JPH078330B2 - 衝撃波による複数流体の処理方法及びその処理装置並びに同処理装置の使用方法 - Google Patents

衝撃波による複数流体の処理方法及びその処理装置並びに同処理装置の使用方法

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JPH078330B2
JPH078330B2 JP25568391A JP25568391A JPH078330B2 JP H078330 B2 JPH078330 B2 JP H078330B2 JP 25568391 A JP25568391 A JP 25568391A JP 25568391 A JP25568391 A JP 25568391A JP H078330 B2 JPH078330 B2 JP H078330B2
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ウラデミロビッチ フィセンコ ウラデミール
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トランスソニック ユーバシャル−アンラーゲン ゲーエムベーハー
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、衝撃波による複数流体
の処理方法及びその処理装置並びに同処理装置の使用方
法に関する。
【０００２】ここで、流体とは、液体、気体及び蒸気を
意味し、その中に個体粒子を分散された形で含んでいて
もまた含んでいなくとも良いものとする。
【０００３】
【従来の技術】ＰＣＴ出願についての国際公開明細書第
ＷＯ８９／１０１８４号によれば、５００〜８００ｍ／
秒の超音速で流動している水蒸気中に乳濁すべき少なく
とも１種類の液体成分を注入することが知られている。
この方法では、水蒸気と乳濁すべき成分の微小滴とから
形成されて超音速で流動しているエアゾール中に液状不
活性成分が導入され、それによって形成されて音速で流
動する水蒸気と前記両成分との混合物は衝撃波又は衝撃
前線によって大気圧まで減圧されて、含まれる水蒸気が
完全に凝縮する。
【０００４】上記音速は、乳濁すべき上記流体成分のた
めの注入ゾーンが出口断面部に連結され、拡散型吹出口
の形状をした流通路が前記注入ゾーンの下流に配設され
ているラバル管によって得られる。この流通路の出口開
口部から離間して不活性成分用供給管路が開口している
ハウジングを介して前記流通路に連結された混合室が設
けられている。混合室は流通方向に縮径し且つこの混合
室の出口開口部とラバル管とに対面している部分を有す
る。拡開部と連通している円筒部がこの縮径部に連結し
ている。拡散型吹出口の形状をした流通路の出口開口部
の断面積は前記混合室の円筒部の断面積の１〜２倍であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】５００〜８００ｍ／秒
で流動する水蒸気を得るには非常にコストがかかる。前
記円筒部において衝撃波の圧力が増加するので、不活性
成分中に液状成分が十分乳濁され、水蒸気が存在すれば
同時に凝縮される。しかしながらこの衝撃波を軸方向に
安定させることは非常に困難であり、装置の定常運転、
つまり、乳濁液の連続製造に影響を及ぼすことになる。
【０００６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、上述の種類の方法や装置を連続安定運転が可
能になるよう改善した、衝撃波による複数流体の処理方
法及びその処理装置並びに同処理装置の使用方法を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、衝
撃波による複数流体の処理方法において、亜音速で供給
された少なくとも２種類の流体から成る２相混合物を音
速に加速し、前記２相混合物を膨張させて超音速に加速
したのち、前記の膨張によって超音速に加速された前記
２相混合物を、衝撃波によって、単相混合物となる終圧
にすることを特徴としている。
【０００８】また、本発明は、前記の如く形成された２
相混合物を音速に加速する前に少なくとも１種類の流体
を更に前記２種類の流体の混合物中に導入することを特
徴としている。
【０００９】さらに、本発明は、前記衝撃波の後線にお
ける静圧Ｐckが前記衝撃波の前線における静圧Ｐ1 より
高いが、前記衝撃波の後線における全圧Ｐ0 と前記衝撃
波の前の静圧Ｐ1 との和の半分以下になるように前記衝
撃波の後線における静圧Ｐckを調節することを特徴とし
ている。
【００１０】また、本発明は、前記終圧Ｐnpが前記衝撃
波の前の静圧Ｐ1 より高いが前記衝撃波の後線における
静圧Ｐck以下であるかぎり、膨張されて超音速になった
前記２相混合物の圧力を抜かないことを特徴としてい
る。
【００１１】さらに、本発明は、まだ音速になる前の、
亜音速で流れているまだ１相又は既に２相の混合物に熱
及び／又は流体を供給することを特徴としている。
【００１２】また、超音速で流れている前記流体混合物
から熱及び／又は流体を除去することを特徴としてい
る。
【００１３】さらに、本発明は、少なくとも２種類の流
体から成る混合物用の供給管路に同軸的に連結された円
錐形テーパーノズルと、前記ノズルの出口側における最
縮径断面積部の下流に設けられた膨張室と、前記膨張室
に連結され、前記ノズルの最縮径断面積部の水力直径
（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｄｉａｍｅｔｅｒ）の１〜３倍
の水力直径を有し、一定の断面積を有する出口流路と、
前記膨脹室に連結され、逃し弁が設けられている出口と
から成ることを特徴としている。
【００１４】また、本発明は、前記ノズルの前記最縮径
断面積部のすぐ上流に配設された、更に少なくとも１種
の別の流体用供給管路を備えたことを特徴としている。
【００１５】さらに、本発明は、前記膨脹室の前記出口
流路が円筒形を有し、前記ノズルと同軸的に設けられて
いることを特徴としている。
【００１６】また、本発明は、前記ノズルの出口側にお
ける前記最縮径断面積部がダイヤフラムによって形成さ
れていることを特徴としている。
【００１７】さらに、本発明は、前記逃し弁における開
放圧が調節可能であることを特徴としている。
【００１８】また、本発明は、少なくとも２種類の流体
から成る混合物用の供給管路に同軸的に連結された円錐
形テーパーノズルと、前記ノズルの出口側における最縮
径断面積部の下流に設けられた膨張室と、前記膨張室に
連結され前記ノズルの最縮径断面積部の水力直径の１〜
３倍の水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路
と、前記膨脹室に連結され逃し弁が設けられている出口
とから成る衝撃波による複数流体の処理装置を、溶液、
乳濁液、懸濁液、溶融物又はガス混合物の形態である均
一混合物の調整に使用することを特徴としている。
【００１９】さらに、本発明は、少なくとも２種類の流
体から成る混合物用の供給管路に同軸的に連結された円
錐形テーパーノズルと、前記ノズルの出口側における最
縮径断面積部の下流に設けられた膨張室と、前記膨張室
に連結され前記ノズルの最縮径断面積部の水力直径の１
〜３倍の水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路
と、前記膨脹室に連結され逃し弁が設けられている出口
とから成る衝撃波による複数流体の処理装置を、複数流
体の移送に使用することを特徴としている。
【００２０】また、本発明は、少なくとも２種類の流体
から成る混合物用の供給管路に同軸的に連結された円錐
形テーパーノズルと、前記ノズルの出口側における最縮
径断面積部の下流に設けられた膨張室と、前記膨張室に
連結され前記ノズルの最縮径断面積部の水力直径の１〜
３倍の水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路
と、前記膨脹室に連結され逃し弁が設けられている出口
とから成る衝撃波による複数流体の処理装置を、複数流
体用ポンプとして用いることを特徴とする。
【００２１】さらに、本発明は、少なくとも２種類の流
体から成る混合物用の供給管路に同軸的に連結された円
錐形テーパーノズルと、前記ノズルの出口側における最
縮径断面積部の下流に設けられた膨張室と、前記膨張室
に連結され前記ノズルの最縮径断面積部の水力直径の１
〜３倍の水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路
と、前記膨脹室に連結され逃し弁が設けられている出口
とから成る衝撃波による複数流体の処理装置を、複数流
体用熱交換機として用いることを特徴としている。
【００２２】また、本発明は、少なくとも２種類の流体
から成る混合物用の供給管路に同軸的に連結された円錐
形テーパーノズルと、前記ノズルの出口側における最縮
径断面積部の下流に設けられた膨張室と、前記膨張室に
連結され前記ノズルの最縮径断面積部の水力直径の１〜
３倍の水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路
と、前記膨脹室に連結され逃し弁が設けられている出口
とから成る衝撃波による複数流体の処理装置を、脱気の
ために用いることを特徴としている。
【００２３】
【作用】上述の本発明では、円錐形テーパーノズル，膨
張室，出口流路，逃し弁付き出口とから成る流体処理装
置によって、亜音速で供給された少なくとも２種類の流
体から成る２相混合物を音速に加速し、前記２相混合物
を膨張させて超音速に加速したのち、前記の膨張によっ
て超音速に加速された前記２相混合物を、衝撃波によっ
て、単相混合物となる終圧にすることにより、衝撃波に
よって、複数流体の処理が行なわれる。
【００２４】このとき、前記の如く形成された２相混合
物を音速に加速する前に少なくとも１種類の流体を更に
前記２種類の流体の混合物中に導入してもよい。
【００２５】さらに、前記衝撃波の後線における静圧Ｐ
ckが前記衝撃波の前線における静圧Ｐ1 より高いが、前
記衝撃波の後線における全圧Ｐ0 と前記衝撃波の前の静
圧Ｐ1 との和の半分以下になるように前記衝撃波の後線
における静圧Ｐckを調節してもよい。
【００２６】また、前記終圧Ｐnpが前記衝撃波の前の静
圧Ｐ1 より高いが前記衝撃波の後線における静圧Ｐck以
下であるかぎり、膨張されて超音速になった前記２相混
合物の圧力を抜かないようにしてもよい。
【００２７】さらに、まだ音速になる前の、亜音速で流
れているまだ１相又は既に２相の混合物に熱及び／又は
流体を供給することもできる。
【００２８】また、超音速で流れている前記流体混合物
から熱及び／又は流体を除去してもよい。
【００２９】なお、本発明では、前記逃し弁における開
放圧が調節可能である。
【００３０】また、本発明では、上記衝撃波による複数
流体の処理装置を、溶液、乳濁液、懸濁液、溶融物又は
ガス混合物の形態である均一混合物の調整に使用した
り、複数流体の移送に使用したり、複数流体用ポンプと
して用いたり、複数流体用熱交換機として用いたり、脱
気のために用いたりできる。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付の図面を参照し
て説明する。図１は複数の流体を混合するために使用さ
れる装置の第１実施例の軸線方向断面図、図２はやはり
複数の流体を混合するために使用される装置の第２実施
例の軸線方向断面図、図３は逃し弁を開放した開始期に
おける図２の装置の軸線方向における流体混合物の流速
及び静圧の変化を示すグラフと図２の装置の軸線方向断
面図とを共に示す図、並びに図４は逃し弁を閉じた安定
運転期における図２の装置の軸線方向における流体混合
物の流速及び静圧の変化を示すグラフと図２の装置の軸
線方向断面図とを共に示す図である。
【００３２】複数の流体の均質混合物を調整するために
使用される、図１に示した衝撃波による複数流体処理装
置は、ほぼ円筒形の開口を形成した入口部２０を一端側
において備えた円筒状ハウジング１を有し、この入口部
２０は一端部が最縮径断面積部６になっている円錐形テ
ーパーノズル２に連結されている。ノズル２の最縮径断
面積部６は膨脹室１０の拡散部に繋がっている。これら
の円筒状入口部２０、ノズル２、最縮径断面積部６、膨
脹室１０及び拡散部はいずれも円筒状ハウジング１に関
して回転対称的に配設され、円筒状ハウジング１の軸線
１８に対して同軸配置になっている。ノズル２の最縮径
断面積部６に対向して膨脹室１０内に設けられた円筒状
出口流路８の場合も同様である。この出口流路８は一定
の断面積を有し、その直径はノズル２の最縮径断面積部
６の直径以上であるが、この最縮径断面積部６の直径の
３倍以下でなければならない。拡散流路９が円筒状出口
流路８に同軸的に連結されている。この拡散流路９の出
口側には滑り弁（スライドバルブ）１４を備えた円筒状
出口ソケット管１７が螺着結合部２１によってハウジン
グ１に螺着されている。この出口ソケット管１７は拡散
流路９の出口直径に等しい直径の一定の断面積を有す
る。
【００３３】断面積が一定のパイプの形をした供給管路
４がハウジング１の円筒状入口部２０に固定されてい
る。別の螺着結合部１９により、滑り弁１３を備えた入
口ソケット管１５が前記供給管路４に螺着されている。
この入口ソケット管１５の断面積は供給管路４の断面積
に一致している。供給管路４及び入口ソケット管１５も
軸線１８と同軸的に設けられている。入口ソケット管１
５の反対側の供給管路４の端部領域において、滑り弁
（スライドバルブ）１２を備えた流体供給管路３がノズ
ル２の断面積が減少しはじめる位置に半径方向に開口し
ている。膨脹室１０側に付勢されている逃し弁２２を備
えた出口ソケット管１１が膨脹室１０へ半径方向に開口
している。
【００３４】前記供給管路４はハウジング１の入口部２
０に設けられた螺着結合部によりノズル２に対して軸線
方向に調節可能である。
【００３５】このような構成により、円錐形テーパーノ
ズル２，膨張室１０，出口流路８，逃し弁２２付き出口
１１とから成る上記の流体処理装置によって、亜音速で
供給された少なくとも２種類の流体から成る２相混合物
を音速に加速し、前記２相混合物を膨張させて超音速に
加速したのち、前記の膨張によって超音速に加速された
前記２相混合物を、衝撃波によって、単相混合物となる
終圧にすることにより、衝撃波によって、複数流体の処
理を行なうことができ、これにより装置の連続安定運転
が可能になるよう改善することができる。
【００３６】図２に示した装置の実施例の場合、最初に
縮径したのち次に拡開する断面積部を有する供給管路４
が断面積一定の前記供給管路の代わりに設けられてい
る。また、この図２に示す本実施例では、ダイヤフラム
６として示されている出口側における最縮径断面積部の
前で、ノズル２は周方向に割込部を有している。この割
込部は環状室５と連通し、滑り弁（スライドバルブ）７
を備えた更に別の流体用入口ソケット管１６がこの環状
室５中に開口している。なお、図２において、図１と同
じ符号はほぼ同様の部分を示している。
【００３７】次に、図３及び図４にそれぞれ示された、
図２の装置の軸線方向における流体又は流体混合物の流
速Ｗ及び静圧Ｐの変化を参照して、混合物を連続して調
整するための装置の運転開始期及び安定運転期を詳細に
述べる。
【００３８】上記装置が特定の所望のプラントに連結さ
れた滑り弁７，１２，１３，１４がそれぞれ閉じられて
いる場合、滑り弁７，１２を開放することによって運転
が開始され、第１の流体がノズル２を通過し、入口ソケ
ット管１６を介して供給された第２の流体と混合された
のち、ダイヤフラム６の形態の最縮径断面積部を通り、
更に、膨脹室１０、円筒状出口流路８、拡散流路９、出
口ソケット管１７及び開放されている滑り弁１４を通過
する。
【００３９】滑り弁１３を開放することによって、第３
の流体又は流体混合物は入口ソケット管１５及び供給管
路４を介して、軸流としてノズル２に供給され、供給管
路４を介して導入された流体又は流体混合物の周囲に周
方向の流れとして供給管路３及び入口ソケット管１６を
介して、供給された第１の流体及び第２の流体と混合さ
れる。供給管路４を介して第３の流体又は流体混合物が
更に供給されることによって膨張室１０内の圧力が上昇
して、出口ソケット管１１の逃し弁２２が開放し、よっ
て、混合物は出口ソケット管１１及び出口流路８を介し
てそれらの断面流通面積に比例して流出する。
【００４０】図３及び図４は図２の装置も概略示してお
り、図中、Ｉは第３の流体用供給管路４の入口の断面、
ＩＩは第３の流体用供給管路４の縮径断面、及びＩＶは
第３の流体用供給管路４の拡開された出口断面を示す。
出口断面ＩＶは第１の流体用供給管路３の環状入口断面
ＩＩＩによって囲繞されている。この断面ＩＩＩにおい
てノズルＩＩが始まり、ノズルＩＩは断面Ｖで終わっ
て、この断面Ｖは第２の流体用入口ソケット管１６の環
状入口断面によって囲繞されている。流体及び流体混合
物のそれぞれの軸流方向において、ダイヤフラム６の形
態で最縮径断面ＶＩが位置し、逃し弁２２を設けた膨張
室１０がこのダイフラム６に連結されている。膨張室１
０には出口流路８が連結され、出口流路８は軸線方向に
断面ＶＩＩＩまでの所定の小距離一定の直径を有する入
口断面ＶＩＩとそこから拡散流路９の形態が出口ソケッ
ト管１７の断面ＩＸまで拡開する。
【００４１】図３には運転開始時の状態が示されてお
り、滑り弁１２，７を開放後に滑り弁１３，１４が開放
される。膨張室１０中の圧力のため逃し弁２２も開放し
ている。入口断面Ｉと縮径断面ＩＩとの間では断面積が
減少するにもかかわらず、供給管路４中の流速Ｗは最初
ほぼ一定に保たれる。断面積が増大することと流体が混
入されることにより、流速は出口断面ＩＶまで低下す
る。ノズル２の断面が小さくなるために、流速Ｗは最縮
径断面ＶＩまで上昇し、更に少々膨張室１０で増加す
る。流路の断面の大きさに応じた流量で流体混合物は出
口ソケット管１１及び出口流路８を介して流れ、この流
体混合物の流速Ｗは拡散流路９において出口ソケット管
１７の断面まで幾分低下する。
【００４２】第３の流体混合物用供給管路４において断
面積が変化するにもかかわらず、静圧Ｐは拡開出口断面
ＩＶまでほぼ一定に保たれる。これは流体が混合される
のは軸線方向下流側であるからである。ノズル２におい
て、静圧Ｐはノズル２の終端である断面Ｖまで低下し、
更にダイヤフラム６の形態の最縮径断面ＶＩに向かって
低下する。更に膨張室１０において若干圧力が低下し、
出口流路８においても断面ＶＩＩＩまで圧力が幾分低下
するが、拡散流路９においては出口ソケット管１７の断
面ＩＸまで若干の圧力上昇が生じる。
【００４３】運転開始時の状態では膨張室１０内の圧力
は低下し始める。ダイヤフラム６の形態を有する最縮径
断面ＶＩにおける流速は増加するが、最縮径断面ＶＩに
おける圧力は蒸気又は気体状の流体成分の圧力が飽和蒸
気圧により下がって、その中における音速が１相流体混
合物中の音速よりかなり遅い２相混合物が形成される
（流体を混合してすでに２相混合物が形成されていない
かぎり）ように低下する。よって、断面積が減少するの
で、流速はノズル２内で前記２相混合物の音速がダイヤ
フラム６の最縮径断面ＶＩで得られるように上昇する。
これは、膨張室１０において２相流体混合物が所定の容
量相比において超音速に加速されることを意味してい
る。
【００４４】これにより、衝撃波即ち衝撃前線が断面Ｖ
ＩＩ即ち、出口流路８の始端において発生し、この衝撃
波即ち衝撃前線の強さは膨張室１０内の静圧Ｐが低くな
るに従って増大し、また出口流路８の出口内の流体混合
物の流速Ｗが上昇するに従って大きくなる。膨張室１０
内で圧力が低下すると、一方において、逃し弁２２がま
だ閉じられてないか又はまだ完全に閉じられていないの
で、流体混合物が出口ソケット管１１を通じて排出さ
れ、他方において、出口流路８と拡散流路９とを通って
流体混合物が排出される。最終的には、膨張室１０にお
いて逃し弁２２が閉じる圧力が得られる。これにより、
装置は図４に示された連続安定混合運転の状態になる。
【００４５】図４の流速Ｗの軸線方向の変化は第１の流
体を混合して２相混合物を形成する過程で大きな流速の
低下が生じることを示し、図中、始端における流体の流
速は亜音速の領域にあり、上記２相混合物の音速はダイ
ヤフラム６によって定められる最縮径断面ＶＩにおいて
達成される。従って、逃し弁２２が閉じられた膨張室１
０内の断面ＶＩと断面ＶＩＩとの間の流速Ｗは超音速領
域にあるが、対応する１相混合物の音速よりもかなり遅
い２相流体混合物中の音速に関係している。気体動力学
の法則により、衝撃波のすぐ下流側の圧力の衝撃波の前
の圧力に対する比は１００から１０００までもの値にな
りうる。断面ＶＩＩと断面ＶＩＩＩとの間において、軸
線方向の位置が一定である衝撃波又は衝撃前線の形で僅
かの軸線方向の長さに渡って大きな局部的圧力上昇が発
生する。
【００４６】供給管路４、流体供給管路３及び入口ソケ
ット１６を通じて亜音速で供給された複数の流体の混合
は周方向の流れと相対的流速とにまず基づいている。膨
張室１０内の超音速領域における沸騰及び蒸発によって
２相状態への移行する際の凝縮から更に混合が起こり、
次いで衝撃波が発生して、「シャッタリング（破壊）効
果」によって混合物の均質構造が最終的に行なわれる。
【００４７】上記装置の安定運転中に過度な圧力上昇が
万が一発生すれば、これはそれに応じて付勢されている
逃し弁２２を短時間開けることによって混合操作を変化
させることなくまた衝撃波の軸線方向の位置を変えるこ
となく相殺される。
【００４８】連続混合運転における衝撃波の強度及び装
置の運転性は衝撃波の前における容量相比に依存する。
流体混合物に対して要求される品質に応じてノズル２及
びダイヤフラム６のそれぞれの最縮径断面部の水力直径
の前記出口流路８の水力直径に対する割合を選択するこ
とによって衝撃波の前において必要な容量相比に調節す
る。
【００４９】図４からわかる通り、衝撃波は断面ＶＩＩ
と断面ＶＩＩＩとの間に存在する。衝撃波の前における
圧力をＰ1 、衝撃波の後線における圧力をＰ2 とする
と、Ｐ2 のＰ1 に対する圧力比はマッハ数の二乗に比例
する。断面ＶＩＩ（図４）における衝撃波の前で異なっ
た種類の複数の流体の均質２相混合物の流れが実現され
る。というのは、装置の流れの方向における別々の領域
が流れに対して幾何学的消費と熱反応が生じるからであ
る。
【００５０】エマルジョンの形態で均一混合物を調整す
るために、上記装置を用いることを仔牛の飼育用ミルク
代替品製造技術に関して以下に説明する。なお、以下の
説明は上記装置が流体の移送するためにも使用可能であ
ることを示すことが出来る。
【００５１】図４のグラフに関連して図２の装置の実施
態様を参照して、水蒸気は供給管路４を介して供給され
る。断面ＩＶ（図４）の環状ギャップを通して工場から
の廃物、産出ミルク、クリーム及びバターを加える。こ
れらの２種類の流体は断面ＩＶと断面Ｖとの間で流速及
び交換を行ない、断面Ｖと断面ＶＩ（図４）との間の混
合物の局部音速を低く維持しながら、混合物の圧力を下
げまた混合物の流速を上げる。脂肪やビタミンの形態の
他の流体を亜音速の流れの中に導入する。上記装置のこ
の領域では若干の膨張が生じる。後者の流体を霧の形態
の噴霧状態で供給すると、混合物の流速が上昇しながら
前者の流体と混合する。「反作用」の法則により、ダイ
ヤフラム６（図２）を通して別の流体が供給されると、
亜音速の流れの流速が上昇する。流速が更に増し、圧力
が更に低下するので、混合物の流速が増加し、且つ混合
物中の音速が落ちることになり、この混合物に超音速状
態が発生する。従って、図４の断面ＶＩと断面ＶＩＩと
の間でマッハ数がＭ＞１の最大値になる。混合物の流れ
が断面積が一定の出口流路８（図２）に来ると、断面積
が一定の出口流路８では音速前後で流速が連続的に変化
することが不可能なので圧力が極度に上昇する。
【００５２】この極度な圧力上昇が衝撃波であって、前
述の通り、衝撃波の後線における圧力が衝撃波の前線に
おける圧力に比較して１００〜１０００倍も上昇してい
る。この衝撃波の前の２相の流れは気泡状又は泡状の形
態を有している。脂肪は表面活性粒子から成っているの
で、薄膜がそれぞれ蒸気または気体のバブルの周囲に形
成される。衝撃波の前線においてバブルは見えなくなる
まで破壊し、バブルの表面積が非常に減少するので、バ
ブルに作用している特定な圧力の力が大きくなる。バブ
ルは非常に狭い空間で極く短時間に消失即ち潰れるの
で、各バブルの効果が大幅に増大する。その結果、衝撃
波の後線における脂肪粒子が、現在ではどんな方法や装
置によっても達成不可能な１〜１０ミクロンの大きさに
微粒子化される。
【００５３】衝撃波の後線における圧力が自動装置中の
抵抗力をその中の製品の速度に変えるのに用いられるの
であれば、衝撃波の中において機械的仕事量に変換され
た水蒸気バブルの熱エネルギーは自動化技術に製品の移
送を実現可能にする。従って、この目的のために通常挿
入されるポンプはもはや必要とされない。
【００５４】本発明の装置は、流体を移送する手段を取
り付ければ、いずれもミキサー、ホモジナイザ、サチュ
レータ及び脱ガス装置として使用可能であるが、処理す
る複数の流体の少なくとも、１種が他の流体の温度より
高い温度を有しているかまたはこれら複数の流体を混合
している間が混合する流体の発熱反応によるもの、換言
すれば、熱エネルギーから機械エネルギーへの転換が可
能である場合にかぎりポンプとして使用可能である。こ
の場合、出口における混合物の各成分の全圧は入口にお
ける全圧より高くなる。
【００５５】熱交換器と組み合わせた上記装置のポンプ
としての使用例として上記タービンを主動力源としてい
る発電所において蓄熱式給水予熱器を備えたシステムに
設置することが挙げられる。これらの発電所における熱
効率を改善するために、給水を段階的に予熱する。この
給水は特殊なポンプによって復水器から容器に送られ、
蒸気タービンの或る段階から部分的に取り出した蒸気で
表面加熱式熱交換器で加熱される。本発明の装置を蓄熱
式給水予熱器を備えたシステムにおいて使用することに
よって表面加熱式熱交換器を部分的または完全になくし
たり、普通は取り付けられる電気ポンプを省略すること
が可能になる。
【００５６】上記装置を蓄熱式予熱器の段階で熱交換器
用ポンプとして用いる場合には、水蒸気をタービンの抽
気部から供給管路４（図２）中に供給する。一方、復水
気又は蓄熱式予熱器の前段からの水を図４の断面ＩＶに
おける環状ギャップを通して円錐形混合室として作用す
るノズル２中に導入する。流体間の熱交換及び速度成分
の交換はまずノズル２内で実施し、同時に混合物の速度
を上げ、混合物の圧力を下げる。図４の断面Ｖと断面Ｖ
Ｉとの間において、流体面ＩＶにおける液体の温度より
高い温度で供給する。この供給方法を用いる理由は後述
する。流れは更に加速される。即ち、断面ＶＩ、即ち、
ダイヤフラム６（図２）において実施され、次いで図４
の断面ＶＩと断面ＶＩＩとの間で行なわれ、後者におい
て音速より速い流速が達成される。図４の断面ＶＩＩの
下流で、上記理由により衝撃波が形成される。供給され
た水蒸気の温度は上記装置の出口における水温を超えて
いる。同時に導入された熱の一部を、出口における熱水
の圧力が入口における蒸気や水の圧力より高くなるよう
に作動圧力に変える出口ソケット管１７（図２）からの
加熱水の一部を滑り弁７と入口ソケット１６（図２参
照）とを通して断面Ｖと断面ＶＩ（図４参照）との間に
戻すと、上記装置の出口における水温の制御が可能にな
って、効率が改善される。
【００５７】上記装置の熱交換器としての機能を説明す
るために流れに対する上記形状効果について言及する。
この形状効果により断面ＶＩと断面ＶＩＩ（図４）との
間で気泡状又は泡状の混合物の流れを形成するのが可能
になり、これらのバブルは複数の相の間の熱交換に関与
する表面を非常に大きくする。その結果、温度差と表面
積に常に比例する、熱媒体から被加熱媒体への熱の流れ
が非常に増大する。表面積を大きくすることにより、熱
媒体と非加熱媒体との間の温度差が小さい場合でも大き
な熱の流れを作ることが可能になる。既存の熱交換器と
違って、この熱は利用可能であるから、熱交換器の外部
寸法を小さくするだけでなく、効率を上げることが可能
になる。要するに、熱交換が上記のような大量の熱交換
であるかそれとも流動活性が表面活性の度合に依存する
化学反応等であるかの如何にかかわらず、各層の表面
（表面活性）が大きくなることによって流動活性があら
ゆる交換工程において強化されるということができる。
【００５８】流体の脱ガスに関して、流体に対するガス
の溶解性は選択された成分については液体の温度や圧力
に依存することが知られている。液体の圧力を低下させ
ることにより必ずガス含有量を減らすことが可能であ
る。温度依存性はそれ程はっきりしていないが、この点
も良く知られている。これらの公知の依存性を利用して
液体中の不要ガスの含有量を所望の値まで減少させるこ
とができる。この方法を実施するためには、脱ガスすべ
き液体の蒸気又は液体自体を所定の温度および流量で供
給管路４（図２）を介して供給すると共に、同じ液体を
滑りバルブ１２及び供給管路３を介して断面ＩＶ（図
４）へ供給する。混合物の温度は各圧力における最少溶
解度に対応する約７０〜８０°Ｃであることが必要とさ
れる。この温度の混合物は、円錐形ノズル２（図２）中
で加速され、それに付随して同時に圧力低下が起こる。
圧力が与えられた温度でのガス飽和点以下に低下しつ
つ、混合物は断面Ｖ（図４）を通過する。この断面Ｖの
前で、上記装置の出口から還流された液体である流体が
混合物の流れの中に導入される。得られた２相混合物の
流れはダイヤフラム６（図２）を通って、断面ＶＩと断
面ＶＩＩ（図４）との間の最少圧力領域に入る。逃し弁
２２（図２）を介して気液混合物が排出され、この気液
混合物は特殊な真空容器に入れられる。脱ガスの度合い
及び効率は断面ＶＩと断面ＶＩＩとの間で真空室として
機能している膨脹室１０中の圧力を制御する逃し弁２２
（図２）によって調節される。滑り弁７と入口ソケット
管１６を介して出口ソケット管１７（図２）を断面Ｖと
断面ＶＩ（図４）との間の膨脹室１０に連結している溢
流流路によって、必要に応じて水の浄化後処理を前記断
面ＶＩと断面ＶＩＩとの間を繰り返し通過させることに
よって実施することができる。この方法により容器に入
れる前に給水の脱気が実施可能である。必要ならば、上
記装置は脱ガスと容器用もしくは一次貯蔵用供給ポンプ
としての両目的のために同時に使用可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の方法によ
れば、この目的は亜音速で供給された２種類の流体の２
相混合物を音速まで加速し、この２相混合物を膨脹させ
て超音速に加速したのち、前記膨脹によって超音速に加
速された前記２相混合物を、衝撃波によって、実質的に
単層混合物となる終圧にすることによって達成される。
なお、前記終圧は大気圧に応じて変わる。
【００６０】そのようにして形成された２相混合物を音
速に加速する前に、少なくとも２種類の流体から成る混
合物中に少なくとも１種類の液体を更に導入するのが有
利である。
【００６１】前記衝撃波の後線における静圧Ｐckが前記
衝撃波の前線における静圧Ｐ1 より高いが、前記衝撃波
の後線においては前圧Ｐ0 と前記衝撃波の前の静圧Ｐ1
との和の半分以下になるように前記衝撃波の後線におけ
る静圧Ｐckを調節するのが便利である。
【００６２】外圧すなわち終圧Ｐnpが前記衝撃波の前線
における静圧Ｐ1 より高いが、前記衝撃波の後線におけ
る静圧Ｐck以下であって、この圧力範囲内においては、
膨張によって超音速まで加速され前記２相混合物の圧力
を抜かないならば、流体の流速が一定に保たれた安定し
た運転が保証される。
【００６３】熱及び／又は流体をまだ超音速になる前の
亜音速で流れているまだ１相又は既に２相の混合物に供
給すると、衝撃波の強さ、つまりその効果が更に強化さ
れる。この手法と組み合わせて又は組み合わせずに、超
音速で流れている前記流体混合物から熱及び／又は流体
を除去することも可能である。
【００６４】上記の目的は、少なくとも２種類の流体か
ら成る混合物用の供給管路に同軸的に連結されたノズル
と、前記ノズルの出口側における最縮径断面積部の下流
に設けられた膨張室と、前記膨張室に連結され、前記ノ
ズルの最縮径断面積部の水力直径の１〜３倍の水力直径
を有し、一定の断面積を有する出口流路と、前記膨張室
に連結され、逃し弁が設けられている出口から成る装置
によっても達成される。
【００６５】前記ノズルの最縮径断面積部のすぐ上流に
少なくとも一種類の別の流体用供給管路を更に配設する
のが有利である。
【００６６】前記膨張室の出口流路を前記ノズルと同軸
的に設けるのが便利である。
【００６７】有利な例として、前記ノズルの出口側にお
ける最縮径断面積部をダイヤフラムによって形成するこ
とが出来る。
【００６８】逃し弁の開放圧を調節可能にするのが好ま
しい。
【００６９】本発明の装置を用いる本発明に係わる方法
によって外部圧や終圧とは実質的に無関係な、連続且つ
安定した状態で、最適エネルギー供給量で、運転上のト
ラブルも無く所望の流体処理を達成することが可能であ
る。
【００７０】衝撃波を複数の流体に作用させることによ
り、本発明に従って複数の成分から各成分が所定の濃度
で細かく分散された均質混合物を調整することができ
る。
【００７１】また、高精度で自動的に配合することによ
って、高度に発生された活性表面を有する微細分散均一
状態や、混合するのが困難な成分の混合状態を作り出す
ことも可能である。このような混合状態を作り出すこと
としては、牛乳の均質化処理、全脂ミルク代替製品の製
造、医薬品及び化粧品の調整、並びに、生物活性物質の
製造及び混合、水と燃料との安定エマルジョンの製造、
ラッカー、着色料及び接着剤の製造、析出物の形成を防
止した流体の管路及び容器輸送、効果が確実な表面活性
の強化、安定な水性エマルジョンの調整、高度に得られ
た活性表面と前記装置を組み合わせて使用することを可
能なことにする有効なクリーニングシステムの開発等が
挙げられる。
【００７２】さらに、本発明の装置を使用することによ
り、科学反応装置や他の特殊プラント類を脱ガス又はガ
ス充填したり、ジュース、ノンアルコール飲料やビール
の製造の際に脱ガス及びガス充填を行なったり、セント
ラルヒーティングシステムにおいて熱エネルギーの完全
利用や燃焼時の煙の発生を減少させることを可能にする
生態学的に無害の技術を導入することが可能になる。
【００７３】本発明の装置はポンプ及び／又は熱交換
機、例えば単独又はシリーズでエネルギー、金属、科学
及び生物産業の分野で熱エネルギーの完全利用をはかっ
た実質的に新現な生態学的無害の閉回路システムを開発
するための凝縮器用ポンプや混合型加熱ポンプとして、
また、ホール、タンカ及び船体用洗浄システム、火災の
危険性のある製造工場の水収集システム、消化システム
及びその他の装置に関連して固形粒子を含むこともある
汚染廃水や廃液用ポンプとして、並びに下水や貯蔵タン
ク中の爆発性有毒ガスを抽出するポンプとしても利用可
能である。
【００７４】また、本発明の装置を数ユニット直列に配
置して、給水ポンプとして、及び／又は本発明の方法を
１工程で実施するのを可能にするためにタービンの中間
段階から抜かれた水蒸気を流体及び電熱媒体として供給
して予熱するために発電所で使用することも可能であ
る。
【００７５】音速が液体中だけでなく気体や蒸気中でも
遅くなる均質２相流体中における強化圧縮現象によりこ
れらのさまざまな用途が可能である。この現象はＭ＞１
（Ｍは、流動している媒体の圧縮可能性を表し、流体又
は流体混合物の流速の同じ流体又は流体混合物中におけ
る局部音速に対する比に対応するマッハ数である）の超
音速効果を達成可能にし、この超音速効果は非常に少な
いエネルギーを供給するだけで得られる。一般に、マッ
ハ数を増加させることは通常のジェットエンジンやター
ビンにおいて流速を上げることにより、即ち、上記マッ
ハ数比の分子である流体の流速を上げることによって達
成される。本発明の装置を使用すると、超音速をマッハ
数比の分母における中音速又は少なくとも低音速に下げ
ることによって達成される。なお、この中音速や低音速
は数十分の１ｍ／秒、時には１ｍ／秒程度である。これ
により従来の装置と比較して超音速効果を達成するのに
要するエネルギーコストを大幅に削減可能である。均質
２相混合物の圧縮力が強化されるこの現象の実現は、衝
撃波の前線における圧力に対する同じ衝撃波の後線にお
ける圧力の比がマッハ数の二乗に比例するので、マッハ
数の二乗に比例する衝撃波によって達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の流体を混合するために使用される装置の
第１実施例の軸線方向断面図である。
【図２】複数の流体を混合するために使用される装置の
第２実施例の軸線方向断面図である。
【図３】逃し弁を開放した開始期における図２の装置の
軸線方向における流体混合物の流速及び静圧の変化を示
すグラフと図２の装置の軸線方向断面図とを共に示す図
である。
【図４】逃し弁を閉じた安定運転期における図２の装置
の軸線方向における流体混合物の流速及び静圧の変化を
示すグラフと図２の装置の軸線方向断面図とを共に示す
図である。
【符号の説明】
１ ハウジング ２ テーパーノズル ３ 流体供給管路 ４ 供給管路 ５ 流体用供給管路 ６ 最縮径断面積部 ７ 滑り弁 ８ 出口流路 ９ 拡散流路 １０ 膨張室 １１ 出口ソケット管（出口） １２，１３，１４ 滑り弁 １５ 出口ソケット管 １６ 流体用供給管路 １７ 出口ソケット管 １８ 軸線 １９ 螺着結合部 ２０ 入口部 ２１ 螺着結合部 ２２ 逃し弁

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 衝撃波による複数流体の処理方法におい
    て、亜音速で供給された少なくとも２種類の流体から成
    る２相混合物を音速に加速し、前記２相混合物を膨張さ
    せて超音速に加速したのち、前記の膨張によって超音速
    に加速された前記２相混合物を、衝撃波によって、単相
    混合物となる終圧にすることを特徴とする、衝撃波によ
    る複数流体の処理方法。
  2. 【請求項２】 前記の如く形成された２相混合物を音速
    に加速する前に少なくとも１種類の流体を更に前記２種
    類の流体の混合物中に導入することを特徴とする請求項
    １記載の衝撃波による複数流体の処理方法。
  3. 【請求項３】 前記衝撃波の後線における静圧Ｐckが前
    記衝撃波の前線における静圧Ｐ1 より高いが、前記衝撃
    波の後線における全圧Ｐ0 と前記衝撃波の前の静圧Ｐ1
    との和の半分以下になるように前記衝撃波の後線におけ
    る静圧Ｐckを調節することを特徴とする請求項１又は２
    記載の衝撃波による複数流体の処理方法。
  4. 【請求項４】 前記終圧Ｐｎｐ は前記衝撃波の前の静圧
    Ｐ１より高いが前記衝撃波の後線における静圧Ｐｃｋ以
    下であるかぎり、膨張されて超音速になった前記２相混
    合物の圧力を抜かないことを特徴とする請求項１〜３の
    いずれか１項記載の衝撃波による複数流体の処理方法。
  5. 【請求項５】 まだ音速になる前の、亜音速で流れてい
    るまだ１相又は既に２相の混合物に熱及び／又は流体を
    供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項
    記載の衝撃波による複数流体の処理方法。
  6. 【請求項６】 超音速で流れている前記流体混合物から
    熱及び／又は流体を除去することを特徴とする請求項１
    〜５のいずれか１項記載の衝撃波による複数流体の処理
    方法。
  7. 【請求項７】 少なくとも２種類の流体から成る混合物
    用の供給管路（４）に同軸的に連結された円錐形テーパ
    ーノズル（２）と、前記ノズル（２）の出口側における
    最縮径断面積部（６）の下流に設けられた膨張室（１
    ０）と、前記膨張室（１０）に連結され、前記ノズル
    （２）の最縮径断面積部（６）の水力直径の１〜３倍の
    水力直径を有し、一定の断面積を有する出口流路（８）
    と、前記膨脹室（１０）に連結され、逃し弁（２２）が
    設けられている出口（１１）とから成ることを特徴とす
    る、衝撃波による複数流体の処理装置。
  8. 【請求項８】 前記ノズル（２）の前記最縮径断面積部
    （６）のすぐ上流に配設された、更に少なくとも１種の
    別の流体用供給管路（５，１６）を備えたことを特徴と
    する請求項７記載の衝撃波による複数流体の処理装置。
  9. 【請求項９】 前記膨脹室（１０）の前記出口流路
    （８）が円筒形を有し、前記ノズル（２）と同軸的に設
    けられていることを特徴とする請求項７又は８記載の衝
    撃波による複数流体の処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記ノズル（２）の出口側における前
    記最縮径断面積部がダイヤフラム（６）によって形成さ
    れていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項
    記載の衝撃波による複数流体の処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記逃し弁（２２）における開放圧が
    調節可能であることを特徴とする請求項７〜１０のいず
    れか１項記載の衝撃波による複数流体の処理装置。
  12. 【請求項１２】 少なくとも２種類の流体から成る混合
    物用の供給管路（４）に同軸的に連結された円錐形テー
    パーノズル（２）と、前記ノズル（２）の出口側におけ
    る最縮径断面積部（６）の下流に設けられた膨張室（１
    ０）と、前記膨張室（１０）に連結され前記ノズル
    （２）の最縮径断面積部（６）の水力直径の１〜３倍の
    水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路（８）
    と、前記膨脹室（１０）に連結され逃し弁（２２）が設
    けられている出口（１１）とから成る衝撃波による複数
    流体の処理装置を、溶液、乳濁液、懸濁液、溶融物又は
    ガス混合物の形態である均一混合物の調整に使用するこ
    とを特徴とする、衝撃波による複数流体の処理装置の使
    用方法。
  13. 【請求項１３】 少なくとも２種類の流体から成る混合
    物用の供給管路（４）に同軸的に連結された円錐形テー
    パーノズル（２）と、前記ノズル（２）の出口側におけ
    る最縮径断面積部（６）の下流に設けられた膨張室（１
    ０）と、前記膨張室（１０）に連結され前記ノズル
    （２）の最縮径断面積部（６）の水力直径の１〜３倍の
    水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路（８）
    と、前記膨脹室（１０）に連結され逃し弁（２２）が設
    けられている出口（１１）とから成る衝撃波による複数
    流体の処理装置を、複数流体の移送に使用することを特
    徴とする、衝撃波による複数流体の処理装置の使用方
    法。
  14. 【請求項１４】 少なくとも２種類の流体から成る混合
    物用の供給管路（４）に同軸的に連結された円錐形テー
    パーノズル（２）と、前記ノズル（２）の出口側におけ
    る最縮径断面積部（６）の下流に設けられた膨張室（１
    ０）と、前記膨張室（１０）に連結され前記ノズル
    （２）の最縮径断面積部（６）の水力直径の１〜３倍の
    水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路（８）
    と、前記膨脹室（１０）に連結され逃し弁（２２）が設
    けられている出口（１１）とから成る衝撃波による複数
    流体の処理装置を、複数流体用ポンプとして用いること
    を特徴とする、衝撃波による複数流体の処理装置の使用
    方法。
  15. 【請求項１５】 少なくとも２種類の流体から成る混合
    物用の供給管路（４）に同軸的に連結された円錐形テー
    パーノズル（２）と、前記ノズル（２）の出口側におけ
    る最縮径断面積部（６）の下流に設けられた膨張室（１
    ０）と、前記膨張室（１０）に連結され前記ノズル
    （２）の最縮径断面積部（６）の水力直径の１〜３倍の
    水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路（８）
    と、前記膨脹室（１０）に連結され逃し弁（２２）が設
    けられている出口（１１）とから成る衝撃波による複数
    流体の処理装置を、複数流体用熱交換機として用いるこ
    とを特徴とする、衝撃波による複数流体の処理装置の使
    用方法。
  16. 【請求項１６】 少なくとも２種類の流体から成る混合
    物用の供給管路（４）に同軸的に連結された円錐形テー
    パーノズル（２）と、前記ノズル（２）の出口側におけ
    る最縮径断面積部（６）の下流に設けられた膨張室（１
    ０）と、前記膨張室（１０）に連結され前記ノズル
    （２）の最縮径断面積部（６）の水力直径の１〜３倍の
    水力直径を有し一定の断面積を有する出口流路（８）
    と、前記膨脹室（１０）に連結され逃し弁（２２）が設
    けられている出口（１１）とから成る衝撃波による複数
    流体の処理装置を、脱気のために用いることを特徴とす
    る、衝撃波による複数流体の処理装置の使用方法。
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