特開 2022-85075 ベンチュリ管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022085075

(43)【公開日】2022-06-08

(54)【発明の名称】ベンチュリ管

(51)【国際特許分類】

   B01F 25/30 20220101AFI20220601BHJP

   B01F 23/2326 20220101ALI20220601BHJP

【ＦＩ】

B01F5/04

B01F3/04 F

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020196564

(22)【出願日】2020-11-27

(71)【出願人】

【識別番号】518381422

【氏名又は名称】リオウ、フエイ タルング

【氏名又は名称原語表記】ＬＩＯＵ，ＨＵＥＩ ＴＡＲＮＧ

【住所又は居所原語表記】１１Ｆ．－３，ＮＯ．１８，ＬＮ．７０，ＳＥＣ．３，ＫＡＮＧＮＩＮＧ ＲＤ．，ＴＡＩＰＥＩ ＣＩＴＹ １１４，ＴＡＩＷＡＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100105795

【弁理士】

【氏名又は名称】名塚 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100105131

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 満

(72)【発明者】

【氏名】リオウ、フエイ タルング

【テーマコード（参考）】

4G035

【Ｆターム（参考）】

4G035AA01

4G035AB20

4G035AC22

4G035AE01

4G035AE13

(57)【要約】      （修正有）

【課題】一般に入手可能なベンチュリ管とは異なる構造のベンチュリ管を提供する。
【解決手段】本発明は、第１の円錐体２０と第２の円錐体３０とが配置された円筒管１０を備えるベンチュリ管に向けられている。第１の円錐体と第２の円錐体とが、それらの基部が互いに対向し、かつ間隙を隔てて配置されている。吸引管４０は、入口４２と出口４４とを有する。入口は円筒管の外側に位置し、出口は第１の基部２２と第２の基部３２との間、すなわち、第１の基部と第２の基部との間の間隙に位置する。気液混合器として機能するこの構造のベンチュリ管は、より高いガス溶解度を有する。この構造のベンチュリ管は、従来に比べて短い長さで同量の液体を処理するので、製造コストが低い。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管直径と流体流入端と流体流出端とを有する円筒管と、
第１の基部と第１の開き角度とを有する第１の円錐体であって、前記第１の基部が前記流体流入端と反対側を向いた状態で前記円筒管内に同心状に配置されている、第１の円錐体と、
第２の基部と第２の開き角度とを有する第２の円錐体であって、前記第２の基部が前記第１の基部からある距離だけ離れるようにして前記円筒管内に同心状に配置され、前記第２の基部は、前記第１の基部と等しく且つ前記管直径よりも小さい基部直径を有する、第２の円錐体と、
入口と出口とを有する吸引管であって、前記入口は前記円筒管の外側に位置し、前記出口は前記第１の基部と前記第２の基部との間に位置する、吸引管と、を備えたベンチュリ管。

【請求項2】

前記第１の開き角度は、前記第２の開き角度よりも大きい、請求項１記載のベンチュリ管。

【請求項3】

前記第２の円錐体は切頭にされており、前記円筒管は、前記切頭にされた円錐体に適合されてその長さが短くなっている、請求項２記載のベンチュリ管。

【請求項4】

前記出口は、前記第１の基部の中心と前記第２の基部の中心との間に位置している、請求項２記載のベンチュリ管。

【請求項5】

前記出口は、前記第１の基部の中心と前記第２の基部の中心との間に位置している、請求項３記載のベンチュリ管。

【請求項6】

前記第１の基部と前記第２の基部との間の前記距離は、１ｍｍ～３ｍｍである、請求項５記載のベンチュリ管。

【請求項7】

前記第１の基部の直径は、前記円筒管の直径より０．５ｍｍ～２ｍｍ小さい、請求項５記載のベンチュリ管。

【請求項8】

前記第１の基部の直径は、前記円筒管の直径より０．５ｍｍ～２ｍｍ小さい、請求項６記載のベンチュリ管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般に入手可能なベンチュリ管とは内部構造が異なるベンチュリ管に関する。

【背景技術】

【0002】

ベンチュリ管は、当該技術分野において周知である。図１に示されるように、従来のベンチュリ管１００は、先細りの入口(入口円錐管)１１２、狭いスロート１１６、および末広がりの出口(出口円錐管)１１４を有し、ベルヌーイの原理に従って作動する。ベルヌーイの原理は、流体の水平流に対して、より速い流速のポイントは、より遅い流速のポイントよりも低い圧力を有する。流体が先細りの入口１１２を通過するとき、液体流の速度が増加する。したがって、ベルヌーイの原理に従って、流体流の速度が増加すると、圧力が減少する。圧力が減少すると、吸引効果が生じる。したがって、ベンチュリ管は、流体－ガス混合器として使用することができる。液体がベンチュリ管１００を通って流れるとき、スロート１１６において吸引効果が生じ、減圧がガスを吸引してスロート１１６を流れる液体と混合する。

【0003】

再び図１を参照すると、中心軸Ｚは、ベンチュリ管１００に沿った長手方向の軸である。P_fiおよびP_foは、それぞれ、入口１１２および出口１１４における流体圧である。P_aは、スロート１１６におけるガス圧である。ガスがガス入口１４２からスロート１１６に吸い込まれると、スロート１１６において気泡が形成される。スロート１１６において形成される気泡の体積をV_a（一般にスロート１１６の断面積に依存するが）と仮定すると、それは、ベンチュリ管１００の出口１１４に到達するとき、体積V_cまで膨張し得る。出口１１４におけるガス(気泡)の体積V_cは、以下の式に示されるようになる。

【0004】

V_c=(P_a/P_fo)V_a

【0005】

P_foはP_aよりも大きいので、V_cはV_aよりも小さい。このことは、気泡がスロート１１６から出口１１４に移動するにつれて収縮することを示唆している。しかしながら、ベンチュリ管内の圧力勾配により、スロート１１６を離れると、気泡は軸線Ｚ(流体の流れの軸方向)から遠ざかり、末広がりの出口１１４の内面に向かって押しやられる。気泡が流動するにつれて軸線Ｚからずれるので、気泡が流体に溶けにくくなる。気泡が流動するにつれて、気泡同士が衝突する確率が高くなり、図１に示すように、気泡同士が結合してさらに大きな気泡を形成しやすくなる。

【0006】

ガス溶解率に影響する要因は２つある。

【0007】

１．スロートの断面積
スロートの断面積が大きいほど、気泡の体積が大きくなり、流体とガスとの接触面が小さくなり、その結果、溶解率が低下する。

【0008】

２．ベンチュリ管内の圧力勾配
ベンチュリ管１００内の圧力勾配により、スロート１１６を出た気泡は、中心軸Ｚから押し離されて円錐管１１４の表面に向かって流れ、液体に溶けにくくなり、他の気泡と衝突して大きな気泡を形成する傾向がある。気泡の大きさが大きいほど、気泡と流体との接触が少なくなる。その結果、ガス溶解率が大幅に低下する。

【0009】

ガス溶解率が低いことに加えて、一つの大きな欠点は、ベンチュリ管のサイズ(長さ)であり、これはベンチュリ管の用途を制限するだけでなく、製造コストを高くする。

【0010】

従って、より大きなガス溶解率を可能にする改良されたベンチュリ管が必要とされている。また、より小型で低コストのベンチュリ管を製造する必要もある。

【発明の概要】

【0011】

本発明は、ベルヌーイの原理にも従って作動するが、一般に入手可能なベンチュリ管とは構造が異なるベンチュリ管を提供する。

【0012】

本発明のベンチュリ管は、円筒管と、第１の円錐体（円錐体）と、第２の円錐体（円錐体）とを備える。第１の円錐体と第２の円錐体とは、円筒管内に取り付けられ、それらの基部同士が互いに対向して隙間を隔てて配置されている。ベンチュリ管は、さらに、入口と出口とを有する吸引管を備える。入口は円筒管の外側に位置し、出口は第１の基部と第２の基部との間、すなわち第１の基部と第２の基部との間隙に位置する。

【0013】

このように第１の円錐体と第２の円錐体とを構成することにより、円筒管と第１の円錐体と第２の円錐体との間に形成される流体通路が環状となる。環状通路の断面積が従来のベンチュリ管のスロートよりも大きくなるため、流量が多くなる。このため、従来のベンチュリ管と同じ流体流量で処理すれば、本発明のベンチュリ管を小型化することができる。

【0014】

さらに、本発明のベンチュリ管にガスを吸引すると、従来のベンチュリ管で形成される気泡よりも、気泡の大きさが小さくなる。流体と、より小さな気泡との全体的な接触面積が、流体と、より大きな気泡との全体的な接触面積よりも大きくなる。したがって、気液混合器として用いる本発明のベンチュリ管の方が、従来のベンチュリ管よりもガス溶解率が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、従来のベンチュリ管を示す。

【図2】図２は、本発明のベンチュリ管を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図２は、本発明のベンチュリ管１を示す。ベンチュリ管１は、対応する圧力P_fi'およびP_fo'をそれぞれ有する流体流入端１２および流体流出端１４を有する円筒管１０を備える。

【0017】

ベンチュリ管１はさらに、第１の円錐体（コーン）２０と第２の円錐体（コーン）３０とを備えている。第１の円錐体２０は第１の基部２２と第１の開き角度θ₁を有し、第２の円錐体３０は第２の基部３２と第２の開き角度θ₂を有している。第１の円錐体２０は、第１の基部２２が流体導入端１２と反対側を向いた状態で円筒管１０内に同心状に配置されている。第１の開き角度θ₁は第２の開き角度θ₂よりも大きい。第２の円錐体３０は、第２の基部３２が第１の基部２２から距離D_cだけ離れる状態で円筒管１０内に同心状に配置されている。本実施形態では、距離D_cは１ｍｍから３ｍｍである。第２の基部３２は、第１の基部２２と等しく且つ管直径D_tよりも小さい基部直径D_bを有する。したがって、基部２２、３２と円筒管１０との間の間隙R_gは

【0018】

R_g=(D_t-D_b)/2

【0019】

本実施形態では、基部直径D_bは、管直径D_tよりも０．５ｍｍ～２ｍｍ小さい。間隙R_gは０．２５ｍｍ～１ｍｍである。

【0020】

ベンチュリ管１はさらに、吸引管４０を備えている。吸引管４０は、入口４２と出口４４とを有する。入口４２は円筒管１０の外側に位置し、出口４４は第１の基部２２と第２の基部３２との間に位置している。本実施形態では、出口４４は、吸引されたガスをベンチュリ管１を通過する流体中により均一に分配するために、第１の基部２２の中心と第２の基部３２の中心の間に位置している。

【0021】

一実施形態では、第２の円錐体３０を切頭にすることができる。切頭円錐体の長さは、開口角と底面が同じである場合、切頭にされていない円錐体よりも短い。円筒管１０は、短縮された長さを有するように切頭円錐体に適合することができる。したがって、切頭にされた第２の円錐体３０を有するベンチュリ管１は、長さが短くなり、したがって、より軽くなり、より少ない空間を占める。

【0022】

図２を参照すると、ベンチュリ管１において、円筒管１０と第１の円錐体２０および第２の円錐体３０との間に形成される流体通路の断面は、環状であることが理解できる。流体通路の断面積は、軸Ｚに沿って、流体流入端１２から徐々に減少し、第１の基部２２または第２の基部３２が位置する点で最小値に達し、その後、流体流出端１４に向かって徐々に増加する。その結果、流体速度は、流体流入端１２および流体流出端１４で遅くなり、流体通路の断面積が最小となる第１の基部２２および第２の基部３２で最も速くなる。ベルヌーイの原理では、流体速度が最も速くなる点、すなわち流体通路の断面積が最小となる位置で圧力が最小となる。

【0023】

吸引管４０の出口４４は、第1の基部２２の中心と第２の基部３２の中心との間、すなわち断面積が最小となる位置に配置されている。この出口４４から管４０を介してガスが吸引される。

【0024】

液体がベンチュリ管１を流れると、出口４４からガスが吸引されて気泡が形成される。気泡が出口４４から離れるとき、これらの気泡の体積と圧力をそれぞれV_a'およびP_a'と仮定する。体積V_a'は、第１の基部２２と第２の基部３２との間の距離D_cに関連付けられる。気泡がベンチュリ管に沿って流れ続けると、気泡は、P_a'からP_fo'への圧力増加によって体積V_c'まで収縮する。気泡のサイズが小さいほど、ガス溶解度は高くなる。第２の円錐体３０の幾何学的形状のために、ベンチュリ管を流れる液体は、これらの小さな気泡を第２の円錐体３０の表面に向かって、すなわち流れの中心軸Ｚに向かって引っ張る圧力勾配を作り出す。流れの中心軸Ｚの周りを流れる気泡は、流体と接触する機会が多くなる。その結果、気泡が中心軸Ｚから離れて流れる従来のベンチュリ管１００よりも、ガス溶解率が高くなる。

【0025】

本発明のベンチュリ管は、流体が流れる流路が環状である。環状の流路は、従来のベンチュリ管のスロートと比較して有効断面積が大きく、流量が多い。このため、ベンチュリ管のサイズを大幅に縮小することができる。

【0026】

従来のベンチュリ管と比較して、本発明は小型化が可能である。加えて、本発明のベンチュリ管は、より小さな気泡を生成し、したがってガス溶解率が高い。

【0027】

以上の実施形態は、限定的なものではなく、例示的なものであることを当業者は理解すべきである。よって、上述した概念を逸脱することなく、本発明をさらに修正し、改良することができる。

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2022-04-29

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

管直径と流体流入端と流体流出端とを有する円筒管と、
第１の基部と第１の開き角度とを有する第１の円錐体であって、前記第１の基部が前記流体流入端と反対側を向いた状態で前記円筒管内に同心状に配置されている、第１の円錐体と、
第２の基部と第２の開き角度とを有する第２の円錐体であって、前記第２の基部が前記第１の基部からある距離だけ離れて１ｍｍ～３ｍｍの間隙を形成するようにして前記円筒管内に同心状に配置され、前記第２の基部は、前記第１の基部と等しく且つ前記管直径よりも０．５ｍｍ～２ｍｍ小さい基部直径を有する、第２の円錐体と、
入口と出口とを有する吸引管であって、前記入口は前記円筒管の外側に位置し、前記出口は前記第１の基部と前記第２の基部との間に位置する、吸引管と、を備えたベンチュリ管。

【請求項2】

前記第１の開き角度は、前記第２の開き角度よりも大きい、請求項１記載のベンチュリ管。

【請求項3】

前記第２の円錐体は切頭にされており、前記円筒管は、前記切頭にされた円錐体に適合されてその長さが短くなっている、請求項２記載のベンチュリ管。

【請求項4】

前記出口は、前記第１の基部の中心と前記第２の基部の中心との間に位置している、請求項２記載のベンチュリ管。

【請求項5】

前記出口は、前記第１の基部の中心と前記第２の基部の中心との間に位置している、請求項３記載のベンチュリ管。

【外国語明細書】