JP2000506958A - 改良された形状の障害物を有する流体振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、長手方向対称平面（Ｐ）に関して対称であり、対称平面（Ｐ）に対して横方向に振動する２次元流体噴流を形成するようになっている流体流入口（２２）と障害物（２８）とを含み、障害物（２８）には、流体流入口（２２）に面し且つ振動噴流によって清掃されるキャビティ（３２）が構成される流体振動子（２０）において、障害物（２８）は、概ね平らであり且つキャビティ（３２）を形成する所謂２つの前面（３４，３６）をもった前壁（３０）を有し、各前面の平面は対称平面（Ｐ）と概ね垂直であり、キャビティ（３２）は、対称平面（Ｐ）と概ね平行な表面が前面（３４，３６）の各々と接合する個所（Ａ１，Ａ２）で、前記表面によって定められ、障害物（２８）は２つの横壁（３８，４０）を有し、横壁（３８，４０）の横面は、該横面の各々が対応する前面（３４，３６）に接合する個所（Ｂ１，Ｂ２）で対称平面（Ｐ）と概ね平行であることを特徴とする流体振動子（２０）に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された形状の障害物を有する流体振動子 本発明は、長手方向対称平面に関して対称であり、該対称平面に対して横方向 に振動する２次元流体噴流を形成するようになっている流体流入口と、前壁を有 する障害物とを含み、キャビティが障害物に作られ、そして流体流入口と向い合 って位置し、障害物は振動噴流によって清掃される、流体振動子に関する。 フランス特許第２６９０７１７号は図１に平面図で示すこの種の流体振動子を 説明している。 この振動子１は振動室２とその内側に収容された障害物４とを含む。障害物４ は前壁６を有し、前壁６には主キャビティ８が作られ、そして孔１０と対向して 位置している。 孔１０は振動室２の流体取入れ口を構成し、長手方向対称平面Ｐに対して横方 向に振動する２次元流体噴流を形成するようになっている。 流体噴流は、それが振動しているとき、主キャビティ８を交互に清掃する。 障害物４はまた、その前面部分に、主キャビティ８の両側に位置する２つの２ 次キャビティ１２、１４を有する。これらの２次キャビティ１２，１４は、孔１ ０を構成する振動室の前壁と対向して配置され、先端形状要素１２ａ、１２ｂ、 １４ａ、１４ｂによって２次キャビティの範囲が定められる。 孔から最も遠い主キャビティの部分の形状は丸く、孔に近づくとき、キャビテ ィの縁は広くなる（図１）。 流体噴流が主キャビティに出会って、それを清掃するとき、渦が噴流の各々の 側に形成され、渦と位相が反対で噴流の振動に関連して交互に強かったり弱かっ たりする。 これらの渦は噴流の振動中に変形し、２次キャビティ１２、１４の目的は渦の 半径方向の延びを噴流の流量調節に応じるようにさせることにあり、半径方向の 延びは問題にしている渦の中心とその周囲との間の距離である。 障害物４は振動室の横壁と一緒に、流体を流出口１６の方向に流体振動子の下 流に流れさせることができる２つのチャンネルＣ１、Ｃ２を構成する。 次の説明は、図２及び図３を参照してなされている、遷移状態における流体振 動子の一般的な機能に関する。 流体噴流Ｆの衝突は極個所１１と１２との間で主キャビティ８を清掃する。振 動は、障害物４の前部分６と、孔１０に連結された振動室２の壁との間に局在す る主渦Ｔ１、Ｔ２の形成が伴う。 図２において、噴流の衝撃は個所Ｉ１に当り、次いで渦Ｔ１を集中させ、渦Ｔ １は強く、渦Ｔ２は弱い。流体噴流は、主として、チャンネルＣ２を経て逃げる 。 乱流状態では、２次キャビティ１２、１４は主渦と位相が反対で強かったり弱 かったりする２次渦Ｔｓ１、Ｔｓ２で占められる。しかしながら、流量が少なく なればなるほど、これらの２次渦の強さ又は集中は益々減少する。 その結果、強い主渦（図２のＴ１）の半径方向の延びが増大するので、流量が 少なくなるとき、２次キャビティ１２を徐々に占めて主渦が２次渦Ｔｓ１を壊し 、２次渦Ｔｓ１は完全に消えて終りになる。 他方、流体噴流の逃げによって作られた２次渦Ｔｓ２は、依然として２次キャ ビティ１４の内側に存在する。 図３において、噴流の衝撃は１２に位置し、増大した半径方向の延びを有する 渦Ｔ２があり、流量が十分に低下するとき、２次渦Ｔｓ２は完全に消える。主渦 は、これが集中し、強いとき、遷移状態で、乱流状態で有する半径方向の延びよ りも大きい半径方向の延びを有する（この乱流状態では、２次キャビティが両方 とも２次渦で占められるので、主渦の発生に利用できる空間は減少する）。強い 主渦の半径方向の延びが大きいとき、振動周波数はずっと低い。 かくして、この流体振動子は、以前から知られた流体振動子に関して、乱流状 態では高い振動周波数を、遷移状態では低い周波数を有し、かくして、改善され た直線性を有する。 しかしながら、この流体振動子は、先端形状要素１２ａ、１２ｂ、１４ａ、１ ４ｂの存在のために、測定値の繰返し性の問題を有する。 事実、生産中、２次キャビティを絶えず正確に再現することは難しく、１つの 流体振動子から他の流体振動子までに得られた食い違いは較正曲線に表され、そ の直線性は想定した適用例には不適当であることがわかった。 本発明はこの問題を、性能がフランス特許第２６９０７１７号に説明された振 動子の性能と依然としてほぼ同じである流体振動子を提供することによって解決 しようとする。 かくして、本発明は長手方向対称平面に関して対称であり、該対称平面に対し て横方向に振動する２次元流体噴流を形成するようになっている流体流入口と、 障害物とを含み、キャビティが障害物に作られ、且つ流体流入口と向い合って位 置し、障害物が振動噴流によって清掃される流体振動子において、障害物は、キ ャビティを構成する主として平らな２つの前面を含む前壁を有し、各前面の平面 は対称平面とほぼ垂直であり、キャビティは、前面の各々と接合する個所で対称 平面とほぼ平行な表面によって形成され、障害物は２つの横壁を有し、横壁の横 面は、その各々が対応する前面に接合する個所で対称平面とほぼ平行であること を特徴とする流体振動子に関する。 本発明の流体振動子の新しい簡易形態は、半径方向の延び（渦の中心と渦の境 界との間の距離）がレイノルズ数と共に増大し、かくして、噴流の振動周波数を 減少させるのに役立つ主渦を得ることを可能にする。 このように、新しい流体振動子の性能は、フランス特許第２６９０７１７号に 記載された先行技術の振動子の性能とほぼ同じである。 この流体振動子の形態により、２次キャビティが噴流流量による渦の幾何学的 な応力を付加させる先行技術の振動子よりも自由に渦を成長させる。 乱流及び定常流に関して、先行技術の流体振動子では、２次キャビティは両方 とも主渦の存在に加えて２次渦で占められ、これに対して、本発明の振動子では 、主渦だけが障害物の前部分と流体流入口との間に位置する空間を占める。 先行技術の流体振動子では、遷移状態において、主渦の大きさが乱流状態及び 定常流状態における同じ渦の大きさに対して増大する。 ２次キャビティ、かくしてキャビティの境界を定める先端形状要素を廃止した 事実は、流体振動子を作り且つそれを一定の正確さで再現することをずっと容易 にする。 本発明の１つの特徴によれば、キャビティの表面は、流体噴流をキャビティに 案内し、且つキャビティ内側での再循環現象の発生を防止するように成形される 。 本発明の更なる特徴によれば、流体振動子は、流体流入口に連結され且つ障害 物を収容する振動室を含む。振動室は流体流入口の両側で前面と向い合って位置 する壁を有し、該壁の表面は前面とほぼ平行である。 この特徴は渦の大きさを調節するのにも寄与する。 本発明の更なる特徴によれば、障害物は長手方向対称平面Ｐとほぼ垂直な後面 によって形成される後壁を有する。 他の特徴及び利点が、例示として単に与えられ且つ添付図面を参照した以下の 説明の解釈からより容易に明らかになるであろう。 図１は先行技術の流体振動子の平面図である。 図２及び図３は、遷移状態における２つの別の瞬間に作動する図１に示した流 体振動子の部分的な平面図を概略的に表わす。 図４は本発明の１つの実施形態による流体振動子の平面図である。 図５ａ及び図５ｂは先行技術の流体振動子及び本発明の流体振動子について得 られた較正曲線を表わす。 図６ａ、図６ｂ及び図６ｃは定常状態、遷移状態及び乱流状態に対して機能す る図４に示した流体振動子の部分的な平面図を概略的に表わす。 図４に示し、全体的に参照番号２０によって示すように、流体振動子が、それ を通過したガスの流量及び容積を決定するために、ガス流れに対して使用される 。 流体振動子２０は長手方向対称平面Ｐに関して対称であり、該対称平面に沿っ て、ガス流れ用の流入口２２及び流出口２４が整合される。 流入口２２は横方向寸法、即ち一定幅ｄの孔の形態で具体化され、その最大寸 法、即ちその高さは図４の平面と垂直な平面に含まれる。 孔は、そこを通過する矢印Ｆで記したガス流れを長手方向対称平面Ｐに対して 横方向に振動する２次元流休噴流（流体噴流は孔の高さと平行な方向に沿って依 然としてほとんど同じである）に変換する。 流体振動子２０は振動室２６を含み、ガス噴流は孔２２を経て振動室２６に通 じ、障害物２８が振動室２６の中央に位置決めされ、振動室２６の大部分を占め ている。 障害物２８の壁は振動室２６の壁２６a、２６ｂと一緒に２つのチャンネルＣ １、Ｃ２を構成し、流体振動子の流出口２４に向って交互にガス流れがいずれか のチャンネルを経て逃げるのを可能にする。 障害物２８は孔２２と向い合った１つの前壁３０を有し、キャビティ３２が障 害物２８に作られ、孔２２と向い合って位置し、ガス噴流の振動運動中、ガス噴 流で清掃される。 噴流はキャビティにぶつかった後、２つの流れに分かれる。 図４に示す平面において、キャビティ３２は表面を有し、その輪郭は、ガス噴 流をその振動中キャビティの内側に案内することができる。 これを達成するためには、表面を湾曲させる必要があり、しかもキャビティは 深すぎてはならず、もしそうでなければ噴流をキャビティの底まで案内すること はできない。 その上、表面は、キャビティ内側での再循環現象の発生を防止するように輪郭 が形成されることが必要であり、もしキャビティがその表面上に鈍角を有するな らば、再循環現象が起こるであろう。 最も簡単な形状を図４に示し、これは半円形に相当する。 しかしながら、前述した機能を満たすことを条件に他の形状も適している。 例えば、表面形状は放物線であっても良い。 障害物２８の前壁３０は又、キャビティ３２の両側に対称に位置し且つ基本的 には平らな２つの前面３４、３６を含む。 これらの前面が配置される平面は、長手方向対称平面Ｐと、及び孔２２と垂直 をなす流れ方向とほぼ垂直である。 しかしながら、これらの前面が所定平面に配置されることは厳密には必要では なく、又はこれらの前面の各々の平面が対称平面Ｐと厳密に垂直であることが厳 密には必要でない。 振動室２６は又、前面３4、３６と向い合って孔２２の両側に対称に配置され た２つの壁２６ｃ、２６ｄを含む。 壁２６ｃ、２６ｄは前面３４、３６と平行な表面を有する。 噴流の両側に形成されるべき渦は、前面３４，３６と壁２６ｃ、２６ｄのそれ ぞれの対応する表面との間に位置決めされる。従って、これらの渦はこれらの表 面間で事実上自由に発生する。 キャビティ３２の形状は、キャビティが前面３４、３６と接合する個所Ａ１、 Ａ２で、キャビティの表面が長手方向対称平面Ｐとほぼ平行であるようなもので ある。 かくして、噴流から始まる流れは、キャビティの表面に遭遇する際に分離され 、表面によって案内され、キャビティを離れる際に長手方向対称平面とほぼ平行 な方向に沿って流れる。 これに反して、もしキャビティの形状が個所Ａ１、Ａ２で幅広ならば、流れは キャビティ３２の表面によって対称平面Ｐの方向から非常に離れた方向に沿って 案内されて、これらの渦の発生が妨げられるおそれがある。 加えて、壁２６ｃ、２６ｄの表面が前面と平行であり、しかもキャビティ３２ から出てくる流れがこれらの面とほぼ垂直な方向をたどる事実は、壁２６ｃ、２ ６ｄの表面に衝突し且つこれらの表面に関して法線からかけ離れた入射角をなす 流れになることを回避する。 事実、法線からかけ離れた入射角により、この前面と壁２６ｃ、２６ｄの対応 する向い合った表面との間に位置決めされる渦の大きさを変更させる。 障害物は、それぞれチャンネルＣ１、Ｃ２と連絡して２つの横壁３８，４０を 有する。 これらの壁３８，４０は主として平らな横面を有し、横面はその各々がそれぞ れ対応する前面３４、３６の各々と接合する個所Ｂ１、Ｂ２で、長手方向対称平 面Ｐとほぼ平行である。 これは、流れの出ていく方向を明瞭に定めることを可能にし、且つ、もし障害 物２８の横面３８，４０と対称平面の長手方向との間の角度が明らかに０より大 きい又は横面の各々と対応する前面との間の接合帯域が曲線を形成するならば起 こるおそれがある再循環流れ現象を回避することを可能にする。 これらの場合には、渦の形成が妨げられるおそれもある。 接合帯域は個所Ｂ１、Ｂ２で完全に定められ、種々の定常流、遷移流及び乱流 で流れの分離縁の場所を正確に固定させる量産の間、再現可能である。 他方、この流れの分離縁の位置は所謂凸型結合帯域に対する流れの状態により 変わる。その結果、凸形状を確実に再現することは難しいので、分離縁の正確な 位置決めを得ることは難しい。 図４に示すように、障害物２８の壁３８，４０の横面は振動室２６の横壁２６ ａ、２６ｂと一緒に互いに平行な２つのチャンネル部分を構成する。 障害物２８は又、流体振動子の流出口２４に面する後壁４２を有する。 後壁４２は長手方向対称平面Ｐの中央部分とほぼ垂直な表面によって構成され る。 事実、再循環帯域の発生を回避するために、対称平面Ｐに関して対称であるこ の後面は、壁３８，４０の横面の各々から僅かに凸状の４分の１円を形成し、次 いで、障害物２８の前面３４，３６に対して僅かに傾斜した直線部分を対称平面 Ｐまで形成する。 孔２２から最も遠いキャビティ３２の部分に相当するキャビティ３２の底は、 孔から４ｄ乃至８ｄの距離に位置し、その距離は例えば６．２５ｄに等しい。 最小厚さと称せられる、キャビティ３２の底と後壁４２の表面との間の障害物 ２８の長手方向寸法は、十分な機械的抵抗を確保するために０．０５ｄよりも大 きく、２ｄよりも小さい。 キャビティ３２の横方向寸法は２．５ｄ乃至６．５ｄであり、例えば４．５ｄ に等しい。 前面３４，３６は孔２２から、即ちそれぞれの壁２６ｃ、２６ｄから２．２５ ｄ乃至６．２５ｄの長手方向距離に位置し、その距離は例えば４．２５ｄに等し い。 前面３４，３６は０．２５ｄ乃至５ｄの横方向即ち幅寸法を有し、その寸法は 例えば３．２５ｄに等しい。 本発明の流体振動子の簡易形態のおかげで、振動子は大量に生産し易くなり、 従って振動子は形状の再現性、よって測定値の繰返し性を確保することができる ようにする。 その上、本発明の流体振動子の簡易形状は、ガス流によって運ばれた塵の振動 子への蓄積による汚染の問題に関する抵抗を増大させた。 図４の流体振動子は振動子を通過するガス（又は水のような他の流体の）流量 を、キャビティ３２の内側のガス噴流の極清掃個所に位置する２つの圧力タッピ ングにより測定することができる。これらの圧力タッピングは、噴流の振動周波 数を測定することができる周知の装置に接続される。従来の調節装置は周波数と 流量とを関連させることができる。 熱又は超音波センサーを噴流の振動周波数を測定するのに使用しても良い。 これらのセンサーを孔２２と障害物２８との間で、流体振動子のカバーを形成 する上壁（図４に示さず）に配置しても良いし、或いは流体振動子の下壁にすら 配置しても良い。 これらのセンサーの場所を図４に示す破線で指示する。 図５ａ及び図５ｂに示す曲線は、先行技術（図５ａ）と本発明（図５ｂ）の流 体振動子についてのレイノルズ数による、ガス流量測定値に対して得られた相対 誤差Ｅの比較結果である。 図６ａ、図６ｂ及び図６ｃは定常流、遷移流及び乱流に関する種々の作動条件 による図４の流体振動子を表わす。 各図において、現象の理解を容易にするために、噴流の振動を同じ側に表わし ている。 噴流が振動しているとき、２つの主渦Ｔ１、Ｔ２は噴流の両側に位置する。 従って、これら３つの図の比較は、前面３４と表面２６ｃとの間に局在する主 渦Ｔ１の半径方向の延びが、レイノルズ数を増すことによって、増すことを明ら かに示す。 噴流振動周波数は半径方向の延びの際、渦の回転速度比率に比例するという事 実を仮定すれば、レイノルズ数が増すとき、延びは増し、噴流の最大速度は減少 し、かくして、周波数を一定にする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．長手方向対称平面（Ｐ）に関して対称であり、対称平面（Ｐ）に対して横方 向に振動する２次元流体噴流を形成するようになっている流体流入口（２２） と障害物（２８）とを含み、キャビティ（３２）が障害物（２８）に作られ、 且つ流体流入口（２２）と向い合って位置し、障害物（２８）が振動噴流によ って清掃される流体振動子（２０）において、障害物（２８）は、キャビティ （３２）を形成する基本的には平らな２つの前面（３４，３６）を含む前壁（ ３０）を有し、各前面の平面は対称平面（Ｐ）とほぼ垂直であり、キャビティ （３２）は、対称平面（Ｐ）とほぼ平行な表面が前面（３４，３６）の各々と 接合する個所（Ａ１，Ａ２）で前記表面によって形成され、障害物（２８）は 又、２つの横壁（３８，４０）を有し、横壁（３８，４０）の横面は、該横面 の各々が対応する前面に接合する個所（Ｂ１，Ｂ２）で対称平面（Ｐ）とほぼ 平行であることを特徴とする流体振動子（２０）。 2．キャビティ（３２）の表面は、噴流をキャビティ（３２）の内側に案内し且 つキャビティ（３２）内側での再循環現象の発生を防止するように輪郭が形成 される、請求の範囲第１項に記載の流体振動子。 3．キャビティ（３２）の表面は、流体噴流の振動平面内で半円形状を有する、 請求の範囲第１項又は第２項に記載の流体振動子。 4．キャビティ（３２）の表面は、流体噴流の振動平面内でほぼ放物線形状を有 する、請求の範囲第１項又は第２項に記載の流体振動子。 5．流体流入口（２２）に連結され且つ障害物（２８）を収容する振動室（２６ ）を含み、振動室（２６）は、流体流入口（２２）の両側で前記前面と向い合 って位置する壁（２６ｃ，２６ｄ）と、前記前面とほぼ平行な表面とを有する 、請求の範囲第１項乃至第４項に記載の流体振動子。 6．障害物（２８）の横面（３８，４０）は、基本的には、対称平面（Ｐ）と平 行である、請求の範囲第１項に記載の流体振動子。 7．障害物（２８）は、対称平面（Ｐ）とほぼ垂直である後面によって構成され た後壁（４２）を有する、請求の範囲第１項乃至第６項に記載の流体振動子。 8．障害物（２８）は振動室（２６）の大部分を占める、請求の範囲第５項に記 載の流体振動子。 9．障害物（２８）は、流体流入口（２２）から最も遠い１つの部分及び横方向 寸法ｄを有し、前記部分は流体流入口（２２）から４ｄ乃至８ｄの距離に位置 する、請求の範囲第１項乃至第８項に記載の流体振動子。 10．キャビティ（３２）の横方向寸法は２．５ｄ乃至６．５ｄであり、ｄは流体 流入口（２２）の横方向寸法である、請求の範囲第１項乃至第９項に記載の流 体振動子。 11．前面（３４，３６）は流体流入口（２２）から横方向寸法ｄを用いて２．２ ５ｄ乃至６．２５ｄの長手方向距離に位置する、請求の範囲第１項乃至第１０ 項に記載の流体振動子。 12．流休流入口（２２）から最も遠いキャビティ（３２）の部分と障害物（２８ ）の後壁（４２）との間の長手方向距離は０．０５ｄ乃至２ｄであり、ｄは流 体流入口（２２）の横方向寸法である、請求の範囲第１項乃至第１１項に記載 の流体振動子。 13．前面（３４，３６）は０．２５ｄ乃至５ｄの横方向寸法を有し、ｄは流体流 入口（２２）の横方向寸法である、請求の範囲第１項乃至第１２項に記載の流 体振動子。