(57)【要約】【課題】耐久性を向上しながら、第１流体に対して第２流体を良好に混合可能な流体混合装置を提供する。【解決手段】第１流体Ａが流通する流通路１に、その流通路１に配置された噴出口２から第２流体Ｂを噴出して第１流体Ａに第２流体Ｂを混合する流体混合装置であって、流通路１内に、径方向内方側に軸心方向の全長にわたって一連に連なる連通路３ａを備えた螺旋状案内羽根３が、その螺旋軸を流通路１における流体流通方向に沿わせ且つ外周縁を流通路１の壁面１ｗに当接させた状態で設けられ、噴出口２が、流通路１における螺旋状案内羽根３よりも流体流通方向上流側の壁面１ｗに設けられ、流通路１内における螺旋状案内羽根３よりも流体流通方向下流側の箇所に、流通路１の流路横断面における流体の流速分布を均等化する整流体Ｒが設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流通する流通路に、その流通路に配置された噴出口から第２流体を噴出して前記第１流体に前記第２流体を混合する流体混合装置であって、
前記流通路内に、径方向内方側に軸心方向の全長にわたって一連に連なる連通路を備えた螺旋状案内羽根が、その螺旋軸を前記流通路における流体流通方向に沿わせ且つ外周縁を前記流通路の壁面に当接させた状態で設けられ、
前記噴出口が、前記流通路における前記螺旋状案内羽根よりも流体流通方向上流側の壁面に設けられ、
前記流通路内における前記螺旋状案内羽根よりも流体流通方向下流側の箇所に、前記流通路の流路横断面における流体の流速分布を均等化する整流体が設けられている流体混合装置。
【請求項２】
前記整流体が、流体を前記流通路の流路横断面方向に並ぶ多数の流路を通して前記流通路の流体流通方向に通過させることが可能な多流路通流体にて構成されている請求項１記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記多流路通流体が、多数の細長状の流路を流体流通方向視において格子状に並ぶ状態で備えて構成されている請求項２記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記多流路通流体が、ハニカム状に構成されている請求項２記載の流体混合装置。
【請求項５】
燃焼機関から排出されて流通路を流通する排ガスに対して還元剤を混合する流体混合装置と、
その流体混合装置により混合された混合ガスを触媒反応により脱硝する触媒部とが設けられた脱硝装置であって、
前記流体混合装置として、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体混合装置が、前記排ガスを前記第１流体として前記流通路を流通させ、前記還元剤を前記第２流体として前記噴出口から噴出する形態で設けられている脱硝装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１流体が流通する流通路に、その流通路に配置された噴出口から第２流体を噴出して前記第１流体に前記第２流体を混合する流体混合装置、及び、燃焼機関から排出されて流通路を流通する排ガスに対して還元剤を混合する流体混合装置と、その流体混合装置により混合された混合ガスを触媒反応により脱硝する触媒部とが設けられた脱硝装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる流体混合装置は、種類又は性状等が互いに異なる第１流体と第２流体とを混合するものであり、短い混合空間内でその混合が安定且つ良好に行われることが重要である。
【０００３】
このような流体混合装置を備えた装置として、エンジン等の燃焼機関から排出された排ガスが流通する流通路に、アンモニアや尿素等の還元剤をガス又はミスト状に噴出させて、排ガスに還元剤を混合し、触媒部に配設される還元触媒等の作用により、排ガスに含まれる窒素酸化物を窒素と水に分解するように構成されている脱硝装置がある。
かかる脱硝装置は、流体混合装置において排ガスと還元剤が均一に混合されなければ、充分な窒素酸化物の分解性能が得られない。又、触媒の劣化が局所的なものになり触媒の寿命が短くなるなどの問題が生じる。
【０００４】
このような脱硝装置に採用できる流体混合装置として、発明者らは、特許文献１に記載の流体混合装置を提案している。この文献に記載の技術は、流通路の流路横断面における一部の領域に邪魔部を配置し、噴出口を、流通路の流路横断面において邪魔部が配置された領域以外の開放領域又はその上流側に配置するものである（例えば、特許文献１を参照。）。
この技術では、第２流体を流通路全域にわたって良好に拡散させ、第１流体に対して第２流体を均一に混合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１１８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような構成の流体混合装置では、以下のような問題が発生することが判明した。
つまり、上記技術では、流通路内にその流通路を横断して供給管を設け、その供給管に噴出口を設けることになる。そこで、エンジン等の燃焼機関から排出される排ガスのように、第１流体が腐食性を有するガスの場合は供給管が腐食される虞があり、更には、第１流体、第２流体の種類によっては、供給管に設けられる噴出口が、腐食生成物又は反応生成物によって目詰まりする虞もあり、装置の耐久性が低下するという問題がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、図１２（ａ）に示すように、流通路１を横断して設ける供給管自体を無くすることが考えられる。この場合は、噴出口２を流通路１の壁面１ｗに開口させることなる。しかしながら、このように噴出口２を流通路１の壁面１ｗに開口した場合は、第２流体の分布が流通路１の噴出口設置側壁面付近に偏るため、流路横断面での第１流体に対する第２流体の濃度分布のばらつきが大きくなり、第１流体に対して第２流体を良好に混合することができないことが判明した。ここで、図１２（ａ）は、流通路１の流体流通方向における第２流体の分布を示した図面であり、図１２（ｂ）は、触媒部の入口付近における流通路１を横断する断面方向での第２流体の分布を示したものである。これらの図において、色が濃い部分ほど、第２流体の濃度が高いことに対応している。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐久性を向上しながら、第１流体に対して第２流体を良好に混合可能な流体混合装置を提供し、又、このような流体混合装置を備えることで、窒素酸化物の分解性能及び触媒寿命を向上させ得る脱硝装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の流体混合装置は、第１流体が流通する流通路に、その流通路に配置された噴出口から第２流体を噴出して前記第１流体に前記第２流体を混合するものであって、
第１特徴構成は、前記流通路内に、径方向内方側に軸心方向の全長にわたって一連に連なる連通路を備えた螺旋状案内羽根が、その螺旋軸を前記流通路における流体流通方向に沿わせ且つ外周縁を前記流通路の壁面に当接させた状態で設けられ、
前記噴出口が、前記流通路における前記螺旋状案内羽根よりも流体流通方向上流側の壁面に設けられ、
前記流通路内における前記螺旋状案内羽根よりも流体流通方向下流側の箇所に、前記流通路の流路横断面における流体の流速分布を均等化する整流体が設けられている点にある。
【００１０】
即ち、第１流体が流通する流通路にその流通路の壁面に設けられた噴出口から第２流体が噴出されて、第１流体に第２流体が混合され、その第１流体と第２流体との混合流体が、螺旋状案内羽根、整流体を順に通過する形態で流通路を流通する。
【００１１】
そして、噴出口を流通路の壁面に設けることにより、上記のように、第２流体を供給するための管等が腐食して、その機能を発揮できなくなったり、噴出口が目詰まりする等の問題が発生することはない。
【００１２】
ところで、上記のように噴出口を流通路の壁面に設けることにより、第２流体の偏在が発生する問題が起こる可能性がある。
そこで、螺旋状案内羽根を設けることにより、噴出口が設けられている壁面側に偏在している第２流体をこの螺旋状案内羽根で流通路の横断方向の全域に導いて拡散を促進し、偏在を解消することができる。さらに、この螺旋状案内羽根の径方向内方側の部位に、軸心方向の全長にわたって一連に連なる連通路が備えられているので、羽根により周方向に拡散された第２流体がこの連通路に流入することになって、圧力損失を低減しながら十分な拡散混合を実現できる。
【００１３】
又、上記のように螺旋状案内羽根を設けることにより、螺旋状案内羽根を通過する混合流体の流れには、羽根に導かれて旋回する流れ、及び、連通路を通って真っ直ぐに流れる流れが混在することになるので、流通路の横断面での混合流体の流速分布のばらつきが大きくなって、流通路の横断面での混合流体の流量分布のばらつきが大きくなる可能性がある。
そこで、流通路内における螺旋状案内羽根よりも流体流通方向下流側の箇所に、整流体を設けることにより、流通路の流路横断面における混合流体の流速分布を均等化することができるので、流通路の流路横断面における混合流体の流量分布を均等化することができる。そして、このような流体混合装置が脱硝装置に設けられる場合には、触媒の劣化が局所的なものになり触媒の寿命が短くなるなどの問題の発生を防止することができる。
要するに、耐久性を向上しながら、第１流体に対して第２流体を良好に混合可能な流体混合装置を提供することができるようになった。
【００１４】
流体混合装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記整流体が、流体を前記流通路の流路横断面方向に並ぶ多数の流路を通して前記流通路の流体流通方向に通過させることが可能な多流路通流体にて構成されている点にある。
【００１５】
即ち、流通路の流路横断面方向に並ぶ多数の流路（各流路は流通路の流体流通方向に形成される）を備えた多流路通流体を通過させて混合流体を流通させることにより、流通路の流路横断面方向の全域又は略全域にわたる領域で、混合流体の流通に抵抗を与えることができるので、流通路の横断面での混合流体の流速分布のばらつきを小さくして、流通路の横断面での混合流体の流量分布のばらつきを小さくすることができる。
しかも、流通路の流路横断面方向の全域又は略全域にわたる領域で混合流体の流通に抵抗を与えるにしても、上記の多流路通流体を用いることにより、例えば、スポンジ状の多孔状に形成された多孔質体を用いる場合に比べて、流通路における混合流体の圧力損失の増加を抑制することができる。
ちなみに、流通路における圧力損失が大きくなると、第１流体の供給源となる装置（例えば燃焼機関）の運転に支障を与える虞がある。
従って、上記の第１特徴構成により得られる効果に加えて、流通路における圧力損失の増加を抑制できるという効果を得ることができる。
【００１６】
流体混合装置の第３特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記多流路通流体が、多数の細長状の流路を流体流通方向視において格子状に並ぶ状態で備えて構成されている点にある。
【００１７】
即ち、多数の細長状の流路を格子状に並ぶ状態で備えた多流路通流体を通過させて混合流体を流通させることにより、流通路の横断面での混合流体の流速分布のばらつきを小さくして、流通路の横断面での混合流体の流量分布のばらつきを小さくする。
そして、多流路通流体として、多数の細長状の流路を格子状に並ぶ状態で備えるように構成することにより、多流路通流体の構造を簡素化することができるので、多流路通流体の製作を容易にして低廉化を図ることができる。
従って、多流路通流体の低廉化により、流体混合装置を低廉化することができるようになった。
【００１８】
流体混合装置の第４特徴構成は、上記第２特徴構成に加えて、
前記多流路通流体が、ハニカム状に構成されている点にある。
【００１９】
即ち、ハニカム状に構成された多流路通流体を通過させて混合流体を流通させることにより、流通路の横断面での混合流体の流速分布のばらつきを小さくして、流通路の横断面での混合流体の流量分布のばらつきを小さくする。
そして、ハニカム構造は強度を強くすることができるので、多流路通流体をハニカム状に構成することにより、所望の強度を得ながらも、流体を流通させる複数の流路間の壁部の厚さを薄くすることができる。
従って、流通路における圧力損失の増加を更に抑制することができるようになった。
【００２０】
本発明の脱硝装置は、燃焼機関から排出されて流通路を流通する排ガスに対して還元剤を混合する流体混合装置と、
その流体混合装置により混合された混合ガスを触媒反応により脱硝する触媒部とが設けられたものであって、
第１特徴構成は、前記流体混合装置として、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体混合装置が、前記排ガスを前記第１流体として前記流通路を流通させ、前記還元剤を前記第２流体として前記噴出口から噴出する形態で設けられている点にある。
【００２１】
即ち、流体混合装置により、排ガスに対して還元剤が良好に混合され、そのように良好に混合された排ガスと還元剤との混合流体が触媒部に供給されるので、触媒部において、窒素酸化物を十分に分解することができ、しかも、局所的な触媒の劣化を防止することができる。
従って、窒素酸化物の分解性能及び触媒寿命を向上させ得る脱硝装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】脱硝装置の概略構成を示す図
【図２】第１実施形態に係る流体混合装置を備えた脱硝装置の斜視図
【図３】第１実施形態に係る流体混合装置の螺旋状案内羽根及び整流体の詳細を示す図
【図４】第１実施形態に係る流体混合装置における第２流体の混合状態を示す図
【図５】整流体を設けない場合の第２流体の混合状態を示す図
【図６】第１実施形態に係る螺旋状案内羽根の突出高さと混合状態及び圧力損失の関係を示す図
【図７】第２実施形態に係る流体混合装置の螺旋状案内羽根及び整流体の詳細を示す図
【図８】第３実施形態に係る流体混合装置を備えた脱硝装置の斜視図
【図９】第３実施形態に係る流体混合装置における第２流体の混合状態を示す図
【図１０】第１実施形態及び第３実施形態に係る螺旋状案内羽根のターン数と圧力損失の関係を示す図
【図１１】別実施形態に係る流体混合装置の要部の側面図
【図１２】螺旋状案内羽根を設けない場合の第２流体の状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
〔第１実施形態〕
先ず、第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本願に係る流体混合装置１００を備えた脱硝装置２００は、燃焼機関２０１（図示する例にあっては、発電機２０２を回転駆動させるためのエンジン２０３）から排出される排ガスに、本願に係る流体混合装置１００を使用して還元剤を混合し、当該流体混合装置１００により均一に混合された混合ガスを、触媒（還元触媒及び酸化触媒）２０４が配設された触媒部２０５に導いて、排ガスを無害化するものである。
そして、本構成にあっては、燃焼機関２０１からの排ガスが本願における第１流体Ａに該当し、排ガスに混合される還元剤が第２流体Ｂとなる。ここで、排ガスには無害化対象の窒素酸化物が含まれ、この窒素酸化物を無害化するための還元剤は、具体的には尿素と水との混合物となる。これら還元剤はガス状態で流体混合装置１００の流通路１に供給してもよいし、ミスト状態で流通路１に供給してもよい。
【００２４】
次に、流体混合装置１００について説明する。
図２に示すように、流体混合装置１００は、第１流体Ａが流通する流通路１に、その流通路１に配置された噴出口２から第２流体Ｂを噴出して第１流体Ａに第２流体Ｂを混合するように構成されている。
ここで、第２流体Ｂの第１流体Ａに対する量比（質量比）は、ほぼ、１：１０００００〜５：１０００程度である。このように、第２流体Ｂの量が極めて少ないため、積極的な混合・攪拌を噴出口２の下流側で行わない場合は、先に図１２で説明したように、第２流体Ｂの極端な偏在が触媒部２０５の入口部位でも残存することとなる。
【００２５】
上記流通路１は、円形断面を有する管材内に形成された流路であり、上流側から受け入れた第１流体Ａを長手方向（流体流通方向に相当する）に流通させ、上記第２流体Ｂと混合した後に、その混合ガスを下流側（具体的には断面形状が方形とされた触媒部２０５の入口２０５ａ）へ排出する。
【００２６】
本願では、流通路１内に、径方向内方側に軸心方向の全長にわたって一連に連なる連通路３ａを備えた螺旋状案内羽根３が、その螺旋軸を流通路１における流体流通方向に沿わせ且つ外周縁を流通路１の壁面（内壁面）１ｗに当接させた状態で設けられ、噴出口２が、流通路１における螺旋状案内羽根３よりも流体流通方向上流側の壁面１ｗに設けられ、流通路１内における螺旋状案内羽根３よりも流体流通方向下流側の箇所に、流通路１の流路横断面における流体の流速分布を均等化する整流体Ｒが設けられている。
【００２７】
流体混合装置１００の各部について、説明を加える。
上記噴出口２は、流通路１の壁面１ｗに穿設されており、その噴出口２から第２流体Ｂを、流通路１に噴出させる。この第２流体Ｂの噴出方向は、壁面１ｗに直交する方向、即ち、流通路１の径方向に設定されている。ここで、噴出口２の開口方向はこの第１実施形態で示すように流通路１の径方向としてもよいし、径方向から上流側若しくは下流側に傾いた方向としてもよい。上流側に傾けた構造とすると、第２流体Ｂが第１流体Ａに対向して噴出されることで、両流体の混合を促進できる。一方、下流側に傾けた構造とすると、第２流体Ｂを第１流体Ａにより吸引して流通路１内に吸引することができる。この構成では、第２流体Ｂの噴出に要する動力を低減できる。本願にあっては、噴出口２より下流側に設けられる螺旋状案内羽根３により両流体の確実な混合を確保できるため、このように噴出口２を下流側に向ける場合も、混合が良好に行われないという問題を確実に解消できる。
【００２８】
また、上記噴出口２は、流通路１の周方向の一箇所に設けられているが、噴出口２を流通路１の周方向に複数個分散配置することも可能である。例えば、周方向の４箇所に９０度ピッチで噴出口２を設けた場合、流通路１の周方向における第２流体Ｂの分布を均等化することができるため、本願の特徴構成である螺旋状案内羽根３のターン数（螺旋の巻き数）を低減して、螺旋状案内羽根３の配置部位の流通路長を短くすることができる。
【００２９】
流通路１内の一部領域に螺旋状案内羽根３が配置されており、この螺旋状案内羽根３により、流通路１を流れる第１流体Ａに旋回成分を与えることが可能となるとともに、流通路１の壁面１ｗに沿って流れ易い第２流体Ｂを流通路１の壁面１ｗに沿って旋回させ、周方向に分散させるとともに、第１流体Ａとの混合を促進させる構成とされている。
【００３０】
この第１実施形態では、螺旋状案内羽根３は、図３の（ａ），（ｂ）に示すように、一定幅の板状材をその板面が流通路１の径方向にほぼ沿う状態で螺旋軸方向に一定のピッチを成してコイル状に巻いたコイル状羽根部３ｂを備えて構成されて、螺旋状案内羽根３が単一の部材にて構成されている。
そして、コイル状羽根部３ｂの内方に、上記連通路３ａが形成されることになる。
上述のように構成された螺旋状案内羽根３が、流通路１における噴出口２よりも流体流通方向下流側の部分に、螺旋軸を流通路１における流体流通方向に沿わせ且つコイル状羽根部３ｂの外周縁を流通路１の壁面１ｗに当接させた状態で設けられる。
【００３１】
この第１実施形態では、螺旋状案内羽根３が、螺旋軸方向に対して薄く、径方向に長い方形の断面形状を有する板状材をコイル状に巻いて構成する例を示したが、螺旋状案内羽根３を構成する構成材の断面形状は、流通路１の壁面１ｗに沿って流れる混合流について、流通路１の流体流通方向を螺旋軸とする螺旋流を形成でき、螺旋流の一部が連通路３ａに流入できればよく、その形状が板状材に限られるものではない。また、この第１実施形態では、螺旋のターン数（巻き数）は５ターンとされており、螺旋のピッチは、流通路１の内径の約半分程度とされている。
【００３２】
さて、図３の（ｂ）は、この螺旋状案内羽根３を上流側から螺旋軸方向に見た図面であるが、この図からも判明するように、螺旋軸方向視でこの螺旋状案内羽根３は円環状となり、その径方向内方側に連通路３ａが形成されている。
今、流通路１の壁面１ｗから螺旋状案内羽根３の内周縁までの長さを羽根の突出高さｈ１と呼ぶと、この突出高さｈ１は、噴出口２から噴出される第２流体Ｂの拡散領域（螺旋状案内羽根３の上流側近傍位置における第２流体の拡散領域）の流路横断方向の高さに対して、少なくともその過半の高さとなるように構成されている。このように螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１が設定されることで、噴出口２から噴出される第２流体Ｂの過半を螺旋流路内に取り込み旋回を与え、第２流体Ｂを噴出口２が設けられている流通路１の周方向位相とは反対側の位相部位にまで導いて、流通路１内での第２流体Ｂの均等分散を図ることができる。
【００３３】
図３の（ａ），（ｃ）に示すように、この第１実施形態では、整流体Ｒが、流体を流通路１の流路横断面方向に並ぶ多数の流路４ｒを通して流通路１の流体流通方向に通過させることが可能な多流路通流体４にて構成されている。
更に、多流路通流体４が、多数の細長状の流路４ｒを流体流通方向視において格子状に並ぶ状態で備えて構成されて、格子状の多流路通流体４Ａにて構成されている。
この格子状の多流路通流体４Ａは、流路横断面形状が正方形状の多数の流路４ｒが、流体流通方向視において格子状に並ぶ状態で備えるように構成されている。
流通路１の内径が例えば５９０ｍｍの場合、多流路通流体４の長さは、例えば７０ｃｍ程度に設定され、流路４ｒの流路横断面形状は、例えば１辺が４ｃｍの正方形状（横断面積は１６ｃｍ2）に設定される。
【００３４】
格子状の多流路通流体４Ａは、例えば、樹脂の押出成型により製作される。
そして、多流路通流体４を上述のような格子状の多流路通流体４Ａにて構成することにより、押出成型における金型の構造を簡素化することができるので、格子状の多流路通流体４Ａを低廉化することができる。
【００３５】
第２流体Ｂの均等分散
図４は、この第１実施形態の流体混合装置１００の混合状態を、数値解析手法にてシミュレーションしたものであり、図４（ａ）は、図１２（ａ）に対応する流通路１に沿った流速分布を示す図面であり、図４（ｂ）は、図１２（ｂ）に対応する触媒部２０５の入口における断面方向での流速分布を示す図である。これらの図から判明するように、第２流体Ｂは噴出口２の配設側とは反対側まで案内されており、第２流体Ｂが流通路１の流路横断面全体にほぼ均一に分散されていることが判る。
又、図５は、螺旋状案内羽根３は設けてあるが多流路通流体４Ａを設けていない場合の混合状態を、数値解析手法にてシミュレーションしたものであり、図５（ａ）は、図４（ａ）に対応する流通路１に沿った流速分布を示す図面であり、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に対応する触媒部２０５の入口における断面方向での流速分布を示す図である。図４（ｂ）では、触媒部２０５の入口における断面方向での流速分布が均等であるのに対して、図５（ｂ）では、触媒部２０５の入口における断面方向での流速分布が均等でない。これらの図から判明するように、流通路１内における螺旋状案内羽根３よりも流体流通方向下流側の箇所に、多流路通流体４Ａを設けることにより、流通路１の流路横断面における混合流体の流速分布を均等化できることが判る。
【００３６】
螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１の混合状態に与える影響
図６（ａ）は、螺旋状案内羽根３の壁面１ｗからの突出高さｈ１を変化させた場合の第２流体Ｂの濃度分布を検討した結果である。この例では、流通路１の内径を５９０ｍｍとしている。また、第２流体Ｂの量は第１流体Ａの量に対して、１（第２流体量）：１０００（第１流体量）としている。
同図において、横軸は突出高さｈ１を、縦軸は第２流体Ｂの濃度を示しており、第２流体Ｂの濃度として、最大濃度（濃度ｍａｘと記載）及び最低濃度（濃度ｍｉｎと記載）を示している。これら、最大濃度及び最小濃度が近づいている程、均一な混合を実現できていることとなる。
この図から螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１に好ましい範囲があることが判る。突出高さｈ１が低い場合は、充分な混合を行うことができず、突出高さｈ１が高すぎる場合も、均一混合の効果が低下する。
【００３７】
螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１の圧力損失に与える影響
図６（ｂ）は、螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１を変化させた場合の圧力損失を検討した結果である。
同図において、横軸は突出高さｈ１を、縦軸は圧力損失を示している。この図から螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１が高くなるに従って、圧力損失が増加することが判る。
以上、混合状態と圧力損失との両方を考慮して、それらのバランスのとれる範囲で、螺旋状案内羽根３の突出高さｈ１を決定することが好ましいことが判る。
【００３８】
従って、流通路１の流体流通方向視での、連通路３ａと螺旋状案内羽根３により占有される領域との比に関して説明すると、〔連通路の面積〕／〔流通路横断面積（螺旋状案内羽根の占有領域＋連通路領域）〕が、３：１１〜４：５の範囲とされていることが好ましい。このように、連通路３ａの割合を適切に設定することで、螺旋状案内羽根３により流体（第１流体及び第２流体）を旋回させながら、圧力損失を所定の範囲内に抑えて、所定の動力で両流体の混合・分散と、触媒部２０５への導入を良好に行える。
また、図３（ｂ）からも判明するように、螺旋状案内羽根３の最上流側端３ｃの周方向の位相は、噴出口２の位相位置に対して、時計周りに約９０度遅れた位置とされており、この位相位置に螺旋状案内羽根３の始端を設けることで、噴出口２から噴出される第２流体Ｂの過半を螺旋状案内羽根３内に巻き込み充分な旋回成分を与えることができる。
【００３９】
〔第２実施形態〕
次に、図７に基づいて、第２実施形態を説明する。
この第２実施形態は、整流体Ｒの別実施形態を説明するものであるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、整流体Ｒについて説明する。
図７に示すように、この第２実施形態では、整流体Ｒが、第１実施形態と同様に多流路通流体４にて構成されているが、その多流路通流体４の具体構成が、第１実施形態と異なり、ハニカム状の多流路通流体４Ｂにて構成されている。
【００４０】
ハニカム構造は強度を強くすることができるので、多流路通流体４をハニカム状の多流路通流体４Ｂにて構成することにより、所望の強度を得ながらも、流体を流通させる複数の流路４ｒ間の壁部の厚さを薄くすることができるものとなり、流通路１における圧力損失の増加を更に抑制することができる。
【００４１】
〔第３実施形態〕
次に、図８に基づいて、第３実施形態を説明する。
この第３実施形態は、螺旋状案内羽根３の別実施形態を説明するものであるので、第１実施形態と同じ構成要素や同じ作用を有する構成要素については、重複説明を避けるために、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として、螺旋状案内羽根３について説明する。但し、流通路１の壁面１ｗにおける噴出口２の設置位置が、上記の第１実施形態とこの第３実施形態とでは異なる。即ち、この第３実施形態では、噴出口２の設置位置が、第１実施形態における噴出口２の設置位置よりも流体通流方向上流側の位置に設定されている。
【００４２】
図８に示すように、この第３実施形態では、螺旋状案内羽根３が、流通路１の長手方向に流体を通過させることが可能な隙間３ｄを挟んで配設される複数の案内羽根部３ｅから構成されている。
すなわち、螺旋状案内羽根３は、複数の案内羽根部３ｅを順次螺旋状に配設して構成されており、隣接する案内羽根部３ｅ間に、流通路１の長手方向に流体を通過させることが可能なように隙間３ｄが設けられている。この隙間３ｄは、羽根３の突出高さｈ１全体に渡る隙間となっている。さらに、図示する例では、流通路１の流体流通方向視で周方向４箇所に隙間３ｄが設けられるとともに、上流側に位置する隙間３ｄと下流側に位置する隙間３ｄの関係では、互いにその位相が一致しないように構成されている。このように位相を異ならせて隙間３ｄを設けることで、流体が流通路１の流体流通方向に吹き抜けるのを防止することができる。
さて、流通路１の流体流通方向視で、前記案内羽根部３ｅが占有する領域に対する、前記隙間３ｄが占有する領域の面積比は、１：１６〜７：１６の範囲とされている。このように、占有比率を選択することで、螺旋状案内羽根３により流れに与えることができる旋回効果と、圧力損失とのバランスを取ることができる。
【００４３】
案内羽根部間に隙間を設ける影響
本第３実施形態のように、螺旋状案内羽根３を構成するに、間に隙間３ｄを備えた複数の案内羽根部３ｅを備える場合は、その旋回能において先の第１実施形態よりは劣ることとなる。但し、螺旋が数ターン形成され、さらに、同一位相箇所に隙間３ｄが設けられない構成を採用することで、第２流体Ｂにある程度の旋回を付与することができる。
図９は、本第３実施形態の流体混合装置１００の混合状態を、数値解析手法にてシミュレーションしたものであり、図９は、図１２（ａ）に対応する流通路１に沿った分布を示す図面である。具体的には、図３に示した第１実施形態の条件に加えて、先の、案内羽根部３ｅが占有する領域に対する、隙間３ｄが占有する領域の面積比を５：３２とした。
これらの図から判明するように、第２流体Ｂは噴出口２の配設側とは反対側まで案内されており、第２流体Ｂが流通路１の流路横断面全体にほぼ均一に分散されていることが判る。
【００４４】
一方、図１０に示したのが、第１実施形態と、第３実施形態とで発生する圧力損失の比較である。この図では、横軸にターン数を縦軸に圧力損失を採っている。同図にあっては、実線で第３実施形態における圧力損失の変化を示し、破線で、第１実施形態における圧力損失を示した。この結果からも判明するように、第１実施形態では、螺旋のターン数の増加に伴って圧力損失が急速に増加したのに対して、第３実施形態では、そのような明確な増加傾向は見られず、ある程度、順次、圧力損失が増加するものの、ある程度の値で収束することがわかる。この値は、第１実施形態と、第３実施形態とで同一のターン数（５）で比較すると、第３実施形態では２／５程度であり、好ましい結果である。
さらに、第３実施形態で、ターン数を５とした構成での最大濃度と最小濃度との差は、第１実施形態で、図６（ａ）において突出高さを６０ｍｍ程度とした場合の差に匹敵するものであった。従って、充分採用可能である。
【００４５】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
整流体Ｒの具体構成としては、上記の第１及び第２の各実施形態において例示した多流路通流体４に限定されるものではない。
例えば、図１１に示すように、多孔質体５にて構成しても良い。ちなみに、図１１は、多孔質体５を第１実施形態の螺旋状案内羽根３と組み合わせて用いる場合について図示しているが、第３実施形態の螺旋状案内羽根３と組み合わせて用いても良い。
ちなみに、多孔質体５としては、例えば、セラミック材や樹脂をスポンジ状の多孔状に形成したものを用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上説明したように、耐久性を向上しながら、第１流体に対して第２流体を良好に混合可能な流体混合装置を提供し、又、このような流体混合装置を備えることで、窒素酸化物の分解性能及び触媒寿命を向上させ得る脱硝装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１      流通路
１ｗ    壁面
２      噴出口
３      螺旋状案内羽根
３ａ    連通路
４      多流路通流体
１００  流体混合装置
２０１  燃焼機関
２０５  触媒部
Ａ      第１流体
Ｂ      第２流体
Ｒ      整流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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【図９】
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【図１２】
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