JPH11304067A - 混合流体用管路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の混合を促進させて、混合流体における
温度，濃度等の均質化を図り、混合距離を短くするとと
もに、管路の単純化及びコンパクト化を図る。 【解決手段】 流体の混合が伴う管路において、被混合
流体が供給される主管と、該主管の内部にその全横断面
に及ぶように配され被混合流体を攪拌状態とする混合部
と、該混合部の下流に間隔を空けて配され混合部を経由
した流体を一方向に整流する整流部とを具備する技術が
採用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、混合流体用管路に
係り、特に、温度や成分が不均一な流体の均質化を図る
ものである。

【０００２】

【従来の技術】混合流体用管路の技術例として、例えば
実開昭６２−０６０７９３号公報「流体混合管」が提案
されている。

【０００３】この技術では、主管の中に、その下流方向
に先端を向けて、交差管を貫通状態に挿入するととも
に、該交差管の先端外周に、螺旋状の突条を配するよう
にしている。この技術により、主管の中に、交差管から
噴出させた流体を送り込んで、例えば両方の流体の温度
差があるときに、主管や交差管の管壁、あるいはその連
結部分に大きな熱応力を与えないようにするとともに、
２つの流体の混合性を高めるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た流体混合管であると、交差管を、例えば主管の中心ま
で挿入する必要があり、その先端の噴出口を下流に延ば
した場合に、主管の管壁と交差管との接合部分の強度を
十分なものとする必要があるとともに、加えて、主管の
中心に流体を起こり込むことにより、主管の管壁近傍の
流体との混合性が損なわれ易く、均一な混合流の生成ま
でに長い距離を必要とする。

【０００５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、以下の目的を達成するものである。 両方向の旋回流により、混合流体における温度，濃
度等の均質化を図ること。 流体の混合を促進させ、混合距離を短くすること。 管路の単純化及びコンパクト化を図ること。 混合流体速度の均一化を図ること。 混合流体の旋回成分を除去し、平行流の形成を容易
にすること。 混合流体の流れを円滑化し、圧損を低減すること。

【０００６】

【課題を解決するための手段】不均一な混合状態等の分
布状態となっている流体を、混合状態にして移送するた
めの管路において、被混合流体が供給される主管と、該
主管の内部にその全横断面に及ぶように配され被混合流
体を攪拌状態とする混合部と、該混合部の下流に間隔を
空けて配され混合部を経由した流体を一方向に整流する
整流部とを具備する技術が採用される。混合部は、主管
の内部に同心円状に配される複数の円環状スリーブと、
該複数の円環状スリーブ及び主管の間にこれらを接続し
た状態に配され被混合流体に周方向の捻りを付与する撹
拌翼とを有しているとともに、撹拌翼が、半径方向の位
置に応じて異なる方向に捻られている。複数群の撹拌翼
が、同心円状に３重以上配されている技術が適用され
る。整流部が、主管の内部に格子状に配されて移送され
る流体を複数に区画する格子板とされている。主管は、
円筒状でかつ直管状態に配されるとともに、混合部の上
流に屈曲部が配されており、屈曲部の部分の流路が、上
下方向に屈曲されている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る混合流体用管
路の第１実施形態について、図１ないし図５を参照して
説明する。図１ないし図５において、符号Ｘは管路、１
は主管、２は混合部、３は整流部、４は屈曲部、５は導
入部、６は被供給部、７は調整剤供給部、Ｓは支持構造
物を示している。

【０００８】前記管路Ｘは、主管１，混合部２，整流部
３及び屈曲部４を有しているとともに、上流が不均一な
混合状態等の分布状態となっている流体を導入して主管
１に供給するための導入部５に接続され、下流が主管１
で均一化状態とした流体を消費系に供給するための被供
給部６に接続されている。

【０００９】前記主管１は、屈曲部４の下流に接続状態
に配されて、被混合流体が供給されるもので、円筒状で
かつ直管状態に配されており、支持構造物Ｓに搭載状態
に布設されている。

【００１０】前記混合部２は、図１に示すように、主管
１の内部の上流部分（屈曲部４の近傍位置）にその全横
断面に及ぶように配されており、図４に示すように、主
管１の内部に、半径方向の間隔を空けて同心円状に配さ
れる複数の円環状スリーブＡ，Ｂ，Ｃと、該複数の円環
状スリーブＡ，Ｂ，Ｃの間にこれらを接続して介在状態
に配される複数群の撹拌翼２１，２２，２３とを有して
いる。そして、各群の撹拌翼２１，２２，２３は、図５
（ａ）（ｂ）に示すように、その横断面が円弧状に形成
されて周方向の捻りを付与したものとされるとともに、
各群の捻りの方向は、半径方向の位置に応じて異なるよ
うに設定されている。

【００１１】また、混合部２は、図４（ａ）に示すよう
に、主管１の途中に取付け用短管１１を介在させ、該取
付け用短管１１に最外側の群の撹拌翼２３を溶接等によ
って取り付けるとともに、群をなす撹拌翼２３に、群を
なす撹拌翼２２，円環状スリーブＢ，群をなす撹拌翼２
１，円環状スリーブＡを接続したものとされ、ボルト・
ナット等の締結具１２でフランジ１３，１４を一体化し
て取付け用短管１１を長手方向に分割可能に支持する構
造としている。なお、取付け用短管１１の長さは、円環
状スリーブＡ，Ｂ，Ｃを半径方向に引き出し得る寸法に
設定される。

【００１２】前記整流部３は、混合部２の下流に間隔を
空けて配され、後述するように、混合部２を経由させる
ことにより混合促進を図った流体を平行方向に導いて、
被供給部６に引き継ぐものであり、格子板状としたもの
を、図４（ａ）に示す構造に準じて、主管１の内部に配
するようにしている。

【００１３】前記屈曲部４は、被混合流体の供給源（例
えばボイラの排ガス系）等に、導入部５を経由して接続
されるとともに、図１例では、被混合流体が各矢印で示
すように、下降流，上昇流，水平流となるように導かれ
て、主管１に引き継がれる。

【００１４】前記被供給部６は、例えば電気集塵機とさ
れ、主管１の下流に分岐管１５Ａ〜１５Ｄを介在させて
接続されており、この技術では、均質状態とされた流体
を等量ずつ集塵処理するために、同一仕様のものを複数
設置している。

【００１５】前記調整剤供給部７は、整流部３の下流位
置に配され、前述したボイラの排ガスを対象としている
場合では、例えばアンモニアを均等に噴射して、ＳＯ₂
等を中和するものとされる。

【００１６】このように構成されている管路Ｘに、濃
度，温度，比重，組成等の相違している複数の流体を混
合した不均一な被混合流体が送り込まれると、これらの
流体が移送途中で混合して次第に均一化することも起こ
り得るが、管路Ｘの長さが不十分な場合等であると、複
数の流体が分離したまま、被供給部６まで送り込まれ、
被供給部６が複数設置されている場合には、性状の異な
る流体を個々に処理する必要が生じてしまう。

【００１７】導入部５及び屈曲部４を経由して、被処理
流体が主管１に送り込まれると、主管１の上流位置に配
されている混合部２により、流体の大部分に旋回運動が
与えられて混合状態が促進される。つまり、円環状スリ
ーブＡの中を挿通する中心の流体は、そのまま下流に移
送されるが、円環状スリーブＡ，Ｂの間を挿通する流体
に対して右旋回、円環状スリーブＢ，Ｃの間を挿通する
流体に対して左旋回、円環状スリーブＣ及び取付け用短
管１１の間を挿通する流体に対して右旋回運動が付与さ
れる。

【００１８】したがって、被処理流体に、全体として濃
度，温度，比重，組成等の大きな偏りがある場合には、
各方向の旋回運動を付与することによって、撹拌される
ことになるとともに、微少な偏りである場合には、隣合
う旋回同士の速度旋回によって旋回渦が生じて撹拌が促
進され、流体全体の均質化がなされる。

【００１９】混合部２の部分で均質化された流体が、整
流部３に送り込まれると、前述した格子板により平行流
に変換される。この平行流とされることにより、濃度，
温度，比重，組成等の異なる流体の混合したものであっ
ても、均一混合状態のまま下流に送り込まれ、分岐管１
５Ａ〜１５Ｄにより被供給部６に分配されるものとな
る。したがって、被供給部６は、等量及び均一状態の流
体を処理すればよく、同一仕様の機器として、等量，同
一内容の処理をすればよいことになる。

【００２０】

【実施例】図１ないし図５に示した管路Ｘに準じて、図
６に示すケース１ないしケース３の管路を作製し、異な
る条件の流体（空気）を挿通させた場合の混合状況をコ
ンピュータ解析により検討した。その実施例を図６ない
し図１３に示す。

【００２１】〔共通条件〕 軸流方向の入口速度：２０（ｍ／秒） 周方向の速度：３４（ｍ／秒） 管路の上半分の温度：３００（Ｋ） 管路の下半分の温度：６００（Ｋ） 混合部２の位置：主管１の上流端部から０ｍ 旋回流の設定：上述の軸流方向及び周方向の流体速度を
複合させた旋回流を発生させると仮定した。 解析位置：口径の０，１，２，３，４，５倍（つまり０
〜４ｍ） 〔各ケースの条件〕 ケース１の仕様：図６（ａ）に示す左右交互の２重旋回
（流量がほぼ同じ） ケース２の仕様：図６（ｂ）に示す左右交互の２重旋回
（翼高さがほぼ同じ） ケース３の仕様：図６（Ｃ）に示す左右交互の３重旋回 なお、図７は各旋回流の複合状況を模式的に示してい
る。

【００２２】〔解析結果〕解析結果を図８ないし図１３
に示す。図８は、ケース１における各解析位置の温度分
布を、左側から順に示している。図９は、ケース２にお
ける各解析位置の温度分布を示している。図１０は、ケ
ース３における各解析位置の温度分布を示している。図
１１は、各ケースにおける温度標準偏差を示している。
図１２は、各ケースにおける相対標準偏差（温度）を示
している。図１３は、各ケースにおける全圧損失を示し
ている。

【００２３】〔解析結果の検討〕図８におけるケース１
の温度分布に着目すると、左から４番目ないし５番目
で、流体の温度差が少なくなっており、図９におけるケ
ース２及び図１０におけるケース３でも、左から４番目
ないし５番目で、流体の温度差が少なく、混合が促進さ
れた状態の好結果を得ている。ケース１〜３を比較した
場合、図８ないし図１０では差が明確化されにくいた
め、図１１及び図１２に示すように、混合部からの距離
及び位置における温度標準偏差と相対標準偏差とを求め
た。図１１及び図１２に示すように、ケース１，２と比
較して、ケース３の優位性が見られ、混合部からの距離
２．４ｍ（３倍）で差が顕著に現われた。ただし、ケー
ス１，２でも、混合部からの距離を相対的に大きくする
（ケース３の３倍に対して４〜５倍とする）ことによ
り、混合促進を図り得ることが明らかになった。一方、
混合部を設置することによって生じる圧力損失（全圧損
失）を検討した結果、図１３のようになった。ケース２
が最もよく、ケース１，３との差が少なくなっている
が、これらはいずれも許容範囲に収まっており、圧損分
を見込んで、管路の設計をすればよいと結論づけられ
る。

【００２４】〔他の実施の形態〕本発明に係る混合流体
用管路あっては、以下の技術も包含している。 ａ）複数群の撹拌翼２１，２２，２３が、４重以上とさ
れること。 ｂ）屈曲部４が水平状態や傾斜状態になるものに適用す
ること。 ｃ）ほぼ均一化された流体に対して、比重差等により分
布の偏りが生じ易いものに対して適用すること。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る混合流体用管路によれば、
以下の効果を奏する。 （１） 主管の内部に混合部を配し、半径方向の位置に
応じて、相反する方向の旋回を付与することにより、流
体が温度差，濃度差等を有している場合であっても、流
体の均質化を図ることができる。 （２） 相反する旋回流に基づいて、その境界で新たな
旋回渦を形成して、撹拌を促進させることができる。 （３） 主管の中に混合部と整流部とを介在させるもの
であるために、管路を単純化しかつコンパクト化を図る
ことができる。 （４） 旋回流を利用して流体を混合撹拌することによ
り、主管の下流の流体速度を均一化することができる。 （５） 混合部の下流に所定の間隔を空けて整流部を配
することにより、均質化した流体を平行流として、均質
状態を保持したまま下流に供給することができる。 （６） 混合部における逆方向旋回の組み合わせによ
り、混合部を短くして圧損を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る混合流体用管路の第１実施形態
を示す正面図である。

【図２】 本発明に係る混合流体用管路の第１実施形態
を示す平面図である。

【図３】 本発明に係る混合流体用管路の第１実施形態
を示す右側面図である。

【図４】 図１における混合部の構造を示すもので、
（ａ）は正断面図、（ｂ）は側面図である。

【図５】 図４における各撹拌翼の断面形状を示す平断
面図である。

【図６】 実施例において検討される管路の混合部の旋
回方向を示すもので、（ａ）はケース１、（ｂ）はケー
ス２、（ｃ）はケース３の側面図である。

【図７】 図６における実施例の混合部による旋回流の
発生状況を示す正断面図である。

【図８】 実施例のケース１の管路に付与される温度分
布図である。

【図９】 実施例のケース２の管路に付与される温度分
布図である。

【図１０】 実施例のケース３の管路に付与される温度
分布図である。

【図１１】 実施例の各ケースの管路における距離−標
準偏差（温度）の関係曲線図である。

【図１２】 実施例の各ケースの管路における距離−相
対標準偏差（温度）の関係曲線図である。

【図１３】 実施例の各ケースの管路における距離−全
圧損失の関係曲線図である。

【符号の説明】

Ｘ 管路 １ 主管 ２ 混合部 ３ 整流部 ４ 屈曲部 ５ 導入部 ６ 被供給部 ７ 調整剤供給部 Ｓ 支持構造物 １１ 取付け用短管 １２ 締結具 １３，１４ フランジ １５Ａ〜１５Ｄ 分岐管 Ａ，Ｂ，Ｃ 円環状スリーブ ２１，２２，２３ 撹拌翼

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体を混合状態にして移送するための管
   路（Ｘ）であって、被混合流体が供給される主管（１）
   と、該主管の内部にその全横断面に及ぶように配され被
   混合流体を攪拌状態とする混合部（２）と、該混合部の
   下流に間隔を空けて配され混合部を経由した流体を一方
   向に整流する整流部（３）とを具備することを特徴とす
   る混合流体用管路。
2. 【請求項２】 混合部（２）が、主管（１）の内部に同
   心円状に配される複数の円環状スリーブ（Ａ，Ｂ，Ｃ）
   と、該複数の円環状スリーブ及び主管の間にこれらを接
   続した状態に配され被混合流体に周方向の捻りを付与す
   る撹拌翼（２１，２２，２３）とを有しているととも
   に、撹拌翼が、半径方向の各位置で異なる方向に捻られ
   ていることを特徴とする請求項１記載の混合流体用管
   路。
3. 【請求項３】 複数群の撹拌翼（２１，２２，２３）
   が、同心円状に３重以上配されていることを特徴とする
   請求項１または２記載の混合流体用管路。
4. 【請求項４】 整流部（３）が、主管（１）の内部に格
   子状に配されて移送される流体を複数に区画する格子板
   とされていることを特徴とする請求項１、２または３記
   載の混合流体用管路。
5. 【請求項５】 主管（１）が直管状態に配されるととも
   に、混合部（２）の上流に屈曲部（４）が配されている
   ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の混合
   流体用管路。
6. 【請求項６】 屈曲部（４）における流路が、上下方向
   に屈曲されていることを特徴とする請求項５記載の混合
   流体用管路。