JPS5948283B2 - 渦管アセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 渦管の典型的な工業使用では動力源として圧縮空気が供
給される。

前記の如き空気は通常、８０〜１１００ｐｓｉの範囲に
加圧されてお゛す、浜過されているが、いかなる特別な
乾燥処理も受けない。

その結果、前記の如き渦管に導入される圧縮空気は通常
、圧縮空気供給源の温度及び圧力に対する飽和レベルに
等しい量の水蒸気で飽和されている。

前記の如き渦管の内部では、圧縮空気はノズルを介して
側流されほぼ大気圧まで低下する。

（回流渦管及びそれらの作動方法に関しでは、フルトン
Ｆｕｌｔｏｎの米国特許第３，１７３，２７３号と第３
，２０８，２２９号及びランクＲａｎｑｕｅの米国特許
第１，９５２，２８１号を参照し得る。

）側流処理の結果、空気は極めて急速に回転し特別な温
度変化が生起される。

このことは渦管の独特の性質である。

通常、渦管は冷風生起のために使用される。

多くの場合、空気の約６０％が管の冷風排出口から排出
されるであろう。

この空気は圧力を失なって温度変化を行ない極めて低温
で渦管を離れる。

典型的な温度範囲は一４０°Ｆ〜＋２０°Ｆである。

第１の過程即ち圧力降下の過程では、空気の水蒸気保有
量が増加する傾向がある。

従って相対湿度１００％（飽和状態）で渦管に入る圧縮
空気は、相対湿度１００％未満でノズルを離れる。

第２の過程即ち空気冷却の過程では空気の水分保有容量
が減少する傾向がある。

すべての渦管使用の大部分の場合では、第２の効果が第
１の効果より強い。

従って２個の過程（圧力降下及び温度低下）の最終結果
として、圧縮空気の水分保有能力が減少する。

このような状態のために、従来の渦管使用では水分はほ
ぼ常に凝縮され、冷風の排出温度が通常は３２°Ｆを十
分に下回っているので前記の凝縮水分は液体としてでな
く微細分割の雪又は氷として現れる。

多くの渦管使用では、冷風は使用される前に結合部材又
は装置の中を通過しなければならない。

特に、渦管から排出された高速冷気流はしばしば耳障り
な不快な騒音、時には金属音又は笛のような音を発する
ので、前記の如き管の冷風排出口に連結され得る消音マ
フラーを製造する努力がなされてきた。

残念乍ら従来のマフラーの設計では、マフラーはせいぜ
い部分的な効果しか持たない。

これは、マフラーが音を消すことができないからではな
く、マフラーに氷が詰まって冷風の連続流が阻害される
からである。

例えば、冷風排出温度が３２°Ｆを十分に下回る渦管に
ガラス繊維マフラーを使用した場合、冷風中に含まれる
細氷が充填マフラー内の小通路を閉塞し易く、最終的に
は固体塊として凍結し、冷気流を完全に阻止するであろ
う。

他方、直行貫通路、中継管、反射室等を持つマフラーの
場合、凍結と閉塞との危険は少ないが、充填マフラーに
比較して消音効率は低い。

渦管の連続的な長時間の使用が必要な場合、又は管から
排出された冷風の分流が前記の所与の典型的範囲の下部
にある場合、直行貫通マフラーであっても凍結水分で閉
塞されるかも知れない。

マフラーの着氷が生じることが予想されるある種の渦管
の使用では、渦管に供給される圧縮空気から水分を除去
すべく中央空気乾燥器を設置することが１つの解決方法
であった。

このようなシステムは、製造及び維持が困難であり、そ
の結果、工業用冷却装置として渦管を利用するという利
点が実質的にある程度減少する。

中央圧縮空気乾燥器を持たない装置で特に使用される別
の方法では、渦管への給気ラインに凍結防止インジェク
タが装着される（コールド・エアー・クーラント・シス
テム、４ページ、１９７６、ヴオーテック・コーポレ−
ション参照）。

凍結防止ミストを生起すべく気流中にエチレング刃コー
ルの如き凍結防止剤が注入される。

このようなミストはマフラーを備えた渦管の着氷阻止に
は有効であるが、システムの中に凍結防止剤インジェク
タが含まれるのでシステムが複雑になる。

更に重要なことは、加工製品に対して凍結防止剤が微量
であっても存在してはならない場合には前記のシステム
を使用することができない。

本発明の主目的は、冷風排出口に消音装置又はマフラー
を備えており、同時に、マフラーの着氷を阻止すべく空
気乾燥器又は凍結防止剤ミストインジェクタを必要とし
ない渦管アセンフ刃を提供することである。

更に本発明のその他の目的は、着氷の問題に対して簡単
で小型で比較的安価で維持が楽な渦管アセンフ刃を提供
することである。

本発明の別の利点、特徴及び目的は図面及び下記の記載
より明らかにされるであろう。

図によれば符号１０はスタンド１２により支持された渦
管アセ２７１月１を含む装置を示す。

スタンドは、ドリルプレス、グラインダー又はフライス
盤の金属台又はテーブルの如き支持表面に載置されるべ
く構成されたベース部分１３を有しており、選択調整位
置に装置を保持するための磁石１４を備えている。

スタンドは更にベースに固着された下端を有する直立ブ
ラケツＩ・１５と、コネクタ１６と圧力計１７とを含ん
でおり、圧力計１７は、渦管アセ２７１月１を広い範囲
の任意の角度位置まで回動せしむべくコネクタ１６がそ
の水平軸の回りで回転し得るように連結されている。

より詳細には円筒状コネクタ１６は内面及び外面にネジ
を持つネジ棒１６ａを含んでお・す、ネジ棒１６ａはブ
ラケット１５内の開口部を貫通し、前記ブラケットの反
対側の内側ネジを持つ取付リング１８により受容されて
いる。

従って、リングを弛めて再び締付けることによって渦管
アセンフ刃の角度を調整し、次に管を調整位置に固定し
得る。

圧力計の管状ネック１７ａはネジ棒１６ａの内部に螺合
されておりコネクタ１６と連通している。

ライン１９は加圧空気又は別のガスの源２０と連通して
おり、ナツト２１を介してコネクタ１６の第２の軸方向
ネジ棒１６ｂに連結されている。

圧縮空気の圧力計１７により記録され、現場ラインの常
圧は通常、約８０〜１２０ｐｓｉｇの範囲にある。

渦管アセ２７１月１は、底面から突出する人「Ｉ取付部
材２３を有するほぼ円筒状のケーシング２２を含んでお
り、第２図に極めて明らかに示されるように取付部材は
コネクタ１６に固着されてコネクタ１６から半径方向に
突出している。

人口取付一部材の上端はケーシング２２の内部に配置さ
れた渦管２４と連通している。

本発明における渦管２４は完全に従来の構造のものであ
ってもよく、圧縮空気流入口を備えたジェネレータボデ
ィ２４ａと、ジェネレータボディ２４ａの一端から突出
する熱風排出管２４ｂと、ジェネレータボディ２４ａの
前記一端に対向する端部から熱風排出管２４ｂと同軸か
つ反対方向に突出している冷風排出管２４ｃとからなる
。

渦管２４の構造及び作動の細部に関しては前記米国特許
を参照されたい。

しかし、試みに渦管２４の作動原理について簡単に述べ
てみる。

圧縮空気が人口取付部材２３からジェネレータボディ２
４ａ内に入れられると、圧縮空気はジェネレータボディ
２４ａ内で膨張し、部分的にその圧力を失って音速に近
い速度を得る。

ジェオ・レータボディ２４ａにはノズル（図示されず）
が備えられており、これにより空気はジェネレータボデ
ィ２４ａの内周面を接線方向に旋同する。

全ての空気がジェネレータボディ２４ａを離れ、熱風排
出管２４ｂの中に入る。

これは熱風排出管２４ｂに至る開口の方が冷風排出管２
４ｃに至る開口よりも常に大きく形成されでいるからで
ある。

これが図面では第４図においで図式的に示されている。

前記熱風排出管２４ｂに入った空気は遠心力の作用で排
出管２４ｂの内表面に近い部位を旋回しながら端部壁３
６の方に進む、端部壁３６、又はその近傍には符号３７
、３７’で示されでいる制御部材（転向部材）が設けら
れており、ここで重要なことは、該制御部材３７．３７
’の後方の圧力は常に冷風排出管２４ｃの圧力よりも高
いことである。

冷風排出管２４ｃの排出端部の圧力はほぼ大気圧に等し
いと考えてよい。

前述のように熱風排出管２４ｂの内表面近傍をリング状
に旋回して制御部材３７又は３７′の方に進む空気は、
その全てが排出管２４ｂの排出端部から出されるわけで
はなく、その１部だけが制御部材３７゜３７′ により
制御されつつ排出される。

残りの空気は前記排出管２４ｂの中心部分を矢張り旋同
しながら冷風排出管２４ｃの方に向って進む。

このようにして熱風排出管２４ｂ内においては、互いに
逆方向に進む２つの旋回空気流が存在することになる。

尚、排出管２４ｂの中心部分は圧力が低くなっているこ
とは理解されよう。

熱風排出管２４ｂ内の中心部分を冷風排出管２４ｃの方
に進む空気の流れ（以下、低温分流という）は、排出管
２４ｂの内表面に近い部分を制御部材３７又は３７′の
方向に高速で旋回しながら進む空気の流れ（以下、高温
分流という）によって強制的に同一の角速度で旋回させ
られる。

従って低温及び高温の２つの分流は回転運動の面では一
体のものになり、２つの分流は同一方向に同一の角速度
で回転しながら、互いに逆方向に進む。

このような状況で、低温分流は高温分流により強制的に
旋回させられているため、それらの回転速度の比はそれ
らの回転半径の比に等しく （角速度が同一だから）、
従ってそれらの運動エネルギは速度の２乗に等しくなる
ため、仮に高温分流と低温分流の回転半径の比が４：１
であるとすると、運動エネルギの比は１６：１に等しく
なる。

そうするど熱風排出管２４ｂの中心を進む低温分流の元
来有していた運動エネルギの１６分の１５の部分はどこ
に行ったのか？ ここに渦管の秘密がある。

低温分流のエネルギの大半は排出管２４ｂの中心部分を
離れて、その周囲にある高温分流に熱として移行したの
である。

このようにして低温分流の冷却作用がなされる。

渦管はその各構成部分の相対的寸法を調整することによ
って、各分流の量の割合及びこれら低温及び高温分流の
最高及び最低温度を所望に応じて変更し得る。

第３図から明らかなように、マフラー２５は渦管の冷風
排出管２４ｃと連通している。

図示の具体例ではマフラーの外被は円筒状チューブ即ち
ケーシング２２の一体部である。

マフラーチャンバ２６は伝熱性金属スリーブ２７を内蔵
しており、該スリーブは各部材を図示されているような
アセンブリとしで維持すべく円筒状ジェネレータボディ
２４ａ内に突入している。

弾性シールリング２８はジェネレータボディからの圧縮
空気の漏出を阻止しており、リング２９はマフラーチャ
ンバ２６を隔離すべく円筒状ケーシング２２の内表面を
封止している。

冷風排出管２４ｃから排出される高速冷風音を抑止する
ためにマフラーチャンバ内に任意の適当なバブル又はパ
ツキンを配置し得る。

図示の具体例では軸方向に間隔を隔てた１対のチューブ
３０．３１が排出管２４ｃと同一直線」二に配置されて
いる。

環状バフル３２．３３．３４もまたチャンバ内部に軸方
向間隔を隔てており、バフル３４はケーシングの端部壁
と管状排出ノズル３１のサポートとの両方の機能を有す
る。

チャンバ２６は更に多孔質伝熱材のパツキン又はライニ
ング３５を含む。

円筒形に巻かれた金属シールドが第３図に示されている
が、金属材又は多孔質焼結金属部材の如き別の多孔質伝
熱材料の使用も可能である。

第３図の装置は、渦管２４からの冷風の排出に伴なう騒
音を実質的に減少するために有効であることが知見され
た。

しかし乍ら所与の適用の要求又は希望に応じてより多数
又は少数のバフル及び中継管を配備することも可能であ
り、パツキンを除去するか又はバブル及び中継管に代ら
せることも可能であることを理解されたい。

円筒ケーシング２２の対向端は、熱風排出管２４ｂの自
由端から軸方向に間隔を隔てた端部壁３６を備える。

ケーシング２２の内径は渦管２４の直径より実質的に犬
であり、熱風排出口から排出された空気の音を消すため
に熱風排出管２４ｂとケーシングの内表面との間のスペ
ースを環状パツキン３７が充填していることに注目され
たい。

パツキンは（図示の如く）連続気泡フオームから成って
もよく、又は天然もしくは合成の繊維塊であってもよい
。

パツキンを省略してもよく、又は、マフラチャンバ２６
の内部のバフル３２〜３４と同様の消音バブルによって
代替させてもよい。

端部壁３６は熱風排出管２４ｂから排出された熱風の方
向を冷風排出管２４ｃの方向に反転させる転向手段とし
て機能する。

前記の如き方向転換作用は、端部壁により担持されるか
（第４図参照）又は熱風排出管の自由端内に配置された
（第３図の転向部材３７の如き）任意の適当な転向部材
によって促進され得る。

前記熱風の転向手段としての端部壁３６により反対方向
の矢印３８の方向に向けられた熱風は、渦管２４の外側
表面と円筒状ケーシング２２の内側表面とによって規定
される通路としての環状空間を通って熱風排出管２４ｂ
とジェネレータボディ２４ａの外側を掃引し、冷風排出
管２４ｃに隣接しである環状空間の終端部４０に衝突し
て、ケーシング２２に設けられている熱風排出用の側方
ポート、即ち排出ポート３９を通ってケーシング２２の
側方に排出される。

排出ポートは渦管２４の冷風排出管２４ｃに近接して配
置されでいる。

排出ポートが排出管２４ｃの軸方向範囲内のゲージング
壁に配置されるか又は排出管２４ｃの自由端から下流側
に間隔を隔てて配置されるか（後者の場合スリーブ２７
は必然的に延長されるであろう）ということは主として
マフラーの妨割的着水の阻止に必要な加熱量に基いで選
択される。

ケーシングの熱伝導率もまた重要な因子である。

ケーシングがアルミニウム又は別の高伝導金属から形成
されている場合、第３図の如く配置された排出ポーｈ３
９は、着氷を阻止すべくマフラーの十分な力［１熱を達
成し、同時に、マフラーの過度の加熱が行なわれず従っ
て必然的に渦管アセンブリの冷却効率の低下が生起され
ないことが知見された。

第４図の具体例では４個の排出ポー１−３９がケーシン
グ２２に設けられている。

しかし乍ら所望に応じでより多数又は少数のポー１へを
設けることも可能である。

更に図示の端部壁３６は孔を備えず、従って排出管２４
１）から排出された熱風の全部を転向又は再配向するが
、いく壬）かの適用では壁３６が熱風排出ポートを備え
ていてもよく、又は熱風の１部の脱出及び／’又は利用
のために何らかの別の手段が備えられでいてもよい。

この場合、排出管２４ｂから排出された熱風の１部分の
みが矢印３８の進路を通るであろう。

前記の記載より、ケーシング２２と端部壁３６との１部
が転向−Ｌ段として機能し７、渦管の熱風量［−１から
排出された熱風の少くとも１部分を渦管の冷風排出ｍｌ
及び冷風管の排気を受容するマフラーに向一つて反月゛
方向に転向Ｈ４つ転送すること、及び、連続処理条件下
でもマフラー着氷の阻＋ｆ−に必要なマフラーの最小加
熱を生起するために前記の如き方向を反転させられた熱
風がマフラーと熱交換関係を有することが明らかである
。

第４図は変形構造を示す。

本質的な違いは、マフラーの円筒状壁即ち管状ゲージン
グ２５′が円筒状ケーシング２２′の１部とし、ででな
く別個の部材として形成されていることである６、排出
ポー１−３９’は、渦管２４′の冷風排出管２４ｃの自
由端からト分に隔たってケーシングの端部壁３４′に近
接の円筒状ケーシング２２′の壁の中に形成されている
。

その結果、矢印３８′で示される方向転換させられた熱
風は、円筒状ケーシング２２′の内側表面と管状ケーシ
ング２５′の外側表面とによって規定される環状空間を
通って、内部マフラーの壁即ち管状ケーシング２５′の
実質的長さに沿って流れる。

着氷阻止に必要な程度にのみマフラーを加熱するのが望
ましいので、マフラーの構造、アセンブリ製造用材料及
び７／又は渦管の冷風排出［１から排出された空気の極
度の低温が、熱風がマフラーの比較的広い表面領域と接
触することを要求する場合、第４図に示す構造が適当で
あろう。

本発明の渦管アセンフ刃は、卜述のように極めて簡単な
構成を有しでなることで、マフラーへの着氷を効果的に
、しかもむらなく防止でき、製作のコスＩ・も安くです
む。

更に、渦管の作動後のマフラーぴ）７Ｉ［１熱の応答性
が良く、マフラーの周囲を迅速かつ均一に温めて、余分
の」−イ・ルギーを消費することもない。

前記の記載では本発明の具体例が例示のためにかなり詳
細に記載されでいるが、これらの細部の多くが本発明の
要旨及び範囲を逸脱することなく変更可能であることは
当業者に理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の着氷防止渦管アセンブリ針備えた冷却
チューブの側面立面図、第２図は第１図の装置の正面図
、第３図は渦管アセンブリの細部を示す長手方向１祈面
図、第４図は渦管アセンブリの構造の変形例の長手方向
断面図である。 １１・・・・・・渦管アセンブリ、１２・・・・・・ス
タンド、１４・・・・・・磁石、１５・・・・・・ブラ
ケツｌ−１１６・・・・・・コネクタ、１７・・・・・
・圧力計、１８．１９・・・・・・リング、２２・・・
・・・円筒状ケーシング、２３・・・・・・人「１取付
部材、２４・・・・・・渦管、２５・・・・・・マフラ
ー、３１・・・・・・ノズル、３２．３３．３４・・・
・・・バフル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮空気流入「Ｊを備えたジェネレータボディと、
   ジェネレータボディの一端から突出する熱風排出管と、
   ジェネレータボディの前記一端に対向する端部から熱風
   排出管と同軸かつ反対方向に突出している冷風排出管と
   、冷風排出管から排出される冷風の騒音を抑止すべく冷
   風排出管に近接して配設されたマフラーと、前記熱風及
   び冷風排出管及びジェネレータボディの夫々の軸方向に
   伸延しかつ前記両排出管及びジェネレータボディの周囲
   を包囲する円筒状ケーシングとからなり、円筒状ケーシ
   ングは熱風排出管及び冷風排出管の排出端部から夫々間
   隔を隔てた端部壁を有しており、熱風排出管から排出さ
   れる熱風でマフラーを加熱してマフラーへの着氷を防止
   するために、前記熱風の少なくとも一部が熱風排出管側
   の前記端部壁によって方向転換させられて、円筒状ケー
   シングの内側表面と熱風排出管及びジェネレータボディ
   の外側表面とによって規定される環状空間を通過し、円
   筒状ケーシングの冷風排出管側に形成されたポートから
   排出されるように構成されている渦管アセンフ用。 ２ 円筒状ケーシングの冷風排出管側の端部壁には冷風
   排出管と同軸の管状ノズルが配設されている特許請求の
   範囲第１項に記載のアセンブリ。 ３ 前記マフラーが円筒状ケーシングの冷風排出管側の
   前記端部壁と冷風排出管の排出端部を越えて冷風排出管
   の軸方向に伸びる円筒状ケーシングの内側表面とにより
   規定される空間内に配設された消音材と、冷風排出管と
   管状ノズルの間に冷風排出管と同軸、かつ冷風排出管の
   排出端部及び管状ノズルの夫々から間隔を隔てた少なく
   とも１個の中継管とからなる特許請求の範囲第２項の記
   載のアセンブリ。 ４ 冷風排出管の排出端部を越えて冷風排出管の軸方向
   に伸びる円筒状ケーシングの内側表面には、複数の環状
   隔壁が間隔を隔てで配置されでおり、前記中継管がこの
   環状隔壁の一つにより支持されている特許請求の範囲第
   ３項に記載のアセンブリ。 ５ 熱風が通過する前記環状空間がマフラーに隣接して
   冷風排出管の近傍で終端してお・す、環状空間の該終端
   部の近傍の円筒状ケーシングの側方には少なくとも１個
   の熱風排出用のポートが設けられでいる特許請求の範囲
   第１項から第４項までのいずれかに記載のアセンブリ。 ６ 前記マフラーが、冷風排出管及び管状ノズルと同軸
   で前記円筒状ケーシングより小さな径を有しかつ冷風排
   出管の排出端部を越えて冷風排出管の軸方向に伸びる小
   型の管状ケーシングにより包囲されており、該管状ケー
   シングの内部には、消音材と冷風排出管の排出端部から
   離隔して冷風排出管と同軸の少なくとも１個の中継管が
   配設されており、この中継管は管状ケーシングの軸方向
   に間隔を隔てで配置された環状隔壁により支持されてお
   り、マフラーを加熱してマフラーへの着氷を防止するた
   めの熱風を通過させる空間が、円筒状ケーシングの内側
   表面と管状ケーシングの外側表面とによって規定される
   環状空間を伸延して冷風排出管側の端部壁で終端してお
   り、冷風排出管側の端部壁近傍の円筒状ケーシングの側
   方には少なくとも１個の熱風排出用ポートが設けられて
   いる特許請求の範囲第１項又は第２項に記載のアセンブ
   リ。 ７ 円筒状ケーシングが熱伝導性材料からなる特許請求
   の範囲第１項から第６項までのいずれかに記載のアセン
   フ刃。 ８ 前記熱風排出管から排出される空気の騒音を減少す
   べく前記環状空間内に消音手段が配置されている特許請
   求の範囲第１項から第７項までのいずれかに記載のアセ
   ンブリ。 ９ 前記消音手段が前記空間内に配置された多孔質パツ
   キン材からなる特許請求の範囲第８項に記載のアセンフ
   刃。