液体を静電気的に噴霧する装置および方法、同装置を含む燃料噴射器、ならびに同装置の使用
本発明は、少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体を特にシート状に噴霧する装置および方法に関し、本装置は、この液体を微粒化するように、またはその中に拍動を発生させることにより、その振動を制御するように設計される。本発明は、特に、本装置を含む熱機関の燃焼チャンバ用の燃料噴射器に関する。前記噴霧装置(1)は、前記液体を該装置の外側へ噴霧するための少なくとも1つの開口(15)へ前記液体を供給するためのチャネル(14)を形成するノズルを備え、また、前記液体へ電荷を注入するように前記開口の近くに配設された第1および第2の電極(7および12)を備える。本発明によれば、前記開口の端部(15)は、前記チャネルの一方の側に、前記チャネル内に突き出し、前記液体に接触するように構成される前記第1の電極(7)の少なくとも1つの突出端部(7a)と、前記チャネルの他方の側に、前記第2の電極(12)が前記第1の電極に隣接して埋め込まれ、その結果、前記突出端部または各突出端部の静電場の強度が最大化される、電気絶縁ノズル本体(8)と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体を特にシート状に噴霧する装置および方法に関し、本装置は、この液体を微粒化するように、またはその中に拍動を発生させることにより、その振動を制御するように設計される。本発明は、また、航空機もしくは宇宙船用と同じくらい陸上自動車用に本装置を含む熱機関の燃焼チャンバ用の燃料噴射器、および、例えば、熱交換器用の電気流体力学ポンプ、冷却搭載システムなどの分野において、熱媒液を気化し、切削油を微粒化し、または表面のクリーニングさえも行うことによる本装置の他の使用に関しており、いくつかの非限定的な例を与える。
【背景技術】
【0002】
燃料の微粒化は、汚染の程度および熱機関の効率が燃料微粒化品質に密接に関連しているので、すべての熱機関に重要なステップである。ジェット・エンジン・タイプの航空エンジンでは、燃料シートの微粒化により微粒化が達成される。ジェット・エンジンにおけるこの微粒化を達成するのに、燃料シートに衝撃を与え、燃料シートを微粒化する、(通常、200m/sの)高速度で燃焼チャンバに吹き込む剪断空気ジェットが一般に使用される。
【0003】
したがって、この効率を改善し、これらのジェット・エンジンにより生じる汚染を低減するには、航空機が巡航速度であるとき、微粒化装置が正しく動作するように設計されていれば、通常の動作速度で比較的良好に行われる、微粒化を正しく制御することが必要である。
【0004】
しかし、航空機が滑走路上を走っているときなど、他の速度、特に低速度には同じことが当てはまらない。そのとき、燃焼チャンバ内に入る空気は、通常、約30m/sの速度にしか達さず、この速度は、燃料を正しく微粒化するには不十分で、したがって、燃料の燃焼が悪く、出力の損失および汚染の両方につながる。その際、航空機メーカにより採用される解決策は、同じ航空機における同数の動作速度に対応する、いくつかの噴射システムを有することにあり、この解決策は、複雑で、費用が掛かり、重く、故障の危険も増大させる解決策であるという欠点を有する。この多数の噴射器による他の欠点は、ある動作速度から別の動作速度への連続的な遷移を可能としない装置の柔軟性の欠如、および低速度噴射器により得られる結果の不足にある(空気ジェットの速度は、低速度では極めて低く、その際、微粒化は部分的でしかないかもしれない)。
【0005】
これらの汚染問題への解決策を提供するのに、剪断空気ジェットの同じ上述の原理にそのまま基づいて、低濃度の燃料によりミストを得る、新しい噴射器が開発された。汚染に関しては効果的であるが、それでも、燃料混合物の不足は、エンジンがオフになる原因となる。その際、(圧力が低く、吸気口が例えば−45℃であるかもしれない)所定の高度の場合は、エンジンの再点火は難しい。
【0006】
最近検討されている別の道筋は、ジェット・エンジン内の燃料の微粒化の前に、高速度で循環する燃料ジェット内に電荷を静電気的に注入することにより、燃料を帯電させることにある。非特許文献1は、高電圧源につながる軸方向針状の電極と、ノズル中の針の下流に配置され、他方の電極と同様に、燃料に接触することを目的とする、グランドにつながるほぼ半径方向の対向電極とを含む、回転対称のノズルにより、40から100m/sの間の平均速度で循環する燃料のそうした静電気的な微粒化を使用することを教示する。この対向電極は、長さLおよび直径D(L/Dは2から10まで変化する)の、このノズルの終端半径方向ダクト(terminal axial duct)の上流に設けられ、このダクトの出口オリフィスを通してノズルから微粒化される前に、ダクトを通して帯電した燃料を流す。
【0007】
特許文献1は、2つの電気絶縁半径方向層の間に収容され、その内側端部がノズルから燃料を噴霧するオリフィスの上流で尖っている、リング状の半径方向平面電極を含む、電気伝導性の燃料を微粒化するノズルを提供する。この伝導性燃料は、最初に、この電極の上流で、前記電極に垂直な回転軸に従って回転させられ、次いで、ノズルから噴霧される前に、この尖った電極端部と接触する。
【0008】
特許文献2は、燃料と接触することを目的とし、ノズルから燃料を噴霧するオリフィスの端部を単独で画定する、2つの軸方向金属電極が終端にある微粒化ノズルを提供する。
【0009】
両方とも電気絶縁されていない電極を有する、この最後の微粒化装置による主な欠点は、得られる微粒化品質に悪影響を及ぼす、これらの電極により生成される静電場の強度の比較的低い値にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際公開第2008/052830(A1)号パンフレット
【特許文献2】欧州特許第1139021(B1)号明細書
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】Priol L, Baudel P, Louste C, Romat H,による論文「Laser granulometry measurements on electrified jets for different length of injector」, Journal of electrostatics, vol.63, pp.899−904, 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の1つの目的は、上述のすべての欠点を改善する、少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体を特にシート状に噴霧する装置を提供することであり、本装置は、この液体を微粒化し、またはその中の振動の拍動を制御するように設計され、装置から前記液体を噴霧するための少なくとも1つのオリフィスに液体を供給するためのチャネルを形成し、このオリフィスの近くで、液体に電荷を注入するように構成される第1の電極および第2の電極を含むノズルを備える。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この目的を達成するために、本発明による液体噴霧装置は、このオリフィスの端部は、チャネルの一方の側に、このチャネル内に突き出し、液体に接触するように構成される第1の電極の少なくとも1つの突出端部と、チャネルの他方の側に、第2の電極が第1の電極に隣接して埋め込まれ、その結果、前記突出端部または各突出端部の静電場の強度が最大化される、電気絶縁ノズル本体と、を備えるようにする。
【0014】
このように規定された本発明による装置は、ディーゼル燃料などの最初は帯電していないかもしれない液体をシート状に最適に微粒化するだけでなく(表現「電気絶縁」は、この液体が108Ω.m以上の抵抗率を有することを意味するものと理解されるべきであることが特定される)、微粒化されていない状態の噴霧シートの振動の振幅の変化を制御することも可能にすることに最初に留意されたい。
【0015】
用語「シート」は、本明細書では、その厚さが通常200μmから500μmまで様々であることがあり、平面または3次元であることがある表面を画定する薄膜を意味するものと理解されるべきであり、3次元の場合には、その名が示すとおりに中身がつまっており、したがって、内部空間を全く画定しない3次元液体ジェットと異なり、シートは、有利にも、回転対称であり、内部空間を画定する。
【0016】
クーロン力の使用のみに基づいていることがある、本発明による装置は、燃料が装置から噴霧されるとき(すなわち同時に)、燃料内に電荷を注入することができ、2つの電極の特別な配置により、極めて高い強度の局所的な静電場が得られ、電極の一方は、その突出端部(すなわち、小さい曲率半径に従って尖り、または鋭い)を介してノズルの出力端部を形成し、電極の他方の側は、この出力端部、したがって他方の突出電極に極めて隣接して電気絶縁されることに留意されたい。その際、燃料内への電荷の真の強制注入が局所的に達成され、このようにして得られた強い静電効果は、燃料シートを妨げ、爆発さえも引き起こし、上述の既知の装置により得られる微粒化に対して、シートの2次的な微粒化の最適化、および得られる滴の靄の向上した均一性を伴うことを出願人は検証した。
【0017】
微粒化された燃料シートに関する表現「1次的振動」は、知られているように、シートの厚さと比べて小さい振幅の、振動境界面に対応する長手方向の波を意味するものと理解すべきであり、この1次的振動の下流に、流れの方向に帯が形成されることを思い出されたい。いわゆる2次的振動に対応するこれらの帯は、シートの横方向に均一に離間し、細かい膜に分離され、これらの膜は、空気力学的力の効果の下で分裂し、小さい滴の靄を形成する。次いで、これらの帯は、分裂させられ、比較的大きいサイズの多数の液塊を形成し、これらの塊の形成は、1次的微粒化現象の終了に相当する。2次的微粒化に関して、それは、表面張力に対抗する動圧により、これらの不安定な塊をより小さい滴に微粒化することに相当する。
【0018】
本発明の別の好ましい特徴によれば、前記チャネルは、互いに対向して取り付けられ、前記噴霧オリフィスが終端にあるこれらの本体の輪郭形成された領域内に前記第1および第2の電極をそれぞれ含む第1および第2の電気絶縁ノズル本体により画定され、第1の電極は、第1の本体の輪郭形成された領域を画定する、前記チャネル内の第1の壁上に延在し、チャネル内に突き出す前記端部または各端部でこの壁を過ぎて終結し、第2の電極は、第2の本体の輪郭形成された領域を画定する、チャネル外の第2の壁に隣接している。
【0019】
有利にも、前記突出端部または各突出端部は、5μmから15μmの間の主曲率半径を有することがあり、尖っていることが好ましく、前記噴霧オリフィスは、100μmから500μmの間のより小さい横方向寸法を有する。第2の電極の絶縁と組み合わせた、この小さい曲率半径は、第1の電極と第2の電極との間に交番電圧(好ましくは数kVに等しく、例えば、少なくとも±20kVに等しい振幅を有する)が印加されるとき、前記突出端部または各突出端部で1MV/cmを超えることがある強度を有する、極めて大きい局所的な静電場を得るのを可能にすることに留意されたい。
【0020】
本発明の別の特徴によれば、前記第1の電極は、縦断面内で全体が直線的になることがあり、前記第2の電極は、縦断面内で楕円形または円形となることが好ましい凸面外側表面を有する可能性があり、この凸面または円形の形状は、この表面の静電場の強度を最小化することを可能にする。
【0021】
有利にも、燃料を液体として使用することが好ましい場合、本発明の装置は、前記第1のノズル本体が、好ましくは10以下(さらに好ましくは5以下)の比誘電率εrを有し、前記第2のノズル本体が、前記第1の電極の近くの静電場の強度をさらに最大化するために、2以上(好ましくは5以上)の比誘電率εrを有するようにする。したがって、装置の絶縁破壊を避けるのに、この第2の電極は、電場を伝達する高い誘電率を有し、絶縁破壊しないように特に強い絶縁強度を有する絶縁材料内に配置される(セラミックは、この2重の制約を満たし、したがって、第2のノズル本体を形成するのに使用されることがある)。したがって、この第2の電極は、この絶縁材料により完全に保護され、燃料または空気と接触しないように設計される。これら2つのノズル本体のすべてまたは一部分を形成するのに使用されることがある材料の例は、セラミックに加えて、非限定的な例として引用される、PVCおよび「Plexiglas」を含む。前記第1および第2の電極を形成するのに使用されることがある材料は、電気伝導性で、噴霧される液体に対して化学的に中性でもあるすべての材料を含む。
【0022】
この燃料をシート状に微粒化するのに、本発明によるこの装置は、この微粒化をさらに最適化するように、前記噴霧オリフィスの下流に空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流を供給する手段を設けられることもある。
【0023】
本発明の第1の実施形態によれば、前記チャネルは、液体を平面シート状に噴霧するために、ほぼ矩形の横断面を有し、前記第1の電極は、全体が平面ブレードの形状を有し、前記第2の電極は、バー形の幾何形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続(例えば櫛のように)となる。
【0024】
本発明の第2の実施形態によれば、前記チャネルは、液体を回転対称のシート状に噴霧するために、全体が環状の横断面(例えば、楕円形または円形)を有し、前記第1の電極は、前記突出端部または各突出端部に向かってほぼ発散するテーパ形状を有し、前記第2の電極は、第1の電極を同心円状に取り囲むほぼトロイダル形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続となる。
【0025】
この第2の実施形態によれば、好ましくは、前記第1のノズル本体は、それを同心円状に取り囲む前記第2のノズル本体内に半径方向に配置され、その結果、前記第1および第2の壁は、それぞれ前記チャネルに向かって発散および収束し、気体流を供給する前記手段は、この第1の本体の半径方向内側で、この第2の本体の半径方向外側に配置される。
【0026】
本発明のこの第2の実施形態による装置は、現在の噴射器の幾何形状に対する変更を全く必要とせず、静電気的作用は、単独で使用され、または別途その効果および安全性を増大させるのにシート上の空気ジェットの通常の機械的作用に重畳されることが可能であることに留意されたい。実際に、そうした半径方向内側および外側の空気流を形成する2つの同心円状内側ノズル本体および外側ノズル本体と、それぞれ発散および収束する端部壁とを有するこの現在の噴射器に前記電極を設ければ十分であり、そうしない場合、これら2つのノズル本体の構造を変更しないことが可能である。
【0027】
本発明による第2の実施形態の装置は、低動作速度専用の噴射器を除去することにより航空機上の現在の噴射システムを大幅に単純化することを可能にするが、それは、本発明のこの装置が、例えば30m/sの剪断風により、吸気口のそばで補完される本発明による静電気力による低速度におけるこの微粒化を確実にすることができるためであることにも留意されたい。したがって、本発明のこの装置は、単純で(2つの電極しか設ける必要がない)、費用が掛からない(空気ジェットに関する従来の製造技術を使用することができるため)構造を有し、地上を含むすべての速度で動作することができ、極めて低い電力(数ワットのみ)を消費し、極めて頑丈で、したがって、ほとんど損耗を受けないが、それは、燃料の循環を行ういくつかの既知の装置と異なり、この装置が可動部分を全く有しないためである。
【0028】
さらに、本発明の第2の実施形態によるこの装置は、必要とされる大量の燃料を微粒化することによりエンジンを再点火するのを助けるのに使用されても良い。
【0029】
陸上自動車、航空機、または宇宙船の熱機関の燃焼チャンバ、特に航空機ジェット・エンジン用に、例えば電気絶縁している燃料の、本発明による噴射器は、以上に規定するように、好ましくは本発明のこの第2の好ましい実施形態による、前記第1の本体の半径方向内側および前記第2の本体の半径方向外側に位置する前記気体流を伴って、この燃料をシート状に微粒化するのに適した装置を備える。
【0030】
以上に示されたように、この噴射器は、噴射器の出力口(すなわち、ノズルの噴射器リップ)の可能な限り近くに配置される2つの電極の位置により特に特徴付けられ、好ましくは、この噴射器リップは、燃料をシート状に微粒化するのに燃料の膜を不安定化する上述の強い静電気力を形成して、第1の電極に達する燃料に電荷を注入する第1の電極により部分的に形成されることが特定されることに留意されたい。
【0031】
本発明による噴射器に含まれる静電気的微粒化手段は、単独で、すなわち機械的送風手段を用いることなく燃料を微粒化するのに使用されても良いが、これら2つの手段の組合せは、特にこれら2つの静電気的手段および機械的手段の一方が故障した場合に、他方が作業を負担し、航空機の性能および信頼性を向上させるのを可能にすることにも留意されたい。
【0032】
本発明による噴射器は、これらの静電気的手段(すなわち、基本的には、2つの電極、高電圧源、および電子制御装置)を設置するのに必要な空間が低減されるので、バルクは小さく、本発明による噴射器は、より良い燃焼、したがって、より低い消費、その結果、発生する汚染の低減により気化の最適化が達成されるので、環境的な利益を示すことにも留意されたい。
【0033】
以上に規定された装置の、本発明による他の使用は、非限定的な例として、熱伝達液、工作機械用の切削油、および汚れた表面をクリーニングする液体から成る群から選ばれた液体を微粒化すること、または他に、例えば、航空機または宇宙船に熱機関を装備することを目的とする回転部分を用いることなく、熱交換器用の電気流体力学ポンプを作成することにあっても良い。
【0034】
燃料などの電気絶縁しているかもしれない液体を微粒化し、またはその振動の拍動を制御することにより、液体を少なくとも静電気力によって特にシート状に噴霧する、本発明による方法は、前記第1および第2の電極間に交番電圧信号を印加することにより、以上に規定された装置を使用することにあり、交番電圧信号の振幅は、好ましくは数kV、例えば少なくとも±20kVに等しく、1MV/cmを超え、10MV/cmに達することがある強度の局所的な静電場を液体に接触する前記突出端部または各突出端部において獲得し、したがって、電荷は、この端部で装置を出る液体に直接注入される。
【0035】
交番信号の使用は、第1および第2の電極を分離する固体誘電体の表面上に電荷が形成されるのを防ぐために、本発明による装置の正常な動作には不可欠であることに留意されたい。
【0036】
本発明の別の特徴によれば、特定の電気信号の使用は、燃料噴射器の必要性に従い、燃料が微粒化されていないとき、目的が燃料を微粒化することか、または他に、その拍動を制御することかに応じて、電気作用の細かく迅速な変調を可能にすることを出願人は発見した。
【0037】
さらに、電気信号の変調は、これらの静電気的手段による噴射器の挙動の迅速な変化または進行する変化を達成することを可能にし、この変調は、噴射器と共に使用される電子制御装置を用いて、速度変化が起こった場合に噴射器の動作を持続的に適応させることを可能にする。
【0038】
この液体を微粒化するのに、有利にも、少なくとも1kHzに等しいこの信号の周波数を使用することが可能であり、この信号は、例えば、2kHz以上の周波数および約400V/μsの立上り時間を有する方形波であることが好ましい。それでも、交番信号の現存する他のすべての形状、例えば、正弦波、三角波、またはパルス信号なども、この微粒化を達成するのに使用されても良いことに留意されたい。
【0039】
この液体を微粒化することなく、この液体の振動の拍動を制御するのに、有利にも、5Hzから100Hzの間のこの信号の周波数を使用することが可能であり、この信号は、好ましくは正弦波または三角波タイプの信号で、ほぼ50Hzに等しい周波数を有する。拍動のこの制御は、これらの静電気的手段に加えて、1つまたは複数の空気ジェットが関連している場合に特に有用であることに留意されたい。
【0040】
本発明の別の好ましい特徴によれば、液体が、0.5m/sから2m/sの間の速度で前記チャネル内を運動するように設定され、装置により噴霧される燃料の微粒化を最適化するのに、好ましくは、前記噴霧オリフィスの下流で、例えば30m/sから200m/sの間の速度で空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流も供給することにより、ほぼ平面で、または回転対称である200μmから500μmの間の厚さを有する噴霧液体のシートが得られる。
【0041】
本発明の上述の特徴および他のものは、非限定的な例として与えられる、本発明のいくつかの例示的な実施形態の以下の説明を読めば、より十分に理解され、前記説明は、添付の図面に関連して与えられる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明による、燃料噴射器用の回転対称を有するシートを噴霧する装置の横断面の部分概略図である。
【図2】図1の簡単な変形に相当する、燃料の平面シートを噴霧する、本発明による装置の、図9の平面II−IIに沿った縦断面の部分概略図である。
【図3】この装置に装備される2つの電極の形状および配置の例を特に示す、図2の装置の噴霧端部の拡大概略図である。
【図4】図2の噴霧装置の第1のノズル本体の(この第1の本体を延長する突出端部を有する第1の電極がない)底面図である。
【図5】その第1の電極なしで示される、図2のこの第1のノズル本体の側面図である。
【図6】その第1の電極なしで示される、図2のこの第1のノズル本体の正面図である。
【図7】その中に電気絶縁された第2の電極を受け入れるのにこのノズル本体内に形成される凹部を示す、図2の噴霧装置の第2のノズル本体の底面図である。
【図8】図2のこの第2のノズル本体の側面図である。
【図9】図2のこの第2のノズル本体の正面図である。
【図10】図2の装置により得られる2つのシートを正面図で示す2つの写真の併置図であり、左の写真は、本発明の静電気的手段を用いないで得られる微粒化されていないシートを示し、右の写真は、これらの手段により得られる本発明による微粒化されたシートを示す。
【図11】図2の装置により得られる2つのシートを側面図で示す他の2つの写真の併置図であり、左の写真は、本発明の静電気的手段を用いないで得られる、拍動のない微粒化されていないシートを示し、右の写真は、微粒化されていないが、これらの手段により得られる拍動を受けるシートを示す。
【図12】4つの異なるシート速度に関して、上段に微粒化されていない状態の(すなわち、静電気的手段のない)シートの正面図を示し、下段に微粒化された状態の(すなわち、2kHzの周波数および±30kVの振幅を有する方形波電気信号を介して、これらの手段により)シートの正面図を示し、それぞれが4つの写真を有する2つの段の併置図である。
【図13】それぞれが図12のシートを側面図で示す、4つの写真を有する2つの段(すなわち、同じ速度の、上段は微粒化されていない状態、下段は同じ電気信号を介して微粒化された状態)の併置図である。
【図14】シート速度が1m/sで、これらの手段と共に使用される振幅±30kVの方形波電気信号の周波数による、シートの微粒化に対する影響を正面図(左の写真)および側面図(右の写真)で示す、それぞれが2つの写真を有する6段の併置図である。
【図15】これらの手段と共に使用される周波数1kHzの方形波電気信号の振幅による、シートの微粒化に対する影響を正面図(左の写真)および側面図(右の写真)で示す、それぞれが2つの写真を有する4つの段(第2段は別)の併置図である。
【図16】シート速度が1m/sで、信号の形状(左の写真は正弦波で、右の写真は三角波)、およびこれらの手段と共に使用される振幅±30kVのこの信号の周波数による、シートの拍動に対する影響を示す、それぞれが2つの写真を有する4つの段(第1段は別)の併置図である。
【図17】シート速度が1m/sで、信号の形状(上段が正弦波で、下段が三角波)、およびこれらの手段と共に使用される振幅±30kVのこの信号の周波数(各段に3つの周波数)による、シートの拍動に対する影響を示す、それぞれが3つの写真を有する2つの段の併置図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
図1に示される、液体2を噴霧する装置1は、本発明による、燃料を噴射するノズルの好ましい実施形態を表す。以下に説明されるように、ノズル1は、選択により、燃料2を微粒化するためか、またはその振動の拍動を制御するために使用可能であり、ノズル1は、基本的に、
− 円筒形の外側表面4を有する、半径方向内側の電気絶縁中空管状の第1のノズル本体3であり、その内側空間は、その微粒化を改善するようにノズル1(図1の概略図では円筒形であり、このシートはテーパ付きであっても良いことが理解される)により噴霧される燃料2のシートの半径方向内側に空気の中央ジェット5を導くように有利にも設計され、例えば、この第1の本体3は、半径方向外側に発散し、第1の電極7(例えば金属)で覆われるテーパ付きの内側表面6が終端にあり、第1の電極7は、この表面6を抱き込み、噴霧される燃料2に接触するように外側表面4の半径方向外側に突出点7aがある直線軸方向終端部分を有する、第1の本体3と、
− 円筒形の内側表面9を有する、半径方向外側の電気絶縁中空管状の第2のノズル本体8であり、その外側空間は、噴霧される燃料2のシートの半径方向外側に別の外周空気ジェット10を導くように有利に設計され、この第2の本体8は、第1の電極7の点7aにほぼ面して終端となるように半径方向内側に収束し、この第2の本体8の下流端部、したがって第1の電極7の極めて近くで第2の電極12(例えば金属)をその内部に封入するテーパ付きの外側表面11が終端にある、第2の本体8と、
− 電極7と12との間に印加される交番電気信号(以下に説明されるように、調整されるかもしれない形状、振幅、および周波数を有する)を生成し、その信号を制御する手段13であって、電極7および12は、これらの手段13に含まれる高電圧源HTにつながる、手段13と、
を含む。
【0044】
2つのノズル本体3および8の相対配置は、例えば100μmから500μmの間の、これら2つの本体3と8との間の空間Eを有する環状部分のチャネルである、噴霧されるべき燃料2を導く狭いチャネル14を画定し、したがって、(例えば1m/s程度の出力速度で)噴霧される燃料2のシートの厚さを決定する。
【0045】
より具体的には、第1の電極7は、ノズル1の噴霧オリフィスの端部15を部分的に構成するため、ノズル1用の噴射器リップとして働くことにより、その点7aが動作中に浸される燃料2内に電荷を直接注入するように設計される。点7aにおけるこの直接注入は、2つの電極7と12との間に印加される高電圧HTによってこの点7aに生成される、極めて高い強度(数MV/cm、10MV/cmまでの範囲にある可能性がある)の静電場により、例えば約10μmであるこの点7aの極めて小さい曲率半径により行われる。この第1の電極7用の絶縁支持部を形成する第1の本体3の材料に関し、この材料は、点7aの近くの静電場の強度を最大化するのに低誘電率εrを有するように選ばれ、この誘電率は、噴霧されるべき液体2の誘電率未満、または例えば「軽油」タイプのディーゼル燃料において2.2未満となるのが好ましい。
【0046】
第2の電極12は、2つの電極7と12との間のアーク放電の形成を防ぐのに電極12を電気絶縁する、第2のノズル本体8中に完全に埋め込まれる。電極12は、その表面上の電場、およびこの電極12に接触する絶縁材料にかかる応力を制限する、角部または鋭い端部を有しない幾何形状(有利には凸面または円形、図1の例では全体としてトロイダル形状)を含む。この絶縁材料は、可能な限り高くなるように選ばれる絶縁強度、および第1の電極7の近くの静電場の強度を最大化するのに同様に高い誘電率(εr>5が好ましい)を有する。
【0047】
放出されるシート2のそれぞれ内側面および外側面上に吹くように設定される、上述の2つの空気ジェット5および10に関して、それらの速度は、例えば、30m/sから200m/sまで変化することがある。
【0048】
図1の発明による静電噴射器1は、2つの電極7と12との間の交番電気信号を生成し、その信号を制御する手段13に対して、これらの電極7および12を追加し、これらの電極を特別に配置することによってのみ先行技術の噴射器と区別されることに留意されたい。言い換えれば、そうした既知の噴射器の一般的な構成は、変更されず、有利にも、空力効果だけでなく、静電効果が重畳され、それらは、燃料2の微粒化のために、機械的作用のみ、静電気的作用のみ、またはこれらの作用の両方さえも同時に行うことを可能とする。
【0049】
以上に説明されたように、このように帯電する燃料シート2は、電極7と12との間に印加される電気信号に応じて、選択により、その微粒化またはその振動制御のいずれかにつながる静電気力の作用を受け、この微粒化またはこの振動の制御は、第1の電極7上の静電場、したがって燃料2への電荷の直接注入を最大化するように設計される、これらの電極7および12のそれぞれの幾何形状により最適化されることに留意されたい。
【0050】
図2〜9(寸法がmmで表される)を参照すれば、平面噴霧チャネル114を有する燃料噴霧ノズル101に関する試験が実行され、この幾何形状は、簡単のため、およびその幾何形状が環状部分の噴霧チャネル14を有する回転対称(すなわち、図1のタイプの軸対称)の装置により得られる結果を代表するため、保存された。これらの試験に関して、同じ構造であるが異なる電気絶縁材料で作られた、2つの平面的な試作品が使用され、第1の試作品は、PVCで作られた、その2つのノズル本体103および108を有し、第2の試作品は、「Plexiglas」(交流において、誘電率εrが4.5、抵抗率が1015Ω.m、および絶縁強度>40kV/mm)で作られた。使用される燃料に関して、燃料は、860kg/m3に等しい密度、比誘電率εr=2.2、109から1010Ω.mの間の範囲の抵抗率、および4.3x10−6m2/sに等しい動粘性率を有する「軽油」であった。
【0051】
これらの図2〜9からわかる噴霧ノズル101は、それぞれ第1および第2の電極107および112を設けられ、2つの第1および第2のノズル本体103および108がそれぞれ図1のノズル本体の環状横断面ではなく、同じ幾何形状の矩形横断面(この矩形形状は、第1の本体103に関しては図4および6でわかり、第2の本体108に関しては図7および9からわかる)を有する点で図1のノズル本体と基本的に異なる、2つの第1および第2のノズル本体103および108を備える。
【0052】
これら2つの本体103および108の上流端部は、図2の例では、矩形の縦断面を有し、中央燃料噴霧チャネル114に対して互いに対称である2つの本体103および108のそれぞれの内側表面により画定される燃料鎮静化チャンバ117を封止する蓋116を被せられる。より具体的には、チャンバ117およびこのチャネル114は、ノズル101の長手方向対称軸Xに中心があり、蓋116内に形成される中央オリフィス116aは、チャンバ117内に燃料を取り込むことを可能にし、チャンバ117は、本体103および108の内側表面上の2つの肩部103aおよび108aによりノズル101の下流端部の近くで直角に狭められる。このチャネル114は、チャンバ117と上流で連通し、2つの本体103および108のそれぞれの傾斜付き外側表面103bおよび108bにより形成されるノズル101の輪郭形成された下流端部が終端にある、小さい幅l(1mm、図3を参照)の終端部分を形成する。
【0053】
第1の電極107(クロムメッキ鋼で作られる)は、第1の本体103の傾斜付き外側表面103bの大部分にわたって延び、チャネル114内に斜めに突き出す尖端部107aが終端にある、平面ブレードの形状であり、その結果、この突出端部107aは、第2の本体108の鋭い終端部と共にノズル101の下流噴霧オリフィスの端部115(図3を参照)を部分的に画定し、この突出端部107aとこの対向する端部との間の幅eは、この例では、300μmである。
【0054】
第2の電極112(同様にクロムメッキ鋼で作られる)に関し、第2の電極112は、この例示的な実施形態では、エポキシ系の絶縁樹脂112aに埋め込まれ、絶縁樹脂112aは、その輪郭形成された領域内の前記端部の極めて近くで、第2の本体108の傾斜付き外側表面108b上の空洞開口部を充填する。したがって、この絶縁樹脂112aは、傾斜付き表面108bの一部分を形成し、第2の本体108の絶縁材料(例えば、PVCまたは「Plexiglas」)と接触することが図2および3からわかる。この第2の電極112は、この例では、ほぼ楕円形である縦長の円形縦断面を有する。
【0055】
電極107および112用の接続システムは、明瞭にするために、これらの図2〜9に示さなかったことに留意されたい。
【0056】
したがって、0.5m/sから2m/sの間のシート速度を有する、ほぼ平面の噴霧シートが得られ、各シートは、8cmにほぼ等しい長さ(図6および9の横方向)、4cmにほぼ等しい幅(これらの図の縦方向)、約300μm(噴霧オリフィスの上述の幅eに相当する)のシート厚さを有する矩形部分を含む。
【0057】
図11〜17は、ノズル本体103および108が(上述のエポキシ樹脂112aとは別に)「plexiglas」で作られた、これらの図2〜9による噴霧装置101を用いて、空気流が全くない状態で(すなわち、これらの電極107および112を備える静電気的手段のみにより)行われた試験において得られたシートを示す。
【0058】
図10の左手画像では、(電極間に生成される電気信号が全くないために)微粒化されていない噴霧燃料シートは、正面から完全に安定して見えるが、この図10の右手画像は、本発明による、(交番電気信号を介した)電荷の強制的な注入のみにより得られる効果的な微粒化を示し、したがって、静電気的手段は、それ自体で、シートを微粒化することができることがわかる。
【0059】
図11の左手画像では、(電気信号が全くないために)微粒化されていない噴霧燃料シートは、外形を見ると、完全に直線である(すなわち、拍動がない)が、この図11の右手画像は、電極間の適当な交番信号(以下を参照)の発生が、振動の所与の拍動を有する燃料シートを拘束するのを可能にすることを示すのがわかる。
【0060】
図12の上段の画像は、0.6m/s、1m/s、1.5m/s、および2m/sのそれぞれの速度の、(電気信号が全くないために)微粒化されていない4つの噴霧シートを正面図で示すが、この図12の下段の画像は、2kHzおよび振幅±30kVの方形波電気信号を用いた、これら4つのシート速度の、本発明によって得られる微粒化を示す。
【0061】
図13の上段の画像は、これらの同じ4つの速度の、(電気信号が全くないために)微粒化されていない4つの噴霧シートを側面図で示すが、この図13の下段の画像は、2kHzおよび振幅±30kVの同じ方形波電気信号を介した、これらのシート速度の、本発明によって得られる微粒化を示す。大部分がシートの端部から生じる大きい滴(直径1mm〜3mm)が中央に見え、極めて小さい直径(100μm未満)の複数の小さい滴も、中央ジェットのいずれかの側に見えることがこの下段からわかる。
【0062】
図14は、振幅±30kVの方形波電気信号の周波数による、(1m/sのシート速度を有する)得られる微粒化の品質に対する影響を示し、この周波数は、最上段の0Hz(すなわち、信号が全くない)から最下段の2kHzの最大周波数まで変化する。高周波数(すなわち、少なくとも500Hz)、好ましくは1から2kHzの間の高周波数の使用が、シートの良好な微粒化をもたらすことがわかる。
【0063】
図15は、1kHz方形波電気信号の振幅による、得られる微粒化の品質に対する影響を示す。この振幅は、この例では、細かく微粒化されたシートを得るのに、±20kVを超えるべきであることがわかる。
【0064】
図16の2列の画像(正面図)は、±30kVに等しい同じ信号振幅および1m/sの燃料速度に関して、交番信号の形状および周波数から得られるシート拍動に対する影響を示す。左手の列は、正弦波信号に関して得られたシートを示し、右の列は、三角波信号に関するシートを示し、どちらの場合も、周波数は、5Hzから100Hzまでの範囲である。
【0065】
図17の2段の画像(側面図)は、これらの周波数(5Hz、10Hz、および50Hz)の3つに関する図16のこれらの図を補完し、正弦波信号(上段)および三角波信号(下段)に関して得られる拍動を示す。
【0066】
本発明による噴霧装置は、従来のすべての交番信号のタイプ(すなわち、方形波、正弦波、三角波、およびパルス・タイプさえも)により良好に動作することがこれらの図10〜17から明らかになる。より具体的には、正弦波または三角波タイプの「ソフト」信号に関する低周波数(50Hzを超える)の特別な使用は、微粒化されないシートの拍動を得るのを可能にするが、高周波数(2kHzまで)の使用は、シートの細かい微粒化を達成するのを可能にする(2kHz方形波信号により良好な品質の微粒化を達成した)。それでも、2kHzを超える交番信号周波数で、本発明による装置により、良好に(すなわち、最適化された2次的な微粒化を伴い)シートを微粒化するのを構想することができる。
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体を特にシート状に噴霧する装置および方法に関し、本装置は、この液体を微粒化するように、またはその中に拍動を発生させることにより、その振動を制御するように設計される。本発明は、また、航空機もしくは宇宙船用と同じくらい陸上自動車用に本装置を含む熱機関の燃焼チャンバ用の燃料噴射器、および、例えば、熱交換器用の電気流体力学ポンプ、冷却搭載システムなどの分野において、熱媒液を気化し、切削油を微粒化し、または表面のクリーニングさえも行うことによる本装置の他の使用に関しており、いくつかの非限定的な例を与える。
【背景技術】
【0002】
燃料の微粒化は、汚染の程度および熱機関の効率が燃料微粒化品質に密接に関連しているので、すべての熱機関に重要なステップである。ジェット・エンジン・タイプの航空エンジンでは、燃料シートの微粒化により微粒化が達成される。ジェット・エンジンにおけるこの微粒化を達成するのに、燃料シートに衝撃を与え、燃料シートを微粒化する、(通常、200m/sの)高速度で燃焼チャンバに吹き込む剪断空気ジェットが一般に使用される。
【0003】
したがって、この効率を改善し、これらのジェット・エンジンにより生じる汚染を低減するには、航空機が巡航速度であるとき、微粒化装置が正しく動作するように設計されていれば、通常の動作速度で比較的良好に行われる、微粒化を正しく制御することが必要である。
【0004】
しかし、航空機が滑走路上を走っているときなど、他の速度、特に低速度には同じことが当てはまらない。そのとき、燃焼チャンバ内に入る空気は、通常、約30m/sの速度にしか達さず、この速度は、燃料を正しく微粒化するには不十分で、したがって、燃料の燃焼が悪く、出力の損失および汚染の両方につながる。その際、航空機メーカにより採用される解決策は、同じ航空機における同数の動作速度に対応する、いくつかの噴射システムを有することにあり、この解決策は、複雑で、費用が掛かり、重く、故障の危険も増大させる解決策であるという欠点を有する。この多数の噴射器による他の欠点は、ある動作速度から別の動作速度への連続的な遷移を可能としない装置の柔軟性の欠如、および低速度噴射器により得られる結果の不足にある(空気ジェットの速度は、低速度では極めて低く、その際、微粒化は部分的でしかないかもしれない)。
【0005】
これらの汚染問題への解決策を提供するのに、剪断空気ジェットの同じ上述の原理にそのまま基づいて、低濃度の燃料によりミストを得る、新しい噴射器が開発された。汚染に関しては効果的であるが、それでも、燃料混合物の不足は、エンジンがオフになる原因となる。その際、(圧力が低く、吸気口が例えば−45℃であるかもしれない)所定の高度の場合は、エンジンの再点火は難しい。
【0006】
最近検討されている別の道筋は、ジェット・エンジン内の燃料の微粒化の前に、高速度で循環する燃料ジェット内に電荷を静電気的に注入することにより、燃料を帯電させることにある。非特許文献1は、高電圧源につながる軸方向針状の電極と、ノズル中の針の下流に配置され、他方の電極と同様に、燃料に接触することを目的とする、グランドにつながるほぼ半径方向の対向電極とを含む、回転対称のノズルにより、40から100m/sの間の平均速度で循環する燃料のそうした静電気的な微粒化を使用することを教示する。この対向電極は、長さLおよび直径D(L/Dは2から10まで変化する)の、このノズルの終端半径方向ダクト(terminal axial duct)の上流に設けられ、このダクトの出口オリフィスを通してノズルから微粒化される前に、ダクトを通して帯電した燃料を流す。
【0007】
特許文献1は、2つの電気絶縁半径方向層の間に収容され、その内側端部がノズルから燃料を噴霧するオリフィスの上流で尖っている、リング状の半径方向平面電極を含む、電気伝導性の燃料を微粒化するノズルを提供する。この伝導性燃料は、最初に、この電極の上流で、前記電極に垂直な回転軸に従って回転させられ、次いで、ノズルから噴霧される前に、この尖った電極端部と接触する。
【0008】
特許文献2は、燃料と接触することを目的とし、ノズルから燃料を噴霧するオリフィスの端部を単独で画定する、2つの軸方向金属電極が終端にある微粒化ノズルを提供する。
【0009】
両方とも電気絶縁されていない電極を有する、この最後の微粒化装置による主な欠点は、得られる微粒化品質に悪影響を及ぼす、これらの電極により生成される静電場の強度の比較的低い値にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際公開第2008/052830(A1)号パンフレット
【特許文献2】欧州特許第1139021(B1)号明細書
【非特許文献】
【0011】
【非特許文献1】Priol L, Baudel P, Louste C, Romat H,による論文「Laser granulometry measurements on electrified jets for different length of injector」, Journal of electrostatics, vol.63, pp.899−904, 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の1つの目的は、上述のすべての欠点を改善する、少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体を特にシート状に噴霧する装置を提供することであり、本装置は、この液体を微粒化し、またはその中の振動の拍動を制御するように設計され、装置から前記液体を噴霧するための少なくとも1つのオリフィスに液体を供給するためのチャネルを形成し、このオリフィスの近くで、液体に電荷を注入するように構成される第1の電極および第2の電極を含むノズルを備える。
【課題を解決するための手段】
【0013】
この目的を達成するために、本発明による液体噴霧装置は、このオリフィスの端部は、チャネルの一方の側に、このチャネル内に突き出し、液体に接触するように構成される第1の電極の少なくとも1つの突出端部と、チャネルの他方の側に、第2の電極が第1の電極に隣接して埋め込まれ、その結果、前記突出端部または各突出端部の静電場の強度が最大化される、電気絶縁ノズル本体と、を備えるようにする。
【0014】
このように規定された本発明による装置は、ディーゼル燃料などの最初は帯電していないかもしれない液体をシート状に最適に微粒化するだけでなく(表現「電気絶縁」は、この液体が108Ω.m以上の抵抗率を有することを意味するものと理解されるべきであることが特定される)、微粒化されていない状態の噴霧シートの振動の振幅の変化を制御することも可能にすることに最初に留意されたい。
【0015】
用語「シート」は、本明細書では、その厚さが通常200μmから500μmまで様々であることがあり、平面または3次元であることがある表面を画定する薄膜を意味するものと理解されるべきであり、3次元の場合には、その名が示すとおりに中身がつまっており、したがって、内部空間を全く画定しない3次元液体ジェットと異なり、シートは、有利にも、回転対称であり、内部空間を画定する。
【0016】
クーロン力の使用のみに基づいていることがある、本発明による装置は、燃料が装置から噴霧されるとき(すなわち同時に)、燃料内に電荷を注入することができ、2つの電極の特別な配置により、極めて高い強度の局所的な静電場が得られ、電極の一方は、その突出端部(すなわち、小さい曲率半径に従って尖り、または鋭い)を介してノズルの出力端部を形成し、電極の他方の側は、この出力端部、したがって他方の突出電極に極めて隣接して電気絶縁されることに留意されたい。その際、燃料内への電荷の真の強制注入が局所的に達成され、このようにして得られた強い静電効果は、燃料シートを妨げ、爆発さえも引き起こし、上述の既知の装置により得られる微粒化に対して、シートの2次的な微粒化の最適化、および得られる滴の靄の向上した均一性を伴うことを出願人は検証した。
【0017】
微粒化された燃料シートに関する表現「1次的振動」は、知られているように、シートの厚さと比べて小さい振幅の、振動境界面に対応する長手方向の波を意味するものと理解すべきであり、この1次的振動の下流に、流れの方向に帯が形成されることを思い出されたい。いわゆる2次的振動に対応するこれらの帯は、シートの横方向に均一に離間し、細かい膜に分離され、これらの膜は、空気力学的力の効果の下で分裂し、小さい滴の靄を形成する。次いで、これらの帯は、分裂させられ、比較的大きいサイズの多数の液塊を形成し、これらの塊の形成は、1次的微粒化現象の終了に相当する。2次的微粒化に関して、それは、表面張力に対抗する動圧により、これらの不安定な塊をより小さい滴に微粒化することに相当する。
【0018】
本発明の別の好ましい特徴によれば、前記チャネルは、互いに対向して取り付けられ、前記噴霧オリフィスが終端にあるこれらの本体の輪郭形成された領域内に前記第1および第2の電極をそれぞれ含む第1および第2の電気絶縁ノズル本体により画定され、第1の電極は、第1の本体の輪郭形成された領域を画定する、前記チャネル内の第1の壁上に延在し、チャネル内に突き出す前記端部または各端部でこの壁を過ぎて終結し、第2の電極は、第2の本体の輪郭形成された領域を画定する、チャネル外の第2の壁に隣接している。
【0019】
有利にも、前記突出端部または各突出端部は、5μmから15μmの間の主曲率半径を有することがあり、尖っていることが好ましく、前記噴霧オリフィスは、100μmから500μmの間のより小さい横方向寸法を有する。第2の電極の絶縁と組み合わせた、この小さい曲率半径は、第1の電極と第2の電極との間に交番電圧(好ましくは数kVに等しく、例えば、少なくとも±20kVに等しい振幅を有する)が印加されるとき、前記突出端部または各突出端部で1MV/cmを超えることがある強度を有する、極めて大きい局所的な静電場を得るのを可能にすることに留意されたい。
【0020】
本発明の別の特徴によれば、前記第1の電極は、縦断面内で全体が直線的になることがあり、前記第2の電極は、縦断面内で楕円形または円形となることが好ましい凸面外側表面を有する可能性があり、この凸面または円形の形状は、この表面の静電場の強度を最小化することを可能にする。
【0021】
有利にも、燃料を液体として使用することが好ましい場合、本発明の装置は、前記第1のノズル本体が、好ましくは10以下(さらに好ましくは5以下)の比誘電率εrを有し、前記第2のノズル本体が、前記第1の電極の近くの静電場の強度をさらに最大化するために、2以上(好ましくは5以上)の比誘電率εrを有するようにする。したがって、装置の絶縁破壊を避けるのに、この第2の電極は、電場を伝達する高い誘電率を有し、絶縁破壊しないように特に強い絶縁強度を有する絶縁材料内に配置される(セラミックは、この2重の制約を満たし、したがって、第2のノズル本体を形成するのに使用されることがある)。したがって、この第2の電極は、この絶縁材料により完全に保護され、燃料または空気と接触しないように設計される。これら2つのノズル本体のすべてまたは一部分を形成するのに使用されることがある材料の例は、セラミックに加えて、非限定的な例として引用される、PVCおよび「Plexiglas」を含む。前記第1および第2の電極を形成するのに使用されることがある材料は、電気伝導性で、噴霧される液体に対して化学的に中性でもあるすべての材料を含む。
【0022】
この燃料をシート状に微粒化するのに、本発明によるこの装置は、この微粒化をさらに最適化するように、前記噴霧オリフィスの下流に空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流を供給する手段を設けられることもある。
【0023】
本発明の第1の実施形態によれば、前記チャネルは、液体を平面シート状に噴霧するために、ほぼ矩形の横断面を有し、前記第1の電極は、全体が平面ブレードの形状を有し、前記第2の電極は、バー形の幾何形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続(例えば櫛のように)となる。
【0024】
本発明の第2の実施形態によれば、前記チャネルは、液体を回転対称のシート状に噴霧するために、全体が環状の横断面(例えば、楕円形または円形)を有し、前記第1の電極は、前記突出端部または各突出端部に向かってほぼ発散するテーパ形状を有し、前記第2の電極は、第1の電極を同心円状に取り囲むほぼトロイダル形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続となる。
【0025】
この第2の実施形態によれば、好ましくは、前記第1のノズル本体は、それを同心円状に取り囲む前記第2のノズル本体内に半径方向に配置され、その結果、前記第1および第2の壁は、それぞれ前記チャネルに向かって発散および収束し、気体流を供給する前記手段は、この第1の本体の半径方向内側で、この第2の本体の半径方向外側に配置される。
【0026】
本発明のこの第2の実施形態による装置は、現在の噴射器の幾何形状に対する変更を全く必要とせず、静電気的作用は、単独で使用され、または別途その効果および安全性を増大させるのにシート上の空気ジェットの通常の機械的作用に重畳されることが可能であることに留意されたい。実際に、そうした半径方向内側および外側の空気流を形成する2つの同心円状内側ノズル本体および外側ノズル本体と、それぞれ発散および収束する端部壁とを有するこの現在の噴射器に前記電極を設ければ十分であり、そうしない場合、これら2つのノズル本体の構造を変更しないことが可能である。
【0027】
本発明による第2の実施形態の装置は、低動作速度専用の噴射器を除去することにより航空機上の現在の噴射システムを大幅に単純化することを可能にするが、それは、本発明のこの装置が、例えば30m/sの剪断風により、吸気口のそばで補完される本発明による静電気力による低速度におけるこの微粒化を確実にすることができるためであることにも留意されたい。したがって、本発明のこの装置は、単純で(2つの電極しか設ける必要がない)、費用が掛からない(空気ジェットに関する従来の製造技術を使用することができるため)構造を有し、地上を含むすべての速度で動作することができ、極めて低い電力(数ワットのみ)を消費し、極めて頑丈で、したがって、ほとんど損耗を受けないが、それは、燃料の循環を行ういくつかの既知の装置と異なり、この装置が可動部分を全く有しないためである。
【0028】
さらに、本発明の第2の実施形態によるこの装置は、必要とされる大量の燃料を微粒化することによりエンジンを再点火するのを助けるのに使用されても良い。
【0029】
陸上自動車、航空機、または宇宙船の熱機関の燃焼チャンバ、特に航空機ジェット・エンジン用に、例えば電気絶縁している燃料の、本発明による噴射器は、以上に規定するように、好ましくは本発明のこの第2の好ましい実施形態による、前記第1の本体の半径方向内側および前記第2の本体の半径方向外側に位置する前記気体流を伴って、この燃料をシート状に微粒化するのに適した装置を備える。
【0030】
以上に示されたように、この噴射器は、噴射器の出力口(すなわち、ノズルの噴射器リップ)の可能な限り近くに配置される2つの電極の位置により特に特徴付けられ、好ましくは、この噴射器リップは、燃料をシート状に微粒化するのに燃料の膜を不安定化する上述の強い静電気力を形成して、第1の電極に達する燃料に電荷を注入する第1の電極により部分的に形成されることが特定されることに留意されたい。
【0031】
本発明による噴射器に含まれる静電気的微粒化手段は、単独で、すなわち機械的送風手段を用いることなく燃料を微粒化するのに使用されても良いが、これら2つの手段の組合せは、特にこれら2つの静電気的手段および機械的手段の一方が故障した場合に、他方が作業を負担し、航空機の性能および信頼性を向上させるのを可能にすることにも留意されたい。
【0032】
本発明による噴射器は、これらの静電気的手段(すなわち、基本的には、2つの電極、高電圧源、および電子制御装置)を設置するのに必要な空間が低減されるので、バルクは小さく、本発明による噴射器は、より良い燃焼、したがって、より低い消費、その結果、発生する汚染の低減により気化の最適化が達成されるので、環境的な利益を示すことにも留意されたい。
【0033】
以上に規定された装置の、本発明による他の使用は、非限定的な例として、熱伝達液、工作機械用の切削油、および汚れた表面をクリーニングする液体から成る群から選ばれた液体を微粒化すること、または他に、例えば、航空機または宇宙船に熱機関を装備することを目的とする回転部分を用いることなく、熱交換器用の電気流体力学ポンプを作成することにあっても良い。
【0034】
燃料などの電気絶縁しているかもしれない液体を微粒化し、またはその振動の拍動を制御することにより、液体を少なくとも静電気力によって特にシート状に噴霧する、本発明による方法は、前記第1および第2の電極間に交番電圧信号を印加することにより、以上に規定された装置を使用することにあり、交番電圧信号の振幅は、好ましくは数kV、例えば少なくとも±20kVに等しく、1MV/cmを超え、10MV/cmに達することがある強度の局所的な静電場を液体に接触する前記突出端部または各突出端部において獲得し、したがって、電荷は、この端部で装置を出る液体に直接注入される。
【0035】
交番信号の使用は、第1および第2の電極を分離する固体誘電体の表面上に電荷が形成されるのを防ぐために、本発明による装置の正常な動作には不可欠であることに留意されたい。
【0036】
本発明の別の特徴によれば、特定の電気信号の使用は、燃料噴射器の必要性に従い、燃料が微粒化されていないとき、目的が燃料を微粒化することか、または他に、その拍動を制御することかに応じて、電気作用の細かく迅速な変調を可能にすることを出願人は発見した。
【0037】
さらに、電気信号の変調は、これらの静電気的手段による噴射器の挙動の迅速な変化または進行する変化を達成することを可能にし、この変調は、噴射器と共に使用される電子制御装置を用いて、速度変化が起こった場合に噴射器の動作を持続的に適応させることを可能にする。
【0038】
この液体を微粒化するのに、有利にも、少なくとも1kHzに等しいこの信号の周波数を使用することが可能であり、この信号は、例えば、2kHz以上の周波数および約400V/μsの立上り時間を有する方形波であることが好ましい。それでも、交番信号の現存する他のすべての形状、例えば、正弦波、三角波、またはパルス信号なども、この微粒化を達成するのに使用されても良いことに留意されたい。
【0039】
この液体を微粒化することなく、この液体の振動の拍動を制御するのに、有利にも、5Hzから100Hzの間のこの信号の周波数を使用することが可能であり、この信号は、好ましくは正弦波または三角波タイプの信号で、ほぼ50Hzに等しい周波数を有する。拍動のこの制御は、これらの静電気的手段に加えて、1つまたは複数の空気ジェットが関連している場合に特に有用であることに留意されたい。
【0040】
本発明の別の好ましい特徴によれば、液体が、0.5m/sから2m/sの間の速度で前記チャネル内を運動するように設定され、装置により噴霧される燃料の微粒化を最適化するのに、好ましくは、前記噴霧オリフィスの下流で、例えば30m/sから200m/sの間の速度で空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流も供給することにより、ほぼ平面で、または回転対称である200μmから500μmの間の厚さを有する噴霧液体のシートが得られる。
【0041】
本発明の上述の特徴および他のものは、非限定的な例として与えられる、本発明のいくつかの例示的な実施形態の以下の説明を読めば、より十分に理解され、前記説明は、添付の図面に関連して与えられる。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明による、燃料噴射器用の回転対称を有するシートを噴霧する装置の横断面の部分概略図である。
【図2】図1の簡単な変形に相当する、燃料の平面シートを噴霧する、本発明による装置の、図9の平面II−IIに沿った縦断面の部分概略図である。
【図3】この装置に装備される2つの電極の形状および配置の例を特に示す、図2の装置の噴霧端部の拡大概略図である。
【図4】図2の噴霧装置の第1のノズル本体の(この第1の本体を延長する突出端部を有する第1の電極がない)底面図である。
【図5】その第1の電極なしで示される、図2のこの第1のノズル本体の側面図である。
【図6】その第1の電極なしで示される、図2のこの第1のノズル本体の正面図である。
【図7】その中に電気絶縁された第2の電極を受け入れるのにこのノズル本体内に形成される凹部を示す、図2の噴霧装置の第2のノズル本体の底面図である。
【図8】図2のこの第2のノズル本体の側面図である。
【図9】図2のこの第2のノズル本体の正面図である。
【図10】図2の装置により得られる2つのシートを正面図で示す2つの写真の併置図であり、左の写真は、本発明の静電気的手段を用いないで得られる微粒化されていないシートを示し、右の写真は、これらの手段により得られる本発明による微粒化されたシートを示す。
【図11】図2の装置により得られる2つのシートを側面図で示す他の2つの写真の併置図であり、左の写真は、本発明の静電気的手段を用いないで得られる、拍動のない微粒化されていないシートを示し、右の写真は、微粒化されていないが、これらの手段により得られる拍動を受けるシートを示す。
【図12】4つの異なるシート速度に関して、上段に微粒化されていない状態の(すなわち、静電気的手段のない)シートの正面図を示し、下段に微粒化された状態の(すなわち、2kHzの周波数および±30kVの振幅を有する方形波電気信号を介して、これらの手段により)シートの正面図を示し、それぞれが4つの写真を有する2つの段の併置図である。
【図13】それぞれが図12のシートを側面図で示す、4つの写真を有する2つの段(すなわち、同じ速度の、上段は微粒化されていない状態、下段は同じ電気信号を介して微粒化された状態)の併置図である。
【図14】シート速度が1m/sで、これらの手段と共に使用される振幅±30kVの方形波電気信号の周波数による、シートの微粒化に対する影響を正面図(左の写真)および側面図(右の写真)で示す、それぞれが2つの写真を有する6段の併置図である。
【図15】これらの手段と共に使用される周波数1kHzの方形波電気信号の振幅による、シートの微粒化に対する影響を正面図(左の写真)および側面図(右の写真)で示す、それぞれが2つの写真を有する4つの段(第2段は別)の併置図である。
【図16】シート速度が1m/sで、信号の形状(左の写真は正弦波で、右の写真は三角波)、およびこれらの手段と共に使用される振幅±30kVのこの信号の周波数による、シートの拍動に対する影響を示す、それぞれが2つの写真を有する4つの段(第1段は別)の併置図である。
【図17】シート速度が1m/sで、信号の形状(上段が正弦波で、下段が三角波)、およびこれらの手段と共に使用される振幅±30kVのこの信号の周波数(各段に3つの周波数)による、シートの拍動に対する影響を示す、それぞれが3つの写真を有する2つの段の併置図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
図1に示される、液体2を噴霧する装置1は、本発明による、燃料を噴射するノズルの好ましい実施形態を表す。以下に説明されるように、ノズル1は、選択により、燃料2を微粒化するためか、またはその振動の拍動を制御するために使用可能であり、ノズル1は、基本的に、
− 円筒形の外側表面4を有する、半径方向内側の電気絶縁中空管状の第1のノズル本体3であり、その内側空間は、その微粒化を改善するようにノズル1(図1の概略図では円筒形であり、このシートはテーパ付きであっても良いことが理解される)により噴霧される燃料2のシートの半径方向内側に空気の中央ジェット5を導くように有利にも設計され、例えば、この第1の本体3は、半径方向外側に発散し、第1の電極7(例えば金属)で覆われるテーパ付きの内側表面6が終端にあり、第1の電極7は、この表面6を抱き込み、噴霧される燃料2に接触するように外側表面4の半径方向外側に突出点7aがある直線軸方向終端部分を有する、第1の本体3と、
− 円筒形の内側表面9を有する、半径方向外側の電気絶縁中空管状の第2のノズル本体8であり、その外側空間は、噴霧される燃料2のシートの半径方向外側に別の外周空気ジェット10を導くように有利に設計され、この第2の本体8は、第1の電極7の点7aにほぼ面して終端となるように半径方向内側に収束し、この第2の本体8の下流端部、したがって第1の電極7の極めて近くで第2の電極12(例えば金属)をその内部に封入するテーパ付きの外側表面11が終端にある、第2の本体8と、
− 電極7と12との間に印加される交番電気信号(以下に説明されるように、調整されるかもしれない形状、振幅、および周波数を有する)を生成し、その信号を制御する手段13であって、電極7および12は、これらの手段13に含まれる高電圧源HTにつながる、手段13と、
を含む。
【0044】
2つのノズル本体3および8の相対配置は、例えば100μmから500μmの間の、これら2つの本体3と8との間の空間Eを有する環状部分のチャネルである、噴霧されるべき燃料2を導く狭いチャネル14を画定し、したがって、(例えば1m/s程度の出力速度で)噴霧される燃料2のシートの厚さを決定する。
【0045】
より具体的には、第1の電極7は、ノズル1の噴霧オリフィスの端部15を部分的に構成するため、ノズル1用の噴射器リップとして働くことにより、その点7aが動作中に浸される燃料2内に電荷を直接注入するように設計される。点7aにおけるこの直接注入は、2つの電極7と12との間に印加される高電圧HTによってこの点7aに生成される、極めて高い強度(数MV/cm、10MV/cmまでの範囲にある可能性がある)の静電場により、例えば約10μmであるこの点7aの極めて小さい曲率半径により行われる。この第1の電極7用の絶縁支持部を形成する第1の本体3の材料に関し、この材料は、点7aの近くの静電場の強度を最大化するのに低誘電率εrを有するように選ばれ、この誘電率は、噴霧されるべき液体2の誘電率未満、または例えば「軽油」タイプのディーゼル燃料において2.2未満となるのが好ましい。
【0046】
第2の電極12は、2つの電極7と12との間のアーク放電の形成を防ぐのに電極12を電気絶縁する、第2のノズル本体8中に完全に埋め込まれる。電極12は、その表面上の電場、およびこの電極12に接触する絶縁材料にかかる応力を制限する、角部または鋭い端部を有しない幾何形状(有利には凸面または円形、図1の例では全体としてトロイダル形状)を含む。この絶縁材料は、可能な限り高くなるように選ばれる絶縁強度、および第1の電極7の近くの静電場の強度を最大化するのに同様に高い誘電率(εr>5が好ましい)を有する。
【0047】
放出されるシート2のそれぞれ内側面および外側面上に吹くように設定される、上述の2つの空気ジェット5および10に関して、それらの速度は、例えば、30m/sから200m/sまで変化することがある。
【0048】
図1の発明による静電噴射器1は、2つの電極7と12との間の交番電気信号を生成し、その信号を制御する手段13に対して、これらの電極7および12を追加し、これらの電極を特別に配置することによってのみ先行技術の噴射器と区別されることに留意されたい。言い換えれば、そうした既知の噴射器の一般的な構成は、変更されず、有利にも、空力効果だけでなく、静電効果が重畳され、それらは、燃料2の微粒化のために、機械的作用のみ、静電気的作用のみ、またはこれらの作用の両方さえも同時に行うことを可能とする。
【0049】
以上に説明されたように、このように帯電する燃料シート2は、電極7と12との間に印加される電気信号に応じて、選択により、その微粒化またはその振動制御のいずれかにつながる静電気力の作用を受け、この微粒化またはこの振動の制御は、第1の電極7上の静電場、したがって燃料2への電荷の直接注入を最大化するように設計される、これらの電極7および12のそれぞれの幾何形状により最適化されることに留意されたい。
【0050】
図2〜9(寸法がmmで表される)を参照すれば、平面噴霧チャネル114を有する燃料噴霧ノズル101に関する試験が実行され、この幾何形状は、簡単のため、およびその幾何形状が環状部分の噴霧チャネル14を有する回転対称(すなわち、図1のタイプの軸対称)の装置により得られる結果を代表するため、保存された。これらの試験に関して、同じ構造であるが異なる電気絶縁材料で作られた、2つの平面的な試作品が使用され、第1の試作品は、PVCで作られた、その2つのノズル本体103および108を有し、第2の試作品は、「Plexiglas」(交流において、誘電率εrが4.5、抵抗率が1015Ω.m、および絶縁強度>40kV/mm)で作られた。使用される燃料に関して、燃料は、860kg/m3に等しい密度、比誘電率εr=2.2、109から1010Ω.mの間の範囲の抵抗率、および4.3x10−6m2/sに等しい動粘性率を有する「軽油」であった。
【0051】
これらの図2〜9からわかる噴霧ノズル101は、それぞれ第1および第2の電極107および112を設けられ、2つの第1および第2のノズル本体103および108がそれぞれ図1のノズル本体の環状横断面ではなく、同じ幾何形状の矩形横断面(この矩形形状は、第1の本体103に関しては図4および6でわかり、第2の本体108に関しては図7および9からわかる)を有する点で図1のノズル本体と基本的に異なる、2つの第1および第2のノズル本体103および108を備える。
【0052】
これら2つの本体103および108の上流端部は、図2の例では、矩形の縦断面を有し、中央燃料噴霧チャネル114に対して互いに対称である2つの本体103および108のそれぞれの内側表面により画定される燃料鎮静化チャンバ117を封止する蓋116を被せられる。より具体的には、チャンバ117およびこのチャネル114は、ノズル101の長手方向対称軸Xに中心があり、蓋116内に形成される中央オリフィス116aは、チャンバ117内に燃料を取り込むことを可能にし、チャンバ117は、本体103および108の内側表面上の2つの肩部103aおよび108aによりノズル101の下流端部の近くで直角に狭められる。このチャネル114は、チャンバ117と上流で連通し、2つの本体103および108のそれぞれの傾斜付き外側表面103bおよび108bにより形成されるノズル101の輪郭形成された下流端部が終端にある、小さい幅l(1mm、図3を参照)の終端部分を形成する。
【0053】
第1の電極107(クロムメッキ鋼で作られる)は、第1の本体103の傾斜付き外側表面103bの大部分にわたって延び、チャネル114内に斜めに突き出す尖端部107aが終端にある、平面ブレードの形状であり、その結果、この突出端部107aは、第2の本体108の鋭い終端部と共にノズル101の下流噴霧オリフィスの端部115(図3を参照)を部分的に画定し、この突出端部107aとこの対向する端部との間の幅eは、この例では、300μmである。
【0054】
第2の電極112(同様にクロムメッキ鋼で作られる)に関し、第2の電極112は、この例示的な実施形態では、エポキシ系の絶縁樹脂112aに埋め込まれ、絶縁樹脂112aは、その輪郭形成された領域内の前記端部の極めて近くで、第2の本体108の傾斜付き外側表面108b上の空洞開口部を充填する。したがって、この絶縁樹脂112aは、傾斜付き表面108bの一部分を形成し、第2の本体108の絶縁材料(例えば、PVCまたは「Plexiglas」)と接触することが図2および3からわかる。この第2の電極112は、この例では、ほぼ楕円形である縦長の円形縦断面を有する。
【0055】
電極107および112用の接続システムは、明瞭にするために、これらの図2〜9に示さなかったことに留意されたい。
【0056】
したがって、0.5m/sから2m/sの間のシート速度を有する、ほぼ平面の噴霧シートが得られ、各シートは、8cmにほぼ等しい長さ(図6および9の横方向)、4cmにほぼ等しい幅(これらの図の縦方向)、約300μm(噴霧オリフィスの上述の幅eに相当する)のシート厚さを有する矩形部分を含む。
【0057】
図11〜17は、ノズル本体103および108が(上述のエポキシ樹脂112aとは別に)「plexiglas」で作られた、これらの図2〜9による噴霧装置101を用いて、空気流が全くない状態で(すなわち、これらの電極107および112を備える静電気的手段のみにより)行われた試験において得られたシートを示す。
【0058】
図10の左手画像では、(電極間に生成される電気信号が全くないために)微粒化されていない噴霧燃料シートは、正面から完全に安定して見えるが、この図10の右手画像は、本発明による、(交番電気信号を介した)電荷の強制的な注入のみにより得られる効果的な微粒化を示し、したがって、静電気的手段は、それ自体で、シートを微粒化することができることがわかる。
【0059】
図11の左手画像では、(電気信号が全くないために)微粒化されていない噴霧燃料シートは、外形を見ると、完全に直線である(すなわち、拍動がない)が、この図11の右手画像は、電極間の適当な交番信号(以下を参照)の発生が、振動の所与の拍動を有する燃料シートを拘束するのを可能にすることを示すのがわかる。
【0060】
図12の上段の画像は、0.6m/s、1m/s、1.5m/s、および2m/sのそれぞれの速度の、(電気信号が全くないために)微粒化されていない4つの噴霧シートを正面図で示すが、この図12の下段の画像は、2kHzおよび振幅±30kVの方形波電気信号を用いた、これら4つのシート速度の、本発明によって得られる微粒化を示す。
【0061】
図13の上段の画像は、これらの同じ4つの速度の、(電気信号が全くないために)微粒化されていない4つの噴霧シートを側面図で示すが、この図13の下段の画像は、2kHzおよび振幅±30kVの同じ方形波電気信号を介した、これらのシート速度の、本発明によって得られる微粒化を示す。大部分がシートの端部から生じる大きい滴(直径1mm〜3mm)が中央に見え、極めて小さい直径(100μm未満)の複数の小さい滴も、中央ジェットのいずれかの側に見えることがこの下段からわかる。
【0062】
図14は、振幅±30kVの方形波電気信号の周波数による、(1m/sのシート速度を有する)得られる微粒化の品質に対する影響を示し、この周波数は、最上段の0Hz(すなわち、信号が全くない)から最下段の2kHzの最大周波数まで変化する。高周波数(すなわち、少なくとも500Hz)、好ましくは1から2kHzの間の高周波数の使用が、シートの良好な微粒化をもたらすことがわかる。
【0063】
図15は、1kHz方形波電気信号の振幅による、得られる微粒化の品質に対する影響を示す。この振幅は、この例では、細かく微粒化されたシートを得るのに、±20kVを超えるべきであることがわかる。
【0064】
図16の2列の画像(正面図)は、±30kVに等しい同じ信号振幅および1m/sの燃料速度に関して、交番信号の形状および周波数から得られるシート拍動に対する影響を示す。左手の列は、正弦波信号に関して得られたシートを示し、右の列は、三角波信号に関するシートを示し、どちらの場合も、周波数は、5Hzから100Hzまでの範囲である。
【0065】
図17の2段の画像(側面図)は、これらの周波数(5Hz、10Hz、および50Hz)の3つに関する図16のこれらの図を補完し、正弦波信号(上段)および三角波信号(下段)に関して得られる拍動を示す。
【0066】
本発明による噴霧装置は、従来のすべての交番信号のタイプ(すなわち、方形波、正弦波、三角波、およびパルス・タイプさえも)により良好に動作することがこれらの図10〜17から明らかになる。より具体的には、正弦波または三角波タイプの「ソフト」信号に関する低周波数(50Hzを超える)の特別な使用は、微粒化されないシートの拍動を得るのを可能にするが、高周波数(2kHzまで)の使用は、シートの細かい微粒化を達成するのを可能にする(2kHz方形波信号により良好な品質の微粒化を達成した)。それでも、2kHzを超える交番信号周波数で、本発明による装置により、良好に(すなわち、最適化された2次的な微粒化を伴い)シートを微粒化するのを構想することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体(2)を特にシート状に噴霧する装置(1,101)であって、前記装置は、この液体を微粒化するように、またはその振動の拍動を制御するように設計され、この装置は、前記装置から前記液体を噴霧するための少なくとも1つのオリフィス(15,115)へ前記液体を供給するためのチャネル(14,114)を形成し、このオリフィスの近くで、前記液体へ電荷を注入するように構成される第1の電極および第2の電極(7,107および12,112)を含むノズルを備え、このオリフィス(15,115)の端部は、前記チャネルの一方の側に、このチャネル内に突き出し、前記液体に接触するように構成される前記第1の電極(7,107)の少なくとも1つの突出端部(7a,107a)と、前記チャネルの他方の側に、前記第2の電極(12,112)が前記第1の電極に隣接して埋め込まれ、その結果、前記突出端部または各突出端部の静電場の強度が最大化される、電気絶縁ノズル本体(8,108)と、を備えることを特徴とする、装置。
【請求項2】
前記チャネル(14,114)は、互いに対向して取り付けられ、前記噴霧オリフィス(15,115)で終結するこれらの本体の輪郭形成された領域内に前記第1および第2の電極(7,107および12,112)をそれぞれ含む第1および第2の電気絶縁ノズル本体(3,103および8,108)により画定され、前記第1の電極は、前記第1の本体の前記輪郭形成された領域を画定する、前記チャネル内の第1の壁(6,103b)上に延設し、前記チャネル内に突き出す前記端部または各端部(7a,107a)でこの壁を過ぎて終結し、前記第2の電極は、前記第2の本体の前記輪郭形成された領域を画定する、前記チャネル外の第2の壁(11,108b)に隣接していることを特徴とする、請求項1に記載の装置(1,101)。
【請求項3】
前記突出端部または各突出端部(7a,107a)は、5μmから15μmの間の主曲率半径を有し、尖っていることが好ましく、前記噴霧オリフィス(15,115)は、100μmから500μmの間のより小さい横方向寸法を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の装置(1,101)。
【請求項4】
前記第1の電極(7,107)は、縦断面内で全体が直線的であり、前記第2の電極(12, 112)は、縦断面内で楕円形または円形となることが好ましい凸面外側表面を有し、この表面の静電場の強度を最小化することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置(1,101)。
【請求項5】
前記第1のノズル本体(3,103)が、10以下の比誘電率εrを有し、前記第2のノズル本体(8,108)が、前記第1の電極(7,107)の近くの静電場の強度をさらに最大化するために、2以上の比誘電率εrを有することを特徴とする、燃料を液体(2)として噴霧するのに適した、請求項2、3、および4のいずれか1項に記載の装置(1,101)。
【請求項6】
前記第1の電極と第2の電極(7,107および12,112)との間に交番電圧が印加されるとき、前記突出端部または各突出端部(7a,107a)で1MV/cmを超える強度を有する前記局所的な静電場を発生することができることを特徴とする、請求項5に記載の装置(1,101)。
【請求項7】
前記装置により噴霧される燃料の微粒化を最適化するために、前記噴霧オリフィス(15)の下流に空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流(5,10)を供給する手段も備えることを特徴とする、前記燃料を液体(2)としてシート状に微粒化するのに適した、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の装置(1)。
【請求項8】
前記チャネル(114)は、前記液体を平面シート状に噴霧するために、ほぼ矩形の横断面を有し、前記第1の電極(107)は、全体が平面プレートの形状を有し、前記第2の電極(112)は、バー形の幾何形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続となることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置(101)。
【請求項9】
前記チャネル(14)は、前記液体(2)を回転対称のシート状に噴霧するために、全体が環状の横断面を有し、前記第1の電極(7)は、前記突出端部または各突出端部(7a)に向かってほぼ発散するテーパ形状を有し、前記第2の電極(12)は、前記第1の電極を同心円状に取り囲むほぼトロイダル形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続となることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置(1)。
【請求項10】
前記第1のノズル本体(3)は、それを同心円状に取り囲む前記第2のノズル本体(8)内に半径方向に配置され、その結果、前記第1および第2の壁(6および11)は、それぞれ前記チャネル(14)に向かって発散および収束し、前記気体流(5,10)を供給する前記手段は、この第1の本体の半径方向内側で、この第2の本体の半径方向外側に配置されることを特徴とする、請求項2、7、および9に記載の装置(1)。
【請求項11】
例えば、航空機または宇宙船に熱機関を装備することを目的とする回転部分を用いることなく、熱交換器用の電気流体力学ポンプを形成することを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項12】
請求項1から10のいずれか1項に記載した、好ましくは請求項10に記載した、この燃料をシート状に微粒化するのに適した装置(1)を備えることを特徴とする、陸上自動車、航空機、または宇宙船の熱機関の燃焼チャンバ、特に航空機ジェット・エンジン用に電気絶縁可能な燃料(2)の噴射器。
【請求項13】
熱伝達液、工作機械用の切削油、および汚れた表面をクリーニングする液体から成る群から選ばれた液体を微粒化する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置の使用。
【請求項14】
前記第1および第2の電極(7,107および12,112)間に交番電圧信号を印加することにより、請求項1から11のいずれか1項に記載の装置(1,101)を使用することにあり、前記交番電圧信号の振幅は、好ましくは数kVで、1MV/cmを超える強度の局所的な静電場を前記突出端部または各突出端部(7a,107a)において獲得し、これにより、この端部で前記装置を出る液体に電荷が直接注入されることを特徴とする、燃料などの電気絶縁可能な液体を微粒化し、またはその振動の拍動を制御することにより、前記液体(2)を少なくとも静電気力によって特にシート状に噴霧する、方法。
【請求項15】
この液体(2)を微粒化するために、少なくとも1kHzに等しいこの信号の周波数が使用され、この信号は、好ましくは方形波であり、好ましくは2kHz以上の周波数を有することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記液体(2)を微粒化することなく、この液体の振動の拍動を制御するために、5Hzから100Hzの間のこの信号の周波数が使用され、この信号は、好ましくは正弦波または三角波タイプの信号で、ほぼ50Hzに等しい周波数を有することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記液体(2)が、0.5m/sから2m/sの間の速度で前記チャネル(14,114)内を運動するように設定され、前記装置(1,101)により噴霧される燃料の微粒化を最適化するために、好ましくは、前記噴霧オリフィス(15)の下流で、例えば30m/sから200m/sの間の速度で空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流(5.10)をも供給することにより、ほぼ平面で、または回転対称である200μmから500μmの間の厚さを有する噴霧液体のシートが得られることを特徴とする、請求項14または15に記載の方法。
【請求項1】
少なくとも静電気力を通して電気絶縁しているかもしれない液体(2)を特にシート状に噴霧する装置(1,101)であって、前記装置は、この液体を微粒化するように、またはその振動の拍動を制御するように設計され、この装置は、前記装置から前記液体を噴霧するための少なくとも1つのオリフィス(15,115)へ前記液体を供給するためのチャネル(14,114)を形成し、このオリフィスの近くで、前記液体へ電荷を注入するように構成される第1の電極および第2の電極(7,107および12,112)を含むノズルを備え、このオリフィス(15,115)の端部は、前記チャネルの一方の側に、このチャネル内に突き出し、前記液体に接触するように構成される前記第1の電極(7,107)の少なくとも1つの突出端部(7a,107a)と、前記チャネルの他方の側に、前記第2の電極(12,112)が前記第1の電極に隣接して埋め込まれ、その結果、前記突出端部または各突出端部の静電場の強度が最大化される、電気絶縁ノズル本体(8,108)と、を備えることを特徴とする、装置。
【請求項2】
前記チャネル(14,114)は、互いに対向して取り付けられ、前記噴霧オリフィス(15,115)で終結するこれらの本体の輪郭形成された領域内に前記第1および第2の電極(7,107および12,112)をそれぞれ含む第1および第2の電気絶縁ノズル本体(3,103および8,108)により画定され、前記第1の電極は、前記第1の本体の前記輪郭形成された領域を画定する、前記チャネル内の第1の壁(6,103b)上に延設し、前記チャネル内に突き出す前記端部または各端部(7a,107a)でこの壁を過ぎて終結し、前記第2の電極は、前記第2の本体の前記輪郭形成された領域を画定する、前記チャネル外の第2の壁(11,108b)に隣接していることを特徴とする、請求項1に記載の装置(1,101)。
【請求項3】
前記突出端部または各突出端部(7a,107a)は、5μmから15μmの間の主曲率半径を有し、尖っていることが好ましく、前記噴霧オリフィス(15,115)は、100μmから500μmの間のより小さい横方向寸法を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の装置(1,101)。
【請求項4】
前記第1の電極(7,107)は、縦断面内で全体が直線的であり、前記第2の電極(12, 112)は、縦断面内で楕円形または円形となることが好ましい凸面外側表面を有し、この表面の静電場の強度を最小化することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の装置(1,101)。
【請求項5】
前記第1のノズル本体(3,103)が、10以下の比誘電率εrを有し、前記第2のノズル本体(8,108)が、前記第1の電極(7,107)の近くの静電場の強度をさらに最大化するために、2以上の比誘電率εrを有することを特徴とする、燃料を液体(2)として噴霧するのに適した、請求項2、3、および4のいずれか1項に記載の装置(1,101)。
【請求項6】
前記第1の電極と第2の電極(7,107および12,112)との間に交番電圧が印加されるとき、前記突出端部または各突出端部(7a,107a)で1MV/cmを超える強度を有する前記局所的な静電場を発生することができることを特徴とする、請求項5に記載の装置(1,101)。
【請求項7】
前記装置により噴霧される燃料の微粒化を最適化するために、前記噴霧オリフィス(15)の下流に空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流(5,10)を供給する手段も備えることを特徴とする、前記燃料を液体(2)としてシート状に微粒化するのに適した、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の装置(1)。
【請求項8】
前記チャネル(114)は、前記液体を平面シート状に噴霧するために、ほぼ矩形の横断面を有し、前記第1の電極(107)は、全体が平面プレートの形状を有し、前記第2の電極(112)は、バー形の幾何形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続となることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置(101)。
【請求項9】
前記チャネル(14)は、前記液体(2)を回転対称のシート状に噴霧するために、全体が環状の横断面を有し、前記第1の電極(7)は、前記突出端部または各突出端部(7a)に向かってほぼ発散するテーパ形状を有し、前記第2の電極(12)は、前記第1の電極を同心円状に取り囲むほぼトロイダル形状を有し、各電極は、横断面に見られるように、独立して連続または不連続となることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の装置(1)。
【請求項10】
前記第1のノズル本体(3)は、それを同心円状に取り囲む前記第2のノズル本体(8)内に半径方向に配置され、その結果、前記第1および第2の壁(6および11)は、それぞれ前記チャネル(14)に向かって発散および収束し、前記気体流(5,10)を供給する前記手段は、この第1の本体の半径方向内側で、この第2の本体の半径方向外側に配置されることを特徴とする、請求項2、7、および9に記載の装置(1)。
【請求項11】
例えば、航空機または宇宙船に熱機関を装備することを目的とする回転部分を用いることなく、熱交換器用の電気流体力学ポンプを形成することを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置。
【請求項12】
請求項1から10のいずれか1項に記載した、好ましくは請求項10に記載した、この燃料をシート状に微粒化するのに適した装置(1)を備えることを特徴とする、陸上自動車、航空機、または宇宙船の熱機関の燃焼チャンバ、特に航空機ジェット・エンジン用に電気絶縁可能な燃料(2)の噴射器。
【請求項13】
熱伝達液、工作機械用の切削油、および汚れた表面をクリーニングする液体から成る群から選ばれた液体を微粒化する、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の装置の使用。
【請求項14】
前記第1および第2の電極(7,107および12,112)間に交番電圧信号を印加することにより、請求項1から11のいずれか1項に記載の装置(1,101)を使用することにあり、前記交番電圧信号の振幅は、好ましくは数kVで、1MV/cmを超える強度の局所的な静電場を前記突出端部または各突出端部(7a,107a)において獲得し、これにより、この端部で前記装置を出る液体に電荷が直接注入されることを特徴とする、燃料などの電気絶縁可能な液体を微粒化し、またはその振動の拍動を制御することにより、前記液体(2)を少なくとも静電気力によって特にシート状に噴霧する、方法。
【請求項15】
この液体(2)を微粒化するために、少なくとも1kHzに等しいこの信号の周波数が使用され、この信号は、好ましくは方形波であり、好ましくは2kHz以上の周波数を有することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記液体(2)を微粒化することなく、この液体の振動の拍動を制御するために、5Hzから100Hzの間のこの信号の周波数が使用され、この信号は、好ましくは正弦波または三角波タイプの信号で、ほぼ50Hzに等しい周波数を有することを特徴とする、請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記液体(2)が、0.5m/sから2m/sの間の速度で前記チャネル(14,114)内を運動するように設定され、前記装置(1,101)により噴霧される燃料の微粒化を最適化するために、好ましくは、前記噴霧オリフィス(15)の下流で、例えば30m/sから200m/sの間の速度で空気ジェットなどの少なくとも1つの気体流(5.10)をも供給することにより、ほぼ平面で、または回転対称である200μmから500μmの間の厚さを有する噴霧液体のシートが得られることを特徴とする、請求項14または15に記載の方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
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【図14】
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【図16】
【図17】
【公表番号】特表2013−506114(P2013−506114A)
【公表日】平成25年2月21日(2013.2.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−531532(P2012−531532)
【出願日】平成22年9月27日(2010.9.27)
【国際出願番号】PCT/IB2010/054343
【国際公開番号】WO2011/039695
【国際公開日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【出願人】(594016872)サントル、ナショナール、ド、ラ、ルシェルシュ、シアンティフィク、(セーエヌエルエス) (83)
【出願人】(506279528)ユニベルシテ、ド、ポワティエ (2)
【氏名又は名称原語表記】UNIVERSITE DE POITIERS
【Fターム(参考)】
【公表日】平成25年2月21日(2013.2.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年9月27日(2010.9.27)
【国際出願番号】PCT/IB2010/054343
【国際公開番号】WO2011/039695
【国際公開日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【出願人】(594016872)サントル、ナショナール、ド、ラ、ルシェルシュ、シアンティフィク、(セーエヌエルエス) (83)
【出願人】(506279528)ユニベルシテ、ド、ポワティエ (2)
【氏名又は名称原語表記】UNIVERSITE DE POITIERS
【Fターム(参考)】
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