JPH06207756A - ボルテックス・チューブ - Google Patents

ボルテックス・チューブ

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Publication number
JPH06207756A
JPH06207756A JP1800993A JP1800993A JPH06207756A JP H06207756 A JPH06207756 A JP H06207756A JP 1800993 A JP1800993 A JP 1800993A JP 1800993 A JP1800993 A JP 1800993A JP H06207756 A JPH06207756 A JP H06207756A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
vortex tube
flow
air outlet
tube body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1800993A
Other languages
English (en)
Inventor
Norimasa Kusukawa
則正 楠川
Kiyoshi Nema
清 根間
Fuminori Tsuchiya
史紀 土屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Kawasaki Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Heavy Industries Ltd filed Critical Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority to JP1800993A priority Critical patent/JPH06207756A/ja
Publication of JPH06207756A publication Critical patent/JPH06207756A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/02Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
    • F25B9/04Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cyclones (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加圧空気の熱分離効率を向上でき、チューブ
本体の管長を短くしても熱分離性能が低下することがな
く、従って冷却性能が改善され、冷却能力を維持したま
ま小型化,軽量化が可能で、高速航空機のヒートシンク
等へ適用できるボルテックス・チューブを提供する。 【構成】 円筒状のチューブ本体の一端部に、加圧空気
を接線方向から噴出させるノズルと軸線方向に低温空気
出口を有し、他端部に円錐型の流量調整弁と高温空気出
口を有するボルテックス・チューブに於いて、高温空気
出口の手前中央部に流れ制御用円板を配設し、中央部で
の流れを遮断してチューブ本体の内面に沿った円環状の
部分で高温空気のみが流れるようにしたことを特徴とす
るボルテックス・チューブ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば航空機のヒート
シンクとして、特に高速航空機の冷却装置として適用す
ることのできるボルテックス・チューブの改良に関す
る。
【0002】
【従来の技術】ボルテックス・チューブは、図6に示す
ように円筒状のチューブ本体1の一端部に、加圧空気を
接線方向からチューブ本体1内に噴出させるノズル2と
軸線方向に低温空気出口3を備え、他端部に円錐型の流
量弁4と高温空気出口5を備えたもので、加圧空気の熱
エネルギーを高温と低温に分離する機能を有するもので
ある(ボルテックス・チューブの一例として、特開昭4
7−25739号がある。)。
【0003】ところで、このボルテックス・チューブ
は、回転部が無い為、構造が単純であり、摩耗や故障の
恐れは無いが、熱分離機能を発揮させるにはチューブ径
に対して長さを大きく取る必要がある為、配置上大きな
制約を受ける。
【0004】一方、チューブ径に対して長さを非常に大
きく取っても熱分離効率はそれ程上がらないのが実情で
ある。
【0005】このようなことから、これまでのボルテッ
クス・チューブの研究は、熱分離効率の改善とチューブ
の短縮化に主眼が置かれているものが多い。
【0006】然し乍ら、いずれも形状変更,寸法特定に
よるものが多く、構造が複雑になる割に期待した程の成
果が得られていないのが実情である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者等は、
図7に示す基本的なボルテックス・チューブ6内の熱分
離について再検討した。
【0008】ボルテックス・チューブ6内の熱流動領域
は、高浜の論文(日本機械学会論文集68巻560号1
255「ボルテックス・チューブによる気体のエネルギ
分離」)によれば、圧縮高温の旋回流場Aと膨張低温の
逆流の流場Bとの2流場で構成され、流場の境界は点線
のように示されている。
【0009】チューブ本体1の長さLとチューブ本体1
の内径Dとの関係に於いて、旋回流場Aと逆流の流場B
の境界域γs は図8に示され、これをL/Dベースで示
すと図9に示すようになる。尚、γw はボルテックス・
チューブ6の内側半径である。図8によれば、境界域γ
s はυL =0の位置を示すと共にυθの急激な減衰点
(噴流の外縁)を示している。
【0010】境界域γs に関する影響は高浜の論文に示
されており、これらを定式化すると、次式で与えられ
る。 γs /γw =-0.00847×(L/D)+0.572 +(ξ-0.5)×0.2 ……(1) (ξ:低温空気流量/供給空気流量)
【0011】図8の高温部領域のυθ/υm ,υL /υ
m の最高値を図10に示す。(υL :軸方向成分,
υθ:周方向成分,υm :ノズル噴流速度)
【0012】図10で明らかなようにL/D〜5.0以
降は壁面からの摩擦減衰はあるものの高温部領域は、一
様拡散の旋回流場Aとみることができる。従って、L/
D〜5.0以降は熱分離は行われるが、同時に熱伝達等
の熱拡散が積分効果的に行われるので、この位置で高温
と低温の流場A,Bの分離が冷却性能向上の為には必要
である。
【0013】本発明は以上の点に着目して、ボルテック
ス・チューブの冷却性能の改善及び冷却能力を維持した
ボルテックス・チューブの管路短縮を図ろうとするもの
である。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明のボルテックス・チューブは、円筒状のチュー
ブ本体の一端部に、加圧空気を接線方向から噴出させる
ノズルと軸線方向に低温空気出口を有し、他端部に円錐
型の流量調整弁と高温空気出口を有するボルテックス・
チューブに於いて、高温空気出口の手前中央部に流れ制
御用円板を配設し、中央部での流れを遮断してチューブ
本体の内面に沿った円環状の部分で高温空気のみが流れ
るようにしたことを特徴とするものである。
【0015】
【作用】上記のように本発明のボルテックス・チューブ
は、高温空気出口の手前中央部に流れ制御用円板を配設
し、中央部での流れを遮断してチューブ本体の内面に沿
った円環状の部分で高温空気のみが流れるようにしたも
のであるから、高温空気の旋回流場と低温空気の逆流の
流場との境界が高温空気出口付近で旋回流にくい込まれ
なくなり、従って低温空気が高温空気の旋回流に引き込
まれて流れることはなく、加圧空気の熱分離効率が向上
し、チューブ本体の管長を短くしても熱分離性能は低下
することがなく、小型化,軽量化が可能である。
【0016】
【実施例】本発明のボルテックス・チューブの実施例を
図によって説明する。図1に於いて、1は円筒状のチュ
ーブ本体で、一端部に加圧空気を接線方向からチューブ
本体1内に噴出させるノズル2と軸線方向に小径の低温
空気出口3を備えている。チューブ本体1の他端部には
円錐型の流量調整弁4と高温空気出口5を備えている。
然して高温空気出口5の手前中央部には流れ制御用円板
7を配設し、中央部での流れを遮断して、チューブ本体
1の内面に沿った円環状の部分8で高温空気のみが流れ
るようにしてある。
【0017】図2は図1のボルテックス・チューブ6′
の分解斜視図を示すもので、流れ制御用円板7の周囲の
高温空気のみが流れる円環状の部分8は、ハニカム状の
多孔板9となっているが、これに限るものではなく、図
3に示すように流れ制御用円板7の周囲に取付アーム1
0を設けて、この取付アーム10間の空隙を高温空気の
みが流れる円環状の部分8′となしても良いものであ
る。尚、流れ制御用円板7は、流量比に応じて進退でき
るようにしても良い。
【0018】上記構造のボルテックス・チューブ6′に
於いて、チューブ本体1の長さLとチューブ本体1の内
径Dとの関係を、L/D=4,L/D=9,L/D=1
9とした場合の流量比との関係に於ける熱分離性能につ
いて試験した処、図4のグラフに示すような結果を得
た。また、流れ制御用円板を有しない図に示す従来のボ
ルテックス・チューブ6に於いて、チューブ本体1の長
さLとチューブ本体1の内径Dとの関係を、L/D=
4,L/D=9,L/D=19とした場合の流量比との
関係に於ける熱分離性能について試験した処、図5のグ
ラフに示すような結果を得た。
【0019】図4,図5の比較で明らかなように流れ制
御用円板を有しない従来のボルテックス・チューブ6は
L/D=4のようなチューブ本体1の長さが短い場合、
熱分離効率が低いのに対し、流れ制御用円板7を有する
実施例のボルテックス・チューブ6′はL/D=4のよ
うなチューブ本体の長さが短い場合でも従来例のL/D
=19のボルテックス・チューブ6と略同程度の高い熱
分離効率が得られたことが判る。また、チューブ本体1
の長さが同じL/D=19と長い場合でも流れ制御用円
板7を有する実施例のボルテックス・チューブ6′は、
流れ制御用円板7を有しない従来例のボルテックス・チ
ューブ6よりも熱分離効率が高く安定していることが判
る。
【0020】このように実施例のボルテックス・チュー
ブ6′が長さが短くても熱分離効率が高いのは、流れ制
御用円板7の存在により高温空気の旋回流場Aと低温空
気の逆流の流場Bとの境界が高温空気出口5の附近で旋
回流にくい込まれず、従って低温空気が高温空気の旋回
流に引き込まれて流れることがなく、加圧空気の熱分離
効率が向上したからに他ならない。
【0021】
【発明の効果】以上の通り本発明のボルテックス・チュ
ーブによれば、加圧空気の熱分離効率を向上でき、チュ
ーブ本体の管長を短くしても熱分離性能を低下すること
がなく、従って、冷却性能を改善し、冷却能力を維持し
たままボルテックス・チューブの小型化,軽量化が可能
で、高速航空機のヒートシンク等へ適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のボルテックス・チューブの概略縦断面
図である。
【図2】図1のボルテックス・チューブの分解斜視図で
ある。
【図3】本発明のボルテックス・チューブに於ける流れ
制御用円板の他の例を示す図である。
【図4】本発明のボルテックス・チューブの流量比との
関係に於ける熱分離性能試験の結果を示すグラフであ
る。
【図5】従来のボルテックス・チューブの流量比との関
係に於ける熱分離性能試験の結果を示すグラフである。
【図6】従来のボルテックス・チューブの概略縦断面図
である。
【図7】従来のボルテックス・チューブの熱分離作用の
説明図である。
【図8】従来のボルテックス・チューブに於けるチュー
ブ本体の長さLとチューブ本体の内径Dとの関係に於け
る旋回流場Aと逆流の流場Bの境界域γs を示すグラフ
である。
【図9】図8の境界域γs をL/Dベースで示したグラ
フである。
【図10】図8の高温部領域のυθ/υm ,υL /υm
の最高値を示したグラフである。
【符号の説明】
1 チューブ本体 2 ノズル 3 低温空気出口 4 流量調整弁 5 高温空気出口 6′ ボルテックス・チューブ 7 流れ制御用円板 8,8′ 円環状の部分

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状のチューブ本体の一端部に、加圧
    空気を接線方向から噴出させるノズルと軸線方向に低温
    空気出口を有し、他端部に円錐型の流量調整弁と高温空
    気出口を有するボルテックス・チューブに於いて、高温
    空気出口の手前中央部に流れ制御用円板を配設し、中央
    部での流れを遮断してチューブ本体の内面に沿った円環
    状の部分で高温空気のみが流れるようにしたことを特徴
    とするボルテックス・チューブ。
JP1800993A 1993-01-08 1993-01-08 ボルテックス・チューブ Pending JPH06207756A (ja)

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JP1800993A JPH06207756A (ja) 1993-01-08 1993-01-08 ボルテックス・チューブ

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JPH06207756A true JPH06207756A (ja) 1994-07-26

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006064370A (ja) * 2005-10-05 2006-03-09 Tetsuya Tomaru ボルテックスチューブ
JP2006207892A (ja) * 2005-01-26 2006-08-10 Takuma Co Ltd 炉内ガス測定装置およびこれを備えた燃焼炉
KR100646156B1 (ko) * 2005-11-01 2006-11-14 조소곤 압연설비에 사용되는 쿨링베드 냉각장치
JP2007015041A (ja) * 2005-07-06 2007-01-25 Shin Nippon Koki Co Ltd 回転工具および工作機械
CN1300523C (zh) * 2003-12-12 2007-02-14 梁吉旺 涡流管
CN105258376A (zh) * 2015-09-30 2016-01-20 河南科技大学 一种带有涡流管制冷装置的冰箱
JP2023020900A (ja) * 2021-07-28 2023-02-09 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 ボルテックスチューブ、熱分離装置

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