(57)【要約】  この発明は、液体又は液化ガスの加熱面からの気化に関する。本発明は、液体を加速させることにより、加熱面との熱的接触を維持し、加熱面上又は加熱面中の加速井戸又は液体トラップ中に液体を送達する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱面及び気化している液体を前記面との熱的接触の維持を強いる手段とを具える気化装置。
【請求項２】
液体を強いる手段が、当該液体に加速を付与することを特徴とする加熱面を有する気化装置。
【請求項３】
前記液体を強いる手段が、当該液体に半径方向加速度を付与することを特徴とする加熱面を有する気化装置。
【請求項４】
前記液体を強いる手段が、当該液体に軸方向加速度を付与することを特徴とする加熱面を有する気化装置。
【請求項５】
前記液体を強いる手段が、当該液体に半径方向と軸方向を併せた加速度を付与する加熱面を有する気化装置。
【請求項６】
加熱面が曲面である加熱面を有する気化装置。
【請求項７】
加熱面を有し、この面に１個の加速井戸又は数個の加速井戸を設けた気化装置。
【請求項８】
加熱面を有し、この面の上に１個の加速井戸又は数個の加速井戸を設けた気化装置。
【請求項９】
１個又は数個の前記面に設けた加速井戸が、液体と前記面との熱的接触を維持する請求項７及び８に記載の気化装置。
【請求項１０】
前記１個又は数個の加速井戸が、幾何学的溝の形状に設けられている請求項９に記載の気化装置。
【請求項１１】
前記１個又は数個の加速井戸が、Ｖ−字溝の形状に設けられた請求項９に記載の気化装置。
【請求項１２】
前記１個又は数個の加速井戸が、Ｕ−字溝の形状に設けられた請求項９に記載の気化装置。
【請求項１３】
前記１個又は数個の加速井戸が、縁が角状のＵ−字溝の形状に設けられた請求項９に記載の気化装置。
【請求項１４】
加熱面を有し、当該加熱面が、一定の曲率半径をもつ曲面である気化装置。
【請求項１５】
加熱面を有し、当該加熱面が、様々な曲率半径をもつ曲面である気化装置。
【請求項１６】
前記１個又は数個の前記加熱井戸が、同心状の幾何学的形状として設けられた請求項１１に記載の気化装置。
【請求項１７】
前記１個又は数個の前記加熱井戸が、偏心状の幾何学的形状として設けられた請求項１１に記載の気化装置。
【請求項１８】
前記１個又は数個の前記加速井戸が幾何学的形状であり、前記溝が規定された通路又は軌道をたどる請求項１１に記載の気化装置。
【請求項１９】
前記１個又は数個の前記加速井戸が幾何学的形状であり、前記溝がらせん状の通路又は軌道をたどる請求項１１に記載の気化装置。
【請求項２０】
加熱面を有し、当該加熱面が、前記１個又は数個の前記加速井戸を設けた幾何学的な溝の形状の曲面である気化装置。
【請求項２１】
加熱面を有し、当該加熱面が、前記１個又は数個の前記加速井戸を設けたＶ−字溝形状の曲面である気化装置。
【請求項２２】
加熱面を有し、当該加熱面が、前記１個又は数個の前記加速井戸を設けたＵ−字溝形状の曲面である気化装置。
【請求項２３】
加熱面を有し、当該加熱面が、前記１個又は数個の前記加速井戸を設けた、縁が角状のＵ−字溝の形状の曲面である気化装置。
【請求項２４】
加熱面を有し、当該加熱面が、曲率半径が一定の曲面である気化装置。
【請求項２５】
加熱面を有し、当該加熱面が、曲率半径が様々である曲面である気化装置。
【請求項２６】
前記面が、気化している液体に湿潤していない請求項１に記載の気化装置。
【請求項２７】
前記面が、前記面と前記液体の間に温度差があるため湿潤していない請求項１に記載の気化装置。
【請求項２８】
前記面が、前記面と液体の温度差が、ライデンフロスト点以上であるため、気化している液体に湿潤していない請求項１に記載の気化装置。
【請求項２９】
液体が、加速井戸により所定の空間位置に前記液体があることを強いられており、拡散している液体蒸気がこの位置でガスへ移行する気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体又は液化ガスの気化に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体又は液化ガスの気化を、機能システムが作動するのに必要とする用途は数多くある。内燃機関の機能操作は、主たる要件として液体又は液化ガスの気化に依存している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
内燃機関燃料送達システムにおける主要な問題は、ピストン冠又はシリンダ壁のような様々な内側面の燃料衝突であり、それは、利用できる時間枠での気化過程に不利益である。それは、低効率、高放気及び煤煙形成をもたらす燃料の不完全燃焼をしばしばおこす。内燃機関に適用できる本明細書に記載の発明は、これらの問題を解決するであろう。    
【課題を解決するための手段】
【０００４】
最も広い態様では、本発明者は、熱面を提供し、液体を当該液体が気化するまで、熱面と熱的接触させ続ける。
【０００５】
別の態様では、本発明者は、熱面を提供し、加熱した面と共動する抑制装置により前記液体が気化されるまで液体を前記面と熱的接触させ続ける。  
別の態様では、本発明者は熱面を提供し、加熱した面と共働する抑制装置と組み合わせた液体の加速により、液体が蒸発するまで、液体を前記熱面に熱的接触させ続ける。
【０００６】
１つの形態では、ハウジングシリンダ中にＶ字型の溝を同心状に軸方向に設置し、熱面を十分に高温に維持し、この液体により接線速度が生じるように所与の速度で液体をＶ字溝へ送達することにより、これは、Ｖ字溝と組み合わされて、液体分散並びに液滴形成を抑制し、達成される。この接線速度は、半径方向慣性加速度を生じさせ、液体を熱面と物理的接触させ続ける。
【０００７】
液体が、その液体の飽和温度と同等又はそれ以下の温度の表面に衝突すると、この液体と表面の間の接触は、界面での蒸気の生成で妨げられることはない。表面の温度と飽和温度間の差がある場合は、蒸気が表面に生じて、これによって表面接触界面へ液体が流れなくなる。この温度差がゼロから次第に増加すると、蒸気の生成が増加し、蒸気の生成が最終的に活発になり、液体が表面接触界面で壊滅的な崩壊が起こる。
【０００８】
液体の飽和温度より適宜適当温度が高い表面に液体が衝突すると、液体によって表面を湿潤させることが不可能になる。これによって、熱伝導率が低下し、したがって、蒸気生成率が低くなる。加熱面を１気圧で水に浸した場合、この非湿潤温度差は、約１２０℃であり、ライデンフロスト（Ｌｅｉｄｅｎｆｒｏｓｔ）点として知られている。ライデンフロスト点まで、煮沸と熱伝導率に関する種々の型が観察され得る。ライデンフロスト点より上では、熱面と水の間に接触は起こらず、熱は、蒸気膜を介した伝導により伝達される。ライデンフロスト点かそれより以上では、この面は、液体に対して非湿潤状態になる。このようなシステムでは、ライデンフロスト点までは、最大熱伝導率したがって、最大蒸気生成率が、約３０℃の温度差で核沸騰型において生じる。ライデンフロスト点以上では、温度差が、核沸騰型で生じる最大熱伝導率に等しくするには、１０００℃以上の温度差を要するだろう。その他の液体は、ほとんど、例えば、本明細書で用いられた水と類似の現象を示す。
【０００９】
加熱面上で衝突している液体量が、その面上で衝突している１滴又は数滴のように、表面を浸していないシステムにおいては、同様な現象を観察できる。熱伝導率は、中くらいの温度差で最大となり、温度差が上がると、温度差が非常に大きくなるまで減少する。１滴が、一の面におかれ、その面で、面とその１滴を形成する液体の飽和温度との間の温度差が、ライデンフロスト点に近づくと、その１の滴は蒸気膜により支持され、球形様形状を維持しながら、ゆっくり沸騰してゆく（１７５６年  ライデンフロストより観察される）。
【００１０】
球は、理想的には、１点で面に接し、そして、力が加わった変形しやすい液滴では、接触面積は、１点よりは大きくなるが、湿潤現象が進み得るならば、同量の液体の湿潤面積より小さくなる。
【００１１】
この表面からの熱伝導率を増加させ、上昇した温度差で液体を蒸発させるためには、その面上で液体に力を加えることが必要である。
【００１２】
液体を、例えば、シリンダ状といった幾何学的形状を形成する加熱面上に対し接線運動させることにより、液体の半径方向慣性加速度（遠心加速度）が生じ得る。この半径方向加速度は、表上に流体により発揮された力を生じさせ、逆もまた同様である。半径方向加速度の瞬間的な大きさは、接線速度とある瞬間における曲率半径との関数である。
【００１３】
重力場で、持ちこたえられる幾何学的形状の1滴の液体が、重力加速度より大きい半径加速度が生じる接線速度（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｖｅｌｏｃｉｔｙ）で曲面上で接線運動（ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  ｍｏｔｉｏｎ）する場合、及び、その表面温度と液体温度の差がライデンフロスト点であるか、それより大きい場合には、その滴は、多数の小滴に崩壊するであろう。適用した半径加速度が大きくなるほど、小滴の数もより多くなる。液体の噴流が、同様の面上で接線運動中にあれば、同様の結果が生じる。滴サイズは、基本的には、半径加速度、液体の表面張力、及び液体密度の関数によるものであろう。その面の表面仕上げも、滴サイズに影響するであろう。
【００１４】
あらゆるサイズの滴が、蒸気膜により支持され、大きな温度差が用いられない限り、熱伝導は最小になるであろう。したがって、滴の生成を抑制し、蒸気の生成時に、液体を運ぶことなく、蒸気ポンプで吸い取る必要がある。液体に半径方向加速度を与える曲面は、液体を軸方向へ広がりを阻止する、すなわち、液体に軸方向の加速度を付与するあらゆる幾何学的形状であり得る。同心状のＶ−字溝は、一例である。このような配置は、流体に力を加えて直交する３方向において、流体自身へ押し戻し、これによって、滴の形成を抑制し、熱面との物理的接触を確実なものとする。適用された半径方向の慣性加速度は、液体中に半径方向圧力、リング状の圧力を生成し、そして、Ｖ−字溝の両側が軸方向に反対の圧力を生成する。液体は、その溝から出ることができず、液体トラップ、加速井戸で捕捉される。蒸気は、圧力が減少する方向で液体を介して支えて浮かび得る。すなわち、面の曲率半径の原点方向に、そして、溝壁に沿って同様に送り込まれる。蒸気は、液体が無くなると、自由に拡散するか、または、雰囲気ガス中に引き込まれる。
【００１５】
実験は、典型的な自動車エンジンにとって、化学量論的な量と釣り合った量の炭化水素が、極めて短期間に気化し得ることを示した。その期間は、１つの応用として本発明を自動車使用に適するようにしている自動車エンジン用の作動期間である
【００１６】
これらの試験は、平方メートル当たり１００万ワットの何十倍もの熱流束が、加熱表面から液体へ流れることが可能であることを示した。
【００１７】
非湿潤表面は、湿潤表面と同様な方法で使用され得る。表面仕上げは、極度に滑らかなものから程よく仕上げたものでもよく、基材のままであってもよく、また、テフロン（登録商標）のような適当な材料で被覆したものでもよい。
【００１８】
液体は、何らかの適当な手段によって本発明（の気化デバイス）に送達でき、また、連続的であっても、間欠的あってもよく、１回または、複数回の間欠的な液体噴射を含む。
【００１９】
本明細書においては、Ｖ−字溝を、加速井戸又は液体トラップの幾何学的形状を記載するために用いたが、しかしながら、溶液に半径方向加速度又は軸方向加速度を付与する曲面は、加速井戸又は液体トラップをもたらし得るものであれば、如何なる幾何学的形状であってもよい。１個又は多数の加速井戸を、蒸発負荷に応じて配置することができる。この溝又は面は同心状、又は別の形であってもよい。
【００２０】
液体に半径方向又は軸方向加速度を与える加速井戸又は適当なトラップをつくるＶ−字溝又は曲面は、らせん状の通路又は軌道又は他の適当な通路又は軌道をもつことができ、開放端又は閉鎖端とすることができ、導入部又は導出部を有していてもよく、滑らかに又は突然に開始又は終止することができる。Ｖ−字溝又は曲面の深さは、適切であれば如何なる深さであってもよい。
【００２１】
加速井戸又は液体トラップは、加熱面上に隆起した外形を形成することにより提供することができる。
【００２２】
加速井戸又は液体トラップの曲率半径は、一定にすることも変動させることもでき、連続的とすることも、区分的とすることもでき、加速井戸又は液体トラップの通路又は軌道に沿って小さくも大きくもすることができる。
【００２３】
面の形状は、強制的に形状を変化させるため、時間と共に可変とすることができ、要求に応じ面上で強制された不連続な形状をとることができ、また、温度変化により形状を変化することができる。
【００２４】
加熱面は、適切であればどのような手段によっても加熱することができる。
【００２５】
面と液体との間の温度差は、ライデンフロスト点温度差に近づける必要はなく、また、それよりも大きくする必要もない。
【００２６】
加速井戸は、液体の拡散している分子が、静止状態又は移動状態のガスに移行するシステムにおいて、予め定められた位置に液体を拘束するために用いることができる。
【００２７】
非湿潤表面と組み合わせて適用した半径方向の加速度は、大変高度な液体の噴霧化をもたらすであろう。湿潤面を用いる場合には、ライデンフロスト現象の利点を生かす必要がある、すなわち、湿潤面現象を壊滅的な崩壊をさせる。円柱表面に燃料を注入することによりもたらされる適度な接線速度と円柱表面の組み合わせは、数マイクロメータ径の滴（複数）をつくるであろう。適切な形状の溝又はガイドは、この接線速度を軸速度又は接線と軸速度の和の速度に変換するであろう。このような装置は、利用の一例としては、自動車エンジンの吸い込み口又は直噴エンジンのシリンダ内に利用する等多くの用途に用いられる。
【００２８】
面の非湿潤特性の使用は、空気などのようなガス流体中へ液体を送達するときに利点がある。液体が、注入によって、又は、その他何でも、ガスを含む導管の壁に配置した、非湿潤又は湿潤であってもライデンフロスト点以上温度に上昇した特定の幾何学的形状において又はその中に送達されると、液体は、表面を湿潤することなく、特定の幾何学的形状の面の方向性により定められた方向に跳ね返される。例えば、十分な速度でメキシカンハットを逆さにしたような形状の中にその形状の回転軸に沿って注入された液体は、その形状の外縁から放出されるときに空気流の中に戻って反射される燃料を霧化するであろう。その形状の幾何学的構造は、ガス流体中に液体を取り込みができるようにガス流体中へ液体を反射するものであればどのようなものでもよい。その形状は、１つ又は複数であってもよく、余反射又はいずれか適当な方向に方向づけられることもできる。このことは、応用例として、内燃機関エンジンの燃料系に用いることができる。
【００２９】
表面の非湿潤特性の使用により、液体を空気等の流体中への送達に利点用がある。この液体は、注入によって、又は、その他何でも送達されて、多角形断面を有する、対称である、又は、隆起部又は縁の付いた円形断面を有する導管の湿潤していない壁の上を、所定の接線速度で移動すると液体がこれらの反射面に遭遇するときに、液体の全部又はいくらかが、角又は隆起部又は縁によってガス流体中に反射さえる。液体の一部が、どれか１つの反射事象において、反射されると、別の部分は、次の反射事象で反射されるであろう。これは、応用の一例として内燃機関の燃料系において使用することができる。
【００３０】
表面の非湿潤特性を使用は、空気等のガス流体中への液体の送達を利点がある。注入又はその他により、穴のような十分に熱い空洞中に送達されると、液体は蒸気が生成されるときに、穴からガス気流中へ押し出される。これは、応用の一例として内燃機関の燃料系において使用することができる。
【００３１】
一方、本明細書では、本発明者は、本発明の特定の形式を記載しており、熱伝導又は工業技術分野における当業者であれば、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、このような態様の改良があり得ることを理解できるであろう。
【国際調査報告】
2009530532.tif 000002
2009530532.tif 000003
2009530532.tif 000004
2009530532.tif 000005