JP5212301B2 - ベンチュリ管を用いた流体の混合方法、ベンチュリ型混合装置 - Google Patents
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このような熱量調整方法として、例えば特開昭63−265994号公報(特許文献1)には、気化した天然ガスをベンチュリ型の液・ガスミキサーに供給し、ベンチュリ管で発生する低圧を利用して、ベンチュリ管に液体の状態で供給される熱量調整剤を蒸発・混合させる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献2においては、絞り部材を軸方向に移動させるための駆動方法が開示されていない。また、仮に駆動源が流路外にあるとすると、駆動軸が流路外へ貫通することになり、頻繁に可動する面をシールすることになるため、流体が可燃性であったり危険物であったりする場合には漏洩の問題が生ずる。
また、特許文献4、5においても同様に、ガス流量の変動には対応可能であるものの、駆動源としてのモータをガス流路内に配設しているため、構造が複雑になる上に、駆動エネルギーを必要とし、さらに、モータ部への流体の流入を考慮すると、可燃性や腐食性を有している流体への適用が難しいという問題がある。
さらに、特許文献5に開示されたものにおいては、圧力・温度に基づいて「流量」を制御しているが、流体の混合の観点で重要となるのは、流量の変動に合わせてベンチュリ管のど部の流速を制御することであり、特許文献5のものではこのような制御をすることはできない。
本実施の形態に係るベンチュリ型混合装置1は、LNGを気化した天然ガスにLPGを添加することにより増熱して都市ガスを製造する際に用いられるものである。
また、本実施の形態のベンチュリ型混合装置1においては、分岐管11に、分岐管11を流れる天然ガスの流量を検知する流量検知器13を設けると共に主流入管3におけるベンチュリ管5と分岐管11分岐部の間に流量調整弁15を設け、流量検知器13の検知信号に基づいて流量調整弁15の開度を調整するようにしている。
以下、各構成を詳細に説明する。
LPG供給管9はベンチュリ管5内にLPGを供給するためのものであり、LPG供給場所となるその開口部はベンチュリ管のど部7もしくはベンチュリ管のど部7より上流側となるように配設する。
LPG供給管9から供給されるLPGは、ベンチュリ管のど部7を通過するときに流速が増加した天然ガス流れによって微粒化され、天然ガスと混合される。
LPG供給管9の開口部は、ベンチュリ管5の中心である軸線上に配設しても構わないし、軸線からずらした位置でもよい。さらには、ベンチュリ管5の内壁面上に開口するようにしてもよい。また、LPG供給管9の開口部には、例えば金属多孔質体などのLPGの微粒化を促進する機構を付加してもよい。
分岐管11は、主流入管3におけるベンチュリ管5の上流側から分岐して、その出口側がベンチュリ管のど部7もしくはベンチュリ管のど部7よりも上流側に接続されている。そして、分岐管11を通じて天然ガスを流し、ベンチュリ管5内を流れる流体に旋回流を起こさせるようにしたものである。なお、分岐管11の出口側をベンチュリ管のど部7に接続してもよい。
分岐管11の出口側の接続態様は、分岐管11から吐出される天然ガスによってベンチュリ管5内を流れる流体に旋回流が発生する態様であれば、種々の態様を含む。
本実施の形態では、図1乃至図3に示すように、分岐管11の接続部の軸線が流路断面の外周部接線方向になるように接続している。このように接続することで、旋回流を効果的に発生させることができる。
分岐管11出口部の管径は、都市ガスの最低流量運転のときにも、分岐管11からの旋回流成分のみで、LPGの微粒化・混合に必要な流速を保つことができるような径にしておく。
例えば、都市ガス流量の変動範囲が30万Nm3/h〜6千Nm3/hの場合を想定すると、都市ガス流量が最低流量である6千Nm3/hのときには、天然ガスを分岐管11から全量流し、この旋回流成分のみでベンチュリ管のど部7においてLPGの微粒化・混合に必要な流速が保てるような管径とする。(このとき分岐管11を流れる天然ガス流量は、天然ガス流量として想定される最低流量となる。)
その上で、想定される最低流量分を常に分岐管11に流すようにすれば、制御が簡単で安定したLPGの微粒化・混合が実現できる。
なお、分岐管11出口部以外の径は出口部の管径より大きくしておくことにより、分岐管11における圧損が大きくなりすぎることを回避することができる。
なおベンチュリのど部7の径は、設計最大流量時の圧力損失が、その適用システムにとって過大とならないように設計しておく。分岐管11における圧損も、都市ガス流量変動範囲の最大流量全量が主流入管3から流入した際のベンチュリ管5における圧力損失以下となるようにするのが望ましい。
流量検知器13は、分岐管11に設けられて分岐管11を流れる天然ガスの流量を検知するものである。
なお、流量検知器13に代えて差圧検知器を設け、分岐管11における圧力損失を検知することで、あらかじめ把握しておいた分岐管11における流量と圧力損失の関係から、分岐管11内を流れる天然ガスの流量を検知するようにしてもよい。
流量調整弁15は、主流入管3におけるベンチュリ管5と分岐管11の分岐部との間に設けられて、流量検知器13の検知信号に基づいて主流入管3を流れる天然ガス流量を調整し、これによって分岐管11を流れる天然ガス量が予め定めた所定流量になるようにする。
次に上記のように構成された本実施の形態に係るベンチュリ型流体混合装置の動作を説明する。
分岐管11及び主流入管3から天然ガスがベンチュリ管5に供給され、分岐管11から供給される天然ガスによってベンチュリ管5内に旋回流を発生させる。これによって、ベンチュリ管のど部7を流れる流速を増し、LPG供給管9から供給されるLPGの微粒化・混合を促進する。
そこで、流量検知器13で検知される流量が所定値Aよりも減少したら、流量調整弁15の開度を小さくすることによって分岐管11を流れる天然ガス流量が所定値Aを維持するようにする。
分岐管11を流れる天然ガス流量を所定値A以上に維持することで、分岐管11からの吐出流による旋回流によってベンチュリ管のど部7を通過する流速が維持されLPGの微粒化・混合効果を確保することができる。
そこで、流量検知器13で検知される流量が所定値Bよりも増加したら、流量調整弁15の開度を大きくして主流入管3を流れる量を増やし、分岐管11を流れる天然ガス流量が所定値Bになるようにする。ここで、所定値B≧所定値Aの関係にある。
分岐管11を流れる天然ガス流量を所定値A以上B以下にすることで、分岐管11からの吐出流による旋回流によってベンチュリ管のど部7を通過する流速が維持されLPGの微粒化・混合を十分にすることができると共に圧損の過大な増大を防止することができる。
前述した例と同様、都市ガス流量の変動範囲が30万Nm3/h〜6千Nm3/hの場合を想定すると、都市ガス流量が最低流量である6千Nm3/hのときには、天然ガスを分岐管11から全量、すなわち所定値A(=所定値B)の流量を流す。
都市ガス流量が6千Nm3/hより大きくなった場合には、分岐管11に設置された流量検出器13で計測される流量が所定値Aを保つように流量調整弁15の開度を大きくしていき、天然ガス流量増加分を主流入管3から流入させるようにする。すなわち、都市ガス流量が変動しても、分岐管11には常に所定値Aの天然ガス流量が流通するようにする。こうすることにより、分岐管11からは常に微粒化・混合に必要な流量が供給されるようになる。また主流入管3からの速度成分は、ベンチュリ管のど部7における流速をさらに増大させる方向に寄与する。
なお上記において、所定値Aは[都市ガス最低流量時の天然ガス流量(天然ガス最低流量)]であるが、簡易的には[都市ガス最低流量]としてもよい。
また、本実施の形態においては、従来例のようにベンチュリ管のど部7の流路断面積を可動体によって変化させるような構造でなく、構造が単純であり、流路外との摺動部がなく摺動面などに対するシールが不要となり、また別途動力が不要である。
しかも、不純物の混入もなく、可燃性、腐食性、危険性を有する流体への適用が可能になる。
またさらに、外部に駆動源を設ける必要がないので、例えば駆動軸を流路に挿入する必要もない。
図4は本発明の実施の形態2に係るベンチュリ型流体混合装置を模式的に示す説明図である。図4において、図1と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置は、分岐管11の出口側を3つに分岐して、ベンチュリ管軸方向に並べて接続したものである。
分岐管11の出口側を3箇所にすることで、旋回流を効果的に発生させることができる。
図5は本発明の実施の形態3に係るベンチュリ型流体混合装置を模式的に示す説明図である。図5において、図1と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置は、分岐管11の出口側を4つに分岐して、ベンチュリ管周方向に所定の角度ごとに接続したものである。
分岐管11の出口側をベンチュリ管周方向に複数箇所で接続することで、旋回流を効果的に発生させることができる。
図6は本発明の実施の形態4に係るベンチュリ型流体混合装置を模式的に示す説明図である。図6において、図1と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のベンチュリ型流体混合装置は、分岐管11の出口側を2つに分岐して、ベンチュリ管のど部7の下流側に接続したものである。接続の態様は実施の形態1と同様に旋回流が生ずるように、例えば流路断面の外周部接線方向、あるいはベンチュリ管の軸線に対して軸心をずらした交差方向とする。
3 主流入管
5 ベンチュリ管
7 ベンチュリ管のど部
9 LPG供給管
11 分岐管
13 流量検知器
15 流量調整弁
Claims (9)
- 流体の主流路にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される気体である第1流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第2流体を供給することによって両流体を混合する混合方法であって、
前記主流路に第1流体を流すと共に、前記主流路における前記ベンチュリ管のど部またはその上流側において前記ベンチュリ管の軸線に対し軸心をずらした交差方向に前記第1流体を流すことによって前記ベンチュリ管を流れる流体に旋回流を発生させ、前記ベンチュリ管のど部の流速を増すようにしたことを特徴とするベンチュリ管を用いた流体の混合方法。 - 流体の主流入管にベンチュリ管を設け、該ベンチュリ管の上流側から供給される気体である第1流体に、ベンチュリ管のど部またはその上流側において第2流体を供給することによって両流体を混合するベンチュリ型混合装置であって、
前記主流入管から分岐する分岐管を設け、該分岐管の出口側を前記ベンチュリ管のど部またはその上流側に接続し、該分岐管によって前記ベンチュリ管の軸線に対し軸心をずらした交差方向に前記第1流体を流すことによって前記ベンチュリ管を流れる流体に旋回流を発生させ、前記ベンチュリ管のど部の流速を増すようにしたことを特徴とするベンチュリ型混合装置。 - 前記分岐管の出口側を、該出口側が接続される流路における流路断面の外周部接線方向に接続したことを特徴とする請求項2記載のベンチュリ型混合装置。
- 前記分岐管の出口側の接続部が前記ベンチュリ管の軸線方向に複数設けられていることを特徴とする請求項2又は3記載のベンチュリ型混合装置。
- 前記分岐管の出口側の接続部が前記ベンチュリ管の周方向に複数設けられていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一項に記載のベンチュリ型混合装置。
- 前記主流入管に流量調整弁を設けると共に前記分岐管を流れる第1流体の流量及び/又は圧力を検知する検知手段を設け、該検知手段の検知信号に基づいて前記流量調整弁の開度を調整するようにしたことを特徴とする請求項2乃至5のいずれか一項に記載のベンチュリ型混合装置。
- 分岐管の出口側の管径を、第1流体の最低流量として想定される量が流れたときに、前記分岐管からの旋回流成分のみでベンチュリ管のど部において両流体の混合に必要な流速を保つことができる径にしたことを特徴とする請求項6記載のベンチュリ型混合装置。
- 前記第1流体の流量が変動した場合でも、前記分岐管には常時、前記第1流体を前記最低流量流すように前記流量調整弁の開度を調整し、前記最低流量を超える流量分を主流入管から前記ベンチュリ管に流入させるようにすることを特徴とする請求項7記載のベンチュリ型混合装置。
- 前記ベンチュリ管のど部の下流側に前記分岐管の一部の出口側の接続部を接続し、該分岐管によって前記ベンチュリ管の軸線に対し軸心をずらした交差方向に前記第1流体を流すようにしたことを特徴とする請求項2乃至8のいずれか一項に記載のベンチュリ型混合装置。
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