JPH09101003A - 配管の管寄せ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管寄せ内における流体の混合及び熱交換を促
進せしめ、管寄せ出口における流体の均等な分配及び温
度の均一化が実現できる配管装置を提供する。 【解決手段】 多数の入口管と出口管とを円筒状の管寄
せに溶接してなる管寄せ構造において、上記入口管を上
記管寄せの中心軸よりも下方部位に開口せしめるととも
に、上記出口管を管寄せの入口管よりも上方部位に開口
せしめ、上記管寄せ内には、流体の出口部近傍以外の部
位に多数の孔が開設された部分多孔板をほぼ水平に設け
て、管寄せ内における流体の混合を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貫流ボイラの中間
管寄せ、吸収冷凍機、フロン等の冷媒を用いた空気調和
機や熱交換器の管寄せ等に適用される配管における管寄
せ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３〜図１６には貫流ボイラにおける
中間管寄せ部の従来の１例が示されている。図において
１は円筒状の管寄せであり、その外周には多数の入口管
２及び出口管３が溶接により固着されている。同入口管
２は火炉水冷壁蒸発管に接続され、出口管３は火炉上部
水冷壁に接続されている。

【０００３】上記多数の入口管２は円筒状の管寄せ１の
上部に固着され、多数の出口管３は管寄せ１の上部でか
つ入口管２よりも下方に固着されている。また、上記入
口管２及び出口管３の管寄せ１への接続は、図１４〜図
１６に示されるように、通常同一断面内に入口管２と出
口管３とが対向し、かつ入口の方向が交互になるような
接続方法がとられている。

【０００４】上記貫流ボイラの管寄せ装置において、火
炉水冷壁蒸発管から多数の入口管２を経て管寄せ１に流
入した水・蒸気の二相流体、あるいは蒸気単相流体は、
管寄せ１内にて一旦混合された後、多数の出口管３に均
等に分配されて流出し火炉上部水冷壁へ至る。６は管寄
せ１内における水７の液面である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の貫流ボイラ
の管寄せ装置にあっては、上記中間管寄せ１へ流入する
水・蒸気二相流体は多数の入口管２ごとに流量や気液の
割合が異なっており、また、ボイラの運転状態によって
は、温度の異なる過熱蒸気が流入することもある。管寄
せ１は、このように流量、気液の割合、温度の異なる流
体を一旦混合し、均一な温度にして出口管３へ均等に分
配する。しかしながら、上記従来の中間管寄せ構造にあ
っては、以下のように温度の均一化と均等分配の点で解
決すべき課題があった。

【０００６】ｉ）管寄せ１内の液面６は出口管３レベル
にできるため、従来の管寄せ１では入口管２が出口管３
よりも上方に取り付けられている関係上、入口管２から
の管寄せ１への流入口は液面６よりも上部の、液が存在
しない領域に露出する。したがって、流入流体は液面６
よりも上部から、液面６へ向かって打ち込まれるように
して管寄せ１内へと流入する。

【０００７】上記流入流体が水・蒸発二相流体である場
合には、図１７〜図１８に示されるように、液面６への
打ち込みの慣性力が強いため、液面６を突き破るように
して管寄せ１内の水中へ侵入してこれの下部壁面に衝突
し、出口管３へと直接向かう流体Ａと、入口側へ向かう
流体Ｂとに分岐し（図１７〜１８中の破線矢印Ａと
Ｂ）、それぞれ壁面に沿って上昇する。

【０００８】然るに、上記入口管２と出口管３とは、対
向して配置されているため、流入流体Ａが上昇した直上
には管寄せ１からの出口３ａがあり、この出口３ａから
流体Ａの大部分が流出する。一方上記流体Ｂは、上昇し
て液面６に達した地点に管寄せ１の長手方向に隣接して
出口管３があり、そこから大部分が流出する。このた
め、出口管３の部位においても入口管２での流量分布の
影響を受けており、流体の流量均等分配がなされ難い。

【０００９】ii）上記管寄せ１の出口下側の一部は水没
し、上部は水７の存在しない領域に露出する。流体出口
の面積のうち、水没した面積と露出した面積の割合によ
って、蒸気・水の流出割合は決まる。従来の管寄せ構造
では、上記ｉ）にて示された流体Ａ，Ｂの上昇に伴い、
液面６が押し上げられ、この押し上げられた液面６は不
規則にかつ非定常に乱れる。これにより、出口面積の水
没割合が管寄せ１長手方向に不規則に非定常的に変化す
るので、流体が一定かつ均等に分配され難い。

【００１０】iii ）上記入口管２同士が対向して管寄せ
１に配置されていないため、流入する流体同士の干渉
（衝突）は少なく、入口管２からこれに対向する出口管
３への管寄せ１断面内の流れは発生するが、管寄せ１の
長手方向の流れは殆ど発生しない。このため、管寄せ１
内での流体の混合は、管寄せ１長手方向の狭い領域に限
られており、広範囲に渡る混合は考慮されていない。

【００１１】iv）流入する流体が蒸気単相流である場合
には、液面６への打ち込みの慣性力が小さく液面６を突
き破るようなことはなく、図１８の破線Ｃに示すよう
に、液面６に沿って管寄せ１出口へ向かい、そこから流
出する。このため、流入した過熱蒸気と管寄せ１保有水
との熱交換量は小さく、流入過熱蒸気は殆ど減温されな
い。

【００１２】ｖ）上記入口管２での流入量に差が生じた
場合、上記 iii）に示したように、管寄せ長手方向の流
れが生じないため、管寄せ１内を上昇し出口へ流出する
流体の流量の管寄せ長手方向分布が生じることとなり、
管寄せ出口での均等分配の面でも改善の余地がある。

【００１３】本発明の目的は、管寄せ内における流体の
混合及び熱交換を促進せしめ、管寄せ出口における流体
の均等な分配及び温度の均一化が実現できる配管装置を
提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする第１の手段は、略水平に
配置された円筒状の管寄せに、水・蒸気等の流体を上記
管寄せ内に導入するための多数の入口管及び上記管寄せ
内で混合された上記流体を導出するための多数の出口管
を夫々溶接等により固着してなる配管装置において、上
記入口管を上記管寄せの中心軸よりも下方部位に開口せ
しめて設けるとともに、上記出口管を管寄せの入口管よ
りも上方部位に開口せしめて設け、上記管寄せ内には、
流体の出口部近傍以外の部位に多数の孔が開設された部
分多孔板をほぼ水平に設けたことを特徴とする配管の管
寄せ装置にある。

【００１５】上記第１の手段によれば、入口管を出口管
より管寄せの下部に取付けることにより、管寄せ内に流
入する蒸気・水二相流体は必ず管寄せ保有水中を通過す
る。また、一部の入口管より蒸気単相流体が流入した場
合においても、流入した蒸気単相流は小さな蒸気泡とな
り必ず管寄せ保有水中を通過する。これにより、管寄せ
内での流体の混合が促進され、管寄せ出口における均等
分配が確実になされる。

【００１６】また、入口管を管寄せ中心軸向きから下方
に傾けて取付けることにより、流体の管寄せへの流入か
ら流出までの保有水中における通過距離および滞留時間
を長くとれ、熱交換が促進される。

【００１７】また、管寄せ内に、出口付近を開口させて
いない部分多孔板を設置しているので、管寄せ内の液体
流出口付近の液面が安定する。

【００１８】また、上記部分多孔板は、管寄せの流体出
口付近が開口されていないため、入口管から管寄せ内に
流入した流体が最短距離を通って流出する、つまり短絡
流が発生することを防止することができ、流体の流入か
ら流出までの保有水中の通過距離及び滞留時間が長くな
り、熱交換が促進される。

【００１９】さらに、管寄せ内に設置された部分多孔板
の多孔部が、流体が通過する際の抵抗となるので、管寄
せ長手方向に流入量が不均一であってこれが緩和されて
出口における流量分布が均一化される。

【００２０】また、本発明の第２の手段は、上記第１の
手段において、上記入口管及び上記出口管は、夫々対を
なし、かつ上記管寄せにその中心軸に対して左右に対向
して夫々開口されるとともに、上記対をなす入口管と対
をなす出口管とを上記管寄せの長手方向に交互に複数対
配置したことにある。

【００２１】上記手段によれば、入口管同士を対向させ
て配置することにより、管寄せへの流入流体同士の衝突
が起こり、混合が促進される。

【００２２】さらに、本発明の第３の手段は、上記第１
の手段において、上記入口管と出口管とを、上記管寄せ
に、その中心軸に対して水平方向一方側に１対、他方側
に１対夫々開口するとともに、上記対をなす入口管と出
口管の一方側と他方側とを上記管寄せの長手方向に千鳥
状に複数対配置したことにある。

【００２３】上記手段によれば、入口管及び出口管を千
鳥配置とし、同一断面で入口・出口管を向かい合わせと
せずに配置することにより、流入流体が向かい合った出
口から直ちには流出せず、また、管寄せ内で大きな渦を
形成するため、管寄せ長手方向に流動して混合する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態を詳細に説明する。図１には本発明の実施形態に係
る貫流ボイラの中間管寄せ装置を示す斜視図、図２には
平面図（図１のＢ−Ｂ矢視図）、図３には図２のＣ−Ｃ
断面図、図４には図２のＤ−Ｄ断面図が夫々示されてい
る。

【００２５】図１〜図４において、１は円筒状の管寄
せ、２は火炉水冷壁蒸発管（図示せず）に接続される多
数の入口管、３は火炉上部水冷壁（図示せず）に接続さ
れる多数の出口管である。上記多数の入口管２及び出口
管３は次のような取付態様で管寄せ１に溶接されてい
る。

【００２６】図３、図４に示すように、上記管寄せ１の
下部に、同管寄せの中心軸３０向きよりも下向きに傾け
て入口管２同士を対向させて開口し、固着するととも
に、上記出口管３を管寄せ上部に対向させて開口し固着
する。また管寄せ１内には、中央部分が一定幅で多数の
小孔７ａにより開口された部分多孔板７が設置されてい
る。上記部分多孔板７は、これの上部にも水を保有さ
せ、出口管３から水を安定させて流出させるために、管
寄せ１の出口管３の開口部よりも若干下方（出口管３の
内径の約１／３程度）の位置に水平に設置する。

【００２７】また、上記部分多孔板７の小孔７ａの孔径
は、スケールなどの異物による目詰まりが起こらない程
度の孔径を最低限確保し、上記管寄せ１の適用流量で適
切な流体の通過抵抗が確保できるように、その開口率と
あわせて設定する。さらに、上記部分多孔板７の出口付
近の非開口部の幅は、出口部付近の液面６を安定せしめ
るため、出口管３の内径のおよそ２倍程度以上確保す
る。

【００２８】次に、図９〜図１０を参照して上記のよう
に構成された貫流ボイラの中間管寄せ部の作用を説明す
る。

【００２９】（１）入口管２を出口管３よりも下方に取
り付けることにより、図１０に示されるように、流入す
る流体２１は、これが水・蒸気二相流体、あるいは蒸気
５単相流体にかかわらず、必ず管寄せ１内の保有水１ａ
中を通過するため、流入流体２１と管寄せ１の保有水１
ａとの間で熱交換が行われる。これにより管寄せ１から
出口管３へと流出する流体の温度が均一化される。

【００３０】（２）入口管２を管寄せ１中心軸向きから
下方に傾けて取付けたので、流体の流入から流出までの
管寄せ１保有水１ａ中の通過距離および滞留時間を十分
に長くでき、流入する流体２１が水・蒸気二相流体、あ
るいは蒸気単相流体にかかわらず、流入流体２１と管寄
せ１保有水１ａとの熱交換が十分に行われ、管寄せ１よ
り出口管３へ流出する流体の温度が均一化される。

【００３１】（３）管寄せ１内に、管寄せ１出口付近が
開口されていない部分多孔板７を設置したので、管寄せ
１内の流出口付近の液面６が安定するため、出口面積の
水没割合の長手方向、および時間的変化が小さくなり、
出口での流量分配が均一化される。

【００３２】また、流入流体２１が最短距離を通って流
出することが防止され、つまり、流入から流出までの保
有水１ａ中の通過経路、滞留時間が短くなることが防止
される。これにより流体の温度が十分に均一化されずに
流出することを防止できる。

【００３３】さらに、部分多孔板７の多孔板部分が、流
体が通過する際の抵抗となり、管寄せ１内を上昇する流
体が整流され、かつ、この抵抗によって管寄せ１内を上
昇する流量が均一化されるため、出口での流量分配が均
一化される。

【００３４】（４）入口管２同士を対向させて配置させ
ることにより、図９の破線で示すごとく、管寄せ１内で
流入流体２１同士の衝突が起こる（干渉が大きくなる）
ため、管寄せ１内に設置された部分多孔板７のレベルよ
りも下方の領域で流体の乱れが大きくなり、管寄せ１長
手方向の広範囲にわたる、流入流体２１同士、あるいは
流入流体２１と管寄せ１内の保有水１ａの物理的な混合
が実現できる。

【００３５】なお、上記のようにして発生した乱れは部
分多孔板７で整流され、かつ、同多孔板７は出口付近を
開口されていないことから、出口付近の液面の乱れは生
じないため、出口での流量分配が均一に保持される。

【００３６】以上のように、この実施形態に係る管寄せ
部構造によれば、入口管２及び出口管３を上記のように
配置し、部分多孔板を設置することによって、管寄せ内
及び管寄せ出口近傍における流体の分配、および流出流
体温度を均一化できる。

【００３７】図５〜図８には本発明の実施の第２形態が
示されている。この実施形態においては、円筒状の管寄
せ１の下部に、入口管２を、管寄せ中心軸３０向きより
下向きに傾けて左右千鳥状に設置するとともに、出口管
３を管寄せ１の上部に左右千鳥状に配置し、かつ同一断
面で入口管２と同出口管３とが同じ側になるように配置
し、さらに、上記第１形態と同様に、管寄せ１内に、中
央部の一定幅に多数の小孔７ａを有する部分多孔板７を
水平に設置している。

【００３８】上記部分多孔板７の取付け態様及び構造は
上記第１形態と同様である。即ち、部分多孔板７は、こ
れの上部にも水を保有させ、出口管３から水を安定させ
て流出させるため、管寄せ１の出口管３の開口部よりも
若干下方（出口管３の内径の約１／３程度）の位置に水
平に設置する。また、上記部分多孔板７の小孔７ａの孔
径は、スケールなどの異物による目詰まりが起こらない
程度の孔径を最低限確保し、上記管寄せ１の適用流量で
適切な流体の通過抵抗が確保できるように、その開口率
とあわせて設定する。さらに、上記部分多孔板７の出口
付近の非開口部の幅は、出口部付近の液面６を安定せし
めるために出口管３の内径のおよそ２倍程度以上確保す
る。

【００３９】この実施形態は上記のように構成されてい
るので、上記第１形態に加えて次の作用をなす（図１
１、図１２参照）。即ち、上記入口管２を千鳥状に配置
することにより、管寄せ１内に設置された、出口付近の
み開口されていない部分多孔板７よりも下の領域で、図
１１に示されるように、流入流体２１が管寄せ１内で大
きな渦を形成するため、同管寄せ１の長手方向の広範囲
にわたる流入流体２１と管寄せ１内保有水１ａとの物理
的な混合が実現できる。なお、上記作用により発生した
渦は部分多孔板７で整流され、部分多孔板７が出口付近
を開口されていないことから出口付近の液面６の乱れは
生じないため、出口での流量分配は均一に保持される。

【００４０】また、上記入口管２及び出口管３を対向せ
しめずに、管寄せ１の同じ側に配置することにより、従
来の管寄せ１において課題となっていた、流入流体２１
が向かい合った出口から混合不十分のまま流出すること
が防止される。この流出経路の短絡防止は、図に示すご
とく、管寄せ１内に部分多孔板７を設置することによっ
てさらに確実に実現できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
請求項１の発明によれば、次の効果を奏する。

【００４２】（１）入口管を管寄せ下部に、出口管より
も下方部位に設置することにより、一部の入口管から過
熱蒸気単相流体が流入した場合でも、この流体は確実に
管寄せ保有水中を通過するため、流体出口での蒸気過熱
度を十分低減でき、流出流体温度を均一化することがで
きる。

【００４３】（２）管寄せ内に部分多孔板を設置するこ
とにより、流体出口付近の液面が安定し均一分配が実現
できる。また、管寄せ内を上昇する流体の流量を管寄せ
内の広範囲で均一化できるため、この面からも流体出口
での分配が均一化できる。さらに、上記部分多孔板の設
置により、流入流体が管寄せ保有水中を通過する距離及
び滞留時間を長くとることができ、流入流体同士、ある
いは流入流体と管寄せ保有水との熱交換が十分に行わ
れ、これにより出口での流体温度を均一化することがで
きる。

【００４４】（３）上記部分多孔板は、出口付近が開口
されていないので、流入流体が最短距離を通って流出す
ること、即ち短絡流の発生が防止され、さらに上記流体
温度の均一化が促進される。

【００４５】また請求項２の発明によれば、入口管同士
を対向させて配置することにより、管寄せへの流入流体
同士の衝突が起こり、混合及び出口温度の均一化がさら
に促進される。

【００４６】さらに請求項３の発明によれば、入口管及
び出口管を千鳥配置とし、双方の管の開口部を対向させ
ないことにより、流入流体の出口管への短絡流の発生が
阻止され、流入流体は長手方向に流動して混合すること
となり、分配及び温度の均一化が促進される。

【００４７】以上要するに本発明によれば、管寄せへ流
入する流体と管寄せ保有水との混合が促進され、両者の
熱交換量が増加し、流出流体温度を均一化し、また流体
の分配を均等化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係る中間管寄せの外
観斜視図。

【図２】図１のＢ−Ｂ矢視図。

【図３】図２のＣ−Ｃ矢視図。

【図４】図２のＤ−Ｄ断面矢視図。

【図５】本発明の実施の第２形態に係る中間管寄せの外
観斜視図。

【図６】図５のＢ−Ｂ矢視図。

【図７】図６のＣ−Ｃ断面矢視図。

【図８】図６のＤ−Ｄ断面矢視図。

【図９】第１形態におけるＣ−Ｃ断面における流れの状
態説明図。

【図１０】第１形態における流れの状態を管寄せの上方
から視た説明図。

【図１１】第２形態におけるＣ−Ｃ断面における流れの
状態説明図。

【図１２】第２形態における流れの状態を管寄せの上方
から視た説明図。

【図１３】従来の中間管寄せ構造を示す外観斜視図。

【図１４】図１３のＢ−Ｂ矢視図。

【図１５】図１４のＣ−Ｃ断面矢視図。

【図１６】図１４のＤ−Ｄ断面矢視図。

【図１７】上記従来例の作用説明図。

【図１８】上記従来例の作用説明図。

【符号の説明】

１ 管寄せ ２ 入口管 ３ 出口管 ６ 液面 ７ 部分多孔板 ３０ 管寄せの中心軸

フロントページの続き (72)発明者 岩尾 光次 長崎市深堀町５丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 菱田 正志 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三 菱重工業株式会社内 (72)発明者 小林 由則 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内 (72)発明者 須藤 隆之 長崎市飽の浦町１番１号 三菱重工業株式 会社長崎造船所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略水平に配置された円筒状の管寄せに、
   水・蒸気等の流体を上記管寄せ内に導入するための多数
   の入口管、及び上記管寄せ内で混合された上記流体を導
   出するための多数の出口管を夫々溶接等により固着して
   なる配管装置において、上記入口管を上記管寄せの中心
   軸よりも下方部位に開口せしめて設けるとともに、上記
   出口管を管寄せの入口管よりも上方部位に開口せしめて
   設け、上記管寄せ内には、流体の出口部近傍以外の部位
   に多数の孔が開設された部分多孔板をほぼ水平に設けた
   ことを特徴とする配管の管寄せ装置。
2. 【請求項２】 上記入口管及び上記出口管は、夫々対を
   なし、かつ上記管寄せにその中心軸に対して左右に対向
   して夫々開口されるとともに、上記対をなす入口管と対
   をなす出口管とを上記管寄せの長手方向に交互に複数対
   配置した請求項１記載の配管の管寄せ装置。
3. 【請求項３】 上記入口管と出口管とを、上記管寄せ
   に、その中心軸に対して水平方向一方側に１対、他方側
   に１対夫々開口するとともに、上記対をなす入口管と出
   口管の一方側と他方側とを上記管寄せの長手方向に千鳥
   状に複数対配置した請求項１記載の配管の管寄せ装置。