JPH094937A - ボルテックスチューブ - Google Patents
ボルテックスチューブInfo
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- JPH094937A JPH094937A JP7148896A JP14889695A JPH094937A JP H094937 A JPH094937 A JP H094937A JP 7148896 A JP7148896 A JP 7148896A JP 14889695 A JP14889695 A JP 14889695A JP H094937 A JPH094937 A JP H094937A
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- tube body
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
- F25B9/04—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 冷却効率が優れており、振動の発生やチ
ューブ本体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出
口温度−入り口温度）の変動が少ないボルテックスチュ
ーブを提供すること。 【構成】 チューブ本体２内の一端側に冷気オリフィス
３を、他端側に暖気バルブ５を、それぞれ配置し、これ
ら相互間における冷気オリフィス３近傍部に、チューブ
本体２内に旋回空気流を起こすべく空気を噴出する複数
のノズル４を設けてあるボルテックスチューブにおい
て、チューブ本体２内における冷気オリフィス３と暖気
バルブ５との間の空域に、チューブ本体２の内径と略一
致する外径の整流体７を配置させてあり、前記整流体７
は、中央部に大貫通孔７０が、前記大貫通孔７０の回り
に等角度間隔で複数の小貫通孔７１がそれぞれ形成され
ている。
ューブ本体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出
口温度−入り口温度）の変動が少ないボルテックスチュ
ーブを提供すること。 【構成】 チューブ本体２内の一端側に冷気オリフィス
３を、他端側に暖気バルブ５を、それぞれ配置し、これ
ら相互間における冷気オリフィス３近傍部に、チューブ
本体２内に旋回空気流を起こすべく空気を噴出する複数
のノズル４を設けてあるボルテックスチューブにおい
て、チューブ本体２内における冷気オリフィス３と暖気
バルブ５との間の空域に、チューブ本体２の内径と略一
致する外径の整流体７を配置させてあり、前記整流体７
は、中央部に大貫通孔７０が、前記大貫通孔７０の回り
に等角度間隔で複数の小貫通孔７１がそれぞれ形成され
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、チューブ内の旋回流
によって生じる遠心場の作用を利用して温度分離が行わ
れる装置（この明細書ではボルテックスチューブとい
う）に関するものである。
によって生じる遠心場の作用を利用して温度分離が行わ
れる装置（この明細書ではボルテックスチューブとい
う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボルテックスチューブは基本的には、チ
ューブ本体の内部の一端側（冷気出口側）に冷気オリフ
ィスを、他端側（暖気出口側）に暖気バルブを、それぞ
れ配置し、これら相互間における冷気オリフィス近傍部
に、チューブ本体の円周上において接線方向に空気を噴
出する複数のノズルを設ける構成としてある。そして、
複数のノズルからの噴出空気によりチューブ本体内に旋
回流を起こし、この旋回流の中心部分の低温空気が冷気
オリフィス側から排出される共に旋回流の外周部分の前
記低温空気よりも高温の空気がバルブ側から排出される
ようにしてある。
ューブ本体の内部の一端側（冷気出口側）に冷気オリフ
ィスを、他端側（暖気出口側）に暖気バルブを、それぞ
れ配置し、これら相互間における冷気オリフィス近傍部
に、チューブ本体の円周上において接線方向に空気を噴
出する複数のノズルを設ける構成としてある。そして、
複数のノズルからの噴出空気によりチューブ本体内に旋
回流を起こし、この旋回流の中心部分の低温空気が冷気
オリフィス側から排出される共に旋回流の外周部分の前
記低温空気よりも高温の空気がバルブ側から排出される
ようにしてある。
【０００３】このボルテックスチューブを冷却器として
使用した場合、如何に冷えた空気を多量に供給できるか
（これを冷却効率という）が最大の問題であるが、実際
には前記冷却効率はかなり低い。したがって、前記冷却
効率を上昇させるため従来から、チューブの外壁面を
水で冷却する、チューブの内壁面をネジ状粗面にす
る、チューブ内の旋回流に脈動を付与する等の方法が
行われてきた。
使用した場合、如何に冷えた空気を多量に供給できるか
（これを冷却効率という）が最大の問題であるが、実際
には前記冷却効率はかなり低い。したがって、前記冷却
効率を上昇させるため従来から、チューブの外壁面を
水で冷却する、チューブの内壁面をネジ状粗面にす
る、チューブ内の旋回流に脈動を付与する等の方法が
行われてきた。
【０００４】ここで、冷却効率を向上させるために図９
に示す装置を使用して実験を行った。 〔実験装置について〕この実験装置は、図９に示すよう
に、上記したボルテックスチューブの暖気バルブに、三
個のセパレータ６１を一定間隔で配置させたロッド６０
を固着するようにしたものである。なお、図９中、符号
２はチューブ本体、符号３は冷気オリフィス、符号４は
ノズルである。また、符号１０は圧縮機、符号１１は冷
却機、符号１２は空気槽、符号１３はヒーター、符号１
４はフィルター、符号１５は入口流量調整弁、符号１
６，１７，１８はフローメーターであり、これら機器に
より、ノズル４から噴出する空気の圧力・温度が一定
（入口圧力Ｐｉｎ２０２．７ＫＰａ，入口温度Ｔｉｎ３
１３．２Ｋ）となるようにしてある。
に示す装置を使用して実験を行った。 〔実験装置について〕この実験装置は、図９に示すよう
に、上記したボルテックスチューブの暖気バルブに、三
個のセパレータ６１を一定間隔で配置させたロッド６０
を固着するようにしたものである。なお、図９中、符号
２はチューブ本体、符号３は冷気オリフィス、符号４は
ノズルである。また、符号１０は圧縮機、符号１１は冷
却機、符号１２は空気槽、符号１３はヒーター、符号１
４はフィルター、符号１５は入口流量調整弁、符号１
６，１７，１８はフローメーターであり、これら機器に
より、ノズル４から噴出する空気の圧力・温度が一定
（入口圧力Ｐｉｎ２０２．７ＫＰａ，入口温度Ｔｉｎ３
１３．２Ｋ）となるようにしてある。
【０００５】上記チューブ本体２は真鍮により構成して
あり、図１０に示すＬ寸法を３２０ｍｍ、Ｄ寸法を２
７．６ｍｍに設定したものを使用している。
あり、図１０に示すＬ寸法を３２０ｍｍ、Ｄ寸法を２
７．６ｍｍに設定したものを使用している。
【０００６】冷気オリフィス３は、図１０に示すＤ寸法
を２７．６ｍｍ、ｄc 寸法を１２．０ｍｍ〔（ｄc ／
Ｄ）2 ＝０．１８９〕の円板状のものを使用している。
を２７．６ｍｍ、ｄc 寸法を１２．０ｍｍ〔（ｄc ／
Ｄ）2 ＝０．１８９〕の円板状のものを使用している。
【０００７】ノズル４は、円筒内の流れを軸対称流れと
して扱うため、孔数６個、孔径３ｍｍのものを使用して
いる。なお、このノズル４は６０°角度間隔で配置して
ある。
して扱うため、孔数６個、孔径３ｍｍのものを使用して
いる。なお、このノズル４は６０°角度間隔で配置して
ある。
【０００８】また、ロッド６０は図１０に示すｄ3 寸法
を５ｍｍとしてあり、セパレータ６１は同図に示すｄ1
寸法を１５．７ｍｍ、ｄ2 寸法を１３．７ｍｍ，ｌ寸法
を１５ｍｍとしている。 〔実験方法について〕熱電対（図示せず）を冷気オリフ
ィス３近傍に固定し、冷気オリフィス３と熱電対との間
に整流格子（図示せず）を挿入している。冷気オリフィ
ス直後ではこれの孔の径方向に温度勾配があるので整流
格子を介することにより径方向の温度勾配を消して温度
を測定した。
を５ｍｍとしてあり、セパレータ６１は同図に示すｄ1
寸法を１５．７ｍｍ、ｄ2 寸法を１３．７ｍｍ，ｌ寸法
を１５ｍｍとしている。 〔実験方法について〕熱電対（図示せず）を冷気オリフ
ィス３近傍に固定し、冷気オリフィス３と熱電対との間
に整流格子（図示せず）を挿入している。冷気オリフィ
ス直後ではこれの孔の径方向に温度勾配があるので整流
格子を介することにより径方向の温度勾配を消して温度
を測定した。
【０００９】また、暖気温度も同じような方法で、暖気
バルブ近傍に取り付けられた熱電対（図示せず）により
測定した。 〔実験結果〕流量分配率ξ＝冷気側出口流量／供給流量
＝０．５０、入口圧力Ｐｉｎ２０２．７ＫＰａの条件の
もとで、Ｘ／Ｌ（図１０参照）を変化させた場合におけ
るΔＴH （暖気側出口温度−入口温度），ΔＴC （冷気
側出口温度−入口温度）を図１１に示した。図１１から
判るように、Ｘ／Ｌ＝０．２０において、ΔＴH ＝２０
Ｋ，ΔＴC ＝−２１Ｋとなっている。
バルブ近傍に取り付けられた熱電対（図示せず）により
測定した。 〔実験結果〕流量分配率ξ＝冷気側出口流量／供給流量
＝０．５０、入口圧力Ｐｉｎ２０２．７ＫＰａの条件の
もとで、Ｘ／Ｌ（図１０参照）を変化させた場合におけ
るΔＴH （暖気側出口温度−入口温度），ΔＴC （冷気
側出口温度−入口温度）を図１１に示した。図１１から
判るように、Ｘ／Ｌ＝０．２０において、ΔＴH ＝２０
Ｋ，ΔＴC ＝−２１Ｋとなっている。
【００１０】なお、セパレート付きロッドを有していな
いノーマルなボルテックスチューブ（以下、ノーマル
Ｖ．Ｔという）の場合、流量分配率ξ＝冷気側出口流量
／供給流量＝０．５０、入口圧力Ｐｉｎ２０２．７ＫＰ
ａの条件のもとでは、ΔＴH ＝１２Ｋ，ΔＴC ＝−１３
Ｋとなることが実験から判っている。
いノーマルなボルテックスチューブ（以下、ノーマル
Ｖ．Ｔという）の場合、流量分配率ξ＝冷気側出口流量
／供給流量＝０．５０、入口圧力Ｐｉｎ２０２．７ＫＰ
ａの条件のもとでは、ΔＴH ＝１２Ｋ，ΔＴC ＝−１３
Ｋとなることが実験から判っている。
【００１１】つまり、この実験装置であるボルテックス
チューブはノーマルＶ．Ｔと比較すると冷却効率が優れ
ていることが判る。
チューブはノーマルＶ．Ｔと比較すると冷却効率が優れ
ていることが判る。
【００１２】しかしながら、このボルテックスルチュー
ブでは、一定でないホワリング現象を発生することか
ら、セパレータとチューブ本体との衝突により振動の発
生及び内壁損傷が起こるという問題を有しており、更
に、ΔＴH ，ΔＴC がかなり変動するという問題を有し
ている。
ブでは、一定でないホワリング現象を発生することか
ら、セパレータとチューブ本体との衝突により振動の発
生及び内壁損傷が起こるという問題を有しており、更
に、ΔＴH ，ΔＴC がかなり変動するという問題を有し
ている。
【００１３】そこで、このような問題の発生を回避する
ため、ロッドの先端をピンでボルテックスルチューブに
固定するという手段を講ずることが考えられるが、実際
の実験をおこなってみるとノーマルＶ．Ｔよりも悪い結
果が出た。即ち、図１２においてＸ／Ｌ＝１．００の状
態は実質的にノーマルＶ．Ｔを示すが、Ｘ／Ｌ＝０．３
１や０．１６は共に流量分配率ξ全域においてＸ／Ｌ＝
１．００よりも悪い状態のΔＴH ，ΔＴC を示してい
る。
ため、ロッドの先端をピンでボルテックスルチューブに
固定するという手段を講ずることが考えられるが、実際
の実験をおこなってみるとノーマルＶ．Ｔよりも悪い結
果が出た。即ち、図１２においてＸ／Ｌ＝１．００の状
態は実質的にノーマルＶ．Ｔを示すが、Ｘ／Ｌ＝０．３
１や０．１６は共に流量分配率ξ全域においてＸ／Ｌ＝
１．００よりも悪い状態のΔＴH ，ΔＴC を示してい
る。
【００１４】なお、図１２のデータを図１３に示すよう
な冷却効率ηと流量分配率ξとの関係にすると、このボ
ルテックスチューブは、ノーマルＶ．Ｔ（Ｘ／Ｌ＝１．
００、丸印で示される）と比較して流量分配効率ξ全域
において冷却効率ηが悪くなっていることが判る。
な冷却効率ηと流量分配率ξとの関係にすると、このボ
ルテックスチューブは、ノーマルＶ．Ｔ（Ｘ／Ｌ＝１．
００、丸印で示される）と比較して流量分配効率ξ全域
において冷却効率ηが悪くなっていることが判る。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明で
は、冷却効率が優れており、振動の発生やチューブ
本体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出口温度
−入り口温度）の変動が少ないボルテックスチューブを
提供することを課題とする。
は、冷却効率が優れており、振動の発生やチューブ
本体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出口温度
−入り口温度）の変動が少ないボルテックスチューブを
提供することを課題とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明は、チューブ本
体２内の一端側に冷気オリフィス３を、他端側に暖気バ
ルブ５を、それぞれ配置し、これら相互間における冷気
オリフィス３近傍部に、チューブ本体２内に旋回空気流
を起こすべく空気を噴出する複数のノズル４を設けてあ
るボルテックスチューブにおいて、チューブ本体２内に
おける冷気オリフィス３と暖気バルブ５との間の空域
に、チューブ本体２の内径と略一致する外径の整流体７
を配置させてあり、前記整流体７は、中央部に大貫通孔
７０が、前記大貫通孔７０の回りに等角度間隔で複数の
小貫通孔７１がそれぞれ形成されている。
体２内の一端側に冷気オリフィス３を、他端側に暖気バ
ルブ５を、それぞれ配置し、これら相互間における冷気
オリフィス３近傍部に、チューブ本体２内に旋回空気流
を起こすべく空気を噴出する複数のノズル４を設けてあ
るボルテックスチューブにおいて、チューブ本体２内に
おける冷気オリフィス３と暖気バルブ５との間の空域
に、チューブ本体２の内径と略一致する外径の整流体７
を配置させてあり、前記整流体７は、中央部に大貫通孔
７０が、前記大貫通孔７０の回りに等角度間隔で複数の
小貫通孔７１がそれぞれ形成されている。
【００１７】なお、〔冷気オリフィス３側から排出され
る冷気流量〕／〔ノズル４から噴出される空気量〕＝
０．５程度に設定してあり、他方、〔ノズル４の配設位
置から整流体７の配設位置までの距離〕／〔ノズル４の
配設位置から暖気バルブ５までの距離〕＝０．１８程度
に設定してあることが好ましい。
る冷気流量〕／〔ノズル４から噴出される空気量〕＝
０．５程度に設定してあり、他方、〔ノズル４の配設位
置から整流体７の配設位置までの距離〕／〔ノズル４の
配設位置から暖気バルブ５までの距離〕＝０．１８程度
に設定してあることが好ましい。
【００１８】また、この発明は、チューブ本体２内の一
端側に冷気取出部を、他端側に暖気取出部を、それぞれ
配置し、これら相互間における冷気取出部近傍に、チュ
ーブ本体２内に旋回空気流を起こすべく空気を噴出する
複数のノズル４を設け、前記旋回流の中心部の低温空気
を冷気取出部から、旋回流の外周部の高温空気を暖気取
出部から、それぞれ排出させるようにしたボルテックス
チューブにおいて、チューブ本体２内における冷気・暖
気取出部相互間の空域に、チューブ本体２の内径と略一
致する外径の整流体７を配置させてあり、前記整流体７
は、中央部に大貫通孔７０が、前記大貫通孔７０の回り
に等角度間隔で複数の小貫通孔７１がそれぞれ形成され
ている。
端側に冷気取出部を、他端側に暖気取出部を、それぞれ
配置し、これら相互間における冷気取出部近傍に、チュ
ーブ本体２内に旋回空気流を起こすべく空気を噴出する
複数のノズル４を設け、前記旋回流の中心部の低温空気
を冷気取出部から、旋回流の外周部の高温空気を暖気取
出部から、それぞれ排出させるようにしたボルテックス
チューブにおいて、チューブ本体２内における冷気・暖
気取出部相互間の空域に、チューブ本体２の内径と略一
致する外径の整流体７を配置させてあり、前記整流体７
は、中央部に大貫通孔７０が、前記大貫通孔７０の回り
に等角度間隔で複数の小貫通孔７１がそれぞれ形成され
ている。
【００１９】
【作用】この発明は次の作用を有する。
【００２０】複数のノズル４から憤出された空気はチュ
ーブ本体２内において旋回空気流となり、前記旋回空気
流のうち外周部分のものは整流体７の小貫通孔７１を通
過するときに強制的に直進流に変化（旋回流が減衰）せ
しめられる。したがって、このボルテックスチューブで
はランク・ヒルシュ効果がほとんどなくなり、冷気オリ
フィス３（冷気取出部）に注いでいた温度の高い逆流成
分はカットされて前記した温度の高い成分は暖気バルブ
５（暖気取出部）側に流れることとなる。
ーブ本体２内において旋回空気流となり、前記旋回空気
流のうち外周部分のものは整流体７の小貫通孔７１を通
過するときに強制的に直進流に変化（旋回流が減衰）せ
しめられる。したがって、このボルテックスチューブで
はランク・ヒルシュ効果がほとんどなくなり、冷気オリ
フィス３（冷気取出部）に注いでいた温度の高い逆流成
分はカットされて前記した温度の高い成分は暖気バルブ
５（暖気取出部）側に流れることとなる。
【００２１】即ち、このボルテックスチューブは、温度
の高い空気成分と温度の低い空気成分とはより確実に分
離され、その結果、冷却効率が優れたものとなる。
の高い空気成分と温度の低い空気成分とはより確実に分
離され、その結果、冷却効率が優れたものとなる。
【００２２】また、このボルテックスチューブは、ピン
止めされていないセパレータ付きロッドを具備したもの
のようにホワリングは発生することはなく、したがっ
て、振動の発生やチューブ本体内壁の損傷が発生するよ
うなことはなく、また、（冷却・暖気側出口温度−入口
温度）の変動が発生するようなこともない。
止めされていないセパレータ付きロッドを具備したもの
のようにホワリングは発生することはなく、したがっ
て、振動の発生やチューブ本体内壁の損傷が発生するよ
うなことはなく、また、（冷却・暖気側出口温度−入口
温度）の変動が発生するようなこともない。
【００２３】上記したように、このボルテックスチュー
ブは、冷却効率が優れており、振動の発生やチュー
ブ本体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出口温
度−入口温度）の変動が少ないものとなる。
ブは、冷却効率が優れており、振動の発生やチュー
ブ本体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出口温
度−入口温度）の変動が少ないものとなる。
【００２４】
【実施例】以下、この発明の構成を実施例として示した
図面にしたがって説明する。
図面にしたがって説明する。
【００２５】この実施例のボルテックスチューブＶＴ
は、図１に示すように、チューブ本体２内の一端側に冷
気オリフィス３（冷気取出部）を、他端側に暖気バルブ
５（暖気取出部）を、それぞれ配置し、これら相互間に
おける冷気オリフィス３近傍部に、チューブ本体２内に
旋回空気流を起こすべく空気を噴出する６個のノズル４
（図２も参照）を設けると共に、前記チューブ本体２内
における冷気オリフィス３と暖気バルブ５との間の空域
に整流体７を配置させてある。
は、図１に示すように、チューブ本体２内の一端側に冷
気オリフィス３（冷気取出部）を、他端側に暖気バルブ
５（暖気取出部）を、それぞれ配置し、これら相互間に
おける冷気オリフィス３近傍部に、チューブ本体２内に
旋回空気流を起こすべく空気を噴出する６個のノズル４
（図２も参照）を設けると共に、前記チューブ本体２内
における冷気オリフィス３と暖気バルブ５との間の空域
に整流体７を配置させてある。
【００２６】上記した整流体７は、図１や図３に示すよ
うに、全体的には円筒状のもので、外径を２７．２ｍ
ｍ、中央の大貫通孔７０の直径を１６ｍｍ、大貫通孔７
０の回りに位置する１６個の小貫通孔７１の直径を３．
８ｍｍに設定してある。
うに、全体的には円筒状のもので、外径を２７．２ｍ
ｍ、中央の大貫通孔７０の直径を１６ｍｍ、大貫通孔７
０の回りに位置する１６個の小貫通孔７１の直径を３．
８ｍｍに設定してある。
【００２７】なお、この実施例のボルテックスチューブ
ＶＴでは、セパレート付きロッドにかえて上記整流体７
を設けてあるが、上記したチューブ本体２、冷気オリフ
ィス３、ノズル４及び暖気バルブ５について、従来の技
術の欄に記載したものと同等のものを使用している。ま
た、実験方法についても従来の技術の欄に記載した方法
を使用している。
ＶＴでは、セパレート付きロッドにかえて上記整流体７
を設けてあるが、上記したチューブ本体２、冷気オリフ
ィス３、ノズル４及び暖気バルブ５について、従来の技
術の欄に記載したものと同等のものを使用している。ま
た、実験方法についても従来の技術の欄に記載した方法
を使用している。
【００２８】ここで、上記実験により得た実験結果を図
４〜図８として示す。Ａ．Ｘ／ＬとΔＴH ，ΔＴC との
関係を示すデータを図４に示す。 〔Ｘ／Ｌ＝０．９０のとき〕ΔＴH ＝１５Ｋ，ΔＴC ＝
−１６Ｋとなっており、ノーマルＶ．ＴよりもΔＴ H が
３Ｋ程度高く、ΔＴC が３Ｋ程度低い。 〔Ｘ／Ｌ＝０．５０のとき〕ΔＴH ＝１２Ｋ，ΔＴC ＝
−１３Ｋとなっており、ノーマルＶ．Ｔとほぼ同じΔＴ
H ，ΔＴC である。 〔Ｘ／Ｌ＝０．１８のとき〕ΔＴH ＝２２．５Ｋ，ΔＴ
C ＝−２３Ｋとなっており、ノーマルＶ．ＴよりもΔＴ
H が７．５Ｋ程度高く、ΔＴC が７Ｋ程度低い。また、
ピン止めしていないセパレータ付きロッドを有するボル
テックスチューブと比較してもΔＴH が２．５Ｋ程度高
く、ΔＴC が２Ｋ程度低い。 〔Ｘ／Ｌ＝０．１７付近のとき〕ΔＴH は不連続的に急
降下し、ΔＴC は不連続的に急上昇している。
４〜図８として示す。Ａ．Ｘ／ＬとΔＴH ，ΔＴC との
関係を示すデータを図４に示す。 〔Ｘ／Ｌ＝０．９０のとき〕ΔＴH ＝１５Ｋ，ΔＴC ＝
−１６Ｋとなっており、ノーマルＶ．ＴよりもΔＴ H が
３Ｋ程度高く、ΔＴC が３Ｋ程度低い。 〔Ｘ／Ｌ＝０．５０のとき〕ΔＴH ＝１２Ｋ，ΔＴC ＝
−１３Ｋとなっており、ノーマルＶ．Ｔとほぼ同じΔＴ
H ，ΔＴC である。 〔Ｘ／Ｌ＝０．１８のとき〕ΔＴH ＝２２．５Ｋ，ΔＴ
C ＝−２３Ｋとなっており、ノーマルＶ．ＴよりもΔＴ
H が７．５Ｋ程度高く、ΔＴC が７Ｋ程度低い。また、
ピン止めしていないセパレータ付きロッドを有するボル
テックスチューブと比較してもΔＴH が２．５Ｋ程度高
く、ΔＴC が２Ｋ程度低い。 〔Ｘ／Ｌ＝０．１７付近のとき〕ΔＴH は不連続的に急
降下し、ΔＴC は不連続的に急上昇している。
【００２９】上記の実験結果から以下のことが考察でき
る。 ．Ｘ／Ｌ＝０．５０〜０．１８の範囲においてΔＴH
が急上昇し、ΔＴC が急降下しているのは、チューブ本
体２内における外周部の旋回流が整流体７の小貫通孔７
１を通過するときに前記旋回流が効果的に消滅せしめら
れたからであると考えられる。 ．Ｘ／Ｌの値が０．１７よりも小さくなると、ΔＴH
は不連続的に急降下し、ΔＴC は不連続的に急上昇する
のは、旋回流が強すぎるため外周部の旋回流が整流体７
の小貫通孔７１内に流入できずに中央部の大貫通孔７０
内に流入してしまい（整流体７に小貫通孔７１が存在し
ないのと同じ状態になってしまっている）、このため、
流れの場が急変するからであると考えられる。Ｂ．冷却効率ηとＸ／Ｌとの関係を示すデータを図５に
示す。 〔Ｘ／Ｌ＝０．９０のとき〕Ｘ／Ｌ＝０．９０ではノー
マルＶ．Ｔよりも少し冷却効率ηが良くなっている（図
１３における流量分配率ξ＝０．５０時のＸ／Ｌ＝１．
００の冷却効率ηと比較）。 〔０．５０＜Ｘ／Ｌ＜０．９０の範囲〕この範囲におい
ては冷却効率ηは降下している。 〔０．２０＜Ｘ／Ｌ＜０．５０の範囲〕この範囲におい
ては冷却効率ηは上昇している。 〔Ｘ／Ｌ＝０．２０のとき〕Ｘ／Ｌ＝０．２０では８％
程度ノーマルＶ．Ｔより冷却効率ηが向上している（図
１３における流量分配率ξ＝０．５０時のＸ／Ｌ＝１．
００の冷却効率ηと比較）。
る。 ．Ｘ／Ｌ＝０．５０〜０．１８の範囲においてΔＴH
が急上昇し、ΔＴC が急降下しているのは、チューブ本
体２内における外周部の旋回流が整流体７の小貫通孔７
１を通過するときに前記旋回流が効果的に消滅せしめら
れたからであると考えられる。 ．Ｘ／Ｌの値が０．１７よりも小さくなると、ΔＴH
は不連続的に急降下し、ΔＴC は不連続的に急上昇する
のは、旋回流が強すぎるため外周部の旋回流が整流体７
の小貫通孔７１内に流入できずに中央部の大貫通孔７０
内に流入してしまい（整流体７に小貫通孔７１が存在し
ないのと同じ状態になってしまっている）、このため、
流れの場が急変するからであると考えられる。Ｂ．冷却効率ηとＸ／Ｌとの関係を示すデータを図５に
示す。 〔Ｘ／Ｌ＝０．９０のとき〕Ｘ／Ｌ＝０．９０ではノー
マルＶ．Ｔよりも少し冷却効率ηが良くなっている（図
１３における流量分配率ξ＝０．５０時のＸ／Ｌ＝１．
００の冷却効率ηと比較）。 〔０．５０＜Ｘ／Ｌ＜０．９０の範囲〕この範囲におい
ては冷却効率ηは降下している。 〔０．２０＜Ｘ／Ｌ＜０．５０の範囲〕この範囲におい
ては冷却効率ηは上昇している。 〔Ｘ／Ｌ＝０．２０のとき〕Ｘ／Ｌ＝０．２０では８％
程度ノーマルＶ．Ｔより冷却効率ηが向上している（図
１３における流量分配率ξ＝０．５０時のＸ／Ｌ＝１．
００の冷却効率ηと比較）。
【００３０】このように、冷却効率ηはＸ／Ｌにより変
化するが、これはＡにおいて述べた理由のためであると
考えられる。Ｃ．Ｘ／Ｌ＝一定にした場合のΔＴH ，ΔＴC と流量分
配率ξとの関係を示すデータを図６に示す。
化するが、これはＡにおいて述べた理由のためであると
考えられる。Ｃ．Ｘ／Ｌ＝一定にした場合のΔＴH ，ΔＴC と流量分
配率ξとの関係を示すデータを図６に示す。
【００３１】Ｘ／Ｌ＝０．４３〜０．１８の範囲では小
さくなるにしたがってΔＴH は上昇し、ΔＴC は降下し
ていることが判るが、Ｘ／Ｌ＝０．１５では前記現象は
急激に変化する。Ｄ．Ｘ／Ｌ＝一定にした場合の冷却効率ηと流量分配率
ξとの関係を示すデータを図７に示す。
さくなるにしたがってΔＴH は上昇し、ΔＴC は降下し
ていることが判るが、Ｘ／Ｌ＝０．１５では前記現象は
急激に変化する。Ｄ．Ｘ／Ｌ＝一定にした場合の冷却効率ηと流量分配率
ξとの関係を示すデータを図７に示す。
【００３２】Ｘ／Ｌがどの場合でも、最高の冷却効率η
を得るのはξ＝０．５付近であり、この場合のＸ／Ｌ＝
０．１８の冷却効率η（図７において三角印で示され
る）はノーマルＶ．Ｔのそれ（図７において白丸印で示
される）と比較すると９％程度上昇している。Ｅ．整流体７により半径方向の熱移動を遮断したことに
よってΔＴH ，ΔＴC にどのような影響があるかについ
てした実験及びそのデータ（図８に示す） 管（外径１５．７ｍｍ，内径１４．５ｍｍ，長さ２０ｍ
ｍ）をチューブ本体２内に配置させることによって半径
方向の熱移動を遮断した。この場合、図８に示すよう
に、ΔＴH ，ΔＴC はほとんど変化がなく、冷却効率η
が変わらないことが判る。したがって、整流体７が半径
方向の熱移動を遮断したことによるΔＴHの上昇、ΔＴ
C の降下はないものと判断できる。
を得るのはξ＝０．５付近であり、この場合のＸ／Ｌ＝
０．１８の冷却効率η（図７において三角印で示され
る）はノーマルＶ．Ｔのそれ（図７において白丸印で示
される）と比較すると９％程度上昇している。Ｅ．整流体７により半径方向の熱移動を遮断したことに
よってΔＴH ，ΔＴC にどのような影響があるかについ
てした実験及びそのデータ（図８に示す） 管（外径１５．７ｍｍ，内径１４．５ｍｍ，長さ２０ｍ
ｍ）をチューブ本体２内に配置させることによって半径
方向の熱移動を遮断した。この場合、図８に示すよう
に、ΔＴH ，ΔＴC はほとんど変化がなく、冷却効率η
が変わらないことが判る。したがって、整流体７が半径
方向の熱移動を遮断したことによるΔＴHの上昇、ΔＴ
C の降下はないものと判断できる。
【００３３】上記Ａ〜Ｅより、ノーマルＶ．Ｔにおける
チューブ本体２内の適正な位置、即ち、Ｘ／Ｌ＝０．１
８の位置に整流体７を配置するとこれの直後ではランク
・ヒルシュ効果はなくなり、流量分配率ξ＝０．５付近
に設定するとノーマルＶ．Ｔと比較して冷却効率ηが９
％程度上昇することが明らかとなった。また、このボル
テックチューブはその構造上、振動の発生やチューブ本
体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出口温度−入
口温度）の変動は少ない。更に、ノーマルＶ．Ｔよりも
短くて冷却効率の高いものを提供することも可能であ
る。
チューブ本体２内の適正な位置、即ち、Ｘ／Ｌ＝０．１
８の位置に整流体７を配置するとこれの直後ではランク
・ヒルシュ効果はなくなり、流量分配率ξ＝０．５付近
に設定するとノーマルＶ．Ｔと比較して冷却効率ηが９
％程度上昇することが明らかとなった。また、このボル
テックチューブはその構造上、振動の発生やチューブ本
体内壁の損傷が発生せず、（冷却・暖気側出口温度−入
口温度）の変動は少ない。更に、ノーマルＶ．Ｔよりも
短くて冷却効率の高いものを提供することも可能であ
る。
【００３４】なお、上記実施例における整流体７は、チ
ューブ本体２に対して一体であっても別体であってもよ
く、後者の構造を採用する場合には、外部から整流体７
をチューブ本体２の長手方向に移動調整できるようにし
ておけば最高冷却効率に設定するに際して非常に便利で
ある。
ューブ本体２に対して一体であっても別体であってもよ
く、後者の構造を採用する場合には、外部から整流体７
をチューブ本体２の長手方向に移動調整できるようにし
ておけば最高冷却効率に設定するに際して非常に便利で
ある。
【００３５】
【発明の効果】この発明は上記構成であるから次の効果
を有する。
を有する。
【００３６】作用に記載した内容から、冷却効率が優
れており、振動の発生やチューブ本体内壁の損傷が発
生せず、（冷却・暖気側出口温度−入口温度）の変動
が少ないボルテックスチューブを提供できた。
れており、振動の発生やチューブ本体内壁の損傷が発
生せず、（冷却・暖気側出口温度−入口温度）の変動
が少ないボルテックスチューブを提供できた。
【図１】この発明の実施例のボルテックスチューブを含
む実験装置の概略図。
む実験装置の概略図。
【図２】前記ボルテックスチューブのノズル部分を示す
断面図。
断面図。
【図３】前記ボルテックスチューブ内に配置されている
整流体の斜視図。
整流体の斜視図。
【図４】（冷気・暖気側出口温度−入口温度）と整流体
位置との関係を示すグラフ。
位置との関係を示すグラフ。
【図５】冷却効率と整流***置との関係を示すグラフ。
【図６】（冷気・暖気側出口温度−入口温度）と流量分
配率との関係を示すグラフ。
配率との関係を示すグラフ。
【図７】冷却効率と流量分配率との関係を示すグラフ。
【図８】整流体が半径方向の熱移動を遮断することによ
って（冷気・暖気側出口温度−入口温度）にどのような
影響を与えるかを実験したデータであり、（冷気・暖気
側出口温度−入口温度）と整流***置との関係を示すグ
ラフ。
って（冷気・暖気側出口温度−入口温度）にどのような
影響を与えるかを実験したデータであり、（冷気・暖気
側出口温度−入口温度）と整流***置との関係を示すグ
ラフ。
【図９】１番目の先行技術であるセパレータ付きロッド
を具備するボルテックスチューブ等の概略図。
を具備するボルテックスチューブ等の概略図。
【図１０】１番目の先行技術のボルテックスチューブの
部品の寸法を示すための図。
部品の寸法を示すための図。
【図１１】１番目の先行技術のボルテックスチューブに
おける冷却効率とセパレータ位置との関係を示すグラ
フ。
おける冷却効率とセパレータ位置との関係を示すグラ
フ。
【図１２】２番目の先行技術のボルテックスチューブに
おける（冷気・暖気側出口温度−入口温度）と流量分配
率との関係を示すグラフ。
おける（冷気・暖気側出口温度−入口温度）と流量分配
率との関係を示すグラフ。
【図１３】２番目の先行技術のボルテックスチューブに
おける冷却効率と流量分配率との関係を示すグラフ。
おける冷却効率と流量分配率との関係を示すグラフ。
２ チューブ本体 ３ 冷気オリフィス ４ ノズル ５ 暖気バルブ ７ 整流体 ７０ 大貫通孔 ７１ 小貫通孔
Claims (5)
- 【請求項１】 チューブ本体（２）内の一端側に冷気オ
リフィス（３）を、他端側に暖気バルブ（５）を、それ
ぞれ配置し、これら相互間における冷気オリフィス
（３）近傍部に、チューブ本体（２）内に旋回空気流を
起こすべく空気を噴出する複数のノズル（４）を設けて
あるボルテックスチューブにおいて、チューブ本体
（２）内における冷気オリフィス（３）と暖気バルブ
（５）との間の空域に、チューブ本体（２）の内径と略
一致する外径の整流体（７）を配置させてあり、前記整
流体（７）は、中央部に大貫通孔（７０）が、前記大貫
通孔（７０）の回りに等角度間隔で複数の小貫通孔（７
１）がそれぞれ形成されていることを特徴とするボルテ
ックスチューブ。 - 【請求項２】 〔冷気オリフィス（３）側から排出され
る冷気流量〕／〔ノズル（４）から噴出される空気量〕
＝０．５程度に設定してあり、他方、〔ノズル（４）の
配設位置から整流体（７）の配設位置までの距離〕／
〔ノズル（４）の配設位置から暖気バルブ（５）までの
距離〕＝０．１８程度に設定してあることを特徴とする
請求項１記載のボルテックスチューブ。 - 【請求項３】 整流体（７）はチューブ本体（２）に対
して一体又は別体に構成されていることを特徴とする請
求項１又は２記載のボルテックスチューブ。 - 【請求項４】 チューブ本体（２）内の一端側に冷気取
出部を、他端側に暖気取出部を、それぞれ配置し、これ
ら相互間における冷気取出部近傍に、チューブ本体
（２）内に旋回空気流を起こすべく空気を噴出する複数
のノズル（４）を設け、前記旋回流の中心部の低温空気
を冷気取出部から、旋回流の外周部の高温空気を暖気取
出部から、それぞれ排出させるようにしたボルテックス
チューブにおいて、チューブ本体（２）内における冷気
・暖気取出部相互間の空域に、チューブ本体（２）の内
径と略一致する外径の整流体（７）を配置させてあり、
前記整流体（７）は、中央部に大貫通孔（７０）が、前
記大貫通孔（７０）の回りに等角度間隔で複数の小貫通
孔（７１）がそれぞれ形成されていることを特徴とする
ボルテックスチューブ。 - 【請求項５】 チューブ本体（２）における冷気・暖気
取出部相互間の範囲で、整流体（７）が移動できるよう
に設けてあることを特徴とする請求項４記載のボルテッ
クスチューブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7148896A JPH094937A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | ボルテックスチューブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7148896A JPH094937A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | ボルテックスチューブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH094937A true JPH094937A (ja) | 1997-01-10 |
Family
ID=15463117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7148896A Pending JPH094937A (ja) | 1995-06-15 | 1995-06-15 | ボルテックスチューブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH094937A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6193712B1 (en) | 1998-07-30 | 2001-02-27 | Yugen Kaisha B.A.S. | Treatment apparatus |
| WO2002090834A1 (fr) * | 1999-10-28 | 2002-11-14 | Star Shoji Co., Ltd. | Dispositif de chauffage et de refroidissement |
| JP2008527741A (ja) * | 2005-01-13 | 2008-07-24 | グリーンセントエアー，リミティド ライアビリティ カンパニー | 冷却器 |
| KR100896488B1 (ko) * | 2008-02-18 | 2009-05-08 | 공주대학교 산학협력단 | 유량 가변형 볼텍스 튜브 엔진 시스템 |
| CN103673369A (zh) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | （株）京道商社 | 涡流管 |
| JP2020159656A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社松栄エンジニアリング | 熱分離ノズル及びミスト冷房装置 |
| US20210215401A1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Kone Corporation | Vortex tube, ventilation system and elevator |
-
1995
- 1995-06-15 JP JP7148896A patent/JPH094937A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6193712B1 (en) | 1998-07-30 | 2001-02-27 | Yugen Kaisha B.A.S. | Treatment apparatus |
| WO2002090834A1 (fr) * | 1999-10-28 | 2002-11-14 | Star Shoji Co., Ltd. | Dispositif de chauffage et de refroidissement |
| JP2008527741A (ja) * | 2005-01-13 | 2008-07-24 | グリーンセントエアー，リミティド ライアビリティ カンパニー | 冷却器 |
| KR100896488B1 (ko) * | 2008-02-18 | 2009-05-08 | 공주대학교 산학협력단 | 유량 가변형 볼텍스 튜브 엔진 시스템 |
| CN103673369A (zh) * | 2012-09-26 | 2014-03-26 | （株）京道商社 | 涡流管 |
| JP2014066508A (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Kyungdo Co Ltd | ボルテックスチューブ |
| CN103673369B (zh) * | 2012-09-26 | 2016-06-29 | （株）京道商社 | 涡流管 |
| JP2020159656A (ja) * | 2019-03-28 | 2020-10-01 | 株式会社松栄エンジニアリング | 熱分離ノズル及びミスト冷房装置 |
| US20210215401A1 (en) * | 2020-01-09 | 2021-07-15 | Kone Corporation | Vortex tube, ventilation system and elevator |
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