JP2008546078A - 所望の質量重量特性を有する液体を放出するためのマニホールド及びその設計方法 - Google Patents

Abstract

所与の入口流体圧力で複数のオリフィスから流出するが所望の質量流量特性を有するようにマニホールドの複数のオリフィスを通って流体を放出するマニホールドを設計する。所望の質量流量特性は所望の質量流量及び三次元空間での流量の所望の方向及び分配を含む。マニホールドは最初に二次元表示としてモデル化され、所望の質量流量特性を二次元で達成するために必要なマニホールドパラメータを決定する。次に、マニホールドは予め二次元表示で決定したパラメータを基にして、三次元で達成するために必要な三次元のマニホールドパラメータを決定した三次元表示としてモデル化される。

Description

（関連出願の相互対照）
本特許出願は、２００５年５月２３日に出願された米国仮出願番号６０／６８３，６４１号の利益を主張する。

（発明の分野）
本発明はマニホールド及びその設計方法に関する。更に詳細には、本発明は、設計に求められるオリフィスを通った結果得られる流体の流量流体特性に備えるマニホールド及びその設計に関する。

マニホールドは、通常、入口よりも数の多い出口を通って流体を放出するパイプである。マニホールドは、その長さに沿って配置されて流体の出口の役割をする複数のオリフィスを有する。各オリフィスを出た流体は結果として、マニホールドに与えられた流体注入圧力に対する質量流量特性となる。質量流量特性には、質量流量及びマニホールドの伸長した（elongated）長さ上の複数のオリフィスから出る流量の方向及び分配が含まれる。

マニホールドの異なるアプリケーションは、所望の結果を達成するための異なる質量流量特性を必要とする。例えば、あるアプリケーションではマニホールドの長さにわたってほぼ一定の質量流量特性、即ち各オリフィスから出る流体が同じ質量流量及び流れ方向を有することを必要としてもよい。別のアプリケーションは、マニホールドの長さにわたって増加、減少、さもなければ絶えず変わる質量流量特性を必要とするかもしれず、及び／又は流れの方向がマニホールドの伸長した長さに対して垂直又は垂直でないことを必要としてもよい。したがって、所望の質量流量特性を有するか、或いは所望の質量流量特性が提供すると見込まれるのとほぼ同じ結果を少なくとも提供するマニホールドを設計及び製造することは有益である。

これまで、所望の質量流量特性を有するマニホールドを設計することは、マニホールドの設計が所与の質量流量特性を有すると仮定し、マニホールドを製造し、そして実際の質量流量特性を明らかにするために試験をする、という長く、費用のかかる試行錯誤のプロセスであった。これまでは簡単な一次元モデルのみが使用されてきた。一次元モデルの予測と質量流量特性の残りの二次元との結びつきは非常に大まかなものである。製造されたマニホールドの実際の質量流量特性は所望の質量流量特性と幾分食い違う。したがって、マニホールドの設計を知識に基づく推測にしたがって改善し、再製造し、次に実際の質量流量特性が所望の質量流量特性と一致しているかどうか測定するために再テストをしなければならない。実際の質量流量特性と所望の質量流量特性が適切に一致するまでこのプロセスは繰り返される。

従来のマニホールドの設計プロセスは、設計、及び製造の繰り返しはそれぞれコストがかかるという点で非常に負担が大きい。したがって、一つのマニホールドの設計のために特定の質量流量特性を求めるためには法外の費用がかかる可能性がある。

本発明の実施形態は、マニホールドの設計図を製作することが、所望の質量流量特性とほぼ一致する又は所望の質量流量特性とほぼ同じ結果を達成する実際の質量流量特性となるように、マニホールド及びその質量流量特性を三次元でモデル化する設計プロセスを利用することにより、これらの問題等に対処する。したがって、マニホールドの設計及び製造を複数回繰り返す必要が無くなり、所望の質量流量特性によって提供される結果を得るために必要な時間及び出費を大きく削減することができる。

一つの実施形態は、流体を放出するためのマニホールドを、コンピュータが実施する設計方法である。上記方法は、二次元表示に対して垂直方向に伸長し、流体の分与に適合されたマニホールドの要件を有する三次元図形の二次元表示を作成することを含み、流体を放出するために適応させる。上記方法は、マニホールドからの流体の適切な分配方向及び適切な質量流量特性について特定された二次元表示を基に、最初の境界条件としてマニホールドからの流体の所望の質量流量特性を決定することを更に含む。更に上記方法は、三次元図形の反転モデル（negative model）を作成し、反転モデルを６面体要素（hexahedral elements）に、６面体要素の少なくともいくつがが分配方向対して配向するようにかみ合わせ（mesh into）、マニホールドへの流体供給口を記載し、及びマニホールドからの流体出口の最初の一連の試験的幾何学的パラメータを記載している別の境界条件を決定し、及びマニホールドの伸長にわたって流体を分配することを包含する三次元図形用に、前記マニホールドからの質量流量及び前記流体の分配方向の予測を展開するため、流体の流量をかみ合わされた反転モデルの中にモデル化する。予測が、マニホールドからの所望の質量流量特性の二次元表示に対して垂直な方向への放出を、予め定められたマージン以内で記載することができない場合は、次に、マニホールドの連結放出口領域（combined outlet area）のマニホールドの連結吸気口領域（combined inlet area）に対する比を変更するために試験的幾何学的パラメータを改善する。マニホールドからの圧縮性流体の所望の質量流量を予め定められたマージン以内で記載するために予測することを可能とする、連結放出口領域の連結吸気口領域に対する最大比を見いだすために、微分方程式のグループを解いて試験的幾何学的パラメータを改善することを繰り返す。更に、上記方法は、試験的幾何学的パラメータの最後の繰り返しを反映させるために二次元表示を再作成し、所望の質量流量が放出されることを確認することを含む。

別の実施形態はその長さにわたる質量流量及び流体の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドの、コンピュータが実施する設計方法である。上記方法は、二次元表示に対して垂直方向に伸長するマニホールドの三次元図形の二次元表示から、マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、二次元表示内に表示されるスロット図形を決定することを含む。上記方法は更に、マニホールドの三次元図形の三次元表示から、二次元表示から決定されたスロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、三次元中にスロットの間隔を取り入れ、三次元中にスロットの総数を取り入れ、スロットの場所におけるマニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、三次元のスロット上の質量流量特性を決定することを更に含む。決定した質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、上記方法は、更に、三次元中のスロットのサイズ、三次元中のスロットの間隔、及び三次元中のスロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、及び質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致するまで三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定することを含む。

別の実施形態は、その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドである。当該マニホールドは、二次元表示に対して垂直方向に伸長するマニホールドの三次元図形の二次元表示を作成することによって得る。上記マニホールドは更に、マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、二次元表示内に表示されるスロットのためのスロット図形を決定している、二次元表示から得る。更に、上記マニホールドは、マニホールドの三次元図形の三次元表示を作成し、前記マニホールドの三次元図形の三次元表示から、二次元表示から決定されたスロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、三次元中にスロットの間隔を取り入れ、三次元中にスロットの総数を取り入れ、スロットの場所のマニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、三次元のスロット上の質量流量特性を決定することから得る。決定した質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、上記マニホールドは、更に、三次元中のスロットのサイズ、三次元中のスロットの間隔、及び三次元中のスロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、質量流量特性が所望の質量流量特性と実質的に一致するまで三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定することにより得る。

別の実施形態は、その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドである。当該マニホールドは、６０ｃｍを超える長さを有する伸長したチューブを含む。前記マニホールドは、更に、所望の質量流量特性となるように所与の入力圧力と一致させた、長さに沿って間隔をあけた一連の開口部を含む。

本発明の実施形態は、質量流量、流量の方向、及び伸長したマニホールドの長さにわたる流量の分配を含む所望の質量流量特性を提供するためのマニホールド、及びマニホールドの設計方法を提供する。求められる特定の結果は用途によって様々であり、そのために特定の質量流量特性が望まれている。本明細書に記載の実施形態は、かかる所望の質量流量特性を有する、又は所望の質量流量特性によって得られたと考えられる結果と実質的に同じ結果を少なくとも提供するマニホールドの、コンピュータが実施する設計を提供する。

無限の用途及びそれに対応する考慮すべき所望の質量流量特性が存在するが、本明細書で記載する本発明の具体的な実施形態では、メルトブローン布地の製造分野で生じる問題に関連して起こる代表的な実例に関連して説明する。

図１を参照し、メルトブローン布地の製造分野で生じる問題を簡単に説明する。メルトブローンダイ２２を含むメルトブローン装置２０が代表的断面図において示されている。“Ｄ”方向に動く収集ベルト２６に向かって伸長する高分子フィラメントのストリーム２４を放出するためにメルトブローンダイ２２が使用され図示される。従来の方法によると、メルトブローンダイ２２は、押出成形オリフィス３２のラインから押し出された直後のストリーム２４に加熱されたガスの２つの流れをあてるためのキャビティ２８及び３０を備える。フィラメントが、収集ベルト２６上に所望の布地３４を作成するのに適したサイズ及び分散となるように、キャビティ２８及び３０から出てくる加熱されたガスジェットにより、押出成形オリフィス３２から出てきたフィラメントを引き伸ばし薄くする。この実施例に関してはベルトが描かれているが、フィラメントを布地へと変える目的で回転ドラムを使用することができることは、メルトブローン技術の知識を有するものには理解されよう。

メルトブローン装置２０は、“Ｄ”方向に対して、ストリーム２４の、一つは上流側、もう一つは下流側に位置する対のダクト４０及び４２を更に備える。ダクト４０及び４２から第二のフロー（flow）がフィラメントのストリーム２４に向かって放出され、フィラメントが収集ベルト２６上に突き当たる時にはフィラメントは布地３４にとって所望の特性を有している。

以上の説明は、概して、ブレイスター（Breister ）らによる米国特許第６，８６１，０２５号の開示に従っており、収集ベルト２６の速度が低速及び中程度でのメルトブローン布地の製造に適している。しかし、プロセスが加速されるにつれて、例えば、布地の製造が３５ｇ／時間／孔を超えた後には、押し出されたフィラメントの一部に誤作動を与えるという形の問題が起きる。より速い押し出し速度では、収集ベルト２６上へのフィラメントの蓄積が中断し、フィラメントの一部がダイ２２の表面上、並びにダクト４０及び４２上に蓄積し始める。この観察結果は、上向きの渦の形（standing vortice）の対を成す再循環領域（areas of recirculation）が、Ａ及びＢでマークされた場所におおよそ形成されたことを示唆している。

したがって、布地３４の所望の特性を維持したままラインの速度を速められることが望まれており、また、仮定された再循環領域Ａ及びＢの崩壊（disrupting）は、図１の二次元表示に対して垂直方向に延長するガス分配マニホールドによって解決可能であると考えられる。

最初の幾何学的表示を図２にしたがって構成した。簡略化のため、問題は収集ベルト（図１では２６）が動いてすべりなし条件（no-slip condition）によっていくらかの流体運動を発生させるという認識される複雑さの割には左右対称であるという仮定がなされた。既存の図形であるキャビティ（図１では２８）、ダクト（図１では４２）、及び収集ベルト（図１では２６）が、実質上、それぞれ幾何学的図形２８ｖ、４２ｖ、及び２６ｖとしてに表されている。境界条件は、収集ベルト２６が高速ラインスピードで稼動した場合に、不十分ではあるが最高の条件を提供する公知の気体の圧力であるように設定された。幾何学的表示では、これら圧力は線５０、５２、及び５４に沿って均一に排出されると仮定する。

この二次元図形及びこれらの境界条件は、補助マニホールドを追加して再循環領域を適切に分離するための所望のマス特性が何かを決定するのに備えて再循環領域の存在を判定するための、市販の流量分析パッケージに提供されている。多くの市販の商品は好適であると考えられるが、米国ニューハンプシャー州レバノンのフルエント社（Fluent Inc.）から市販されているフルエント・ソルバー（FLENT Solver）を使用してもよい。この問題のためにはＫ−ε２方程式モデルが選ばれ、繰り込み群（renormalized group）が使用可能である。ガスの粘性加熱の関数（function taking viscous）も可能である。記載された図形と境界条件が配置され、図２で定義されたスペースが有限要素にかみ合わされるとすぐに、均衡状態が成立した後のガスフローを表す流線型を視覚化する方法でソルバーが起動する。図３にはこれら流線型が示されている。この図において、Ａ及びＢの再循環領域が形成されるという仮説は、これらの場所の周囲に閉じた流線型が見られることで強められる。

本実施例では、図４に示される新しいマニホールド６２の中の開口部６０から放出される更なるガスフローによって再循環領域が乱されている可能性があると考えられる。他の図形にも当てはまることだが、ガス分配マニホールド６２は図１の二次元表示に対して垂直方向に伸長していると仮定され、所与の断面図は、この垂直方向に沿って切り取られた他のいかなる断面図の流量をも示している。簡略化のために、境界条件線６４がマニホールド６２の中に定められ、この段階で、すべての可能な断面において線６４に沿って均一な圧力が均一に保たれていると仮定する。後に設計プロセスにおいて、この簡略化のための仮定は必要に応じて実証及び説明がなさるであろう。

この詳細な実施例の出発点として、所望の生産速度（３５ｇ／時間／孔超が求められる）でフィラメントが必要とする処置を達成するために、再循環領域を乱すためにマニホールド６２から吐出する質量流量は、ダクト４２からの必要とされることが分っている質量流量の５０％でなければならないと仮定する。別の出発点として、ただ単に容易に入手可能なコンプレッサの静圧容量の妥当な分留（fraction）から、線６４に沿った圧力は適正値、例えば合計０．１４Ｍｐａ（２０ｐｓｉｇ）に適宜設定する。開口部６０の最初の大きさは、マニホールド６２内の想定圧力におけるマニホールド６２から必要な想定質量流量より簡単なオリフィス式（orifice equations）で得る。

これらの条件を設定し、再度ソルバーを使用して新しい図形及び境界条件を分析する。この実施例のために、マニホールド６２の周囲の開口部６０の場所を変えながら数多くの試験がなされる。押し出されたフィラメントを再循環領域から分離するために移動しているガスのカーテンウォールを作るため、マニホールド６２からの流出を再循環領域Ｂの中心に定めるのではなく、その前側とすることで最良の結果を得るであろうことが、試験によって形成された流線型の分析で示唆された。図５はこの条件を表しており、この時点で、マニホールド６２の分配方向は、所与の入力圧力について事前に予想した質量流量に追随するように予め決められていたと言える。三次元のマニホールドの伸長された長さにわたる流量の分配は、再循環領域から適正に分離するために均一でなければならない、ということが、この実施例において更に仮定される。

この詳細な実施例においてマニホールド６２からの流出が向かう最良の方向が決定したら、流量の供給に伴うエネルギー消費を節約するため、再循環領域の分離を維持しながらマニホールド６２からの想定質量流量を減少できるかどうかを判定するためのソルバーを使ったさらなる試験グループを実施する。この詳細な実施例のためのこれら実験により、マニホールドからの流れがフィラメント２４を再循環領域から分離できなくなる前に、質量流量をダクトから放出される質量流量の３０％に削減できることがわかっている。

伸長したマニホールド６２の長さに沿って、二次元表示に対して垂直方向に、特定された質量流量を均一に送ることが可能であることが判明したという前提で、この時点までに、解決が必要な実際の問題に対する実行可能な解決、即ち所望の質量流量特性、を得た。先になされた、これは可能であろうという簡略化のための仮定は更に実証されなければならない。この課題を実行するためにマニホールド６２の内部及びそのすぐ周辺のガスの三次元の数学的表示を作成する。この表示の中で、マニホールド６２ｐの図形は基本的に逆であり、ガスが流れることのできない境界線を定義している。図６はこの幾何学的表示を示している。図にはマニホールド６２ｐの半分が仮想表示に変換されており、これは状況が左右対称であるという簡略化のための仮定がなされたためである。本表示に更に含まれているのは、マニホールド６２ｐの仮想表示から放出される排ガスの解決ドメイン（solution domain）である。マニホールド６２ｐの外側近傍で、少なくともスロット８０ｐの周辺に関するガス容量は三次元の数学的表示に含める必要があるというのは直覚的に明白ではないかもしれないが、直感は不正確である。この一見したところ余分な容量を三次元の数学的表示に含まないことが、正しくない結果を引き起こすことが多い。

ブリッジ８２ｐで隔てられた一連のスロット８０ｐとして開口部６０ｐを備えることにより構造的強度を増すことが必要かもしれないことを認識しながらマニホールド６２ｐの表示を設計してもよい。本説明の中で、外径５１ｍｍ、内径４５ｍｍ、及び長さ１８８ｃｍ（典型的には６０ｃｍよりかなり短い先行技術の試行錯誤のマニホールドに比べて相対的に長いマニホールドである）の円筒状管が、かかるサイズはメルトブローン装置２０の中に好適に設置可能であるという理由から選択された。この詳細な実施例の分析の出発点として、対象となるメルトブローン装置のオリフィスにしたがって、チューブは、長さ３８ｍｍ、幅３．２ｍｍであり、ブリッジ（bridge）で互いの間が３．２ｍｍ離間されるスロットを備えると仮定した。

マニホールド６２ｐの逆表示の外側の内部及び外側に隣接するガス容量は、次に、有限６面体要素に、６面体要素の少なくともいくつかが分配方向に対して図中Ｆとして示されているように配向されるようにかみ合わされる。境界条件として、マニホールド６２ｐは一方の末端部８４、又は末端８４及び８６の両側から充填されると仮定する。更に詳細には、２次元的表現において再循環領域の分離をもたらした、例えばｋｇ／秒／ｍの単位長さの質量流量にマニホールド６２ｐの長さを乗じる。次に、（全質量流量のもう一方の半分はマニホールドの左右対称の残り半分によって処理されるので）末端８４、又は末端８４及び末端８６の表面を介してその全質量流量の半分が表示に入ることが境界条件として設定される。

この三次元図形及びこれら境界条件が再度フルエント・ソルバーに与えられ、Ｋ−ε２方程式モデルが再度使用される。また、繰り込み群の使用、及び（本実施例の流体は圧縮性空気なので）ガスの粘性加熱の関数を考慮することもまた可能である。様々な地点における流体速度のベクトル及びマグニチュードを得るために続いてソルバーを実行する。各スロットを分配方向に通過する流体の速度を疑似カラーで視覚化するためにベクトル場を使用し、こうしてデリベーションによって、伸長したマニホールドの長さにわたる質量流量の実際の分布の指標を提供する。これは図７として示されており、マニホールドの中にガスが一方の末端から流れの方向“Ｆ”に入っていっている。試験的幾何学的パラメータが所望の質量流量特性を導き出すことに失敗したように、流量がマニホールドの伸長した長さに沿って均一でないことがこの図から認められる。

本発明の実施形態によると、スロット長、スロット幅、スロット間隔、マニホールドの直径等の試験的幾何学的パラメータの分析が、マニホールドからの必要な質量流量の放出を所望の放出と十分同じに記載できない場合には、これら幾何学的パラメータを改善し分析をやり直すことが必要である。特定の用途のためにマニホールドの伸長した長さにわたる均一な流量が所望される場合には、連結放出口の連結吸気口に対する比を削減することにより、流量がもっと均一に分配される傾向があることが見い出された。本実施例において、６．４ｍｍ幅のスロットからの流量が十分均一でないことが図７の視覚化がによって示された場合には、三次元モデルの幾何学的パラメータを１．５９ｍｍ幅に調節してモデルを再度ソルバーにかける。狭くなった各スロットを分配方向に通過する流体速度を視覚化するために再度ソルバーを実行する。これは図８として示されており、速度、及びデリベーションによって質量流量特性が図７の場合よりもマニホールドの伸長した長さにわたる流量がはるかに均一であることが図からわかる。この詳細な実施例では、再循環領域からフィラメントを分離するためのガスの流れの均一なカーテンウォールを製造ウェブ全体にわたって作るための流量特性の均一性は十分良好であると考えられる。

この特定のメルトブロー状況についてこの推定を検証するために、図８を作り出したパラメータにしたがって金属で実物のマニホールドを製造し、このマニホールドを二次元分析で特定された方向及び位置にしたがって図４に示されているようにメルトブローに設置した。上記マニホールドを両端でトータルで０．１４ＭＰａ（２０ｐｓｉｇ）まで加圧し、布地を製造した。フィラメントがダイ及びダクトの正面に不必要に蓄積することは妨げられ、布地の特性に悪影響がないことが認められた。

マニホールドの長さに沿ったアウトプットに必要な程度の均一性を得ることが必要な時は、マニホールドの連結放出口と連結吸気口との比率を削減する工程に関して注意するよう警告することが適切である。不注意に必要以上に比率を削減すると別の問題、特に質量流量を通すために必要な圧力の量に関連した問題を引き起こす傾向がある。より高い圧力を得ようとするほど、マニホールド６２を提供するために好適なコンプレッサ又はブロワーを設置するという点で益々費用がかかり、高圧力であるほど、圧力の応力に耐えるためにマニホールド６２がより高価な材料で造られることが必要となり得る。

実際、ある状況においては、三次元モデルで幾何学的パラメータを繰り返す際に、使用したいと望む装置が限られている中で目標の質量流量及びマニホールドの長さに沿った流量の目標の分配を達成することは困難であることが判明するかもしれない。このような場合には任意の工程を実施してもよい。マニホールドの長さに沿った必要とされるレベルの均一性を提供できる所望の装置の最高質量流量を記録し、二次元表示をかかる質量流量で再構成する。マニホールドの正確な配置と分配方向のパラメータを繰り返し分析し、次に、目標の流量分布を維持しながらのマニホールドの質量流量の最大出力が、予め設定した所望の質量流量特性の目標を十分達成できる組合せ、例えば本実施例では再循環領域の分離、を求めることが可能である。質量流量と流れの分配の組合せに関与する一部の質量流量特性を、マニホールドの図形とガス供給装置の一部の組合せについて得ることが時として不可能であることは理解されよう。本方法が所望の分配に好適であると認める一部の構成が、内部圧力を維持するための十分な構造的強さを有するのに、又は設置した時に支持体の間の距離をまたぐ（spanning）のに不適切であることもまた理解されよう。流体を分配するよりむしろ排出する吸気マニホールドに関する要件が、本発明の方法による処置に好適であると考えられる。

様々な実施形態を参照しながら本発明を詳細に示し、説明してきたが、本発明の思想、及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細の様々な変化がなされうるということが、当業者によって理解されるであろう。

特定の生産速度を超えて稼動した場合に大きな再循環領域を有することが見い出されている従来のメルトブローン装置の断面図。 再循環領域を分離するために必要な質量流量を有する補助マニホールドを設計する際に利用されたメルトブローン装置の断面の二次元幾何学的描示である。 補助マニホールドを設計する際に利用される流線型のモデル化を考慮に入れて有限要素にかみ合わされた後の、図２の幾何学的描示である。 補助マニホールドを追加した後の図２の幾何学的表示である。 補助マニホールドを導入したことによって生じる流線型のモデル化を考慮に入れて有限要素にかみ合わされた後の、図４の幾何学的描示である。 図５に示されるかみ合わされた要素の二次元幾何学的表示によって定義された条件を有する補助マニホールドの三次元幾何学的表示である。 結果的に不均一な分配及び垂直でない方向の流量となった図６の幾何学的表示内での設計の初期の試みの後の、補助マニホールドの質量流量の分配及び三次元にわたる方向を示している。 結果的にほぼ均一な分配及びほぼ垂直方向の流量となった図６の幾何学的表示内での設計の次の試みの後の、補助マニホールドの質量流量の分配及び三次元にわたる方向を示している。 マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。 マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。 マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。 マニホールドの設計方法の例示的実施形態を示すフローチャートである。

Claims (20)

1. 流体を放出するためのマニホールドの、コンピュータが実施する設計方法であって：
   二次元表示に対して垂直方向に伸長し、流体の分与に適合されたマニホールドの要件を有する三次元図形の二次元表示を作成すること；
   前記マニホールドからの前記流体の適切な分配方向及び適切な質量流量について特定された前記二次元表示をもとに、最初の境界条件としてマニホールドからの圧縮性流体の所望の質量流量特性を決定すること；
   前記三次元図形の反転モデルを形成すること；
   前記反転モデルを６面体要素に、当該６面体要素の少なくともいくつかが前記分配方向に対して配向するようにかみ合わせること；
   前記マニホールドへの流体供給を記載し、前記マニホールドからの流体出口の最初の一連の試験的幾何学的パラメータを記載している更なる一連の境界条件を決定すること；
   前記マニホールドの伸長にわたって前記流体を分配することを包含する前記三次元図形用に、前記マニホールドからの前記質量流量及び前記流体の分配方向の予測を展開するため、前記流体の流量をかみ合わされた前記反転モデルの中にモデル化すること；
   前記予測が、マニホールドからの前記所望の質量流量特性の前記二次元表示に対して垂直な方向への放出を、予め定められたマージン以内で記載することができない場合、前記マニホールドの連結放出口領域の前記マニホールドの連結吸気口領域に対する比を変更するために前記試験的幾何学的パラメータを改善すること；
   前記予測が、前記マニホールドからの前記圧縮性流体の前記所望の質量流量を前記予め定められたマージン内で記載することを可能とする、前記連結放出口領域の前記連結吸気口領域に対する最大比を見いだすために、微分方程式群を解き、前記試験的幾何学的パラメータを改善することを繰り返すこと；
   前記試験的幾何学的パラメータの最後の繰り返しを反映させるために前記二次元表示を再作成し、前記所望の質量流量が放出されることを確認すること、
   を含む方法。
2. 流体が圧縮性である、請求項１に記載の方法。
3. 更なる境界条件が、マニホールドへの圧縮性流体の入口温度、及びマニホールドへの圧縮性流体の入口圧力の少なくとも一方を包含する、請求項１に記載の方法。
4. 試験的幾何学的パラメータが、出口の長さ、出口の幅、出口の数、マニホールドに沿った出口の間隔、二次元表示中のマニホールドの主要寸法、及びマニホールドの壁の厚さの少なくとも一つを包含する、請求項１に記載の方法。
5. 最初の一連の試験的幾何学的パラメータに、マニホールドの出口の総表面積が入口の総表面積未満であると記載されている、請求項１に記載の方法。
6. 出口位置におけるマニホールドの厚さが少なくとも１ｍｍである、請求項１に記載の方法。
7. その長さにわたる質量流量及び流体の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドの、コンピュータが実施する設計方法であって：
   二次元表示に対して垂直方向に伸長する前記マニホールドの三次元図形の二次元表示から、前記マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、前記二次元表示内に表示されるスロットの図形を決定すること；
   前記マニホールドの前記三次元図形の三次元表示から、前記二次元表示から決定された前記スロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、前記三次元中にスロットの間隔を取り入れ、前記三次元中にスロットの総数を取り入れ、前記スロットの場所における前記マニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、前記三次元のスロット上の質量流量特性を決定すること；及び
   前記決定した質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、前記三次元中の前記スロットのサイズ、前記三次元中の前記スロットの間隔、及び前記三次元中の前記スロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、及び前記質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致するまで前記三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定すること、を含む方法。
8. 繰り返し変更ステップが、二次元表示中で予め設定した質量流量を変更したという解決にいたる場合、繰り返し変更ステップがマニホールドの伸長にわたる質量流量及び流量の分配方向を定義する、許容可能な質量流量特性を提供したことを、二次元中のスロットサイズ及び最後の繰り返しで得た質量流量を用いて二次元表示を再評価することにより確認すること、を更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 所望の質量流量プロルァイルが、三次元の各スロットについての三次元に対して垂直である流量の分配方向を包含する、請求項８に記載の方法。
10. 所望の質量流量プロルァイルが、三次元のスロット上に均一に分配される質量流量を包含する、請求項８に記載の方法。
11. その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドであって、次の工程：
    二次元表示に対して垂直方向に伸長する前記マニホールドの三次元図形の二次元表示を作成すること；
    前記二次元表示から、前記マニホールドにかかる所与の入口圧力用のスロットのための所望の質量流量及び所望の流量の分配方向を提供するために、前記二次元表示内に表示される当該スロットのためのスロット図形を決定すること；
    前記マニホールドの前記三次元図形の三次元表示を作成すること；
    前記マニホールドの前記三次元図形の三次元表示から、前記二次元表示から決定された前記スロットのサイズ、質量流量、及び流量の分配方向を利用し、前記三次元中にスロットのサイズを取り入れ、前記三次元中にスロットの間隔を取り入れ、前記三次元中にスロットの総数を取り入れ、前記スロットの場所の前記マニホールドの壁厚さを取り入れ、その後、前記三次元のスロット上の質量流量特性を決定すること；及び
    決定した前記質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致しない場合、前記三次元中の前記スロットのサイズ、前記三次元中の前記スロットの間隔、及び前記三次元中の前記スロットの総数の少なくとも一つを繰り返し変更し、前記質量流量特性が前記所望の質量流量特性と実質的に一致するまで前記三次元のスロット上の質量流量特性を再度決定すること、によって得られるマニホールド。
12. 繰り返し変更ステップが、二次元表示中で予め設定した質量流量を変更したという解決にいたる場合、繰り返し変更ステップが、マニホールドの伸長にわたる質量流量及び流量の分配方向を定義する、許容可能な質量流量特性を提供したことを、二次元中のスロットサイズ及び最後の繰り返しで得た質量流量を用いて二次元表示を再評価することにより確認すること、を更に含む、請求項１１に記載の方法。
13. 所望の質量流量特性が、三次元の各スロットの三次元に対して垂直である流量の分配方向を包含する、請求項１１に記載のマニホールド。
14. 所望の質量流量特性が、三次元のスロット上に均一に分配される質量流量を包含する、請求項１１に記載のマニホールド。
15. その長さにわたる質量流量及び流量の分配方向を定義している所望の質量流量特性を有する流体を放出するためのマニホールドであって、
    ６０ｃｍを超える長さを有する伸長したチューブと、
    所望の質量流量特性となるように所与の入力圧力と一致させた、長さに沿って間隔をあけた一連の開口部と、
    を含むマニホールド。
16. 所望の質量流量特性が、三次元の各スロットの三次元に対して垂直である流量の分配方向を包含する、請求項１５に記載のマニホールド。
17. 所望の質量流量特性が、三次元のスロット上に均一に分配される質量流量を包含する、請求項１５に記載のマニホールド。
18. 一連の開口部が、特定の数の開口部、特定のサイズ、及び特定の間隔を有することにより所与の入力圧力と一致する、請求項１５に記載のマニホールド。
19. 流体を放出するためのマニホールドを、コンピュータが実施する設計方法であって：
    前記マニホールドから放出される流体の質量流量特性を決定すること；
    分配方向を定義するために前記マニホールドの三次元図形の反転モデルを形成すること；
    前記反転モデルを６面体要素に、当該６面体要素の少なくともいくつがが前記分配方向対して配向するようにかみ合わせること；
    前記マニホールドへの流体供給を記載し、前記マニホールドからの流体出口の最初の一連の試験的幾何学的パラメータを記載している更なる一連の境界条件を決定すること；
    前記マニホールドの伸長にわたって前記流体を分配することを包含する前記三次元図形用に、前記マニホールドからの前記流体の前記質量流量の予測を展開するため、前記流体の流量をかみ合わされた前記反転モデルの中にモデル化すること；
    前記予測が、前記マニホールドからの所望の質量流量特性の二次元表示に対して垂直な方向への放出を、予め定められたマージン内で記載することができない場合、マニホールドの連結放出口領域のマニホールドの連結吸気口領域に対する比を変更するために前記試験的幾何学的パラメータを改善すること；及び
    前記予測が、前記マニホールドからの前記圧縮性流体の前記所望の質量流量を前記予め定められたマージン以内で記載することを可能とする、前記連結放出口領域の前記連結吸気口領域に対する最大比を見いだすために、微分方程式群を解き、前記試験的幾何学的パラメータを改善することを繰り返すこと、
    を含む、方法。
20. 反転モデルが、出口からマニホールドの外側の周囲の距離の少なくとも一部の、マニホールドの外側近傍の流体の容量を包含する、請求項１９に記載の方法。

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