JPH10500041A

JPH10500041A - ガスの爆燃を抑制する装置および方法

Info

Publication number: JPH10500041A
Application number: JP7529201A
Authority: JP
Inventors: ロバーツ、ダリル; アール．バッツ、ジェイムス
Original assignee: エイディーエイテクノロジーズインコーポレイテッド
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1998-01-06
Also published as: AU2547295A; WO1995030452A1; US5495893A; CN1147771A; MXPA96005472A; EP0758915A1; US5597044A; CA2189147A1; NO964398D0; FI964503L; FI964503A0; NO964398L; FI964503A7

Abstract

(57)【要約】可燃ガスを含む爆燃に特に適用される爆燃抑制システム。このシステムの爆燃抑制剤は通常、約８０ミクロンを超えないザウタ平均粒径を有する滴（４４ｃ）の流れとして可燃ガス中に分散される水（６０）である。システムは可燃物検出器を備えることができる。システムは、液体（６０）をキャリヤガス（６８）中に噴霧化する液体噴霧装置（５２）を備える。液滴の速度を超音速に増大することにより、液滴の粒径が減少する。

Description

【発明の詳細な説明】ガスの爆燃を抑制する装置および方法発明の分野本発明は、可燃物の爆燃を抑制するためのシステムに関し、特に、工業用途における可燃ガスの爆燃を抑制するためのシステムに関する。発明の背景可燃ガスは、公益設備、化学・石油化学製造工場、石油精製所、冶金工業、蒸留所、塗料・ワニス製造、海運、印刷、半導体製造、製薬およびエーロゾル缶充填処理をはじめとする多くの工業的用途で原料、製品または副産物として扱われる。加えて、可燃ガスは、地上または地下のパイプ系からの漏れ、引火性液体のこぼれまたは土壌もしくはごみ処理埋立地における天然有機物質の分解によって放出される。可燃ガスとは、酸素に対して十分な体積濃度で存在するとき、発火源に反応して爆燃するおそれのある気体または蒸気である。爆燃は通常、可燃ガスの負の生成熱によって起こる。可燃ガスは一般に、可燃ガスの爆発下限濃度よりも高く、爆発上限濃度よりも低い濃度で爆燃する。爆燃の際、可燃ガスまたは他の可燃物の燃焼が、熱及び／又は遊離基を可燃ガスの隣接分子に移すことによって外方へ伝播する化学反応を開始させる。遊離基とは、不対電子を含む反応性の原子団、例えばＯＨ、ＨおよびＣＨ₃である。熱および／または遊離基の移行が隣接分子を発火させる。このようにして、爆燃は、可燃ガスを介して一般に約０．２ft/sec（約０．０６１m/sec）〜約２０ft/se c（約６．１０m/sec）の速度で外方に伝播または拡大する。爆燃によって発生する熱は一般に閉鎖区域中に急激な昇圧を引き起こす。爆燃が起こる危険性を減らすため、規則により、上記の用途の場合にはしばしば爆燃抑制システムが要求される。爆燃抑制システムは一般に、爆燃の発生を検出するためのセンサと、爆燃が発生したときに爆燃抑制剤を可燃ガスに注入するための装置とを含む。最も広く使用される爆燃抑制剤は、飽和タロロフルオロカーボン、例えばハロン１３０１（ブロモトリフルオロメタン）、ハロン２４０２（ジブロモテトラフルオロエタン）およびハロン１２１１（ブロモクロロジフルオロメタン）である。飽和クロロフルオロカーボンは、蒸気または液体のいずれかの形態にて可燃ガスに注入することができる。飽和クロロフルオロカーボンの低い沸点および低い気化熱（例えば、通常、沸点は約０℃を超えず、蒸発熱は約１００cal/gを超えない）のため、液体クロロフルオロカーボンは、大部分の用途で、可燃ガスに注入されるとただちに気化する。注入されたのち、飽和タロロフルオロカーボン蒸気は、可燃ガスの燃焼に利用される酸素を希釈するだけでなく、遊離基が爆燃を伝播する能力を損なう。酸素の希釈は、可燃ガスと反応するのに利用される酸素の濃度を下げ、それにより、爆燃の伝播速度を落とす。飽和クロロフルオロカーボン蒸気は、燃焼反応において解放された遊離基が爆燃に隣接する可燃ガス分子と反応する前に、そのような遊離基と反応することにより、遊離基が爆燃を伝播する能力を損なう。最近、飽和クロロフルオロカーボンの放出に関連する環境上の危険に対処して、飽和クロロフルオロカーボンの使用が削減されている。具体的には、飽和クロロフルオロカーボンの放出により、大気中のオゾンが多く消耗させられ、地球の上層大気中のオゾン層の空乏に関与すると考えられている。最近では、いくつかの国が飽和タロロフルオロカーボンの使用を制限する法令を制定した。さらには、最近、多くの国が、飽和タロロフルオロカーボンの製造を禁止する国際的合意への関係国となった。飽和クロロフルオロカーボンの環境への危険性に加えて、爆燃中の飽和および不飽和クロロフルオロカーボンと可燃ガス分子との反応の副生成物もまた作業員にとって危険なものとなる。具体的には、反応副生成物には、いずれも毒性であることが知られている塩酸、フッ化水素酸、ペルフルオロポリマーおよびフッ化カルボニルがある。別の爆燃抑制剤は、固形粒子として可燃ガス中に注入される炭酸水素ナトリウムである。粒子を生成し、注入するためには、通常、粒子を含有する固体、例えば固体の爆発性組成物を燃焼させる。燃焼により炭酸水素ナトリウムが気化すると、炭酸水素ナトリウムは周辺雰囲気中で複数の小粒子として凝縮する。これらの粒子が、熱を吸収し、爆燃によって生成される遊離基を捕らえることにより、爆燃反応を抑制する。大部分の用途では、既存の供給システムは一般に、早期段階で爆燃反応を抑制するのに十分な時間において、粒子を可燃ガスに供給することができないため、炭酸水素ナトリウムは爆燃抑制剤として広く使用されてはいない。効果を発揮するためには、爆燃抑制システムは抑制剤を速やかに可燃ガスに供給すべきである。粒子を含む固体は、制御された速度では燃焼せず、従って、粒子を速やかに爆燃に供給することができない。更に、多くの供給システムは、可燃ガスを含む区域全体にわたって粒子を均一に分散させることができない。爆燃は所与の区域の多様な場所で起こり、発火地点から急速に伝播するので、爆燃抑制システムは、その区域全体に粒子を速やか、かつ均一に分散させることができなければならない。発明の概要本発明の目的は、環境への危険性を低減しながら爆燃を抑制するためのシステムを提供することにある。更なる目的は、作業員対する危険を減らす爆燃抑制システムを提供することにある。更なる目的は、爆燃を速やかに検出することができるシステムを提供することにある。関連した目的は、爆燃を検出した後に、爆燃抑制剤を速やかに爆燃に供給することができるシステムを提供することにある。更なる目的は、爆発濃度の可燃物を含む雰囲気における爆燃の危険を減らすシステムを提供することにある。更なる目的は、可燃物を含む画定区域全体に爆燃抑制剤をほぼ均一に分散させることができるシステムを提供することにある。本発明の一つの態様において、熱吸収により、より詳細には、急速に気化して爆燃が伝播するための熱を速やかに奪う微細なミスト液流を利用することにより、爆燃を効果的に抑制できるということが見いだされた。前述した目的の一つ以上は、（ｉ）画定区域中に液滴流を分散させるために画定区域内に配置された分散手段と、（ii）画定区域内の所定の条件を検出し、それに応答して信号を生成するために画定区域内に配置された感知手段と、（iii）感知手段から受信した信号に応答して分散手段を作動させるために感知手段および分散手段に接続された作動手段とを含むシステムを提供することによって達成される。熱吸収による爆燃を効果的に抑制するためには、液滴が約８０ミクロン未満のザウタ（Sauter）平均粒径を有するべきであることが見いだされた。画定区域中に液滴を速やかに分散させるためには、液滴は、分散手段を出るときの速度が少なくとも約１００ ft/sec（約３０．４８m/sec）であることが好ましい。これに関して、システムは、所定の状態を検出した後、約１００ミリ秒以内に画定区域中に所望の濃度の液滴を分散できることが好ましい。システムは、可燃性の気体、固体および液体に関連する爆燃を抑制するのに用いることができるが、約５００〜約２５００℃の範囲の燃焼温度を有する可燃ガスの爆燃を抑制するのに特に適している。このような可燃ガスには、ベンゼン、エーテル、メタン、エタン、水素、ブタン、プロパン、一酸化炭素、ヘプタン、ホルムアルデヒド、アセチレン、エチレン、ヒドラジン、アセトン、二硫化炭素、酢酸エチル、ヘキサン、メチルアルコール、メチルエチルケトン、オクタン、ペンタン、トルエン、キシレン、ＨＦＣ−１５２ａおよびそれらの混合物がある。効果的な爆燃抑制剤であるためには、液体は、爆燃によって生成される熱を速やかに吸収するのに十分な沸点および気化熱を有するべきである。好ましくは、液体は、約５０℃以上の沸点を有するものである。液体の気化熱は、約５００ca l/g以上であるべきである。好ましい液体は水である。画定区域とは、爆燃抑制システムによって爆燃の影響から保護されるように指定された区域である。画定区域は通常、可燃物の供給源を含む閉鎖区域であるか、爆燃の危険性が最も高い閉鎖区域である。画定区域の大きさは用途に応じて異なる。本発明の一つの実施態様において、所定の状態とは、画定区域中の可燃物の濃度である。画定区域中の可燃物の濃度を検出することにより、感知手段は、爆燃が実際に起こる前に、画定区域中の、爆燃の発生を助長する状態を検出することができる。従って、分散手段は、爆燃が発生する前に画定区域中に液滴流を分散させ、それにより、画定区域中で爆燃が発生する危険性を減らすことができる。本発明の別の実施態様において、感知手段は、第一の感知手段および第二の感知手段のうちの少なくとも一方である。第一の感知手段は、以下のもの、すなわち、静圧検出器、昇圧速度検出器および光学的火炎検出器の少なくとも一つを含む。第二の感知手段は可燃物検出器である。爆燃を効果的に抑制するためには、第一および第二の感知手段が、画定区域中に所定の状態が生じてから約１００ミリ秒以内にその所定の状態を検出できることが好ましい。本発明の別の態様において、分散手段は、キャリヤガスを液体と接触させて、キャリヤガス中に分散した液滴流を含む流体を形成するための接触手段を含む。キャリヤガスと液体との接触は、キャリヤガスと液体とを分ける多孔質界面によって実施されることが好ましい。多孔質界面を通過する液体の中にキャリヤガスを分散させるために、液体を含有する通路が一般に多孔質界面に隣接するところに位置している。キャリヤガスは、好ましくは、窒素、二酸化炭素、空気、ヘリウム、アルゴンおよびそれらの混合物からなる群より選択される。キャリヤガスは、好ましくはアジ化鉛、アジ化ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群より選択される起爆剤を燃焼させることによって生成することができる。分散手段は、好ましくは、接触手段と連通した入口と、画定区域中に液滴流を分散させるための出口とを有するチャネルを含む。チャネルは、流体の流動方向に対して垂直な断面積を有し、その断面積は、入口から出口への流体の流動方向において減少して流体の速度を増加させる。チャネルの断面積は、スロートで最小になることが好ましい。流体の流動方向に対して垂直な、スロートにおける断面積は、流体の流動方向に対して垂直な、通路の断面積よりも小さいことが好ましい。キャリアガスの膨張により、流体速度を出口で増加させるため、出口は、流体の流動方向に対して垂直で、かつスロートから流体の流動方向に向かって好ましくは増大するような断面積を有する。スロートの下流側にある出口での流体圧力は、スロートでの液圧の約５３％を超えないことが好ましい。好ましくは、出口でのキャリヤガスの膨張により、出口沿いの第一の位置で流体は超音速に達し、第一の位置の下流側にある、出口沿いの第二の位置で流体は音速に達する。超音速から音速への遷移により、滴のサイズを減少させる衝撃波が生じる。上述の分散手段は、本発明の第一の態様に関して既に述べたような液滴の粒度分布および液滴速度を生じさせることができる。本発明の別の態様においては、分散手段は、間に内部空間を形成する２枚の同軸ディスクを含むことが好ましい。この内部空間は、チャネルおよび出口を含み、接触手段が同軸ディスクの軸に沿って位置している。同軸ディスクは、同軸ディスクの円周の複数の位置から流体を分散させる。構造によっては、分散手段は、画定領域全体に液滴をほぼ均一に分散させることができる。本発明の別の態様は、以下の工程、すなわち（ｉ）約５００cal/g以上の気化熱を有する液体を準備する工程と、（ii）その液体を、約８０ミクロン未満のザウタ平均粒径を有する液滴の流れとして画定区域中に分散させる工程と、（iii ）可燃物の爆燃によって生成された熱を液滴に伝達する工程と、（iv）液滴を気化させる工程と、（ｖ）爆燃に実質的に隣接するところに位置する可燃物の温度を可燃物の燃焼温度よりも低く維持する工程とを含む、画定区域における可燃物の爆燃を抑制する方法を提供する。本発明の別の態様は、以下の工程、すなわち（ｉ）液流を導管に供給する工程と、（ii）キャリヤガスを準備する工程と、（iii）液流が導管を通過する際、キャリヤガスを液流中に分散させる工程と、（iv）分散工程の後、液流の速度を低下させる工程と、（vi）液流を噴霧化して、キャリヤガス中に飛沫同伴された液滴流を形成する工程と、（vii）液滴の速度を超音速に高める工程と、（viii ）液滴の速度を音速まで低下させる工程と、（ix）液滴の速度が超音速から音速に低下する際、液滴の平均粒径を減少させる工程とを含む、液滴流を分与する方法を提供する。通常、音速（例えば音の速度）とは約１１００ft/sec（約３３５．２８m/sec）であり、超音速とは音速を超える速度である。この方法は、上述した分散手段によって用いることができる。本発明は、従来の爆燃抑制システムに関する上記の制約に対処するものである。本発明のいくつかの実施態様においては、水を液体として使用する。他の爆燃抑制剤と比較して、水は、環境に関する問題を減ずるのみでなく、作業員に伴う危険をも減らす。他の実施態様において、本発明は、爆燃を助長する状態を爆燃が発生する前に検出する。この実施態様において、感知手段は、潜在的に爆発性の濃度である可燃物を爆燃が起こる前に検出する可燃物検出器である。それに対して、従来の爆燃抑制システムは、爆燃が発生した後でのみ爆燃の抑制を開始する。他の実施態様は、画定区域全体に液滴流を速やかに分散させて爆燃を抑制するシステムを提供する。分散手段を出るときの液滴の有意に高い速度が液滴を分散させ、爆燃を速やかに抑制することができる。それに対して、従来の爆燃システムでは、爆発を防ぐのに十分な時間内に画定区域全体に爆燃抑制剤を分散させることはできない。本発明の他の実施態様は、画定区域全体に液滴流をほぼ均一に分散させる。ほぼ均一な分散は、分散手段の周囲の多様な位置から液滴を分与することによって実現される。それに対して、多くの既存の爆燃システムは、画定区域全体に爆燃抑制剤をほぼ均一に分散させることができず、それが、抑制剤の爆燃を消失させる能力を低下させている。これらおよび他の利点は、以下に詳細に論じる本発明の種々の実施態様によって開示される。図面の簡単な説明図１は、本発明の爆燃抑制システムの実施形態を示す概略図。図２は、図１に示す爆燃抑制システムを画定区域に適用した実施形態を示す図。図３は、図１に示す爆燃抑制システムを画定区域に配置した実施形態を示す図。図４は、図１に示す爆燃抑制システムを画定区域に適用した実施形態を示す図。図５は、図１に示す爆燃抑制システムを画定区域に適用した実施形態を示す図。図６は、液体噴霧装置の実施形態の斜視図。図７は、図６に示す液体噴霧装置の実施形態の断面図。図８は、図６に示す液体噴霧装置の実施形態の平面図。発明の詳細な説明本発明は、可燃物の爆燃を抑制するためのシステムを提供する。このシステムは、初期段階の爆燃を消失させるだけでなく、可燃物の爆発下限濃度を超える濃度の可燃物を有する画定区域中で爆燃が発生する危険性を減らすことができる。図１を参照すると、本発明の爆燃抑制システムは、画定区域２４内に液滴流２８を分散させるために画定区域２４内に配置された分散手段２０と、画定区域２４内の所定の状態を検出し、そのような検出に応答して信号３６を生成するために画定区域２４内に配置された感知手段３２と、感知手段３２から受信された信号３６に応答して分散手段２０を作動させるために感知手段３２および分散手段２０に接続される作動手段４０とを含む。所定の状態とは、画定区域２４内での高い爆燃発生の危険性または爆燃の実際の発生を示す状態である。所定の状態は、通常、以下のパラメータ、すなわち、画定区域２４中の所定の静圧、画定区域２４中の所定の昇圧速度、画定区域２４中の所定の波長の赤外線もしくは紫外線の存在又は画定区域２４中の可燃物の所定濃度のうちの一つ以上に基づく。図２を参照すると、分散手段２０は通常、画定区域２４（図２の包囲された空間全体であると定義する）全体に液滴４４をほぼ均一に分散させるために、そのような画定区域２４中に配置されている。画定区域２４内における分散手段２０の数および配置は、画定区域２４のサイズおよび形状ならびに分散手段２０によって生じる液滴流２８の広がりに依存する。分散手段は２０は、例えばノズルまたは各種の液体噴霧装置のような画定区域２４中に液滴を分散させるのに適した装置であり得る。液滴４４の粒度分布および表面積が爆燃の抑制には重要な可変要素である。粒度分布は液滴４４が吸収することができる熱量を決定し、表面積は熱が液滴４４によって吸収される速度を決定するため、粒度分布および表面積は、液滴４４が爆燃を抑制する能力を表す指標である。吸収される熱の量は、画定区域２４内の可燃物の予想濃度に依存する。一般に、液滴４４は、熱吸収に応答して速やかに気化し、十分な質量を画定区域２４全体に分散させるのに十分な大きさを有するべきである。液滴４４の粒度分布を表す可変要素は、ザウタ平均粒径である。ザウタ平均粒径とは、液滴４４の全体積をその全表面積で割ったものである。液滴４４のザウタ平均粒径は、好ましくは約８０ミクロン未満であり、より好ましくは約５０ミクロン未満であり、最も好ましくは約３０ミクロン未満である。画定区域２４中の液滴４４の表面積は、液滴４４の粒度分布および選択された時点での画定区域２４中の液滴４４の濃度の関数である。大部分の用途において、画定区域２４中の液滴４４のピーク濃度は、好ましくは約１．５gal/1000ft³ （約０．２０リットル／ｍ³）〜約２０gal/1000ft³（約２．６７リットル／ｍ³ ）の範囲であり、より好ましくは約２gal/1000ft³（約０．２７リットル／ｍ³）〜約１５gal/1000ft³（約２．０１リットル／ｍ³）の範囲であり、最も好ましくは約４gal/1000ft³（約０．５３リットル／ｍ³）〜約１０gal/1000ft³（約１．３４リットル／ｍ³）の範囲である。画定区域２４中の液滴粒度分布および液滴濃度に基づくと、画定区域２４中ピーク液滴濃度での液滴４４の単位体積あたりの全表面積は、好ましくは少なくとも約７５ｍ²/ｍ³であり、より好ましくは少なくとも約１００ｍ²/ｍ³であり、最も好ましくは少なくとも約１５０ｍ²/ｍ³である。これに関して理論によって束縛されることを望まないが、分散手段２０によって画定区域２４中に放出される液滴４４が、爆燃による放出される熱を吸収し、画定区域２４中の酸素の濃度を希釈することにより、爆燃を抑制すると考えられる。液滴４４による熱の吸収が、爆燃の伝播速度を低下させ、可燃物の分子に伝達される熱の量が分子の温度をその燃焼温度よりも高くするには不十分である場合、爆燃を消失させる。爆燃の伝播速度は、伝熱速度、可燃物の燃焼温度、画定区域２４中に存在する可燃物の量ならびに画定区域２４の温度および圧力によって制御される。液滴４４による熱の吸収は、熱が可燃物の分子に伝達される速度を低下させる。また、熱吸収による液滴４４の気化も、生じる蒸気が画定区域２４中の酸素濃度を希釈することにより、爆燃の伝播速度を低下させる。さらに、液滴４４は、熱を吸収することにより、画定区域２４中で爆燃が発生する危険性を減らすと考えられる。液滴４４は、爆燃が起こる前に、例えばスパークのような爆燃を起こしうる発火源、または可燃物の分子の燃焼によって生成される熱を吸収すると考えられる。爆燃を抑制するためには、液滴４４を画定区域２４中に速やかに分散させなければならない。一般に、所定の状態を検出してから約２０〜約１５０ミリ秒以内に画定区域２４中において液滴４４の所望のピーク濃度を達成すべきである。爆発の危険性を減らすためには、所定の状態を検出してから約５０〜約２５０ミリ秒以内に爆燃を消失させることが好ましい。分散手段２０を出る液滴４４の放出率および放出速度は、爆燃抑制システムが所定の状態に対して速やかに反応する能力にとって重要な可変要素である。画定区域２４の単位体積あたりの液滴放出速度は、好ましくは少なくとも約１．５リットル/sec/m³であり、より好ましくは少なくとも約３リットル/sec/m³であり、最も好ましくは少なくとも約５リットル/sec/m³である。大部分の用途では、液滴放出速度は、約０．５〜約５リットル/secの範囲であることが好ましい。液滴４４が分散手段２０を出るときの速度は、好ましくは約１００ft/sec（約３０．４８m/sec）〜約５００ft/sec（約１５２．４m/sec）の範囲であり、より好ましくは約１５０ft/sec（約４５．７２m/sec）〜３００ft/sec（約９１．４４m/sec ）の範囲である。液滴４４に適した液体は、爆燃によって生成される熱を吸収するのに十分な気化熱を有するべきである。この液体は、好ましくは少なくとも約５００cal/gの気化熱を有し、より好ましくは少なくとも約８００cal/gの気化熱を有するものである。適切な液体は、爆燃からの熱吸収によって気化するまで液相に留まるのに十分な沸点を有するべきである。液体は、好ましくは約５０℃以上の沸点を有し、より好ましくは約８０℃以上の沸点を有し、最も好ましくは約９０℃以上の沸点を有するものである。適切な液体は、液滴４４を形成するのに十分な表面張力を有するべきである。液体の表面張力は約０．００６lbs/ft（約０．００７kg/m）を超えないことが好ましい。前記の要素を基準にすると、爆燃抑制システムに好ましい液体は水である。拝察されるとおり、水は廉価で広く利用可能で、環境的にも受け入れられ、毒性をもたない。液体は、液滴４４が爆燃を抑制する能力を高めるための添加物、例えば遊離基捕捉剤を含むことができる。好ましい遊離基捕捉剤は、炭酸水素カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウムおよびそれらの混合物をはじめとするアルカリ金属塩である。遊離基捕捉剤は、液体中、約１％から飽和状態までの濃度を有するべきである。液体は、低温での適用に備えて液体の凝固点を下げるための添加物を含むことができる。拝察されるとおり、水の凝固点は約０℃であり、これは、多くの用途においてシステム温度よりも高い。液体は、グリセリン、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、塩化カルシウムおよびこれらの混合物のような凝固点降下剤を含むことができる。液体は、液滴４４の表面張力を変化させるための添加物を含むことができる。例えば、湿潤剤は、液体の表面張力を下げ、ひいては熱吸収に利用できる自由表面の量を増すため、有効である。適切な湿潤剤としては、界面活性剤が挙げられる。液体は、分散手段２０中での摩擦損失を減らすための添加物を含むことができる。線状ポリマー（１本の直線状の化学鎖であり、分枝をもたないポリマー）が、乱流による摩擦損失を減らすのに最も効果的である。ポリエチレンオキシドが、液体中の乱流による摩擦損失を減らすのに最も効果的なポリマーである。爆燃の抑制を強化するためには、液滴４４は、周囲の雰囲気の温度よりも低い、分散手段２０から退出する時の温度を有するべきである。液滴４４が爆燃によって生成される熱を吸収する速度は、滴表面と、滴４４を包囲する雰囲気との温度差に正比例する。分散手段２０から退出する時の液滴４４の温度は、約５〜約３０℃の範囲であるべきである。感知手段３２は、画定区域２４中の所定の状態を検出するため、画定区域２４内に配置されている。感知手段３２は、約１００ミリ秒未満で所定の状態を検出することができるべきである。爆燃抑制システムの目的は、爆燃の際できるだけ早期に画定区域２４中に爆燃抑制剤を注入することであるため、可燃物検出器が大部分の用途に好ましい感知手段３２である。可燃物検出器とは、画定区域中の可燃物の存在を検出するか、あるいは、その濃度を計測する装置をいう。好ましい可燃物検出器には、可燃ガスインジケータ、引火性蒸気検出器、可燃ガス分析器、火炎イオン化検出器、赤外線型分析器およびそれらの組み合わせがある。他の検出器とは異なり、可燃物検出器は、作動手段４０に対して信号３６を生成するのに爆燃の発生を要しない。それどころか、可燃ガス検出器は、画定区域２４中の爆発レベルの可燃物を爆燃の前に検出することができる。可燃ガス検出器は通常、可燃物の濃度が、可燃物の爆発下限濃度よりも一般に低い指定のレベルを超えたときに作動手段４０に対して信号３６を生成する。表１は、種々の可燃ガスの爆発下限濃度（Ｌ．Ｅ．Ｌ．）を示す。他に可能な感知手段３２には、静圧検出器、昇圧速度検出器、光学式火炎検出器およびそれらの組み合わせがある。閉鎖区域中では一般に静圧検出器、昇圧速度検出器および可燃物検出器が用いられる。光学式火炎検出器および可燃物検出器は一般に開放区域で用いられる。静圧検出器とは、画定区域２４中の静圧が指定のレベルになったときに作動する装置である。圧力が指定のレベル、通常０．５〜１．０psi（約３５１．５〜７０３．０kg/m²）を超えると、静圧検出器は、爆燃の発生を示す信号３６を生成する。昇圧速度検出器とは、画定区域２４中の昇圧速度が指定の速度を超えたときに作動する装置をいう。昇圧速度検出器は、爆燃による画定区域２４中の圧力の増大に基づいて爆燃を検出する。圧力の上昇が指定のレベルを超えると、昇圧速度検出器は、爆燃の発生を示す信号を生成する。一般に、閉鎖区域では、爆燃の場合に圧力が急激に増大する。昇圧速度検出器は通常、大気圧を有意に上回るか下回る作動圧力を有する画定区域２４中で使用される。光学式火炎検出器とは、爆燃による特定波長の赤外線または紫外線を光学的に検出する装置をいう。光学式火炎検出器には、赤外火炎検出器および紫外火炎検出器がある。一般に、光学式火炎検出器は、特定の波長範囲にある赤外線または紫外線のみを光学的に検出する。従って、光学式火炎検出器は、画定区域２４中の可燃物の種類に基づいて選択すべきである。防火システムに通常に使用される火災検出器は、爆燃抑制システムには一般に不適当である。防火システムに使用される検出器には、熱検出器（例えば、固定温度検出器および上昇率検出器）、煙検出器（例えば、イオン化煙検出器および光電煙検出器）および燃焼副生成物の存在を検出するガス感知性火炎検出器がある。上記のように、本発明の重要な側面は、爆燃または爆燃を助長する状態をできるだけ早期に検出することである。従来の防火システムは、検出できるとしても通常は爆燃が終期に近づいてからしか検出できない熱のようなパラメータを検出する。熱は、伝熱速度に依存する速度で伝達される。それに対し、感知手段３２は、爆燃が発生してから約１００ミリ秒以内に検出可能になるパラメータを検出する。例えば、閉鎖区域では、圧力は、爆燃が始まってから数１０ミリ秒以内に画定区域２４中で検出可能な程度に増大する。圧力変化はガスを介して通常は音速で伝達される。上記のように、本発明の爆燃抑制システムは、感知手段３２からの信号３６に応答して分散手段２０を作動させるための、感知手段３２および分散手段２０に動作的に接続された作動手段４０を含む。作動手段４０は、分散手段２０を作動させることができるいかなる装置であってもよい。通常、作動手段４０は、弁３０を作動させて液体を液体供給源３４から分散手段２０に流動させ始める、制御回路のような装置である。液体は通常、弁３０が開くと直ちに分散手段２０に流動し始めるよう、弁３０において少なくとも約５０psi（約３５１５０kg/m²）、より好ましくは少なくとも約１００psi（約７０３００kg/m²）の圧力下で貯蔵されている。弁３０は、分散手段２０にほぼ隣接して位置している。次に、本発明の爆燃抑制システムの動作を説明する。図１〜５を参照すると、画定区域２４中で所定の状態が検出されると、感知手段３２が信号３６を作動手段４０に送信する。上記のように、所定の状態は、爆燃４８を助長するか、爆燃４８そのものであるような画定区域２４中の危険な状態を示す。信号３６に応答して作動手段４０が弁３０を開き、それにより液体供給源３４から分散手段２０に液体が供給される。図２〜５を参照すると、液滴４４の流れ２８が爆燃４８に向かって急速に移動し、爆燃４８を取り囲む。流れの中の液滴４４が爆燃４８から熱を奪う。液滴４４は、伝達された熱によってその温度が上昇し、気化する。得られた蒸気が画定区域２４中の酸素濃度を薄める。爆燃４８によって生成された熱が液滴４４の加熱および気化によって吸収されると、爆燃４８に隣接する可燃物の燃焼速度および爆燃４８の伝播速度が落ちる。十分な熱が液滴４４によって吸収されると、爆燃４８にほぼ隣接して位置する可燃物の温度は、可燃物の燃焼温度よりも低く維持され、爆燃４８は消失する。本発明は更に、爆燃抑制システムにおける分散手段２０として特に有用である液体噴霧装置を備える。しかし、この液体噴霧装置５２は、爆燃の抑制に限定されない。この装置は、液体ミストを画定区域内に分散させることが必要な種々の用途で利用することができる。例えば、従来の防火システムによって火災を消失させるのに利用することができる。図６〜８には、液体噴霧装置５２が示されている。液体噴霧装置５２は、キャリヤガス６８を液体６０に接触させて流体を形成するための接触手段６２と、接触手段６２と連通し、入口８０および出口８４を有するチャネル７６とを備える。チャネル７６は、２枚の同軸ディスク８８、９２の間の空間に形成されている。接触手段６２は、入口８０において２枚の同軸ディスク８８、９２の共通軸上に配置されている。接触手段６２は、液体供給源（図示せず）に接続された第一の導管５６と、キャリヤガス供給源（図示せず）に接続された第二の導管６４とを備え、第一の導管５６と第二の導管６４とが重なり合い、それらの間に環状区域９６が形成されている。第一の導管５６は、第二の導管６４よりも大きな直径を有し、第二の導管６４が第一の導管５６の内部に配置されている部分に環状区域９６が形成されている。環状区域９６の、流れの方向に対して垂直な断面積は、第一の導管５６の、環状区域９６よりも上流側の、流れの方向に対して垂直な断面積よりも小さい。第二の導管６４はキャリヤガス６８の供給源に接続されて、キャリヤガス６８を液体６０に供給して、液滴４４の形成および供給を補助する。キャリヤガス供給源中のキャリヤガス６８は、液体６０に対して不活性であり、液体６０中に実質的に不混和性のいかなるガスであってもよい。適切なキャリヤガスとしては、窒素、二酸化炭素、空気、ヘリウム、アルゴンおよびそれらの混合物が挙げられる。キャリヤガス６８は通常、キャリヤガス供給源中に加圧下で貯蔵される。好ましくは、キャリヤガス６８は、液体噴霧装置５２に実質的に隣接する弁（図示せず）のところで測定して約２００〜約６００psi（約１４０６００〜約４２１８００kg/m²）の範囲の圧力下で貯蔵される。キャリヤガス供給源は、キャリヤガス６８の貯蔵圧に耐えることができるいかなる適切な容器であってもよい。あるいはまた、キャリヤガス供給源６８は、燃焼するとキャリヤガス６８を発生する起爆剤であってもよい。適切な起爆剤には、アジ化鉛、アジ化ナトリウムおよびそれらの混合物がある。接触手段６２は、環状区域９６中、第二の導管６４の側部に、キャリヤガス６８を液体６０と接触させるための多孔質界面７２を含む。この多孔質界面７２は、第二の導管６４の先端９８までは延びていない。多孔質界面７２に適した材料としては、ガラスフリット、多孔質金属、多孔質セラミックスおよびそれらの組み合わせがある。キャリヤガス気泡１００の粒径は、環状区域９６中の液体６０の速度と反比例し、多孔質界面７２の孔径と正比例する。多孔質界面７２における液体の速度は、多孔質界面７２からのキャリヤガス気泡１００をせん断することができ、そのとき、せん断力は速度の増大とともに増す。好ましくは、環状区域９６中の液体の速度は、少なくとも約５０ft/sec（約１５．２４m/sec）である。好ましくは、多孔質界面７２の平均孔径は約１〜約２０ミクロンの範囲である。多孔質界面７２でキャリヤガス６８が液体６０と組合わされた後の環状区域９６中の液体６０とキャリヤガス６８との質量比は、液体６０を液体噴霧装置５２に注入する際の所望の注入速度及び液滴４４ｃが出口８４を出る際の所望の速度に依存する。好ましくは、環状区域９６中の液体６０に対するキャリヤガス６８の質量比は約０．２５を超えない。第二の導管６４中のキャリヤガス６８と、第一の導管５６中の液体６０との相対圧は、環状区域９６中で所望の質量比を達成するのに重要である。キャリヤガスの圧力は一般に液体の圧力を超える。好ましくは、液体の圧力は、キャリヤガスの圧力の約８０〜約９０％である。多孔質界面７２における液体６０の圧力は約５０〜約１５０psi（約３５１５０〜約１０５４５０kg/m²）の範囲であり、キャリヤガス６８の圧力は約７０〜約１５０psi（約４９２１０〜約１０５４５０k g/m²）であるべきである。流体は、環状区域９６から入口８０の下流側にあるマウス部１０２を通過する。マウス部１０２における流動方向に対して垂直なチャネルの断面積は、第一の導管５６の、環状区域９６の上流側の断面積および環状区域９６そのものの断面積よりも大きい。理論によって拘束されることを望まないが、環状区域９６からマウス部１０２への断面積の増大の結果として、マウス部１０２でキャリヤガス６８は膨張し、液体がキャリヤガス６８中に滴４４ａを形成する。換言するならば、環状区域９６では液体６０は流体中の連続相であり、キャリヤガス６８は流体中の不連続相であり、マウス部１０２ではキャリヤガス６８は流体中の連続相であり、液体６０は流体中の不連続相であると考えられる。本明細書に使用する「連続相」とは、流体の少なくとも７５容量％を構成する相をいう。環状区域９６中の流体は、好ましくは約２０〜約７０容量％がキャリヤガスであり、チャネル７６中の流体は、好ましくは約５０〜約９５容量％がキャリヤガスである。チャネル７６は、流体の速度を増すために、マウス部１０２から出口８４までの流動の方向において所定の割合で減少する、流動方向に対して垂直な断面積を有している。チャネル７６は、チャネル７６の断面積を減らし、チャネル７６中の流体の速度を増すための所定の形状を有する面を備える。図７に示すように、この面は、角度θ₂で傾斜しており、この角度θ₂の大きさは液体噴霧装置５２の直径に依存する。断面積の所定の減少率は、チャネル７６中の流体の所望の最大速度に基づく。チャネル７６において、流体は、好ましくは、約１０００ft/sec（約３０４．８ m/sec）を超えず、かつ約１００ft/sec（約３０．４８m/sec）を下回らない速度を有する。このような速度を達成するためには、チャネル７６の長手方向におけるチャネル７６の断面積の減少が通常、少なくとも７５％である。チャネル７６中の最小断面積は、チャネル７６と出口８４とを接合するところのスロート１０８で見られる。拝察されるとおり、チャネル７６中の流体の最大速度はスロート１０８で生じる。スロート１０８における流体圧は、好ましくは約２０psig〜約６０psig（約１４０６０〜約４２１８０kg/m²ケージ圧）の範囲である。スロート１０８の断面積は一般に、第一の導管５６の、環状区域９６の上流側の前記断面積および環状区域９６そのものの断面積よりも小さい。出口８４は、出口８４におけるキャリヤガス６８の膨張によって流体速度を増すために、流体がスロート１０８から出口面１０４に流動する方向において増大し、かつ流動方向に対して垂直な断面積を有している。出口８４の断面積は、出口８４で達成される所望の最大流体速度に基づく所定の割合で増大する。速度の増大は、スロート１０８の圧力と、出口面１０４の圧力との圧力差によって生じる。拝察されるとおり、出口８４の長手方向における断面積の増大は、液体噴霧装置５２の構成によってはゼロである角度θ₁によって達成することができる。流体の流動方向における出口８４の断面積は、２枚のディスク８８、９２の間の距離および同軸ディスク８８、９２の共通軸からの半径方向距離の両方に依存する。好ましくは、流体は、出口８４沿いの第一の位置１１２で超音速を有し、出口８４に沿いの、第一の位置１１２の下流側にある第二の位置１１６で音速を有し、これが液滴４４の粒径を減少させる。出口８４で衝撃波１２０を作り出す、第一の位置１１２での超音速から第二の位置１１６での音速への速度変化は、音速から超音速への遷移および衝撃波をはさんでの圧力不連続性によって液滴４４の粒径を低減する。換言するならば、液滴４４ａは、液滴４４ｂよりも大きな平均粒径を有し、液滴４４ｂは、液滴４４ｃよりも大きな平均粒径を有する。液滴粒径の減少は、液滴４４が、約１．２を超えないウェーバ数を有する結果である。一般に、出口面１０４での液滴４４ｃは、液滴４４ａの平均粒径の約５０％を超えない平均粒径を有すると考えられる。液滴４４ａは、好ましくは約１６０ミクロンを超えないザウタ平均粒径を有し、液滴４４ｃは、好ましくは約８０ミクロンを超えないザウタ平均粒径を有する。液滴４４ｃは、好ましくは出口面１０４で少なくとも約２００ft/sec（約６０．９６m/sec）の速度を有する。スロート１０８の圧力と出口面１０４の圧力との間に圧力差を生じさせるために、チャネル７６の最小断面積は、出口８４の最小断面積よりも小さい。出口８４の最大断面積がチャネル７６に比較して大きめである結果、出口面１０４における流体の圧力は、スロート１０８における流体の圧力よりも小さい。好ましくは、音速および超音速の流体速度を達成するために、出口面１０４における最大流体圧力は、スロート１０８における流体圧力の約５３％を超えない。スロート１０８から出口面１０４までの距離は、出口８４で衝撃波１２０を発生させるのに十分であるべきである。好ましくは、スロート１０８から出口面１０４までの距離は、スロート１０８から衝撃波１２０の形成地点までの距離の少なくとも２倍である。図８に示すように、液体噴霧装置５２はその周囲に流体を絶えず分散させる。液体噴霧装置５２の外周の複数の位置からの液滴４４ｃの分散は、爆燃の効果的な抑制にとって重要である。上記のように、画定区域２４中で爆燃の位置を予測することはしばしば困難である。次に、液体噴霧装置５２の動作を説明する。図６〜８を参照すると、液体噴霧装置５２の動作を開始させるには、第一および第二の導管５６、６４中の弁（図示せず）を開放して、それぞれ液体およびキャリヤガスを装置５２に供給する。あるいはまた、起爆剤がキャリヤガス供給源の場合、起爆剤を燃焼させてキャリヤガス６８を発生させる。液体６０は第一の導管５６を通過し、環状区域９６に進入するときに加速し、多孔質界面７２でキャリヤガス６８と接触する。多孔質界面７２で液体によってキャリヤガス６８に加えられるせん断力が、キャリヤガスの気泡１００を液体６０中に分散させて流体を形成する。環状区域９６から、流体は、チャネル７６のマウス部１０２に注入され、それがキャリヤガス６８を膨張させ、流体速度を減少させ、液体６０をキャリヤガス６８中に噴霧化して液滴４４ａにする。流体がチャネル７６を通過するとき、チャネル７６の断面積が減少し、スロート１０８で流体速度が音速まで増大する。流体がスロート１０８から出口８４を通過するとき、キャリヤガス６８が膨張して、第一の位置１１２で液滴４４ａを超音速まで加速させる。音速から超音速への遷移が液滴４４ａの粒径を減少させて液滴４４ｂにする。キャリヤガス６８の圧力が外部圧に達すると、液滴４４ｂは超音速から音速に減少して衝撃波１２０を生成する。この衝撃波１２０が液滴４４ｂの粒径を液滴４４ｃにまで減少させる。液滴４４ｃは、出口８４により、装置５２を包囲する雰囲気中に分散されて、液滴流を形成する。例１水のミストが爆燃を消失させる能力を測定するためにいくつかの試験を実施した。試験は、鋼の壁を備えた容量約６立方メートルの圧力容器の中で実施した。水のミストを試験容器中に注入することができるよう、スプレーノズル列を設けた。また、チャンバには、従来のスプリンクラヘッドを備え付け、水の流量をチャンバ容積に適切に合わせた。容器には熱電対および圧力変換器を設けて、爆燃中の圧履歴および熱状態を監視した。爆燃を起こすために冗長性の電気発火システムをチャンバ中に配置した。排気後に水素がチャンバに流れ込む際の水素の圧力を水銀柱１ミリメートル未満の絶対圧まで測定することにより、チャンバ中の水素濃度を制御した。発火時に均質な混合物が存在するよう、噴霧装置のノズル気流を利用して、チャンバ中での水素と空気との混合を補助した。これは、発火時の所望のガス圧よりも低い圧力に水素を注入したのち、チャンバに空気を充填し直すことによって達成した。そして、噴霧ノズルによって水のミストを注入する間、空気を噴霧することにより、混合物の圧力を１気圧にするために、更に空気が供給された。各試験において、発火の前に水のミストを混合物に加えた。チャンバ中に設けた噴霧装置への水の注入率は、１秒あたり０．０６リットルであった。試験中、ミスト中の液滴の平均サイズは約４０〜約６０ミクロンの範囲であった。試験において、約２．５〜１２．５リットルの水をチャンバに注入したとき、爆燃は正常に消失した。試験中の水素ガスの濃度は約６容量％であった。例２例１の試験装置を使用し、チャンバ中、１秒あたり１．１リットルの全流量で作動する標準の火災用スプリンクラノズルを用いて試験を実施し、スプリンクラが爆燃を消失させられるかどうかを判定した。試験中の水素ガスの濃度は約６容量％であった。スプリンクラシステムによって作り出される液滴の平均粒径は、約４００〜約８００ミクロンの範囲であった。スプリンクラシステムは一貫して爆燃を消沈させることはできなかった。水素混合物は容易に発火し、測定した圧力プロフィールは、爆燃抑制剤の非存在下で実施したベースライン爆燃から得られたものに非常に類似していた。前記の試験は、水のミストが爆燃を効果的に消失させるが、標準的なスプリンクラシステムによって作り出される滴ではそれができないということを立証する。５０ミクロンよりも大きな滴は、効率的に熱を吸収するのに十分な表面積を有しないと考えられる。大きめの滴は、爆燃の伝播を防ぐのに必要な速度で熱を奪うのに十分な速さでは蒸発しない。それに対して、約８０ミクロンよりも小さい粒径の滴は、熱の吸収に十分な表面積を有している。小さめの滴は、爆燃の伝播を防ぐのに必要な速度で熱を奪うのに十分な速さで蒸発することができる。本発明の種々の実施態様を詳細に説明したが、当業者にとってはこれらの実施態様の変形および応用が理解されよう。しかし、そのような変形および応用が以下の請求の範囲に定める本発明の範囲に該当するということを明示的に理解しなければならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者バッツ、ジェイムスアール. アメリカ合衆国 80237 コロラド州デンバーサウスウィローサークル 3700

Claims

【特許請求の範囲】１．感知装置によって生成される信号に応答して画定区域中の発熱反応を抑制するためのシステムにおける、画定区域中に液滴流を分散させるための装置において、ガスを液体と接触させて流体を形成するための手段と、接触手段と連通し、接触手段から半径方向に外方に延びるチャネルであって、接触手段からの第一の半径方向距離におけるチャネルの断面積が、接触手段からの第二の半径方向距離におけるチャネルの断面積よりも大きく、第一の半径方向距離が第二の半径方向距離よりも小さいチャネルと、チャネルの外周にある出口であって、接触手段からの第三の半径方向距離における断面積が接触手段からの第四の半径方向距離における断面積よりも小さく、第三の半径方向距離が第四の半径方向距離よりも小さい出口とを備え、液体が、チャネルおよび出口の少なくとも一方で超音速を有し、出口が複数の液滴を装置から外方に分散させるの装置。２．複数の液滴を装置から半径方向外方に分散するために、出口が実質的に外周の長さにわたって広がっている請求項１に記載の装置。３．アジ化鉛、アジ化ナトリウムおよびそれらの混合物からなる群より選択される起爆剤を燃焼させることによってガスが生成される請求項１に記載の装置。４．接触手段が、ガスおよび液体の一方をガスおよび液体の他方に導入するための多孔質面を含む請求項１に記載の装置。５．多孔質面の平均孔径が約１〜約２０ミクロンの範囲である請求項４に記載の装置。６．多孔質面に隣接する流体における液体に対するガスの質量比が約０．２５を超えない請求項４に記載の装置。７．接触手段が、ガスを運ぶための第一の導管と、液体を運ぶための第二の導管とを備え、第一の導管の出力が第二の導管の内側に位置し、その出力が多孔質面を備え、同多孔質面が、液体が多孔質面を通過するとき液体をガスと接触させる請求項１に記載の装置。８．第一の導管が、チャネルを貫通して延び、かつチャネルに対して横断方向に配置され、チャネルの上方に位置する液体供給源と、チャネルの下方に位置するガス供給源とを更に含む請求項７に記載の装置。９．流体がチャネルに進入した際、液体がガス中に浮遊する複数の滴を形成するために、チャネルが第一の導管と第二の導管との間の断面積よりも大きな断面積を有する請求項７に記載の装置。１０．該第一の導管と該第二の導管との間の区域中の流体の約２０〜約７０容量％がガスであり、チャネル中の流体の約５０〜約９５容量％がガスである請求項７に記載の装置。１１．出口中の流体の最大圧が、チャネル中の流体の最大圧の約５３％を超えない請求項１に記載の装置。１２．流体が、出口沿いの第一の位置で超音速を有し、第一の位置の下流側にある、出口沿いの第二の位置で音速を有する請求項１に記載の装置。１３．分散手段が、内部空間を間に形成する２枚の同軸ディスクを含み、その内部空間がチャネルおよび出口を含み、接触手段が同軸ディスクの軸に沿って位置し、チャネルに対して横断方向に配置され、同軸ディスクが同軸ディスクの周囲の複数の位置から流体を分散させる請求項１に記載の装置。１４．チャネルが第一の半径方向距離と第二の半径方向距離との間でテーパ状である請求項１に記載の装置。１５．出口が第三の半径方向距離と第四の半径方向距離との間でテーパ状である請求項１に記載の装置。１６．感知装置によって生成される信号に応答して画定区域中の発熱反応を抑制するためのシステムにおける、画定区域中に液滴流を分散させるための装置において、ガスを液体と接触させて流体を形成するための手段と、接触手段と連通するチャネルであって、チャネルの一部における同流体の速度が音速になるように、流体の流動方向に向かって減少する断面積を有するチャネルと、チャネルからの出口であって、出口の第一の部分における流体の速度が超音速になり、第二の部分における速度が音速になるよう、流体の流動方向に向かって増大する断面積を有する出口とを含み、超音速から音速への流体速度の減少が、出口を出る液滴のザウタ平均粒径を減少させる装置。１７．画定区域中に液滴流を分散することによって画定区域中の発熱反応を抑制する方法において、液流が導管中を通過する際、導管中の液体流にガスを導入して、液流中に複数の気泡を形成する工程と、流体を、ガス中に浮遊する液滴流に変換する工程と、流体の流動方向に対して垂直な導管の断面積を減少させることにより、液滴の速度を超音速に増大する工程と、液滴の速度を超音速から音速に減少させ、液滴速度が超音速から音速に減少する際、液滴の平均サイズを減少させる工程と、画定区域中に液滴を分散させる工程とを含む方法。