JP2000337935A

JP2000337935A - 整流装置

Info

Publication number: JP2000337935A
Application number: JP11149728A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kikuchi; 正吉菊池; Nobutaka Chimura; 暢孝千村; Tatsuya Ichihara; 達也市原
Original assignee: Azbil Corp; Yamatake Industrial Systems Co Ltd
Current assignee: Azbil Corp; Yamatake Industrial Systems Co Ltd
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力損失を小さくする。穴詰まりをなくす。
下流に流されてしまう虞れをなくす。低コストとする。【解決手段】整流通路３ａの内壁面３ｃの形状を、流
体の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形状で狭まり
（前半形状３ｃ１）、最も狭まった位置から同じく流体
の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形状で広がった
形状（後半形状３ｃ２）とする。整流通路３ａ内に流線
の乱れた流体を流し、その流れを整形すると、偏流や渦
流が取り除かれ、あたかも長い直管距離を通過した状態
と等しい整流効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、管内を流れる流
体の流れを整流する整流装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】管内を流れる流体は、曲がり管や開閉弁
を流れた後、偏流や渦流となる。このようにして発生し
た偏流や渦流は、なかなか正常の流れに戻らず、長い直
管を流れて、初めて正常な流れに戻る。例えば、曲がり
管の直後に流量計を入れようとすると、そこで偏流や渦
流が生じ、カルマン渦流量計のような特に偏流の影響を
受けやすい流量計では、正確な測定ができない。この場
合、偏流が安定するまで流体を直管に流した後、流量を
測定することが考えられるが、そのための直管部分がか
なりの長さになり、スペースファクタが悪く、非常に不
経済となる。このような場合、整流装置を曲がり管の直
後に取り付ければ、偏流や渦流を矯正し、あたかも長い
直管距離を流れた後の流体の流れのように整流すること
できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】整流装置として、従来
は、チューブを束ねたようなもの、多数の小穴を蜂の巣
状にあけた穴あきプレートを用いたもの、また、穴の
径、配置を変えて強制的に整流するものなどが一般的に
用いられていた。しかし、このような整流装置は、管の
内部に設けられるので、圧力損失が大きく、穴が詰まっ
たりする。また、整流装置が弱い材料で作られ、固定が
貧弱であると、整流装置そのものが流体の勢いで流され
てしまうことも考えられ、その結果、下流で不測の事態
が生じる可能性もある。また、加工が困難であり、高コ
ストとなる。

【０００４】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、圧力損失が
小さく、穴が詰まったりすることがなく、下流に流され
てしまう心配もない低コストの整流装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、スロート状の整流通路を設け、この
整流通路の内壁面の形状を、流体の流れ方向に沿ってほ
ゞ１／４楕円の輪郭線形状で狭まり、狭められた最終位
置から流体の流れ方向に沿って徐々に広がる形状とした
ものである。これにより、本発明によれば、水が自然落
下するときの噴流の流線とほゞ同型に形造られた整流通
路の内壁面に沿って流体が流れ、偏流や渦流が取り除か
れる。

【０００６】例えば、水道の蛇口から流れる水は、静か
な状態では広い口から流れ出てそれが細い流れとなる。
もし、流れが乱れれば、細い流れが隅に偏ったり、渦を
巻いたりしてしまう。本発明は、この現象を逆に利用
し、静かな状態の流れの形状で管壁の形状を固定すれば
乱れも整流されるという考え方に基づいている。そし
て、その時の流れの形状（噴流の流線の形状）が１／４
楕円の輪郭線形状と近似することに着目し、整流通路の
内壁面を流体の流れ方向に沿ってほゞ１／４楕円の輪郭
線形状で狭めることによって、整流効果を得るようにし
ている。なお、絞った後にいきなり広げると新たな偏流
や渦流が生じる可能性があるので、同じ１／４楕円の輪
郭線形状で広げる等、徐々に広げる形状とすることによ
り、整流の効果を乱さないようにする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。図１は本発明に係る整流装置を取り
付けた状態を示す管路の側断面図である。同図におい
て、１は上流側管路、２は下流側管路、３は上流側管路
１と下流側管路２との間に取り付けられた整流装置であ
る。

【０００８】整流装置３は、スロート状の整流通路３ａ
と鍔部３ｂとを有し、鍔部３ｂを上流側管路１のフラン
ジ部１ａと下流側管路２のフランジ部２ａとで挾み込
み、ボルト（図示せず）で締め付けることによって上流
側管路１と下流側管路２との間に固定されている。

【０００９】整流通路３ａの内壁面３ｃの形状は、流体
の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形状で狭まり
（前半形状３ｃ１）、最も狭まった位置から同じく流体
の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形状で広がった
形状（後半形状３ｃ２）とされている。この整流通路３
ａ内に流線の乱れた流体を流し、その流れを整形する
と、偏流や渦流が取り除かれ、あたかも長い直管距離を
通過した状態と等しい整流効果が得られる。

【００１０】以下、整流通路３ａが整流効果を持つ原理
について説明する。水が自然落下するとき、その噴流の
流線の形は１／４楕円の輪郭線形状に近似する。これは
気体にも当てはまると考えられる。以下、水の噴流の流
線の形が１／４楕円の輪郭線形状に近似することを図２
を用いて説明する。

【００１１】円管の先端から水が噴出するとき、乱れの
ない静かな状態では、図２（ａ）に示すような流線とな
る。図２（ａ）において、４は円管、５はこの円管４の
先端から噴出する水、５ａは噴出する水５の流線であ
る。流線５ａの形状は次のようにして計算できる。

【００１２】時間ｔを経過したところの水の落下速度ｖ
は、ｇを重力加速度（９．８ｍ／ｓ ²）とすると、下記
（１）式で表される。ｖ＝ｇ・ｔ・・・・（１）距離ｈだけ落下するのに必要な時間は下記（２）式で表
される。 ∫ｖｄｔ＝ｈ・・・・（２）上記（１）式および（２）式により下記（３）式が得ら
れる。

【００１３】

【数１】

【００１４】また、その位置での水の落下速度ｖは、
（１）式により下記（４）式で示される。

【００１５】

【数２】

【００１６】同じく、その位置での断面積ａは流量ｑで
連続すれば、ａ＝ｑ／ｖ・・・・（５）と表され、この水柱の全容積ΔＶは（４）式および
（５）式により下記（６）式で表される。

【００１７】

【数３】

【００１８】流線５ａの形状は次のようにして計算でき
る。先ず、噴流速度は（４）式で計算できるが、円管４
を出るとき初速Ｖ₀があるので、次の（７）式となる。

【００１９】

【数４】

【００２０】また、初速Ｖ₀は下記（８）式で計算でき
る。Ｖ₀＝ｑ／ａ₀＝ｑ／（ｄ₀ ²π／４）・・・・（８）但し、ａ₀：円管４の内面積（ｍ²）、ｄ₀：円管４の
内径（ｍ）。噴流の断面積ａは上記（５）式および（７）式により次
の（９）式、（１０）式となる。

【００２１】

【数５】

【００２２】噴流の直径ｄは（９）式および（１０）式
により次の（１１）式となる。

【００２３】

【数６】

【００２４】（１１）式のｈを変数としてｄをプロット
すると流線５ａの形状はほゞ１／４楕円の輪郭線形状と
なる。図２（ｂ）に流線５ａの形状に楕円の輪郭線を重
ね合わせた状態を示す。この図からも流線５ａの形状が
１／４楕円の輪郭線形状と良く一致していることが分か
る。

【００２５】なお、自然現象としては存在しないが、重
力が反転すると噴流は１／４楕円の輪郭線形状で広が
る。ここで、重要なことは、自然落下する噴流が１／４
楕円の輪郭線形状で狭まるには、偏流や渦流がないこと
が流れの条件となる。偏流や渦流が流れに含まれると、
自然落下する噴流は、１／４楕円の輪郭線形状で狭まっ
て行かない。噴流が曲がったり、膨らんだりしてしま
う。

【００２６】そこで、本実施の形態のような整流装置３
の如く、流体の流れ方向に沿って１／４楕円の輪郭線形
状で狭まる内壁面３ｃ（前半形状３ｃ１）を有する整流
通路３に強制的に流体を流し、流れを整形すると、偏流
や渦流が取り除かれ、あたかも長い直管距離を通過した
状態と等しい整流効果が得られる。

【００２７】なお、絞った後にいきなり広げると、新た
な偏流や渦流が生じる可能性がある。そこで、本実施の
形態では、内壁面３ｃの後半形状３ｃ２を流体の流れ方
向に沿って１／４楕円の輪郭線形状で広がった形状と
し、整流の効果を乱さないようにしている。この内壁面
３ｃの後半形状３ｃ２は、必ずしも１／４楕円の輪郭線
形状で広がった形状としなくてもよく、徐々に広がる形
状であればよく、図３に示すような直線的に広がる形状
としてもよい。

【００２８】また、本実施の形態では、整流通路３ａの
内壁面３ｃの前半形状３ｃ１と後半形状３ｃ２との分か
れ目を１／４楕円の輪郭線形状で絞って行ったときの最
も狭まった位置としたが、その少し手前を分かれ目とす
るようにしてもよい。この場合、その分かれ目が１／４
楕円の輪郭線形状で狭められた最終位置とされ、この最
終位置から後半の徐々に広がる形状が始められる。

【００２９】また、本実施の形態では、鍔部３ｂを設
け、この鍔部３ｂをフランジ部１ａと２ａとで挾んで上
流側管路１と下流側管路２との間に取り付けるようにし
たが、図４に示すように、流体の流入口および流出口に
フランジ６ｂ１および６ｂ２を設けた整流装置６とし、
このフランジ部６ｂ１，６ｂ２をフランジ部１ａ，１ｂ
と合わせて、上流側管路１と下流側管路２との間に取り
付けるようにしてもよい。図４において、６ａは整流通
路、６ｃは内壁面であり、内壁面６ｃの形状は図１に示
した整流装置３の内壁面３ｃと同様の前半形状６ｃ１お
よび後半形状６ｃ２とされている。

【００３０】このように、本実施の形態の整流装置３
（６）によれば、スロート状の整流通路３ａ（６ａ）の
内壁面３ｃ（６ｃ）を特殊な形状とすることにより、配
管の中央から流れを妨げるもの（多数の細かな穴、チュ
ーブなど）をなくして、圧力損失を少なくすることがで
き、穴が詰まったりすることもない。また、整流装置自
体にかかる圧力も小さく、壊れて下流に流されてしまう
という心配もない。また、楕円の輪郭線形状はＮＣマシ
ンでは作り易く、安価に大量に作製することができ、低
コストで提供することができる。この構造は、特に詰ま
りを起こし易い混相流体や圧力損失を嫌う低圧流体に有
効であり、強腐食流体用として耐食性のある合成樹脂で
造ることも容易である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、スロート状の整流通路を設け、この整流
通路の内壁面の形状を、流体の流れ方向に沿ってほゞ１
／４楕円の輪郭線形状で狭まり、狭められた最終位置か
ら流体の流れ方向に沿って徐々に広がる形状としたの
で、水が自然落下するときの噴流の流線とほゞ同型に形
造られた整流通路の内壁面に沿って流体が流れ、偏流や
渦流が取り除かれるものとなる。これにより、配管の中
央から流れを妨げるものをなくして、圧力損失を小さく
することができ、穴が詰まったりすることがなく、下流
に流されてしまうというような心配もなくなる。また、
加工が簡単で、低コストとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る整流装置を取り付けた状態を示
す管路の側断面図である。

【図２】水の噴流の流線の形が１／４楕円の輪郭線形
状に近似することを説明する図である。

【図３】整流通路の内壁面の後半を直線的に広がる形
状とした本発明に係る整流装置を取り付けた状態を示す
管路の側断面図である。

【図４】本発明に係る整流装置の他の実施の形態を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１…上流側配管、２…下流側配管、３…整流装置、３ａ
…整流通路、３ｂ…鍔部、３ｃ…内壁面、３ｃ１…前半
形状、３ｃ２…後半形状、６…整流装置、６ａ…整流通
路、６ｂ１，６ｂ２…フランジ部、６ｃ…内壁面、６ｃ
１…前半形状、６ｃ２…後半形状。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者千村暢孝東京都渋谷区渋谷２丁目12番19号株式会社山武内 (72)発明者市原達也神奈川県横浜市神奈川区新浦島町１丁目１番地32 山武産業システム株式会社内Ｆターム(参考） 2F030 CF01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流れる管に取り付けられ、流体の
流れを整流するスロート状の整流通路を備えた整流装置
であって、前記整流通路は、流体の流れ方向に沿ってほゞ１／４楕
円の輪郭線形状で狭まり、狭められた最終位置から流体
の流れ方向に沿って徐々に広がる内壁面を有しているこ
とを特徴とする整流装置。
【請求項２】流体の流れる管に取り付けられ、流体の
流れを整流する整流通路を備えた整流装置であって、前記整流通路は、流体の流れ方向に沿ってほゞ１／４楕
円の輪郭線形状で狭まり、狭められた最終位置から同じ
く流体の流れ方向に沿ってほゞ１／４楕円の輪郭線形状
で広がる内壁面を有していることを特徴とする整流装
置。