JP5657965B2 - Flow control body - Google Patents
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Description
本発明は、流れ制御体に関し、特に、管構造体において管壁と流体との間で効率よく熱交換を行うための流れの制御に関する。 The present invention relates to a flow control body, and more particularly to flow control for efficiently exchanging heat between a tube wall and a fluid in a tube structure.
従来、例えば、特許文献1に記載されているように、内部を流体が流通する配管において、管壁の外周にヒータが配置され、当該ヒータで加熱された管壁によって当該流体を加熱することがあった。
Conventionally, for example, as described in
しかしながら、従来、ヒータで加熱された管壁により流体を加熱する配管においては、当該流体を必ずしも効率よく加熱することができなかった。 However, conventionally, in a pipe that heats a fluid by a tube wall heated by a heater, the fluid cannot always be efficiently heated.
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであって、管構造体において管壁と流体との間で効率的な熱交換を実現する流れ制御体を提供することをその目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above problems, and one of its objects is to provide a flow control body that realizes efficient heat exchange between a pipe wall and a fluid in a pipe structure. To do.
上記課題を解決するための本発明の一実施形態に係る流れ制御体は、流体が流通する管構造体の内部に配置される流れ制御体であって、前記流体の流れを径方向外側に導く無孔板と、前記無孔板の下流側に配置されて前記流体の流れを径方向に分散する多孔板と、を有することを特徴とする。本発明によれば、管構造体において管壁と流体との間で効率的な熱交換を実現する流れ制御体を提供することができる。 A flow control body according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a flow control body disposed inside a pipe structure through which a fluid flows, and guides the flow of the fluid radially outward. It is characterized by having a non-perforated plate and a perforated plate that is arranged on the downstream side of the non-perforated plate and disperses the flow of the fluid in the radial direction. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flow control body which implement | achieves efficient heat exchange between a pipe wall and a fluid in a pipe structure can be provided.
また、前記多孔板の外径は、前記無孔板の外径以上であることとしてもよい。また、前記無孔板の外径に対する前記無孔板と前記多孔板との距離の比は、0.3以下であることとしてもよい。また、前記流体の流れ方向において直列的に配置された複数の前記多孔板を有することとしてもよい。 The outer diameter of the perforated plate may be greater than or equal to the outer diameter of the non-porous plate. The ratio of the distance between the non-porous plate and the porous plate relative to the outer diameter of the non-porous plate may be 0.3 or less. Moreover, it is good also as having the said several perforated board arrange | positioned in series in the flow direction of the said fluid.
また、前記流体を加熱又は冷却するために加熱又は冷却された管壁を有する下流部と、前記下流部の上流側に設けられた上流部と、を有する前記管構造体の前記上流部に配置されることとしてもよい。この場合、前記上流部の内径に対する前記無孔板の外径の比は、0.7以上、0.95以下であることとしてもよい。また、前記上流部の内径に対する前記上流部の長さの比は、3以下であることとしてもよい。また、前記管構造体は、前記上流部の上流側に設けられ、その内径が前記上流部の内径より小さい、前記流体が流出する流入口部を有することとしてもよい。 In addition, a downstream portion having a tube wall heated or cooled to heat or cool the fluid and an upstream portion provided on the upstream side of the downstream portion are disposed in the upstream portion of the tube structure. It may be done. In this case, the ratio of the outer diameter of the non-perforated plate to the inner diameter of the upstream portion may be 0.7 or more and 0.95 or less. The ratio of the length of the upstream portion to the inner diameter of the upstream portion may be 3 or less. Moreover, the said pipe structure is good also as having an inflow port part provided in the upstream of the said upstream part, the inside diameter is smaller than the internal diameter of the said upstream part, and the said fluid flows out.
本発明によれば、管構造体において管壁と流体との間で効率的な熱交換を実現する流れ制御体を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flow control body which implement | achieves efficient heat exchange between a pipe wall and a fluid in a pipe structure can be provided.
以下に、本発明の一実施形態について説明する。なお、本発明は、本実施形態に限られるものではない。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described. Note that the present invention is not limited to this embodiment.
図1は、本実施形態に係る流れ制御体1が配置された管構造体100の断面の一例を示す説明図である。図2は、流れ制御体1の一例の外観を示す説明図である。図3は、流れ制御体1に含まれる多孔板20の一例を示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of a cross section of a
図1に示すように、流れ制御体1は、流体が流通する管構造体100の内部に配置される。本実施形態において、管構造体100は、内部が中空の管状の構造体である。図1に示す例において、管構造体100の内部には、矢印Fの指す方向(流れ方向)に流体が流通する。流体は、気体や液体等、管構造体100の内部を流通することができるものであれば特に限られない。
As shown in FIG. 1, the
管構造体100は、内部に流体が流通する管状の構造体であれば特に限られない。すなわち、管構造体100は、例えば、流体を輸送するための配管構造体とすることができる。また、管構造体100は、例えば、内部を流体が流通する装置又はその一部とすることもできる。なお、本実施形態において、管構造体100の断面形状は円形であるが、これに限られず、例えば、多角形であってもよい。
The
管構造体100は、流体を加熱又は冷却するために加熱又は冷却された管壁132を有する下流部120と、当該下流部120の上流側に設けられた上流部110と、を有している。
The
すなわち、管構造体100を構成する管壁130は、その長手方向(すなわち、流れ方向)における下流側の一部として、流体を加熱又は冷却するために加熱又は冷却された管壁132を有している。
That is, the
本実施形態において、下流部120の管壁132は、その内部を流通する流体を加熱するために加熱されている。すなわち、図1に示すように、下流部120の管壁132の外周には、当該管壁132を加熱するための加熱部140が設けられている。
In this embodiment, the
具体的に、図1に示す例において、加熱部140は、通電により発熱する発熱線141と、当該発熱線141を被覆する断熱材142と、を有するヒータである。本実施例において、加熱部140は、管壁132の外周方向全域を被覆するように配置されている。
Specifically, in the example illustrated in FIG. 1, the
なお、内部の流体を冷却するために下流部120の管壁132が冷却される場合には、例えば、当該管壁132の外周に、内部を冷媒が流通する冷却装置等からなる冷却部が配置される。
In addition, when the
下流部120には、流体が通過することのできる充填材が充填されていてもよい。充填材は、流体に含有される所定の物質の除去等、任意の目的で使用される。下流部120に充填材が充填される場合、例えば、当該下流部120の上流端(上流部110と下流部120との境界)は、当該充填材の上流端とすることができる。
The
上流部110は、管構造体100の長手方向において、下流部120の上流側に連なって設けられている。上流部110は、管構造体100において、下流部120に流入する流体の流れを予め制御するために確保された領域である。
The
図1に示す例において、上流部110の管壁131には、加熱部140は設けられていない。ただし、上流部110の管壁131は、例えば、その下流側の一部が加熱又は冷却されてもよい。すなわち、上流部110の管壁131は、例えば、その少なくとも上流側の一部が加熱又は冷却されていない、管壁130の一部とすることができる。なお、管構造体100の管壁130は、例えば、金属から構成される。
In the example shown in FIG. 1, the
流れ制御体1は、このような管構造体100の上流部110に配置される。流れ制御体1は、図1〜図3に示すように、流体の流れを径方向外側に導く無孔板10と、当該無孔板10の下流側に配置されて当該流体の流れを径方向に分散する多孔板20と、を有している。
The
本実施形態において、多孔板20は、一方の表面から他方の表面まで貫通する多数の孔21が形成された円盤である。図3に示すように、多孔板20においては、内径D21の多数の円形の孔21が規則的に配置されている。具体的に、図3に示す例において、多数の孔21は、一定の中心間距離D22,D23で格子状に配置されている。
In the present embodiment, the
多孔板20は、例えば、金属から構成される。具体的に、本実施形態において、多孔板20は、パンチングメタルである。なお、多孔板20は、流体が通過できる多孔構造を有するものであれば特に限られず、例えば、エキスパンドメタルや金網等のメッシュ構造体とすることもできる。また、多孔板20及び孔21の形状は、本実施形態において円形であるが、これに限られず、例えば、それぞれ独立に、円形又は多角形であってもよい。
The
無孔板10は、上述の多孔板20のように流体が通過できる構造を有しない。すなわち、本実施形態において、無孔板10は、流体が通過できる構造を何ら有しない円盤である。無孔板10は、例えば、金属から構成される。なお、無孔板10の形状は、本実施形態において円形であるが、これに限られず、例えば、多角形であってもよい。
The
管構造体100の上流部110において、無孔板10は上流側に配置され、多孔板20は、当該無孔板10と離隔してその下流側に配置される。すなわち、図1に示す例において、多孔板20は、無孔板10の下流側に隣接して配置されており、当該多孔板20と当該無孔板10との間に他の部材は配置されていない。
In the
ここで、無孔板10は、図1に示すように、上流部110の径方向(流れ方向を横切る方向)の中央部分を塞ぐように配置されている。すなわち、無孔板10は、上流部110の径方向の中央部分における流体の流れを遮るように配置されている。このため、無孔板10は、流体の流れを当該無孔板10の外周側に導くこととなる。したがって、上流部110に流入した流体は、まず無孔板10に衝突し、当該無孔板10と、上流部110の管壁131と、の間から下流側に流れる。
Here, as shown in FIG. 1, the
無孔板10の外径D10は、上流部110の内径D110より小さく、流体の流れを径方向外側に偏らせることのできる範囲であれば特に限られない。すなわち、上流部110の内径D110に対する無孔板10の外径D10の比D10/D110は、例えば、0.7以上、0.95以下とすることができ、0.8以上、0.95以下とすることが好ましい。無孔板10が上述の範囲の外径D10を有することにより、流体の流れを径方向外側に効果的に導くことができる。
The outer diameter D 10 of the
なお、本実施形態において、管構造体100及び流れ制御体1に関する内径及び外径は、円形については直径を意味し、他の形状については流れ方向と直交する方向における代表寸法(例えば、偶数多角形については対角線の長さ)を意味する。
In the present embodiment, the inner diameter and the outer diameter of the
無孔板10の高さ(流れ方向の長さ)H10は、当該無孔板10を上流部110に配置できる範囲であれば特に限られない。すなわち、無孔板10の外径D10に対する当該無孔板10の高さH10の比H10/D10は、例えば、0.02以下とすることができ、0.0015以上、0.02以下とすることもできる。
Height (length in the flow direction) H 10
多孔板20は、無孔板10と同様、上流部110の径方向の中央部分に配置されている。すなわち、上流部110の流れ方向において、多孔板20と無孔板10とは直列的に配置されている。より具体的に、図1に示す例において、多孔板20は、無孔板10と同心に配置されている。
The
多孔板20は、上述のとおり多孔構造を有しているため、流体の流れを径方向に適度に分散させることができる。したがって、無孔板10の径方向外側から流入した流体は、その一部が多孔板20と上流部110の管壁131との間を通過して下流側に流れ、他の一部は、当該多孔板20と衝突して径方向に分散され、当該多孔板20の多数の孔21を通過して下流側に流れる。
Since the
多孔板20の外径D20は、流体の流れを径方向に分散することのできる範囲であれば特に限られない。すなわち、上流部110の内径D110に対する多孔板20の外径D20の比D20/D110は、例えば、0.8以上、1以下とすることができ、0.9以上、1以下とすることが好ましい。多孔板20が上述の範囲の外径D20を有することにより、流体の流れを径方向に効果的に分散することができる。
Outer diameter D 20 of the
また、多孔板20の外径D20は、無孔板10の外径D10以上であることが好ましい。すなわち、無孔板10の外径D10に対する多孔板20の外径D20の比D20/D10は、特に限られないが、例えば、1以上、1.5以下とすることが好ましく、1以上、1.1以下とすることがより好ましい。また、多孔板20の外径D20は、無孔板10の外径D10より大きいこととしてもよい。この場合、無孔板10の外径D10に対する多孔板20の外径D20の比D20/D10は、例えば、1超、1.5以下とすることが好ましく、1超、1.1以下とすることがより好ましい。この比D20/D10が上述の範囲であることにより、流体を効率よく多孔板20に衝突させて、当該多孔板20による流体の径方向への分散を効果的に達成することができる。
The outer diameter D 20 of the
多孔板20の高さH20は、当該多孔板20を上流部110に配置できる範囲であれば特に限られない。すなわち、多孔板20の外径D20に対する当該多孔板20の高さH20の比H20/D20は、例えば、0.02以下とすることができ、0.001以上、0.02以下とすることもできる。
The height H 20 of the
無孔板10と多孔板20とは、図1に示すように、比較的近接して配置することができる。すなわち、例えば、無孔板10の外径D10に対する当該無孔板10と多孔板20との距離L12の比L12/D10は、0.3以下とすることができる。より具体的に、この比L12/D10は、例えば、0.06以上、0.3以下とすることができる。この比L12/D10が上述の範囲であることにより、多孔板20による流体の流れの径方向への分散を効果的に達成することができる。
As shown in FIG. 1, the
上流部110は、比較的短い、限られた領域であってもよい。すなわち、上流部110の内径D110に対する当該上流部110の長さL110の比L110/D110は、例えば、5以下とすることができ、3以下とすることもできる。より具体的に、この比L110/D110は、例えば、0.2以上、5以下とすることができ、0.3以上、3以下とすることもできる。
The
無孔板10は、図1に示すように、上流部110の上流端に比較的近接して配置することができる。すなわち、上流部110の内径D110に対する、当該上流部110の上流端と無孔板10との距離L1の比L1/D110は、例えば、0.2以下とすることができ、0.15以下とすることもできる。より具体的に、この比L1/D110は、例えば、0.05以上、0.2以下とすることができ、0.07以上、0.15以下とすることもできる。
As shown in FIG. 1, the
多孔板20は、図1に示すように、下流部120の上流端(すなわち、上流部110の下流端)に比較的近接して配置することができる。すなわち、上流部110の内径D110に対する、下流部120の上流端と多孔板20との距離L2の比L2/D110は、例えば、0.05以下とすることができ、0.04以下とすることもできる。より具体的に、この比L2/D110は、例えば、0.01以上、0.05以下とすることができ、0.02以上、0.04以下とすることもできる。
As shown in FIG. 1, the
下流部120は、上流部110の下流端からさらに下流に向けて延びている。本実施形態において、下流部120の内径D120は、上流部110の内径D110と同一となっている。なお、下流部120の内径D120は、これに限られず、上流部110の内径D110に対する当該下流部120の内径D120の比D120/D110は、例えば、0.7〜1.3とすることができる。
The
下流部120の長さL120は、流体の加熱に適した範囲であれば特に限られない。すなわち、下流部120は、例えば、上流部110より長い領域とすることができる。
The length L 120 of the
下流部120は、加熱された管壁132によって、上流部110から流入してきた流体を加熱する。すなわち、下流部120においては、温度Tinの流体と、当該温度Tinより高い温度Thに加熱された管壁132と、が接触することにより、当該流体の温度Tfが上昇する。
The
なお、管壁132が、その内部を流通する流体を冷却するために冷却されている場合には、下流部120は、冷却された当該管壁132によって、上流部110から流入してきた流体を冷却する。すなわち、下流部120においては、温度Tinの流体と、当該温度Tinより低い温度Thに冷却された管壁132と、が接触することにより、当該流体の温度Tfが下降する。
When the
管壁132の温度Thと、下流部120に流入してくる流体(上流部110内を流通する流体)の温度Tinと、の差(Th−Tin)は特に限られず、例えば、10℃以上とすることができ、50℃以上とすることもできる。
And the temperature T h of the
加熱された管壁132の温度Thは、例えば、100℃以上とすることができ、500℃以上とすることもできる。
Temperature T h of the
このような流れ制御体1を管構造体100に配置する方法は特に限られない。図4は、流れ制御体1の管構造体100への取り付け構造の一例を示す説明図である。図4には、上流部110の上流側から見た平面視の流れ制御体1及び管構造体100を示している。
A method of arranging such a
図4に示す例において、無孔板10及び多孔板20の外周から管壁130まで径方向に延びて、当該無孔板10及び多孔板20と当該管壁130とをそれぞれ連結する複数(具体的には、周方向に等間隔に設けられた3つ)の支持部材160,161により、流れ制御体1は管構造体100に固定されている。
In the example shown in FIG. 4, a plurality (specifically) extending in the radial direction from the outer periphery of the
なお、流れ制御体1の管構造体100への取り付け構造は、この例に限られない。すなわち、例えば、上流部110の上流側にフランジが形成される場合には、一端が当該フランジに固定され、他端が無孔板10及び多孔板20にそれぞれ固定された、流れ方向に延びる棒状の支持部材を設けることにより、流れ制御体1を管構造体100に固定することができる。
In addition, the attachment structure to the
図5は、流れ制御体1が配置された管構造体100の断面の他の例を示す説明図である。図5に示す例において、流れ制御体1は、流体の流れ方向において直列的に配置された複数(具体的には、3つ)の多孔板20a,20b,20cを有している。すなわち、流れ制御体1は、最も上流側に配置される最上流多孔板20a、最も下流側に配置される最下流多孔板20c、及びこれらの間に配置される中間多孔板20bを有している。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing another example of a cross section of the
3つの多孔板20a,20b,20cの一部又は全部は、それぞれ互いに独立に、上述した多孔板20の条件を満たすものとすることができる。すなわち、例えば、多孔板20a,20b,20cの外径D20a,D20b,D20c、高さH20a,H20b,H20c、無孔板10との距離L12a,L12b,L12cは、それぞれ互いに独立に、上述した範囲とすることができる。
Part or all of the three
具体的に、例えば、無孔板10の外径D10に対する当該無孔板10と最上流多孔板20aとの距離L12aの比L12a/D10が上述の範囲である場合、当該最上流多孔板20aより下流側の他の多孔板20b,20cは、それぞれ独立に、上述の範囲であり又は上述の範囲外である距離L12b,L12cをおいて当該無孔板10の下流側に配置されてもよい。
Specifically, for example, when the ratio L 12a / D 10 of the distance L 12a between the
また、例えば、無孔板10の外径D10に対する当該無孔板10と最下流多孔板20cとの距離L12cの比L12c/D10は上述の範囲である場合、当該最下流多孔板20cより上流側の他の多孔板20a,20bもまた同様に、上述の範囲の距離L12a,L12bをおいて当該無孔板10の下流側に配置されてもよい。
Further, for example, when the ratio L 12c / D 10 of the distance L 12c between the
図5に示す例において、無孔板10及び3つの多孔板20a,20b,20cは、等間隔で配置されている。ただし、無孔板10と最上流多孔板20aとの距離L12a、当該最上流多孔板20aと中間多孔板20bとの距離Lab、当該中間多孔板20bと最下流多孔板20cとの距離Lbc等、複数の多孔板20間の距離はこれに限られず、それぞれ任意に設定することができる。なお、流れ制御体1が複数の多孔板20を有する場合、当該多孔板20の数は2以上であれば特に限られない。
In the example shown in FIG. 5, the
また、図5に示す例において、管構造体100は、上流部110の上流側に設けられ、その内径D150が当該上流部110の内径D110より小さい、流体が流出する流入口部150を有している。すなわち、小径の流入口部150から流出した流体が、大径の上流部110に流入し、流れ制御体1に衝突する。
In the example shown in FIG. 5, the
流入口部150の内径D150は、上流部110の内径D110より小さければ特に限られない。すなわち、上流部110の内径D110に対する流入口部150の内径D150の比D150/D110は、例えば、0.5以下とすることができ、0.2以下とすることもできる。より具体的に、この比D150/D110は、例えば、0.02以上、0.5以下とすることができ、0.05以上、0.2以下とすることもできる。
The inner diameter D 150 of the
なお、管構造体100がこのような流入口部150を有する場合、上述した上流部110の上流端と無孔板10との距離L1は、当該流入口部150の下流端と当該無孔板10との距離L1とすることができる。また、流入口部150を有する管構造体100に配置される流れ制御体1は、複数の多孔板20を有するものに限られず、無孔板10と多孔板20とをそれぞれ少なくとも1つ有すればよい。
Incidentally, if the
上述したような流れ制御体1によれば、管壁130を介して流体を加熱又は冷却する管構造体100において当該流体の効果的な加熱又は冷却を実現することができる。すなわち、流れ制御体1によれば、限られた領域である上流部110において、まず無孔板10によって流体の流れを径方向外側に偏らせ、次いで、多孔板20によって当該流体の流れを径方向に適度に分散することにより、下流部120における管壁132と当該流体との接触による熱交換に適した流れを効果的に形成することができる。
According to the
特に、図5に示すように、小径の流入口部150から、大径の下流部120に向けて流体が流出する急拡大構造においては、当該流入口部150と当該下流部120との間に設けられた上流部110の長さが短い場合、当該下流部120において管壁132と当該流体との間で効率よく熱交換を行うことは容易でない。
In particular, as shown in FIG. 5, in a rapidly expanding structure in which a fluid flows out from a small-
この点、流れ制御体1によれば、上流部110の長さが限られた急拡大構造においても、上述のように流体の流れを適切に制御して、下流部120における管壁132と当該流体との効率的な熱交換を実現することができる。
In this regard, according to the
次に、本実施形態に係る具体的な実施例について説明する。 Next, specific examples according to the present embodiment will be described.
後述する実施例1〜4及び比較例1〜3の流れ制御体による流体流れの制御効果を数値計算シミュレーションにより評価した。管構造体100は、図1に示すように、一定の内径D110,D120で直線的に延びる円筒状の金属製配管とした。すなわち、管構造体100は、内径D150(D150/D110=0.12)の流入口部150と、長さL120(L120/D120=2.6)の下流部120と、当該流入口部150と当該下流部120との間に設けられた長さ(当該流入口部150の下流端から当該下流部120の上流端までの距離)L110(L110/D110=2.82)の上流部110と、を有する円筒構造体とした。管構造体100の内部を流通する流体は、空気とした。
The fluid flow control effects of the flow control bodies of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 described later were evaluated by numerical simulation. As shown in FIG. 1, the
無孔板10は、外径D10(D10/D110=0.91)、厚さH10(H10/D10=0.00923)の金属製の円盤とした。多孔板20は、外径D20(D20/D110=0.93)、厚さH20(H20/D20=0.00909)であって、図3に示すように、内径D21(D21/D20=0.03)の複数の孔21が一定の中心間距離D22,D23(D22/D20=D23/D20=0.06)で格子状に形成された円形のパンチングメタル(PM)とした。したがって、無孔板10の外径D10に対する多孔板20の外径D20の比D20/D10は、1.02であった。
The
[実施例1:円盤×1+PM×1]
上流部110において、流入口部150から距離L1(L1/D110=0.067)だけ下流側に1つの無孔板10を配置した。また、無孔板10から距離L12(L12/D10=0.25)だけ下流側、且つ下流部120から距離L2だけ上流側(L2/D110=0.031)に1つの多孔板20を配置した。
[Example 1: Disc x 1 + PM x 1]
In the
[実施例2:円盤×1+PM×2]
上述の実施例1の無孔板10と同一の位置に無孔板10を配置した。上述の実施例1の多孔板20と同一の位置に最下流の多孔板20を配置した。これら無孔板10と最下流の多孔板20との中間の位置に、さらに1つの多孔板20を配置した。
[Example 2: Disc x 1 + PM x 2]
The
[実施例3:円盤×1+PM×3]
上述の実施例1の無孔板10と同一の位置に無孔板10を配置した。上述の実施例1の多孔板20と同一の位置に最下流の多孔板20を配置した。これら無孔板10と最下流の多孔板20との間に、等間隔で、さらに2つの多孔板20を配置した。
[Example 3: Disc x 1 + PM x 3]
The
[実施例4:円盤×1+PM×4]
上述の実施例1の無孔板10と同一の位置に無孔板10を配置した。上述の実施例1の多孔板20と同一の位置に最下流の多孔板20を配置した。これら無孔板10と最下流の多孔板20との間に、等間隔で、さらに3つの多孔板20を配置した。
[Example 4: Disc x 1 + PM x 4]
The
[比較例1:円盤×1]
上述の実施例1の無孔板10と同一の位置に無孔板10を配置した。
[Comparative Example 1: Disc x 1]
The
[比較例2:PM×3]
上述の実施例1の無孔板10と同一の位置に最上流の多孔板20を配置した。上述の実施例1の多孔板20と同一の位置に最下流の多孔板20を配置した。これら最上流の多孔板20と最下流の多孔板20との中間の位置に、さらに1つの多孔板20を配置した。
[Comparative Example 2: PM × 3]
The most upstream
[比較例3:PM×4]
上述の実施例1の無孔板10と同一の位置に最上流の多孔板20を配置した。上述の実施例1の多孔板20と同一の位置に最下流の多孔板20を配置した。これら最上流の多孔板20と最下流の多孔板20との間に、等間隔で、さらに2つの多孔板20を配置した。
[Comparative Example 3: PM × 4]
The most upstream
[温度分布の評価]
下流部120の管壁132の温度Thを、流体を加熱するために適した所定値とした。また、この管壁132の温度Thを1とした場合における流入口部150から上流部110に流入してくる流体の温度Tinを0.27とした。そして、上述の実施例1〜4及び比較例1〜3について、共通の条件(例えば、流体、無孔板10、多孔板20等の熱伝導率(W/m・K)や、管壁の発熱量(W/m2)、当該流体の流量(kg/s)等)を適用した数値計算(有限体積法)を実行し、下流部120内の当該流体の温度分布を求めた。
[Evaluation of temperature distribution]
The temperature T h of the
[評価結果]
図6A、図6B、図6C、図6D及び図6Eには、比較例1、実施例1、実施例2、実施例3及び実施例4において温度分布を評価した結果をそれぞれ示す。図7には、実施例1〜4及び比較例1において、下流部120内の13箇所の測定点(図6A〜図6Eに示す(1)〜(13))で得られた流体の温度Tfを示す。図7において、横軸は測定点を示し、縦軸は、管壁132の温度Thに対する各測定点における流体の温度Tf(温度Thを1とした場合の温度Tf)である相対温度(−)を示す。図7において、黒塗りの丸印は比較例1の結果を示し、白抜きの丸印は実施例1の結果を示し、白抜きの菱形印は実施例2の結果を示し、白抜きの四角印は実施例3の結果を示し、白抜きの三角印は実施例4の結果を示す。
[Evaluation results]
6A, FIG. 6B, FIG. 6C, FIG. 6D, and FIG. 6E show the results of evaluating the temperature distribution in Comparative Example 1, Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4, respectively. In FIG. 7, in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1, the temperature T of the fluid obtained at 13 measurement points ((1) to (13) shown in FIGS. 6A to 6E) in the
図6A及び図7に示すように、無孔板10のみを配置して多孔板20を配置しなかった比較例1では、下流部120内における流体の温度が著しく不均一になった。すなわち、比較例1においては、下流部120の一部(特に、測定点(11)、(12)及び(13))において流体の温度が著しく低くなり、流体を効率よく加熱することができなかった。
As shown in FIGS. 6A and 7, in Comparative Example 1 in which only the
これに対し、図6B〜図6E及び図7に示すように、無孔板10の下流側に多孔板20を配置することにより、下流部120内における流体の温度を効果的に均一化することができた。そして、多孔板20の数を増加させることにより、下流部120内の流体の温度を、目標とする温度により近い範囲で、より効果的に均一化することができた。
On the other hand, as shown in FIGS. 6B to 6E and 7, the temperature of the fluid in the
図8A、図8B、図8C、及び図8Dには、比較例2、実施例2、比較例3及び実施例3において温度分布を評価した結果をそれぞれ示す。なお、図8B及び図8Dには、それぞれ上述の図6C及び図6Dと同一の結果を示す。 8A, 8B, 8C, and 8D show the results of evaluating the temperature distribution in Comparative Example 2, Example 2, Comparative Example 3, and Example 3, respectively. 8B and 8D show the same results as in FIGS. 6C and 6D, respectively.
図9Aには、実施例2及び比較例2において、下流部120内の13箇所の測定点(図8A及び図8Bに示す(1)〜(13))で得られた流体の温度Tfを示す。図9Bには、実施例3及び比較例3において、下流部120内の13箇所の測定点(図8C及び図8Dに示す(1)〜(13))で得られた流体の温度Tfを示す。図9A及び図9Bにおいて、横軸は測定点を示し、縦軸は、上述の図7と同様、各測定点における流体の相対温度(−)を示す。図9Aにおいて、白抜きの丸印は比較例2の結果を示し、黒塗りの丸印は実施例2の結果を示す。図9Bにおいて、白抜きの丸印は比較例3の結果を示し、黒塗りの丸印は実施例3の結果を示す。
9A shows the temperature T f of the fluid obtained at 13 measurement points ((1) to (13) shown in FIGS. 8A and 8B) in the
図8A及び図9Aに示すように、無孔板10を配置せず多孔板20のみを3つ配置した比較例2では、下流部120内における流体の温度が著しく不均一になった。すなわち、比較例2においては、下流部120の多くの測定点において流体の温度が著しく低くなり、流体を効率よく加熱することができなかった。
As shown in FIGS. 8A and 9A, in Comparative Example 2 in which only the
これに対し、図8B及び図9Aに示すように、最上流の位置に無孔板10を配置し、その下流側に2つの多孔板20を配置した実施例2においては、下流部120内における流体の温度を、目標とする温度に近い範囲で効果的に均一化することができた。
On the other hand, as shown in FIG. 8B and FIG. 9A, in Example 2 in which the
同様に、図8C及び図9Bに示すように、無孔板10を配置せず多孔板20のみを4つ配置した比較例2では、下流部120内における流体の温度が著しく不均一になった。
Similarly, as shown in FIGS. 8C and 9B, in Comparative Example 2 in which only the
これに対し、図8D及び図9Bに示すように、最上流の位置に無孔板10を配置し、その下流側に2つの多孔板20を配置した実施例3においては、下流部120内における流体の温度を、目標とする温度に近い範囲で効果的に均一化することができた。
On the other hand, as shown in FIG. 8D and FIG. 9B, in Example 3 in which the
1 流れ制御体、10 無孔板、20,20a,20b,20c 多孔板、21 孔、100 管構造体、110 上流部、120 下流部、130 管壁、131 上流部の管壁、132 下流部の管壁、140 加熱部、141 発熱線、142 断熱材、150 流入口部、160,161 支持部材。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記流体の流れを径方向外側に導く無孔板と、
前記無孔板の下流側に前記無孔板と離間して配置されて前記流体の流れを径方向に分散する多孔板と、
を有し、該多孔板の外径は、該無孔板の外径以上であり、
該無孔板と該多孔板は、該管構造体に支持部材で固定されている
ことを特徴とする流れ制御体。 A flow control body disposed inside a pipe structure through which fluid flows,
A non-perforated plate for guiding the flow of the fluid radially outward;
A perforated plate disposed downstream of the non-perforated plate and spaced apart from the non-perforated plate to disperse the fluid flow in the radial direction;
And the outer diameter of the perforated plate is equal to or greater than the outer diameter of the non-porous plate,
The non- porous plate and the perforated plate are fixed to the tube structure with a support member.
ことを特徴とする請求項1に記載された流れ制御体。 The flow control body according to claim 1 , wherein a ratio of a distance between the non-porous plate and the porous plate with respect to an outer diameter of the non-porous plate is 0.06 or more and 0.3 or less.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載された流れ制御体。 By flow control body according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the perforated plates which are arranged in series in the flow direction of the fluid.
流部の上流側に設けられた上流部と、を有する前記管構造体の前記上流部に配置される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載された流れ制御体。 Arranged in the upstream portion of the tube structure having a downstream portion having a tube wall heated or cooled to heat or cool the fluid, and an upstream portion provided upstream of the downstream portion. The flow control body according to any one of claims 1 to 3 , wherein
ことを特徴とする請求項4に記載された流れ制御体。 The flow control body according to claim 4 , wherein a ratio of an outer diameter of the non-perforated plate to an inner diameter of the upstream portion is 0.7 or more and 0.95 or less.
ことを特徴とする請求項4又は5に記載された流れ制御体。 The flow control body according to claim 4 or 5 , wherein a ratio of a length of the upstream portion to an inner diameter of the upstream portion is 3 or less.
さい、前記流体が流出する流入口部を有する
ことを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載された流れ制御体。 The tube structure is provided on the upstream side of the upstream portion, smaller than the inner diameter of an inner diameter the upstream portion, any one of claims 4 to 6, characterized in that it has an inlet portion into which the fluid flows out The flow control body described in 1.
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