JPH06509510A - ガス発生方法及びその方法を実施する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ガス発生方法及びその方法を実施する装置技術分野 本発明は、機械技術、特に、ガス発生方法及びその方法を実施する装置に関する 。

背景技術 現在、ガスの発生は、機械的、熱的、発熱的方法といった異なる方法で行われて いる。

内燃機関推進装置により駆動されるファンの機械的エネルギ及び気体力学的な亜 音速ノズル内の空気流の断熱膨張（加速）を利用して、ガスを発生させる方法が 公知である（米国特許第３．５６７、１１７号、同第３．７３３．０２９号、同 第３．７０３．９９１号、同第３．７７４．８４２号）。

上記の方法は、簡単であることが特徴であり、ガスの発生に容易に適用すること が出来、人工雪を製造する装置で広く使用される。しかし、この方法の実施は、 相当な電力を必要とする。更に、従来技術の装置を使用して上記の方法を実施す ることは、内燃機関の化学燃料の不完全燃焼による生成物が排出されることで環 境を汚染させる。

予め液体化した天然ガスを大気温度の作用により自然にガス状の状態にしてガス を発生させる方法は公知である。かかる方法を実施するため、作用媒体として、 臨界点以下の温度範囲でのみ液体状態からガス状の状態に変化する性質を有する 極低温剤を使用することが普通である。この方法は、例えば、可搬式がスバーナ のような家庭用の装置に広く採用されている。しかし、そのエネルギ特性が小さ く、発生されるガス流による爆発の危険性が大きいため、上記の方法の適用分野 は、極めて限られている。

液状で発生源から供給される作用媒体をガス状に変化させ、その後に、消費装置 に供給されるガス流の形状を整える、ガス発生方法が広（公知である。

この方法は、作用媒体の供給源を備える装置により実現され、上記媒体は、液状 であり、上記供給源は、作用媒体をガス状に変化させ得るようにしたチャンバに 連通している（モスクワのライスカヤ・スコーラ（Ｖｙｓｓｈａｙａ　５ｈｋｏ ｌａ）の大学生用教科書であるｌ’−０ｓｎｏｖｙ　Ｔｅｏｒｉｉ　ｉ　Ｒａ５ ｃｈｅｔａ　ｚｈｉｄｋｏｓｔｎｙｋｈ　Ｒａｋｅｔｎｙｋｈ　Ｄｖｉｇａ狽■ ■ ｅｉ（液状推進剤によるロケットエンジンの理論及び設計の基本原理）　（Ｖ、 Ｍ、クドリアベステフ（Ｋｕｄｒｙａｖｔｓｅｖ）　（編集者）　Ｊ　１９７５ 年、第２版、修正版及び増販の４４０−４５６ページ））。作用媒体として、二 成分の燃料が使用され、その成分の比率が必要とされるガス温度を提供する。作 用媒体が液状からガス状に変化することは、噴霧の結果として行われる。即ち、 使用媒体を液滴に分割し、その液滴をチャンバ内で分配し、その液滴を加温し且 つ蒸発させ、燃料及び酸化物のベーパを液化する。即ち、これは、化学的反応で あり、又、適正に燃焼させる工程である。上述の方法により得られるガス状媒体 は、更に流れの形状が整えられ、例えば、ガスタービンのような消費装置に供給 される。

上記の方法は、発生するガス流の作用効果が大きいことを特徴とし、その結果、 内燃機関、ガスタービンエンジン、液状推進剤ロケットエンジンのような各種の 高エネルギ、高温の装置で有効に利用することを可能にする。しかし、化学的又 は有機燃料を使用する結果、環境的に有害な燃料成分の生成物が大量に発生し、 この特徴は、上記燃料を使用するときの効率を実質的に低下させる。更に、作用 媒体に使用される成分は、コスト高である一方、有害な排出分を解消するために 、上記の方法を実施する従来技術の装置の設計を改良するためには、多額の資本 投下が必要とされる。

発明の開示 本発明は、かかる作用媒体を使用して、ガスを発生させる方法を提供すると共に 、ガス発生効率を著しく向上させると同時に、ガス発生の環境的特性を向上させ る構造により、上記の方法を実施する装置であって、上記方法及び装置の広範囲 に亙る適用を可能にする装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的は、ガスを発生させる方法であって、供給源から液状で供給される作 用媒体をガス状に変化させる段階と、その後に、装置に供給されるそのガス流の 形を整える段階と、を備える、ガス発生方法にして、作用媒体として、超臨界状 態に変化することの出来る極低温剤を使用し、その作用媒体の液状からガス状へ の変化が生成されるガス状媒体の圧力の潜在エネルギの増加に伴う等各式１稈中 の熱反転によって行われ、その整形されたガス流は、消費装置に供給される前に 、更に減圧され、その後に、大気媒体を気体力学的に放出させることを特徴とす る方法により実現される。

例えば、水溶液から塩を分離するといった、液体相から固体相を分離する目的の ため、本発明の適用範囲を拡大するためには、例えば、大気媒体を気体力学的に 放出した後に、噴霧した液体媒体を更にガス流中に噴出することが必要である。

人工雪を製造する場合、液体媒体として水を使用することが必要である。

本発明のここに開示された方法は、作用媒体として極低温剤を使用することでガ ス発生効率を著しく高め、上記極低温の効率は、最高のエネルギ効率の燃料の反 応のようなあるゆる化学反応をも凌ぐものであり、この特徴は、本発明の方法を 環境的に清浄なものにする。更に、本発明により提案される方法は、紙庫で容易 に利用可能で且つ再利用可能な作用媒体を使用するために、従来技術の方法と比 べて極めて経済的である。

上記の目的は、液状の作用媒体の供給源を備え、作用媒体を液状からガス状に変 化させ得るようにした少なくとも一つのチャンバに連通され、該チャンバが消費 装置に連通ずる出口管を有するガス発生装置にして、作用媒体として極低温剤が 使用され、該極低温剤が超臨界状態に変化することが可能であり、該チャンバの 上記出口管が、互いに連通し且つチャンバの後方の下流に順次、配置されたガス 減圧弁及びガスエジェクタを通じて、上記消費装置に連通することを特徴とする ガス発生装置により実現される。

かかる装置の運転効率を高めるため、ガスエジェクタには、ガス流の制御された 遮断装置を設けることが望ましい。

該装置には、液状媒体の供給源と連通し且つガスエジェクタのディフューザ出口 部分に取り付けられた少なくとも一つのノズルを更に設けると便宜である。

かかる構造体の実施例は、本発明を例えば、人工雪を製造するために、液体相か ら固体相を分離するのに適したものにする。

ノズルが凍結しないようにし且つ液体媒体の噴霧効率を高めるため、各ノズルは 、空気コンプレッサに更に連通させることが望ましい。

該空気コンプレッサは、ガス減圧弁の出口管をガスエジェクタの入口ノズルに連 通させる空気配管上に配置されたガスタービンによって駆動することが望ましい 。

かかる構造体の実施例は、装置の自動運転を保証し、又、その装置の自動制御を も可能にする。

該提案された装置には、ガスエジェクタからの出口に配置され、作動部材と運動 可能に連通されたガスタービンを更に設けることが便宜である。

このことは、本発明により提案した装置を各種出力装置の駆動機構として使用す ることにより、上記装置の適用範囲を顕著に拡大するものである。

提案された装置の自動的な運転を保証するため、付近に極低温剤の固定の供給源 が存在しない状況で運転しなければならない場合、上記装置には、作用媒体の供 給源と連通させたガス媒体液化装置を更に設けることが望ましい。

本発明により具体化された提案するガス発生装置は、極低温剤の総エネルギを効 率的に利用するため、エネルギ消費量が比較的少なく、有害な副産物、又は環境 的に有害な生成物を発生せず、又、化学的、又は有機的物質を使用しないことを 特徴とする。更に、この装置は、運転の信頼性が高く、可動部品及び高温装置の 数が著しく少なく、場合によっては、これら部品は従来技術の同様の装置と比較 して完全に省略されるため、装置の寿命が長い。装置の全体寸法は、比較的小さ く、コンパクトであり、作用媒体の固定の供給源から作動させ且つ自動運転が可 能である。本発明の提案による装置は、その設計上の特徴のため、広範囲の適用 例が可能であり、冷凍装置として、人工雪の製造に使用することが出来、又各種 の動力装置の駆動装置として使用することも出来る。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照しつつ、その−例としての実施例について以下に詳細 に説明する。添付図面において、 第１図は、本発明によるガス発生装置の概略図、第２図は、Ｔ−８軸に示した本 発明によるガス発生サイクルのグラフ図、第３図は、人工雪の製造に使用される 、本発明によるガス発生装置の概略図、第４図は、Ｔ−３軸に示した本発明によ る人工雪製造サイクルのグラフ図、第５図は、低温ガスタービンエンジンとして 使用される、本発明によるガス発生装置の概略図、 第６図は、低温ガス流の発生に使用される、本発明によるカス発生装置の概略図 である。

発明の実施例 本発明によるガス発生方法は、液状の作用媒体をガス状に変化させ、その後に、 装置に供給されるカス流の形状を整えることを特徴とする。本発明により提案さ れる方法における作用媒体として、例えば、液体空気のような極低温剤が使用さ れる。該液体空気は、形成されるガス媒体の潜在エネルギを増す等各式工程中の 熱反転により超臨界的パラメータに従って液状からガス状に変化される。整形さ れたカス流は、消費装置に供給される前に更に減圧され、その後に、大気媒体が 気体力学的に放出させる。

上記の方法は、本発明により提案された装置であって、少なくとも一つのチャン バを備え、本実施例において、作用媒体を液状からガス状に変化させ得るように した二つのチャンバ１．２（第１図）を備える装置により実現される。該チャン バ１．２の各々は、熱伝導率の大きい高強度の材料で製造された非断熱の肉厚の 薄い容器である。これらチャンバ１．２には、電気接点圧力計３．４、安全弁５ ．６及びドレーン弁７．８がそれぞれ設けられ、チャンバ１には、ドレーン弁９ が設けられる。チャンバ１．２の各々は、その片側で充填配管１０に連通してい る。該チャンバ１は、逆止弁１１、電磁弁１２、及び電磁弁１２に対し平行に配 置された弁１３を介して上記配管に連通される一方、チャンバ２は、逆止弁１４ ４及び電磁弁１５を介してのみ」ニ記配管１０に連通される。例えば、輸送タン ク（図示せず）のような作用媒体の供給源に連通された充填配管１０は、チャン バ１．２を最初に充填する働きをする弁１６が設けられる。

チャンバ１．２の反対側の側部は、弁１７．１８、電磁弁１９．２０及び逆止弁 ２１．２２を介して供給配管２３にそれぞれ連通する。

本装置において、作用ガス流は、入口ノズル２５、混合チャンバ２６及びディフ ューザ２７から成るエジェクタ２４の助けを受けて整形される。エジェクタ２４ の運転効率を高めるため、該エジェクタ２４には、入口ノズル２５の正面に配置 された、ガス流の制御された遮断装置２８が設けられる。供給配管２３は、ガス 減圧弁２９を通じてガスエジェクタ２４の入口ノズル２５に連通する。

該装置には、主電源から給電されるタイムリレー３０が設けられる。

提案されたガス発生装置は、次のように作動する。

温度Ｔ＝−１，９０６Ｃの「ガス状」の液体空気、又はその他の極低温剤は、例 えば、弁１３．１６、逆止弁１１又は１４及び電磁弁１２又は１５を通１て充填 配管１０に沿い輸送タンクからチャンバの一方、例えば、弁９又は電磁弁７を使 用して予め冷却されたチャンバ１に供給される。チャンバ１内で、電磁弁７．１ ２．１９及び弁９の遮断により、液体空気は、大気媒体の熱Ｑの作用により蒸発 し、圧力及び温度が上昇する。第２図において、この等８式１程は、曲線ａｂで 示しである。チャンバ１内の上昇する作用圧力（第１図）は、大気媒体の外部熱 Ｑの供給量及びガスエジェクタ２４の供給を行う配管２３の供給特性に依存する 。

チャンバ１内の作用圧力及び温度がＴ＝１０−２０　ＭＰａ及びＴ＝−８０−１ ００°Ｃにそれぞれ達すると、開放弁１７、電磁弁１９及び逆止弁２１を通る気 体状とされた空気は、供給配管２３からガス減圧弁２９の入口に達する。ガス減 圧弁２９への入口にて、可変の高圧Ｐ＝ｌＯ−２０ＭＰａにて作動する間に、該 ガス減圧弁の出口では、Ｐ’　＝０．２−０．５　ＭＰａという一定の低圧が維 持される。第２図において、この等エンタルピイエ程は、区間ｂｃで示しである 。この圧力にて、ガス流の制御された遮断装置２８（第１図）を通る空気（亜音 速又は超音速）は、入口ノズル２５を介してガスエジェクタ２４に達する。この 空気は、入口ノズル２５を通過する開に膨張しく第２図の等エンタルピイエ程ｃ ｄ）、混合チャンバ２６への入口にて（第１図）、相当程度の希薄化が生じ、そ の結果、顕著な量の空気（ガスエジェクタ２４の絞り特性に依存する）が大気媒 体からの活性な空気流と混合される。

配管２３から来る活性な空気と大気媒体から来る不活性な空気とが顕著に相互に 聞合する結型、第２図のＴ−３軸に区画ｄ−ｅ−ｆ−ｇて示すように、熱力学的 に且つ機械的に平衡で所定の温度を有する均一なガス混合体が形成される。形成 される空気混合体は、ディフューザ２７（第１１図）を通過し、その速度が＃１ ０Ｉｌ！　／”’　Ｓまで減速され、圧力は、ξ０．１３　ＭＰａに減圧され（ 区画ｇｈ（第２図）で示した工程）、その後、対応する貯蔵モーメントと共に、 ガスエジェクタ２４（第１図）から大気中に放出されるか、又は、消費装置に供 給される。

電気接点圧力計３．４、電磁弁１２．１５．１９．２０及びタイムリレー３０が その内部で作動される自動制御システムの支援により、チャンバ１内でガス化さ れた空気が漸進的に発生されるに伴い、チャンバ２には、液体空気が充填される 。チャツバ】又は２の各々には、所定の範囲の圧力変化が維持され、ガスを発生 させる装置の連続的で且つ安定した運転が保証される。自動制御システムには、 主電源から給電される。又、本装置の手動制御は、弁９．１６．１７．１８及び 安全弁５．６を使用して行うことが出来る。

上記提案されたガス発生方法は、例えば、水溶液から塩を分離し、又は人工雪を 製造する場合のように液体媒体から固体相を分離するのに利用することが出来る 。このためには、大気媒体を気体力学的に放出した後、例えば、水のような噴霧 した液体媒体を更にガス（空気）流に放出し、人工雪を製造する。

構造的に、本発明により形成された装置は、ガスエジェクタ２４のディフューザ ２７の出口部分に取り付けられた少な（も一つのノズル３１（第３図）を更に備 えている。ノズル３１の各々は、弁３４を有する配管３３を介して給水装置から 水が供給される水マニホルド３２に連通している。該配管３３には、可調節型オ リフィス絞り弁３５を設けることが出来る。更に、一つのノズル３１、又はノズ ル３１の全体が凍結するのを防止し、更に、液体媒体を噴霧する効率を高めるた め、各ノズル３１は、空気マニホルド３６に更に連通され、該空気マニホルド３ ６は、弁３８が設けられた空気マニホルド３７を介して空気コンプレッサ３９に 連通される。該空気コンプレッサ３９は、供給配管２３の途中に設けられたガス タービン４０により駆動され、該配管２３は、ガス減圧弁２９の出口管をガスエ ジェクタ２４の入［］ノズル２５に連通させる。ガスタービン４０、減圧弁４１ を介して発電機４２及び空気コンプレッサ３９を駆動する。該発電機４２は、自 動制御システムの構成要素を駆動する働きをする。

上述の構造体的実施例による装置は、次のように作動する。

ガスエジェクタ２４のディフューザ２７の出口部分にて上述の方法に従ってガス 流が整形された後、微細に分散された水がノズル３１一群を介して噴射される。

顕著に管状の空気流（大気を含む）中の大きい熱及び質重伝達の結果、微細な水 滴を雪に変化させるのに必要とされる熱量が上記水滴から回収される。この等圧 の工程は、Ｔ−３軸にて区画１ｍ（第４図）で示しである。このようにして形成 された雪は、空気シェツトの跡に沿って落下する。

本発明で提案された装置は、その構造体的特徴のため、広範囲の適用例が可能で あり、上述のように、冷凍装置として、又は人工雪を製造する装置として使用す ることが出来る。更に、この装置は、各種の動力装置の駆動装置として機能する ことも出来る。特に、この後者の適用例は、ガスエジェクタ２４の出口に配置さ れた更なるガスタービン４３（第５図）が提案された装置に設けられることで一 層確実なものとなる。更なるガスタービン４３のシャフトは、例えば、逓減式減 圧弁４４のような作動部材により発電機４５に運動可能に連結される。この提案 された装置の構造体的実施例において、作用媒体の供給源は、極低温剤の特別設 計のアキュムレータ４６である。

提案された構造体的実施例の装置において、例えば、液体空気のような極低温剤 がガス状に変化し、ガス流を形成することは、上述の方法と同様の方法で行われ る。ガスエジェクタ２４の混合チャンバ２６内で形成された均一なガス流は、デ ィフューザ２７を介して更なるガスタービン４３のブレードに達し、圧力が増し 、これに対応して貯蔵モーメントが増し、次に、該空気は、大気に排出される。

更なるタービン４３からの出力は、逓減式減圧弁４４を介して発電機４５に伝達 される。この装置の構造体的実施例は、極低温剤と大気媒体との温度勾配の原理 のみて作用する簡単な設計の環境的に安全なエンジンを提供する。

提案された装置の自動運転を保証するため、その付近に極低温剤の固定の供給源 が存在しない状態で装置を運転しなければならないとき、該装置には、ガス状媒 体の液化装置４７（第６図）が更に設けられ、該液化装置は、閉スターリングサ イクルに従って作動し、極低温剤のアキュムレータ４６に連通される。

この提案された装置の構造体的実施例の変形例は、次のように作用する。

該装置を始動させると、大気流からの空気は、重力により液化装置４７に流動し 、該液化装置内で液化され、形成される液体空気は、極低温剤のアキュムレータ ４６内に集められ、その安全貯蔵分を構成する（低温製造中等におけるピーク負 荷を補正すべく、液化装置４７の導管を解凍するための予防措置を講するため） 。温度Ｔ　＝−１９０°Ｃの液体空気は、アキュムレータ４６から、充填配管１ ０に送られる。その後、該工程は、上述のようにして行われる。

産業上の利用可能性 本発明は、低温の人工雪の製造、空調及び液体溶液の分画の冷凍技術に適用され たときに最も効果的である。更に、本発明は、輸送車両に使用されるとき、及び 鉱山、貨物艙等で使用されるときの双方で、間接作動式推進システムの推進装置 として使用することが出来る。

フロントページの続き （７２）発明者　クジン、アレキサンドル・イワノヴイッチロシア連邦　３９４ ０５１　ヴオロネシ、ウル・マルシャカ　１０−３１ （７２）発明者　マラキーフ、ウラジミール・コンスタンチノヴイッチ ロシア連邦　３９４０５２　ヴオロネシ、ウル・クリヴオシェイナ　６０−７２

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．供給源から液状で供給される作用媒体をガス状に変化させる段階と、その後 に、消費装置に供給されるガス流の形状を整える段階と、を備えるガス発生方法 にして、前記作用媒体として超臨界状態に変化することの出来る極低温剤を使用 し、前記極低温剤の液状からガス状への変化が、これにより製造されるガス媒体 の圧力の潜在エネルギの増加に伴って等容式工程の熱反転を介して行われ、前記 整形されたガス流が、消費装置に供給される前に更に減圧され、その後に、大気 媒体が気体力学的に放出されることを特徴とするガス発生方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のガス発生方法にして、前記大気媒体が気体力学的 に放出された後、噴霧された液体媒体が更にガス流に噴射されることを特徴とす るガス発生方法。
3. ３．請求の範囲第２項に記載のガス発生方法にして、前記液状媒体が水であるこ とを特徴とするガス発生方法。
4. ４．液状である作用媒体の供給源を備え、該供給源が、前記作用媒体を液状から ガス状に変化させることにより、前記作用媒体を変化させ得るようにした少なく とも一つのチャンバ（１、２）に連通され、該供給源には、消費装置に接続され た出口管が設けられたガス発生装置にして、前記作用媒体として超臨界状態に変 化することの出来る極低温剤を使用し、前記チャンバ（１、２）の出口管がガス 減圧弁（２９）及びガスエジェクタ（２４）を通じて前記消費装置に連通され、 前記ガス減圧弁及び前記エジェクタが互いに連通し且つ前記チャンバ（１、２） の後方の下流に連続的に配置されることを特徴とするガス発生装置。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の装置にして、前記ガスエジェクタ（２４）には、 ガス流の制御された遮断装置（２８）が設けられることを特徴とする装置。
6. ６．請求の範囲第５項に記載の装置にして、液体媒体の供給源に連通し且つガス エジェクタ（２４）のディフユーザ（２７）の出口部分に配置された少なくとも 一つのノズル（３１）が更に設けられることを特徴とする装置。
7. ７．請求の範囲第６項に記載の装置にして、ノズル（３１）の各々が空気コンプ レッサ（３９）に更に連通されることを特徴とする装置。
8. ８．請求の範囲第７項に記載の装置にして、前記空気コンプレッサ（３９）が、 ガス減圧弁（２９）の出口管を前記ガスエジェクタ（２４）の入口ノズル（２５ ）に連通させる空気配管に取り付けられたガスタービン（４０）により駆動され ることを特徴とする装置。
9. ９．請求の範囲第４項に記載の装置にして、前記ガスエジェクタ（２４）からの 出口に配置され且つ作動部材に運動可能に連結された更なるガスタービン（４３ ）が設けられることを特徴とする装置。
10. １０．請求の範囲第４項に記載の装置にして、液状媒体の液化装置（４７）が更 に設けられ、該液化装置が作用媒体の供給源に連通されることを特徴とする装置 。