| 【発明の名称】 |
混合促進構造 |
| 【発明者】 |
【氏名】野口 浩徳
【氏名】谷本 浩一
【氏名】児玉 淳一郎
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| 【要約】 |
【課題】温度の異なる二つの流体の温度差を少なくした後に流体を混合させて円滑に流すことにより、熱疲労の発生を少なくする。
【解決手段】本発明は、第一の温度の流体が流れる第一の配管と、該第一の配管よりも直径が小さくて内部に第二の温度の流体が流れる第二の配管とを具備し、該第二の配管は前記第一の配管内に部分的に挿入されて曲げられて、前記第一の配管内において該第一の配管に対してほぼ平行に延在する延在部分を含んでおり、前記延在部分には該延在部分の外壁から半径方向外側に前記外壁に沿って延びる少なくとも一つのフィンが設けられている混合促進構造に関する。これらフィンは螺旋状フィンであるのが好ましい。さらに、前記第一の配管の内壁および前記第二の配管の内壁の少なくとも一方に螺旋状に延びるリブが設けてもよい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 第一の温度の流体が流れる第一の配管と、該第一の配管よりも直径が小さくて内部に第二の温度の流体が流れる第二の配管とを具備し、該第二の配管は前記第一の配管内に部分的に挿入されて曲げられて、前記第一の配管内において該第一の配管に対してほぼ平行に延在する延在部分を含んでおり、前記延在部分には該延在部分の外壁から半径方向外側に前記外壁に沿って延びる少なくとも一つのフィンが設けられている混合促進構造。
【請求項２】 前記フィンが螺旋状フィンである請求項１に記載の混合促進構造。
【請求項３】 螺旋状に延びるリブが前記第一の配管の内壁および前記第二の配管の内壁の少なくとも一方に設けられている請求項１または２に記載の混合促進構造。
【請求項４】 第一の温度の流体が流れる第一の配管と、該第一の配管よりも直径が小さくて内部に第二の温度の流体が流れる第二の配管と、前記第一の温度の流体の流れに対して前記第二の配管よりも上流において、前記第一の配管の内壁から半径方向内側でかつ下流方向に延びる漏斗状部材とを具備し、前記第二の配管は前記第一の配管内に部分的に挿入されて曲げられて、前記第一の配管間に延在する延在部分を含んでおり、前記漏斗状部材の下流側端部が前記延在部分に流通可能に接続されている混合促進構造。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温流体および低温流体が流れる管、特に原子力プラントの管において、熱疲労の発生を少なくした配管系の混合促進構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラント、特に原子力プラントにおいては、多数の管が使用されている。これら管は、例えば直径が約０．７６ｍ（３０インチ）である母管と、この母管に接続されていて例えば直径が０．０５ｍ（２インチ）から０．３０ｍ（１２インチ）である枝管とを含んでいる。通常、このような管の内部には、高温流体、例えば高温の水、または低温流体、例えば低温の水が流れている。これら流体の温度は、これら流体を含む管の用途に応じて異なっており、例えば高温流体の温度は２５０度であって、低温流体の温度は７０度である。
【０００３】図７（ａ）および図７（ｂ）に母管と枝管とが接続されている状態を示す長手方向断面図を示す。これら図面に示すように母管０１の外壁に枝管０２が接続されている。母管０１および枝管０２には温度の異なる流体がそれぞれ流れている。図７（ａ）に示すように、母管０１および枝管０２を流れる流体の流量の差、およびこれら流体の温度差に応じて、枝管０２から母管０１内に流入した流体が、母管０１内を流れる流体の流れに対して下流において偏流して母管０１の内壁ｃに衝突するよう流れる場合がある。さらに、図７（ｂ）に示すように、枝管０２内を流れる流体が、枝管０２とは反対側の母管０１の内壁ｄに衝突するように流れる場合もある。このような場合には、温度の異なる流体が母管０１において均等に混合されなくなる。さらに、母管０１の内壁ｃ、ｄにおいては温度が変動する温度変動部分が形成されている。すなわち内壁ｃ、ｄの高温側では膨張するように応力が生じると共に低温側では収縮するように応力が生ずる。従って、母管０１が内壁ｃ、ｄにおいて変形すると共に、このような応力が繰り返し生ずることにより熱疲労が発生して母管が破損する場合がある。
【０００４】図８は特開昭５９−３９３３１号に開示された従来技術の配管系の混合促進構造の長手方向断面図である。図８においては、第一の温度の流体が流れる母管１０と第二の温度の流体が流れる枝管２０とが示されている。枝管２０は母管１０の外壁から母管１０の内部まで進入して、次いで母管１０の軸線方向に対してほぼ平行に延在するように曲げられている。この枝管２０の延在部分の側壁には複数の孔５０が設けられている。さらに、この枝管２０の端部には盲蓋６０が設けられており、枝管２０内を流れる第二の流体が枝管２０の端部から流れるのが妨げられている。従って、枝管２０内を流れる第二の流体は複数の孔５０から母管１０内に母管１０の軸線方向に対してほぼ垂直に流入する。さらに、外筒７０が母管１０の内壁と枝管２０の外壁との間に複数の支持部材８０によって配置されている。孔５０から母管１０の軸線方向に対してほぼ垂直に流入した第二の流体はこの外筒７０の内壁に衝突するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭５９−３９３３１号に開示された従来技術は、温度の異なる二つの流体の混合作用を高めることができるが、構造が複雑であって製造費用が増す。また、従来技術の混合促進構造は多数の部品を必要とするので、何らかの原因でこれら部品の一部が破損した場合には連鎖的に多数の部品が分離して配管系内を流れる可能性がある。このような混合促進構造が例えば原子力プラントに採用される場合には、これら部品を回収するのは極めて困難である。従って、使用する部品の数を可能な限り少なくするのが好ましい。
【０００６】さらに、前述した従来技術の混合促進構造においては、温度の異なる二つの流体が枝管２０の延在部分の外壁において直接的に混合されている。二つの流体は母管１０の内壁付近で混合されていないので、母管１０が熱疲労により損傷するのを妨げることができるが、枝管２０の延在部分が熱疲労により損傷する可能性がある。従って、母管および枝管が熱疲労により損傷するのを妨げるためには、温度の異なる二つの流体をこれら二つの流体の温度差を少なくした後に混合させる必要がある。
【０００７】また、前述した従来技術においては、第二の流体は孔５０から母管１０の軸線方向に対してほぼ垂直に母管１０に進入して第一の流体と混合されるので、これら流体の混合領域においては流体が一時的に滞留する可能性がある。作業効率を高めるためには、温度の異なる二つの流体が滞留することなく混合されて母管内を円滑に流れるのが好ましい。
【０００８】それゆえ、本発明は、使用される部材の数を少なくすると共に、温度の異なる二つの流体の混合作用を高めるか、または温度の異なる二つの流体の温度差を少なくした後に流体を混合させて円滑に流すことにより、温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止した配管系の混合促進構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明によれば、第一の温度の流体が流れる第一の配管と、該第一の配管よりも直径が小さくて内部に第二の温度の流体が流れる第二の配管とを具備し、該第二の配管は前記第一の配管内に部分的に挿入されて曲げられて、前記第一の配管内において該第一の配管に対してほぼ平行に延在する延在部分を含んでおり、前記延在部分には該延在部分の外壁から半径方向外側に前記外壁に沿って延びる少なくとも一つのフィンが設けられている混合促進構造が提供される。
【００１０】すなわち請求項１に記載の発明によって、第二の配管の延在部分に少なくとも一つのフィンが設けられているので、これらフィンの熱交換作用により第一の温度の流体と第二の温度の流体との間の温度差を少なくした後に、これら流体を混合させることができる。従って、温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。フィンを第二の配管と一体的に成形することにより、必要とされる部品の数を少なくすることもできる。さらに、第二の配管の端部には盲蓋が設けられていないので、流体が滞留することなく混合されうる。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、前記フィンが螺旋状フィンである。すなわち請求項２に記載の発明によって、第一の温度の流体と第二の温度の流体との間の温度差を小さくすると共に、第一の温度の流体に旋回流を与えて、これら流体の混合作用を促進することができる。これにより温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。螺旋状フィンを第二の配管と一体的に成形することにより、必要とされる部品の数を少なくすることもできる。さらに、旋回流は軸線方向成分を含んでいるので従来技術の場合よりも、温度の異なる二つの流体を滞留させることなしに迅速に流すことができる。
【００１２】請求項３に記載の発明によれば、螺旋状に延びるリブが前記第一の配管の内壁および前記第二の配管の内壁の少なくとも一方に設けられている。すなわち請求項３に記載の発明によって、第一の温度の流体および第二の温度の流体の少なくとも一方に旋回流を与えて、これら流体の混合作用を促進することができる。これにより温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。螺旋状のリブを第一または第二の配管と一体的に成形することにより、必要とされる部品の数を少なくすることもできる。さらに、旋回流は軸線方向成分を含んでいるので従来技術の場合よりも、温度の異なる二つの流体を滞留させることなしに迅速に流すことができる。
【００１３】請求項４に記載の発明によれば、第一の温度の流体が流れる第一の配管と、該第一の配管よりも直径が小さくて内部に第二の温度の流体が流れる第二の配管と、前記第一の温度の流体の流れに対して前記第二の配管よりも上流において、前記第一の配管の内壁から半径方向内側でかつ下流方向に延びる漏斗状部材とを具備し、前記第二の配管は前記第一の配管内に部分的に挿入されて曲げられて、前記第一の配管間に延在する延在部分を含んでおり、前記漏斗状部材の下流側端部が前記延在部分に流通可能に接続されている。すなわち請求項４に記載の発明によって、温度の異なる二つの流体を延在部分において予め混合させて、これら流体の温度差を少なくさせた後に第二の配管から流出させることができる。従って、従来技術の場合よりも使用される部品の数を少なくしつつ、温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。図１は本発明の第一の実施形態に基づく配管系の混合促進構造の長手方向断面図である。前述した従来技術と同様に、二つの配管、すなわち母管１と枝管２とが示されており、母管１に枝管２が接続されている。母管１内には第一の温度の流体、例えば高温流体が流れており、枝管２内には第二の温度の流体、例えば低温流体が流れている。枝管２は母管１の外壁に形成された開口部４を通って母管１内に挿入されている。図に示すように、この枝管２は母管１に対してほぼ平行に曲げられて、母管２内に延在する延在部分５を有している。
【００１５】図２は図１の線Ａ−Ａに沿ってみた断面図である。図１および図２に示すように、この枝管２の延在部分５には、少なくとも一つ、例えば八つのフィン６が設けられている。これらフィン６は枝管２の延在部分において枝管２の外壁から半径方向外側に延在部分５に沿って第一の温度の流体に対して下流方向に延びている。図２に示すように、複数のフィン６は枝管２の外壁から放射状に延びている。
【００１６】枝管２内を流れる第二の温度の流体は、フィン６が設けられている枝管２の延在部分５を通って枝管２の端部３から母管１内に流入して、第一の温度の流体と合流する。本実施形態においては、第二の温度の流体が枝管２の延在部分５を流れつつ、フィン６によって第一の温度の流体と第二の温度の流体との間で熱交換作用が行われる。従って、枝管２の端部３における第一の温度の流体と第二の温度の流体との間の温度差は、開口部４内の枝管２における第一の温度の流体と第二の温度の流体との間の温度差よりも小さい。すなわち本実施形態においては、第一の温度の流体と第二の温度の流体との間の温度差を小さくした後にこれら流体を混合させている。従って、温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。さらに、枝管２の端部３には盲蓋が設けられていないので、これら二つの流体を滞留させることなしに迅速に流すことができる。
【００１７】図３は本発明の第二の実施形態に基づく配管系の混合促進構造の長手方向断面図である。本実施形態において、枝管２の延在部分５の外壁には螺旋状に延びる螺旋状フィン７が設けられている。前述した第一の実施形態と同様に、この螺旋状フィン７は、第一の温度の流体と第二の温度の流体との間の温度差を小さくした後にこれら流体を混合させる役目を果たす。従って、本実施形態においても温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。さらに、本実施形態においては、螺旋状フィン７によって母管１内の第一の温度の流体に旋回流が与えられる。従って、端部３の下流における第一の温度の流体と第二の温度の流体との混合作用を高めて、結果的に熱疲労の発生を妨げることができる。また、旋回流を与えられた第一の温度の流体の流れは軸線方向成分を有しているので、従来技術の実施形態の場合よりもこれら流体を混合させて迅速に流すことができる。
【００１８】前述した第一の実施形態におけるフィン６および第二の実施形態における螺旋状フィン７を母管１の内壁に接触するように枝管２の外壁に設置してもよい。このような場合には、混合促進構造を備えた枝管２の延在部分５を母管１の内部において強力に把持することができる。さらに、フィン６および螺旋状フィン７を枝管２と一体的に成形することによって、混合促進構造の部品の数を少なくすることができる。
【００１９】図４は本発明の第三の実施形態に基づく配管系の混合促進構造の長手方向断面図である。本実施形態において、母管１の内壁には、この内壁から半径方向内側に延びる螺旋状リブ８が設けられている。第一の温度の流体が螺旋状リブ８を備えた母管１内を通過することによって、第一の温度の流体に旋回流が与えられる。それにより、この第一の温度の流体は、端部３から流出した第二の温度の流体を巻き込むように流れ、従って、これら流体の混合作用を高めることができる。旋回流を与えられた第一の温度の流体の流れは軸線方向成分を有しているので、従来技術の実施形態の場合よりもこれら流体を混合させて迅速に流すことができる。図に示すように、この螺旋状リブ８は枝管２の端部３よりも第一の温度の流体の流れに対して少なくとも上流に設けるのが好ましい。これにより、第一の温度の流体に旋回流を与えた状態で第二の温度の流体と合流させることができる。従って、温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。当然のことながら、本実施形態において枝管２が延在部分５を有していなくて枝管２の端部３が母管１の内壁に隣接している場合にも、これら二つの流体の混合作用を高めることができる。
【００２０】図５は本発明の他の実施形態に基づく配管系の混合促進構造の長手方向断面図である。本実施形態においては、螺旋状リブ８’が枝管２の内壁に設けられている。第二の温度の流体が螺旋状リブ８’を備えた枝管２の延在部分５内を通過することによって、第二の温度の流体に旋回流が与えられる。それにより、枝管２の端部３から流出した第二の温度の流体は半径方向外側に広がるように流れ、従って、第一の温度の流体と第二の温度の流体との混合作用を高めて、結果的に熱疲労の発生を妨げることができる。また、旋回流を与えられた第二の温度の流体の流れは軸線方向成分を有しているので、従来技術の実施形態の場合よりもこれら流体を混合させて迅速に流すことができる。
【００２１】図示される実施形態においては、螺旋状リブ８’が枝管２の延在部分５においてのみ設けられているが、螺旋状リブ８’を母管１に交差する枝管２の一部分にも設けることは本発明の範囲に含まれる。また、母管の内壁および枝管の内壁の両方に螺旋状リブ８、８’を設けることによって流体の混合作用をさらに高めることができる。さらに、母管または枝管の内壁に螺旋状リブを備えると共に枝管の外壁にフィンを備えることによって混合作用をさらに高めることができる。また、これら螺旋状リブを母管１または枝管２と一体的に形成することによって、混合促進構造に使用される部品の数を少なくすることができる。
【００２２】図６は本発明の別の実施形態に基づく配管系の混合促進構造の長手方向断面図である。母管１内には錐体状部材または漏斗状部材９が母管１の中心軸線に対してほぼ同心に配置されている。この漏斗状部材９の第一の温度の流体の流れに対して上流側の環状端部は母管１の内壁に連結されている。漏斗状部材９の下流側の環状端部は枝管２の延在部分５に流通可能に接続されている。図に示されるように、漏斗状部材９の下流側端部の直径は枝管２の延在部分５の直径にほぼ等しくなっていて、枝管２の中心軸線と漏斗状部材９の中心軸線とがほぼ一致している。母管１内を流れる第一の温度の流体は、漏斗状部材９の上流側端部から漏斗状部材９内を通って枝管２の延在部分５内に進入し、次いで枝管２の端部３から流出する。本実施形態の場合には温度の異なる二つの流体を延在部分において予め混合させて、これら流体の温度差を少なくさせた後に第二の配管の端部から流出させることができる。従って、従来技術の場合よりも部品の数を少なくできると共に温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止することができる。当然のことながら漏斗状部材の上流側端部を母管の内壁に接触させる必要はなく、上流側端部と母管の内壁との間に隙間が存在している場合にも同様の効果を得ることができる。さらに、枝管２の延在部分５にフィンを設けること、および母管ならびに枝管の内壁にリブを設けることは本発明の範囲に含まれる。
【００２３】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、流体の混合作用を高めることにより、温度変動部分が発生するのを妨げて熱疲労により配管が損傷するのを防止すると供にこれら流体を滞流することなしに迅速に流すことができるという共通の効果を奏しうる。
【００２４】さらに、請求項２に記載の発明によれば、第一の温度の流体に旋回流を与えて、これら流体の混合作用を促進することができるという効果を奏しうる。さらに、請求項３に記載の発明によれば、第一の温度の流体および第二の温度の流体の少なくとも一方に旋回流を与えて、これら流体の混合作用を促進することができるという効果を奏しうる。さらに、請求項４に記載の発明によれば、従来技術の場合よりも使用される部品の数を少なくすることができるという効果を奏しうる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１３年４月２７日（２００１．４．２７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５１７
【弁理士】
【氏名又は名称】石田 敬 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−３２０８３６（Ｐ２００２−３２０８３６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年１１月５日（２００２．１１．５） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１３３１９７（Ｐ２００１−１３３１９７） |
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