(57)【要約】  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。
2013506114.tif 000002
【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。
【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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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