二温流体混合器
【課題】温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合すること。
【解決手段】第２の（高温）流体流出部１０が、流体混合部７内に、外管２の軸方向に沿って延びるようにして配置され、混合流体流入部１１が、流体混合部７内の第２の（高温）流体流出部１０よりも下流側に、外管２の軸方向と直交する方向に沿って延びるようにして配置されているとともに、第２の（高温）流体流出部１０に導かれた第２の（高温）流体を、外管２の軸方向と直交する方向に向かって放射状に放出させる第２の（高温）流体放出口１０ａが、第２の（高温）流体流出部１０の周方向に沿って一列設けられており、流体混合部７内で混合された混合流体を、半径方向外側から半径方向内側に向かって混合流体流入部１１に流入させる混合流体流入口１１ａが、混合流体流入部１１の周方向に沿って一列設けられている。
【解決手段】第２の（高温）流体流出部１０が、流体混合部７内に、外管２の軸方向に沿って延びるようにして配置され、混合流体流入部１１が、流体混合部７内の第２の（高温）流体流出部１０よりも下流側に、外管２の軸方向と直交する方向に沿って延びるようにして配置されているとともに、第２の（高温）流体流出部１０に導かれた第２の（高温）流体を、外管２の軸方向と直交する方向に向かって放射状に放出させる第２の（高温）流体放出口１０ａが、第２の（高温）流体流出部１０の周方向に沿って一列設けられており、流体混合部７内で混合された混合流体を、半径方向外側から半径方向内側に向かって混合流体流入部１１に流入させる混合流体流入口１１ａが、混合流体流入部１１の周方向に沿って一列設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合する二温流体混合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合しようとする二温流体混合器としては、例えば、特許文献１に開示されているものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３９３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているものでは、主管１の内部を流れる低温流体に対して、主管１の軸方向と直交する方向の一方向からのみ高温流体が供給されるようになっている。そこで、特許文献１に開示されているものでは、流体混合器２により旋回流を発生させて低温流体と高温流体とを均一に混合させようとしている。しかしながら、特許文献１に開示されているものでは、特許文献１の図８（ｂ）に示されているように、最も高い温度領域（１３６．７℃の領域）が、図８（ｂ）において右上側に偏り、最も低い温度領域（８３．７℃の領域）が、図８（ｂ）において左下側に偏るとともに、最も高い温度領域と最も低い温度領域との温度差が５０℃以上もついてしまい、低温流体と高温流体とが今ひとつ均一に混合されていないことがわかる。
【０００５】
また、低温流体と高温流体との温度差が数１００℃（例えば、５００℃）以上もあるような流体を流そうとした場合には、交差供給管４と主管１との熱伸び差により交差供給管４と主管１との接合部に亀裂が発生したり、上流供給管３と主管１との熱伸び差により上流供給管３と主管１との接合部に亀裂が発生して、高温流体や低温流体、あるいは混合流体が外に漏れだしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合することのできる二温流体混合器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る二温流体混合器は、第１の流体が流入する第１の流体流入部、内管接続部、および流体混合部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された外管と、第２の流体が流入する第２の流体流入部、転向部、第２の流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された内管と、混合流体流入部および混合流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された混合流体排出管と、を備え、前記第２の流体流出部が、前記流体混合部内に、前記外管の軸方向に沿って延びるようにして配置され、前記混合流体流入部が、前記流体混合部内の前記第２の流体流出部よりも下流側に、前記外管の軸方向と直交する方向に沿って延びるようにして配置されているとともに、前記第２の流体流出部に導かれた第２の流体を、前記外管の軸方向と直交する方向に向かって放射状に放出させる第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の周方向に沿って一列設けられており、前記流体混合部内で混合された混合流体を、半径方向外側から半径方向内側に向かって前記混合流体流入部に流入させる混合流体流入口が、前記混合流体流入部の周方向に沿って一列設けられている。
【０００８】
本発明に係る二温流体混合器によれば、外管の軸方向に沿って流れる第１の流体が、流体混合部内において、外管の軸方向と直交する方向に高温流体放出口から放射状に放出される第２の流体により撹拌され、第１の流体と第２の流体との均一な混合が図られるとともに、第１の流体と第２の流体との混合流体が、混合流体流入口に流入する際に、第１の流体と第２の流体とのさらなる均一な混合が図られることになる。
これにより、温度の異なる第１の流体と第２の流体とを均一に混合することができる。
また、本発明に係る二温流体混合器によれば、外管と混合流体排出管とが、直交するようにして配置されることになる。
これにより、当該二温流体混合器の軸方向の寸法を小さくすることができ、当該二温流体混合器の小型化を図ることができる。
【０００９】
上記二温流体混合器において、第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の軸方向に沿って複数列設けられており、前記混合流体流入口が、前記混合流体流入部の軸方向に沿って複数列設けられているとさらに好適である。
【００１０】
このような二温流体混合器によれば、外管の軸方向に沿って流れる第１の流体が、流体混合部内において、外管の軸方向と直交する方向に放射状に放出される第２の流体により複数段階で撹拌され、第１の流体と第２の流体とのより均一な混合が図られるとともに、第１の流体と第２の流体との混合流体が、混合流体流入口に流入する際に、第１の流体と第２の流体とのさらなる均一な混合が図られることになる。
これにより、温度の異なる第１の流体と第２の流体とをより一層均一に混合することができる。
【００１１】
上記二温流体混合器において、前記第１の流体流入部と前記内管接続部とが伸縮継手を介して結合されており、前記内管接続部と前記流体混合部とが伸縮継手を介して結合されているとさらに好適である。
【００１２】
このような二温流体混合器によれば、第１の流体と第２の流体との温度差が数１００℃（例えば、５００℃）以上もあるような流体を流そうとした場合でも、外管と内管との熱伸び差が伸縮継手により吸収されることになる。
これにより、外管と内管との接合部に亀裂が発生するのを防止することができ、第１の流体や第２の流体、あるいは混合流体が当該二温流体混合器の外に漏れだしてしまうことを防止することができる。
【００１３】
上記二温流体混合器において、一端が前記内管接続部の内周面に結合され、他端が前記内管の外周面に接するようにして前記内管を支持する板バネが、周方向に沿うとともに等間隔離間するようにして少なくとも二枚設けられているとさらに好適である。
【００１４】
このような二温流体混合器によれば、自由端とされた内管の先端部が板バネにより支持されることになる。
これにより、自由端とされた内管の先端部の振動を低減させることができ、振動による内管の損傷を防止することができる。
【００１５】
上記二温流体混合器において、前記第１の流体として、温度数１０℃の低温流体が流され、前記第２の流体として、温度数１００℃の高温流体が流されるとさらに好適である。
【００１６】
このような二温流体混合器によれば、流体混合部内において、高温流体である第２の流体が、低温流体である第１の流体に包み込まれるようにして移動していくことになる。
これにより、内管よりもボリュームのある外管の温度上昇を抑制することができ、外管の材料として耐熱性の低い材料を採用することができて、製造コストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る二温流体混合器によれば、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合することのできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る二温流体混合器について、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【００２０】
図１に示すように、二温流体混合器（「混合流配管構造」または「混合流体用管路」といってもよい。）１は、外管（第１の流入管）２と、内管（第２の流入管）３と、混合流体排出管（流出管）４とを備えている。
外管２は、低温（第１の）流体流入部５と、内管接続部６と、流体混合部７とを備え、内管３は、高温（第２の）流体流入部８と、転向部（曲がり部：湾曲部）９と、高温（第２の）流体流出（放出）部１０とを備えており、混合流体排出管４は、混合流体流入部１１と、混合流体流出部１２とを備えている。
【００２１】
低温流体流入部５は、その内部を低温流体（例えば、温度数１０℃、流速数ｍ／sec、圧力数百ＫＰａの空気）が流れてくる配管（図示せず）の下流端に、その上流端が接続される直管またはエルボ管であり、配管の下流端と低温流体流入部５の上流端とは、図示しないフランジおよびボルト・ナットを介して結合されている。
【００２２】
内管接続部６は、低温流体流入部５の下流端に、その上流端が伸縮継手１３を介して接続されるとともに、流体混合部７の上流端に、その下流端が伸縮継手１４を介して接続される本管６ａと、本管６ａの、軸方向（図１において上下方向）において中央部に位置する外周面から外方に向かって突出する枝管６ｂとを備えたＴ字管である。また、枝管６ｂの先端（開口端）と、転向部９の上流側近傍に位置する高温流体流入部８（すなわち、内管３）の外周面とは、枝管６ｂの先端と高温流体流入部８（すなわち、内管３）の外周面との間に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）６ｃを介して結合されている。
伸縮継手１３，１４は、例えば、断面視蛇腹状を呈する継手であり、軸方向（図１において上下方向）、およびこの軸方向と直交する方向（例えば、図１において左右方向）へ伸縮可能に構成されている。また、伸縮継手１３，１４を作製する材料としては、高強度で薄板構造であり、バネ定数を低く（小さく）することができる材料（例えば、インコネル（登録商標））が好ましい。
【００２３】
流体混合部７は、低温流体流入部５および本管６ａの内径よりも大きい内径を有するとともに、その内部に低温流体と高温流体（例えば、温度数１００℃、流速１０ｍ／sec、圧力数百ＫＰａの空気）とを混合する混合空間Ｓを有する直管である。流体混合部７の一端（上流端：開口端）には、その中央部に平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通する開口（貫通穴）７ａを有する端板（側板）７ｂが結合されており、流体混合部７の他端（下流端）には、流体混合部７の他端に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）７ｃが結合されている。
一方、流体混合部７の他端部外周面には、平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、混合流体流入部１１（すなわち、混合流体排出管４）を支持する貫通穴７ｄが二つ、周方向において反対側に位置するようにして（１８０度離間するようにして）設けられている。
【００２４】
なお、端板７ｂの内周面（すなわち、開口７ａを形成する面）と、この内周面の半径方向内側に位置する転向部９または高温流体流出部１０（すなわち、内管３）の外周面との間には、平面視環形状を呈する隙間Ｇが形成され、この隙間Ｇを通って低温流体が混合空間Ｓ内に流入するようになっている。
また、製造（組立）工程において、二つの貫通穴７ｄに混合流体流入部１１（すなわち、混合流体排出管４）が挿通された後、貫通穴７ｄと、混合流体流入部１１（すなわち、混合流体排出管４）の外周面との間に形成される隙間は、溶接ビード等により閉塞されるため、当該隙間から混合流体が漏れ出すことはない。
【００２５】
高温流体流入部８は、その内部を高温流体が流れてくる配管（図示せず）の下流端に、その上流端が接続される直管またはエルボ管であり、配管の下流端と高温流体流入部８の上流端とは、図示しないフランジおよびボルト・ナットを介して結合されている。
転向部９は、上流側の端部に設けられた高温流体流入部８と、下流側の端部に設けられた高温流体流出部１０とを連結するエルボ管であり、本実施形態では、内管接続部６内において、高温流体の流れ方向を９０度変えて、高温流体の流れ方向が、低温流体の流れ方向と一致するように曲げられている。
【００２６】
高温流体流出部１０は、周方向および軸方向に沿って、平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、高温流体を半径方向外側に向かって放射状に放出（噴出）させる高温（第２の）流体放出（噴出）口１０ａが千鳥状に多数設けられており、高温流体流出部１０の先端（下流端）には、高温流体流出部１０の先端に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）１０ｂが結合されている。
【００２７】
混合流体流入部１１は、周方向および軸方向に沿って、平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、混合流体を半径方向外側から半径方向内側に向かって流入させる（取り入れる）混合流体流入（取入）口１１ａが千鳥状に多数設けられており、混合流体流入部１１の先端（上流端）には、混合流体流入部１１の先端に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）１１ｂが結合されている。
混合流体流出部１２は、その内部を混合流体が流れていく配管（図示せず）の上流端に、その下流端が接続される直管またはエルボ管であり、配管の上流端と混合流体流出部１２の上流端とは、図示しないフランジおよびボルト・ナットを介して結合されている。
【００２８】
なお、高温流体放出口１０ａの穴径（口径）は、高温流体放出口１０ａを通過する際の流体の圧力損失が数ＫＰａとなり、内管３の高温流体流出部１０における励振周波数が内管３の固有振動数よりも大きくなるように設定されており、混合流体流入口１１ａの穴径（口径）は、混合流体流入口１１ａを通過する際の流体の圧力損失が数ＫＰａとなるように設定されている。
【００２９】
また、図１中の符号１５は、二温流体混合器１を図示しない設置面または設置面に設置された基台（土台）に固定するための固定点を示している。すなわち、本実施形態においては、流体混合部７の一端部（上流側の端部）のみが設置面または設置面に設置された基台（土台）に固定されていることになる。そして、低温流体流入部５、内管接続部６、および内管３は、設置面または設置面に設置された基台（土台）に拘束されることなく、流体混合部７に対する、軸方向（図１において上下方向）、およびこの軸方向と直交する方向（例えば、図１において左右方向）へ移動が許容されるようになっている。
【００３０】
本実施形態に係る二温流体混合器１によれば、外管２の軸方向に沿って流れる低温流体が、流体混合部７内において、外管２の軸方向と直交する方向に高温流体放出口１０ａから放射状に放出される高温流体により撹拌され、低温流体と高温流体との均一な混合が図られるとともに、低温流体と高温流体との混合流体が、混合流体流入口１１ａに流入する際に、低温流体と高温流体とのさらなる均一な混合が図られることになる。
これにより、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る二温流体混合器１よれば、２外管と混合流体排出管４とが、直交するようにして配置されることになる。
これにより、二温流体混合器１の軸方向の寸法を小さくすることができ、二温流体混合器１の小型化を図ることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態に係る二温流体混合器１によれば、低温流体と高温流体との温度差が数１００℃（例えば、５００℃）以上もあるような流体を流そうとした場合でも、外管２と内管３との熱伸び差が伸縮継手１３，１４により吸収されることになる。
これにより、外管２と内管３との接合部に亀裂が発生するのを防止することができ、低温流体や高温流体、あるいは混合流体が二温流体混合器１の外に漏れだしてしまうことを防止することができる。
【００３３】
さらにまた、本実施形態に係る二温流体混合器１によれば、流体混合部７内において、高温流体が低温流体に包み込まれるようにして移動していくことになる。
これにより、内管３よりもボリュームのある外管２の温度上昇を抑制することができ、外管２の材料として耐熱性の低い材料を採用することができて、製造コストを低減させることができる。
【００３４】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る二温流体混合器について、図２を参照しながら説明する。
図２は本実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態に係る二温流体混合器２１は、板バネ２２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３６】
板バネ２２は、一端（上流端）が本管６ａ（すなわち、内管接続部６）の内周面に結合され、他端（下流端）が転向部９の下流側の端部または高温流体流出部１０（すなわち、内管３）の外周面に接するようにして転向部９の下流側の端部または高温流体流出部１０（すなわち、内管３）を支持する、平面視矩形状を呈する薄板状の部材であり、周方向に沿って少なくとも二枚（本実施形態では周方向において反対側に位置するようにして（１８０度離間するようにして）二枚）設けられている。
【００３７】
本実施形態に係る二温流体混合器２１によれば、自由端とされた内管３の高温流体流出部１０が板バネ２２により支持されることになる。
これにより、自由端とされた内管３の高温流体流出部１０の振動を低減させることができ、振動による内管３の損傷を防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態においては、外管２の上流端から低温流体を流入させ、内管３の上流端から高温流体を流入させるものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、外管２の上流端から高温流体を流入させ、内管３の上流端から低温流体を流入させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 二温流体混合器
２ 外管
３ 内管
４ 混合流体排出管
５ 低温（第１の）流体流入部
６ 内管接続部
７ 流体混合部
８ 高温（第２の）流体流入部
９ 転向部
１０ 高温（第２の）流体流出部
１０ａ 高温（第２の）流体放出口
１１ 混合流体流入部
１１ａ 混合流体流入口
１２ 混合流体流出部
１３ 伸縮継手
１４ 伸縮継手
２１ 二温流体混合器
２２ 板バネ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合する二温流体混合器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合しようとする二温流体混合器としては、例えば、特許文献１に開示されているものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３９３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されているものでは、主管１の内部を流れる低温流体に対して、主管１の軸方向と直交する方向の一方向からのみ高温流体が供給されるようになっている。そこで、特許文献１に開示されているものでは、流体混合器２により旋回流を発生させて低温流体と高温流体とを均一に混合させようとしている。しかしながら、特許文献１に開示されているものでは、特許文献１の図８（ｂ）に示されているように、最も高い温度領域（１３６．７℃の領域）が、図８（ｂ）において右上側に偏り、最も低い温度領域（８３．７℃の領域）が、図８（ｂ）において左下側に偏るとともに、最も高い温度領域と最も低い温度領域との温度差が５０℃以上もついてしまい、低温流体と高温流体とが今ひとつ均一に混合されていないことがわかる。
【０００５】
また、低温流体と高温流体との温度差が数１００℃（例えば、５００℃）以上もあるような流体を流そうとした場合には、交差供給管４と主管１との熱伸び差により交差供給管４と主管１との接合部に亀裂が発生したり、上流供給管３と主管１との熱伸び差により上流供給管３と主管１との接合部に亀裂が発生して、高温流体や低温流体、あるいは混合流体が外に漏れだしてしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合することのできる二温流体混合器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る二温流体混合器は、第１の流体が流入する第１の流体流入部、内管接続部、および流体混合部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された外管と、第２の流体が流入する第２の流体流入部、転向部、第２の流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された内管と、混合流体流入部および混合流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された混合流体排出管と、を備え、前記第２の流体流出部が、前記流体混合部内に、前記外管の軸方向に沿って延びるようにして配置され、前記混合流体流入部が、前記流体混合部内の前記第２の流体流出部よりも下流側に、前記外管の軸方向と直交する方向に沿って延びるようにして配置されているとともに、前記第２の流体流出部に導かれた第２の流体を、前記外管の軸方向と直交する方向に向かって放射状に放出させる第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の周方向に沿って一列設けられており、前記流体混合部内で混合された混合流体を、半径方向外側から半径方向内側に向かって前記混合流体流入部に流入させる混合流体流入口が、前記混合流体流入部の周方向に沿って一列設けられている。
【０００８】
本発明に係る二温流体混合器によれば、外管の軸方向に沿って流れる第１の流体が、流体混合部内において、外管の軸方向と直交する方向に高温流体放出口から放射状に放出される第２の流体により撹拌され、第１の流体と第２の流体との均一な混合が図られるとともに、第１の流体と第２の流体との混合流体が、混合流体流入口に流入する際に、第１の流体と第２の流体とのさらなる均一な混合が図られることになる。
これにより、温度の異なる第１の流体と第２の流体とを均一に混合することができる。
また、本発明に係る二温流体混合器によれば、外管と混合流体排出管とが、直交するようにして配置されることになる。
これにより、当該二温流体混合器の軸方向の寸法を小さくすることができ、当該二温流体混合器の小型化を図ることができる。
【０００９】
上記二温流体混合器において、第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の軸方向に沿って複数列設けられており、前記混合流体流入口が、前記混合流体流入部の軸方向に沿って複数列設けられているとさらに好適である。
【００１０】
このような二温流体混合器によれば、外管の軸方向に沿って流れる第１の流体が、流体混合部内において、外管の軸方向と直交する方向に放射状に放出される第２の流体により複数段階で撹拌され、第１の流体と第２の流体とのより均一な混合が図られるとともに、第１の流体と第２の流体との混合流体が、混合流体流入口に流入する際に、第１の流体と第２の流体とのさらなる均一な混合が図られることになる。
これにより、温度の異なる第１の流体と第２の流体とをより一層均一に混合することができる。
【００１１】
上記二温流体混合器において、前記第１の流体流入部と前記内管接続部とが伸縮継手を介して結合されており、前記内管接続部と前記流体混合部とが伸縮継手を介して結合されているとさらに好適である。
【００１２】
このような二温流体混合器によれば、第１の流体と第２の流体との温度差が数１００℃（例えば、５００℃）以上もあるような流体を流そうとした場合でも、外管と内管との熱伸び差が伸縮継手により吸収されることになる。
これにより、外管と内管との接合部に亀裂が発生するのを防止することができ、第１の流体や第２の流体、あるいは混合流体が当該二温流体混合器の外に漏れだしてしまうことを防止することができる。
【００１３】
上記二温流体混合器において、一端が前記内管接続部の内周面に結合され、他端が前記内管の外周面に接するようにして前記内管を支持する板バネが、周方向に沿うとともに等間隔離間するようにして少なくとも二枚設けられているとさらに好適である。
【００１４】
このような二温流体混合器によれば、自由端とされた内管の先端部が板バネにより支持されることになる。
これにより、自由端とされた内管の先端部の振動を低減させることができ、振動による内管の損傷を防止することができる。
【００１５】
上記二温流体混合器において、前記第１の流体として、温度数１０℃の低温流体が流され、前記第２の流体として、温度数１００℃の高温流体が流されるとさらに好適である。
【００１６】
このような二温流体混合器によれば、流体混合部内において、高温流体である第２の流体が、低温流体である第１の流体に包み込まれるようにして移動していくことになる。
これにより、内管よりもボリュームのある外管の温度上昇を抑制することができ、外管の材料として耐熱性の低い材料を採用することができて、製造コストを低減させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る二温流体混合器によれば、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合することのできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る二温流体混合器について、図１を参照しながら説明する。
図１は本実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【００２０】
図１に示すように、二温流体混合器（「混合流配管構造」または「混合流体用管路」といってもよい。）１は、外管（第１の流入管）２と、内管（第２の流入管）３と、混合流体排出管（流出管）４とを備えている。
外管２は、低温（第１の）流体流入部５と、内管接続部６と、流体混合部７とを備え、内管３は、高温（第２の）流体流入部８と、転向部（曲がり部：湾曲部）９と、高温（第２の）流体流出（放出）部１０とを備えており、混合流体排出管４は、混合流体流入部１１と、混合流体流出部１２とを備えている。
【００２１】
低温流体流入部５は、その内部を低温流体（例えば、温度数１０℃、流速数ｍ／sec、圧力数百ＫＰａの空気）が流れてくる配管（図示せず）の下流端に、その上流端が接続される直管またはエルボ管であり、配管の下流端と低温流体流入部５の上流端とは、図示しないフランジおよびボルト・ナットを介して結合されている。
【００２２】
内管接続部６は、低温流体流入部５の下流端に、その上流端が伸縮継手１３を介して接続されるとともに、流体混合部７の上流端に、その下流端が伸縮継手１４を介して接続される本管６ａと、本管６ａの、軸方向（図１において上下方向）において中央部に位置する外周面から外方に向かって突出する枝管６ｂとを備えたＴ字管である。また、枝管６ｂの先端（開口端）と、転向部９の上流側近傍に位置する高温流体流入部８（すなわち、内管３）の外周面とは、枝管６ｂの先端と高温流体流入部８（すなわち、内管３）の外周面との間に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）６ｃを介して結合されている。
伸縮継手１３，１４は、例えば、断面視蛇腹状を呈する継手であり、軸方向（図１において上下方向）、およびこの軸方向と直交する方向（例えば、図１において左右方向）へ伸縮可能に構成されている。また、伸縮継手１３，１４を作製する材料としては、高強度で薄板構造であり、バネ定数を低く（小さく）することができる材料（例えば、インコネル（登録商標））が好ましい。
【００２３】
流体混合部７は、低温流体流入部５および本管６ａの内径よりも大きい内径を有するとともに、その内部に低温流体と高温流体（例えば、温度数１００℃、流速１０ｍ／sec、圧力数百ＫＰａの空気）とを混合する混合空間Ｓを有する直管である。流体混合部７の一端（上流端：開口端）には、その中央部に平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通する開口（貫通穴）７ａを有する端板（側板）７ｂが結合されており、流体混合部７の他端（下流端）には、流体混合部７の他端に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）７ｃが結合されている。
一方、流体混合部７の他端部外周面には、平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、混合流体流入部１１（すなわち、混合流体排出管４）を支持する貫通穴７ｄが二つ、周方向において反対側に位置するようにして（１８０度離間するようにして）設けられている。
【００２４】
なお、端板７ｂの内周面（すなわち、開口７ａを形成する面）と、この内周面の半径方向内側に位置する転向部９または高温流体流出部１０（すなわち、内管３）の外周面との間には、平面視環形状を呈する隙間Ｇが形成され、この隙間Ｇを通って低温流体が混合空間Ｓ内に流入するようになっている。
また、製造（組立）工程において、二つの貫通穴７ｄに混合流体流入部１１（すなわち、混合流体排出管４）が挿通された後、貫通穴７ｄと、混合流体流入部１１（すなわち、混合流体排出管４）の外周面との間に形成される隙間は、溶接ビード等により閉塞されるため、当該隙間から混合流体が漏れ出すことはない。
【００２５】
高温流体流入部８は、その内部を高温流体が流れてくる配管（図示せず）の下流端に、その上流端が接続される直管またはエルボ管であり、配管の下流端と高温流体流入部８の上流端とは、図示しないフランジおよびボルト・ナットを介して結合されている。
転向部９は、上流側の端部に設けられた高温流体流入部８と、下流側の端部に設けられた高温流体流出部１０とを連結するエルボ管であり、本実施形態では、内管接続部６内において、高温流体の流れ方向を９０度変えて、高温流体の流れ方向が、低温流体の流れ方向と一致するように曲げられている。
【００２６】
高温流体流出部１０は、周方向および軸方向に沿って、平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、高温流体を半径方向外側に向かって放射状に放出（噴出）させる高温（第２の）流体放出（噴出）口１０ａが千鳥状に多数設けられており、高温流体流出部１０の先端（下流端）には、高温流体流出部１０の先端に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）１０ｂが結合されている。
【００２７】
混合流体流入部１１は、周方向および軸方向に沿って、平面視円形状を呈するとともに板厚方向に貫通して、混合流体を半径方向外側から半径方向内側に向かって流入させる（取り入れる）混合流体流入（取入）口１１ａが千鳥状に多数設けられており、混合流体流入部１１の先端（上流端）には、混合流体流入部１１の先端に形成された開口を閉塞する閉塞板（閉塞部材）１１ｂが結合されている。
混合流体流出部１２は、その内部を混合流体が流れていく配管（図示せず）の上流端に、その下流端が接続される直管またはエルボ管であり、配管の上流端と混合流体流出部１２の上流端とは、図示しないフランジおよびボルト・ナットを介して結合されている。
【００２８】
なお、高温流体放出口１０ａの穴径（口径）は、高温流体放出口１０ａを通過する際の流体の圧力損失が数ＫＰａとなり、内管３の高温流体流出部１０における励振周波数が内管３の固有振動数よりも大きくなるように設定されており、混合流体流入口１１ａの穴径（口径）は、混合流体流入口１１ａを通過する際の流体の圧力損失が数ＫＰａとなるように設定されている。
【００２９】
また、図１中の符号１５は、二温流体混合器１を図示しない設置面または設置面に設置された基台（土台）に固定するための固定点を示している。すなわち、本実施形態においては、流体混合部７の一端部（上流側の端部）のみが設置面または設置面に設置された基台（土台）に固定されていることになる。そして、低温流体流入部５、内管接続部６、および内管３は、設置面または設置面に設置された基台（土台）に拘束されることなく、流体混合部７に対する、軸方向（図１において上下方向）、およびこの軸方向と直交する方向（例えば、図１において左右方向）へ移動が許容されるようになっている。
【００３０】
本実施形態に係る二温流体混合器１によれば、外管２の軸方向に沿って流れる低温流体が、流体混合部７内において、外管２の軸方向と直交する方向に高温流体放出口１０ａから放射状に放出される高温流体により撹拌され、低温流体と高温流体との均一な混合が図られるとともに、低温流体と高温流体との混合流体が、混合流体流入口１１ａに流入する際に、低温流体と高温流体とのさらなる均一な混合が図られることになる。
これにより、温度の異なる低温流体と高温流体とを均一に混合することができる。
【００３１】
また、本実施形態に係る二温流体混合器１よれば、２外管と混合流体排出管４とが、直交するようにして配置されることになる。
これにより、二温流体混合器１の軸方向の寸法を小さくすることができ、二温流体混合器１の小型化を図ることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態に係る二温流体混合器１によれば、低温流体と高温流体との温度差が数１００℃（例えば、５００℃）以上もあるような流体を流そうとした場合でも、外管２と内管３との熱伸び差が伸縮継手１３，１４により吸収されることになる。
これにより、外管２と内管３との接合部に亀裂が発生するのを防止することができ、低温流体や高温流体、あるいは混合流体が二温流体混合器１の外に漏れだしてしまうことを防止することができる。
【００３３】
さらにまた、本実施形態に係る二温流体混合器１によれば、流体混合部７内において、高温流体が低温流体に包み込まれるようにして移動していくことになる。
これにより、内管３よりもボリュームのある外管２の温度上昇を抑制することができ、外管２の材料として耐熱性の低い材料を採用することができて、製造コストを低減させることができる。
【００３４】
〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る二温流体混合器について、図２を参照しながら説明する。
図２は本実施形態に係る二温流体混合器を、流体の流れ方向に沿って切った断面図である。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態に係る二温流体混合器２１は、板バネ２２を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
【００３６】
板バネ２２は、一端（上流端）が本管６ａ（すなわち、内管接続部６）の内周面に結合され、他端（下流端）が転向部９の下流側の端部または高温流体流出部１０（すなわち、内管３）の外周面に接するようにして転向部９の下流側の端部または高温流体流出部１０（すなわち、内管３）を支持する、平面視矩形状を呈する薄板状の部材であり、周方向に沿って少なくとも二枚（本実施形態では周方向において反対側に位置するようにして（１８０度離間するようにして）二枚）設けられている。
【００３７】
本実施形態に係る二温流体混合器２１によれば、自由端とされた内管３の高温流体流出部１０が板バネ２２により支持されることになる。
これにより、自由端とされた内管３の高温流体流出部１０の振動を低減させることができ、振動による内管３の損傷を防止することができる。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
【００３８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
例えば、上述した実施形態においては、外管２の上流端から低温流体を流入させ、内管３の上流端から高温流体を流入させるものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、外管２の上流端から高温流体を流入させ、内管３の上流端から低温流体を流入させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１ 二温流体混合器
２ 外管
３ 内管
４ 混合流体排出管
５ 低温（第１の）流体流入部
６ 内管接続部
７ 流体混合部
８ 高温（第２の）流体流入部
９ 転向部
１０ 高温（第２の）流体流出部
１０ａ 高温（第２の）流体放出口
１１ 混合流体流入部
１１ａ 混合流体流入口
１２ 混合流体流出部
１３ 伸縮継手
１４ 伸縮継手
２１ 二温流体混合器
２２ 板バネ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体が流入する第１の流体流入部、内管接続部、および流体混合部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された外管と、
第２の流体が流入する第２の流体流入部、転向部、第２の流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された内管と、
混合流体流入部および混合流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された混合流体排出管と、を備え、
前記第２の流体流出部が、前記流体混合部内に、前記外管の軸方向に沿って延びるようにして配置され、
前記混合流体流入部が、前記流体混合部内の前記第２の流体流出部よりも下流側に、前記外管の軸方向と直交する方向に沿って延びるようにして配置されているとともに、
前記第２の流体流出部に導かれた第２の流体を、前記外管の軸方向と直交する方向に向かって放射状に放出させる第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の周方向に沿って一列設けられており、
前記流体混合部内で混合された混合流体を、半径方向外側から半径方向内側に向かって前記混合流体流入部に流入させる混合流体流入口が、前記混合流体流入部の周方向に沿って一列設けられていることを特徴とする二温流体混合器。
【請求項２】
第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の軸方向に沿って複数列設けられており、
前記混合流体流入口が、前記混合流体流入部の軸方向に沿って複数列設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二温流体混合器。
【請求項３】
前記第１の流体流入部と前記内管接続部とが伸縮継手を介して結合されており、前記内管接続部と前記流体混合部とが伸縮継手を介して結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二温流体混合器。
【請求項４】
一端が前記内管接続部の内周面に結合され、他端が前記内管の外周面に接するようにして前記内管を支持する板バネが、周方向に沿うとともに等間隔離間するようにして少なくとも二枚設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の二温流体混合器。
【請求項５】
前記第１の流体として、温度数１０℃の低温流体が流され、前記第２の流体として、温度数１００℃の高温流体が流されることを特徴とする請求項１に記載の二温流体混合器。
【請求項１】
第１の流体が流入する第１の流体流入部、内管接続部、および流体混合部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された外管と、
第２の流体が流入する第２の流体流入部、転向部、第２の流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された内管と、
混合流体流入部および混合流体流出部が、上流側から軸方向に沿って順に配置された混合流体排出管と、を備え、
前記第２の流体流出部が、前記流体混合部内に、前記外管の軸方向に沿って延びるようにして配置され、
前記混合流体流入部が、前記流体混合部内の前記第２の流体流出部よりも下流側に、前記外管の軸方向と直交する方向に沿って延びるようにして配置されているとともに、
前記第２の流体流出部に導かれた第２の流体を、前記外管の軸方向と直交する方向に向かって放射状に放出させる第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の周方向に沿って一列設けられており、
前記流体混合部内で混合された混合流体を、半径方向外側から半径方向内側に向かって前記混合流体流入部に流入させる混合流体流入口が、前記混合流体流入部の周方向に沿って一列設けられていることを特徴とする二温流体混合器。
【請求項２】
第２の流体放出口が、前記第２の流体流出部の軸方向に沿って複数列設けられており、
前記混合流体流入口が、前記混合流体流入部の軸方向に沿って複数列設けられていることを特徴とする請求項１に記載の二温流体混合器。
【請求項３】
前記第１の流体流入部と前記内管接続部とが伸縮継手を介して結合されており、前記内管接続部と前記流体混合部とが伸縮継手を介して結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の二温流体混合器。
【請求項４】
一端が前記内管接続部の内周面に結合され、他端が前記内管の外周面に接するようにして前記内管を支持する板バネが、周方向に沿うとともに等間隔離間するようにして少なくとも二枚設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の二温流体混合器。
【請求項５】
前記第１の流体として、温度数１０℃の低温流体が流され、前記第２の流体として、温度数１００℃の高温流体が流されることを特徴とする請求項１に記載の二温流体混合器。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−５５８７２（Ｐ２０１２−５５８７２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４５４９（Ｐ２０１０−２０４５４９）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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