(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を噴出する噴出口を有するノズルと、前記噴出口の周囲に設けられた複数のアクチュエータと、を備えた噴流制御装置において、
弾性変形するように駆動される前記アクチュエータと、
複数の前記アクチュエータの駆動振幅及び周波数を独立して制御する制御手段と、
を備え、隣り合う前記アクチュエータを予め定めた周期で順次駆動することを特徴とする噴流制御装置。
【請求項２】
前記アクチュエータの駆動モードを記述したプログラムが記憶された記憶手段を有することを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項３】
前記ノズルから噴出された噴流が具備する速度、乱れ度、圧力、温度、濃度の物理量の中の少なくとも１つの物理量を測定するセンサーを設け、このセンサーが検出した物理量に基づいて前記制御手段が前記アクチュエータをフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項４】
前記アクチュエータを駆動する駆動手段は、電磁力利用手段であることを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、ポリミイドフィルムの基板上に銅の矩形コイルを形成したフラップ型アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項６】
前記アクチュエータは、ポリミイドフィルムの基板上に銅の矩形コイルを形成したフラップ型アクチュエータであり、前記基板は一端部が固定されており、この固定端の近傍に切り欠きを形成したことを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項７】
前記アクチュエータを駆動する駆動手段は、静電力利用手段であることを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータを駆動する駆動手段は、圧電効果利用手段であることを特徴とする請求項１に記載の噴流制御装置。
【請求項９】
調和空気を噴出する吹出口を備えた空気調和機において、
前記調和空気を噴出する噴出口を有するノズルと、
前記噴出口の周囲に複数設けら、弾性変形するように駆動される前記アクチュエータと、
複数の前記アクチュエータの駆動振幅及び周波数を独立して制御する制御手段と、
を有し、隣り合う前記アクチュエータが予め定めた周期で順次駆動される噴流制御装置を備え、前記噴流制御装置は前記吹出口に設けられたことを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は噴流制御装置に係り、空気調和機に用いたときに好適な、気体および液体などの流体を噴出する噴流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の噴流制御装置の一例を図２０及び図２１を用いて説明する。ここで、図２０は、気体や液体などの流体を噴出するノズルの噴出口近傍に設けられた直管部の詳細を示す図である。流体を噴出するノズルは、輸送機器における推進、電子機器やガスタービン翼の冷却、印刷機器における紙の冷却や乾燥、燃焼・化学反応装置、空調・換気システムにおける混合・拡散、ウォータージェットによる加工、インクジェットプリンタによる印刷など、工業上極めて重要な機器要素である。しかし、噴流10内の速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量を制御するためには、ノズルから噴出される流体の流量および流体の供給圧を制御する、あるいはノズル噴出口の形状を変える、すなわちノズルを付け替える、または流れの方向の速度変動を加える等、特定の目的に対してそれぞれ最適なノズルを構成していた。
【０００３】
これら従来の技術の中で、ノズルを付け替える例が、「Physics of Fluids」 8、1996、p.978や「Physics of Fluids」9、1997、p.3733に、また流れの速度変動を加える例が、「日本機械学会論文集B」、60-574、1994、2007頁や「Proc． 5th Symp． on Turbulent Shear Flows」 1985、pp.1.7-1.12に記載されている。
【０００４】
一方、上記した噴流制御装置を有する従来の空気調和機の室内機の一例を図２１に示す。この室内機では、熱交換した気流を室内へ吐き出すために、案内板４、あるいはフラップ、ベーン等を用いて風向を調整している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の噴流制御装置においては、流量を制御すること、ノズルを付け替えること、および流れ方向の速度変動を加えること等のために、非常に大掛かりな装置を構成する必要があった。しかも、この噴流制御装置の存在により、流れを制御するための消費エネルギーも大きくなるという不具合を生じる。
【０００６】
一方、この噴流制御装置を空気調和機に用いたときに、案内板、あるいはフラップ、ベーン等を用いて気流の流れ方向を変化させようとすると、局所的に流れが増速してしまい、動圧増加に伴う通風抵抗の増大を招く。また、冷房運転時には冷気によって冷やされた案内板、フラップ、ベーンに室内の高温多湿な空気が接触して露が付き、水滴の落下や汚れの原因となっていた。
【０００７】
本発明は上記従来技術の有する不具合に鑑みなされたものであり、ノズルから噴出される流体の流量および流体の供給圧を変えずに、噴流内の速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量を自在に制御することが可能な噴流制御装置を実現することにある。また、ノズルを付け替えることなく、しかも流れ方向の速度変動を加えることなく、小型でかつ制御エネルギーが小さい噴流制御装置を実現することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、案内板、フラップおよびベーン等の補助手段を用いずに熱交換した気流を風向調整し、冷房運転時の露付を防止することにある。さらに、低騒音な空気調和機を実現することも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、流体を噴出する噴出口を有するノズルと、前記噴出口の周囲に設けられた複数のアクチュエータと、を備えた噴流制御装置において、弾性変形するように駆動される前記アクチュエータと、複数の前記アクチュエータの駆動振幅及び周波数を独立して制御する制御手段と、を備え、隣り合う前記アクチュエータを予め定めた周期で順次駆動するものである。
【００１２】
また、本発明は、調和空気を噴出する吹出口を備えた空気調和機において、前記調和空気を噴出する噴出口を有するノズルと、前記噴出口の周囲に複数設けら、弾性変形するように駆動される前記アクチュエータと、複数の前記アクチュエータの駆動振幅及び周波数を独立して制御する制御手段と、を有し、隣り合う前記アクチュエータが予め定めた周期で順次駆動される噴流制御装置を備え、前記噴流制御装置は前記吹出口に設けられたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる噴流制御装置およびそれを有する空気調和機の実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明の噴流制御装置の一実施例の正面図及び縦断面図である。図２は、図１に示したノズルの直管部の拡大図、図３は図２に示したノズルの噴出口の拡大図である。ノズル1の噴出口内面１ａにアクチュエータ2が、噴出口外面１ｂに永久磁石3がそれぞれ設置されている。本実施例のノズル１は円形ノズルであり、周方向ほぼ等分位置に8対のアクチュエータと永久磁石が設置されている。気体または液体の流体が、図の右方向から流れ２０となって縮小流路へ流れ込んでいる。なお、本発明におけるノズルやアクチュエータの形状及び個数はこれら図に示したものに限るものでないことは言うまでもなく、この実施例は本発明の動作原理に限定を加えるものではない。
【００１４】
図４に、図１で示したノズルに流体が流れ込んだときのアクチュエータ2の作動状態を示す。この実施例は、アクチュエータ2を電磁力で駆動した場合である。アクチュエータ2は、ノズル内面1aに固定されるアクチュエータ固定部2aと、駆動可能なアクチュエータ駆動部2bとを備えている。永久磁石3が、ノズル外面1bのアクチュエータ駆動部2bの下面に設置されている。本実施例では、アクチュエータはフラップ型アクチュエータであり、ポリミイドフィルムの基板上に銅の矩形コイルを形成したものである。そして、この矩形コイル部に通電すると磁界が発生し、アクチュエータ駆動部2bであるフラップの下に設置した永久磁石3とコイルとの相互作用により、フラップが弾性変形する。フラップの駆動振幅および周波数を、コイルに供給する電流あるいは電圧で制御する。なお、永久磁石3の代わりに電磁石を用いてもよい。
【００１５】
図５は、アクチュエータ２の詳細を模式的に示した図である。上述したように、本アクチュエータ２はポリミイドフィルムの基板上21に銅の矩形コイル22が形成されたものである。基板の固定部に近い部分には、基板の曲げ剛性を下げて変位を大きくするために、切り欠き23が形成されている。
【００１６】
本発明では複数のアクチュエータ２、２・・・を独立して制御できる。したがって、複数のアクチュエータを同期して駆動することや、隣り合うアクチュエータをある周期で順次駆動することも可能である。アクチュエータ２を作動させると、ノズル１から噴出する流体に、渦を形成することが可能になる。すなわち、複数のアクチュエータ２、２、・・・を同期して駆動すれば、これらのアクチュエータの駆動に同期して、渦が輪の形状となった渦輪をノズル１から放出可能になる。また隣り合うアクチュエータ２、２を、予め定めた周期で順次駆動すれば螺旋状に振れまわる渦輪の放出が可能となる。図６は、アクチュエータを制御しない場合の通常のノズルから噴出される流体の流れの様子を示す図である。これに対して図７は、隣り合うアクチュエータ２、２を予め定めた周期で順次駆動した場合に、ノズル１から流れ出る噴流１０の様子を示す図である。噴流１０の境界２２内には、渦輪２１が形成されている。図７に示すように、アクチュエータ２を制御すると、螺旋状に振れまわる渦輪２１が放出され、通常のノズルから流れ出る噴流に比べて、噴流１０の幅を広げることが可能になる。
【００１７】
図８ないし図１８は、本発明の様々な変形例を示す図であり、図８では、アクチュエータ2がノズルの内面から突出しないように、ノズル1に埋め込まれている。図９では、アクチュエータ2および永久磁石3がノズルの内外面から突出しないように、ノズル1に埋め込まれている。図１０では、アクチュエータ2はノズル外面1bに、永久磁石3はノズル内面1aにそれぞれ設置されている。図１１では、アクチュエータ2はノズルの噴出口の先端より流れ方向に突出したノズル内面1aに設置されている。
【００１８】
さらに、図１２に示したノズルは、ノズル1aとノズル1bを有する同心二重円形ノズルである。それぞれのノズル１ａ，１ｂから、流体20aおよび流体20bが別々に噴出される。この変形例では、内側のノズル1aの噴出口近傍にアクチュエータ2を設置している。アクチュエータ2を駆動することにより、噴流１０内において、流体20aと流体20bの混合が促進される。
【００１９】
図１３では、ノズルから噴出された噴流の速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量のいくつかまたはすべてを測定するセンサー４を、吹き出し口より下流の噴流が通る位置に設けている。このセンサー４が検出した速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量が制御装置５に入力され、これら物理量に基づいてアクチュエータ２が駆動される、いわゆるフィードバック制御が実行される。このフィードバック制御により、噴流の速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量を所望の値に制御可能になる。
【００２０】
図１４では、永久磁石3はノズル1の先端に内蔵されており、アクチュエータ2はノズル先端の内外面に設置されている。図１５では、アクチュエータ2をノズル1の内面に流れ方向に列をなして設けている。また、図１６では、矩形ノズル１の一面のみにアクチュエータ2を設けている。図17では、矩形ノズル１の両面にアクチュエータ２を設けている。図１８では、ノズル１の出口面にアクチュエータ２およびシート状の永久磁石３を設けている。この場合、既存のノズルに容易に取り付けが可能である。
【００２１】
以上の各変形例においても、図１ないし図４に示した実施例と同様に、ノズル１から噴出する噴流を制御することが出来るので、噴流の速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量を所望の値に制御可能である。なお、本発明は上述のノズル形状に限定されるものではなく、すべての形状のノズルに適用可能である。
【００２２】
図１９に、本発明に係る噴流制御手段を有する空気調和機の一実施例の横断面図を示す。空気調和機の吹出口には、アクチュエータ２が備えられている。本発明に係るアクチュエータ２を備えた吹出口では、吹出し気流の向きを調整する場合に局所的な流れの増速を生じない。その結果、通風抵抗が小さく、送風機の消費エネルギーや騒音を小さく抑えることが出来る。また、従来しばしば生じた、冷房運転時に冷風によって冷やされた案内板に高温多湿な室内気流が巻き込まれて結露する現象を防止できる。これは、アクチュエータが直接的に流れに力を加えて流れの向きを変更させるものではないからである。本発明においては、せん断層の渦を制御して、吹出し気流の発達を制御している。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ノズルから噴出される噴流をアクチュエータを用いて制御するので、噴流内の速度、乱れ度、圧力、温度、濃度などの物理量のいくつかが制御可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る噴流制御装置の一実施例の縦断面図。
【図２】図１に示した噴流制御装置の出口部の詳細図。
【図３】図２に示した噴流制御装置の出口部のさらなる詳細図。
【図４】図１に示した噴流制御装置で用いられるアクチュエータの動作を説明する図。
【図５】図４で示したアクチュエータの詳細図。
【図６】ノズルから流れ出る噴流の様子を説明する図であり、従来のノズルからの流れの図。
【図７】ノズルから流れ出る噴流の様子を説明する図であり、本発明の制御を用いた場合のノズルからの流れの図。
【図８】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近の変形例の縦断面図。
【図９】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近の他の変形例の縦断面図。
【図１０】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１１】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１２】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１３】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１４】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１５】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１６】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１７】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１８】本発明に係る噴流制御装置の噴出口付近のさらに他の変形例の縦断面図。
【図１９】本発明に係る噴流制御装置を備えた空気調和機の一実施例の横断面図。
【図２０】従来の噴流制御装置のノズル噴噴出口付近の縦断面図。
【図２１】従来の噴流制御装置を備えた空気調和機の横断面図。
【符号の説明】
１：ノズル、２：アクチュエータ、
３：永久磁石、４：案内板、
１０：噴流、２０：流体の流れ、
２１：ポリミイドフィルム基板、
２２：銅矩形コイル、
２３：切り欠き。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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