JPH09189403A - 中間管寄せ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 出口管から流出する流体の性状が均一化され
る、貫流ボイラの水冷壁中間部に設置される中間管寄せ
を提供する。 【解決手段】 中心軸を水平にして設置された円筒体５
１の両側から対向して接続され、円筒体への植込み角度
を中心軸の高さ方向より下方に向け、中心軸方向に多数
配設された入口管５２、入口管の接続部より上方で円筒
体の上部に両側から対向して接続され、隣接した配設さ
れた入口管の間に設けられた出口管５３、入口管の接続
部より上方で、かつ、出口管の接続部より下方の円筒体
の両側内壁から上部の間隔が狭くなるようにして立設さ
れ、出口管の接続部より上方に開口を設け、中心軸方向
に並行に配設した仕切板状の堰６１からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷凍機、空調
機等、フロン等の冷媒を用いた熱交換器・ヒートポンプ
等の管寄せに適用でき、また、貫流ボイラへの適用が特
に好適な中間管寄せ関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３、図１４は、水冷壁を垂直管構造
にした貫流ボイラの水冷壁中間部に設置される、従来の
中間管寄せを示す図で、図１３（ａ）は、俯瞰図、図１
３（ｂ）は、図１３（ａ）における矢視Ａ−Ａ平面図、
図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）における矢視Ｂ−Ｂ断面
図、図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）における矢視Ｃ−Ｃ
断面図、図１４（ａ）は、図１３（ｃ）に示す断面にお
ける流れの様子を示す図、図１４（ｂ）は、同じく流れ
の様子を上方から見た図である。

【０００３】図１３に示すように、中間管寄せ１０は、
中心軸を水平にして配置された円筒体１の上部に、多数
の入口管２が中心軸方向に所定の間隔で取り付けられ、
また、多数の出口管３が、円筒体１の上部に中心軸方向
に所定の間隔で取り付けられて構成されている。そし
て、入口管２、出口管３の円筒体１への接続は、円筒体
１の同一横断面内に入口管２と出口管３とを向かい合わ
せて配置し、しかも円筒体１の中心軸方向には、入口管
２および出口管３が交互になるように接続されている。

【０００４】このように形成された中間管寄せ１０で
は、火炉を形成する水冷壁の蒸発管に接続されている多
数の入口管２より水４・蒸気５からなる二相流体、ある
いは蒸気５単相流体が、円筒体１内に流入し、円筒体１
内の保有水９と混合され、再び分配されて、出口管３よ
り火炉上部の水冷壁に設けた蒸発管へ流出する。このた
め、中間管寄せ１０へ流入する水４・蒸気５二相流体
は、入口管２ごとに流量や気液の割合が異なっており、
また、貫流ボイラの運転状態によっては、流入する流体
としては、温度の異なる過熱蒸気が流入することもあ
る。中間管寄せ１０は、このように流量、気液の割合、
あるいは温度の異なる流体を一旦混合し、均一な温度に
して、再び出口管３へ均等に分配するために設置され
る。

【０００５】しかしながら、上述した従来の中間管寄せ
１０は、以下のように、温度の均一化と流量および気液
の割合を均等にして出口管３へ分配する点で、改善の余
地があった。

【０００６】（１）円筒体１内の液面６は、図示される
ように、出口管３の円筒体１からの出口部７付近のレベ
ルにできるため、従来の中間管寄せ１０では、入口管２
が出口管３の円筒体１への取付け部より上部に取り付け
られている関係上、円筒体１への入口管２の開口部８
は、液面６より上部の液が存在しない領域に露出するこ
ととなる。したがって、円筒体１へ流入する流体は、液
面６よりも上方から液面６へ向かって打ち込まれるよう
にして円筒体１内へと流入する。

【０００７】この円筒体１内へ流入する流体が、特に水
４・蒸気５二相流体である場合には、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円
筒体１内の保有水９中へ侵入し、円筒体１の下部壁面に
衝突し、図１４（ａ）に示すように、出口管３へ直接向
かう流れＡと、流体を流入させた入口管２側の方向へ向
かう流れＢとに分岐し、それぞれ円筒体１内壁面に沿っ
て上昇する。

【０００８】上述したように、従来の中間管寄せ１０
は、入口管２と出口管３が向かい合わせに配置され、円
筒体１に接続されているため、流入流体Ａが上昇した直
上には、円筒体１に取り付けられた出口管３の開口部７
があり、そこから流入流体Ａの大部分が流出する。他
方、流入流体Ｂが上昇した液面６上には、円筒体１の中
心軸方向に、流入流体Ａ，Ｂを円筒体１内に流入させた
入口管３に隣接して、出口管３の開口部７が設けられて
おり、そこから大部分が流出する。このため、出口管３
から流出する流体は、円筒体１の中心軸方向に近接し
て、又は、対向して配置された入口管２での流量分布の
影響を強く受けることとなり、均等の流量、および性状
の流体を流出させる必要のある出口管３への均等分配上
に改善の余地があった。

【０００９】（２）円筒体１に取り付けられる出口管３
の開口部７の下部は水没し、上部は水の存在しない領域
に露出した状態にある。従って、開口部７の面積のう
ち、水没した面積とそうでない面積の割合によって、出
口管３から流出する蒸気・水（気液）の流出割合は決ま
る。また、従来の中間管寄せ１０では、（１）項で述べ
た流入流体Ａ，Ｂの上昇に伴い、液面６が押し上げら
れ、そ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。このため、出口管３の開口部面積の水没割
合が、円筒体１の中心軸方向に不規則に非定常的に変化
することとなり、円筒体１の中心軸方向に配設させた流
出管３の全てから、一定の蒸気・水の割合、かつ均等な
流量の出口管３への分配に改善の余地があった。

【００１０】（３）円筒体１に取り付けられる入口管２
同士が、対向して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から対向した出
口管３への管寄せ１断面内の流れが発生する反面、円筒
体１の中心軸方向の流れは、ほとんど発生しない。この
ために、円筒体１内での流体の混合は、円筒体１中心軸
方向（長手方向）の狭い領域に限られており、広範囲に
渡る混合は生じにくく、中間管寄せ１０としての機能上
改善の余地があった。

【００１１】（４）また、円筒体１内に流入する流入流
体が、蒸気５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１４に示すように、液面６に沿って出口管３の開
口部７へ向かう流れＣとなり、出口管３から流出する。
このため、円筒体１内に流入した過熱蒸気と円筒体１内
の保有水との熱交換量は小さく、従って、流入する、過
熱蒸気はほとんど減温されないこととなり、この点の改
善の余地があった。

【００１２】（５）円筒体１の中心軸方向に配設された
各入口管２での流入量に差が生じた場合、上述（３）項
で述べたように、円筒体１の中心軸方向の流れがほとん
ど発生しないため、流入量が大きい入口管２近傍の円筒
体１内の液面を上昇させ、出口管３から流出する流体の
円筒体１の中心軸方向の流量分布に差が生じ、出口管３
に流出する流量の均等分配上改善の余地がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の中間管寄せの不具合を解消するため、中間管寄せの
中心軸方向に配設された流入管のそれぞれから円筒体内
に流入した流体を、均等な、流量、温度、および蒸気・
水の割合の流体にして、円筒体の中心軸方向に配設され
た流出管の全てから流出させることができるとともに、
円筒体内に流入した流体と円筒体内の保有水との熱交換
が促進できる中間管寄せを提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の中間
管寄せは、次の手段とした。

【００１５】（１）水平に配置された中間管寄せを構成
する円筒体の中心軸より下方向に向けた植込み角度にさ
れ、両側から対向させて円筒体の下部に接続され、円筒
体の中心軸方向に所定の間隔で配置された入口管を設け
た。

【００１６】（２）両側から対向させて円筒体の入口管
接続部よりも上部に接続され、円筒体の中心軸方向に配
設された隣接する入口管の双方の間に出口管を配置して
設けた。従って、出口管も円筒体の中心軸方向に所定の
間隔で配設されることとなる。

【００１７】（３）円筒体の下部に接続された入口管の
円筒体内部への開口部より上方で、しかも円筒体の上部
に接続された出口管の円筒体内部への開口部より下方
の、両側内壁から双方の間隔が狭くなるようにして起立
され、出口管の開口部よりも上方の、円筒体の上部に、
開口を形成するとともに、中心軸方向に向かう仕切り板
状の堰を設けた。なお、円筒体の上方の両側内壁から上
昇させて設ける堰は、横断面形状を、八形若しくはＬ字
と逆Ｌ字を対向して配設した形状にすることが望まし
い。

【００１８】本発明の中間管寄せは、上述（１）〜
（３）の手段により、 （１′）入口管を出口管より下部に取り付けることによ
り、流入する蒸気・水二相流体は、必ず円筒体内の保有
水中を通過する。また、一部の入口管より蒸気単相流体
が流入した場合でも、流入した蒸気単相流は、小さな蒸
気泡となり必ず保有水中を通過する。また、入口管を円
筒体の中心軸向きから下方に傾けて取り付ける事によ
り、流入から流出までの流入流体の保有水中通過距離お
よび滞留時間を長くとれる。

【００１９】（２′）さらに入口管同士を対向させて配
置させることにより、流入流体同士の衝突が起こり、混
合が促進される。

【００２０】（３′）出口管を入口管の円筒体への取り
付け位置より上部に取り付け、仕切り板状の堰によっ
て、出口管の円筒体内への開口部と入口管の開口部を隔
離したことにより、円筒体内に入口管から流入した流体
が、最短距離を通って出口管から流出することが防止さ
れ、流入から流出までの保有水中通過距離、滞留時間が
長くなる。また、円筒体内に流入した流体が堰の上部に
設けた開口で一旦分離され、出口で再分配されるため、
出口管から流出する流体の蒸気・水の割合、および流量
が均一になる。

【００２１】（４′）円筒体内に上方が狭くなる仕切り
板状の堰を設置することにより、出口管開口部付近の液
面が安定するとともに、円筒体内の流れが整流されるた
め、出口での流量が均一化される。

【００２２】また、請求項２に示す本発明の中間管寄せ
は、次の手段とした。

【００２３】（４）水平に配置された中間管寄せを構成
する円筒体の中心軸より下方向を向く植込み角度にさ
れ、円筒体の下部に接続されて、円筒体の中心軸方向に
千鳥状に配置した入口管を設けた。

【００２４】（５）入口管が接続された円筒体の同一側
の同一横断面内で、しかも同筒体への入口管接続部より
上方に、出口管を接続して設けた。従って、出口管の円
筒体の中心軸方向への配置も入口管と同様に千鳥状にな
る。

【００２５】（６）前記（３）と同等の堰を設けた。

【００２６】本発明の中間管寄せは、上述（４）〜
（６）の手段により、上述した（１′），（３′），
（４′）に加え、（ｂ）入口管および出口管を千鳥配置
とし、円筒体の同一横断面で入口管および出口管を向か
い合わせとせずに、同一側の円筒体の上、下に配置する
ことにより、流入管から流入した流入流体が、向かい合
った出口管から直ちには流出せず、円筒体内で大きな渦
を形成し、円筒体の中心軸方向（長手方向）に流動して
円筒体内における混合が促進される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の中間管寄せの実施
の一形態を、図面にもとづき説明する。図１ないし図３
は、本発明の中間管寄せの実施の第１形態を示す図で、
図１（ａ）は俯瞰図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す矢
視Ａ−Ａにおける平面図、図２（ａ）は図１（ｂ）に示
す矢視Ｂ−Ｂにおける断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）
に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面図、図３（ａ）は図２
（ａ）に示す断面における流れの様子を示す図、図３
（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方から見た図であ
る。

【００２８】図に示すように、中間管寄せ５０は、中心
軸を水平にして配置された円筒体５１、円筒体５１の下
部に、円筒体５１の中心軸を向く方向より下向きに傾け
た植込み角度にされ、円筒体５１の両側から対向させて
円筒体５１に接続された入口管５２、入口管５２の接続
部より上方の円筒体５１の上部に対向させて円筒体５１
に接続された出口管５３、および円筒体５１内の上方に
中央部分を一定幅で開口させ、円筒体５１の中心軸方向
（長手方向）に配設した、断面形状が円筒体５１の両側
内壁面から中心部に向けて底面を形成するとともに、中
心部の底面端部から上方に起立させ、双方の間隔を上方
で狭くしたＬ字型の堰５４からなる。なお、Ｌ字型の堰
５４の底面は、堰５４の下部に蒸気溜まりが発生しない
ように、円筒体５１の中央部に向けて若干高くなるよう
にした傾斜を設けるようにしている。

【００２９】また、堰５４の円筒体５１への取り付け位
置は、堰５４底面より上の領域にも水６０を保有させ、
さらに、出口管５３の円筒体５１への開口部５７付近の
液領域を安定化させ、出口管５３から水６０を安定させ
て流出させるために、堰５４の底面が出口管５３の開口
部５７内面下側より、出口管５３内径の２〜３倍下方に
なるように、しかも、入口管５２から円筒体５１内へ流
入する蒸気５５・水５６の二相流体、あるいは蒸気５５
単相流体を必ず堰５４の内部を通過するように、堰５４
の底面が入口管５２の開口部５８内面上側より上方にな
るようにして、円筒体５１の両側内壁面に固着してい
る。

【００３０】さらに、堰５４の高さは、堰５４を越える
流体が直接出口管５３開口部５７付近の液面５９を乱す
ことのないように、開口部５７の内側上面より若干高く
した開口が形成されるようにしている。Ｌ字型の堰５４
の頂端に形成される開口の幅は、流入流体が堰５４を越
える際の流速が過大にならないようにし、さらに中間管
寄せ５０の適用流量で、適切な流体の通過抵抗が確保で
き、円筒体５１の長手方向に流体を混合できるように設
定する。また、堰５４の底面の幅は、開口部５７付近の
液面の安定のために、出口管５３の内径のおよそ２倍程
度は確保するようにしている。

【００３１】本実施の形態の中間管寄せ５０では、 （１）入口管５２を出口管５３より下部に取り付けるこ
とにより、図３（ａ）に示すごとく、流入する流体が水
５６・蒸気５５二相流体、蒸気５５単相流体にかかわら
ず、必ず円筒体５１内の保有水６０中を通過するため、
流入流体と円筒体５１内の保有水６０との間で熱交換が
行われ、円筒体５１から流出する流体の温度が均一化さ
れる。

【００３２】（２）また、入口管５２をその軸心が円筒
体５１の中心軸に向く方向から下方に傾けて円筒体５１
に取り付けたことにより、円筒体５１内への流入から流
出までの保有水６０中の通過距離、および滞留時間を十
分に長くでき、流入する流体が水５６・蒸気５５二相流
体、蒸気５５単相流体にかかわらず、流入流体と保有水
６０との熱交換が十分に行われ、円筒体５１より流出す
る流体の温度が均一化される。

【００３３】（３）また、円筒体５１内にＬ字型の堰５
４を設置したことにより、円筒体５１から保有水６０が
流出する出口管５３の開口部５８付近の液面５９が安定
するため、開口部５８面積の水没割合の円筒体５１長手
方向での変化、および時間的変化が小さくなるため、出
口管５３から流出する流体の各出口管５３への流量分配
が均一化される。

【００３４】（４）また、円筒体５１内にＬ字型の堰５
４を設置したことにより、流入流体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
保有水中通過経路、滞留時間が短くなることを防止で
き、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。

【００３５】（５）円筒体５１内にＬ字型の堰５４を設
置したことにより、円筒体５１内の流路面積が縮小され
ることとなり、それが流体が通過する際の抵抗となり、
円筒体５１内を上昇する流体が整流され、かつ、その抵
抗によって、円筒体５１内部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。

【００３６】（６）円筒体５１内にＬ字型の堰５４を設
置したことにより、水５６・蒸気５５二相流体が、堰５
４を越えた時に、一旦分離され、開口部５７に液面５９
が形成され、液面５９の上方から蒸気が、液面５９の下
方から保有水６０が出口管５３へ流出する。一般的に単
相流の分配は、二相流の分配よりも均一に分配されるた
め、結果として、円筒体５１の開口部５７から流出する
流体の流量分配が均一化される。

【００３７】（７）また、入口管５２同士を対向させて
配置させたことにより、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す
ごとく、流入流体同士の衝突が起こる（干渉が大きくな
る）ため、円筒体５１内に設置した堰５４の底面レベル
よりも下の領域で乱れが大きくなり、円筒体５１長手方
向の広範囲にわたる、流入流体同士、あるいは流入流体
と円筒体５１内の保有水の物理的な混合が実現できる。
なお、発生した乱れは、Ｌ字型の堰５４を通過する際に
整流され、かつ、堰５４によって、堰５４底面より下部
の混合領域（大きく乱れた領域）と円筒体５１から流出
する流体の出口付近、すなわち、開口部５７付近の領域
は隔離され、出口付近の液面に乱れが生じないため、出
口での流量分配は均一に保たれる。

【００３８】上述した（１）〜（７）により、円筒体５
１から出口管５３へ流出する流体の各出口管５３への流
出流体の蒸気・水の割合を含めた流量分配、および流出
流体温度を均一化できる。

【００３９】次に、図４ないし図６は、本発明の中間管
寄せの実施の第２形態を示す図で、図４（ａ）は俯瞰
図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける
平面図、図５（ａ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにお
ける断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃ
における断面図、図６（ａ）は図５（ａ）断面における
流れの様子を示す図、図６（ｂ）は流れの様子を中間管
寄せの上方から見た図である。

【００４０】本実施の形態においては、円筒体５１の下
部に、円筒体５１中心軸に向けた方向より下向きに傾け
て入口管５２を接続し、円筒体５１の長手方向に千鳥配
置に設置した。また、出口管５３を円筒体５１の上部に
接続し、同様に長手方向千鳥配置となるように、円筒体
５１の同一横断面で入口管５２と同じ側に出口管５３を
配置するようにしている。また、円筒体５１内の中央部
分に、実施の第１形態で示したものと同一構造の、一定
幅で開口させたＬ字型の堰５４を、実施の第１形態と同
様にして設置している。

【００４１】本実施の形態の中間管寄せ５０ａでは、上
述した実施の第１形態における（１）〜（６）に加え、 （８）入口管５２を円筒体５１の長手方向に千鳥配置と
することにより、円筒体５１内に設置した、中央部のみ
一定幅で開口したＬ字型の堰５４の底面レベルよりも下
の領域で、図６（ｂ）に示すごとく、入口管５２から円
筒体５１内に流入した流入流体が、大きな渦を形成する
ため、円筒体５１長手方向の広範囲にわたる流入流体５
５，５６と円筒体５１内保有水６０との物理的な混合が
実現でき、円筒体５１から流出する流体の性状を均一化
できる。なお、発生した渦は、堰５４を通過する際に整
理をされ、かつ、堰５４によって、堰５４下部の混合領
域と円筒体５１内に開口する出口管５３の開口部５７付
近（出口付近）の領域が隔離され、出口付近の液面の乱
れは生じないため、各出口管５３への流量分配は均一に
保たれる。

【００４２】（９）入口管５２、出口管５３を向かい合
わせとせず、両方とも円筒体５１の同じ側に配置するこ
とにより、従来の中間管寄せ１０での課題となってい
た、流入流体が流入した入口管２と向かい合った出口管
３から、流入流体が混合不十分のまま流出することが防
止できる。この流出経路の短絡防止は、図６（ａ）に示
すごとく、円筒体５１内に堰５４を設置することによっ
て、さらに確実なものとなる。このように、本実施の形
態の中間管寄せ５０ａでも、円筒体５１から出口管５３
へ流出する流体の各出口管への流出流体の分配、および
流出流体温度を均一化できる。

【００４３】次に、図７ないし図９は、本発明の中間管
寄せの実施の第３形態を示す図で、図７（ａ）は俯瞰
図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける
平面図、図８（ａ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにお
ける断面図、図８（ｂ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃ
における断面図、図９（ａ）は図８（ａ）断面における
流れの様子を示す図、図９（ｂ）は流れの様子を中間管
寄せの上方から見た図である。

【００４４】本実施の形態では、実施の第１形態と同様
に、円筒体５１の下部に、円筒体５１の中心軸向きより
下向きに傾けて、入口管５２同士を対向させて設置し、
出口管５３を円筒体５１の上部に対向させて設置してい
る。また、本実施の形態では、実施の第１形態における
Ｌ字型の堰５４に代えて、円筒体５１内に中央部を一定
幅で開口させた八字型の堰６１を設置している。また、
堰６１の円筒体５１への取り付け位置は、八字型の堰６
１と円筒体５１内壁に挟まれた出口管５３付近の領域に
も水６０を保有させ、さらにその出口管５３下部の液領
域を安定化させ、出口管５３から水６０を安定させて流
出させるために、八字型の堰６１の下端は、出口管５３
の内面下側より出口管５３内径の２〜３倍下方になるよ
うに、しかも、入口管５２から円筒体５１内へ流入する
蒸気５５・水５６の二相流体、あるいは蒸気５５単相流
体を必ず堰６１の内部を通過させるために、堰６１の底
部が入口管５２の開口部５８内面上側より上方になるよ
うにしている。

【００４５】さらに、堰６１の高さは、堰６１を越える
流体が直接出口管５３開口部５７付近の液面５９を乱す
ことのないように、開口部５７の内側上面より若干高く
した高さに、開口が形成されるようにしている。堰６１
の頂端に形成される開口の幅は、流入流体が堰６１を越
える際の流速が過大にならないようにし、さらに、中間
管寄せ５０の適用流量で適切な流体の通過抵抗が確保で
き、円筒体５１の長手方向に流体を混合できるように設
定する。また、八字型の堰６１の角度は、円筒体５１の
内径、堰６１の高さ、堰６１の開口幅、および堰６１の
取り付け位置により、おのずと決まるが、八字型の堰６
１を越える流体が、堰６１の壁面に沿って静かに流れる
ように傾けている。

【００４６】（１０）本実施の形態の中間管寄せ５０ｂ
は、上述したように、入口管５２を出口管５３より下部
に取り付けることにより、図３（ａ）に示すごとく、流
入する流体が水５６・蒸気５５二相流体、蒸気５５単相
流体にかかわらず、必ず円筒体５１内の保有水６０中を
通過するため、流入流体と円筒体５１内の保有水６０と
の間で熱交換が行われ円筒体５１から流出する流体の温
度が均一化される。

【００４７】（１１）また、入口管５２を円筒体５１の
中心軸に向けたから下方に傾けて円筒体５１に取り付け
たことにより、流入から流出までの円筒体５１内の保有
水６０中通過距離および滞留時間を十分に長くでき、流
入する流体が水５６・蒸気５５二相流体、蒸気５５単相
流体にかかわらず、流入流体と保有水６０との熱交換が
十分に行われ、円筒体５１より流出する流体の温度が均
一化される。

【００４８】（１２）また、円筒体５１内に八字型の堰
６１を設置したことにより、円筒体５１から保有水６０
が流出する出口管５３開口部５８付近の液面５９が安定
するため、開口部５８面積の水没割合の円筒体５１長手
方向での変化、および時間的変化が小さくなるため、出
口管５３から流出する流体の各出口管５３への流量分配
が均一化される。

【００４９】（１３）また円筒体５１内に八字型の堰６
１を設置したことにより、流入流体が最短距離を通って
流出することを防止でき、つまり、流入から流出までの
保有水中通過経路、滞留時間が短くなることを防止で
き、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。

【００５０】（１４）円筒体５１内に八字型の堰８を設
置したことにより、円筒体５１内の流路面積が縮小さ
れ、それが流体が通過する際の抵抗となり、円筒体５１
内を上昇する流体が整流され、かつ、その抵抗によっ
て、円筒体５１内部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。

【００５１】（１５）円筒体５１内に八字型の堰８を設
置することにより、八字型堰８を越えた流体が、八字型
堰８の壁面に沿って流れるため、出口付近の液面が乱さ
れにくくなり、出口での流量分配が均一化される。

【００５２】（１６）円筒体５１内に八字型の堰６１を
設置したことにより、水５６・蒸気５５二相流体が、八
字型の堰６１を越えた時に一旦分離され、開口部５７に
液面５９が形成され、液面５９の上方から蒸気が、液面
５９の下方から保有水６０が出口管５３へ流出する。一
般的に単相流の分配は二相流の分配よりも均一に分配で
きるため、結果として、円筒体５１の開口部５７から流
出する流体流量分配が均一化される。

【００５３】（１７）また、入口管５２同士を対向させ
て配置させたことにより、図９（ａ），図９（ｂ）に示
すごとく、流入流体同士の衝突が起こる（干渉が大きく
なる）ため、円筒体５１内に設置した八字型堰８よりも
下の領域で乱れが大きくなり、円筒体５１長手方向の広
範囲にわたる、流入流体同士、あるいは流入流体と円筒
体５１内の保有水の物理的な混合が実現できる。

【００５４】なお、発生した乱れは八字型の堰６１を通
過する際に整流され、かつ、堰６１によって、堰６１よ
り下部の混合領域（大きく乱れた領域）と出口付近の領
域は隔離され、出口付近の液面に乱れが生じないため、
出口での流量分配均一に保たれる。このように、本実施
の形態の中間管寄せでも、円筒体５１から出口管５３へ
流出する流体の各出口管への流体の蒸気５５、水（保有
水６０）の割合を含めた流量分配、および流出流体温度
を均一化できる。

【００５５】次に、図１０ないし図１２は、本発明の中
間管寄せの実施の第４形態を示す図で、図１０（ａ）は
俯瞰図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ
における平面図、図１１（ａ）は図１０（ｂ）に示す矢
視Ｂ−Ｂにおける断面図、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）
に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面図、図１２（ａ）は図１
１（ａ）断面における流れの様子を示す図、図１２
（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方から見た図であ
る。

【００５６】本実施の形態においては、円筒体５１の下
部に、円筒体５１中心軸向きより下向きに傾けて入口管
５２を接続し、円筒体５１の長手方向に千鳥配置に設置
し、また出口管５１を円筒体５１の上部に接続し、同様
に長手方向千鳥配置とし、円筒体５１の同一横断面内
で、入口管５２と同じ側に、出口管５３を配置するよう
にしている。また、円筒体５１内の中央部分に、実施の
第３形態で示したものと同一構造の、一定幅で開口させ
た八字型の堰５４を、実施の第３形態と同様にして設置
している。

【００５７】本実施の形態の中間管寄せ５０ｃでは、上
述した実施の第３形態における（１０）〜（１６）の作
用、効果に加え、 （１８）入口管５２を円筒体５１の長手方向に千鳥配置
とすることにより、円筒体５１内に設置した一定幅で開
口した八字型の堰６１よりも下の領域で、図１２（ｂ）
に示すごとく、流入流体が大きな渦を形成するため、円
筒体５１長手方向の広範囲にわたる流入流体５５，５６
と円筒体５１内保有水６０との物理的な混合が実現でき
る。なお、発生した渦は八字型の堰６１を通過する際に
整流され、かつ、八字型の堰６１によって、堰６１下部
の混合領域と円筒体５１内に開口する出口管５３の開口
部５７付近の領域が隔離され、出口付近の液面の乱れは
生じないため、各出口管５３への流量分配は均一に保た
れる。

【００５８】（１９）入口管５２、出口管５３を向かい
合わせとせず、円筒体５１の同じ側に配置することによ
り、従来の中間管寄せ１０での課題となっていた、流入
流体が入口管２と向かい合った出口管３から混合不十分
のまま流出することを防止できる。この流出経路の短絡
防止は、図１２（ａ）に示すごとく円筒体５１内に堰６
１を設置することによってさらに確実なものとなる。

【００５９】本実施の形態でも、円筒体５１から出口管
５３へ流出する流体の各出口管への流体の分配、および
流出流体温度を均一化できる。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の中間管寄せ
によれば、特許請求の範囲に示す構成により、次の効果
が得られる。 （１）円筒体内へ流入する流体と円筒体内の保有水との
混合が促進され、両者の熱交換量が増加し、流出流体温
度を均一化できる。 （２）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、確実に円筒体内の保有水中を通過するため、出
口管から流出する蒸気過熱度を十分低減でき、流出流体
温度を均一化できる。 （３）円筒体から流出する流体の出口付近の液面が安定
し均一分配が実現できる。 （４）円筒体内を上昇する流体の流量を円筒体内の広範
囲で均一化できるため、各出口管から流出する流体の分
配も均一化できる。 （５）堰を越えた際に、蒸気と水が一旦分離され、それ
ぞれが単相流の状態で分配されるため、各出口管への流
量分配を均一化できる。 （６）流入流体が円筒体内の保有水中を通過する距離、
滞留時間を長くとることができ、流入流体同士、あるい
は流入流体と円筒体保有水との熱交換が十分に行え、出
口管から流出する流体の温度を均一化できる。 （７）流入流体が最短距離を通って流出することが防止
されるため、上述した（１），（２），（３）の効果が
確実に保証される。 以上により、従来の中間管寄せの課題であった、円筒体
から流出する流量分配性能、混合性能が改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中間管寄せの実施の第１形態を示す図
で、図１（ａ）は俯瞰図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図２】図１に示す中間管寄せの横断面を示す図で、図
２（ａ）は図１（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面
図、図２（ｂ）は図１に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面
図、

【図３】図１に示す中間管寄せ内の流れの様子を示す図
で、図３（ａ）は図２（ａ）に示す断面における流れの
様子を示す図、図３（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの
上方から見た図、

【図４】本発明の中間管寄せの実施の第２形態を示す図
で、図４（ａ）は俯瞰図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図５】図４に示す中間管寄せの横断面を示す図で、図
５（ａ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面
図、図５（ｂ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃにおける
断面図、

【図６】図４に示す中間管寄せ内の流れの様子を示す図
で、図６（ａ）は図５（ａ）断面における流れの様子を
示す図、図６（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方か
ら見た図、

【図７】本発明の中間管寄せの実施の第３形態を示す図
で、図７（ａ）は俯瞰図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図８】図７に示す中間管寄せの横断面を示す図で、図
８（ａ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面
図、図８（ｂ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃにおける
断面図，

【図９】図７に示す中間管寄せ内の流れの様子を示す図
で、図９（ａ）は図８（ａ）断面における流れの様子を
示す図、図９（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方か
ら見た図、

【図１０】本発明の中間管寄せの実施の第４形態を示す
図で、図１０（ａ）は俯瞰図、図１０（ｂ）は図１０
（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図１１】図１０に示す中間管寄せの横断面を示す図
で、図１１（ａ）は図１０（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにお
ける断面図、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）に示す矢視Ｃ
−Ｃにおける断面図、

【図１２】図１０に示す中間管寄せ内の流れの様子を示
す図で、図１２（ａ）は図１１（ａ）断面における流れ
の様子を示す図、図１２（ｂ）は流れの様子を中間管寄
せの上方から見た図、

【図１３】従来の中間管寄せを示す図で、図１３（ａ）
は俯瞰図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における矢視
Ａ−Ａ平面図、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）における矢
視Ｂ−Ｂ断面図、図１３（ｄ）は図１３（ｂ）における
矢視Ｃ−Ｃ断面図、

【図１４】図１３に示す中間管寄せ内の流れの様子を示
す図で、図１４（ａ）は図１３（ｃ）に示す断面におけ
る流れの様子を示す図、図１４（ｂ）は、同じく流れの
様子を上方から見た図である。

【符号の説明】

５０ 中間管寄せ ５１ 円筒体 ５２ 入口管 ５３ 出口管 ５４ （Ｌ字型）堰 ５５ 蒸気 ５６ 水 ５７ （出口管）開口部 ５８ （入口管）開口部 ５９ 液面 ６０ 保有水 ６１ （八字型）堰

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【手続補正書】

【提出日】平成８年６月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 中間管寄せ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷凍機、空調
機等、フロン等の冷媒を用いた熱交換器・ヒートポンプ
等の管寄せに適用でき、また、貫流ボイラへの適用が特
に好適な中間管寄せに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３、図１４は、水冷壁を垂直管構造
にした貫流ボイラの水冷壁中間部に設置される、従来の
中間管寄せを示す図で、図１３（ａ）は、俯瞰図、図１
３（ｂ）は、図１３（ａ）における矢視Ａ−Ａ平面図、
図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）における矢視Ｂ−Ｂ断面
図、図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）における矢視Ｃ−Ｃ
断面図、図１４（ａ）は、図１３（ｃ）に示す断面にお
ける流れの様子を示す図、図１４（ｂ）は、同じく流れ
の様子を上方から見た図である。

【０００３】図１３に示すように、中間管寄せ１０は、
中心軸を水平にして配置された円筒体１の上部に、多数
の入口管２が中心軸方向に所定の間隔で取り付けられ、
また、多数の出口管３が、円筒体１の上部に中心軸方向
に所定の間隔で取り付けられて構成されている。そし
て、入口管２、出口管３の円筒体１への接続は、円筒体
１の同一横断面内に入口管２と出口管３とを向かい合わ
せて配置し、しかも円筒体１の中心軸方向には、入口管
２および出口管３が交互になるように接続されている。

【０００４】このように形成された中間管寄せ１０で
は、火炉を形成する水冷壁の蒸発管に接続されている多
数の入口管２より水４・蒸気５からなる二相流体、ある
いは蒸気５単相流体が、円筒体１内に流入し、円筒体１
内の保有水９と混合され、再び分配されて、出口管３よ
り火炉上部の水冷壁に設けた蒸発管へ流出する。このた
め、中間管寄せ１０へ流入する水４・蒸気５二相流体
は、入口管２ごとに流量や気液の割合が異なっており、
また、貫流ボイラの運転状態によっては、流入する流体
としては、温度の異なる過熱蒸気が流入することもあ
る。中間管寄せ１０は、このように流量、気液の割合、
あるいは温度の異なる流体を一旦混合し、均一な温度に
して、再び出口管３へ均等に分配するために設置され
る。

【０００５】しかしながら、上述した従来の中間管寄せ
１０は、以下のように、温度の均一化と流量および気液
の割合を均等にして出口管３へ分配する点で、改善の余
地があった。

【０００６】（１）円筒体１内の液面６は、図示される
ように、出口管３の円筒体１からの出口部７付近のレベ
ルにできるため、従来の中間管寄せ１０では、入口管２
が出口管３の円筒体１への取付け部より上部に取り付け
られている関係上、円筒体１への入口管２の開口部８
は、液面６より上部の液が存在しない領域に露出するこ
ととなる。したがって、円筒体１へ流入する流体は、液
面６よりも上方から液面６へ向かって打ち込まれるよう
にして円筒体１内へと流入する。

【０００７】この円筒体１内へ流入する流体が、特に水
４・蒸気５二相流体である場合には、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円
筒体１内の保有水９中へ侵入し、円筒体１の下部壁面に
衝突し、図１４（ａ）に示すように、出口管３へ直接向
かう流れＡと、流体を流入させた入口管２側の方向へ向
かう流れＢとに分岐し、それぞれ円筒体１内壁面に沿っ
て上昇する。

【０００８】上述したように、従来の中間管寄せ１０
は、入口管２と出口管３が向かい合わせに配置され、円
筒体１に接続されているため、流入流体Ａが上昇した直
上には、円筒体１に取り付けられた出口管３の開口部７
があり、そこから流入流体Ａの大部分が流出する。他
方、流入流体Ｂが上昇した液面６上には、円筒体１の中
心軸方向に、流入流体Ａ，Ｂを円筒体１内に流入させた
入口管２に隣接して、出口管３の開口部７が設けられて
おり、そこから大部分が流出する。このため、出口管３
から流出する流体は、円筒体１の中心軸方向に近接し
て、又は、対向して配置された入口管２での流量分布の
影響を強く受けることとなり、均等の流量、および性状
の流体を流出させる必要のある出口管３への均等分配上
に改善の余地があった。

【０００９】（２）円筒体１に取り付けられる出口管３
の開口部７の下部は水没し、上部は水の存在しない領域
に露出した状態にある。従って、開口部７の面積のう
ち、水没した面積とそうでない面積の割合によって、出
口管３から流出する蒸気・水（気液）の流出割合は決ま
る。また、従来の中間管寄せ１０では、（１）項で述べ
た流入流体Ａ，Ｂの上昇に伴い、液面６が押し上げら
れ、そ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。このため、出口管３の開口部面積の水没割
合が、円筒体１の中心軸方向に不規則に非定常的に変化
することとなり、円筒体１の中心軸方向に配設させた流
出管３の全てから、一定の蒸気・水の割合、かつ均等な
流量の出口管３への分配に改善の余地があった。

【００１０】（３）円筒体１に取り付けられる入口管２
同士が、対向して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から対向した出
口管３への管寄せ１断面内の流れが発生する反面、円筒
体１の中心軸方向の流れは、ほとんど発生しない。この
ために、円筒体１内での流体の混合は、円筒体１中心軸
方向（長手方向）の狭い領域に限られており、広範囲に
渡る混合は生じにくく、中間管寄せ１０としての機能上
改善の余地があった。

【００１１】（４）また、円筒体１内に流入する流入流
体が、蒸気５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１４に示すように、液面６に沿って出口管３の開
口部７へ向かう流れＣとなり、出口管３から流出する。
このため、円筒体１内に流入した蒸気５が過熱状態であ
る場合は、過熱蒸気と円筒体１内の保有水との熱交換量
は小さく、従って、流入する過熱蒸気はほとんど減温さ
れないこととなり、この点の改善の余地があった。

【００１２】（５）円筒体１の中心軸方向に配設された
各入口管２での流入量に差が生じた場合、上述（３）項
で述べたように、円筒体１の中心軸方向の流れがほとん
ど発生しないため、流入量が大きい入口管２近傍の円筒
体１内の液面を上昇させ、出口管３から流出する流体の
円筒体１の中心軸方向の流量分布に差が生じ、出口管３
に流出する流量の均等分配上改善の余地がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の中間管寄せの不具合を解消するため、中間管寄せの
中心軸方向に配設された流入管のそれぞれから円筒体内
に流入した流体を、均等な、流量、温度、および蒸気・
水の割合の流体にして、円筒体の中心軸方向に配設され
た流出管の全てから流出させることができるとともに、
円筒体内に流入した流体と円筒体内の保有水との熱交換
が促進できる中間管寄せを提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の中間
管寄せは、次の手段とした。

【００１５】（１）水平に配置された中間管寄せを構成
する円筒体の中心軸より下方向に向けた植込み角度にさ
れ、両側から対向させて円筒体の下部に接続され、円筒
体の中心軸方向に所定の間隔で配置された入口管を設け
た。

【００１６】（２）両側から対向させて円筒体の入口管
接続部よりも上部に接続され、しかも円筒体の中心軸方
向に配設された隣接する入口管の双方の間に、出口管を
配置して設けた。従って、出口管も円筒体の中心軸方向
に所定の間隔で配設されることとなる。

【００１７】（３）円筒体の下部に接続された入口管の
円筒体内部への開口部より上方で、しかも円筒体の上部
に接続された出口管の円筒体内部への開口部より下方
の、両側内壁から双方の間隔が狭くなるようにして起立
され、出口管の開口部よりも上方の、円筒体の上部に、
開口を形成するとともに、中心軸を挟んで向い合った仕
切り板状の堰を設けた。なお、円筒体の上方の両側内壁
から上昇させて設ける堰は、横断面形状を、八形若しく
はＬ字と逆Ｌ字を対向して配設した形状にすることが望
ましい。

【００１８】本発明の中間管寄せは、上述（１）〜
（３）の手段により、 （１′）入口管を出口管より下部に取り付けることによ
り、流入する蒸気・水二相流体は、必ず円筒体内の保有
水中を通過する。また、一部の入口管より蒸気単相流体
が流入した場合でも、流入した蒸気単相流は、小さな蒸
気泡となり必ず保有水中を通過する。また、入口管を円
筒体の中心軸向きから下方に傾けて取り付ける事によ
り、流入から流出までの流入流体の保有水中通過距離お
よび滞留時間を長くとれる。

【００１９】（２′）さらに入口管同士を対向させて配
置させることにより、流入流体同士の衝突が起こり、混
合が促進される。

【００２０】（３′）出口管を入口管の円筒体への取り
付け位置より上部に取り付け、仕切り板状の堰によっ
て、出口管の円筒体内への開口部と入口管の開口部を隔
離したことにより、円筒体内に入口管から流入した流体
が、最短距離を通って出口管から流出することが防止さ
れ、流入から流出までの保有水中通過距離、滞留時間が
長くなる。また、円筒体内に流入した流体が堰の上部に
設けた開口で一旦分離され、出口で再分配されるため、
出口管から流出する流体の蒸気・水の割合、および流量
が均一になる。

【００２１】（４′）円筒体内に上方が狭くなる仕切り
板状の堰を設置することにより、出口管開口部付近の液
面が安定するとともに、円筒体内の流れが整流されるた
め、出口での流量が均一化される。

【００２２】また、請求項２に示す本発明の中間管寄せ
は、次の手段とした。

【００２３】（４）水平に配置された中間管寄せを構成
する円筒体の中心軸より下方向を向く植込み角度にさ
れ、円筒体の下部に接続されて、円筒体の中心軸方向に
千鳥状に配置した入口管を設けた。

【００２４】（５）入口管が接続された円筒体の同一側
の同一横断面内で、しかも同筒体への入口管接続部より
上方に、出口管を接続して設けた。従って、出口管の円
筒体の中心軸方向への配置も入口管と同様に千鳥状にな
る。

【００２５】（６）前記（３）と同等の堰を設けた。

【００２６】本発明の中間管寄せは、上述（４）〜
（６）の手段により、上述した（１′），（３′），
（４′）に加え、（ｂ）入口管および出口管を千鳥配置
とし、円筒体の同一横断面で入口管および出口管を向か
い合わせとせずに、同一側の円筒体の上、下に配置する
ことにより、流入管から流入した流入流体が、向かい合
った出口管から直ちには流出せず、円筒体内で大きな渦
を形成し、円筒体の中心軸方向（長手方向）に流動して
円筒体内における混合が促進される。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の中間管寄せの実施
の一形態を、図面にもとづき説明する。図１ないし図３
は、本発明の中間管寄せの実施の第１形態を示す図で、
図１（ａ）は俯瞰図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す矢
視Ａ−Ａにおける平面図、図２（ａ）は図１（ｂ）に示
す矢視Ｂ−Ｂにおける断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）
に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面図、図３（ａ）は図２
（ａ）に示す断面における流れの様子を示す図、図３
（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方から見た図であ
る。

【００２８】図に示すように、中間管寄せ５０は、中心
軸を水平にして配置された円筒体５１、円筒体５１の下
部に、円筒体５１の中心軸を向く方向より下向きに傾け
た植込み角度にされ、円筒体５１の両側から対向させて
円筒体５１に接続された入口管５２、入口管５２の接続
部より上方の円筒体５１の上部に対向させて円筒体５１
に接続された出口管５３、および円筒体５１内の上方に
中央部分を一定幅で開口させ、円筒体５１の中心軸方向
（長手方向）に配設した、断面形状が円筒体５１の両側
内壁面から中心部に向けて底面を形成するとともに、中
心部の底面端部から上方に起立させ、双方の間隔を上方
で狭くしたＬ字型の堰５４からなる。なお、Ｌ字型の堰
５４の底面は、堰５４の下部に蒸気溜まりが発生しない
ように、円筒体５１の中央部に向けて若干高くなるよう
にした傾斜を設けるようにしている。

【００２９】また、堰５４の円筒体５１への取り付け位
置は、堰５４底面より上の領域にも水６０を保有させ、
さらに、出口管５３の円筒体５１への開口部５７付近の
液領域を安定化させ、出口管５３から水６０を安定させ
て流出させるために、堰５４の底面が出口管５３の開口
部５７内面下側より、出口管５３内径の２〜３倍下方に
なるように、しかも、入口管５２から円筒体５１内へ流
入する蒸気５５・水５６の二相流体、あるいは蒸気５５
単相流体を必ず堰５４の内部を通過するように、堰５４
の底面が入口管５２の開口部５８内面上側より上方にな
るようにして、円筒体５１の両側内壁面に固着してい
る。

【００３０】さらに、堰５４の高さは、堰５４を越える
流体が直接出口管５３の開口部５７付近の液面５９を乱
すことのないように、開口部５７の内側上面より若干高
くした開口が形成されるようにしている。Ｌ字型の堰５
４の頂端に形成される開口の幅は、流入流体が堰５４を
越える際の流速が過大にならないようにし、さらに中間
管寄せ５０の適用流量で、適切な流体の通過抵抗が確保
でき、円筒体５１の長手方向に流体を混合できるように
設定する。また、堰５４の底面の幅は、開口部５７付近
の液面の安定のために、出口管５３の内径のおよそ２倍
程度は確保するようにしている。

【００３１】本実施の形態の中間管寄せ５０では、 （１）入口管５２を出口管５３より下部に取り付けるこ
とにより、図３（ａ）に示すごとく、流入する流体が水
５６・蒸気５５二相流体、蒸気５５単相流体にかかわら
ず、必ず円筒体５１内の保有水６０中を通過するため、
流入流体と円筒体５１内の保有水６０との間で熱交換が
行われ、円筒体５１から流出する流体の温度が均一化さ
れる。

【００３２】（２）また、入口管５２をその軸心が円筒
体５１の中心軸に向く方向から下方に傾けて円筒体５１
に取り付けたことにより、円筒体５１内への流入から流
出までの保有水６０中の通過距離、および滞留時間を十
分に長くでき、流入する流体が水５６・蒸気５５二相流
体、蒸気５５単相流体にかかわらず、流入流体と保有水
６０との熱交換が十分に行われ、円筒体５１より流出す
る流体の温度が均一化される。

【００３３】（３）また、円筒体５１内にＬ字型の堰５
４を設置したことにより、円筒体５１から保有水６０が
流出する出口管５３の開口部５７付近の液面５９が安定
するため、開口部５７の面積の水没割合の円筒体５１長
手方向での変化、および時間的変化が小さくなるため、
出口管５３から流出する流体の、各出口管５３ごとの流
量分配が均一化される。

【００３４】（４）また、円筒体５１内にＬ字型の堰５
４を設置したことにより、流入流体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
保有水中通過経路、滞留時間が短くなることを防止で
き、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。

【００３５】（５）円筒体５１内にＬ字型の堰５４を設
置したことにより、円筒体５１内の流路面積が縮小され
ることとなり、それが流体が通過する際の抵抗となり、
円筒体５１内を上昇する流体が整流され、かつ、その抵
抗によって、円筒体５１内部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。

【００３６】（６）円筒体５１内にＬ字型の堰５４を設
置したことにより、水５６・蒸気５５二相流体が、堰５
４を越えた時に、一旦分離され、開口部５７に液面５９
が形成され、液面５９の上方から蒸気が、液面５９の下
方から保有水６０が出口管５３へ流出する。一般的に単
相流の分配は、二相流の分配よりも均一に分配されるた
め、結果として、円筒体５１の開口部５７から流出する
流体の流量分配が均一化される。

【００３７】（７）また、入口管５２同士を対向させて
配置させたことにより、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す
ごとく、流入流体同士の衝突が起こる（干渉が大きくな
る）ため、円筒体５１内に設置した堰５４の底面レベル
よりも下の領域で乱れが大きくなり、円筒体５１長手方
向の広範囲にわたる、流入流体同士、あるいは流入流体
と円筒体５１内の保有水の物理的な混合が実現できる。
なお、発生した乱れは、Ｌ字型の堰５４を通過する際に
整流され、かつ、堰５４によって、堰５４底面より下部
の混合領域（大きく乱れた領域）と円筒体５１から流出
する流体の出口付近、すなわち、開口部５７付近の領域
は隔離され、出口付近の液面に乱れが生じないため、出
口での流量分配は均一に保たれる。

【００３８】上述した（１）〜（７）により、円筒体５
１から出口管５３へ流出する流体の各出口管５３ごとの
流出流体の蒸気・水の割合を含めた流量分配、および流
出流体温度を均一化できる。

【００３９】次に、図４ないし図６は、本発明の中間管
寄せの実施の第２形態を示す図で、図４（ａ）は俯瞰
図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける
平面図、図５（ａ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにお
ける断面図、図５（ｂ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃ
における断面図、図６（ａ）は図５（ａ）断面における
流れの様子を示す図、図６（ｂ）は流れの様子を中間管
寄せの上方から見た図である。

【００４０】本実施の形態においては、円筒体５１の下
部に、円筒体５１中心軸に向けた方向より下向きに傾け
て入口管５２を接続し、円筒体５１の長手方向に千鳥配
置に設置した。また、出口管５３を円筒体５１の上部に
接続し、同様に長手方向千鳥配置となるように、円筒体
５１の同一横断面で入口管５２と同じ側に出口管５３を
配置するようにしている。また、円筒体５１内の中央部
分に、実施の第１形態で示したものと同一構造の、一定
幅で開口させたＬ字型の堰５４を、実施の第１形態と同
様にして設置している。

【００４１】本実施の形態の中間管寄せ５０ａでは、上
述した実施の第１形態における（１）〜（６）に加え、 （８）入口管５２を円筒体５１の長手方向に千鳥配置と
することにより、円筒体５１内に設置した、中央部のみ
一定幅で開口したＬ字型の堰５４の底面レベルよりも下
の領域で、図６（ｂ）に示すごとく、入口管５２から円
筒体５１内に流入した流入流体が、大きな渦を形成する
ため、円筒体５１長手方向の広範囲にわたる流入流体５
５，５６と円筒体５１内保有水６０との物理的な混合が
実現でき、円筒体５１から流出する流体の性状を均一化
できる。なお、発生した渦は、堰５４を通過する際に整
流をされ、かつ、堰５４によって、堰５４下部の混合領
域と円筒体５１内に開口する出口管５３の開口部５７付
近（出口付近）の領域が隔離され、出口付近の液面の乱
れは生じないため、各出口管５３への流量分配は均一に
保たれる。

【００４２】（９）入口管５２、出口管５３を向かい合
わせとせず、両方とも円筒体５１の同じ側に配置するこ
とにより、従来の中間管寄せ１０での課題となってい
た、流入流体が流入した入口管２と向かい合った出口管
３から、流入流体が混合不十分のまま流出することが防
止できる。この流出経路の短絡防止は、図６（ａ）に示
すごとく、円筒体５１内に堰５４を設置することによっ
て、さらに確実なものとなる。このように、本実施の形
態の中間管寄せ５０ａでも、円筒体５１から出口管５３
へ流出する流体の各出口管への流出流体の分配、および
流出流体温度を均一化できる。

【００４３】次に、図７ないし図９は、本発明の中間管
寄せの実施の第３形態を示す図で、図７（ａ）は俯瞰
図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける
平面図、図８（ａ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにお
ける断面図、図８（ｂ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃ
における断面図、図９（ａ）は図８（ａ）断面における
流れの様子を示す図、図９（ｂ）は流れの様子を中間管
寄せの上方から見た図である。

【００４４】本実施の形態では、実施の第１形態と同様
に、円筒体５１の下部に、円筒体５１の中心軸向きより
下向きに傾けて、入口管５２同士を対向させて設置し、
出口管５３を円筒体５１の上部に対向させて設置してい
る。また、本実施の形態では、実施の第１形態における
Ｌ字型の堰５４に代えて、円筒体５１内に中央部を一定
幅で開口させた八字型の堰６１を設置している。また、
堰６１の円筒体５１への取り付け位置は、八字型の堰６
１と円筒体５１内壁に挟まれた出口管５３付近の領域に
も水６０を保有させ、さらにその出口管５３下部の液領
域を安定化させ、出口管５３から水６０を安定させて流
出させるために、八字型の堰６１の下端は、出口管５３
の内面下側より出口管５３内径の２〜３倍下方になるよ
うに、しかも、入口管５２から円筒体５１内へ流入する
蒸気５５・水５６の二相流体、あるいは蒸気５５単相流
体を必ず堰６１の内部を通過させるために、堰６１の底
部が入口管５２の開口部５８内面上側より上方になるよ
うにしている。

【００４５】さらに、堰６１の高さは、堰６１を越える
流体が直接出口管５３の開口部５７付近の液面５９を乱
すことのないように、開口部５７の内側上面より若干高
くした高さに、開口が形成されるようにしている。堰６
１の頂端に形成される開口の幅は、流入流体が堰６１を
越える際の流速が過大にならないようにし、さらに、中
間管寄せ５０の適用流量で適切な流体の通過抵抗が確保
でき、円筒体５１の長手方向に流体を混合できるように
設定する。また、八字型の堰６１の角度は、円筒体５１
の内径、堰６１の高さ、堰６１の開口幅、および堰６１
の取り付け位置により、おのずと決まるが、八字型の堰
６１を越える流体が、堰６１の壁面に沿って静かに流れ
るように傾けている。

【００４６】（１０）本実施の形態の中間管寄せ５０ｂ
は、上述したように、入口管５２を出口管５３より下部
に取り付けることにより、図９（ａ）に示すごとく、流
入する流体が水５６・蒸気５５二相流体、蒸気５５単相
流体にかかわらず、必ず円筒体５１内の保有水６０中を
通過するため、流入流体と円筒体５１内の保有水６０と
の間で熱交換が行われ円筒体５１から流出する流体の温
度が均一化される。

【００４７】（１１）また、入口管５２を円筒体５１の
中心軸に向けた方向より下方に傾けて円筒体５１に取り
付けたことにより、流入から流出までの円筒体５１内の
保有水６０中の通過距離および滞留時間を十分に長くで
き、流入する流体が水５６・蒸気５５二相流体、蒸気５
５単相流体にかかわらず、流入流体と保有水６０との熱
交換が十分に行われ、円筒体５１より流出する流体の温
度が均一化される。

【００４８】（１２）また、円筒体５１内に八字型の堰
６１を設置したことにより、円筒体５１から保有水６０
が流出する出口管５３の開口部５７付近の液面５９が安
定するため、開口部５７の面積の水没割合の円筒体５１
長手方向での変化、および時間的変化が小さくなるた
め、出口管５３から流出する流体の各出口管５３ごとの
流量分配が均一化される。

【００４９】（１３）また円筒体５１内に八字型の堰６
１を設置したことにより、流入流体が最短距離を通って
流出することを防止でき、つまり、流入から流出までの
保有水中通過経路、滞留時間が短くなることを防止で
き、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。

【００５０】（１４）円筒体５１内に八字型の堰６１を
設置したことにより、円筒体５１内の流路面積が縮小さ
れ、それが流体が通過する際の抵抗となり、円筒体５１
内を上昇する流体が整流され、かつ、その抵抗によっ
て、円筒体５１内部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。

【００５１】（１５）円筒体５１内に八字型の堰６１を
設置することにより、八字型堰６１を越えた流体が、八
字型堰６１の壁面に沿って流れるため、出口付近の液面
が乱されにくくなり、出口での流量分配が均一化され
る。

【００５２】（１６）円筒体５１内に八字型の堰６１を
設置したことにより、水５６・蒸気５５二相流体が、八
字型の堰６１を越えた時に一旦分離され、開口部５７に
液面５９が形成され、液面５９の上方から蒸気が、液面
５９の下方から保有水６０が出口管５３へ流出する。一
般的に単相流の分配は二相流の分配よりも均一に分配で
きるため、結果として、円筒体５１の開口部５７から流
出する流体の流量分配が均一化される。

【００５３】（１７）また、入口管５２同士を対向させ
て配置させたことにより、図９（ａ），図９（ｂ）に示
すごとく、流入流体同士の衝突が起こる（干渉が大きく
なる）ため、円筒体５１内に設置した八字型堰６１より
も下の領域で乱れが大きくなり、円筒体５１長手方向の
広範囲にわたる、流入流体同士、あるいは流入流体と円
筒体５１内の保有水の物理的な混合が実現できる。

【００５４】なお、発生した乱れは八字型の堰６１を通
過する際に整流され、かつ、堰６１によって、堰６１よ
り下部の混合領域（大きく乱れた領域）と出口付近の領
域は隔離され、出口付近の液面に乱れが生じないため、
出口での流量分配は均一に保たれる。このように、本実
施の形態の中間管寄せでも、円筒体５１から出口管５３
へ流出する流体の各出口管への流体の蒸気５５、水（保
有水６０）の割合を含めた流量分配、および流出流体温
度を均一化できる。

【００５５】次に、図１０ないし図１２は、本発明の中
間管寄せの実施の第４形態を示す図で、図１０（ａ）は
俯瞰図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示す矢視Ａ−Ａ
における平面図、図１１（ａ）は図１０（ｂ）に示す矢
視Ｂ−Ｂにおける断面図、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）
に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面図、図１２（ａ）は図１
１（ａ）断面における流れの様子を示す図、図１２
（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方から見た図であ
る。

【００５６】本実施の形態においては、円筒体５１の下
部に、円筒体５１中心軸向きより下向きに傾けて入口管
５２を接続し、円筒体５１の長手方向に千鳥配置に設置
し、また出口管５３を円筒体５１の上部に接続し、同様
に長手方向千鳥配置とし、円筒体５１の同一横断面内
で、入口管５２と同じ側に、出口管５３を配置するよう
にしている。また、円筒体５１内の中央部分に、実施の
第３形態で示したものと同一構造の、一定幅で開口させ
た八字型の堰６１を、実施の第３形態と同様にして設置
している。

【００５７】本実施の形態の中間管寄せ５０ｃでは、上
述した実施の第３形態における（１０）〜（１６）の作
用、効果に加え、 （１８）入口管５２を円筒体５１の長手方向に千鳥配置
とすることにより、円筒体５１内に設置した一定幅で開
口した八字型の堰６１よりも下の領域で、図１２（ｂ）
に示すごとく、流入流体が大きな渦を形成するため、円
筒体５１長手方向の広範囲にわたる流入流体５５，５６
と円筒体５１内保有水６０との物理的な混合が実現でき
る。なお、発生した渦は八字型の堰６１を通過する際に
整流され、かつ、八字型の堰６１によって、堰６１下部
の混合領域と円筒体５１内に開口する出口管５３の開口
部５７付近の領域が隔離され、出口付近の液面の乱れは
生じないため、各出口管５３への流量分配は均一に保た
れる。

【００５８】（１９）入口管５２、出口管５３を向かい
合わせとせず、円筒体５１の同じ側に配置することによ
り、従来の中間管寄せ１０での課題となっていた、流入
流体が入口管２と向かい合った出口管３から混合不十分
のまま流出することを防止できる。この流出経路の短絡
防止は、図１２（ａ）に示すごとく円筒体５１内に堰６
１を設置することによってさらに確実なものとなる。

【００５９】本実施の形態でも、円筒体５１から出口管
５３へ流出する流体の各出口管への流体の分配、および
流出流体温度を均一化できる。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の中間管寄せ
によれば、特許請求の範囲に示す構成により、次の効果
が得られる。 （１）円筒体内へ流入する流体同士、あるいは、流入す
る流体と円筒体内の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できる。 （２）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、確実に円筒体内の保有水中を通過するため、出
口管から流出する蒸気の過熱度を十分低減でき、流出流
体温度を均一化できる。 （３）円筒体から流出する流体の出口付近の液面が安定
し均一分配が実現できる。 （４）円筒体内を上昇する流体の流量を円筒体内の広範
囲で均一化できるため、各出口管から流出する流体の分
配も均一化できる。 （５）堰を越えた際に、蒸気と水が一旦分離され、それ
ぞれが単相流の状態で分配されるため、各出口管への流
量分配を均一化できる。 （６）流入流体が円筒体内の保有水中を通過する距離、
滞留時間を長くとることができ、流入流体同士、あるい
は流入流体と円筒体保有水との熱交換が十分に行え、出
口管から流出する流体の温度を均一化できる。 （７）流入流体が最短距離を通って流出することが防止
されるため、上述した（１），（２），（３）の効果が
確実に保証される。 以上により、従来の中間管寄せの課題であった、円筒体
から流出する流量分配性能、混合性能が改善できる。

【発明の詳細な説明】

【図１】本発明の中間管寄せの実施の第１形態を示す図
で、図１（ａ）は俯瞰図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図２】図１に示す中間管寄せの横断面を示す図で、図
２（ａ）は図１（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面
図、図２（ｂ）は図１に示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面
図、

【図３】図１に示す中間管寄せ内の流れの様子を示す図
で、図３（ａ）は図２（ａ）に示す断面における流れの
様子を示す図、図３（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの
上方から見た図、

【図４】本発明の中間管寄せの実施の第２形態を示す図
で、図４（ａ）は俯瞰図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図５】図４に示す中間管寄せの横断面を示す図で、図
５（ａ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面
図、図５（ｂ）は図４（ｂ）に示す矢視Ｃ−Ｃにおける
断面図、

【図６】図４に示す中間管寄せ内の流れの様子を示す図
で、図６（ａ）は図５（ａ）断面における流れの様子を
示す図、図６（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方か
ら見た図、

【図７】本発明の中間管寄せの実施の第３形態を示す図
で、図７（ａ）は俯瞰図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図８】図７に示す中間管寄せの横断面を示す図で、図
８（ａ）は図７（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面
図、

【図９】図７に示す中間管寄せ内の流れの様子を示す図
で、図９（ａ）は図８（ａ）断面における流れの様子を
示す図、図９（ｂ）は流れの様子を中間管寄せの上方か
ら見た図、

【図１０】本発明の中間管寄せの実施の第４形態を示す
図で、図１０（ａ）は俯瞰図、図１０（ｂ）は図１０
（ａ）に示す矢視Ａ−Ａにおける平面図、

【図１１】図１０に示す中間管寄せの横断面を示す図
で、図１１（ａ）は図１０（ｂ）に示す矢視Ｂ−Ｂにお
ける断面図、図１１（ｂ）は図１０（ｂ）に示す矢視Ｃ
−Ｃにおける断面図、

【図１２】図１０に示す中間管寄せ内の流れの様子を示
す図で、図１２（ａ）は図１１（ａ）断面における流れ
の様子を示す図、図１２（ｂ）は流れの様子を中間管寄
せの上方から見た図、

【図１３】従来の中間管寄せを示す図で、図１３（ａ）
は俯瞰図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）における矢視
Ａ−Ａ平面図、図１３（ｃ）は図１３（ｂ）における矢
視Ｂ−Ｂ断面図、図１３（ｄ）は図１３（ｂ）における
矢視Ｃ−Ｃ断面図、

【図１４】図１３に示す中間管寄せ内の流れの様子を示
す図で、図１４（ａ）は図１３（ｃ）に示す断面におけ
る流れの様子を示す図、図１４（ｂ）は、同じく流れの
様子を上方から見た図である。

【符号の説明】１０， ５０ 中間管寄せ１， ５１ 円筒体２， ５２ 入口管３， ５３ 出口管５， ５４ （Ｌ字型）堰 ５５ 蒸気４， ５６ 水７， ５７ （出口管）開口部８， ５８ （入口管）開口部６， ５９ 液面９， ６０ 保有水 ６１ （八字型）堰

───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中心軸を水平にして設置された円筒体で
   形成され、外周に入口管および出口管が前記円筒体の中
   心軸方向に多数接続された中間管寄せにおいて、前記中
   心軸より下方向を向く植込み角度にされ、前記円筒体の
   下部に両側から対向させて接続され、前記円筒体の中心
   軸方向に所定の間隔で配設された前記入口管と、前記円
   筒体の上部に両側から対向させて接続され、前記円筒体
   の中心軸方向に配設された前記入口管の間に配設された
   前記出口管と、前記円筒体内への前記入口管の開口部上
   方の両側内壁から、相方の間隔が狭くなるように起立さ
   れ、前記出口管の開口部より上方に開口を設け、前記円
   筒体の中心軸方向に配設された堰とを設けたことを特徴
   とする中間管寄せ。
2. 【請求項２】 中心軸が水平にして設置された円筒体で
   形成され、外周に入口管および出口管が前記円筒体の中
   心軸方向に多数に接続された中間管寄せにおいて、前記
   中心軸より下方向を向く植込み角度にされ、前記円筒体
   の下部に接続され、前記円筒体の軸方向に千鳥状に配設
   された前記入口管と、前記入口管が接続された前記円筒
   体の同一側の同一横断面の前記入口管上部に接続され、
   前記円筒体の中心軸方向に配設された前記出口管と、前
   記円筒体への前記入口管の開口部上方の両側内壁から相
   方の間隔が狭くなるように起立され、前記出口管の開口
   部より上方に開口を設け、前記円筒体の中心軸方向に配
   設された堰とを設けたことを特徴とする中間管寄せ。