(57)【要約】【課題】  異なる温度の流体が混合する流体混合領域を有する配管に対して、温度境界面の変動による熱疲労を防止することを目的とする。【解決手段】  主管２の略中心軸線上に先端部５ｅが配置され、先端部５ｅの外側を流れる高温水とは異なる温度を有し高温水よりも流速が小さい低温水が流れるレデューサ５を備え、レデューサ５の下流側にて高温水と低温水とが混合される流体混合領域Ｍを有する配管１において、レデューサ５には、先端部５ｅとエルボ部ｄとを接続する溶接線５ｆが形成され、溶接部５ｆと下流端５ａとの距離は、主管２の内径Ｄ以上とされていることを特徴とする。【選択図】      図１
2007120755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が小さい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、
該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、
前記内管には、前記先端部と下流部とを接続する溶接部が形成され、
該溶接部と前記先端部の下流端との距離は、前記第１配管の内径以上とされていることを特徴とする流体混合領域を有する配管。
【請求項２】
第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が小さい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、
該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、
前記内管の先端部の下流端には、その上流側よりも内径が小さくされた縮径部が設けられていることを特徴とする流体混合領域を有する配管。
【請求項３】
第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有する内側流体が内部を流れる内管と、を備え、
該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、
前記内管の内部には、その下流端が前記内管の下流端よりも下流側に配置されるとともに、該内管の内壁との間に隙間が形成された内筒が設けられていることを特徴とする流体混合領域を有する配管。
【請求項４】
前記内管の内周壁と前記内筒の外周壁との間には、流体に対して前記中心軸線周りに旋回力を与える旋回手段が固定されていることを特徴とする請求項３に記載の流体混合領域を有する配管。
【請求項５】
第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有する内側流体が内部を流れる内管と、を備え、
該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、
前記第１配管には、屈曲部が設けられており、
前記内管は、前記屈曲部の下流側まで延在していることを特徴とする流体混合領域を有する配管。
【請求項６】
前記第１配管の内周壁と前記内管の外周壁との間には、流体に対して前記中心軸線周りに旋回力を与える旋回手段が固定されていることを特徴とする請求項５に記載の流体混合領域を有する配管。
【請求項７】
第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が小さい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、
該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、
前記第１配管は、前記流体混合領域にて内径が拡大された拡大部を有していることを特徴とする流体混合領域を有する配管。
【請求項８】
前記第１配管の前記拡大部には、外側流体に旋回力を与える旋回手段が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の流体混合領域を有する配管。
【請求項９】
第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が大きい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、
該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、
前記内管の先端には、下流側に向かって内径が漸次拡大する拡大管が設けられていることを特徴とする流体混合領域を有する配管。
【請求項１０】
前記内管には、前記流体混合領域に到達する前の未混合流体の一部を取り込む取込手段が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の流体混合領域を有する配管。
【請求項１１】
前記第１配管の外壁には、前記内側流体を導く第２配管が接続され、
該第２配管の内周壁には、前記内管の上流端が固定されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の流体混合領域を有する配管。
【請求項１２】
前記第１配管の外壁には、前記外側流体を導く第２配管が接続され、
前記第１配管の内周壁には、前記内管の上流端が固定されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の流体混合領域を有する配管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電プラント等に用いられて好適な、異なる温度の流体が混合する流体混合領域を有する配管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力発電プラントや火力発電プラント等のプラントには、高温水や低温水が流れる多数の配管が設けられている。これらの配管には、主管に対して直交するように分岐管が接続され、主管を流れる高温水に対して分岐管を流れる低温水が合流する流体混合領域が存在する（もちろん、主管に低温水が流れ、分岐管に高温水が流れる構成であってもよい。）。このような流体混合領域では、高温水と低温水との間に温度境界面が形成され、この温度境界面の位置が変動する（温度揺らぎ）ことにより、配管を構成する金属の熱疲労を招くという問題がある。このような熱疲労を回避するために、高温水と低温水との混合を速やかに行わせる必要がある。
【０００３】
特許文献１には、分岐管の内周壁にレデューサの上流端を固定し、内径を絞ったレデューサ下流端を主管の中心軸線上に配置することにより、レデューサから流出する分岐管からの低温水と主管を流れる高温水との混合を促進する技術が開示されている。
また、主管内に配置されたレデューサに、主管を流れる流体に旋回力を与えるガイドベーンを設け、さらに流体の混合を促進する技術も開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６６８６号公報（図１０，図１３及び図１４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術によれば、流体の混合は促進されるものの、配管の各所に発生する温度境界面の変動を完全に防止することは困難である。したがって、温度境界面の変動に起因する熱疲労をより低減する対策が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、異なる温度の流体が混合する流体混合領域を有する配管に対して、温度境界面の変動による熱疲労を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の流体混合領域を有する配管は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる流体混合領域を有する配管は、第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が小さい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、前記内管には、前記先端部と下流部とを接続する溶接部が形成され、該溶接部と前記先端部の下流端との距離は、前記第１配管の内径以上とされていることを特徴とする。
【０００８】
外側流体の流速よりも内管を流れる内側流体の流速の方が小さいので、内管の内部に外側流体が逆流してくる。内管の内部へと逆流した外側流体が内管の溶接部近傍に到達すると、溶接部において温度変動に基づく温度揺らぎが生じ、熱疲労が発生する。溶接部は溶接が行われていない非溶接部に比べて疲労強度が弱く破損に至り易いので、これでは寿命の低下を来してしまう。
そこで、本発明では、溶接部と内管の先端部の下流端との距離を、第１配管の内径以上に設定することとした。これにより、逆流した外側流体が溶接部近傍に到達することを防止することができ、熱疲労による溶接部の破損を防止することができる。
【０００９】
また、本発明の流体混合領域を有する配管は、第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が小さい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、前記内管の先端部の下流端には、その上流側よりも内径が小さくされた縮径部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
内管の先端部の下流端に縮径部を設けることとしたので、内管の内部を流れる内側流体は縮径部にて更に加速されることになる。これにより、外側流体が内管の内部へと逆流することを防止できる。
さらに、流体の混合を促進するために、外側流体に対して中心軸線周りに旋回力を与える旋回手段を、内管の下流端よりも上流側に設けることとしても良い。
【００１１】
また、本発明の流体混合領域を有する配管は、第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有する内側流体が内部を流れる内管と、を備え、該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、前記内管の内部には、その下流端が前記内管の下流端よりも下流側に配置されるとともに、該内管の内壁との間に隙間が形成された内筒が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
内管の内部に内筒を設け、内管の内壁と内筒との間に隙間を形成することとした。これにより、内側流体は、内筒の外側と内管の内側との間を流れる外周流れと、内筒の内部を流れる中心流れとに分離される。
外周流れは、中心流れから分離されているので、厚さの薄い層となっている。これにより、外側流体との混合が促進される。
一方、内筒の下流端から流出する中心流れは、外周流れから分離されているので、小さい横断面積を有する（いわゆる細い）流れとなっている。これにより、外側流体との混合が促進される。
さらに、内筒の下流端を内管の下流端よりも下流側に配置したので、先ず外周流れと外側流体とを混合させ、次いで、中心流れと外側流体とを混合させるようにして、二段階で混合を行うこととした。これにより、外側流体との混合がより促進される。
【００１３】
さらに、上記配管では、前記内管の内周壁と前記内筒の外周壁との間に、流体に対して前記中心軸線周りに旋回力を与える旋回手段が固定されていることが好ましい。
【００１４】
旋回手段によって、内筒の外側と内管の内側との間を流れる内側流体の外周部分に対して旋回力を与えることができる。これにより、外側流体との混合が促進される。
また、内管の内周壁と内筒の外周壁との間に旋回手段を設け、内筒を旋回手段によって固定することとしたので、内筒の支持を確実にすることができる。
【００１５】
また、本発明の流体混合領域を有する配管は、第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有する内側流体が内部を流れる内管と、を備え、該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、前記第１配管には、屈曲部が設けられており、前記内管は、前記屈曲部の下流側まで延在していることを特徴とする。
【００１６】
第１配管に屈曲部が形成されている場合に、内側流体と外側流体との混合領域が屈曲部よりも上流側に存在すると、混合が十分に行われていない流体が屈曲部に衝突するおそれがある。これでは、屈曲部に温度揺らぎが生じ、熱応力ないし熱疲労が発生するおそれがある。
そこで、本発明では、屈曲部の下流側まで延在する内管を設けることとし、流体混合領域を屈曲部の下流側に配置することとした。これにより、屈曲部における熱疲労が防止される。
【００１７】
さらに、流体混合領域を有する上記配管では、前記第１配管の内周壁と前記内管の外周壁との間に、流体に対して前記中心軸線周りに旋回力を与える旋回手段が固定されていることが好ましい。
【００１８】
旋回手段によって、内管の外側と第１配管の内側との間を流れる外側流体に対して旋回力を与えることができる。これにより、混合が促進される。
また、内管は屈曲部の下流側まで延在しているので、内管の支持剛性が問題となるおそれがある。そこで、本発明では、第１配管の内周壁と内管の外周壁との間に旋回手段を設け、内管を旋回手段によって固定することとしたので、内管の支持剛性を増大させることができる。
【００１９】
また、本発明の流体混合領域を有する配管では、第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が小さい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、前記第１配管は、前記流体混合領域にて内径が拡大された拡大部を有していることを特徴とする。
【００２０】
第１配管に設けた拡大部により、第１配管内を流れる外側流体の流速が低下する。これにより、外側流体よりも流速が小さい内側流体との速度差が小さくなり、合流抵抗が低減される。
【００２１】
さらに、本発明の流体混合領域を有する配管では、前記第１配管の前記拡大部には、外側流体に旋回力を与える旋回手段が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
拡大部に設けた旋回手段によって外側流体に旋回力を与えることで、内側流体との混合が促進される。
【００２３】
また、本発明の流体混合領域を有する配管では、第１配管と、該第一配管内でかつ該第１配管の略中心軸線上に先端部が配置され、該先端部の外側を流れる外側流体とは異なる温度を有し該外側流体よりも流速が大きい内側流体が内部を流れる内管と、を備え、該内管の下流側にて前記外側流体と前記内側流体とが混合される流体混合領域を有する配管において、前記内管の先端には、下流側に向かって内径が漸次拡大する拡大管が設けられていることを特徴とする。
【００２４】
内管の先端に拡大管を設けることにより、内側流体の速度が減速される。これにより、内側流体よりも速度が小さい外側流体との速度差が小さくなり、合流抵抗が低減される。
【００２５】
また、上述した流体混合領域を有する各配管では、前記内管には、前記流体混合領域に到達する前の未混合流体の一部を取り込む取込手段が設けられていることを特徴とする。
【００２６】
流体混合領域に到達する前の流体（例えば、外側流体や第１配管の上流側から流れてくる流体）の一部を取り込む取込口を内管に設けたので、取込手段から内管の内部に流れ込んだ未混合流体は、内管を流れる内側流体と混合される。このように混合された流体は、内管の先端から流出した後に流体混合領域にて外側流体と再び混合される。このように、２段階の混合を行うこととしたので、合流抵抗を低減させることができる。
取込手段としては、例えば、内管の壁部に形成した開口や、内管の壁部に接続され上流側に開口したバイパス管等が挙げられる。
【００２７】
上述した流体混合領域を有する各配管は、前記第１配管の外壁には、前記内側流体を導く第２配管が接続され、該第２配管の内周壁には、前記内管の上流端が固定されていることを特徴とする。
【００２８】
第２配管を流れる流体は、内管へと流れ込み、この内管に導かれて第１配管内を流れる外側流体と混合されることになる。
また、内管は、第２配管の内周壁に接続されているので、内管の内径は第２配管の内径よりも小さく設定されることになる。したがって、内管はレデューサとしての機能を果たす。
【００２９】
あるいは、上述した流体混合領域を有する各配管は、前記第１配管の外壁には、前記外側流体を導く第２配管が接続され、前記第１配管の内周壁には、前記内管の上流端が固定されていることを特徴とする。
【００３０】
第１配管を流れる流体は、内管へと流れ込み、この内管に導かれ、第１配管内に流れ込んだ第２配管からの外側流体と混合されることになる。
また、内管は、第１配管の内周壁に接続されているので、内管の内径は第１配管の内径よりも小さく設定されることになる。したがって、内管はレデューサとしての機能を果たす。
【発明の効果】
【００３１】
溶接部と内管の下流端との距離を適切に設定し、溶接部近傍に温度変動を来さないようにしたので、疲労強度の弱い溶接部の熱疲労を防止することができる。
また、内管の下流端に縮径部を設けて流体の混合を促進させることにより、温度変動を低減し、熱疲労を防止することができる。
また、内管の先端に内筒を設けて流体の混合を促進させることにより、温度変動を低減し、熱疲労を防止することができる。
また、屈曲部を有する第１配管に対して、この屈曲部の下流側まで延在する内管を設け、流体混合領域を屈曲部の下流側に形成することとしたので、屈曲部における熱疲労を防止することができる。
また、第1配管の混合領域に相当する位置に拡大部を設けることにより、内側流体と外側流体との速度差を小さくして合流抵抗を低減したので、流体の混合が促進され、温度変動の低減により熱疲労を防止することができる。
また、内側流体の流速が外側流体よりも大きい場合には、内管の先端に拡大管を設けることにより、内側流体の速度を減速させ、内側流体と外側流体との速度差を小さくして合流抵抗を低減したので、流体の混合が促進され、温度変動の低減により熱疲労を防止することができる。
また、流体混合領域に到達する前の未混合流体の一部を取り込む取込手段を内管に設けることにより、内側流体と外側流体との混合を２段階で行わせ、合流抵抗を低減したので、流体の混合が促進され、温度変動の低減により熱疲労を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１には、流体混合領域Ｍを有する配管１が示されている。
配管１は、主管（第１配管）２と、分岐管（第２配管）３とによって構成されている。
主管２は、内径がＤとされた金属製とされており、同図において下方から上方へと高温水（高温流体）が流れる。
【００３３】
分岐管３は、主管２の外壁に対して直交するように接続されている。分岐管３は金属製とされ、その内部には、主管２内を流れる高温水よりも低い温度の低温水（低温流体）が流れる。分岐管３内を流れる低温水は、図において右方から左方へと流れ、レデューサ（内管）５内を通り、レデューサ５の下流端５ａから主管２内へと流出する。
レデューサ５は、上流端５ｂが分岐管３の内壁に固定されている。レデューサ５は、上流端５ｂから下流に向かって、内径が漸次減少する漏斗状部５ｃと、この漏斗状部５ｃに接続されて直角に屈曲するエルボ部５ｄと、このエルボ部５ｄに接続されて下流端５ａまで直線状に延在する先端部５ｅとを有している。
先端部５ｅとエルボ部（下流部）５ｄとは溶接によって接続されており、この接続箇所には溶接線（溶接部）５ｆが形成されている。
先端部５ｅの下流端５ａから溶接線５ｆまでの長さは、主管２の内径Ｄ以上とされている。また、先端部５ｅの内径は、主管２の内径Ｄの０．３〜０．７倍とされている。
【００３４】
なお、分岐管３の内壁とレデューサ５の外壁との間には、凹面形状部６が設けられている。この凹面形状部６によって、主管２と分岐管３との接続部に淀み領域Ｔが形成される。この淀み領域Ｔで主管２の高温水が淀むようになり、新たな高温水が供給されないようにするとともに、この領域Ｔに滞留した高温水から低温水側に熱を放出させるようになっている。このように、いわゆるサーマルスリープを形成することにより、温度変動を少なくしている。
【００３５】
上記構成の配管１によれば、主管２内を高温水が下方から上方へと流れ、分岐管３内を低温水が右方から左方へと流れる。主管２内を流れる高温水の流速は、分岐管３内を流れる低温水の流速よりも大きいものとされる。
主管２内を流れる低温水は、レデューサ５の外周を通り上方へと流れる。主管２と分岐管３との接続部に形成された淀み領域Ｔでは、一部の高温水が滞留する。
【００３６】
分岐管３内を流れる低温水は、レデューサ５の上流端５ｂから漏斗状部５ｃへと流れ込む。漏斗状部５ｃでは、内径が漸次減少しているので、これに伴い、低温水は増速される。漏斗状部５ｃを通過した低温水は、エルボ部５ｄにて進行方向を直角に曲げられた後、先端部５ｅへと流れる。そして、低温水は、先端部５ｅの下流端５ａから流出する。
下流端５ａから流出した低温水は、レデューサ５の外周側を流れてきた高温水と混合部Ｍにて混合される。
【００３７】
ここで、レデューサ５の下流端５ａにおける低温水の流速は、同位置における高温水の流速よりも小さいので、図１において矢印Ａで示すように、高速の高温水がレデューサ５の下流端５ａから上流側へ逆流する。このように、高温水がレデューサ５内に逆流するので、レデューサ５の先端部５ｅには、温度変動に基づく温度揺らぎが生じる。しかし、本実施形態では、レデューサ５の下流端５ａから溶接線５ｆまでの長さを、主管２の内径Ｄ以上としているので、高温流体が溶接線５ｆまで到達することがない。したがって、溶接が行われていない非溶接部に比べて疲労強度が弱い溶接線５ｆ近傍にて位置変動を伴う温度境界面が形成されることはないので、熱疲労による溶接線５ｆの破損を防止することができる。
【００３８】
図２には、本実施形態の効果を示す実験結果が示されている。
主管２内を流れる高温水の流速をＵｍ、分岐管３内を流れる低温水の流速をＵｂとすると、低温水流速Ｕｂを高温水流速Ｕｍで除した流速比（Ｕｂ／Ｕｍ）は、０．０５以下とされる。
なお、高温水流速Ｕｍは、分岐管２との接続部よりも上流側における流速を示し、低温水流速Ｕｂは、レデューサ５内に流入する前の流速を示す。したがって、レデューサ下流端５ａにおける各流速は、流路面積の減少に伴い増速されている。しかし、レデューサ５の下流端５ａにおいて、高温水流速Ｕｍが低温水流速Ｕｂよりも大きいという関係は変わらない。なお、本実験のときのレデューサ下流端５ａにおける流速比は、０．１程度となっている。
【００３９】
図２（ａ）には、レデューサ５の下流端５ａから所定距離だけ上流側に離れた位置におけるレデューサ５内の無次元温度変動幅Ｔ＊が示されている。
無次元温度変動幅Ｔ＊は、下式にて定義される。
Ｔ＊＝（Ｔ−Ｔｂ）／（Ｔｍ−Ｔｂ）
ここで、Ｔは流体温度、Ｔｍは主管２内を流れる高温水温度、Ｔｂは分岐管３内を流れる低温水温度を示す。
図２（ｂ）には、変動する流体温度Ｔと、高温水温度Ｔｍ及び低温水温度Ｔｂとの関係が示されている。
図２（ａ）の左側のグラフには、レデューサ５の先端部５ｅの周方向位置θにおける無次元温度変動幅Ｔ＊が示されている。このグラフからわかるように、レデューサ５の下流端５ａ（Ｌ／Ｄ＝０）の位置では、周方向位置θにかかわらず、無次元温度変動幅Ｔ＊が０．８となっている。レデューサ下流端５ａから主管２の内径Ｄの半分に相当する位置まで上流側に離れた位置（Ｌ／Ｄ＝０．５）では、周方向位置θにかかわらず、無次元温度変動幅Ｔ＊が０．５となっている。レデューサ下流端５ａからさらに上流側に離れ、主管２の内径Ｄに相当する位置まで上流側に離れた位置（Ｌ／Ｄ＝１）では、周方向位置θにかかわらず、無次元温度変動幅Ｔ＊は０となる。つまり、レデューサ下流端５ａから上流側に主管２の内径Ｄに相当する位置よりも離れた位置では、温度変動が見られないということがわかる。したがって、本実施形態のように、レデューサ下流端５ａから溶接線５ｆまでの長さを、主管２の内径Ｄ以上となるように設定すれば、高温流体が溶接線５ｆまで到達することがなく、熱疲労による溶接線５ｆの破損を防止することができる。
【００４０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
本実施形態は、レデューサ５の先端部５ｅに縮径部５ｇが設けられている点で第１実施形態と異なり、その他の点については同様である。したがって、同一構成についてはその説明を省略する。
図３に示されているように、レデューサ５の先端部５ｅの下流端側には、その上流側よりも内径が小さくされた縮径部５ｇが設けられている。したがって、分岐管３内を流れレデューサ５内に導かれた低温水は、縮径部５ｇにてさらに増速される。したがって、レデューサ５の外側を流れる高温水がレデューサ５内に逆流することが防止される。これにより、温度境界面がレデューサ５内部まで深く到達することがないので、溶接線５ｆの熱疲労による破損のおそれがなくなる。
【００４１】
図４には、本実施形態の変形例が示されている。つまり、図３の構成に加えて、分岐管３との接続部よりも上流側の主管２内に旋回ベーン（旋回手段）８が設けられている。この旋回ベーン８によって、主管２内を流れる高温流体は、主管２の軸線周りに旋回力が与えられる。これにより、主管２内を流れる高温流体はレデューサ５の外側を旋回状態で流れるので、流体混合領域Ｍにおいて、レデューサ５から流出する低温流体との混合が促進される。
なお、本実施形態では、主管２内に高温水、分岐管３内に低温水が流れる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主管２内に低温水、分岐管３内に高温水が流れる構成であってもよい。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について、図５を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、レデューサ５の先端に内筒１０が設置されている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、同一構成についてはその説明を省略する。
図５に示されているように、レデューサ５の先端部５ｅの内部には、内筒１０が挿入されている。内筒１０の下流端１０ａは、レデューサ５の下流端５ａよりも下流側に配置されている。内筒１０の外周壁とレデューサ５の先端部５ｅの内周壁との間には、リング状の横断面を有する隙間が形成されている。
【００４３】
本実施形態によれば、レデューサ５の内部に内筒１０を設け、レデューサ５の内周壁と内筒１０の外周壁との間に隙間を形成することとしたので、レデューサ５内を流れる低温水は、内筒１０の外側とレデューサ５の内側との間を流れる外周流れと、内筒１０の内部を流れる中心流れとに分離される。
外周流れは、内筒１０によって中心流れから分離されているので、厚さの薄い層となっている。これにより、レデューサ５の下流端から流出した外周流れと、レデューサ５の外側を流れる高温水との混合が促進される。
一方、内筒１０の下流端１０ａから流出する中心流れは、内筒１０によって外周流れから分離されているので、小さい横断面積を有する（いわゆる細い）流れとなっている。これにより、高温水との混合が促進される。
さらに、内筒１０の下流端１０ａをレデューサ５の下流端５ａよりも下流側に配置したので、先ず外周流れと高温水とを混合させ、次いで、中心流れと高温水とを混合させるようにして、二段階で混合を行うこととした。これにより、高温水との混合がより促進される。
【００４４】
図６には、本実施形態の変形例が示されている。つまり、図５の構成に加えて、内筒１０の外周壁とレデューサ５の内周壁との間に、旋回ベーン１２が固定されている。
このように、旋回ベーン１２を設けることにより、内筒１０の外側とレデューサ５の内側との間を流れる低温水の外周流れに対して旋回力を与えることができる。これにより、高温水との混合が促進される。
また、レデューサ５の内周壁と内筒１０の外周壁との間に旋回ベーンを設けて、内筒１０を旋回ベーン１２によって固定することとしたので、内筒１０の支持を確実に行うことができる。
【００４５】
なお、本実施形態は、第１実施形態および第２実施形態と異なり、主管２内を流れる高温水の流速と、分岐管３内を流れる低温水の流速との関係が逆転していても良い。つまり、主管２内を流れる高温水の流速が、分岐管３内を流れる低温水の流速よりも小さい場合であっても良い。
また、本実施形態では、主管２内に高温水、分岐管３内に低温水が流れる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主管２内に低温水、分岐管３内に高温水が流れる構成であってもよい。
【００４６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、主管２の下流側およびレデューサ５の下流側が屈曲している点で異なり、その他の点については同様である。したがって、同一構成についてはその説明を省略する。
【００４７】
本実施形態では、主管２の下流側が屈曲している場合についてのものである。
図７（ｂ）に示すように、主管２の下流が屈曲部２ａにて屈曲している場合には、レデューサ５からの低温流体が十分に高温流体と混合される前に、主管２の屈曲部２ａに衝突してしまうおそれがある。これでは、屈曲部２ａに温度揺らぎが生じ、この部分に熱応力ないし熱疲労が発生するおそれがある。
これに対して、本実施形態では、図７（ａ）に示すように、主管２の屈曲部２ａの下流側まで延在するように、レデューサ５の先端部５ｅを延長することとした。このように、レデューサ先端部５ｅに屈曲部５ｈを設け、その下流端５ａを主管２の屈曲部２ａよりも下流側に配置することにより、流体混合領域Ｍを主管２の屈曲部２ａの下流側に配置することとした。これにより、図７（ｂ）のような主管２の屈曲部２ａにおける熱疲労が防止される。
【００４８】
図８には、本実施形態の変形例が示されている。つまり、図７（ａ）の構成に加えて、主管２の内周壁とレデューサ５の外周壁との間に、旋回ベーン（旋回手段）１４が固定されている。旋回ベーン１４は、レデューサ５の先端部５ｅであって、屈曲部５ｈよりも上流側に設けることが好ましい。
このように、旋回ベーン１４を設けることとしたので、レデューサ５の外側と主管２の内側との間を流れる高温水に対して旋回力を与えることができる。これにより、混合が促進される。
また、レデューサ５は主管２の屈曲部２ａの下流側まで延在しているので、レデューサ５の先端部５ｅの支持剛性が問題となるおそれがある。本変形例では、主管２の内周壁とレデューサ５の外周壁との間に旋回ベーン１４を設けることとし、レデューサ先端部５ｅを旋回ベーン１４によって固定することとしたので、レデューサ５の支持剛性を増大させることができる。
【００４９】
なお、本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と異なり、主管２内を流れる高温水の流速と、分岐管３内を流れる低温水の流速との関係が逆転していても良い。つまり、主管２内を流れる高温水の流速が、分岐管３内を流れる低温水の流速よりも小さい場合であっても良い。
また、本実施形態では、主管２内に高温水、分岐管３内に低温水が流れる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主管２内に低温水、分岐管３内に高温水が流れる構成であってもよい。
【００５０】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について、図１０を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、主管２に拡大部２ｂが形成されている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、同一構成についてはその説明を省略する。
【００５１】
主管２の流体混合領域Ｍに相当する位置には、拡大部２ｂが設けられている。この拡大部２ｂは、主管２の上流側の内径よりも拡大された内径を有している。拡大部２ｂの下流側は、拡大前と同等の内径を有する主管２に接続されている。この拡大部２ｂにより、主管２内を流れる高温水の流速が流体混合領域Ｍにて減少され、高温水よりも流速が小さいレデューサ５の先端部５ｅから流出する低温水との速度差が小さくなり、合流抵抗が小さくなる。
また、拡大部２ｂの上流側には、内径が漸次拡大する上流湾曲部２ｂ１が設けられ、かつ、拡大部２ｂの下流側には、内径が漸次減少する下流湾曲部２ｂ２が設けられている。これにより、高温水の減速および増速が滑らかに行われ、流体損失を可及的に抑えることができる。
【００５２】
また、図１１に示すように、拡大部２ｂをレデューサ形状としても良い。すなわち、拡大部２ｂの上流側には、一定割合で内径が漸次増大する円錐形状の上流円錐部２ｂ３が設けられ、かつ、拡大部２ｂの下流側には、一定割合で内径が漸次減少する円錐形状の下流円錐部２ｂ４が設けられている。これにより、図１０の実施形態と同様に、高温水の減速および増速が滑らかに行われ、流体損失を可及的に抑えることができる。
【００５３】
また、図１２に示すように、流体混合領域Ｍに相当する位置に、主管２の内径よりも大きい内径を有する大径管２ｃを設けることとしても良い。大径管２ｃは、流体混合領域Ｍよりも若干大きい長さを有する金属性の円管とされている。大径管２ｃの上流端および下流端には、フランジ部２ｃ１，２ｃ２が設けられており、上流側の主管２および下流側の主管２と接続されるようになっている。このように、フランジ部２ｃ１，２ｃ２を有する大径管２ｃを主管２に対してフランジ接合するだけで拡大部を設けることができるので、設置作業が短縮され、設置コストを低下させることができる。
【００５４】
また、図１３に示すように、拡大部２ｂに静翼２０を設置しても良い。静翼（旋回手段）２０は、拡大部２ｂの横断面である図１２（ｂ）に示すように、半径方向に延在して複数設けられている。これら静翼２０により、高温水に旋回力が与えられ、低温水との混合が促進される。
なお、本実施形態では、主管２内に高温水、分岐管３内に低温水が流れる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主管２内に低温水、分岐管３内に高温水が流れる構成であってもよい。
【００５５】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について、図１４を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、分岐管３内を流れる低温流体の流速が主管２内を流れる高温流体の流速よりも大きい場合に、レデューサ５の先端に拡大管２２が形成されている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、同一構成についてはその説明を省略する。
【００５６】
図１４に示すように、レデューサ５の先端には、主管２の中心軸線上に延在する拡大管２２が設けられている。拡大管２２は、下流端に向かって内径が漸次拡大する円錐状の金属管とされている。この拡大管２２により、拡大管２２内を流れる低温水の流速が低下させられる。一方、拡大管２２と主管２との間に形成される円環状断面を有する領域は漸次減少することになるので、この領域にて高温流体の流速が増大させられる。これにより、低温流体よりも速度が小さい主管２内を流れる高温流体との速度差が小さくなり、流体混合領域Ｍでの合流抵抗が低減される。
なお、本実施形態では、主管２内に高温水、分岐管３内に低温水が流れる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主管２内に低温水、分岐管３内に高温水が流れる構成であってもよい。
【００５７】
［第７実施形態］
次に、本発明の第７実施形態について、図１５を用いて説明する。
本実施形態は、第１実施形態に対して、レデューサ５にバイパス管２４が接続されている点で異なり、その他の点については同様である。したがって、同一構成についてはその説明を省略する。
【００５８】
図１５に示すように、レデューサ５のエルボ部５ｄには、主管２の中心軸線上に延在して上流側に向けて開口するバイパス管（取込手段）２４が設けられている。バイパス管２４は、例えば金属製の円管とされている。このバイパス管２４により、流体混合領域Ｍに到達する前の流体をレデューサ５内に取り込むことができるので、流体混合領域Ｍに到達する前に、一部の高温流体を低温流体と混合させることができる。このように、２段階の混合を行うことができるので、高低温水の温度差を段階的に低減させ、配管内面金属表面に温度差が生じにくい。また、合流抵抗を低減させることができる。
なお、バイパス管２４に代えて、例えば、エルボ部５ｄや先端部５ｅの壁部に形成した開口としても良い。
【００５９】
なお、本実施形態では、第１実施形態および第２実施形態と異なり、主管２内を流れる高温水の流速と、分岐管３内を流れる低温水の流速との関係が逆転していても良い。つまり、主管２内を流れる高温水の流速が、分岐管３内を流れる低温水の流速よりも小さい場合であっても良い。
また、本実施形態では、主管２内に高温水、分岐管３内に低温水が流れる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主管２内に低温水、分岐管３内に高温水が流れる構成であってもよい。
【００６０】
なお、上述した第１〜第７実施形態では、主管２および分岐管３内を流れる流体として、水を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述した第１〜第７実施形態では、レデューサ５の上流端５ｂが分岐管３の内周壁に接続される構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図９に示すように、レデューサ５の上流端５ｂが、分岐管３と主管２との接続位置よりも上流の位置で主管２の内周壁に接続される構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態を示した縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の効果を示し、（ａ）にはレデューサ内の無次元温度変動幅を示したグラフであり、（ｂ）は無次元温度変動幅のパラメータを示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示した縦断面図である。
【図４】図３の変形例を示した縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示した縦断面図である。
【図６】図５の変形例を示した縦断面図である。
【図７】（ａ）は本発明の第４実施形態を示した縦断面図であり、（ｂ）は参考例を示した縦断面図である。
【図８】図７（ａ）の変形例を示した縦断面図である。
【図９】各実施形態の変形例を示した縦断面図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示した縦断面図である。
【図１１】図１０の変形例を示した縦断面図である。
【図１２】図１０の変形例を示した縦断面図である。
【図１３】図１０の変形例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は拡大部の横断面図である。
【図１４】本発明の第６実施形態を示した縦断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  配管
２  主管（第１配管）
２ａ  屈曲部
２ｂ  拡大部
２ｃ  大径管（拡大部）
３  分岐管（第２配管）
５  レデューサ（内管）
５ａ  下流端
５ｅ  先端部
５ｆ  溶接線（溶接部）
５ｇ  縮径部
８，１２，１４  旋回ベーン（旋回手段）
１０  内筒
２０  静翼
２２  拡大管
２４  バイパス管（取込手段）
Ｍ  流体混合領域
【図１】
2007120755.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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