WO2014027671A1 - 旋回流を用いた流体の自然循環促進装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention is a fluid natural circulation promoting device using a swirl flow that greatly increases the circulation amount and increases the flow velocity energy without changing the design and specifications of the pump and fan used when mixing and stirring the fluid. It is about.
- Patent Document 1 in the case of a hot spring facility in a certain district city, the conventional hot water supply equipment design is 600 persons / day, and two 5-ton hot water storage tanks are necessary. Since it was finished, a stirring device was incorporated in it. On the first New Year, 3000 people, five times the design, entered, but there was no shortage of hot water supply, and in a normal setting, the calculation was sufficient in one 5-ton hot water storage tank.
- the hot water supply equipment of the conventional construction method had many drawbacks and problems, but because it could not be completely mixed and stirred, the temperature difference of the three-layer separation phenomenon was used. Also from the above example, if the complete mixing and stirring is performed, the amount of stored hot water is less than half, and conversely, the conventional hot water storage tank capacity can use more than twice as much hot water.
- Patent Document 2 is a natural circulation promotion device that can be retrofitted to accommodate existing tank shapes and open tanks. Although these have achieved satisfactory results at present, they are also related to energy consumption and environmental problems, so it is necessary to further improve the mixing and stirring efficiency.
- Patent Document 1 and Patent Document 2 do not require a new pump or power for stirring, and use the ejector action by simply press-fitting into a pipe in the tank with the existing two circulation pumps of the conventional construction method. The mixture is stirred.
- Patent Document 2 has a problem that the ejector action by the fluid press-fitted from the introduction pipe 1 has low suction efficiency because the gaps between the high temperature water suction port 3 and the low temperature water suction port 5 are horizontal and narrow.
- the flow rate increases each time the diameter of the mixing pipe 2 and the mixing discharge pipe 4 is increased, but there is a contradictory contradiction that the flow velocity is slowed.
- the work for inserting the discharge ports of the introduction pipe 1 and the mixing pipe 2 into the mixing pipe 2 and the mixing discharge pipe 4 and fixing them vertically with a plurality of mounting plates is complicated, and the plurality of mounting plates It was a factor that hindered fluid suction.
- an effective method for removing them is also required.
- the present invention is intended to eliminate these causes and further improve the mixing and stirring efficiency.
- the fluid natural circulation promoting device using the swirling flow in the present invention has the following configuration.
- the primary suction port 3 having a diameter larger than the diameter of the discharge port of the introduction tube 1 and having a plurality of cuts in the enlarged gap portion of the substantially J-shaped mixing tube 2, and the introduction tube 1 Join with a spiral plate interposed.
- the secondary suction port 6 having a larger diameter than that of the discharge port of the mixing tube 2 and having a plurality of cuts in the enlarged void portion of the substantially J-shaped mixed discharge tube 5 is spirally formed. It is joined with a plate interposed.
- the introduction pipe 1 described in claim 1 has a double branch pipe structure, the mixing pipe 2 is joined to the introduction pipe 1 via a spiral plate, and the mixing discharge pipe 5 is joined to the mixing pipe 2.
- the third aspect of the present invention is the essence of the present invention described in the first and second aspects, and takes advantage of the feature that a quantity several times the original fluid that is press-fitted flows.
- a dust collection filter and a filtration membrane are provided.
- the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
- 1. Without changing the design and specifications of the pump and fan, the flow rate of the injected fluid is increased by the ejector action, while forming a swirling flow to increase the velocity energy of the fluid.
- 2. A high-temperature fluid from the primary suction port and a low-temperature fluid from the secondary suction port are sucked and mixed with the supply fluid from the inlet pipe, and the whole fluid is greatly flowed and stirred with the swirling flow enhanced discharge energy. Therefore, the homogenization of the fluid is promoted. 3.
- Utilizing the laws of nature and simply connecting the pipes there are few failures, and with the fluid, almost 100% of the mixing and stirring effect can be obtained, and the cost is low. 4).
- hot water supply it is not necessary to reduce the size of the tank or expansion tank and expensive equipment such as a three-way valve device, and it is possible to expect energy saving effects such as reducing heat dissipation loss by making the temperature uniform. 5. It is ideal for occupations that require large amounts of hot water, such as temperature adjustment of fluids, stirring of food-related boil tanks and fermented foods, and cleaning of IT equipment and industrial products. 6).
- the present invention has strong component elements, and can be used for various purposes in industry, agriculture, and fisheries such as supply of additives, mixing and stirring, air conditioning, oxygen supply to lakes and culture ponds with oxygen deficiency. 7).
- the circulation amount of the fluid is doubled, it can be used as a device for removing harmful substances and contaminants in the fluid by combining a dust suction device and a filtration device. 8). It is also possible to efficiently mix and agitate the pollutants in the water after washing the soil containing radioactive substances and the adsorbing substances such as zeolite and black silica. 9. Since the present invention places emphasis on the theory and structure, it is possible to change the material and shape used according to the application, and to add an additional function.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a single tube type according to an embodiment of the present invention. It is the perspective view made into the double branch pipe structure.
- FIG. 1 is an assembly perspective view of a short tube type of a basic structure made to eliminate the drawbacks of Patent Document 2.
- the diameter of the front end of the substantially J-shaped mixing pipe 2 having a diameter larger than the diameter of the discharge port of the introduction pipe 1 is expanded in a substantially funnel shape so that it can be efficiently sucked, and a plurality of notches are further formed vertically.
- a primary suction port 3 is formed by providing the inserted void and joined to the introduction tube 1.
- the front end of the substantially J-shaped mixed discharge pipe 4 having a diameter larger than the diameter of the discharge port of the mixing pipe 2 is also enlarged, and a gap similar to that of the mixing pipe 2 is provided to provide the secondary suction port 3.
- the mixture discharge pipe 5 is formed and assembled as a fluid mixing and stirring device.
- Patent Document 2 is a natural circulation promoting device that performs almost complete mixing and stirring by simply connecting pipes of different diameters, but has the above-mentioned problems. In order to further increase the stirring efficiency, it is essential to increase the circulation rate of the fluid. To achieve this, it is necessary to increase the flow rate.
- the present invention incorporates, as a means for this, water flow energy in which the energy of spiral rotation seen in space generation and tornadoes is replaced with a focused spiral spiral of water.
- the shape of the two gaps is enlarged in a substantially funnel shape, and a plurality of cuts are vertically formed to make a drop in the fluid suction position, thereby facilitating the formation of a spiral rotational motion during suction.
- the present invention was installed for heating a large circular open-air bath. At first, when gentle convection occurs and a swirl flow is formed gradually horizontally, It was confirmed that the mixture was stirred with great convection around.
- Example 1 The fluid press-fitted from the introduction pipe 1 by a pump or a fan is discharged from the introduction pipe discharge port into the mixing pipe 2, and a negative pressure due to flow velocity energy is generated in the mixing pipe 2. Due to the ejector action at that time, the fluid in the surrounding high temperature region is gradually swirled along the spiral plate and sucked from the substantially funnel-shaped gap of the primary suction port 3 and a plurality of cut shapes. .
- a swirling flow is formed in the mixing pipe 2 to increase the flow velocity, and the mixing discharge pipe 5 is vigorously discharged. Subsequent movement of the fluid has the same effect as described in the previous stage. At this time, however, the fluid in the low temperature region is sucked in a spiral shape from the secondary suction port 6 through the spiral plate, and mixed discharge is performed. A swirling flow is formed in the outlet pipe 5.
- the fluid that has been press-fitted from the introduction pipe 1, the fluid in the high temperature region from the primary suction port 3, and the fluid in the low temperature region from the secondary suction port 6 are mixed and stirred as a swirling flow, and the original fluid that has been press-fitted A circulation amount several times the fluid becomes a swirling flow and is discharged downward from the mixed discharge pipe 5.
- the fluid discharged downward promotes the straightness of the discharge pressure and the spread of the swirling flow in the horizontal direction due to the centrifugal force, and causes the entire fluid to flow and stir more greatly by the swirl effect together with the vertical convection due to the specific gravity of the temperature difference. As a result, the fluid can be made more uniform.
- the present invention solves the problem of Patent Document 2 by increasing the suction area by expanding the gap in a substantially funnel shape, reducing the resistance during suction, and by changing the height of the suction position by a plurality of vertical cuts in the gap.
- the suction effect is enhanced by making it easy to form a swirl flow by interposing a spiral plate.
- the theory of the present invention is also applicable to horizontal structures and can be applied to all fluids such as liquids and gases. Accordingly, pipes, square ducts, wind tunnels, formwork bodies, and the like are appropriately applied to the shape and structure of the natural circulation promoting device according to the purpose of use.
- the present invention circulates with the amount of fluid supplied by pressurization several times, so it can be used as a device for removing harmful substances and contaminants in the fluid by combining a dust suction device and a filtration device.
- the present invention has a single component element rather than a completed product, and may be used in various fields. Depending on the application, it is possible to add improvements such as appropriately providing branch pipes or the like to the mixing tube body as necessary.
- the spiral plate 4 is joined to the gap between the discharge port of the introduction tube 1 and the mixing tube 2, and the discharge port of the mixing tube 2 is further joined. In the same manner, the spiral discharge plate 4 is interposed in the gap of the mixed discharge pipe 5.
- FIG. 4 is a perspective view in which the discharge port of the introduction pipe 1 has a double branch pipe structure, corresponding to a large facility.
- Each discharge port of the introduction pipe 1 having a plurality of branch pipe structures and the mixing pipes 2 and 2 each having the primary suction port 3 are joined to each other. Further, the discharge ports of the mixing tubes 2 and 2 and the mixed discharge tubes 5 and 5 having the secondary suction port 6 are joined.
- a mesh-shaped dust collection filter or a filtration membrane is provided at the discharge port of the mixed discharge pipe 5, It should be detachable.
- the present invention is extremely simple by simply installing a mixing tube 2 joined to the introduction tube 1 and a mixing discharge tube 5 to the mixing tube 2 in a tank or a structure.
- An energy-saving type that promotes fluid circulation and mixes and agitates the pump and fan without changing the design and specifications. All fluids and air conditioning, oxygen supply to oxygen-deficient lakes and aquaculture ponds, and fluids It can be used for various purposes such as removal equipment for harmful and pollutants. Since fuel and power can be reduced, I think that it can play its role in stopping the global warming phenomenon. Encouraging and spreading such inventions meets the needs of the times and is an invention that contributes to industries around the world.
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Abstract
全量を効率よく完全に混合撹拌できる、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置を提供する。 流体の自然循環促進装置として、導入管1の吐出口の径より大きな径の、略J字型の混合管2の拡径した空隙部に複数の切り込みを設けた一次吸引口3に、導入管1を接合する。更に、混合管2の吐出口の径より大きな径の、略J字型の混合吐出管5の拡径した空隙部に複数の切り込みを設けた二次吸引口6に、混合吐出管5を接合する。
Description
本発明は、流体を混合撹拌する際に使用されるポンプやファンの設計や仕様を変えずに、循環量を大幅に増大させると共に流速エネルギーを高める、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置に関するものである。
従来の給湯設備や空調設備の概念は、高温の流体は上昇し、低温の流体は下降するという温度差を基調にしたものである。その温度差を解消するためにポンプやファンを用いて流体を強制的に圧入循環させ、その対流作用を利用して混合を促し、流体の異なる成分や温度差を均一化させている。しかしながら、給湯設備においては圧入した循環量の分しか対流しないので混合撹拌効率が悪く、そのために貯湯タンクの大型化を招いている。こうした現状の改善を図るためになされた、撹拌装置を組み込んだ貯湯タンクや自然循環促進装置としては、本願出願人による特許文献1、特許文献2の発明が知られている。
特許文献1の実施例においては某地方都市の温泉施設の場合には、従来の給湯設備設計では600人/日となり5トン貯湯タンク2基が必要であるが、従来型貯湯タンクは該に製作済みだったのでその中に撹拌装置を組み込んだ。最初の正月に、設計の5倍の3000人が入場したが給湯量が不足することはなく、通常の設定であれば5トン貯湯タンク1基で十分間に合う計算である。
なお、この高さ3メートルの貯湯タンクでは、湯を大量に同時使用しても上下の温度差は常に1.5度程度で推移していることが確認された。従来設計方式の貯湯タンクでは上下の温度差が50度前後あることから、ほぼ完全に撹拌されていることが分かる。
このように、従来工法の給湯設備には欠点や問題点が多かったが、完全な混合撹拌ができなかったことから、敢えて三層分離現象の温度差を利用したものであった。上記の例からも、完全な混合撹拌がなされれば貯湯量は半分以下で済み、逆にいえば従来の貯湯タンク容量では2倍以上の湯が活用できることになる。
特許文献2は、既存の各種タンクの形状や開放型タンクに対応するための、後付け可能な自然循環促進装置である。これらは現時点でも十分な成果を上げているが、エネルギー消費量や環境問題にも関連するので更なる混合撹拌効率の向上を目指す必要がある。
流体の異なる成分や温度の均一化を促進させるためには、対流による混合作用に加えて流体の循環量を増大させると共に、周囲の流体を吸引して混合し、更に全体を大きく流動させて撹拌する必要がある。特許文献1、及び特許文献2は撹拌するための新たなポンプや動力を必要とせず、従来工法の既存の2台の循環ポンプにより槽内の配管に圧入するだけで、エゼクタ作用を利用して混合撹拌されている。しかしながら特許文献2については、導入管1から圧入された流体によるエゼクタ作用が、高温水吸引口3、及び低温水吸引口5の空隙が水平で狭いために吸引効率が低いという問題があった。更には、混合管2や混合吐出管4で拡径するたびに流量は増えるが、逆に流速は遅くなるという理論的に相反する矛盾を抱えている。また、導入管1、及び混合管2の吐出口を、混合管2や混合吐出管4に内挿して複数の取付け板を以て縦方向に固定するための作業が煩雑であり、その複数の取付け板自体が流体の吸引を阻害する要因にもなっていた。また流体中には異物や不純物、及び有害物質等の混入も見られることから、それらの効果的な除去方法も必要とされている。本発明はそれらの原因を解消して、更に混合撹拌効率の向上を図ろうとするものである。
上記の目的を達成するために、本発明における旋回流を用いた流体の自然循環促進装置は次のような構成としている。請求項1は、導入管1の吐出口の径より大きな径を有する、略J字型の混合管2の拡径した空隙部に複数の切り込みを設けた一次吸引口3と、導入管1を螺旋板を介在させて接合する。更に混合管2の吐出口の径より大きな径を有する、略J字型の混合吐出管5の拡径した空隙部に複数の切り込みを設けた二次吸引口6と、混合吐出管5を螺旋板を介在させて接合したものである。請求項2は、請求項1に記載された導入管1をダブルの枝管構造にして、導入管1に混合管2を螺旋板を介在させて接合すると共に、混合管2に混合吐出管5を螺旋板を介在させて接合したものを、前記の各枝管に接合したものである。請求項3は、請求項1及び2に記載された本発明の骨子である、圧入した元の流体の数倍の量が流動する特徴を生かして、混合吐出管5の吐出口にメッシュ状の集塵除去フィルターや、ろ過膜を設けたものである。
本発明は上記のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。1.ポンプやファンの設計・仕様を変えずに、圧入した流体の循環量をエゼクタ作用で増大しながら、旋回流を形成して流体の速度エネルギーを高める。2.一次吸引口からの高温域の流体と、二次吸引口からの低温域の流体を吸引して、導入管からの供給流体と混合し、旋回流で増強した吐出エネルギーを以て全体を大きく流動・撹拌させるので流体の均一化が促進される。3.自然の法則を活用し、パイプを連ねただけなので故障も少なく、流体では ほぼ100%の混合撹拌効果を得られており、費用も低コストで済む。4.給湯に関しては、タンクや膨張タンクの縮小と三方弁装置等の高価な機器類も不要になり、温度の均一化で放熱ロス低減等の省エネ効果も見込める。5.流体の温度調整、食品関係のボイル槽や発酵食品の撹拌、またIT機器や工業製品などの洗浄等、大量の湯を必要とする職種に最適である。6.本発明は部品的な要素が強く、添加物の供給や混合撹拌、空調、酸欠状態 の湖沼や養殖池への酸素供給等、工業や農水産業に多目的に活用できる。7.流体の循環量が倍増されるので、吸塵装置や濾過装置を組み合わせることにより、流体中の有害物質や汚染物質の除去装置としても活用できる。8.放射性物質を含んだ土壌を洗浄後の水中の汚染物質と、ゼオライトやブラックシリカ等の吸着性物質を効率よく混合撹拌させることも可能である。9.本発明は理論と構造に重きを置いているので、用途に応じて使用する材料や形状を変えたり、更なる付帯機能を付けることも可能である。
本発明の発明を実施するための最良の形態について、図面を参照に説明する。
図1は、特許文献2の欠点を解消するためになされた基本構造の短管式の組み立て斜視図である。図1では、導入管1の吐出口の径より大きな径を有する、略J字型の混合管2の前端を効率よく吸引できるように略漏斗状に拡径し、更に縦に複数の切り込みを入れた空隙部を設けて一次吸引口3を形成し、導入管1と接合する。更に、混合管2の吐出口の径より大きな径を有する、略J字型の混合吐出管4の前端を同じく拡径し、混合管2と同様の空隙部を設けて二次吸引口3を形成し、混合吐出管5を接合して、流体の混合撹拌装置として組み立てたものである。
特許文献2は、単純に違径のパイプを連ねただけでほぼ完全に混合撹拌する自然循環促進装置であるが、上述のような問題点があった。更に撹拌効率を上げるためには流体の循環量の増大が必須となるが、それをなし得るには流速を高める必要がある。
本発明はその手段として、宇宙生成や竜巻に見られる螺旋回転運動のエネルギーを、水の集束螺旋渦巻き流に置き換えた水流エネルギーを取り入れたものである。2つの空隙の形状を略漏斗状に拡径し、且つ、縦に複数の切り込みを入れることで流体の吸引位置に落差をつけ、吸引時に螺旋回転運動を形成しやすくしたものである。ちなみに、ペットボトルの中身を出すときに、出口を下に向けただけよりも、ペットボトルに回転を与えた方が旋回流となって勢いよく流出することは周知の事実である。
また、螺旋回転運動の渦巻き理論現象においては、屋内の温水暖房配管の往主管を時計回りに敷設すると地球磁場による影響か、暖房効率が上がることは設備専門業者の良く知るところである。
本発明の実施例では、大きな円形状の露天風呂の加温用に設置したが、最初は緩やかな上下の対流が起こり、徐々に水平に旋回流が形成されると、上下の対流と同時に時計回りに大きく対流して混合撹拌することが確認された。
このように、上下対流と水平方向の渦で完全に混ざり合って全体の昇温を促すが、温度が均一になった湯は上下の対流が少なく、浴槽湯面からの熱放射が減少して湯が冷めにくくなる。これは結果的に燃料削減効果をもたらす。
次に、実施例1の流体の作動状況について図面を参照に説明する。導入管1からポンプやファンによって圧入された流体は、導入管吐出口から混合管2内に吐出され、混合管2内には流速エネルギーによる負圧が生じる。その際のエゼクタ作用により、一次吸引口3の略漏斗状に拡径された空隙と複数の切り込み形状から、周囲の高温域の流体が螺旋板に沿って徐々に渦巻き状になって吸引される。
混合管2内には旋回流が形成されて流速が早くなり、混合吐出管5内に勢いよく吐出 される。その後の流体の動きは前段の説明と同様の作用効果であるが、その際に、今度 は二次吸引口6から低温域の流体を同じく螺旋板を介して渦巻き状に吸引して、混合吐 出管5内に旋回流を形成される。
導入管1からの圧入された流体と、一次吸引口3からの高温域の流体と、二次吸引口6からの低温域の流体とが旋回流となって混合撹拌され、圧入された元の流体の数倍の循環量が旋回流となって混合吐出管5から下方に向けて吐出される。
この下方に吐出された流体は、吐出圧の直進性と旋回流の遠心力による水平方向への広がりを促進させ、温度差の比重による上下対流と共に渦巻き効果で流体全体を更に大きく流動・撹拌させることにより、流体の均一化がより効果的に行われる。
本発明は特許文献2の問題点を、空隙を略漏斗状に拡径して吸引面積の増大を図り、吸引時の抵抗を減らすとともに、空隙部の複数の縦の切り込みで吸引位置に高低差をつけ、更には螺旋板を介在させて旋回流を形成しやすくして吸引効果を高めたものである。
本発明の理論は横型構造にも適合し、液体や気体などすべての流体に応用できるものである。従って、自然循環促進装置の形状や構造体にはその使用目的に応じて、管、角ダクト、風洞、型枠体などが適宜適用されるものである。
本発明は、圧入供給された流体量が数倍になって循環するので、吸塵装置や濾過装置などを組み合わせることによって、流体中の有害物質や汚染物質の除去装置としても活用できる。
また、放射線物質に汚染された土壌や物体を洗浄後の汚染水に、ゼオライトやブラックシリカ等の吸着性物質を混入して吸着させる際に、配管内に形成される旋回流により効率よく混合撹拌される。
このように、本発明は完成された製品というよりも一部品的な要素が大きく、様々な分野に活用される可能性がある。用途によっては混合管本体に、必要に応じて枝配管などを適宜に設ける等の改良を加えることも可能である。
図2の実施例は、より旋回流効果を高めるために、導入管1の吐出口と混合管2との空隙部に、螺旋板4を介在させて接合し、更に、混合管2の吐出口と、混合吐出管5の空隙部に、同じく螺旋板4を介在させて接合したものである。
図4は、導入管1の吐出口をダブルの枝管構造にした斜視図で、大型の設備に対応するものである。複数の枝管構造の導入管1の各吐出口と、一次吸引口3を有する混合管2、2をそれぞれ接合してある。更に、混合管2、2の吐出口と、二次吸引口6を有する混合吐出管5、5を、それぞれ接合したものである。
本実施例では、図1及び、図2の実施例と同様の効果や機能を発揮するほか、混合吐出管5、5の吐出口の方向を任意に選択し、より広範囲に混合撹拌の効率の上がる方向に設定することができる。
本発明における、圧入された元の循環量の数倍の流体が流動する特徴を生かして、混合吐出管5の吐出口にメッシュ状の集塵除去フィルター又は、ろ過膜を設けたものであり、着脱自在にするのがよい。
本発明は、導入管1に混合管2を、混合管2に混合吐出管5を接合して組み立てたものを、タンクや構造物内に施設するだけで極めてシンプルである。ポンプやファンの設計や仕様を変えずに、流体の循環を促進して混合撹拌する省エネタイプで、すべての流体や空調等、また、酸欠状態の湖沼や養殖池への酸素供給や、流体中の有害・汚染物質の除去装置等に多目的に活用できる。燃料や動力を削減できることから、地球温暖化現象をストップさせるのに少なからずその役割を果たせるものと思う。このような発明を奨励・普及させることは時代の要請に応えるものであり、世界の産業に貢献する発明である。
1 導入管
2 混合管
3 一次吸引口
4 螺旋板
5 混合吐出管
6 二次吸引口
2 混合管
3 一次吸引口
4 螺旋板
5 混合吐出管
6 二次吸引口
Claims (3)
- 挿入される導入管と、該導入管の吐出口よりも大きな径を有し、前記導入管が挿入する側を拡径し複数の切り込みを設ける混合管とを、その空隙部に螺旋板を介在させて接続する一次吸引部と、前記混合管の吐出口が挿入する該吐出口の径より大きな径を有し前記吐出口が挿入される側を拡径し複数の切り込みを設ける混合吐出管と前記混合管との空隙部に螺旋板を設けて接続して二次吸引部を形成し、吸気流に旋回流を生じさせる自然循環促進装置。
- 導入管をダブルの枝管構造にして、導入管に混合管を接合すると共に、混合管に混合吐出管を接合したものを、前記の各枝管に接合した請求項1記載の、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置。
- 前記混合吐出管の吐出口に、メッシュ状の集塵除去フィルター、又はろ過膜を設けた請求項1、及び請求項2に記載の、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置。
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