JP2005090828A - Oscillating flow generator and heat exchanger using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型、かつ、確実に振動流を発生できる振動流発生装置を提供すること。
【解決手段】 流路2内に配設される流動方向切替弁3と、流路内の液体を往復流動させるエネルギを与えるポンプ4と、を備え、流動方向切替弁3は、当該弁内に形成された弁内流路31と、流路に連通して往復流が流入出する第一流入吐出口及び第二流入吐出口32aと、ポンプより生じる吐出液の流入口及びポンプへの吐出口32bと、を備えると共に、弁内流路31を、ポンプからの流入口と往復流の第一流入吐出口とを連通する連通路と,ポンプへの吐出口と往復流の第二流入吐出口とを連通する連通路と,に区画させた第一の状態と、ポンプからの流入口と往復流の第二流入吐出口とを連通する連通路と,ポンプへの吐出口と往復流の第一流入吐出口とを連通する連通路と,に区画された第二の状態とに、交互に切り換えられる。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration flow generator capable of generating a vibration flow in a small size with certainty.
SOLUTION: A flow direction switching valve 3 disposed in a flow path 2 and a pump 4 for giving energy for reciprocating a liquid in the flow path are provided, and the flow direction switching valve 3 is provided in the valve. The formed in-valve channel 31, the first inflow / outlet port 32 a through which the reciprocating flow flows in and out through the channel, the inflow port for the discharge liquid generated from the pump and the discharge port to the pump 32b, a communication passage that communicates the in-valve channel 31 with the inlet from the pump and the first inflow / outlet of the reciprocating flow, the discharge port to the pump, and the second inflow / outlet of the reciprocating flow A communication passage that communicates the first state divided into a communication passage that communicates with the pump, an inlet from the pump and a second inflow / discharge port of the reciprocating flow, and a discharge passage to the pump and the first of the reciprocating flow. It is switched alternately to a second state partitioned into a communication passage communicating with one inflow / discharge port.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、液体を流路内で往復流動させる振動流発生装置及びこれを用いて伝熱管の内部で液体を往復流動させることにより伝熱管の一端から他端へ熱輸送する熱交換器に関する。 The present invention relates to an oscillating flow generator for reciprocating a liquid in a flow path and a heat exchanger for transporting heat from one end of the heat transfer tube to the other end by reciprocating the liquid inside the heat transfer tube using the apparatus.
産業用、家庭用等の種々の機器における、冷却用あるいは加熱用の伝熱手段として、潜熱利用型熱伝達素子及び液体往復流動型伝熱素子とが知られている。 As heat transfer means for cooling or heating in various devices such as industrial and household use, a latent heat utilization type heat transfer element and a liquid reciprocating flow type heat transfer element are known.
潜熱利用型熱伝達素子は、一般に「ヒートパイプ」と呼ばれ、既に多くの分野で実用化されている。ヒートパイプは、減圧したパイプの中に適量の作動液とその循環流を促進するウィックを装備した伝熱素子である。その伝熱原理は、熱媒体の潜熱を利用したものであり、熱媒体である作動液がヒートパイプの一端の受熱部で加熱されて蒸発し、圧力差によって他端の放熱部に移動し、そこで冷却され凝縮する。凝縮された作動液は重力または毛細管現象を利用して受熱部に移動し加熱される。そして、このサイクルを繰り返すことにより、作動液の潜熱を介して、熱が一端から他端へと伝達される。ヒートパイプは機械的駆動部が不要で構造も単純であると利点がある反面、作動温度が作動液の蒸発温度、凝縮温度によって限定されるため適用対象に限界があった。 The latent heat utilization type heat transfer element is generally called “heat pipe” and has already been put into practical use in many fields. The heat pipe is a heat transfer element equipped with a wick that promotes an appropriate amount of hydraulic fluid and its circulating flow in a decompressed pipe. The heat transfer principle uses the latent heat of the heat medium, the working fluid that is the heat medium is heated and evaporated at the heat receiving part at one end of the heat pipe, moves to the heat radiating part at the other end due to the pressure difference, There it is cooled and condensed. The condensed hydraulic fluid moves to the heat receiving part and is heated using gravity or capillary action. Then, by repeating this cycle, heat is transferred from one end to the other end through the latent heat of the working fluid. The heat pipe does not require a mechanical driving unit and has a simple structure, but has an advantage in that the operating temperature is limited by the evaporation temperature and the condensation temperature of the working fluid.
一方、液体往復流動型伝熱素子は、伝熱管の内部で熱媒体としての液体を往復流動させることにより伝熱管の一端から他端へ熱輸送する熱伝達素子である。往復流動による熱伝達の原理は、管内における液の往復流動の特異な形態に基づく。すなわち、主流は管の中央部分でのみ起こり、管の内壁に近い境界層の部分は静止に近い状態を保つ。1回の往復流動サイクルのうち、まず往路段階では、管の一端で液体に伝達された熱が液流に伴って管内部のある位置まで侵入し、その位置で静止している境界層へ伝達される。次の復路段階では、管の他端側から低温の液がその位置に侵入してきて、静止境界層から熱の伝達を受ける。そして、次の往復流動サイクルが開始されると、熱を受け取った低温液が往路段階で管の他端側へ流動する。このサイクルを繰り返すことにより、管の一端側から他端側へ熱が伝達される。 On the other hand, a liquid reciprocating flow type heat transfer element is a heat transfer element that transports heat from one end of the heat transfer tube to the other end by reciprocating a liquid as a heat medium inside the heat transfer tube. The principle of heat transfer by reciprocating flow is based on a unique form of reciprocating flow of liquid in the tube. That is, the main flow occurs only in the central portion of the tube, and the boundary layer portion close to the inner wall of the tube remains almost stationary. In the reciprocating flow cycle of one time, first, in the forward path stage, the heat transferred to the liquid at one end of the pipe penetrates to a certain position inside the pipe with the liquid flow, and is transferred to the stationary boundary layer at that position. Is done. In the next return phase, low temperature liquid enters the position from the other end of the tube and receives heat from the stationary boundary layer. When the next reciprocating flow cycle is started, the low-temperature liquid that has received the heat flows to the other end side of the pipe in the forward path stage. By repeating this cycle, heat is transferred from one end of the tube to the other end.
この液体往復流動型伝熱素子は潜熱利用型熱伝熱素子(ヒートパイプ)に比べて、管内を減圧する必要がなく、還流促進用のウィックも必要がないため管の構造をさらに単純化でき、また、作動温度が液の蒸発温度や凝縮温度に限定されない上に熱移送量が大きく、熱伝導効率も高い、という優れた特徴がある。このような液体往復流動型伝熱素子の一例が、下記に示す特許文献1に開示されている。 This liquid reciprocating flow type heat transfer element does not need to depressurize the inside of the pipe and does not require a wick for promoting reflux, compared to a latent heat utilization type heat transfer element (heat pipe), so that the structure of the pipe can be further simplified. In addition, the operating temperature is not limited to the liquid evaporation temperature and the condensation temperature, and the heat transfer amount is large and the heat conduction efficiency is high. An example of such a liquid reciprocating flow type heat transfer element is disclosed in Patent Document 1 shown below.
しかしながら、上述した液体往復流動型伝熱素子では、往復流動を起こすための機械的駆動部を必要とすることが、構造面及びコスト面で実用上不利であった。特に、特許文献1に開示されているように、伝熱管が蛇行する細管にて形成されている場合には、当該細管に封入されている液体を往復流動させるための加振機構には、非常に高い圧力によって液体を押し出すことが必要とされる。しかし、上記特許文献1において用いられている加振機構としてのバイブレータを用いることが記載されているのみでその具体的機構は開示されていなかった。このため、高い熱伝導を実現するほどの振動流を発生させる機構の開発がこの原理を実際の有効な伝熱素子として利用可能とするための課題であった。 However, in the liquid reciprocating flow type heat transfer element described above, it is practically disadvantageous in terms of structure and cost to require a mechanical driving unit for causing reciprocating flow. In particular, as disclosed in Patent Document 1, when the heat transfer tube is formed of a meandering narrow tube, the vibration mechanism for reciprocating the liquid enclosed in the narrow tube is extremely It is necessary to extrude the liquid with high pressure. However, only the use of a vibrator as the vibration mechanism used in Patent Document 1 is described, and the specific mechanism is not disclosed. For this reason, the development of a mechanism that generates an oscillating flow enough to realize high heat conduction has been a challenge for making this principle usable as an effective heat transfer element.
つまり、高い水圧にて液体を押し出すことができると共に、長いストロークを可能とする加振機構を用いることで、効率のよい熱伝達を実現できるものの、そのような振動流を実現する加振機構は、その構成が非常に大きなものとなってしまい、装置自体の小型化を図ることができない。従って、小型電子機器を冷却するために装着することが困難となる、という問題が生じる。 In other words, while using a vibration mechanism that can extrude liquid at a high water pressure and enables a long stroke, efficient heat transfer can be realized, the vibration mechanism that realizes such an oscillating flow is The structure becomes very large, and the size of the apparatus itself cannot be reduced. Therefore, there arises a problem that it is difficult to mount the small electronic device for cooling.
本発明は、極めて単純な構造であって、小型、かつ、確実に振動流を発生できる、液体往復流動型伝熱素子の駆動手段として最適な振動流発生装置及びこれを駆動手段に用いた液体往復流動型素子としての熱交換器を提供することをその目的とする。 The present invention provides an oscillating flow generator that is an extremely simple structure and that is compact and capable of reliably generating an oscillating flow, and that is optimal as a driving means for a liquid reciprocating flow type heat transfer element, and a liquid using the same It is an object of the present invention to provide a heat exchanger as a reciprocating flow type element.
上記目的を達成するために、本発明では、以下のような構成を採っている。 In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
まず、液体を流路内において往復流動させる振動流発生装置であって、流路内に配設される流動方向切替弁と、流路内の液体を往復流動させるエネルギを与えるポンプと、を備えている。そして、流動方向切替弁は、この弁内に形成された弁内流路と、上記流路に連通して往復流が流入出する第一流入吐出口及び第二流入吐出口と、ポンプより生じる吐出液の流入口及びポンプへの吐出口と、を備えており、さらに、弁内流路を、ポンプからの流入口と往復流の第一流入吐出口とを連通する連通路と,ポンプへの吐出口と往復流の第二流入吐出口とを連通する連通路と,に区画させた第一の状態と、ポンプからの流入口と往復流の第二流入吐出口とを連通する連通路と,ポンプへの吐出口と往復流の第一流入吐出口とを連通する連通路と,に区画された第二の状態とに、交互に切り換えられるようにしてなる、という構成を採っている。 First, an oscillating flow generator for reciprocating a liquid in a flow path, comprising: a flow direction switching valve disposed in the flow path; and a pump for providing energy for reciprocating the liquid in the flow path. ing. The flow direction switching valve is generated by an in-valve flow path formed in the valve, a first inflow discharge port and a second inflow discharge port through which the reciprocating flow flows in and out, and a pump. A discharge fluid inlet and a discharge outlet to the pump, and further, a flow path in the valve, a communication passage communicating the inlet from the pump and the first inflow discharge outlet of the reciprocating flow, and the pump The first state partitioned into a communication passage that communicates the discharge port of the reciprocating flow and the second inflow discharge port of the reciprocating flow, and the communication passage that communicates the inlet from the pump and the second inflow discharge port of the reciprocating flow And a communication path that connects the discharge port to the pump and the first inflow / discharge port of the reciprocating flow, and a second state that is partitioned into a second state. .
このとき、弁内流路の対向部分に、上記流路に連通する第一流入吐出口と第二流入吐出口とをそれぞれ配設すると共に、弁内流路における第一流入吐出口と第二流入吐出口との間の対向部分に、ポンプからの流入口とポンプへの吐出口とをそれぞれ配設した、という構成にすると望ましい。 At this time, the first inflow / discharge port and the second inflow / discharge port communicating with the flow path are respectively disposed in the opposite portion of the valve flow path, and the first inflow / discharge port and the second flow path in the valve flow path are arranged. It is desirable to have a configuration in which an inlet port from the pump and a discharge port to the pump are respectively arranged in a portion facing the inflow / discharge port.
また、流動方向切替弁は、弁内流路を各連通路に区画した第一の状態と第二の状態とに交互に切り換えて仕切る仕切部材と、この仕切部材を第一の状態と第二の状態となるよう可動する可動手段と、を備えた、という構成すると望ましい。 In addition, the flow direction switching valve includes a partition member that alternately switches and partitions between the first state and the second state in which the intra-valve flow path is divided into each communication path, and the partition member is divided into the first state and the second state. It is desirable to have a movable means that can be moved so as to achieve the above state.
そして、上記可動手段を、仕切部材を回転する回転駆動手段にて構成し、仕切部材を回転することにより弁内流路を前記第一の状態と第二の状態とに交互に切り換える、という構成にするとなお望ましい。 And the said movable means is comprised by the rotational drive means which rotates a partition member, and the structure which switches a valve flow path to a said 1st state and a 2nd state alternately by rotating a partition member It is still desirable.
また、上記振動流発生装置を、伝熱管の両端に接続して備え、伝熱管の内部で液体を往復流動させることにより当該伝熱管の吸熱部から放熱部に熱移送する熱交換器を構成してもよい。このとき、伝熱管を蛇管流路にて形成すると望ましい。 Further, the vibration flow generator is connected to both ends of the heat transfer tube, and a heat exchanger configured to reciprocate the liquid inside the heat transfer tube to transfer heat from the heat absorption portion of the heat transfer tube to the heat dissipation portion is configured. May be. At this time, it is desirable to form the heat transfer tube in a serpentine channel.
上記構成にすることにより、まず、弁内流路が第一の状態になっている場合には、一定方向に液体を吐出するポンプからの吐出液が流入口から弁内流路に流入し、この流入した液体は弁内流路内で連通している流路への第一流入吐出口に流れ込む。従って、流路内では、液体が第一流入吐出口から第二流入吐出口に向かって流れ、当該第二流入吐出口からは弁内流路に液体が吐出される。このとき、ポンプからの吐出圧により確実に第一流入吐出口から吐出液が流路に流入されるため、当該流路の上記流れが確実に実現される。そして、同時に、第二流入吐出口から弁内流路に吐出された液体は、当該第二流入吐出口に弁内流路で連通しているポンプへと通ずる吐出口に流れ込む。この吐出口に流れ込んだ液体は、ポンプに流れ込み、再び流入口から弁内流路に流れ込むこととなる。 With the above configuration, first, when the flow path in the valve is in the first state, the discharge liquid from the pump that discharges the liquid in a certain direction flows into the flow path in the valve from the inlet, The inflowing liquid flows into the first inflow / discharge port to the flow path communicating in the valve flow path. Accordingly, in the flow path, the liquid flows from the first inflow / discharge port toward the second inflow / discharge port, and the liquid is discharged from the second inflow / discharge port to the intra-valve flow path. At this time, the discharge liquid surely flows into the flow path from the first inflow / discharge port due to the discharge pressure from the pump, so that the flow in the flow path is reliably realized. At the same time, the liquid discharged from the second inflow / discharge port to the in-valve flow channel flows into the discharge port that communicates with the second inflow / discharge port through the pump that communicates with the in-valve flow channel. The liquid that has flowed into the discharge port flows into the pump, and again flows into the valve flow path from the inflow port.
続いて、流動方向切替弁が切り換わり、第二の状態になると、ポンプからの吐出液が流入口から弁内流路に流入し、この流入した液体は、今度は、弁内流路内で連通している第二流入吐出口へと流れ込む。従って、流路内では、液体が第二流入吐出口から第一流入吐出口に向かって流れ、当該第一流入吐出口からは液体が弁内流路に吐出される。すなわち、上述した第一の状態の時とは逆方向に流れることとなる。このとき、上述同様に、ポンプからの吐出圧により確実に上記流路の流れが実現される。そして、同時に、第一流入吐出口から弁内流路に吐出された液体は、当該第一流入吐出口に弁内流路で連通しているポンプへと通ずる吐出口に流れ込む。この吐出口に流れ込んだ液体は、ポンプに流れ込み、再び流入口から弁内流路に流れ込むこととなる。 Subsequently, when the flow direction switching valve is switched to the second state, the discharge liquid from the pump flows into the valve flow path from the inlet, and this flowed liquid is now in the valve flow path. It flows into the 2nd inflow discharge port which is connected. Accordingly, in the flow channel, the liquid flows from the second inflow / discharge port toward the first inflow / discharge port, and the liquid is discharged from the first inflow / discharge port to the intra-valve flow channel. That is, it flows in the direction opposite to that in the first state described above. At this time, as described above, the flow of the flow path is reliably realized by the discharge pressure from the pump. At the same time, the liquid discharged from the first inflow / discharge port to the in-valve flow channel flows into the discharge port communicating with the first inflow / discharge port connected to the pump connected through the in-valve flow channel. The liquid that has flowed into the discharge port flows into the pump, and again flows into the valve flow path from the inflow port.
そして、上記第一の状態と第二の状態とを交互に切り換えるよう作動することにより、流路内の液体の流動方向は、交互に向きを変えることとなり、液体が往復流動し、振動流を確実に発生させることができる。 Then, by operating so as to alternately switch between the first state and the second state, the flow direction of the liquid in the flow path is alternately changed, and the liquid reciprocates and the vibration flow is generated. It can be generated reliably.
このとき、第一,第二流入吐出口を、流動方向切替弁の所定の対向箇所にそれぞれ配設し、これらの間の対向部分に、流入口と吐出口とを配設することにより、流路に通ずる各流入吐出口とポンプに通ずる流入口及び吐出口とが交互に配置される。従って、第一、第二のそれぞれの状態において連通して各連通路を形成する液体の出入口がそれぞれ隣り合わせに配置されるため、弁内流路内を上述したように区画することが容易となる。また、液体の出入口がほぼ等間隔に配設されるため、第一の状態と第二の状態との切り換えを容易に行うことができる。その結果、振動方向切替弁自体の構成を簡略化することができ、装置の小型化を図ることができる。 At this time, the first and second inflow / outlet ports are respectively disposed at predetermined facing portions of the flow direction switching valve, and the inflow portion and the discharge port are disposed at the facing portions between them, thereby allowing the flow direction to flow. Each inflow / discharge port leading to the path and the inflow port / discharge port leading to the pump are alternately arranged. Therefore, since the liquid inlets and outlets that communicate with each other in the first and second states to form the respective communication paths are arranged adjacent to each other, it is easy to partition the inside of the valve flow path as described above. . In addition, since the liquid inlets and outlets are arranged at substantially equal intervals, switching between the first state and the second state can be easily performed. As a result, the configuration of the vibration direction switching valve itself can be simplified, and the apparatus can be downsized.
また、弁内流路における流れを切り換える構成を、当該弁内流路を各連通路に区画して仕切る仕切部材と、上述した第一,第二の状態となるよう仕切部材を交互に可動する可動手段とを用いた簡易な構成にて実現でき、また、液体を単に一方向に吐出させる通常のポンプを利用することができるため、装置の小型化を図ることができる。特に、仕切部材を回転することにより上記連結箇所の流れの状態を切り換えることで、より簡易な構成にて形成することができると共に、振動流の切替速度の高速化を図ることができる。同時に、可動手段の回転速度を制御することで切替速度をも容易に制御することができ、振動流の周波数制御も容易に行うことができる。 Moreover, the structure which switches the flow in an in-valve channel is divided and the partition member which divides the said in-valve channel into each communicating path, and a partition member is moved alternately so that it may be in the 1st, 2nd state mentioned above. The apparatus can be realized with a simple configuration using movable means, and a normal pump that simply discharges liquid in one direction can be used. Therefore, the apparatus can be reduced in size. In particular, by switching the flow state of the connecting portion by rotating the partition member, it can be formed with a simpler configuration, and the switching speed of the vibration flow can be increased. At the same time, the switching speed can be easily controlled by controlling the rotational speed of the movable means, and the frequency control of the vibration flow can be easily performed.
そして、上記振動流発生装置を伝熱管の両端に接続して備えることで、液体往復流動型伝熱素子として利用することができる。かかる場合には、ポンプの作用により比較的強い吐出力を発生させることができ、細管を形成する蛇管流路に振動流を有効に流入させることができるため、熱効率の良い液体往復流動型伝熱素子を実現することができる。また、上述したように、振動流の周波数や流量をも制御することができ、輸送熱量も容易に制御することができる。 And it can utilize as a liquid reciprocating flow type heat transfer element by connecting and providing the said oscillating flow generator to the both ends of a heat exchanger tube. In such a case, a relatively strong discharge force can be generated by the action of the pump, and an oscillating flow can be effectively flowed into the serpentine channel forming the narrow tube. An element can be realized. Further, as described above, the frequency and flow rate of the oscillating flow can be controlled, and the amount of heat transported can be easily controlled.
まず、本発明の特徴について概説する。本発明の振動流発生装置は、振動流を発生させる流路内に流動方向切替弁を配設し、この弁を切り換える毎に流路内の液体の流動方向を切り換える、というものである。 First, the features of the present invention will be outlined. The oscillating flow generator of the present invention is provided with a flow direction switching valve in a flow path that generates a oscillating flow, and the flow direction of the liquid in the flow path is switched every time this valve is switched.
構成としては、流動方向切替弁内に形成される弁内流路に対し、流路に連通して往復流が流入出する第一流入吐出口及び第二流入吐出口と、外部に配置したポンプより生じる吐出液の流入口及びポンプへの吐出口と、を備える。そして、ポンプからの吐出液を流路に通ずる第一流入吐出口と第二流入吐出口とに交互に流入させると共に、第一流入吐出口と第二流入吐出口とから排出された液体をそれぞれ交互にポンプへの吐出口に排出させるものである。 As a configuration, a first inflow discharge port and a second inflow discharge port through which a reciprocating flow flows into and out of the flow path in the valve formed in the flow direction switching valve, and a pump disposed outside And a discharge port to the pump and a discharge port to the pump. And while letting the discharge liquid from a pump flow alternately into the 1st inflow discharge port and 2nd inflow discharge port which are connected to a flow path, the liquid discharged from the 1st inflow discharge port and the 2nd inflow discharge port respectively It is alternately discharged to the discharge port to the pump.
このため、ポンプからの流入口と往復流の第一流入吐出口とを連通する連通路と,ポンプへの吐出口と往復流の第二流入吐出口とを連通する連通路と,に区画された第一の状態と、ポンプからの流入口と往復流の第二流入吐出口とを連通する連通路と,ポンプへの吐出口と往復流の第一流入吐出口とを連通する連通路と,に区画された第二の状態とを、弁内流路に交互に切り換えて仕切る、という構成を採っている。 For this reason, it is divided into a communication path that connects the inlet from the pump and the first inflow / discharge port of the reciprocating flow, and a communication path that connects the discharge port to the pump and the second inflow / outlet of the reciprocating flow. A communication path that connects the inlet from the pump and the second inflow / discharge port for reciprocating flow, and a communication path that connects the discharge port to the pump and the first inflow / discharge port for reciprocating flow. , And the second state divided into two, are alternately switched to the flow path in the valve and partitioned.
これにより、流路内の液体の流動方向は交互に向きを変えることとなり、液体が往復流動し、振動流を確実に発生させることができる。 As a result, the flow direction of the liquid in the flow path is alternately changed, and the liquid reciprocates to generate an oscillating flow with certainty.
以下、本発明である振動流発生装置の具体的な構成について、実施例1において詳細に説明する。また、この振動流発生装置を利用した液体往復流動型伝熱素子として熱交換器について、実施例2において詳細に説明すると共に、その応用例について実施例3において説明する。 Hereinafter, a specific configuration of the oscillating flow generator according to the present invention will be described in detail in Embodiment 1. Further, a heat exchanger as a liquid reciprocating flow type heat transfer element using the oscillating flow generator will be described in detail in Example 2, and an application example thereof will be described in Example 3.
本発明である振動流発生装置について、図1乃至図2を参照して説明する。図1は、振動流発生装置の構成を示す概略図である。図2は、振動流発生装置の動作を示す説明図である。 The oscillating flow generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an oscillating flow generator. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the operation of the oscillating flow generator.
(構成)
振動流発生装置1は、流路2内において液体を往復振動させる装置であるため、図1には、流路2に接続された状態で示す。この図に示すように、振動流発生装置1は、流路2内に配設される流動方向切替弁3と、流路2内の液体を往復流動させるエネルギを与えるポンプ4と、を備えている。そして、流動方向切替弁3にて流路2内の液体の流動方向を切り換える、という装置である。以下、これを詳述する。
(Constitution)
Since the oscillating flow generator 1 is a device that reciprocally vibrates the liquid in the flow path 2, FIG. As shown in this figure, the oscillating flow generating device 1 includes a flow direction switching valve 3 disposed in the flow path 2 and a pump 4 that gives energy for reciprocating the liquid in the flow path 2. Yes. The flow direction switching valve 3 switches the flow direction of the liquid in the flow path 2. This will be described in detail below.
(流路)
まず、本発明である振動流発生装置1に接続される流路2について説明する。この流路2は、例えば円断面や角断面の管路であって、図1に示すように、閉鎖環状に形成されている。なお、図1においては、当該流路2の中間部分を省略し、模式的に表示している。但し、その断面形状は、かかる形状に限定されない。そして、本実施例において、この流路2はアルミニウム製であって、内部には液体である水が封入されている。なお、流路2は他の材質にて形成されていてもよいが、熱伝達性及び熱伝導性のよい材料が好ましい。また、内部に封入される液体も水であることに限定されない。
(Flow path)
First, the flow path 2 connected to the vibration flow generator 1 which is this invention is demonstrated. The flow path 2 is, for example, a pipe having a circular cross section or a square cross section, and is formed in a closed ring shape as shown in FIG. In FIG. 1, an intermediate portion of the flow path 2 is omitted and schematically shown. However, the cross-sectional shape is not limited to this shape. In this embodiment, the flow path 2 is made of aluminum, and liquid water is sealed inside. In addition, although the flow path 2 may be formed with another material, a material with good heat conductivity and heat conductivity is preferable. Moreover, the liquid enclosed inside is not limited to water.
そして、この流路2内に後述する流動方向切替弁3を配設することにより、換言すると、流路2の両端部に流動方向切替弁3を接続することにより、当該流路2内の液体が往復流動することとなる。すなわち、一定方向に流動せず、時間が経過するにつれて流動方向が切り換わって往復流動する(矢印A1,A2,A3参照)。 Then, by arranging the flow direction switching valve 3 to be described later in the flow path 2, in other words, by connecting the flow direction switching valve 3 to both ends of the flow path 2, the liquid in the flow path 2 can be obtained. Will reciprocate. That is, the fluid does not flow in a certain direction, and the flow direction is switched as time passes and reciprocates (see arrows A1, A2, and A3).
(流動方向切替弁)
そして、流動方向切替弁3には、上記流路2に接続される第一流入吐出口32aと、第二流入吐出口32bとが形成されており、当該各流入吐出口32a,32bを連通する弁内流路31が内部に形成されている。これにより、各流入吐出口32a,32bを介して、流路2に弁内流路31から液体が吐出され、また、流路2内から弁内流路31に液体が流入する(矢印A1,A3参照)。なお、以下の説明においては、上記第一、第二流入吐出口32a,32bのことを単に液体の出入口と呼ぶこともある。
(Flow direction switching valve)
The flow direction switching valve 3 is formed with a first inflow / discharge port 32a connected to the flow path 2 and a second inflow / discharge port 32b. The inflow / discharge ports 32a and 32b communicate with each other. An in-valve channel 31 is formed inside. Thereby, the liquid is discharged from the in-valve channel 31 to the channel 2 through the inflow / discharge ports 32a and 32b, and the liquid flows into the in-valve channel 31 from the channel 2 (arrows A1, A1). A3). In the following description, the first and second inflow / outlet ports 32a and 32b may be simply referred to as a liquid inlet / outlet port.
ここで、本実施形態では、流動方向切替弁3内の弁内流路31は、環状に形成されている。特に、図1においては円環状に形成されており、かかる環状流路31に沿って液体が流れることとなる。そして、上記各流入吐出口32a,32bは、ほぼ対向した位置に配設されている。換言すると、円環状である弁内流路31の直径の両端上に相対して位置している。なお、後述するように、流動方向切替弁3の弁内流路31の形状は環状に限定されない。 Here, in this embodiment, the valve flow path 31 in the flow direction switching valve 3 is formed in an annular shape. In particular, in FIG. 1, it is formed in an annular shape, and the liquid flows along the annular flow path 31. The inflow / discharge ports 32a and 32b are disposed at substantially opposite positions. In other words, it is located opposite to both ends of the diameter of the annular valve passage 31. As will be described later, the shape of the in-valve channel 31 of the flow direction switching valve 3 is not limited to an annular shape.
また、流動方向切替弁3には、ポンプ4から吐出される吐出液の流入口33aと、ポンプ4への吐出口33bとが備えられている。その配置場所は、図1に示すように、上述したように備えられている第一流入吐出口32aと第二流入吐出口32bとの間の対向部分であり、これら流入口33a、吐出口33bも、円環状である弁内流路31の直径の両端上に相対して位置している。特に、本実施例では、第一流入吐出口32a、吐出口33b、第二流入吐出口32b、流入口33aが、かかる順序でそれぞれほぼ等間隔に配置されており、隣り合うものとの間隔が約90度になっている。なお、以下の説明においては、上記流入口33a、吐出口33bのことを単に液体の出入口と呼ぶこともある。 Further, the flow direction switching valve 3 is provided with an inlet 33 a for the discharge liquid discharged from the pump 4 and a discharge port 33 b for the pump 4. As shown in FIG. 1, the arrangement location is a facing portion between the first inflow / discharge port 32a and the second inflow / discharge port 32b provided as described above, and the inflow port 33a and the discharge port 33b. Are also located opposite to both ends of the diameter of the annular valve passage 31. In particular, in the present embodiment, the first inflow / discharge port 32a, the discharge port 33b, the second inflow / discharge port 32b, and the inflow port 33a are arranged at approximately equal intervals in this order, and the interval between adjacent ones is set. It is about 90 degrees. In the following description, the inlet 33a and the outlet 33b may be simply referred to as a liquid inlet / outlet.
そしてさらに、流動方向切替弁3には、弁内流路31を仕切る仕切部材34と、この仕切部材34を可動する可動手段(図示せず)とを備えられている。この仕切部材34は、弁内流路31を、上述した流入口33aと第一流入吐出口32aとを連通する連通路と、吐出口33bと第二流入吐出口32bとを連通する連通路とに区画させた第一の状態に仕切るよう作用する。また、可動手段にて可動されることにより、弁内流路31を、流入口33aと第二流入吐出口32bとを連通する連通路と、吐出口33bと第一流入吐出口32aとを連通する連通路とに区画された第二の状態に仕切るようにも作用する。そして、さらに可動されることで、上記第一の状態と第二の状態とが交互に切り換わる。 Further, the flow direction switching valve 3 is provided with a partition member 34 for partitioning the in-valve flow path 31 and a movable means (not shown) for moving the partition member 34. The partition member 34 includes a communication path that connects the in-valve channel 31 to the above-described inlet 33a and the first inflow / discharge port 32a, and a communication path that connects the discharge port 33b and the second inflow / discharge port 32b. It acts to divide into the first state divided into two. Further, by being moved by the movable means, the in-valve flow path 31 is communicated between the inflow port 33a and the second inflow / discharge port 32b, and the discharge port 33b and the first inflow / outlet port 32a. It acts also to partition into the 2nd state divided into the communicating passage which makes. Further, the first state and the second state are alternately switched by being further moved.
このとき、第一、第二のそれぞれの状態において、各連通路を形成する液体の出入口がそれぞれ隣り合わせに配置されるため、弁内流路31内を区画することが容易である。また、液体の出入口がほぼ等間隔に配設されるため、第一の状態と第二の状態との切り換えを容易に行うことができる。すなわち、後述するように、仕切部材34を回転させることにより、両状態の切り替えを行うことができる。なお、弁内流路31が仕切られた状態については、後の動作説明時に詳述する。 At this time, in each of the first and second states, the liquid inlets and outlets forming the respective communication paths are arranged adjacent to each other, so that the inside of the valve flow path 31 can be easily partitioned. In addition, since the liquid inlets and outlets are arranged at substantially equal intervals, switching between the first state and the second state can be easily performed. That is, as described later, the two states can be switched by rotating the partition member 34. The state in which the valve flow path 31 is partitioned will be described in detail later when the operation is described.
そして、本実施例における仕切部材34は、具体的には、所定の高さを有する略円柱形状の部材(仕切本体)であって、その側面に当該円柱の半径方向に突出する2つの仕切壁34a,34bを備えることで形成されている。そして、この仕切壁34a,34bは、円柱形状である仕切本体の側面に、高さ方向に沿って一様に形成されている。また、仕切壁34a,34bの突出端には、仕切本体である円柱部材の半径方向のさらに外側に向かって突出するゴム部材から成るシール部材34aa,34baが備えられており、仕切壁34a,34bの突出端に一様に形成されている。 The partition member 34 in the present embodiment is specifically a substantially columnar member (partition body) having a predetermined height, and two partition walls projecting in the radial direction of the column on the side surface thereof. 34a and 34b are provided. And these partition walls 34a and 34b are uniformly formed in the side surface of the partition main body which is a column shape along a height direction. Further, the projecting ends of the partition walls 34a and 34b are provided with seal members 34aa and 34ba made of rubber members projecting further outward in the radial direction of the columnar member which is the partition body, and the partition walls 34a and 34b. It is uniformly formed at the protruding end of.
そして、2つの仕切壁34a,34bは、ほぼ同一構成であって、円柱形状である仕切本体の側面の対向する位置に備えられている。すなわち、仕切本体の端面である円の中心を通る直径の両端部上の位置に、2つの仕切壁34a,34bがそれぞれ配設されている。 The two partition walls 34a and 34b have substantially the same configuration, and are provided at opposing positions on the side surface of the cylindrical partition body. That is, the two partition walls 34a and 34b are respectively disposed at positions on both ends of the diameter passing through the center of the circle that is the end face of the partition main body.
ここで、上記仕切部材34が備えられる流動方向切替弁3の内部形状は、仕切部材34に対応して略円柱形状に形成されている。その高さは仕切部材34とほぼ同一の高さであり、その直径は仕切壁34a,34bの両突出端部を結ぶ長さとほぼ同一である。すなわち、流動方向切替弁3の内部空間は、円柱形状である仕切本体よりも仕切壁34a,34bの分だけ外径が大きく形成されており、仕切本体の側面と弁3の内側面との間に形成された空間が、液体で満たされる弁内流路31を形成している。このため、本実施例では、弁内流路31が上述したように円環状に形成されている。そして、この弁内流路31は各仕切壁34a,34bにて仕切られた状態となり、これにより、上述した第一の状態と、第二の状態とが形成される。 Here, the internal shape of the flow direction switching valve 3 provided with the partition member 34 is formed in a substantially cylindrical shape corresponding to the partition member 34. Its height is substantially the same as that of the partition member 34, and its diameter is substantially the same as the length connecting both projecting ends of the partition walls 34a and 34b. That is, the inner space of the flow direction switching valve 3 is formed to have an outer diameter larger than the partition body having a cylindrical shape by the partition walls 34 a and 34 b, and between the side surface of the partition body and the inner surface of the valve 3. The space formed in this forms the in-valve flow path 31 filled with the liquid. For this reason, in this embodiment, the in-valve channel 31 is formed in an annular shape as described above. And this in-valve flow path 31 will be in the state partitioned by each partition wall 34a, 34b, and, thereby, the 1st state mentioned above and the 2nd state are formed.
また、図示しない可動手段は、上記円柱形状である仕切部材34をその円中心を軸に回転するよう駆動する回転駆動手段としてのモータであり、流動方向切替弁3の外部に備えられている。そして、流動方向切替弁3内部は液体で満たされていることから、仕切部材34に回転駆動力を伝達する軸が流動方向切替弁3に挿通する箇所は、シールされた状態になっており、振動方向切替弁内部は密閉されている。 The movable means (not shown) is a motor as rotational drive means for driving the columnar partition member 34 so as to rotate about the center of the circle, and is provided outside the flow direction switching valve 3. And since the inside of the flow direction switching valve 3 is filled with liquid, the portion where the shaft that transmits the rotational driving force to the partition member 34 is inserted into the flow direction switching valve 3 is in a sealed state, The inside of the vibration direction switching valve is sealed.
そして、上記回転駆動手段としてのモータを駆動すると、上述した仕切壁34a,34bのシール部材34aa,34baが流動方向切替弁3の内壁に当接した状態で回転し(例えば、矢印A7に示す方向)、これにより、仕切部材34にて仕切られた空間に各連通路が形成される。従って、連通するよう区画された液体の各出入口32a,32b,33a,33bにおいては、確実に液体が流入したり、吐出されることとなる。 Then, when the motor as the rotation driving means is driven, the seal members 34aa, 34ba of the partition walls 34a, 34b described above rotate in contact with the inner wall of the flow direction switching valve 3 (for example, the direction indicated by the arrow A7). Thus, each communication path is formed in the space partitioned by the partition member 34. Accordingly, the liquid surely flows in or is discharged from each of the liquid entrances 32a, 32b, 33a, and 33b partitioned to communicate with each other.
但し、仕切壁34a,34bあるいはシール部材34aa,34baは、当該シール部材34aa,34baが弁3の内壁に当接するまで突出して完全な密封状態に形成されることが好ましいが、完全な密封状態でなくてもよい。すなわち、弁内流路31が仕切部材34にて区画された状態とは、各連通路が他の連通路とは完全に区画されたことを意味するものではなく、流路2に振動流を発生できれば足りる。 However, it is preferable that the partition walls 34a and 34b or the seal members 34aa and 34ba protrude and form a completely sealed state until the seal members 34aa and 34ba come into contact with the inner wall of the valve 3. It does not have to be. That is, the state in which the in-valve flow path 31 is partitioned by the partition member 34 does not mean that each communication path is completely partitioned from the other communication paths. It is enough if it can be generated.
(ポンプ)
次に、ポンプ4について説明する。ポンプ4は、例えば、モータを駆動源として回転する羽根車により、吸入口から液体を吸い込むと共にその遠心力で液体に圧力を与えて吐出口から排出する、という一方向流ポンプであり、一定の吐出力を有しているものである。そして、上述した振動方向切替弁3のポンプからの流入口33aとポンプへの吐出口33bとに接続される。すなわち、流動方向切替弁3の流入口33aにはポンプ4の吐出口41が接続され、弁3の吐出口33bにはポンプ3の流入口42が接続される。
(pump)
Next, the pump 4 will be described. The pump 4 is, for example, a one-way flow pump that sucks liquid from the suction port and applies pressure to the liquid by the centrifugal force and discharges it from the discharge port by an impeller that rotates using a motor as a drive source. It has a discharge force. And it connects to the inflow port 33a from the pump of the vibration direction switching valve 3 mentioned above, and the discharge port 33b to a pump. That is, the discharge port 41 of the pump 4 is connected to the inlet 33 a of the flow direction switching valve 3, and the inlet 42 of the pump 3 is connected to the discharge port 33 b of the valve 3.
そして、本実施例におけるポンプ4として、例えば、パナソニックコミュニケーションズ社(旧九州松下電器社)が2000年に発表した羽根車とローターとを一体化したDCポンプを適用できる。これは、揚程200mmH2O、流量100ml/min、外形寸法[W、D、H] :38mm×38mm×23mm、質量:45gの非常に小型、薄型、軽量のマイクロポンプである。なお、現在においては、さらに小型かつ高性能のポンプが実現可能である。 And as the pump 4 in a present Example, the DC pump which integrated the impeller and the rotor which Panasonic Communications (former Kyushu Matsushita Electric Corp.) announced in 2000 is applicable, for example. This is a very small, thin and lightweight micro pump having a lift of 200 mmH 2 O, a flow rate of 100 ml / min, outer dimensions [W, D, H]: 38 mm × 38 mm × 23 mm, and a mass: 45 g. At present, even smaller and higher performance pumps can be realized.
但し、ポンプ4は上述した構成のものに限定されない。例えば、往復運動によるダイヤフラムポンプや圧電バイモルフ素子を用いたポンプを用いてもよい。また、さらにこれらにも限定されず、一方向に液体を吐出するポンプであればよい。 However, the pump 4 is not limited to the structure described above. For example, a diaphragm pump using a reciprocating motion or a pump using a piezoelectric bimorph element may be used. Furthermore, the present invention is not limited to these, and any pump that discharges liquid in one direction may be used.
なお、本実施例においては、ポンプ4の吸入口42と弁3の吐出口33bとが離れているため、上記流路2とは別の流路であるポンプ流路43にて接続されている。このポンプ流路43は、本実施例では円断面の管路であるが、その断面形状等はこれに限定されない。 In this embodiment, since the suction port 42 of the pump 4 and the discharge port 33b of the valve 3 are separated from each other, they are connected by a pump flow path 43 which is a flow path different from the flow path 2 described above. . The pump flow path 43 is a circular cross-section pipe in this embodiment, but the cross-sectional shape and the like are not limited to this.
そして、このポンプ流路43内の液体は、ポンプ4の作用により一定の方向に循環するよう流動している(矢印A4,A5,A6参照)。なお、ポンプ4の吐出口41と弁3の流入口33aとは近接して接続されていると望ましいが、これらが離れている場合にも、別のポンプ流路にて連結されていればよい。 And the liquid in this pump flow path 43 is flowing so that it may circulate in a fixed direction by the effect | action of the pump 4 (refer arrow A4, A5, A6). It should be noted that the discharge port 41 of the pump 4 and the inflow port 33a of the valve 3 are preferably connected in close proximity, but even if they are separated, they may be connected by another pump flow path. .
なお、後述するように、上記ポンプ4は流動方向切替弁3に流入させた液体を流路2に流れ込ませるために十分な吐出圧力を有するものを用いる。これは、流路2の断面積などに応じて設定する。 As will be described later, the pump 4 has a discharge pressure sufficient to allow the liquid flowing into the flow direction switching valve 3 to flow into the flow path 2. This is set according to the cross-sectional area of the flow path 2 and the like.
(動作)
次に、上記構成における振動流発生装置1の動作を、図2を参照して説明する。なお、図2では、図1に開示した流動方向切替弁3の構成を簡略化して図示している。すなわち、弁内流路31を仕切る仕切部材34を、仕切壁34a,34bのみによる一枚の仕切板形状にて構成した場合を示している。そして、仕切壁34a,34bの中心は、図示しない回転駆動手段の回転軸と連結しており、当該中心を軸に時計回り方向に回転するよう構成されている。この場合には、弁内流路31は環状とはならないが、本発明はこのような構成であってもよい。なお、以下では、仕切部材34を仕切壁34a,34bと図示して説明する。
(Operation)
Next, the operation of the oscillating flow generator 1 having the above configuration will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the configuration of the flow direction switching valve 3 disclosed in FIG. 1 is illustrated in a simplified manner. That is, the partition member 34 that partitions the in-valve flow path 31 is configured as a single partition plate formed by only the partition walls 34a and 34b. The centers of the partition walls 34a and 34b are connected to a rotation shaft of a rotation drive means (not shown), and are configured to rotate clockwise about the center. In this case, the in-valve channel 31 does not have an annular shape, but the present invention may have such a configuration. In the following description, the partition member 34 is illustrated as partition walls 34a and 34b.
まず、図2(a)に示す状態は、仕切壁34a,34bが時計回り方向(矢印A11,A12参照)に回転している場合に、一方の仕切壁34aが流路2に通ずる第一流入吐出口32aを通過した直後を示している。これに伴い、その反対側に位置する他方の仕切壁34bは第二流入吐出口32bを通過した直後となっている。そして、これら仕切壁34a,34bが回転することにより、点線に示すよう位置するまでは(符号34a’,34b’参照)、一方の仕切壁34aが流路2に通ずる第一流入吐出口32aとポンプ4への吐出口33bとの間に位置し、また、他方の仕切壁34bが流路2に通ずる第二流入吐出口32bとポンプ4からの流入口33aとの間に位置することとなる。 First, the state shown in FIG. 2A is the first inflow in which one partition wall 34a communicates with the flow path 2 when the partition walls 34a and 34b rotate in the clockwise direction (see arrows A11 and A12). It shows immediately after passing through the discharge port 32a. Accordingly, the other partition wall 34b located on the opposite side is immediately after passing through the second inflow / discharge port 32b. Then, until these partition walls 34a and 34b are rotated and positioned as shown by dotted lines (see reference numerals 34a 'and 34b'), the first inflow / outlet port 32a through which one partition wall 34a communicates with the flow path 2 is provided. It is located between the discharge port 33 b to the pump 4, and the other partition wall 34 b is located between the second inflow / discharge port 32 b communicating with the flow path 2 and the inflow port 33 a from the pump 4. .
上記状態では、流動方向切替弁3内部すなわち弁内流路31が、仕切部材34である2つの仕切壁34a,34bにて2つの空間に仕切られて第一の状態(α)となる。すなわち、ポンプ4からの流入口33aと流路2に通ずる第一流入吐出口32aとを連通する連通路(符号α1にて示す部分)と、ポンプ4への吐出口33bと流路2に通ずる第二流入吐出口32bとを連通する連通路(符号α2にて示す部分)と、に区画させた状態となる(図2(a)参照)。 In the above state, the flow direction switching valve 3, that is, the in-valve flow path 31, is divided into two spaces by the two partition walls 34 a and 34 b that are the partition members 34 and is in the first state (α). That is, the communication path (portion indicated by reference numeral α1) that communicates the inlet 33a from the pump 4 and the first inflow / discharge port 32a communicating with the flow path 2, and the discharge port 33b to the pump 4 and the flow path 2 are communicated. It is in a state of being partitioned into a communication path (portion indicated by reference numeral α2) communicating with the second inflow / discharge port 32b (see FIG. 2A).
そして、流動方向切替弁3の内部が上述した第一の状態(α)になっている場合には、まず、流入口33aからポンプ4により吐出された液体が弁内流路31の符号α1に示す連通路に流れ込む(矢印A13)。すると、当該連通路α1内では、唯一出口となりうる流路2に通ずる第一流入吐出口32aに向かって液体は流れ(矢印A14)、当該第一流入吐出口32aから流路2に流入する(矢印A15)。そして、これに伴い、流路2内の液体が第二流入吐出口32bに向かって押し出されることとなり、当該第二流入吐出口32bから弁内流路31に排出されることとなる(矢印A16)。すると、弁内流路31の符号α2に示す連通路では、液体が第二流路吐出口32bからポンプ4への吐出口33bに向かって流れ(矢印A17)、当該吐出口33bに流入する(矢印A18)。そして、上記液体の流動(矢印A16,A17,A18)は、ポンプ4の作用により、吐出口33bから液体が吸入されることによっても促される。 When the inside of the flow direction switching valve 3 is in the first state (α) described above, first, the liquid discharged from the inflow port 33a by the pump 4 enters the code α1 of the in-valve channel 31. It flows into the communication path shown (arrow A13). Then, in the communication path α1, the liquid flows toward the first inflow / discharge port 32a that communicates with the flow path 2 that can be the only outlet (arrow A14), and flows into the flow path 2 from the first inflow / discharge port 32a ( Arrow A15). Accordingly, the liquid in the flow path 2 is pushed out toward the second inflow / discharge port 32b, and is discharged from the second inflow / discharge port 32b to the in-valve flow path 31 (arrow A16). ). Then, in the communication path indicated by symbol α2 of the valve flow path 31, the liquid flows from the second flow path discharge port 32b toward the discharge port 33b to the pump 4 (arrow A17) and flows into the discharge port 33b ( Arrow A18). The flow of the liquid (arrows A16, A17, A18) is also urged by the suction of the liquid from the discharge port 33b by the action of the pump 4.
このように第一の状態では、弁内流路31において液体が流動することにより、ポンプ流路43内では液体が矢印A19に示す方向に流動し、流路2内では矢印A20に示す方向に流動する。 Thus, in the first state, the liquid flows in the in-valve flow path 31, so that the liquid flows in the direction indicated by the arrow A 19 in the pump flow path 43 and in the direction indicated by the arrow A 20 in the flow path 2. To flow.
続いて、所定の時間が経過して仕切壁34a,34bがさらに回転すると、図2(b)に示す状態となる。この図に示す状態は、一方の仕切壁34aがポンプ4への吐出口33bを通過した直後であって、これに伴い、その反対側に位置する他方の仕切壁34bはポンプ4からの流入口33aを通過した直後となっている。そして、これら仕切壁34a,34bが回転することにより、点線に示すよう位置するまでは(符号34a’,34b’参照)、一方の仕切壁34aがポンプ4への吐出口33bと流路2に通ずる第二流入吐出口32bとの間に位置し、また、他方の仕切壁34bがポンプ4からの流入口33aと流路2に通ずる第一流入吐出口32aとの間に位置することとなる。 Subsequently, when the predetermined time passes and the partition walls 34a and 34b further rotate, the state shown in FIG. The state shown in this figure is immediately after one partition wall 34 a passes through the discharge port 33 b to the pump 4, and accordingly, the other partition wall 34 b located on the opposite side is the inlet from the pump 4. It is immediately after passing 33a. Then, until these partition walls 34a and 34b are rotated and positioned as indicated by dotted lines (see reference numerals 34a 'and 34b'), one partition wall 34a is connected to the discharge port 33b and the flow path 2 to the pump 4. The other partition wall 34b is positioned between the inlet 33a from the pump 4 and the first inlet / outlet 32a communicating with the flow path 2. .
上記状態においても、上述した第一の状態と同様に、弁内流路31が、仕切部材34である2つの仕切壁34a,34bにて2つの空間に仕切られるが、その区画状態が異なる。すなわち、ポンプ4からの流入口33aと流路2に通ずる第二流入吐出口32bとを連通する連通路(符号β1にて示す部分)と、ポンプ4への吐出口33bと流路2に通ずる第一流入吐出口32aとを連通する連通路(符号β2にて示す部分)と、に区画させた第二の状態(β)となる(図2(b)参照)。 Also in the above state, the in-valve channel 31 is divided into two spaces by the two partition walls 34a and 34b, which are the partition members 34, as in the first state described above, but the partition state is different. That is, the communication path (portion denoted by β1) that communicates the inflow port 33a from the pump 4 and the second inflow / discharge port 32b that communicates with the flow path 2, and the discharge port 33b to the pump 4 and the flow path 2 communicate. It becomes the 2nd state (beta) divided into the communicating path (part shown by code | symbol (beta) 2) which connects the 1st inflow discharge port 32a (refer FIG.2 (b)).
そして、流動方向切替弁3の内部が上記第二の状態(β)になっている場合には、まず、流入口33aからポンプ4により吐出された液体が弁内流路31の符号β1に示す連通路に流れ込む(矢印A33)。すると、当該連通路β1内では、唯一出口となりうる流路2に通ずる第二流入吐出口32bに向かって液体は流れ(矢印A34)、当該第二流入吐出口32bから流路2に流入する(矢印A35)。そして、これに伴い、流路2内の液体が第一流入吐出口32aに向かって押し出されることとなり、当該第一流入吐出口32aから弁内流路31に排出されることとなる(矢印A36)。すると、弁内流路31の符号β2に示す連通路では、液体が第一流路吐出口32aからポンプ4への吐出口33bに向かって流れ(矢印A37)、当該吐出口33bに流入する(矢印A38)。そして、上記液体の流動(矢印A36,A37,A38)は、ポンプ4の作用により、吐出口33bから液体が吸入されることによっても促される。 When the inside of the flow direction switching valve 3 is in the second state (β), first, the liquid discharged from the inflow port 33a by the pump 4 is indicated by the symbol β1 of the in-valve channel 31. It flows into the communication path (arrow A33). Then, in the communication path β1, the liquid flows (arrow A34) toward the second inflow / discharge port 32b communicating with the flow channel 2 that can be the only outlet, and flows into the flow channel 2 from the second inflow / discharge port 32b ( Arrow A35). Along with this, the liquid in the flow channel 2 is pushed out toward the first inflow / discharge port 32a, and is discharged from the first inflow / discharge port 32a to the in-valve flow channel 31 (arrow A36). ). Then, in the communication path indicated by symbol β2 of the in-valve flow path 31, the liquid flows from the first flow path discharge port 32a toward the discharge port 33b to the pump 4 (arrow A37) and flows into the discharge port 33b (arrow). A38). The flow of the liquid (arrows A36, A37, A38) is also urged by the suction of the liquid from the discharge port 33b by the action of the pump 4.
このように第二の状態(β)では、弁内流路31において液体が流動することにより、ポンプ流路43内では液体が第一の状態(α)における矢印A19と同じ方向の矢印A39に示す方向に流動し、流路2内では第一の状態(α)における矢印A20と反対方向の矢印A40に示す方向に流動する。 As described above, in the second state (β), the liquid flows in the in-valve channel 31, so that the liquid in the pump channel 43 moves to the arrow A39 in the same direction as the arrow A19 in the first state (α). It flows in the direction shown, and flows in the flow path 2 in the direction shown by the arrow A40 in the direction opposite to the arrow A20 in the first state (α).
そして、さらに回転駆動手段にて仕切部材34としての仕切壁34a,34bが回転すると、上記第一の状態(α)と第二の状態(β)とを繰り返すこととなる。 When the partition walls 34a and 34b as the partition member 34 are further rotated by the rotation driving means, the first state (α) and the second state (β) are repeated.
以上説明した本発明である振動流発生装置1が接続された流路2内の流動方向をまとまると、弁内流路31において第一の状態と第二の状態とを繰り返すことにより、ポンプ流路43内では液体の流動方向は常に一定であるものの(矢印A19,A39参照)、流路2内では液体の流動方向が反転する(矢印A20,A40参照)。すなわち、仕切壁34a,34bの回転により流路2での流動方向が交互に向きを変えることとなるため、当該流路2内では液体が往復流動し、これにより振動流が発生する。 When the flow direction in the flow path 2 to which the oscillating flow generator 1 according to the present invention described above is connected is collected, the first flow and the second state are repeated in the flow path 31 in the valve, thereby Although the flow direction of the liquid is always constant in the path 43 (see arrows A19 and A39), the flow direction of the liquid is reversed in the flow path 2 (see arrows A20 and A40). That is, since the flow direction in the flow path 2 is alternately changed by the rotation of the partition walls 34a and 34b, the liquid reciprocates in the flow path 2, thereby generating an oscillating flow.
特に、本願における発明では、ポンプ4を用いて液体を弁内流路31に常に押し出していることから、流路2内に液体が流入するよう当該液体に高い圧力をかけることができ、往復流動を確実に発生させることができる。このとき、ポンプ4の吐出量を制御することにより、流路2内で流動する液体の流量を調整することができ、往復流動の振幅を容易に調整することができる。 In particular, in the invention of the present application, since the liquid is constantly pushed out into the valve flow path 31 using the pump 4, a high pressure can be applied to the liquid so that the liquid flows into the flow path 2. Can be reliably generated. At this time, by controlling the discharge amount of the pump 4, the flow rate of the liquid flowing in the flow path 2 can be adjusted, and the amplitude of the reciprocating flow can be easily adjusted.
そして、弁内流路31にて流動方向を切り換えるという構成であるため、液体を単に一方向に吐出させる通常のポンプを利用して往復流動を実現できるため、装置の小型化を図ることができる。 And since it is the structure of switching a flow direction in the flow path 31 in a valve, since a reciprocating flow can be implement | achieved using the normal pump which discharges a liquid only to one direction, size reduction of an apparatus can be achieved. .
さらには、仕切部材34である仕切壁34a,34bを回転させることのみで流動方向の切り換えを行う構成としているため、装置の簡略化を図ることができると共に、低出力なモータ等を駆動源として使用することができるため装置の小型化、低コスト化を図ることができる。そして、仕切部材34の回転速度を可変することによって振動流の切り換え速度を変更することができるため、容易に振動流の周波数制御も行うことができる。さらに、回転速度を高速にすることにより振動流の周波数を高めることができるため、簡易な装置により高周波数な振動流を発生させることができる。 Furthermore, since the flow direction is switched only by rotating the partition walls 34a and 34b, which are the partition members 34, the apparatus can be simplified and a low output motor or the like can be used as a drive source. Since it can be used, the apparatus can be reduced in size and cost. And since the switching speed of an oscillating flow can be changed by changing the rotational speed of the partition member 34, the frequency control of an oscillating flow can also be performed easily. Furthermore, since the frequency of the vibration flow can be increased by increasing the rotation speed, a high-frequency vibration flow can be generated with a simple device.
なお、本実施例においては、第一の状態と第二の状態とを切り換える流動方向切替弁3内の構成として、弁内流路31を仕切る仕切部材34を回転する回転駆動手段を用いる場合を説明したが、かかる構成に限定されるものではない。弁内流路34を第一の状態と第二の状態とに切り換えることが可能な構成であればいかなる構成であってもよい。 In this embodiment, as a configuration in the flow direction switching valve 3 for switching between the first state and the second state, a case where a rotation driving means for rotating the partition member 34 that partitions the valve flow path 31 is used. Although described, it is not limited to such a configuration. Any configuration may be used as long as the intra-valve channel 34 can be switched between the first state and the second state.
次に、上述した振動流発生装置を熱交換器に応用した一例を、図3乃至図6を参照して説明する。図3は、熱交換器の構成を示す概略図である。図4は、蛇管流路の構成を示す図である。図5乃至図6は、熱交換器の作用原理を説明する模式図である。 Next, an example in which the above-described oscillatory flow generator is applied to a heat exchanger will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the heat exchanger. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the serpentine channel. 5 to 6 are schematic diagrams for explaining the operation principle of the heat exchanger.
(構成)
本実施例における熱交換器10は、上記振動流発生装置1を、伝熱管20の両端に接続して備え、伝熱管20の内部で液体を往復流動させることにより当該伝熱管20の吸熱部から放熱部に熱移送する熱交換器を構成している。そして、特に、伝熱管20を、図3(a)に示すように、蛇管流路20にて形成している。すなわち、流路2が所定の長さにて往復するよう蛇行して形成されている。なお、振動流発生装置1を構成する流動方向切替弁3及びポンプ4、さらには、弁3内部の構成は、上述したものと同様である。そして、蛇管流路20を更に詳細に示した熱交換器10を図3(b)に示す。
(Constitution)
The heat exchanger 10 in the present embodiment is provided with the vibration flow generator 1 connected to both ends of the heat transfer tube 20, and by reciprocating the liquid inside the heat transfer tube 20, from the heat absorption part of the heat transfer tube 20. It constitutes a heat exchanger that transfers heat to the heat radiating section. And especially the heat exchanger tube 20 is formed in the serpentine channel 20 as shown to Fig.3 (a). That is, the flow path 2 is formed to meander so as to reciprocate at a predetermined length. The flow direction switching valve 3 and the pump 4 constituting the oscillating flow generator 1 and the configuration inside the valve 3 are the same as those described above. And the heat exchanger 10 which showed the serpentine channel 20 in more detail is shown in FIG.3 (b).
この図に示すように、蛇管流路20は、所定の長さの流路が複数本並列に配置されていて、これら各流路は、その端部で隣接する一の流路と連結しており、全体として1本の流路を構成している。さらに具体的に説明すると、まず、流動方向切替弁3の第一流入吐出口32aに連結される一方の端部21から所定距離だけ延びる流路20aは、その端部(図3(b)にて上側の端部)で隣り合う流路20bとの壁面が切除されていて当該隣り合う流路20bに連通している。そして、この流路20bは、上記一方の端部21から延びる流路20aに隣接して当該一方の端部21方向に向かって延び、その端部でさらに別の隣り合う流路20cとの壁面が切除されていて当該流路20cに連通している。そして、かかる構成が繰り返されることにより一本の蛇管流路が形成され、その終端は蛇管流路の他方の端部22として流動方向切替弁3の第二流入吐出口32bに連結される。 As shown in this figure, the serpentine channel 20 has a plurality of channels of a predetermined length arranged in parallel, and each channel is connected to one adjacent channel at its end. Thus, one flow path is formed as a whole. More specifically, first, the flow path 20a extending a predetermined distance from one end portion 21 connected to the first inflow / discharge port 32a of the flow direction switching valve 3 is formed at the end portion (FIG. 3B). The wall surface with the adjacent flow path 20b is cut off at the upper end) and communicates with the adjacent flow path 20b. The flow path 20b is adjacent to the flow path 20a extending from the one end 21 and extends toward the one end 21. At the end, the wall surface with another adjacent flow path 20c is provided. Is cut out and communicated with the flow path 20c. By repeating such a configuration, one serpentine channel is formed, and the end thereof is connected to the second inflow / discharge port 32b of the flow direction switching valve 3 as the other end 22 of the serpentine channel.
また、この蛇管流路20を構成する各流路20a等の両端部付近には、吸熱部20Aと放熱部20Bとを、相互に離間した位置に形成している。すなわち、吸熱部20Aに相当する箇所には、発熱体に当接されたり、あるいは、発熱箇所に配置される。また、放熱部20Bに相当する箇所は、フィンなどの放熱部材が形成されたり、あるいは、低温箇所に配置される。但し、放熱部20Bには何ら部材が設けられていなくてもよい。周囲に発熱体が存在せず、熱を放出できる環境に位置していればよい。なお、吸熱部20A及び放熱部20Bを、図3(b)に示す位置に設定することに限定されない。例えば、吸熱部20Aを、振動方向切替弁3側に設定してもよい。 Further, in the vicinity of both ends of each flow path 20a and the like constituting the serpentine flow path 20, a heat absorbing portion 20A and a heat radiating portion 20B are formed at positions separated from each other. That is, the portion corresponding to the heat absorbing portion 20A is in contact with the heating element or disposed at the heat generating portion. In addition, a portion corresponding to the heat radiating portion 20B is formed with a heat radiating member such as a fin or disposed at a low temperature portion. However, no member may be provided in the heat dissipation part 20B. It suffices if it is located in an environment where there is no heating element in the surroundings and heat can be released. In addition, it is not limited to setting the heat absorption part 20A and the thermal radiation part 20B to the position shown in FIG.3 (b). For example, the heat absorption part 20A may be set on the vibration direction switching valve 3 side.
ここで、上記蛇管流路20のさらに具体的な構成と、その製造方法を、図4を参照して説明する。図4(a)は、蛇管流路20を上方から見た部分断面図であり、図4(b)は、図4(a)におけるA−A断面図である。 Here, a more specific configuration of the serpentine channel 20 and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIG. 4A is a partial cross-sectional view of the serpentine channel 20 as viewed from above, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
この蛇管流路20は、アルミニウム合金製押出形材にて形成されている。すなわち、押出成形にて並列に配置するよう複数の細管20a,20b,・・・,20nが形成され、かかる細管20nは上板部材23及び下板部材24に挟まれていると共に、隔壁25に仕切られて隣り合わせに配置されている。そして、当該細管20nの両端部は、端部塞板26にて塞がれている。但し、隔壁25の端部塞板26に当接する箇所は、一つおきに切除されて切欠部27が形成されており、これにより、隣り合う細管20nが相互にその両端部で連通し、一本の蛇管流路が形成される。そして、両端に位置する細管は、その一端部が開口しており、上述したように一方及び他方の端部21,22を形成し、流動方向切替弁3の第一、二流入吐出口32a,32bに連結される。 The serpentine channel 20 is formed of an aluminum alloy extruded profile. That is, a plurality of thin tubes 20a, 20b,..., 20n are formed so as to be arranged in parallel by extrusion, and the thin tubes 20n are sandwiched between the upper plate member 23 and the lower plate member 24 and They are partitioned and arranged next to each other. Then, both end portions of the thin tube 20n are closed by end block plates 26. However, every other portion of the partition wall 25 that abuts against the end capping plate 26 is cut out to form notches 27, so that the adjacent thin tubes 20n communicate with each other at both ends thereof. A snake tube flow path is formed. And as for the thin tube located in both ends, the one end part is opening, and as mentioned above, the one and other end parts 21 and 22 are formed, and the 1st, 2 inflow discharge port 32a of the flow direction switching valve 3 is provided. 32b.
また、この蛇管流路20は、図示する通り略長方形状の板状にて形成されている。そして、例えば、細管20nの幅は1[mm]以下であり、その断面積は0.785[mm2]である。なお、押出成形によると、細管の幅を、例えば、0.3[mm]程度に形成することが可能である。このように蛇管流路20を細く形成することにより、単位面積当たりの流路数を多く形成することができ、後述するように熱交換器として性能の向上を図ることができる。そして、流動方向切替弁3における流路2に対する液体の流量を調整するため、蛇管流路20の細管に合わせてポンプ4に連結しうるポンプ流路43も細く形成し、ほぼ同一の断面積とするとよい。なお、蛇管流路20の詳細については、特開平8−152282号公報、特開平8−200974号公報等に既に開示されているため、これら文献を参照されたい。但し、本願における蛇管流路20は、上記文献に記載された形状及び上述した形状に限定されるものではない。 The serpentine channel 20 is formed in a substantially rectangular plate shape as shown in the figure. For example, the narrow tube 20n has a width of 1 [mm] or less and a cross-sectional area of 0.785 [mm 2 ]. In addition, according to extrusion molding, it is possible to form the width | variety of a thin tube to about 0.3 [mm], for example. By forming the serpentine channel 20 narrow in this way, it is possible to increase the number of channels per unit area and to improve the performance as a heat exchanger as will be described later. And in order to adjust the flow rate of the liquid with respect to the flow path 2 in the flow direction switching valve 3, the pump flow path 43 that can be connected to the pump 4 in accordance with the narrow pipe of the serpentine flow path 20 is also formed thin, Good. The details of the serpentine channel 20 are already disclosed in JP-A-8-152282, JP-A-8-200794, and the like. However, the serpentine channel 20 in the present application is not limited to the shape described in the above document and the shape described above.
ここで、上述したように蛇管流路20が細く形成されているため、当該流路20に流動方向切替弁3にて液体を流入させるためには、当該液体を高い圧力にて押し出す必要がある。このため、ポンプ2の吐出圧として約200[mmH2O]、流量が100[ml/min]の性能を有するものであれば十分である。 Here, since the serpentine channel 20 is formed thin as described above, in order to allow the liquid to flow into the channel 20 by the flow direction switching valve 3, it is necessary to push out the liquid at a high pressure. . For this reason, it is sufficient if the discharge pressure of the pump 2 is about 200 [mmH 2 O] and the flow rate is 100 [ml / min].
(動作)
次に、本実施例における熱交換器10の動作について説明する。流動方向切替弁3における作用は上記実施例1と同様であり、これにより、蛇管流路20内の液体である水は、当該蛇管流路20内で往復流動することとなる。すなわち、図3(b)に示すように、各細管20nでは、矢印A51,A52等に示すように、吸熱部20Aと放熱部20Bとを相互に行き来するよう往復流動することとなる。従って、この熱交換器10は、従来より研究されている液体往復流動型伝熱素子と同様に作用し、効率的に熱交換を実現することができる。
(Operation)
Next, operation | movement of the heat exchanger 10 in a present Example is demonstrated. The operation of the flow direction switching valve 3 is the same as that of the first embodiment, whereby water, which is a liquid in the serpentine channel 20, reciprocates in the serpentine channel 20. That is, as shown in FIG. 3B, in each thin tube 20n, as shown by arrows A51, A52, etc., the heat absorbing portion 20A and the heat radiating portion 20B reciprocate so as to go back and forth. Therefore, this heat exchanger 10 acts in the same manner as a liquid reciprocating flow type heat transfer element that has been studied conventionally, and can efficiently realize heat exchange.
ここで、液体往復流動型伝熱素子の作用原理について、図5乃至図6を参照して説明する。図5は、蛇管流路20を厚さ方向に断面した図であり、一本の細管20nにおける熱交換の原理を示している。 Here, the principle of operation of the liquid reciprocating flow type heat transfer element will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a cross-sectional view of the serpentine channel 20 in the thickness direction, and shows the principle of heat exchange in one thin tube 20n.
まず、上述したように、細管20n内では、ポンプ4の作用により所定の速度にて流体である水が流動しており、上板部材23及び下板部材24や、隔壁25には、境界層が発生する。なお、説明の都合上、このときの液体の一部を符号Lとして、また、境界層を符号La,Lbとして模式的に表す(図5(a)参照)。 First, as described above, water as a fluid flows at a predetermined speed by the action of the pump 4 in the narrow tube 20n, and the upper plate member 23, the lower plate member 24, and the partition wall 25 have a boundary layer. Occurs. For convenience of explanation, a part of the liquid at this time is schematically represented by a symbol L, and boundary layers are schematically represented by symbols La and Lb (see FIG. 5A).
そして、図5(a)に示す状態では、細管20nのほぼ中央に位置している液体Lは境界層La,Lbと接しているため、円滑に矢印A61方向に流動し、吸熱部20Aにまで移動することとなる。このとき、液体Lは、放熱部20Bから移動してきた液体であるので、その温度は比較的低いものである。なお、吸熱部20Aでは、外部の熱源Hhから熱が上板部材23あるいは下板部材24を介して境界層La,Lbに伝達している(矢印A62,A63、及び、境界層La,Lbの符号Lah,Lbhの部分を参照)。 In the state shown in FIG. 5 (a), the liquid L located substantially at the center of the thin tube 20n is in contact with the boundary layers La and Lb, so that it smoothly flows in the direction of the arrow A61 and reaches the heat absorbing portion 20A. Will move. At this time, since the liquid L is a liquid that has moved from the heat radiating portion 20B, its temperature is relatively low. In the heat absorbing portion 20A, heat is transmitted from the external heat source Hh to the boundary layers La and Lb via the upper plate member 23 or the lower plate member 24 (the arrows A62 and A63 and the boundary layers La and Lb). (See reference numerals Lah and Lbh).
そして、図5(b)に示すように液体Lが吸熱部20Aに移動すると、上述したように比較的高い熱が既に伝達している境界層Lah,Lbhから、当該熱が液体Lに伝達し、(矢印A64,A65参照)、液体Lが加熱される。これにより、熱源Hh自体からは熱が取り除かれる。 Then, when the liquid L moves to the heat absorbing portion 20A as shown in FIG. 5B, the heat is transferred to the liquid L from the boundary layers Lah and Lbh to which relatively high heat has already been transferred as described above. (See arrows A64 and A65), the liquid L is heated. Thereby, heat is removed from the heat source Hh itself.
その後、振動方向切替弁3が切り替わり、細管20n内の流動方向が逆方向となると、図5(c)に示すように、液体Lが矢印A66方向に向かって流動する。すると、吸熱部20Aにて加熱された液体Lが当該吸熱部20Aから放熱部20B方向に向かって移動し、図5(d)の状態となる。このとき、吸熱部20Aにおいて熱が吸収され加熱された液体Lが、温度の低い放熱部20Bに位置することとなり、当該液体Lの熱が境界層La,Lbの放熱部20Bが存在する部分(符号Lac,Lbc)に伝達し(矢印A67,A68参照)、当該液体Lは冷却されることとなる。 Thereafter, when the vibration direction switching valve 3 is switched and the flow direction in the narrow tube 20n is reversed, the liquid L flows in the direction of arrow A66 as shown in FIG. 5C. Then, the liquid L heated in the heat absorbing part 20A moves from the heat absorbing part 20A toward the heat radiating part 20B, and the state shown in FIG. At this time, the liquid L that has been absorbed and heated by the heat absorbing portion 20A is positioned in the heat radiating portion 20B having a low temperature, and the heat of the liquid L is a portion where the heat radiating portions 20B of the boundary layers La and Lb exist ( (Refer to arrows A67 and A68), and the liquid L is cooled.
そして、放熱部20Bの境界層Lac,Lbcに伝達された熱は、冷却部Hcに伝達され外部の低温箇所に放熱される(図5(a)の矢印A69,A70参照)。また、これと同時に、細管20n内の流動方向が切り替わり、図5(a)に示す状態になる。そして、再度吸熱部20Aへ移動する液体Lは、冷却された状態であるため、上述したように熱交換が可能となる。 The heat transmitted to the boundary layers Lac and Lbc of the heat radiating part 20B is transmitted to the cooling part Hc and radiated to the external low temperature part (see arrows A69 and A70 in FIG. 5A). At the same time, the flow direction in the narrow tube 20n is switched to the state shown in FIG. And since the liquid L which moves to 20 A of heat absorption parts again is in the state cooled, heat exchange is attained as mentioned above.
続いて、液体の移動の振幅が吸熱部20Aと放熱部20B間の間隔より狭く、吸熱部20Aと放熱部20Bの中間部20Cまでの半分の場合について説明する。上記熱交換の様子を、細管20nが並んでいる状態を示す図を参照して説明する。なお、図6では、説明の都合上、細管を符号20d,20e,20fで表し、それぞれを流れる液体を符号L1,L2,L3にて模式的に表すこととする。 Next, the case where the amplitude of the movement of the liquid is narrower than the interval between the heat absorbing part 20A and the heat radiating part 20B and half of the heat absorbing part 20A and the intermediate part 20C of the heat radiating part 20B will be described. The state of the heat exchange will be described with reference to a diagram showing a state in which the thin tubes 20n are arranged. In FIG. 6, for convenience of explanation, the thin tubes are represented by reference numerals 20 d, 20 e, and 20 f, and the liquids that flow through them are schematically represented by reference numerals L 1, L 2, and L 3.
まず、図6(a)に示すように、細管20d,20e,20fは、それぞれ隣り合わせに配置されており、各細管内部を流動する液体L1,L2,L3は、隣に位置する液体とは反対方向に向かって流動している。例えば、細管20eを挟んで配置された細管20d,20f内の液体L1,液体L3は、吸熱部20Aから放熱部20B方向に向かって同一方向に流動しており(矢印A71,A73方向)、上記細管20e内の液体L2は、反対に、放熱部20Bから吸熱部20A方向に向かって流動している(矢印A72方向)。このとき、吸熱部20Aに位置する液体L1,L3は加熱された状態であり、放熱部20Bに位置する液体L2は冷却された状態である。 First, as shown in FIG. 6A, the thin tubes 20d, 20e, and 20f are arranged adjacent to each other, and the liquids L1, L2, and L3 flowing inside the thin tubes are opposite to the liquids located next to each other. It is flowing in the direction. For example, the liquid L1 and the liquid L3 in the narrow tubes 20d and 20f arranged with the narrow tube 20e interposed therebetween flow in the same direction from the heat absorbing portion 20A toward the heat radiating portion 20B (in the directions of arrows A71 and A73). On the contrary, the liquid L2 in the thin tube 20e flows from the heat radiating portion 20B toward the heat absorbing portion 20A (in the direction of arrow A72). At this time, the liquids L1 and L3 located in the heat absorbing part 20A are in a heated state, and the liquid L2 located in the heat radiating part 20B is in a cooled state.
そして、これら液体L1,L2,L3は、上述したように隔壁25を隔ててそれぞれ隣り合ってお互いに逆方向に流動し、それぞれが中間部20Cまで移動する(矢印A71,A72,A73)。この中間部20Cでは吸熱部20Aで加熱された液体L1,L3の熱は、中間部20Cの境界層を介して隔壁25に伝達され、さらに隣接する液体L2に伝達され冷却される。また、逆に液体L2は加熱される。 Then, as described above, these liquids L1, L2, and L3 are adjacent to each other across the partition wall 25 and flow in opposite directions, and move to the intermediate portion 20C (arrows A71, A72, and A73). In the intermediate portion 20C, the heat of the liquids L1 and L3 heated by the heat absorbing portion 20A is transmitted to the partition wall 25 through the boundary layer of the intermediate portion 20C, and further transmitted to the adjacent liquid L2 and cooled. Conversely, the liquid L2 is heated.
次に、図6(b)のように各液体L1,L2,L3の移動方向が変わり、それぞれ矢印A74,A75,A76のようになると、上述したように中間部20Cで冷却された液体L1,L3は吸熱部20Aに移動し加熱される。一方、中間部20Cで加熱された液体L2は、放熱部20Bに移動し冷却される。 Next, when the movement directions of the liquids L1, L2, and L3 change as shown in FIG. 6B and become as indicated by arrows A74, A75, and A76, respectively, the liquids L1 and L1 cooled in the intermediate portion 20C as described above are used. L3 moves to the heat absorption part 20A and is heated. On the other hand, the liquid L2 heated in the intermediate part 20C moves to the heat radiating part 20B and is cooled.
以上のように、液体が流動方向の切り替えを繰り返すことにより、液体の振幅が仮に吸熱部20Aから放熱部20Bにわたる長さがなくとも、熱が吸熱部20Aから放熱部20Bに移動することとなる。 As described above, by repeatedly switching the flow direction of the liquid, even if the amplitude of the liquid does not have a length extending from the heat absorbing portion 20A to the heat radiating portion 20B, the heat moves from the heat absorbing portion 20A to the heat radiating portion 20B. .
このように、液体往復流動型伝熱素子としての熱交換器は、隣接する細管の存在により効率よく放熱することができるため、かかる細管の数を増やすと望ましい。そして、細管を細くすることにより、所定断面積当たりの細管の本数を増やすことができ、単位体積(面積)当たりの放熱効率の向上を図ることができる。なお、このように細管20nの断面積を小さくすると、当該細管に液体を流入するためには連結箇所5にて大きな圧力が必要となるが、上述したように本発明の振動流発生装置1によれば、一方向に液体を吐出するポンプ4を用いることにより比較的強い吐出力を発生させることができ、小型且つ低コストにて確実に蛇管流路20に往復流動を発生させることができる。 Thus, since the heat exchanger as a liquid reciprocating flow type heat transfer element can dissipate heat efficiently due to the presence of adjacent thin tubes, it is desirable to increase the number of such thin tubes. By narrowing the thin tubes, the number of thin tubes per predetermined cross-sectional area can be increased, and the heat radiation efficiency per unit volume (area) can be improved. In addition, when the cross-sectional area of the thin tube 20n is reduced in this way, a large pressure is required at the connection point 5 in order to allow liquid to flow into the thin tube. Therefore, by using the pump 4 that discharges the liquid in one direction, a relatively strong discharge force can be generated, and the reciprocating flow can be reliably generated in the serpentine channel 20 at a small size and at a low cost.
ここで、液体往復流動型伝熱素子である熱交換器10では、蛇管流路20内の液体の流量、すなわち、振動流の振幅を調整することにより、当該熱交換器10による熱輸送量を調整することができる。例えば、液体が一度の流動で吸熱部20Aと放熱部20Bの間を移動することが可能な程度に振幅を設定すると、効率のよい熱交換が実現できる。そして、本実施例では、ポンプ4の吐出量を調整することにより、蛇管流路20を流動する液体の流量を調整することができるため、熱交換器10による熱輸送量をも容易に調節することができる。 Here, in the heat exchanger 10 which is a liquid reciprocating flow type heat transfer element, the amount of heat transported by the heat exchanger 10 is adjusted by adjusting the flow rate of the liquid in the serpentine channel 20, that is, the amplitude of the oscillating flow. Can be adjusted. For example, if the amplitude is set to such an extent that the liquid can move between the heat absorbing unit 20A and the heat radiating unit 20B with a single flow, efficient heat exchange can be realized. In this embodiment, the flow rate of the liquid flowing through the serpentine channel 20 can be adjusted by adjusting the discharge amount of the pump 4, so that the heat transport amount by the heat exchanger 10 can be easily adjusted. be able to.
また、上記熱交換器10では、振動流の周波数を調整することによっても当該熱交換器10による熱輸送量を調整することができる。例えば、周波数が高くなることにより液体の往復回数が増え、単位時間当たりにおける熱輸送量も増加することとなる。そして、本実施例では、仕切部材34である仕切壁34a,34bを回転駆動手段たるモータにて回転し、これにより流動方向の切り替えを行っているため、当該モータの回転速度を制御することにより周波数を調整することができる。従って、周波数を調整することによっても、容易に熱交換器10の熱輸送量を調整することができる。 Moreover, in the said heat exchanger 10, the heat transport amount by the said heat exchanger 10 can be adjusted also by adjusting the frequency of an oscillating flow. For example, as the frequency increases, the number of liquid reciprocations increases and the amount of heat transport per unit time also increases. In this embodiment, the partition walls 34a and 34b, which are the partition members 34, are rotated by a motor serving as a rotational drive means, and the flow direction is thereby switched. Therefore, by controlling the rotational speed of the motor, The frequency can be adjusted. Therefore, the heat transport amount of the heat exchanger 10 can be easily adjusted by adjusting the frequency.
次に、実施例2にて説明した熱交換器の具体的な使用例を、図7を参照して説明する。本実施例においては、熱交換器100をノート型パーソナルコンピュータ200に装備されているCPUを冷却することに適用する。 Next, a specific use example of the heat exchanger described in the second embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the heat exchanger 100 is applied to cooling the CPU equipped in the notebook personal computer 200.
上記実施例にて説明したように、本願における熱交換器10を構成するポンプ4や流動方向切替弁3の一部であるモータなどを小型化することは可能であり、また、蛇管流路20も図4に示すように略板状にて形成できることから、熱交換器100全体を小型に形成できる。例えば、ポンプ4と流動方向切替弁3(可動手段としてのモータ等も含む)とを平面的に配置して、これらを板状である蛇管流路20に延設した流動源収容部101に収容することで、熱交換器100を略板状に形成することができる。但し、熱交換器100は、かかる形状に限定されるものではない。また、当該熱交換器100の吸熱部20A及び放熱部20Bの位置は後述する位置に限定されず、所定距離だけ離れていればよい。すなわち、発熱体を当接させる部分は、板状である熱交換器100のいずれの端部でもよい。 As described in the above embodiment, it is possible to reduce the size of the pump 4 constituting the heat exchanger 10 in this application, the motor that is a part of the flow direction switching valve 3, and the like, and the serpentine channel 20 As shown in FIG. 4, since it can be formed in a substantially plate shape, the entire heat exchanger 100 can be formed in a small size. For example, the pump 4 and the flow direction switching valve 3 (including a motor or the like as a movable means) are arranged in a plane, and these are accommodated in a flow source accommodation portion 101 extending in a plate-shaped serpentine channel 20. By doing so, the heat exchanger 100 can be formed in a substantially plate shape. However, the heat exchanger 100 is not limited to such a shape. Further, the positions of the heat absorbing part 20A and the heat radiating part 20B of the heat exchanger 100 are not limited to positions to be described later, and need only be separated by a predetermined distance. In other words, the portion with which the heating element abuts may be any end of the plate-shaped heat exchanger 100.
そして、熱交換器100を、図7(a)に示すように、ノートパソコン200の本体部201に収容する。このとき、当該本体部201に収容されているCPU(演算処理装置)210を熱交換器100の吸熱部20Aに載置して収容し、また、放熱部20Bに適宜放熱手段を設けておけばよい。 And the heat exchanger 100 is accommodated in the main-body part 201 of the notebook personal computer 200, as shown to Fig.7 (a). At this time, if the CPU (arithmetic processing unit) 210 accommodated in the main body 201 is placed and accommodated in the heat absorbing part 20A of the heat exchanger 100, and a heat radiating means is appropriately provided in the heat radiating part 20B. Good.
このように、本願記載の熱交換器100は、その構成が簡易なことから非常にコンパクトに構成できるため、ノートパソコン200の本体部201にも十分収容することができ、かつ、高い熱輸送効率を発揮することができる。従って、近年、ノートパソコン200の小型化に伴い、ますます加熱が高まるCPUの冷却を効率よく行うことができる。 Thus, since the heat exchanger 100 described in the present application can be configured very compactly because of its simple configuration, it can be sufficiently accommodated in the main body 201 of the notebook computer 200 and has high heat transport efficiency. Can be demonstrated. Therefore, in recent years, with the downsizing of the notebook personal computer 200, it is possible to efficiently perform cooling of the CPU, which is increasingly heated.
また、蛇管流路20を吸熱部20Aや放熱部20B以外の箇所を樹脂などの弾性部材20Fにて構成して、フレキシブルな熱交換器100を構成することも可能である。そして、図7(b)に示すように、蛇管流路20の弾性部材20Fで形成される部分をヒンジ部202に配置して、熱交換器100を本体部201からディスプレイ部203にまで延びるよう配置すると共に、吸熱部20AにCPU210を載置する。このとき、ディスプレイ部20Bに位置する箇所が放熱部20Bとなるため、適宜放熱手段を設けておけばよい。 The flexible heat exchanger 100 can also be configured by configuring the serpentine channel 20 at locations other than the heat absorbing portion 20A and the heat radiating portion 20B with an elastic member 20F such as a resin. Then, as shown in FIG. 7B, the portion formed by the elastic member 20 </ b> F of the serpentine channel 20 is disposed in the hinge portion 202 so that the heat exchanger 100 extends from the main body portion 201 to the display portion 203. At the same time, the CPU 210 is placed on the heat absorbing portion 20A. At this time, since the part located in the display unit 20B becomes the heat radiating part 20B, a heat radiating means may be provided as appropriate.
これにより、発熱デバイスの存在する本体部201から放熱部20Bを遠ざけることができ、かつ、当該放熱部20Bを外気に触れる面積が広いディスプレイ部203を放熱手段と兼用させることも可能であり、より効率よくCPU210の放熱を行うことができる。なお、蛇管流路20を容易に形成するために、当該蛇管流路20全体を弾性部材にて形成してもよい。 Thereby, the heat radiating part 20B can be moved away from the main body part 201 where the heat generating device exists, and the display part 203 having a large area where the heat radiating part 20B is exposed to the outside air can also be used as the heat radiating means. The CPU 210 can dissipate heat efficiently. In order to easily form the serpentine channel 20, the entire serpentine channel 20 may be formed of an elastic member.
ここで、本願記載の熱交換器10,100は、ノートパソコン200内の発熱デバイスの冷却に用いることに限定されない。他の電気器具に内蔵し、悪影響を与える発熱デバイスの冷却に用いても良く、さらに他の発熱体の冷却に用いても良い。 Here, the heat exchangers 10 and 100 described in the present application are not limited to being used for cooling the heat generating device in the notebook computer 200. It may be used for cooling a heat generating device that is incorporated in another electric appliance and has an adverse effect, and may be used for cooling another heat generating element.
本発明である振動流発生装置は、液体往復流動型伝熱素子としての熱交換器の伝熱管に接続して、当該伝熱管にて振動流を発生させることができ、冷却効率のより熱交換器として利用することができるため、産業上利用可能である。特に、その構成が簡易であることから、熱交換器自体の小型化を図ることができ、ノートパソコンなどの小型電子機器にも容易に利用することができる。 The oscillating flow generator according to the present invention is connected to the heat transfer tube of a heat exchanger as a liquid reciprocating flow type heat transfer element, and can generate an oscillating flow in the heat transfer tube, thereby exchanging heat more efficiently. Since it can be used as a container, it can be used industrially. In particular, since the configuration is simple, the heat exchanger itself can be miniaturized and can be easily used for small electronic devices such as notebook computers.
1 振動流発生装置
2 流路
3 流動方向切替弁
4 ポンプ
10 熱交換器
20 蛇管流路
31 弁内流路
32a 第一流入吐出口
32b 第二流入吐出口
33a 流入口
33b 吐出口
34 仕切部材
34a,34b 仕切壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillatory flow generator 2 Flow path 3 Flow direction switching valve 4 Pump 10 Heat exchanger 20 Serpentine flow path 31 Intravalve flow path 32a First inflow discharge port 32b Second inflow discharge port 33a Inflow port 33b Discharge port 34 Partition member 34a 34b Partition wall
Claims (6)
前記流路(2)内に配設される流動方向切替弁(3)と、前記流路(2)内の液体を往復流動させるエネルギを与えるポンプ(4)と、を備え、
前記流動方向切替弁(3)は、当該弁(3)内に形成された弁内流路(31)と、前記流路(2)に連通して往復流が流入出する第一流入吐出口(32a)及び第二流入吐出口(32b)と、前記ポンプより生じる吐出液の流入口(33a)及び前記ポンプへの吐出口(33b)と、を備えると共に、
前記弁内流路(31)を、
前記ポンプからの流入口(33a)と前記往復流の第一流入吐出口(32a)とを連通する連通路(α1)と,前記ポンプへの吐出口(33b)と前記往復流の第二流入吐出口(32b)とを連通する連通路(α2)と,に区画させた第一の状態(α)と、
前記ポンプからの流入口(33a)と前記往復流の第二流入吐出口(32b)とを連通する連通路(β1)と,前記ポンプへの吐出口(33b)と前記往復流の第一流入吐出口(32a)とを連通する連通路(β2)と,に区画された第二の状態(β)とに、
交互に切り換えられるようにしてなる振動流発生装置。 An oscillating flow generator (1) for reciprocating a liquid in a flow path (2),
A flow direction switching valve (3) disposed in the flow path (2), and a pump (4) for providing energy for reciprocating the liquid in the flow path (2),
The flow direction switching valve (3) includes an in-valve flow path (31) formed in the valve (3) and a first inflow / discharge port that communicates with the flow path (2) and flows back and forth. (32a) and a second inflow / discharge port (32b), an inflow port (33a) for the discharge liquid generated from the pump, and a discharge port (33b) to the pump,
The in-valve channel (31)
A communication path (α1) communicating the inlet (33a) from the pump and the first inflow / discharge port (32a) of the reciprocating flow, and the second inflow of the reciprocating flow to the pump (33b). A first state (α) partitioned into a communication passage (α2) communicating with the discharge port (32b);
A communication path (β1) communicating the inlet (33a) from the pump and the second inflow / discharge port (32b) of the reciprocating flow, and the first inflow of the reciprocating flow and the discharge port (33b) to the pump In a second state (β) partitioned into a communication passage (β2) communicating with the discharge port (32a),
An oscillating flow generator that can be switched alternately.
前記弁内流路(31)における前記第一流入吐出口(32a)と前記第二流入吐出口(32b)との間の対向部分に、前記ポンプからの流入口(33a)と前記ポンプへの吐出口(33b)とをそれぞれ配設した、請求項1記載の振動流発生装置。 The first inflow / discharge port (32a) and the second inflow / discharge port (32b) communicating with the flow path are respectively disposed in opposing portions of the flow path in the valve,
An inflow port (33a) from the pump to the pump is provided in an opposite portion between the first inflow / outlet port (32a) and the second inflow / outlet port (32b) in the in-valve channel (31). The oscillating flow generator according to claim 1, wherein the discharge port (33 b) is provided.
前記伝熱管の両端に、請求項1乃至4記載の振動流発生装置を接続して成る熱交換器。 A heat exchanger that transfers heat from the heat absorbing portion of the heat transfer tube to the heat radiating portion by reciprocating the liquid inside the heat transfer tube,
The heat exchanger which connects the vibration flow generator of Claims 1 thru | or 4 to the both ends of the said heat exchanger tube.
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---|---|---|---|---|
JP2012220141A (en) * | 2011-04-12 | 2012-11-12 | Toyota Central R&D Labs Inc | Heat pipe |
JP2016020768A (en) * | 2014-07-14 | 2016-02-04 | 株式会社デンソー | Reciprocating flow heat exchange system |
-
2003
- 2003-09-16 JP JP2003323439A patent/JP2005090828A/en active Pending
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