CN102728250A - 改进的文丘里管设备 - Google Patents

Abstract

一种用于促进流体物质混合的改进的文丘里管设备。该设备优选地包括第一漏斗形部分，其可操作来接纳流体并引导该流体通过第一圆筒形部分或通道。第一圆筒形部分流体连接至具有比第一圆筒形部分大的直径的中间通道。至少一个侧臂通道流体连接至中间通道，至少一第二流体被引入中间通道中。至少一个侧臂通道优选地设置成在中间通道的大致中间部分处与中间通道互连。第二圆筒形部分流体连接至中间通道，所述第二圆筒形部分可操作来将混合流体的流引导入第二出口漏斗形部分。改进的文丘里管设备对于抽吸第二流体非常有效率，且对于促进两个或更多气体、液体或其组合的混合非常有效。

Description

改进的文丘里管设备

本申请是名称为“改进的文丘里管设备”、国际申请日为2007年2月1日、国际申请号为PCT/US2007/002893、国家申请号为200780012520.2的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及改进的文丘里管设备，且更具体地涉及可操作来便于两种或更多流体的混合的改进的文丘里管设备。

背景技术

文丘里管式设备在本领域中众所周知。通常，这样的设备包括在中间收缩且在两端扩大的配件或管状结构，特别是管结构。当流体，例如气体或液体穿过文丘里管时，使得流体的流速增加，而流体的压力相应地减小。这样的设备用于各种应用，特别是用于测量流体的流动，或产生吸力以用于驱动航空器仪器或将燃料吸入汽化器的流动流。

据此，文丘里管设备常常被利用来使第二流体(即，液体或气体)与通过文丘里管的流体混合或结合。对此，众所周知的是文丘里管的收缩位置产生负压，该负压可操作来抽吸液体或气体。基于该原理的这样设备的实例包括在Anderson等人的美国专利第5,509,349号和Flanbaum的美国专利第6,568,660号所公开的那些，每个所述专利的教导在此参考引入。

尽管众所周知文丘里管背后的原理，以及其有效且可选地促进两个或更多流体的混合的能力，但是当前存在关于这样的设备不能将第二流体引入(即，抽吸入)通过文丘里管设备的第一流体的缺陷。对此，通过文丘里管的第一或主流体的速度在逐渐缩减的位置处最大，其引起负压使第二流体能被抽吸入流体流。然而，文丘里管的逐渐缩减部分因为其受限制的尺寸而可操作来减少第二流体可被抽吸入流体流所进入的区域。组合的加速流体和减小的区域因此可妨碍文丘里管抽吸入第二流体的能力。

本领域中一直企图使用竖直流效果来促进彼此混合的两个流体间的相互作用或混合，例如在Srinath的美国专利第6,581,856号中所公开的流体混合，该专利在此参考引入，由于这些类型的设备是设计来将第二流体引入到在压力状态下以高速喷射的第一流体流中的，这些企图已经失败了。由于高的压力和速度的作用，插入第二流体的能力明显变得更加困难，且经常需要第二流体自身在压力状态下被强制引入。

因此，本领域中对于改进的文丘里管设备存在相当的需求，所述改进的文丘里管设备改变文丘里管设备的理想流动动力学，从而改进通过文丘里管的第一流体抽吸入一个或更多第二流体的能力，使得产生的混合物具有比常规的文丘里管设备明显更好的均匀性。同样，本领域中对于结构简单、设计成本低且能够容易地配置于广泛的各种应用中的该文丘里管设备也存在需求。进一步还存在对于这样的设备的需求，其可容易地用于低或高压流体流，以及用于促进任何组合方式的流体材料的混合，无论是液体与液体的、气体与液体的、还是气体与气体的组合方式。

发明内容

本发明特别解决和缓解了本领域中上述的不足。对此，本发明涉及改进的文丘里管设备，其可操作来以明显优于现有技术的文丘里管设备的方式、促进两个或更多流体的同化和混合。根据优选实施例，改进的文丘里管设备包括限定流体通道的多个部分。第一部分包括用于接纳第一流体的、大体漏斗式的截头圆锥体空间。根据常规的文丘里管设计，第一漏斗形部分具有渐缩的构造，其可操作来限定逐渐缩窄的通道，因此来使流体速度加速。第一部分将流体引导至第一圆筒形部分，后者限定大体直的、圆筒形通道。这样的部分可操作来使第一流体的流动规范化，并因此减少流体湍流。扩展的中间圆筒形通道流体连接至第一圆筒形部分，所述扩展的中间圆筒形通道设置成且其尺寸设成直径比第一圆筒形部分大。对此，与常规的文丘里管设备相反，中间通道可操作来致使来自第一圆筒形部分接纳的流体经历压力的稍微减少。

至少一个侧臂通道流体连接至中间通道，至少一第二流体可通过该侧臂通道被引入。改进的文丘里管设备可包括两个径向相对的侧臂通道，该侧臂通道流体连接至中间通道，因此而使第二流体能够被吸入并导入第一流体，或者可选地，使第三流体能够被吸入并引入第一流体和第二流体。优选地，这样的侧臂通道可操作来在中间通道的大致中间部分处与中间通道流体互连。据此，为了改善优化流动动力学，需要引入一个或更多附加的流体的侧臂通道在第一流体经历压力稍微减小的位置处与中间通道互连。

第二圆筒形部分从中间通道向下延伸，相对于中间通道，所述第二圆筒形部分的直径较小，且可操作来接纳第一流体和第二流体并使其流动规范化。第二漏斗式截头圆锥体空间从第二圆筒形部分延伸下来，所述空间限定使流体能够进一步混合并离开的出口路径。

前述部分可集成在竖直、水平或成角度的构造中。

在本发明的进一步改进中，改进的文丘里管设备可结合为外壳的一部分，或以其它方式形成为管、管道和/或配件的一段，因而使其能够被集成用于特定的应用。本发明改进的文丘里管设备还可用于促进和增强所有类型流体之间的混合，无论流体包括气体、液体或其组合。通过实例，认为本发明改进的文丘里管设备对于促进葡萄酒、特别是红葡萄酒的充气(aeration)是有效率和有效果的。本领域技术人员还将容易地意识到大量的其它应用。

附图说明

图1是结合了本发明改进的文丘里管设备的外壳的高位透视图。

图2是沿图1的线2-2截取的截面视图。

图2A是显示改进的文丘里管设备的邻接部分之间的斜面过渡段的截面视图。

图3是阐释本发明用于促进第一流体和第二流体之间的混合的改进的文丘里管设备的中间通道、以及与其流体相连的通道的截面视图。

具体实施方式

下面详细的描述旨在作为本发明目前优选实施例的描述，而不是表示本发明可被构造或利用的唯一形式。该描述说明了构造和操作本发明的功能及顺序步骤。然而，应理解不同的实施例可实现相同或等同的功能和顺序，且其也应被包括在本发明的范围内。

现在参照附图，先参照图1，以透视方式示出改进的文丘里管设备10，其可操作来以比现有技术的方法更加有效果和有效率的方式、促进两个或更多流体的同化和混合。首先，应理解本文使用的术语“流体”可包括任何流体形式的物质，且应被认为明确地包括任何类型的液体或气体，以及如可由施加热和/或压力而导致呈现液体或气体的材料，以及因此可包括冷凝物和被蒸发或熔融的材料，因此，本文所使用的流体应被尽可能宽地理解。

优选地，改进的文丘里管设备10包括多个部分，即，第一漏斗形部分14、第一圆筒形部分16、中间通道18、至少一个且优选为两个的侧臂通道24、26、第二圆筒形部分28和第二漏斗形部分30，所有这些部分在下面更全面的论述，这些部分共同地限定了连续的路径或通道，致使至少一个第一流体流过连续的路径或通道，并且通过连续的路径或通道，借助于通道24、26而引入的至少一个第二流体被抽吸入中间通道18，然后经由第二圆筒形部分28和第二漏斗形部分30混合并且离开所述设备，第二漏斗形部分30可操作来促进混合并获得所期望的均匀性。

为了实现本文所述的所期望的效果，在图2中示出本发明改进的文丘里管设备的各个部分的设置。如所示，第一漏斗形部分14限定用于接纳第一流体的开口，本领域技术人员应理解，第一流体可包括单一流体或混合流体。在任何情况下，经由常规的文丘里管设计引入第一部分14的流体产生缩窄的流体流动路径，因此产生第一流体速度的增加和第一流体压力的减小。

然后第一流体如所示从第一部分14流至直的第一圆筒形或管状部分16。这样的第一圆筒形部分16可操作来使从第一漏斗形部分14流来第一流体的流动规范化，并因此减小流体的湍流。为了获得本发明改进的文丘里管的最优功能，在改进的文丘里管10的邻近部分14、16相互连接的位置处应设置斜面或斜角，如图2A中32所示。对此，认为该光滑的圆化过渡表面可操作来促进流体流动并使湍流和中断最小化。本领域技术人员应理解这样的轮廓表面的制造，以及任何类型的材料，无论其是玻璃、塑料和/或金属，可被容易地用来制造本文所公开的改进的文丘里管设备。

第一流体然后相续地从第一圆筒形部分16引入到中间通道18。如所示，中间通道18限定直径比第一圆筒形部分16的直径大的室，并设有底部和顶部、以及直径明显比第一圆筒形部分16和第二圆筒形部分28大的中间部分。由于具有较大直径，从第一圆筒形部分16流至中间通道18的第一流体在压力上经历了稍微的减小，这与常规的文丘里管设备不同。由于流体流入中间通道18，从而产生负压力，致使第二流体经由一个或两个侧臂通道24、26而被抽吸入中间通道18，如所示的。本领域技术人员应认识到，本发明改进的文丘里管设备10仅需设置一个侧臂通道来允许第二流体的引入，或者可选地，可设有三个或更多沟道来使更大量的第二流体能够被抽吸入中间通道18、或可选地可用作入口以使第三、第四、第五或更多的流体能够被选择性地引入中间通道18中。因此，虽然在图2中示出为具有至少一个第二流体可通过其而被引入的两个径向相对的侧臂通道24、26和专用的开口20、22，但是本领域技术人员应容易地意识到通道设计的各种设计变化和修改。

根据优选实施例，侧臂通道24、26中的至少一个或全部被设置成与中间通道18在大致其中央或中间的部分处流体连接。据此，且如图3中更清楚地显示的，在中间通道18的顶部下方、由“A”所示的位置处以及中间通道18的底部上方、由图2中“B”所示的距离处，侧臂通道24、26与中间通道18互连。在最优实施例中，距离“A”和“B”应相等。然而，目前已知在中间通道18和侧臂通道或通道24、26之间必须存在一些距离，用来引入第二流体，以实现流体的优化混合，如本文更全面地论述的。对于通道24、26与中间通道18的顶部的达到对准的程度(即，由“A”所示的距离为0)的情况，认为优化地抽吸第二流体的能力将不是最优的，因此通过改进的文丘里管设备获得出众的混合的能力也将不是最优的。

通过如此布置侧臂通道24、26和中间通道18之间的互连，第二流体因此以明显优于现有技术设备的方式被抽吸入、并被允许与流入中间通道18的第一流体混合。十分出乎意料地，认为通过将中间通道18设置成相对于在中间通道18的基本中间部分处与引入的至少一个第二流体相连的第一圆筒形部分和第二圆筒形部分16、28两者具有较大的直径，而相当大量的至少一个第二流体被抽吸入流体流，由此在流体之间产生明显更彻底相互作用，因此相对于经由常规文丘里管设备的流体混合，当组合的流体穿过改进的文丘里管时生成具有更高程度的均匀性的结果混合物。

随着第一流体和第二流体在中间通道18中的混合，之后致使结果组合物向下流经相似于第一圆筒形部分16的第二圆筒形部分28，所述第二圆筒形部分28可操作来使流体流规范化。此后，致使组合的流体彻底地混合并经由根据常规文丘里管设备的第二漏斗形部分30而离开。据此，这样的第二漏斗形部分30便于流体之间的混合，因为流体经历了速度的减小和压力的增加。

本领域技术人员还将容易地意识到，对于给定的应用，本发明改进的文丘里管设备的各个部分可使用各种的尺寸。在非常有效地促进葡萄酒、特别是红葡萄酒的充气的一个特定实施例中，认为下述的尺寸是理想的：第一圆筒形部分14具有渐缩到4.9mm的任何长度的圆锥形状，以及在1.8mm的高度中明显减小至4.7mm，已知为斜面或斜角，在图2A中示为32；第一圆筒形部分16具有不变的4.7mm直径和至少3.6mm的高度；中间通道18具有6.3mm的直径和大约5mm的高度；两个对称的、径向相对的侧臂通道24、26具有大约8.3mm的长度和大约3.2mm的直径，并与中间通道18在其大致中间部分处流体互连；第二圆筒形部分28具有不变的4.7mm直径和6.8mm的高度；第二出口漏斗形部分30具有大约64mm的高度，其渐缩到大约10.5mm的出口直径。在如此构造的情况下，当液体葡萄酒流仅在大气压下穿过文丘里管设备、并且用户仅需使葡萄酒从瓶子倾倒通过竖直定向的文丘里管设备、并注入酒杯或诸如玻璃瓶的其它容器中时，改进的文丘里管设备可操作来使葡萄酒、特别是红葡萄酒充气。然而，这样的尺寸仅仅是如何为特定的应用来构造改进的文丘里管设备发明的一个实例，且其绝不应被理解为是任何限制。

而且，本领域技术人应容易理解，改进的文丘里管设备10可形成为外壳12的一部分，如图1所示，或者可以其它方式结合为配件的一部分或结合为管状管道结构的一部分。改进的文丘里管设备10还优选地设置成呈现竖直定向，因此而使重力能够导致流体顺序地流过部分14、16、18、28和30，如所示的。然而，应容易理解，改进的文丘里管设备10可设置成呈现水平的和成角度的构造，且还可操作来接纳被加压的流体。

本发明的另外的修改和改进对于本领域技术人员也可是明显的。因此，本文描述和示出的部件和步骤的具体组合旨在表示本发明的特定实施例，且不是作为对于本发明的主旨和范围内的可选设备和方法的限制。还应再次强调的是，改进的文丘里管设备可操作来用作独立的设备，或以其它方式结合为整体过程的一部分，且能够被广泛利用，如本领域技术人员应容易地意识到的。

Claims (21)

1.一种用于混合流体的设备，其包括：

流体接收部分，其被构造成通向大气并且与大气流体连通，以接收被向下倾倒的第一流体，流体接收部分限定了至少第一横截面面积；

面积减小的部分，其布置在流体接收部分下方并且与流体接收部分流体连通，面积减小的部分限定了第二横截面面积，该第二横截面面积小于流体接收部分的第一横截面面积；

面积增加的部分，其布置在面积减小的部分下方并且与面积减小的部分流体连通，面积增加的部分限定了大于第二横截面面积的第三横截面面积；以及

入口，其在面积增加的部分和设备的一侧之间延伸，该入口被构造成将大气流体连通至面积增加的部分，以允许第二流体流入面积增加的部分以与第一流体混合。

2.如权利要求1所述的设备，其中面积增加的部分由顶面和底面界定，空气的所述入口布置在所述顶面和底面之间。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述空气入口在顶面和底面之间的中部处连接到面积增加的部分。

4.如权利要求1所述的设备，其中第三横截面区域比第二横截面区域要大大约80％。

5.如权利要求1所述的设备，其中第三横截面区域为直径大约6.3mm的圆形，第二横截面为直径大约4.7mm的圆形。

6.如权利要求1所述的设备，其进一步包括在面积增加的部分和主体的一侧之间延伸的另一个空气入口，该另一个空气入口将大气和面积增加的部分流体连通。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述另一个空气入口被限定在面积增加的部分的与所述空气入口相反的一侧。

8.如权利要求1所述的设备，其中流体接收部分设有用于第一流体进入设备的顶部开口，流体接收部分是锥形的，使得流体接收部分的横截面积距离顶部开口越远则越小。

9.如权利要求8所述的设备，其中面积减小的部分为流体接收部分的一部分。

10.如权利要求8所述的设备，其中面积减小的部分为从流体接收部分向下延伸的圆柱形部分。

11.一种促进液体和气体混合的设备，其包括：

流体接收部分，其被构造成通向大气并且与大气流体连通以接收被倾倒的液体，流体接收部分限定了逐渐变窄的通道；

中间通道，其流体连通到流体接收部分，以接收来自流体接收部分的液体；

出口通道，其流体连通到中间通道，该中间通道位于流体接收部分和出口通道之间；以及

至少一个侧通道，其流体连通至中间通道，并且被构造成允许气体被抽入中间通道以与液体混合，其中从流体接收部分通过中间通道朝向出口通道移动的液体在中间通道和大气之间形成压差，以当倾倒的流体流经中间通道时将气体抽吸通过至少一个侧通道。

12.如权利要求11所述的设备，其中出口通道具有锥形结构，并且限定有在中间通道的远端的横截面面积，该横截面面积大于出口通道在中间通道处的横截面面积。

13.如权利要求12所述的设备，其中中间通道是圆柱形的。

14.如权利要求13所述的设备，其中在流体接收部分和中间通道之间的开口是圆形的，并且中间通道的直径大于开口的直径。

15.如权利要求11所述的设备，进一步包括将流体接收部分和中间部分流体连通的第一圆柱形部分。

16.如权利要求15所述的设备，其进一步包括在流体接收部分和第一圆柱形部分之间的光滑过渡部分。

17.如权利要求15所述的设备，其进一步包括将中间通道和出口通道流体连通的第二圆柱形部分。

18.如权利要求11所述的设备，其中一开口设置在流体接收部分和中间通道之间，至少一个侧通道在其中部处流体连通至中间通道，该中部距离开口和出口通道距离相等。

19.如权利要求11所述的设备，其中至少一个侧通道包括从中间通道在径向相对位置处延伸的第一和第二侧通道。

20.如权利要求11所述的设备，其中中间通道由顶面和底面中的至少一个界定。

21.如权利要求20所述的设备，其中顶面和底面中的至少一个是平坦的。

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