(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図１
2014037924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入管の吐出口の径より大きな径を有する、略J字型の混合管の拡径した空隙部に複数の切り込みを設けた１次吸引口と、前記導入管を接合すると共に、前記混合管の吐出口の径より大きな径を有する、略J字型の混合吐出管の拡径した空隙部に複数の切り込みを設けた２次吸引口と、前記混合吐出管を接合したことを特徴とする、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置。
【請求項２】
導入管と混合管の１次吸引口の空隙部に、螺旋板を介在させて接合すると共に、前記混合管と混合吐出管の空隙部に、螺旋板を介在させて接合したことを特徴とする請求項１記載の、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置。
【請求項３】
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、及び請求項２記載の、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置。
【請求項４】
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から３のいずれかに記載の、旋回流を用いた流体の自然循環促進装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４７０２２１号公報
【特許文献２】特許第４２１７８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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を接合したものである。
請求項２は、導入管１と混合管２の一次吸引口３の空隙部に、螺旋板４を介在させて接合し、更に、混合管２と混合吐出管５の二次吸引口３の空隙部にも同様に、螺旋板４を介在させて接合したものである。
請求項３は、請求項１、２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を接合すると共に、混合管２に混合吐出管５を接合したものを、前記の各枝管に接合したものである。
３
請求項４は、請求項１から３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
去フィルター又は、ろ過膜を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】単管式の組み立て斜視図である。
【図２】請求項２の単管式の組み立て斜視図である。
【図３】請求項２の単管式の断面図である。
【図４】ダブルの枝管構造にした斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、請求項１に関するもので、単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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【実施例１】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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徐々に渦巻き状に吸引される。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【実施例２】
【００２８】
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。
【実施例３】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【実施例４】
【００３１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
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。
【符号の説明】
【００３３】
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
【図１】
2014037924.tif 000003
【図２】
2014037924.tif 000004
【図３】
2014037924.tif 000005
【図４】
2014037924.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月28日(2012.11.28)
【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】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
【図１】単管式の組み立て斜視図である。
【図２】請求項１の単管式の組み立て斜視図である。
【図３】請求項１の単管式の断面図である。
【図４】ダブルの枝管構造にした斜視図である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
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。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
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  。