流体素子(りゅうたいそし)とは、水や空気などの流体を利用して、電気回路のスイッチングと同様の作用を行うことを目的とした部品の総称。その原理は、安定して流れている流体の中にわずかな流量の制御流を加えると、流れが大きく変化するという流体力学に基づいた効果を利用したものである。従って、バルブのような機械的な作動部分は存在しない。例えば、Y字形の溝が彫られた流体素子では、Y字の下から流体を流すと、流れは分岐部分で分割され、Y字形の両腕の部分から出てくる。ここでY字の分岐部分に開けた小さな穴から、流れに直角な方向に微小な流量を流すと、下からの流れの大部分はY字の片腕に流れ、反対の腕には流れなくなる。微小な流量を流すのをやめれば、下からの流れは、元通りY字の両腕に流れる。これは、微小な流れによって分岐部の片側に渦が発生し、一方の流れを阻害するためである。原理はまったく異なるが、効果だけを見れば、微弱な電流を流すことで主回路の電流をスイッチングするトランジスタと同等の作用をしたことになる。このような流体素子を複数個組み合わせる事により、NAND、OR等の論理回路を形成する事も出来る。従って、理論的には、流体素子のみで構成された流体コンピュータも実現可能である。流体素子を使用する計算機にもアナログ計算機とデジタル計算機がある。1949年に当時ロンドン・スクール・オブ・エコノミクスの学生だったアルバン・ウィリアム・フィリップスによってパイプを通る水の流れで正確に経済を巡る貨幣の流れを再現するアナログ計算機であるMONIACを開発した。元々、1960年代のアポロ計画において、放射線が飛び交う過酷な宇宙環境でも影響を受けない制御回路の研究からスタートしたもので、当初はロケットエンジンの噴射ガスを利用して、ミサイルや宇宙船の姿勢制御への応用が考えられていた。その後、電子機器の信頼性向上や、大規模集積回路(LSI)の登場といった電子技術の急速な進歩によって、流体素子の長所も急速に薄れ、次第に顧みられなくなった。近年、MEMSにより、集積化が可能となったことから、マイクロマシンへの応用、化学反応の制御といった可能性が期待されている。日本では早稲田大学の土屋喜一と鉄道技術研究所との共同研究によって開発された豪雪地帯を走る上越新幹線の融雪用スプリンクラーなどに使われた例がある。このスプリンクラーは、一般家庭に見られるような水の反動で自らが回転するタイプではなく、流体素子によって散布されるもので、可動部が無く凍結による作動不良の心配がない。このほか、ガスタービンエンジンの燃焼器の燃料噴射機や、エアシャワーのノズル等に使用されている。一時、自動車のウインドウウォッシャーにも用いられたが、現在では廃れている。油圧及び気圧システムでも採用されており、いくつかの自動車の自動変速機に搭載されている。デジタル回路は産業用の制御に使用されている。航空機のジェットエンジンや船舶の推力偏向ノズルへの研究が進められている。.試験ではジェットエンジンの排気が15度まで偏向された。このノズルは重量とコストを最大50%削減でき、慣性を減らし(素早く強力な応答性)、複雑性(機械的に単純、表面に可動部がない)、レーダー反射断面積が減りステルス機に適している。この成果は多くの無人機や第6世代ジェット戦闘機に適用される見通しである。XLR81ロケットエンジンの推力と混合比の調整に使用された。M-3C、M-3Hまでの2段目、M-3S、M-3SIIまでのミューロケットの1段目と2段目の二次流体噴射による推力偏向にも使用された。1980年代初頭にカールスルーエ核開発研究所("Institut für Kernverfahrenstechnik" IKVT)のとWolfgang Ehrfeldのチームによってウラン濃縮のための圧力勾配で噴出するガスの遠心力を用いる同位体分離ノズルとしてLIGAプロセスを用いて開発された。2013年5月にパナソニックから発売された扇風機「スリムファン」は流体素子技術が応用されている。
出典:wikipedia
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