(57)【要約】【課題】ポンプの能力通りの流量が得られる合流部構造にする。【解決手段】配管の合流部構造は、第１の流体を流している本管１０に第２の流体が流れる支管２０を接続して、本管１０の第１の流体に、第２の流体を支管２０の流出口２１から流出させて混合させており、支管２０の流出口２１の直前に拡大部２２を設けることで、支管２０における流出口２１の直前の直径を、本管１０の直径相当に拡大している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体を流している本管に第２の流体が流れる支管を接続して、前記本管の第１の流体に、前記第２の流体を前記支管の流出口から流出させて混合させる配管の合流部構造において、
前記支管における前記流出口の直前の直径を、前記本管の直径相当に拡大していることを特徴とする配管の合流部構造。
【請求項２】
前記支管の流出口の直前に管径拡大部を設けることで、前記支管における流出口の直前の直径を、本管の直径相当に拡大していることを特徴とする請求項１に記載の配管の合流部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管を接続して流体を混合するための配管の合流部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
配管は、各種流体を移送するために様々な工場で設置されている。
製鉄業では、配管により燃焼ガスや循環水等の様々な流体を移送しており、具体的な例を挙げると、図４に示すように、熱間圧延の工程１００においては鋼板１０１の表面に発生した酸化鉄（以下、スケールという。）を取り除くために、スプレーノズル１０２等から、加圧した水を鋼板１０１に吹きかけたり、圧延機のワークロール１０３を冷却するために、スプレーノズル１０２等から、ワークロール１０３に水を供給したりする等している。
【０００３】
また、熱間圧延の工程１００において使用した水は使用箇所によって粗ミル環水と仕上ミル環水とに分けられる。これらはあわせてミル環水と呼ばれる。図５に示すように、ミル環水は、スルース１０４で回収されて、ビット１０５から沈殿槽１０６及びろ過器１０７を通して水に含まれるスケール等の不純物が除去され、給水槽１０８へ送られる。その後、不純物が除去された水は、ミルに戻されることで、循環利用されている。また、除去した不純物は、濃縮槽１０９で濃縮され、スラリーにされて脱水機１１０にかけられる。脱水機１１０の圧搾水、濃縮槽上澄液及び循環水の一部はブロー水として排水設備１１１を通して、系外に放出される。そして、これらの水を移送するために、工場内には、適宜合流及び分岐させられた配管が設置されている。また、水の移送は、配管上に適宜配置したポンプ１１２によりなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、配管で合流させるために、図６に示すようなＴ字型合流管１２１を用いる場合がある。しかし、Ｔ字型合流管１２１では本管１３１に接続される支管１３２を流れる流体の圧力損失（以下、圧損という。）が大きいために、図７に示すようなＹ字型合流管１２２を用いることが多い。Ｙ字型合流管１２２の場合、本管１３１と支管１３２との合流角度（本管１３１の中心軸と支管１３２の中心軸とがなす角度）θによって支管１３２の圧損が異なり、合流角度θを小さくなるほど（支管１３２が本管１３１の上流側に倒れているほど）、支管１３２の圧損が小さくなる。
しかし、このように多用されるＹ字型合流管１２２でも、本管１３１の流量が支管１３２の流量よりも圧倒的に多い場合、支管１３２を流れる流体が本管１３１を流れる流体に押し負けて、ポンプの能力通りの流量が得られない、という問題がある。
本発明の課題は、ポンプの能力通りの流量が得られる合流部構造にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明に係る請求項１に記載の配管の合流部構造は、第１の流体を流している本管に第２の流体が流れる支管を接続して、前記本管の第１の流体に、前記第２の流体を前記支管の流出口から流出させて混合させる配管の合流部構造において、前記支管における前記流出口の直前の直径を、前記本管の直径相当に拡大していることを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２に記載の配管の合流部構造は、請求項１に記載の配管の合流部構造において、前記支管の流出口の直前に拡大管を設けることで、前記支管における流出口の直前の直径を、本管の直径相当に拡大していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、支管の流出口直前の直径を、本管の直径相当に拡大させることで、支管から本管への流出量が多くすることができ、ポンプの能力通りの流量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を図面を参照しながら詳細に説明する。
（構成）
図１は、本発明を適用した配管の合流部構造を示す。
図１に示すように、配管の合流部構造は、第１の流体に第２の流体を混合させるために、第１の流体が流れる本管１０に第２の流体が流れる支管２０を接続している。ここで、第１及び第２の流体は、配管が製鉄業において配置されているものであれば、循環水等である。
【０００８】
支管２０の流出口２１よりも上流における直径Ｄ１は、本管１０の直径Ｄ２よりも小さく、本管１０と支管２０との接続部では、本管１０と支管２０との合流角度（本管１０の中心軸と支管２０の中心軸とがなす角度）θが、支管２０が本管１０の上流側に倒れる角度となっている。
また、支管２０では、流出口２１の直前の直径Ｄ３を、本管１０の直径Ｄ２相当に拡大させている。具体的には、本管１０の直径Ｄ２よりも小さい直径Ｄ１の支管２０に拡大部（ディフューザ）２２を設けることで、流出口２１を含めた流出口２１の直前の直径Ｄ３を、本管１０の直径Ｄ２相当に拡大（拡径）させている。
（作用及び効果）
作用及び効果は次のようになる。
【０００９】
前述のように、配管の合流部構造では、第１の流体を流している本管１０に第２の流体が流れる支管２０を接続することで、本管１０の第１の流体に第２の流体を支管２０から流出させて混合させている。
そして、支管２０において本管１０との合流点の径、すなわち本管１０への接続部の径を、流出口２１の直前で拡大していることで、支管２０から本管１０に流出する第２の流体の流量を増加させることができる。
【００１０】
これは、図１に示すように、本管１０と支管２０との接続部、すなわち支管２０の端面（流出口２１）付近では、本管１０の第１の流体が支管２０の第２の流体を巻き込むように流れている。例えば支管２０の流出口２１の外周から本管１０の流れが剥離して、その剥離のために支管２０の流出口２１が負圧になり、その負圧により支管２０の第２の流体が本管１０の第１の流体に巻き込まれるようになる。
【００１１】
このようなことから、前述のように、支管２０を流出口２１の直前で拡大して、支管２０の管断面積を大きくすることで、本管１０の第１の流体の流れに巻き込まれる第２の流体の流量を増やすことができる。
また、本管１０と支管２０との接続部で、支管２０が本管１０の上流側に倒れるような合流角度θとして、本管１０に接続される支管２０の端部の流出口２１を本管１０内で下流側に向けることで、本管１０の第１の流体の流れに支管２０の第２の流体をより効果的に巻き込むようにしている。
【００１２】
次に、配管の合流部の圧力損失を検討してみる。配管の合流部における圧力損失（損失ヘッド）ｈは、下記（１）式のような関係で表せる。
ｈ＝ζ・ｖ２／（２・ｇ）  ・・・（１）
ここで、ζは圧力損失係数である。圧力損失係数とは、配管内を流れる流体が受けた圧損を算出するために用いる値である。また、ｖは支管内の流速であり、ｇは重力加速度である。この（１）式によれば、圧力損失係数ζが小さくなるほど、圧力損失ｈは小さくなる。
【００１３】
図２は、合流後の流量比、すなわち支管２０の流量Ｑ２と、支管２０の流量Ｑ２が本管１０の流量Ｑ１に合流した後の流量Ｑ３（＝Ｑ１＋Ｑ２）との比である流量比Ｑ１／Ｑ３を０．１としたときに（Ｑ１／Ｑ３＝０．１）、支管２０の拡径部２２の断面積Ａ２と本管１０の断面積Ａ１との比である断面積比Ａ２／Ａ１を変化させた場合の、圧力損失係数の変化を示す。また、図３は、前記流量比Ｑ１／Ｑ３を０．５としたときに（Ｑ１／Ｑ３＝０．５）、断面積比Ａ２／Ａ１を変化させた場合の、圧力損失係数の変化を示す。また、図２及び図３では、合流角度θをパラメータとしている。
【００１４】
図２及び図３に示すように、断面積比Ａ２／Ａ１が１に近くなるほど、すなわち、支管２０の流出口２１直前の直径Ｄ３が、本管１０の直径Ｄ２に近づくほど、合流点での圧力損失係数が小さくなり、合流点での流体の圧損が小さくなる。
このような結果から、配管に接続されるポンプを、より本来の能力に近い吐出圧で運転でき、支管２０から本管１０への流入量を多くすることができる。
なお、前記実施形態を次のような構成により実現することもできる。
すなわち、前記実施形態では、液体の合流について説明したが、これに限定されるものではなく、気体や混相流体等の流体を用いる場合にも本発明を適用できる。
【００１５】
（実施例）
実施例は次のようになる。
配管の合流部構造を図１に示す合流部構造にして、本管１０として、外径（径称）２５０ＡのＳＧＰ管（配管用炭素鋼鋼管）を用い、支管２０として、ディフューザ前で外径（Ｄ４）１５０Ａ、ディフューザ後で外径（Ｄ３）２５０ＡのＳＧＰ管を用いている。一方、比較例（従来例）として、配管の合流部構造を前記図６（Ｔ字型）又は図７（Ｙ字型）に示す合流部構造にして、本管１３１として、外径（径称）２５０ＡのＳＧＰ管を用い、支管１３２として、外径１５０ＡのＳＧＰ配管を用いている。本発明を適用した場合（図１）及び比較例の場合ともに、本管のポンプ能力は、流量１８０ｍ３／ｈ、揚程４０ｍであり、支管のポンプ能力は、流量２０ｍ３／ｈ、揚程３５ｍである。
図６に示すようなＴ型字型合流管１２１の場合、支管１３２の実際の流量が５ｍ３／ｈとなった。これは、前述のように、支管１３２の流量よりも本管１３１の流量が圧倒的に多いために、支管１３２の流体が本管１３１の流体に押し負けて、合流し難くなっていることが原因になっていると考えられる。
【００１６】
また、図７に示すＹ型字型合流管１２２の場合、支管の実際の流量は、Ｔ型字型合流管１２１の場合と比較して流量は増加したものの、９ｍ３／ｈとなった。これは、前述のように、Ｔ型字型合流管１２１の場合と同様、支管１３２の流量よりも本管１３１の流量が圧倒的に多いために、支管１３２の流体が本管１３１の流体に押し負けて、合流し難くなっていることが原因していると考えられる。
これに対して、本発明を適用した場合（図１に示す合流部構造の場合）、支管２０の実際の流量は、１２ｍ３／ｈとなり、比較例（Ｔ型字型合流管、Ｙ型字型合流管）よりも流量が多くなっている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の配管の合流部構造を示す図である。
【図２】流量比Ｑ１／Ｑ３＝０．１とした場合の、断面積比Ａ２／Ａ１及び合流角と圧力損失係数ζとの関係を示す特性図である。
【図３】流量比Ｑ１／Ｑ３＝０．５とした場合の、断面積比Ａ２／Ａ１及び合流角と圧力損失係数ζとの関係を示す特性図である。
【図４】熱間圧延の工程において、鋼板の表面の酸化鉄をスプレーノズルで取り除く処理の説明に使用した図である。
【図５】熱間圧延の工程を実現する配管の例を示す図である。
【図６】従来の配管の合流部構造であるＴ字型合流管を示す図である。
【図７】従来の配管の合流部構造であるＹ字型合流管を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１０  本管、２０  支管、２１  流出口、２２  拡大部、Ｄ１  支管の直径、Ｄ２  本管の直径、Ｄ３  拡大部の直径
【図１】
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【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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