(57)【要約】【課題】  本発明は、単純な構造であり、かつ、２つのガスを効率よく確実に混合できるガス混合装置を提供することを主目的とするものである。【解決手段】  上記目的を達成するために本発明は、第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、上記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、上記第１ガスを上記混合部に導入するための第１ガス導入管と、上記第２ガスを上記混合部に導入するための第２ガス導入管と、上記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、上記混合部には、第２ガス導入管の端部に設けられた導入貫入部が貫入されており、上記導入貫入部の端部には、開口部である導入管開口部が設けられ、上記第１ガス導入管が、上記導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられていることを特徴とするガス混合装置を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、
前記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、前記第１ガスを前記混合部に導入するための第１ガス導入管と、前記第２ガスを前記混合部に導入するための第２ガス導入管と、前記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、
前記混合部には、第２ガス導入管の端部に設けられた導入貫入部が貫入されており、
前記導入貫入部の端部には、開口部である導入管開口部が設けられ、
前記第１ガス導入管が、前記導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられていることを特徴とするガス混合装置。
【請求項２】
前記ガス混合装置は燃料電池システムに備えられており、前記第１ガスは水素極オフガスであり、前記第２ガスは空気極オフガスであることを特徴とする請求項１に記載のガス混合装置。
【請求項３】
前記混合部の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、前記第２ガス導入管の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス混合装置。
【請求項４】
第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、
前記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、前記第１ガスを前記混合部に導入するための第１ガス導入管と、前記第２ガスを前記混合部に導入するための第２ガス導入管と、前記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、
前記混合部には、前記混合ガス排出管の端部に設けられた排出貫入部が貫入されており、
前記排出貫入部の端部には、開口部である排出管開口部が設けられ、
前記第１ガス導入管が、前記排出管開口部よりも第２ガスの流れの下流側に設けられていることを特徴とするガス混合装置。
【請求項５】
前記混合部の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、前記混合ガス排出管の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のガス混合装置。
【請求項６】
前記第２ガスの流れと同一な方向以外の方向となるように、前記第１ガスの流れを制御する第１ガス流制御手段が前記混合部内に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかの請求項に記載のガス混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス混合装置に関し、特に燃料電池からパージされる水素ガスを希釈するために用いられるガス混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の動力源として用いられる燃料電池システムでは、燃料として用いられる水素を循環させて再利用することにより、燃料利用効率を向上している。このような燃料電池システムにおいては、一時的に低下した燃料電池の電圧を回復させる場合や、車両停車時に、燃料電池の両極間の差圧が過大になることを防止する場合に循環系の水素の一部を系の外部に放出する動作であるパージを行う必要がある。
【０００３】
上記循環系からパージされたガスは高濃度の水素を含むガスであり、そのまま大気中に放出されると、何らかの火種により水素が燃焼してしまう危険性がある。そのため、大気中に放出される前にパージされたガスを希釈して、含有される水素の濃度を燃焼限界よりも低くする必要があり、パージガスを希釈する希釈装置が用いられている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、パージされたガスを滞留させる滞留領域と、上記滞留領域からパージされたガスと空気とを混合して希釈する希釈領域と、上記滞留領域から希釈領域へパージされたガスを通流させる通流部とが設けられた希釈装置が開示されている。しかしながらこれは、仕切られた２つの空間の一部を通流部により連結する必要があるなど、構造が複雑であり、製造が困難である。また、この装置には通流部などのような、小さな孔をガスが通流する箇所が多く、このような孔付近には湿気が溜まり、低温時には凍結してしまい、流路を閉鎖してしまうといった不具合が生じる可能性もある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３２９１５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、単純な構造であり、かつ、２つのガスを効率よく確実に混合できるガス混合装置を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明はガス混合装置の第１態様として、第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、上記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、上記第１ガスを上記混合部に導入するための第１ガス導入管と、上記第２ガスを上記混合部に導入するための第２ガス導入管と、上記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、上記混合部には、第２ガス導入管の端部に設けられた導入貫入部が貫入されており、上記導入貫入部の端部には、開口部である導入管開口部が設けられ、上記第１ガス導入管が、上記導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられていることを特徴とするガス混合装置を提供する。
【０００８】
本発明の第１態様のガス混合装置においては、上記構成にすることにより、第２ガスが第２ガス導入管から混合ガス排出管へと直接流れるのではなく、導入後に乱流となって第１ガスを巻き込んだ状態で混合ガス排出管へと排出される。そのため本態様においては、第２ガスを乱流の状態で長い時間滞留させ、その乱流内へ第１ガスを導入することにより、第１ガスを第２ガスと確実に混合することができる。
【０００９】
上記第１態様においては、上記ガス混合装置は燃料電池システムに備えられており、上記第１ガスは水素極オフガスであり、上記第２ガスは空気極オフガスであることが好ましい。これにより、燃料電池システムの水素極から排出された水素を確実に希釈することができ、濃度の高い水素が燃料電池システム外に放出されることを防止することができる。
【００１０】
また、上記第１態様においては、上記混合部の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、上記第２ガス導入管の断面積よりも大きいことが好ましい。これにより、混合部内で第２ガスは拡散しやすくなり、より確実に第１ガスと混合することができる。
【００１１】
また本発明は、ガス混合装置の第２態様として、第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、上記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、上記第１ガスを上記混合部に導入するための第１ガス導入管と、上記第２ガスを上記混合部に導入するための第２ガス導入管と、上記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、上記混合部には、上記混合ガス排出管の端部に設けられた排出貫入部が貫入されており、上記排出貫入部の端部には、開口部である排出管開口部が設けられ、上記第１ガス導入管が、上記排出管開口部よりも第２ガスの流れの下流側に設けられていることを特徴とするガス混合装置を提供する。
【００１２】
本発明の第２態様のガス混合装置においては、混合ガス排出管の端部に設けられた排出貫入部を混合部内に貫入し、その排出貫入部の端部に排出管開口部を設け、混合部内の混合ガスを排出することにより、上記第１態様のガス混合装置と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
また、上記第２態様においては、上記混合部の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、上記混合ガス排出管の断面積よりも大きいことが好ましい。これにより、混合部内で第１ガスおよび第２ガスは十分拡散し、混合されてから混合ガス排出管から排出されるため、より確実に第１ガスと第２ガスとを混合することができる。
【００１４】
上記第１態様および第２態様の発明においては、上記第２ガスの流れと同一な方向以外の方向となるように、上記第１ガスの流れを制御する第１ガス流制御手段が上記混合部内に設けられていることが好ましい。第１ガス流制御手段を設け、導入される第１ガスを上記方向に制御することにより、導入された第１ガスが直接混合ガス排出管から、高い濃度のまま排出されることを防止することができ、２つのガスをより確実に混合することが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のガス混合装置は、単純な構造であり、かつ、ガスを効率よく確実に混合できるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、ガスを導入または排出する管を混合部内に貫入し、その端部からガスを導入または排出することにより混合部内でガスの乱流を発生させ、２つのガスを確実に混合しようとするものである。本発明のガス混合装置は燃料電池用ガス混合装置として、すなわち、燃料電池の水素極側からパージされる水素ガスを希釈するためのガス混合装置として用いられることが好ましい。この場合は、水素極オフガスを第１ガス、空気極オフガスを第２ガスとして用いることが好ましく、それにより、水素極側からパージされた水素ガスを空気により確実に希釈することができる。
【００１７】
以下、本発明のガス混合装置の２つの態様をそれぞれ説明する。なお、本発明において、断面積とは第２ガスが導入される際のガスの流れに垂直な断面の断面積を指すものとし、上流および下流とは、第２ガスが混合部に導入される際の流れにおける上流および下流を指すものとする。また、長さとは、第２ガスが導入される際のガスの流れに平行な方向の長さを指すものとする。
【００１８】
Ａ．第１態様
以下、本発明の第１態様のガス混合装置について説明する。
本発明の第１態様のガス混合装置は、第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、上記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、上記第１ガスを上記混合部に導入するための第１ガス導入管と、上記第２ガスを上記混合部に導入するための第２ガス導入管と、上記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、上記混合部には、第２ガス導入管の端部に設けられた導入貫入部が貫入されており、上記導入貫入部の端部には、開口部である導入管開口部が設けられ、上記第１ガス導入管が、上記導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
まず、このような本態様のガス混合装置の構成について、図を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の第１態様のガス混合装置の一例を示す概略構成図である。図１（ａ）に示すように、本態様のガス混合装置１は、第１ガスと第２ガスとを混合する混合部２と、上記第１ガスを混合部２に導入するための第１ガス導入管３と、上記第２ガスを混合部２に導入するための第２ガス導入管４と、上記混合部２内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管５とが設けられている。
【００２０】
上記第２ガス導入管４の端部には、導入貫入部６が設けられており、上記導入貫入部６は上記混合部２内に貫入されている。この導入貫入部６の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、上記混合部２の断面積よりも小さい。第２ガスはこのような導入貫入部６の端部に設けられた導入管開口部７を介して、第２ガス導入管４から混合部２へ導入される。また、混合ガス排出管５の端部には、排出貫入部８が設けられており、上記排出貫入部８は上記混合部２内に貫入されている。混合部内において混合された混合ガスは、排出貫入部８の端部に設けられた排出管開口部９を介して混合部２から混合ガス排出管５へ排出される。さらに、混合部２内の第１ガス導入管３の端部には、第１ガス流制御手段であるノズル状導入口１０が設けられている。なお、導入管開口部７と排出管開口部９との間の空間を間隙１１とする。
【００２１】
図１（ａ）に示すガス混合装置１においては、上記導入貫入部６の断面積よりも混合部２の断面積の方が大きいため、導入開口部６から混合部２内へ導入される際に第２ガスは流速を失い乱流となる。本態様においては、第２ガス導入管４の端部に設けられた導入貫入部６は混合部２内へ貫入されており、かつ、第２ガスが混合部２内へ導入される開口部である導入管開口部７は、混合部２内へ貫入された導入貫入部６の下流側の端部に位置する。そのため導入管開口部７は、混合部２を構成する壁のうち、下流側の壁の近くに位置し、導入された第２ガスの大部分は上記下流側の壁に衝突して上流側へ流れる。上流側へ流れた第２ガスの乱流は、その後上流側の壁に衝突し、下流側へ流れて混合ガス排出管５より排出される。このように本態様のガス混合装置１においては、導入された第２ガスが混合部２内で乱流として長時間滞留するため、上記第２ガスの乱流内へ第１ガスを導入することにより、第１ガスを第２ガスと確実に混合することが可能になる。
【００２２】
本態様のガス混合装置は上述したような、導入貫入部が混合部内に貫入されており、上記導入貫入部の端部に設けられた導入管開口部から主として第２ガスが導入され、かつ、上記第１ガス導入管が上記導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられているものであれば特に限定されるものではなく、上記図１に示された例以外にも排出管貫入部の貫入量や第１ガスの導入の方法が異なる様々な構成を取り得る。例えば、第１ガス導入管は混合部の下流側に設けられており、上流側に向けて第１ガスを噴射するような構造であってもよい。また、導入貫入部と排出貫入部とは、同軸上に設けられていてもよいし、異なる軸上に設けられていてもよい。さらに、導入貫入部には、その端部に設けられた導入管開口部以外にも開口部が設けられていてもよい。
【００２３】
本態様において導入貫入部は、第２ガス導入管の端部に設けられており、混合部内に貫入されている部分を指すものとする。本態様のガス混合装置は、第２ガス導入管の端部に導入貫入部を設けることにより、第２ガスの混合部内における滞留時間を長くするものである。本態様においては、導入貫入部が混合部に貫入されており、上記導入貫入部の端部に導入管開口部が設けられていれば、導入管開口部の位置は特に限定されるものではないが、混合部の上流側の端部から上記導入管開口部までの長さが、混合部の上流側の端部から下流側の端部までの長さに対して、５０％以上、中でも９０％以上であることが好ましい。
【００２４】
また、上記導入貫入部の形状、貫入位置等は特に限定されるものではない。例えば、導入貫入部は直線的な形状を有しており、混合部の上流側の壁面から下流側へまっすぐ貫入することができる。また、導入貫入部は混合部の側部の壁面、または下流側の壁面から貫入されており、導入管開口部が下流を向くような形状を有していてもよい。
【００２５】
本態様においては、上記混合部の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、上記第２ガス導入管の断面積よりも大きいことが好ましい。また、同一の断面において、上記混合部の断面積は上記導入貫入部の断面積よりも大きいことが好ましい。混合部よりも断面積が小さい第２ガス導入管、または導入貫入部を用いて、より大きい断面積を有する混合部に第２ガスを導入することにより、混合部内で第２ガスは拡散しやすくなり、より確実に第１ガスと混合することができる。
【００２６】
さらに、排出貫入部は、混合ガス排出管の端部に設けられており、混合部内に貫入されている部分を指すものとする。本態様においては、排出貫入部は設けられていても、設けられていなくてもよく、排出貫入部が設けられている場合の排出貫入部の長さは特に限定されるものではない。また、上記導入貫入部の長さと排出貫入部の長さの和が上記混合部の長さよりも長くなるように、つまり、導入貫入部と排出貫入部とがオーバーラップするように設けられていてもよい。
【００２７】
本態様において、上記導入管開口部と排出管開口部との間の空間である間隙の長さは、混合ガスが排出される程度の隙間が確保されていれば特に限定されるものではない。このような間隙の長さは、および開口面積はガス混合装置が用いられる際の様々な条件に応じて適宜調整されることが好ましい。例えば、燃料電池システムにおいて排出される水素を希釈するために上記ガス混合装置を用いる場合は、水素の排出時間、間隔、圧力、速度、温度、湿度、濃度、含有される水の量、配管径、または、空気の流量、圧力、速度、温度、湿度、濃度、含有される水の量、配管径等に応じて適宜調整されることが好ましい。混合部の長さに対する間隙の長さが５０％以下、中でも１０％以下であることが好ましい。間隙の長さが上記範囲より大きいと、混合部内で滞留せずにそのまま排出されてしまう第２ガスの割合が増加するため、導入された第２ガスの一部分しか第１ガスと混合されなくなる可能性がある。なお、導入貫入部と排出貫入部とがオーバーラップするように設けられている混合装置においては、上記間隙の長さは負の値となるが、この場合は長さの絶対値が大きい、つまり、オーバーラップ部分が大きい方が好ましい。
【００２８】
また、混合部内へ第１ガスを導入する際の好ましい方向は、第１ガスを導入する位置により大きく異なるものではあるが、第１ガスは、第２ガスの流れと同一な方向以外の方向となるように混合部内へ導入されることが好ましい。中でも、第２ガスの流れの方向を０°としたとき、９０〜２７０°の範囲内のような、第２ガスの流れに対して垂直に近い角度で第２ガスと交差するような方向となるように混合部内へ導入されることが好ましい。混合部へ導入された第２ガスは乱流となり、その大部分は下流側の壁に衝突して上流側へと移動するが、その一部は移動の途中で混合ガス排出管から排出される場合がある。第１ガスが第２ガスの流れと同一、かつ、平行な方向で混合部へ導入されると、上述したような、混合部内で滞留することなく排出される第２ガスの流れに乗って、導入された第１ガスも高濃度なまま直接排出されてしまう可能性がある。第１ガスが混合部に導入される際の方向を制御することにより、上記不具合を防止し、混合部内で滞留する第２ガスと導入された第１ガスとを確実に混合させることができる。
【００２９】
上述したような、第１ガスが導入される際の方向を制御する方法は特に限定されるものではない。例えば、第１ガス導入管を一定の角度で混合部に接続し、その角度をもって第１ガスを混合部へ導入する方法、また、第１ガスの流れを制御する第１ガス流制御手段を用いる方法等により制御することができる。
【００３０】
本態様においては、上記の中でも、上記第２ガスの流れと同一な方向以外の方向となるように上記第１ガスの流れを制御する第１ガス流制御手段が上記混合部内に設けられていることが好ましい。このような制御手段を設けて第１ガスの流れを制御することにより、混合部内に導入された第１ガスが直接混合ガス排出管より排出されることを防止でき、より確実に第１ガスを第２ガスと混合することができる。
【００３１】
上記第１ガス流制御手段は、混合部内に設けることができ、かつ、混合部内に導入された第１ガスの流れを制御できるものであれば特に限定されるものではない。例えば、第１ガス導入管端部の開口部付近の混合部内に整流板等を設け、一定方向への流れを阻害することにより第１ガスの流れを制御してもよい。また、図１に示すように第１ガス導入管３の端部に、混合部に突出するようにノズル状導入口１０を設け、そのノズルの向きを制御したり、ノズルの開口部の面積を小さくし、第１ガスを混合部内へ噴射したりすること等によっても第１ガスの流れを制御することができる。
【００３２】
本態様においては、第１ガス導入管が、上記導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられている。中でも、第１ガス導入管の開口部から第２ガスの導入管開口部までの長さが長い方が好ましく、混合部の長さの５０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。第１ガス導入管が導入管開口部よりも下流側にある場合、混合ガス排出管の開口部である排出管開口部からの物理的な距離が近くなってしまうことに加え、導入直後に混合ガス排出管より排出される一部の第２ガスの流れに、導入された第１ガスが巻き込まれて高濃度なまま上記第２ガスと共に排出されてしまう可能性がある。なお、図３（ｂ）に例示する場合のように、第２ガスの流れから外れた位置に第１ガス導入管３が設けられている場合であって、第１ガス導入管３の開口部から導入された第１ガスが第２ガスの流れに合流する位置は導入管開口部７よりも上流側である場合、実質的に第１ガス導入管３が導入管開口部７よりも上流側に設けられている場合と同じ効果を奏する。そのため、本発明においては、このような場合も「第１ガス導入管が、導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けられている」という概念に含まれる。
【００３３】
以下、混合部へ第１ガスを導入する際の好ましい例について、図を用いて説明する。
図１は、本態様のガス混合装置の一例を示す概略構成図である。図１（ａ）は第２ガスの流れに平行な断面における概略縦断面図であり、図１（ｂ）は第２ガスの流れに垂直な断面における概略横断面図である。図１に示す例のように、混合部２の中心部に第２ガス導入管４の導入貫入部６が貫入されている場合、第１ガスは混合部の上流側から、第１ガス流制御手段、すなわちノズル状導入口１０を用いて第２ガスの流れに垂直な方向で導入されることが好ましい。上記方向で第１ガスを導入することにより、第１ガスは図１（ｂ）に示される矢印の方向へ導入され、一箇所に留まることなく、導入貫入部６の周囲をらせん状に移動し、乱流となった第２ガスと混合される。また、第１ガスは排出管開口部９から離れた位置から導入されているので、導入された第１ガスが直接排出管開口部９から濃度が高いままで排出されるという不具合を防止することができる。
【００３４】
また、図２は、本態様のガス混合装置の他の例を示す概略縦構成図である。図２（ａ）は第２ガスの流れに平行な断面における概略横断面図であり、図２（ｂ）は第２ガスの流れに垂直な断面における概略断面図である。図２に示す例のように、混合部２の上方側に第２ガス導入管４が貫入されており、混合部２の下方側に混合ガス排出管５が設けられている場合、第１ガスは混合部の上流側、かつ下方側から、第１ガス流制御手段を用いて上方側の導入貫入部６の方向へ向けて導入されることが好ましい。混合部２の上方側へ向けて導入された第１ガスは、導入貫入部６に衝突して拡散し、乱流となった第２ガスと混合される。
【００３５】
なお、本態様のガス混合装置に用いられる混合部の形状は、第１ガス導入管を導入管開口部よりも第２ガスの流れの上流側に設けることができる形状であれば特に限定されるものではなく、ガス混合装置が配置される場所に応じて様々な形状をとり得る。例えば、図１や図２に例示するガス混合装置のような形状を挙げることができる。
【００３６】
また、上記混合部の形状は、図３に例示するガス混合装置のように、第２ガスの流れに垂直な方向の断面形状が場所によって異なる形状のものも用いることができる。具体的には、図３（ａ）に示すように、第２ガスの流れに平行な方向の断面形状が長方形ではなく、混合部の壁面が鈍角に曲がっている形状のものも用いることができる。さらに、本発明においては、図３（ｂ）に示すように、第２ガスの流れに平行な方向の断面形状が長方形ではなく、混合部の壁面が鋭角に曲がっている形状のものも用いることができる。
【００３７】
Ｂ．第２態様
次に、本発明の第２態様のガス混合装置について説明する。
本発明の第２態様のガス混合装置は、第１ガスと第２ガスとを混合するためのガス混合装置であって、上記第１ガスと第２ガスとを混合する混合部と、上記第１ガスを上記混合部に導入するための第１ガス導入管と、上記第２ガスを上記混合部に導入するための第２ガス導入管と、上記混合部内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管とを有し、上記混合部には、上記混合ガス排出管の端部に設けられた排出貫入部が貫入されており、
上記排出貫入部の端部には、開口部である排出管開口部が設けられ、上記第１ガス導入管が、上記排出管開口部よりも第２ガスの流れの下流側に設けられていることを特徴とするものである。
【００３８】
まず、このような本態様のガス混合装置の構成について、図を用いて説明する。図４は、本発明の第２態様のガス混合装置の一例を示す概略構成図である。図４に示すように、本態様のガス混合装置１は第１態様の場合と同様に、第１ガスと第２ガスとを混合する混合部２と、上記第１ガスを混合部２に導入するための第１ガス導入管３と、上記第２ガスを混合部２に導入するための第２ガス導入管４と、上記混合部２内の混合ガスを排出するための混合ガス排出管５とが設けられている。
【００３９】
図４に示すガス混合装置においては、混合ガス排出管５の端部に設けられた排出貫入部８が上記混合部２内に貫入されており、混合部２内の混合ガスは上記排出貫入部８の端部に設けられた排出管開口部９を介して混合部から混合ガス排出管５へ排出される。また、排出貫入部８の、上記第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、上記混合部２の断面積よりも小さい。
【００４０】
本態様のガス混合装置１においては、上記混合ガス排出管５の端部に設けられた排出貫入部８が混合部２内へ貫入されており、その排出貫入部８の端部に設けられた排出管開口部９を介して混合部２内の混合ガスは排出される。第２ガス導入管４から混合部２内へ導入された第２ガスは流速を失って乱流となりながら混合部２の下流へ移動し、混合部２を構成する下流側の壁に衝突して、再び上流側へ戻り、混合部２内の上流側に設けられた排出管開口部９から排出される。このように本態様のガス混合装置１においても第１態様のガス混合装置１と同様に、導入された第２ガスが混合部２内で乱流として長時間滞留するため、上記第２ガスの乱流内へ第１ガスを導入することにより、第１ガスを第２ガスと確実に混合することが可能になる。
【００４１】
本態様のガス混合装置は上述したような、排出貫入部が混合部内に貫入されており、上記排出貫入部の端部に設けられた排出管開口部から混合ガスが排出され、かつ、上記第１ガス導入管が上記排出管開口部よりも第２ガスの流れの下流側に設けられているものであれば特に限定されるものではなく、上記図４に示された例以外にも導入管貫入部の貫入量や第１ガスの導入の方法が異なる様々な構成を取り得る。例えば、第１ガス導入管は混合部の上流側に設けられており、下流側に向けて第１ガスを噴射するような構造であってもよい。また、導入貫入部と排出貫入部とは、同軸上に設けられていてもよいし、互い違いに設けられていてもよい。さらに、排出貫入部には、その端部に設けられた排出管開口部以外にも開口部が設けられていてもよい。
【００４２】
本態様のガス混合装置は、混合ガス排出管の端部に排出貫入部を設けることにより、第２ガスの混合部内における滞留時間を長くするものである。本態様においては、排出貫入部が混合部に貫入されており、上記排出貫入部の端部に排出管開口部が設けられていれば、排出管開口部の位置は特に限定されるものではないが、混合部の下流側の端部から上記排出管開口部までの長さが、混合部の上流側の端部から下流側の端部までの長さに対して、５０％以上、中でも９０％以上であることが好ましい。
【００４３】
また、上記排出貫入部の形状、貫入位置等は特に限定されるものではない。例えば、排出貫入部は直線的な形状を有しており、混合部の下流側の壁面から上流側へまっすぐ貫入することができる。また、排出貫入部は混合部の側部の壁面、または上流側の壁面から貫入されており、排出管開口部が上流を向くような形状を有していてもよい。
【００４４】
また、上記混合部の、第２ガスの流れに垂直な方向の断面積は、上記混合ガス排出管の断面積よりも大きいことが好ましい。また、同一の断面において、上記混合部の断面積は上記排出貫入部の断面積よりも大きいことが好ましい。混合部よりも断面積が小さい混合ガス排出管、または排出貫入部を用いて、より大きい断面積を有する混合部から混合ガスを排出することにより、混合部内で第１ガスおよび第２ガスは十分拡散し、混合されてから混合ガス排出管から排出されるため、より確実に第１ガスと第２ガスとを混合することができる。
【００４５】
本態様においては、導入貫入部は設けられていても、設けられていなくてもよい。また、導入貫入部が設けられている場合の導入貫入部の長さは特に限定されるものではない。
【００４６】
本態様においては、第１ガス導入管が、上記排出管開口部よりも第２ガスの流れの下流側に設けられている。中でも、第１ガス導入管の開口部から混合ガスの排出管開口部までの長さが長い方が好ましく、混合部の長さの５０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。第１ガス導入管が排出管開口部よりも上流側にある場合、混合ガス排出管の開口部である排出管開口部からの物理的な距離が近くなってしまうことに加え、導入直後に混合ガス排出管より排出される一部の第２ガスの流れに、導入された第１ガスが巻き込まれて高濃度なまま上記第２ガスと共に排出されてしまう可能性がある。
【００４７】
本態様のガス混合装置に用いられる混合部の形状は、第１ガス導入管を排出管開口部よりも第２ガスの流れの下流側に設けることができる形状であれば特に限定されるものではなく、上記第１態様における場合と同様に、ガス混合装置が配置される場所に応じて様々な形状をとり得る。
【００４８】
本態様における第１ガス流制御手段、第１ガスを導入する際の方向、および導入管開口部と排出管開口部との間の空間である間隙についての説明は、上記第１態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００５０】
以下に実施例および比較例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
[実施例１]
下記の寸法を有するガス混合装置を用いて、第１ガスおよび第２ガスを導入して２つのガスを混合し、ガス混合装置下流（混合部外）の第１ガスの濃度を測定した。なお、位置とは、混合部の上流側の壁からの距離を指すものとする。
・混合部の長さ：４００ｍｍ
・導入貫入部の長さ：３５０ｍｍ
・排出貫入部の長さ：０ｍｍ
・第１ガス導入位置：２０ｍｍ
・間隙の長さ：５０ｍｍ
【００５１】
[実施例２]
導入貫入部の長さを２００ｍｍとし、間隙の長さを２００ｍｍとしたこと以外は上記実施例１と同様な方法で第１ガスおよび第２ガスを混合し、ガス混合装置下流の第１ガスの濃度を測定した。
【００５２】
[比較例１]
導入貫入部の長さを０ｍｍとし、間隙の長さを４００ｍｍとしたこと以外は上記実施例１と同様な方法で第１ガスおよび第２ガスを混合し、ガス混合装置下流の第１ガスの濃度を測定した。
【００５３】
（評価）
上記実施例１、実施例２、および比較例１の測定結果を図５に示す。第２ガス導入管が混合部内に貫入されている実施例１および実施例２においては、ガス混合装置下流の第１ガス濃度は目標とする第１ガスのピーク濃度よりも低くなっている。しかしながら、第２ガス導入管が混合部内に貫入されていない比較例１では、ガス混合装置下流の第１ガス濃度が目標とする値を上回っており、第１ガスが十分に第２ガスと混合されていないことが分かる。
【００５４】
[実施例３]
導入貫入部の長さを３００ｍｍとし、間隙の長さを１００ｍｍとしたこと以外は上記実施例１と同様な方法で、第１ガスおよび第２ガスを混合し、ガス混合装置下流の第１ガスの濃度を測定した。
【００５５】
[実施例４]
導入貫入部の長さを１５０ｍｍ、排出貫入部の長さを１５０ｍｍとし、間隙の長さを１００ｍｍとしたこと以外は上記実施例１と同様な方法で、第１ガスおよび第２ガスを混合し、ガス混合装置下流の第１ガスの濃度を測定した。
【００５６】
[比較例２]
導入貫入部の長さを０ｍｍ、排出貫入部の長さを３００ｍｍとし、間隙の長さを１００ｍｍとしたこと以外は上記実施例１と同様な方法で、第１ガスおよび第２ガスを混合し、ガス混合装置下流の第１ガスの濃度を測定した。
【００５７】
（評価）
上記実施例３、実施例４、および比較例２の測定結果を図６に示す。上記３つの例においては、間隙の長さは１００ｍｍと同じである。第１ガス導入管が導入管開口部よりも上流側に設けられている実施例３および実施例４では、第１ガスは十分に第２ガスと混合されている。しかしながら、第１ガス導入管が排出管開口部よりも上流側に設けられている比較例２では、上記実施例３および実施例４に比べると第１ガスと第２ガスとが十分に混合されていないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１態様のガス混合装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１態様のガス混合装置の他の例を示す概略構成図である。
【図３】本発明の第１態様のガス混合装置の他の例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第２態様のガス混合装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の実施例１、実施例２、および比較例１における、ガス混合装置下流の第１ガス濃度を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例３、実施例４、および比較例２おける、ガス混合装置下流の第１ガス濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１  …  ガス混合装置
２  …  混合部
３  …  第１ガス導入管
４  …  第２ガス導入管
５  …  混合ガス排出管
６  …  導入貫入部
７  …  導入管開口部
８  …  排出貫入部
９  …  排出管開口部
１０  …  ノズル状導入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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