JP2017020380A - 流体輸送装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】伸縮性を有するチューブ14aを螺旋状に巻き回して形成され、輸送対象流体が内部を流れる螺旋管14を備える。そして、チューブ14aの内部の作動流体を媒質として、チューブ14aの流路断面積を変化させる圧力波を発生させるスピーカ22を備える。
【選択図】図1
Description
以下、図1〜図6を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る流体輸送装置10の全体構成を説明するための図(側面図(A)および流体輸送管12の流体入口側から見た図(B))である。図1に示す流体輸送装置10は、輸送対象の流体が流れる流体輸送管12を備えている。
(流体輸送管の内壁への進行波状の変形の付与による効果と付与実現に関する課題)
図4は、狙いとする進行波状の壁面変形が行われている様子(A)と、適切ではない進行波状の壁面変形が行われている様子(B)とを表した図である。図4(A)は、流体輸送管の内壁に対して、流路の長さ方向に進む進行波状の変形であって当該内壁が流路の径方向に拡大および縮小するという態様の変形を付与することができている様子を表している。このような壁面変形が付与されると、壁面近傍の流れにおいて渦の生成を抑制することができ、流体輸送管内の流れを層流に近づけることができる。その結果、流体輸送管の摩擦抵抗(乱流摩擦抵抗)を低減することができる。進行波状の壁面変形の付与による摩擦抵抗の低減のメカニズムの詳細については、既述した非特許文献1などにおいて報告されている。ここで、現実的には、流体輸送管の内壁が流路の径方向に拡大および縮小するという態様での進行波状の変形を当該内壁に対して適切に与えられる構成をどのように実現できるかが問題となる。
図5は、流体輸送管12の内壁12aに進行波状の変形が与えられている様子を表した図である。スピーカ22により生成された圧力波は、螺旋管14のチューブ14a内の媒質中を螺旋状に伝播していく。その結果として、チューブ14aの流路断面積が変化する。より具体的には、チューブ14aの流路断面が拡大および縮小するという態様でチューブ14aが伸縮する。圧力波が継続して生成されると、チューブ14a内に周期的な圧力脈動が生じ、チューブ14aが周期的に伸縮するようになる(径方向において周期的に拡大および縮小するようになる)。なお、ここでいうチューブ14aの流路断面積とは、チューブ14aの軸方向に垂直な当該チューブ14aの断面(流路断面)の面積のことである。
(良好な摩擦抵抗低減効果を得るうえで好ましい進行波の特性)
上述のように、流体輸送管12の内壁12aに対して進行波状の変形であって流体輸送管12の径方向の変形を与えることにより、流体輸送管12の摩擦抵抗を低減させることができる。本件発明者は、数値流体力学(CFD)を利用した流れのシミュレーションを実施し、壁面変形による摩擦抵抗の低減効果は、流体輸送管12の例がそうであるように進行波の進行方向が流体の流れ方向FDと同一である場合に限らず、進行波の進行方向が流れ方向FDと逆方向である場合にも得られることを確認している。
また、上記の式において、既述されていない各記号は以下の通りである。
ν:流体の動粘度(m2/s)
uτ:壁面摩擦速度(m/s)
Ulam:流体輸送管(螺旋管)の内部を流れる流体の流速(m/s)
次に、進行波の振幅a、波長λおよび位相速度cの3つのパラメータが(1)〜(3)式に従うように構成された流体輸送装置10の具体的な一例について説明する。これらのパラメータが(1)〜(3)式に従う流体輸送装置10は、輸送対象の流体の流速の情報を基に、螺旋管14の各寸法と圧力波の特性とを適切に選択することによって実現することができる。
λp:圧力波の波長(m)
Lr:螺旋管14の周長(m)
N:圧力波の1波長中に圧力波が螺旋状のチューブ14a内を周回した回数を示す指標値
λL:螺旋管14の流路長さLの方向(すなわち、流体の流れ方向FD)で圧力波を見たときの圧力波の擬似波長(m)
UL:L方向(=FD方向)で圧力波を見たときの圧力波の伝播速度(m/s)
次に、図7および図8を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
上述した実施の形態1の螺旋管14においてチューブ14a内に付与される圧力波は、進行方向に進むにつれて徐々に減衰していく。減衰を終えて消滅せずに圧力波がチューブ14aの進行方向の前方側の端部に到達すると、圧力波が反射するという現象が生じる。この際、入射波と反射波との合成により、定在波が生じる可能性がある。定在波が生じると、進行波状の壁面変形を利用した摩擦抵抗の低減効果が目減りするか、無くなるか、もしくは逆に摩擦抵抗が増加してしまう。以下の本実施形態では、圧力波の反射の影響を抑制するうえで好適な構成について説明する。
12、92、102 流体輸送管
14、30、40、50、60、70、94 螺旋管
14a、94a 螺旋管のチューブ
14a1、32a1 圧力波導入口
14a2 圧力波出口
16 外管
18 接着剤
20 蓋状部材
22、82 スピーカ
24 電子制御ユニット(ECU)
26 バッテリ
32 第1螺旋部
32a 第1螺旋部のチューブ
34、42、52、62、72 第2螺旋部
34a、42a、52a、62a、72a 第2螺旋部チューブ
44 吸音材
72a1 単位チューブ
74 連通孔
Claims (12)
- 伸縮性を有するチューブを螺旋状に巻き回して形成され、輸送対象流体が内部を流れる螺旋管と、
前記チューブの内部の作動流体を媒質として、前記チューブの軸方向に垂直な当該チューブの断面の面積である前記チューブの流路断面積を変化させる圧力波を発生させる第1の圧力波発生機と、
を備えることを特徴とする流体輸送装置。 - 前記螺旋管は、前記チューブ内を伝播する圧力波の進行方向の前方側の部位であって当該圧力波を減衰させる圧力波減衰部を含むことを特徴とする請求項1に記載の流体輸送装置。
- 前記螺旋管は、前記圧力波減衰部における前記チューブの流路断面積が前記圧力波減衰部以外の部位における前記チューブの流路断面積よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項2に記載の流体輸送装置。
- 前記圧力波減衰部における前記チューブの内部には、吸音材が封入されていることを特徴とする請求項2または3に記載の流体輸送装置。
- 前記螺旋管は、前記圧力波減衰部が前記圧力波減衰部以外の部位と比べて軟質な材質で構成されていることを特徴とする請求項2〜4の何れか1つに記載の流体輸送装置。
- 前記圧力波減衰部における前記チューブの内壁は、多孔質の素材で構成されていることを特徴とする請求項2〜5の何れか1つに記載の流体輸送装置。
- 前記圧力波減衰部では、螺旋状に巻き回されていることで隣り合う前記チューブの内部通路間を隔てるチューブ壁のうちの一部が切り欠かれていることを特徴とする請求項2〜6の何れか1つに記載の流体輸送装置。
- 前記チューブ内を伝播する圧力波の進行方向の前方側における前記チューブの端部に接続され、前記端部に到達する圧力波に対して逆位相の圧力波を発生させる第2の圧力波発生機をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の流体輸送装置。
- 前記チューブよりも硬質の素材を用いて前記螺旋管を覆うように形成された外管をさらに備えることを特徴とする請求項1〜8の何れか1つに記載の流体輸送装置。
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