JP6495302B2 - 自動高速回転霧化装置及びその応用とそれを用いた消火方法 - Google Patents

Description

本発明は、霧化装置に関し、具体的には流体自体の動力により高速回転及び霧化を発生させ、プロセス強化効果を顕著に向上させる旋回流霧化装置及びその応用と該旋回流霧化装置を用いた消火方法に関する。

噴霧技術は、濃縮、乾燥、吸収、煙道ガス及び空気浄化などの熱・物質輸送の過程で広く応用される。従来の霧化技術では、ガスを連続相とし、液体を分散相とし、加圧流体を噴射ヘッドの細孔に押し込むことにより高速流体霧化が発生したが、該技術では、液体が細孔を通過した場合に生じる摩擦抵抗による運動エネルギーの損失が大きく、霧化効果が悪く、細孔が詰まりやすいなどの様々な欠点が存在している。一つの改良された噴霧技術は、加圧液体を遠心分離又は前置螺旋構造により霧化したことであり、大きな液体流路により微細孔が詰まるという問題は緩和された。しかし、螺旋構造や噴出口にスケールを形成し、詰まって、霧化効果に影響するという問題が依然として存在している。
このような従来の改良型霧化噴射ヘッドは、いずれも噴射ヘッドを固定して特定の構造により流体を高速に運動させるか又は衝突して分散させるという方式を採用してきた。しかし、ほとんどのエネルギーは真正面から衝突した構造部材に吸収されるため、液体の空間における分布範囲、分布効果及びガスと液体との接触時間及びチャンスが限られ、熱・物質輸送と反応効果に顕著に影響する。

遠心霧化噴射ヘッドは、霧化シート、旋回流シート及び分流シートの三つの部分で構成される。流体は、一定の圧力下で分流シートの小孔を経て環状槽に合流し、次に旋回流シートの接線方向に沿って旋回流中心の旋回流室に入り、高速の旋回運動を発生させて、中心孔から噴出される。流体は、遠心力の作用下で自体の粘性力と表面張力を克服して、小さな液滴に粉砕され、かつ一定の角度を有する円錐状霧化領域を形成する。しかし，このような遠心霧化噴射ヘッドでは、霧滴の分布が均一でなく、中央の水量が小さく、水滴が大きく、ひいては水柱状態になるため、被覆面積が小さく、霧化効果が悪いという問題が依然として存在する。従って，可能な限り「情勢に乗って利を導く」というように、加圧流体の運動エネルギーを、十分霧化に有効なエネルギーに変換する新規な高効率霧化噴射ヘッドを創造することは高い価値がある。

サイクロン集塵、ハイドロサイクロンは、集塵及び霧除去のための有効方式であると言える。しかし、同様に、塔に送り込んだ流体の初期運動エネルギーに完全に依存して、導入管から接線方向に沿って筒体に入る場合には、行く手を阻まれ方向を変えて回転運動を発生させる。従って、生じた遠心力は、比重が大きい粉塵又は／及び液滴などを壁面に導き、気液又は気固の初期的な分離を実現できる。しかし、サイクロン集塵の構造により、同様に、流体の運動エネルギーが設備に迅速に吸収されて効果が限られた局所的旋回流しか形成できないため、サイクロン集塵又は霧除去の作用が限られており、この点において処理効果を向上させる余地がある。送風及び排出設備を増設すると流体の流動速度を高めることができるが、エネルギー消費が顕著に増加するとともに、気体の流動速度の加速も脱硫効果に影響する。現在、煙道ガス中のＰＭ１０、ＰＭ２．５などの粉塵は、布袋又は静電で集塵することにより、その大部分が除去されて排出標準に達することができる。

水ミスト集塵脱硫は、煙道ガスの浄化のための最も一般的な方式である。この方式は、希薄なアルカリ水をスプレーする方式で、塵粒、二酸化硫黄、窒素酸化物などの汚染物質を空中又はフィラー表面で液滴又は液膜に十分に接触させて捕捉し、８０％〜９０％の集塵効率を達成することができる。一方で、二酸化硫黄、窒素酸化物などの有害ガスを同時に除去できるが、ガス量が大きく、水量が小さく、水滴分散性が低く、接触時間が短く、相間の接触効果が望ましくない。このため、上記汚染物の浄化除去の効果が低く、エネルギー消費及び処理費用が高いという問題が依然として存在している。
吹き込まれた液滴は液体旋回流を形成できず、気体旋回流も引き起こさないので、上から下へ噴出された液滴は、重力と初期運動エネルギーとの二重作用で、塔底部に迅速に落ち込むか又は壁面流を形成し、深刻な壁面流及び壁粘着現象が発生するため、熱・物質輸送効果を向上させる必要がある。現在、脱硫効果を保証するために、直径を増大させ、塔高を増加させ、気体速度を低減し、多層の噴射ヘッドを増設する方式しか採用できない。このため、投資が大きく、設備の占有スペースが大きく、エネルギー消費が高く、処理効果が低くなり、特に、石炭燃焼ボイラーの排気ガスでは、浄化後でも、ガスボイラーの二酸化硫黄及び粉塵の排出基準に達することができない。

大量に排出された粉塵及び酸性気体は、既に常時的、持続的、大範囲のスモッグ天気をもたらし、人々の正常な生活に深刻に影響する。たとえ国家の排出基準に達していても、実際には酸性雨及びスモッグを引き起こす重大な汚染源である。現在採用している、石炭使用量を抑制し、石炭燃焼ボイラーを都心部から撤去し、ボイラーで低価格の石炭を燃焼することを抑制して希少な天然ガスを燃料として用いる手段は、根本的な解決とはならない。ガス資源の欠乏を深刻化させ企業や人々の生活コストを増加させるのに過ぎない。従って、高効率、省エネルギー、及び効果が顕著な霧化技術を開発することは重要な意義がある。

人工降雨は、雲の物理的特性に従って、適切なタイミングで、飛行機、ロケットで雲の中にドライアイス、ヨウ化銀、塩粉などの触媒を散布して、雲に降水させるか又は降水量を増加させる。人工降雨により、農地の干ばつを緩和するか又は克服し、ダムの灌漑用水量又は供水能力を増加させ、又は発電用水量などを増加させることができる。
現在、人工降雨は、主に、冷たい雲への種まき、暖かい雲への種まき、動力による触媒などの方法を採用する。採用した触媒は、主にドライアイス、ヨウ化銀、塩粉などであるが、これらの触媒は、エネルギー消費が大きく、気候や雲への要件が厳しく、コストが高いなどの問題が存在している。

火災は、最も頻繁で最も普遍的な公衆の安全を脅かす災害の一つである。火に対する利用及び制御は、人類文明の進歩を示す。火災予防と火災による損害の減少は消防作業の２つの主要な任務であるので、火災の発生を効果的に防止し高効率かつ迅速に消火する技術を開発することは大きな価値がある。燃焼とは、空気を必要とし強烈に放熱する化学的酸化過程であり、消防消火は、空気の遮断及び希薄化、燃焼領域の被覆、冷却の三つを単独又は組み合わせて燃焼を迅速に阻止する過程である。初期段階の小さな火災及び少量のオイルの火災に対する消火は、一般的に細かい川砂をかけ、容器開口で燃える炎及び小さな火は、アスベスト布又は浸した布団を直接被せて空気を遮断して消火してよい。家庭で一般的な泡消火器は、初期段階の小さな火を消し止めるために用いられ、それは硫酸アルミニウム、炭酸水素ナトリウムを消火剤とし、使用時に倒置して混合させることにより、水酸化アルミニウム、水及び二酸化炭素の気液固混合物を生成し、炎及び燃焼物に直接スプレーして被せる。こうすることで、冷却及び空気遮断の目的を達成することができる。
一方、精密機械、電気設備、石油貯蔵地区、倉庫、オイルポンプ室、オイル配分室などの場所での火災は、一般的に二酸化炭素消火器又は二酸化炭素乾燥粉末消火器で消火する。しかしながら、小さな火を迅速に消し止めないと、常に大火、猛火になり、上記手段が効きにくくなり、ひいては、消火水銃、消防車などの大型消火設備を使用して消火しなければならない。従って、初期段階の火災を迅速で高効率に消し止めないと、最適な消防タイミングを逃し、重大な災難をもたらす。

上述のように、従来の消火方法は、実際に温度又は酸素濃度を低減するか又は接触を減少するなどの方法により、酸化反応を停止させて炎を消すという目的を達成する。しかしながら、従来の消防消火手段には、固体と液体の消火剤が均一に分散せず、消火剤の用量が大きく、消火効果が低く、財産を深刻に損害し、使用コストが高く、消火面積が小さく、有毒な煙やガスを効果的に取り除くことができないなどの様々な問題が遍在している。
化学工業的な原理から消火過程を分析すると、現在使用している様々な消火設備及び装置は、いずれも消火剤を上手く霧化し分散することができず、消火過程における熱・物質輸送性能が非常に低い。水系消火装置は水圧及び水量が大きいが、霧化効果が低く、スプレー面積が小さく、水の使用量が大きく、炎と接触する瞬間で効果的に気化させて熱を吸収し空気を希釈しにくく、大量の水が瞬間に流失し、常に「車一台に載せた水でも消火できない」ということになる。大火をリアルタイムに消し止めないと、重大な財産損失をもたらし、燃焼で生じた大量の毒性ガス及びＰＭ２．５は、常に重大な死傷及び社会的恐慌をもたらす。

消火効果を高めるために、噴射ヘッドに対して水流分散の改良が行われている。しかし、現在室内の一般的で簡単な構造のスプリンクラーヘッドは、ただデフレクターにより水流を水滴に分散させるが、微細化した水ミストを全く形成しない。また、直接的な水流噴射よりも噴水面積は顕著に増加するが、被覆面積がやはり十分ではなく、均一に分布せず、中間水量が小さく、水滴が非常に大きく、ひいては水柱状態になり、消火効果が望ましくない。消火のための一般的な消火水銃は、出口口径を縮小し、出口での流動速度を加速し、物体の表面にスパッタリングして霧化を発生させる。このとき、大部分の運動エネルギーはスパッタリング先の物体に吸収されるが、現場環境、距離及び燃焼物の形状に影響されて、効果が限られる。また、被覆面積が小さく、霧化効果が低く、短時間内に火を抑制できないため、水の利用率が非常に低く、消火効率が低い。
一般に、高圧微細水ミスト噴射ヘッドは、霧化効果が高いものの、１０ＭＰａ前後の圧力を必要とし、人間への傷害や財産損失を起こしやすく、かつ製造コストが高く、普及しにくい。このため、噴射ヘッドに旋回コア、障害物による遮断及びコイルばねなどの特定の機械構造を増設して霧化を補助することが行われている。

旋回コア構造の噴射ヘッドは最も一般的な霧化噴射ヘッドである。その原理は、流体が圧力で駆動されて旋回流室に入って激しく回転してノズルから噴出され、遠心力の作用下で霧化することであるが、消火に用いる場合、以下のような問題が存在している。
（ｌ）このような旋回コア構造又は噴射霧化装置は、流体に「機械的障害」の影響を与え、流体の大部分の運動エネルギーが噴射ヘッド本体に吸収される。従って、ノズルが噴霧する運動量が低く、距離が短く、炎に接近しにくく、炎の気流からの抵抗を効果的に克服できず、炎の内部及び燃焼表面に到達して消火できず、水ミストが燃焼表面を冷却し被覆する役割を十分に発揮することができない。各ノズルの噴霧保護半径は、通常０．５ｍ前後であり、多重の噴射ヘッドならコストを増加させ、効果も効果的に向上しにくい。
（２）遠心力で補助した霧化では中空の円錐を形成して、噴霧密度が均一に分布せず、微細水ミストの高効率の窒息効果により消火する能力を十分に発揮することができない。障害物による遮断又はコイルばね構造を採用しても同様に大部分の運動エネルギーがそれに吸収され、霧化噴射ヘッドが生成した液滴の直径は大きい。従って、水を節約し高効率で、大火を瞬間で消し止める新型の設備を開発することは重要な意義がある。

以上から、液体の十分な霧化を応用することは広範に必要とされているが、技術のボトルネックが存在しており、困難な課題である。従来の様々な固定霧化噴射ヘッドは、運動エネルギー損失が大きく、霧化効果が望ましくない。回転して散水する噴射ヘッドもあるが、その回転速度が低いか又はノズルの設計が最適化されず、霧化効果が低く、他の分野で応用されていないようである。電動機の高速度回転を利用して分散効果を改善できるが、コストが高く、構造が複雑で、エネルギー消費が高く、使用の範囲が限られるなどの様々な問題が存在して、普及しにくい。従って、流体霧化、煙道ガス及び空気の浄化、噴霧乾燥又は濃縮、煙除去消火などの工農業分野に広く応用される霧化装置を開発することは重要な意義がある。

従来の技術では様々な固定霧化噴射ヘッドの運動エネルギー損失が大きく、霧化効果が望ましくないという問題がある。この問題を解決するために、広範に応用され、エネルギー消費が小さく、霧化効果が高い自動高速回転霧化装置を提供する。

従って、本願は、以下の技術的解決手段を採用する。
回転噴射ヘッドを含む自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、加圧流体に接続された上部と、一つ又は複数のノズル又は噴孔により軸受を介して前記上部に接続された下部とを含む。前記上部が固定され、加圧流体の運動エネルギーの一部がノズルから噴出される時に反力を生じ、噴射ヘッドの下部全体を高速に回転するように駆動する。大部分の運動エネルギーは、ノズルの傾斜面又は傾斜スリットに衝突するか又は孔隙を前記加圧流体が通過する場合、水流の霧化を促進する表面エネルギーに効果的に変換して、広範囲にわたる霧化、分散及び旋回流体系を形成する。
上記自動高速回転霧化装置において、前記上部と前記下部は軸受を介して接続される。
上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、順に接続されたノズル、回転ヘッド、軸受、管継手、締結部材及び位置決め部材を含み、前記ノズルが回転ヘッドに固定接続され、回転ヘッドが軸受及びノズルに接続され、軸受が管継手に接続され、位置決め部材が軸方向と径方向で軸受を位置決めし、前記ノズルと前記回転ヘッドが前記下部に設けられ、前記管継手が前記上部に設けられている。
上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに接続されている。
上記自動高速回転霧化装置において、前記ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに微小孔が設けられている。

上記自動高速回転霧化装置において、回転ヘッドは、軸受及びノズルに接続され、接続方式がネジ接続又は溶接であり、
回転ヘッド内には、流路口が設けられ、かつノズルに接続するための一つ又は複数の孔又はねじ穴が開設され、
軸受は一つ又は複数の深溝玉軸受の組み合わせであり、或いは、
軸受は一つ又は複数の深溝玉軸と軸方向スラスト軸受の組み合わせである。
上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、弾頭形、オリーブ形、円形、方形、長柱状又は水平管状であり、
前記ノズルは、回転用の一つ又は複数の回転用のノズル、又は回転用の一つ又は複数の回転用のノズルと一つ又は複数の上部ノズルとの組み合わせである。
上記自動高速回転霧化装置において、開孔面積の合計は、管の横断面積を超えず、前記開孔面積の合計は、前記ノズル又は噴孔の開孔面積の合計を指し、前記管は、管継手を指し、すなわち、前記ノズル又は噴孔の開孔面積の合計は、前記管継手の入口の横断面積を超えない。
上記自動高速回転霧化装置において、前記ノズルは、細孔噴霧ノズル、霧化ノズル、小液流噴射ノズル又はそれらの組み合わせである。流体を噴射する時、細孔噴霧ノズルの噴射形式は細孔噴霧つまり微細な噴霧である。噴霧ノズルから噴射する形式は霧化した流体であり、小液流噴射ノズルから噴射する形式は小液流である。

上記自動高速回転霧化装置において、前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式４５°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式４５°角度ノズルの回転噴射ヘッド又は三孔ジェット式ダブルニードル付き９０°角度ノズルの霧化噴射ヘッドである。
４５°角度ノズル及び９０°角度ノズルは、回転ヘッドの両側面に位置したノズルを限定するものであり、９０°角度ノズルは、流体が回転ヘッドの両側に位置したノズルから噴出される時、流体の噴出方向と回転ヘッドの中心軸線の方向とが９０°の角度をなすことを指し、該方式で噴出された流体は、最大の回転トルクを生成することができる。また、４５°角度ノズルは、流体が回転ヘッドの両側に位置したノズルから噴出される時、流体の噴出方向と回転ヘッドの中心軸線の方向とが４５°の角度をなすことを指す。該方式で噴出された流体は、回転トルクを生成して回転噴射ヘッドの回転促進を保証することを前提とし、さらに回転ヘッドの中心軸線の方向に沿って水流成分を生成することができる。

上記自動高速回転霧化装置の応用において、前記回転噴射ヘッドは、単独で又は組み合わせて釜、塔又はタンクに適用されるか、加圧流体輸送管又は加圧水ガス混合器に接続されるか、又は気相及び／又は液相に配置される。
上記自動高速回転霧化装置の応用において、前記自動高速回転霧化装置は、旋回流式浄化塔に設けられ、回転噴射ヘッドは、煙道ガス入口近傍の塔底部に設けられて上向きに噴霧するか、又は旋回流式浄化塔の中部に設けられる。
上記自動高速回転霧化装置の応用において、前記回転噴射ヘッドがポンプ、加圧貯水容器又は管路と接続されて冷却加湿集塵装置を形成し、大気に対して人工的、局地的に干渉して大気浄化又は人工降雨を行う。こうして、スモッグを緩和し、室内、庭内、団地内、街路で煙を除去して集塵しかつＰＭ２．５を除去する。
上記いずれか一つの自動高速回転霧化装置を用いた消火方法において、前記回転噴射ヘッドは、室内に固定された自動噴水消火システム、機械駆動式消火水銃の出口、携帯式消火器、水道管網、水ポンプ、加圧水ガス混合容器又は加圧流体輸送管に接続される。
上記いずれか一つの自動高速回転霧化装置を用いた消火方法において、前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式４５°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッドである。

従来の技術に比べて、本発明は以下のような利点を有する。
（１）加圧流体が容器又は管路から噴出された時の運動エネルギーは、いままで重視さらずに上手に利用されていない。本発明者らは、高効率噴射ヘッドの研究において、噴射ヘッドを固定部分と、軸受で接続されノズルで高速回転を促進できる部分との二部分に分けて、ノズルを「情勢に乗って利を導く」というように設計を行った。このように設計することで、いままで無視された運動エネルギーを回転エネルギーに上手に変換できるだけでなく、運動エネルギー損失を効果的に回避し、十分な霧化のための表面エネルギーに最大限変換することができることを発見した。
このような新規な回転噴射ヘッドは、流体が外向きに噴射される時の反力と小抵抗力の優位性により高速に回転することができる。液体又は空気中での回転速度は１分あたりに数百回ないし数万回であり、高速に回転する気流及び液流は周囲の気体及び液体の回転を引き起こすだけでなく、分散流体と媒質との摩擦を大幅に促進して、霧化又は分散効果を強化することができる。

回転噴射ヘッドに旋回流ブレードを増設すると、体系の旋回流効果をさらに強化することができる。三孔ジェット式回転噴射ヘッド又は弾頭形の多孔ジェット式噴射ヘッドは、従来の噴射ヘッドの欠点を克服し、距離が長く、範囲が広く、十分に霧化され、被覆面積が大きく、水ミストが径方向及び円環方向で均一に分布することを実現することができる。中心ノズルの孔の形状、サイズ及び角度、流量及び水圧への調節により、回転する水ミストが数十メートル離れた距離まで達し、追い風ならば、より遠くまで飛ぶことができる。
両側の回転ノズルは、液体が噴出される時、曲面に生成した反力がノズルの高速回転を引き起こし、液滴の有効な霧化領域を大幅に拡大し、中間噴射ヘッドの霧化設計及び高速回転は従来の噴射ヘッドの中空化を克服し、均一度を高め、広範囲な被覆をより効果的に保証できる。ここで、一層重要なことは、広範囲、長距離で、継続的な旋回流を発生させる動力源となり、竜巻の“目”のような効果を果たすことである。回転ノズルの水平角を調節し、ノズルの構造及び液体の圧力及び流量を変更することにより、水ミストの量及び分布範囲を制御しやすく、状況に応じた要求を満たすことができる。

（２）脱硫集塵についていえば、脱硫集塵処理を行っていない高温煙道ガスを旋回流板又は接線方向送り込み方式により浄化塔に導入し、ガスを水平接線方向に沿って回転し螺旋状に上昇させることによって、第一種類のガス旋回流を形成できるが、効果が限られる（気流速度が一倍前後だけ増加し、約１０ｍ／ｓである）。一方、煙道ガス入口の近傍で霧化回転噴射ヘッド又はそれとファンブレードを組み合わせた噴射ヘッドを使用すると、煙道ガスの旋回流速度を大幅に加速することができる（気流速度が３〜５倍増加し、最大として３５ｍ／ｓ前後に達することができる）。
明らかに、循環ポンプから運動量を取得した循環液がノズルから噴出される時に生成した反力は、ノズルの高速回転を駆動すると同時に、気流の回転を効果的に引き起こす。霧化回転ノズルが流体のエネルギーをノズル及び流体の回転を駆動する運動エネルギー及び液滴のさらなる分散を促進する表面エネルギーに変換できるため、第二種類の旋回流駆動力となる。また、小流量だけで高速に回転できる霧化噴射ヘッドは、非常に短い期間内で気液接触のチャンスを大幅に増加させ、水ミストを気化させかつ煙道ガスの温度を迅速に下げ、体積を急に減少させて負圧を形成して、第三種類の旋回流引張力を生成することが証明された。

ガス自体の運動エネルギー、液体の回転により生成した運動エネルギー及び体積収縮により生成した自体の有効エネルギーの合成力により、流体のより強く、より速く、作用範囲がより大きい旋回流運動が促進され、竜巻のような高速な旋回流効果を果たす。つまり、前記合成力により、塔に沿って高速に螺旋状に上昇する、全体として上向きの運動方向を螺旋状上昇運動に変更する。このとき、回転噴射ヘッドは、負圧を生成し、旋回流を促進する竜巻の目の役割を果たし、体系自体のエネルギーを上手に有効エネルギーに変換して、過程中の混合を強化し、熱・物質輸送効果を高める。
混入した塵埃、二酸化硫黄及び二酸化窒素などは、それ自体の動力及び回転力の駆動下で、体系に懸濁している霧化した弱アルカリ水と十分に接触して反応するか又は捕捉されるチャンスがより多くなる。湿った環境及び弱アルカリ性の水ミストは、体系の静電を顕著に除去し、塵埃及び有害ガスを捕捉し沈下させる効果を増強することができる。高速に移動する気液旋回流は、比重が大きい塵埃及び液体が壁面に向かって集まることを加速的に促進し、霧除去及び集塵の効果を大幅に増強し、比重が大きい塵埃及び液体の混入を大幅に減少させることができる。

なお、水蒸気を多く含有する煙道ガスは、回転及び冷却過程で冷却されて二次水ミストとなり、集塵及び効果的な分離を補助することができる。複数の塔を直列接続し、複数の位置で上下方向に合理的に配置した回転噴霧装置は、効果をさらに確保することができる。また、体積収縮又は顕著な圧力差を有し、中心より周囲の圧力が高くかつ気体を大流量で持続的に補給可能な他の体系も、径方向又は軸方向に沿った広範囲で長距離の竜巻のような強烈な旋回流の形成を誘導することができる。煙道ガスに混入した粉塵固体及び液滴は、数十倍の遠心力の補助下で高速に分離でき、二酸化硫黄などの汚染物質も希薄なアルカリ水と十分に接触、反応して捕捉される。
このように、旋回流噴霧を中核とする旋回流式浄化塔装置は、煙道ガスの処理量及び集塵脱硫効果を大幅に向上させることで、石炭燃焼ボイラーにおけるガスボイラー排出基準（ＳＯ_２及び粉塵の排出濃度はいずれも５０ｍｇ／ｍ^３より低い）以上の結果を達成できる。さらに、煙道ガス中の低品位の余熱を、塔壁の熱交換ジャケットにより効果的に熱交換を行って暖房及び冷房に用いることができる。

（３）人工降雨についていえば、現在の人工降雨に用いられるドライアイス、ヨウ化銀、塩粉などの触媒は、飛行機で散布するか又はロケットで打ち上げる必要があるため、コストが高く、雲に対する要件が厳しく、効果が安定しない。本発明は、水のみを利用して、均一に分布し、長距離、大被覆面積の旋回流霧化効果を達成し、雲中で分散した水蒸気が迅速に集まるように誘致して、局地的低圧を形成し、大気自体のエネルギーを誘導して利用して降雨を形成することができるので、コストが低く、効果が顕著である。

（４）高効率消火の応用についていえば、化学工業的な原理から消火過程を深く分析することで分かるように、水の噴霧による消火では、主に冷却、酸素の排除及び希釈を利用して燃焼反応を阻止し、炎を消し止めるという目的を達成する。明らかに、霧化した水の表面積は何千何万倍と増加し、気化した水の体積は何千倍も増加することができる。従って、水を十分に霧化することは、熱吸収及び蒸発面を効果的に増加させるとともに、高速な熱吸収冷却と高効率の窒息効果を果たすキーポイントである。
従って、霧化効果の高い旋回流霧化装置は、大面積火災現場の温度及び酸素濃度を迅速に降下させるとともに、瞬時に大量の熱を吸収し、生成した水蒸気は、燃焼領域を急激に拡張させ、空気を迅速に阻隔、希釈して迅速に煙を除去し消火する効果を果たす。本発明は、迅速で高効率の消火を達成し、空間で均一に分布し、長距離、大被覆面積の主要な問題を上手に解决する。
回転噴射ヘッドの構造特徴として、水源に接続される上部が固定的であり、下部が複数のノズルを有して軸受を介して上部に接続される。加圧水流の運動エネルギーの一部がノズルから噴出される時に、反力を生じて噴射ヘッドの下部全体を高速に回転するように駆動するとともに、大部分の運動エネルギーは、ノズルの傾斜面又は傾斜スリットに衝突するか又は孔隙を通過する時に損失しない。この結果、運動エネルギーは、水流の霧化を促進する表面エネルギーに効果的に変換される。

このようなノズルにおける加圧流体の反力を利用して新規な噴射ヘッドの回転部を高速に回転するように駆動する装置システムは、液体の十分な霧化及び気液旋回流の形成を促進し、プロセス強化を実現し、高効率の消火目的を達成できる。新規な回転霧化噴射ヘッドは、軸受を備えた回転噴射ヘッドが、流体が外向きに噴射される時の反力により高速に回転することを利用して、気体又は液体での回転速度が１分あたり数百回ないし数万回の回転速度を達成し、高速に回転する気流及び液流により、周囲の気体及び液体の旋回流を引き起こすことができる。
実験結果によると、構造が簡単な三孔ジェット式回転噴射ヘッド又は弾頭形の多孔ジェット式噴射ヘッドは、従来の噴射ヘッドの欠点を上手に克服し、つまり、距離が長く、範囲が広く、十分に霧化され、被覆面積が大きくなることを実現することができる。中心ノズルの孔のサイズ、角度、流量及び水圧を調節することで、水ミストが数十メートル離れた距離でも燃焼物の表面に到達でき、追い風ならば効果がより高くなる。両側の回転ノズルは、液体が噴出される時に生成した反力により三つのノズルに高速回転を引き起こすことで、有効な霧化領域を大幅に拡大し、広範囲で均一に被覆することを保証する。また、回転ノズルの水平角を調節し、ノズルの構造と液体の圧力及び流量を変更することにより、水ミストの量及び分布範囲を容易に制御できるので、状況に応じた消火要求を満たすことができる。

さらなる実験結果によれば、該シリーズの高効率回転式霧化噴射ヘッドは、水道に接続されても高い回転霧化効果を有する。即ち、消防に必要な３キログラムの水圧下では、霧化効果がより高く、上下に噴霧する時の被覆できる直径が８〜１０メートルに達し、かつ上向きに噴霧すると分布がより均一であり、水平噴射距離が２０メートル以上に達し、幅が５〜９メートルに達する。
国家による自動噴水消火システムの消火標準に基づき、上から下へ噴水する消火試験、屋外側面消火試験、ガソリンを加えて火勢を強化した場合の消火試験を行った。これにより、新規な旋回流霧化噴射ヘッドシリーズ、特に三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド及び弾頭型多孔ジェット回転噴射ヘッドは、下向きに噴射しても側面に噴射しても、いずれも瞬間で黒煙を消し、数秒間で火を抑制し、十秒間内で火を消す新規な効果を達成できた。特に、大火に対する消し止め効果がより高かった。高速に冷却して煙を除去し遠隔で大火を抑制し、迅速に火源に接近することを実現でき、広範囲で迅速な消火により適する。
実験によれば、該シリーズの霧化噴射ヘッドは、ガソリンで燃えた火を消し止めることにも高い効果を有し、十分に霧化した水ミストは炎の上方を覆って、迅速に空気を断ち切り、十数秒間内で１Ｌのオイルの火を消し止めることができる。

本発明は、消防分野における重要な技術革新であり、迅速に煙を除去し消火し、高効率で安全で環境にやさしく、使用しやすく、水を節約するという理想的な目標を実現できる。

本発明の内容をより明瞭に理解しやすくするために、以下、本発明の具体的な実施形態及び図面を組み合わせて、本発明をさらに詳細に説明する。
単一軸受三孔ジェット式回転噴射ヘッド９０°の好ましい構造である。 単一軸受三孔ジェット式回転噴射ヘッド４５°の好ましい構造である。 単一軸受三孔ジェット式ダブルニードル付き噴射ヘッドの好ましい構造である。 単一軸受螺旋霧化回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 単一軸受三孔ジェット式シングルニードル付き霧化噴射ヘッドの好ましい構造である。 二重軸受三孔ジェット式回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 三重軸受三孔ジェット式回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 ファンブレード付き三孔ジェット式回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 ファンブレード付き三孔ジェット式回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 弾頭形回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 単一アーム単一ノズル回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 単一アーム二重ノズル回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 単一アーム二重ノズル単一螺旋回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 二層多重ノズル回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 四重ノズル螺旋回転噴射ヘッドの好ましい構造である。 三孔ジェット式回転噴射ヘッドの異なる圧力での流量である。 ３キログラムの圧力における三孔ジェット式回転噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の径方向での水量分布である。 ３キログラムの圧力における三孔ジェット式回転噴射ヘッド（４５°）の下向き噴射及び上向き噴射の場合の径方向での水量分布である。 ３キログラムの圧力における９０°三孔ジェット式ダブルニードル付き回転噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の径方向での水量分布である。 ３キログラムの圧力における単一螺旋混合噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の径方向での水量分布である。 風速測定点位置の概略図である。 従来の噴水ヘッドの構造である。 従来の水ミスト噴射ヘッドの構造である。 従来の単一螺旋噴射ヘッドの構造である。 従来の三孔螺旋噴射ヘッドの構造である。 ３キログラムの圧力における異なる回転噴射ヘッドの水平に噴射する場合の径方向及び４５°方向での水量分布である。 ３キログラムの圧力における従来の噴射ヘッドの下向き噴射の場合の径方向での水量分布である。 手持ち式弾頭型回転噴射ヘッドのＡ種類火に対する消火前後の温度変化である。

本発明をさらに理解するために，以下本発明の実施例を説明する。なお、以下の実施例は、本発明のいくつかの具体的な実施例に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。また、ここで開示する方法又は技術手段を利用して本発明に対して行った実質的でない変更は、いずれも本発明の保護範囲を侵害するものである。
以下の実施例において、噴射ヘッドは、いずれも０．３ＭＰａ（３キログラム）下での流量が３ｍ／ｈであるように流量パラメータを設計した回転噴射ヘッドであり、広角扇形ノズルの噴射角度はいずれも７５°であり、扇形ノズルの噴射角度はいずれも６０°であり、ノズルの主な流路の直径はいずれも２ｍｍである。
１．回転噴射ヘッドの異なる圧力での回転速度及び流量の測定

（三孔ジェット式回転噴射ヘッドの異なる圧力での流量）
一つの三孔ジェット式回転噴射ヘッドを圧力計及び水ポンプを有する試験装置に装着し、試験は水道水を採用し、噴水口での水圧が０．０５、０．１５、０．２０、０．２５、０．３０、０．３５ＭＰａとした。専用の水タンク及び重量計を用いて水量を收集して重量を計り、毎回の噴水時間は２ｍｉｎとした。噴射ヘッドの異なる圧力での流量を測定し、結果を図１６に示す。
実験結果によると、噴射ヘッドの流量と圧力はかなりよい線形関係にあり、必要に応じて調節することができる。

（異なる噴射ヘッドの３キログラムの圧力での回転速度）
異なる回転噴射ヘッドをそれぞれ試験装置に装着し、試験では精製水を採用した。一様に３キログラムの水圧下で、異なる噴射ヘッドの回転速度を測定し、結果を表１に示す。実験結果によると、一様の３キログラムの圧力下で、様々なタイプの噴射ヘッドの回転速度は、いずれも２０００ｒ／ｍｉｎより大きくなった。螺旋霧化回転噴射ヘッドの回転速度が最も小さく、２０１８ｒ／ｍｉｎ前後であり、三孔ジェット式回転噴射ヘッドの回転速度が最も高く、７９９１ｒ／ｍｉｎに達した。三孔ジェット式ダブルニードル付き噴射ヘッドの安定性が最も高かった。

（空気を通した異なる噴射ヘッドの空気媒体中での回転速度）
噴射ヘッドに空気を通して、空気媒質の中で異なる噴射ヘッドの異なる圧力を用いて回転速度を測定し、結果を表２に示した。０．５キログラムの圧力にて、三孔ジェット式ダブルニードル付き噴射ヘッドの回転速度が高く、最大回転速度は１１１３２ｒ／ｍｉｎであった。同じ圧力では、螺旋霧化回転噴射ヘッドの回転速度は低かった。


２． 噴射ヘッドの異なる場合での水量分布、噴霧半径及び最長噴射距離の測定

（異なる噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の径方向での水量分布）
噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の水量分布状況を解析した。噴射ヘッドの地面からの高さは２．５ｍであり、噴射ヘッドの直下の中心から、一列の集水ボックス（Ｓ＝０．０８ｍ^２）を径方向に配置し、３キログラムの圧力下で噴射ヘッドを３ｍｉｎ開けた。その後、中心の噴射ヘッドから異なる距離（すなわち径方向での距離）の各集水ボックス中に收集された水の質量又は体積を計って、噴霧密度、有効な噴霧半径及び最長噴霧距離などの径方向での流量分布情况を取得することができた。結果を図１７〜２０に示す。
水平に噴射する場合、噴射ヘッドの地面からの高さは１メートルであり、噴射ヘッドの直下から、噴射ヘッドの真正面の径方向に沿って一列の集水ボックス（集水ボックスの寸法Ｓ＝０．０８ｍ^２）（真正面）を配置した。２、真正面から４５°角度ずれた径方向に沿って一列の集水ボックス（４５°）を配置し、３キログラムの圧力下で噴射ヘッドを３ｍｉｎ開けた。その後、集水ボックス中の水の質量及び体積を測定して、各集水ボックスの噴霧密度を計算した。結果を図２３に示す。

図１７に示すように、実験結果によると、９０°三孔ジェット式回転噴射ヘッドの下向き噴射の場合に、液滴は、主に直径２メートル前後の領域内に分散し、上向き噴射の場合に液滴は、直径５メートル以上の領域内によりよく分散する。上向きの噴霧消火では、より広い範囲を被覆でき、直径３メートル前後で最大となる。明らかに、上向き噴射により、霧化した水はより広い範囲を被覆できる。
図１８に示すように、実験結果によると、４５°三孔ジェット式回転噴射ヘッドの下向き噴射の場合にも、液滴は主に直径２メートル前後の領域内に分散し、上向き噴射の場合に液滴は、直径４メートル以上の領域内により広く分散する。明らかに、４５°三孔ジェット式回転噴射ヘッドも、同様に下向きの噴霧より上向きの噴霧の被覆範囲がはるかに広く、かつより均一である。
図１９に示すように、実験結果によると、９０°三孔ジェット式回転噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合の液滴の分散性はよりよく改善できる。液滴は直径５メートル前後の領域に到達し、上向き噴射の場合に直径５メートル以上の領域内の噴霧量が顕著に増加し、直径２メートル前後で最大となる。
図２０に示すように、実験結果によると、単一螺旋混合回転噴射ヘッドの下向き噴射及び上向き噴射の場合における液滴の分散性は非常に高い。液滴は直径３メートル前後の領域に到達し、上向き噴射の場合に直径４メートル前後の領域内の噴霧量が顕著に増加し、直径３メートル前後で最大となるということを示す。

図２３に示すように、９０°三孔ジェット式回転噴射ヘッドは、水平噴射の場合、真正面では４メートルでの噴霧量が最大となり、４５°方向では２メートルでの噴霧量が最大となる。消火に有効な距離（噴霧密度が１より大きい）は、真正面では６メートルで、４５°方向では３メートルである。４５°三孔ジェット式回転噴射ヘッドの水平噴射の場合に真正面ではそれぞれ１．５メートルと４〜５メートルでの噴霧量が最大で、４５°方向では噴射ヘッドから遠くなるほど噴霧量が少なくなり、ノズルが４５°回転した場合での噴霧量が中間に集中していることが分かる。消火に有効な距離（噴霧密度が１より大きい）は、真正面では６．５メートルで、４５°方向では３．２メートルである。９０°三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化回転噴射ヘッドの水平噴射の場合、真正面では３．５メートルでの水量が最大となり、４５°方向では噴射ヘッドから遠くなるほど噴霧量が少なくなる。消火に有効な距離（噴霧密度が１より大きい）は、真正面では６メートルで、４５°方向では３．５メートルである。

三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化回転噴射ヘッドの両側のノズルが４５°回転した場合、真正面ではそれぞれ１．５メートルと４〜５メートルでの水量が最大となり、４５°方向及び水平方向では噴射ヘッドから遠くなるほど水量が少なくなる。これは、三孔ジェット式４５°ノズル回転角度の回転噴射ヘッドの噴水散布状況に似ている。消火に有効な距離（噴霧密度が１より大きい）は、真正面では６メートルで、４５°方向では３．７メートルで、水平方向では２メートルである。
両側のノズルが４５°回転した後、両側の噴霧がより集中し、側面噴ヘッドと中心噴射ヘッドとの間の隙間を補うので、水量分布がより均一になる。
単一螺旋混合回転噴射ヘッドの水平噴射の場合、真正面では４〜５メートルでの水量が最大となり、４５°方向では２メートルでの水量が最大となる（第１点を除く）。消火に有効な距離（噴霧密度が１より大きい）は、真正面では６メートルで、４５°方向では２．８メートルである。弾頭型回転噴射ヘッドの水量が大きく、水平噴射の場合、真正面では２〜３メートルでの水量が最大で、４５°方向では噴射ヘッドから遠くなるほど噴霧量が少なくなる。消火に有効な距離（噴霧密度が１より大きい）は、真正面では５メートルより大きく、４５°方向では４．８メートルである。

従来の散水噴射ヘッド、水ミスト噴射ヘッド、単一螺旋及び三重螺旋噴射ヘッド及び三孔ジェット式非回転噴射ヘッドの水量分布の情况について、一部の結果を図２４に示す。
実験結果によると、三孔ジェット式噴射ヘッドが回転しない場合、噴霧形状は水カーテンであり、噴霧範囲が小さく、水カーテンの下部の径方向での水量分布は中間では高くなり、距離が増加するほど水量が減少する。
三孔螺旋噴射ヘッドと単一螺旋噴射ヘッドの噴霧の水量分布は類似しており、三つの螺旋噴射ヘッドについても、中間の螺旋噴射ヘッドが主な役割を果たすため、両側の螺旋噴射ヘッドの水量は小さい。螺旋噴射ヘッドの霧化効果も高いが、螺旋噴射ヘッドは機械的な抵抗衝突力及び摩擦力の作用に依頼するので、下向き噴射の場合に明らかに中空現象が見られ、１．５ｍでの水量が最大となる。
散水噴射ヘッドはデフレクターの作用のため中間の水量が少なく、２．５ｍでの出水量が最大となり、その後迅速に低減する。
水ミスト噴射ヘッドは噴射ヘッドの中間に旋回コア構造の遮断物がり、霧化効果が低い。図面から分かるように、噴霧密度が非常に小さくかつ不均一であり、噴霧密度が１．６以下であるため、大部分の領域では消火の要件を満たさない。

（異なる回転噴射ヘッドの異なる圧力及び噴射状態での噴霧半径及び最長噴射距離）
実施例４に記載した試験方法のように、２キログラム及び３キログラムの圧力下において、三孔ジェット式回転噴射ヘッド（図１）、三孔ジェット式回転噴射ヘッド４５°（図２）、螺旋霧化回転噴射ヘッド（図３）、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド（図４）、弾頭式回転噴射ヘッド（図１０）が上から下へ噴射する場合での噴射半径、下から上へ噴射する場合での噴射半径及び噴霧高さ、並びに、側面に噴射する場合での噴霧幅及び最長噴射距離を測定する。同時に、現在市販している散水噴射ヘッドと水ミスト噴射ヘッドが、上から下へ噴射する場合での噴霧半径及び側面に噴射する場合での噴霧幅及び最長噴射距離を同じ方法で測定した。この結果、上向き噴射、下向き噴射及び側面噴射のいずれであろうとも、回転噴射ヘッドの噴射距離、範囲は従来の噴射ヘッドよりはるかに大きかった。特に、上向き噴射及び側面噴射の場合に噴射距離がより遠くなって、大部分の消火使用方式に適した。関連結果を表３及び表４に示す。

旋回流霧化技術の、一定の有限空間内での効果をさらに検証するために、我々は、直径１２００ｍｍで高さ１０．５ｍのボイラー煙突（ステンレス鋼塔）で、塔内気流速度測定及び二酸化硫黄除去効果の評価を行った。
３．ガスボイラー煙道ガスの塔内気流速度及び脱硫効果評価

（ガスボイラー煙道ガスの塔内気流速度の測定（塔内測定点の分布は図２１に示される））
試験１：ガスがなく、誘引ファン（定格負荷が４０ＨＺで、吸引風量が５１０００〜６９０００ｍ^３／ｈである）のみを起動し、塔内温度は、塔頂部は５７℃、塔底部は７６℃で、空試験を行い、異なる測定点での塔内気流速度を表１に示した。なお、塔径は１．２ｍで、塔高さは１０ｍである。

試験２：ガスを通し、ガス量が１１７６ｍ^３／ｈで、送風機（７６００−１５０００ｍ^３／ｈ）及び誘引ファン（４０ＨＺ、吸引風量が５１０００−６９０００ｍ^３／ｈ）を起動し、塔内温度は、塔頂部は１４６℃、塔底部は１５６℃で、噴射ヘッドを開けず、第２の空試験を行った。異なる測定点での塔内気流速度を表６に示した。

試験３：ガスを通す時に中部及び下部噴射ヘッドを開け、噴水流量は中部が５．７−７．５ｍ^３／ｈで、下部が１．１−２．３ｍ^３／ｈ、誘引ファンと送風機を全部起動した。上と下の温度はいずれも４３℃であり、ガス量は１１３８ｍ^３／ｈである。異なる測定点での塔内気流速度を表７に示した。

試験４：噴射ヘッドにファンブレード（ファンブレードの材料はＡＢＳエンジニアリングプラスチックであり、数は３枚であり、半径は３７５ｍｍである）を増設した。他の条件は上記試験３と同じである。異なる測定点での塔内気流速度を表８に示した。

また、誘引ファンのみを起動し、さらにガスを通し、さらに噴射ヘッドを開け、噴射ヘッドにファンブレードを増設するという四つの異なる条件に対して、異なる風向の風速を求めた。この結果を表９〜表１２に示した。

明らかに見出されるように、下方向の風は、噴射ヘッドを開けたときの風速が噴射ヘッドを開けないときよも高く、気体旋回流の乱流が激しいことを証明した。
噴射ヘッドにファンブレードを増設するときの風速は、噴射ヘッドにファンブレードを増設しないときよりも速く、最大では２２．５ｍ／ｓに達する。
旋回流の方向と一致した右方向の風の風速は、左方向の風の風速より高く、旋回流の効果をさらに証明した。

（石炭燃焼ボイラーの煙道ガス脱硫集塵効果の評価）
二重アルカリ方法による集塵脱硫試験における、条件及び結果は以下のようである。煙道ガス流量が５５０００Ｎｍ^３／ｈで、煙道ガスの温度が１８０℃で、入口でのＳＯ_２濃度が２０００ｍｇ／Ｎｍ^３である。塔径１．２ｍ、塔高さ９ｍ、液体と気体の比率は２／１０００で、脱硫液は飽和した石灰水と１％の水酸化ナトリウムとの混合液である。改善前の脱硫効率は９０％で、出口での硫黄含有量は４００ｍｇ／Ｎｍ^３である。他方、改善後脱硫率は９９％前後に達し、出口での硫黄含有量は５０ｍｇ／Ｎｍ^３より小さく、粉塵含有量は１０ｍｇ／Ｎｍ^３まで低減した。回転噴射ヘッドを中核的な部材とした旋回流塔は、高効率で脱硫集塵をすることができる。石炭燃焼ボイラーの煙道ガスを浄化した後、二酸化硫黄及び粉塵の排出濃度は、ガスボイラー排気ガス排出基準よりも低くなり、スモッグ処理にとって重要な意義があることを証明した。

（消火に応用したときの消火効果評価）
国家の自動噴水消火システム（ＧＢ５１３５〜２００６）に係る消火標準に基づいて試験を行った。相互に直交した１０層の杉木材で、寸法が（５００＊５００＊３８０ｍｍ）の木棒積みを構成した。各層は５本とし、均一に分布し、木棒の寸法は（３８＊３８＊５００ｍｍ）とした。湿度が６〜１２％になるまで乾燥し、重量を計った。木積みをオイルパンに配置して、＞１５ｍｍの適切な深さの水を入れ、２００ｍＬのガソリンを注入した。噴射ヘッドは木積みの直上２．５ｍの位置に設置した。事前に２ｍｉｎ燃焼させ、ガソリンが燃え切った後に噴射ヘッドを開けた。点火から１０ｍｉｎ試験し、噴射ヘッドを閉め、木積みの火が消えていなければ、気をつけて火を消し止めた。湿度が６−１２％になるまで乾燥し、重量を計って、質量損失を計算した。６ｍ離れた風下の位置で消火前後のＰＭ１０及びＰＭ２．５の変化をモニタリングした。結果を表１４に示した。

第１回で三孔ジェット式回転噴射ヘッド（図２）を用いて試験した結果、２キログラムの圧力下で、２００ｍｌのガソリンで点火して２分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火するには１０秒のみかかり、６．２５Ｌの水量を消費した。完全に煙を消すには７０秒かかり、木積みの平均的な質量損失は８．６％であった。
第２回で三孔ジェット式回転噴射ヘッド（図２）を用いて試験した結果、２キログラムの圧力下で、２００ｍｌのガソリンで点火して２分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火するには８秒のみかかり、５Ｌの水量を消費した。完全に煙を消すには７０秒かかり、木積みの平均的な質量損失は５．９％であった。
上記のような木積み消火試験の方法で、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド４５°を用いて試験した結果、２キログラムの圧力下で、２００ｍｌのガソリンで点火して２分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火するには６秒のみかかり、３．７５Ｌの水量を消費した。完全に煙を消すには４０秒かかり、木積みの平均的な質量損失は６．４％である。
また、上記のような木積み消火試験の方法で、従来の散水噴射ヘッドを用いて試験した結果、２キログラムの圧力下で、２００ｍｌのガソリンで点火して２分間燃焼した木材の炎を下向き噴射で消火すると、１０ｍｉｎ内では火を消火できず、１６２６．１Ｌの水量を消費した。木積みの平均的な質量損失は１９．７％であった。

８．１ 手持ち式弾頭型回転噴射ヘッドで木積みのＡ種類火を消火する前後の温度変化
上記木積み及び点火方法を採用し、点火して２分間した後、弾頭型回転噴射ヘッドを用いて手持ち方式で３キログラムの水圧下で消火した。先ず、木積みの真正面で１．８ｍ離れた位置で噴射を開始し、次に木積みに接近し、かつ上部、側面部などへ継続的に噴射した。木積みから２０ｃｍの位置に熱電対を配置して、温度変化をリアルタイムに記録した。大火を消火するには１０ｓのみかかり、７．５Ｌの水量を消費し、完全に煙を消すには４０ｓのみかかり、３０Ｌの水量を消費した。熱電対で検出した温度は、噴射ヘッドを開けてから、４０ｓ内で２５６℃から急速に３３℃に降下した。温度変化を図２５に示した。

８．２ 増強した火勢に対する消火試験
上記木積みを用いて、木積み下部のオイルパンに２００ｍのＬガソリンを添加する同時に、木積みに２Ｌのガソリンをかけた。点火して１０ｓ燃焼した後に消火を開始した。三孔ジェット式４５°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッドを用い、木積みの直上２．５ｍの位置で噴射した。
点火すると猛烈に燃焼し、炎の高さが３ｍを超え、濃煙がもくもく立ちこめたが、噴射ヘッドを開けて１ｓだけで火が迅速に抑制された（水量６２５ｍＬ／ｓ）。また、濃煙が迅速に消え、５ｓ後に木積み表面の炎が消え、４０ｓ後に木積み内部のばらばらの炎はすべて消し止められた。このとき、合計して２５Ｌの水量を消費し、噴水を停止した後に木積みには煙がなく、再燃しなかった。

８．３ 手持ち三孔ジェット式ダブルニードル付き噴射ヘッドでＢ種類火を消火する試験
国家基準ＧＢ４３５１−２００５によって規定されたＢ種類火は、可燃性液体の火である。試験は以下のようにして行った。円盤に高さ７０ｍｍの精製水を入れ、さらに１Ｌの車両用９０＃ガソリンを注入した。事前に１０ｓ燃焼した後に消火したが、このとき炎の高さは２ｍであった。消火を開始すると、現場で被覆された炎は高さが迅速に低下し、水ミストは炎をオイルパンから断ち切り、約１２ｓ後、炎は全部消し止められた。このとき、合計して７．５Ｌの水を使用した。炎が消えた後、オイルパンを５回再燃できた。この結果、ガソリンが大量残っていても、本高効率回転噴射ヘッドで霧化した少量の水だけで、燃料油の大火を消火できるということが証明された。

なお、明らかに、上記実施例は、実施形態を限定するものではなく、明確に説明するために例示したものに過ぎない。当業者であれば、上記説明を基に種々の変形又は変更を行うことができる。また、ここで、全ての実施形態を列挙する必要性もない。これから導出した明らかな変形又は変更は本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

１−扇形ノズル、２−回転ヘッド、３−広角扇形ノズル、４−係合スプリング、５−深溝玉軸受、６−スラスト軸受、５６−軸受、７−軸受スペーサ、８−軸受座、９−ネジ、１０−ロックナット、１１−密閉スリーブ、１２−管継手接続ナット、１３−ファンブレード，１４−管継手、１５−軸受スリーブ，１００−周縁点、２００−１／２中心点、３００−中心点。

Claims (14)

1. 回転噴射ヘッドを含む自動高速回転霧化装置であって、
   前記回転噴射ヘッドは、
   加圧流体に接続され、固定された上部と、
   傾斜面を有する一つ又は複数のノズルを含み、軸受を介して前記上部に回転可能に接続された下部とを含み、
   前記ノズルは、前記回転噴射ヘッド下部の回転軸と同じ中心を有する円周上に前記下部から突出して配置されるとともに、前記回転軸と直交する中心軸をもつ流体輸送孔隙を有し、
   前記加圧流体の運動エネルギーの一部は、前記ノズルから噴出される時に反力を生じて、前記下部の全体を高速に回転するように駆動することに適し、前記加圧流体の大部分の運動エネルギーは、前記ノズルの傾斜面に前記加圧流体が誘導され衝突するとき、前記ノズルを回転させる運動エネルギーと前記加圧流体の霧化を促進する表面エネルギーに効果的に変換されて、前記ノズルの高速回転と広範囲にわたって霧化し分散する旋回流体系を形成し、
   前記ノズルの傾斜面は飛末拡散曲面を形成するとともに、前記加圧流体を誘導して前記ノズルから噴射された後の液滴から扇形の拡散面が形成されるので、前記ノズルの回転時に扇形の霧化領域が形成されることを特徴とする自動高速回転霧化装置。
2. 前記回転噴射ヘッドは、順に接続されたノズル、回転ヘッド、軸受、管継手、締結部材及び位置決め部材を含み、前記ノズルは前記回転ヘッドに固定接続され、
   前記回転ヘッドは前記軸受及び前記ノズルに接続され、前記軸受は前記管継手に接続され、前記位置決め部材は軸方向と径方向で前記軸受を位置決めし、
   前記ノズルと前記回転ヘッドは前記下部に設けられ、前記管継手は前記上部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動高速回転霧化装置。
3. 前記回転噴射ヘッドは、ファンブレード、撹拌ブレード又は回転ブレードに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の自動高速回転霧化装置。
4. 前記ファンブレード、前記撹拌ブレード又は前記回転ブレードに微小孔が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の自動高速回転霧化装置。
5. 前記回転ヘッドは、前記軸受及び前記ノズルに接続され、接続方式がネジ接続又は溶接であり、
   前記回転ヘッド内には、流路口が設けられ、かつ前記ノズルに接続するための一つ又は複数の孔又はねじ穴が開設され、
   前記軸受は一つ又は複数の深溝玉軸受の組み合わせ、或いは、
   前記軸受は一つ又は複数の深溝玉軸と軸方向スラスト軸受の組み合わせであることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置。
6. 前記回転噴射ヘッドは、弾頭形、オリーブ形、円形、方形、長柱状又は水平管状であり、
   前記ノズルは、一つ又は複数の回転用のノズル、或いは、一つ又は複数の回転用のノズル及び一つ又は複数の上部ノズルとの組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載の自動高速回転霧化装置。
7. 前記ノズルの開孔面積の合計は、前記回転ヘッド内の流路口の横断面積を超えないことを特徴とする請求項６に記載の自動高速回転霧化装置。
8. 前記ノズルは、細孔噴霧ノズル、霧化ノズル、小液流噴射ノズル又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項６又は７に記載の自動高速回転霧化装置。
9. 前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式４５°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式４５°角度ノズルの回転噴射ヘッド又は三孔ジェット式ダブルニードル付き９０°角度ノズルの霧化噴射ヘッドであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置の応用であって、前記回転噴射ヘッドは、単独又は組み合わせて釜、塔又はタンクに応用されるか、加圧流体輸送管又は加圧水ガス混合器に接続されるか、或いは、気相及び／又は液相に配置されることを特徴とする自動高速回転霧化装置の使用方法。
11. 前記自動高速回転霧化装置は、旋回流式浄化塔に設けられ、回転噴射ヘッドは、煙道ガス入口近傍の前記旋回流式浄化塔の底部に設けられて上向きに噴霧するか、又は前記旋回流式浄化塔の中部に設けられることを特徴とする請求項１０に記載の自動高速回転霧化装置の使用方法。
12. 前記回転噴射ヘッドがポンプ、加圧貯水容器又は管路と接続されて冷却加湿集塵装置を形成し、大気に対して人工的及び局地的に干渉して大気浄化又は人工降雨を行うことにより、スモッグを緩和し、室内、庭内、団地内、街路で煙を除去して集塵しかつＰＭ２．５を除去することを特徴とする請求項１０に記載の自動高速回転霧化装置の使用方法。
13. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の自動高速回転霧化装置を用いた消火方法であって、前記回転噴射ヘッドは、室内に固定された自動噴水消火システム、機械駆動式消火水銃の出口、携帯式消火器、水道管網、水ポンプ、加圧水ガス混合容器又は加圧流体輸送管に接続されることを特徴とする自動高速回転霧化装置を用いた消火方法。
14. 前記回転噴射ヘッドは、三孔ジェット式回転噴射ヘッド、三孔ジェット式ダブルニードル付き霧化噴射ヘッド、三孔ジェット式４５°ノズル回転角度のダブルニードル付き霧化噴射ヘッド又は弾頭型多孔ジェット式回転噴射ヘッドであることを特徴とする請求項１３に記載の消火方法。