JPS6036801B2 - 液体の高速すくい取り装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すくい取り機構と、すくい取られるべき液
体の表面との早い相対速度で、液体をその表面において
すくい取る装置であって、従釆品よりさらに効果的にす
くい取ることのできる、改良されたすくい取り装置に関
する。

早い相対速度で液体をすくい取って採集する装置はすで
に種々のものが知られており、たとえば穀物への散布用
や消防用、とくに森林火災用の航空機に搭載の水タンク
に、散布地域になるべく近接した湖や河川表面上をすれ
すれに飛行しながら水をすくいとって、飛行中に充填す
るものがある。

かかる装置は、たとえば１９３３王５月３０日許可の米
国特許第１，９１１，４３１号や１９６６王２月２３日
の出願に係るフランス特許第１，４８１，１０び号‘こ
記載されている。前者には、すくい取り装置であって、
航空機の着陸または着水を可能にすべく引っ込み可能で
しかも航空機が充分に低空飛行しながらこの装置を可成
りの水深（１０狐以上）まで挿入して水をすくい取るの
に用いる際には航空機体に対して確乎かつ剛乎に保持さ
れる形式のものが記載されている。また、後者の特許に
は、水中に突入することの可能な小さな翼表面によって
すくい取り装置を水中に浸債する形式のものが記載され
ている。早い相対速度の液体採集装置の応用範囲は水面
のような平坦な表面にのみ限定されるものではなく、自
由な連続した内面を有する液体環状体が形成されるポン
プおよび遠心分離器も含まれる。

同じく公知のものに固定式すくい取り機構がある。これ
はたとえば流水とか遠心分離器内の液体環状体などのよ
うな急速に移動する液体内へ浸債するとともに、液体を
放出したりまたは液体を加圧下におくのに液体の運動ヱ
ネルギを用いる形式のものである。この点については１
９３母王７月２６日許可の米国特許第２，１２４，９１
４号が引用できる。この特許には、遠心分離器であった
、内部の液体環状体の自由表面上におかれているスキッ
ドの薮液表面から突出するすくい取り装置に液体環状体
が当る形式のものが記載されている。大体において同様
なものに、１９６３王６月２５日出願に係るフランス特
許第１，３６８，８６４号および１９６３王３月２４日
公告のイギリス特許第９８７，０２３号がある。これら
の先行技術において、すくい取り用のオリフイスは採集
さるべき液体内へ浸債するのであるが、その際にいくつ
かの困難な点が生じる。す０なわち、液体とすくい取り
装置との相対運動は、たとえばすぎべらのように、すく
い取り装置を液体内へさらに深く押しこませるように働
く。このことは遠心分離器の場合のように単に液体の表
面部分のみをすくい取る必要がある場合には不利になる
のみならず、液体力学的抗力およびすくい取り装置の支
持ならびに取り付け手段にかかる機械的応力を大幅に増
大する。さらにまた、機構と液位との相対的な間隔取り
においては不可避的に変化が生じ、そのために空気と液
体とが時には相し、次いで引きいれられ、またあるとき
は同時に引き入れられるというふうにすくい取りが一様
に行なわれず、負荷がまちまちとなって疲労が生じるな
どの点にも留意せねばならない。この発明の目的は、上
述の問題点を克服するとともに或る種の産業、とくに超
遠心器の分野における下記の要件すなわち、電力消費が
低いこと、 全般の流れが乱れないこと、 過度の機械的振動がないこと、 キヤビテーションを生じないこと、 を満足させることにある。

この発明によれば、上記の目的は、装置と液面との相対
速度ないしは他の作業パラメタにおいて、装置と液面と
の相対的間隔取りに仮りに変化があっても、装置の位置
が自動的に調節されて最大の効率が確保されるとともに
液体力学的抗力を最４・にする液体すくい取り機構を設
けることによって達成される。

従来技術の装置と対照的に、この発明の装置には、過度
の抗力、従って高いヱネルギ消費を生じる原因となる液
中へ浸潰される部品かない。

この装置は、恰も水上スキーのように作動してすくい取
り用オリフィスを液面に維持する液体揚力発生スキッド
の薮液表面と整合するように形成されたすくい取り用オ
リフィスの働きを介して作用するのであり、このスキツ
ドは液面への、すなわちスキッドが発生する液体揚力と
は反対の方向への、例えば重力、ばね、ジャッキなどの
ような復元力によって押圧される。すくい取り導管は、
液面から離れた側において、しかも突き出部ないいま収
縮部がなく、好ましくはオリフィスとはやや鋭角をなし
て、オリフィスへ接続している。

かかる導管は円形または矩形の部分を有してよく、また
上記オリフィスはこの導管にスキッドの後液面が交差し
て形成されるのが好ましい。従来品の浸債型すくい取り
装置においては、すくい取りは障碍物によって流体の速
度をそらせることによって行なわれているので、浸積は
絶対に必要なわけである。

この発明においては、これとは逆に、スキッドを或る入
射角で設置するとその表面の下側に圧力（揚力）が発生
する。そして、もし２個のスキッドの表面と表面との間
が蓮適していると、圧力差に呼応して流れが出来るわけ
である。この発明の装置の基本的利点は上記の特徴に起
因するものであり、液体力学的抗力が極めて大幅に減少
することが判るわけで、その主要な理由はキャビテ−シ
ョン現象が殆んど完全に消失するからである。

このキャビテーション現象は、局部の静圧が液体の飽和
水蒸気圧より低くなるときに生起する。

スキッドの作動によって、この現象の生成を遅らせる大
きな静圧が発生する。とくに、すくい取り用オリフィス
をスキッド前部と流体との接点に近接して位置づけする
ことによって、局部の静圧は全体圧（遠心器においては
極めて高い）に非常に近くなり、それによってキヤビテ
ーショソのおそれがなくなるわけである。このような位
置づけは、スキッドを液面のほうへ押圧する力を調節す
ることによって行なうことができる。さらに、そのよう
な場合には、最大のすくい取り度合が達成される。添付
の非限定的な、例示のための図面を参照しつつ以下の記
述から、この発明の実施方法が明らかになるはずである
。

第１図および第２図において、液体Ｌは平坦な表面Ｓを
有するものと仮定する。

矢印Ｆは相対運動の方向を示す。ここに示されるすくい
取り装置は、水上スキーのそれと同様に好ましくは前端
５で終るスキッド４の水面滑走表面内に形成されたすく
い取り用オリフィス１を有する。第１図に示される実施
例においては、すくい取り用オリフイス１とスキッド４
とは中空の水平軸８を中心に支持体７上で枢動する腕６
の一体的部分をなしており、この鼠８は一方においては
内部通路９を介してオリフィス１と連結しており、また
他方においては外部導管１０を介してタンク（図示せず
）と運通している。

腕６にはテンションばね１２を経て支持体７に接続され
た延長部１１が固着されており、このばね１２は腕６を
時計方向に枢動させようとする。換言すれば、このばね
はオリフィスーを液体Ｌ内に浸簿するように働く。この
ばねの働きの効果はスキッドの重量によって発生するモ
ーメントにより援助されるのである。このばね装置は、
スキッドの重量が充分なものである場合には省略してよ
い。枢動は、支持体７上の調節可能なストツパ１３およ
び１４によって両方向において制限される。これらのス
トッパは、たとえば支持体７内へねじ込められて係止ナ
ットで支持体へ係止されたニップルでつくられている。
図示の装置の作動は高速の場合がありうる相対運動を含
み、その相対運動には装置が固定（その際には液体はＦ
の方向に流れなければならない）の場合と、液体が不動
（その際には装置はＦとは反対の方向に移動しなければ
ならない）の場合とがある。

そのような場合には、スキツド４は水中翼、いい換えれ
ば水上スキーのごとく動作し、腕６を挙揚させかつ重力
および／またはばね１２の力および／またはすくい取り
用オリフィスーの個所でスキッド４に与えられる抗力に
よって発生する対向モーメントを平衡させる挙揚力を発
生する。前述の機構の「引き」は極く小さいものであり
、従ってまたその液体力学的抗力は低いことが判るはず
である。

同じく、機構の動作位置は自動的に調節が行なわれて、
すくい取り用オリフィスーは、支持体７の高さが変化し
ても、または同じことになるが、液体Ｌの液位が変化し
ても、相変らずに表面Ｓとほぼ整合していることが判る
はずである。なお、Ｓ′およびＳ″は、支持体７が液位
にそれぞれ最も近いときおよび液位から最も遠いときの
各位層である。前者の場合にはスキッド４は４′へ移動
して腕６はストッパ１４に当援する。また後者の場合に
はスキッド４は４″へ移動して腕６はストッパ１３に当
援する。これらの枢動時において、スキッド４の傾斜は
たとえば５度の最適値だけいずれかの方向に変化するわ
けである。

腕６を不当に長くしないで、この傾斜を定常に維持する
ために、腕のヒンジ構造８を、たとえば液面Ｓに対して
直角に設置されたガイド沿いに腕が楢勤する構成のもの
と置換してもよい。また、別態様として、第２図に示し
た構成には補助手段が設けられてよい。

すなわち、スキッド４はリンク１６の一端の１５の位置
でヒンジ取り付けされており、このリンク１６はその他
端の１７の位置で支持体７にヒンジ接続されている。こ
のリンク１６に対するスキッド４の枢動はストッパー８
および１９で制限される。このリンクはさらに、液・空
作動ジャッキ２０の作動を受ける。リンクはこのジャッ
キの摺動棒へ位置２１でヒンジ援競されていて、ジャッ
キ２０は調節可能な復元伸縮力を与える。最後に、すく
い取り用オリフィスーは可榛ホース２２を経てタンク（
図示せず）に運通する。液面Ｓに対する支持体７の高さ
の相対的変化によってリンク１６は枢動させられるとと
もに、スキッド４はそれ自体の傾斜角をほぼ維持する。

このことは、液面Ｓが極めて平坦でなく、やや波をうっ
ていても殆んど同様にあてはまる。液面がやや波を打っ
ている場合には、スキッド４は波に追従するときにその
ヒンジ１５を中心に揺動する。この実施例の形成のもの
は高速艇による水のすくい取りを行なうのに特に通して
おり、また同様に実用（穀物へ散布用）、公害除去用（
油の浮いた個所）などに適している。しかし、この発明
の実施は決して水平な液面に限られるものではない。

第３図および第４図は、高速Ｖで回転する円筒壁Ｃに対
して液体環状体Ｌが形成されるポンプまたは遠心器への
応用例を示す。この発明によれば、液体は第１図に示し
たものと同様な２個の腕６によって液体環状体の自由円
筒状表面Ｓ，においてすくい取りされる。

これらの腕はハブ２４上において半径方向の延長体２３
にヒンジ接続されていて、ハブ２４の突起２６に対して
作動する圧縮ばね２５の作用を受ける。第３図および第
４図において、第１図と同様な都村には同様な符号が付
されているので、それらの詳述は不要である。しかし、
第１図に示した装置ではヒンジによって取り付けられて
前方すなわち液体の相対的運動Ｆとは反対の方向へ傾斜
しており、この場合にはスキツドの抗力によって過度の
当援力が生じる形式のものに対し、第３図および第４図
に示した装置は後方すなわち液体の相対的運動Ｖの方向
へ傾斜した、ヒンジ取り付けされた腕６を有する。

互いに対して１８０度に設置された２個のスキッド４の
代りに、さらに多数（たとえば１２０度に離隔した３個
）のスキッドを設けることができるとともに、第５図に
示すように、第２図に示した種類のヒンジ構成を採用す
ることも可能であることは明白である。第５図では、第
２図のものと同様な部材には同様な符号が付されている
が、第２図のジャッキ２０は第５図においては圧縮ばね
２５に置換されている点が異なっている。自由表面Ｓ上
のスキッド４の位置の自己調節について列記したその他
のすべての効果は同様に得られる。

すくい取り用導管のオリフィスーの後方に位置するスキ
ッド４の後部接液面４ａに対して２０度に傾斜した軸線
をもった、直径○（第６図）のすくい取り導管であって
上記嬢液面と整合してかつその対称平面内に閉口する導
管を使用し、下記の条件を採用することによってとくに
好成果が得られる：スキッド４の、いずれにせよその援
液部４ａの幅は３Ｄに等しく、如何なる場合にも８Ｄよ
り小さい；この援液部４ａの長さは１０Ｄより小さいか
、または１０Ｄに等しい： 自由な前部４ｂの長さは５Ｄないし１０Ｄに等しい。

スキッドは約５度の入射角で作動し、この入射角は袋液
面４ａが液体の自由表面Ｓに対してつくるアタック角で
ある。

接液面４ａは加工を容易にするために平坦にしてよい。
このことは液体環状体の場合でも同様にしてよい。出口
通路９は圧力損失を最４・限にするように設計され、取
り入れ用オリフイス１に可及的に近接して設置された末
広がり部２７によって、とくに取り入れの流れの速度を
減少することが可能である。

第７図は、スキッド４を液体に当援させるのに、たとえ
ば第１図のばね１２を漸次伸長させて、その結果接触点
Ｐは次第に図面において右方へ移動するが、その際にス
キツドに加えられる力の程度での取り入れ度の変化パタ
ーンを示すものである。

最大取り入れ度合Ｍは点Ｐが取り入れ用オリフィスーの
すぐ近くのＰ．にあるときに得られる。この点を超える
と、取り入れ度は減少して抗力が増大する。このことか
ら重要な実用上の成果が出てくる。

すなわち、この発明に従って復元力によって押圧力を自
動的に維持させる必要性である。何故かといえば、スキ
ッド４が液位Ｓに対して如何なる位置を占めるであろう
かということを前以て正確に知ることは実際上不可能だ
からである。さらにまた、遠心器（第３図および第４図
または第５図参照）の場合には、液体が室へ入ってその
中で液体環状体を形成する度合を調整するのは一般には
不可能であろう。

何故ならば、この環状体の厚さは、取り入れ流がやや過
度になると増大し、その結果、もしもスキッドが固定し
た角度に位置していると、第７図のグラフの下降曲線へ
推移することになり、その結果として取り入れが減少し
、抗力の増大に起因する遠Ｄ器の速度低下によって不安
定な状態が高まってくる。これとは対称的に、曲線の左
側部分の上行曲線では安定した状態が得られる。

しかし、実際問題としてはこの部分は短か過ぎて実用に
なり得ないし、さらにこのことはオリフィスーから空気
が僅かに取り入れられることを反映するものであり、明
らかに有害である。上述した実施例の形式のものは、こ
の発明の範囲から逸脱することなく、変更や代替が可能
であることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部を断面にしたこの発明の一実施例の線図的
な図。 第２図は別な実施例の同様な図。第３図はこの発明によ
る改良された装置の一態様である液体環状体遠心分離器
の部分的縦断面図。第４図は第３図のＮ−Ｗ線沿いの横
断面図。第５図は別態様の実施例を示す、第４図と同様
な図。第６図は液体をすくい取るために案出されたスキ
ッドの線図式拡大断面図。第７図は液体内へのスキッド
の浸債深さに対して座標をとった液体の取り入れ度合を
示すグラフ。符号の説明、Ｌ・・・・・・液体、Ｓ・・
・・・・液体の表面、Ｆ……矢印、１……オリフィス、
４……スキッド、４ａ……後部接液面、５……前端、６
……腕、７・・・・・・支持体、８・…・・水平軸、９
・・・・・・内部通路、１０・・・…外部導管、１１・
・・・・・延長部、１２・・・・・・ばね、１３，１４
・・・・・・ストツ／ぐ、１６・・・・・・リンク、１
８，１９……ストツパ、２０……ジヤツキ、２２……可
携ホース、Ｌ，……液体環状体、Ｃ・・・・・・円筒壁
、２３…・・・延長体、２４・・・…ハフ、Ｓ．・・・
・・・円筒状表面、２５・・・・・・圧縮はね、２６・
・・・・・突起、Ｄ・…・・直径、２７・・・・・・末
広がり部、Ｍ・・・・・・最大取り入れ度合。 Ｆ′Ｇ．．・７ Ｆ／Ｇ．′３ 〃Ｇ．・２ ‘ＺＧ−・く Ｆに．′５ 凡Ｃ．６ ‘ＸＧ．．・ア

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体揚力発生用スキツドをこの液体揚力に対向する
   力をもつて液体表面に対して押圧するとともにこのスキ
   ツドを上記液体表面から出現した状態に保つように設計
   された腕の可撓端部に支持された上記スキツドの接液面
   に形成されたオリフイスを有するすくい取り用導管によ
   つて液体を高速ですくいあげる装置であつて、上記オリ
   フイスは上記スキツドの接液面と整合して延びており、
   また上記すくい取り用導管はこの接液面に対して約２０
   度の角度を形成していることを特徴とする、液体の高速
   すくい取り装置。 ２ 前記導管には前記オリフイスに続いて末広がり部が
   設けられていることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載の装置。 ３ 前記スキツドは前記腕の可撓端部へヒンジ接続され
   ていて、似て前記液体表面および／または腕の相対運動
   に無関係にこの液体表面に対する前記すくい取り用導管
   の方向をほぼ一定に維持することを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項および第２項のいずれかに記載の装置。 ４ 前記スキツドの前記接液面のうちこの接液面と整合
   する前記オリフイスの後側に、およびこの接液面の対称
   平面内に、延びる部分は、上記オリフイスの幅の８倍よ
   りも小さい幅、好ましくは３倍に等しい幅および／また
   は上記オリフイスの幅の１０倍より小さい長さを有する
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項ないし第３項
   のいずれかに記載の装置。５ 前記オリフイスに近接す
   る前記スキツドの前記接液面は平坦であることを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに
   記載の装置。 ６ 前記すくい取り用導管は前記スキツドの肉厚内へ埋
   設されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   ないし第５項のいずれかに記載の装置。 ７ 前記腕によつて与えられる押圧力は調整可能であり
   、以て前記液体がすくい込まれる度合いおよび／または
   圧力を変化させることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項ないし第６項のいずれかに記載の装置。 ８ 水面の上方を高速で航行する航空機その他の艇によ
   る油など表面に浮遊する物質のすくい取りに用いられる
   、特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載
   の装置。 ９ たとえば遠心器またはポンプのような、中空のロー
   タ内部で遠心分離される液体の表面すくい取りに用いら
   れる、特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに
   記載の装置。 １０ 前記装置は液体遠心分離器のロータ内部に同様な
   別な装置の少なくとも１個と対称的に装着されているこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第９項に記載の用途に
   用いられる同項に記載の装置。