JP2019112988A

JP2019112988A - 流路素子

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Publication number: JP2019112988A
Application number: JP2017246078A
Authority: JP
Inventors: 正信楠本; Masanobu Kusumoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-11

Abstract

【課題】車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率は、より高いことが望ましい経済効率を向上させることができる流路素子を提供する。【解決手段】流体が流れるパイプ１５０の末端に設けられる、パイプ１５０の径とほぼ同じ径を有する筒状部材１１０と、筒状部材１１０の後縁に沿って取付けられた鍔状部材１２０と、を備える流路素子１００である。パイプ１５０は、車両の車体の下方においてエンジン排気を後方へ行うための排気管である。筒状部材１１０の外周面には、車両が前進するとき、外周面に沿って流れる外気を上方へ案内する凸条が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジン排気口などに装着される流路素子に関する。

車両のエンジン排気口などに装着されるさまざまな流路素子が、知られている。

より具体的には、つぎのような先行技術が、知られている。

熱機関の排気口から排気管終端部の任意の位置に設けた排気促進装置であって、該排気促進装置は、排気外筒と、その内部に漏斗状の形状をし、外面部に内面側と貫通する複数の排気通過孔を有し、断面積が大きい方を上流側に向けて排気取入口とし、断面積が小さい方を下流側に向けて排気噴出口とした内筒と、前記排気取入口の上流側に設けた加速子とを備え、排気外筒は、所定の角度を有する複数の取付板により連結固定されており、前記取付板は平板であり、排気の流れに旋回流を発生させるために、排気外筒内の各部材を連結固定し、排気の流れに対し、迎角を与え、前端部又は後端部の少なくても一方を折り曲げた熱機関の排気促進装置が、知られている（たとえば、特許文献１参照）。

このような排気促進装置は、内燃、外燃機関を問わず既存設備に直接後付けが可能であり、小型安価、製作容易、取付を簡単にすることを目指す排気促進装置である。

熱機関の排気口から排気管終端部の任意の位置に、排気外筒と、排気外筒内部に、内筒と、内筒の排気取入口の排気上流側に排気を加速する為の加速子を備え、内筒の形状は、中央部が狭窄され、中央部の外周面に複数の排気通過孔を設け、排気の上流側と下流側の両側が末広がり形状であり、内筒の下流側を排気噴出口として、排気の流れに対して直交し、所定の迎角を有する複数の取付板により、排気外筒と加速子と内筒を連結固定する熱機関の排気促進装置も、知られている（たとえば、特許文献２参照）。

このような排気促進装置は、熱機関の排気抵抗を軽減させ、且つ冷却による排気の促進及び消音効果を持たせ、出力及び燃費を向上させることを目指す排気促進装置である。

特開２０１４−２０６１０１号公報特開２０１５−０１４２７４号公報

しかしながら、本発明者は、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率はより高いことが望ましいと考えている。

そして、本発明者は、簡素な装置構成を利用して、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率を向上させることが望ましいと考えている。

本発明は、前述された従来の課題を考慮し、簡素な装置構成を利用して、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率を向上させることができる流路素子を提供することを目的とする。

第１の本発明は、流体が流れるパイプの末端に設けられる、前記パイプの径とほぼ同じ径を有する筒状部材と、
前記筒状部材の後縁に沿って取付けられた鍔状部材と、
を備えることを特徴とする流路素子である。

これにより、鍔状部材は流体が流れるパイプの末端に設けられる筒状部材の後縁に沿って取付けられているので、簡素な装置構成を利用して、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率を向上させることができる。

第２の本発明は、前記パイプは、車両の車体の下方においてエンジン排気を後方へ行うための排気管であることを特徴とする第１の本発明の流路素子である。

これにより、パイプは車両の車体の下方においてエンジン排気を後方へ行うための排気管であるので、車両の燃費などのような経済効率を向上させることができる。

第３の本発明は、前記筒状部材の外周面には、前記車両が前進するとき、前記外周面に沿って流れる外気を上方へ案内する凸条が形成されていることを特徴とする第２の本発明の流路素子である。

これにより、筒状部材の外周面には、車両が前進するとき、外周面に沿って流れる外気を上方へ案内する凸条が形成されているので、より確実に車両の燃費などのような経済効率を向上させることができる。

第４の本発明は、動力により駆動されるプロペラの近傍に設けられる、前記プロペラの径とほぼ同じ径を有する筒状部材と、
前記筒状部材の後縁に沿って取付けられた鍔状部材と、
を備えることを特徴とする流路素子である。

これにより、鍔状部材は動力により駆動されるプロペラの近傍に設けられる筒状部材の後縁に沿って取付けられているので、簡素な装置構成を利用して、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率を向上させることができる。

本発明により、簡素な装置構成を利用して、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率を向上させることが可能な流路素子を提供することができる。

本発明における実施の形態１の流路素子の模式的な斜視図本発明における実施の形態１の流路素子の模式的な断面図本発明における実施の形態１の流路素子の模式的な側面図本発明における実施の形態２の流路素子の模式的な側面図本発明における実施の形態３の流路素子の模式的な断面図本発明における実施の形態４の流路素子の模式的な断面図本発明における実施の形態５の流路素子の模式的な断面図（ａ）本発明における実施の形態６の流路素子の模式的な側面図、（ｂ）本発明における実施の形態６の流路素子の模式的な背面図本発明に関連する発明における実施の形態（その一）の流路素子の模式的な側面図本発明に関連する発明における実施の形態（その二）の流路素子の模式的な側面図

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

（実施の形態１）
はじめに、図１〜３を参照しながら、本実施の形態の流路素子１００について具体的に説明する。

図１は、本発明における実施の形態１の流路素子１００の模式的な斜視図である。図１においては、流路素子１００は車体１６０の左上後側から見られている。

図２は、本発明における実施の形態１の流路素子１００の模式的な断面図である。図２における断面は、流体が筒状部材１１０を通って流れる方向に延びる流路素子１００の中心軸を含む鉛直面である。

図３は、本発明における実施の形態１の流路素子１００の模式的な側面図である。図３においては、流路素子１００は左側から見られている。

流路素子１００は、筒状部材１１０と、鍔状部材１２０と、を有する。

筒状部材１１０は、流体が流れるパイプ１５０の末端に設けられる、パイプ１５０の径とほぼ同じ径を有する部材である。

パイプ１５０は、車両の車体１６０の下方においてエンジン排気を後方へ行うための排気管である。

鍔状部材１２０は、筒状部材１１０の後縁に沿って取付けられた部材である。

流路素子１００の下流側においては、鍔状部材１２０に沿って迂回させられる筒状部材１１０の外側の外側流れ１０１と、筒状部材１１０の内側の内側流れ１０２と、により形成される下流側渦１０３のために、低圧領域が生成される。したがって、流体は流路素子１００から下流側へ強く引出されるので、筒状部材１１０の内壁の近傍においては、流体速度が増加し、流れが強くなる。

このように、流路素子１００は、集風構造体として機能するように風車に取付けられる風レンズの効果に類似した効果を奏する。

結果的に、エンジン排気ガスのような流体に対応した流路素子１００がエンジン排気口に装着された車両においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

より具体的に説明すると、つぎの通りである。

車両がミニバンである場合においては、鍔状部材１２０の直径
（数１）
Ｄ＝９［ｃｍ］
および鍔状部材１２０の幅
（数２）
ｗ＝１［ｃｍ］
の設計パラメーターが例示される。

後輪の回転数が２０００回転毎分である状態における約１００キロメートル毎時の定速走行においては、流路素子１００が装着されていると、１リットルのガソリン燃料を利用しての走行距離は１５キロメートル以上であると期待される。１リットルのガソリン燃料を利用しての車両販売カタログに掲載された走行距離は約１２キロメートルであるので、経済効率は大きく向上されると言える。

車両が約１．５トンの積載量に対応したトラックである場合においては、鍔状部材１２０の直径
（数３）
Ｄ＝１０［ｃｍ］
および鍔状部材１２０の幅
（数４）
ｗ＝６［ｃｍ］
の設計パラメーターが例示される。

荷物が積載されない空車状態における約８０キロメートル毎時の定速走行においては、流路素子１００が装着されていると、１リットルのガソリン燃料を利用しての走行距離は１５キロメートル以上であると期待される。１リットルのガソリン燃料を利用しての車両販売カタログに掲載された走行距離は約１２キロメートルであるので、たとえば、設計パラメーターがこのようにやや大きくなるように設定されると、経済効率は同様に大きく向上されると言える。

なお、変形例の実施の形態においては、パイプ１５０は、エンジン吸気を行うための吸気管であってもよい。エンジン吸気エアのような流体に対応した流路素子１００がエアフィルターの上流側のエンジン吸気口に装着された車両においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

また、変形例の実施の形態においては、流路素子１００は、前述されたように車両に装着されているのではなく、航空機または船舶に装着されていてもよい。

（実施の形態２）
つぎに、図４を参照しながら、本実施の形態の流路素子２００について具体的に説明する。

図４は、本発明における実施の形態２の流路素子２００の模式的な側面図である。図４においては、流路素子２００は左側から見られている。

流路素子２００は、筒状部材２１０と、鍔状部材２２０と、を有する。

筒状部材２１０は、流体が流れるパイプ２５０の末端に設けられる、パイプ２５０の径とほぼ同じ径を有する部材である。

パイプ２５０は、車両の車体２６０の下方においてエンジン排気を後方へ行うための排気管である。

筒状部材２１０の外周面には、車両が前進するとき、外周面に沿って流れる外気を上方へ案内する凸条２１１が形成されている。

車体２６０が近くに存在する上方の領域における流れは、車体２６０が近くに存在しない下方の領域における流れと比較して弱くなりやすい。しかしながら、凸条２１１は筒状部材２１０の外周面に沿って流れる外気を上方へ案内するので、車体２６０が近くに存在する上方の領域における流れの強さも十分に確保される。

もちろん、凸条２１１は、筒状部材２１０の外周面の左および右の両側に形成されていてもよいし、筒状部材２１０の外周面の左または右の一側に形成されていてもよい。

鍔状部材２２０は、筒状部材２１０の後縁に沿って取付けられた部材である。

流路素子２００の下流側においては、鍔状部材２２０に沿って迂回させられる筒状部材２１０の外側の外側流れ２０１と、筒状部材２１０の内側の内側流れ２０２と、により形成される下流側渦２０３のために、低圧領域が生成される。したがって、流体は流路素子２００から下流側へ強く引出されるので、筒状部材２１０の内壁の近傍においては、流体速度が増加し、流れが強くなる。

このように、流路素子２００は、集風構造体として機能するように風車に取付けられる風レンズの効果に類似した効果を奏する。

結果的に、エンジン排気ガスのような流体に対応した流路素子２００がエンジン排気口に装着された車両においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

なお、変形例の実施の形態においては、パイプ２５０は、エンジン吸気を行うための吸気管であってもよい。エンジン吸気エアのような流体に対応した流路素子２００がエアフィルターの上流側のエンジン吸気口に装着された車両においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

また、変形例の実施の形態においては、流路素子２００は、前述されたように車両に装着されているのではなく、航空機または船舶に装着されていてもよい。

（実施の形態３）
つぎに、図５を参照しながら、本実施の形態の流路素子３００について具体的に説明する。

図５は、本発明における実施の形態３の流路素子３００の模式的な断面図である。図５における断面は、流体が筒状部材３１０を通って流れる方向に延びる流路素子３００の中心軸を含む鉛直面である。

流路素子３００は、筒状部材３１０と、鍔状部材３２０と、を有する。

筒状部材３１０は、流体が流れるパイプ３５０の末端に設けられる、パイプ３５０の径とほぼ同じ径を有する部材である。

パイプ３５０は、航空機の翼体３６０の下方においてジェットエンジン排気を後方へ行うための排気管である。

鍔状部材３２０は、筒状部材３１０の後縁に沿って取付けられた部材である。

流路素子３００の下流側においては、鍔状部材３２０に沿って迂回させられる筒状部材３１０の外側の外側流れ３０１と、筒状部材３１０の内側の内側流れ３０２と、により形成される下流側渦３０３のために、低圧領域が生成される。したがって、流体は流路素子３００から下流側へ強く引出されるので、筒状部材３１０の内壁の近傍においては、流体速度が増加し、流れが強くなる。

このように、流路素子３００は、集風構造体として機能するように風車に取付けられる風レンズの効果に類似した効果を奏する。

結果的に、ジェットエンジン排気ガスのような流体に対応した流路素子３００がジェットエンジン排気口に装着された航空機においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

なお、変形例の実施の形態においては、パイプ３５０は、ジェットエンジン吸気を行うための吸気管であってもよい。ジェットエンジン吸気エアのような流体に対応した流路素子３００がガスタービン３５１の上流側のジェットエンジン吸気口に装着された航空機においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

また、流路素子３００は翼体３６０の下方に装着されているが、流路素子７００が、本発明に関連する発明における実施の形態（その一）の流路素子７００の模式的な側面図である図９に示されているように、翼体３６０の上方に装着されていてもよい。流路素子７００は、下半分がない半割状部材であり、翼体３６０の下側の気流の速度よりも大きい翼体３６０の上側の気流の速度をトンボの羽のような構成により増大させ、揚力を増大させる。

（実施の形態４）
つぎに、図６を参照しながら、本実施の形態の流路素子４００について具体的に説明する。

図６は、本発明における実施の形態４の流路素子４００の模式的な断面図である。図６における断面は、流体が筒状部材４１０を通って流れる方向に延びる流路素子４００の中心軸を含む鉛直面である。

流路素子４００は、筒状部材４１０と、鍔状部材４２０と、を有する。

筒状部材４１０は、流体が流れるパイプ４５０の末端に設けられる、パイプ４５０の径とほぼ同じ径を有する部材である。

パイプ４５０は、工場の燃焼装置の上方において燃焼排気を上方へ行うための煙突である。

鍔状部材４２０は、筒状部材４１０の後縁に沿って取付けられた部材である。

流路素子４００の下流側においては、鍔状部材４２０に沿って迂回させられる筒状部材４１０の外側の外側流れ４０１と、筒状部材４１０の内側の内側流れ４０２と、により形成される下流側渦４０３のために、低圧領域が生成される。したがって、流体は流路素子４００から下流側へ強く引出されるので、筒状部材４１０の内壁の近傍においては、流体速度が増加し、流れが強くなる。

このように、流路素子４００は、集風構造体として機能するように風車に取付けられる風レンズの効果に類似した効果を奏する。

結果的に、燃焼排気ガスのような流体に対応した流路素子４００が燃焼排気口に装着された工場においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

なお、変形例の実施の形態においては、パイプ４５０は、燃焼吸気を行うための吸気管であってもよい。燃焼吸気エアのような流体に対応した流路素子４００が燃焼吸気口に装着された工場においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

（実施の形態５）
つぎに、図７を参照しながら、本実施の形態の流路素子５００について具体的に説明する。

図７は、本発明における実施の形態５の流路素子５００の模式的な断面図である。図７における断面は、流体が筒状部材５１０を通って流れる方向に延びる流路素子５００の中心軸を含む鉛直面である。

流路素子５００は、筒状部材５１０と、鍔状部材５２０と、を有する。

筒状部材５１０は、動力により駆動されるプロペラ５５０の近傍に設けられる、プロペラ５５０の径とほぼ同じ径を有する部材である。

プロペラ５５０は、船舶の船体５６０の下方においてスクリュー噴射を後方へ行うためのスクリューである。

鍔状部材５２０は、筒状部材５１０の後縁に沿って取付けられた部材である。

流路素子５００の下流側においては、鍔状部材５２０に沿って迂回させられる筒状部材５１０の外側の外側流れ５０１と、筒状部材５１０の内側の内側流れ５０２と、により形成される下流側渦５０３のために、低圧領域が生成される。したがって、流体は流路素子５００から下流側へ強く引出されるので、筒状部材５１０の内壁の近傍においては、流体速度が増加し、流れが強くなる。

このように、流路素子５００は、集風構造体として機能するように風車に取付けられる風レンズの効果に類似した効果を奏する。

結果的に、海水または河川水のような流体に対応した流路素子５００がプロペラ５５０の近傍に装着された船舶においては、燃費のような経済効率のみならず、馬力のような仕事効率も向上される。

また、流路素子５００は船体５６０の船尾に装着されているが、流路素子８００が、本発明に関連する発明における実施の形態（その二）の流路素子８００の模式的な側面図である図１０に示されているように、船体５６０の船首に装着されていてもよい。流路素子８００は、船体５６０の船首の近傍の水流の速度を増大させる。

（実施の形態６）
つぎに、図８（ａ）および８（ｂ）を参照しながら、本実施の形態の流路素子６００について具体的に説明する。

図８（ａ）は、本発明における実施の形態６の流路素子６００の模式的な側面図である。図８（ａ）においては、流路素子６００は左側から見られている。

図８（ｂ）は、本発明における実施の形態６の流路素子６００の模式的な背面図である。

流路素子６００は、流路素子１００に類似しており、筒状部材６１０と、鍔状部材６２０と、を有する。

筒状部材６１０は、流体が流れるパイプ１５０の末端に設けられる、パイプ１５０の径とほぼ同じ径を有する部材である。

鍔状部材６２０は、筒状部材６１０の後縁に沿って取付けられた部材である。

より具体的に説明すると、つぎの通りである。

車両が普通乗用車である場合においては、筒状部材６１０の前側長さλ１、筒状部材６１０の後側長さλ１、筒状部材６１０の前側直径δ１、筒状部材６１０の後側直径δ１、および鍔状部材６２０の直径δ３に関するつぎのような設計パラメーター
（数５）
λ１＝５０［ｍｍ］，λ２＝３０［ｍｍ］
δ１＝６０［ｍｍ］，δ２＝７０［ｍｍ］，δ３＝１００［ｍｍ］
が燃費などのような経済効率を向上させることができる代表的な設計パラメーターとして例示される。

車両がミニバンである場合においては、つぎのような設計パラメーター
（数６）
λ１＝５０［ｍｍ］，λ２＝８０［ｍｍ］
δ１＝６０［ｍｍ］，δ２＝１００［ｍｍ］，δ３＝１４０［ｍｍ］
が燃費などのような経済効率を向上させることができる代表的な設計パラメーターとして例示される。

車両が約１．５トンの積載量に対応したトラックである場合においては、つぎのような設計パラメーター
（数７）
λ１＝５０［ｍｍ］，λ２＝８０［ｍｍ］
δ１＝６０［ｍｍ］，δ２＝１００［ｍｍ］，δ３＝２００［ｍｍ］
が燃費などのような経済効率を向上させることができる代表的な設計パラメーターとして例示される。

これらの代表的な設計パラメーターが利用されると、約３０パーセントの燃費の向上が期待される。

たとえば、長距離走行においては、流路素子６００が装着されていない場合における１リットルのガソリン燃料を利用しての走行距離は約８．５キロメートルであるが、流路素子６００が装着されている場合における１リットルのガソリン燃料を利用しての走行距離は１１．７キロメートル以上であると期待されるので、経済効率は大きく向上されると言える。

もちろん、パラメーター値が類似する、これらの代表的な設計パラメーター付近の設計パラメーターは、同様に望ましい設計パラメーターであるとみなされる。

本発明における流路素子は、簡素な装置構成を利用して、車両、航空機または船舶の燃費などのような経済効率を向上させることができ、たとえば、車両のエンジン排気口などに装着される流路素子に利用する目的に有用である。

１００流路素子
１０１外側流れ
１０２内側流れ
１０３下流側渦
１１０筒状部材
１２０鍔状部材
１５０パイプ
１６０車体
２００流路素子
２０１外側流れ
２０２内側流れ
２０３下流側渦
２１０筒状部材
２１１凸条
２２０鍔状部材
２５０パイプ
２６０車体
３００流路素子
３０１外側流れ
３０２内側流れ
３０３下流側渦
３１０筒状部材
３２０鍔状部材
３５０パイプ
３５１ガスタービン
３６０翼体
４００流路素子
４０１外側流れ
４０２内側流れ
４０３下流側渦
４１０筒状部材
４２０鍔状部材
４５０パイプ
５００流路素子
５０１外側流れ
５０２内側流れ
５０３下流側渦
５１０筒状部材
５２０鍔状部材
５５０プロペラ
５６０船体
６００流路素子
６１０筒状部材
６２０鍔状部材
７００流路素子
８００流路素子

Claims

流体が流れるパイプの末端に設けられる、前記パイプの径とほぼ同じ径を有する筒状部材と、
前記筒状部材の後縁に沿って取付けられた鍔状部材と、
を備えることを特徴とする流路素子。
前記パイプは、車両の車体の下方においてエンジン排気を後方へ行うための排気管であることを特徴とする請求項１に記載の流路素子。
前記筒状部材の外周面には、前記車両が前進するとき、前記外周面に沿って流れる外気を上方へ案内する凸条が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流路素子。
動力により駆動されるプロペラの近傍に設けられる、前記プロペラの径とほぼ同じ径を有する筒状部材と、
前記筒状部材の後縁に沿って取付けられた鍔状部材と、
を備えることを特徴とする流路素子。