(57)【要約】【課題】種々の気液二相流体や濃度の異なる流体同士等を扱う熱交換器などに用いて好適な、流体を混合して分配する流体配管構造を提供することを課題とする。【解決手段】流体１０１を多数の流入管１０２から流入させる入口側集合管寄せ１０３と、流体１０１を多数の流出管１０４から流出させる出口側集合管寄せ１０５とを連結する流体配管構造１００であって、入口側集合管寄せ１０３からの流体１０１を流入させて混合する混合器１１１と、該混合器１１１に接続され該混合器で混合された流体１０１を出口側集合管寄せ１０５の両端部１０５ａ，１０５ｂから流入する連結管１１２を有する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を多数の流入管から流入させる入口側集合管寄せと、流体を多数の流出管から流出させる出口側集合管寄せとを連結する流体配管構造であって、
入口側集合管寄せからの流体を流入させて混合する混合器と、
該混合器に接続され該混合器で混合された流体を出口側集合管寄せの両端部から流入する連結管を有することを特徴とする流体配管構造。
【請求項２】
流体を多数の流入管から流入させる入口側集合管寄せと、流体を多数の流出管から流出させる出口側集合管寄せとを連結する流体配管構造であって、
入口側集合管寄せからの流体を出口側集合管寄せに直接流入する連結管を有することを特徴とする流体配管構造。
【請求項３】
請求項２において、
前記連結管を集合管寄せの軸方向に亙って複数設けたことを特徴とする流体配管構造。
【請求項４】
請求項２において、
前記連結管が入口側集合管寄せと出口側集合管寄せとの両端部を直接連結するものであることを特徴とする流体配管構造。
【請求項５】
請求項４において、
集合管寄せの軸方向のいずれかに第２の連結管を設けたことを特徴とする流体配管構造。
【請求項６】
請求項２又は３又は５において、
前記連結管の出口側集合管寄せ側に多孔板を有してなることを特徴とする流体配管構造。
【請求項７】
ボイラの火炉蒸発管の途中に前記請求項１〜６のいずれか１つに記載の流体配管構造を設けてなることを特徴とするボイラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボイラにおいて多数の管から流出する蒸気と水の混合流体を混合・分配する装置、冷媒の気液混合流体を取り扱う冷凍機や空調機における冷媒の混合・分配装置、あるいは、化学プロセスにおける種々の気液二相流体や濃度の異なる流体同士等を扱う熱交換器などに用いて好適な、流体を混合して分配する流体配管構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、ボイラにおいて水蒸気と水の気液二相流体の混合・分配に従来用いられていた流体混合分配装置の斜視図である。この流体混合分配装置は、ボイラにおいて多数の流入管６から流入した水蒸気と水との気液二相流体（気体と液体の混合流体）を管寄せ３０内で混合し、多数の流出管７へ分配するために使用されている。
【０００３】
ところで、管寄せ３０に流入する気液二相流体は、流量や気体と液体の割合がそれぞれの流入管６ごとに異なっていたり、一部の流入管６から気体あるいは液体が単独で流入して、しかもそれらの温度が他の流入管６から流入する気液二相流体と異なっていたりする。
【０００４】
そのため、図９の流体混合分配装置では、ある流入管６から管寄せ３０に流入した流体（気液二相流体あるいは気体，液体単独）は、近接した他の流入管６から流入した流体とある程度は混合するが、管寄せ３０の軸線方向に遠く離れた流入管６からの流入流体とは混合することなく、流入した流入管６の近くの流出管７から流出することになる。
【０００５】
従って、流入流体全体が管寄せ３０内で完全に混合されるわけではないので、混合が不十分で、流出管７へ流出する気液二相流体は流量や気体と液体の割合がそれぞれ異なるものとなって、均等に分配されにくく、温度の均一化についても改善の余地があった。
【０００６】
このため、本発明者等は先に、図１０に示すような流体混合分配装置を提案した（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１０において、１は軸線が水平に置かれ、両端が閉じた円筒形の集合管寄せで、この集合管寄せ１に多数の流入管６が接続されている。集合管寄せ１の中央部には、接続管２を介して、軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の混合器３が接続されている。
【０００８】
混合器３の筒周壁には、同一の高さに複数本の分配管４の一端が接続され、それぞれの分配管４の他端は分配管寄せ１５に接続されている。分配管寄せ１５は、集合管寄せ１と同様に軸線が水平に置かれ両端が閉じた円筒形で、その筒周壁には、同一の高さに多数の流出管７が分岐・接続されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３５１５０６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示した流体混合分配装置においては、多数の流入管６を流れる流体はすべて混合器３に集められて混合されて分配されるので、分配管４には均等に流体が流されるが、混合器３からまた複数の分配管４を介して分配管寄せ１５に供給するので、構造が複雑であり、製造コストがかかるという課題があり、改良の余地があった。
【００１１】
本発明は、前項の従来の技術において説明したような、多数の流入管からの流体を混合したあと複数の分配管に分配して流すように構成した流体混合分配装置における課題を解決し、簡易な構造でしかも流体を均等に分配して流すことを可能とする流体配管構造を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する請求項１の発明は、流体を多数の流入管から流入させる入口側集合管寄せと、流体を多数の流出管から流出させる出口側集合管寄せとを連結する流体配管構造であって、入口側集合管寄せからの流体を流入させて混合する混合器と、該混合器に接続され該混合器で混合された流体を出口側集合管寄せの両端部から流入する連結管を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、流体を多数の流入管から流入させる入口側集合管寄せと、流体を多数の流出管から流出させる出口側集合管寄せとを連結する流体配管構造であって、入口側集合管寄せからの流体を出口側集合管寄せに直接流入する連結管を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２において、前記連結管を集合管寄せの軸方向に亙って複数設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２において、前記連結管が入口側集合管寄せと出口側集合管寄せとの両端部を直接連結するものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４において、集合管寄せの軸方向のいずれかに第２の連結管を設けたことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項２又は３又は５において、前記連結管の出口側集合管寄せ側に多孔板を有してなることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、ボイラの火炉蒸発管の途中に前記請求項１〜６のいずれか１つに記載の流体配管構造を設けてなることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による流体配管構造を図示した実施形態に基づいて具体的に説明する。以下の実施形態は、いづれも気液二相流体の混合分配に適用されている。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、図１，図２に示した第１実施形態による流体配管構造について説明する。図１において、流体１０１を多数の流入管１０２から流入させる入口側集合管寄せ１０３と、流体１０１を多数の流出管１０４から流出させる出口側集合管寄せ１０５とを連結する流体配管構造１００であって、入口側集合管寄せ１０３からの流体１０１を流入させて混合する混合器１１１と、該混合器１１１に接続され該混合器で混合された流体１０１を出口側集合管寄せ１０５の両端部１０５ａ，１０５ｂから流入する連結管１１２を有するものである。
【００２１】
前記混合器１１１としては、特公平６−１２１６５号公報や特公平６−４１７９８号公報に示されたものなど公知の混合装置を適宜使用してよい。
前記混合器１１１の一例を図３に示す。
前記混合器１１１は流体が流入する内筒１１３と連結管である２本の分配管１１４ａ，１１４ｂを有する外筒１１５とから構成され、該内筒１１３の上部側には多孔部１１６が設けられ、ここで、流体１０１が均一に混合されている。
分配管１１４ａ，１１４ｂは、集合管寄せ１０３と同様に軸線が水平にもうけられ、その端部が出口側集合管寄せ１０５の両端部１０５ａ，１０５ｂで連結されている。
【００２２】
図１に示した第１実施形態の流体配管構造は以上の構成を有しており、流入管１０２から入口側集合管寄せ１０３に流入した気液二相流体１０１は、連結管１１２へ分配される前に混合器１１１にすべて集められ、ここで完全に混合される。混合された気液二相流体１０１は混合器１１１から連結管１１２へ分配される。
【００２３】
混合器１１１内では、気液の密度の違いにより気体が上方に、液体が下方に分離して、液面が形成される。連結管１１２（分配管１１４ａ，１１４ｂ）が接続される混合器１１１の左右の出口は同一の高さにあるので、液面は出口のレベルに形成され、気体と液体の両方が出口へ均等に流出する。もし出口に高低差があると、上方の出口からは気体が多く、下方の出口からは液体が多く流出することになり、均等な分配はできない。
【００２４】
混合器１１１は軸対称形であるので、混合器１１１へ流入した気液二相流体は出口へ等距離で広がるので、左右の出口で同一の流動状態となり、均等に分配される。
【００２５】
従って、本実施形態では、混合器１１１からの２本の連結管１１２で出口側集合管寄せ１０５の両端部１０５ａ，１０５ｂに接続するので、簡易な構成で接続が可能となる。
【００２６】
（第２実施形態）
次に、図４に示した第２実施形態による流体配管構造について説明する。なお、本実施形態において、図１に示した第１実施形態の流体配管構造と同じ部分には同一符号を付してあり、重複する説明は省略する。
【００２７】
図４において、流体１０１を多数の流入管１０２から流入させる入口側集合管寄せ１０３と、流体１０１を多数の流出管１０４から流出させる出口側集合管寄せ１０５とを連結する流体配管構造であって、入口側集合管寄せ１０３からの流体１０１を出口側集合管寄せ１０５に直接流入する連結管１２０を有するものである。
【００２８】
また、本実施形態では、連結管１２０の出口側集合管寄せ１０５側端部には、多孔部１１６が設けられ、内部に流入する流体１０１の均一化を図っている。
【００２９】
図４に示した第２実施形態による流体配管構造は以上の構成を有しており、出口側集合管寄せ１０５、多孔部１１６及び連結管１２０に混合器の役割を持たせているので、第１実施形態で用いた混合器１１１を設けることなく、直接連結管１２０で接続すれば済み、構成が簡略化される。
【００３０】
（第３実施形態）
次に、図５に示した第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、第２の実施形態において、連結管１２０Ａ，１２０Ｂを複数（本実施形態では２箇所）設けている。これによれば、入口側集合管寄せ１０３全域にわたるような広範囲での混合が不要である場合、流入管１０２から流入する流量や気液の割合が比較的均一である場合、等管寄せ軸方向での熱の分布が比較的均一の場合等に用いて好適である。なお、この連結管１２０Ａ，１２０Ｂには多孔部１１６（図３参照）を有するようにしてもよい。
【００３１】
（第４実施形態）
次に、図６に示した第４実施形態について説明する。この第４実施形態は、流体１０１を多数の流入管１０２から流入させる入口側集合管寄せ１０３と、流体１０１を多数の流出管１０４から流出させる出口側集合管寄せ１０５とを連結する流体配管構造であって、入口側集合管寄せ１０３と出口側集合管寄せ１０５との両端部同士を直接連結管１３０Ａ，１３０Ｂで接続したものである。
本実施形態では、連結管１３０Ａ，１３０Ｂの径は集合管寄せ１０３，１０５と同一径としている。
【００３２】
（第５実施形態）
次に、図７に示した第５実施形態について説明する。この第５実施形態は、第４の実施形態において、図４に示した第２実施形態の連結管１２０を１以上設けるものである。なお、この連結管１２０には多孔部１１６（図３参照）を有するようにしてもよい。
【００３３】
（第６実施形態）
次に、図８に示した第６実施形態について説明する。この第６実施形態は、ボイラの火炉蒸発管の途中に第１実施形態による流体配管構造を設置した例である。図８において、２２は蒸発管を示している。ボイラは多数の蒸発管２２をならべて構成された壁で四周を囲んで火炉２５を形成し、壁面に設置されたバーナ２６に供給された燃料と空気が火炉２５内に火炎２７を形成して燃焼する。
【００３４】
多数の蒸発管２２は、入口管寄せ２１に接続されており、入口管寄せ２１には外部から水が供給され、水は入口管寄せ２１で多数の蒸発管２２に分配されて、蒸発管２２内を上昇しながら、火炎２７から熱を受けて蒸発し、蒸気になって出口管寄せ２３，２４に集められる。出口管寄せ２３，２４に集められた蒸気は、図示していない経路を通って過熱器２８に供給されて、温度がさらに上昇する。
【００３５】
燃焼ガスは図の矢印のように流れて、火炉２５内上部に設置された過熱器２８で蒸気を加熱して火炉２５を出る。火炉２５内の燃焼状態は、燃料の種類やボイラの負荷によって変化するので、ボイラのあらゆる運転状態で蒸発管２２が受ける熱はすべての蒸発管２２で一様というわけではなく、各蒸発管２２の出口蒸気温度に差異を生じることがある。蒸気温度が異なると各蒸発管２２の温度にも差異を生ずる。火炉壁は蒸発管２２を接合して構成されているので、温度の高低により蒸発管２２に熱伸び差を生じて、温度差が過大であると火炉壁が変形する恐れがある。
【００３６】
そこで、この第６実施形態では、蒸発管２２の途中に、図１に示した第１実施形態による流体配管構造を設置して、各蒸発管２２の蒸気温度がある程度差異を生じた段階で一旦混合して温度を均一化し、均等に各蒸発管２２へ分配することにより、出口蒸気温度の差異を低減するように構成したものである。これによって、火炉壁の蒸発管２２を流れる気液二相流体は充分に混合された上で均等に分配されるので、火炉壁に温度差による変形を生ずる恐れがない。
【００３７】
以上、本発明を図示した実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明がこれらの実施形態に限定されず特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で、その具体的構造、構成に種々の変更を加えてよいことはいうまでもない。
【００３８】
例えば、上記第６実施形態では、第１実施形態による流体配管構造を採用しているが、第２〜５実施形態による流体配管構造を採用してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明は、流体を多数の流入管から流入させる入口側集合管寄せと、流体を多数の流出管から流出させる出口側集合管寄せとを連結する流体配管構造であって、入口側集合管寄せからの流体を流入させて混合する混合器と、該混合器に接続され該混合器で混合された流体を出口側集合管寄せの両端部から流入する連結管を有するので、簡易な構造で流体をしかも流体を均等に分配して流すことが可能となる。
【００４０】
請求項２の発明は、流体を多数の流入管から流入させる入口側集合管寄せと、流体を多数の流出管から流出させる出口側集合管寄せとを連結する流体配管構造であって、入口側集合管寄せからの流体を出口側集合管寄せに直接流入する連結管を有するので、簡易な構造で流体をしかも流体を均等に流すことが可能となる。
【００４１】
請求項３の発明は、前記連結管を集合管寄せの軸方向に亙って複数設けたので、流体の流入を効率的に行うことができる。
【００４２】
請求項４の発明は、請求項２において、前記連結管が入口側集合管寄せと出口側集合管寄せとの両端部を直接連結するものであるので、流体の流入を効率的に行うことができる。
【００４３】
請求項５の発明は、請求項４において、集合管寄せの軸方向のいずれかに第２の連結管を設けたので、流体の流入を効率的に行うことができる。
【００４４】
請求項６の発明は、請求項２又は３又は５において、前記連結管の出口側集合管寄せ側に多孔板を有してなるので、流体の混合効率が向上する。
【００４５】
請求項７の発明は、ボイラの火炉蒸発管の途中に前記請求項１〜６のいずれか１つに記載の流体配管構造を設けてなるので、各蒸発管を流れる蒸気と水からなる気液二相流体を均等な状態となし、蒸発管の温度差による熱変形が防止され安定した作動を行うボイラを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の流体配管構造の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の斜視概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の混合器の概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の流体配管構造の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態の流体配管構造の概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態の流体配管構造の概略構成図である。
【図７】本発明の第５の実施形態の流体配管構造の概略構成図である。
【図８】本発明の第６の実施形態の流体配管構造をボイラに適用した概略構成図である。
【図９】従来の流体混合分配装置の概略構成図である。
【図１０】従来の他の混合分配装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０１  気液二相流体の流体
１０２  流入管
１０３  入口側集合管寄せ
１０４  流出管
１０５  出口側集合管寄せ
１１１  混合器
１１２  連結管
１１３  内筒
１１４ａ，１１４ｂ  分配管
１１５  外筒
１１６  多孔部
【図１】
2004317090.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004317090.tif 000005
【図４】
2004317090.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004317090.tif 000008
【図７】
2004317090.tif 000009
【図８】
2004317090.tif 000010
【図９】
2004317090.tif 000011
【図１０】
2004317090.tif 000012