JP2000213681A - 流体混合継手 - Google Patents

流体混合継手

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JP2000213681A
JP2000213681A JP11018077A JP1807799A JP2000213681A JP 2000213681 A JP2000213681 A JP 2000213681A JP 11018077 A JP11018077 A JP 11018077A JP 1807799 A JP1807799 A JP 1807799A JP 2000213681 A JP2000213681 A JP 2000213681A
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fluid
pipe
temperature
cylindrical container
joint
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Ikuo Morimoto
生男 森本
Takashi Izeki
崇司 井關
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合される双方の流体の温度差が大きくなる
ときも、過大な熱応力が発生するのを回避し、さらに混
合される流体の流量が増しても、生成した流体を安定し
て望ましい温度に保持すること。 【解決手段】 一方の流体を導く主流配管１は環状空間
を形成する円筒容器２を備える。環状空間は他方の流体
のための流体室４を構成する。円筒容器２内の主流配管
１に形成した複数個の孔にノズル５が装着される。混合
される他方の流体を導く支流配管６が円筒容器２の開口
３に結ばれる。ノズル５は同一円周上に等間隔を保って
４個配置され、主流配管１内の混合域７にかけて各方向
から流体が吹き出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮性流体を扱う、
装置、機器等において、ある温度の主流流体に対し、異
なる温度の支流流体を広い面積で混合でき、均一な温度
分布の混合流体を生成し、かつ温度差による熱応力的負
荷を軽減するのに好適な流体混合継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学プラントおよび発電プラントにおい
ては設定温度の蒸気を得るために低温蒸気に高温蒸気を
混合する流体混合器が使用されている。特に、ガスター
ビンの高温排気を排熱回収ボイラに導いて蒸気を発生さ
せ、得られた蒸気で蒸気タービンを駆動するコンバイン
ドサイクル発電プラントにおいて、排熱回収ボイラで発
生した蒸気をガスタービンの高温部品の冷却用として使
用する場合、冷却用蒸気とガスタービン等の入熱で高温
になった蒸気を混合する装置が必要になり、設定温度の
蒸気を得るために低温蒸気に高温蒸気を混合する、また
は高温蒸気に低温蒸気を混合する混合器が用いられる。
【０００３】従来このような流体混合器（流体混合継
手）としてティー混合継手が知られている。図８に従来
のティー混合継手の一例を示している。主流配管１０１
内を低温流体が流れ、支流配管１０２を高温流体が流
れ、双方の流体が支流配管１０２内のフロースリーブ１
０３を介して混合するものである。なお、主流配管１０
１および支流配管１０２内を流れる流体は上記と逆の関
係にあつてもよい。こうした手段は安価のために混合さ
れる流体の温度差があまりないところに好んで用いられ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、混合継
手で扱う流体の温度差が大きい、コンバインドサイクル
発電プラントにおいてはこのようなティー継手は適切で
ない。すなわち、混合される双方の流体の温度差が大き
くなると、双方の流体の合流部付近に過大な熱応力が生
じ、ティー継手接合部が繰り返しもたらされる熱応力の
ために損傷する可能性がある。たとえば、図９にティー
継手の熱応力解析結果の一例を示している。図から明ら
かなように、主流配管１０１と支流配管１０２との接合
部Ｂには大きい熱応力が発生している。
【０００５】このような従来の流体混合継手の熱応力を
緩和するために図１０に示す手段が用いられている。す
なわち、ティー継手の一端より口径の細い支流管１０４
を挿入し、先端部の多孔部１０５の透孔から流体を吹き
出し、混合するものである。しかしながら、この流体混
合継手は支流管１０４内を流れる流体の流量が増した場
合、圧力損失が増大し、決められた流量の確保が困難に
なることで、生成した流体を安定して望ましい温度に保
てなくなる可能性がある。
【０００６】本発明の目的は混合される双方の流体の温
度差が大きくなるときも、過大な熱応力が発生するのを
回避し、さらに混合される流体の流量が増しても、生成
した流体を安定して望ましい温度に保持することのでき
る流体混合継手を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はある温度の一の
流体を導く主流配管と、この一の流体と混合される、異
なる温度の他の流体を導く支流配管とを備え、これらの
双方の流体を混合させてある温度と異なる温度の流体を
生成する流体混合継手において、主流配管のまわりに円
筒容器をもって異なる温度の他の流体を溜める流体室を
形成し、円筒容器内の主流配管に流体室内の他の流体を
一の流体中に吹き出す複数個の噴出器を設けたことを特
徴とするものである。
【０００８】上記構成からなる流体混合継手においては
主流配管の温度分布を配管軸方向に一様な分布とするこ
とが可能で、局部的な加熱により、たとえば主流配管の
一部が極度に高温になるのを防ぐことができる。また、
他の流体が吹き出す前に流体室内に流入するので、均一
に加熱され、主流配管の一部だけが過熱状態に陥るのを
防ぐことができる。したがって、混合される双方の流体
の温度差が大きくなるときも、主流配管に過大な熱応力
が生じるのを回避することができる。
【０００９】また、円筒容器内の容量の大きい流体室に
より必要とされる量の混合流体を導くことができ、生成
した流体を安定して望ましい温度に保持することが可能
になる。
【００１０】また、本発明は、望ましくは、噴出器が主
流配管内を流れる一の流体の流動方向に対してある角度
傾斜して取り付けられるノズルからなる。
【００１１】上記構成からなる流体混合継手においては
主流配管内流体の流動方向に傾斜して配置した各ノズル
を通して主流の流れを乱さず支流流体を導くことが可能
になる。
【００１２】さらに、本発明は噴出器に代えて、円筒容
器内の主流配管に流体室内の他の流体を一の流体中に吹
き出す複数個の透孔を穿設して構成してもよい。
【００１３】上記構成からなる流体混合継手においては
主流配管の温度分布を配管軸方向に一様な分布とするこ
とが可能で、局部的な加熱により、たとえば主流配管の
一部が極度に高温になるのを防ぐことができる。また、
他の流体が吹き出す前に流体室内に流入するので、均一
に加熱され、主流配管の一部だけが過熱状態に陥るのを
防ぐことができる。したがって、混合される双方の流体
の温度差が大きくなるときも、主流配管に過大な熱応力
が生じるのを回避することができる。
【００１４】また、円筒容器内の容量の大きい流体室に
より必要とされる量の混合流体を導くことができ、生成
した流体を安定して望ましい温度に保持することが可能
になる。
【００１５】また、本発明は円筒容器内の主流配管接合
部近くに熱衝撃緩衝材をそれぞれ挿入するようにしても
よい。
【００１６】上記構成からなる流体混合継手においては
配管接合部近くに挿入した熱衝撃緩衝材で配管接合部が
直接他の流体にさらされず、配管接合部近傍の過度の温
度上昇を抑えることができる。これにより、配管接合部
に過大な熱応力が生じるのを回避することが可能にな
る。
【００１７】さらに、本発明は、望ましくは、円筒容器
の配管接合部を主流配管の外面に沿って軸方向に長く延
ばして形成する。
【００１８】上記構成からなる流体混合継手においては
円筒容器の伸びが拘束されないで、配管接合部が自由に
配管軸方向に変位する。これにより、円筒容器の配管と
の接合部に過大な熱応力が生じるのを防止することがで
きる。
【００１９】また、本発明はある温度の一の流体を導く
主流配管と、この一の流体と混合される、異なる温度の
他の流体を導く支流配管とを備え、これらの双方の流体
を混合させてある温度と異なる温度の流体を生成する流
体混合継手において、主流配管のまわりに円筒容器をも
って異なる温度の他の流体を溜める流体室を形成し、円
筒容器内に臨ませた主流配管の一定領域を多孔質セラミ
ックス材料からなる直管で構成することができる。
【００２０】上記構成からなる流体混合継手においては
支流配管から流体室に流れた他の流体がより細かく吹き
出し、圧力損失を少なくすることができる。また、混合
される双方の流体の間で温度差がより大きくなっても、
主流配管に熱衝撃による損傷等を生じないで、安全に使
用することができる。
【００２１】さらに、本発明は多孔質セラミックス材料
からなる直管に代えて、金属線の固まりを間に挟み込み
構成される多数の透孔を備えた２重構造の直管で構成し
てもよい。
【００２２】上記構成からなる流体混合継手においては
支流配管から流体室に流れた他の流体がより細かく吹き
出し、圧力損失を少なくすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本発明の第
１の実施の形態を図面を参照して説明する。図１におい
て、混合される一方の流体を導く主流配管１はそれのま
わりに環状空間を形成する円筒容器２を備えている。こ
の円筒容器２は後記の支流配管と接続する開口３を有す
る。環状空間は密閉されており、他方の流体のための流
体室４を構成している。
【００２４】さらに、主流配管１の壁面を貫いて複数個
の孔が穿たれ、この孔にそれぞれ他方の流体を噴出させ
る噴出器、たとえばノズル５が装着されている。各ノズ
ル５は主流配管１内を流れる流体の流動方向Ｘにある角
度傾斜して取り付けられている。
【００２５】また、主流配管１内の一方の流体と混合さ
れる他方の流体を導く支流配管６が円筒容器２の開口３
と結ばれている。このため、支流配管６内を流れた流体
は一度流体室４に溜められ、そこから各ノズル５を通っ
て主流配管１に吹き出すようになっている。
【００２６】また、図２に示されるように、ノズル５は
同一円周上に等間隔を保って４個配置され、主流配管１
内の混合域７にかけて各方向から流体が吹き出すように
構成されている。
【００２７】本実施の形態は上記構成からなり、たとえ
ば、高温流体は支流配管６から流体室４に流入し、さら
に各ノズル５を通って混合域７を流れる低温流体中に吹
き出す。このとき、高温流体は円周上に等間隔に配置し
たノズル５を通って各方向から均一に吹き出し、低温流
体と混合される。このため、高温流体と接する主流配管
１の温度分布は配管軸方向に一様な分布となり、主流配
管１の一部が局部的な加熱により極度に高温になるのを
防ぐことができる。
【００２８】また、高温流体が流れる支流配管６が主流
配管１を取り囲む円筒容器２の開口３と結ばれ、高温流
体が吹き出す前に流体室４内に流入するので、主流配管
１の周囲を満たす高温流体で均一に加熱され、主流配管
１の円周上の一部だけが過熱状態に陥るのを防ぐことが
できる。これにより、主流配管１に過大な熱応力が生じ
るのを回避することが可能になる。
【００２９】さらに、流動方向に傾斜させた各ノズル５
を通して主流の流れを乱さずに支流流体を導くことがで
きる。
【００３０】本実施の形態によれば、混合される双方の
流体の温度差が大きくなるときも、一方の主流配管に過
大な熱応力が発生するのを回避することができる。ま
た、混合される流体の流量が増しても、円筒容器内の容
量の大きい流体室により必要な量の混合流体を導くこと
ができ、生成した流体を安定して望ましい温度に保持す
ることが可能になる。
【００３１】（第２の実施の形態）さらに、本発明の第
２の実施の形態を説明する。図３において、主流配管１
はそれのまわりに流体室４を形成する円筒容器８を備え
ている。この円筒容器８は開口３を有し、その本体部分
が軸方向に長く延びている。
【００３２】また、円筒容器８の開口３に支流配管６が
接続されている。流体室４に臨ませた主流配管１の円周
上には等間隔を保って多数の透孔９が穿たれている。こ
の透孔９は開口３の近傍では同一円周上に４個、そこか
ら離れるに従い同一円周上に６個ないし８個と数を増し
て穿たれる。つまり、中心部を少なく、離れるに従いよ
り多くなるように配置され、流体が主流配管１ないの混
合域７に均一に吹き出すように構成されている。
【００３３】本実施の形態は上記構成からなり、たとえ
ば、高温流体は支流配管６から流体室４に流入し、さら
に各透孔９を通って混合域７を流れる低温流体中に吹き
出す。このとき、高温流体は円周上に等間隔を保ち、か
つ分布を相違させて配置した透孔９を通って各方向から
均一に吹き出し、低温流体と混合される。このため、高
温流体と接する主流配管１の温度分布は配管軸方向に一
様な分布となり、主流配管１が局部的に加熱されて温度
が上昇するのを防ぐことができる。
【００３４】また、支流配管６が主流配管１を取り囲む
円筒容器１１の開口３と結ばれ、高温流体が吹き出す前
に環状の流体室４に流入するので、主流配管１の周囲を
満たす高温流体で均一に加熱され、円周上の一部だけが
過熱状態に陥るのを防ぐことができる。これにより、主
流配管１に過大な熱応力が生じるのを回避することが可
能になる。
【００３５】さらに、高温流体と接する円筒容器８の配
管接合部Ｃを混合域７から離すことが可能で、配管接合
部Ｃ近傍の温度上昇を抑えることができる。これによ
り、当該接合部に過大な熱応力が発生するのを回避する
ことができ、損傷を生じることなく、安定に使用するこ
とが可能になる。
【００３６】本実施の形態においては上記第１の実施の
形態と同様に、流体の温度差が大きくなるときも、主流
配管に過大な熱応力が生じるのを回避することが可能に
なる。また、混合される流体の流量が増しても、円筒容
器内の容量の大きい流体室により必要な量の混合流体を
導くことができ、生成した流体を安定して望ましい温度
に保持することができる。
【００３７】（第３の実施の形態）さらに、本発明の第
３の実施の形態を説明する。図４において、主流配管１
はそれのまわりに流体室４を形成する円筒容器８を備え
ている。この円筒容器８内の配管接合部Ｃの直ぐ近くに
それぞれ熱衝撃緩衝材１０が設けられる。この熱衝撃緩
衝材１０は熱絶縁効果のある材料であればいずれの材料
を用いてもよいが、本実施の形態では耐熱セラミックフ
ァイバで構成したものが挿入されている。上記した点以
外の構成は第２の実施の形態の構成と同一である。
【００３８】本実施の形態は上記構成からなり、流体混
合継手は上述した第２の実施の形態と同様な働きを得る
ことができる。本実施の形態では、特に、配管接合部Ｃ
の直ぐ近くに挿入した熱衝撃緩衝材１０で配管接合部Ｃ
が直接高温流体にさらされないので、当該接合部近傍の
過度の温度上昇を抑えることが可能になる。これによ
り、配管接合部Ｃに過大な熱応力が発生するのを回避す
ることができ、損傷を生じることなく、より安全に使用
することが可能になる。
【００３９】本実施の形態によれば、上記第２の実施の
形態の効果に加えて、混合される流体の温度差が一層増
大しても、主流配管に損傷等を生じないで、安全に使用
することができる。
【００４０】（第４の実施の形態）さらに、本発明の第
４の実施の形態を説明する。図５において、主流配管１
はそれのまわりに流体室４を形成する円筒容器１１を備
えている。この円筒容器１１はそれの両端に主流配管１
と嵌合する配管接合部１１ａを有する。この配管接合部
１１ａは主流配管１の外面に沿って軸方向に長く延びて
いる。それぞれ配管接合部１１にはベローズ（図示せ
ず）を装着する。
【００４１】本実施の形態は上記構成からなり、支流配
管６から高温流体が流体室４に流入すると、高温流体に
より円筒容器１１が加熱され、高温になった円筒容器１
１が配管軸方向に伸びる。このとき、円筒容器１１の伸
びは拘束されないで配管接合部１１ａは自由に配管軸方
向に変位する。なお、各接合部１１ａからの漏洩流体に
ついてはそこに装着したベローズによって密封すること
が可能である。
【００４２】本実施の形態においては円筒容器１１の配
管接合部１１ａが変位するので、円筒容器１１の主流配
管１との接合部に過大な熱応力が生じるのを防止するこ
とができる。
【００４３】本実施の形態によれば、上記第２の実施の
形態の効果に加えて、流体混合継手の円筒容器の配管接
合部に過大な熱応力が生じるのを防ぐことが可能にな
る。
【００４４】（第５の実施の形態）さらに、本発明の第
５の実施の形態を説明する。図６において、主流配管１
はそれのまわりに流体室４を形成する円筒容器１１を備
えている。この円筒容器１１内に臨ませた主流配管１の
一定領域は多孔質セラミックス材料からなる直管１２で
構成されている。
【００４５】本実施の形態は上記構成からなり、流体混
合継手は上述した第２の実施の形態と同様な働きを得る
ことができる。本実施の形態では、特に、多孔質のセラ
ミックス製の直管１２を通って吹き出すので、高温流体
が相対的に大きい上記実施の形態の透孔から吹き出すも
のと比べてより細かく吹き出し、圧力損失を少なくする
ことができる。
【００４６】さらに、セラミックスからなる直管１２に
より高温流体と低温流体との間で温度差がより大きくな
っても、混合域７において熱衝撃による損傷を生じるこ
となく、より安全に使用することが可能になる。
【００４７】なお、本実施の形態は多孔質セラミックス
からなる直管１２に代えて、図７に示すような金属線１
３の固まりを間に挟み込んで構成される多数の透孔１４
を備えた２重構造の直管１５を使用してもよい。
【００４８】本実施の形態によれば、上記第２の実施の
形態の効果に加えて、混合される流体の間で温度差が一
層増大しても、主流配管に損傷等を生じないで安全に使
用することができる。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、混合される双方の流体
の温度差が大きくなるときも、一方の主流配管に過大な
熱応力が発生するのを回避することができる。また、混
合される流体の流量が増しても、円筒容器内の容量の大
きい流体室により必要とする量の混合流体を導くことが
でき、生成した流体を安定して望ましい温度に保持する
ことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流体混合継手の第１の実施の形態
を示す縦断面図。
【図２】図１の流体混合継手の横断面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す縦断面図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す縦断面図。
【図５】本発明の第４の実施の形態を示す縦断面図。
【図６】本発明の第５の実施の形態を示す縦断面図。
【図７】本発明の第５の実施の形態に適用される直管を
示す縦断面図。
【図８】従来の流体混合継手の一例を示す縦断面図。
【図９】従来の流体混合継手の応力分布を示す図。
【図１０】従来の流体混合継手の他の例を示す縦断面
図。
【符号の説明】
１ 主流配管 ２、８、１１ 円筒容器 ４ 流体室 ５ ノズル ６ 支流配管 ９ 透孔 １０ 熱衝撃緩衝材 １２、１５ 直管

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ある温度の一の流体を導く主流配管と、
    この一の流体と混合される、異なる温度の他の流体を導
    く支流配管とを備え、これらの双方の流体を混合させて
    前記ある温度と異なる温度の流体を生成する流体混合継
    手において、該主流配管のまわりに円筒容器をもって異
    なる温度の前記他の流体を溜める流体室を形成し、前記
    円筒容器内の該主流配管に前記流体室内の該他の流体を
    該一の流体中に吹き出す複数個の噴出器を設けたことを
    特徴とする流体混合継手。
  2. 【請求項２】 前記噴出器が該主流配管内を流れる前記
    一の流体の流動方向に対してある角度傾斜して取り付け
    られるノズルからなることを特徴とする請求項１記載の
    流体混合継手。
  3. 【請求項３】 前記噴出器に代えて、前記円筒容器内の
    該主流配管に前記流体室内の該他の流体を該一の流体中
    に吹き出す複数個の透孔を穿設したことを特徴とする請
    求項１記載の流体混合継手。
  4. 【請求項４】 前記円筒容器内の該主流配管接合部近く
    に熱衝撃緩衝材をそれぞれ挿入したことを特徴とする請
    求項３記載の流体混合継手。
  5. 【請求項５】 前記円筒容器の配管接合部を該主流配管
    の外面に沿って軸方向に長く延ばして形成し、該円筒容
    器が熱膨張によって伸びるとき、該配管接合部の変位を
    拘束しないようにしたことを特徴とする請求項１ないし
    ４のいずれか１項に記載の流体混合継手。
  6. 【請求項６】 ある温度の一の流体を導く主流配管と、
    この一の流体と混合される、異なる温度の他の流体を導
    く支流配管とを備え、これらの双方の流体を混合させて
    前記ある温度と異なる温度の流体を生成する流体混合継
    手において、該主流配管のまわりに円筒容器をもって異
    なる温度の前記他の流体を溜める流体室を形成し、前記
    円筒容器内に臨ませた該主流配管の一定領域を多孔質セ
    ラミックス材料からなる直管で構成したことを特徴とす
    る流体混合継手。
  7. 【請求項７】 前記多孔質セラミックス材料からなる直
    管に代えて、金属線の固まりを間に挟み込み構成される
    多数の透孔を備えた２重構造の直管で構成したことを特
    徴とする請求項６記載の流体混合継手。
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