壁面噴流の制御技術
地方独立行政法人山口県産業技術センター
企業支援部 産学公連携室
サブリーダー 山田 誠治
2019年10月10日

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壁面噴流とは
壁面噴流とは，壁面に沿って流れる噴流

噴流
噴流が壁面に衝突後の壁面噴流

ノズル

壁面噴流出口

壁面一対の大きな渦対
流れ

拡散・剥離

トレーサー管

ノズル
トレーサー

平面壁

可視化写真
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壁面噴流とは 産業界で多方面に存在 応用範囲が広い

自動車のデフロスター

・自動車のデフロスター，・エアコン室内機内部の流れ，・流体が壁面に衝突した後に生じる流れ（乾燥，洗浄，塗装，メッキ工程など）

エアコン室内機内部の流れ
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本技術の想定実施例（イメージ）
乾燥，洗浄，塗装，メッキ工程など
壁面噴流制御装置

ノズル

対象物

h

壁面噴流制御装置ノズル

壁面噴流制御装置ノズル

壁面噴流制御装置
対象物
ノズル
対象物
壁面噴流制御装置

壁面噴流制御装置

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本技術の適用可能な具体案（案1）エアコン室内機内部流れ
フィルター

熱交換器

熱交換器

ファン
（参考）エアコン室内機（ダイキンHPより）
http://www.daikinaircon.com/roomaircon/products/
e_series/index.html※ 右図断面内部構造とは関係ありあません．

熱交換器

ルーバー

壁面噴流制御装置
5本技術の適用可能な具体案（案2）連続メッキ･乾燥工程など

壁面噴流制御装置（参考）CGL（連続溶融亜鉛メッキライン）（新日鉄住金エンジニアリングHPより）
https://www.eng.nssmc.com/business/steelplants/processing/
cgl_capl/※ 右図とは関係ありあません．

壁面噴流制御装置
対象物

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従来技術とその問題点
エアコン室内機内部の流れの剥離防止の例
特開2002-250534号

上から見た図

渦発生器

【問題点】

 壁面噴流の壁からの剥離防止効果が不十分
 渦発生器による抵抗増加が生じる
 壁面自体が製品となる場合には，適用できない
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壁面噴流の制御技術の概要
壁面噴流が壁面からはく離すると乱れが発生効率低下，乱れに起因する騒音の発生，流れの不均一化による製品品質の低下
課 題

壁面に沿って均一に，かつ下流方向へより長く噴流速度を維持すること．
壁面に沿って均一にノズル

下流方向へより長く噴流速度を維持
噴流出口

壁面8

壁面噴流の制御技術の概要
技術シーズ

壁面噴流の制御技術
特許第4735952号，第5119385号①構造がシンプルで既存機へ取付が容易な制御技術②壁面自体が製品となる場合にも適用できる制御技術

 壁面噴流の噴流速度低下の抑制
 噴流の垂直方向への広がりの抑制
 壁面からの噴流のはく離の抑制→ 乱れの発生抑制 → 流れの均一化期待される効果・ エネルギー効率の向上
・ 乱れに起因する騒音の低減
・ 乾燥･冷却･メッキ等の効率および製品品質の向上
9壁面噴流の制御技術
技術シーズ
U e0U0Ue

壁面から所定の高さ
位 置 （ h=bm ～ 1.8b2 ）に翼を設置
翼（制御装置）UUj

Uj ：噴流出口速度
Ue0：噴流出口外部一様流速
U ：噴流速度
Ue：外部一様流速
U0=Um－Ueb2bm

UmU02yhx

内層厚さ bm ：噴流の最大速度Umの高さ
半値幅 b2 ：U=U0/2となる高さ

10壁面噴流の制御の効果（実験結果）
実験概要
600400yU e0y Ue
10b2zx0 U jbmU0【制御装置（二次元翼）】翼弦長c=20mm，翼厚t=2.0mm，
抗力係数Cd=0.0006(迎角α=0°)，
翼設置位置x0=620mm

U0 / 2Um

y620

単位[mm]hzx

Uj=17.95m/s
Ue0=2.9m/s
レイノルズ数：Rej=UjSl／υ=1.2×104
Sl：ノズル口高さ(=10mm)
x0／Sl=57～162の範囲で
Um/Ue=4の壁面噴流の自己保存条件11

壁面噴流の制御の効果（実験結果）
撹乱後の速度の回復過程(a) h=bm0(=7mm)・x/c=0.5で速度欠損
・x/c=50でほぼ回復(b) h=b20(=35mm)
・下流側の外層で非撹乱流に比較して平均速度が小さい(c) h=bmp=1.2b20 (=42mm)
・下流側の外層で非撹乱流に比較して平均速度が小さい（（b）より顕著）

ND：非撹乱流（制御装置なし）
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壁面噴流の制御の効果（実験結果）
半値幅，内層厚さの流れ方向変化
半値幅 b2内層厚さ bm

半値幅 b2・ h=bm0以外は，非撹乱流と比較して小さい→ 噴流の垂直方向への広がりの抑制
・h=bmpの場合，最も小さい
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壁面噴流の制御の効果（実験結果）
速度分布の図心位置の流れ方向変化
1.2ygD/ygND

1.1

y gD 制御装置あり
y gND 制御装置なし

h=b m
h=b 2h=mp1
図心位置の低下0.90.8h

最大効果制御装置を用いた
場合の速度分布y gND ygDx0.701020x/c30

図心定義式

𝑦𝑔 =𝑏∞
𝑈𝑦𝑑𝑦0𝑏∞
𝑈𝑑𝑦0b∞：流れの乱れエネルギーが十分に低下した位置

4050

ygD／ygND
・h=bm0以外は，図心位置が壁面側に移動→ 高速の流体が壁面近くに留まる→ 噴流速度の低減抑制
・h=bmpの場合，最も壁面に近い

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壁面噴流の制御の効果（実験結果）
局所壁面摩擦応力の流れ方向変化

・局所壁面摩擦応力は翼を設置することにより低下

15壁面噴流の制御の効果（まとめ）
壁面噴流制御の効果
・翼の設置により，高速の流体が壁面近くに留まり，噴流速度の低減が抑制
・h=bmpの場合，速度分布の図心位置が最も壁面に近く，最も効果的
・ h=bm～1.8b2の範囲で噴流速度の低減抑制，噴流の垂直方向への広がり抑制

壁面からの噴流のはく離の抑制

乱れの発生抑制 → 流れの均一化期待される効果・ 装置のエネルギー効率の向上
・ 乱れに起因する騒音の低減
・ 乾燥･冷却･メッキ等の効率および製品品質の向上
16実用化に向けた課題

・壁面噴流は産業界に多方面に存在するが，それらの流れ場の計測等による詳細把握が必要．
・上記流れ場の詳細把握に基づき，適切な壁面噴流制御装置の設計及び設置位置の特定が必要．

・求められる装置の性能や製品の品質等に対する本壁面噴流制御技術の適用効果（流れ場の制御能力）の見極めが必要．

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企業への期待
産業界に多方面に存在

乾燥工程

洗浄工程

冷却工程
メッキ工程

塗装工程

エネルギー効率向上・品質向上

・生産工程や製品・装置内の流れに壁面噴流が存在していないか，今一度ご確認ください．
・壁面噴流が生じている生産工程や製品・装置内の流れ場に，本技術の適用をご検討ください．
・本技術の適用により，エネルギー効率向上や品質向上が見込めます．
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本技術に関する知的財産権
知的財産権①
・発明の名称：壁面噴流の制御装置及び壁面噴流を制御する方法
・出願番号 ：特願2005-123814
・公開番号 ：特開2006-300235
・特許番号 ：特許第4735952号
・出願人：国立大学法人山口大学、
地方独立行政法人山口県産業技術センター
・発明者：望月信介（山口大学）、山田誠治（山口県産業技術センター）
知的財産権②
・発明の名称：壁面噴流による対象物の処理装置及び壁面噴流により対象物を処理する方法
・出願番号 ：特願2011-17131
・公開番号 ：特開2011-122728
・特許番号 ：特許第5119385号
・出願人：国立大学法人山口大学、
地方独立行政法人山口県産業技術センター
・発明者：望月信介（山口大学）、山田誠治（山口県産業技術センター）19

お問い合わせ先○地方独立行政法人山口県産業技術センター
経営管理部 経営企画室
TEL：0836-53-5051
FAX：0836-53-5070
e-mail：info@iti-yamaguchi.or.jp○国立大学法人山口大学大学研究推進機構
産学公連携センター ワンストップ窓口
TEL：0836-85-9961
FAX：0836-85-9962
e-mail：yuic@yamaguchi-u.ac.jp20