テスラバルブ

テスラバルブは、発明者によってバルブコンジットと呼ばれ、固定形状のパッシブチェックバルブです。可動部品なしで流体を一方向に優先的に流すことができます。この装置は、この発明により1920年に米国特許1,329,559を取得したニコラ・テスラにちなんで名付けられました。特許出願では、この発明について次のように説明しています。^[1]

導管の内部には、拡大部、凹部、突起、バッフル、またはバケットが設けられており、これらは、表面摩擦以外の一方向の流体の通過に対して実質的に抵抗を与えない一方で、反対方向の流れに対してはほぼ通過不可能な障壁を構成します。

テスラはこれを図面で説明し、一連の 11 個のフロー制御セグメントを備えた 1 つの可能な構造を示しました。ただし、必要に応じて、このようなセグメントを任意の数使用して、フロー調整効果を増減することもできます。

バルブは、一方向（逆方向）の流れの圧力降下が他方向（順方向）の流れの圧力降下よりも高くなる構造です。この流れ抵抗の差により、振動流では順方向の正味の方向流量が発生します。効率は、方向抵抗の比である二乗率で表されることがよくあります。 ${\displaystyle \mathrm {Di} }$

流動抵抗は、電気抵抗のオームの法則^[2]と同様に、適用される圧力降下と結果として生じる流量の比として定義されます。

${\displaystyle R={\frac {\Delta p}{Q}}}$ここで、は導管の両端間の圧力差、は流量です。 ${\displaystyle \Delta p}$${\displaystyle Q}$

ダイオード性は、逆流抵抗と順流抵抗の比です。 の場合、問題の導管はダイオード動作をします。 ${\displaystyle \mathrm {Di} ={\frac {R_{\rm {r}}}{R_{\rm {f}}}}}$${\displaystyle \mathrm {Di} >1}$

したがって、二極度は、同一の流量における圧力降下の比でもある：^[3]

$${\displaystyle \mathrm {Di} =\left({\frac {\Delta p_{\rm {r}}}{\Delta p_{\rm {f}}}}\right)_{Q},}$$

ここで、は逆流圧力降下、 は流量に対する順流圧力降下です。 ${\displaystyle \Delta p_{\rm {r}}}$${\displaystyle \Delta p_{\rm {f}}}$${\displaystyle Q}$

同様に、二極性は同じレイノルズ数における無次元ハーゲン数またはダルシー摩擦係数の比として定義することもできます。 ^[4]

テスラバルブは可動部品がないため、特にパルスジェットなどの圧力反転が頻繁に起こる用途では、摩耗や疲労に対する耐性がはるかに優れています。^[5]

テスラバルブはマイクロ流体アプリケーションで使用されており^[7]、拡張性、耐久性、さまざまな材料での製造の容易さなどの利点があります。^[8]また、マクロ流体アプリケーションやパルスジェットエンジンでも使用されています。^[4] 2021年にXiaomiは、一部の携帯電話にループ液体冷却技術を使用することを発表しました。この技術では、テスラバルブを使用して、冷却剤の流れが一方向であることを確認します。^{[9] [10]}

2セグメントと4セグメントのテスラバルブの計算流体力学シミュレーションでは、ブロック（または逆方向）の流体抵抗が、妨害されない（または順方向）の方向よりもそれぞれ約15倍と40倍大きいことが示されました。[ 11 ^]これは、テスラの特許の主張を裏付けるもので、彼の図のバルブ導管では「約200の圧力比が得られ、デバイスがわずかに漏れるバルブとして機能する」としています。^[1]

しかし、元の設計を含む定常流実験では、2つの抵抗の比率が2〜4の範囲で小さくなることが示されています。 ^{[4]また、このデバイスは}脈動流でより効果的に機能することも示されています。^[4]

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