CN106337978A - 流体输送装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体输送装置。该流体输送装置具备螺旋管，该螺旋管是将具有伸缩性的管卷绕成螺旋状而形成的，输送对象流体在其内部流动。并且，具备扬声器，该扬声器产生压力波，该压力波以管的内部的工作流体作为介质，使管的流路截面积变化。

Description

流体输送装置

技术领域

本发明涉及利用管来输送流体的流体输送装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种使产生于在流体中行进的移动体的摩擦阻力降低的摩擦阻力降低装置。该摩擦阻力降低装置构成为，对于移动体外壁产生沿着移动体的行进方向的行波。通过如此产生的行波，能够对在移动体外壁的表面和流体之间产生的紊流施加规律的振动(行波状的壁面变形)，其结果，能够降低流体摩擦阻力。

另外，在非专利文献1中公开了如下内容：通过对供流体流动的流体输送管的内壁施加沿着流路的长度方向行进的行波状的变形，能够降低流体输送管的摩擦阻力(紊流摩擦阻力)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-185409号公报

专利文献2：日本专利第5105292号公报

非专利文献

非专利文献1：

深泻康二，“通过输入行波状壁面来降低紊流摩擦阻力”，第60次理论应用力学研讨会(2011年3月)(深潟康二、“進行波状壁面入力による乱流摩擦抵抗低減”、第60回理論応用力学講演会(平成23年3月))

发明内容

发明要解决的问题

为了降低输送流体的管的摩擦阻力，在将行波状的变形应用于该管的内壁的情况下，需要以该管的内壁沿着流路的径向扩大以及缩小这样的样式对该内壁施加沿着流路的长度方向行进的行波状的变形。在现实上，问题是，如何能够实现将这样样式的行波状的变形适当地施加于上述管的内壁的构成。

本发明是为了解决上述那样的问题而做成的，目的在于提供一种流体输送装置，能够以供输送对象的流体流动的管的内壁沿着流路的径向扩大以及缩小这样的样式对该内壁适当地施加行波状的变形。

用于解决问题的手段

本发明的流体输送装置具备螺旋管和第1压力波产生机。螺旋管构成为，是将具有伸缩性的管卷绕成螺旋状而形成的，并且，输送对象流体在其内部流动。第1压力波产生机构成为，产生压力波，该压力波以所述管的内部的工作流体作为介质，使与所述管的轴向垂直的该管的截面的面积即所述管的流路截面积变化。

也可以是，所述螺旋管包括压力波衰减部，该压力波衰减部是在所述管内传播的压力波的行进方向上的前方侧的部位，使该压力波衰减。

也可以是，所述螺旋管构成为，所述压力波衰减部处的所述管的流路截面积比除了所述压力波衰减部以外的部位处的所述管的流路截面积大。

也可以是，在所述压力波衰减部处的所述管的内部封入有吸声材料。

也可以是，所述螺旋管中，所述压力波衰减部由比除了所述压力波衰减部以外的部位软的材质构成。

也可以是，所述压力波衰减部处的所述管的内壁由多孔质的材料构成。

也可以是，在所述压力波衰减部，将通过卷绕成螺旋状而相邻的所述管的内部通路之间分隔开的管壁中的一部分被切除。

也可以是，所述流体输送装置还具备第2压力波产生机，该第2压力波产生机连接于在所述管内传播的压力波的行进方向上的前方侧的、所述管的端部，产生相位与到达所述端部的压力波相反的压力波。

也可以是，所述流体输送装置还具备外管，该外管使用比所述管硬的材料，以覆盖所述螺旋管的方式形成。

也可以是，由于压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的振幅a满足下式(1)的关系，

$a=\mathrm{\α}\×\frac{\mathrm{\ν}}{u_{\mathrm{\τ}}}\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，在所述式(1)中，系数α为3≤α≤10，ν是所述输送对象流体的运动粘度，u_τ是壁面摩擦速度。

也可以是，由于压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的波长λ满足下式(2)的关系，

$\mathrm{\λ}=\mathrm{\β}\×\frac{\mathrm{\ν}}{u_{\mathrm{\τ}}}\mathrm{...}\left(2\right)$

其中，在所述式(2)中，系数β为235≤β≤471，ν是所述输送对象流体的运动粘度，u_τ是壁面摩擦速度。

也可以是，由于压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的相位速度c满足下式(3)的关系，

c＝γ×U_lam…(3)

其中，在所述式(3)中，系数γ为2/3≤γ≤1，U_lam是在螺旋管的内部流动的所述输送对象流体的流速。

发明的效果

根据本发明，通过使用第1压力波产生机在将具有伸缩性的管卷绕成螺旋状而形成的螺旋管的管内产生压力波，能够生成在管内呈螺旋状传播的压力波。其结果，能够以输送对象的流体在内部流动的螺旋管的内壁沿着流路的径向扩大以及缩小这样的样式对该内壁适当地施加行波状的变形。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式1的流体输送装置的整体构成的图(侧视图(A)以及从流体的流动方向观察而得到的图(B))。

图2是以在图1的(B)中所示的通过流体输送管的轴心的A-A线剖切流体输送管而得到的剖视图。

图3是表示螺旋管的整体的立体图。

图4是表示进行了作为目标的行波状的壁面变形的情形(A)、和进行了不适当的行波状的壁面变形的情形(B)的图。

图5是表示对流体输送管的内壁施加了行波状的变形的情形的图。

图6是用于说明用于获得优选的行波的特性的螺旋管的各部分的尺寸的设定例的图。

图7是表示在本发明的实施方式2中所使用的螺旋管的整体的立体图。

图8是表示第1螺旋部与第2螺旋部的连接位置的附近处的各管的截面的剖视图。

图9是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。

图10是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。

图11是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。

图12是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。

图13是用于说明具有适合于抑制压力波的反射的构成的流体输送装置的构成例的图。

图14是用于说明本发明的另一流体输送装置的主要部分的构成的剖视图。

图15是用于说明本发明的另一流体输送装置的主要部分的构成的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在各附图中，对相同或类似的构成要素标注相同的附图标记。本发明并不限定于以下所示的实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形来实施。

实施方式1.

以下，参照图1～图6对本发明的实施方式1进行说明。

[实施方式1的流体输送装置的构成]

图1是用于说明本发明的实施方式1的流体输送装置10的整体构成的图(侧视图(A)以及从流体输送管12的流体入口侧观察而得到的图(B))。图1所示的流体输送装置10具备供输送对象的流体流动的流体输送管12。

本实施方式的流体输送管12的用途并没有特别限定，作为一例，能够适合地应用于输送内燃机的运转所需的流体的管。另外，由流体输送管12进行输送的输送对象的流体可以是气体和液体中的任一者，在本实施方式中，作为一例，使用了气体。在流体是气体的情况下，如果是内燃机，则能够将流体输送管12例如应用于输送空气的进气管。

在本说明书中，如图1所示，将流体在流体输送管12内从上游侧朝向下游侧移动的方向称为“流体的流动方向FD”或者简称为“流动方向FD”。流动方向FD等同于流体输送管12的流路长度方向。此外，在如流体输送管12那样流体输送管是直管的情况下，“流体的流动方向FD”是与直管的中心线平行的方向。

如图1的(B)所示，本实施方式的流体输送管12是由螺旋管14和覆盖螺旋管14的外管16构成的多重管。图2是在图1的(B)中所示的通过流体输送管12的轴心的A-A线剖切流体输送管12而得到的剖视图。图3是表示螺旋管14的整体的立体图。

螺旋管14以具有伸缩性的细长的管(换言之，中空的线状部件)14a作为材料，将该管14a卷绕成螺旋状而形成为管状。更具体而言，管14a由随着管14a的内部压力的变化而使管14a伸缩的材质(基本上为弹性体)构成。在此，管14a的材质是作为具有上述性质的材质的一例的乙丙橡胶。

如图2所示，作为一例，本实施方式的管14a的截面形状是长方形(更具体而言，是沿着流体的流动方向FD的边比沿着与流动方向FD正交的方向的边长的长方形)。另外，通过卷绕成螺旋状而相邻的管14a的外壁面彼此由粘接剂18粘接起来。为了尽量不妨碍螺旋管14的伸缩，优选粘接剂18具有伸缩性。本实施方式的螺旋管14的内壁相当于与输送对象的流体接触的流体输送管12的内壁12a。另外，通过如图2所示那样利用长方形截面的管14a，无需其他部件，就能够尽量抑制内壁12a的凹凸而平滑地构成内壁12a。

外管16是直管，使用比螺旋管14(管14a)的材料硬的材料而构成。外管16的材质比螺旋管14的材质硬即可，例如能够使用满足这样的条件的金属或者树脂。外管16具有与螺旋管14的外径大致相同的内径，螺旋管14通过压入而插入了外管16。另外，如图2所示，在螺旋管14的流动方向FD上的两端配置有形成为圆环状的盖状部件20。盖状部件20通过压入而插入了外管。由此，螺旋管14和外管16之间的流动方向FD上的相对移动被盖状部件20限制。此外，外管16只要能够抑制螺旋管14由于随后说明的压力波而沿着径向鼓出即可，不限于如图1所示那样构成为将螺旋管14的整体完全覆盖的管，也可以是例如形成为网状的管。

流体输送管12的输送对象的流体在内侧的管即螺旋管14的内部流动。流动方向FD上的螺旋管14的上游侧端部那一侧的管14a的端部是开口端，作为压力波导入口14a1发挥作用。如图1所示，在压力波导入口14a1连接有作为压力波产生机的扬声器22(相当于第1压力波产生机)。扬声器22通过将电信号转换成空气振动而产生压力波(更具体而言是声波)。扬声器22所产生的压力波的特性由电子控制单元(ECU)24控制。关于优选的压力波的特性的控制例，随后参照式(1)～式(11)进行说明。从电池26向扬声器22和ECU24供给电力。此外，压力波产生机也可以是例如加压输送流体的泵来替代扬声器22。

扬声器22所发出的压力波经由压力波导入口14a1向管14a的内部导入。在本实施方式中，作为使压力波在管14a的内部传播的介质(换言之，工作流体)的一例，利用氦。具体而言，在管14a内封入有作为介质的氦。此外，由于在本实施方式的构成中需要将氦封入管14a的内部，因此，流动方向FD上的螺旋管14的下游侧端部那一侧的管14a的端部是闭口端。然而，上述端部也可以是开口端。具体而言，也可以是，例如，将上述端部设为开口端，空气(大气)或者水等介质被从外部向管14a内供给而在传播压力波之后从上述端部向外部排出。另外，封入管14a内的介质例如也可以用是氩。

[行波状的壁面变形]

(关于对流体输送管的内壁施加行波状的变形所带来的效果和实现施加变形的课题)

图4是表示进行了作为目标的行波状的壁面变形的情形(A)和进行了不适当的行波状的壁面变形的情形(B)的图。图4的(A)表示如下情形：实现了对流体输送管的内壁施加沿着流路的长度方向行进的行波状的变形且该变形是该内壁沿着流路的径向扩大以及缩小这样的样式。若施加这样的壁面变形，则能够抑制在壁面附近的流动中生成漩涡，能够使流体输送管内的流动接近层流。其结果，能够降低流体输送管的摩擦阻力(紊流摩擦阻力)。关于通过施加行波状的壁面变形来降低摩擦阻力的机理的详细内容，在已述的非专利文献1等中进行了报告。在此，在现实中，问题是，如何能够实现对流体输送管的内壁适当地施加该内壁沿着流路的径向扩大以及缩小这样的样式的行波状变形的构成。

为了实现上述构成，想到了如下构成：例如，作为流体输送管，使用橡胶制的管，而且，在该流体输送管的外周沿着圆周方向以等角度间隔配置多个(例如、3个)压电元件，使用这些压电元件从径向外侧对流体输送管施加振动。然而，在这样的构成中，例如，存在如下问题：对各压电元件输入的输入信号稍有偏差就会对流体的流动方向上的行波的相位的变化产生影响。若产生这样的行波的相位的变化，则如图4的(B)所示，得到流体输送管的内壁整体上向相同方向振动(变形)的振动模式。在这样的振动模式下，在流体输送管的内壁的大多的部分，生成沿着内壁的圆周方向振动的成分。圆周方向上的振动成为使流动增加紊乱的主要原因，因此，摩擦阻力反而增加。

(实施方式1的流体输送装置的行波状的壁面变形)

图5是表示对流体输送管12的内壁12a施加了行波状的变形的情形的图。由扬声器22生成的压力波在螺旋管14的管14a内的介质中呈螺旋状传播。作为其结果，管14a的流路截面积发生变化。更具体而言，管14a以管14a的流路截面扩大以及缩小这样的样式伸缩。若继续生成压力波，则在管14a内产生周期性的压力脉动，管14a周期性地伸缩(在径向上周期性地扩大以及缩小)。此外，在此所谓的管14a的流路截面积是与管14a的轴向垂直的该管14a的截面(流路截面)的面积。

在参照图1～图3进行了说明的构成中，由管14a形成的螺旋管14的内壁相当于流体输送管12中输送对象的流体接触的壁面(即、内壁12a)。另外，压力波从流动方向FD上的上游侧的端部向管14a内施加。换言之，在流动方向FD上观察压力波的情况下，以在与流动方向FD相同的方向上在管14a内行进的方式施加了该压力波。因此，若管14a由于压力波而周期性地伸缩，则在这样的管14a卷绕成螺旋状而形成的内壁12a，如在图5中标注“有行波”地所示那样，以内壁沿着流路的径向扩大以及缩小这样的样式在与流动方向FD相同的方向行进的行波状的变形在内壁上周期性地产生。另一方面，在图5中标注“无行波”地表示的两根直线表示没有产生行波状的壁面变形时的内壁12a。此外，在图5中以两种虚线表示的线示出了螺旋管14的螺旋形状。

根据以上说明的本实施方式的方法，使用在将管14a卷绕成螺旋状而形成的螺旋管14的管14a的内部生成压力波的构成，来实现行波状的壁面变形。由此，与使用图4的(B)所示的方法的情况不同，使得在流体输送管12的内壁12a的圆周方向上不产生壁面变形(振动)，并且在内壁12a的整周上适当施加径向上的壁面变形。另外，本实施方式的流体输送装置10能够利用通用性高的橡胶制的管14a和扬声器22简便地实现。即、能够使用简单的构成以低成本实现可获得上述的效果的流体输送装置10。

另外，在本实施方式的流体输送管12中，螺旋管14由使用了比螺旋管14的材料硬的材料的外管16覆盖。想要通过管14a的伸缩而在壁面产生行波状的变形的部位是流体输送管12的内壁12a(在本构成中，与螺旋管14的内壁相同)。通过具备硬的外管16，能够抑制管14a朝向螺旋管14的径向外侧鼓出。因此，在施加了相同振幅的压力波的情况下，与不具备外管16时相比，能够更有效地使管14a朝向螺旋管14的径向内侧鼓出。因此，与不具备外管16时相比，能够抑制扬声器22的消耗电力、并且对内壁12a施加作为目标的大小的振幅的行波。另外，若螺旋管14的向径向外侧的变形可自由地进行，则有可能由于螺旋管14随着压力波的施加进行伸缩，螺旋管14自身产生共振。因此，通过由外管16从径向外侧约束螺旋管14，不需要其他对策，就能够抑制这样的共振的产生。

[优选的流体输送装置的构成例]

(在获得良好的摩擦阻力降低效果的方面优选的行波的特性)

如所述那样，通过对流体输送管12的内壁12a施加行波状的、流体输送管12的径向上的变形，能够降低流体输送管12的摩擦阻力。本发明者实施了利用数值流体力学(CFD)的流动的模拟，确认了：由壁面变形带来的摩擦阻力的降低效果并不限于如流体输送管12的例子那样行波的行进方向与流体的流动方向FD相同的情况，在行波的行进方向是与流动方向FD相反的方向的情况下也可获得该降低效果。

在已述的专利文献1中，关于在流体中行进的移动体，记载了与在形成削减摩擦阻力(动力)的行波的方面适当的行波的振幅、波长以及相位速度有关的见解。本发明者进一步实施了利用CFD的流动的模拟，确认了：已述的专利文献1所记载的见解不仅能够适用于对移动体外壁施加行波状的变形的情况、也能够适用于对流体输送管施加使用了与流动方向FD相同的方向的行波的变形的情况。即、本发明者确认了：为了有效地降低流体输送管12的摩擦阻力，优选应用该见解，将在形成降低摩擦阻力的行波的方面重要的参数即行波的振幅a(m)、波长λ(m)以及相位速度c(m/s)中的至少1个、优选全部按照以下的式(1)～式(3)设定。

$a=\mathrm{\α}\×\frac{\mathrm{\ν}}{u_{\mathrm{\τ}}}\mathrm{...}\left(1\right)$

$\mathrm{\λ}=\mathrm{\β}\×\frac{\mathrm{\ν}}{u_{\mathrm{\τ}}}\mathrm{...}\left(2\right)$

c＝γ×U_lam…(3)

其中，在上述式(1)～式(3)中的系数α、β以及γ分别具有3≤α≤10、235≤β≤471、以及、2/3≤γ≤1这样的通过利用了CFD的流动的模拟而获得的数值范围。在这些α、β以及γ处于各数值范围内时，可分别获得有效地降低摩擦阻力的行波的振幅a、波长λ以及相位速度c。

另外，在上述的式中，未说明的各记号如下所述。

ν：流体的运动粘度(m²/s)

u_τ：壁面摩擦速度(m/s)

U_lam：在流体输送管(螺旋管)的内部流动的流体的流速(m/s)

此外，上述式(1)以及式(2)中的壁面摩擦速度u_τ例如能够使用壁面摩擦应力τ_w(Pa)和流体的密度ρ(kg/m³)按照以下的式(4)算出。并且，壁面摩擦应力τ_w例如能够按照下式(5)算出。

$u_{\mathrm{\τ}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\τ}}_w}{\mathrm{\ρ}}}\mathrm{...}\left(4\right)$

${\mathrm{\τ}}_w=\frac{1}{2}\×\mathrm{\ρ}\×{U_{lam}}^2\×\frac{0.455}{{\log }_{10}{\left(\frac{U_{lam}\×L}{\mathrm{\ν}}\right)}^{2.58}}\mathrm{...}\left(5\right)$

其中，在所述式(5)中，L是流动方向FD上的流体输送管的长度、即、流路长度(m)。

(流体输送装置的具体例)

接着，对行波的振幅a、波长λ以及相位速度c这3个参数以按照式(1)～式(3)的方式构成的流体输送装置10的具体的一例进行说明。这些参数按照式(1)～式(3)的流体输送装置10能够通过基于输送对象的流体的流速的信息，适当地选择螺旋管14的各尺寸和压力波的特性来实现。

具体而言，在此，示出以输送对象的流体的流速U_lam是25m/s、流体输送管12的流路长度L(参照图1的(A))是0.3m的条件为对象的一例。作为该具体例的前提，作为一例，输送对象的流体是常温的空气，运动粘度ν使用1.58×10^-5m²/s，密度ρ使用1.18kg/m³。其结果，壁面摩擦速度u_τ能够通过式(4)和式(5)算出，约为1.27m/s。

在此基础上，作为优选的行波的振幅a的一例，通过将例如3代入式(1)中的系数α，将1.58×10^-5代入运动粘度ν，而且，将1.27代入壁面摩擦速度u_τ，由此能够算出约为3.7×10^-5m(37μm)。

作为优选的行波的波长λ的一例，通过将例如471代入式(2)中的系数β，将1.58×10^-5代入运动粘度ν、而且，将1.27代入壁面摩擦速度u_τ，能够算出约为5.9×10^-3m(5.9mm)。

而且，作为优选的行波的相位速度c的一例，通过在式(3)中将例如2/3代入系数γ，将25代入流速U_lam，能够算出约为16.7m/s。此外，在此，例举了流速U_lam恒定的流场进行了说明，但本发明的流体输送装置也能够应用于流速U_lam变化的流场。在流速U_lam变化的情况下，在用传感器等检测出流速U_lam的基础上，计算与检测出的流速U_lam相对应的相位速度c即可。

图6是用于说明为了获得优选的行波的特性的螺旋管14的各部分的尺寸的设定例的图。此外，图6的(B)表示管14a的内壁的形状。如以上说明那样，行波的3个参数(振幅a、波长λ以及相位速度c)各自的目标值能够使用式(1)～式(3)如上述那样算出。只要能够将满足这些目标值的压力波施加到管14a内，就能够获得摩擦阻力的降低效果优异的流体输送装置10。

于是，在此，为了能够将满足上述的目标值的压力波施加到管14a内，通过以下说明的方法，决定螺旋管14的尺寸(具体而言，内径D(m)和螺旋的螺距p(m))，并且决定压力波的特性(具体而言，振幅ap(m)和频率fp(Hz))。此外，若将管14a内的压力(声压)设为Pres，则能够如下式(6)那样表示。

Pres＝ap×sin(2×π×fp×t)…(6)

其中，在上述式(6)中，π是圆周率，t是时间(s)。此外，压力P的变动的中心是大气压P0(在此设想为100kPa)。

首先，关于螺旋管14的尺寸和压力波的特性，参照式(7)～式(11)，说明用于满足行波的波长λ和相位速度c各自的目标值的具体的决定方法。如已述那样，作为压力波传播的介质(工作流体)，在本实施方式中使用的流体是氦。介质是常温的氦时的声速C约为997m/s。

$\mathrm{\λ}p=\frac{C}{fp}\≈\mathrm{0.35...}\left(7\right)$

Lr＝π×D≈0.18…(8)

$N=\frac{\mathrm{\λ}p}{Lr}\≈\mathrm{1.95...}\left(9\right)$

$\mathrm{\λ}L=\frac{\mathrm{\λ}p}{Lr}\×p=N\×p\≈\mathrm{0.0059...}\left(10\right)$

$UL=\frac{p}{Lr}\×C\≈\mathrm{16.7...}\left(11\right)$

其中，在上述式(7)～式(11)中，未说明的各记号如下所述。

λp：压力波的波长(m)

Lr：螺旋管14的周长(m)

N：表示在压力波的1个波长中压力波在螺旋状的管14a内旋回的次数的指标值

λL：在螺旋管14的流路长度L的方向(即、流体的流动方向FD)上观察压力波时的压力波的伪波长(m)

UL：在L方向(＝FD方向)上观察压力波时的压力波的传播速度(m/s)

式(10)中所示的L方向的伪波长λL与对流体输送管12的内壁12a施加的行波的波长λ相对应，式(11)所示的L方向的传播速度UL与上述行波的相位速度c相对应。因此，根据式(7)～式(11)可知，为了获得摩擦阻力的降低效果优异的流体输送装置10，只要以使得压力波的伪波长λL与行波的波长λ的目标值一致、且压力波的传播速度UL与行波的相位速度c的目标值一致的方式，决定压力波的频率fp、螺旋管14的内径D以及螺旋管14的螺距p即可。

作为满足上述要求的频率fp、内径D以及螺距p，在本具体例中，使用2850Hz、57mm以及3mm。式(7)～式(11)中所示的数值与本具体例用的以下的计算结果相对应。如式(7)所示，压力波的波长λp能够通过介质(在此为氦)的声速C除以频率fp算出。因此，通过将997代入式(7)中的声速C，而且，将2850代入频率fp，能够算出压力波的波长λp约为0.35m(350mm)。

通过将57代入式(8)中的螺旋管14的内径D，能够算出螺旋管14的周长(内周的长度)Lr约为0.18m(180mm)。通过将0.35代入式(9)中的波长λp，而且将0.18代入周长Lr，能够算出表示压力波的每1波长的压力波的旋回数的指标值N约为1.95。通过将1.95代入式(10)中的指标值N，而且，将3代入螺距p，能够算出L方向上的压力波的伪波长λL约为0.0059m(5.9mm)。并且，通过将0.18代入式(11)中的周长Lr，将3代入螺距p、而且将997代入声速C，能够算出L方向上的压力波的传播速度UL约为16.7m/s。

如以上的计算例所示那样可知，通过适当地决定频率fp、内径D以及螺距p，可获得与行波的波长λ的目标值一致的压力波的伪波长λL，并且可获得与行波的相位速度c的目标值一致的压力波的传播速度UL。

另一方面，为了满足行波的振幅a的目标值所需的压力波的振幅ap例如能够通过如下方法决定。即、考虑管14a的材质和厚度ti(参照图2)，将压力波的振幅ap决定成满足行波的振幅a的值(声压)。另外，根据是否具备外管16，同一振幅ap的压力波使管14a变形的方法不同，因此，在如本实施方式那样具备外管16的情况下，还考虑基于外管16的存在的变形的方法来进行上述的决定。更具体而言，在为了产生压力波而使用扬声器22的本实施方式的流体输送装置10中，最终决定为了获得满足行波的振幅a的声压所需的输出(w)。

根据以上说明的方法，能够取得为了满足行波的3个参数(振幅a、波长λ以及相位速度c)各自的目标值所需的流体输送装置10的设定(更具体而言，螺旋管14的内径D和螺旋的螺距p、以及压力波的振幅ap和频率fp)。因此，准备满足与尺寸有关的上述设定的螺旋管14，在此基础上，为了获得满足与压力波有关的上述设定的振幅ap和频率fp，ECU24控制扬声器22产生的压力波的特性，从而可获得与没有考虑上述目标值的情况相比优异的摩擦阻力的降低效果。

实施方式2.

接着，参照图7和图8说明本发明的实施方式2。

[实施方式2的流体输送装置的构成]

在上述实施方式1的螺旋管14中施加到管14a内的压力波随着沿着行进方向行进而逐渐衰减。若结束衰减而没有消失、压力波到达管14a的行进方向上的前方侧的端部，则产生压力波反射这样的现象。此时，通过入射波和反射波的合成，有可能产生驻波。若产生驻波，则利用了行波状的壁面变形的摩擦阻力的降低效果或缩减、或消失、或者摩擦阻力反而增加。在以下的本实施方式中，对在抑制压力波的反射影响的方面适合的构成进行说明。

图7是表示在本发明的实施方式2中使用的螺旋管30的整体的立体图。本实施方式的流体输送装置相当于将实施方式1的流体输送装置10的螺旋管14置换成螺旋管30而得到的装置。如图7所示，螺旋管30具备第1螺旋部32和第2螺旋部34。第1螺旋部32将管32a卷绕成螺旋状而形成为管状。在此，第1螺旋部32构成为与利用管14a的螺旋管14相同。具体而言，在作为管32a的一端的压力波导入口32a1连接有扬声器22(对此在图7中省略图示)。在第1螺旋部32中，为了获得由行波状的壁面变形产生的摩擦阻力的降低效果，积极地利用向管32a内施加的压力波。

另一方面，第2螺旋部34是在行波的行进方向上的前方侧紧接着第1螺旋部32的部位。第2螺旋部34将管34a卷绕成螺旋状而形成为管状。第1螺旋部32的管32a的另一端(行波的行进方向上的前方侧的端部)为开口端，在该另一端与第2螺旋部34的管34a的一端(行波的行进方向上的后方侧的端部)连通。此外，管34a的另一端可以是开口端和闭口端中的任一者。

图8是表示第1螺旋部32与第2螺旋部34的连接位置的附近处的管32a和管34a的截面的剖视图。如图8所示，管34a的截面形状被设定成其流路截面积大于管32a的流路截面积。此外，在实现该设定时，为了使得不随着流体通过的流路从第1螺旋部32切换成第2螺旋部34而螺旋管30的内径发生变化、且螺旋管30的外径也不发生变化(由于本实施方式的构成具有外管16)，管34a形成为行波的行进方向上的宽度大于管32a的行波的行进方向上的宽度。此外，第2螺旋部34的流路长度被设定成在管34a内传播的压力波衰减结束而消失所需的长度。

通过使第2螺旋部34的管34a的流路截面积大于第1螺旋部32的管32a的流路截面积，从管32a进入到管34a内的压力波能够容易在管34a内衰减。这样，根据本实施方式的螺旋管30，使压力波在第2螺旋部34内充分地衰减。即、第2螺旋部34作为使压力波衰减的压力波衰减部发挥作用。因此，能够有效地抑制在螺旋管30中的行波的行进方向上的前方侧的端部(即、第2螺旋部34中的行波的行进方向上的前方侧的端部)，在第2螺旋部34内传播结束的压力波进行反射。其结果，能够抑制摩擦阻力的降低效果因驻波的产生而降低。此外，若压力波传播的管的流路截面积急剧地变大，则有时反而压力波容易反射。因此，管34a的流路截面积被设定在不会产生这样的反射的范围内。另外，考虑到这点，第2螺旋部34的管34a也可以设为随着朝向压力波的行进方向上的前方侧而流路截面积逐渐变大。

如以上说明那样，本实施方式的螺旋管30具备作为压力波衰减部发挥作用的第2螺旋部34。因此，根据螺旋管30，与不具备第2螺旋部34的螺旋管14相比，能够在更短的流路长度的范围内实现传播压力波、而且之后完成压力波的衰减的螺旋管(换言之，一边抑制驻波的产生一边传播压力波的螺旋管)。因此，根据本构成，在探讨本发明的流体输送装置的设置场所时，能够难以受到实现上述螺旋管所需的流体输送管的流路长度的制约的影响。

另外，在压力波衰减部内，存在压力波虽然衰减但还残留的区间。在本实施方式的构成中，利用螺旋管30的一部分构成了压力波衰减部。因此，能够以能够期待获得摩擦阻力的降低效果的样式构成压力波衰减部。

在上述的实施方式2的螺旋管30中，通过具备使用比第1螺旋部32的管32a的流路截面积大的流路截面积的管34a的第2螺旋部34，抑制了压力波的反射。然而，本发明中的压力波衰减部的具体构成并不限定于上述内容，例如也可以是以下说明的构成。

图9是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。图9所示的螺旋管40与图8所示的螺旋管30不同之处在于，作为压力波衰减部发挥作用的第2螺旋部42的构成与第2螺旋部34不同。图9表示第1螺旋部32与第2螺旋部42的连接位置附近的管32a和管42a的截面。

在图9所示的第2螺旋部42的管42a的内部封入有吸声材料(例如、羊毛材料)44。根据这样的构成，从管32a进入到管42a内的压力波由于吸声材料44的效果而容易衰减。因此，通过具备这样的第2螺旋部42，也能够积极地抑制压力波的反射。但是，若吸声材料44向管42a内的封入量过多，则压力波反而容易反射。因此，吸声材料44的封入量被设定在不产生这样的反射的范围内。

图10是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。图10所示的螺旋管50与图8所示的螺旋管30的不同之处在于，作为压力波衰减部发挥作用的第2螺旋部52的构成与第2螺旋部34不同。如图10所示，第2螺旋部52也可以具备由比第1螺旋部32的管32a软的材质构成的管52a。与管32a相比，更软的管52a在压力波在其内部传播之际更容易伸缩。由此，在压力波在管52a内传播时容易衰减。

图11是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。图11所示的螺旋管60与图8所示的螺旋管30的不同之处在于，作为压力波衰减部发挥作用的第2螺旋部62的构成与第2螺旋部34不同。如图11所示，第2螺旋部62也可以具备由具有伸缩性且多孔质的材料(例如、多孔质橡胶)构成的管62a。这样，通过管62a的内壁由多孔质的材料构成，能够利用管62a的内壁的表面的细孔而使压力波容易衰减。

图12是用于说明本发明中的压力波衰减部的其他例子的图。图12所示的螺旋管70与图8所示的螺旋管30的不同之处在于，作为压力波衰减部发挥作用的第2螺旋部72的构成与第2螺旋部34不同。如图12所示，在第2螺旋部72中，在将卷绕成螺旋状的管72a的1单位设为螺旋的1周时，各个单位管72a1经由连通孔74与相邻的两个单位管72a1中的一个连通。根据这样的样式，在图12所示的构成中，将通过卷绕成螺旋状而相邻的管72a的内部通路之间分隔开的管壁中的一部分被切除。利用这样的构成，也能够以接近增大流路截面积的图8的例子的想法使压力波容易衰减。此外，成为切除对象的管壁的范围过宽相当于管的流路截面积急剧变大，其结果，有时反而压力波容易反射。因此，成为切除对象的管壁的范围被设定在不产生这样的反射的范围内。

另外，本发明中的压力波衰减部也可以通过将图8～图12所示的构成例适当组合来实现。进而，为了抑制压力波的反射，可以替代这样的压力波衰减部或者与这样的压力波衰减部一起采取以下图13所示那样的对策。

图13是用于说明具备适合于抑制压力波的反射的构成的流体输送装置的构成例的图。除了以下方面之外，图13所示的流体输送装置80构成为与图1所示的流体输送装置10相同。即、如图13所示，在流体输送装置80中，流动方向FD上的螺旋管14的下游侧端部那一侧的管14a的端部为作为压力波出口14a2发挥作用的开口端。并且，在压力波出口14a2连接有扬声器82(相当于第2压力波产生机)。扬声器82从电池26接受电力的供给。扬声器82具有对由扬声器22生成而到达压力波出口14a2的压力波进行检测的功能。并且，扬声器82被ECU24控制成产生相位与检测到的压力波相反的压力波。根据这样的构成，能够用扬声器82所发出的相反相位的压力波抵消到达压力波出口14a2的压力波。由此，能够抑制扬声器22生成的压力波的反射。此外，在将本构成与具有图8～图12所示的压力波衰减部的构成组合的情况下，扬声器82配置于压力波衰减部中的行波的行进方向上的前方侧的端部。

在所述的实施方式1和2中，扬声器22配置于流动方向FD上的螺旋管14的上游侧端部那一侧的管14a的端部。然而，通过扬声器22等压力波产生机向管内施加压力波的部位(压力波导入口14a1)不限于如上述的例子那样卷绕成螺旋状而形成管状的状态下的管的端部。即、压力波导入口配置于尽量靠近管的端部的部位的做法，由于能够争取到作为摩擦阻力的降低效果的对象的流体输送管的流路长度，因此，可以说优选。然而，例如，出于流体输送装置的搭载上的原因，难以将压力波导入口如上述的例子那样配置于管的端部的情况下，压力波导入口也可以设置于从管的端部离开的位置。

另外，在上述的实施方式1和2中，列举具有四边形(更具体而言为长方形)截面的管14a为例进行了说明。另一方面，图14是用于说明本发明的其他流体输送装置90的主要部分的构成的剖视图。图14所示的流体输送装置90具备流体输送管92。流体输送管92具备卷绕圆形截面的管94a而形成的螺旋管94。通过卷绕成螺旋状而相邻的管94a的外壁面彼此通过粘接剂18粘接起来。

在图14所示的构成中，在螺旋管94的内周侧以与螺旋管94相接触的方式设有内管96。内管96是直管，是为了使流体输送管92的内壁92a平滑而设置的。在本构成的情况下，流体经由内管96在螺旋管94的内部流动。在采用了这样的构成的情况下，在螺旋管94由于压力波而伸缩时，需要内管96也联动地伸缩。因此，内管96使用与螺旋管94(管94a)同等的软度的材料而构成。

具有上述构成的流体输送管92例如能够通过如下方式制作：通过将管94a卷绕于内管96的外周而形成以内管96为芯的螺旋管94，然后将该螺旋管94压入外管16。此外，在使用圆形截面的管94a的情况下，未必需要具备内管96。在不具备内管96的构成中，在需要使流体输送管92的内壁平滑的情况下，可以利用具有伸缩性的密封剂等填埋相邻的管94a之间的间隙R(参照图14)。另外，也可以根据需要将与内管96同样的内管与具有四边形截面的上述的管14a等组合。

另外，在上述的实施方式1和2中，列举以覆盖螺旋管14等的方式具备外管16的构成为例进行了说明。另一方面，图15是用于说明本发明的其他流体输送装置100的主要部分的构成的剖视图。图15所示的流体输送装置100在不具备外管16这点与图1所示的流体输送装置10不同。即、在流体输送装置100中，仅由将管14a卷绕成螺旋状而形成的螺旋管14构成了流体输送管112。

另外，在上述的实施方式1和2中，列举作为在内部流动的流体的行进方向FD为直线的直管的流体输送管12等为例进行了说明。然而，也可以是，由作为本发明的对象的螺旋管构成的流体输送管、或者包括该螺旋管而构成的流体输送管构成为具有流体的行进方向FD变化的基本形状的弯管。

Claims (13)

1.一种流体输送装置，其特征在于，具备：

螺旋管，其是将具有伸缩性的管卷绕成螺旋状而形成的，输送对象流体在该螺旋管的内部流动；和

第1压力波产生机，其产生压力波，该压力波以所述管的内部的工作流体作为介质，使与所述管的轴向垂直的该管的截面的面积即所述管的流路截面积变化。

2.根据权利要求1所述的流体输送装置，其特征在于，

所述螺旋管包括压力波衰减部，该压力波衰减部是在所述管内传播的压力波的行进方向上的前方侧的部位，使该压力波衰减。

3.根据权利要求2所述的流体输送装置，其特征在于，

所述螺旋管构成为，所述压力波衰减部处的所述管的流路截面积大于除了所述压力波衰减部以外的部位处的所述管的流路截面积。

4.根据权利要求2或3所述的流体输送装置，其特征在于，

在所述压力波衰减部处的所述管的内部封入有吸声材料。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

在所述螺旋管中，所述压力波衰减部由比除了所述压力波衰减部以外的部位软的材质构成。

6.根据权利要求2～5中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

所述压力波衰减部处的所述管的内壁由多孔质的材料构成。

7.根据权利要求2～6中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

在所述压力波衰减部，将通过卷绕成螺旋状而相邻的所述管的内部通路之间分隔开的管壁中的一部分被切除。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

还具备第2压力波产生机，该第2压力波产生机连接于在所述管内传播的压力波的行进方向上的前方侧的、所述管的端部，产生相位与到达所述端部的压力波相反的压力波。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

还具有外管，该外管使用比所述管硬的材料，以覆盖所述螺旋管的方式形成。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

由于压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的振幅a满足下式(1)的关系，

$a=\mathrm{\α}\×\frac{v}{u_{\mathrm{\τ}}}\mathrm{...}\left(1\right)$

其中，在所述式(1)中，系数α为3≤α≤10，ν是所述输送对象流体的运动粘度，u_τ是壁面摩擦速度。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

由于压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的波长λ满足下式(2)的关系，

$\mathrm{\λ}=\mathrm{\β}\×\frac{v}{u_{\mathrm{\τ}}}\mathrm{...}\left(2\right)$

其中，在所述式(2)中，系数β为235≤β≤471，ν是所述输送对象流体的运动粘度，u_τ是壁面摩擦速度。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

由于压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的相位速度c满足下式(3)的关系，

c＝γ×U_lam…(3)

其中，在所述式(3)中，系数γ为2/3≤γ≤1，U_lam是在螺旋管的内部流动的所述输送对象流体的流速。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的流体输送装置，其特征在于，

由所述第1压力波产生机产生的压力波的频率、所述螺旋管的内径以及所述螺旋管的螺距，基于由于该压力波在所述管内传播而在所述螺旋管的内壁生成的、沿着所述输送对象流体的流动方向行进的行波的相位速度的目标值、以及该行波的波长的目标值而设定。