JP2665386B2 - コアンダノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はコアンダノズルに係り、吸引や噴射等のため
に流量の大きな高速の流れを形成する装置として利用で
きる。

〔従来の技術〕

従来より、吸引は流体や粉粒体の搬送あるいは物品の
吸着などに多用され、噴射は推進や噴霧などの分野で多
用されている。これらの吸引や噴射には流体を駆動して
流れを形成する手段が利用されており、タービン等の機
械式ポンプが多用されているほか、近年では流体駆動式
のエジェクタが用いられている。

このエジェクタは、管路の内部に下流向きに配置され
たノズル等により加速用流体を噴射し、下流側に向けて
高速の一次流れを発生させ、管路内の被駆動流体を巻き
込んで下流向きに流し、順次上流側から新たな被駆動流
体を吸込むものである。このようなエジェクタによれ
ば、上流側において負圧を発生させて吸引が行えるとと
もに、下流側には被駆動流体と加速用流体とを併せた二
次流れによる多量かつ高速の噴流が得られる。

ところで、従来のエジェクタでは一次流れを形成する
ノズルが管路内に突出するため、管路を通る流れが衝突
ないし撹乱されて効率が低下する等の問題があった。こ
れに対し、本出願人により、コアンダ効果を利用して管
路中心向きに吹き込まれた噴流を下流側に向けて一次流
れを形成するコアンダ式エジェクタ（特願昭63−270070
号）あるいはコアンダ式噴射ノズル（実願昭63−2120
号）が提案されている。これらのコアンダ式エジェクタ
等では、一次流れが二次流れを周囲から包むように加速
することで、流れを乱しにくいとともに、効率のよい流
体駆動を行うことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前述したようなエジェクタ等は、一次流れに
より被駆動流体を加速するものであり、二次流れを高速
化するためにはそのエネルギに見合った多量の加速用流
体が必要となり、動作効率が低下するという問題があ
る。

また、エジェクタ等は管路内の被駆動流体を一次流れ
で巻き込み、二次流れとして吐出するものであり、上流
側の管路が長く吸込み損失が大きい場合など被駆動流体
の吸込みが不足し、動作効率が低下するという問題があ
った。

本発明の目的は、高速で多量の流体流れを発生でき、
かつ高い動作効率が得られるコアンダノズルを提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、管路の内周面に周方向に沿ってラバールノ
ズルを用いた加速用流体供給口を設け、この加速用流体
供給口の下流側内壁面から連続して管路の径方向内向き
に膨出されかつ下流側に向けて滑らかに湾曲されてコア
ンダ効果を発生する加速用流体偏向面を設け、前記管路
の前記加速用流体供給口より上流側より下流側を大径に
形成するとともに、前記管路の前記加速用流体供給口の
上流側に前記加速用流体偏向面に面した袋部を形成し、
これによりコアンダノズルを構成したものである。

ここで、ラバールノズル（de Laval nozzle）とは、
入口側から中間部のスロートまでが絞られかつスロート
から出口側までが拡開される中細りノズル（converging
−diverging nozzle）であり、空気等の流れを超音速域
にまで加速可能なものである。

そして、ラバールノズルを用いた加速用流体供給口と
は当該供給口の流れ方向の断面形状がラバールノズルと
なるように形成されているということであり、その開口
形状は円形、矩形あるいはスリット状に延びるもの等任
意である。

〔作用〕

このような本発明においては、加速用流体供給口から
管路内に向かって加速用流体が噴射される。この際、加
速用流体供給口はラバールノズルとされており、加速用
流体偏向面に至る加速用流体の噴流は超音速域に至る十
分な高速とされる。

この高速の噴流は、加速用流体偏向面におけるコアン
ダ効果（壁効果とも呼ばれ、直線噴流の片側に壁面など
があると、その壁に沿って噴流が偏向される現象をい
う）により、加速用流体偏向面に沿って偏向されかつ膨
張加速され、周囲に大きな負圧を生じるとともに、管路
の下流側には管路内壁に沿った高速の一次流れが形成さ
れる。

このため、管路内に予め存在していた被駆動流体は、
高速の一次流れに周囲から包み込むように広い面積で接
触され、下流側向きに効率よく加速されて送り出され
る。この際、当該部分近傍には強い負圧が発生され、こ
の負圧により上流側の被駆動流体は下流側に向けて吸引
される。

従って、管路内には上流側から下流側に向かう高速の
二次流れが形成され、かつコアンダ効果およびラバール
ノズルによる一次流れの高速化により効率が向上され
る。さらに、前記管路の前記加速用流体供給口より上流
側より下流側を大径に形成するとともに、前記管路の前
記加速用流体供給口の上流側に前記加速用流体偏向面に
面した袋部を形成することで、加速性能が向上され、こ
れにより前記目的が達成される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明に基づくコアンダノズル10が示され
ている。コアンダノズル10は、互いに同軸連結された上
流側管路11と下流側管路12とを備えており、各管路11,1
2の連結部分の内周面には周方向に連続して断面略凹型
の溝状の袋部13が形成されている。袋部13の内周面には
周方向に略連続してスリット状の加速用流体供給口20が
形成されており、加速用流体供給口20の外側には周方向
の圧力分布を平均化するための略ドーナツ状の蓄圧タン
ク30が配置されている。蓄圧タンク30には外部の図示し
ないコンプレッサ等から加速用流体としての圧縮空気が
供給され、蓄圧タンク30に供給された圧縮空気は加速用
流体供給口20を通して管路11,12の径方向内向きに噴射
される。

第２図に示すように、加速用流体供給口20は断面形状
をラバールノズルとされている。すなわち、加速用流体
供給口20の上流側内壁面21および下流側内壁面22は、そ
れぞれ入口側23の近傍の対向位置の間隔が狭くなるよう
に滑らかに隆起されている。これらの隆起部分により両
内壁面21,22の間の通路の中間部にはスロート24が形成
され、入口側23からスロート24に至る部分が音速以下の
流れを加速する絞り形状とされ、スロート24から出口側
25に至る部分が音速以上の流れを加速する拡開形状とさ
れている。

ここで、上流側内壁面21の入口側23は蓄圧タンク30の
内側内壁面31に滑らかに連続するように湾曲されてい
る。また、下流側内壁面22の入口側23は蓄圧タンク30の
下流側内壁面32に滑らかに連続するように湾曲されてい
る。さらに、下流側内壁面32は凹形の円弧状に湾曲され
て蓄圧タンク30の外側内壁面33と滑らかに連続されてい
る。これらの内壁面31〜33により導流形状34が形成さ
れ、蓄圧タンク30内の空気は順次円滑に加速用流体供給
口20の入口側23に導入されるとともに、下流側と上流側
とが対称に導入されるため加速用流体供給口20の出口側
25から噴射される圧縮空気流は各管路11,12の軸方向に
直交する直線的な流れとなる。

第１図に戻って、下流側管路12と袋部13内周との段差
部分には加速用流体偏向面40が形成されている。加速用
流体偏向面40は、加速用流体供給口20の下流側内壁面22
から連続して管路12の径方向内向きに膨出され、かつ滑
らかに湾曲されて管路12の内周面に連続するように形成
されており、加速用流体供給口20から噴射された圧縮空
気流はコアンダ効果によって加速用流体偏向面40に沿っ
て下流側向きに偏向される。

なお、加速用流体偏向面40によるコアンダ効果が十分
に得られるように、加速用流体供給口20からの噴流の上
流側にあたる袋部13には十分な容積が確保されている。

また、下流側に向かう流れにより上流側に強い負圧吸
引力を発生できるように、上流側管路11の内径Diは、下
流側管路12の内径Doよりも小さく形成されている。さら
に、上流側からの流れ等が加速用流体偏向面40やこれに
沿った噴流に衝突しないように、加速用流体偏向面40は
袋部13内に収容されて一連の管路11,12の内部に突出し
ないように構成されている。

さらに、下流側管路12は加速用流体偏向面40から一定
径Doで下流側へ所定長さにわたって延長され、加速用流
体偏向面40に沿って流れてきた一次流れと被駆動流体で
ある管路11からの空気との混合が十分になされるように
設定されている。

このような本実施例においては、加速用流体の供給に
より、管路11の上流側から吸引が行われ、管路12の下流
側から噴射が行われる。

すなわち、蓄圧タンク30に供給された圧縮空気は、導
流形状34により円滑に集められて加速用流体供給口20へ
と導入される。

加速用流体供給口20においては、入口側23から導入さ
れた音速以下の流れが絞り形状により加速され、スロー
ト24では音速領域まで高速化される。そして、続く拡開
形状は音速以上の流れに対して加速ノズルとして作用す
るため、出口側25からの噴流は超音速域の高速とされ
る。

加速用流体供給口20で形成された高速噴流は管路11,1
2内に噴射されることにより、袋部23の空間および加速
用流体偏向面40によるコアンダ効果を受け、加速用流体
偏向面40に沿って下流側向きに偏向されるとともに、い
わゆるプラントルマイヤーフローと呼ばれる流れとなっ
て膨張加速される。

これらにより、下流側管路12の内部には、内壁に沿っ
て下流側に向かう極めて高速の一次流れが形成される。

一方、管路12内に予め存在していた空気は、被駆動流
体として一次流れに周囲から包み込むように広い面積で
接触されて下流側向きに加速され、上流側の管路11内に
は強い負圧が発生される。

このため、管路11の上流側開口からは負圧により新た
な被駆動流体としての外気が順次吸入され、管路11,12
内には上流側から下流側に向かう高速の流れが形成され
る。また、管路12内では一次流れと被駆動流体の流れと
を併せた二次流れが形成され、管路12の下流側開口から
は高速で多量の二次流れが噴射される。

このような本実施例によれば、次に示すような効果が
ある。

すなわち、加速用流体供給口20から噴射された加速用
流体の噴流を加速用流体偏向面40によって偏向させて形
成される一次流れにより、管路11,12内の被駆動流体を
下流側向きに加速することができる。

従って、管路12の下流側開口からは一次流れと被駆動
流体とを併せた高速で流量の大きな噴射を行うことがで
き、管路11の上流側開口に強い負圧吸引力を発生させる
ことができる。

この際、加速用流体供給口20をラバールノズルとした
ため、加速用流体の噴流を超音速域に達する高速の流れ
とすることができ、被駆動流体を加速する一次流れの基
本的な速度を高めることができる。

また、加速用流体偏向面40に沿って流れる噴流が高速
化されることにより、コアンダ効果を有効に作用させる
ことができ、一次流れの偏向を確実に行え、かつ速度を
一層高めることができる。

さらに、加速用流体供給口20および加速用流体偏向面
40を周方向に連続して形成したため、一次流れを筒状と
し、上流側からの被駆動流体に対し、周囲から包み込ん
で互いに広い面積で接触し、効率よく加速することがで
きる。

さらに、蓄圧タンク30内に導流形状34を設けたため、
加速用流体供給口20への加速用流体の導入を円滑に行う
ことができ、加速用流体供給口20からの噴流をより安定
しかつ高速なものとすることができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、次に示すような変形をも含むものである。

すなわち、加速用流体供給口20やスロート24および加
速用流体偏向面40は管路11,12の全周に渡って連続的に
設けたものに限らず、一部が分断されたもの、あるいは
個別に形成されたものを配列してもよい。この際、一次
流れによる被駆動流体の加速を考慮すると、加速用流体
供給口20および加速用流体偏向面40は管路11,12の中心
に対して対称となるように形成することが望ましい。

第３図に示す他の実施例においては、加速用流体供給
口20が四方向から中心向きに配置されており、各々には
それぞれスロート24が形成され、各々の内周側はそれぞ
れ加速用流体偏向面40に連続されている。各供給口20な
いし偏向面40は外周側から内周側まで略一定幅である
が、管路12に連続する部分では略全周をカバーできる。
このような実施例によっても前記実施例と略同様な効果
が得られる。

また、加速用流体供給口20および加速用流体偏向面40
の断面輪郭形状等は前記実施例に限らず、要求される条
件等に応じて実施の際に適宜選択すればよい。例えば、
加速用流体供給口20における入口側23および出口側25の
間隔や開口形状、スロート24の位置や間隔、各内壁面2
1,22の傾斜や形状等は、導通される加速用流体の性質や
要求される噴流速度等に応じて設定すればよい。

さらに、加速用流体供給口20に加速用流体を導入する
ための導流形状34も実施にあたって適宜選択すればよ
く、あるいは省略してもよい。

また、コアンダノズル10における袋部13、上流側管路
11を下流側管路12より細くする構成、各管路11,12の長
さ等も任意であり、実施の際に適宜選択すればよい。

さらに、第１図に点線で示すように、管路12の下流側
開口に拡開形状のディフューザ等を取付けて噴射効率を
高めるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば加速用流体を
加速用流体供給口から噴射して加速用流体偏向面におけ
るコアンダ効果により一次流れとし、この一次流れで管
路内の被駆動流体を加速することで高速で多量の流体流
れを効率よく発生できるとともに、加速用流体の噴射を
行う加速用流体供給口をラバールノズルとすることで一
次流れの基本的な速度および吸引負圧を高めることがで
き、二次流体の速度をより高め、かつ動作効率を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面図、第２図は同実
施例の要部を示す拡大断面図、第３図は本考案の他の実
施例を示す第１図中Ａ−Ａ断面相当部分を拡大した断面
図である。 10……コアンダノズル、11……下流側管路、12……上流
側管路、20……ラバールノズルを用いた加速用流体供給
口、23……スロート、34……導流形状、40……加速用流
体偏向面。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管路の内周面に周方向に沿ってラバールノ
   ズルを用いた加速用流体供給口を設け、この加速用流体
   供給口の下流側内壁面から連続して管路の径方向内向き
   に膨出されかつ下流側に向けて滑らかに湾曲されてコア
   ンダ効果を発生する加速用流体偏向面を設け、前記管路
   の前記加速用流体供給口より上流側より下流側を大径に
   形成するとともに、前記管路の前記加速用流体供給口の
   上流側に前記加速用流体偏向面に面した袋部を形成した
   ことを特徴とするコアンダノズル。