(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線が水平に置かれ流体を多数の流入管から流入させる集合管寄せ、同集合管寄せからの流体を接続管を介して流入させて混合する軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の混合器、同混合器に同一の高さに接続され同混合器で混合された流体を均等に分配する複数の分配管、同分配管からの流体をそれぞれ受け入れる前記分配管と同数の軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の分配器、同分配器のそれぞれに同一の高さに接続された多数の流出管を有し、前記流体が気液二相流体であり、前記混合器と分配器に対する気液二相流体の流入口が軸線上にあり、かつ、これらの混合器と分配器からの流出口がそれぞれ前記流入口に対して等距離にあるとともに同じ高さにあることを特徴とする流体混合分配装置。
【請求項２】
ボイラの火炉蒸発管の途中に前記請求項１に記載の流体混合分配装置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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３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二相流体混合分配装置の斜視図である。この気液二相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】
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】
図３の従来の気液二相流体分配装置では、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。
【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、均等に分配できないという欠点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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欠点を除き、均一に混合された状態の流体を均等に分配して流すことを可能とする流体混合分配装置を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した課題を解決するため、軸線が水平に置かれ流体を多数の流入管から流入させる集合管寄せ、同集合管寄せからの流体を接続管を介して流入させて混合する軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の混合器、同混合器に同一の高さに接続され同混合器で混合された流体を均等に分配する複数の分配管、同分配管からの流体をそれぞれ受け入れる前記分配管と同数の軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の分配器、同分配器のそれぞれに同一の高さに接続された多数の流出管を有し、前記流体が気液二相流体であり、前記混合器と分配器に対する気液二相流体の流入口が軸線上にあり、かつ、これらの混合器と分配器からの流出口がそれぞれ前記流入口に対して等距離にあるとともに同じ高さにあることを特徴とする流体混合分配装置を提供する。
【０００８】
このように、本発明による流体混合分配装置では、軸線が水平に置かれた集合管寄せに集められた多数の流入管からの流体は軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の混合器に流されて均一に混合されたのち、その混合器に同一の高さに接続された複数の分配管に充分に混合された状態で均等に流される。
【０００９】
前記混合器から各分配管を経て流出する流体は、それぞれ軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の分配器に入れられたのち、そこから同一の高さに接続された多数の流出管に均等に分配される。このように、混合と分配を分離して行うことにより完全なる混合と均等な分配が達成される。
【００１０】
前記混合器と分配器に対する気液二相流体の流入口をそれぞれ軸線上に設け、かつ、これらの混合器と分配器からの流出口を前記流入口に対して等距離にするとともに同じ高さにした構成としてあるため、気液二相流体は混合器に軸線上の流入口から入って均一に混合されたのち、その混合器の同じ高さにある流出口から分配管へ流出されるので、いづれの流出口からも良く混合された状態の気液二相流体が分配管へ取り出されることとなる。
【００１１】
分配管の気液二相流体は分配器に軸線上の流入口から入ったのち、同じ高さにある流出口から多数の流出管に分配されるので、気液二相流体は各流出管に対し均等に流すことができる。
【００１２】
以上説明した本発明による流体混合分配装置をボイラの火炉蒸発管の途中に設けると、水と蒸気からなる気液二相流体を各蒸発管に均等に流すことができ、蒸発管の熱伸び差による変形などの恐れのないボイラを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による流体混合分配装置を図示した実施の形態に基づいて具体的に説明する。以下の実施の形態は、いづれも気液二相流体の混合分配に適用されている。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、図１に示した第１実施形態による流体混合分配装置について説明する。図１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。この混合器３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。
【００１５】
混合器３の円筒面には、同一の高さに分配管４が複数本接続され、分配管４の他端はそれぞれに分配器５に接続されている。分配器５は、混合器３と同様な形状の軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の容器で、その円筒面には、同一の高さに多数の流出管７が接続されている。
【００１６】
図１に示した第１実施形態による流体混合分配装置は以上の構成を有しており、流入管６から集合管寄せ１に流入した気液二相流体は、接続管２を経て混合器３にすべて集められ、混合器３で完全に混合され、分配管４へ均等に分配される。
【００１７】
混合器３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。分配管４が接続される混合器３の出口はすべて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すべての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のみが、下方の出口からは液体のみが流出することになり、均等な分配はできない。
【００１８】
混合器３は軸対称形であるので、接続管２から混合器３へ流入した気液二相流体は放射状にすべての出口へ等距離で広がるので、すべての出口で同一の流動状態となり、均等に分配される。混合器３の直径が十分大きければ、すべての流出管７を直接混合器３の円筒面の同一の高さに接続することができるが、流出管７の本数がある程度以上多い場合には混合器３の直径が非現実的に大きくなり、実用的でない。
【００１９】
本実施形態では、混合器３の直径が非現実的に大きくなるのを避けるために、それぞれの分配管４に接続された複数の分配器５に流出管７を接続して、混合器３から分配器５へは少ない本数の分配管４で接続している。
【００２０】
分配器５は混合器３と同様な形状、構造のもので、流出管７は分配器５の円筒面の同一の高さに接続されているので、混合器３から分配管４への分配と同様に、分配器５においてもすべての流出管７へ気液二相流体が均等に分配される。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、図２に示した第２実施形態について説明する。この第２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混合分配装置を設置した例である。図２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。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。
【００２４】
そこで、この第２実施形態では、蒸発管２２の途中に、図１に示した第１実施形態による気液二相流体混合分配装置を設置して、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。
【００２５】
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。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、軸線が水平に置かれ流体を多数の流入管から流入させる集合管寄せ、同集合管寄せからの流体を接続管を介して流入させて混合する軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の混合器、同混合器に同一の高さに接続され同混合器で混合された流体を均等に分配する複数の分配管、同分配管からの流体をそれぞれ受け入れる前記分配管と同数の軸線が鉛直に置かれ一端が閉じた円筒形の分配器、同分配器のそれぞれに同一の高さに接続された多数の流出管を有し、前記流体が気液二相流体であり、前記混合器と分配器に対する気液二相流体の流入口が軸線上にあり、かつ、これらの混合器と分配器からの流出口がそれぞれ前記流入口に対して等距離にあるとともに同じ高さにあるする流体混合分配装置を提供する。
【００２７】
このように構成した本発明の流体混合分配装置においては、多数の流入管を流れる流体はすべて混合器に集められて混合されたのち、その混合器に同一高さに接続された複数の分配管に分配されるので、分配管には均等に流体が流される。従って、従来のもののように混合が不充分で分配された流体が均等を欠くという事態が生じない。
【００２８】
また、前記した構成に加え、分配管からの流体を流入させる軸線が鉛直に置かれた分配器を設けるとともに、この分配器に同一の高さに多数の流出管を接続した構成としており、混合器による流体の混合と、分配器による混合後の流体の分配とを分離して別々の機器で行うので、十分に混合された流体を均等に分配することができる。
【００２９】
更にまた、前記混合器と分配器に対する気液二相流体の流入口を軸線上にし、かつ、これらの混合器と分配器からの流出口を前記流入口に対して等距離にするとともに同じ高さに設けた構成としているので、気液二相流体を対象として完全なる混合と均等な分配とを行わせることのできる流体混合分配装置となる。
【００３０】
本発明のこの流体混合分配装置をボイラの火炉蒸発管の途中に設けると、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えるので、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。
【００３１】
以上、本発明によれば、気液二相流体や濃度の異なる流体同士を混合して分配するのに用いて好適な流体混合分配装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態による流体混合分配装置の構成を示す斜視図。
【図２】  本発明の第２実施形態による流体混合分配装置の構成を示す斜視図。
【図３】  従来の流体混合分配装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１   集合管寄せ
２   接続管
３   混合器
４   分配管
５   分配器
６   流入管
７   流出管
２１ 入口管寄せ
２２ 蒸発管
２３ 出口管寄せ
２４ 出口管寄せ
２５ 火炉
２６ バーナ
２７ 火炎
２８ 過熱器
【図１】
0003810560.tif 000002
【図２】
0003810560.tif 000003
【図３】
0003810560.tif 000004