JPH07508212A - 異なる温度を有する２流体の混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

異なる温度を有する２流体の混合装置 発明の技術分野 本発明は請求の範囲第１項の前提部の記載に従って設計された、異なる温度を有 する２流体（より詳しくは液体）を混合するための装置に関する。 発明の背景及び従来技術 原子力発電所で使用され且つ特に原子炉と復水器（コンデンサ）との間に水を導 く働きをする水管には、成る温度を有する水と、異なる温度を有する水とが混合 される複数の箇所が存在する。これは、従来、開放分岐管が主管の周壁の孔内に 直接開口する部用なＴ継手箇所すなわち分岐管箇所に見られる。このような分岐 点ては、２つの水流が、かなり強い渦（二の渦は、特に、成る温度（例えば他の 水線（ｓｔｒｅａｋｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ）よりも高い温度）をもつ水渦すなわ ち水線か、分岐点の下流側領域における主管の管壁の内面に沿って軸線方向及び 横方向の両方向に前後に移動することを伴う）の間中、制御されることなく合流 する。これは、主管の少なくとも内面が間欠的に反復する温度変化を受け、した かつて主管材料（実際には、殆との場合、耐酸鋼である）か圧縮応力及び引張り 応力を交互に受けることを意味する。この現象いわゆる熱疲労により、管材料に クラックか形成される。混合される２流体間の温度差か大きく（例えば５０°Ｃ 以上）且つ疲労か長時間に亘って連続する場合には、安全か危険に曝されるまて クラ・ツク形成か進行する。クラックか生しる傾向は特に溶接部の領域において 顕著であり、これは分岐点の下流側の近傍において頻繁に見られる。 最近、少なくとも上記問題を低減させる目的で、主管と第２管（２次管）との間 の分岐点に、管壁の内面に沿う単位時間当たりの温度変化数が減少するように混 合プロセスを制御すべく機能する特殊混合装置を取り付ける試みかなされている 。このような混合を行う場合、第２管から主管内へと本質的に半径方向に延びる 連結分岐（ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｂｒａｎｃｈ）か使用され且つ該連結分岐の 円筒状周面には複数の小孔か形成されており、第２管からの水がこれらの小孔を 通り、小孔と同数のジェットの形態をなして半径方向外方に流出する。一実施例 では連結分岐に同サイズの小孔が形成されており、他の実施例では種々のサイズ の孔についての実験がなされている。例えば、主管の中央領域におｌ−する連結 分岐の小孔は、該主管の周壁に近い孔より大きく作られている。しかしながら、 これらの実験は、管壁面に沿う顕著な温度変動を防止できない限り、成功したと はいえない。特に、２つの管の水流の変化により、小孔を通るジェットの力が増 減し、個々のジェットが主管の内面を打つことを防止てきないため、ジェットか 管壁面に沿って移動し且つ管壁材料の温度変化を引き起こす。 発明の目的及び特徴 本発明の目的は、従来技術による上記形式の混合装置の欠点を無＜ｂｈつ管壁及 び該管壁のあらゆる溶接部の熱疲労の危険を絶対最小に減少させる装置を提供す ることにある。したがって、本発明の主目的は、主管内の中央に位置する領域に おいて、且つ主管の内面に沿って前後に移動する唯一の流体の顕著な縞すなわち 部分流が無く、混合プロセスが混合装置の下流側領域で安定し且つ均一になるよ うにして、第２管からの流体を、主管を通る流体中に混合できる混合装置を提供 することにある。本発明の他の目的は、主管を通る流れに対する抵抗を最小にて き、したがって圧力降下を殆と無視てきる混合装置を提供することにある。特別 な実施態様において、本発明の目的は、既存の管装置の分岐点での取付けが容易 （より詳しくは、第２管の簡単な切断後に第２管内に挿入できる）であり、主管 の交換が不要な混合装置を提供することにある。 本発明によれば、少なくとも主目的は、請求の範囲第１項の特徴部に記載された 特徴をもつ手段により達成される。本発明の好ましい実施例が請求の範囲第２項 〜第７項に記載されている。 従来技術についての他の説明 日本国特許公報（ＪＰ　６２−２７０３０）には、請求の範囲第１項の前提部に 記載された全体的構造を有し且つエセクタとして設計された混合装置か開示され ている。本発明の装置と同様に、この従来技術のエセクタ装置は主管内に延びる 連結分岐を有し、該連結分岐は中央ダクトを備え、該中央ダクトを通って第１流 体か中央部分流として流れ、中央ダク１−の出口端か環状ノズル状の孔により包 囲され、該層を通って第２管からの第２流体か主管内に流入できる。しかしなか ら、この従来技術の装置ては、ダクトかその全長に沿って同し断面積を有し、入 口端から出口端へとダクトを通って流れる流体の流速（流量）の増大は生しなし １゜しｔこかって、第１流体の中央部分流か第２流体に対して帯同効果を及はす ことはなＩ、ｓ。まｔこ、上記日本国特許公報に開示された装置内で混合される 流体は、異なる温度を有するということに特徴があるのではなく、この装置の目 的は、管壁の温度変化（こより引き起こされるクラック形成の問題を解決するこ とにあるのではなし）。 ４、

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による混合装置か取り付けられる分岐点て出合う２つの管を示 す部分断面図である。 第２図は、第１図の混合装置を示す拡大断面図である。 第３図は、第２図のｌ１ｌ−Ｉｌｌ線に沿う水平断面図である。 第４図は、第２図の右側から見た側面図である。 第５図は、第２図の混合装置を示す斜視図である。 第６図は、混合装置の内部部品の一部を示す斜視図である。 第７図は、混合装置内の流体の流れを示す第２図と同様な断面図である。 発明の好ましい実施例の詳細な説明 第１図には、第１管すなわち主管の全体か番号Ｉて示され、第２管の全１本力・ 番号２て示されている。管ｌの実際の管壁（該管壁は、実際には円笥状力・適し てしλる）か番号３て示されている。この場合、管２（肢管２は、管１力１ら垂 直（こ離れる方向に延びるのか有効である）は２つの部分２　＋　、ｎ　＃から なり、第１部分２′は溶接により管Ｉに永久連結され、第２部分２″はフランジ 継手（その全（水力り番号４て示されている）を介して第１部分２″に対し着脱 用をヒ（こ連結さオ］てし＼る。 より詳しくは、フランジ継手は、管部分２′に溶接される第１フランツ４′と、 管部分２“の一端に溶接される第２フランジ４＃とからなる。両フランジ４′、 ４“は、適当数のボルト（図示せず）により一体に保持される。このようにして 形成されるＴ継手箇所すなわち分岐点に、本発明による混合装置（その全体を番 号６て示す）か取り付けられる。 実際には、第１流体（矢印Ａて示す）が主管ｌを通して供給され、一方、第２流 体（矢印Ｂ）か第２管２を通して分岐点まで供給され、流体Ａと混合される。 両流体Ａ、Ｂ（実際には、例えば水の形態をなす液体である）は、分岐点に到達 するときに異なる温度を有している。異なる水流が原子力発電所で使用されるも のである場合には、温度差は５０〜１００°Ｃに達し、成る場合にはこれ以上の 温度差になることがある。 次に、第２図〜第７図を参照して、本発明の混合装置６の実際に好ましい一実施 例を説明する。混合装置６は主要構成部品としての連結分岐７を有し、該連結分 岐７は閉鎖端８及び開放端９を備えている。必ずしもそうしなければならない訳 ではないが、この連結分岐７の基本的形状は円筒であり、その直径すなわち幅は 、第２管２の固定管部分２″の内径すなわち幅より小さいことか好ましい。これ は連結分岐７の全長について適用され、このことは、連結分岐７を管部分２′内 で第１図に示す位置まで挿入できることを意味する。連結分岐７の開放端９には フランジ１０か設けられ、該フランジ１０は両フランジ４’、４”の間に挿入さ れてこれらの間にクランプされる。フランジ１０には、例えば耐熱ゴム等で作ら れた弾性シール１１．１ビを装着しておくのが好ましい。 連結分岐７の閉鎖端８に隣接して貫通ダクト（その全体を番号１２で示す）か配 置されている。貫通ダクト１２は連結分岐７を横切って延びるチャンネル１３を 形成し、該チャンネル１３は主管１の長手方向と平行であるのが適している。 第１流体Ａの一部が、管壁３の中央にある（すなわち管壁３から間隔を隔てた） 部分流としてチャンネル１３を通ることができる。ダクト１２は、主管ｌの上流 側て連結分岐７の周壁の部分に開口する入口端１４と、直径方向に対向する管壁 の下流側部分７′内に形成された孔１６内に配置される出口端１５とを有する。 第４図から明らかなように、孔１６はダクト１２の出口端１５より大きな直径す なわち幅を有し、これにより、ダクト１２の外面と壁部７′の縁部１７（孔１６ を形成する縁部）との間に環状ギヤツブを形成する。該環状ギャップは、第２流 体Ｂを主管１内に排出するためのノズル状の孔として機能する。横方向ダクト１ ２の入口端１４は出口端１５より大きい断面積を有し、ダクト１２は入口端か端 で増大される。図示の実施例では、ダクト１２は、入口端１４に向かって太くな っている円錐体すなわち截頭円錐状管部分１８と、出口端１５に連続している円 筒状管部分１９とを有する。人口開口Ｉ４に隣接する断面積は、出口開口１５に 隣接する断面積の２〜８倍太きくずへきである。実際には、管部分１９の直径は 約２０ｍｍ、一方円錐状管部分１８の太い方の入口端の直径は約４０ｍｍにする ことができる（入口開口の面積は、出口開口の面積の４倍大きい）。ダク）・１ ２か上記寸法を有する場合には、連結分岐７の直径は８０〜１００ｎｕｎとし、 主管ｌの直径は１３０〜１７０ｍｍ（例えば＋５０ｎｕｎ）の範囲にするのか適 している。 特に第４図〜第６図から明らかなように、孔１６か形成されている壁部７′は平 らであり、且つ緩やかに丸くなっている壁部を介して、連結分岐７のさもなくば 本質的に円筒状である周壁に連続している。この平らな壁部７′は、実際には、 主管１の長手方向軸線に対して垂直な平面内に配置される。第２図及び第６図は 、環状カラー２０が、如何にして、縁部１７から連結分岐７の内部に一定距離た け延びているかを示している。孔すなわち環状ギャップ１６内には、ダクト１２ から半径方向に延びた多数（この場合には４つ）のウィング２１１２ビ、２２． ２２′か配置されており、該ウィングは部分孔２３．２４．２５．２６を扇状に 分割し、環状ギヤツブを通る同数の部分流を形成する。直径方向に対向する２つ のウィング（この場合には、水平ウィング２１．２１′）は実質的にＬ型の案内 板２７（第２図参照）に移行している。該案内板２７は、連結分岐７の内部を、 本質的に等しい大きさの流れ面積をもつ２つの別々の流路２８．２８′に分割し 、これにより、ウィング２１．２１′の両側に２つの等しい大きさの部分流を形 成する。案内板すなわち隔壁２７は、第２図から明らかなように、連結分岐７の 内部空間を補償するため、連結分岐７の中心軸線に対して僅かに傾斜している。 この補償は、カラー２０の内端部に連結された案内板２９てあって、到達する流 体Ｂを、不都合な乱流すなわち渦を生しさせることなくカラーの内方の口部に案 内する機能を有する案内板２９により行われる。隔壁２７を図示のように傾斜さ せることにより、２つの流路２８．２８′を、連結分岐７の長子方向軸線に沿う 任意の断面において本質的に等しい大きさの流れ面積にすることがてきる。ダク ト１２の上面に関しては、弧状断面をもつ第３案内板すなわち案内壁３０が配置 されており、この案内板３０は、流路２８′に沿って流入する流体を、ウィング ２１．２１’の上方の２つの上部部分孔２４．２５に偏向すなわち案内する機能 を有する。２つの垂直ウィング２２．２２′は、環状ギャップ１６の上下の半部 を通って排出される２つの部分流を確立する機能を有し、一方、水平ウィング２ １．２１′はこれらの２つの流れを分割する。 第１図に示すように、チャンネル１３は、主管１の中心軸線の領域内で、主管ｌ に対して実質的に平行に配置されている。作動中、ダクト１２のチャンネル１３ を通って流れる流体への一部は、圧縮され且つ主管１の中央の結合ジェット（ｊ ｏｉｎｅｄ　ｊｅｔ）の形態をなして、比較的高速でダクト１２の出口端１５か ら出る。 同時に、流体Ｂは第２管２から環状ギャップ１６を通り、この中央ジェットを包 囲する環状流となって排出され（第７図参照）、該環状流は中央ジェットより低 速である。このようにして、高速で移動する中央ジェットは、管壁３に向かって 半径方向外方に移動する傾向をもつ環状流Ｂ内に流入するのではなく、中央ジェ ットを包囲する流体Ｂのより低速の環状流内（そ流入する。したか−って、２つ の流体の混合は、混合装置６の下流側の中央領域において行われる。この中央領 域は混合装置６からの距離が増大するにつれて拡大するけれとも、一方の媒体の みの個々のジェットすなわち縞（ｓｔｒｅａｋｓ）か管壁３の内面に沿う成る点 すなわちスポットにおいて前後に移動しない限り、流れは均一で且つ安定したも のとなる。両管ｌ、２内の流体の温度及び流量の変化により管壁の温度か変化す るようなことがあっても、このようにして生じる温度変化は、管壁の内面に沿う 成る点から他の点への間欠的で急激な変化を引き起こすことがない比較的縁やか で且つ安定したものであり、このため、管壁材料に熱疲労が生じることか防止さ れる。 連結分岐７の閉鎖された自由端８において、連結分岐７には壁部３１が形成され ている。該壁部３１は断面が弧状であり且つ主管ｌの中心軸線に対して傾斜した 直線状の背部を有する。より詳しくは、壁部３１の背部の上流側端部が、その下 流側端部よりも、主管１の管壁３から大きな半径方向距離を隔てて配置されてい る。管壁３とこの傾斜壁部３１との間の空間が下流側方向に連続的にテーバして いるため、ここを通る流体は速度か増大され、次に、管壁３の直ぐ内側に、他と は区分てきる流れ（区分流）を形成する。この区分流は、環状ギャップ１６の下 流側の領域において、中央混合ゾーン内の流体か外方に流れて混合装置６の直ぐ 近くの管壁と直接接触するあらゆる傾向を防止する。 連結分岐７は、その全長に亘って管部分２′の直径より小さいため、これから取 り付けられる管装置たけてなく、既存の管装置にも容易に取り付けることかでき る。後者の場合には、第２管２は、主管ｌから適当な距離の箇所で容易に切断て きる。この切断箇所にフランジ４′、４″を取り付け、その後、連結分岐７の開 放端のフランジ１０を、両フランジ４′、４″間て緊締ポルト５によりクランプ する。 本発明の可能な変更 本発明は、図示し且つ上述した実施例のみに限定されないことはもちろんである 。したがって、個々の混合装置に１つの横方向ダクトではなく２つ以上のダクト を設け、これにより、より多数の部分流か得られるように設計できる。この場合 、ダクトは主管の中心軸線に沿って正確に配置されないけれとも、主管の壁の内 面から大きな間隔を隔てて配置される。装置に使用される種々の管は円筒状の基 本形状すなわち断面か円形のものを示したけれとも、本発明は、他の断面形状の 管を使用できる可能性を排除するものではない。また、主管内に配置される連結 分岐７の端部の外形も変更できることに留意すべきである。したかって、この端 部は、断面か丸く且つ細い端部か上流側に配置される截頭円錐状のヘッドとし、 これにより、該ヘット−その全周に沿うものであるが、傾斜背部３Ｉに類似して いる−か、流れる流体に、主管に沿って下流側方向に増大する速度を与えるよう に設計できる。 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。 ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＰ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＮＥ、ＳＮ。 ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＢＹ、　（ＣＡ、 ＣＨ，ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＫＺ、 ＬＫ、ＬＵ、ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＮＺ、ＰＬ、ＰＴ、Ｒ○、　ＲＵ 。 ＳＤ、ＳＥ、ＳＫ、　ＵＡ、　ＵＳ １７２）発明者　へンリクソン、マッッ、二−スウェーデン国、エルヴカーレビ ー　ニス−８１０７０，エルヴカーレエーヴエーゲン］７２）発明者　ルンドス トレム、アンデシュスウェーデン国、エルヴカーレビー　ニス−８１０７０，フ ァルヴエーゲン　１８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．連結分岐（７）を有し、該連結分岐（７）が、第２流体（Ｂ）を供給する第 ２管（２）から、第１流体（Ａ）を供給する第１管すなわち主管（１）内に本質 的に半径方向に延入し、第１流体（Ａ）が前記連結分岐（７）の外面に沿って流 れ、前記連結分岐（７）には１つ以上のノズル状の孔（１６）が形成され、該孔 （１６）を通って第２流体（Ｂ）が流動する第１流体（Ａ）内に導かれ且つ該第 １流体（Ａ）と混合され、前記連結分岐（７）が少なくとも１つの貫通チャンネ ル（１３）を備え、該チャンネル（１３）が前記連結分岐（７）の横方向に、好 ましくは前記主管（１）の長手方向に平行に延び、前記第１流体（Ａ）の一部が 前記チャンネル（１３）を通って前記主管（１）の壁（３）から間隔を隔てた中 央部分流として流れることができ、前記ノズル状の孔（１６）が前記チャンネル （１３）に隣接し且つ該チャンネル（１３）を包囲するように配置され、これに より、前記主管（１）の中央に位置するすなわち前記主管（１）の壁（３）から 間隔を隔てた領域内の第１流体（Ａ）中に第２流体（Ｂ）を混合させるための、 ２流体より詳しくは異なる温度を有する２液体を混合させる混合装置において、 前記チャンネル（１３）の入口端（１４）の断面積が出口端（１５）の断面積よ り例えば２〜８倍大きく、前記チャンネル（１３）は入口端（１４）から出口端 （１５）に向かって細くなっていて、前記チャンネル（１３）に流入する第１流 体（Ａ）に出口端（１５）で大きな速度を与え、これにより、第１流体（Ａ）が 、前記ノズル状の孔（１６）を通って流れる、前記第１流体（Ａ）の周囲の前記 第２流体（Ｂ）の流れを帯同し、同時に、第２流体（Ｂ）が、混合装置から、該 混合装置の周囲に位置する主管（１）に向かって直接的にすなわち突然的に半径 方向外方に流れるあらゆる傾向を最小にすることを特徴とする混合装置。 ２．前記横方向チャンネル（１３）がダクト（１２）により形成され、該ダクト （１２）は、連結分岐（７）の周壁の上流町部分に開口する入口端（１４）と、 直径方向に対向する下流側の壁部（７′）に形成された孔（１６）内に配置され る出口端（１５）とを備え、前記孔（１６）が前記ダクト（１２）の出口端（１ ５）より大きい直径すなわち幅を有し、これにより寸ダクト（１２）の外面と孔 （１６）を形成する周壁（７′）の縁部（１７）との間に、主管（１）内の第２ 流体（Ｂ）を排出させるためのノズル状の子しとして機能する環状ギャップを形 成し、前記ダクト（１２）が、入口端（１４）に向かって太くなる円錐状管部分 （１８）と、出口端（１５）に連結している円筒状管部分（１９）とからなるこ とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３．前記ノズル状の孔（１６）が平らな壁部（７′）に形成されており、該平ら な壁部（７′）が前記主管（１）の長手方向軸線に対して垂直に延び且つ緩やか に丸くなっている壁部を介して前記連結分岐（７）のさもなくば円筒状の周壁に 移行していることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の装置。 ４．前記ノズル状の孔（１６）が多数の、例えば４つのウイング（２１、２１′ 、２２、２２′）を有し、該ウイングがダクト（１２）から半径方向に突出し且 つ部分孔（２３、２４、２５、２６）を扇状に分割して同数の部分流を形成し、 これらのウイングのうちの直径方向に対向する２つのウイング（２１、２１′） が実質的にＬ型の案内板（２７）に移行し、該案内板（２７）は、連結分岐（７ ）を、本質的に等しい大きさの流れ面積をもつ２つの別々の流路（２８、２８′ ）に分割して、前記２つのウイングの両側に等しい大きさの２つの部分流を形成 することを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の装 置。 ５．前記第２管（２）から間隔を隔てた、前記連結分岐（７）の自由端（８）が 、弧状断面をもつ壁部（３１）により閉鎖されており、該壁部（３１）が直線状 の背部を備え、該背部が主管（１）の中心軸線に対して傾斜、より詳しくは、背 部の上流側が、背部の下流側よりも前記主管（１）の管壁（１３）からの半径方 向距離が大きくなるように傾斜していることを特徴とする特許請求の範囲第１項 〜第４項のいずれか１項に記載の装置。 ６．前記連結分岐（７）が、その全長に沿って、第２管（２）又は主管（１）内 での第２管（２）の口部より小さい直径すなわち幅を有し、これにより前記連結 分岐（７）が、妨げられることなく既存の主管（１）内に取り付けられることを 特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の装置。 ７．前記横方向ダクト（１２）から間隔を隔てた、前記連結分岐（７）の開放端 （９）にはフランジ（１０）が設けられており、該フランジ（１０）は、好まし くは適当なシール（１１、１１′）と共に、第２管（２）に含まれる２つの管部 分（２′、２′′）を連結するためのフランジ継手（４）の両フランジ（４′、 ４′′）間にクランプされることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の装 置。