JP3260215B2 - 渦生成器及び渦生成器を用いた計測器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はハウジングを流れる流体
に旋回流を生じさせて渦を生成する渦生成器に関し、特
に、流体の混合または攪拌、流速に比例した回転体の回
転パルスを得て流速又は流量を測定するための計測器等
に用いられる渦生成器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、管路内を流れる異種流体の混
合、同種流体中の温度分布の均一化または外部との熱伝
達の促進のために管路内の流体に渦や旋回流を生じさせ
ることが知られている。また、旋回流を生じさせてその
下流にある回転体を回転させて流速を計測する方法が知
られている。

【０００３】例えば、液体に渦流を生じさせる従来技術
の方法として、図１２の（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、エレメント４１に多数の斜めに延出する孔４３を穿
けて、エレメント４１の外側から流入される流体を内側
に導いて渦流を生じさせる技術が知られている。

【０００４】また、流量を計測する装置として、図１３
に示すように、ハウジング（流路管）４４内に流体に旋
回流を与える固定翼４５と、この固定翼４５の下流にイ
ンペラ４７を設け、インペラ４７の回転速度を検出して
流量を測定する構成が知られており、固定翼４５は流体
に旋回流を与えるため、その軸部４９から外側に捩じれ
た構成としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の渦生成器では、エレメント４１の半径方向に対し
て斜めの孔４３を形成するため、その製造が容易でな
く、また流体の流れ方向に直行する方向に流体を流す構
成であるため、流体の流れのエネルギーの減衰が大きい
という問題がある。

【０００６】また、上述の計測装置では、インペラ４７
はその中心軸線付近が速く、外周部が遅い旋回流となり
固定翼４５の下流にあるインペラ４７を流速に比例させ
て回転させることができず、測定精度が劣るという問題
点がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、製造が容易で且
つ効果的に渦流を発生することができる渦生成器及び測
定精度が優れた流速（または流量）の計測器を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の本発明は、流体が流れるハウジング内に固定
されてハウジング内を流れる流体に旋回流を生じさせる
渦生成エレメントを備える渦生成器であって、渦生成エ
レメントははす歯歯車またはスパイラルギアであり、そ
の外周部に多数の歯溝が形成されているとともに、該歯
溝は、その断面形状が渦生成エレメントの外側ほど幅が
広く内側ほど幅が狭い逆三角形状に形成され、流体の流
れに対して斜めに形成されていることを特徴とするもの
である。

【０００９】また、第２の本発明は、上述の渦生成器に
おいて、更に、渦生成エレメントにより生じた渦流によ
り回転される回転体と、その回転速度を検出する検出器
とを備えることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】第１の発明によれば、管路内の流体は渦生成エ
レメントの外周部に形成された歯溝を通って、旋回流と
なり渦が生じる。渦生成エレメントは、その外周部には
溝を形成するだけであるから製造が容易であり、ハウジ
ング内への装着も容易におこなうことができる。また、
旋回流は流体の流れ方向に沿って形成されるから、旋回
流の減衰も少ない。

【００１１】第２の発明によれば、流体は渦生成エレメ
ントの外周部の溝を通って旋回流を生じ、その旋回流が
渦生成エレメントの下流にあるインペラを回す。この場
合、インペラの外周部が速い旋回流となりインペラの回
転を流速に比例させることができので、測定精度の向上
を図ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１乃至図１１を
参照して説明する。

【００１３】まず、図１乃至図４を参照して、本発明の
第１実施例について詳細に説明する。

【００１４】本実施例の渦生成器１は、ハウジングとし
ての管路３内に、渦生成エレメント５を備えており、渦
生成エレメント５は管路３内の段差部７に当接されてこ
こに固定されている。

【００１５】渦生成エレメント５は、図２及び図３に示
すように、正面が略円盤形状で、その外周囲部に多数の
歯溝９が形成されている。この歯溝９は、流体の流れ方
向に対して所定の角度Θをもって斜めに形成されてい
る。このように歯溝９を斜めに形成することによって、
ここを通過する流体に旋回流を生じさせることができ
る。

【００１６】渦生成エレメント５の歯溝９の幅Ｗと厚み
Ｌとの関係は、Ｌ≧Ｗ／tan Θであり、歯溝９のねじれ
角度Θは２０度以上で８０度より小さいことが好まし
い。歯溝９は、その一つ一つが図２に示すように、渦生
成エレメントの外側ほど幅が広く内側ほど幅が狭い逆三
角形形状に形成されている。このように逆三角形形状に
形成することにより、外周部ほど強い旋回流を得ること
ができるので、攪拌混合を充分且つ確実におこなうこと
ができる。このような渦生成エレメント５として、市販
のはす歯歯車またはスパイラルギアを用いており、渦生
成エレメント５を容易に且つ安価に入手することができ
る。市販のはす歯歯車は、図２に示すようなモジュール
が３の歯車から、図４に示すように、モジュールが１の
歯車等種々のものを用いることができる。モジュールを
小さいもの（歯の間隔を小さいもの）を用いることによ
り、旋回流を強くさせることができる。

【００１７】また、本実施例では、渦生成エレメント５
の中央部に流体が流通可能な中央孔１１が形成されてい
るが、該中央孔１１はなくともよい。

【００１８】しかして、本実施例によれば、上述した簡
易な構成により、図１に示すように、流路管３内に旋回
流を生じさせることができる。しかも、旋回流を生じさ
せる渦生成エレメント５の歯溝９は流れ方向に沿って形
成されているから、渦流の減衰も少ない。

【００１９】次に、図５を参照して本発明の第２実施例
について説明する。この第２実施例は、遠心分離器であ
って、ハウジング１３に流入管１５から流入された流体
は、流入管１５と直角の位置にある流出管１７から流出
される構成となっている。

【００２０】ハウジング１３は、ボクッス形状に形成さ
れており、流出管１７に渦生成エレメント５の中央孔１
１を嵌合して、渦生成エレメント５の下方でハウジング
１３内に分離領域１９を形成している。この分離領域１
９は、気体／液体、あるいは気体／固体等の密度の異な
る物質を遠心分離させる領域である。

【００２１】この実施例によれば、流入管１５からハウ
ジング１３内に流入された流体は、渦生成エレメント５
によりハウジング１３の分離領域１９内に旋回流を形成
させ、遠心分離により気体／液体、あるいは気体／固体
等の密度の異なる物質を分離する。すなわち、質量の大
きい物質、例えば潤滑油中の水などの液体、流体中の不
純物、気体中の粒子などは、分離領域１９の底部に堆積
または停滞させることができるので、流体中から不純物
等効果的に除去することができる。一方、質量の軽い流
体は、ハイジング１３の分離領域１９から、流出管１７
により流出される。

【００２２】この実施例によれば、従来のサイクロンに
比べ、質量差のある異種流体や、気体と液体、あるいは
流体中の固体（ゴミ、微粒子等）の分離効果に優れてい
る。

【００２３】次に、図６乃至図９を参照して第３実施例
について説明する。この第３実施例では、ハウジングと
しての管路３内に、歯溝９の傾斜角度の異なる渦生成エ
レメント５を複数配置して、流体の分離効果を高めてい
る。

【００２４】即ち、図６に示すように、管路３内に配置
された渦生成エレメント５は、歯車５ａ（５ｂ）とボス
２１とが一体に形成されており、右ねじれのはす歯歯車
（またはスパイラル歯車）５ａと、左ねじれのはす歯歯
車（またはスパイラル歯車）５ｂとを交互に配置したも
ので合計４個の歯車が収納されている。

【００２５】尚、管路３内には、その下流側にストッパ
−用の段部７が形成されて、渦生成エレメント５の移動
が防止されている。

【００２６】各歯車５ａ、５ｂは、図７に示すように、
ボス２１と一体に構成されているが、図８に示すよう
に、ボス２１に中空２３の流路を形成し、ボス２１の底
部に中空２３に直交して連通する複数（本実施例では４
個）の通路２５を形成する構成でもよい。ボス２１の通
路２５は、図９の（ａ）に示すように、軸芯を通るよう
に形成するものであってもよいし、または図９の（ｂ）
に示すように、軸芯より距離Ｍだけ偏心するように形成
されているものであってもよい。図９の（ｂ）に示すよ
うに、通路２５を偏心させる場合には、通路２５は歯溝
９の捩じれ方向と逆方向に形成し、流体が外側と内側と
で旋回流が衝突して十分に攪拌することが好ましい。

【００２７】この第３実施例によれば管路３に流入され
た流体は、歯車５ａの外周部で左回りの旋回流を生じ、
混合室２７（図６参照）で攪拌混合される。続いて、次
の歯車５ｂにより前の歯車５ａとは逆方向である右回り
の旋回流を生じて、流体が混合されるので、流体の確実
な混合を図ることができる。

【００２８】更に、図９（ｂ）に示す歯車を用いた場合
には、歯車５ｂの外周囲の他、中空２３にも流れて、外
側と内側とで逆方向の旋回流が衝突して混合と攪拌を十
分に行なうことができる。

【００２９】次に、図１０及び図１１を参照して第４実
施例について説明する。この第４実施例はタービン式流
速計（流量計）であり、ハウジング３１に流路入口、流
路出口に他の機器と接続のための雌ねじ３１ａ、３１ｂ
が形成されている。ハウジング３１には、上流側に渦生
成エレメント５が配置されており、その下流に回転体と
してのインペラ３３が配置されている。

【００３０】渦生成エレメント５の上流側には、円錐形
の整流部材３５が設けられており、中央を流れる流体を
渦生成エレメント５の外周に向かうように案内してい
る。整流部材３５の後端部には、渦生成エレメント５が
嵌合されており、渦生成エレメント５が固定されている
とともに、その後端部には、更に軸３７、ベアリング３
９、間隙調節用シム５１を介してインペラ３３が取り付
けられている。また、ハウジング３において、インペラ
３３の外周の一部にインペラの回転を検出するセンサ−
５２が設けられており、インペラ３３の回転を検出して
流速あるいは流量を測定している。

【００３１】この第４実施例では、流入口から流入され
た流体は整流部材３５により、渦生成エレメント５の周
囲に導かれ、流体が旋回されてインペラ３３を回転さ
せ、この回転をセンサ−５２により検出する。

【００３２】この場合、インペラ３３は外周部にある旋
回流によってのみ回転されるから、正確に流速（流量）
を測定することができる。

【００３３】尚、流量形の構成において、軸部のねじの
緩みを防止するため、流入方向からみて左捩じれの歯車
（渦生成エレメント）が用いられている。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、渦生成エレメントは、
その外周部に多数の歯溝が形成されているとともに該歯
溝は流体の流れに対して斜めに形成する構成であるか
ら、渦生成エレメントの製造が容易であり、ハウジング
内への装着も容易におこなうことができる。また、旋回
流は流体の流れ方向に沿って形成されるから、旋回流の
減衰も少ない。更に、インペラ（回転体）と検出器とを
設けた流量（流速）の計測器では、測定精度の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による渦生成器の概略断面
図である。

【図２】図１に示す渦生成エレメントの正面図である。

【図３】図１に示す渦生成エレメントの側面図である。

【図４】渦生成エレメントの変形例を示す正面図であ
る。

【図５】本発明の第２実施例による渦生成器による遠心
分離器の概略断面図である。

【図６】本発明の第３実施例による渦生成器の概略断面
図である。

【図７】図６に示す渦生成エレメントの図であって、
（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は正面図である。

【図８】図６に示す渦生成エレメントの変形例の図であ
って、（ａ）はその縦断面図であり、（ｂ）は正面図で
ある。

【図９】図８に示す渦生成エレメントのボス部の横断面
であり、（ａ）はその横断面図であり、（ｂ）はその変
形例の横断面図である。

【図１０】本発明の第４実施例による流速装置の断面図
である。

【図１１】図１０に示す流速装置の断面図である。

【図１２】従来の渦生成器を示す図であって、（ａ）は
縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

【図１３】従来の流速計を示す図であった、（ａ）は一
部を切り欠いて示す斜視図であり、（ｂ）はその主要部
の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ 渦生成器 ３、１３、３１ ハウジング（管路） ５ 渦生成エレメント ９ 歯溝 ３３ 回転体（インペラ） Θ 歯溝の角度

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体が流れるハウジング内に固定されて
   ハウジング内を流れる流体に旋回流を生じさせる渦生成
   エレメントを備える渦生成器であって、 前記渦生成エレメントははす歯歯車またはスパイラルギ
   アであり、その外周部に多数の歯溝が形成されていると
   ともに、該歯溝は、その断面形状が渦生成エレメントの
   外側ほど幅が広く内側ほど幅が狭い逆三角形状に形成さ
   れ、流体の流れに対して斜めに形成されていることを特
   徴とする渦生成器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の渦生成器において、更
   に、渦生成エレメントにより生じた渦流により回転され
   る回転体と、その回転速度を検出する検出器とを備える
   ことを特徴とする計測器。