(57)【要約】【課題】  回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去して、気泡の影響を受けない実験を行うことのできる気泡除去装置を備えた回流水槽を提供することにある。【解決手段】  回流水槽１の送流用インペラ２の下流側の連通管路１４に、格子の対角線の一方向が上下方向の斜め格子桁３１を配置し、斜め格子桁３１の各稜線３１ａ線上に気泡吸引支管３２を配置し、上下方向の対角線の同一延長線上の各気泡吸引支管３２を気泡吸引集合管３３に連通接続し、ボスキャップ２４下流に形成されるハブ渦ｂの中心部に気泡吸引管４１を配置し、上記気泡吸引集合管３３及び気泡吸引管４１を通じて吸引された気泡ａを含む水からそれぞれ脱気する脱気装置５を設けた。【選択図】        図１
2006010505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水槽内の水を送流用インペラで強制的に循環させて、計測部内に一定方向の水流を生じさせる回流水槽において、送流用インペラと適宜間隔をあけてその下流側の連通管路の水流方向に直角な断面方向に、格子の対角線の一方向が上下方向になるように格子桁を斜めに配置し、斜め格子桁の各稜線上に浮上する気泡を吸引する気泡吸引支管を各稜線の下流側に配置すると共に気泡吸引支管の吸引口を上流側に向けて臨ませて配置し、上下方向の対角線の同一延長線上の各気泡吸引支管を連通管路の外側に向けて上向きに延設された気泡吸引集合管に連通接続し、気泡吸引集合管を通じて吸引された気泡を含む水から脱気する脱気装置を設け、脱気装置で脱気後の水を回流水槽に再び戻すようにしたことを特徴とする気泡除去装置を備えた回流水槽。
【請求項２】
水槽内の水を送流用インペラで強制的に循環させて、計測部内に一定方向の水流を生じさせる回流水槽において、送流用インペラと適宜間隔をあけてその下流側の連通管路の水流方向に直角な断面方向に、格子の対角線の一方向が上下方向になるように格子桁を斜めに配置し、斜め格子桁の各稜線上に浮上する気泡を吸引する気泡吸引支管を各稜線の下流側に配置すると共に気泡吸引支管の吸引口を上流側に向けて臨ませて配置し、上下方向の対角線の同一延長線上の各気泡吸引支管を連通管路の外側に向けて上向きに延設された気泡吸引集合管に連通接続し、送流用インペラのボスキャップ下流に形成されるハブ渦の中心部に集まる気泡を吸引する気泡吸引管をボスキャップ下流に配置すると共に気泡吸引管の吸引口をボスキャップに向けて臨ませて配置し、上記気泡吸引集合管を通じて吸引された気泡を含む水及び連通管路の外側に向けて上向きに延設された上記気泡吸引管を通じて吸引された気泡を含む水からそれぞれ脱気する脱気装置を設け、該脱気装置で脱気後の水を回流水槽に再び戻すようにしたことを特徴とする気泡除去装置を備えた回流水槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水槽内の水を送流用インペラで強制的に循環させて、計測部内に一定方向の水流を生じさせる回流水槽に係り、特に、回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去する気泡除去装置を備えた回流水槽に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上面が開口され自由表面を有する計測部を備えた回流水槽においては、気泡を巻き込む部分である計測部下流の水面が接する天板の形状を検討して、如何に波崩れを少なくして気泡の巻き込みを少なくするか検討されている。生成された気泡を回収するための装置としては、各コーナー部の気泡ボックスの設置がある。ただし、この気泡ボックスでは、水面近傍の気泡が対象であり、水中に混入した気泡は、浮上するまで流れ去って、回収効果としては有効ではない。
また、上面が閉塞され自由表面を有しない計測部を備えたキャビテーション試験用回流水槽においては、キャビテーション試験によって生成した１００μｍ以上の気泡を回収する方法として、水槽内に多数枚の屋根型の板を設置して、中央部にある屋根の頂きに集められ吸い込み管で回収して除去する装置が考案されている。しかし、この方式では、中央部の屋根の頂きに集められるまでの気泡の経路長さが長くて、頂きに到達するまでに流れ去る可能性がある。特に、流路長さをとれない小型のキャビテーション試験用回流水槽においては、不利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
回流水槽において、上面が開口され自由表面を有する計測部に置いた供試体や前述したように計測部下流の水面が接する天板で気泡を巻き込み、回流後に計測部に気泡群となり流れて、著しく可視化実験を阻害する。
また、気泡が混入することにより気液全体の容積が増加して、計測部の水位と流速の不安定な変動（サージング）の原因となることや、水中の全気泡体積の増加により水のみかけの密度が小さくなり、流体力の評価に弊害をもたらす。
他方、回流水槽と同様な回流形式である自由表面を有しないキャビテーション試験用回流水槽においては、キャビテーション試験時、キャビテーションの発生に大きく影響する微少な気泡（気泡核と称する。以後、気泡核は広義で気泡とする。）の個数が問題になる。すなわち、キャビテーション試験前あるいは試験中に気泡核を制御することにより、より実機のキャビテーションに近いキャビテーション試験が可能となる。この気泡核の制御のためには、気泡核を除去する前提が必要となる。
【０００４】
この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去して、気泡の影響を受けない実験を行うことのできる気泡除去装置を備えた回流水槽を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、水槽内の水を送流用インペラで強制的に循環させて、計測部内に一定方向の水流を生じさせる回流水槽において、送流用インペラと適宜間隔をあけてその下流側の連通管路の水流方向に直角な断面方向に、格子の対角線の一方向が上下方向になるように格子桁を斜めに配置し、斜め格子桁の各稜線上に浮上する気泡を吸引する気泡吸引支管を各稜線の下流側に配置すると共に気泡吸引支管の吸引口を上流側に向けて臨ませて配置し、上下方向の対角線の同一延長線上の各気泡吸引支管を連通管路の外側に向けて上向きに延設された気泡吸引集合管に連通接続し、気泡吸引集合管を通じて吸引された気泡を含む水から脱気する脱気装置を設け、脱気装置で脱気後の水を回流水槽に再び戻す手段よりなるものである。
また、請求項２の発明は、水槽内の水を送流用インペラで強制的に循環させて、計測部内に一定方向の水流を生じさせる回流水槽において、送流用インペラと適宜間隔をあけてその下流側の連通管路の水流方向に直角な断面方向に、格子の対角線の一方向が上下方向になるように格子桁を斜めに配置し、斜め格子桁の各稜線上に浮上する気泡を吸引する気泡吸引支管を各稜線の下流側に配置すると共に気泡吸引支管の吸引口を上流側に向けて臨ませて配置し、上下方向の対角線の同一延長線上の各気泡吸引支管を連通管路の外側に向けて上向きに延設された気泡吸引集合管に連通接続し、送流用インペラのボスキャップ下流に形成されるハブ渦の中心部に集まる気泡を吸引する気泡吸引管をボスキャップ下流に配置すると共に気泡吸引管の吸引口をボスキャップに向けて臨ませて配置し、上記気泡吸引集合管を通じて吸引された気泡を含む水及び連通管路の外側に向けて上向きに延設された上記気泡吸引管を通じて吸引された気泡を含む水からそれぞれ脱気する脱気装置を設け、該脱気装置で脱気後の水を回流水槽に再び戻す手段よりなるものである。
【発明の効果】
【０００６】
以上の記載より明らかなように、請求項１の発明に係る気泡除去装置を備えた回流水槽によれば、斜め格子桁によって送流用インペラの旋回流を減少させ、斜め格子桁を通過した気泡が、格子の各稜線上に気泡が集約して、下流の気泡吸引支管を介して気泡吸引集合管で気泡を含んだ水を吸い込んで、回収することで、回流水槽内の気泡を除去することができる。
また、請求項２の発明に係る気泡除去装置を備えた回流水槽によれば、上記の効果に加えて、水糟内の水を循環する送流用インペラ後流のハブ渦が、効率良く気泡を収集し気泡吸引管より、回収することで、回流水槽内の気泡を更に除去することができる。
これらの結果、回流水槽においては、気泡による可視化試験の阻害や流体力計測に影響する密度の変化を防ぐことができる。また、キャビテーション試験用回流水槽においては、キャビテーションに影響する微少な気泡である気泡核を除去することにより、安定したキャビテーション試験や気泡核を制御したキャビテーション試験が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は気泡除去装置を備えた回流水槽の概略全体側断面図、図２は脱気塔の概略構成図、第３図は斜め格子桁の一部切り欠き拡大斜視図、第４図は斜め格子桁の一部切り欠き部分側面図、図５は送流用インペラ周辺の拡大構成図である。
【０００８】
図において、気泡除去装置を備えた回流水槽は、回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去できるようにしたもので、水槽内の水を強制的に循環させて水槽内に一定方向の水流が生じる回流水槽１、水槽内の水を強制的に循環させて一定方向の水流を生じさせる送流用インペラ２、送流用インペラ２の下流側に設けられ回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去する斜め格子桁利用気泡除去装置３、ハブ渦利用気泡除去装置４などから構成されている。
【０００９】
回流水槽１は例えば垂直型タイプつまり上下回りに循環する回流水槽からなり、その上部側には各種の実験を計測する計測部１１が設けられている。図面では計測部１１はその上面が開口されていて自由表面を有するが、回流形式であるが自由表面を有しないキャビテーション試験用回流水槽においては計測部１１の上面は閉塞されている。
【００１０】
計測部１１内の長手方向の一端面側には、計測部１１内に循環流入する水の流入口が開口されている。又流入口と相対向する他端面側には、計測部１１内を流れた水を排出する排出口が開口されている。これら流入口及び排出口が形成された計測部１１両端の外側には、流入管路１２及び排出管路１３が各々設けられている。
【００１１】
流入管路１２及び排出管路１３はその先端側が各々下側方向に向かって約９０度湾曲されたコーナー部１５，１５がそれぞれ形成されており、下方に向かって湾曲された先端側は内向きの水平方向に向かって約９０度湾曲されたコーナー部１５，１５がそれぞれ形成されて、計測部１１の下方に配設された連通管路１４の端部と接続されている。
【００１２】
回流水槽１の各コーナー部１５には、ガイドベーン１６が設けられている。ガイドベーン１６はコーナー部１５での水の流れ方向をスムーズに変える機能を果たすものである。
【００１３】
連通管路１４の内部には水槽内の水を強制的に循環させて一定方向の水流を生じさせる送流用インペラ２が取り付けられている。この送流用インペラ２のインペラシャフト２２は、連通管路１４の外側に延びていて、排出管路１３の外側下部に設置されたモーター２１に連動連結されている。インペラシャフト２２は送流用インペラ２の上流に配置されたシャフト軸受用ステーター２３に回転自在に軸支されている。
【００１４】
そして、回流水槽１は、これらの流入管路１２、排出管路１３、連通管路１４、各コーナー部１５、各コーナー部１５に設けられたガイドベーン１６、並びに送流用インペラ２などによって、計測部１１内に流れを起こさせる水の循環経路が構成される。
【００１５】
斜め格子桁利用気泡除去装置３は、回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去するもので、送流用インペラ２と適宜間隔をあけてその下流側の連通管路１４に配置された斜め格子桁３１、斜め格子桁３１の各稜線３１ａ線上に浮上する気泡ａを吸引する気泡吸引支管３２、上下方向の対角線の同一延長線上の各気泡吸引支管３２が連通接続された気泡吸引集合管３３、気泡吸引集合管３３を通じて吸引された気泡を含む水から脱気する脱気装置５などから構成される。脱気装置５はハブ渦利用気泡除去装置４の脱気装置も兼ねている。
【００１６】
斜め格子桁３１は、送流用インペラ２と適宜間隔をあけてその下流側の連通管路１４の水流方向に直角な断面方向に配置されている。斜め格子桁３１は、格子の対角線の一方向が上下方向になるように格子桁を斜め、つまり格子の四角の一つが正面から見て「×」型の稜線３１ａになるように配置されている。気泡ａは各格子の両側の内壁面が稜線３１ａに向かって逆Ｖ字状になっている両内壁面に沿って稜線３１ａに向かって浮上する。これにより、稜線３１ａ線上に浮上した気泡ａを効率良く集約することが可能となる。
【００１７】
斜め格子桁３１は送流用インペラ２による旋回流を抑える整流効果も有する。斜め格子桁３１が整流効果を有するためには、斜め格子桁３１の長さ（＝Ｌ）と格子セルの水力直径の比を６以上とる事とする。水力直径とは、４×セルの流路面積／濡れ縁長さで、セル形状が正方形の場合の水力直径は１辺の長さとなる。斜め格子桁３１のセル形状は、通常正方形状を基本形状とするが、矩形状あるいは稜線３１ａを小さく菱形状でも効果を有する。
【００１８】
気泡吸引支管３２は、斜め格子桁３１の各稜線３１ａ線上に浮上する気泡ａを水と共に常時吸引して吸い上げて除去するもので、例えばパイプ状のものが使用されている。各気泡吸引支管３２は斜め格子桁３１の下流側に配置されている。又各気泡吸引支管３２の先端側の吸引口３２ａは上流側に向けて臨むように配置されている。
【００１９】
気泡吸引集合管３３には、斜め格子桁３１の上下方向の対角線の同一延長線上にある上下の各気泡吸引支管３２の基端がそれぞれ連通接続されている。同一延長線上にある上下の各気泡吸引支管３２で吸引された気泡ａを含む水は同一の気泡吸引集合管３３に集められて上方に吸い上げられる。
【００２０】
気泡吸引集合管３３は連通管路１４の幅方向に複数に配置されており、又各気泡吸引集合管３３は連通管路１４の外側に向けて上向きに延設されており、泡吸引集合管３３によって上方に吸い上げられた気泡ａを含む水は連通管路１４の外側に送り出される。連通管路１４の外側に延びた各気泡吸引集合管３３はポンプ３３ａを介して脱気装置５に連通している。
【００２１】
ハブ渦利用気泡除去装置４は、回流中に生成された気泡或いはキャビテーション試験によって生成した気泡を除去するもので、送流用インペラ２のボスキャップ下流に形成されるハブ渦ｂの中心部に集まる気泡ａを吸引する気泡吸引管４１、気泡吸引管４１を通じて吸引された気泡を含む水から脱気する脱気装置５などから構成される。脱気装置５は前記の如く斜め格子桁利用気泡除去装置３の脱気装置も兼ねている。
【００２２】
気泡吸引管４１は、送流用インペラ２のボスキャップ２４下流に形成されるハブ渦ｂの中心部に集まる気泡ａを吸引するもので、ボスキャップ２４下流に配置されている。気泡吸引管４１の吸引口４１ａはボスキャップ２４に向けて臨ませて配置されている。気泡吸引管４１は連通管路１４の外側に向けて上向きに延設されており、気泡吸引管４１によって上方に吸い上げられた気泡ａを含む水は連通管路１４の外側に送り出される。連通管路１４の外側に延びた気泡吸引管４１はポンプ４１ｂを介して脱気装置５に連通している。
【００２３】
送流用インペラ２のボスキャップ２４下流には、強い旋回流が集中してハブ渦ｂが形成される。このハブ渦ｂの中心部は、まわりに比して圧力が小さいので気泡ａが集まり易く、この部分を吸い込み、効率よく気泡ａを回収できる。
【００２４】
強いハブ渦ｂが形成し易いようにボスキャップ２４の形状は、先細りの砲弾型に形成されている。通常の回流水槽の送流用インペラ下流には、旋回流を回収するためにステーターを設けているが、本装置では、ハブ渦ｂを拡散しないようにこの種のステーターを設けない。図面では、気泡吸引管４１を固定するためのステイ４１ｃを気泡吸引管４１の下流に設けているが省略してもよい。
【００２５】
脱気装置５には、脱気塔５１を使用したものと簡易型の気泡ボックス５２を使用したものとがある。脱気塔５１はキャビテーション試験用回流水槽の場合に使用されるが、通常の回流水槽にも使用可能である。脱気塔５１は、真空ポンプ５１ａによって真空に近い状態にされたタンクで、この脱気塔５１内に気泡ａを含んだ水をシャワー状に放出して、気泡ａを取り出す。気泡ａが除去された水は脱気塔５１からポンプ５１ｂによって回流水槽１に再び戻させる。
【００２６】
簡易型の気泡ボックス５２は、空気に曝され易い部分に設けられる。図面では、計測部１１の流入口となる計測部１１の上流側の流入管路１２の上部に気泡ボックス５２が設けられている。脱気装置５に気泡ボックス５２が使用される場合には、気泡吸引集合管３３から吸引された気泡ａを含む水は気泡ボックス５２で空気に曝されて気泡ａが除去されて回流水槽１に戻る。
【００２７】
図面では計測部１１の排出口となる計測部１１の下流側の排出管路１３の上部にも気泡ボックス５３が設けられている。回流水槽１がキャビテーション試験用回流水槽の場合にはこれらの気泡ボックス５２，５３は省略される。又通常の回流水槽１にあってもこれらの気泡ボックス５２，５３が省略されることもある。
【００２８】
次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
回流水槽１の計測部１１に水流を生じさせるにはモーター２１を駆動させる。連通管路１４内の送流用インペラ２は、モーター２１の駆動により回転して、連通管路１４内の水をコーナー部１５を経由して流入管路１２側に圧送する。
【００２９】
連通管路１４内の送流用インペラ２の回転により、連通管路１４からコーナー部１５を経由して流入管路１２に圧送された水は、流入管路１２を流れて流入管路１２の下流側の流入口から計測部１１内に流入する。
【００３０】
計測部１１内に流入した水は反対側の排出口に向かって一定の流速で流れる。このため、計測部１１内には一定方向の水流が生じる。この計測部１１では各種の実験が行われる。
【００３１】
通常の回流水槽１では回流中に気泡ａが生成され、又キャビテーション試験用回流水槽においては、キャビテーション試験によって気泡ａが生成される。生成された気泡ａは、水流と共に下流側に移動する。排出口から排出管路１３内に排出され、排出管路１３を経て連通管路１４内に入る。
【００３２】
連通管路１４内の送流用インペラ２のボスキャップ２４下流には、強い旋回流が集中してハブ渦ｂが形成される。このハブ渦ｂの中心部は、まわりに比して圧力が小さいので気泡ａが集まり易くなる。
【００３３】
この気泡ａが集まり易いボスキャップ２４下流には気泡吸引管４１の吸引口４１ａがボスキャップ２４に向けて臨んでおり、ポンプ４１ｂの駆動により気泡吸引管４１の吸引口４１ａから、ハブ渦ｂの中心部に集まった気泡ａは気泡ａを含んだ水と共に吸引されて、気泡吸引管４１内を吸い上げられて、脱気装置５に送り込まれる。
【００３４】
気泡吸引管４１で吸引除去されなかった気泡ａを含んだ水は送流用インペラ２の下流側に配置された斜め格子桁３１内に流入する。斜め格子桁３１の各格子内に流入した気泡ａは、浮力により各格子の両側の内壁面が稜線３１ａに向かって逆Ｖ字状になっている両内壁面に沿って稜線３１ａ線上に向かって浮上する。内壁面の稜線３１ａまでの距離は短いため、気泡ａは短時間で稜線３１ａ線上に到達する。稜線３１ａ線上に浮上した気泡ａは、稜線３１ａ線上の下流側に配置された各気泡吸引支管３２の吸引口３２ａから水と共に吸引される。
【００３５】
同一延長線上にある上下の各気泡吸引支管３２で吸引された気泡ａを含む水は同一の気泡吸引集合管３３によって集められて上方に吸い上げられ、ポンプ３３ａによって脱気装置５に送り込まれる。
【００３６】
脱気装置５が脱気塔５１からなる場合には、気泡ａを含んだ水は真空ポンプ５１ａによって真空に近い状態にされた脱気塔５１内でシャワー状に放出されて、気泡ａが除去される。気泡ａが除去された水は脱気塔５１からポンプ５１ｂによって回流水槽１に送り戻される。また、脱気装置５が気泡ボックス５２からなる場合には、気泡ａを含んだ水は気泡ボックス５２で空気に曝されて気泡ａが除去されて回流水槽１に戻る。
【００３７】
このようにして、回流中に生成された気泡ａ或いはキャビテーション試験によって生成した気泡ａは除去される。気泡ａが除去された水はコーナー部１５を経由して流入管路１２側に循環圧送され、循環前と略同一の水流条件になって計測部１１内に再流入する。
【００３８】
なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。例えば、上記発明を実施するための最良の形態では、回流水槽１は、垂直型タイプつまり上下回りに循環する回流水槽からなる場合で説明したが、これに限定されるものではなく、水平型タイプつまり水平回りに循環する回流水槽でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明を実施するための最良の形態を示す気泡除去装置を備えた回流水槽の概略全体側断面図である。
【図２】この発明を実施するための最良の形態を示す脱気塔の概略構成図である。
【図３】この発明を実施するための最良の形態を示す斜め格子桁の一部切り欠き拡大斜視図である。
【図４】この発明を実施するための最良の形態を示す斜め格子桁の一部切り欠き部分側面図である。
【図５】この発明を実施するための最良の形態を示す送流用インペラ周辺の拡大構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    回流水槽
１１    計測部
１２    流入管路
１３    排出管路
１４    連通管路
１５    コーナー部
１６    ガイドベーン
２    送流用インペラ
２１    モーター
２２    インペラシャフト
２３    シャフト軸受用ステーター
２４    ボスキャップ
３    斜め格子桁利用気泡除去装置
３１    斜め格子桁
３１ａ  稜線
３２    気泡吸引支管
３２ａ  吸引口
３３    気泡吸引集合管
３３ａ  ポンプ
４    ハブ渦利用気泡除去装置
４１    気泡吸引管
４１ａ  吸引口
４１ｂ  ポンプ
４１ｃ  ステイ
５    脱気装置
５１    脱気塔
５１ａ  真空ポンプ
５１ｂ  ポンプ
５２    気泡ボックス
５３    気泡ボックス
ａ    気泡
ｂ    ハブ渦
【図１】
2006010505.tif 000003
【図２】
2006010505.tif 000004
【図３】
2006010505.tif 000005
【図４】
2006010505.tif 000006
【図５】
2006010505.tif 000007