JP2018115838A

JP2018115838A - 渦輪発生装置

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Publication number: JP2018115838A
Application number: JP2017008591A
Authority: JP
Inventors: 康之桑木; Yasuyuki Kuwaki; 小林　陽介; Yosuke Kobayashi; 陽介小林
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP6876974B2

Abstract

【課題】渦輪生成時に前面側空間で発生する気流の乱れを抑制すること。【解決手段】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。ピストン２０が吐出口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、シリンダ内の気流の乱れを抑制するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、渦輪を発生させる渦輪発生装置に関する。

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）。

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。

特開平７−３３２７５０号公報

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。

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。

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。

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、ピストンに、ピストンを軸方向において貫通する貫通口が形成されており、ピストンは、ピストンが吐出口の方向に移動する場合に貫通口を閉じ、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を開く第１弁を有するものとしたものである。

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。

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。

本発明の実施の形態１に係る渦輪発生装置においてピストンが吐出口から離れる方向に移動するときの気体の流れを説明する図本発明の実施の形態１に係る渦輪発生装置においてピストンが吐出口のある方向に移動するときの気体の流れを説明する図本発明の実施の形態１に係る渦輪発生装置において渦輪が発生するときの状態を説明する図従来の渦輪発生装置の、ピストンが吐出口のある方向に移動するときの渦流の状態を説明する図従来の渦輪発生装置の、ピストンが吐出口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

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。

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。

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。

（実施の形態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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims

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
渦輪発生装置。
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
請求項１に記載の渦輪発生装置。