）される。また、この流体または添加物は、必要な場合には、外部手段によって加圧して、作動流体中にポンプ供給することもできる。

本発明のさらに別の実施形態においては、流体移動装置は、入口および出口を設けた室内に配置される。入口は一定の横断面の中央セクションへと広がり、中央セクションに流体移動装置が配置される。室は、その出口に向かって狭くなっている。この構造において、作動流体は、室の範囲内で流体移動装置を通過し、かつそれの回りに誘導され、室の出口はその入口よりも大きい。

本発明の流体移動装置は、移送流体として水蒸気が使用される場合に、水蒸気の熱を利用する加熱適用例においても使用することができる。というのは、作動流体は必然的に水蒸気から熱を受け取るからである。水蒸気の熱は、また、作動流体の物理的特性に対して有利な影響を与えることがあり、例えば、作動流体の粘性を低減することができる。

本発明の第３の態様によれば、作動流体を移動させる方法は、実質的に一定の横断面の直流型通路を有する流体移動装置を流体に対して向けるステップと、環状ノズルを介して通路を実質的に囲む移送流体を流すステップと、移送流体を凝縮させて低圧領域を生成し、通路を通る作動流体の流れを誘導するステップと、ノズルの下流の通路内に超音速衝撃波を生成するステップと、作動流体の流れを通路を介してその入口から出口まで誘導するステップと、衝撃波を調節して出口からの作動流体の排出状態を変化させるステップとを有する。

移送流体は、好ましくは、凝縮可能な流体であり、ガスまたは蒸気、例えば水蒸気とすることができる。

本発明の第４の態様によれば、作動流体を移動させる方法は、実質的に一定の横断面の直流型通路を有する流体移動装置を流体に対して向けるステップと、環状ノズルを介して通路を実質的に囲む水蒸気を流すステップと、水蒸気を凝縮させて低圧領域を生成し、通路を通る作動流体の流れを誘導するステップと、ノズルの下流の通路内に超音速衝撃波を生成するステップと、作動流体の流れを通路を介してその入口から出口まで誘導するステップと、衝撃波を調節して出口からの作動流体の排出状態を変化させるステップとを有する。

作動流体の熱容量は、一般に、凝縮効果の点で、所望の結果を得るのに十分である。しかしながら、その容量が不十分な場合には、本発明は、水蒸気を追加的に冷却して要求される結果を得る目的で、例えば水蒸気である移送流体を導入する下流の位置において、追加の作動流体または別の作動流体、例えば水を導入するステップを有する。

本発明の方法は、例えば水蒸気である移送流体が超音速に加速され、ノズルにより作動流体またはプロセス流体中に向けられる際の、熱、運動量および質量の移動等に係る作動流体へのエネルギーの移動に基づくものである。結果として得られる移送流体と作動流体との混合物は、せん断損失、水蒸気凝縮、および物質移動の結果として、減速する前に、擬似縮小セクション内部で加速される。超音速衝撃波が生成されるのは、結果的に本発明の減速型の態様（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｖｅ ａｓｐｅｃｔ）に基づくものである。

本発明による方法の実行に際して、衝撃波の生成並びにその位置および強度の制御は、所望のパラメータ状態に基づいて為される。例えば移送流体が水蒸気である場合には、水蒸気ノズルに要求される性能を達成するために、圧力、乾燥度または水蒸気品質、温度および流速に係るパラメータ設定に対応するノズルを設計することによって制御する。

本発明の流体移動装置は、移動装置が流体、すなわち海または湖またはその他の水域に浸漬される船舶用推進用途から、ポンプまたはミキサーまたは通気装置（ａｅｒａｔｏｒ）としての用途まで、様々な適用例において使用することができる。ポンピングへの適用例においては、様々な作動流体を移動させて、液体、固体を懸濁させた液体、スラリー、スラッジおよびその他を生成することができる。移動装置が、通路に進入する可能性のある物質を吸収可能であることは、移動装置の直流型通路の利点である。移送流体または水蒸気の凝縮によって通路内において増加される速度および圧力は、例えば、通路中の急速な移動を確保する。そのような利点は、流体移動装置を船舶分野における推進ユニットとして使用する上において特に重要であり、この分野では、漂流物および投げ荷が重大な問題となることがある。以前の推進ユニットでは、漂流物等が原因で円滑な作動が不能になることがあった。

本発明は、衝撃波と組み合わせたせん断効果によって、通路に進入した、砕けやすいか、または容易に分解できる任意の物質を崩壊させる能力を生じるメカニズムを付与する。せん断効果、すなわちせん断分散および／またはせん断解離と衝撃波との組合せが、物質に対して分解効果を有することがわかっている。

本発明は、固体を崩壊させて廃棄を容易にする能力を提供することができるので、超音速衝撃波の分解効果は、他の方法では困難と考えられる物質、例えばスラリー、１次および２次のスラッジ、未処理汚水または汚水スラッジの移送に役立つ。廃水処理（ｗａｓｔｅ ｗａｔｅｒ）工業における別の例において、この効果は、好気性および嫌気性の消化装置（ｄｉｇｅｓｔｅｒ）における、塊状物の分解およびその他の粒子の寸法低減に使用することができる。スラッジの分解と加熱の組合せには、スラッジの生物学的活性を増大させ、それによって消化装置内のバイオガスの生成を向上させるという追加的利点がある。汚水処理プロセスまたはその他のプロセスにおいて生成される任意のフィルタケーク（ｆｉｌｔｅｒ ｃａｋｅ）も、本発明の流体移動装置を用いての分解に供する候補である。

同時に、本発明はまた、大腸菌等の有害バクテリアの殺菌、あるいは廃水処理業界における繊維状バルキング（ｆｉｌａｍｅｎｔｏｕｓ ｂｕｌｋｉｎｇ）の制御に適用することができる。本発明がもたらすせん断メカニズムは、衝撃波を横切る圧力勾配とあいまって、流体中のバクテリアを効率的に殺菌する。通常は水蒸気である移送流体の熱投入は、このバクテリア殺傷効果を強化し、それによって作動流体を殺菌する。この殺菌効果は、作動流体に混合される化学物質またはその他の添加物の導入（ｅｎｔｒａｉｎｍｅｎｔ）によってさらに強化することができる。

本発明はまた、生物の制御および殺傷に使用することもできる。例えば、本発明は、船舶からのバラスト水（ｂａｌｌａｓｔ ｗａｔｅｒ）のポンピングと処理に使用することもできる。せん断メカニズム、衝撃波および熱投入の組合せは、カタツムリ類やアルテミア属（ａｒｔｅｍｉａ）などの水生の生物を殺傷することになる。この効果は、作動流体に空気を導入することによって気泡障害（ｇａｓ ｂｕｂｂｌｅ ｔｒａｕｍａ）および／またはガス飽和（ｇａｓ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）を発生させることで、さらに強化することができる。

例えば食品業界において、本発明は、飲料製品および食用製品の低温殺菌に使用することもできる。

本発明では、従来利用可能であったよりも大きな横断面の通路にわたって分解作用が行われるために、従来の機器によって可能であるよりも大きな寸法および流速の固体物質を含む液体の処理が可能になる。さらに、この流体移動装置は非常に小さい抵抗を有するか、または抵抗を有さないので、流体移動装置に進入する可能性のある任意の処理困難物質（ｒｏｇｕｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）を吸収しても損傷することがない。

本発明はまた、混合、分散または水和に使用することも可能である。この場合もせん断と衝撃波との組合せが、所望の結果を達成するためのメカニズムを提供する。これにより、流体移動装置は、複数の流体を混合するのに、あるいは１または複数の流体と例えば粉末の固体である粒状物質とを混合するのに使用することができる。流体は、液体またはガス状形態とすることができる。本発明の使用は、液体を粒子形態の粉末と混合するときに、粉末が、例えば増粘剤であるカラヤゴム（Ｇｕｍ Ｔｒａｇａｃａｎｔｈ）等の濡らすのが困難な材料である場合でも、均質な混合物が生成されることがわかっている。このメカニズムは、例えば、ペイントの製造に使用することも可能であり、この場合に、粉末およびその他の添加物、例えば増量剤などを、導入、混合そして分散させることができる。

作動流体の処理、例えば、加熱、調薬、混合、分散、乳化などを、少なくとも１つの流体移動装置を使用してバッチモードで行うか、必要に応じて１または複数の流体移動装置を使用して直列（ｉｎ−ｌｉｎｅ）構成または連続構成によって行うことができる。

さらに、本発明は、互いに不溶の２種以上の液体を混合することによって懸濁液を形成すること、すなわち一方の液体（内相）の小滴が他方の液体（複数を含む）（外相）中に分散させる乳化を実現するために使用される。本発明は、必要であれば、表面活性混合物なしの乳化を実現する。本発明は、表面活性剤を使用することなく流体移動装置を１回通過させることによって、脂肪、油類、グリースの水への乳化を、粒子寸法が０．１μｍまでに均質化された状態で達成することがわかっている。さらに、本発明の直流特性によって、取り扱うことのできる粒子寸法には制約がなく、乳化を実行するユニットの内径寸法までの寸法を有する粒子に対して適用できる。

本発明の流体移動装置は、液体搬送媒体内の固体を単に移送することに使用できる。例えば高粘度の紙パルプ、例えば水中の砂または砂利（５ｍｍピーシングル（ｐｅａ ｓｈｉｎｇｌｅ））等の水またはその他の液体中の微粒子についても、固体含有率が８０パーセントまでは使用することができる。この高い固体配合能力は、例えば、原子炉廃棄の一部として放射性物質を収集タンクから移動させるときなどの、特定の用途においては特に重要である。

固体取り扱い能力の別の例は、穀物およびスプリットグレイン（ｓｐｌｉｔ ｇｒａｉｎ）の移送であり、この場合には本発明は、穀皮（ｈｕｓｋｓ）の分離に使用することもできる。

さらに流体移動装置は、スラリーの粒子材料を洗浄して、廃棄物質から目的物を分離させるのに使用することができる。それに限定はしないが、選鉱（ｍｉｎｅｒａｌ ｄｒｅｓｓｉｎｇ）システムへの特殊な適用例がある。この使用は、含油媒体からの脱油にも適用できる。すなわち、その他の粒子、例えばオイルサンド、ミルスケール（ｍｉｌｌ ｓｃａｌｅ）、および浜辺からの石油流出物から油を分離することに使用できる。

液体作動流体の使用を強調してきたが、作動流体はガス状、例えば空気とすることもできることは、本発明の技術的範囲に含まれる。この態様において、流体移動装置は、抽出装置（ｅｘｔｒａｃｔｏｒ）として機能し、それによって移送流体、例えば水蒸気を注入することによって、ガスを誘導して、１つのゾーンから別のゾーンへ移動させることができる。この方法による使用の一例は、消火現場においての煙の排出がある。本発明には、水蒸気だけ、または追加的に導入された水および／または化学添加物と一緒に使用して、爆発性または有毒性のガスを湿らすか、または急冷する（ｑｕｅｎｃｈ）という追加的な利点がある。この構成は、爆発物または有毒物質を安全に廃棄するために溶液中に配置する際に使用することもできる。

また消火用途において、流体移動装置は、水または別の流体が導入されている通路に、空気または別の気体を引き込むのに使用することができる。本発明の混合および分解機能を利用して、上述のせん断効果と衝撃波を横切る圧力勾配との相乗効果により、流入する例えば水蒸気である移送流体により、水が霧化（ａｔｏｍｉｚｅ）される状態が発生する。水の霧化は、移送空気により移送された水に係る超音速衝撃波の通過および／またはせん断効果によってもたらされる。上述の霧化効果は、消防活動において有利に使用することが可能である。例えば、火事が発生したとき、あるいは液体またはガス形態の化学物質または生物材料の漏洩または逸出があった場合に適用できる。霧化噴霧は、雰囲気の包括飽和（ｂｌａｎｋｅｔ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）を有効に生成して、完全な湿潤結果をもたらすミスト（ｍｉｓｔ）を供給する。火事の場合の効果は、燃焼の勢いをそぐことである。化学物質または生物材料が関係する場合には、霧は、これらの材料を湿らし、それらの析出または中和を起こさせる。化学添加物または生物添加物を作動流体中に導入することによって、さらなる処理を提供することもできる。

火事が制御されるか、あるいは化学物質または生物材料の中和に成功すると、本発明の流体移動装置は、現場から液体またはガス状廃棄物を収集して排出する手段として使用することもできる。このことは、水蒸気が提供する熱によって、廃棄物を中和するさらなる機会を提供するとともに、さらなる化学添加物または生物添加物を添加して流体と混合することも可能にする。

この分野の使用には、消火目的の泡の生成の観点で、別の潜在的な適用例がある。発泡剤を含む水と、場合によっては空気との流体混合物は、移送流体、例えば水蒸気を使用する流体移動装置内で、せん断効果と超音速衝撃波の組合せによって、混合される。

本発明の直流的構成は、流体がそれを通過するときに、流れ制約が非常に少なく、したがって圧力低下が無視できるほどであるという追加的利点を有する。このことは、流体移動装置がプロセス配管（ｐｉｐｅ ｗｏｒｋ）内に配置されており、流体移動装置が停止されるときには、この配管を介して流体がポンピングされる適用例において、特に重要である。さらに、このような障害物のない内径によって、配管を清浄するのに使用される「ピグ（ｐｉｇ）」等の清浄装置に対する抵抗がなくなる。

例として、本発明による流体移動装置の４つの実施形態を、添付の図面を参照して以下に、記述する。

同一の参照数字は、本明細書を通して、同一の部品に対して使用した。

図１を参照すると、入口４および出口５を提供する通路３を定義するハウジング２を備える、流体移動装置１を示してあり、通路３は実質的に一定の円形横断面を有する。

入口４は突出部６の前端に形成されており、この突出部６は、ハウジング２の中に延びるとともに、その外部で移送流体を導入するためのプレナム（ｐｌｅｎｕｍ）８を画定する。このプレナム８には、入口１０が設けられている。突出部６は、その内部で通路３の一部を画定する。入口４から離れた突出部６の遠端１２には、その比較的外表面上にテーパ１４が付けられている。テーパ１４と対応してテーパを付けられたハウジング２の内壁の部分１８との間に環状ノズル１６が画定される。ノズル１６は、プレナム８と連通している。ノズル１６は、使用時において超音速流をもたらすように成形されている。

動作時において、ハウジング２は、用途に応じて例えば水である作動流体内に配置されるか、または入口４が水などの作動流体またはプロセス流体の供給源に接続される。入口１０およびプレナム８を介して、水蒸気を流体移動装置１内に導入することによって、ノズル１６から水蒸気のジェトが噴出する。水蒸気のパラメータ特性の選択については、使用に際して、混合室（３Ａ）として作動する通路区間において、ノズル１６の下流の通路３内に超音速衝撃波が生成されるようにする。動作時において、衝撃波は混合室（３Ａ）内で生成されて、適当な距離にわたって混合室（３Ａ）内部に維持される。ノズルから噴出する水蒸気ジェットは、作動流体を誘導して通路３を通過させる。この通路３は、その内径寸法が一定であるので、流れに対する障害がない。水蒸気状態および幾何形状、並びに熱および物質移動の速度によって定まる所定の位置において、水蒸気は凝縮して圧力の低下を引き起こす。水蒸気の凝縮は、上記の現象に起因して形成される衝撃波の直前で発生する。この衝撃波が高圧力勾配を生成して、それによって通路３からの流体の誘導が強化される。

さらに、水蒸気の凝縮は本発明を機能させるメカニズムの一工程であるが、これによってテルテール後流（ｔｅｌｌ−ｔａｌｅ ｗａｋｅ）は発生しない。したがって流体移動装置の物理的流体シグネチャー（ｆｌｕｉｄ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）は、低レベルであることが観察されている。

図２は、第２の実施形態を示しており、ノズル１６と同じ位置に形成されたさらに別の環状ノズル３４が入口３０およびプレナム３２とともにハウジング２内に設けられていることを除いて、図１に示すものと類似している。この場合には、使用時において、空気が入口３０およびプレナム３２を介してノズル３４に導入され、次いで通路３に導入されることで、流れに通気する。これによって、水の液相、水蒸気および空気で構成される３相状態が実現される。

空気またはその他の気体の使用は、キャビテーションの抑制を支援し、それがハウジングの壁の近傍で発生する際に、ハウジングの物理的劣化を低減する。また、キャビテーションを抑制することで、ノイズレベルを低減するという有利な効果を有する。したがって、流体移動装置の音響シグネチャー（ｓｏｎｉｃ ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）が減少する。このような特性は、実際に、移動装置がその船舶用推進用途に使用される場合、特に小さな音響信号（ｓｉｇｎａｌ）が望ましい場合に利点を有する。

本発明の性能は、装置を構成する材料の選択によって補完することができる。使用される材料については、温度、水蒸気圧力および作動流体に対して適切である必要があるが、選択に関してその他の制約はない。例えば、高温複合材を使用することで、船舶用用途における音響信号の低減を強化するために、ノイズの減衰を最適化することもできる。

ノズル３４または別の１または複数のノズルを代替的に使用して、混合または処理を目的として、その他の流体または粉末等の流動形態をとりえる固体のための入口を形成することもできる。例えば、必要であれば、さらに別の空気ノズルを通路に設けて、作動流体に対する通気を行うこともできる。別のノズルの設置位置については、移送流体ノズルの上流でも下流でもよい。また複数のさらなるノズルが設けられる場合には、この設置位置については、要求に応じて上流および下流の両方とすることもできる。本発明の別の実施形態においては、水蒸気の急冷（ｑｕｅｎｃｈ）を持続させて作動流体に対する必要な吸引効果をもたらすために、主作動流体の熱容量が不十分である場合には、例えば水である作動流体または別の流体を導入するのに、ノズル３４を使用する。この方法は、急冷の不足を補うために水などのさらなる流体の追加が必要である、低熱容量の流体または比較的高粘度の液体に対して特に適用可能である。

次に図３を参照すると、図１の流体移動装置に加えて、通路３の出口５に隣接して円錐台（ｆｒｕｓｔｏ−ｃｏｎｉｃａｌ）カウル４０が設けられている。この位置に円錐台カウルを配置することによって、作動流体が、入口４を通過してだけでなく、出口５とカウル４０の内部壁との間に形成された環４２を通過して引き込まれることによる誘導効果をさらに強くすることができる。ベンチュリ効果（ｖｅｎｔｕｒｉ ｅｆｆｅｃｔ）が生じ、それによってハウジングとカウルとの間を通過する流れのさらなる加速がもたらされ、推力（ｔｈｒｕｓｔ）を増強させることができる。カウルの位置は、所望の効果を得るために変えることができる。

図４を参照すると、図１の実施形態による流体移動装置がケーシング５０内の中央に配置されている。このケーシング５０は、入口開口５４を有する拡大型入口部分５２と、一定断面の中央部分５６と、中央部分に連通する出口開口６０を有する縮小型出口部分５８とを有して構成される。使用時において、入口開口５４および出口開口６０は、作動流体内に配置されるか、あるいは導管に接続されて、作動流体を流通させる。作動時においては、作動流体がケーシング５０を通過して引き込まれる。作動流体は、ハウジング２の回りとともに、図１に示すものと類似の設計の流体移動装置の通路３をも通過して、誘導される。ケーシングの縮小部分５８は、流体移動装置の加速効果を強化する手段を提供し、これによって流体の推力を向上させる。図４に示す具体的な構成の代替案として、入口部分５２がより浅い角度を有するか、あるいは中央部分５６と寸法的に一致させることもできる。

実施例
例としてのみであるが、我々は、乾燥度９９％の５バールゲージ（ｂａｒ ｇａｕｇｅ）の水蒸気で使用することを意図して、４７ｍｍの中央通路（３Ａ）内径を有する流体移動装置（１）を設計した。その環状ノズルは、面積比１．９を有し、先端角が５．７°で、スロートギャップ（ｔｈｒｏａｔ ｇａｐ）が１．３４ｍｍである。流れ通路（３）の軸線および混合室（３Ａ）の軸線に対して、ノズルが向けられている角度は、２４°である。混合室（３Ａ）は、先端角が８°から始まり、長さ全体の６０％の位置において３°となる２重テーパを有している。長さ対直径比は、２．１３である。この構成によって、流体移動装置に、従来型システムよりも高い性能がもたらされることがわかっている。例えば、ポンピングされた作動流体の流速は、同時に加熱、混合などのその他の機能を同時に実行しながら、通常、従来型システムよりも４０〜１００％高い。

本発明は、所要の性能を達成するのに必要な水蒸気量が少ない点で、すなわち作動流体に対して小さな比率の水蒸気が導入される点において、従来型のシステムと比較して性能的にさらなる利点を有する。通常、この比率は１質量％の範囲内である。

本発明は、流体移動装置内部における超音速衝撃波の生成、および水蒸気である移送流体の凝縮に伴う衝撃波の拡張によって得られる推力が、水蒸気から作動流体への運動量移動によって増強される。これにより、さらなる加速を付与する手段が提供される。超音速衝撃波の作用は、流体移動装置の幾何学的形状および移送流体のパラメータ状態を変えることによって制御が可能である。

本発明が、特にカナダ国特許第８３３９８０号に具現化された先行技術と異なる点は、衝撃波の発生する位置が重要ではないことである。すなわち、ＳｈｕｔｔｅおよびＫｏｅｒｔｉｎｇの円錐入口ゾーンと等価な構造を有する混合室において、衝撃波を任意所望の位置に生成することができる。また、超音速は衝撃波自体においてのみ発生する。本発明の幾何学的形状は重要ではある。しかし、ＳｃｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇのジェットポンプの特徴であり、重要な幾何学的形状である、縮小入口ゾーン、スロート、および拡大出口ゾーンから成る従来型のベンチュリ構成の使用に依存するものではない。ＳｃｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇのジェットポンプは、突発的（ｓｐａｓｍｏｄｉｃ）または不安定（ｅｒｒａｔｉｃ）な状態を防止するために、衝撃波の正確な位置決めを特に目的としている。

本発明においては、超音速の衝撃波を生成することで、相当な利点となる加速効果を生じる。したがって、この動作モードは、まったく反対方向を教示するＳｃｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇのアプローチとはきわだって対照的なものである。ここで留意すべきことは、ＳｃｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇは、効率の低下とういう点において、そのような加速効果は有害であると見なしていることである。

実際に、ＳｃｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇのアプローチは、ディフューザ内部における衝撃波のハンチング（ｈｕｎｔｉｎｇ）によって突発的流れが存在するとしており、その目的は流れの円滑化である。これと比較すると、本発明は、装置を充分に動作させるために、装置の境界内に衝撃波を正確に発生させることに依拠するものではない。さらに、この先行技術の衝撃波は実際にディフューザ断面の全体にわたって広がるとともにポンピングされる流体がガスであるので、全断面衝撃波が生成されると思われる。上記の記載により示されるように、本発明の衝撃波は、室横断面全体に広がる必要はなく、中央開口を備えるドーナツ形に形成することができる。本発明においては、衝撃波外形におけるそのような形態は、充分に許容できるものである。ある種の用途においては、衝撃波自体が高い圧力勾配を生成する水蒸気凝縮作用における運動量移動の境界となる。水蒸気の内破および誘導効果により流体の目標加速度が得られる点において、特に利点を有する。

したがって、本発明は、ＳｃｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇと異なり、前述の衝撃波の位置決めが重要ではない。したがって、より広い範囲の動作パラメータで動作させられる点と、処理能力について多様性を有する点で汎用性を有する。この汎用性は、擬似縮小／拡大セクションの生成によって達成される。これは、ＳｈｕｔｔｅとＫｏｅｒｔｉｎｇによって例示される従来式技術によっては達成することのできない動作の柔軟性をもたらす。流れの中での柔軟な境界部は、移送流体のパラメータ、すなわち水蒸気圧力および／または流速を調節することによって制御が可能である。

この汎用性によって、本発明を広範囲の動作条件にわたって、多数の異なる用途に適用することが可能となる。さらに、流体移動装置の形状は、特定の用途に適する任意簡便な形態のものとすることができる。したがって、流体移動装置は、円形、曲線または直線状として、流体移動装置を特定の用途または寸法拡大縮小に適合させるのを容易にすることができる。寸法拡大縮小は、従来型機器、例えばエゼクタとは対照的に、異なる設計に容易に適応することができる点において重要である。従来型機器においては、その構成的特徴によって課せられる物理的な制約により、困難な問題が生ずることがある。また、衝撃波の生成により分解効果が実現されるから、ある用途、例えば流体／固体混合物がポンピングされる用途については、この効果は、流れパターンを促進かつ円滑化する点および実際にポンプ機構の性能を改善する点で有利である。さらに、ある種の用途においては、混合物の固体要素の分解を主な目的とする。この場合、衝撃波フロントが、固体を別個の断片に効果的に崩壊させる。本発明は、流れを円滑化すること、およびプロセス要件を満足することにより、機能の二重性をもたらす点で利点を有する。

貫流（ｏｎｃｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ）方式において、本発明の流体移動装置を採用することによって、乳化処理も可能である。これは、多段処理を不要とする。上述したせん断機構とそれの超音速衝撃波との組合せによって、異なる液体および／または固体の混合が流体移動装置によって強化され、結合される構成要素間の必要な親和性をもたらす。

流体および／または固体の加熱は、本発明を使用して、移送流体としての水蒸気を投入することによってもたらすことが可能である。本発明は、ポンピング、加熱、混合および分解ができることで多重機能を有し、水蒸気特性を調整することで、すなわち衝撃波の発生位置を変更することで、適切な制御を実現することができる。

例えば、流体内容物の移送に使用する導管の「現場清浄化（ｃｌｅａｎｉｎｇ ｉｎ ｐｌａｃｅ）（「ＣＩＰ」と呼ばれる）」が必要となる食品産業においても、水蒸気の使用は重要である。水蒸気は、導管壁に対する清掃または洗浄作用がある。本発明の利点は、汚染物質を蓄積させる堆積領域を構成する可能性のある複雑な内部構造を有さないことである。言い換えると、本発明の流体移動装置は、汚染物質を隠匿する可能性のある急激な変化のない、開けた内部形状を与えるものである。

この流体移動装置は、一定量の水蒸気投入に対して、作動流体の体積処理量をより大きくすることができる。したがって、作動流体は水蒸気を凝縮させるための大きな熱容量を提供するので、従来式の機器に関連する温度よりも高い温度で作動流体を作動させる能力がある。

したがって、この流体移動装置は、作動流体の処理だけでなく、上述の浄化用途においても、殺菌効果がある点において利点を有する。殺菌設備の作動は、「現場殺菌（ｓｔｅｒｉｌｉｓｉｎｇ ｉｎ ｐｌａｃｅ）」（「ＳＩＰ」と呼ばれる）と呼ばれる。したがって、本発明は、清浄化と殺菌を行う二重モードで使用することが可能である。したがって、ある用途では、作動流体を低温殺菌することが可能であり、補助設備を必要とすることなく水蒸気洗浄装置として動作する。付加的な利点は、流体移動装置自体が多機能であることで、清浄化機構として動作するとともにポンプとして動作することである。流体移動装置が関連する機器の殺菌は、バッチモードまたは連続モードで達成することができる。ほとんどの業界において、通常腐食性（ｃａｕｓｔｉｃ）を有する清浄化剤は、追加のポンプを必要とすることなく、本発明の流体移動装置を用いることによって、ポンピングして機器を通過させることができる。この流体移動装置は、従来型のポンプと比較して、腐食性環境に影響されやすい移動部品および繊細な動的シールがないためにこの用途に対して有利である。

したがって、本発明は、食品産業から廃棄物処理産業までの広範な産業分野において広い用途がある。

前述の説明で示されるように、本発明は煙中のガスによって運ばれる粒子の減衰と析出との両方の利点を有し、煙抽出の手段を提供する点で、消火ツールとしての潜在的な用途がある。また、水を霧化して、火にかけることで燃焼を抑制するための微細ミスト（ｍｉｓｔ）を生成するのに、本発明を使用することもできる。さらに、流体移動装置は、やはり消火での使用のために、泡生成に適用することも可能である。本発明は、発泡剤を水および場合によっては空気と混合するのに使用される。

上述したように、本発明は、その動作モードにおいて、またそれが適している様々な用途において、多数の利点がある。例えば、その内径が入口よりも小さくなることのない、実質的に一定断面を有する流体移動装置の「直流（ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｔｈｒｏｕｇｈ）」構造によって、固体を含む流体を容易に取り扱えるだけでなく、処理困難物質があれば、抵抗なしに移動装置から放出することが可能である。本発明の流体移動装置は、広範囲の粒状物寸法を許容する。したがって、従来型エゼクタがその物理的な縮小／拡大セクションの制約的な特性によって構造的に限定されるようには、本発明は限定されるものではない。この流体移動装置は、擬似縮小／拡大セクションによって、処理材料寸法に対応する任意の形態をとりえる柔軟性を提供する。

作動流体に通気することで、表面摩擦損失が低減され、またキャビテーションが抑制されることで音響シグネチャーを低減する。したがって、船舶用推進用途において、本発明は利点を有する。キャビテーションの抑制は、有害な物理的な効果、例えばピッティングの原因をなくすことにおいて利点がある。

２相だけが存在する場合には、水蒸気から作動流体へのエネルギー移動は、過渡的な後流（ｗａｋｅ）を生成するだけである。したがって、移動装置の物理的流れは、小さくかつ短命である。ここでも、そのようなメカニズムから利点が引き出される。

したがって、本発明は、先行技術と比較して、移動装置の領域において、改良された性能を有して広い適用性を提供するものである。

ここで理解すべきことは、本明細書において使用する限りにおいて「通気（ａｅｒａｔｉｏｎ）」という用語は、作動流体中への空気またはその他のガスの導入を包含する意味を有するものとして用いられていることである。

第１の実施形態の横断面図である。 第２の実施形態の横断面図である。 第３の実施形態の横断面図である。 第４の実施形態の横断面図である。

Claims (48)

1. おおよそ一定の横断面を有する直流型の通路（３）と、作動流体を進入させるために前記通路（３）の一方の端部に設けられた入口部（４）と、作動流体を排出するために前記通路（３）の他方の端部に設けられた出口部（５）とを有する中空ボディ（２）と、
   前記通路（３）の前記入口部（４）と前記出口部（５）との間にある前記通路（３）を囲むとともに、前記通路（３）内に開口するノズル（１６）と、
   移送流体を導入して前記ノズル（１６）と連通する入口部（１０）と、
   前記通路（３）内において前記ノズル（１６）の下流側に形成された混合室（３Ａ）とを有して構成され、
   使用時に移送流体の導入および凝縮によって、前記混合室（３Ａ）内で分散液滴流通領域が形成されるとともに超音速衝撃波を発生させるように、前記ノズル（１６）が配置かつ構成されていることを特徴とする流体移動装置（１）。
2. おおよそ一定の横断面を有する直流型の通路（３）と、作動流体を進入させるために前記通路（３）の一方の端部に設けられた入口部（４）と、作動流体を排出するために前記通路（３）の他方の端部に設けられた出口部（５）とを有する中空ボディ（２）と、
   前記通路（３）の前記入口部（４）と前記出口部（５）との間にある前記通路（３）を囲むとともに、前記通路（３）内に開口する水蒸気ノズル（１６）と、
   水蒸気を導入して前記水蒸気ノズル（１６）と連通する水蒸気入口部（１０）と、
   前記通路（３）内において前記水蒸気ノズル（１６）の下流側に形成された混合室（３Ａ）とを有して構成され、
   使用時に水蒸気の導入および凝縮によって、前記混合室（３Ａ）内で分散液滴流通領域が形成されるとともに超音速衝撃波を発生させるように、前記水蒸気ノズル（１６）が配置かつ構成されていることを特徴とする流体移動装置（１）。
3. 前記通路（３）の形状を円形状、曲線状または直線状にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体移動装置（１）。
4. ノズル（１６）が、使用に際して作動流体の吐出面に接近して配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
5. 移送流体または水蒸気と作動流体との間にナイフエッジ状の分離がもたらされることを特徴とする請求項４に記載の流体移動装置（１）。
6. ノズル（１６）が環状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
7. ノズル（１６）が、単一アパーチャであることを特徴とする請求項６に記載の流体移動装置（１）。
8. ノズルが、複数のアパーチャを形成して不連続であることを特徴とする請求項６に記載の流体移動装置（１）。
9. 各アパーチャに、渦を誘導するための螺旋羽根が設けられることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の流体移動装置（１）。
10. ノズルが、通路を囲むように螺旋状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
11. ノズル（１６）が、使用に際してその内部に超音速流を生成させるように、縮小／拡大型の幾何学的形状を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
12. ノズル（１６）が、最高速水蒸気ジェット、最低圧力液滴および最高エンタルピーを与えるように形成されることを特徴とする請求項１１に記載の流体移動装置（１）。
13. ノズル（１６）が、通路（３）に対して角度を有するように形成されることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
14. 複数のノズル（１６）が、通路（３）の長さ方向に間隔を空けて設けられており、それぞれのノズルにはその下流に混合室セクションが付設されることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
15. 通路（３）に沿って異なる位置に設けられたそれぞれのノズル（１６）が、異なる幾何学的形状を有することを特徴とする請求項１４に記載の流体移動装置（１）。
16. １または複数のノズル（３４）が、通路（３）の入口部（４）と出口部（５）との間にさらに設けられることを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
17. さらなるノズル（３４）が、移送流体または水蒸気用のノズル（１６）の上流側および／または下流側に配置されることを特徴とする請求項１５に記載の流体移動装置（１）。
18. 移送流体または水蒸気のためのノズル（１６）が配置された位置における通路（３）の横断面寸法が、前記通路（３）の上流側または下流側いずれかの横断面寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
19. 混合室（３Ａ）の横断面積が、通路（３）の横断面積以上であることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
20. 混合室（３Ａ）の横断面積が長さ方向に沿って変化することを特徴とする請求項１９に記載の流体移動装置（１）。
21. 横断面積の変化の割合が、混合室（３Ａ）の長さ方向に沿って異なることを特徴とする請求項２０に記載の流体移動装置（１）。
22. 通路（３）の出口部（５）の下流側に、カウル（４０）が設けられることを特徴とする請求項１から請求項２１のいずれか１項に記載の流体移動装置（１）。
23. おおよそ一定の横断面を有する直流型の通路（３）を有する流体移動装置（１）を作動流体に対して向けるステップと、
    環状ノズル（１６）を介して、前記通路（３）を実質的に囲む移送流体を流して作動流体の流れの中に擬似縮小／拡大セクションを生成するステップと、
    移送流体を凝縮させて低圧領域を生成し、前記通路（３）を通る作動流体の流れを誘導するステップと、
    前記ノズル（１６）の下流側に位置する混合室（３Ａ）内において、分散液滴流通領域を形成するとともに超音速衝撃波を発生させるステップと、
    作動流体の流れを、前記通路（３）を介して、その入口部（４）から出口部（５）まで誘導するステップと、
    前記衝撃波を調節して前記出口部（５）からの作動流体の排出状態を変化させるステップとを有することを特徴とする作動流体移動方法。
24. おおよそ一定の横断面を有する直流型の通路（３）を有する流体移動装置（１）を作動流体に対して向けるステップと、
    環状ノズル（１６）を介して、前記通路（３）を実質的に囲む水蒸気を流して作動流体の流れの中に擬似縮小／拡大セクションを生成するステップと、
    水蒸気を凝縮させて低圧領域を生成し、前記通路（３）を通る作動流体の流れを誘導するステップと、
    前記ノズル（１６）の下流側に位置する混合室（３Ａ）内において、分散液滴流通領域を形成するとともに超音速衝撃波を発生させるステップと、
    作動流体の流れを、前記通路（３）を介して、その入口部（４）から出口部（５）まで誘導するステップと、
    前記衝撃波を調節して前記出口部（５）からの作動流体の排出状態を変化させるステップとを有することを特徴とする作動流体移動方法。
25. 流体内の擬似縮小／拡大セクションが、作動流体と通路（３）の壁部との間に柔軟な境界部を発生させることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の作動流体移動方法。
26. 水蒸気の圧力、流速、乾燥度および／または温度として与えられる水蒸気特性を変化させて、水蒸気ノズル（１６）の要求性能を実現することを特徴とする請求項２４に記載の作動流体移動方法。
27. 水蒸気の凝縮を増強させる目的で、追加の流体をノズル（１６）の位置よりも下流側の通路内に導入することを特徴とする請求項２３、請求項２４または請求項２５に記載の作動流体移動方法。
28. 追加の流体が、作動流体であることを特徴とする請求項２７に記載の作動流体移動方法。
29. 追加の流体が、水であることを特徴とする請求項２７に記載の作動流体移動方法。
30. １または２種類以上の追加の流体および／または固体を、ノズル（１６）の上流側または下流側の通路内に導入することを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の作動流体移動方法。
31. １または複数の追加の流体が、１または２種類以上の液体として与えられることを特徴とする請求項３０に記載の作動流体移動方法。
32. 追加の固体が、微粒子の形態を有することを特徴とする請求項３０に記載の作動流体移動方法。
33. 追加の固体が、粉末形態を有することを特徴とする請求項３０に記載の作動流体移動方法。
34. 追加の固体が、ゼラチン状および／または粘着性の形態を有することを特徴とする請求項３０に記載の作動流体移動方法。
35. 作動流体が、液体であることを特徴とする請求項２３から請求項３４のいずれか１項に記載の作動流体移動方法。
36. 作動流体が、液体と固体材料との混合物であることを特徴とする請求項２３から請求項３４のいずれか１項に記載の作動流体移動方法。
37. 混合物が、スラッジまたはスラリーであることを特徴とする請求項３５に記載の作動流体移動方法。
38. 固体材料が、微粒子の形態を有することを特徴とする請求項３５に記載の作動流体移動方法。
39. 固体材料が、粉末形態を有することを特徴とする請求項３５に記載の作動流体移動方法。
40. 固体材料が、脂肪質、油またはグリースであることを特徴とする請求項３５に記載の作動流体移動方法。
41. 作動流体が、ガス状であることを特徴とする請求項２３または請求項２４に記載の作動流体移動方法。
42. ガス状作動流体が、空気であることを特徴とする請求項４０に記載の作動流体移動方法。
43. ガス状作動流体が、煙であることを特徴とする請求項４０に記載の作動流体移動方法。
44. 作動流体が、発泡剤を含むことを特徴とする請求項３４に記載の作動流体移動方法。
45. 作動流体が、流体移動装置内を移動することで、加熱されることを特徴とする請求項２３または請求項２４あるいは請求項３４から請求項３９のいずれか１項に記載の作動流体移動方法。
46. 固体材料が、分解されるか、あるいは搬送液体と混合されることを特徴とする請求項２３または請求項２４あるいは請求項３４から請求項３９のいずれか１項に記載の作動流体移動方法。
47. 作動流体が流体移動装置内を移動することで、作動流体の脂肪質、油またはグリースが乳化されることを特徴とする請求項２３または請求項２４または請求項３９に記載の作動流体移動方法。
48. 作動流体が空気であり、追加の液体が水であり、水蒸気のせん断効果と超音速衝撃波とにより水が霧化されてミストを生成することを特徴とする請求項３０または請求項４０に記載の作動流体移動方法。

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