流体の流れ改変装置

专利摘要:
流体の流れ改変装置に関する。本発明の流れ改変装置は、流体が当該装置に対して動く際に、前記流体中に乱流を生成するためのものである。この装置は、フラクタル構成に配列された複数の乱流生成要素を有する。乱流生成要素それぞれは流体が対向して流れ得る第１の表面部分と、流体が沿って流れ得る第２の表面部分とを有する。また、装置は、互いに隣合う前記第２の表面部分間で流体の流れを阻害するような当該装置の中の配列に対しての挿入体と、乱流生成要素と前記挿入体とに対する流体の運動を可能にするように、乱流生成要素を流体中に保持する支持体とを備える。本発明の一実施形態は、フラクタル構成に配列された乱流生成要素に１つ又は複数の挿入体を統合し、その結果、既知の混合装置によって達成される混合レベルと同等のものを提供する一方で、既知の他の混合器よりも大きさと複雑さが著しく少なくなる。
公开号:JP2011516804A
申请号:JP2011503421
申请日:2009-04-07
公开日:2011-05-26
发明作者:ジョン；クリストス ヴァシリコス，；リチャード；エリアン セウド，
申请人:インペリアル イノベーションズ リミテッド；
IPC主号:F15D1-02

专利说明:

[0001] 本発明は、流動場の特性を改変するための装置に関する。本発明の実施形態を使用して、流体の混合、流体内及び流体間の熱、質量及び運動量の移送、音響雑音、流体中の振動、マイクロチップ冷却、構造的な振動、及び化学反応を制御することが可能である。本発明の実施形態が特によく適する具体的な用途には、ラビリンスシール、換気システム、燃焼器、化学反応器、並びに、空中、陸上、及び海上の乗り物及び／又は構築物における静寂且つ効果的なブレーキ及び空気ブレーキを含む。]
背景技術

[0002] 流体の混合は、流体の流動場中に乱流の流体を生成することによって達し得ることは既知である。乱流を生成する１つの方法は、流体の流動場中に阻害物を導入することである。しかし、乱流、したがって混合を引き起こすどのような阻害物も、過度でないようにすることが重要である。理想的には、阻害物比率は４０％を超えるべきではない。]
[0003] 許容可能な阻害物比率にて満足のゆく混合を達成すると考えられる既知の混合装置には、スイス、ヴィンテルトゥール（Ｗｉｎｔｅｒｔｈｕｒ）のズルツァーケムテックリミテッド（Ｓｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｔｅｃｈ Ｌｉｍｉｔｅｄ）によって製作されるＳＭＶ（登録商標）気体（流体）混合器がある。ＳＭＶ（登録商標）混合器は、コーシン（Ｃｏｒｒｓｉｎ）格子と組み合わせてよく使用され、これらの格子によって達成される混合を改善させる。しかし、ＳＭＶ（登録商標）気体（流体）混合器は、比較的複雑で大型の装置であり、この装置を使用する前に流体の流動場中に注意深く設置する必要がある。]
[0004] 国際公開第２００７／１１３３３５号パンフレットの番号で公開された国際出願ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０５３４１４号では、フラクタル格子の形態の流体の流れ改変装置のさまざまな種類を記載している。これらの格子それぞれが、コーシン格子上で改善を示し、経済的且つ効率的な態様で乱流の高度な制御を示すものと分かった。]
発明が解決しようとする課題

[0005] 本発明の目的は、国際公開第２００７／１１３３３５号パンフレットの番号で公開された国際特許出願の格子において混合を改善することである。]
課題を解決するための手段

[0006] 本発明の一態様によれば、流体の流れ改変装置であり、流体の流動場中で流体が当該流体の流れ改変装置に対して動く際に前記流体中に乱流を生成するための、流体の流れ改変装置であって、
フラクタル構成に配列された複数の乱流生成要素であり、乱流生成要素それぞれは流体が対向して流れ得る第１の表面部分と、流体が沿って流れ得る第２の表面部分とを有する、乱流生成要素と、
少なくとも２つの乱流生成要素の隣接する前記第２の表面部分の間で流体の流れを阻害するような当該装置の中の配列のための挿入体と、
乱流生成要素と前記挿入体とに対する流体の運動を可能にするように、乱流生成要素を流体中に保持するための支持体とを備える、流体の流れ改変装置が提供される。]
[0007] 本発明の実施形態は、フラクタル構成に配列された乱流生成要素に１つ又は複数の挿入体をこのように統合し、この方法では、このような例示的な流体の流れ改変装置は、改善されずとも、既知の混合装置によって達成される混合レベルと同様のものを提供する一方で、既知の他の混合器よりも大きさと複雑さが著しく少ない。]
[0008] 本発明の好ましい実施形態では、挿入体は、挿入体の配列が流体の流動場の中心点の周りに対称であるように、少なくとも２つの乱流生成要素のそれぞれに付着可能である。挿入体の対称配列が、流体の流れ改変装置によって達成される混合を著しく改善することが観察された。]
[0009] 挿入体は、好ましくは、実質的に硬質な材料で製作される。本発明のさらに好ましい実施形態では、挿入体は多孔性である又は穿孔されている。細孔又は穿孔を挿入体中に含むことで、大きな混合効果を提供する。]
[0010] 好ましくは、挿入体が付着可能な乱流生成要素は、流体の流動場の中心点に最も近接する乱流生成要素である。流体の流動場の中心点の近くに挿入体を配置することは、挿入体の混合能力に著しい影響を与えることが観察された。]
[0011] 本発明の付加的な好ましい実施形態では、第１の表面部分の少なくとも１つの端部が露出されて残るように、挿入体が乱流生成要素の第１の表面部分に付着可能である。乱流生成要素の少なくとも１つの端部を残す結果、乱流生成要素の少なくとも２つの隅部が自由になる。隅部は、それ自体が流体の混合に役立つため、隅部の混合能力に有害な影響を与える可能性のある挿入体で、隅部を覆わないことが好ましい。]
[0012] 本発明のさらに好ましい実施形態では、乱流生成要素は複数の構造に配列され、これらの構造それぞれは複数の細長い部材を備え、挿入体は、構造中の少なくとも２つの細長い部材のそれぞれに付着され、少なくとも２つの細長い部材上の挿入体の配列は前記構造の中心点の周りに対称であるようになされる。]
[0013] 本発明のさらなる特徴物及び利点は、例としてのみ与えられ、添付の図面を参照してなされる、以下の本発明の好ましい実施形態の説明から明らかになるであろう。]
図面の簡単な説明

[0014] 本発明の実施形態による流体の改変装置が作動可能な導管の略図である。
本発明の実施形態による流体の改変装置を収容するように配列された空洞部の側面及び端面を示す略図である。
先行技術の流体の改変装置の一実施形態を示す略図である。
先行技術の流体の改変装置の一実施形態を示す略図である。
先行技術の流体の改変装置のさらなる実施形態を示す略図である。
先行技術の流体の改変装置のさらなる実施形態を示す略図である。
本発明の第１の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第２の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第３の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第４の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第５の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第６の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第７の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第８の実施形態による流体の改変装置の略図である。
本発明の第９の実施形態による流体の改変装置の略図である。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図４に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図５に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図６に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図７に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図８に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図９に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図１０に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
近接場の測定データのグラフ表示であり、図１１に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図４に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図５に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図６に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図７に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図８に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図９に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図１０に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
上流の測定データのグラフ表示であり、図１１に示す流体の改変装置の実施形態による流体の改変装置に対して、図１ｂに示す導管の中心線に沿った軸方向において取得されたものである。
空気ブレーキとして使用される本発明の流体の改変装置の略図である。
航空機の翼の部分に貼り付けられた図１５ａに示す複数の空気ブレーキを備える配列の略図である。] 図１０ 図１１ 図１５ａ 図１ｂ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８ 図９
実施例

[0015] 図において、同じ参照番号は、同じ部品及びプロセスのステップを指すために使用され、どのような所与の部品においても、異なる実施形態では、他の実施形態に利用されている同じ参照番号に１００を加えたものが指定されている。]
[0016] 前述のように、本発明の実施形態は、流体の流動場において、改善された混合を達成することに関し、この流動場は、流体と本体との間の相対運動によって発生する。第１の配列では、この相対運動は、図１ａに部分展開した導管１０１のような導管を通して流れる流体Ｆによって発生する。導管１０１は、流体を搬送するために適し、長方形、円形又は他の適する断面で、且つ流体の改変装置１００を中に収容可能などのような流路でもよい。] 図１ａ
[0017] １つの配列では、導管１０１は空洞を備え、先行技術で既知であるように、典型的には、流体の改変装置１００が配置される試験部１０１ｂに流体を導くための収縮部１０１ａと、流体が導管から出る際に拡散するように作用する出口部分１０１ｃとを備える。空洞は、流動場において流体の改変装置１００の効果の測定を容易にする。空洞の試験部１０１ｂは、幅Ｔで高さＨの長方形の断面と、試験部１０１ｂの全断面に渡り延在する流体の改変装置１００とを備える。]
[0018] 図２ａでは、従来の流体の改変装置１００の第１の配列を説明するが、以下、流体の改変装置を格子と呼ぶ。格子１００は、試験部１０１ｂのｘ軸に対して対称に配列される複数の乱流生成すなわち格子要素を備え、格子要素それぞれは、流体が対向して流れ得る第１の表面部分と、流体が沿って流れ得る第２の表面とを有する。格子要素は、通過する流体の流れの中に乱流を発生させるように選択され、この配列では、格子要素は、自身の長さに沿って実質的に均一な、全体に細長い部材として実施される。格子要素は、構造１０２、１０３、１０４、１０５、の４セットとして配列され、そのそれぞれが、３つの細長い部材を含む。第１の細長い部材は、第２及び第３の細長い部材それぞれの長さに沿った途中で付着されるように、自身のそれぞれの端部で第２の細長い部材と第３の細長い部材に付着される。] 図２ａ
[0019] それぞれの細長い部材は、分離可能に互いに付着され、又は、互いに一体でどのような所与の構造も１つの平面状の薄板の一部であるように構成される。所与の構造の個々の部材は、他の構造の部材と隣接する、すなわち、格子１００は、流体の流れがそこを通る際に、個々の構造間に相対運動が防止されるよう、これらの隣接する部材は互いに係合して構成されることが留意されるであろう。]
[0020] 図面には示していないが、格子１００は、また、格子１００を空洞１０１ｂ内の位置決め機構と係合させるための支持体を含み、この支持体は格子１００と流体との間の相対運動を可能にするように構成される。]
[0021] 所与のセットを構築する構造の数は、対称条件、つまり、最後のセット中の構造を除き、所与のセット中の細長い部材の非接続の端部それぞれが、次のセット中の構造に隣接することが必要であるとの指定、によって束縛される。つまり、格子１００がさまざまな縮尺で繰り返され、そのそれぞれが全体として格子のより小さな複製物である部分に細分可能であるような幾何学的な模様を備えるため、格子要素はフラクタル構成に配列される。図２ａの格子は４セットの構造を有する。] 図２ａ
[0022] 図２ｂは、４セットの構造を有する他の構成の格子１００を示す。] 図２ｂ
[0023] 図３ａと図３ｂでは、従来の格子２００のさらに他の構成を説明するが、これらの構成では、格子要素は複数の構造を備え、そのそれぞれが多角形の形態である。図３ａ及び図３ｂに示す例では、多角形は正方形として実施されているが、他にも三角形、四角形、六角形、又は、端部と端部で結合した構成の部材を備えるどのような他の構造でもあり得る。図３ａに示す例では、４セットの構造２０２、２０３、２０４、２０５があるが、図３ｂでは５セットの構造が示される。格子は、さまざまな数の構造及びセットの構造を備えることが可能であり、添付の図面に例示された４セット又は５セットの構造に制限されるべきではないことが、前述の説明から認識されるだろう。] 図３ａ 図３ｂ
[0024] 図２ａ及び図２ｂに示す格子については、格子がさまざまな縮尺で繰り返され、そのそれぞれが全体として格子の小さな複製物である部分に細分可能であるような幾何学的な模様を備えるため、第２の構成による格子要素はフラクタル構成に配列される。] 図２ａ 図２ｂ
[0025] 図４は、本発明の第１の実施形態による格子３００を示す。格子３００は図３ａ及び図３ｂに示す従来の格子２００に類似の構成である。しかし、格子３００は全体に長方形形状の挿入体３０６を付加的に有し、この挿入体は、流動場の中心点３０７を自身の境界線の内側に囲む唯一の構造である構造３０２の、細長い部材それぞれの第１の表面部分（これに対向して流体が流れる）に付着されている。構造３０２中の挿入体３０６の配列は、挿入体３０６が流体の流動場の中心点３０７の周りに対称であるようになされ、この中心点３０７は構造３０２の中心点と一致する。図４で分かるように、挿入体３０６は構造３０２の細長い部材よりも幅が大きく、これにより、挿入体３０６それぞれは、自身が覆うそれぞれの細長い部材の縁に重なる又は縁を超えて突出する。挿入体３０６は、それぞれの構造の細長い部材間、さらに詳しくは、さまざまな細長い部材の第２の表面間の、流体の流れを阻害することに気づくであろう。加えて、挿入体３０６は、２つの異なるセットの構造３０２及び３０３に対応する細長い部材の一部に重なることに留意されたい。構造３０２上に隅部の少なくともいくつかを露出したまま残すことが好ましいが、これは、隅部自身は渦発生させ、したがって、良好な混合をもたらすためである。] 図３ａ 図３ｂ 図４
[0026] 挿入体３０６は実質的に硬質な材料で製作され、挿入体３０６が、それぞれの流体受け表面３０８に対向する流体の流れに耐えることができる。挿入体３０６は、流体の流れに抵抗できなければ、振動を始め、これは望ましくない。挿入体３０６に適する材料には、本発明のさまざまな用途によるだろうが、プラスチック膜、プレキシガラス及び他のアクリル又はプラスチックベースの材料、アルミニウム、及び他の適する金属を含む。１つの配列では、挿入体３０６は、接着剤及び機械的結合を含む既知の付着手段を使用して構造３０２の細長い部材に付着可能である。挿入体は、好ましくは、細長い部材に解放可能に付着されるが、しかし、他にも、別の支持体又は同様な部品を介して、細長い部材上に配置することも可能である。]
[0027] 図５は、本発明の第２の実施形態による格子４００を示す。格子４００は、本発明の第１の実施形態で説明した挿入体４０６の配列を含むが、また、第２のセットの構造４０３のそれぞれの外周の周りに、第２レベルの構造４０３それぞれの中心点４１０に対して対称に配列される、さらなるセットの挿入体４０９も含む。外周とは、第２レベルの構造４０３それぞれの外周であり、この構造の中心点４１０（これは第１の構造４０２の隅に対応する）から最も離れているものであり、内周とは、中心点４１０に最も近い内周である。挿入体４０９は、また、形状が実質的に長方形であるが、挿入体４０６よりも小さく、これは、第２のセットの構造４０３の細長い部材の表面積は、第１の構造４０２の細長い部材の表面積よりも小さいためである。挿入体４０９は、計４つの第２レベルの構造４０３に付着されており、第２レベルの構造４０３それぞれの上の挿入体４０９の配列は、流体の流動場の中心点４０７の周りに対称である。] 図５
[0028] 挿入体４０９は、第２レベルの構造体４０３それぞれの外周に付着されており、また、それぞれが、第３レベル及び第４レベルの構造４０４、４０５の縁に重なる。実際には、挿入体４０７は、第２レベル構造体４０３それぞれの外周と、挿入体のそれぞれの第３及び第４レベルの構造体４０４、４０５との間の隙間に配列される。しかし、構造４０２に外周の領域で重なる挿入体４０６とは対照的に、挿入体４０９は第２レベルの構造４０３それぞれの内周及び外周の両方では重ならない（そのような構成は別法として考え得るが）。]
[0029] 本発明の第１の実施形態、及び下に説明する残りの全ての実施形態では、挿入体４０９は実質的に硬質な材料で製作される。構造４０３それぞれへ挿入体４０９を付着させる手段は、本発明の第１の実施形態に関連して説明したものの任意の１つ又は組み合わせでよい。これは、また、下に説明する付加的な実施形態にも適用される。]
[0030] 他にも、挿入体４０９は、構造４０２上の挿入体４０６と同様な態様で、自身が構造４０３に重なるように、すなわち、挿入体４０９が構造４０３に重なるように、配列可能である。挿入体４０９の構造４０３に対するそのような重なりは、例えば、挿入体４０９の構造的な完全性が挿入体４０９の補強が必要なほど低いレベルである場合、必要な可能性がある。この場合には、構造４０３は挿入体４０９を補強する役割を担うだろう。]
[0031] 図６では、格子４００は、第２のセットの構造４０３のそれぞれの内周の周りに対称的に付着される付加的な挿入体４１１を有し、挿入体４１１が、第２レベルの構造４０３それぞれの中心点４１０に対して対称的に、且つ、第２レベルの構造４０３それぞれの内周とそれぞれの第３及び第４レベルの構造４０４、４０５との間の隙間に位置するように配列される。挿入体４０９と４１１それぞれは実質的に同じ大きさであり、第２レベルの構造４０３それぞれの上にある挿入体４０９及び４１１は、それぞれの構造４０３の細長い部材それぞれの周りに、実際上互いに鏡像である。] 図６
[0032] 図７に示す本発明の実施形態では、本発明の第２の実施形態の挿入体配列が、挿入体５０６の外周に沿って配列される、４つの付加的な実質的に正方形形状の挿入体５１２と、組み合わされる。挿入体５１２それぞれは、隣接する第４レベルの構造５０５の間の隙間内に入るように、挿入体５０６の中間点におおよそ配列されて、その外周上に位置する。挿入体５１２の配列は、流体の流動場の中心点５０７の周りに対称である。] 図７
[0033] 図８は、さらなる本発明の実施形態を示し、図７の挿入体配列が、挿入体５０６の内周上に配列される、４つの実質的に正方形形状の挿入体５１３のさらなるセットで補完される。挿入体５１３それぞれは、隣接する第４レベルの構造５０５の間の隙間内に入り、且つ、挿入体５０６を通る中心線の周りに挿入体５１２と対称になるように、挿入体５０６の内周が位置するところのおおよそ中間点上に配列される。挿入体５１３は、また、流体の流動場の中心点５０７の周りに対称に配列される。] 図７ 図８
[0034] 図９では、図８の実施形態が８つの実質的に正方形形状の挿入体５１４のさらなるセットを有し、第４レベルの構造５０５に挿入体５１４のそれぞれが重なるように、挿入体５１４のそれぞれが、挿入体５１２それぞれに隣接していずれかの側に配列される。説明した前の実施形態のように、挿入体５１４は、流体の流動場の中心点５０７の周りに対称に配列される。] 図８ 図９
[0035] 図１０に示す本発明の実施形態は、図９の挿入体の全てに加え、挿入体５０６の内周の周りに配列される、さらなる８つの実質的に正方形形状の挿入体５１６を含む。挿入体５１６それぞれは挿入体５１３のいずれかの側に配列され、挿入体５０６それぞれの内周に沿う挿入体５１３、５１６は、挿入体５０６それぞれの外周に沿って存在する挿入体５１２、５１４の鏡像を実質的に形成する。挿入体５１６は、また、中心点５０７の周りに対称である。] 図１０ 図９
[0036] 図１１では、さらなる４つの実質的に正方形形状の挿入体５１７が格子５００中に示される。挿入体５１７それぞれは、中心点５０７に最も近い第３レベルの構造５０４の内周に配置される。挿入体５１７は中心点５０７の周りに対称に配列されるが、第３レベルの構造５０４内では自身の配列に対称性はない。しかし、この配列は流れの反転を引き起こすことなく、満足のゆく流体混合を達成する。] 図１１
[0037] 図１２は、本発明のさらなる実施形態を示し、格子６００は、上の図４に関して説明したものと同様ないくつかの長方形形状の挿入体６０６と、２つの隣接する第３レベルの構造６０４を覆うさらなる長方形の挿入体６１８とを有する。挿入体６１８によって覆われる第３レベルの構造６０４は、同じ水平面中にあり、構造６０４の１つは流体の流動場の中心点６０７から最大距離に位置する。加えて、図１２の実施形態は、複数の第１、第２、第３及び第４レベルの構造６０２、６０３、６０４及び６０５に重なる三角形形状の挿入体６１９を有する。細長い長方形形状の挿入体６２０は、また、いくつかの第２、第３及び第４レベルの構造６０３、６０４及び６０５に重なるよう、格子を渡り斜めにも配列される。] 図１２ 図４
[0038] 挿入体それぞれの大きさは、挿入体が覆う構造（単数又は複数）の幾何形状によって、ある程度、束縛されることが認識されるだろう。例えば、ある挿入体が、ある構造に重なるよう意図する場合、流体の流れに効果的に干渉可能なように、目的の構造の内周及び／又は外周を超えて突出するように十分に深く（垂直の意味で）なくてはならない。]
[0039] 上に説明した実施形態のそれぞれの混合効果を例示するグラフを図１３ａ〜１３ｈ及び１４ａ〜１４ｈに示す。グラフは、格子からの距離（センチメートル）に対して、格子上流及び下流近接場における変動係数（ＣｏＶ）の変化を示し、既知のように、低い変動係数ほど、より良好な混合を示す。図１３ａ及び１４ａは図４に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｂ及び１４ｂは図５に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｃ及び１４ｃは図６に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｄ及び１４ｄは図７に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｅ及び１４ｅは図８に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｆ及び１４ｆは図９に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｇ及び１４ｇは図１０に示す流体の流れ装置に対するグラフであり、図１３ｈ及び１４ｈは図１１に示す流体の流れ装置に対するグラフである。図１３ａ〜１３ｈを図１４ａ〜１４ｈに比べると、格子の上流よりも格子の下流でより低い変動係数であることが分かる。しかし、格子の上流と下流の変動係数の両方とも、挿入体を有しない先行技術の格子に対して得られた変動係数よりも改善していることを示している。格子の近くと格子の上流で、ある程度の流れの反転がある。この流れの反転は、格子の上流で流体の流れに影響し、この領域での混合を改善する。圧力勾配に抗した物質移動もまた、可能である。] 図１０ 図１１ 図１３ａ 図１３ｂ 図１３ｃ 図１３ｄ 図１３ｅ 図１３ｆ 図１３ｇ 図１３ｈ
[0040] 上記の実施形態は、本発明の例示的な例として、理解すべきである。本発明のさらなる実施形態を説明する。例えば、流体が対向して流れるように意図した、上に説明した挿入体の表面は、全て実質的に長方形の形状をしているが、挿入体が不規則な形状の流体受け表面を有することも、可能であろう。同様に、挿入体は、（図１２に示すように）三角形等、他の正多角形の形状も取り得る。加えて、不規則な形状の挿入体は、正多角形の形態の挿入体と組み合わせても使用し得る。] 図１２
[0041] さらに、混合を改善するように穴を挿入体中に導入してもよい。そのような穴は、挿入体中の細孔又は穿孔の形態であり得る。]
[0042] 上の説明では、挿入体用に特定の材料を提示したが、流体の流れの結果としての振動に挿入体を抵抗可能とするような、どのような材料も適するであろうことが認識されるだろう。]
[0043] 上に説明した挿入体構成は、満足のゆく混合結果を全て証明したが、これらだけが、許容可能な挿入体構成ではないことが認識されるだろう。高い程度の混合を達成するが１０〜４０％の範囲の阻害物比率を維持する挿入体のどのような配列も許容可能であろう。挿入体の配列は流体の流動場の中心の周り、又は特定の構造の中心の周りに対称な構成に制限されない（図１２に示す配列によって例証されるように）。] 図１２
[0044] 上に説明した実施形態のいくつかでは、挿入体は、格子内の乱流生成すなわち細長い部材を実質的に覆うように使用される。しかし、他の実施形態では、挿入体は乱流生成部材にほとんど重なりがなく、挿入体は、これらの部材の間の隙間に主として配列される。これらの配列のいずれが特に好ましいというわけではなく、本発明の異なる応用では、ある構成が他の構成よりも満足できるものであると分かるであろう。]
[0045] 挿入体は、性質上、均質又は不均質でよい。同様に、均質及び／又は不均質な挿入体の混合物も使用可能である。]
[0046] 上に説明した格子構成に加え、格子は、２つの細長い部材を備える構造を含む構造の構成を有してもよく、１つの細長い部材が、もう１つの細長い部材に、細長い部材のそれぞれの長さに沿った途中で付着されて十字形状の構造を形成する。]
[0047] 阻害物比率を許容不可なレベルにまで増加させることなく、本発明の実施形態による格子を伴う簡単な態様で、満足のゆく混合が実現可能であることが本発明の発明者によって言及された。この観察は水に関してなされたものであるが、流れが単相流であれば、他の流体に対しても等しく適用できるはずである。]
[0048] 上に説明した流体の流れ改変装置の実施形態は、装置内に配列した挿入体を有するが、流体の流れ装置は、使用者が自身の好みに応じて、流体の流れ改変装置中に挿入する、挿入体のセットを伴って供給してよいことが認識できるだろう。同様に、乱流生成要素は、使用者によって流体の流れ改変装置中に挿入されるように、別途供給してもよい。]
[0049] 本発明の実施形態による流体の改変装置は、流体の流動場中で混合に有益な効果を持つとの事実の観点から、本発明の実施形態は、空気ブレーキ（例えば、飛行機用の）、自動車及びオートバイの周囲の流体の流れの空気力学的な制御、航海用途における風の特性の制御等の用途に、とりわけ多くの用途の中でも、周囲の流体に対する格子の物理運動によって相対運動が誘導されるような用途に使用可能であり、そのような場合には、支持構造が、例えば飛行機の翼に、貼り付けられる。他には、相対運動は、格子と流体の両方の部分の運動によってもたらされる。]
[0050] 図１５ａは本発明の実施形態による格子７００（格子７００上の挿入体は、分かりやすくするために図面から省略したが）を備える空気ブレーキを示し、この空気ブレーキは、翼の前縁１４０１と後縁１４０３との間で航空機の翼１４００に蝶番付きで接続される。翼１４００へのフラクタル空気ブレーキ７００の接続のための固定配置は、好ましくは、下降及び上昇機構を含み、この操作は空気速度に依存し、作動システム（そのような構成は、従来の前縁の翼スラット機構に採用されている）によって制御可能である。図１５ｂに、開発されたスラット複数が配置された１つの配置例を例示するが、スラットそれぞれはフラクタル空気ブレーキ７００を備える。一般的な設計原理として、フラクタル格子の種類及びその用途は、さまざまなフラクタル、空気力学、構造上のパラメータのいくつかの関数として決定可能である。実際、図１５ｂに示した例では、それぞれのフラクタル空気ブレーキ間で同様な幾何学的構成であるが、この他にも、個々のフラクタル空気ブレーキのそれぞれ、又は、いくつかは、所与の空気ブレーキを構築する構造、及び／又は、フラクタル寸法Ｄｆ、及び／又は厚さ比ｔｒの観点で、異なる構成を有してもよい。] 図１５ａ 図１５ｂ
[0051] さらに、流体の改変装置を使用し、これがなければ起こり得る空気力学的負荷によって誘導される構造的な振動を減少させることが可能である。]
[0052] 加えて、本発明の実施形態による流体の改変装置は、ラビリンスシール、及び換気システムに、及び化学反応器中の化学薬品の混合に使用可能であり、乱流が間欠性を伴わず生成可能であるので、したがって、よりよい混合を提供できる。比較的低い圧力降下で高い乱流強度を達成することも可能である。上に説明した流体の改変装置の実施形態は、燃焼室にも使用可能である。化学反応器と同様、乱流が間欠性を伴わず生成可能であり、消火の可能性も減少し得る。消火することなく燃焼が起こる流れ速度の範囲も増加可能であり、窒素酸化物の排気物を減少させる著しい可能性もある。]
[0053] 本発明の実施形態の他の用途には、熱、質量及び運動量の移送、及び／又は、特に音響雑音を制御する手段として流れ振動、及び／又は、流路の壁への熱の移送（本発明は流路内の混合を改善し、これによって、所与の流路の断面に渡る熱移送曲線を平坦化するため）を含む。]
[0054] どのような１つの実施形態に関して説明したどのような特徴物も単独で使用しても、又は説明した他の特徴物と組み合わせて使用してもよいし、どのような他の実施形態の１つ又は複数の特徴物又はどのような他の実施形態の組み合わせとも組み合わせて使用してもよいと理解されるべきである。さらに、上に説明していない同等物及び改造物もまた、添付の請求項に規定される本発明の範囲から逸脱することなく採用可能である。]

权利要求:

請求項1
流体の流れ改変装置であり、流体の流動場中で流体が当該流体の流れ改変装置に対して動く際に前記流体中に乱流を生成するための、流体の流れ改変装置であって、フラクタル構成に配列された複数の乱流生成要素であり、該乱流生成要素それぞれは前記流体が対向して流れ得る第１の表面部分と、前記流体が沿って流れ得る第２の表面部分とを有する、乱流生成要素と、少なくとも２つの前記乱流生成要素のうちの隣合う前記第２の表面部分間で流体の前記流れを阻害するように設けられた、当該流体の流れ改変装置における配列に対しての挿入体と、前記乱流生成要素と前記挿入体とに対する前記流体の運動を可能にするように、前記乱流生成要素を前記流体中に保持するための支持体とを備える、流体の流れ改変装置。
請求項2
前記挿入体が、前記挿入体の前記配列が前記流体の流動場の中心点の周りに対称であるように、少なくとも２つの前記乱流生成要素のそれぞれに付着可能である、請求項１に記載の流体の流れ改変装置。
請求項3
前記挿入体が、対向する前記流体の流れに実質的に耐え得るように、実質的に硬質な材料で製作される、請求項１又は２に記載の流体の流れ改変装置。
請求項4
前記挿入体がプラスチック又は金属で製作される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項5
前記挿入体は、流体が対向して流れ得る流体受け表面を有し、前記流体受け表面が不規則な形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項6
前記挿入体は、流体が対向して流れ得る流体受け表面を有し、前記流体受け表面が正多角形の形状である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項7
前記挿入体が多孔性である又は穿孔されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項8
前記挿入体が不均質である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項9
前記挿入体が前記乱流生成要素の前記第１の表面部分を少なくとも部分的に覆うように、前記挿入体が前記乱流生成要素の前記第１の表面部分に付着可能である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項10
前記挿入体が、前記乱流生成要素の前記第１の表面部分の縁を越えて突出するように配列される、請求項９に記載の流体の流れ改変装置。
請求項11
前記挿入体が付着可能である前記乱流生成要素は、流体の流動場の中心点に最も近接する乱流生成要素である、請求項９又は１０に記載の流体の流れ改変装置。
請求項12
前記第１の表面部分の少なくとも１つの端部が露出されて残るように、前記挿入体が前記乱流生成要素の前記第１の表面部分に付着可能である、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項13
前記挿入体が、前記乱流生成要素間の隙間に配列されるように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項14
前記乱流生成要素が、全体に細長い部材の形態をとる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項15
前記乱流生成要素が複数の構造に配列され、前記構造のそれぞれが複数の細長い部材を備える、請求項１４に記載の流体の流れ改変装置。
請求項16
前記構造が、複数の細長い部材を備える構造を含み、前記部材のそれぞれが他の細長い部材と「端部と端部とが対向する」関係にあり、前記構造が多角形の形態であるようになされている、請求項１５に記載の流体の流れ改変装置。
請求項17
前記構造が、２つの細長い部材を備える構造を含み、１つの前記細長い部材がもう１つの前記細長い部材にそれぞれの細長い部材のそれぞれの長さに沿った途中で付着される、請求項１５に記載の流体の流れ改変装置。
請求項18
前記構造が、３つの細長い部材を備える構造を含み、第１の前記細長い部材が、２つの端部を有し、前記第２の細長い部材と前記第３の細長い部材にそれぞれの長さに沿った途中で付着するように、前記第１の細長い部材のそれぞれの端部にて、第２の細長い部材と第３の細長い部材とに付着される、請求項１５に記載の流体の流れ改変装置。
請求項19
前記挿入体が、前記構造中の少なくとも２つの細長い部材のそれぞれに付着され、前記少なくとも２つの細長い部材上の前記挿入体の前記配列は前記構造の中心点の周りに対称であるようになされる、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項20
前記乱流生成要素が、第１の種類の要素と第２の種類の要素を含む、少なくとも２つの異なる種類の要素を含み、前記第１の種類の要素が前記フラクタル構成の第１レベルに配列され、前記第２の種類の要素が前記フラクタル構成の第２レベルに配列される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の流体の流れ改変装置。
請求項21
前記第１の種類の要素が第１の表面積を有し、前記第２の種類の要素が、前記第１の表面積とは異なる第２の表面積を有する、請求項２０に記載の流体の流れ改変装置。
請求項22
前記挿入体が、前記フラクタル構成の前記第１レベルの前記乱流生成要素の少なくともいくつかと、前記フラクタル構成の前記第２レベルの前記乱流生成要素の少なくともいくつかとに付着される、請求項２０又は２１に記載の流体の流れ改変装置。
請求項23
流体の流れ改変装置であり、流体の流動場中で流体が当該流体の流れ改変装置に対して動く際に前記流体中に乱流を生成するための、流体の流れ改変装置であって、フラクタル構成に配列された複数の乱流生成要素であり、前記乱流生成要素のそれぞれは前記流体が対向して流れ得る第１の表面部分と、前記流体が沿って流れ得る第２の表面部分とを有する、乱流生成要素と、少なくとも２つの前記乱流生成要素のうちの隣合う前記第２の表面部分間で流体の前記流れを阻害するように配列される挿入体と、前記乱流生成要素と前記挿入体とに対する前記流体の運動を可能にするように、前記乱流生成要素を前記流体中に保持するための支持体とを備える、流体の流れ改変装置。
請求項24
流体の流れ改変装置であり、流体の流動場中で流体が当該流体の流れ改変装置に対して動く際に前記流体中に乱流を生成するための、流体の流れ改変装置であって、フラクタル構成の配列のための複数の乱流生成要素であり、前記乱流生成要素それぞれは前記流体が対向して流れ得る第１の表面部分と、前記流体が沿って流れ得る第２の表面部分とを有する、乱流生成要素と、少なくとも２つの前記乱流生成要素のうちの隣合う前記第２の表面部分間で流体の前記流れを阻害するように設けられた、前記装置の中の配列のための挿入体と、前記乱流生成要素と前記挿入体とに対する前記流体の運動を可能にするように、前記乱流生成要素を前記流体中に保持するための支持体とを備える、流体の流れ改変装置。