(57)【要約】【課題】許容圧力損失に制約があっても、偏流がある三次元流れから偏流を取り除いて二次元流れに変えることができる偏流防止装置を提供する。【解決手段】配管１内に固定設置されて偏流のある三次元流れから偏流を除去する偏流防止装置が、流体流れ方向に配置された多孔管１１と、多孔管１１の流れ方向出口側に設けられた衝突板１２とを具備してなる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路内に固定設置されて偏流のある三次元流れから偏流を除去する偏流防止装置であって、
流体流れ方向に配置された多孔管と、該多孔管の流れ方向出口側に設けられた衝突板とを具備してなることを特徴とする偏流防止装置。
【請求項２】
流体流路内に固定設置されて偏流のある三次元流れから偏流を除去する偏流防止装置であって、
流体流れ方向に多孔管を配置し、前記多孔管の入口を除く全面に多数の孔を設けたことを特徴とする偏流防止装置。
【請求項３】
上流側及び下流側の少なくとも一方に絞りを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の偏流防止装置。
【請求項４】
前記絞りの下流側に整流部材を設けたことを特徴とする請求項３記載の偏流防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管やダクト等の流体流路内に設置されて流体の偏流を取り除く偏流防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば風洞内を流れる空気等の圧縮性流体やボイラの降水管内を流れる缶水等の非圧縮性流体について、その流速を測定する際には流速分布を一定にすることが必要となる。
このため、配管やダクトのような流体流路内を流れる流体に偏流がある三次元流れにおいては、この偏流を取り除くため、図５に示すような偏流防止装置が設けられている。
【０００３】
図５に示す従来例において、図中の符合１は配管、２はオリフィス、３は多孔板である。図中に白抜矢印で示す流体の流れ方向において、上流側からオリフィス２及び多孔板３の順に配管１の内部に固定設置されており、このオリフィス２及び多孔板３を組み合わせることで偏流防止装置が構成されている。
また、上述したオリフィス２及び多孔板３より構成された偏流防止装置は、これを複数組み合わせて用いる場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術の偏流防止装置は、流体流路を流れる流体が偏流防止装置を通過することによって生じる圧力損失を十分に許容できる場合、オリフィス２及び多孔板３の設定（オリフィス径、孔の径や数など）を自由に選択することができる。
このため、流体が偏流防止装置を通過することで偏流は十分に取り除かれ、配管１の軸に垂直な断面方向の流れがほぼ均一となるので、流体の速度又は速度分布を容易に求めることができる。
【０００５】
しかしながら、上述した圧力損失の許容値に制約がある場合には、オリフィス２や多孔板３の設定にも制約を受けることとなる。このため、偏流防止装置を通過する流体から十分に偏流を取り除くことができず、実際には、しばしば流れが三次元分布を有している場合があるので、このような三次元分布の複雑な流れを二次元流れに変えることは困難なことであった。
すなわち、三次元分布の複雑な流れのままでは、流体の速度又は速度分布を求めるためには複数箇所での計測やそのデータ解析など、複雑な処理が必要となって問題となることがあった。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、許容圧力損失に制約がある場合であっても、比較的小さな圧力損失で偏流がある三次元流れから偏流を取り除いて二次元流れに変えることができる偏流防止装置の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の偏流防止装置は、流体流路内に固定設置されて偏流のある三次元流れから偏流を除去する偏流防止装置であって、流体流れ方向に配置された多孔管と、該多孔管の流れ方向出口側に設けられた衝突板とを具備してなることを特徴としている。
【０００８】
このような偏流防止装置によれば、流体流れ方向に配置された多孔管と、該多孔管の流れ方向出口側に設けられた衝突板とを具備してなる構成としたので、偏流防止装置を通過する流体は、衝突板に当たって軸方向の速度成分がいったんゼロとされ、その後に多孔管を通過し周方向に均一に分配されて流れ、この結果、三次元流れの偏流が除去された二次元流れとなる。
【０００９】
請求項２に記載の偏流防止装置は、流体流路内に固定設置されて偏流のある三次元流れから偏流を除去する偏流防止装置であって、流体流れ方向に多孔管を配置し、前記多孔管の入口を除く全面に多数の孔を設けたことを特徴としている。
【００１０】
このような偏流防止装置によれば、流体流れ方向に多孔管を配置し、前記多孔管の入口を除く全面に多数の孔を設けたので、三次元流れの偏流を除去し、さらに、下流の二次元分布を緩和することができる。
【００１１】
請求項３に記載の偏流防止装置は、請求項１または２記載の偏流防止装置において、上流側及び下流側の少なくとも一方に絞りを設けたことを特徴としている。
このような偏流防止装置によれば、偏流防止装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に絞りを設けたので、この絞りの作用によってより一層流れを均一にすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の偏流防止装置は、請求項３記載の偏流防止装置において、前記絞りの下流側に整流部材を設けたことを特徴としている。
このような偏流防止装置によれば、絞りの下流側に整流部材を設けたので、この整流部材によっても流れを均一にすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る偏流防止装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）に示す第１の実施形態において、図中の符号１は配管、１０は偏流防止装置、１１は多孔管、１２は衝突板である。
配管１は、空気等の圧縮性流体や水等の非圧縮性流体を流す流体流路の一例であり、例えばダクト等の他の管路でもよい。
【００１４】
この実施形態における偏流防止装置１０は、白抜矢印で示す流体流れ方向に配置された多孔管１１と、この多孔管１１の流れ方向出口側に設けられた衝突板１２とを具備して構成され、配管１の内部に固定設置されている。
多孔管１１は円周部分に多数の孔が穿設された筒状部材、あるいは、金網を成形した筒状部材であり、その軸線は配管１の軸線とほぼ一致するよう入口側の開口端部がドーナツ形状の支持部材１０ａによって支持されている。そして、多孔管１１の出口側端部には、筒状部材の円形出口開口を塞ぐようにして、衝突板１２が固着されている。
【００１５】
支持部材１０ａは、配管１の軸線とほぼ直交する断面上に配置され、多孔管１１の外周側となる配管１内の流路を塞ぐように、外周部が配管１の内壁に接して固定されている。この場合の支持部材１０ａは実質的にオリフィスと同形状となるが、多孔管１１の支持が主目的であるからその開口面積で偏流除去性能が決まるわけではなく、従って、圧力損失が大きくなって問題になるような小径の開口面積とする必要はない。
【００１６】
上述した構成の偏流防止装置１０を配管１内に設置すれば、配管１内を流れてきた流体は、その全量が支持部材１０ａの開口から多孔管１１内に導かれる。こうして多孔管１１内に流入した流体は、その主流がほぼ軸線方向に沿って流れ、出口位置にある衝突板１２に衝突する。
この結果、大部分が配管１の軸方向速度成分である流体の流れは、衝突板１２と衝突することによって軸方向速度成分がいったんゼロとなり、その後ほぼ直角に流れ方向を変え、多孔管１１の円周部に多数設けられている孔から円周方向へ向かう流れが全周にわたってほぼ均一に分配されて噴出する。このような流れの均一分配は、圧力損失が許容する範囲内において孔の開口率を適宜調整することで容易に実現でき、しかも、主としてオリフィス径が問題となる従来構造と比較して圧力損失を低く抑えることもできる。
【００１７】
従って、図１（ｂ）に流速分布の断面を示してその変化を説明すると、偏流防止装置１０の上流側に示した流速分布Ｗ１は、偏流防止装置１０を通過することにより、流速分布Ｗ２，Ｗ３のように順次変化して偏流が除去された二次元流れに変わる。
ここで、偏流がある３次元流れの軸線方向速度成分は、たとえば速度分布Ｗ１のように、配管１の軸線を中心とした円周方向（同心円方向）において速度分布が不均一になっている。
【００１８】
このような速度分布Ｗ１を有している流れが偏流防止装置１０を通過すると、配管１の中心部が衝突板１２によって塞がれているので、配管１の内壁と衝突板１２との間に大きな軸方向速度成分を有する速度分布Ｗ２が形成される。この速度分布Ｗ２は、配管１の軸線を中心とした円周方向において速度分布が緩和されてほぼ均一となり、その断面形状は概ねＷに近いものとなっている。
なお、このような断面形状の速度分布Ｗ２となるのは、衝突板１２の下流側では流れが阻止されているため軸方向速度成分が小さくなり、さらに、配管１の内壁近傍では摩擦損失により流速が低下して軸方向速度成分も小さくなるためである。
【００１９】
上述した流速分布Ｗ２は、偏流防止装置１０の衝突板１２から下流側へ離れるにつれて、配管１の軸中心における軸方向速度成分が大きくなり、内壁側へ近づくほど軸方向速度成分が小さい断面形状の速度分布Ｗ３に変化する。この速度分布Ｗ３は、配管１の軸線を中心とした円周方向において速度分布が緩和されてほぼ均一となり、その断面形状は概ね放物線に近いものとなる。これは、衝突板１２から離れるほどその影響が小さくなり、かつ、配管１の内壁では摩擦損失の影響を受けるためである。
【００２０】
このようにして偏流のある三次元流れから偏流が除去された二次元流れに変わると、流体の速度や速度分布を求めることが容易になる。
すなわち、偏流のある三次元流れのように円周方向の速度分布が不均一であれば、測定位置の違いが結果に大きく影響してくるので、測定個所を増やして複数の検出値を適切に解析するなど複雑なデータ処理を必要とする。しかし、上述した偏流防止装置１０を設けて、比較的小さな圧力損失により偏流が除去された二次元流れとすれば、従来のように複雑な処理は不要となる。
【００２１】
続いて、本発明の第２の実施形態を図２に示し、上述した第１の実施形態と異なる構成を中心にして説明する。
図２（ａ）に示す実施形態の偏流防止装置２０は、流体流れ方向に配管１と同軸とした円筒形状の多孔管２１を配置し、入口を除く全面に多数の孔を設けてある。すなわち、円筒形状の多孔管２１の出口開口に多孔衝突板２２を設けたものであり、第１の実施形態で使用した衝突板１２を多孔板に代えた構成を採用している。
【００２２】
このような構成とすれば、多孔管２１に多数設けられた孔の作用により偏流が除去されるのは勿論のこと、多孔衝突板２２に設けた多数の孔により下流の二次元分布を緩和する（図１（ｂ）における流速分布Ｗ３をなだらかにする）効果がある。
【００２３】
また、図２（ｂ）は上述した第２の実施形態における変形例であり、偏流防止装置２０Ａは、円筒形状とした多孔管２１に代えて円錐多孔管２１ａを採用している。この円錐多孔管２１ａは、流体流れ方向の上流側に位置している底面部が開口し、下流側となる円錐面の全面にわたって多数の孔が設けられている。
このような構成としても、上述した多孔衝突板２２を設けたものと同様に、偏流の除去及び下流の二次元分布緩和が可能になる。
なお、上述した多孔管２１、多孔衝突板２２及び円錐多孔管２１ａの素材としては、板材に多数の孔を設けたものや金網等を使用することができる。
【００２４】
次に、本発明の第３の実施形態を図３に示し、上述した第１の実施形態と異なる構成を中心にして説明する。
図３（ａ）に示す実施形態では、偏流防止装置１０の下流側に絞りとしてオリフィス１３を設けてある。このようなオリフィス１３を設けることにより、このオリフィス１３を通過した流れを一様にする作用が生じ、結果として流れを均一化することができる。
【００２５】
ここで使用可能な絞りは、上述したオリフィス１３の他にも、ベルマウスやラバール管等の類がある。
このような絞りは、偏流防止装置１０の下流側に設ける構成だけでなく、図３（ｂ）に示すように上流側に設けてもよいし、上流側及び下流側の両方に設けてもよい。また、図２に示した構成の偏流防止装置２０，２０Ａとの組み合わせも可能である。
【００２６】
最後に、本発明の第４の実施形態を図４に示し、上述した第３の実施形態と異なる構成を中心にして説明する。
この実施形態では、上述した第３の実施形態における絞りの下流側、すなわちオリフィス１３等の下流側に整流部材として多孔板１４を設けてある。このような多孔板１４を設けることにより、多孔板１４を通過した流れを整流する作用が生じ、結果として流れを一様にすることができる。ここで使用可能な整流部材としては、上述した多孔板１４の他にも、金網や整流格子等がある。
【００２７】
以上説明したように、本発明の偏流防止装置によれば、比較的小さな圧力損失で偏流がある三次元流れの偏流を除去して二次元流れとすることができるので、圧力損失に制限がある場合であっても、流体流路内を流れる圧縮性流体や非圧縮性流体の流速分布を円周方向において均一とし、流速測定を容易に実施することが可能になる。
【００２８】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の偏流防止装置によれば、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、流体流れ方向に配置された多孔管と、該多孔管の流れ方向出口側に設けられた衝突板とを具備してなる構成の偏流防止装置としたので、これを通過した流体は比較的小さな圧力損失でも三次元流れの偏流が除去された二次元流れとなる。従って、速度分布が円周方向において均一化されるので、測定個所の低減及び複雑なデータ処理などが不要となって流体流路内を流れる流体の流速測定が容易になる。
【００３０】
請求項２に記載の発明によれば、流体流れ方向に多孔管を配置し、多孔管の入口を除く全面に多数の孔を設けたので、三次元流れの偏流を除去し、さらに、下流の二次元分布を緩和することができる。従って、速度分布が円周方向に均一化され、下流側の二次元分布がより一層緩和されるので、流体流路内を流れる流体の流速測定が容易になる。
【００３１】
また、上述した請求項１または２記載の発明において、上流側及び下流側の少なくとも一方に絞りを設けることでより一層下流側の流れが均一になるので、流体流路内を流れる流体の流速測定をさらに容易にすることができる。
そして、絞りの下流側に整流部材を設ければ、整流部材によっても流れを均一にすることができるので、流れはより一層均一化されて流速測定を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏流防止装置の第１の実施形態を示す図で、（ａ）は偏流防止装置の構成を示す断面図、（ｂ）は偏流除去の説明図である。
【図２】（ａ）は本発明に係る偏流防止装置の第２の実施形態を示す図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す図である。
【図３】（ａ）は本発明に係る偏流防止装置の第３の実施形態を示す図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す図である。
【図４】本発明に係る偏流防止装置の第４の実施形態を示す図である。
【図５】従来の偏流防止装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１　配管（流体流路）
１０，２０，２０Ａ　偏流防止装置
１１　多孔管
１２　衝突板
１３　オリフィス（絞り）
１４　多孔板（整流部材）
２１　多孔管
２１ａ　円錐多孔管
２２　多孔衝突板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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