JP6186574B2 - 流体輸送管 - Google Patents

Description

この発明は、流体輸送管に関する。

日常生活および工業分野において、円管等での流体輸送は広く利用されている。円管として構成された流体輸送管では、管内に働く全抵抗としては摩擦抵抗が支配的であり、摩擦抵抗は、乱流時には層流時に比べて著しく増加する。したがって、流体輸送の省エネルギ化には、乱流から層流に再層流化させることが有効である。下記の特許文献１には、流体を圧送するポンプの制御によって管内を流れる流体を周期的に加減速させることで流れを脈動化し、これにより、流れの再層流化による抵抗低減効果（特に摩擦低減効果）を図る技術が開示されている。

また、下記の非特許文献１および２には、流路断面積を流れ方向（管内の流体の進行方向）において周期的に拡大縮小させた管形状を採用することで、上記のポンプ制御を必要とせずに抵抗低減効果を得られるようにした流体輸送管が開示されている。

特許第５１０５２９２号公報

守 裕也、外４名、"抵抗低減効果を有する周期的拡大縮小円管内の流れの直接数値計算"、日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集（2013.11.9-10, 福岡） 柳澤 英希、外３名、"周期的拡大縮小管形状の抵抗低減効果に与える影響"、日本機械学会関東支部２０期総会講演会講演論文集（'14.3.14-15, 東京）

上記の非特許文献１および２に記載の管形状を有する流体輸送管は、流路壁面近傍の流れに乱れが生じることをさらに抑制することができれば、さらなる抵抗低減効果を得られると考えられる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、流路断面積を流体の進行方向において周期的に拡大縮小させた管形状を備える流体輸送管において、さらなる抵抗低減効果を得られるようにすることを目的とする。

本発明に係る流体輸送管は、第１単位流路と第２単位流路とを備える。第１単位流路は、流路断面積が下流に向かって連続的に縮小する。第２単位流路は、前記第１単位流路と交互に組み合わされる単位流路であって、流路断面積が下流に向かって連続的に拡大する。そして、流体輸送管は、前記第１単位流路および前記第２単位流路についての合計の流路長さを流路断面の最大面積の１／２乗と最小面積の１／２乗との差で除して得られる比と、下記のように定義される基準管との比較の下での前記流体輸送管内に働く全抵抗の低減率との関係において、前記全抵抗の低減率が正の値となる範囲内に前記比が設定されている。前記基準管は、一組の前記第１単位流路および前記第２単位流路の流路断面の平均流路断面積で流路断面積が一定であり、かつ、管の全体の流路長さが前記流体輸送管と等しい管に相当する。
本発明に係る流体輸送管は、さらに、第１開口と第２開口とバイパス流路とを備える。第１開口は、前記最大面積が得られる最大面積部の内壁よりも径方向の内側に位置する部位において前記第１単位流路の流路壁に形成されている。第２開口は、前記最大面積部の内壁よりも径方向の内側に位置する部位において前記第２単位流路の流路壁に形成されている。バイパス流路は、前記第１単位流路および前記第２単位流路の外側に形成された流路であって、前記第１開口と前記第２開口との間に前記最小面積が得られる最小面積部を介在する態様で隣り合う前記第１開口と前記第２開口とを連通する。

前記流体輸送管は、前記第１単位流路と前記第２単位流路とが交互に組み合わされて得られる管を内管として備え、前記内管において前記最大面積部の外壁と嵌合する内壁を有する管を外管として備える２重管であることが好ましい。

前記外管には、前記バイパス流路を流れる流体のパラメータを検出するセンサが取り付けられていてもよい。

前記外管には、前記バイパス流路から分岐する分岐流路を有する分岐管が接続されていてもよい。

前記外管には、前記バイパス流路に合流する合流流路を有する合流管が接続されていてもよい。

前記流体輸送管による輸送対象の流体は気体であって、流体の進行方向は、水平方向であるか、もしくは鉛直方向に対して傾斜した方向であって、前記第１単位流路および前記第２単位流路における重力方向の下端位置での流路壁は、前記進行方向と平行であってもよい。

前記流体輸送管による輸送対象の流体は液体であって、流体の進行方向は、水平方向であるか、もしくは鉛直方向に対して傾斜した方向であって、前記第１単位流路および前記第２単位流路における重力方向の上端位置での流路壁は、前記進行方向と平行であってもよい。

本発明によれば、流路断面の縮小側の第１単位流路による流れの層流化の効果を良好に維持しつつ、流路断面の拡大側の第２単位流路内での乱れの成長を抑制することができる。その結果、さらなる抵抗低減効果を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る流体輸送管の一部を当該流体輸送管の外管の中心線を通る位置で切断した縦断面図である。 図１中の最大面積部の位置（Ａ−Ａ線）および最小面積部の位置（Ｂ−Ｂ線）で流体輸送管をそれぞれ切断した断面図である。 図１中の一組の第１単位流路および第２単位流路を拡大して示す図である。 図１に示す流体輸送管の内管の流路形状に関する設定を説明するための図である。 バイパス流路を備えたことにより得られる効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る流体輸送管の一部を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係る流体輸送管の特徴部分を説明するための図である。 本発明の実施の形態４に係る流体輸送管の特徴部分を説明するための図である。 本発明の実施の形態５に係る流体輸送管の特徴部分を説明するための図である。 本発明の変形例に係る流体輸送管を示す図である。 本発明の変形例に係る流体輸送管を示す図である。 本発明の変形例に係る流体輸送管の流路断面を示す図である。 本発明の変形例に係る流体輸送管の流路断面を示す図である。 本発明の変形例に係る流体輸送管の流路断面を示す図である。 本発明の変形例に係る流体輸送管の流路断面を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において、同一または類似の構成要素には同一の符号を付している。本発明は、以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

実施の形態１．
以下、図１〜図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る流体輸送管１０の一部を当該流体輸送管１０の外管１４の中心線を通る位置で切断した縦断面図である。図２は、図１中の最大面積部１６の位置（Ａ−Ａ線）および最小面積部１８の位置（Ｂ−Ｂ線）で流体輸送管１０をそれぞれ切断した断面図である。すなわち、図２は、流体の進行方向に垂直な断面を示している。図３は、図１中の一組の第１単位流路１２ａおよび第２単位流路１２ｂを拡大して示す図である。

本実施形態の流体輸送管１０の用途は、特に限定されるものではないが、一例として、内燃機関の運転に必要な流体を輸送する管に好適に適用することができる。また、本実施形態では、一例として、流体輸送管１０による輸送対象の流体として気体が用いられているものとする。流体が気体である場合には、内燃機関であれば、流体輸送管１０は、例えば、空気を輸送する吸気管、排気ガスを輸送する排気管もしくはＥＧＲ管、または、気体燃料を輸送する燃料管に適用することができる。

本明細書中においては、図１に示すように、流体が流体輸送管１０内を上流側から下流側に向けて移動する方向のことを、「流体の進行方向」と称する。また、本明細書中においては、流体の進行方向に垂直な断面およびその面積を、単に「流路断面」および「流路断面積」と称する。なお、流体輸送管１０の外管１４のように流路断面積に変化のない直管の場合には、「流体の進行方向」は、直管の中心線と平行な方向となる。

流体輸送管１０は、内管１２と外管１４とからなる２重管として構成されている。図１に示すように、内管１２の内部には、第１単位流路１２ａと第２単位流路１２ｂとを交互に繰り返し連結して得られる流路が形成されている。

第１単位流路１２ａは、流路断面積が下流に向かって連続的に縮小するように形成されている。一方、第２単位流路１２ｂは、流路断面積が下流に向かって連続的に拡大するように形成されている。すなわち、内管１２は、流路断面積が周期的に拡大縮小する管として構成されている。本実施形態の構成例では、内管１２の流路断面積が最大面積Smaxとなる最大面積部１６の断面形状は、図２（Ａ）に示すように円であり、当該流路断面積が最小面積Sminとなる最小面積部１８の断面形状も図２（Ｂ）に示すように円である。

外管１４は、内管１２の最大面積部１６の外壁と嵌合する内壁を有する管として構成されている。すなわち、本実施形態の構成例では、最大面積部１６の断面形状が円であることと合わせて、外管１４の断面形状も円であり、最大面積部１６の外径と外管１４の内径とが等しくなっている。そして、外管１４の流路断面積は、流体の進行方向の位置変化に伴って変化せずに一定である。すなわち、本実施形態の外管１４は直管であって円管である。

流体輸送管１０の内管１２では、図２に示すように、最大面積部１６の流路中心と最小面積部１８の流路中心とが流体の進行方向と平行な同一直線上にはなく、鉛直方向において偏心している。より具体的には、単位流路１２ａ、１２ｂの各流路断面における重力方向の下端位置Ｐ１が流体の進行方向と平行な直線上で揃うように内管１２の流路が形成されている。言い換えると、内管１２では、重力方向の下端位置Ｐ１での流路壁が流体の進行方向と平行になっている。なお、ここでは、重力方向の下端位置Ｐ１での流路壁が水平方向に延びる構成例を示しているが、重力方向の下端位置Ｐ１での流路壁は、流体の進行方向と平行であるものであれば、水平方向に限らず、鉛直方向に対して傾斜した方向に延びるものであってもよい。

（抵抗低減率R_Dと比Aとの関係に基づく比Aの設定）
図４は、図１に示す流体輸送管１０の内管１２の流路形状に関する設定を説明するための図である。図４は、流体輸送管１０内に働く全抵抗の低減率（以下、単に「抵抗低減率」と称する）R_Dと比A(=L/((Smax)^1/2-(Smin)^1/2))との関係を示している。ここで、比Aは、第１単位流路１２ａおよび第２単位流路１２ｂの合計の流路長さLを最大面積Smaxの１／２乗と最小面積Sminの１／２乗との差で除して得られるものである。

図４に示すように、比Aの分母（流路長さL）および分子（(Smax)^1/2-(Smin)^1/2）の何れか一方もしくは双方を変化させて流体輸送管の形状を変更することによって、抵抗低減率R_Dが変化する。抵抗低減率R_Dを指標とする流体輸送管１０の形状評価の基準となる基準管の形状（すなわち、抵抗低減率R_Dがゼロとなる時の流体輸送管の形状）は、次のように定義される。すなわち、一組の単位流路１２ａ、１２ｂにおいて最大面積Smaxから最小面積Sminまでの範囲内で流路断面積が連続的に変化する流路断面の平均流路断面積で流路断面積が一定であり、流路中心線が直線となり、かつ、管の全体の流路長さが流体輸送管１０と等しい管が、上記基準管に相当する。

図４より、比Aをある範囲（以下、「対象範囲B」と称する）内に設定すると、抵抗低減率R_Dが正の値を示すことが分かる。すなわち、対象範囲B内の比Aが選択された流体輸送管によれば、上記基準管と比べて全抵抗の低減を図れることが分かる。このような抵抗低減が可能となる理由の概要は次の通りである。比Aが小さいということは、一組の単位流路の流路形状が、流路断面積の変化率の大きなものとなることを意味する。比Aが小さくなると、圧力抵抗が増加する。その一方で、対象範囲Bでは摩擦抵抗の減少が圧力抵抗の増加よりも上回る。このため、対象範囲Bでは、全抵抗の低減が可能となる。比Aの調整による全抵抗の低減に関する詳細については、既述した非特許文献１および２において報告されている。

本実施形態の流体輸送管１０は、図４を参照して説明した抵抗低減率R_Dと比Aとの関係に関する知見を利用して、抵抗低減率R_Dが正の値となる対象範囲B内に比Aが設定されている。より具体的には、図４に示すように対象範囲Bの中には特に抵抗低減率R_Dが大きくなる範囲があり、そのような好ましい範囲はシミュレーションもしくは実験によって把握することができる。したがって、上記知見を利用したシミュレーション等の結果に基づいて、抵抗低減を図れる比Aを用いて流体輸送管１０の形状を決定することができる。また、抵抗低減率R_Dと比Aとの関係は、輸送対象の流体の如何によらずに基本的な傾向としては同様のものとなる。ただし、対象範囲B自体は、対象となる流れ場のレイノルズ数に応じて変化する。レイノルズ数は、流速、ならびに流体の粘度および密度に基づいて定まる。このため、対象となる流れ場のレイノルズ数を考慮して比Aが決定されることになる。

（さらなる抵抗低減効果を得るための構成）
図１〜図３を再び参照して、流体輸送管１０の構成についての説明を継続する。既述したように構成された２重管構造を有する流体輸送管１０の内部には、内管１２の外壁と外管１４の内壁とによって囲まれた空間が存在する。本実施形態の流体輸送管１０では、この空間が第１単位流路１２ａから第２単位流路１２ｂに向かう流れのバイパス流路２０として利用される。

より具体的には、上記空間をバイパス流路２０として利用するために、第１単位流路１２ａの流路壁には、最大面積部１６の内壁よりも径方向の内側に位置する部位に、第１スリット２２ａが形成されており、第２単位流路１２ｂの流路壁には、最大面積部１６の内壁よりも径方向の内側に位置する部位に、第２スリット２２ｂが形成されている。既述したように、流体輸送管１０では、重力方向の下端位置Ｐ１での流路壁が流体の進行方向と平行になっている。このため、第１単位流路１２ａのうちで下端位置Ｐ１以外の部位での流路壁の形状は、流体の進行方向の位置変化に伴って変化する（より具体的には、下流に向かうにつれて流路をより絞るように変化する）。本実施形態では、このような流路壁のうちで流れの進行に伴う流路断面の変化が周方向において最も大きくなる部位（流体輸送管１０では、重力方向上端側の部位）に、第１スリット２２ａが形成されている。第２単位流路１２ｂに関しても、同様の部位に第２スリット２２ｂが形成されている。ただし、第２単位流路１２ｂの場合には、下端位置Ｐ１以外の部位での流路壁の形状は、下流に向かうにつれて流路をより広げるように変化する。これらのスリット２２ａおよび２２ｂは、流体の進行方向（換言すると、内管１２内を流れる流体の主流方向）に沿った方向に延びる開口として形成されている。なお、ここでは、スリット２２ａおよび２２ｂをそれぞれ１つ備えた構成を例示しているが、スリット２２ａおよび２２ｂの数は、流体輸送管の仕様に応じて、複数としてもよい。

上記のように構成されたバイパス流路２０は、第１スリット２２ａと第２スリット２２ｂとの間に最小面積部１８が介在する態様で隣り合う第１スリット２２ａと第２スリット２２ｂとを連通している。その結果、第１単位流路１２ａを流れる流体の一部が、第１スリット２２ａを通ってバイパス流路２０に流入し、その後、第２スリット２２ｂを通って第２単位流路１２ｂを流れる流体に合流するようになる。このように、スリット２２ａおよび２２ｂの存在によって、上記空間が単位流路１２ａおよび１２ｂと連通し、バイパス流路２０として機能するようになる。

（実施の形態１に係る流体輸送管の効果）
流体輸送管１０の内管１２のように流路断面積が周期的に拡大縮小する管形状を備える流体輸送管によれば、主流を脈動化することで流れを層流に近づけて抵抗低減を図ることができる。より具体的には、流路断面の縮小側の流路は、乱れの生成をできるだけ抑制して流れの層流化を図りたい部位である。一方、流路断面の拡大側の流路は、流れの進行とともに乱れが成長していくので、この乱れの成長による乱流化を抑制したい部位である。本実施形態の流体輸送管１０では、バイパス流路２０を備えたことにより、以下に説明するように、縮小側の第１単位流路１２ａによる流れの層流化の効果を良好に維持しつつ、拡大側の第２単位流路１２ｂ内での乱れの成長を抑制することができる。その結果、さらなる抵抗低減効果を図ることができる。

図５は、バイパス流路２０を備えたことにより得られる効果を説明するための図である。図５（Ａ）は、本実施形態の流体輸送管１０との対比のために参照する流体輸送管の構成を表した図である。図５（Ａ）に示すようにバイパス流路を備えていない流体輸送管の場合には、流路断面積の縮小のために流路壁面の傾斜が大きくなる部位があると、流れ方向が変更される成分（図５（Ａ）中の下向きの成分）が大きくなる。このように流れの向きが大きく曲げられてしまうことは圧力抵抗の増加を招く。また、その後に流路断面積が再び拡大し始める部位において壁面近傍での流れに剥離が生成され易くなる。

これに対し、本実施形態の流体輸送管１０の場合には、図５（Ｂ）に示すように、第１単位流路１２ａ内の流れの一部が第１スリット２２ａを介してバイパス流路２０に流入する。これにより、流れ方向が変更される成分（図５（Ｂ）中の下向きの成分）が小さくなる。このため、圧力抵抗（形状抵抗）の増加を抑制することができる。これにより、その後に流路断面積が再び拡大し始める第２単位流路１２ｂの壁面近傍において流れの剥離を抑制し、摩擦抵抗の増加を抑制することができる。

また、一般に、管内の壁面近傍の部位は、壁面から離れた位置での流れ（すなわち、主流）と比べて乱れが大きくなる部位である。上記構成のバイパス流路２０を備えたことにより、流路断面の縮小側の第１単位流路１２ａでは、乱れが相対的に大きい壁面近傍の流れの一部をバイパス流路２０に取り出すことができる（より具体的には、流体の動圧によってバイパス流路２０に押し込むことができる）。これにより、乱れの成長に繋がる要素を第１単位流路１２ａ内から取り除けるようになる。このため、第１単位流路１２ａ内の乱れをさらに抑制できるようになる。

さらに、第２単位流路１２ｂでは、バイパス流路２０を備えたことにより、次のような効果を得ることができる。すなわち、流路断面の拡大側の第２単位流路１２ｂでは、下流に向かうにつれ流速が下がっていくことに伴って壁面近傍の速度境界層が成長していく。バイパス流路２０によれば、壁面近傍の速度境界層に対してバイパス流路２０から流れを吹き出すことができる（より具体的には、第２スリット２２ｂの出口は負圧となっているので、この負圧によってバイパス流路２０内の流体が第２単位流路１２ｂ内に吸い出される）。このようなバイパス流路２０からの第２単位流路１２ｂへの流体の流入によって壁面近傍の流れが速くなるので、速度境界層が薄くなる。このため、第２単位流路１２ｂ内の乱れをさらに抑制できるようになる。

また、本実施形態の流体輸送管１０は、流路断面積が周期的に拡大縮小する管を内管１２とし、この内管１２の最大面積部１６の外壁と嵌合する内壁を有する管を外管１４として備える２重管構造を採用している。これにより、内管１２の外壁と外管１４の内壁との間に形成される空間を利用してバイパス流路２０を形成することができる。このため、バイパス流路を備える流体輸送管の製造が容易となる。また、２重管構造の採用により、内管１２に相当する単管を流体輸送管として備える場合と比べて、流体輸送管１０の剛性を高く確保することもできる。

また、流体輸送管１０の内管１２では、図２に示すように、最大面積部１６の流路中心と最小面積部１８の流路中心とが鉛直方向において偏心している。これにより、後述の図１１に示す流体輸送管８０の内管８２のように最大面積部の流路中心と最小面積部の流路中心とが流体の進行方向と平行な同一直線上にある管形状を備える場合と比べて、流路断面の変化に伴う水平方向の流路壁形状の変化が小さくなる。このため、水平方向の曲げ強度を改善することができる。

また、流体輸送管１０の内管１２では、重力方向の下端位置Ｐ１での流路壁が流体の進行方向と平行になっている。その結果、内管１２における重力方向の下部の流路壁から凹凸を無くすことができる。これにより、輸送対象の流体が気体である場合には、例えば内燃機関の吸気管のように管内に凝縮水が生じ得る管を内管１２として備える場合に、内管１２の重力方向の下部に凝縮水が滞留することなく気体が流れるようにすることができる。このことは、見かけ上の流路断面積の減少による性能低下を抑制することができ、また、凝縮水の集中に起因する管壁の腐食も抑制することができる。

また、流体輸送管１０では、第１スリット２２ａは流体の進行方向に沿った開口として形成されている。これにより、流体の動圧を利用して流れの一部をバイパス流路２０に好適に導入できるようになる。

また、流体輸送管１０では、スリット２２ａおよび２２ｂは、流路断面の変化が相対的に緩やかな最大面積部１６の近傍の部位ではなく、当該変化が相対的に急な部位（最小面積部１８に近い部位）に形成されている。これにより、図５を参照して上述した圧力抵抗の増加の抑制効果、および、さらなる乱れの抑制の効果をより効果的に得ることができる。

実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図６は、本発明の実施の形態２に係る流体輸送管３０の一部を示す縦断面図である。実施の形態２の流体輸送管３０は、基本的な形状については実施の形態１の流体輸送管１０と同一である。実施の形態２の流体輸送管３０の輸送対象の流体は、一例として、気体ではなく液体とされている。具体的な適用例は、内燃機関であれば、例えば、液体燃料を輸送する燃料管、エンジン冷却水を輸送する冷却水管、または、エンジン潤滑油を輸送する潤滑油管に適用することができる。

また、本実施形態の流体輸送管３０は、使用時（内燃機関などの機器に用いる場合には搭載時）の管の向きにおいて、実施の形態１の流体輸送管１０と相違している。すなわち、図６に示すように、流体輸送管３０は、流体輸送管１０とは重力方向における上下が逆となる向きで使用（搭載）されている。その結果、流体輸送管３０の内管１２では、一組の単位流路１２ａ、１２ｂの各流路断面における重力方向の上端位置Ｐ２が流体の進行方向と平行な直線上で揃うように流路が形成されているといえる。言い換えると、内管１２では、重力方向の上端位置Ｐ２での流路壁が流体の進行方向と平行になっているといえる。なお、ここでは、重力方向の上端位置Ｐ２での流路壁が水平方向に延びる構成例を示しているが、重力方向の上端位置Ｐ２での流路壁は、流体の進行方向と平行であるものであれば、水平方向に限らず、鉛直方向に対して傾斜した方向に延びるものであってもよい。

上記の構成によれば、内管１２における重力方向の上部の流路壁から凹凸を無くすことができる。これにより、輸送対象の流体が液体である場合において流れの中にエアが混入もしくは生成することがあっても、内管１２の重力方向の上部にエアが滞留することなく液体が流れるようにすることができる。このことは、見かけ上の流路断面積の減少による性能低下を抑制することができる。

実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図７は、本発明の実施の形態３に係る流体輸送管４０の特徴部分を説明するための図である。実施の形態３の流体輸送管４０は、以下の相違点を除き、実施の形態１または２の流体輸送管１０または３０と同じ構造を有している。すなわち、流体輸送管４０の外管４２には、バイパス流路２０を流れる流体（気体または液体）のパラメータ（温度、圧力または流量など）を検出するセンサ４４が取り付けられている。より具体的には、好ましい配置例として、図７では、センサ４４は、その先端が流体の進行方向における第１スリット２２ａから第２スリット２２ｂまでの区間においてバイパス流路２０内に挿入されている。

基本的には、流れの中にセンサ等の突起物を設置すると乱れが増加する。本実施形態の流体輸送管４０では、センサ４４を備える必要がある場合に当該センサ４４はバイパス流路２０側に備えられることになる。このため、単位流路１２ａおよび１２ｂ内の主流に乱れを与えることなく、流体のパラメータの検出を行えるようになる。

実施の形態４．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
図８は、本発明の実施の形態４に係る流体輸送管５０の特徴部分を説明するための図である。実施の形態４の流体輸送管５０は、以下の相違点を除き、実施の形態１または２の流体輸送管１０または３０と同じ構造を有している。すなわち、流体輸送管５０の外管５２には、バイパス流路２０から分岐する分岐流路５４ａを有する分岐管５４が接続されている。分岐管５４には、流体輸送管５０を内燃機関の排気管に適用した場合であれば、例えばＥＧＲ管が該当する。より具体的には、好ましい構成例として、分岐管５４の開口５４ｂは、流体の進行方向における第１スリット２２ａから第２スリット２２ｂまでの区間において外管５２の壁面に形成されている。

流れを分岐させる場合には、分岐する流れは吸い出し流となる。流れに対する垂直方向において当該流れの一部を取り出す場合には、分岐流路には静圧分のみが作用するため、分流量は少なく、かつ、分岐流路のエッジ部にて剥離が発生し、摩擦抵抗の増加要因となる。本実施形態の流体輸送管５０によれば、バイパス流路２０から流れを分岐させている。これにより、内管１２内の流れに対して剥離の影響を与えることなく、流れを分岐させることができる。また、本構成によれば、第１スリット２２ａの向きを適切に調整することで、第１スリット２２ａに作用する動圧を利用して効率的な分流を行うことも可能である。なお、第２スリット２２ｂ側には負圧が作用しているので、第２スリット２２ｂからバイパス流路２０への流れの流入は少ない。したがって、第２単位流路１２ｂ側での乱れの増加はないと考えられる。

実施の形態５．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
図９は、本発明の実施の形態５に係る流体輸送管６０の特徴部分を説明するための図である。実施の形態５の流体輸送管６０は、以下の相違点を除き、実施の形態１または２の流体輸送管１０または３０と同じ構造を有している。すなわち、流体輸送管６０の外管６２には、バイパス流路２０に合流する合流流路６４ａを有する合流管６４が接続されている。合流管６４には、流体輸送管６０を内燃機関の吸気管に適用した場合であれば、例えばＥＧＲ管が該当する。より具体的には、好ましい構成例として、合流管６４の開口６４ｂは、流体の進行方向における第１スリット２２ａから第２スリット２２ｂまでの区間において外管６２の壁面に形成されている。

流れを合流させる場合には、合流する流れは吹き出し流となる。このような吹き出し流の場合には、流れの中に突起物を設置する場合と同様に、乱れの増加要因となる。したがって、乱れの影響をなるべく小さくしつつ合流させるためには、流れに沿って合流させる必要がある。本実施形態の流体輸送管６０によれば、バイパス流路２０に流れを合流させることにより、合流した流れは第２スリット２２ｂを介して第２単位流路１２ｂ内に導入されることになる。これにより、内管１２内の流れの向きをできるだけ阻害することなく流れを合流させることができる。なお、縮小側の第１スリット２２ａには第１単位流路１２ａ側からの流れの動圧が作用する。このため、合流した流れが第１スリット２２ａを介して吹き出すことはほとんど無く、第１単位流路１２ａ側での乱れの増加がないと考えられる。

その他実施の形態．
図１０は、本発明の変形例に係る流体輸送管７０を示す図である。図１０に示す流体輸送管７０は、２重管構造を採用することなく第１単位流路１２ａと第２単位流路１２ｂとを交互に連結して構成された管である。この例に示すように、第１スリット２２ａと第２スリット２２ｂとを連通するバイパス流路７２ａは、第１単位流路１２ａおよび第２単位流路１２ｂの外側に形成された流路であって、第１単位流路１２ａの壁と第２単位流路１２ｂの壁とを接続するバイパス管７２によって構成されていてもよい。このようなバイパス管７２の一例として、ここでは直線的に延びる直管を例示している。直管であれば、第１スリット２２ａと第２スリット２２ｂとの間が最短距離で結ばれることになる。ただし、本発明におけるバイパス流路は、必ずしも、第１開口と第２開口との間を上記の直管の例のように最短距離で結ぶものに限られない。なお、バイパス管７２の数は、流体輸送管の仕様に応じて、１または複数の任意の数とされる。

図１１は、本発明の変形例に係る流体輸送管８０を示す図である。図１１に示す流体輸送管８０は、第１単位流路８２ａと第２単位流路８２ｂとを交互に連結して得られる管を内管８２として備え、内管８２の最大面積部８６の外壁と嵌合する内壁を有する管を外管８４として備える２重管である。この例は、流路断面の中心線が直線となる態様で内管８２の流路断面が周期的に拡大縮小するようになっているという点において、実施の形態１の流体輸送管１０と相違している。また、この例では、内管８２の外壁と外管８４の内壁とによって囲まれた空間をバイパス流路８８として利用している。しかしながら、この例の態様で流路断面が変化する流体輸送管のバイパス流路は、２重管構造を採用することなく例えば図１０に示す例と同様の手法で構成されたものであってもよい。

図１２は、本発明の変形例に係る流体輸送管９０の流路断面を示す図である。図１２に示す流体輸送管９０は、内管９２の流路断面形状が楕円であるという点において、内管１２の流路断面形状が円である流体輸送管１０と相違している。この例に示すように、本発明において流路断面が周期的に拡大縮小する管の流路断面形状は、円以外の任意の形状であってもよい。このことは、流体輸送管が２重管構造を採用しているか否かには関係なく、また、流路断面の変化の態様が図１１に示すものであっても同様である。

内管９２の流路断面形状を楕円とすることで、円形状を用いる内管１２と比べて、流路断面の変化に伴う水平方向の流路壁形状の変化をより小さくすることができる。このため、水平方向の曲げ強度を効果的に改善することができる。

図１３は、本発明の変形例に係る流体輸送管１００の流路断面を示す図である。図１３に示す流体輸送管１００は、第１および第２単位流路１２ａおよび１２ｂの壁面にそれぞれ形成される第１および第２開口が円形状の第１連通孔１０２ａおよび第２連通孔１０２ｂであるという点において、角断面のスリット２２ａおよび２２ｂを利用する流体輸送管１０と相違している。

図１４は、本発明の変形例に係る流体輸送管１１０の流路断面を示す図である。図１４に示す流体輸送管１１０は、内管１１２に形成される第１スリット１１４ａおよび第２スリット１１４ｂの方向が実施の形態１の流体輸送管１０と相違している。より具体的には、上述した例のスリット２２ａおよび２２ｂ、もしくは連通孔１０２ａおよび１０２ｂは流体の進行方向に沿った開口として形成されているのに対し、この例のスリット１１４ａおよび１１４ｂは内管１１２の厚さ方向に沿った開口として形成されている。この例のスリット１１４ａおよび１１４ｂの形成手法によれば、板状の材料に対してスリット１１４ａおよび１１４ｂを形成したうえで内管１１２の形状を得るための加工を行うことで内管１１２を製造できるようになる。このため、内管１１２の生産性を高めることができる。ただし、スリット１１４ａおよび１１４ｂの形成方向が流れの進行方向と合っていないため、同一断面積で比較すると、スリット２２ａおよび２２ｂと比べてスリット１１４ａおよび１１４ｂを通過するガス量が少なくなる。したがって、スリット２２ａおよび２２ｂと比べてスリットの数を多くする必要がある。なお、第１および第２開口としてスリットに代えて連通孔を利用する場合にも、この例の手法を用いてもよい。

また、本発明における第１および第２開口は、スリットもしくは連通孔に限らず、例えば、多孔質体（例えば、スチールウール）を流路壁に備えることによって得られるものであってもよい。

図１５は、本発明の変形例に係る流体輸送管１２０の流路断面を示す図である。図１５に示す流体輸送管１２０は、一例として内管１２２と外管１２４とによる２重管構造を有しており、流体の進行方向が変化する基本形状を有する曲がり管として構成されている。このように、本発明の流体輸送管は、流体の進行方向が直線的となる直管である流体輸送管１０等に限らず、曲がり管に適用してもよく、曲がり管への適用時であっても、摩擦抵抗の低減を主因とする抵抗低減効果を得ることができる。なお、曲がり管を対象とした場合における本発明の「基準管」は、例えば、以下のように設定することができる。すなわち、この場合の基準管としては、一組の単位流路１２２ａ、１２２ｂにおいて最大面積Smaxから最小面積Sminまでの範囲内で流路断面積が連続的に変化する流路断面の平均流路断面積で流路断面積が一定であり、流路中心線が流体輸送管１２０の流体の進行方向と平行な曲線となり、かつ、管の全体の流路長さが流体輸送管１２０と等しい管を挙げることができる。

１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０ 流体輸送管
１２、８２、９２、１１２、１２２ 内管
１２ａ、８２ａ、１２２ａ 第１単位流路
１２ｂ、８２ｂ、１２２ｂ 第２単位流路
１４、４２、５２、６２、８４、１２４ 外管
１６、８６ 最大面積部
１８ 最小面積部
２０、７２ａ、８８ バイパス流路
２２ａ、１１４ａ 第１スリット
２２ｂ、１１４ｂ 第２スリット
４４ センサ
５４ 分岐管
５４ａ 分岐流路
５４ｂ 分岐管の開口
６４ 合流管
６４ａ 合流流路
６４ｂ 合流管の開口
７２ バイパス管
１０２ａ 第１連通孔
１０２ｂ 第２連通孔

Claims (7)

1. 流路断面積が下流に向かって連続的に縮小する第１単位流路と、
   前記第１単位流路と交互に組み合わされる単位流路であって、流路断面積が下流に向かって連続的に拡大する第２単位流路と、
   を備え、
   前記第１単位流路および前記第２単位流路についての合計の流路長さを流路断面の最大面積の１／２乗と最小面積の１／２乗との差で除して得られる比と、下記のように定義される基準管との比較の下での、流体輸送管内に働く全抵抗の低減率との関係において、前記全抵抗の低減率が正の値となる範囲内に前記比が設定された前記流体輸送管であって、
   前記基準管は、一組の前記第１単位流路および前記第２単位流路の流路断面の平均流路断面積で流路断面積が一定であり、かつ、管の全体の流路長さが前記流体輸送管と等しい管に相当し、
   前記最大面積が得られる最大面積部の内壁よりも径方向の内側に位置する部位において前記第１単位流路の流路壁に形成された第１開口と、
   前記最大面積部の内壁よりも径方向の内側に位置する部位において前記第２単位流路の流路壁に形成された第２開口と、
   前記第１単位流路および前記第２単位流路の外側に形成された流路であって、前記第１開口と前記第２開口との間に前記最小面積が得られる最小面積部を介在する態様で隣り合う前記第１開口と前記第２開口とを連通するバイパス流路と、
   を備えることを特徴とする流体輸送管。
2. 前記流体輸送管は、前記第１単位流路と前記第２単位流路とが交互に組み合わされて得られる管を内管として備え、前記内管において前記最大面積部の外壁と嵌合する内壁を有する管を外管として備える２重管であることを特徴とする請求項１に記載の流体輸送管。
3. 前記外管には、前記バイパス流路を流れる流体のパラメータを検出するセンサが取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の流体輸送管。
4. 前記外管には、前記バイパス流路から分岐する分岐流路を有する分岐管が接続されていることを特徴とする請求項２または３に記載の流体輸送管。
5. 前記外管には、前記バイパス流路に合流する合流流路を有する合流管が接続されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１つに記載の流体輸送管。
6. 前記流体輸送管による輸送対象の流体は気体であって、
   流体の進行方向は、水平方向であるか、もしくは鉛直方向に対して傾斜した方向であって、
   前記第１単位流路および前記第２単位流路における重力方向の下端位置での流路壁は、前記進行方向と平行であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の流体輸送管。
7. 前記流体輸送管による輸送対象の流体は液体であって、
   流体の進行方向は、水平方向であるか、もしくは鉛直方向に対して傾斜した方向であって、
   前記第１単位流路および前記第２単位流路における重力方向の上端位置での流路壁は、前記進行方向と平行であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の流体輸送管。

Images