(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、上記特許文献1、2に記載の吸着塔を用いた装置、バイパス配管を用いた装置には、比較的大きな設置スペースを要し、設置コストもかかるという課題がある。
【0007】
また、上記特許文献3−8に記載の構成は配管内構造が複雑であり、制作上及びメンテナンス上の課題がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、スペースを取らず、簡易な構造で、良好な拡散・混合を行うことのできる流体配管の配管構造等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、流体を流す配管の管構造において、前記配管の軸方向に垂直な流路断面の一部を塞ぐ邪魔板を、前記軸方向に離間した少なくとも2か所に備える、ことである。
【0010】
更に、上記の発明において、好ましい態様は、前記各邪魔板は、それぞれが備えられる位置の前記流路断面において、前記流路断面の同じ部分を塞ぐ、ことを特徴とする。
【0011】
更に、上記の発明において、一つの態様は、前記邪魔板は、前記流路断面における下方の略半分の部分を塞ぐ、ことを特徴とする。
【0012】
更にまた、上記の発明において、好ましい態様は、更に、前記軸方向において前記邪魔板の間に設けられ、前記流路断面を分割して前記軸方向に延びる分割板を備える、ことを特徴とする。
【0013】
更に、上記の発明において、好ましい態様は、前記分割板は水平に設けられ、前記分割板の前記流路断面における位置は前記邪魔板によって塞がれる部分内である、ことを特徴とする。
【0014】
更にまた、上記の発明において、好ましい態様は、前記分割板は、前記邪魔板から前記軸方向に離間している、ことを特徴とする。
【0015】
更に、上記の発明において、一つの態様は、前記流体はガスである、ことを特徴とする。
【0016】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、流体を流す配管の管構造において、前記配管の軸方向に離間して設けられ、前記軸方向に垂直な流路断面の同領域を塞ぐ1対の邪魔板と、前記1対の邪魔板間に前記邪魔板から離間して設けられ、前記流体の流路を分割して前記軸方向に延びる分割板とが、前記流体が前記分割板によって分割された流路の一方を通って逆流するように設けられる、ことである。
【0017】
上記の目的を達成するために、本発明の更に別の側面は、配管を流れる流体の流体拡散装置において、前記配管の軸方向に垂直な流路断面の一部を塞ぎ、前記軸方向に離間した少なくとも2か所に設けられた邪魔板を、前記配管内に備える、ことである。
【0018】
本発明の更なる目的及び、特徴は、以下に説明する発明の実施の形態から明らかになる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、図において、同一又は類似のものには同一の参照番号又は参照記号を付して説明する。
【0021】
図1、
図4、
図7、
図10は、本発明を適用したガス管の実施の形態例に係る構造図である。本実施の形態例に係るガス管1には、その内部に邪魔板2、分割板3等が設けられ、当該ガス管1内を流れるガスなどの流体性状が変化した場合に、流体を効率よく拡散させ変化前後の流体を早期に混合させることができる。
【0022】
ここでは、4つの実施形態例に付いて説明するが、いずれの場合にも、
図1、
図4、
図7、
図10において、ガス管1は、ガス貯蔵タンク等のガス供給元から工場や家庭等のガス使用先までガスを運ぶ配管であり、これら各図における矢印Xの方向へガスが搬送される。従って、図の左側にガス供給元があり、図の右側にガス使用先が存在する。
【0023】
また、各実施形態例において、ガス管1は、一例として、内径600mmの円筒形であり、
図1、
図3、
図4、
図6、
図7、
図9、
図10、
図12に示す図は、ガス管1を、管の中心軸に沿った垂直面(図中の矢印Zに沿った平面)で切った縦断面図である。また、
図1、
図4、
図7、
図10において、X方向の数字は、図中に示されるガス管1の左端からの距離(m)を示している。
【0024】
なお、各実施形態例において、
図1、
図4、
図7、
図10に示されるガス管1の範囲がガス拡散装置100−103を構成している。これらの各ガス拡散装置100−103により、ガス供給元から送られるガスの種類(組成)が変化した場合にもガスが早期に拡散しガス使用先でのガス性状(濃度、熱量)の変動を緩和し、ガス性状の急激な変化を防止する。
【0025】
まず、第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態に係るガス拡散装置100の構造図である。当該ガス拡散装置100は、
図1に示すように、ガス管1内に所定間隔で1対の邪魔板2a、2bを設けることによって構成される。邪魔板2a、2bは、ガスの流れに(X方向に)垂直に設けられた板部材であり、本実施形態では、一例として、管の軸方向(X方向)に10mの間隔をあけて邪魔板2a、2bを設けている。
【0026】
図2は、邪魔板2aの存在する範囲においてガス管1の軸(X方向)に垂直な平面で切った断面図を示している。
図2に示す通り、邪魔板2aはガス管1の開口部(流路断面)の下側半分を閉鎖するように設けられている。邪魔板2bは、邪魔板2aと同寸法であり、邪魔板2aと同様に設けられる。このように各邪魔板は、それぞれが備えられる位置の流路断面において同じ部分を塞いでいる。
【0027】
図3は、
図1の邪魔板2a部分の拡大図である。各部のサイズは、一例として、
図3に示すような寸法となっている。邪魔板2a、2bの板厚は10cmである。
【0028】
第1実施形態では、このような構成により、ガス管1の左から流入したガスの流れが、2つの邪魔板2にぶつかって乱れ、前後のガスが混ざり合う挙動を取るため、流入ガスの組成が急激に変化しても、この挙動により、邪魔板2以降(邪魔板2の右側)においてはその変化を緩和することができる。
【0029】
次に、第2実施形態について説明する。
図4は、第2実施形態に係るガス拡散装置101の構造図である。当該ガス拡散装置101は、第1実施形態の当該ガス拡散装置100に更に分割板3を設けた構成をしている。分割板3以外の各部の形状、寸法は第1実施形態の場合と同じである。分割板3は、ガス管1の軸方向において邪魔板2の間に設けられ、流路断面を分割して軸方向に延びるものである。
【0030】
図4に示すように、分割板3は、邪魔板2a、2bの間に設けられる板部材であり、ガス管1の軸方向(X方向)に沿って水平に設けられる。
【0031】
図5は、分割板3の存在する範囲においてガス管1の軸(X方向)に垂直な平面で切った断面図を示している。
図5に示すように、分割板3は、左右方向(水平方向)にガス管1の内壁まで延び、ガスの流れる空間を上下に分割している。
【0032】
図6は、
図4の邪魔板2a部分の拡大図である。各部のサイズは、一例として、
図6に示すような寸法となっている。分割板3は、X方向に90cmであり、その両端で、それぞれ、邪魔板2a、2bと50cm離間している。また、分割板3の板厚は5cmであり、その上面が上方向にガス管1の内壁下端から15cmとなるように設けられている。従って、分割板3の上面は、30cmの高さである邪魔板2a、2bの上端(上面)よりも下側に位置している。従って、分割板3の流路断面における位置記邪魔板2によって塞がれる部分内である。
【0033】
第2実施形態では、このような構成により、ガス管1の左から流入し分割板3の上側空間を通るガスの流れが、2つ目の邪魔板2bにぶつかった後、その一部が分割板3の下側空間を通って逆流し、邪魔板2aと分割板3の間の空間から元の経路に戻る挙動を取る。これにより、同時に邪魔板2aの位置に流れたガスであっても、その部分によって邪魔板2b以降に達するまでの時間が異なるようになる。従って、流入ガスの組成が急激に変化しても、当該ガス拡散装置101の部分において、前後のガスが混ざり合うので、邪魔板2以降(邪魔板2の右側)においてはその変化を緩和することができる。
【0034】
なお、邪魔板2及び分割板3の寸法、設置位置は、上述したガスの逆流挙動が起こりガスの拡散・混合が効果的に生ずる構成であれば、異なるものであってもよい。
【0035】
次に、第3実施形態について説明する。
図7は、第3実施形態に係るガス拡散装置102の構造図である。当該ガス拡散装置102は、第2実施形態の当該ガス拡散装置101に更に上部分割板4a、4bを設けた構成をしている。上部分割板4及びその関連個所以外の各部の形状、寸法は第2実施形態の場合と同じである。
【0036】
図7に示すように、上部分割板4a、4bは、それぞれ、邪魔板2a、2bの上面に設けられた板部材であり、ガス管1の軸方向(X方向)に沿って水平に設けられる。また、上部分割板4a、4bは、それぞれ、X方向に邪魔板2a、2bの位置から分割板3の方向へ分割板3のある位置を越えて延びるように設けられている。従って、上部分割板4a、4bは、それぞれ、邪魔板2a、2bと分割板3の端部の間にできた空間を上部から覆うように構成されている。
【0037】
図8は、分割板3及び上部分割板4aの存在する範囲においてガス管1の軸(X方向)に垂直な平面で切った断面図を示している。
図8に示すように、上部分割板4aは、分割板3によって分割された流路空間の上側をさらに上下に分割している。なお、上部分割板4bも上部分割板4aと同様に左右対称に設けられている。
【0038】
図9は、
図7の邪魔板2a付近の拡大図である。各部のサイズは、一例として、
図9に示すような寸法となっている。
図9に示すように、上部分割板4aは、板厚5cmであり、X方向に110cmの長さである。従って、X方向に分割板3と50cm重なっている。本実施形態では、上部分割板4aを邪魔板2aの上面に載るように設けられる構成としており、邪魔板として機能する部材の高さを第1及び第2の実施例と同じとしているので、邪魔板2自体の高さは、25cmとしている。
【0039】
第3実施形態では、このような構成により、第2の実施形態の場合と同様なガスの逆流挙動が発生する。
【0040】
次に、第4実施形態について説明する。
図10は、第4実施形態に係るガス拡散装置103の構造図である。当該ガス拡散装置103は、第3実施形態の当該ガス拡散装置102に更に上部邪魔部材5を設けた構成をしている。上部邪魔部材5以外の各部の形状、寸法は第3実施形態の場合と同じである。
【0041】
図10に示すように、上部邪魔部材5は、ガス管1の内壁上部にガス管1の軸方向(X方向)に沿って水平に設けられる部材であり、X方向において、その左端は上部分割板4aの右端と同じ位置にある。
【0042】
図11は、分割板3及び上部邪魔部材5の存在する範囲においてガス管1の軸(X方向)に垂直な平面で切った断面図を示している。
図11に示すように、上部邪魔部材5は、ガス管1の開口部(流路)の上部を塞いでいる。
【0043】
図12は、
図10の邪魔板2a付近の拡大図である。各部のサイズは、一例として、
図12に示すような寸法となっている。
図12に示すように、上部邪魔部材5は、最大厚が10cmであり、X方向に100cmの長さである。
【0044】
第4実施形態では、このような構成により、第2、3の実施形態の場合と同様なガスの逆流挙動が発生する。
【0045】
次に、これらの実施形態におけるガス拡散装置(管構造)による拡散効果について説明する。当該拡散効果は、シミュレーションによって検証されている。このシミュレーションでは、以下のような解析条件が用いられている。
ガス管1の内径:600mm
ガス管1の長さ:20m
ガス流速:1m/s
ガス種:分子量29のガス、分子量28の気体
ガス種変更条件:ガス管1の始点で分子量29のガスを分子量28の気体で置換
ガス管1の管構造;
−Case1:通常のガス管(拡散機構なし)
−Case2:第4実施形態の管構造
−Case3:第3実施形態の管構造
−Case4:第2実施形態の管構造
−Case5:第1実施形態の管構造
当該解析は、各ケースにおいて、
図1、
図4、
図7、
図10のX方向の左端、すなわち、0mの地点で上記ガスの置換が行われた場合を想定して、その後の2ガスの挙動を解析したものである。Case1については図示していないが、邪魔板2等の拡散機構がないことを除けば、他のケースと同様である。
【0046】
図13、
図14、及び
図15は、それぞれ、Case1、Case5、及びCase4についての当該シミュレーション結果を示した濃度コンター図である。当該濃度コンター図は、それぞれ、上述したガスの置換が行われた後、30秒経過した時点での、分子量28の気体の等濃度線図であり、ガス管1の右側(下流側)の部分(X方向に15m〜20mの付近)について示している。
【0047】
図13に示されるように、Case1(通常ガス管)では、ガス管1の右端部分(X方向に20mの付近)で、濃度0.0から濃度1.0が存在する。すなわち、ガス管1の下部では置換前のガスが存在し、ガス管1の上部では置換後の気体が存在する状態となっている。すなわち、両者がよく混合されていない、換言すれば、良好な拡散がなされていない状態となっている。
【0048】
一方、Case5(第1実施形態)では、
図14に示されるように、ガス管1の右端部分(X方向に20mの付近)で、濃度0.3から濃度0.8までが存在する。従って、Case1の場合よりも両気体の拡散・混合が進んでいることが分かる。
【0049】
更に、Case4(第2実施形態)では、
図15に示されるように、ガス管1の右端部分(X方向に20mの付近)で、濃度0.7から濃度0.9までが存在する。従って、Case1、4の場合よりもさらに両気体の拡散・混合が進んでいることが分かる。
【0050】
なお、Case2、3についてもCase4と類似した結果が得られている。
【0051】
図16、
図17、及び
図18は、それぞれ、ガス管1の下部、中部、及び上部における濃度変化を示すシミュレーション結果である。各図におけるグラフは、ガス管1の右端部(X方向に20mの位置)における、分子量28の気体の濃度の時間変化を示している。横軸の時間(秒)は、上記置換が行われた後の経過時間を表している。なお、ガス管1の下部、中部、及び上部とは、
図1、
図4、及び
図7等におけるZ方向の位置を表している。
【0052】
これら各図に示されるように、Case1(通常ガス管)の場合には、下部、中部、及び上部のいずれにおいても、短時間に急激に濃度変化が起こっており、当該位置(X方向に20mの位置)に来るまでに、両気体が良好に拡散・混合されていないことが分かる。
【0053】
Case5(第1実施形態)では、下部、中部、及び上部のいずれにおいても、他のいずれのケースよりも傾きの緩やかな挙動を示しており、当該位置(X方向に20mの位置)における濃度変化が穏やかであると言える。すなわち、当該位置に来るまでに、Case1よりも両気体が良好に拡散・混合されている。
【0054】
また、Case2(第4実施形態)、3(第3実施形態)、及び4(第2実施形態)では、どの場合も同様の挙動を示している。これらの濃度変化の傾きは、下部、中部、及び上部のいずれにおいても、Case1の場合よりも緩やかであり、また、前半部分ではCase5よりも急になっている。また、これらの場合の置換が完了するまでの時間は、Case1及びCase5よりも長い。従って、Case2(第4実施形態)、3(第3実施形態)、及び4(第2実施形態)では、置換が完了するまでの時間が長いという点で良好である。
【0055】
以上のように、第1−4実施形態による管構造により、ガスの拡散・混合効果が得られ、ガスの使用先における濃度変動を抑える効果があることが分かる。
【0056】
なお、以上説明した実施形態のほかに、邪魔板2、分割板3等の向きや数を変えた実施形態としてもよい。
図19は、邪魔板2及び分割板3の変形形態を示した断面図である。
図19に示す例は、第2実施形態の変形例を示しており、
図19の(A)及び(B)において、左図及び右図は、それぞれ、
図2及び
図5に相当する図である。
図19の(A)は、邪魔板2及び分割板3を上側に備えた構成である。また、
図19の(B)は、邪魔板2及び分割板3を、第2実施形態の場合の設置方向から90°回転させた方向で設けた構成である。
【0057】
また、図示していないが、邪魔板2をガス管1の軸方向に2対以上設ける構成など、各実施形態におけるガス拡散装置をガス管1の軸方向に2対以上設ける構成としてもよい。
【0058】
また、ガス管1の断面形状を、円形だけでなく矩形など他の形状にしてもよい。
【0059】
以上説明したように、本実施の形態例に係るガス拡散装置及び管構造により、流れるガスの性状(種類)が変化した場合にも、変化前後のガスを短時間で拡散・混合することができ、ガス使用先での衝撃を抑制することができる。また、当該効果を得るための構造が、ガス配管内に板形状など比較的形状が簡素な部材を備えることで構築でき、設置スペースを取らず、かつ、製作コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。
【0060】
また、管構造を逆流が起こる構造とすることで、効果的に上述したガスの拡散・混合を行うことができる。
【0061】
なお、上記実施形態におけるガス拡散装置100−103を、既存のガス配管経路(ガス配管網)に後から組み込むことで、既存のガス配管経路においても、ガス供給元から送られるガスの種類(組成)が変化した場合に、ガスが早期に拡散しガス使用先でのガス性状(濃度、熱量)の変動を緩和し、ガス性状の急激な変化を防止する、という効果を得られる。
【0062】
なお、上記の実施形態ではガス管における装置として説明したが、本発明は、液体を流す配管などにも適用することができる。
【0063】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。