JP6876974B2 - Vortic ring generator - Google Patents
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Description
本発明は、渦輪を発生させる渦輪発生装置に関する。 The present invention relates to a vortex ring generator that generates a vortex ring.
従来、この種の渦輪発生装置は、吐出口から短時間に一定量の流体を噴出することで、渦輪を発生している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of vortex ring generator generates a vortex ring by ejecting a constant amount of fluid from a discharge port in a short time (see, for example, Patent Document 1).
図4、図5は、前記公報に記載された従来の渦輪発生装置を示すものである。図4、図5に示すように、ピストン90と、吐出口91と、シリンダ92とから構成されている。
4 and 5 show the conventional vortex ring generator described in the publication. As shown in FIGS. 4 and 5, it is composed of a
しかしながら、前記従来の構成では、ピストンの移動に伴い正回転の渦流と逆回転の渦流とが干渉し、吐出口において渦輪生成時に正方向に回転する渦流を弱めてしまうという課題を有していた。 However, the conventional configuration has a problem that the forward-rotating vortex flow and the reverse-rotating vortex flow interfere with each other as the piston moves, and the vortex flow rotating in the forward direction at the discharge port is weakened when the vortex ring is generated. ..
具体的には、図5に示すように、ピストン90が吐出口91から離れる方向に移動するとき、シリンダ92内に吐出口91から渦輪形成の元となる気体が流入される。この場合、吐出口91付近のシリンダ92内に、渦輪96を形成する際にできる渦流94Aの回転方向とは逆方向に回転する渦流94Bが発生する。そして、この逆回転の渦流94Bが消滅する前に、図4に示したようにピストン90によって気体が押し出されると、逆回転の渦流94Bと正回転の渦流94Aとが干渉して気流が乱れて、遠くまで到達可能な渦輪96を生成することが難しくなる。
Specifically, as shown in FIG. 5, when the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、吐出口において渦輪生成時に、正方向に回転する渦流を弱める気流の乱れを抑制する渦輪発生装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a vortex ring generator that suppresses turbulence of an air flow that weakens a vortex flow that rotates in the positive direction when a vortex ring is generated at a discharge port.
前記従来の課題を解決するために、本発明の渦輪発生装置は、気体を吐出口から吐出することにより渦輪を発生させる渦輪発生装置であって、先端に前記吐出口を有するノズルが形成された前面部と、外部から気体を吸入する吸入口が形成され、前記前面部と対向する背面部と、前記前面部と前記背面部との間に形成された筒部と、前記筒部の内面を前記筒部の軸方向に摺動するピストンと、を備え、前記ノズルは、前記ノズルの後端側に前記軸方向に垂直な断面の断面積が前記ノズルの先端側に向かって漸減する部分を有し、かつ前記ノズルの先端側に前記軸方向に垂直な断面の断面積が一定である部分を有し、前記吐出口の面積は、前記ピストンの前記軸方向に垂直な断面の断面積よりも小さく、前記ピストンには、前記ピストンを前記軸方向に貫通する貫通口と、前記ピストンが前記吐出口に近づく方向に移動する場合に前記貫通口を閉じ、前記ピストンが前記吐出口から離れる方向に移動する場合に前記貫通口を開く第1弁と、が設けられ、前記背面部には、前記ピストンが前記吐出口に近づく方向に移動する場合に前記吸入口を開き、前記ピストンが前記吐出口から離れる方向に移動する場合に前記吸入口を閉じる第2弁が設けられているものとしたものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the vortex ring generator of the present invention is a vortex ring generator that generates a vortex ring by discharging gas from a discharge port, and a nozzle having the discharge port is formed at the tip thereof. A front portion, a suction port for sucking gas from the outside are formed, a back portion facing the front portion, a cylinder portion formed between the front portion and the back portion, and an inner surface of the cylinder portion. e Bei and a piston sliding in the axial direction of the cylindrical portion, part the nozzle, the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the axial direction on the rear end side of the nozzle is gradually reduced toward the tip end of the nozzle have, and has the axial direction is constant cross-sectional area of a cross section perpendicular portion on the tip side of the nozzle, the area of pre-Symbol discharge port, the cross section perpendicular to the axial direction before Symbol piston smaller than the cross-sectional area, the piston includes a through hole that penetrations of the piston in the axial direction, before Symbol piston closes the through hole when moving in a direction toward said discharge port, said piston said A first valve that opens the through port when moving away from the discharge port is provided, and the back surface thereof opens the suction port when the piston moves toward the discharge port. It is assumed that a second valve for closing the suction port is provided when the piston moves in a direction away from the discharge port.
これによって、ピストンが吐出口から離れる方向に移動する場合に貫通口が開くことで吐出口に外部から気体が流入せず、逆回転の渦流が発生しなくなる。 As a result, when the piston moves away from the discharge port, the through port opens, so that gas does not flow into the discharge port from the outside, and a reverse rotation vortex flow does not occur.
本発明の渦輪発生装置は、吐出口において渦輪生成時に、正方向に回転する渦流を弱める気流の乱れを抑制するシリンダ内の気流の乱れ抑制することができる。 The vortex ring generator of the present invention can suppress the turbulence of the airflow in the cylinder, which suppresses the turbulence of the airflow that weakens the vortex flow rotating in the positive direction when the vortex ring is generated at the discharge port.
第1の発明は、気体を吐出口から吐出することにより渦輪を発生させる渦輪発生装置であって、前記気体を吸入する吸入口と前記吐出口とを有する筒部と、前記筒部の内面を該筒部の軸方向に摺動するピストンと、を備え、前記吐出口の面積は、前記軸方向に垂直な前記ピストンの断面の面積よりも小さく、前記ピストンには、前記ピストンを前記軸方向において貫通する貫通口が形成されており、前記ピストンは、前記ピストンが前記吐出口の方向に移動する場合に前記貫通口を閉じ、前記ピストンが前記吐出口から離れる方向に移動する場合に前記貫通口を開く第1弁を有することで、ピストンが吐出口から離れる方向に移動する場合に貫通口が開き、吐出口に外部から気体が流入するのを防ぐ。これにより、逆回転の渦流が発生するのが抑えられ、正回転の渦流が弱まることを防ぐことで、生成した渦輪内の渦流が弱まることを防止できる。また、シリンダ内の気流の乱れが収まるのを待つ必要がなくなるので、渦輪の生成頻度を高めて空気の搬送量を増やすことができる。 The first invention is a vortex ring generator that generates a vortex ring by discharging a gas from a discharge port, wherein a cylinder portion having a suction port for sucking the gas and the discharge port and an inner surface of the cylinder portion are formed. A piston that slides in the axial direction of the tubular portion is provided, and the area of the discharge port is smaller than the area of the cross section of the piston that is perpendicular to the axial direction. The through hole is formed, and the piston closes the through port when the piston moves in the direction of the discharge port, and the piston closes the through port when the piston moves in the direction away from the discharge port. By having the first valve that opens the port, the through port opens when the piston moves away from the discharge port, and it is possible to prevent gas from flowing into the discharge port from the outside. As a result, the generation of the vortex flow of the reverse rotation is suppressed, and the vortex flow in the generated vortex ring can be prevented from being weakened by preventing the vortex flow of the forward rotation from being weakened. Further, since it is not necessary to wait for the turbulence of the air flow in the cylinder to be settled, the frequency of forming the vortex ring can be increased and the amount of air transported can be increased.
第2の発明は、特に、第1の発明の渦輪発生装置において、前記ピストンが前記吐出口の方向に移動する場合に前記吸入口を開き、前記ピストンが前記吐出口から離れる方向に移動する場合に前記吸入口を閉じる第2弁をさらに備えることで、気体の搬送量を少なくするためにピストンの往復摺動速度を小さくした場合であっても正回転の渦流が弱まることを防ぐことができる。具体的には、吐出口からピストンが離れるときに第1弁を開く気体の慣性力が弱まっても、第2弁を設けたことで、背面側空間の気体は第2弁で密閉されるので、ピストンが吐出口から離れる方向に移動しても、背面側空間の気体は筒部外に移動することがなく、貫通口を介して前面側空間に確実に移動するので、前面側空間の気体圧力は低下せず、吐出口からの外部気体の流入を防ぐことができる。そのため、正回転の渦流が弱まることを防ぎ、生成した渦輪内の渦流が弱まることを防止できる。 A second invention particularly relates to a case where the suction port is opened when the piston moves in the direction of the discharge port and the piston moves in a direction away from the discharge port in the vortex ring generator of the first invention. By further providing a second valve that closes the suction port, it is possible to prevent the forward rotation vortex flow from being weakened even when the reciprocating sliding speed of the piston is reduced in order to reduce the amount of gas transported. .. Specifically, even if the inertial force of the gas that opens the first valve weakens when the piston separates from the discharge port, the gas in the back space is sealed by the second valve by providing the second valve. Even if the piston moves away from the discharge port, the gas in the back space does not move out of the cylinder and surely moves to the front space through the through port, so the gas in the front space The pressure does not decrease, and the inflow of external gas from the discharge port can be prevented. Therefore, it is possible to prevent the vortex flow in the forward rotation from being weakened and to prevent the vortex flow in the generated vortex ring from being weakened.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1) (Embodiment 1)
以下では、図1〜図3を参照しながら、本実施の形態に係る渦輪発生装置1の構成を説明する。
Hereinafter, the configuration of the
[渦輪発生装置の構成]
図1に示す渦輪発生装置1は、渦輪を吐出する吐出口12が形成された前面部30と、外部空間の気体を吸入する吸入口14が形成された背面部32と、前面部30と背面部32との間に挟まれた筒部10とを有する。上述したピストン20は、筒部10の内面を筒部10の軸方向に摺動する。
[Configuration of vortex ring generator]
The
ここで、前面部30に形成された吐出口12の開口面積は、筒部10の軸方向に垂直なピストン20の断面の面積よりも小さい。吐出口12の形状は円形であるが、楕円形など他の形状であってもよく、必ずしも円形に限定されるものではない。
Here, the opening area of the
前面部30は、ノズル31が形成されており、ノズル31の先端が吐出口12となっている。ノズル31の内部空間の中心軸に垂直な断面の断面積は、吐出口12に向かうにつれて徐々に小さくなり、最終的には一定になっている。
A
なお、本実施の形態では前面部30に吐出口12としてノズル31を形成したが、これに限定されない。例えば、吐出口12は前面部に設けた孔であってもよく、孔の形状も円形、楕円形などの形状でもよい。
In the present embodiment, the
また、筒部10の内径とピストン20の外径とは、ほぼ同じである。また、ピストン20は、筒部10と接する部分にピストンリングを備えていてもよい。
Further, the inner diameter of the
なお、本実施の形態では、筒部10内のピストン20と前面部30との間の空間を「前面側空間42」と呼び、筒部10内のピストン20と背面部32との間の空間を「背面側空間40」と呼ぶことにする。
In the present embodiment, the space between the
ピストン20には、当該ピストン20を、筒部10の軸方向において貫通する貫通口22が形成されている。すなわち貫通口22は、前面側空間42と背面側空間40とを繋ぐ通路である。本実施の形態では、円形の複数の貫通口22が同心円上に等間隔で形成されているがこれに限定されるものではない。
The
なお、貫通口22の数は1つであってもよい。また、貫通口22の位置も図示した位置には限定されない。さらに、貫通口22の形状は楕円形、矩形など円形以外であってもよい。
The number of through
ピストン20は、当該ピストン20が吐出口12の方向に摺動する場合に貫通口22を閉じ、ピストン20が吐出口12から離れる方向に摺動する場合に貫通口22を開く第1弁26を備える。
The
すなわち第1弁26は、背面側空間40の気体を、貫通口22を通って前面側空間42へ移動させる一方、前面側空間42の気体の背面側空間40への移動を防止する逆止弁である。
That is, the
また、背面部32には、外部空間の気体を吸入する吸入口14が形成されている。吸入口14は、外部空間と背面側空間40とを繋ぐ通路である。
Further, a
本実施の形態では、矩形の吸入口14が背面部32の上部に1つ形成されている。なお、吸入口14の数は複数であってもよい。また、吸入口14の位置も図示した位置に限定されない。さらに、吸入口14の形状は矩形以外の円形、楕円形であってもよい。
In the present embodiment, one
背面部32は、ピストン20が吐出口12の方向に移動する場合に吸入口14を開き、ピストン20が吐出口12から離れる方向に移動する場合に吸入口14を閉じる第2弁16を備える。
The
すなわち第2弁16は、外部空間の気体を、吸入口14を通って背面側空間40へ移動させ、背面側空間40の気体の外部空間への移動を防止する逆止弁である。
That is, the
また、渦輪発生装置1のピストン20を摺動させるための運転方法としては、例えば、モータ(不図示)を駆動源としたクランク機構(不図示)により、ピストン20を筒部10の軸方向に沿って直線運動させる方法があるが、これに限定されるものではない。
Further, as an operation method for sliding the
例えば、上記したモータを駆動源としたクランク機構を用いた場合、モータの回転速度を速くすると、ピストン20の往復摺動速度が速くなるので、渦輪の発生頻度を高くすることができる。反対に、モータの回転速度を遅くすると、ピストン20の往復摺動速度が遅くなるので、渦輪の発生頻度を低くすることができる。すなわち、ピストン20の往復摺動速度で渦輪による気体の搬送量を調整することができる。
For example, when the crank mechanism using the above-mentioned motor as a drive source is used, when the rotation speed of the motor is increased, the reciprocating sliding speed of the
すなわち、ピストン20の往復摺動速度を早くすると気体の搬送量を大きくでき、ピストン20の往復摺動速度を遅くすると気体の搬送量を小さくすることができる。
That is, if the reciprocating sliding speed of the
[動作]
以上のように構成された渦輪発生装置について、以下、その動作、作用を、図1〜図3を参照しながら、説明する。
[motion]
The operation and operation of the vortex ring generator configured as described above will be described below with reference to FIGS. 1 to 3.
図1は、本実施の形態における渦輪発生装置1において、ピストン20が吐出口12から離れる方向に移動するときの渦流の状態を説明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a state of vortex flow when the
図1に示すように、シャフト54が、ピストン20を吐出口12から離れる方向に移動させると、背面側空間40の内部圧力が外部空間の大気圧よりも大きくなる。
As shown in FIG. 1, when the
そのため、背面部32の吸入口14に備えられている第2弁16が閉じ、ピストン20の貫通口22に備えられている第1弁26が開き、背面側空間40の気体が前面側空間42に流出する。
Therefore, the
これにより、前面側空間42への気体の流入は、背面側空間40からの流入が主となるため、外部空間から吐出口12を通って前面側空間42内へと気体が流入することを抑止できる。
As a result, since the inflow of gas into the
その結果、ノズル31内の吐出口12の近傍において、図5に示したような逆回転の渦流94Bの発生が抑止される。
As a result, the generation of the
図2は、本実施の形態における渦輪発生装置1において、ピストン20が吐出口12のある方向に移動するときの渦流の状態を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a state of vortex flow when the
ピストン20が吐出口12から離れる方向への移動が完了した後、図2に示すように、シャフト54が、ピストン20を吐出口12に近づく方向に移動させると、背面側空間40の内部圧力が外部空間の大気圧よりも小さくなる。
After the movement of the
これにより、第1弁26は閉まり、第2弁16は開くことになる。また、前面側空間42内の気体が吐出口12へ向かって押し出される。
As a result, the
このとき、ノズル31内の吐出口12の近傍に、図4に示した渦流94Aと同様の正回転の渦流100が発生する。また、外部空間の気体が、第2弁16の開かれた吸入口14から、背面側空間40内へ流入する。
At this time, a forward-rotating
図3は、本実施の形態に係る渦輪発生装置1において渦輪102が発生するときの渦流の状態を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the state of the vortex flow when the
ピストン20が吐出口12に移動し、図3に示すように、シャフト54が、ピストン20を吐出口12に近づく方向にさらに移動させると正回転の渦流100が発生する。
When the
このとき、ノズル31内の吐出口12の近傍では、第1弁26の働きにより、逆回転の渦流が存在しないため、正回転の渦流100は、図4に示す従来の渦輪発生装置の渦流94Aより強いものとなる。その結果、崩れにくく、遠くまで到達可能な渦輪102を生成することができる。
At this time, since the reverse rotation vortex flow does not exist in the vicinity of the
このように、渦輪発生装置1は、図1〜図3の動作を繰り返すことにより、渦輪102を繰り返し発生させる。
In this way, the
また、逆回転の渦流が消滅するのを待つ必要もないので、崩れにくく、遠くまで到達可能な渦輪を高い頻度で生成することができる。 Further, since it is not necessary to wait for the reverse rotation vortex flow to disappear, it is possible to generate a vortex ring that is hard to collapse and can reach a long distance with high frequency.
以上のように、本実施の形態においては、ピストン20に、ピストン20を軸方向において貫通する貫通口22が形成されており、ピストン20は、ピストン20が吐出口12の方向に移動する場合に貫通口22を閉じ、ピストン20が吐出口12から離れる方向に移動する場合に貫通口22を開く第1弁26を有するものとすることにより、ピストン20が吐出口12から離れる方向に移動する場合に貫通口22が開くことで吐出口12に外部から気体が流入せず、逆回転の渦流が発生しなくなり、正回転の渦流が弱まることを防ぐことで、生成した渦輪内の渦流が弱まることを防止できる。また、シリンダ内の気流の乱れが収まるのを待つ必要がなくなるので、渦輪の生成頻度を高めて空気の搬送量を増やすことができる。
As described above, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、特にピストン20が、吐出口12の方向に移動する場合に吸入口14を開き、ピストン20が吐出口12から離れる方向に移動する場合に吸入口14を閉じる第2弁16をさらに備えることにより、気体の搬送量を少なくするためにピストン20の往復摺動速度を小さくした場合であっても正回転の渦流が弱まることを防ぐことができる。具体的には、吐出口12からピストン20が離れるときに第1弁26を開く気体の慣性力が弱まっても、第2弁16を設けたことで、背面側空間40の気体は第2弁16で密閉されるので、ピストン20が吐出口12から離れる方向に移動しても、背面側空間40の気体は筒部10外に移動することがなく、貫通口22を介して前面側空間42に確実に移動するので、前面側空間42の気体圧力は低下せず、吐出口12からの外部気体の流入を防ぐことができる。そのため、正回転の渦流が弱まることを防ぎ、生成した渦輪内の渦流が弱まることを防止できる。
Further, in the present embodiment, the
上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 Each of the above embodiments is merely an example of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or its main features.
本発明の渦輪発生装置は、シリンダ内の気流の乱れを抑制し、崩れにくく遠くまで到達可能な渦輪を生成することが可能となるので、スポット送風を行う散水装置や空調設備等の用途にも適用できる。 The vortex ring generator of the present invention suppresses the turbulence of the air flow in the cylinder and can generate a vortex ring that does not easily collapse and can reach a long distance. Applicable.
1 渦輪発生装置
10 筒部
12 吐出口
14 吸入口
16 第2弁
20 ピストン
22 貫通口
26 第1弁
30 前面部
31 ノズル
32 背面部
40 背面側空間
42 前面側空間
100 渦流
102 渦輪
1
Claims (1)
先端に前記吐出口を有するノズルが形成された前面部と、
外部から気体を吸入する吸入口が形成され、前記前面部と対向する背面部と、
前記前面部と前記背面部との間に形成された筒部と、
前記筒部の内面を前記筒部の軸方向に摺動するピストンと、を備え、
前記ノズルは、前記ノズルの後端側に前記軸方向に垂直な断面の断面積が前記ノズルの先端側に向かって漸減する部分を有し、かつ前記ノズルの先端側に前記軸方向に垂直な断面の断面積が一定である部分を有し、
前記吐出口の面積は、前記ピストンの前記軸方向に垂直な断面の断面積よりも小さく、
前記ピストンには、前記ピストンを前記軸方向に貫通する貫通口と、前記ピストンが前記吐出口に近づく方向に移動する場合に前記貫通口を閉じ、前記ピストンが前記吐出口から離れる方向に移動する場合に前記貫通口を開く第1弁と、が設けられ、
前記背面部には、前記ピストンが前記吐出口に近づく方向に移動する場合に前記吸入口を開き、前記ピストンが前記吐出口から離れる方向に移動する場合に前記吸入口を閉じる第2弁が設けられている、
渦輪発生装置。 A vortex ring generator that generates a vortex ring by discharging gas from a discharge port .
A front portion in which a nozzle having the discharge port is formed at the tip, and
A suction port for sucking gas from the outside is formed, and the back portion facing the front portion and the back portion
A tubular portion formed between the front surface portion and the back surface portion,
E Bei and a piston sliding in the axial direction of the cylindrical portion of the inner surface of the tubular portion,
The nozzle has a portion on the rear end side of the nozzle whose cross-sectional area perpendicular to the axial direction gradually decreases toward the tip end side of the nozzle, and is perpendicular to the tip end side of the nozzle in the axial direction. It has a portion where the cross-sectional area of the cross section is constant,
Area before Symbol discharge port is smaller than the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the axial direction before Symbol piston,
Said piston includes a through hole that penetrations of the piston in the axial direction, if the previous SL piston moves toward the said discharge opening to close the through hole, in a direction in which the piston moves away from said discharge port A first valve that opens the through-hole when moving is provided.
The back surface is provided with a second valve that opens the suction port when the piston moves toward the discharge port and closes the suction port when the piston moves away from the discharge port. Has been
Vortic ring generator.
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