JP2018112203A

JP2018112203A - 分岐管

Info

Publication number: JP2018112203A
Application number: JP2017001400A
Authority: JP
Inventors: 悠一杉江; Yuichi Sugie
Original assignee: TLV Co Ltd
Current assignee: TLV Co Ltd
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2018-07-19
Anticipated expiration: 2037-01-06
Also published as: JP6830818B2

Abstract

【課題】分岐管の分岐部における大きな渦の発生を低減する。【解決手段】分岐管５は、所定の軸心Ｘに沿って延びる第１流路５１ａと、第１流路５１ａから分岐する第２流路５２ａと、第１流路５１ａから第２流路５２ａに分岐する分岐部５３とを備えている。分岐部５３は、流体が第１流路５１ａから第２流路５２ａへ流入する複数の流入開口５３ａを有している。【選択図】図４

Description

ここに開示された技術は、分岐管に関する。

従来より、流体を流通させる様々な装置において分岐管が用いられている。特許文献１に蒸気加熱装置が開示されている。例えば、この蒸気加熱装置においても、循環ポンプとエゼクタとの間に分岐管が用いられている。詳しくは、分岐管においては、循環ポンプからエゼクタのノズルへ向かう第１流路から、凝縮器へ向かう第２流路が分岐している。

特開２０１３−２０４８７７号公報

ところで、このような分岐管では、第１流路から第２流路に分岐する分岐部において渦が発生し得る。これにより、第１流路のうち、分岐部よりも下流側の部分において流れの乱れが発生し得る。発生する渦が大きい場合には、流れの乱れも大きく、第１流路の下流側の機器に悪影響を及ぼす虞がある。

ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分岐管の分岐部における、下流側に悪影響を及ぼす程の大きな渦の発生を低減することにある。

ここに開示された技術は、所定の軸心に沿って延びる第１流路と、前記第１流路から分岐する第２流路と、前記第１流路から前記第２流路に分岐する分岐部とを備えた分岐管が対象である。この分岐管は、流体が前記第１流路から前記第２流路へ流入する複数の流入開口を有している。

前記分岐管によれば、分岐部における、下流側に悪影響を及ぼす程の大きな渦の発生を低減することができる。

図１は、蒸気加熱システムの概略構成を示す配管系統図である。図２は、図３のII−II線における分岐管の断面図である。図３は、図２のIII−III線における分岐管の断面図である。図４は、分岐管を部分的に切断した斜視図である。図５は、変形例に係る分岐管２０５の図３に相当する断面図である。

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、蒸気加熱システム１００の概略構成を示す配管系統図である。

蒸気加熱システム１００は、蒸気が供給される反応槽１と、反応槽１からドレンを吸引する真空発生装置２とを備えている。蒸気加熱システム１００は、反応槽１の内部の対象物を蒸気によって加熱する。

反応槽１は、対象物が収容される槽本体１１と、槽本体１１の略全周に亘って形成されたジャケット部１２とを有している。ジャケット部１２には、蒸気供給菅１３が接続されている。蒸気供給菅１３には、開閉弁である供給弁１４が設けられている。蒸気生成部（図示省略）で生成された蒸気が、蒸気供給管１３を介してジャケット部１２に供給される。反応槽１では、ジャケット部１２に供給された蒸気が槽本体１１の内部の対象物と間接的に熱交換して凝縮（液化）し、対象物が加熱される。つまり、対象物は、蒸気の凝縮潜熱が与えられることで加熱される。

真空発生装置２は、ドレンを貯留するドレンタンク２１と、ドレンタンク２１内のドレンを圧送するポンプ２２と、ドレンを吸引するエゼクタ３と、ドレンタンク２１、ポンプ２２及びエゼクタ３を接続する配管４とを有している。反応槽１のジャケット部１２とエゼクタ３とは、排出管１５によって接続されている。真空発生装置２は、ドレンタンク２１に貯留されたドレンをポンプ２２及びエゼクタ３を介して循環させることによって、エゼクタ３に吸引力を発生させ、反応槽１からドレンを吸引する。ドレンタンク２１には、ドレンタンク２１にドレンを供給するドレン供給菅２３が接続されている。ドレン供給菅２３には、開閉弁である供給弁２４が設けられている。

エゼクタ３は、第１流体を噴出するノズル３１と、ノズル３１からの第１流体の噴出により生じる負圧によって第２流体を吸引する吸引室３２と、ノズル３１から噴出された第１流体と吸引室３２に吸引された第２流体とを昇圧させながら排出するディフューザ３３とを有している。

ノズル３１の少なくとも噴出口は、吸引室３２に収容されている。吸引室３２は、ディフューザ３３の少なくとも上流端部も収容している。ディフューザ３３の流路断面積は、上流から下流に向かって拡大している。そのため、ディフューザ３３を通過する流体は、ディフューザ３３を上流から下流へ流れるに従って減速すると共に昇圧する。また、吸引室３２には、排出管１５の下流端が接続されている。

吸引室３２では、ノズル３１から第１流体が噴出することによって生じる負圧（圧力降下）により第２流体が排出管１５から吸引される。つまり、吸引室３２では、第１流体のジェットポンプ効果によって生じる負圧により、第２流体を吸引するための吸引力が発生する。反応槽１のジャケット部１２で発生したドレンは、こうしてエゼクタ３に吸引され、ドレンタンク２１に回収される。

配管４は、ポンプ２２からエゼクタ３に供給されるドレンの一部を分岐させる分岐管５を含んでいる。分岐管５は、第１配管４１を介してポンプ２２に接続され、第２配管４２を介してエゼクタ３のノズル３１に接続されている。また、分岐管５には、ドレン分岐管１６が接続されている。ドレン分岐管１６は、蒸気供給管１３（詳しくは、供給弁１４の下流側の部分）に接続されている。ドレン分岐管１６には、蒸気供給管１３に供給されるドレンの流量を調節する調節弁１７が設けられている。ドレン分岐管１６から蒸気供給管１３に供給されるドレンは、減温水として機能する。つまり、ドレン分岐管１６から供給されるドレンによって、蒸気供給管１３を流通する過熱蒸気が減温され、飽和蒸気となる。このとき、過熱蒸気が飽和蒸気、好ましくは、飽和乾き蒸気となるように、ドレン分岐管１６から蒸気供給管１３に供給されるドレン流量が調節弁１７によって調節される。

また、ドレン分岐管１６には、余剰なドレンを排出する排出管１８が接続されている。排出管１８には、排出管１８から排出されるドレンの流量を調節する調節弁１９が設けられている。ドレンタンク２１に貯留されるドレンが多いときには、余剰なドレンが排出管１８から排出される。

このように、分岐管５は、ポンプ２２から供給されるドレンの一部をドレン分岐管１６へ分岐させる一方、残りのドレンをエゼクタ３へ流通させる。

以下、分岐管５について、さらに詳しく説明する。図２は、図３のII−II線における分岐管５の断面図である。図３は、図２のIII−III線における分岐管５の断面図である。図４は、分岐管５を部分的に切断した斜視図である。

分岐管５は、直線状の軸心Ｘに沿って延びる第１流路５１ａと、第１流路５１ａから分岐する第２流路５２ａとを備えている。つまり、分岐管５は、直線状に延びる第１管５１と第１管５１から分岐する第２管５２とを有するＴ字管である。第１管５１は、略円筒状に形成されている。第１管５１の上流端及び下流端にはそれぞれフランジ５１ｂ，５１ｃが設けられている。上流側のフランジ５１ｂには、第１配管４１が接続される。下流側のフランジ５１ｃには、第２配管４２が接続される。第１管５１の内部に第１流路５１ａが形成されている。第２管５２の内部に第２流路５２ａが形成されている。第２流路５２ａは、直線状の軸心Ｙに沿って、第１流路５１ａから垂直に延びている。第１流路５１ａから第２流路５２ａへ分岐する分岐部（即ち、第２流路５２ａのうち、第１流路５１ａに臨む部分）５３は、３つの流入開口５３ａで形成されている。

詳しくは、第２管５２は、第１管５１に連結された固定管５４と、固定管５４に挿入されるアタッチメント５５と、ナット５７によって固定管５４に連結される接続部５６とを有している。

固定管５４は、溶接等によって第１管５１に固定されている。固定管５４は、第１流路５１ａに開口している。つまり、固定管５４の内部空間は、第１流路５１ａと連通している。固定管５４の下流端部の内径は、拡径されており、固定管５４の下流端部に段差５４ａが形成されている。固定管５４の外周面には、雄ネジ５４ｂが形成されている。雄ネジ５４ｂには、ナット５７が締結される。

アタッチメント５５は、円柱状に形成され、固定管５４に緩嵌される。アタッチメント５５の下流端には、フランジ５５ａが設けられている。固定管５４に緩嵌されたアタッチメント５５は、フランジ５５ａが段差５４ａに係止される。アタッチメント５５の上流端面は、第１管５１の内周面と面一となるように湾曲している。アタッチメント５５には、軸心Ｙに沿って延びる３本の流入開口５３ａが貫通形成されている。

接続部５６は、円筒状に形成されている。接続部５６の上流端部には、フランジ５６ａが設けられている。接続部５６の外周面には、雄ネジ５６ｂが形成されている。接続部５６は、ナット５７によって固定管５４に取り付けられる。このとき、フランジ５６ａは、ナット５７によって固定管５４の方へ押圧される。接続部５６の上流端がアタッチメント５５のフランジ５５ａに接触しているので、ナット５７の押圧力によってフランジ５５ａが固定管５４の段差５４ａに押し付けられる。接続部５６には、雄ネジ５６ｂを介して排出管１５が接続される。

このように構成された分岐管５においては、アタッチメント５５の上流端面は、第１流路５１ａの流路壁と面一に形成されているので、実質的に、第１流路５１ａの流路壁には、３つの流入開口５３ａが開口している。第１流路５１ａの流路壁に開口が形成されていると、開口において渦が発生する。開口が大きければ大きいほど、大きな渦が発生する。第２流路５２ａへの分岐部５３で渦が発生すると、第１流路５１ａにおける分岐部５３よりも下流側において流れが乱れる。その結果、第１流路５１ａの下流側の機器の性能に悪影響を与える場合がある。例えば、蒸気加熱システム１００においては、第１流路５１ａの下流端には、第２配管４２を介して、エゼクタ３のノズル３１が接続されている。第１流路５１ａで大きな渦が発生すると、ノズル３１に流入するドレンの流れが乱れ、ノズル３１が所望の性能を発揮できない。そのため、第２配管４２を長くする等の対策が必要となり、システム設計上の制約が大きくなる。

それに対し、分岐管５においては、第１流路５１ａの流路壁における第２流路５２ａの開口は、複数の流入開口５３ａで形成されている。第２流路５２ａの開口の断面積は、ドレン分岐管１６に流入させるドレンの必要流量によって決まる。第２流路５２ａの開口を複数の流入開口５３ａで形成することによって、ドレンの必要流量を実現するために１つ１つの流入開口５３ａに求められる断面積を小さくすることができる。第１流路５１ａの流路壁に１つの大きな開口を形成するよりも、複数の小さな開口を形成する方が、第１流路５１ａの下流側の流れへの悪影響は小さくなる。つまり、開口の個数が増加することによって渦が発生する場所が増加するが、開口の断面積が小さいので渦は小さい。発生する渦が小さい方が第１流路５１ａの下流側の流れへの悪影響は小さくなる。こうして、分岐部５３における大きな渦の発生を低減することによって、第１流路５１ａの下流側の機器への悪影響を低減することができる。また、第２配管４２を長くする等の対策が不要となるので、システム設計上の制約を小さくすることができる。

さらに、複数の流入開口５３ａは、図３，４に示すように、第１流路５１ａの軸心Ｘの方向において互いにずれて配置されている。つまり、複数の流入開口５３ａは、軸心Ｘの方向において一直線上に配置されていない。これにより、渦が発生する場所を分散させることができるので、分岐部５３における大きな渦の発生をさらに低減することができる。

また、複数の流入開口５３ａは、軸心Ｘと平行に延びる直線に対して線対称となるように配置されている。これにより、渦が発生する場所を軸心Ｘの周方向にバランス良く分散させることができる。

以上のように、分岐管５は、所定の軸心Ｘに沿って延びる第１流路５１ａと、第１流路５１ａから分岐する第２流路５２ａとを備え、第１流路５１ａから第２流路５２ａに分岐する分岐部５３は、流体が第１流路５１ａから第２流路５２ａへ流入する複数の流入開口５３ａで形成されている。

この構成によれば、第１流路５１ａから第２流路５２ａへの分岐部５３を複数の流入開口５３ａで形成することによって、第２流路５２ａの流量を確保しつつ、分岐部５３での大きな渦の発生を低減することができる。その結果、第１流路５１ａの下流側の機器への悪影響を低減することができる。

また、複数の流入開口５３ａは、軸心Ｘの方向において互いにずれて配置されている。

この構成によれば、渦が発生する場所を分散させることによって、分岐部５３における大きな渦の発生をさらに低減することができる。

また、複数の流入開口５３ａは、軸心Ｘと平行に延びる直線に対して線対称となるように配置されている。

この構成によれば、渦が発生する場所を対称に分散させることができ、分岐部５３における大きな渦の発生を安定して低減することができる。

さらに、第１流路５１ａは、エゼクタ３のノズル３１に接続されている。

この構成によれば、分岐部５３での渦の発生に起因するノズル３１の性能の悪化を低減することができる。

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、前記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、前記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

例えば、分岐管５は、蒸気加熱システム１だけでなく、それ以外のシステム及び装置にも適用し得る。

また、分岐管５が接続されるエゼクタ３は、水を流通させているが、液体エゼクタに限られるものではない。つまり、エゼクタ３は、蒸気等の気体を流通させるものであってもよい。

さらに、分岐管５は、エゼクタ３以外の機器の上流側に接続されてもよい。例えば、流量計の上流側に分岐管５を接続してもよい。流量計の上流側で流路を分岐させる必要がある場合には、分岐管５を適用することによって分岐側への流量を確保しつつ、流量計への悪影響を低減することができる。特に、渦式流量計の上流側で流路を分岐させる場合、分岐部で発生する渦の悪影響を低減するために分岐部から渦式流量計までの距離を十分に確保することが求められる。それに対し、分岐管５を採用することによって分岐部５３での大きな渦の発生が低減されるので、分岐部５３から渦式流量計までの距離の制約を緩和又は排除することができる。

分岐管５の構成は、前述の構成に限られるものではない。流入開口５３ａの個数は、３に限られるものではない。流入開口５３ａは、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。また、流入開口５３ａの配置も前述の配置に限られるものではない。複数の流入開口５３ａが軸心Ｘの方向に並んでいてもよい。

また、流入開口５３ａは、円形でなくてもよい。流入開口５３ａは、軸心Ｘの方向への寸法が軸心に対して直交する方向への寸法よりも短い扁平な形状をしていてもよい。つまり、流入開口５３ａの断面形状は、軸Ｘの方向を縦方向としたときに、横長な扁平形状をしていてもよい。例えば、図５は、変形例に係る分岐管２０５の、図３に相当する断面図である。流入開口２５３ａの断面形状（即ち、第２流路５２ａの軸心Ｙの方向を向いて見た場合の流入開口２５３ａの形状）は、短軸が軸心Ｘの方向に延びる略楕円形をしている。つまり、流入開口５３ａの、第１流路５１ａの流体の流れ方向における寸法が短くなる。流れ方向における寸法が短くなるほど、発生する渦の大きさを低減することができる。

また、分岐管５の第２配管４２は、作りやすさの観点から、固定管５４、アタッチメント５５、接続部５６及びナット５７で形成されているが、これに限られるものではない。第２配管４２の上流端部に複数の流入開口５３ａを形成することができる限りは、第２配管４２を任意の構成にすることができる。また、第１流路５１ａは、直線状に延びていなくてもよい。つまり、軸心Ｘは、直線状ではなく、湾曲しながら延びていてもよい。

以上説明したように、ここに開示された技術は、分岐管について有用である。

１００蒸気加熱システム
３エゼクタ
３１ノズル
５分岐管
５１ａ第１流路
５２ａ第２流路
５３分岐部
５３ａ流入開口
Ｘ軸心

Claims

所定の軸心に沿って延びる第１流路と、
前記第１流路から分岐する第２流路と、
前記第１流路から前記第２流路に分岐する分岐部とを備えた分岐管であって、
前記分岐部は、流体が前記第１流路から前記第２流路へ流入する複数の流入開口を有していることを特徴とする分岐管。
請求項１に記載の分岐管において、
前記流入開口は、前記軸心の方向への寸法が前記軸心に対して直交する方向への寸法よりも短い扁平な形状をしていることを特徴とする分岐管。
請求項１又は２に記載の分岐管において、
前記第１流路は、エゼクタのノズルに接続されていることを特徴とする分岐管。