JP2006059684A - Gas mixing device - Google Patents

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晋平 三浦
Tomotaka Ishikawa
智隆 石川
Yasunobu Jufuku
康信 寿福
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas mixing device which has a simple structure and can mix two gasses efficiently and certainly. <P>SOLUTION: This is the gas mixing device for mixing a first gas and a second gas, and comprises a mixing portion for mixing the first gas and the second gas, a first gas inlet pipe for introducing the first gas into the mixing portion, a second gas inlet pipe for introducing the second gas into the mixing portion, and a mixed gas exhaust pipe for exhausting the mixed gas in the mixed portion. An inlet penetration part provided at the end part of the second gas inlet pipe is installed at the above mixing portion and an inlet pipe opening as an opening part is provided at the end part of the inlet penetration part. In this gas mixing device, the first gas inlet pipe is installed at the upstream side of the flow of the second gas than the inlet pipe opening. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a gas mixing device, and more particularly to a gas mixing device used for diluting hydrogen gas purged from a fuel cell.

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。   In a fuel cell system used as a power source for automobiles and the like, the efficiency of fuel utilization is improved by circulating and reusing hydrogen used as fuel. In such a fuel cell system, when the voltage of the fuel cell that has been temporarily reduced is recovered, or when the differential pressure between the two electrodes of the fuel cell is prevented from becoming excessive when the vehicle is stopped, It is necessary to perform a purge which is an operation for releasing a part of the system to the outside of the system.

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。   The gas purged from the circulation system is a gas containing high-concentration hydrogen, and if released into the atmosphere as it is, there is a risk that hydrogen will burn by some kind of fire. Therefore, it is necessary to dilute the purged gas before being released into the atmosphere so that the concentration of hydrogen contained is lower than the combustion limit, and a diluter that dilutes the purge gas is used.

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。   For example, in Patent Document 1, a stay region in which purged gas is retained, a dilution region in which gas and air purged from the stay region are mixed and diluted, and a purge region is purged from the stay region to the dilution region. There is disclosed a diluting device provided with a flow passage portion through which gas flows. However, this is complicated in structure because it is necessary to connect a part of two partitioned spaces with a flow passage part, and is difficult to manufacture. In addition, this device has many places where gas flows through small holes, such as a flow passage, and moisture accumulates near these holes and freezes at low temperatures, closing the flow path. There is a possibility that a problem such as end will occur.

特開２００３−１３２９１５号公報JP 2003-132915 A 特開２００２−２８９２３７号公報JP 2002-289237 A

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。   The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide a gas mixing apparatus that has a simple structure and can efficiently and reliably mix two gases.

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。   In order to achieve the above object, the present invention provides, as a first aspect of a gas mixing apparatus, a gas mixing apparatus for mixing a first gas and a second gas, wherein the first gas and the second gas are mixed. A mixing section to be mixed, a first gas introduction pipe for introducing the first gas into the mixing section, a second gas introduction pipe for introducing the second gas into the mixing section, and the inside of the mixing section A mixed gas discharge pipe for discharging a mixed gas, and an introduction penetration part provided at an end part of the second gas introduction pipe is penetrated into the mixing part, and an end part of the introduction penetration part Is provided with an introduction pipe opening which is an opening, and the first gas introduction pipe is provided on the upstream side of the flow of the second gas with respect to the introduction pipe opening. Providing a device.

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。   In the gas mixing apparatus according to the first aspect of the present invention, the second gas does not flow directly from the second gas introduction pipe to the mixed gas discharge pipe, but becomes a turbulent flow after introduction. 1 gas is discharged into the mixed gas discharge pipe while being entrained. Therefore, in this aspect, the first gas can be reliably mixed with the second gas by retaining the second gas in a turbulent state for a long time and introducing the first gas into the turbulent flow.

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。   In the first aspect, it is preferable that the gas mixing device is provided in a fuel cell system, wherein the first gas is a hydrogen electrode off-gas, and the second gas is an air electrode off-gas. As a result, hydrogen discharged from the hydrogen electrode of the fuel cell system can be reliably diluted, and high concentration hydrogen can be prevented from being released outside the fuel cell system.

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。   In the first aspect, it is preferable that a cross-sectional area of the mixing unit in a direction perpendicular to the flow of the second gas is larger than a cross-sectional area of the second gas introduction pipe. Thereby, it becomes easy to diffuse 2nd gas in a mixing part, and it can mix with 1st gas more reliably.

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。   Moreover, this invention is a gas mixing apparatus for mixing 1st gas and 2nd gas as a 2nd aspect of a gas mixing apparatus, Comprising: The mixing part which mixes said 1st gas and 2nd gas, A first gas introduction pipe for introducing the first gas into the mixing section; a second gas introduction pipe for introducing the second gas into the mixing section; and for discharging the mixed gas in the mixing section. The mixed gas discharge pipe is provided with a discharge penetration portion provided at an end portion of the mixed gas discharge pipe, and an opening portion is provided at an end portion of the discharge penetration portion. There is provided a gas mixing device characterized in that a certain discharge pipe opening is provided, and the first gas introduction pipe is provided downstream of the flow of the second gas with respect to the discharge pipe opening.

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。   In the gas mixing device according to the second aspect of the present invention, the discharge penetration portion provided at the end of the mixed gas discharge pipe penetrates into the mixing portion, and the discharge pipe opening is provided at the end of the discharge penetration portion to mix. By discharging the mixed gas in the section, the same effect as that of the gas mixing device of the first aspect can be obtained.

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。   Moreover, in the said 2nd aspect, it is preferable that the cross-sectional area of the said mixing part of the direction perpendicular | vertical to the flow of 2nd gas is larger than the cross-sectional area of the said mixed gas discharge pipe. Thereby, since 1st gas and 2nd gas are fully spread | diffused in a mixing part, and after being mixed and discharged | emitted from a mixed gas discharge pipe, 1st gas and 2nd gas can be mixed more reliably.

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。   In the first aspect and the second aspect of the invention, the first gas flow control means for controlling the flow of the first gas so as to be in a direction other than the same direction as the flow of the second gas is provided in the mixing section. Is preferably provided. By providing the first gas flow control means and controlling the introduced first gas in the above direction, the introduced first gas is prevented from being discharged directly from the mixed gas discharge pipe at a high concentration. And the two gases can be mixed more reliably.

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。   The gas mixing device of the present invention has a simple structure and produces an effect that gas can be mixed efficiently and reliably.

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。   The present invention penetrates a pipe for introducing or discharging a gas into the mixing section, and introduces or discharges the gas from the end thereof to generate a turbulent gas flow in the mixing section, thereby reliably mixing the two gases. To do. The gas mixing device of the present invention is preferably used as a fuel cell gas mixing device, that is, as a gas mixing device for diluting the hydrogen gas purged from the hydrogen electrode side of the fuel cell. In this case, it is preferable to use the hydrogen electrode off-gas as the first gas and the air electrode off-gas as the second gas, so that the hydrogen gas purged from the hydrogen electrode side can be reliably diluted with air.

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。   Hereinafter, two aspects of the gas mixing apparatus of the present invention will be described. In the present invention, the cross-sectional area refers to the cross-sectional area of the cross section perpendicular to the gas flow when the second gas is introduced, and the upstream and the downstream refer to the second gas introduced into the mixing section. It shall refer to upstream and downstream in the current flow. The length refers to the length in the direction parallel to the gas flow when the second gas is introduced.

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。 A. 1st aspect Hereinafter, the gas mixing apparatus of the 1st aspect of this invention is demonstrated.
A gas mixing apparatus according to a first aspect of the present invention is a gas mixing apparatus for mixing a first gas and a second gas, a mixing unit for mixing the first gas and the second gas, and the first gas A first gas introduction pipe for introducing one gas into the mixing section, a second gas introduction pipe for introducing the second gas into the mixing section, and a mixture for discharging the mixed gas in the mixing section A gas discharge pipe, and an introduction penetration portion provided at an end portion of the second gas introduction pipe is penetrated into the mixing portion, and an introduction opening is provided at the end portion of the introduction penetration portion. A pipe opening is provided, and the first gas introduction pipe is provided on the upstream side of the flow of the second gas with respect to the introduction pipe opening.

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。   First, the configuration of such a gas mixing apparatus of this embodiment will be described with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a schematic block diagram which shows an example of the gas mixing apparatus of the 1st aspect of this invention. As shown in FIG. 1A, the gas mixing device 1 of this aspect includes a mixing unit 2 that mixes a first gas and a second gas, and a first for introducing the first gas into the mixing unit 2. A gas introduction pipe 3, a second gas introduction pipe 4 for introducing the second gas into the mixing section 2, and a mixed gas discharge pipe 5 for discharging the mixed gas in the mixing section 2 are provided. Yes.

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。   An introduction penetrating portion 6 is provided at an end of the second gas introduction pipe 4, and the introduction penetrating portion 6 penetrates into the mixing portion 2. The cross-sectional area of the introduction penetration part 6 in the direction perpendicular to the flow of the second gas is smaller than the cross-sectional area of the mixing part 2. The second gas is introduced into the mixing section 2 from the second gas introduction pipe 4 through the introduction pipe opening 7 provided at the end of the introduction penetration section 6. Further, a discharge penetration portion 8 is provided at an end of the mixed gas discharge pipe 5, and the discharge penetration portion 8 is penetrated into the mixing portion 2. The mixed gas mixed in the mixing part is discharged from the mixing part 2 to the mixed gas discharge pipe 5 through the discharge pipe opening 9 provided at the end of the discharge penetration part 8. Further, a nozzle-like introduction port 10 serving as a first gas flow control means is provided at an end of the first gas introduction pipe 3 in the mixing unit 2. A space between the introduction pipe opening 7 and the discharge pipe opening 9 is defined as a gap 11.

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。   In the gas mixing device 1 shown in FIG. 1A, the cross-sectional area of the mixing portion 2 is larger than the cross-sectional area of the introduction penetrating portion 6, so that the gas mixing device 1 is introduced into the mixing portion 2 from the introduction opening 6. On the other hand, the second gas loses the flow velocity and becomes turbulent. In this embodiment, the introduction penetration part 6 provided at the end of the second gas introduction pipe 4 is penetrated into the mixing part 2 and is an opening part through which the second gas is introduced into the mixing part 2. A certain introduction pipe opening 7 is located at the downstream end of the introduction penetration 6 that penetrates into the mixing section 2. Therefore, the introduction pipe opening 7 is located near the downstream wall among the walls constituting the mixing unit 2, and most of the introduced second gas collides with the downstream wall to the upstream side. Flowing. The turbulent flow of the second gas flowing upstream then collides with the upstream wall, flows downstream, and is discharged from the mixed gas discharge pipe 5. Thus, in the gas mixing apparatus 1 of this aspect, since the introduced second gas stays in the mixing section 2 as a turbulent flow for a long time, the first gas is introduced into the turbulent flow of the second gas. Thus, the first gas can be reliably mixed with the second gas.

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。   As described above, the gas mixing apparatus of this aspect has the introduction penetration portion penetrated into the mixing portion, the second gas is mainly introduced from the introduction pipe opening provided at the end of the introduction penetration portion, and The first gas introduction pipe is not particularly limited as long as the first gas introduction pipe is provided on the upstream side of the second gas flow with respect to the introduction pipe opening, and other than the example shown in FIG. Various configurations in which the amount of penetration of the discharge pipe penetration portion and the method of introducing the first gas are different can be taken. For example, the first gas introduction pipe may be provided on the downstream side of the mixing unit, and the first gas may be injected toward the upstream side. Moreover, the introduction penetration part and the discharge penetration part may be provided on the same axis | shaft, and may be provided on a different axis | shaft. Furthermore, the introduction penetration portion may be provided with an opening other than the introduction pipe opening provided at the end thereof.

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。   In this embodiment, the introduction penetration portion is provided at the end portion of the second gas introduction pipe, and refers to a portion that is penetrated into the mixing portion. The gas mixing apparatus of this aspect extends the residence time in the mixing part of 2nd gas by providing an introduction penetration part in the edge part of a 2nd gas introduction pipe | tube. In this aspect, the position of the introduction pipe opening is not particularly limited as long as the introduction penetration is penetrated into the mixing section and the introduction pipe opening is provided at the end of the introduction penetration. However, the length from the upstream end of the mixing section to the introduction pipe opening is 50% or more, especially 90% of the length from the upstream end to the downstream end of the mixing section. % Or more is preferable.

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。   Moreover, the shape of the said introduction penetration part, a penetration position, etc. are not specifically limited. For example, the introduction penetration part has a linear shape, and can penetrate straight from the upstream wall surface of the mixing part to the downstream side. Moreover, the introduction penetration part may be penetrated from the wall surface of the side part of the mixing part, or the wall surface of the downstream side, and may have a shape such that the introduction pipe opening part faces downstream.

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。   In this aspect, it is preferable that the cross-sectional area of the mixing unit in the direction perpendicular to the flow of the second gas is larger than the cross-sectional area of the second gas introduction pipe. Moreover, in the same cross section, it is preferable that the cross-sectional area of the mixing part is larger than the cross-sectional area of the introduction penetration part. The second gas is easily diffused in the mixing portion by introducing the second gas into the mixing portion having a larger cross-sectional area by using the second gas introduction pipe having a smaller cross-sectional area than the mixing portion or the introduction penetrating portion. Therefore, it can be more reliably mixed with the first gas.

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。   Furthermore, the discharge penetration part is provided at the end of the mixed gas discharge pipe, and refers to a part that penetrates into the mixing part. In this aspect, the discharge penetration part may or may not be provided, and the length of the discharge penetration part when the discharge penetration part is provided is not particularly limited. Further, the sum of the length of the introduction penetration portion and the length of the discharge penetration portion is longer than the length of the mixing portion, that is, the introduction penetration portion and the discharge penetration portion are provided to overlap. Also good.

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。   In this embodiment, the length of the gap, which is the space between the introduction pipe opening and the discharge pipe opening, is not particularly limited as long as a gap that allows the mixed gas to be discharged is secured. The length of the gap and the opening area are preferably adjusted as appropriate according to various conditions when the gas mixing device is used. For example, when using the gas mixing device to dilute the hydrogen discharged in the fuel cell system, the hydrogen discharge time, interval, pressure, speed, temperature, humidity, concentration, amount of water contained, pipe diameter Alternatively, it is preferable to adjust appropriately according to the flow rate of air, pressure, speed, temperature, humidity, concentration, amount of water contained, pipe diameter, and the like. The gap length with respect to the length of the mixing portion is preferably 50% or less, and more preferably 10% or less. If the length of the gap is larger than the above range, the ratio of the second gas that does not stay in the mixing section and is discharged as it increases increases, so that only a part of the introduced second gas can be mixed with the first gas. There is sex. In addition, in the mixing device provided so that the introduction penetration portion and the discharge penetration portion overlap, the length of the gap is a negative value, but in this case, the absolute value of the length is large, that is, A larger overlap portion is preferable.

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。   In addition, the preferred direction when introducing the first gas into the mixing unit is greatly different depending on the position where the first gas is introduced, but the first gas is different from the direction other than the same direction as the flow of the second gas. It is preferable to introduce into the mixing part. In particular, when the direction of the second gas flow is 0 °, the direction intersects with the second gas at an angle close to perpendicular to the second gas flow, such as within a range of 90 to 270 °. It is preferable to introduce into the mixing part. The second gas introduced into the mixing section becomes a turbulent flow, most of which collides with the downstream wall and moves to the upstream side, but a part of the second gas is discharged from the mixed gas discharge pipe during the movement. There is a case. When the first gas is introduced into the mixing unit in the same and parallel direction as the second gas flow, it rides on the flow of the second gas discharged without staying in the mixing unit as described above. There is a possibility that the introduced first gas is also directly discharged with a high concentration. By controlling the direction in which the first gas is introduced into the mixing unit, the above-described problems can be prevented, and the second gas staying in the mixing unit and the introduced first gas can be reliably mixed.

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。   The method for controlling the direction when the first gas is introduced as described above is not particularly limited. For example, a method of connecting the first gas introduction pipe to the mixing unit at a certain angle and introducing the first gas into the mixing unit at the angle, or a first gas flow control means for controlling the flow of the first gas is used. It can be controlled by a method or the like.

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。   In this aspect, among the above, the first gas flow control means for controlling the flow of the first gas so as to be in a direction other than the same direction as the flow of the second gas is provided in the mixing unit. It is preferable. By providing such a control means to control the flow of the first gas, it is possible to prevent the first gas introduced into the mixing section from being discharged directly from the mixed gas discharge pipe, and to more reliably supply the first gas. It can be mixed with a second gas.

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。   The first gas flow control means is not particularly limited as long as it can be provided in the mixing unit and can control the flow of the first gas introduced into the mixing unit. For example, the flow of the first gas may be controlled by providing a rectifying plate or the like in the mixing portion near the opening at the end of the first gas introduction pipe and inhibiting the flow in a certain direction. Further, as shown in FIG. 1, a nozzle-like introduction port 10 is provided at the end of the first gas introduction pipe 3 so as to protrude into the mixing unit, and the direction of the nozzle is controlled, or the area of the nozzle opening is reduced. The flow of the first gas can also be controlled by reducing the size and injecting the first gas into the mixing section.

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。   In this aspect, the first gas introduction pipe is provided on the upstream side of the flow of the second gas from the introduction pipe opening. In particular, the length from the opening of the first gas introduction pipe to the opening of the second gas introduction pipe is preferably long, and is preferably 50% or more, particularly 90% or more of the length of the mixing section. When the first gas introduction pipe is located downstream of the introduction pipe opening, the physical distance from the discharge pipe opening, which is the opening of the mixed gas discharge pipe, becomes short, and mixing occurs immediately after the introduction. There is a possibility that the introduced first gas is involved in the flow of a part of the second gas discharged from the gas discharge pipe and is discharged together with the second gas with a high concentration. 3B, the first gas introduction pipe 3 is provided at a position deviated from the flow of the second gas, and the opening of the first gas introduction pipe 3 is provided. When the position where the first gas introduced from the first gas joins the flow of the second gas is upstream of the introduction pipe opening 7, the first gas introduction pipe 3 is substantially upstream of the introduction pipe opening 7. The same effect as that provided in the case. Therefore, in the present invention, such a case is also included in the concept that “the first gas introduction pipe is provided upstream of the introduction pipe opening portion in the flow of the second gas”.

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。 Hereinafter, a preferable example when introducing the first gas into the mixing unit will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a gas mixing apparatus according to this embodiment. FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view in a section parallel to the flow of the second gas, and FIG. 1B is a schematic transverse sectional view in a section perpendicular to the flow of the second gas. When the introduction penetration part 6 of the second gas introduction pipe 4 is penetrated into the central part of the mixing part 2 as in the example shown in FIG. 1, the first gas flows from the upstream side of the mixing part to the first gas flow control. It is preferable to introduce in a direction perpendicular to the flow of the second gas using the means, that is, the nozzle-like inlet 10. By introducing the first gas in the above direction, the first gas is introduced in the direction of the arrow shown in FIG. 1 (b) and moves around the introduction penetration portion 6 in a spiral manner without staying in one place. , Mixed with the turbulent second gas. In addition, since the first gas is introduced from a position away from the discharge pipe opening 9, the introduced first gas is prevented from being discharged directly from the discharge pipe opening 9 with a high concentration. Can do.

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。   Moreover, FIG. 2 is a schematic longitudinal block diagram which shows the other example of the gas mixing apparatus of this aspect. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view in a cross section parallel to the flow of the second gas, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view in a cross section perpendicular to the flow of the second gas. As shown in FIG. 2, when the second gas introduction pipe 4 is inserted above the mixing section 2 and the mixed gas discharge pipe 5 is provided below the mixing section 2, the first gas Is preferably introduced from the upstream side and the lower side of the mixing unit toward the introduction penetrating unit 6 on the upper side using the first gas flow control means. The first gas introduced toward the upper side of the mixing portion 2 collides with the introduction penetration portion 6 and diffuses to be mixed with the second gas that has become turbulent flow.

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。   In addition, the shape of the mixing part used in the gas mixing apparatus of this aspect is particularly limited as long as the first gas introduction pipe can be provided on the upstream side of the flow of the second gas from the introduction pipe opening. It is not a thing and can take various shapes according to the place where a gas mixing apparatus is arrange | positioned. For example, the shape like the gas mixing apparatus illustrated in FIG.1 and FIG.2 can be mentioned.

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。   Moreover, the shape of the said mixing part can also use the shape from which the cross-sectional shape of the direction perpendicular | vertical to the flow of 2nd gas changes with places like the gas mixing device illustrated in FIG. Specifically, as shown in FIG. 3A, a cross-sectional shape in a direction parallel to the flow of the second gas is not rectangular, and a shape in which the wall surface of the mixing portion is bent at an obtuse angle can also be used. . Furthermore, in the present invention, as shown in FIG. 3 (b), a cross-sectional shape in a direction parallel to the flow of the second gas is not a rectangle, and a shape in which the wall surface of the mixing portion is bent at an acute angle is also used. Can do.

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。 B. Second Aspect Next, a gas mixing apparatus according to a second aspect of the present invention will be described.
A gas mixing apparatus according to a second aspect of the present invention is a gas mixing apparatus for mixing a first gas and a second gas, the mixing unit for mixing the first gas and the second gas, and the first gas A first gas introduction pipe for introducing one gas into the mixing section, a second gas introduction pipe for introducing the second gas into the mixing section, and a mixture for discharging the mixed gas in the mixing section A gas discharge pipe, and in the mixing part, a discharge penetration part provided at an end of the mixed gas discharge pipe is inserted,
A discharge pipe opening which is an opening is provided at an end of the discharge penetration part, and the first gas introduction pipe is provided downstream of the flow of the second gas from the discharge pipe opening. It is characterized by this.

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。   First, the configuration of such a gas mixing apparatus of this embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of the gas mixing apparatus according to the second aspect of the present invention. As shown in FIG. 4, the gas mixing apparatus 1 according to this aspect is similar to the first aspect in that the mixing unit 2 that mixes the first gas and the second gas and the first gas is introduced into the mixing unit 2. A first gas introduction pipe 3 for introducing the second gas, a second gas introduction pipe 4 for introducing the second gas into the mixing section 2, and a mixed gas discharge pipe 5 for discharging the mixed gas in the mixing section 2 And are provided.

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。   In the gas mixing apparatus shown in FIG. 4, a discharge penetration portion 8 provided at an end of the mixed gas discharge pipe 5 is inserted into the mixing portion 2, and the mixed gas in the mixing portion 2 is discharged into the discharge penetration portion. 8 is discharged from the mixing section to the mixed gas discharge pipe 5 through the discharge pipe opening 9 provided at the end of the pipe 8. Further, the cross-sectional area of the discharge penetration part 8 in the direction perpendicular to the flow of the second gas is smaller than the cross-sectional area of the mixing part 2.

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。   In the gas mixing apparatus 1 of this aspect, the discharge penetration part 8 provided in the end part of the mixed gas discharge pipe 5 is penetrated into the mixing part 2, and is provided in the end part of the discharge penetration part 8. The mixed gas in the mixing unit 2 is discharged through the discharge pipe opening 9. The second gas introduced into the mixing unit 2 from the second gas introduction pipe 4 loses the flow velocity and moves to the downstream of the mixing unit 2 while being turbulent, and collides with the downstream wall constituting the mixing unit 2. Then, it returns to the upstream side again and is discharged from the discharge pipe opening 9 provided on the upstream side in the mixing unit 2. As described above, in the gas mixing device 1 of the present embodiment as well, the introduced second gas stays as a turbulent flow in the mixing section 2 for a long time as in the case of the gas mixing device 1 of the first embodiment. By introducing the first gas into the turbulent flow, the first gas can be reliably mixed with the second gas.

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。   As described above, the gas mixing apparatus of this aspect has the discharge penetration part penetrating into the mixing part, the mixed gas is discharged from the discharge pipe opening provided at the end of the discharge penetration part, and the first There is no particular limitation as long as one gas introduction pipe is provided on the downstream side of the flow of the second gas with respect to the discharge pipe opening, and the introduction pipe is not limited to the example shown in FIG. Various configurations in which the penetration amount of the penetration portion and the method of introducing the first gas are different can be taken. For example, the first gas introduction pipe may be provided on the upstream side of the mixing unit and may inject the first gas toward the downstream side. Moreover, the introduction penetration part and the discharge penetration part may be provided on the same axis | shaft, and may be provided alternately. Further, the discharge penetration portion may be provided with an opening other than the discharge pipe opening provided at the end thereof.

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。   The gas mixing apparatus of this aspect extends the residence time in the mixing part of 2nd gas by providing a discharge penetration part in the edge part of a mixed gas discharge pipe. In this aspect, the position of the discharge pipe opening is not particularly limited as long as the discharge penetration is inserted into the mixing section and the discharge pipe opening is provided at the end of the discharge penetration. However, the length from the downstream end of the mixing section to the discharge pipe opening is 50% or more, particularly 90% of the length from the upstream end to the downstream end of the mixing section. % Or more is preferable.

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。   Moreover, the shape of the said discharge penetration part, a penetration position, etc. are not specifically limited. For example, the discharge penetration part has a linear shape and can penetrate straight from the downstream wall surface of the mixing part to the upstream side. Moreover, the discharge penetration part may be penetrated from the wall surface of the side part of a mixing part, or the wall surface of an upstream side, and may have a shape that a discharge pipe opening part faces upstream.

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。   Moreover, it is preferable that the cross-sectional area of the said mixing part in the direction perpendicular | vertical to the flow of 2nd gas is larger than the cross-sectional area of the said mixed gas discharge pipe. Moreover, in the same cross section, it is preferable that the cross-sectional area of the mixing portion is larger than the cross-sectional area of the discharge penetration portion. By using a mixed gas discharge pipe having a smaller cross-sectional area than that of the mixing portion or a discharge penetrating portion, the mixed gas is discharged from the mixing portion having a larger cross-sectional area, so that the first gas and the second gas are sufficient in the mixing portion Since the gas is diffused and mixed and then discharged from the mixed gas discharge pipe, the first gas and the second gas can be mixed more reliably.

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。   In this aspect, the introduction penetration part may be provided or may not be provided. Moreover, the length of the introduction penetration part in case the introduction penetration part is provided is not specifically limited.

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。   In this aspect, the first gas introduction pipe is provided on the downstream side of the flow of the second gas from the discharge pipe opening. In particular, it is preferable that the length from the opening of the first gas introduction pipe to the discharge pipe opening of the mixed gas is long, and is preferably 50% or more, particularly 90% or more of the length of the mixing section. When the first gas introduction pipe is upstream of the discharge pipe opening, the physical distance from the discharge pipe opening, which is the opening of the mixed gas discharge pipe, becomes short, and mixing occurs immediately after the introduction. There is a possibility that the introduced first gas is involved in the flow of a part of the second gas discharged from the gas discharge pipe and is discharged together with the second gas with a high concentration.

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。   The shape of the mixing part used in the gas mixing device of this aspect is not particularly limited as long as the first gas introduction pipe can be provided downstream of the discharge pipe opening in the flow of the second gas. Instead, as in the case of the first aspect, various shapes can be taken depending on the place where the gas mixing device is arranged.

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。   The description of the first gas flow control means in this aspect, the direction when introducing the first gas, and the gap that is the space between the inlet pipe opening and the outlet pipe opening is the same as in the first aspect. Since there is, explanation here is omitted.

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。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.

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 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.
[Example 1]
Using a gas mixing device having the following dimensions, the first gas and the second gas were introduced to mix the two gases, and the concentration of the first gas downstream of the gas mixing device (outside the mixing unit) was measured. In addition, a position shall refer to the distance from the upstream wall of a mixing part.
-Length of mixing part: 400mm
・ Introduction length: 350mm
-Length of discharge penetration part: 0mm
・ First gas introduction position: 20 mm
・ Gap length: 50mm

[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。 [Example 2]
The first gas and the second gas were mixed in the same manner as in Example 1 except that the length of the introduction penetration portion was 200 mm and the gap length was 200 mm, and the first gas downstream of the gas mixing device was mixed. Concentration was measured.

[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。 [Comparative Example 1]
The first gas and the second gas are mixed in the same manner as in Example 1 except that the length of the introduction penetration portion is 0 mm and the length of the gap is 400 mm, and the first gas downstream of the gas mixing device is mixed. Concentration was measured.

（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。 (Evaluation)
The measurement results of Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 are shown in FIG. In Example 1 and Example 2 in which the second gas introduction pipe is inserted into the mixing portion, the first gas concentration downstream of the gas mixing device is lower than the target peak concentration of the first gas. However, in Comparative Example 1 in which the second gas introduction pipe is not inserted into the mixing portion, the first gas concentration downstream of the gas mixing device exceeds the target value, and the first gas is sufficiently mixed with the second gas. You can see that it was not done.

[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。 [Example 3]
The first gas and the second gas are mixed in the same manner as in Example 1 except that the length of the introduction penetration portion is 300 mm and the length of the gap is 100 mm, and the first gas downstream of the gas mixing device is mixed. The concentration of was measured.

[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。 [Example 4]
The first gas and the second gas were mixed in the same manner as in Example 1 except that the length of the introduction penetration portion was 150 mm, the length of the discharge penetration portion was 150 mm, and the gap length was 100 mm. The concentration of the first gas downstream of the gas mixing device was measured.

[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。 [Comparative Example 2]
The first gas and the second gas were mixed in the same manner as in Example 1 except that the length of the introduction penetration portion was 0 mm, the length of the discharge penetration portion was 300 mm, and the gap length was 100 mm. The concentration of the first gas downstream of the gas mixing device was measured.

（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。 (Evaluation)
The measurement results of Example 3, Example 4, and Comparative Example 2 are shown in FIG. In the above three examples, the length of the gap is the same as 100 mm. In Example 3 and Example 4 in which the first gas introduction pipe is provided upstream of the introduction pipe opening, the first gas is sufficiently mixed with the second gas. However, in Comparative Example 2 in which the first gas introduction pipe is provided on the upstream side of the discharge pipe opening, the first gas and the second gas are sufficiently mixed as compared with Example 3 and Example 4 above. I understand that it is not.

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。It is a schematic block diagram which shows an example of the gas mixing apparatus of the 1st aspect of this invention. 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。It is a schematic block diagram which shows the other example of the gas mixing apparatus of the 1st aspect of this invention. 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。It is a schematic block diagram which shows the other example of the gas mixing apparatus of the 1st aspect of this invention. 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。It is a schematic block diagram which shows an example of the gas mixing apparatus of the 2nd aspect of this invention. 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。It is a graph which shows the 1st gas density | concentration downstream of the gas mixing apparatus in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 of this invention. 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。It is a graph which shows the 1st gas concentration downstream of the gas mixing apparatus in Example 3, Example 4, and Comparative Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Gas mixing apparatus 2 ... Mixing part 3 ... 1st gas introduction pipe 4 ... 2nd gas introduction pipe 5 ... Mixed gas discharge pipe 6 ... Introduction penetration part 7 ... Introduction pipe opening part 8 ... Discharge penetration part 9 ... Discharge pipe opening Part 10: Nozzle-shaped inlet

Claims (6)

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。 A gas mixing device for mixing a first gas and a second gas,
A mixing section for mixing the first gas and the second gas; a first gas introduction pipe for introducing the first gas into the mixing section; and a first section for introducing the second gas into the mixing section. Two gas introduction pipes, and a mixed gas discharge pipe for discharging the mixed gas in the mixing section,
An introduction penetration portion provided at an end portion of the second gas introduction pipe is penetrated into the mixing portion,
An introduction pipe opening which is an opening is provided at an end of the introduction penetration part,
The gas mixing apparatus, wherein the first gas introduction pipe is provided on the upstream side of the flow of the second gas with respect to the introduction pipe opening. 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。 2. The gas mixing device according to claim 1, wherein the gas mixing device is provided in a fuel cell system, wherein the first gas is a hydrogen electrode off-gas, and the second gas is an air electrode off-gas. 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。 3. The gas mixing device according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the mixing unit in a direction perpendicular to the flow of the second gas is larger than a cross-sectional area of the second gas introduction pipe. 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。 A gas mixing device for mixing a first gas and a second gas,
A mixing section for mixing the first gas and the second gas; a first gas introduction pipe for introducing the first gas into the mixing section; and a first section for introducing the second gas into the mixing section. Two gas introduction pipes, and a mixed gas discharge pipe for discharging the mixed gas in the mixing section,
In the mixing portion, a discharge penetration portion provided at an end portion of the mixed gas discharge pipe is inserted,
At the end of the discharge penetration part, a discharge pipe opening which is an opening is provided,
The gas mixing apparatus, wherein the first gas introduction pipe is provided on the downstream side of the flow of the second gas with respect to the discharge pipe opening. 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。 5. The gas mixing device according to claim 4, wherein a cross-sectional area of the mixing unit in a direction perpendicular to the flow of the second gas is larger than a cross-sectional area of the mixed gas discharge pipe. 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。
The first gas flow control means for controlling the flow of the first gas so as to be in a direction other than the same direction as the flow of the second gas is provided in the mixing section. The gas mixing device according to any one of claims 1 to 5.
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