JP5497803B2 - 空気ブラスト効果を使用して流体を吹き付ける方法 - Google Patents

空気ブラスト効果を使用して流体を吹き付ける方法 Download PDF

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Description

この発明は、第一に市民保護の分野を意図し、同様に、環境及び農業の保護を意図する用途のために、空気ブラスト効果を使用して、異なる流体、特に水の吹付け容量を改良することを目的とする装置に関する。
概ね実質的な距離で概ね大容量の概ね微細な液滴において、異なる流体、特に水を吹き付ける必要を、異なる用途において見出し得る。具体的には、火災を鎮火するためにのみならず、保護又は除染作用のために環境を保護する用途において、或いは、極めて単純に、植物衛生製品の湿潤又は散布のための農業用途において保護又は冷却するためにも、噴霧化の効果によって消火する用途において見出し得る。
全ての場合において、技法は概ね冠状に周辺に配置される1つ又はそれよりも多くの噴射器(injector)を通じて概ね強力なファンによって創成される空気流において流体を吹き付けるという着想に先ず基づき、これに基づく液滴はそれらを運ぶ空気ブラストと混合されるのに十分なほどに微細である。
概ね微細な液滴において流体を吹き付けるために概ね使用される技法は、油圧機械技法であり、空気ブラストを創成するために概ね使用される原理は、極めて低圧の条件において概ね実質的な空気流を創成するダクト付きファンの原理である。
概ね保持される流体吹付け技法は、射出器(ejector)の入口で流体に対して加えられる圧力の効果によって放射器上で創成され且つ流動孔の幾何学的形状に依存する機械的破砕の効果に主として基づく。流速が速ければ速いほど、通過をもたらすために結果として必要とされる労力はより大きい。これはポンプの自動化電力に関する必要と、実質的な流れのために実質的な圧力で正しい動作を保証することの困難性とを招く。
空気及び流体を混合する技法は、概ね最も些細であり、射出される流体の流れを調和し且つ空気流がこの混合効果をもたらすのを主として可能にするような方法で、スプレー噴射器の流体を射出される空気流において外殻の周辺に可能な限り最良に分配することを含む。
この発明は以下の目的を有する。
第一に、より少ない油圧電力の必要を伴って十分に微細な液滴への流体の破砕を得るよう吹付け条件を改良すること。
第二に、流体を運ぶ空気柱とより一層密接な最終混合物を引き立てがちな空気/流体プレミックス(事前混合物)を創成するのに成功すること。
本発明に従った装置は探求される様々な目的に応答することを可能にし、それは空気ブラスト効果を使用して流体を吹き付ける従来技術に実質的な改良をもたらす。
この目的を達成するために、周囲空気が供給され、且つ、一次圧縮空気が供給される中央本体内に一体化されるエンジン又はターボシャフトエンジンによって駆動されるブロアと、中央本体の周りに二次圧縮空気の空力学的ストリームを創成するフェアリングとを含む、高速圧縮空気流発生器が提供される。
二次空気ストリームに接続される少なくとも1つの圧縮空気タッピングノズル(tapping nozzle)が提供される。
吹き付けられるべき流体供給が、市民保護、環境保護、環境除染、又は、農業を意図する流体の源に接続されるべきことが望ましい。農業用の流体は、化学肥料、除草剤、植物衛生の種類のような、この分野において有用である。
一次空気流の周りの二次空気流を含み且つ流体を吹き付けるためのそのような装置を備えるエンジンも関連する。
同様に関連するのは、周囲空気が供給され、且つ、一次圧縮空気が供給される中央本体の周りに配置される圧縮二次空気流と、前記中央本体内に組み込まれるエンジン又はターボシャフトエンジンによって駆動されるブロアとを含むターボファンエンジンであり、この反応器は空気ブラスト効果を使用して吹き付けられるべき流体の吹付けのための装置を備え、この装置自体は、空気ブラスト効果を使用して射出コーンを通じて混合物を外部に拡散する前に、この流体を吹き付け且つタッピングされる圧縮空気とプレミックス(事前混合)するような方法で、前記二次空気流に接続され且つ吹き付けられるべき前記流体が供給される圧縮空気タッピングノズルを含む1つ又は幾つかのプレミックスチャンバを備える。
同様に関連するのは、流体を吹き付ける方法であって、
− 空気ブラストはターボファンエンジンによって創成され、
− 前記混合物を外部に拡散する前に、タッピングされた圧縮空気と共にこの流体を吹き付けるような方法で、吹き付けられるべき前記流体が更に供給される1つ又は幾つかのプレミックスチャンバを供給するために、圧縮空気は二次空気流内でタッピング(tap)される。
好ましくは、図示されるように、空力学的ストリームにおいて高流速の圧縮空気ブラストを創成する機能を有する、周囲空気6が供給される低圧空気流発生器は、中央本体2内に組み込まれ且つ無旋回で空気流の排出をもたらすことが意図される固定又は移動式の整流装置(flow straightener)3に関連付けられるエンジン又はターボシャフトエンジンの効果によって高速で回転するブロア1と、中央本体2に対して空力学的ストリーム5を創成する外周フェアリング4とを含む。
この空気流発生器は、通常動作において、ブロアの回転によって創成される二次空気の加圧流5の出口での空気の圧力が、(動作条件における空気の大気圧である)周囲空気6中の入口圧力よりも少なくとも15%だけ大きいことが望ましい。
具体的には、そのような空気流発生器に関して、本発明は創成されるガス状ブラストの効果によって流体を吹き付けるために装置20を組み立てることを提案する。
図6に示されるように、吹き付けられるべき流体の供給部9は、市民保護、環境の保護又は除染、又は、農業のために意図される流体の源21に接続される。この流体を吹き付けるために、装置20は、空気流発生器の二次空気流5に接続される圧縮空気をタッピングするための少なくとも1つのノズル8を含む。
よって、吹付け及び空気/流体事前混合をもたらすよう機能するよう、1つ又は幾つかのプレミックスチャンバ7が空力学的ストリームの出口に向かって配置される。空力学的ストリーム5の出口内に或いは出口に向かって配置されるノズルを使用する流れの(8における)タッピング(tapping)によって、圧縮空気が各チャンバに供給される。
チャンバ/各チャンバは、通常動作において、外側の周囲空気に対して少なくとも15%だけ過圧されることが薦められる。
他の特徴によれば、導管9によって各チャンバに流体が供給され、絞り10を行う射出器が導管9の端部に固定され、流体は空力学的な旋回器(スワラ)内に出て行き、旋回器は流体の吹付けを補充することが意図され、混合物がコーン12によって射出され、混合物が空気ブラスト13内の自由空気内に出るような方法で、射出器によって吹き付けられる流体とタッピング空気との混合をもたらすことが意図される。
導管9内の流体に加えられる圧力の故に射出器10によって先ず油圧機械的に提供される流体の吹付けを補完する機能を有する空力学的な旋回器の特性は既知である。
動作原理は、チャンバ7内に収容される圧縮空気の効果に基づき、チャンバは、空力学的ストリーム8内でノズルによってタッピングされ、指向性スロット14及び15を備える2つの環状導管の傍を通ることによって外部に向かって排出される。第一の環状導管は、空気の一部を吹き付けられる流体の周りで1つの方向に回転させ、第二の環状導管は、空気の残りをベンチュリ16の周りで他の方向に回転させる。射出器によって吹き付けられる流体の周りで逆の動作に配置される空気の質量は、2つの共役的効果、即ち、液滴を更に破砕し且つそれらを精錬する剪断効果、及び、最終混合物(final mixture)が更に好ましい空気/流体のプレミックス(事前混合物)を射出コーン12内に創成する空力学的効果を有する。
プレミックスチャンバは、空力学的ストリームの出口に向かう空気のタッピングを実施するノズルによって供給され、本発明に従った特徴の1つは、空力学的ストリーム内の空気流発生器が遂行圧力をもたらすよう構成することであり、遂行圧力は、好ましくは、通常運転において、周囲空気の外部圧力よりも少なくとも15%大きくなければならない。
既述の組立体の故に、本発明に従った特徴は、一般的に適用される圧力よりもずっと少なく、従って、これを達成するためにより少ない油圧力を必要とする圧力にある流体で普通の液滴の大きさを得るために、空力学的ストリームの所与の圧力で、同じ条件の空力学的ストリームの圧力において概ね適用される或いは逆に適用される流体の圧力を用いて、従来的な組立体において普通得られる液滴よりも精細な液滴を得ることができることである。
本発明に従った他の特徴は、最終混合物を実質的に引き立て(favor)、よって、ブラスト効果が流体の液滴をより密接に且つより遠くに運ぶことを可能にすることである。
添付の図面は本発明を示す。
本発明に従った装置の完全な組立体を平坦に示す断面図であり、ここでは、本質的な部材、即ち、中央本体2と、ブロア(又は低圧圧縮器)1と、整流装置3と、フェアリング4と、空力学的ストリーム5と、空気をタッピングするための入口ノズルと射出コーン12とを備えるプレミックスチャンバ7とを見出し得る。 プレミックスチャンバ内に配置された射出器及び旋回器を備える空力学的な噴射器の装置を空間的に詳細に示す断面図であり、この図面は、射出器によって創成される流体の吹付けの周りの自由空気に漏れ出す圧縮空気の動作を引き起こす剪断及び混合の原理を詳細に説明し、剪断及び混合の原理を示すことを可能にする。 ターボファンエンジンを使用する実施態様を空間的に示す断面図であり、ターボファンエンジンの二次ストリームは、出口に据え付けるために過圧にある理想的ストリームを示し、プレミックスチャンバは、二次ストリームの流れの一部をタッピングし、吹き付けられ且つプレミックスされた流体を、二次ストリームの主たる流れに起因するブラスト内に射出するコーンを備える。 規則的に角度的に分配された5個のフェアリングを備える配置を示す概略図である。 規則的に角度的に分配された5個のフェアリングを備える配置を示す概略図である。 ブロアを備えるエンジン又はターボファンエンジン18の動作に典型的に有用である手段を含む中央本体を示す概略図である。
本発明に従った装置を実現することの困難性は、ストリームの出口でタッピングすることによって圧縮空気で充填されるプレミックスチャンバの適切な動作のために、空力学的ストリームにおいて高速の空気流の十分な圧力及び良好な指向性をもたらす能力に特に存する。
図3に従った実施態様によれば、低圧空気発生器は、ターボファンエンジンの従来的な構造を使用し、中央本体2で構成され、中央本体2は、外殻4を支持し、よって、空力学的規則を順守して注意深く設計され且つ寸法取られる空力学的ストリームを創成する。中央本体内で、後方部分17には、ターボシャフトエンジンが据え付けられる。このターボシャフトエンジンは、機械的装置によって、中央本体の前方部分に配置されるブロア1に接続され、それは適合される空力学的形態のブレードを含み、全体の一般軸内で高速で回転する。ブロアの回転によって創成される空気ブラストを主流(一次流)と呼ぶ。熱力学の法則の故に、ブロアの出口での主流は、最少で15%だけ大気圧である空気入口圧力よりも大きい圧力にさせられ、入口温度に対して数十度の温度上昇を受ける。
ブロアの下流に適合距離で、一次ストリーム3内に固定又は移動式の羽根板グリル(slat grille)が配置され、これらの羽根板は、注意深く適合される空力学的プロファイルを有し、整流装置の機能を有する。ブロアの出口での主流は、弱められなければならないストリームの軸内に旋回運動を正に有する。整流装置のグリルは、主流をストリームの軸内に戻す効果を有し、よって、ブロアによって生成される主流の圧力又は一般速度を過度に損なわずに、指向性で層状の空気ブラストをもたらす。
整流装置の下流には、ターボシャフトエンジン18の動作を供給するために主流の一部を取る環状空気入口が中央本体内に配置され、この空気入口内に方向付けられる空気を一次空気と呼ぶ。射出器に向かって方向付けられる残余の空気を二次空気と呼び、二次空気が運ぶストリームを二次ストリームと呼び、それは概ね主流の40〜80%を示し、150〜250m/sの速度で排出される。
フラックス(flux)の全圧力、温度、及び、指向性に関して、通常速度で、二次ストリーム内に構築される条件は、プレミックスチャンバの正しい動作に適した条件である。本発明に従ったその実施態様において、プレミックスチャンバのタッピングノズルは、それらが残留二次流の射出を妨げない方法で、二次流直線内に並びにストリーム8の出口に配置され、残留二次流は、二次流全体の最大80%までを示し得るし、自由空気に射出されるや否や、流体の液滴を希釈し且つ拡散する空気ブラストを構成する。
結果的に、本発明に従った実施態様において、人はプレミックスチャンバ12の射出コーンを残留二次流内に配置するよう努力する。
最終的に、ターボシャフトエンジンの排ガスは、残留二次流19と同心状であり残留二次流のコアにある、中央本体の後方部分に配置されるパイプによって射出される。実験が示すことは、それらのガスは射出空気の質量の30%未満を示すだけであるが、それらのガスはそれらの速度、特に、それらの温度を極めて迅速に失い、それらは空気ブラストによって運ばれる液滴の分配に有意に影響を及ぼさないが、空気ブラストの一般速度を引き立て、運搬距離を向上することである。
本発明に従った装置は、市民保護の領域における用途を特に意図するが、環境及び農業の保護も意図する。
理解されたように、本発明の顕著な部分は以下に基づく。
− ターボファンエンジンの二次ストリーム5/8の出口に混合チャンバ7/12を配置すること。
− 吹き付けられるべき流体20とノズル又は複数ノズル8を介してタッピングされる二次空気の一部とのプリミックスを実現するために、タッピング圧力(図1のP1)と周囲圧力(図1のP0であり、それは端部12の出口での外部空気の圧力)との間の圧力差を使用すること。
このために、吹き付けられるべき流体の極めて精細な滴を創成し、且つ、この混合物を一次空気流13内に吹き付ける前に、この流体と空気との間の緊密な混合を実施するために、混合チャンバ7/12の入口に配置される旋回器11は、吹き付けられる流体を剪断することを可能にする。
よって、吹き付けられるべき流体(例えば、水)は、2つのステップで噴射される。第一ステップは、滴の精細な剪断及びそれらとタッピング空気との緊密な混合をもたらすことであり、第二ステップにおいて、それは主流内での空気との緊密な混合においてこれらの滴の分配を特に効果的にする効果を有する。
このようにして、特に、鎮火用途において、吹き付けられる滴の大きさを急激に減少することが可能である。滴が精細であればあるほど、消火効果(不活性化)はより高い。
図3及び4は、幾つかの二次空気タッピングノズル8が二次圧縮空気5の環状ストリーム内で円周状に好適に分配されることを示している。
よって、ここでは全て20で印される、流体を吹き付けるための幾つかの装置を、二次空気5の円周ストリームに接続し得る。
従って、単一の冠(crown)に追従する単一の段階が先験的に十分である。図3及び4を参照。
その上、タッピングノズル/各タッピングノズル8の供給部9は、吹き付けられるべき流体の源21に接続される。
共通の源が可能である。源21は、市民保護、環境保護又は除染、又は、農業のために意図される適切な量の流体を含むことが理解されよう。
3個と7個との間の吹付け装置20がフェアリング4の周りに好適に配置される(規則的に角度的に分配された5個のそのような装置を備える配置が図4及び5に示されている)。
中央本体2の内部に関して、特に、図6は、中央本体がブロアを備えるエンジン又はターボファンエンジン18の動作に典型的に有用である手段を含むことを可能にすることを示している。
第一に、環状の中央燃焼ゾーン24に向かう一次空気の流れを通すために、この中央本体はタッピングイン(tapping in)22によって圧縮空気で内部的に充填される。
幾つかのタッピング22が、整流装置3の下流で、ストリーム5内の所定位置に設けられる。
中央本体2内には、エンジンシャフト26の周りに、燃料入口28を特に見ることができる。
これらの入口は噴射器に向かって燃料を供給し、燃料は、一次燃料空気と共に、創成される混合物を燃焼ゾーン24内で点火するのを可能にする。
燃料ガスは中央パイプ30によって下流に排気される。燃焼ガスはガス流13を創成するのに関与する。
中央駆動シャフト26は、上流に配置されるブロア1を、更に下流(常に入口Eと出口Sとの間の空気の流れの全体的な方向に関連する)に配置されるタービン部分32に接続し、2つの間には、空気圧縮部分34が燃焼ゾーンの上流に配置される。
タービン部分32及び空気圧縮部分34は、それぞれ、タービン及び圧縮器の幾つかの段階を含む。
典型的には、タービン及び圧縮器の高圧段階(32a,34a)及び低圧段階32b、1がそれぞれある。
図6には、特に、二次空気の流れの環状出口、即ち、フェアリング4の後端部が36で印されている。
この機械1の中心軸1aに沿って、中央本体2並びにプレミックスチャンバ7及びそれらのパイプ又はコーン12が出口36の下流、従って、更に遠く背後まで延びることが観察される。しかしながら、好ましくは、これらのコーン12は、パイプ30の上流部分30aの周りに、従って、中央本体2の周壁の膨らんだ後方部分2bの周りに配置される。
様々な図面では、流体20を吹き付けるための装置は1つ又は幾つかの衛星体(satellite)を含むことも分かる。それらの各々は前記プレミックスチャンバ又は複数のプレミックスチャンバ7を取り囲み、二次空気のストリーム5のフェアリング4の周りに配置される。
勿論、各プレミックスチャンバ7は拡散器12の傍で後方にあり続ける。
前述の観点において、本発明は流体を吹き付ける方法に関することを更に理解しよう。この流体は、特に以下を用いて創成される空気ブラスト効果を使用して混合物を拡散する前に、圧縮空気と混合される。
− 空気ブラストは、周囲空気6が充填され且つ二次圧縮空気のストリーム5を含むターボファンエンジンによって創成される。
− 前記混合物を外部に向かって拡散する前に、タッピングされた圧縮空気を備えるこの燃料を吹き付けるような方法で、吹き付けられるべき前記燃料9で更に充填される1つ又は幾つかのプレミックスチャンバ7に供給するために、圧縮空気は前記二次空気のストリーム5中でタッピングされる。
正確には、より好ましくは、圧縮空気は前記二次空気のストリーム5中でタッピングされ、前記プレミックスチャンバ又は複数のプレミックスチャンバ7を衛星体としてフェアリング4の周りに配置することによって、吹き付けられるべき燃料9が装置に供給される。
本発明に従った装置は、火災を消火するために、特に鎮火用途において有用性を見出すのみならず、保護又は除染の作用のために環境を保護する用途において、或いは、極めて単に植物衛生製品の湿潤又は散布のための農業用途においても有用性を見出すことを想起のこと。

Claims (15)

  1. 周囲空気が供給される高速圧縮空気流発生器上に配置される空気ブラスト効果を使用して流体を吹き付ける装置であって、
    一次圧縮空気が供給される中央本体内に組み込まれるエンジン及びターボシャフトエンジンの少なくとも一方によって駆動されるブロアと、
    該ブロアの下流に配置される固定又は移動式の整流装置と、
    前記中央本体の周りに二次圧縮空気の空力学的ストリームを創成するフェアリングとを含む、
    体の供給部を介して、吹き付けられるべき流体を収容し、前記空気ブラスト効果を使用してコーンを通じて前記流体を拡散する前に、前記流体を吹き付け、且つ事前混合する少なくとも1つのプレミックスチャンバとを含み
    当該装置は、前記二次空気のストリームに接続される圧縮空気をタッピングするために、少なくとも1つのノズルを含むことを特徴とする、
    装置。
  2. 前記吹き付けられるべき流体の供給部は、市民保護を意図する、環境の保護及び除染を意図する、或いは農業を意図する流体の源に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
  3. 当該流体を吹き付ける装置及び前記空気流発生器は、前記ブロアの回転によって前記空力学的ストリーム内に創成される前記二次圧縮空気の流れが、通常動作において少なくとも15%だけ前記外部の周囲空気に対して過圧状態にあることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
  4. 少なくとも1つのプレミックスチャンバに前記外部の周囲空気の圧力よりも少なくとも15%だけ大きい圧力で二次圧縮空気が供給されるような方法で、前記二次圧縮空気の空力学的ストリームの出口で前記二次圧縮空気の空力学的ストリームの流れ内に配置される空気をタッピングするための幾つかのノズルを含むことを特徴とする、請求項に記載の装置。
  5. 各プレミックスチャンバは、前記吹き付けられるべき流体の供給導管を備え、その出口オリフィスは射出器を支持し、前記流体は前記プレミックスチャンバの底部に配置される空力学的な旋回器内に出て行き、該旋回器の機能は、空力学的剪断によって前記射出器の吹付けを補完し、空気/燃料のプレミックスを自由空気内に射出する前に、前記空気/燃料のプレミックスを前記空気のブラスト内に提供することであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
  6. 前記プレミックスはベンチュリの後で射出され、前記空気のブラスト内の自由空気内に出て行くことを特徴とする、請求項に記載の装置。
  7. 前記二次空気を受け入れる指向性スロットを備える2つの環状導管を含み、一方の環状導管は、この空気の一部を前記吹き付けられる流体の周りで1つの方向に回転させ、他方の環状導管は、前記空気の残部を前記ベンチュリの周りで他の方向に回転させることを特徴とする、請求項6に或いは請求項1乃至5のいずれか1項との組み合わせにおける請求項6に記載の装置。
  8. 幾つかのプレミックスチャンバの残留二次空気流内に幾つかの射出コーンを含むことを特徴とする、請求項に記載の装置。
  9. 幾つかのプレミックスチャンバをタッピングするための幾つかのノズルを含み、該ノズルは、それらが前記残留二次空気流の射出を妨げない方法で、前記ストリームの出で二次空気流内に直線的に配置され、前記残留二次空気流は、前記二次空気のフラックスの全体の最大80%までを示し、且つ、自由空気内に射出されるや否や、前記拡散される流体の液滴を希釈し且つ拡散する前記空気ブラストを構成することを特徴とする、請求項に記載の装置。
  10. 一次空気のストリームの周りに二次空気のストリームを含むエンジンであって、前記第二空気のストリームに前記高速圧縮空気流発生器を構成することによって、請求項1乃至9のうちの少なくとも1項に記載の流体を吹き付けるための装置を含み、圧縮空気をタッピングするための前記ノズル又は複数のノズルが前記高速圧縮空気流発生器に接続されることを特徴とする、エンジン。
  11. 当該エンジンはターボファンエンジンに関することを特徴とする、請求項10に記載のエンジン
  12. 前記流体を吹き付けるための装置は、前記プレミックスチャンバ又は複数のプレミックスチャンバを取り囲み且つ前記二次空気のストリームの前記フェアリングの周りに配置される1つ又は幾つかの衛星体を含むことを特徴とする、請求項10に記載のエンジン
  13. 一次圧縮空気が供給される中央本体の周りに配置される二次圧縮空気のストリームと、前記中央本体内に組み込まれるエンジン及びターボシャフトエンジンの少なくとも一方によって駆動されるブロアとを含む、周囲空気が供給されるターボファンエンジンであって、
    空気ブラスト効果を使用して吹き付けられるべき流体を吹き付けるための装置を含み、該装置は、少なくとも1つのプレミックスチャンバを備え、該プレミックスチャンバは、前記創成される空気ブラスト効果を使用して射出コーンを通じて混合物を外部に分配する前に、前記流体を吹き付け且つ前記タッピングされる圧縮空気とプレミックスするような方法で、前記二次空気のストリームに接続され且つ前記吹き付けられるべき流体が供給される圧縮空気をタッピングするためのノズルを含むことを特徴とする
    ターボファンエンジン。
  14. 流体を吹き付けるための方法であって、
    前記流体は、創成される空気ブラスト効果を使用して混合物を拡散する前に圧縮空気と混合され、
    前記空気ブラストは、ターボファンエンジンによって創成され、該ターボファンエンジンには周囲空気が供給され、前記ターボファンエンジンは、一次圧縮空気が供給される中央本体の周りに配置される二次圧縮空気のストリームと、前記中央本体内に組み込まれるエンジン及びターボシャフトエンジンの少なくとも一方とを含み、
    前記混合物を外部に拡散する前に、タッピングされる圧縮空気と共に前記流体を吹き付けるような方法で、前記吹き付けられるべき流体が更に供給される少なくとも1つのプレミックスチャンバに供給するために、前記圧縮空気が前記二次空気のストリーム中にタッピングされることを特徴とする
    方法。
  15. 前記圧縮空気は、前記二次空気のストリーム中にタッピングされ、且つ、前記少なくとも1つのプレミックスチャンバを前記二次空気のストリームを取り囲むフェアリングの周りに衛星体として配置することによって、吹き付けられるべき流体が供給されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
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