JP3247132B2

JP3247132B2 - Fluid element

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Publication number: JP3247132B2
Application number: JP32268891A
Authority: JP
Inventors: 信夫小川
Original assignee: 信夫小川
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JPH05164113A

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、流体を適用した流体素
子に係り、特に、対向衝突流体を用いて流路の切り換え
を行う流体素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid element to which a fluid is applied, and more particularly, to a fluid element for switching a flow path by using an opposed collision fluid.

【０００２】[0002]

【従来の技術】一般に、この種の流体素子としては、図
１８に示すように、軸心を同一とし、流体を吐出する略
同一のノズル内径ｄ01を有する第１ノズル１と第２ノズ
ル２とがそれぞれ相互に対向するように配設され、この
一対のノズル１，２から流体を吐出し、それぞれの流体
を衝突させて流体の衝突面を形成するようにし、この吐
出される流体に対して、円周方向外方より前記第１ノズ
ル１および第２ノズル２とほぼ同一の内径を有する第３
ノズル３から流体を第１ノズル１より吐出される流体に
向かって吐出し、前記第１ノズル１から吐出される流体
を偏向させて衝突面の位置を変化させ、前記第２ノズル
２から吐出される流体の流量あるいは圧力を制御するも
のが知られている。2. Description of the Related Art Generally, as shown in FIG. 18, a fluid element of this type has a first nozzle 1 and a second nozzle 2 having substantially the same inner diameter d01 for discharging fluid as shown in FIG. Are disposed so as to face each other, and a fluid is discharged from the pair of nozzles 1 and 2 so that the respective fluids collide to form a fluid collision surface. A third nozzle having substantially the same inner diameter as the first nozzle 1 and the second nozzle 2 from the outer side in the circumferential direction;
The fluid discharged from the nozzle 3 is directed toward the fluid discharged from the first nozzle 1, the fluid discharged from the first nozzle 1 is deflected to change the position of the collision surface, and the fluid discharged from the second nozzle 2 is discharged. Devices that control the flow rate or pressure of a fluid are known.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た構成からなる従来の流体素子においては、第３ノズル
３から吐出される流体の吐出量により、第１ノズル１か
ら吐出される流体の流れ方向を偏向させて衝突面４の位
置を変化させるようにされている。However, in the conventional fluid device having the above-described structure, the flow direction of the fluid discharged from the first nozzle 1 is controlled by the discharge amount of the fluid discharged from the third nozzle 3. The position of the collision surface 4 is changed by deflection.

【０００４】したがって、前記第３ノズル３から吐出さ
せる流体の吐出量および圧力を制御する制御手段と制御
回路とが必要となるという問題点があった。Therefore, there is a problem that control means and a control circuit for controlling the discharge amount and pressure of the fluid discharged from the third nozzle 3 are required.

【０００５】また、高い応答性（衝突面４の位置の切り
換え速度）を確保するためには、第３ノズル３のノズル
内径ｄ03を、第１ノズル１と第２ノズル２とのノズル内
径ｄ01とほぼ同一とせざるを得ず、第３ノズル３から吐
出させる流体の流量が多くなるという問題点があった。In order to ensure high responsiveness (switching speed of the position of the collision surface 4), the nozzle inner diameter d03 of the third nozzle 3 is made equal to the nozzle inner diameter d01 of the first nozzle 1 and the second nozzle 2. There is a problem that the flow rate of the fluid to be discharged from the third nozzle 3 increases because the flow rate of the fluid must be substantially the same.

【０００６】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
であり、前述した従来のものにおける問題点を克服し、
簡単な構造で、流路の切り換えの高い応答性を有する流
体素子を提供することを目的とする。[0006] The present invention has been made in view of these points, and overcomes the above-mentioned problems in the conventional art.
It is an object of the present invention to provide a fluid element having a simple structure and high responsiveness of switching a flow path.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ため本発明の流体素子は、流体排出手段を少なくとも２
箇所設けた筐体内に、軸心を同一として相互に対向する
ように配設された流体を吐出する少なくとも一対の流体
吐出手段と、前記各流体吐出手段から吐出される流体の
中心軸上部分のみにおける流体の運動量に影響を与えて
対向する流体の衝突面を当該運動量変化位置へ移動させ
る流体中心軸外乱手段とを設けたことを特徴としてい
る。In order to achieve the above-mentioned object, a fluid element according to the present invention comprises at least two fluid discharge means.
A housing provided location, at least a pair of fluid discharge means for discharging a provided fluid so as to face each other on the axis as the same, <br/> center of the fluid discharged from each of the fluid delivery means A fluid center axis disturbance means for affecting the momentum of the fluid only in the on-axis portion and moving the collision surface of the opposing fluid to the momentum change position is provided.

【０００８】[0008]

【作用】ところで、二つの流体が対向し衝突をするとい
ういわゆる対向流は、流体工学上の基礎的問題として古
くから研究されている。そして、この流れ場の特徴は空
間に衝突面が形成されることにある。The so-called counterflow, in which two fluids face each other and collide, has been studied for a long time as a fundamental problem in fluid engineering. The feature of this flow field is that a collision surface is formed in the space.

【０００９】また、従来の研究は、衝突面位置を含む流
れ場が流体のノズル出口における初期条件、例えば、運
動量の比により決定されるということを前提としてい
た。Also, previous studies have assumed that the flow field, including the location of the collision surface, is determined by the initial conditions at the nozzle exit of the fluid, eg, the momentum ratio.

【００１０】本発明は、本発明者らが永年にわたり鋭意
研究を行ってきた乱流および層流の噴流の研究において
発見された以下の事実に基づくものである。The present invention is based on the following facts discovered in the study of turbulent and laminar jets which the present inventors have been studying for many years.

【００１１】これは、対向衝突噴流における衝突面位置
は、流体の軸中心での流れの状態が重要な役割をなして
いるという事実である。This is a fact that the position of the collision surface in the opposed collision jet plays an important role in the state of the flow at the axial center of the fluid.

【００１２】すなわち、例えば二つの同じ大きさのノズ
ルから噴出する乱流噴流により形成される対向衝突噴流
の場合、シュリーレン法による可視化によれば、衝突面
位置は非常に不安定でありミクロ的に見ると特定の位置
に衝突面位置が固定されることがないことと、流体が互
いに対向した二つのノズルから吐出され、流体の衝突面
が形成される場合に、その流体の対向する二つのノズル
の間に、噴流に対して直角に平板を挿入しても、平板の
縁が噴流中心軸に達しない限り流体の衝突面は移動せ
ず、平板の縁が噴流中心軸に達すると衝突面は平板の位
置に移動するという事実による。That is, for example, in the case of an opposing impinging jet formed by turbulent jets ejected from two nozzles of the same size, according to the visualization by the Schlieren method, the position of the impinging surface is very unstable, and When viewed, the collision surface position is not fixed at a specific position, and when the fluid is discharged from the two nozzles facing each other and the collision surface of the fluid is formed, the two nozzles of the fluid facing each other Even if a flat plate is inserted at right angles to the jet, the collision surface of the fluid does not move unless the edge of the flat plate reaches the jet center axis. Due to the fact that it moves to the position of the flat plate.

【００１３】また、その後の研究により、衝突面の左右
の流体の釣合から、衝突面の左右の流体の流速が略同一
の場合には、一方の流体中心軸上の流れの乱れを増加し
た場合に、当該一方の流体により大きな流速を与えない
限り、衝突面での力のバランスが崩れ衝突面は乱れの大
きい方へ移動することが本発明者らが導いた次式により
検証できる。Further, according to a subsequent study, from the balance between the left and right fluids on the collision surface, when the flow rates of the left and right fluids on the collision surface are substantially the same, the turbulence of the flow on one fluid center axis is increased. In this case, it can be verified by the following formula derived by the present inventors that the balance of the force at the collision surface is disturbed and the collision surface moves toward the direction of larger disturbance unless the one fluid is given a larger flow velocity.

【００１４】本発明は、前述した自然現象を流路の切り換え等を行う
流体素子に適用したものであり、軸心を同一として相互
に対向するように配設された一対の流体吐出手段から吐
出される流体は衝突面を形成する。そして、この衝突面
の位置は、流体中心軸外乱手段により流体中心軸上に流
れの乱れを付与すると、その流体中心軸上に乱れを付与
した位置に衝突面が移動する。さらに、この衝突面を少
なくとも２つの位置に固定することができ、この衝突面
の各固定位置に流体排出孔を設け、このそれぞれの流体
排出孔へ流体の衝突面を切り換えて排出することができ
る。[0014] The present invention is an application of the above-described natural phenomena to a fluid element that performs switching of a flow path and the like. Fluid ejected from a pair of fluid ejecting means disposed so as to face each other with the same axial center is provided. Form a collision surface. When the position of the collision surface is disturbed on the fluid central axis by the fluid center axis disturbance means, the collision surface moves to the position where the disturbance is imparted on the fluid central axis. Further, the collision surface can be fixed to at least two positions, and a fluid discharge hole can be provided at each fixed position of the collision surface, and the fluid collision surface can be switched to and discharged from each of the fluid discharge holes. .

【００１５】[0015]

【実施例】以下、本発明による一実施例を図１から図７
について説明する。1 to 7 show an embodiment according to the present invention.
Will be described.

【００１６】図１は本発明に係る流体の流路を切り換え
る流体素子の第１実施例の要部を示すものである。FIG. 1 shows a main part of a first embodiment of a fluid element for switching a fluid flow path according to the present invention.

【００１７】本実施例における流体素子９は、図１に示
すように、筐体として略円筒形状に形成された外筒１０
の両端面１１ａ，１１ｂのそれぞれの軸心部には、流体
を吐出する第１ノズル１２と第２ノズル１３とが、ぞれ
ぞれの内径寸法ｄ11とｄ12とを略同一とし、適宜な離間
距離Ｌを以て、相互に対向するように配設されている。
そして、前記第１ノズル１２と第２ノズル１３とからは
所望の流体が、それぞれ図示しない駆動源により圧力調
整バルブおよび流量調整バルブ等の適宜な制御手段を介
して吐出されるように形成されている。そして、外筒１
０の前記第１ノズル１２と第２ノズル１３との中央部に
は、適宜な大きさの貫通孔１４を有する隔壁１５が配設
されており、前記外筒１０内を２室１７ａ，１７ｂに仕
切っている。As shown in FIG. 1, a fluid element 9 in this embodiment has an outer cylinder 10 formed in a substantially cylindrical shape as a housing.
A first nozzle 12 and a second nozzle 13 for ejecting a fluid are provided at respective axial centers of both end surfaces 11a and 11b with substantially the same inner diameters d11 and d12, respectively, and are appropriately separated from each other. They are arranged to face each other with a distance L.
A desired fluid is discharged from the first nozzle 12 and the second nozzle 13 by a drive source (not shown) through appropriate control means such as a pressure adjusting valve and a flow rate adjusting valve. I have. And outer cylinder 1
In the center of the first nozzle 12 and the second nozzle 13, a partition 15 having a through hole 14 of an appropriate size is provided, and the inside of the outer cylinder 10 is divided into two chambers 17a and 17b. Partitioning.

【００１８】また、それぞれ対向する前記第１ノズル１
２および第２ノズル１３から吐出される流体の流体中心
軸２２と直交する径方向より、前記流体中心軸２２の近
傍に適宜な流体を吐出する第３ノズル１８が流体中心軸
外乱手段として、前記第１ノズル１２の近傍に適宜な離
間距離Ｘｄをもって、かつ、第１ノズル１２から吐出さ
れる流体中心軸から距離Ｌｓだけ若干離間した位置に配
設されている。そして、この第３ノズル１８から吐出さ
れる流体は、図示しない駆動源により圧力調整バルブ、
流量調整バルブ、ソレノイドバルブ等の適宜な制御手段
を介して吐出されるように形成されている。なお、この
流体中心軸外乱手段としては流体に密度変化を付与する
熱、振動、レーザー光線、超音波、微小物体，電場，磁
場等の流体に変化を与えるものであればよく、特に、本
実施例に限定されるものではない。さらに、それぞれの
ノズルの断面形状も仕様により、円形、矩形、多角形等
に変更することができる。The first nozzles 1 facing each other
A third nozzle 18 that discharges an appropriate fluid in the vicinity of the fluid central axis 22 from a radial direction orthogonal to the fluid central axis 22 of the fluid discharged from the second and second nozzles 13 serves as a fluid central axis disturbance means, It is disposed in the vicinity of the first nozzle 12 with an appropriate separation distance Xd and a distance Ls from the central axis of the fluid discharged from the first nozzle 12. The fluid discharged from the third nozzle 18 is supplied to a pressure adjusting valve by a driving source (not shown).
It is formed so as to be discharged through appropriate control means such as a flow control valve and a solenoid valve. The fluid center axis disturbance means may be any means that changes the fluid such as heat, vibration, laser beam, ultrasonic wave, minute object, electric field, magnetic field, etc., which give density change to the fluid. However, the present invention is not limited to this. Further, the cross-sectional shape of each nozzle can be changed to a circle, a rectangle, a polygon, or the like according to specifications.

【００１９】また、前記外筒１０の外周１９の長手方向
両端面近傍には、前記外筒１０内の２室１７ａ，１７ｂ
からそれぞれ流体が排出される流体排出手段として排出
ポート２０ａ，２０ｂがそれぞれ２箇所設けられてい
る。なお、前記外筒１０の内径寸法Ｄは前記第１ノズル
１２と第２ノズル１３とから吐出される流体が、前記そ
れぞれの排出ポート２０ａ，２０ｂから流出できる流路
を形成できる大きさであればよい。そして、前記排出ポ
ート２０ａ，２０ｂの大きさおよび形状、数等も適用す
る流体の種類および流量等により決定すればよい。In the vicinity of both longitudinal ends of the outer periphery 19 of the outer cylinder 10, two chambers 17a, 17b in the outer cylinder 10 are provided.
The discharge ports 20a and 20b are provided at two places as fluid discharge means for discharging the fluid respectively. The inner diameter D of the outer cylinder 10 is large enough to form a flow path through which the fluid discharged from the first nozzle 12 and the second nozzle 13 can flow out of the respective discharge ports 20a and 20b. Good. The size, shape, number, and the like of the discharge ports 20a and 20b may be determined according to the type and flow rate of the fluid to be applied.

【００２０】つぎに、本実施例による流体素子の作用を
図２および図３により説明する。Next, the operation of the fluid element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【００２１】図２に示すように、まず、第１ノズル１２
から流量Ｑ01、第２ノズル１３から流量Ｑ02として、適
宜な流体をそれぞれ図示しない駆動源により圧力調整バ
ルブおよび流量調整バルブ等の適宜な制御手段を介して
吐出させて、衝突面２１を第２ノズル１３の近傍に設け
（Ｑ01＞Ｑ02）、第２ノズル１３の近傍の外筒１０に設
けた適宜な大きさの排出ポート２０ｂから図中矢印Ｅで
示すように流体を排出する（以下、この状態を状態Ａと
呼ぶ）。As shown in FIG. 2, first, the first nozzle 12
From the second nozzle 13 to the flow rate Q02, an appropriate fluid is discharged from a drive source (not shown) through appropriate control means such as a pressure adjusting valve and a flow adjusting valve, and the collision surface 21 is moved to the second nozzle 13. 13 (Q01> Q02), and a fluid is discharged from an appropriately sized discharge port 20b provided in the outer cylinder 10 near the second nozzle 13 as shown by an arrow E in the figure (hereinafter, this state). Is called state A).

【００２２】つぎに、第３ノズル１８から流体を流量Ｑ
03として第１ノズル１２から吐出される流体の流体中心
軸２２に向けて吐出すると、流体中心軸２２の流体に乱
れが生じ図３に示すように、状態Ａで第２ノズル１３の
近傍にあった衝突面２１は、第３ノズル１８の位置へ瞬
時に移動する。そして、第１ノズル１２の近傍の外筒１
０に設けた適宜な大きさの排出ポート２０ａから図中矢
印Ｆで示すように流体を排出することができる（以下、
この状態を状態Ｂと呼ぶ）。なお、前記隔壁１５は排出
ポート２０ａ，２０ｂから排出される流体をより明確に
分離する作用を付与する。Next, the fluid is supplied from the third nozzle 18 to a flow rate Q
When the fluid discharged from the first nozzle 12 is discharged toward the fluid central axis 22 as 03, the fluid of the fluid central axis 22 is disturbed, and as shown in FIG. The impact surface 21 instantaneously moves to the position of the third nozzle 18. Then, the outer cylinder 1 near the first nozzle 12
The fluid can be discharged from the appropriately sized discharge port 20a provided at 0 as shown by an arrow F in the drawing (hereinafter, referred to as an arrow F).
This state is called state B). The partition wall 15 has a function to more clearly separate the fluid discharged from the discharge ports 20a and 20b.

【００２３】したがって、状態Ａと状態Ｂとの２位置切
り換え動作を、第３ノズルから吐出する流体のＯＮ−Ｏ
ＦＦ制御により行うことができる。Accordingly, the two-position switching operation between the state A and the state B is performed by controlling the ON-O of the fluid discharged from the third nozzle.
It can be performed by FF control.

【００２４】なお、図４に示すように、第１ノズル１２
と第２ノズル１３との両者の近傍に第３ノズル１８をそ
れぞれ設けてもよく、本実施例に、特に、限定されるも
のではない。As shown in FIG. 4, the first nozzle 12
Third nozzles 18 may be provided in the vicinity of both the second nozzle 13 and the second nozzle 13, and the third embodiment is not particularly limited to this embodiment.

【００２５】また、図５に示すように、外筒１０内に隔
壁を１５を２箇所設け、外筒１０内に室を３箇所１７
ａ，１７ｂ，１７ｃ形成し、第１ノズル１２を内在させ
た室１７ａに第３ノズル１８ａと排出ポート２０ａを形
成し、第２ノズル１３を内在させた室１７ｂに第３ノズ
ル１８ｂと排出ポート２０ｂを形成し、室１７ｃを前記
部屋１７ａと１７ｂとに両端を隣接させて排出ポート２
０ｃとともに形成すると、第１ノズル１２と第２ノズル
１３とから略同一の流量の流体を吐出させ衝突面２１を
図中中央にある室１７ｃに形成すると流体を図中矢印Ｇ
で示すように排出ポート２０ｃから排出することができ
る。そして、第３ノズル１８ａから流体を吐出させると
衝突面２１は部屋１７ａに形成され流体を図中矢印Ｆで
示すように排出ポート２０ａから排出することができ、
第３ノズル１８ａからの流体の吐出を停止すると同時に
第３ノズル１８ｂから流体を吐出させると衝突面２１は
部屋１７ｂに形成され流体を図中矢印Ｅで示すように排
出ポート２０ｂから排出することができる。これにより
３位置の切り換え動作を行う流体素子を得ることができ
る。As shown in FIG. 5, two partitions 15 are provided in the outer cylinder 10 and three chambers 17 are provided in the outer cylinder 10.
a, 17b, and 17c are formed, the third nozzle 18a and the discharge port 20a are formed in the chamber 17a in which the first nozzle 12 is provided, and the third nozzle 18b and the discharge port 20b are formed in the chamber 17b in which the second nozzle 13 is provided. Is formed, and the chamber 17c is disposed adjacent to both ends of the chambers 17a and 17b at both ends thereof.
0c, the fluid is discharged from the first nozzle 12 and the second nozzle 13 at substantially the same flow rate, and when the collision surface 21 is formed in the chamber 17c at the center in the figure, the fluid is displaced by an arrow G in the figure.
Can be discharged from the discharge port 20c. When the fluid is discharged from the third nozzle 18a, the collision surface 21 is formed in the room 17a, and the fluid can be discharged from the discharge port 20a as shown by an arrow F in the figure,
When the discharge of the fluid from the third nozzle 18a is stopped and the fluid is discharged from the third nozzle 18b at the same time, the collision surface 21 is formed in the room 17b, and the fluid can be discharged from the discharge port 20b as shown by the arrow E in the figure. it can. Thus, it is possible to obtain a fluid element that performs a three-position switching operation.

【００２６】また、本発明による流体素子の状態Ａと状
態Ｂとの切り換え動作は、図１に示すように、第１ノズ
ル１２と第２ノズル１３とのノズル間距離Ｌ、第１ノズ
ル１２または第２ノズル１３から吐出される流体の流体
中心軸と第３ノズル１８との距離Ｌｓ（セットバッ
ク）、第３ノズル１８から吐出される流体の流量Ｑ03等
が影響を与える。Further, the switching operation between the state A and the state B of the fluid element according to the present invention is performed by the distance L between the first nozzle 12 and the second nozzle 13, the first nozzle 12 or the second nozzle 13 as shown in FIG. The distance Ls (setback) between the fluid center axis of the fluid discharged from the second nozzle 13 and the third nozzle 18, the flow rate Q03 of the fluid discharged from the third nozzle 18, and the like have an effect.

【００２７】つぎに、本発明による流体素子の種々の性
能実験の一例として、セットバックＬｓをパラメータと
して衝突面の無次元切換時間Ｔ＝ｔ／ｔ0 （ｔ：切換時
間，ｔ0 ＝Ｌ／ｕ2 ，ｕ2 ：第２ノズル１３の出口流
速）との関係について図６に示す構成からなる装置を適
用し実験を行った。なお、流体の全圧は半導体圧力計で
測定し、ストレージスコープで記録した。Next, as an example of various performance experiments of the fluid element according to the present invention, the dimensionless switching time T = t / t0 (t: switching time, t0 = L / u2, With respect to the relationship with u2 (flow velocity at the outlet of the second nozzle 13), an experiment was conducted by applying an apparatus having the configuration shown in FIG. The total pressure of the fluid was measured with a semiconductor pressure gauge and recorded with a storage scope.

【００２８】図７に前記実験結果を示す。この実験結果
から明白なように、セットバックＬｓを１ｍｍ，２ｍ
ｍ，３ｍｍ，４ｍｍとした実験では、当初セットバック
Ｌｓが１ｍｍの場合に第３ノズル１８から流量Ｑ03にて
吐出される流体（以下、制御流という）が第１ノズル１
２から流量Ｑ01にて吐出される流体（以下、噴流とい
う）の中心軸に到達する時間が最も短く、最小の切換時
間が得られると推考されたが、実験結果からはセットバ
ックＬｓが２ｍｍの場合に最小の切換時間が得られた。
この実験結果から、制御流が噴流の流体中心軸に及ぼす
影響は、噴流の流体中心軸上の乱れを増加させるだけで
なく、噴流の流体中心軸およびその近傍の平均流の運動
量の一部を、噴流の流体中心軸から垂直の方向へ輸送す
るものと推考される。FIG. 7 shows the experimental results. As is apparent from the experimental results, the setback Ls was set to 1 mm and 2 m.
In the experiments with m, 3 mm, and 4 mm, when the setback Ls was initially 1 mm, the fluid discharged from the third nozzle 18 at the flow rate Q03 (hereinafter referred to as the control flow) was the first nozzle 1
It was presumed that the time required to reach the central axis of the fluid (hereinafter, referred to as a jet) discharged at the flow rate Q01 from 2 was the shortest and the minimum switching time was obtained. However, from the experimental results, the setback Ls was 2 mm. In this case, a minimum switching time was obtained.
The experimental results show that the influence of the control flow on the jet center axis not only increases the turbulence on the jet center axis, but also reduces part of the momentum of the average flow near the jet center axis. It is presumed that the jet is transported in a direction perpendicular to the fluid center axis of the jet.

【００２９】したがって、噴流の流体中心軸を含むある
一定の範囲に制御流の影響が及ぶように第３ノズル１８
を設置すると、衝突面の移動が効果的に行われ、切換時
間を短くさせることができる。Therefore, the third nozzle 18 is controlled so that the control flow affects a certain range including the fluid center axis of the jet flow.
Is installed, the collision surface is effectively moved, and the switching time can be shortened.

【００３０】また、制御流と噴流の流量比がＱ03／Ｑ01
＞０．０７の領域においては、セットバックＬｓの距離
にかかわらず衝突面の切換時間Ｔはほぼ１に集束するこ
とが判明した。そして、制御流が大きくなると、噴流に
よる影響が相対的に小さくなり、衝突面の切換時間がセ
ットバックＬｓの短い場合に近くなる。さらに、制御流
の流量Ｑ03は噴流の流量Ｑ01に比べて極微量でよい。The flow ratio between the control flow and the jet flow is Q03 / Q01.
In the region of> 0.07, it has been found that the switching time T of the collision surface converges substantially to 1 regardless of the distance of the setback Ls. When the control flow becomes large, the influence of the jet flow becomes relatively small, and the switching time of the collision surface becomes closer to the case where the setback Ls is short. Further, the flow rate Q03 of the control flow may be very small compared to the flow rate Q01 of the jet flow.

【００３１】よって、本発明の流体素子は従来と異な
り、流体の切換制御が確実に行えるとともに、簡単な構
造で、かつ、コンパクトにでき、流路の切換応答性が向
上し、制御流の消費量が少なくてすみ、流体素子の効率
を格段に向上させることができる。Therefore, unlike the conventional fluid element, the fluid element of the present invention can reliably control the switching of the fluid, can have a simple structure and can be made compact, improve the switching response of the flow path, and consume the control flow. The amount can be reduced, and the efficiency of the fluid element can be remarkably improved.

【００３２】なお、前記本発明による流体素子は、防爆
の必要な化学プラントの流体を使用したアクチェータの
切換スイッチ等に適用することができ、さらに、複数の
流体素子を接続して使用することができ、論理回路を構
成することができる。さらに、流体は空気、油等適宜な
ものを適用することができる。The fluid element according to the present invention can be applied to a changeover switch of an actuator using a fluid of a chemical plant requiring explosion-proof, and further, a plurality of fluid elements can be connected and used. And a logic circuit can be formed. Further, as the fluid, an appropriate one such as air or oil can be applied.

【００３３】また、衝突面を流体中心軸外乱手段により
移動させることで第１ノズル１２から吐出される流体の
流量または流速を制御することもできる。Further, by moving the collision surface by the fluid center axis disturbance means, the flow rate or the flow rate of the fluid discharged from the first nozzle 12 can be controlled.

【００３４】さらに、各ノズルから吐出する流体は層流
でも乱流でもよい。Further, the fluid discharged from each nozzle may be laminar or turbulent.

【００３５】つぎに、他の適用例について以下に説明す
る。Next, another application example will be described below.

【００３６】まず、例えば、フィルム、注射針、ワイヤ
等の製造ライン中に位置センサとして用いた適用例につ
いて説明すると、図８に示すように、互いに対向する第
１ノズル１２と第２ノズル１３より空気を吐出させる。
そして、被検出物２３例えば、フィルム、注射針、ワイ
ヤの等がノズル間を通過するようにする。すると、被検
出物２３が第１ノズル１２から吐出される流体の流体中
心軸２２と交差すると、前述した第３ノズル１８の作用
と同様に、衝突面２１が移動する。この衝突面２１の位
置を流体中心軸２２と平行に離間した位置に設けた半導
体圧力計等の適宜な衝突面位置検出機器により検出する
ことで被検出物２３の位置をミクロンオーダーにて特定
することができる。また、所望の位置に被検出物２３が
位置するか否かを特定させることができ、これらの情報
を製造ラインにフィードバックして製造ラインの制御を
することができる。First, an example of application as a position sensor in a production line for a film, a needle, a wire, etc. will be described. As shown in FIG. Discharge air.
Then, the detection target 23, for example, a film, an injection needle, a wire, or the like passes between the nozzles. Then, when the detection target 23 intersects with the fluid center axis 22 of the fluid discharged from the first nozzle 12, the collision surface 21 moves similarly to the operation of the third nozzle 18 described above. By detecting the position of the collision surface 21 with an appropriate collision surface position detection device such as a semiconductor pressure gauge provided at a position separated in parallel with the fluid center axis 22, the position of the detection target 23 is specified on the micron order. be able to. Further, it is possible to specify whether or not the detected object 23 is located at a desired position, and it is possible to feed back such information to the production line to control the production line.

【００３７】また、前記各ノズルの１２，１３の形状を
図９に示すように、２次元（長方形）とすると流体中心
軸２２の形状が２次元となる。そして、前記被検出物２
３は正確に平行にこの２次元化された噴流の長手方向の
中心２４と交差しないと衝突面２１の移動が正確に行わ
れず移動位置がずれる。このことから被検出物２３の傾
斜角度と衝突面２１の移動位置との情報を適宜なコンピ
ュータ等の機器に予め記憶させ、実際の衝突面２１の位
置情報と比較させることで、傾斜センサとして適用する
ことができる。If the shapes of the nozzles 12 and 13 are two-dimensional (rectangular) as shown in FIG. 9, the shape of the fluid center axis 22 is two-dimensional. Then, the object to be detected 2
3 is not exactly parallel and does not intersect with the longitudinal center 24 of this two-dimensional jet, the collision surface 21 is not accurately moved, and the movement position is shifted. From this, information about the inclination angle of the detected object 23 and the moving position of the collision surface 21 is stored in advance in an appropriate computer or the like, and is compared with the actual position information of the collision surface 21 to be applied as an inclination sensor. can do.

【００３８】つぎに、固気、気液等の２相流の分離器と
して用いた適用例について説明すると、図１０に示すよ
うに、例えば、第１ノズル１２からは気体に粒子を含ん
だ２相流を吐出させ、第２ノズル１３からは気体の単相
流を吐出させて、各ノズル間の流体中心軸２２の適宜な
位置に図に示すような針形状をした個体の分離部材２５
を設ける。すると、分離部材２５の位置に衝突面２１が
急激に形成され各ノズル１２，１３から吐出された気体
は図中実線で示す矢印Ｈの方向に流路を形成する。そし
て、第１ノズル１２から気体とともに吐出される粒子２
６は質量と慣性とにより、図中破線で示す矢印Ｉの方向
に流路を形成する。よって、矢印Ｈと矢印Ｉとの位置に
図示しない所望の排出ポートを設けると、気体と粒子２
６とを簡単な構造で確実に分離することができる。Next, a description will be given of an application example in which the present invention is used as a separator for two-phase flow of solid-gas, gas-liquid or the like. As shown in FIG. A phase flow is discharged, a single-phase flow of gas is discharged from the second nozzle 13, and a needle-shaped individual separating member 25 having a needle shape as shown in FIG.
Is provided. Then, the collision surface 21 is sharply formed at the position of the separation member 25, and the gas discharged from each of the nozzles 12 and 13 forms a flow path in the direction of the arrow H indicated by the solid line in the figure. The particles 2 discharged together with the gas from the first nozzle 12
Numeral 6 forms a flow path in the direction of arrow I indicated by a broken line in the figure due to mass and inertia. Therefore, if a desired discharge port (not shown) is provided at the position of arrow H and arrow I, the gas and particles 2
6 can be reliably separated by a simple structure.

【００３９】また、粒子２６の吐出流路は粒子２６の質
量と慣性とで、言い替えると粒子径により流路が変わる
ので、適宜な位置に複数の粒子２６の排出ポートを複数
設けると、粒子２６を分級することができる。The discharge flow path of the particles 26 varies depending on the mass and inertia of the particles 26, in other words, the flow path changes depending on the particle diameter. Can be classified.

【００４０】さらに、前記分離部材２５を流体中心軸２
２に沿って移動させると、分離状態を制御することがで
きる。Further, the separation member 25 is connected to the fluid center shaft 2.
By moving along 2, the separation state can be controlled.

【００４１】また、２相流を重量方向垂直下方に吐出さ
せると、粒子２６は重力方向下方に落下し、気体は重力
方向水平に曲折させることができる。When the two-phase flow is discharged vertically downward in the weight direction, the particles 26 fall downward in the direction of gravity, and the gas can be bent horizontally in the direction of gravity.

【００４２】つぎに、燃焼器のスタビライザに用いた適
用例について説明すると、図１１に示すように、第１ノ
ズル１２から燃料を吐出し、第２ノズル１３から酸化剤
を吐出させ、流体中心軸２２の適宜な位置に図に示すよ
うな針形状をした衝突面の位置を固定する衝突面位置固
定部材２７を設けると、この衝突面位置固定部材２７の
位置に衝突面２１が固定され、適宜な着火装置により点
火させると、火炎が衝突面２１の位置で安定する。そし
て、火炎が安定するので多量の燃料を燃焼させることが
できる。そして、前記衝突面位置固定部材２７を流体中
心軸２２に沿って適宜な方法により移動させると、燃料
と酸化剤の空燃比（燃料と酸化剤との比率）を変化させ
るとともに、空燃比を制御することが簡単な構造で、か
つ、極めて小さい装置で行える。さらに、前記衝突面位
置固定部材２７として音波を適用すると前記衝突面位置
固定部材２７に対する火炎の影響を除去することができ
る。Next, an example of application to a stabilizer of a combustor will be described. As shown in FIG. 11, a fuel is discharged from a first nozzle 12, an oxidant is discharged from a second nozzle 13, and a fluid center axis is formed. When the collision surface position fixing member 27 for fixing the position of the needle-shaped collision surface as shown in the figure is provided at an appropriate position of the collision surface 22, the collision surface 21 is fixed at the position of the collision surface position fixing member 27, and When ignited by a suitable ignition device, the flame is stabilized at the position of the collision surface 21. And since the flame is stabilized, a large amount of fuel can be burned. When the collision surface position fixing member 27 is moved along the fluid center axis 22 by an appropriate method, the air-fuel ratio between fuel and oxidant (the ratio between fuel and oxidant) is changed and the air-fuel ratio is controlled. It can be performed with a simple structure and with an extremely small device. Further, when a sound wave is applied as the collision surface position fixing member 27, the influence of the flame on the collision surface position fixing member 27 can be eliminated.

【００４３】つぎに、２液混合器に用いた適用例につい
て説明すると、図１２に示すように、互いに対向する第
１ノズル１２と第２ノズル１３より異なる適宜な流体を
吐出させて衝突面２１が図中矢印Ｊ，Ｋで示す２箇所に
なるように図示しない適宜な流体中心軸外乱手段を設
け、この衝突面２１，２１を交互に切り換えると、第１
ノズル１２と第２ノズル１３より吐出される流体を衝突
面２１，２１との切換により発生する振動を利用して混
合させることができる。この２液混合器は、小型で構造
が簡単であり、例えば、２液タイプの接着剤の混合器お
よび従来のスタティックミキサあるいはダイナミックミ
キサの等の２液タイプのシーラントの混合器等の２液を
混合した直後に吐出させるものに適用できる。Next, an application example used for the two-liquid mixer will be described. As shown in FIG. 12, an appropriate fluid different from the first nozzle 12 and the second nozzle 13 facing each other is discharged to form the collision surface 21. When the impact surfaces 21 and 21 are alternately switched, a suitable fluid center axis disturbance means (not shown) is provided so that the two positions indicated by arrows J and K in FIG.
The fluid discharged from the nozzle 12 and the second nozzle 13 can be mixed using the vibration generated by switching between the collision surfaces 21 and 21. The two-liquid mixer is small and simple in structure. For example, it can be used for two-liquid adhesive mixers and two-liquid sealant mixers such as conventional static mixers or dynamic mixers. The present invention can be applied to a device that is discharged immediately after mixing.

【００４４】つぎに、流体の衝突面２１を移動させるこ
となく噴流の圧力制御と拡散範囲の制御を同時に行う応
用例について説明する。Next, an application example in which the jet pressure control and the diffusion range control are performed simultaneously without moving the fluid collision surface 21 will be described.

【００４５】この応用例は、本発明者らが前述した対向
衝突噴流に関する研究中に見いだした下記の現象に基づ
くものである。This application example is based on the following phenomenon found by the present inventors during the study on the above-mentioned impinging jet.

【００４６】すなわち、ノズルから吐出する流体に流体
中心軸外乱手段により流体中心軸２２上に流れの乱れを
付与すると、流体中心軸外乱手段の位置で、あたかもオ
リフィスを通過した流体が圧力降下を起こし拡散するの
と同様な現象が発生する。That is, when the fluid discharged from the nozzle is disturbed on the fluid center axis 22 by the fluid center axis disturbance means, the fluid passing through the orifice causes a pressure drop at the position of the fluid center axis disturbance means. A phenomenon similar to spreading occurs.

【００４７】この現象をスプレーノズルとした適用例に
ついて説明すると、図１３に示すように、ノズル２８の
流量を一定としたままでノズル２９から吐出される制御
流の流量を可変とすることにより、噴流の圧力制御と拡
散範囲の制御を同時に行うことができる。An application example of this phenomenon using a spray nozzle will be described. As shown in FIG. 13, the flow rate of the control flow discharged from the nozzle 29 is made variable while keeping the flow rate of the nozzle 28 constant. The control of the jet pressure and the control of the diffusion range can be performed simultaneously.

【００４８】また、制御流をノズル２８の途中から図示
しない適宜な制御バルブを介して伏流として制御流とす
ることができ、消防用ホースのノズルとして適用するこ
ともできる。Further, the control flow can be changed from the middle of the nozzle 28 to the control flow as an underflow through an appropriate control valve (not shown), and can be applied as a nozzle of a fire hose.

【００４９】また、前述したように流体中心軸外乱手段
として、光，磁気，電気等を適用できるので、これらの
物理量と流体との変換素子として応用することができ
る。これらの変換素子としての応用例について図１４か
ら図１６により説明する。Further, as described above, light, magnetism, electricity, etc. can be applied as the fluid center axis disturbance means, so that it can be applied as a conversion element between these physical quantities and fluid. Application examples of these conversion elements will be described with reference to FIGS.

【００５０】図１４に示すように、相互に対向させた第
１ノズル１２と第２ノズル１３とから吐出される流体の
流体中心軸２２に、この流体中心軸２２と直交する径方
向より、レーザ等の光源３０から発せられるレーザ光を
レンズ３１により集束させて、当該光エネルギを流体中
心軸２２部分に集中させ、その光エネルギを集中させた
位置で流体中心軸２２上の流れの乱れを増加させること
により衝突面２１の位置を移動させることで、光の変化
を流体素子の入力とすることができる。そして、必要に
応じて流体に着色をしてその効果を増加させることがで
きる。As shown in FIG. 14, the laser is applied to the fluid center axis 22 of the fluid discharged from the first nozzle 12 and the second nozzle 13 facing each other in a radial direction perpendicular to the fluid center axis 22. The laser light emitted from the light source 30 is focused by the lens 31 so that the light energy is concentrated on the fluid central axis 22 and the turbulence of the flow on the fluid central axis 22 is increased at the position where the light energy is concentrated. By moving the position of the collision surface 21, a change in light can be used as an input of the fluid element. Then, if necessary, the fluid can be colored to increase its effect.

【００５１】また、図１５に示すように、衝突面２１を
移動させる流体中心軸外乱手段として、コイル３２等に
より磁場を生成させ、流体の特性を変化させて流体中心
軸２２上の流れの乱れを増加させることにより衝突面２
１の位置を移動させることで、磁場の変化を流体素子の
入力とすることができる。なお、この場合には、流体が
磁場に対して敏感に反応するように強磁性の物質を流体
に混入させてもよく、さらに、磁性流体でもよい。Further, as shown in FIG. 15, as a fluid center axis disturbance means for moving the collision surface 21, a magnetic field is generated by the coil 32 or the like to change the characteristics of the fluid so that the flow on the fluid center axis 22 is disturbed. Collision surface 2 by increasing
By moving the position 1, the change in the magnetic field can be used as an input to the fluid element. In this case, a ferromagnetic substance may be mixed into the fluid so that the fluid reacts sensitively to a magnetic field, or a magnetic fluid may be used.

【００５２】また、図１６に示すように、衝突面２１を
移動させる流体中心軸外乱手段として、流体中心軸２２
を挟持するようにして径方向に電極３３を２箇所に配設
し、各電極３３，３３の間に放電を行い、流体の特性を
変化させて流体中心軸２２上の流れの乱れを増加させる
ことにより衝突面２１の位置を移動させることで、電場
の変化を流体素子の入力とすることができる。なお、こ
の場合にも、必要に応じて流体に適宜な添加物を混入さ
せることで効果を増加させることができる。As shown in FIG. 16, the fluid center axis disturbance means for moving the collision surface 21 is
The electrodes 33 are arranged at two locations in the radial direction so as to sandwich the electrodes, and discharge is performed between the electrodes 33, 33 to change the characteristics of the fluid and increase the turbulence of the flow on the fluid center axis 22. Thus, by moving the position of the collision surface 21, a change in the electric field can be used as an input of the fluid element. In this case, the effect can be increased by mixing an appropriate additive into the fluid as needed.

【００５３】なお、本発明は、前記実施例に限定される
ものではなく、例えば、図１７に示すように、マグネッ
ト３４を用いて棒状とした微少物体３５を流体中心軸２
２に向けて突出入させるように形成して、衝突面２１を
移動させるようにした流体中心軸外乱手段を適用する
等、必要に応じて種々の変更をすることができる。The present invention is not limited to the above embodiment. For example, as shown in FIG.
Various modifications can be made as necessary, such as applying a fluid center axis disturbance means that is formed so as to protrude toward 2 and moves the collision surface 21.

【００５４】[0054]

【発明の効果】以上説明したように本発明の流体素子に
よれば、流体の切換制御が確実に行えるとともに、簡単
な構造で、流路の切換応答性が向上し、制御流の消費量
が少なくてすみ、流体素子の効率を格段に向上させるこ
とができるという極めて優れた効果を奏することができ
る。As described above, according to the fluid element of the present invention, the switching control of the fluid can be reliably performed, the switching response of the flow path is improved with a simple structure, and the consumption of the control flow is reduced. It is possible to obtain an extremely excellent effect that the efficiency of the fluid element can be remarkably improved by reducing the number of the fluid elements.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明による流体素子の実施例を示す要部の縦
断面図FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part showing an embodiment of a fluid element according to the present invention.

【図２】図１の流体素子の作用を説明する図FIG. 2 is a view for explaining the operation of the fluidic device of FIG. 1;

【図３】図２と同様の図FIG. 3 is a view similar to FIG. 2;

【図４】本発明の他の実施例を示す図１と同様の図FIG. 4 is a view similar to FIG. 1, showing another embodiment of the present invention.

【図５】本発明のさらに他の実施例を示す図１と同様の
図FIG. 5 is a view similar to FIG. 1, showing still another embodiment of the present invention.

【図６】実験装置を示す概略図FIG. 6 is a schematic diagram showing an experimental apparatus.

【図７】セットバックと切換時間との関係を示す特性図FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between setback and switching time.

【図８】位置センサとして適用した応用例を説明する要
部を示す図FIG. 8 is a diagram showing a main part explaining an application example applied as a position sensor.

【図９】図８と同様の図FIG. 9 is a view similar to FIG. 8;

【図１０】２相流の分離として適用した応用例を説明す
る要部を示す図FIG. 10 is a diagram showing a main part explaining an application example applied as separation of a two-phase flow.

【図１１】燃焼器のスタビライザとして適用した応用例
を説明する要部を示す図FIG. 11 is a diagram showing a main part for explaining an application example applied as a stabilizer of a combustor.

【図１２】２液混合器として適用した応用例を説明する
要部を示す図FIG. 12 is a diagram showing a main part explaining an application example applied as a two-liquid mixer.

【図１３】スプレーノズルとして適用した応用例を説明
する要部を示す図FIG. 13 is a diagram showing a main part for explaining an application example applied as a spray nozzle.

【図１４】光−流体変換素子として適用した応用例を説
明する要部を示す図FIG. 14 is a diagram showing a main part for explaining an application example applied as a light-fluid conversion element.

【図１５】磁気−流体変換素子として適用した応用例を
説明する要部を示す図FIG. 15 is a diagram showing a main part for explaining an application example applied as a magnetic-fluid conversion element.

【図１６】電気−流体変換素子として適用した応用例を
説明する要部を示す図FIG. 16 is a diagram showing a main part for explaining an application example applied as an electro-fluid conversion element.

【図１７】他の応用例を説明する要部を示す図FIG. 17 is a diagram showing a main part for explaining another application example.

【図１８】従来の流体素子の要部を示す図FIG. 18 is a diagram showing a main part of a conventional fluid element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

９流体素子１０外筒１２第１ノズル１３第２ノズル１７ａ，１７ｂ，１７ｃ室１８第３ノズル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ排出ポート２１衝突面２２流体中心軸 Reference Signs List 9 fluid element 10 outer cylinder 12 first nozzle 13 second nozzle 17a, 17b, 17c chamber 18 third nozzle 20a, 20b, 20c discharge port 21 collision surface 22 fluid center axis

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15C 1/20 ──────────────────────────────────────────────────続き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) F15C 1/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]

【請求項１】流体排出手段を少なくとも２箇所設けた
筐体内に、軸心を同一として相互に対向するように配設
された流体を吐出する少なくとも一対の流体吐出手段
と、前記各流体吐出手段から吐出される流体の中心軸上
部分のみにおける流体の運動量に影響を与えて対向する
流体の衝突面を当該運動量変化位置へ移動させる流体中
心軸外乱手段とを設けたことを特徴とする流体素子。At least a pair of fluid discharging means for discharging fluids disposed so as to face each other and having the same axis in a housing provided with at least two fluid discharging means, and each of the fluid discharging means. On the central axis of the fluid discharged from
A fluid element, comprising: a fluid center axis disturbance means for influencing the momentum of the fluid in only the portion and moving the collision surface of the opposing fluid to the momentum change position.