(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト内で少なくとも組成成分、温度及び／又は濃度が不均質な流体同士を混合する流体混合装置において、
前記ダクト中に、流体の流路を一旦分割し、上流側が尖った錐状構造の流路分割部材と該流路分割部材の錐状平面に、流体を噴出する複数の流体噴出用開口部を設け、該流体噴出用開口部の下流側の該開口部端部にのみ短管を接続したことを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
前記流体分割部材の流体噴出用開口部端部と前記短管との接続部は滑らかな曲面であることを特徴とする請求項１記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記短管の出口部以降の流路断面が急拡大しないように、短管の出口部の下流側端部に接続して流路断面が徐々に拡大するダクト壁面を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の流体混合設置。
【請求項４】
流体の不均質の分布が該分布の平均値よりずれが大きい流体部分に対応する流路分割部材の流体噴出用開口部を他の流路分割部材の流体噴出用開口部より上流側に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼用空気同士、燃焼用空気と排ガス、排ガス同士などの流体の混合装置に係り、特に低い圧力損失で流体の混合を大幅に促進することができる混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−２２７５２８号公報に開示された従来の流体混合装置１７は図７の斜視図及び図７の断面図である図８に示されるような構造である。流体混合装置１７は流体流路となるダクト４と該ダクト４内の流体流路を横断するように設置された四角錐状の流路分割部材２からなり、前記流路分割部材２の四角錐部を形成する各三角形状の板面にはそれぞれ流体噴出部３ａ〜３ｄが設けられており、ダクト４内を流れる流体流は、この流体噴出部３ａ〜３ｄを通り抜ける。
【０００３】
組成成分、温度及び／又は濃度などの不均質な流体１が流体混合装置１７の流路分割部材２に設けられた流体噴出部３ａ〜３ｄを通り抜けると、濃度の不均質な流体１は互いに激しく衝突し、その周囲領域を相互に攪拌する。このため、流体１は完全に混合され、均質流体６となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術の流体混合装置１７では、その入口部での流体１の組成成分、温度及び／又は濃度などがどのような分布を持っているかについての配慮、及び流入流体１が四角錐状の流路分割部材２で大きく圧力を損失することに対する配慮がされていなかった。
【０００５】
上記従来技術は、流体混合装置１７の入口部での流体１の組成成分、温度及び／又は濃度などの分布について配慮がされていなかったため、前記入口部での流体１が異なる成分の組成分布、各成分の濃度分布及び／又は温度分布などがある場合、流体混合装置出口流体の均質性が悪くなるという問題があった。また流体混合装置１７で流体１の流れに大きな圧力損失があることも問題であった。
【０００６】
また流体噴出部３ａ〜３ｄを出た流体６は流路が急に拡大するため、流体流れ方向を変え、流体６の衝突による混合効果が緩和される。従って流路分割部材２を出た均質流体６の均質度合いが低いという結果となる。
【０００７】
本発明の課題は、組成成分、温度及び／又は濃度などの不均質な流体でも圧力損失の少ない状態で確実に混合し、均質な混合流体として排出する流体混合装置を提供することである。
【０００８】
本発明の上記課題は、以下の構成を持った混合装置により達成される。
請求項１記載の発明は、ダクト内で少なくとも組成成分、温度及び／又は濃度が不均質な流体同士を混合する流体混合装置において、前記ダクト中に、流体の流路を一旦分割し、上流側が尖った錐状構造の流路分割部材と該流路分割部材の錐状平面に、流体を噴出する複数の流体噴出用開口部を設け、該流体噴出用開口部の下流側の該開口部端部にのみ短管を接続した流体混合装置である。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記流体分割部材の流体噴出用開口部端部と前記短管との接続部は滑らかな曲面である請求項１記載の流体混合装置である。流体噴出用開口部端部と短管との接続部を滑らかな曲面にすることで、流体は圧力を損失することなく開口部の下流側に流れ、混合される。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記短管の出口部以降の流路断面が急拡大しないように、短管の出口部の下流側端部に接続して流路断面が徐々に拡大するダクト壁面を設けた請求項１又は２記載の流体混合設置である。すなわち、流体が圧力を損失することなく開口部の下流側に流れるように混合されるためには、短管の出口部以降の流路断面が急拡大しないように、流路断面が徐々に拡大するようにダクト壁面を構成してもよい。
【００１１】
請求項４記載の発明は、流体の不均質の分布が該分布の平均値よりずれが大きい流体部分に対応する流路分割部材の流体噴出用開口部を他の流路分割部材の流体噴出用開口部より上流側に設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流体混合装置である。
流体の少なくとも組成成分、温度及び／又は濃度などの不均質の分布の平均値よりずれが大きい流体部分に対応する流路分割部材の開口部を他の流路分割部材の開口部より上流側に設けることで、流体の混合効率が上がる。
【００１２】
本発明の流体は蒸気と空気などの異なる成分、同じ流体であっても組成割合（酸素と窒素の組成割合など）、温度及び／又は濃度などが異なる流体、又はガス体、液体のいずれかの流体からなる。
【００１３】
また、本発明の錐状の流体分割部材とは、三角錐状、四角錐状、多角錐状及び円錐状などの形状の流体分割部材をいう。
【００１４】
【作用】
本発明によれば、流体分割部材に設けられた一対以上の流体噴出の開口部に短管を接続することにより、該短管から流出された流体は、直接衝突あるいは干渉し、その周囲に極めて乱れの激しい流れ領域を生じる。そのため組成などが不均一な流体であっても、この乱れの激しい流れ領域を通過することにより、ほぼ均一に混合される。流体混合装置の入口流体の少なくとも組成成分、温度及び／又は濃度などが不均質な場合は、組成成分、温度及び／又は濃度が最も高い位置または低い位置に当たる流体噴出開口部の位置を流体分割部材の前流側に移動させることにより、組成成分、温度及び／又は濃度が最も高い流体または低い流体が流体混合装置内の中心部に流入するので、流体混合装置出口で均質な流体になる。
【００１５】
また本発明では、流体混合装置に流入する流体の圧力損失を、流体流路断面を徐々に変化させることによって低減させるので、全体として流入流体の圧力損失が低減できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
本発明の実施の形態の流体混合装置７は図１の斜視図及び図１の要部断面図である図２に示されるような構造であり、図７、図８に示す従来の流体混合装置１７と同様に、流体流路となるダクト４と該ダクト４内の流体流路を横断するように設置された四角錐状の流路分割部材２からなり、流路分割部材２の四角錐部を形成する各三角形状の板面にはそれぞれ流体噴出部３ａ〜３ｄが設けられており、この流体噴出部３ａ〜３ｄを流体流が通り抜ける。
【００１７】
図１、図２に示す本発明の実施の形態の流体混合装置７と図７、図８に示す前記従来技術の流体混合装置１７の違いは四角錐状の流路分割部材２の流体噴出部３ａ〜３ｄの流体が流れ出る方向に短管５を接続したことである。
【００１８】
そのため、流体が組成成分、温度、濃度などの少なくとも一つが全体に一様でない不均質流体１である場合に、この不均質流体１がダクト４内に設置された四角錐状の流路分割部材２の流体噴出部３ａ〜３ｄを通り抜けるとき、短管５の出口で互いに激しく衝突し、短管５の出口の不均質流体８は相互に混ざり合う。このため、不均質流体１は完全に混合されて均質流体６となる。
【００１９】
図７、図８に示す従来技術の流体混合装置１７では流体噴出部３ａ〜３ｄに短管５が接続されていないため、流体噴出部３ａ〜３ｄを出た流体８は流路拡大により流れ方向を変え、衝突による混合効果が緩和され、均質流体６の均質度合いが低いが、図１、図２に示す本発明の流体混合装置は、この従来技術に比べて格段に均質流体６の均質度合いが高い。
【００２０】
図３には図１の流体混合装置の流体噴出部３ａ〜３ｄの要部断面図の他の実施の形態を示す。図３に示す例では、流体噴出部３ａ〜３ｄと短管５との接続部９を滑らかな曲面にしたものである。このように接続部９で流体噴出部３ａ〜３ｄと短管５を滑らかに接続することにより、流路縮小による流体流れの圧力損失を低減させることができる。
【００２１】
図６には図３に示す例に類似した公知例（特開平０７−２２７５２８号公報）に開示された四角錐状流体混合装置の流体噴出部のダクト部分の断面構造を示す。この公知例は四角錐状流体混合装置の圧力損失を低減するために、流体噴出部３ａ〜３ｄの上流側の面に口金１０を設け、その口金１０の断面を徐々に縮小したものである。図６に示す公知例の場合には、流体流れは口金１０部分での圧力損失が大きくなるため、図３に示す本発明の実施の形態に比べて、流動抵抗が高くなる。
【００２２】
本発明の他の実施の形態の構造図を図４（図４は図１に示す側断面の変形例である）に示す。
図４に示す例は、図１または図３に示す流体混合装置７の短管５出口部に流体流路断面積が徐々に拡大する出口ダクト１１を接続した流体混合装置である。この出口ダクト１１を設置することにより、短管５出口の流路が急に拡大することによる圧力損失を低減できる。
また図３に示す流体混合装置７の短管５出口部に出口ダクト１１を接続することによっても、同様の効果が得られる。
【００２３】
本発明の他の実施の形態の流体混合装置７の構造図を図５（図５は図１に示す側断面の変形例である）に示す。図５に示す実施の形態では、例えば流体濃度分布１２（矢印の長さで流体濃度の大きさを示すが、濃度に限らず、組成分布、又は温度分布などでも良い）を持つ不均質流体１がダクト４に設置された四角錐状の流路分割部材２に設けられた流体噴出部３ａ〜３ｄを通り抜ける際に、流体噴出部３ｂでは流体濃度分布１２が、平均より高濃度の流体濃度分布１２に相当するため、流体噴出部３ｂは他の流体噴出部３ａ、３ｃ、３ｄより流路分割部材２の前流側に設けている。
【００２４】
このように流体濃度が高い部分の流体噴出部３ｂを流体噴出部３ａ、３ｃ、３ｄより流路分割部材２の前流側に設けることにより、高濃度流体をより早く、ダクト４の中心部に流入させて、流体濃度を全体に均一に分布させることができる。また、流体濃度分布が平均値よりも低濃度部が存在する場合にも、その部分に相当する流体噴出部を流路分割部材２の前流側に移動させることによって同様の均質性を得ることができる。
図５に示す構成は図１〜図４に示す流体混合装置７にも適用できる。
【００２５】
上記本発明の実施の形態の構成により、流体混合装置出口の均質流体６の均質性が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば不均質流体を低い圧力損失で均質流体にすることができるため、ファンの動力を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の流体混合装置の斜視図を示す。
【図２】図１の要部断面図を示す。
【図３】本発明の他の実施の形態の流体混合装置の側断面図を示す。
【図４】本発明の他の実施の形態の流体混合装置の側断面図を示す。
【図５】本発明の他の実施の形態の流体混合装置の側断面図を示す。
【図６】従来の流体混合装置の流体噴出部のダクト部分の断面構造図を示す。
【図７】従来の流体混合装置の斜視図を示す。
【図８】図７の流体混合装置の側断面図を示す。
【符号の説明】
１  不均質流体                      ２  流路分割部材
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  流体噴出部
４  ダクト                          ５  短管
６  均質流体                        ７、１７  流体混合装置
８  短管出口不均質流体              ９  接続部
１０  口金                          １１  出口ダクト
１２  流体濃度分布
【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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【図７】
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【図８】
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