JPH1038206A - 中間管寄せ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の中間管寄せにおいては、入口管と出口
管とが向かい合わせに配置されているため、流入する流
体が上昇する直上に出口管への出口があり、この出口か
ら流入する流体の大部分が流出する。また、流入する流
体が上昇して液面に達する点に管寄せ本体の長手方向に
隣接する出口管があり、この出口管から流入する流体の
大部分が流出する。このため、流体は管寄せ本体の長手
方向には殆ど混合されておらず、物理的な混合を行う面
で改善の余地がある。 【解決手段】 略水平に設置された管寄せ本体に入口管
および出口管が接続される中間管寄せにおける管寄せ本
体内の下部に入口管を２本づつ互いに変向板を挟んで開
口させ、管寄せ本体内の上部に出口管を２本づつ互いに
対峙して開口させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貫流ボイラの外に
吸収冷凍機、空調機、フロンなどの冷媒を用いた熱交換
器、ヒートポンプなどにも適用される中間管寄せに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図７および図８は貫流ボイラに使用され
ている従来の中間管寄せ（ヘッダー）の説明図である。
図において、符号１は管寄せ本体、２は入口管、３は出
口管で、多数の入口管２が円筒状の管寄せ本体１の上部
に取付けられ、多数の出口管３が管寄せ本体１上部の入
口管２の下部に取付けられている。火炉の水冷壁の蒸発
管に接続されている入口管２から水と蒸気との二相流
体、或いは蒸気の単相流体が管寄せ本体１内に流入して
再び分配され、出口管３から流出して火炉上部の水冷壁
へ至る。入口管２と出口管３とは管寄せ本体１の同一断
面内で互いに向かい合い、入口管２と出口管３との方向
が交互に逆になるように接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の中
間管寄せにおいては、管寄せ本体１内へ流入する水と蒸
気との二相流体は入口管２ごとに流量や気液の割合など
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管寄せ本体１内へ流入することもあ
る。管寄せ本体１はこのように流量、気液の割合、温度
などが異なる流体を一旦混合し、均一な温度にして出口
管３へ均等に分配するために設置されている。管寄せ本
体１内の液面は出口管３が開口するレベルと同じレベル
にでき、このために管寄せ本体１では入口管２が出口管
３よりも上方に取付けられている関係で、管寄せ本体１
内への流入口は液面よりも上方の液が存在しない領域に
露出している。従って、入口管２から管寄せ本体１内へ
流入する流体は液面よりも上方から液面へ向けて打ち込
まれるように管寄せ本体１内へ流入する。

【０００４】この流入する流体が水と蒸気との二相流体
である場合は、液面への打ち込みの慣性力が強いため、
液面を突き破るようにして管寄せ本体１が内部に保有す
る水中へ侵入して管寄せ本体１内の下部壁面に衝突し、
矢印Ａで示す出口側へ向かう流体と、矢印Ｂで示す入口
側へ向かう流体とに分岐し、それぞれ管寄せ本体１内の
壁面に沿って上昇する。入口管２と出口管３とが向かい
合わせに配置されているため、矢印Ａで示す方向に流入
する流体が上昇する直上には出口管３への出口があり、
この出口から矢印Ａで示す方向に流入する流体の大部分
が流出する。また、矢印Ｂで示す方向に流入する流体が
上昇して液面に達する点に管寄せ本体１の長手方向に隣
接する出口管３があり、この出口管３から矢印Ｂで示す
方向に流入する流体の大部分が流出する。このため、流
体は管寄せ本体１の長手方向には殆ど混合されておら
ず、物理的な混合を行う面で改善の余地がある。

【０００５】また、入口管２同士は対向して管寄せ本体
１内に開口するようには配置されていないために流入す
る流体同士の干渉（衝突）が少なく、入口管２から対向
する出口管３への管寄せ本体１断面内の流れは発生する
が、管寄せ本体１長手方向への流れは殆ど発生しない。
このため、管寄せ本体１内における流体の混合は管寄せ
本体１長手方向の狭い領域に限られており、広範囲にわ
たる混合は考慮されておらず、物理的な混合を行う面で
改善の余地がある。

【０００６】また、流入する流体が蒸気の単相流である
場合は、液面への打ち込みの慣性力が小さいために液面
を突き破ることなく、矢印Ｃで示すように液面に沿って
管寄せ本体１内に開口する出口管３へ向かい、出口管３
から流出する。このため、流入する過熱蒸気と管寄せ本
体１内に保有する水との熱交換量が小さく、流入する過
熱蒸気が殆ど減温されないまま流出し、熱的な混合によ
って温度の均一化を行う面で改善の余地がある。

【０００７】また、入口管２における流入量に差が生じ
た場合は、管寄せ本体１長手方向に流れが生じないた
め、管寄せ本体１内を上昇して出口管３へ流出する流量
の管寄せ本体１長手方向の分布に差を生じる。このよう
な分配性は混合性の悪さに起因しており、管寄せ本体１
出口における流量の均等な分配を行う面で改善の余地が
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る中間管寄せ
は上記課題の解決を目的にしており、略水平に設置され
た管寄せ本体に入口管および出口管が接続される中間管
寄せにおける上記管寄せ本体内の下部に上記入口管が２
本づつ互いに変向板を挟んで開口し、上記管寄せ本体内
の上部に上記出口管が２本づつ互いに対峙して開口して
いる。このように入口管を出口管よりも下方に取付ける
ことにより入口管から管寄せ本体内へ流入する流体が必
ず管寄せ本体が保有する水中を通過する。また、管寄せ
本体内に変向板を設置することにより管寄せ本体内にお
ける流れの方向が変わって管寄せ本体内の長手方向に流
体と保有水との混合が促進される。

【０００９】また、本発明に係る中間管寄せは、略水平
に設置された管寄せ本体に入口管および出口管が接続さ
れる中間管寄せにおける上記管寄せ本体内の下部に上記
入口管が多孔状の変向板に対峙して開口し、上記管寄せ
本体内の上記入口管が開口する上方に上記出口管が開口
している。このように入口管を出口管よりも下方に取付
けることにより入口管から管寄せ本体内へ流入する流体
が必ず管寄せ本体が保有する水中を通過する。また、管
寄せ本体内に変向板を設置することにより管寄せ本体内
における流れの方向が変わって管寄せ本体内の長手方向
に流体と保有水との混合が促進される。また、変向板を
多孔状に形成することにより、流体の一部が変向板の孔
を通過して変向板の反対側の流体との混合が促進され
る。

【００１０】また、本発明に係る中間管寄せは、略水平
に設置された管寄せ本体に入口管および出口管が接続さ
れる中間管寄せにおける上記管寄せ本体内の下部に上記
入口管が上記管寄せ本体の軸方向に傾斜して開口し、上
記管寄せ本体内の上記入口管が開口する上方に上記出口
管が上記管寄せ本体の軸方向に直交して開口している。
このように入口管を出口管よりも下方に取付けることに
より入口管から管寄せ本体内へ流入する流体が必ず管寄
せ本体が保有する水中を通過する。また、入口管を管寄
せ本体の中心軸に対して中心軸に添う方向に傾けて取付
けることにより、流体が流入してから流出するまでに管
寄せ本体内に保有する水中を通過する距離および滞留す
る時間を長くすることができるとともに、管寄せ本体内
における流れの方向が変わって管寄せ本体内の長手方向
に流体と保有水との混合が促進される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１および図２は本発明の実施の
第一の形態に係る中間管寄せ（ヘッダー）の説明図であ
る。図において、第一の実施の形態に係る中間管寄せは
貫流ボイラに使用されるもので、図における符号１は管
寄せ本体、２は入口管、３は出口管、７は管寄せ本体１
の中心軸、７ａはは変向板である。図１に示すように、
円筒状の管寄せ本体１の下部には管寄せ本体１の中心軸
７の向きよりも下向きに傾けて入口管２同士が互いに対
向して設置され、出口管３は管寄せ本体１上部に互いに
対向して設置され、管寄せ本体１内には管寄せ本体１の
中心軸７よりも傾けて取付けられて流れの向きを変える
複数枚の変向板７ａが設置されている。変向板７ａは管
寄せ本体１の中心軸７に対して或る角度を持って傾いた
複数の小さな平板を平行に並べた形状をなしている。変
向板７ａの取付け位置は、入口管２の管寄せ本体１への
接続によって変える。本中間管寄せにおいては入口管２
同士を対向させて設置しているが、このような場合は管
寄せ本体１の中心軸７よりも下方の入口管２から流入し
た流体同士が衝突する位置に変向板７ａを設置する。ま
た、入口管２を千鳥状に配置した場合は、管寄せ本体１
の中心軸７よりも下方の各入口管２からの流入方向が変
向板７ａの正面に向くように設置する。変向板７ａの幅
および設置間隔は管寄せ本体１の大きさ、管寄せ本体１
の適用流量などによるが、管寄せ本体１長手方向の流れ
を阻害しないように設定する。変向板７ａの高さは流入
する流体が変向板７ａに衝突するのを確実にするため、
少なくとも入口管２の管寄せ本体１への接続部上面より
も高くなっている。

【００１２】図２に示すように、入口管２を出口管３よ
りも下方に取付けることにより流入する流体が水と蒸気
との二相流体、蒸気の単相流体などの如何にかかわら
ず、必ず管寄せ本体１内に保有の水中を通過するため、
流入する流体と管寄せ本体１が保有の水との間で熱交換
が行われて熱的な混合が促進され、管寄せ本体１から流
出する流体の温度が均一化する。また、入口管２を管寄
せ本体１の中心軸７よりも下方に傾けて取付けることに
より、流入から流出までの流体が管寄せ本体１保有の水
中を通過する距離および滞留時間を十分に長くすること
ができ、流入する流体が水と蒸気との二相流体、蒸気の
単相流体などの如何にかかわらず、流入する流体と管寄
せ本体１保有の水との熱交換が十分に行われて熱的な混
合が促進され、流体の温度が均一化されて管寄せ本体１
から流出する。また、管寄せ本体１内に管寄せ本体１内
の流れの向きを変える変向板７ａを設置することによ
り、管寄せ本体１内に長手方向の流れを生じ、管寄せ本
体１長手方向の広範囲にわたって流入する流体同士、或
いは流入する流体と管寄せ本体１内に保有の水との物理
的な混合が行われ、物理的な混合が促進される。また、
管寄せ本体１内に変向板７ａを設置することにより、入
口管２から流入する流体が最短距離を通って入口管２近
傍の出口管３から流出するのを防止することができる。
このように熱的、物理的混合が促進されることにより、
流出する流体の温度を均一化することができる。

【００１３】図３および図４は本発明の実施の第二の形
態に係る中間管寄せの説明図である。図において、本実
施の形態に係る中間管寄せは図に示すように第一の実施
の形態に係る中間管寄せと構造が略同一であるが、円筒
状の管寄せ本体１の下部に管寄せ本体１の中心軸７の向
きよりも下向きに傾けて入口管２を千鳥状に設置し、出
口管３を管寄せ本体１上部に千鳥状に配置し、同一断面
内で入口管２と同じ側に出口管３を配置し、管寄せ本体
１内に第一の実施の形態に係る中間管寄せよりも大型の
多孔板で形成した複数枚の変向板７ａを設置している。
これら変向板７ａは管寄せ本体１の中心軸７と或る角度
を持って傾けた複数の多孔板を平行に並べた形状をなし
ている。変向板７ａの幅は管寄せ本体１の大きさ、管寄
せ本体１の適用流量などによるが、複数の入口管２から
流入する流体が共通の変向板７ａに衝突するように管寄
せ本体１長手方向に長くし、変向板７ａの設置間隔はそ
の管寄せ本体１が適用される流量条件により管寄せ本体
１長手方向の流れが阻害されないように設定する。本中
間管寄せにおいては、変向板７ａの取付け位置を入口管
２の管寄せ本体１への接続方法によっては変更しない。
変向板７ａの高さは流入する流体が変向板７ａに衝突す
るのを確実にするため、少なくとも入口管２の管寄せ本
体１への接続部の上面よりも高くなっている。変向板７
ａを形成する多孔板の孔径は、スケールなどの異物によ
る目詰まりが起こらない程度に最低限の孔径を確保し、
その管寄せ本体１が適用される流量で適切な流体の通過
抵抗が確保されるように開口面積率と併せて設定する。

【００１４】これにより、第一の実施の形態に係る中間
管寄せと略同じ作用、効果に加え、変向板７ａを多孔板
で形成することにより入口管２から流入して変向板７ａ
に衝突する流体の一部が変向板７ａの孔を通過して変向
板７ａと反対側の流体と混合されるなど熱的、物理的混
合が促進され、流体の温度が均一化されて流出する。

【００１５】図５および図６は本発明の実施の第三の形
態に係る中間管寄せの説明図である。図において、第三
の実施の形態に係る中間管寄せは図に示すように第一の
実施の形態に係る中間管寄せと構造が略同一であるが、
円筒状の管寄せ本体１の下部に管寄せ本体１の中心軸７
よりも下向きに、かつ管寄せ本体１の中心軸７に添う方
向に傾けて入口管２同士を対向させて設置するとともに
出口管３を管寄せ本体１に対向させて設置している。図
における符号８は管寄せ本体１の中心軸７に直交する
軸、９は入口管２の取付け軸である。

【００１６】これにより、第一の実施の形態に係る中間
管寄せと略同じ作用、効果が得られる外に、入口管２を
管寄せ本体１の中心軸７に添う方向に傾けて設置するこ
とにより、破線で示すような流れが生じ、管寄せ本体１
長手方向に広範囲にわたって流入する流体同士、或いは
流入する流体と管寄せ本体１内に保有する水との物理的
な混合が行われて物理的な混合が促進される。また、入
口管２を管寄せ本体１の中心軸７に添う方向に傾けて設
置することにより、入口管２から流入する流体が最短距
離を通って入口管２近傍の出口管３から流出するのが防
止されるなどして熱的、物理的混合が促進され、流出す
る流体の温度が均一化される。

【００１７】従来の中間管寄せにおいては、管寄せ本体
内へ流入する水と蒸気との二相流体は入口管ごとに流量
や気液の割合などが異なっており、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管寄せ本体内へ流
入することもある。管寄せ本体はこのように流量、気液
の割合、温度などが異なる流体を一旦混合し、均一な温
度にして出口管へ均等に分配するために設置されてい
る。管寄せ本体内の液面は出口管が開口するレベルと同
じレベルにでき、このために管寄せ本体では入口管が出
口管よりも上方に取付けられている関係で、管寄せ本体
内への流入口は液面よりも上方の液が存在しない領域に
露出している。従って、入口管から管寄せ本体内へ流入
する流体は液面よりも上方から液面へ向けて打ち込まれ
るように管寄せ本体内へ流入する。この流入する流体が
水と蒸気との二相流体である場合は、液面への打ち込み
の慣性力が強いため、液面を突き破るようにして管寄せ
本体が内部に保有する水中へ侵入して管寄せ本体内の下
部壁面に衝突し、出口側へ向かう流体と、入口側へ向か
う流体とに分岐し、それぞれ管寄せ本体内の壁面に沿っ
て上昇する。入口管と出口管とは向かい合わせに配置さ
れているため、流入する流体が上昇する直上には出口管
への出口があり、この出口から流入する流体の大部分が
流出する。流入する流体が上昇して液面に達する点に管
寄せ本体の長手方向に隣接する出口管があり、この出口
管から流入する流体の大部分が流出する。このため、流
体は管寄せ本体の長手方向には殆ど混合されておらず、
物理的な混合を行う面で改善の余地がある。また、入口
管同士は対向して管寄せ本体内に開口するようには配置
されていないために流入する流体同士の干渉（衝突）が
少なく、入口管から対向する出口管への管寄せ本体断面
内の流れは発生するが、管寄せ本体長手方向への流れは
殆ど発生しない。このため、管寄せ本体内における流体
の混合は管寄せ本体長手方向の狭い領域に限られてお
り、広範囲にわたる混合は考慮されておらず、物理的な
混合を行う面で改善の余地がある。また、流入する流体
が蒸気の単相流である場合は、液面への打ち込みの慣性
力が小さいために液面を突き破ることなく、液面に沿っ
て管寄せ本体内に開口する出口管へ向かい、出口管から
流出する。このため、流入する過熱蒸気と管寄せ本体内
に保有する水との熱交換量が小さく、流入する過熱蒸気
が殆ど減温されないまま流出し、熱的な混合によって温
度の均一化を行う面で改善の余地がある。また、入口管
における流入量に差が生じた場合は、管寄せ本体長手方
向に流れが生じないため、管寄せ本体内を上昇して出口
管へ流出する流量の管寄せ本体長手方向の分布に差を生
じる。このような分配性は混合性の悪さに起因してお
り、管寄せ本体出口における流量の均等な分配を行う面
で改善の余地がある。これに対し、上述の各実施の形態
に係る中間管寄せにおいては、入口管２を出口管３より
も下方に取付け、入口管２を管寄せ本体１の中心軸７よ
りも下方に傾けて取付け、管寄せ本体１内に変向板７ａ
を設置する。或いは、入口管２を管寄せ本体１の中心軸
７よりも下方に傾けて取付け、入口管２を管寄せ本体１
の中心軸７に直交する軸８に対して中心軸７に添う方向
に傾けて取付けており、このように入口管２を出口管３
よりも下方に取付けることにより、流入する蒸気と水と
の二相流体が必ず管寄せ本体１が保有する水中を通過す
る。また、一部の入口管２から蒸気の単相流体が流入し
た場合でも、流入する蒸気の単相流が小さな蒸気泡とな
って必ず管寄せ本体１が保有する水中を通過する。ま
た、入口管２を管寄せ本体１の中心軸７から下方に傾け
て取付けることにより、流入から流出までの流体が管寄
せ本体１が保有する水中を通過する距離および滞留時間
を長くすることができる。また、管寄せ本体１内に平板
状の変向板７ａを設置することにより、管寄せ本体１内
の流れの方向が変えられて管寄せ本体１の長手方向に流
体の混合が促進される。また、変向板７ａを多孔板で形
成することにより、流体の一部が変向板７ａの孔を通過
して変向板７ａの反対側の流体との混合が促進される。
また、入口管２を管寄せ本体１の中心軸７と直交する軸
８に対して中心軸７に添う方向に傾けて取付けることに
より、管寄せ本体１内における流れの方向が変えられて
管寄せ本体１長手方向に流体の混合が促進される。ま
た、入口管２を管寄せ本体１下部に出口管３よりも下方
の位置に設置することにより、一部の入口管２から過熱
蒸気の単相流体が流入した場合でも、確実に管寄せ本体
１が保有する水中を通過するために出口における過熱蒸
気の温度を十分に低減させることができ、流体の温度を
均一化して流出させることができる。また、管寄せ本体
１内に変向板７ａを設置することにより、管寄せ本体１
内の長手方向に大きな渦が形成されて管寄せ本体１長手
方向に物理的な混合が促進され、流体の温度を均一化し
て流出させることができる。また、変向板７ａを多孔板
で形成することにより、変向板７ａに衝突して流入する
流体の一部が多孔板を通過して変向板７ａを挟んで反対
側の流体と混合され、管寄せ本体１内の長手方向に形成
される渦との相乗効果で物理的な混合が促進され、流体
の温度を均一化して流出させることができる。また、入
口管２を管寄せ本体１の中心軸７に添う方向に傾けて設
置することにより、入口管２から流入する流体が最短距
離を通って入口管２近傍の出口管３から流出することを
防止することができ、流体の温度を均一化して流出させ
ることができる。このように管寄せ本体１へ流入する流
体と管寄せ本体１が保有する水との混合が促進されて両
者の熱交換量が増加し、流出する流体の温度を均一化す
ることができる。また、管寄せ本体１の出口における流
量の分配性能、混合性能が改善される。

【００１８】

【発明の効果】本発明に係る中間管寄せは前記のように
構成されており、入口管を出口管よりも下方に取付ける
ことにより入口管から管寄せ本体内へ流入する流体が必
ず管寄せ本体が保有する水中を通過するので、一部の入
口管から過熱蒸気の単相流が流入した場合でも確実に過
熱蒸気の温度を十分に低減することができて流体の温度
が均一化されるなど出口における流量の分配性能、混合
性能が改善される。また、管寄せ本体内における流れの
方向が変わって管寄せ本体内の長手方向に流入する流体
と保有水との混合が促進されるので、両者の熱交換量が
増加して流体の温度が均一化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明の実施の第一の形態に係る
中間管寄せの斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）における
Ｂ−Ｂ矢視断面図である。

【図２】図２（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ−Ａ矢視断
面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、同図（ｃ）は上
記中間管寄せの作用説明図である。

【図３】図３（ａ）は本発明の実施の第二の形態に係る
中間管寄せの斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）における
Ｂ−Ｂ矢視断面図である。

【図４】図４（ａ）は図３（ｂ）におけるＡ−Ａ矢視断
面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、同図（ｃ）は上
記中間管寄せの作用説明図である。

【図５】図５（ａ）は本発明の実施の第三の形態に係る
中間管寄せの斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）における
Ｂ−Ｂ矢視断面図である。

【図６】図６（ａ）は図５（ｂ）におけるＡ−Ａ矢視断
面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、同図（ｃ）は上
記中間管寄せの作用説明図である。

【図７】図７（ａ）は従来の中間管寄せの斜視図、同図
（ｂ）は同図（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図８】図８（ａ）は図７（ｂ）におけるＡ−Ａ矢視断
面図、同図（ｂ）はＢ−Ｂ矢視断面図、同図（ｃ），
（ｄ）は上記中間管寄せの作用説明図である。

【符号の説明】

１ 管寄せ本体 ２ 入口管 ３ 出口管 ７ 管寄せ本体の中心軸 ７ａ 変向板 ８ 管寄せ本体の中心軸に直交する軸 ９ 入口管の取付け軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩尾 光次 長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工 業株式会社長崎研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略水平に設置された管寄せ本体に入口管
   および出口管が接続される中間管寄せにおいて、上記管
   寄せ本体内の下部に上記入口管が２本づつ互いに変向板
   を挟んで開口し、上記管寄せ本体内の上部に上記出口管
   が２本づつ互いに対峙して開口することを特徴とする中
   間管寄せ。
2. 【請求項２】 略水平に設置された管寄せ本体に入口管
   および出口管が接続される中間管寄せにおいて、上記管
   寄せ本体内の下部に上記入口管が多孔状の変向板に対峙
   して開口し、上記管寄せ本体内の上記入口管が開口する
   上方に上記出口管が開口することを特徴とする中間管寄
   せ。
3. 【請求項３】 略水平に設置された管寄せ本体に入口管
   および出口管が接続される中間管寄せにおいて、上記管
   寄せ本体内の下部に上記入口管が上記管寄せ本体の軸方
   向に傾斜して開口し、上記管寄せ本体内の上記入口管が
   開口する上方に上記出口管が上記管寄せ本体の軸方向に
   直交して開口することを特徴とする中間管寄せ。