CN104069756A - 排气混合器和定容取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供排气混合器和定容取样装置，能够降低在排气混合器中产生的噪音或者振动。所述排气混合器包括：混合器主体，具有在轴线方向上延伸的中空部；内管部，沿轴线方向设置于所述中空部；气体导入部，设置于混合器主体，将混合对象气体导入空间并使混合对象气体旋转；以及气体导出部，设置于内管部，将混合对象气体导出。内管部的中心轴线与中空部的中心轴线设置在彼此不同的位置。

Description

排气混合器和定容取样装置

技术领域

本发明涉及对混合对象气体进行混合的排气混合器和使用该排气混合器的定容取样装置，混合对象气体包含利用稀释用气体稀释排气而成的稀释排气等排气。

背景技术

以往，作为通过大气等稀释用气体稀释采集的排气，并测量该稀释后的排气中所含的成分的浓度的稀释取样方式，广泛使用了定容稀释取样装置(CVS)。

如专利文献1所示，该CVS中，在由临界流量文丘里管和吸引泵构成的流量控制部的上游侧，设置有用于将排气与稀释用气体均匀地搅拌、混合的排气混合器。

而且，以往的排气混合器是旋风方式，其包括：混合器主体，在内部具有在规定的轴线方向上延伸的中空部；气体导入管，连接于混合器主体的侧壁，并将排气和稀释用气体导入所述中空部；以及混合气体导出管，插入所述混合器主体，其中心轴线与所述中空部的中心轴线同轴设置。

但是，在上述结构的排气混合器中，因为混合气体导出管的中心轴线与中空部的中心轴线被同轴设置，所以混合器主体与混合气体导出管之间的空间沿着旋转方向呈截面积相等，且从排气导入管导入的气体的旋转流速变得过快，从而成为噪音或者振动的原因。另外，通常认为噪音与流速的6次方～8次方成比例。并且，由于气体的旋转流速变得过快，因此在排气混合器中产生共振，噪音或者振动进一步增大。

另外，虽然可以考虑降低流入排气混合器的混合气体的流速，但是在用于CVS的排气混合器中，因为通过临界流量文丘里管以成为固定流量的方式进行流量控制，所以无法降低来自气体导入部的混合气体的流速。

专利文献1：日本专利公开公报特开平6-341950号

发明内容

因此，本发明的主要课题是，在排气混合器中降低包含排气的混合对象气体流动所产生的振动或者噪音。

即，本发明的排气混合器对包含排气的混合对象气体进行混合，其包括：混合器主体，在内部具有中空部，所述中空部在规定的轴线方向上延伸；内管部，沿所述轴线方向设置于所述中空部；气体导入部，设置于所述混合器主体，将所述混合对象气体导入所述混合器主体与所述内管部之间的空间；以及气体导出部，设置于所述内管部，将在所述空间旋转的混合对象气体导出，所述内管部的中心轴线与所述中空部的中心轴线设置在彼此不同的位置。

由此，因为内管部的中心轴线与中空部的中心轴线被设置在彼此不同的位置，所以在混合器主体与内管部之间的空间形成宽大部分和狭小部分，从气体导入部导入的混合对象气体在所述空间旋转的中途反复快的流速与慢的流速。由此，能够打乱混合对象气体在旋转的中途的旋转速度成分，从而能够整体地降低混合对象气体的旋转流速，进而能够降低噪音或者振动。并且，能够通过整体地降低混合对象气体的旋转流速来防止在排气混合器中产生共振，由此也能够降低噪音或者振动。

优选的是，所述气体导入部设置于所述混合器主体的侧周壁，从所述中空部的中心轴方向观察时，在沿着所述混合器主体与所述气体导入部的连接部的内侧端部处的所述混合器主体的切线的方向上，所述内管部的中心轴线相对于所述内侧端部，被偏移设置在与所述连接部的外侧端部相反侧。

由此，能够使从气体导入部导入的排气在刚导入之后容易旋转，并打乱旋转的中途的旋转速度成分。

另外，在沿着所述内侧端部处的所述混合器主体的切线的方向上，在内管部的中心轴线相对于所述内侧端部偏向所述外侧端部侧的情况下，从气体导入部导入的排气与内管部的外侧周面相撞而不易旋转，从而混合对象气体的混合均匀性降低。

优选的是，所述气体导入部设置成沿着所述混合器主体的内侧周面的切线，并沿着所述内侧周面将所述混合对象气体导入所述空间。

由此，因为从气体导入部导入的混合对象气体在刚导入之后就沿着混合器主体的内侧周面流动，因此能够更容易地使混合对象气体旋转。

优选的是，所述气体导入部设置有导向板，所述导向板以使从所述气体导入部导入的所述混合对象气体朝向所述混合器主体的内侧周面的方式，引导所述混合对象气体。

由此，因为从气体导入部导入的混合对象气体与导向板相撞而朝向混合器主体的内侧周面，因此能够容易地使混合对象气体旋转。

从气体导入部导入的混合对象气体与内管部的外侧周面相撞时，不仅产生向旋转方向流动的混合对象气体，还产生向与该旋转方向不同的方向流动的混合对象气体。由此，旋转成分被抵消，从而成为损害混合对象气体的混合均匀性的主要原因。

因此优选的是，从所述气体导入部观察前方时，以由所述导向板隐藏所述内管部的方式设置所述导向板。

由此，从气体导入部导入的混合对象气体不与内管部的外侧周面直接相撞，所以能够可靠且容易地旋转。

此外，本发明的定容取样装置具有定容取样部，所述定容取样部对被控制为固定流量的混合气体进行取样，所述定容取样部包括：主流道，流动有排气；稀释用气体流道，连接于所述主流道，流动有稀释用气体；排气混合器，设置于所述主流道，混合所述排气和所述稀释用气体；固定流量控制设备，设置于所述主流道上的所述排气混合器的下游侧，将被所述排气混合器混合的混合气体控制为固定流量；以及取样流道，连接于所述主流道上的所述排气混合器与所述固定流量控制设备之间，对被控制为所述固定流量的混合气体进行取样，所述排气混合器包括：混合器主体，在内部具有中空部，所述中空部在规定的轴线方向上延伸；内管部，沿所述轴线方向设置于所述中空部；气体导入部，设置于所述混合器主体，将所述排气和所述稀释用气体导入所述混合器主体与所述内管部之间的空间；以及气体导出部，设置于所述内管部，将在所述空间旋转的混合气体导出，所述内管部的中心轴线与所述中空部的中心轴线设置在彼此不同的位置。

根据上述结构的本发明，因为内管部的中心轴线与中空部的中心轴线被设置于彼此不同的位置，所以能够在排气混合器中降低包含排气的混合对象气体的流动所产生的振动或者噪音。

附图说明

图1是表示本实施方式的排气取样装置的结构的图。

图2是表示同一实施方式的排气混合器的结构的立体图。

图3是表示同一实施方式的排气混合器的结构的侧视图。

图4是表示同一实施方式的排气混合器的结构的横断面图。

图5表示同一实施方式的排气混合器的结构的A-A线断面图。

图6是表示设置有内管部的中心轴线的区域的示意图。

图7是表示变形实施方式的排气混合器的结构的横断面图。

图8是变形实施方式的排气混合器的A-A线断面图。

图9是表示变形实施方式的吸声结构的示意图。

附图标记说明

100  排气取样装置(定容取样装置)

4    排气混合器

41   混合器主体

41s  混合器主体的内侧周面

L    规定的轴线方向

411  中空部

411L 中空部的中心轴线

42   内管部

42L  内管部的中心轴线

S    混合器主体与内管部之间的空间

43   气体导入部

44   气体导出部

45   导向板

具体实施方式

以下参照附图，对使用了本发明的排气混合器的排气取样装置进行说明。

本实施方式的排气取样装置100例如用于气体分析系统，且是稀释取样方式的装置，气体分析系统例如用于对从发动机等排出的排气中所含的成分进行分析，稀释取样方式利用大气(稀释用空气)等稀释用气体数倍(例如10倍～20倍)稀释排气并进行浓度测量。

具体地说，该排气取样装置100具有定容取样部，如图1所示，具有主流道ML和稀释用气体流道DL，主流道ML的一端连接在用于导入排气的排气导入口PT1，稀释用气体流道DL的一端连接在用于导入稀释用气体的稀释用气体导入口PT2，稀释用气体流道DL的另一端连接于所述主流道ML。

主流道ML具有排气导入配管2、混合部3、排气混合器4、取样配管5和固定流量控制设备6，排气导入配管2在一端设置有排气导入口PT1以导入排气，混合部3连接于该排气导入配管2，排气混合器4连接在该混合部3的下游，用于将稀释排气(混合气体)均匀地搅拌、混合，取样配管5连接于该排气混合器4，用于对后述的被控制成固定流量的混合气体进行取样，固定流量控制设备6连接于该取样配管5。并且，稀释用气体流道DL由稀释用气体导入配管7构成，稀释用气体导入配管7在一端设置有稀释用气体导入口PT2。另外，在稀释用气体导入口PT2上设置有用于除去大气中的混杂物的过滤器(未图示)。

在此，混合部3连接构成所述稀释用气体流道DL的稀释用气体导入配管7和所述排气导入配管2，且例如被称为混合三通。并且，在用于定容取样混合气体的取样配管5上连接有取样流道SL，取样流道SL用于采集稀释排气并将其导入气体采集包、颗粒物捕集过滤器或者排气分析装置等分析设备200。

固定流量控制设备6以使从所述排气导入配管2导入的排气与从稀释用气体导入配管7导入的稀释用气体的总流量固定的方式进行流量控制，且具有主文丘里管61和吸引泵62，主文丘里管61由连接在所述取样配管5下游的临界流量文丘里管(CFV)构成，吸引泵62例如是风机等，连接在该主文丘里管61的下游。通过该吸引泵62使主文丘里管61的上游侧与下游侧的压差为规定值以上来固定所述总流量。另外，将被吸引泵62抽吸的稀释排气排出到外部。

并且，如图2～图5所示，本实施方式的排气混合器4具有混合器主体41、内管部42、气体导入部43和气体导出部44，混合器主体41在内部具有中空部411，所述中空部411在规定的轴线方向L上延伸，内管部42沿轴线方向L设置于中空部411，气体导入部43设置于混合器主体41，且将作为混合对象气体的排气和稀释用气体导入所述混合器主体41和所述内管部42之间的空间S并使混合对象气体旋转，气体导出部44设置于内管部42，且将在所述空间S旋转的混合对象气体导出。另外，本实施方式的混合对象气体是在所述混合部3生成的稀释排气(被稀释用气体稀释后的排气)。

特别是如图3和图4所示，混合器主体41在内部具有在轴线方向L上延伸的大致圆柱状的中空部411。本实施方式的混合器主体41呈具有所述中空部411的圆筒状，且轴线方向L上的两端部被封闭。

特别是如图3和图5所示，内管部42被设置成贯通所述混合器主体41的沿轴线方向L的一端壁41a，且设置成其前端部位于所述混合器主体41的中空部411内。该内管部42呈圆管状，且至少在中空部411内呈直管状。

特别是如图4所示，气体导入部43在混合器主体41的侧周壁41b上设置于一端壁41a侧。并且，气体导入部43设置成沿着混合器主体41的内侧周面41s的切线，且沿着内侧周面41s将混合对象气体导入旋转空间S。具体地说，在混合器主体41的侧周壁41b处，由在与所述轴线方向L垂直的方向上延伸的气体导入管43H形成。如上所述，气体导入部43具有气体导入口43x和气体导入管43H。由此，与气体导入管43H朝向气体导出部44倾斜设置的情况相比，能够增加被导入旋转空间S的混合对象气体到达气体导出部44的时间和路径长度，从而能够进一步使混合对象气体混合。另外，气体导入管连接于所述混合部3。该气体导入部43的气体导入口43x在从所述轴线方向L偏心的位置开口。

特别是如图3和图5所示，气体导出部44形成于所述内管部42的插入侧前端部，具体地说，由内管部42的前端开口部形成气体导出部44。即，气体导出部44朝向混合器主体41的沿轴线方向L的另一端壁41c侧开口。并且，气体导出部44位于比所述气体导入部43靠向另一端壁41c侧的位置。流入了该气体导出部44的混合对象气体通过内管部42的内部，并流向连接于该内管部42的取样配管5。另外，在内管部42的内部，例如以将内管部42内部的流道分成四部分的方式，沿着流道方向设置有整流板421，从而消除从内管部42流向取样配管5的稀释排气的旋转流。

而且，特别是如图4和图5所示，本实施方式的排气混合器4的内管部42的中心轴线42L与中空部411的中心轴线411L被设置在彼此不同的位置。即，内管部42的中心轴线42L相对于中空部411的中心轴线411L偏心。具体地说，内管部42的中心轴线42L与中空部411的中心轴线411L被设置在彼此不同的位置，且以彼此平行的方式设置中心轴线42L、411L。

详细地说，如图6所示，从中空部411的中心轴方向观察时，在沿着混合器主体41与气体导入部43的连接部的内侧端部X1处的混合器主体41的切线Z1的方向上，内管部42的中心轴线42L相对于所述内侧端部X1，被偏移设置在与所述连接部的外侧端部X2相反侧。即，以内管部42的中心轴线42L被包含在图6的斜线部分的方式偏移设置。另外，内侧端部X1是被气体导入部43导入的气体的导入方向上的后侧端部，外侧端部X2是所述气体的导入方向上的前侧端部。并且，换言之，内管部42的中心轴线42L相对于假想直线Z2被偏移设置在与所述外侧端部X2相反侧，所述假想直线Z2连接所述内侧端部X1与中空部411的中心(中心轴线411L)。

在本实施方式中，如图4和图6所示，因为在混合器主体41的下侧部分的右侧设置排气导入部43，所以相对于中空部411的中心轴线411L，偏向上侧偏心设置内管部42的中心轴线42L。在本实施方式中，相对于中空部411的中心轴线411L，向远离气体导入部43的方向偏移设置内管部42的中心轴线42L。

在该排气混合器4中，因为内管部42的中心轴线42L与中空部411的中心轴线411L被设置在彼此不同的位置，所以如图4所示，在混合器主体41与内管部42之间的空间S中形成宽大部分S1和狭小部分S2。另外，宽大部分S1是混合器主体41的内侧周面41s与内管部42的外侧周面42s的距离大的部分，狭小部分S2是混合器主体41的内侧周面41s与内管部42的外侧周面42s的距离小的部分。而且，以面对该空间S的宽大部分S1的方式设置所述气体导入部43的气体导入口43x。即，在气体刚被气体导入部43导入之后的区域中，与同心圆状地配置混合器主体41和内管部42的情况相比，混合器主体41的内侧周面41s与内管部42的外侧周面42s的距离变长。而且，从气体导入部43导入到空间S内的混合对象气体成为通过空间S的宽大部分S1并流向狭小部分S2的旋转流。而且，通过了狭小部分S2的混合对象气体再次流向宽大部分S1。混合对象气体重复此动作，边旋转边流向内管部42的前端部，并从内管部42的前端部的气体导出部44通过内管部42的内部被导出到排气混合器4的外部。

根据上述结构的本实施方式的排气取样装置100，因为内管部42的中心轴线42L与中空部411的中心轴线411L被设置在彼此不同的位置，所以在混合器主体41与内管部42之间的空间S形成宽大部分S1和狭小部分S2(参照图4)，从气体导入部43导入的混合对象气体在所述空间S旋转的中途反复快的流速与慢的流速。由此，能够打乱混合对象气体在旋转的中途的旋转速度成分，从而能够整体地降低混合对象气体的旋转流速，进而能够降低噪音或者振动。并且，能够通过整体地降低混合对象气体的旋转流速来防止在排气混合器4中产生共振，由此也能够降低噪音或者振动。

另外，本发明不限于所述实施方式。

例如，内管部42的中心轴线42L相对于中空部411的中心轴线411L的偏移方向不限于所述实施方式，可以偏向周向的任意方向。并且，虽然以彼此平行的方式构成了中空部411的中心轴线411L与内管部42的中心轴线42L，但是也可以相对于中空部411的中心轴线411L倾斜设置内管部42的中心轴线42L。

在所述实施方式中，示出了在沿着切线Z1的方向上，内管部42的中心轴线42L相对于内侧端部X1偏向与外侧端部X2相反侧的情况，但是也可以在沿着所述切线Z1的方向上，相对于内侧端部X1偏向外侧端部X2侧。另外，在这种情况下，从气体导入部43导入的混合对象气体变得不易旋转，从而能够获得降低旋转速度的效果。

并且，在所述实施方式中，也可以在气体刚被气体导入部43导入之后的区域中，构成为混合器主体41的内侧周面41s与内管部42的外侧周面42s的距离比气体导入管43H的配管直径大。由此，使从气体导入部43导入的排气在刚导入之后容易旋转，从而能够打乱旋转中途的旋转速度成分。

并且，如图7和图8所示，也可以在所述实施方式的排气混合器4的结构的基础上，在气体导入部43的前方设置导向板45，导向板45以使从气体导入部43导入的排气朝向混合器主体41的内侧周面41s的方式引导排气。将该导向板45相对于由气体导入部43导入的混合对象气体的流动方向，倾斜地设置在混合器主体41的内侧周面41s侧。由此，因为从气体导入部43导入的混合对象气体撞到导向板45而朝向混合器主体41的内侧周面41s，所以能够容易使混合对象气体旋转。

并且，如图8所示，在设置导向板45的情况下，也可以在从气体导入部43观察前方时利用导向板45隐藏内管部42。由此，因为从气体导入部43导入的混合对象气体不直接撞击内管部42的外侧周面42s，因此能够抑制向与旋转方向不同的方向流动的混合对象气体的产生。因此，能够可靠且容易地使从气体导入部43导入的混合对象气体旋转。

并且，如图8所示，导向板45的下游侧端部451也可以通过设置例如三角形的多个突起而在俯视时具有锯齿形状等凹凸形状。由此，通过导向板45的混合对象气体成为旋涡，从而产生各种成分，并能够通过这些成分相互抵消来使混合对象气体的旋转流速降低，进而降低噪音。

并且，如图9所示，为了提高排气取样装置的噪音降低性能，可以考虑以与稀释用气体导入口PT2的开口对置、且覆盖该稀释用气体导入口PT2的整个开口的方式设置吸声部件8。在此，为了能够向稀释用气体导入口PT2导入大气，从稀释用气体导入口PT2的开口向上方分离地设置吸声部件8。另外，吸声部件8被固定部件9固定于箱体10，箱体10收纳构成稀释用气体流道DL的稀释用气体导入配管7和混合部3。

并且，虽然所述实施方式的排气取样装置是将排气全部稀释的装置，但是也可以是部分稀释的装置。即，所述排气导入口PT1也可以采集排气的一部分并导入主流道ML。

并且，虽然所述实施方式的固定流量控制设备6使用了临界流量文丘里管，但是也可以不使用临界流量文丘里管，而是使用临界流量孔(CFO)。并且，也可以是不使用临界流量文丘里管的定容泵式。

另外，本发明不限于所述实施方式，能够在不违背本发明宗旨的范围内进行各种变形。

Claims (6)

1.一种排气混合器，对包含排气的混合对象气体进行混合，其特征在于包括：

混合器主体，在内部具有中空部，所述中空部在规定的轴线方向上延伸；

内管部，沿所述轴线方向设置于所述中空部；

气体导入部，设置于所述混合器主体，将所述混合对象气体导入所述混合器主体与所述内管部之间的空间；以及

气体导出部，设置于所述内管部，将在所述空间旋转的混合对象气体导出，

所述内管部的中心轴线与所述中空部的中心轴线设置在彼此不同的位置。

2.根据权利要求1所述的排气混合器，其特征在于，

所述气体导入部设置于所述混合器主体的侧周壁，

从所述中空部的中心轴方向观察时，在沿着所述混合器主体与所述气体导入部的连接部的内侧端部处的所述混合器主体的切线的方向上，所述内管部的中心轴线相对于所述内侧端部，被偏移设置在与所述连接部的外侧端部相反侧。

3.根据权利要求1所述的排气混合器，其特征在于，所述气体导入部设置成沿着所述混合器主体的内侧周面的切线，并沿着所述内侧周面将所述混合对象气体导入所述空间。

4.根据权利要求1所述的排气混合器，其特征在于，所述气体导入部设置有导向板，所述导向板以使从所述气体导入部导入的所述混合对象气体朝向所述混合器主体的内侧周面的方式，引导所述混合对象气体。

5.根据权利要求4所述的排气混合器，其特征在于，从所述气体导入部观察前方时，以由所述导向板隐藏所述内管部的方式设置所述导向板。

6.一种定容取样装置，其特征在于，具有定容取样部，所述定容取样部对被控制为固定流量的混合气体进行取样，

所述定容取样部包括：

主流道，流动有排气；

稀释用气体流道，连接于所述主流道，流动有稀释用气体；

排气混合器，设置于所述主流道，混合所述排气和所述稀释用气体；

固定流量控制设备，设置于所述主流道上的所述排气混合器的下游侧，将被所述排气混合器混合的混合气体控制为固定流量；以及

取样流道，连接于所述主流道上的所述排气混合器与所述固定流量控制设备之间，对被控制为所述固定流量的混合气体进行取样，

所述排气混合器包括：

混合器主体，在内部具有中空部，所述中空部在规定的轴线方向上延伸；

内管部，沿所述轴线方向设置于所述中空部；

气体导入部，设置于所述混合器主体，将所述排气和所述稀释用气体导入所述混合器主体与所述内管部之间的空间；以及

气体导出部，设置于所述内管部，将在所述空间旋转的混合气体导出，

所述内管部的中心轴线与所述中空部的中心轴线设置在彼此不同的位置。