JP2023108460A - Flow passage mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、流路機構に関するものである。 The present disclosure relates to a channel mechanism.
大気等を冷却空気として取り込む流路機構は、流路の入口となる吸込口に複数の羽板が並列に配置されたルーバを備える。そのルーバは、異物の混入を抑制でき、吸込口の目隠しとなる。特許文献1には、吹き出し口に羽板の角度を可変できるルーバ(空気吹出調整用レジスタ)を備える構造が記載されている。
A flow path mechanism for taking in the atmosphere or the like as cooling air includes a louver in which a plurality of blades are arranged in parallel at a suction port serving as an inlet of the flow path. The louver can suppress the entry of foreign matter and serves as a blind for the suction port.
ここで、ルーバは、羽板が流路の延びる方向に対して傾斜した構造となる。このため、ルーバを通過した流体と、流路を通過する流体との間で流体の流れる方向が変化し、流路の入り口側で流体の剥離が生じる場合がある。流体の流れの剥離が大きくなると圧力損失が大きくなる。また、流体の流れは変化すること及びルーバの羽板の厚みの影響で、流体の通過する領域の面積の変化によっても圧力損失が生じる。 Here, the louver has a structure in which the louvers are inclined with respect to the direction in which the flow path extends. For this reason, the direction of fluid flow changes between the fluid that has passed through the louver and the fluid that has passed through the channel, and separation of the fluid may occur on the inlet side of the channel. As the separation of the fluid flow increases, the pressure loss increases. Pressure loss also occurs due to changes in the area through which the fluid passes due to changes in the flow of the fluid and the influence of the thickness of the blades of the louver.
本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、流路への流体の流入時の圧力損失を低減できる流路機構を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a flow path mechanism capable of reducing pressure loss when fluid flows into the flow path.
上記の目的を達成するための本開示の流路機構は、流体が通過する流路と、前記流路の上流側に配置され、前記流路の延びる方向に対して同じ方向に傾斜した複数の羽板が、前記流路の延びる方向に対して直交する方向に列状に配置されたルーバと、前記ルーバの前記流路側の端部と、前記流路の前記ルーバ側の端部とを接続し、前記ルーバから前記流路に向かって開口面積が小さくなる縮流流路と、を備える。 The flow path mechanism of the present disclosure for achieving the above object is a flow path through which a fluid passes, and a plurality of flow paths disposed upstream of the flow path and inclined in the same direction with respect to the direction in which the flow path extends. A blade connects louvers arranged in a row in a direction perpendicular to the direction in which the flow path extends, an end of the louver on the flow path side, and an end of the flow path on the louver side. and a constricted flow passage whose opening area decreases from the louver toward the flow passage.
本開示によれば、流路への流体の流入時の圧力損失を低減できる。 According to the present disclosure, it is possible to reduce the pressure loss when the fluid flows into the flow path.
以下に、本発明に係る流路機構実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定するものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態における構成要素は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。 Embodiments of the flow path mechanism according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the present disclosure is not limited by this embodiment. Components in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements in the embodiments described below can be omitted, replaced, or changed in various ways without departing from the spirit of the present invention. Also, when there are a plurality of embodiments, it also includes those configured by combining each embodiment.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の流路機構を示す断面の模式図である。図1は、流路機構10の延びる方向(延在方向)に平行な面で切断した断面図である。図1に示す流路機構10は、流体、本実施形態では大気が矢印50、52、54の方向に流れる。流路機構10は、吸込口11が大気に開口されている。路機構10は、接続している経路に、吸込口11から空気を吸引する力を発生させる機構、例えば、送風機が接続されている。流路機構10は、例えば、下流側が冷却機器と接続し、吸込口11から流入した大気を冷却空気(冷却機器の対象(放熱フィンや熱媒)から熱を回収する媒体)として冷却機器に供給する。なお、本実施形態の流路機構10は、流入した流体を冷却空気として用いるが、流入した流体の供給対象は冷却機器に限定されない。流路機構10は、種々の対象に接続可能であり、例えば、供給された空気と燃料を燃焼する燃焼機器、供給された流体を冷却する機器、供給された流体を搬送流体として使用する機器等に流体を供給することができる。また。流路機構10は、吸込口11が別の配管に接続された構造でもよい。また、流路機構10は、流体を流通させればよく、気体に限定されず、液体や、液体と気体が混合した二相流体を流通させることもできる。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the flow path mechanism of the first embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane parallel to the direction in which the
流路機構10は、流路12と、ルーバ14と、縮流流路16と、を備える。流路機構10は、吸込口11から、つまり流体の流れ方向上流からルーバ14、縮流流路16、流路12の順で配置される。
The
流路12は、断面が矩形で、伸びる方向の壁面が、直線となる管路である。なお、流路12は、伸びる方向の壁面が直線となる構造が好ましいが、曲線となる構造でもよい。また、断面も矩形に限定されず、円形、多角形でもよい。
The
ルーバ14は、流路12の上流側に配置され、流路機構10の吸込口11となる。ルーバ14は、複数の羽板20を有する。複数の羽板20は、流路12の延在方向に直交する方向に所定の間隔を開けて一列に配置される。流路機構10に流入する流体は、羽板20の間を通過して流路12に流入する。羽板20は、厚さが一定で、断面が矩形となる板材であり、配列方向に交差する方向が長手方向となる。なお、本実施形態の羽板20は、厚さを一定としたが、これに限定されない。羽板20は、断面が本実施形態のように矩形になる形状に限定されず、屈曲した形状、楕円形状、翼形状等としてもよい。羽板20は、図1の断面において、延在方向が流路12の延在方向に対して傾斜している。
The
縮流流路16は、ルーバ14と流路12とを接続する管路である。縮流流路16は、上流の端部がルーバ14の下流側の端部と接続する。縮流流路16は、下流側の端部が、流路12の上流の端部と接続する。縮流流路16は、羽板20の並んでいる方向において、上流側の端部の両端のそれぞれが、ルーバ14の羽板20の下流側の端部と接している。縮流流路16は、羽板20の並んでいる方向に直交する方向の幅が、羽板20と同様または若干小さい形状となる。これにより、縮流流路16に流入する流体は、羽板20の間を通過した流体となる。縮流流路16は、上流側の端部の開口面積が、下流側の端部の開口面積よりも小さい。
The
流路機構10は、図1に示す断面、つまり、羽板20の配列方向に平行であり、羽板20の延在方向が流路12の延在方向に対しして傾斜している軸に直交し、流路12の延在方向に平行な面において、流路12の上流側の端面、つまり、流路12の延在方向に直交する面と、羽板20とのなす角が鋭角となる側の壁面を内側壁面30とし、流路12の上流側の端面と羽板20とのなす角が鈍角となる側の壁面を外側壁面32とする。
The
縮流流路16は、流体の流れ方向の上流側から下流側に向かって、内側壁面30と外側壁面32との距離が徐々に短くなる。また、縮流流路16は、内側壁面30と外側壁面32とが、流体の流れ方向の上流側から下流側に向かって、内側壁面30から外側壁面32に向かう方向に位置が変化する。内側壁面30は、羽板20の延在方向と平行となる直線部34と、羽板20の延在方向から流路12の延在方向に沿う方向に湾曲した曲線部36とを備える。内側壁面30は、ルーバ14、直線部34、曲線部36、流路16の順で接続される。外側壁面32は、羽板20の延在方向から流路12の延在方向に沿う方向に湾曲した曲線部38と、流路12の延在方向と平行となる直線部39と、備える。外側壁面32は、ルーバ14、曲線部38、直線部40、流路16の順で接続される。本実施形態の曲線部36と曲線部38は、同じ形状の曲面となる。
In the contracted
流路機構10は、流路12の上流にルーバ14が配置され、流路12とルーバ14とを縮流流路16で接続する。流路機構10は、ルーバ14の上流側にある流体が流れ方向50でルーバ14に流入し、ルーバ14の羽板20の間を、羽板20に沿って流れ方向52で流れ、縮流流路16を通過した後、流路12で流れ方向54で流れる。流路機構10は、流れ方向52でルーバ14を通過した流体が、縮流流路16で流れ方向が変化し、流れ方向54の流れとなる。
The
本実施形態の縮流流路16は、内側壁面30の直線部34を羽板20に沿った向きとし、外側壁面32の直線部40が流路12と同じ向きとすることで、流路12に対して、内側壁面30側が縮小して、上流側より下流側の開口面積が小さくなる形状(片絞り形状)となる。これにより、流路機構10は、流路12の幅Woutとし、縮流流路16の上流側の端部の幅(ルーバ14の下流側の端部の幅)をWinとした場合、Win>Woutとなる。
In the contracted
流路機構10は、縮流流路16を設けることで、ルーバ14が配置されている領域の流路面積と流路12との流路面積との差を小さくすることができる。また、流路機構10は、縮流流路16を設けることで、縮流流路16の上流側の端部、つまりルーバ14の下流側の端部で、流れ方向が変化し、かつルーバ14が無くなることで、流路面積が大きくなることで生じる流れの乱れを低減することができ、圧力損失を低減できる。流路機構10の圧力損失を低減できることで、より多くの流体を効率よく(少ないエネルギーで)通過させることができる。
By providing the
また、本実施形態のように、ルーバ14を通過した流体が離れていく方向の壁面である内側壁面30側を絞る、つまり、ルーバ14との角度変化を小さい形状とすることで、流れ方向56のように、内側壁面30からの流れの剥離を抑制でき、圧力損失を低減できる。また、本実施形態のように、縮流流路16の少なくとも一部を断面において曲線とすることで、壁面に沿った流れを形成しつつ、流れ方向を変化させることができる。これにより剥離の発生を抑制できる。
In addition, as in the present embodiment, the
ここで、流路12が延びる方向(流路12の壁面に平行な方向)に対する、縮流流路16のルーバ14側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ1とし、流路12が延びる方向に対する、羽板20の縮流流路16側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ2とした場合、-30°≦θ1-θ2≦30°を満たすことが好ましい。ルーバ14と縮流流路16との接続する位置での、角度の差を上記範囲とすることで、流体の圧力損失を低減することができる。なお、傾斜角度θ1と傾斜角度θ2との差は小さいことが好ましい。
Here, the angle formed by the extending direction of the end of the
流路機構10は、流路12の幅をWout、縮流流路16の上流側の端部の幅をWin、ルーバ14の厚みをt、ルーバ14の羽板20の枚数をNとした場合、Wout≦Win-t×0.8×Nとすることが好ましい。これにより、縮流流路16で適切に流路面積を縮小でき、剥離の発生を抑制できる。
The
図2は、第1実施例の変形例を示す図である。図2に示す流路機構10aは、ルーバ14と縮流流路16aと流路12とを備える。ここで、ルーバ14と、流路12は、図1に示す流路機構10の各部と同様なので説明を省略する。
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the first embodiment. The
縮流流路16aは、図2に示す断面において、内側壁面30aと外側壁面32aと、を備える。外側壁面32aは、縮流流路16と同様に、曲線部38と直線部40とを備える。内側壁面30aは、直線部34aと曲線部36aを備える。直線部34aは、縮流流路16aの上流側に配置され、ルーバ14と接続する。直線部34aは、ルーバ14の羽板20と同じ向きに傾斜している。曲線部36aは、直線部34aと流路12とを接続する。曲線部36aは、第1曲線部42と第2曲線部44とを備える。第1曲線部42は、直線部34aと第2曲線部44とに接続する。第2曲線部44は、第1曲線部42と流路12とに接続する。第1曲線部42と第2曲線部44とは、変曲点46で接続される。つまり、曲線部36aは、変曲点46で、流体が流れる空間に対する凹凸が変化する。第1曲線部42は、流体が流れる空間に対して凹となる。第2曲線部44は、流体が流れる空間に対して凸となる。
The contracted
このように、流路機構10aは、内側壁面30aの曲線部36aを複数の曲線を組み合わせた構造としてもよい。
In this manner, the
[第2実施形態]
図3は、第2実施形態の流路機構を示す模式図である。図3に示す流路機構10bは、流路機構10aにフローガイド60を配置している。流路機構10bのうち、流路機構10aと同様の構造には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図3に示す流路機構10bは、流路12と、ルーバ14と、縮流流路16aと、フローガイド60とを備える。
[Second embodiment]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a channel mechanism of the second embodiment. The
フローガイド60は、流体の流れ方向において、縮流流路16aの内部に配置される。フローガイド60は、流体の流れ方向が長手方向となる板状の部材である。本実施形態のフローガイド60は、ルーバ14の羽板20と同様に、流体の流れ方向に直交する方向に複数配置される。本実施形態の複数のフローガイド60は、流体の流れ方向に直交する方向に等間隔で配置される。フローガイド60は、縮流流路16aの流体の流れ方向に沿って湾曲した形状、つまり、羽板20の長手方向に平行な方向から流路12の延在方向に平行な方向に曲がった形状である。
The flow guide 60 is arranged inside the contracted
流路機構10bは、フローガイド60を配置することで、フローガイド60で流体の流れ方向を変化させることができ、縮流流路16で生じる流体の流れ方向の変化をより少ない圧力損失で行うことができる。また、縮流流路16での流体の剥離の発生をより低減することができる。
By arranging the
流路機構10bは、羽板20の延在方向おけるルーバ14の下流側の端部からフローガイド60の上流側の端部の間の距離をdLとし、隣接する羽板20の間の距離をpとした場合、dL≧0.5×pとすることが好ましい。上記範囲を満足する位置にフローガイド60を配置することで、ルーバ14を通過した流体が縮流流路16に到達して流路面積が大きく変化した直後にフローガイド60に到達することを抑制でき、縮流流路16aでの圧力変動が大きくなることを抑制できる。また、フローガイド60で生じる圧力損失を低減できる。
In the
フローガイド60は、流体の流れ方向において、下流側の端部が縮流流路16aの下流側の端部となることが好ましい。これにより、フローガイド60で流路12に沿った向きに流れを案内することができる。また、縮流流路16a内での開口面積の変動を小さくすることができ、圧力損失を低減できる。
It is preferable that the downstream end of the
フローガイド60は、流路12が延びる方向に対する、下流側の端部の傾斜角を、流路12が延びる方向と平行とすることが好ましい。これにより、圧力損失をより小さくできる。
It is preferable that the
フローガイド60は、流路12が延びる方向に対する、上流側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ3、流路12が延びる方向に対する、羽板20の縮流流路16a側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ2とした場合、-10°≦θ3-θ2≦10°を満たすことが好ましい。フローガイド60を上記範囲で形成することで、フローガイド60の壁面での流体の剥離を抑制できる。
The flow guide 60 has an inclination angle of θ3 formed by the direction in which the upstream end extends with respect to the direction in which the
流路機構10bでは、フローガイド60を円弧型で断面形状が矩形状としたが、この構成に特に限定されない。フローガイド60は、円弧―直線型、翼型もしくは他の曲面形状のいずれでもよい。また、フローガイド60は、下流側の端を角形状とすることが好ましい。フローガイド60は、上流側の端部の形状は特に限定されず、円筒形状や鋭角状としてもよい。
In the
フローガイド60は、縮流流路16a内での配置のピッチを変化させてもよい。このとき、縮流流路16aの内側壁面30aのピッチが、外側壁面32のピッチよりも狭くなる配置とすることが好ましい。これにより、剥離が発生しやすい内側壁面30a側の流体の流れを適切に制御でき、圧力損失を低減できる。また、フローガイド60の枚数は、特に限定されず、少なくとも1枚配置すれば効果を得ることができる。
The flow guides 60 may vary in pitch within the
また、本実施形態のフローガイド60は、図4に示すように、羽板20の延在方向の延長線と重ならない位置、つまり、羽板20の配列方向において、羽板20と重ならない位置に配置される。これにより、フローガイド60での流体の案内の効果をより好適に得ることができる。フローガイド60は、上記効果を得ることができるため、図4の位置とすることが好ましいが、図5に示すように、フローガイド60aをルーバ14の延長線上に配置してもよい。
In addition, as shown in FIG. 4, the
以上、説明したように、流路機構10は、流体が通過する流路12と、流路12の上流側に配置され、流路12の延びる方向に対して同じ方向に傾斜した複数の羽板20が、流路の延びる方向に対して直交する方向に列状に配置されたルーバ14と、ルーバ14の流路12側の端部と、流路12のルーバ14側の端部とを接続し、ルーバ14から流路12に向かって開口面積が小さくなる縮流流路16と、を備える。
As described above, the
この構成によれば、流路機構10の通過時の流路面積の変動、流れの剥離を抑制することができる。このため、圧力損失、流れの偏流を低減することができる。
According to this configuration, it is possible to suppress the fluctuation of the flow path area and the separation of the flow when passing through the
縮流流路16は、壁面の少なくとも一部が羽板の延びる方向から流路が延びる方向に向けて湾曲する。これにより、流れの剥離をより抑制できる。
At least a part of the wall surface of the contracted
縮流流路16は、流路12の延びる方向に対して羽板20が傾斜する方向の断面において、壁面がなめらかに接続された曲線と直線で構成される。これにより、流れの剥離をより抑制できる。
The
縮流流路20は、流路内側から見て、前記羽板と前記流路とのなす角が180度以上となる壁面(内側壁面)は、流路側に曲線があり、流路内側から見て、羽板と前記流路とのなす角が180度未満となる壁面(外側)は、前記ルーバ側に曲線がある。これにより、流れの剥離をより抑制できる。
When viewed from the inside of the channel, the contracted
前記流路の幅をWout、前記縮流流路の上流側の端部の幅をWin、前記羽板の厚みをt、前記ルーバの前記羽板の枚数をNとした場合、Wout≦Win-t×0.8×Nを満たす。これにより、開口面積の変動を低減できる。 If W out is the width of the flow path, W in is the width of the upstream end of the constricted flow path, t is the thickness of the blade, and N is the number of blades of the louver, then W out ≦W in −t×0.8×N is satisfied. This can reduce variations in the opening area.
前記流路が延びる方向に対する、前記縮流流路の前記ルーバ側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ1とし、前記流路が延びる方向に対する、前記羽板の前記縮流流路側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ2とした場合、-30°≦θ1-θ2≦30°を満たす。壁面と流れとの開き角度を低減することができる。このため、コアンダ効果によって、流れが剥離しにくくなり、圧力損失、流れの偏流を低減することができる。 Let θ1 be an inclination angle formed by the extending direction of the louver-side end portion of the constricted flow channel with respect to the extending direction of the flow channel, and the constricted flow of the blade plate with respect to the extending direction of the flow channel. If the inclination angle formed by the extending direction of the roadside edge is θ2, −30°≦θ1−θ2≦30° is satisfied. The opening angle between the wall and the flow can be reduced. Therefore, the Coanda effect makes it difficult for the flow to separate, and pressure loss and flow drift can be reduced.
前記縮流流路の内部に配置され、前記ルーバから前記流路に向けて延びるフローガイドを備える。これにより、フローガイド60によって局所的な流れの転向角度を低減することができる。このため、局所的な流れの剥離を抑制することができ、圧力損失、流れの偏流を低減することができる。また、フローガイド60を設置することで、流路の下流の流れに影響する寸法(代表寸法)が小さくなり、相対的に流路の長さを低減することができる。このため、流路のコンパクト化となる。
A flow guide is provided inside the constricted flow channel and extends from the louver toward the flow channel. This allows the
前記フローガイドは、前記羽板の延びる方向に直交する方向において、上流側の端部が、前記羽板の間に配置される。これにより、圧力損失を低減できる。 The upstream end of the flow guide is arranged between the blades in a direction orthogonal to the extending direction of the blades. Thereby, pressure loss can be reduced.
前記フローガイドは、隣接する羽板の距離をp、前記羽板の下流側の端部と前記フローガイドの上流側の端部との前記羽板の延びる方向の距離をdLとした場合、dL≧0.5×pを満たす。これにより、ルーバ12の下流の曲がりの損失を低減することができる。
In the flow guide, when p is the distance between adjacent blades and dL is the distance between the downstream end of the blade and the upstream end of the flow guide in the direction in which the blade extends, dL ≧0.5×p. As a result, the loss of bending downstream of the
前記フローガイドは、前記流路が延びる方向に対する、前記上流側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ3、前記流路が延びる方向に対する、前記羽板の前記縮流流路側の端部の延びる方向のなす角である傾斜角をθ2とした場合、-10°≦θ3-θ2≦10°を満たす。これにより、剥離を抑制することができる。 The flow guide has an inclination angle of θ3 formed by the direction in which the upstream end extends with respect to the direction in which the flow channel extends, Assuming that the inclination angle formed by the extending directions of the ends is θ2, −10°≦θ3−θ2≦10° is satisfied. Thereby, peeling can be suppressed.
10 流路機構
11 吸込口
12 流路
14 ルーバ
16 縮流流路
20 羽板
30 内側壁面
32 外側壁面
34、40 直線部
36、38 曲線部
50、52、54 流れ方向
60 フローガイド
REFERENCE SIGNS
50, 52, 54
Claims (10)
前記流路の上流側に配置され、前記流路の延びる方向に対して同じ方向に傾斜した複数の羽板が、前記流路の延びる方向に対して直交する方向に列状に配置されたルーバと、
前記ルーバの前記流路側の端部と、前記流路の前記ルーバ側の端部とを接続し、前記ルーバから前記流路に向かって開口面積が小さくなる縮流流路と、を備える流路機構。 a channel through which the fluid passes;
A louver in which a plurality of louvers arranged upstream of the flow channel and inclined in the same direction with respect to the direction in which the flow channel extends are arranged in a row in a direction perpendicular to the direction in which the flow channel extends. and,
a contraction flow channel connecting an end of the louver on the flow channel side and an end of the flow channel on the louver side and having an opening area that decreases from the louver toward the flow channel. mechanism.
前記流路内側から見て、前記羽板と前記流路とのなす角が180度未満となる壁面は、前記ルーバ側に曲線がある請求項3に記載の流路機構。 In the constricted flow channel, a wall surface where the angle formed by the blade plate and the flow channel is 180 degrees or more when viewed from the inside of the flow channel has a curve on the flow channel side,
4. The flow path mechanism according to claim 3, wherein a wall surface having an angle of less than 180 degrees between the louver and the flow path when viewed from the inside of the flow path has a curve on the louver side.
The flow guide has an inclination angle of θ3 formed by the direction in which the upstream end extends with respect to the direction in which the flow channel extends, 10. The flow path mechanism according to claim 7, wherein −10°≦θ3−θ2≦10° is satisfied, where θ2 is an inclination angle formed by the extending direction of the end portion.
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