JP4967102B2 - ベンチュリ装置 - Google Patents

Description

本発明はベンチュリ装置に関する。より詳細には、本発明は２以上の流体の混合を行うように作用するベンチュリ装置に関する。

ベンチュリ式装置は、当技術においてよく知られている。一般に、そのような装置は、備品（ｆｉｔｔｉｎｇ）または管状構造、詳細には中間部が収縮し両端が広がったパイプ構造を備える。気体または液体などの流体がベンチュリを通過するとき、この流体の流速は増加するが、それに応じて、この流体の圧力は減少する。そのような装置は、様々な用途において、特に、流体の流通の測定において、あるいは航空計器を駆動するためまたは気化器の流通ストリームへ燃料を引き込むためなど、吸入を行うために用いられる。

同様に、ベンチュリ装置は、ベンチュリを通過する流体と第２の流体（すなわち、液体または気体）を混合するまたは組み合わせるためにしばしば利用される。これに関して、ベンチュリの狭窄点において、液体または気体を引き込むように作用する減圧が生じることはよく知られている。この原理による装置の例には、アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ）らの特許文献１およびフランバウム（Ｆｌａｎｂａｕｍ）の特許文献２に開示されているものが含まれる。それらの各々の教示を引用によって援用する。

ベンチュリ装置の背景となるよく知られた原理や、２以上の流体の混合を効率的かつ選択的に行うベンチュリ装置の性能にもかかわらず、現在、そのような装置がベンチュリ装置を通過する第１の流体に第２の流体を案内できない（すなわち、引き込むことができない）ことに関連した欠点が存在する。これに関して、ベンチュリを通過する第１の流体、すなわち、主要な流体の速度がテーパの点で最大となり、これによって第２の流体が流体の流通へ引き込まれることを可能とする減圧が生じる。しかしながら、ベンチュリのテーパ部分は、その寸法が限られているため、第２の流体が流体の流通へ引き込まれることの可能な面積を減少するように作用する。このため、流体速度の増加と面積の減少との組み合わせによって、第２の流体を引き込むベンチュリの性能が妨げられることがある。

当技術においては、スリナス（Ｓｒｉｎａｔｈ）の特許文献３（引用によって本明細書に援用する）に開示されている流体の混合など、垂直流通効果を用いて互いに混合される２つの流体間の相互作用すなわち混合を容易にする試みがなされているが、それらの試みは、それらの装置が圧力下に高速で放出される流体の第１のストリームへ第２の流体を案内するように設計されている種類である限り、失敗している。高い圧力および速度の影響によって、第２の流体を挿入する性能はさらに相当に困難となり、第２の流体自身が強制的に圧力下で案内されることがしばしば必要となる。
米国特許第５，５０９，３４９号明細書 米国特許第６，５６８，６６０号明細書 米国特許第６，５８１，８５６号明細書

したがって、当技術においては、ベンチュリ装置の所望の流動力学を修正し、その結果、１つ以上の第２の流体を引き込むベンチュリを通過する第１の流体の性能を改良して、従来のベンチュリ装置より有意に高い均質性を有する混合物が得られるようにする、改良されたベンチュリ装置の必要が有意に存在する。同様に、当技術においては、構築が簡単で、設計費用が低く、様々な用途に容易に用いられることの可能な、そのようなベンチュ
リ装置の必要が存在する。さらにまた、低圧化または高圧化した流体の流通とともに容易に利用可能であり、流体物質の任意の組み合わせ、すなわち、液体と液体、液体と気体または気体と気体のいずれの組み合わせであっても混合を行うための、そのような装置の必要が存在する。

本発明は、詳細には、当技術における上述の欠点に対処し、緩和するものである。これに関して、本発明は、従来技術のベンチュリ装置よりはるかに優れた手法により２以上の流体の同化および混合を行うように作用する、改良されたベンチュリ装置に関する。好適な一実施形態では、このベンチュリ装置は、流体通路を形成する複数の部分を含む。第１の部分は、第１の流体を受け入れるための、ほぼ漏斗型の切頭円錐形の空間を含む。従来のベンチュリ設計に従い、この第１の漏斗部分は、次第に狭くなる通路を形成し、したがって流体の速度を加速するように作用する、テーパ形状を有する。この第１の部分は、流体を第１の円筒部分に流す。第１の円筒部分は、ほぼ真っすぐな円筒状の通路を形成する。そのような部分は、第１の流体の流通を標準化し、したがって流体の乱流を減少させるように作用する。第１の円筒部分に流体連通しているのは、第１の円筒部分より直径が大きくなるように形状および寸法が決定されている、広がった円筒状の中間通路である。これに関して、この中間通路は、従来のベンチュリ設計に反し、第１の円筒部分から受け入れた流体に圧力のわずかな減少を経験させるように作用する。

１つ以上の側方通路は、１つ以上の第２の流体が案内される中間通路に流体連通している。このベンチュリ装置は、中間通路に流体連通している２つの全く対向する側方通路を備えてもよく、したがって、第２の流体が第１の流体に引き込まれる、すなわち、第１の流体と共に案内されることが可能である。これに代えて、第３の流体が第１および第２の流体に引き込まれる、すなわち、第１および第２の流体と共に案内されることが可能である。好適には、そのような側方通路は、中間通路のほぼ中位の部分にて、中間通路に流体連通するように作用する。同様に、最適な流動力学を得るには、第１の流体が圧力のわずかな減少を経験する点において、１つ以上の追加の流体を案内する側方通路が中間通路と連通することが必要である。

中間通路から下方へ延びているのは、中間通路より直径の小さい第２の円筒部分であり、第１および第２の流体を受け入れ、その流通を標準化するように作用する。第２の円筒部分から下降しているのは、流体のさらなる混合および流出を可能とする出口経路を形成する、第２の漏斗型の切頭円錐形の空間である。

上述の部分は、垂直の配置、水平の配置、または角度を有する配置に統合されてよい。
本発明のさらに洗練された実施形態では、ベンチュリ装置は、筐体その他、パイプ、管および備品のうちの１つ以上の部分から形成されたものの一部として組み込まれてもよく、したがって、特定の用途のために統合されることが可能である。本発明のベンチュリ装置は、気体、液体またはそれらの組み合わせのいずれを含むものであれ、全ての種類の流体間の混合の実施および強化のために、さらに利用されてよい。例として、本発明のベンチュリ装置は、ワイン、特に赤ワインのエアレーションを行うのに効率的かつ効果的であると考えられる。当業者には、さらに相当数の他の用途が容易に認識される。

ここで図面を参照する。最初に図１を参照すると、従来技術の方法より一際効果的かつ効率的な手法により２以上の流体の同化および混合を行うように作用する、ベンチュリ装置１０が斜視図によって示されている。まず、本明細書において用いられる用語「流体」は、任意の種類の流体物質を含むことが可能であり、また、任意の種類の液体または気体や、熱、圧力またはその両方を加えることによって液体または気体の状態となると仮定さ
れる物質を明らかに包含すると認められるため、凝縮液や、気化または溶融した物質を包含してもよいことが理解される。したがって、本明細書において用いられる流体は、可能な限り広く解釈される。

ベンチュリ装置１０は、好適には複数の部分、すなわち、第１の漏斗部分１４、第１の円筒部分１６、中間通路１８、１つ以上、好適には２つの側方通路２４，２６、第２の円筒部分２８および第２の漏斗部分３０を備える。これらの全てについて、より完全に以下で説明する。これらの部分は、１つ以上の第１の流体を流通させ、通路２４，２６による案内を介して１つ以上の第２の流体を中間通路１８に引き込み、その後、組み合わせ、第２の円筒部分２８および第２の漏斗部分３０を介して装置を流出させる、連続する経路または通路を集合的に形成する。第２の漏斗部分３０は、混合および所望の均質性の獲得を行うように作用する。

本明細書に記載の所望の効果を得るために、本発明のベンチュリ装置の様々な部分の構成を図２に示す。示すように、第１の漏斗部分１４は、第１の流体を受け入れるための開口部を形成する。当業者には理解されるように、第１の流体は単一の流体であってもよく、複数の流体からなる混合物であってもよい。いずれの場合にも、第１の部分１４へ案内された流体は、従来のベンチュリ設計に従い、流体流通経路を狭くすることによって、第１の流体の速度の増加および第１の流体の圧力の減少を生じさせる。

次いで、第１の流体は、示すように、第１の部分１４から第１の真っすぐな円筒部分、すなわち、管状部分１６へ流れる。そのような第１の円筒部分１６は、第１の漏斗部分１４から流れる第１の流体の流通を標準化するように作用し、その結果、流体の乱流を減少させる。本発明のベンチュリの最適な機能を得るために、図２Ａに３２として示すように、ベンチュリ１０の隣接した部分１４，１６を相互接続する点において、面取り面すなわち斜面が提供される。これに関して、この角の取られた平滑な遷移表面は、流体の流通を行い、かつ乱流および中断を最小とするように作用すると考えられる。当業者には、そのような外形の表面を得ることや、本明細書に開示のベンチュリ装置を得るために、ガラス、プラスチックおよび金属のうちの１つ以上のいずれであろうと任意の種類の材料が容易に利用されることが即座に理解される。

次いで、第１の流体は、第１の円筒部分１６から中間通路１８に連続的に案内される。示すように、中間通路１８は、第１の円筒部分１６の直径より大きい直径を有する室を形成し、床および天井や、第１の円筒部分１６および第２の円筒部分２８より有意に大きい直径を有する中間部分を備える。より大きい直径を有する結果、第１の円筒部分１６から中間通路１８へ流れる第１の流体は、従来のベンチュリ装置と異なり、圧力のわずかな減少を経験する。中間通路１８への流体の流通によって、示すように、側方通路２４，２６のうちの一方または両方を介して中間通路１８に第２の流体を引き込む吸引力が生じる。当業者には認められるように、本発明のベンチュリ装置１０は、第２の流体の案内を可能とするには１つの側方通路を備えることしか必要としないが、これに代えて、より大きな体積の第２の流体を中間通路１８に引き込むことを可能とするために３以上の流路を備えてもよく、あるいは、これに代えて、第３、第４、第５またはそれ以上の流体を中間通路１８へ選択的に案内することを可能とするために複数の入口として作用してもよい。したがって、図２には２つの完全に対向する側方通路２４，２６と、１つ以上の第２の流体が案内される専用の開口部２０，２２とを有するように示したが、当業者には、通路の設計に関する様々な設計の変更および修正が容易に認められる。

好適な一実施形態では、側方通路２４，２６のうちの１つ以上または全部は、それらが中間通路１８のほぼ中位すなわち中間の部分に流体連通するように構成される。同様に、より明らかに図３に示すように、側方通路２４，２６は、中間通路１８の天井より低い点
（「Ａ」によって表す）で、また中間通路１８の床より上の距離（図２に「Ｂ」によって表す）で、中間通路１８と相互接続している。最も好適な一実施形態では、距離「Ａ」および「Ｂ」は等しくなる。しかしながら、現在、より完全に本明細書において説明するように、流体の最適な混合を得るために、中間通路１８の天井と、第２の流体を案内するために利用される側方通路２４，２６との間に幾らかの距離が存在する必要があることは知られている。通路２４，２６が中間通路１８の天井と整合している（すなわち、「Ａ」によって表される距離が０である）限り、二次的な流体を最適に引き込む性能は最適でないため、本発明のベンチュリ装置によって優れた混合を得る性能も最適ではないと考えられる。

側方通路２４，２６と中間通路１８との間の相互接続をそのように構成することによって、従来技術の装置のものより有意に優れた手法により、第２の流体が引き込まれ、中間通路１８へ流入する第１の流体との混合が可能となる。全く予想外にも、第１および第２の円筒部分１６，２８の両方より大きい直径を有するように中間通路１８を構成するとともに、中間通路１８のほぼ中間部分において１つ以上の第２の流体を案内することによって、１つ以上の第２の流体のうち有意に大きい体積が流体の流通に引き込まれ、その結果、流体間に有意により充分な相互作用を生じたため、従来のベンチュリ装置を介した流体の混合に対しベンチュリを、組み合わされた流体が通過するとき、より高度な均質性を有する混合物が得られると考えられる。

中間通路１８における第１および第２の流体の混合に続き、得られた組み合わせは、第１の円筒部分１６と同様に流体の流通を標準化するように作用する第２の円筒部分２８を介して下方へ流される。その後、この流体の組み合わせは、従来のベンチュリ装置に従い、第２の漏斗部分３０を介して徹底的に混合され、流出される。同様に、そのような第２の漏斗部分３０は、それらの流体の速度が減少し、圧力が増大するとき、流体間の混合を行う。

さらに、当業者には容易に認められるように、所与の用途における使用のため、本発明のベンチュリ装置の様々な部分の各々において、様々な寸法を利用することが可能である。ワイン（特に赤ワイン）のエアレーションを行う際に一際効果的な１つの特定の実施形態では、次の寸法が理想的であると考えられる。すなわち、第１の円筒部分１４は、４．９ｍｍまで漸減する任意の長さの円錐形状を有し、図２Ａに３２として示すように、面取り面または斜面として知られる、１．８ｍｍの高さにおける４．７ｍｍまでの急激な減少を伴う。第１の円筒部分１６は、４．７ｍｍの一定の直径と、３．６ｍｍ以上の高さとを有する。中間通路１８は、６．３ｍｍの直径と、約５ｍｍの高さとを有する。２つの対称的な完全に対向する側方通路２４，２６は、約８．３ｍｍの長さと、約３．２ｍｍの直径とを有し、ほぼ中間の部分にて、中間通路１８に流体連通している。第２の円筒部分２８は、４．７ｍｍの一定の直径と、６．８ｍｍの高さとを有する。第２の出口の漏斗部分３０は、約１０．５ｍｍの出口直径までのテーパを有する約６４ｍｍの高さを有する。そのように構成されると、このベンチュリ装置は、大気圧にて液体ワインの流通がベンチュリ装置を通過するだけで、ワイン（特に赤ワイン）の有意なエアレーションを行うように作用し、消費者に必要なのは、単にボトルから、垂直に配向されたベンチュリ装置を通じ、ワイングラスまたはデカンタなど他の容器へとワインを注ぐことだけである。しかしながら、そのような寸法は、特定の用途に対し、ベンチュリ装置の発明を如何に構成するかについての一例に過ぎず、本発明を何ら限定するものとして解釈されるべきでない。

さらに、当業者には容易に理解されるように、ベンチュリ装置１０は、図１に示すように筐体１２の一部として形成されてもよく、備品の一部として組み込まれても、管状のパイプ構造の一部として組み込まれてもよい。ベンチュリ装置１０は、さらに好適には、示すように、垂直な配向を仮定して、したがって、重力によって流体が部分１４，１６，１
８，２８および３０を通じて連続的に流れるように構成される。しかしながら、容易に理解されるように、ベンチュリ装置１０は、水平や角度を有する配置を仮定して構成されてもよく、さらに、圧力調整されている流体を受け入れるように作用してもよい。

当業者には、本発明の追加の修正および改良も明白である。したがって、本明細書に記載の部品と工程との特定の組み合わせは、本発明の一定の実施形態を表現することを意図したものに過ぎず、本発明の精神および範囲の内にある代替の装置および方法の限定として作用することを意図したものではない。再び強調するように、ベンチュリ装置は独立した装置として利用されるように作用してもよく、統合されたプロセスの一部として組み込まれ、当業者に容易に認められるような広範な利用が可能である。

本発明のベンチュリ装置を組み込んでいる筐体の高位からの斜視図。 図１の２−２線に沿って得られる断面図。 ベンチュリ装置の隣接した部分間の面取り面式の遷移を示す断面図。 第１の流体と第２の流体との間の混合を行うための本発明のベンチュリ装置における、中間通路と、その中間通路に流体連通している通路とを示す断面図。

Claims (9)

1. ２以上の流体の混合を行うためのベンチュリ装置において、
   ａ．第１の漏斗部分であって、大気に対し流体連通する開口を有し、大気圧にて重力によって注がれる液体を受け入れるように垂直に配向されている第１の漏斗部分と、
   ｂ．第１の漏斗部分に流体連通している第１の円筒部分と、
   ｃ．第１の円筒部分に流体連通しており、第１の円筒部分より大きな直径を有する区画を形成する、中間通路と、
   ｄ．中間通路に流体連通している１つ以上の側方通路と、
   ｅ．中間通路に流体連通しており、中間通路から延びている、第２の円筒部分と、
   ｆ．第２の円筒部分に流体連通している第２の漏斗部分と、を含み、
   ｇ．第１の漏斗部分、第１の円筒部分、中間通路、第２の円筒部分および第２の漏斗部分は、１つ以上の第１の流体を連続的に受け入れ、同１つ以上の第１の流体用の流体流通経路を形成するように作用し、前記１つ以上の側方通路は、前記１つ以上の第１の流体が同１つ以上の側方通路を通過するとき、中間通路へ１つ以上の第２の流体を案内するように作用する、ベンチュリ装置。
2. 第１の漏斗部分、第１の円筒部分、中間通路、第２の円筒部分および第２の漏斗部分は、垂直に配向するように配置されている請求項１に記載のベンチュリ装置。
3. 筐体内に入れられている請求項１に記載のベンチュリ装置。
4. 備品内に入れられている請求項１に記載のベンチュリ装置。
5. 管状のパイプの一部分内に入れられている請求項１に記載のベンチュリ装置。
6. 第１の漏斗部分は液体および気体からなる群から選択される第１の流体を受け入れるように作用する請求項１に記載のベンチュリ装置。
7. 前記１つ以上の側方通路は液体および気体からなる群から選択される第２の流体を受け入れるように作用する請求項１に記載のベンチュリ装置。
8. 前記１つ以上の第１の流体はワインを含み、前記１つ以上の第２の流体は空気を含む請求項１に記載のベンチュリ装置。
9. 第１の漏斗部分、第１の円筒部分、中間通路、第２の円筒部分および第２の漏斗部分は、水平に配向するように配置されている請求項１に記載のベンチュリ装置。

Images