JP2007317656A - 気流発生装置、気流発生ユニット、翼、熱交換装置、マイクロマシーン、ガス処理装置、気流発生方法および気流制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】誘電体41の表面と同一面に露出された電極42と、この電極42と誘電体41の表面からの距離を異にし、かつ誘電体41の表面と水平な方向にずらして離間され、誘電体41内に埋設された電極43と、ケーブル23を介して電極42、43間に電圧を印加する放電用電源24とを備え、電極42、43間における誘電体バリア放電により気流を発生させる。
【選択図】図3
Description
電気学会論文誌第97巻 第5号(1977年),p259−p266
図1は、第1の実施の形態の気流発生装置10を模式的に示した斜視図である。
F ∝ (n+−n−)×E …式(1)
ここで、n+は正イオンの密度であり、n−は電子または負イオンの密度である。
図3は、第2の実施の形態の気流発生装置40を模式的に示した斜視図である。また、図4は、図3のA−A断面図である。なお、第1の実施の形態の気流発生装置10と同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
ここでは、気流発生装置40を翼50の空気力学的特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。図5は、翼上面側に気流発生装置40を備えた翼50を模式的に示した斜視図である。また、図6A〜図6Cは、翼上面の気流の流れを説明するために、翼50の断面を模式的に示した図である。なお、翼には、例えば、風車の翼、飛行機の翼やプロペラ、タービン翼、送風機の翼などが含まれる。
L=1/2・ρ・V・CL・S …式(2)
ここでは、気流発生装置40を移動体60の空気力学的特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。なお、移動体には、航空機、ミサイル、鉄道、自動車などの気体中を移動する任意の物体が含まれる。図7は、前方側面に気流発生装置40を備えた移動体60の一部の断面を模式的に示した図である。
例えば、遷音速域を飛行する航空機においては、空気が圧縮性を有する気体となり、航空機の表面の様々な位置で衝撃波が発生する。このため、航空機の安定性や操縦性に様々な障害が生じる。
短距離離着陸機等は、プロペラまたはジェットの後流や抽気を利用する強力な高揚力装置を備えているため、これらの装置の重量が大きくなり、経済性を損なっている場合が多い。
ここでは、気流発生装置40を熱交換装置70の伝熱特性を制御する手段として用いた場合の一例を示す。具体的には、気流発生装置40を乱流を促進させる手段として用いた一例を示す。図8は、伝熱面71に気流発生装置40を備えた熱交換装置70を模式的に示した斜視図である。
ここでは、気流発生装置40をマイクロマシン80の駆動機構に用いた場合の一例を示す。具体的には、気流発生装置40を推力発生手段として用いた一例を示す。図9は、側面および上面に気流発生装置40を備えたマイクロマシン80を模式的に示した斜視図である。
ここでは、気流発生装置40をガス処理装置90の活性種生成機構、送風機構および拡散・混合機構に用いた場合の一例を示す。図10は、気流発生装置40を備えたガス処理装置90の活性種生成部を模式的に示した斜視図である。このガス処理装置90には、例えば、放電で生成するオゾンによって悪臭物質を処理する脱臭装置や殺菌装置、放電で生成するNO2によって煤を燃焼させる粒子状物質減少装置などが含まれる。
上記したように、本発明に係る気流発生装置40は、翼への応用においては、例えば剥離抑制機能、移動体への応用においては例えば摩擦低減機能、熱交換器においては例えば乱流促進機能、マイクロマシーンにおいては例えば推力機能、ガス処理装置においては例えば活性種生成機能、送風機能および拡散・混合機能を備えることについて説明した。ここでは、本発明に係る気流発生装置40を備えることで、騒音や振動の低減、流体の漏洩等を抑制する効果が得られること、さらに気流発生装置40の他の機器への適用について説明する。
次に、前述した気流発生装置40の様々な機構や作用等を具体的に実施例に基づいて説明する。
ここでは、本発明に係る気流発生装置は、例えば減圧環境下等の大気圧下以外の環境における気流制御においても、機械的に気流を制御するよりも、自由度が大きく、最適な気流制御が可能であることについて説明する。
次に、本発明における気流発生装置は、空気以外のガス環境下においても放電を形成することができることを説明する。
図13Aは、気流発生装置10を模式的に示した断面図である。図13Bは、一様流の高さ方向の流速分布をスモークワイヤ法にて観測した結果を示す図である。図13Cは、一様流中において、気流発生装置10で発生した気流の高さ方向の流速分布をスモークワイヤ法にて観測した結果を示す図である。
図14Aは、気流発生装置10を模式的に示した断面図である。図14Bは、気流発生装置10で発生した気流の速度分布を示す図である。
図15は、翼表面上における流れの剥離の現象を説明するための断面図である。図15に示すように、翼面近傍における速度分布は、表面150で速度が0であり、境界層151内では粘性により速度勾配を生じ、境界層の外側では、一様な速度Uとなっている。境界層の厚さが厚くなってくると翼の表面150付近で逆流領域152が現れ、流れが剥離する。そこで、逆流領域152が現れる領域、または逆流領域152が現れる領域近傍の翼表面上に、本発明に係る気流発生装置を設けて、境界層の速度分布を変化させることにより、剥離を抑制することが可能になる。具体的には、逆流領域が形成されるのを抑制するように、逆流領域における流れの方向に対向する流れを形成するように、翼表面上に気流発生装置を設ける。
前述したように、電圧の調整方法については、例えば、電圧波高値、電圧周波数、電圧波形、デューティ比等を調整する方法が適用できる。ここでは、これらの電圧の調整を行なったときの気流発生装置から発生する気流の速度との関係について説明する。
前述したように、図14Bには、周波数が3kHzで、電圧が4.5kV(電力0.97W)、5kV(電力1.04W)、6kV(電力2.93W)、7kV(電力5.09W)、8kV(電力9.6W)、9kV(電力11.6W)の交番電圧を印加したときの、気流発生装置10で発生した気流の速度分布が示されている。
図17は、電圧波高値を一定にして電圧周波数を変化させたときの速度分布の最大値を示す図である。なお、ここで用いた気流発生装置は、図14Aに示した気流発生装置10と電極および誘電体のサイズ等が異なるのみであり、速度の計測方法は同じであるので、ここで使用した気流発生装置の構成を、図14Aの気流発生装置10を参照して説明する。
図18は、電圧波高値および電圧周波数を一定としたときの立ち上がり時間比を変化させたときの速度分布の最大値を示す図である。
図19は、電圧波高値、電圧周波数および電圧波形を一定とし、電圧を断続的に印加してデューティ比を変化させたときの速度分布の最大値を示す図である。
図20は、前述した、トランスを有し、トランスの1次巻線からトランスの漏れインダクタンスと放電部の静電容量を含んで形成される共振回路にステップ電圧を与えることにより放電部に共振電圧を印加する方式の高圧電源を本発明に係る気流発生装置に用いたときの放電の電流電圧波形を示す図である。なお、この場合における電圧周波数は3kHzであり、放電入力電力は1Wとした。
ここでは、前述したように、電極21を棒状とした場合の直径、または電極21を平板状とした場合の幅(気流が発生する方向の長さ)は、誘電体20の厚さをtとする場合、20t以下、さらには2t以下が好適である理由について説明する。なお、ここで用いた気流発生装置は、図14Aに示した気流発生装置10と電極および誘電体のサイズ等が異なるのみであり、速度の計測方法は同じであるので、ここで使用した気流発生装置の構成を、図14Aの気流発生装置10を参照して説明する。
ここでは、前述したように、誘電体20の厚さをt3、比誘電率をεとすると、ε/t3が20以下であることが好適であることについて説明する。なお、ここで用いた気流発生装置は、図14Aに示した気流発生装置10と電極および誘電体のサイズ等が異なるのみであり、速度の計測方法は同じであるので、ここで使用した気流発生装置の構成を、図14Aの気流発生装置10を参照して説明する。
Claims (14)
- 一対の電極と、
前記電極間に介在する固体からなる誘電体と、
前記電極間に電圧を印加可能な電圧印加機構と
を備え、
前記電極間における放電により気流を発生させることを特徴とする気流発生装置。 - 前記電圧印加機構によって印加される電圧が交番電圧であることを特徴とする請求項1記載の気流発生装置。
- 前記一対の電極の形状が、それぞれ非対称な形状で構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の気流発生装置。
- 前記一対の電極がそれぞれ面対称な形状で構成され、かつ対称面からどちらか一方の電極側に前記誘電体をずらして配置したことを特徴とする請求項1または2記載の気流発生装置。
- 固体からなる誘電体からなる誘電ブロックと、
前記誘電ブロックの表面に露出されまたは前記ブロック内に埋設された第1の電極と、
前記第1の電極と前記誘電ブロックの表面からの距離を異にして、前記ブロック内に埋設された第2の電極と、
前記電極間に電圧を印加可能な電圧印加機構と
を備え、
前記電極間における放電により気流を発生させることを特徴とする気流発生ユニット。 - 前記電圧印加機構によって印加される電圧が交番電圧であることを特徴とする請求項5記載の気流発生ユニット。
- 揚力を発生する翼であって、
翼面の所定の位置に、請求項1乃至4のいずれか1項記載の気流発生装置または請求項5乃至6のいずれか1項記載の気流発生ユニットを備えたことを特徴とする翼。 - 少なくとも一方の作動流体が気体であり、前記気体と熱伝達を行う伝熱面を備える熱交換装置であって、
前記伝熱面の所定の位置に、請求項1乃至4のいずれか1項記載の気流発生装置または請求項5乃至6のいずれか1項記載の気流発生ユニットを備えたことを特徴とする熱交換装置。 - 任意の方向に駆動機構によって移動可能なマイクロマシーンであって、
表面の所定の位置に、前記駆動機構として請求項1乃至4のいずれか1項記載の気流発生装置または請求項5乃至6のいずれか1項記載の気流発生ユニットを備えたことを特徴とするマイクロマシーン。 - 放電により活性種を生成する活性種生成機構、被処理ガスを処理するガス処理機構および前記活性種生成機構で生成された活性種を前記ガス処理機構に送風する送風機構を備えたガス処理装置であって、
活性種を生成する活性種生成部に、前記活性種生成機構および前記送風機構の双方の機能を有する、請求項1乃至4のいずれか1項記載の気流発生装置または請求項5乃至6のいずれか1項記載の気流発生ユニットを備えたことを特徴とするガス処理装置。 - 固体からなる誘電体を介して対向配置された一対の電極間に電圧を印加し、前記電極間における放電により気流を発生させることを特徴とする気流発生方法。
- 前記印加される電圧が交番電圧であることを特徴とする請求項11記載の気流発生方法。
- 固体からなる誘電体を介して対向配置された一対の電極間に電圧を印加し、前記電極間における放電により、気体が流れる物体の表面に気流を発生させ、前記物体の表面の気体の流れを制御することを特徴とする気流制御方法。
- 前記印加される電圧が交番電圧であることを特徴とする請求項13記載の気流制御方法。
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