JP2015169333A

JP2015169333A - 配管又はタンク又は機器の気体溜まり解消装置

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Publication number: JP2015169333A
Application number: JP2014064672A
Authority: JP
Inventors: 泰熙射場; Taiki Iba
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: JP6462227B2; WO2015137474A1; US20170045063A1

Abstract

【課題】配管や配管につながるタンク及び機器の気体溜まりを取り除く場合において、配管や配管につながるタンク及び機器が負圧状態でも外気の吸入がなく、故障時の系統外への排液対策を必要としない装置。【解決手段】系統内の液体１９と共に気体７を搬送する手段において気体溜まりの最上部に引き込み管入口１３を設け、通ずる引き込み管１２を出口側配管３に接続してタンク及び機器９と出口側配管３の間で気体搬送力を生成する負圧生成ヘッド６又は弁体又は絞り部又は水車又はねじれ回転生成部を配置し、又は組合せて搬送圧力を得る手段で、気体溜まりを防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体搬送時の気体溜まり解消に関する。

従来、配管や配管につながるタンクや機器の気体（空気）溜まりを防ぐ方法としてフロート式自動空気抜き弁を使用している。フロート式自動空気抜き弁は系統外に気体を排出するので、系統内が不圧状態の時、空気を吸入してしまう構造である。また、気体排出時に多少の液体が排出されてしまい、故障及びゴミ詰まり時の系統外への排液対策（排水管）が必要であった。

しかし、系統外に排出が行えない薬品や食品などは衛生上困難であり、危険な液体の管理上も排出が行配管のレイアウトにおいて高さを上下しない事で気体を溜めない様にしているが、配管を長く迂回させると複雑になる。また、ポンプにより吸引を行う気体溜まりの解消対策を行う必要があった。

特開２００１−３１１５２６号公報特開２００６−２６６５５３号公報特開Ｈ８−２１０７９５号公報

配管や配管につながるタンク及び機器の気体溜まりを取り除く場合において、配管や配管につながるタンク及び機器が不圧状態でも外気の吸入がなく、故障時の系統外への排液対策を必要としない装置。

本発明は、系統内の液体と共に気体を搬送する手段において気体溜まりの最上部に引き込み管入口を設け、通ずる引き込み管を出口側配管に接続してタンク及び機器と出口側配管の間で気体搬送力を生成する負圧生成ヘッド又は弁体又は絞り部又は水車又はねじれ回転生成部を配置し、又は組合せて搬送圧力を得る手段で、気体溜まりを防止する。

フロート式自動空気抜き弁は系統外に気体を排出していたが本発明は同一系統内の気体を液体の流れ方向に搬送する手段においてタンク及び機器と出口管の間で気体搬送力を生成して引き込み管により気体を搬送する手段を設け、系統外からの配管負圧時の空気の吸入が無くなり、品質の向上と故障率の低下と排液対策が必要では無くなる事による排液配管の省略につながる。また、循環回路では回路途中に複数個所の空気溜まりがあっても液体と共に気体を経路搬送させ、最終的に１箇所の気体排出手段で行える。

図１は、配管の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドを配置した図面である。（実施例１）図２は、タンク又は機器の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドを配置した図面である。（実施例２）図３は、タンク又は機器の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドと弁体を配置した図面である。（実施例３）図４は、タンク又は機器の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドと絞り部とねじれ回転生成部を配置した図面である。図５は、タンク又は機器の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドと絞り部を配置した図面である。図６は、タンク又は機器の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドと弁体とねじれ回転生成部を配置した図面である。図７は、タンク又は機器の気体溜まり部の断面でＡ，Ｂ，は角度比較を表し、Ｃは出口配管位置を表した図面である。図８は、配管の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管と負圧生成ヘッドとねじれ回転生成部に水車発電機又はポンプを配置した図面である。（実施例４）図９は、配管の気体溜まり部に引き込み口と引き込み管とねじれ回転生成部に水車と発電機又はポンプを配置した図面である。

気体を搬送する手段において、搬送圧力を得る手段で、気体溜まりを防止する。

図１は横断面図である。２入口管から３出口管へ液体が流れている場合、２入口管から３出口管の間が３ｍ上下にクランクした配管で説明すると、クランク上部に７気体が溜まる事を防ぐ手段において、７気体が溜まる最上部に１３引き込み管入口を配置し、１２引き込み管を通じ６負圧生成ヘッドにつながっている。６負圧生成ヘッドは流体の流れの抵抗となり、流れを受ける側が正圧、背側が負圧となる。その負圧側に開孔があり１２引き込み管を負圧にする構造である。
同じ液体流速であれば６負圧生成ヘッドの抵抗面積が大きい程、負圧吸引力は増す正比例。１３引き込み管入口から気体を吸引する負圧を生成する。また、気体と液体では気体の方が１２引き込み管の流体抵抗が少ない事で吸引を可能にしている。液体流速による６負圧生成ヘッドの吸引力が３ｍの落差分の圧力を超えていれば可能となるが液体流速が遅い場合は吸引圧力が不足してくる。必要流速は４気体の浮力高さが高いほど流速抵抗で発生する圧力差が必要であるが液体が水の場合で説明すると圧力差の発生は送水圧力以上の水柱高と管抵抗を引いた値を越えられない。フロート式空気抜き弁を使用した系統外排出を行わない方式で気体を溜めない構造を系統内搬送で構築する。また、漏水対策も回避し管内負圧時の外気の流入も起こらない構成である。

図２は横断面図である。２入口管から３出口管へ１液体の流入方向に液体が流れている場合、２入口管と３出口管の間に９タンク又は機器が配置されている。この９タンク又は機器の上部に７気体が溜まる事を防ぐ手段において説明すると、７気体が溜まる最上部に１３引き込み管入口を配置し、１２引き込み管を通じ６負圧生成ヘッドにつながっている。６負圧生成ヘッドは図１の説明中の物と同じ構造である。６負圧生成ヘッドの配置位置については３出口管の流速の早い部分、通常管の中央部付近が一番早い。７気体搬送力は流速による９タンク又は機器と３出口管の各断面積の差による圧力差と６負圧生成ヘッドの吸引力の和により発生する。９タンク又は機器から３出口管に液体が移動する時の抵抗により７気体の方が先１２引き込み管に流れて行く作用を利用している。条件として流速が早い場合に可能となるが遅い場合は７気体の搬送力が不足してくる。必要流速は５空気溜り高さにより比例した流速が必要である。また、１２引き込み管の配置位置は１１側板部の内部に配置しているが１１側板部の１９液体側に単独又は沿わす形で配置しても同じ効果である。また、図１の様に１１側板部の外側に１２引き込み管を設けても可能である。よって９タンク又は機器内の７気体の搬送は液体流速を早めて行う。液体流速の設定は３出口管の面積と９タンク又は機器の面積の差に比例する。

図７は側面図である。図７のＣの様に９タンク又は機器の最上部に３出口管を配置すれば、気体の溜りは発生しないが図７のＡ及びＢの様に９タンク又は機器の中央に３出口管を配置し、もって２入口管と３出口管を主軸とする９タンク又は機器が回転体であるとした場合図７のＣは回転体の軸位置としては不具合である。また、図７のＢは最上部に１３引き込み管入口がくる位置に停止している場合は気体が吸引され、無くなるが図７のＢの６０度の位置に１３引き込み管入口を停止させた場合、毎回同じ気体量を溜める事が可能である。たとえば１３引き込み管入口がくる位置の角度を変える事で気体と液体の比率を変化さすことが容易となる。気体と液体を９タンク又は機器の回転動作によりミキシングさせムース状の製品を作る場合などに有効である。従来のフロート式空気抜き弁では不可能であり、これを可能にする技術的要素である。

図５は横断面図である。図２に８絞り部を設け、８絞り部はオリフィスと同等である。７気体の搬送力は流速による９タンク又は機器と８絞り部の各断面積の差による圧力差と６負圧生成ヘッドの吸引力の和により発生する。５空気溜り高さと流速が一定とした場合にシンプルな構造である。

図４は横断面図であり図中にＡ−Ａ´断面を記載している。図５に１４ねじれ回転生成部を設けた配置である。６負圧生成ヘッドは図１の説明中の物と同じ構造である。９タンク又は機器と３出口管の接続部に１４ねじれ回転生成部と８絞り部を配置している。１９液体の流れは１４ねじれ回転生成部に設けられた１５流入孔により１６流入方向から１７ねじれ回転集合方向に合流する。Ａ−Ａ´断面図の様に１４ねじれ回転生成部に１５流入孔が偏芯して４方向に配置している。方向数は口径や流体粘度により増減配置する。図４の横断面図には１５流入孔は４個２列、計８個の１５流入孔を記載しているが１個でも複数個でも回転流を発生さす事ができる。流体がねじれ回転して８絞り部に向かって加速し、１８遠心拡散方向に流れる事で３出口管の６負圧生成ヘッド付近は外周部も十分な流速が発生して６負圧生成ヘッドの負圧力も増大する。気体搬送力は流速による９タンク又は機器と８絞り部の各断面積の差による圧力差と６負圧生成ヘッドの吸引力との和により発生する。１４ねじれ回転生成部の効力は９タンク又は機器から３出口への乱流を防止させ抵抗を下げ、８絞り部の断面積を大きく出来る事による流速抵抗の低減に優位である。流体粘度や流速によっては絞り部８を設けないストレートとする事も可能である。また、比較的少ない流量でも６負圧生成ヘッドに負圧を効率良く発生させる外周部の流速が得られる。しかも、弁体などの可動部がないので耐久性が格段にある。

図３は横断面図である。２入口管から３出口管へ１液体の流入方向に液体が流れている場合、２入口管と３出口管の間に９タンク又は機器が配置されている。この９タンク又は機器の上部に７気体が溜まる事を防ぐ手段において説明すると、７気体が溜まる最上部に１３引き込み管入口を配置し、１２引き込み管を通じ６負圧生成ヘッドにつながっている。６負圧生成ヘッドは図１の説明中の物と同じ構造である。２１弁体（開位置）と２２弁体（閉位置）は同一弁体であり位置を示している。弁体は浮力式、重力式、スプリング式がある。２０弁の軸ピンを下側に配置して浮力式とする。また２０弁の軸ピンを上側に配置して弁体を設ける場合は重力式として作用させる。重力式は弁体の自重である。弁体をスプリング力で作用さす場合は２０弁の軸ピンは上下など全角度に対応して閉じる事が出来る。弁体の配置位置は９タンク又は機器と３出口管の接続部であるが６負圧生成ヘッドより９タンク又は機器側に配置する。気体搬送力は流速による９タンク又は機器と３出口管の各断面積の差による圧力差による搬送力と６負圧生成ヘッドの吸引力と弁体の閉止力による圧力差の和により発生するが６負圧生成ヘッドを設けず１２引き込み管の開口としても機能する。この時の負圧吸引力は流速による９タンク又は機器と３出口管の各断面積の差による圧力差による搬送力と弁体の閉止力による圧力差の和により発生する。動作は弁体が浮力又はスプリング力又は重力により閉じているが流速が発生して弁体を開こうとする力がはたらき、徐々に開度を増す事となり、流速が早い場合は全開に近くなる。オリフィスの抵抗と比較するとオリフィスの場合は流速に比例して抵抗が増す。開閉する弁体の場合は開度による弁体部分の抵抗は一定に近くなるので浮力又はスプリング力又は重力による一定の設定圧力差を発生させる事が可能になり的確に７気体を搬送する事が可能となる。

図６は横断面図であり図中にＡ−Ａ´断面を記載している。７気体が溜まる最上部に１３引き込み管入口を配置し、１２引き込み管を通じ６負圧生成ヘッドにつながっている。６負圧生成ヘッドは図１の説明中の物と同じ構造である。９タンク又は機器と３出口管の接続部に１４ねじれ回転生成部と弁体を配置している。２１弁体（開位置）と２２弁体（閉位置）は同一弁体であり位置を示している。弁体は浮力式、重力式、スプリング式がある。２０弁の軸ピンを下側に配置して浮力式とする。また２０弁の軸ピンを上側に配置して弁体を設ける場合は重力式として作用させる。重力式は弁体の自重である。弁体をスプリング力で作用さす場合は２０弁の軸ピンは上下など全角度に対応して閉じる事が出来る。１９液体の流れは１４ねじれ回転生成部に設けられた１５流入孔により１６流入方向から１７ねじれ回転集合方向に合流する。図４で述べたが１５流入孔の数の組み合わせは液体の性質や使用方法による。Ａ−Ａ´断面図の様に１４ねじれ回転生成部に１５流入孔が偏芯して４方向に配置している。方向数は口径や流体粘度により増減配置する。７気体搬送力は流速による９タンク又は機器と３出口管の各断面積の差による圧力差と６負圧生成ヘッドの吸引力と弁体の閉止力による圧力差の和により発生する。６負圧生成ヘッドを設けず１２引き込み管の開口としても機能する。この時の７気体搬送力は流速による９タンク又は機器と３出口管の各断面積の差による圧力差と弁体の閉止力による圧力差の和により発生する。動作は弁体が浮力又はスプリング力又は重力により閉じているが流速が発生して弁体を開こうとする力がはたらき徐々に開度を増す事となり、流速が早い場合は全開に近くなる。オリフィスによる抵抗と比較するとオリフィスの場合は流速に比例して抵抗が増す。弁体の場合は全開すれば弁体部分による抵抗は無くなり管の抵抗と同じになり開度による抵抗は一定となる。この事から流速が少ない場合でも浮力又はスプリング力による一定の圧力差（９タンク又は機器内の圧力と６負圧生成ヘッドのある３出口管の圧力）を発生させる事が可能になり全開まで一定に近い抵抗を生み出し、的確に７気体を搬送する事が可能になる。流体がねじれ回転して１８遠心拡散方向に流れる事で２１弁体（開位置）を流体の遠心力により押さえ込む方向に働く。同じ流量の場合１４ねじれ回転生成部があると弁体に当たる水流力が遠心力分強く弁体を開く。図３の場合より弁体を開にする遠心力が弁体を押さえ込む力となりより少ない流量で安定して弁体が全開する。流量の少ない時の初動圧力は図３と同じでも全開時の流速による抵抗の増大は少なくする事が出来る。また、小流量でも３出口管の６負圧生成ヘッド付近の外周部も十分な流速が発生して６負圧生成ヘッドの負圧力も増大する。小流量から大流量まで損失抵抗を小さくでき、効率よく気体の吸引搬送が行える。たとえば、水道と空気の場合で実施した場合、７気体が溜まると腐敗が起こるため、より損失抵抗を少なくする機能と少ない流量でも機能する事が望まれる。また、各地方により水道圧は時間帯により変化し、水道メーターの口径や周囲の使用量によっても水圧や流量が変化する事から小流量でも空気溜りを防ぐ事でタンクや機器を接続した場合の鮮度が確保できる。

図８は横断面図であり図中にＡ−Ａ´断面を記載している。１液体の流入方向に２入口管から９タンク又は機器に流れ３出口管への流れの中で９タンク又は機器の水面高さが３出口管より高い場合、気体又は空気の溜まりが発生する。この気体又は空気の溜まりを解消する機構として９タンク又は機器の最上部に１３引き込み管入口と１２引き込み管と６負圧生成ヘッドを設け、９タンク又は機器と３出口管の圧力差を生成して７気体を３出口管に排出するものである。９タンク又は機器から３出口管の間に１４ねじれ回転生成部を設ける。この１４ねじれ回転生成部はＡ−Ａ´断面に表記した１５流入孔を中心線から偏芯させ４方向に配置して１６流入方向の流体が２５水車に進入し２５水車を接続した２４発電部で発電を行っている。２５水車を通過した水流はねじれ回転を生成して３出口管方向に遠心力をともない流れる。圧力差の生成は９タンク又は機器と３出口管の断面積の違いによるベルヌーイの定理の流速から発生する圧力差と６負圧生成ヘッドに発生する圧力差であるが９タンク又は機器と３出口管の間の水車の抵抗による圧力差も生じる。流量が増せば水車の回転抵抗は増し、２４発電部の発電エネルギーが増す事になる。流量流速と共に電力量に置き換わるエネルギー移動が発生し、水流による発電の圧力損失となる。これにより気体溜まりを解消さす圧力差を発生させている。図３、図４、図５との違いにおいて、本来圧力差は抵抗損失でエネルギーロスであるが電力に置換える事で気体の排出と同時に省エネルギー発電を実現している。水流による発電は様々あるが、気体溜まりの解消に利用している点が特徴である。発電された電力は蓄電や蓄電池の自然消耗の補助充電や制御並びに状態表示の電源として利用する事ができる。また、６負圧生成ヘッドは流体が当たる面と反対面の圧力差で負圧を生成しているが流体の当たる面が大きいほど負圧生成力は増す。同時に管路の抵抗損失が増してしまうので６負圧生成ヘッド以外の圧力差が大きい場合は、６負圧生成ヘッドを設けないか、もしくは流体の当たる面を小さくして抵抗を少なく配置しても良い。つまり、水車の流体抵抗が十分ある時は７気体を３出口管に送る力が得られるので６負圧生成ヘッドは１２引き込み管の開口のみとする事ができる。図４、図６にも通ずるが１４ねじれ回転生成部は液体が９タンク又は機器から３出口管への突入する時に急激に流速が早まり乱流が発生する。この乱流抵抗を低減できる効果があり、水車を効率よく回転さす事を兼ねている。

図９は横断面図であり図中にＡ−Ａ´断面を記載している。図８の６負圧生成ヘッドを除き２引き込み管の配置位置を変更している。９タンク又は機器の最上部に１３引き込み管入口と１２引き込み管を設け、４ねじれ回転生成部の上部に繋がっている。９タンク又は機器と３出口管の圧力差を生成して７気体を３出口管に排出するものである。９タンク又は機器から３出口管の間に１４ねじれ回転生成部を設ける。この１４ねじれ回転生成部はＡ−Ａ´断面に表記した１５流入孔を中心線から偏芯させ下側２方向に配置して１６流入方向の流体が２５水車に進入し２５水車を接続した２４発電部で発電を行っている。また、発電部の替わりにポンプとする事も可能である。２５水車を通過した水流はねじれ回転を生成して３出口管方向に遠心力をともない流れる。１４ねじれ回転生成部の上側に繋がる１２引き込み管と１３引き込み管入口から７気体を引き込むプロセスは１６流入方向の流体が２５水車を回転させ２５水車の羽により各１５流入孔と１２引き込み管の流量を同じにしようとする働きにより１２引き込み管の吸引力が発生する。また、気体の溜まりが解消されれば液体が流れ３方向のねじれ回転を生成する。図８との差異は水車の吸引力であるが１２引き込み管の配置位置の違いであり、図８に６負圧生成ヘッドを設けない場合と比較すれば構成要素は同じである。また、３出口管の取り付け位置を９タンク又は機器の上部に近い位置に接続すれば１２引き込み管の長さが無くなり１３引き込み管入口のみで７気体の排出が可能になる。あくまで、気体溜まりが発生する場合の構成である。

水道配管に利用すると貯水が可能になり断水の時利用できる。又、冷温水配管に利用すると配管の上げ下げが可能になり機械室で気体の排出が行える点と配管腐食を防ぐ利点は大きい。冷媒やオイルも同様の利点がある。食品、薬品、危険物の工場設備ライン及び原子力設備も対象であり利用範囲が広い。

１、液体の流入方向
２、入口管
３、出口管
４、気体の浮力高さ
５、空気溜り高さ
６、負圧生成ヘッド
７、気体
８、絞り部
９、タンク又は機器
１０、気泡
１１、側板部
１２、引き込み管
１３、引き込み管入口
１４、ねじれ回転生成部
１５、流入孔
１６、流入方向
１７、ねじれ回転集合方向
１８、遠心拡散方向
１９、液体
２０、弁の軸ピン
２１、弁体（開位置）
２２、弁体（閉位置）
２３、小流量時の流れ
２４、発電部
２５、水車

Claims

タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドを構成し、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送手段を設けてなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドと液体のねじれ回転生成部を構成し、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する出口管に通ずる引き込み管と液体のねじれ回転生成部に水車を設け、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドと浮力式又は重力式又はスプリング式の弁体を設け、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドと液体のねじれ回転生成部に水車と発電部又はポンプを設け、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドと液体のねじれ回転生成部に絞り部を設け、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドと絞り部を設け、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。
タンク又は機器において気体溜まりの最上部に引き込み管入口があり、気体を搬送する引き込み管と気体を出口管に放出する負圧生成ヘッドと浮力式又は重力式又はスプリング式の弁体と液体のねじれ回転生成部を設け、タンク又は機器と出口管の間で気体搬送力を生成してなる気体溜まり防止装置。