JP2015073971A

JP2015073971A - ガス混合器

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Publication number: JP2015073971A
Application number: JP2013213448A
Authority: JP
Inventors: 邦夫岡田; Kunio Okada; 敦史堀川; Atsushi Horikawa
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-11
Also published as: JP6244159B2; US20160175786A1; DE112014004696T5; WO2015052970A1

Abstract

【課題】濃度、温度および流速の各分布の均一化を図ることができ、圧力損失が低く、混合すべき気体の流量または流速の変動に対しても高い混合性能を保つことができるガス混合器を提供する。
【解決手段】第１の気体を通す内管１１と、この内管１１の外側を覆い内管１１との間に貯留空間１３を形成する外管１２と、貯留空間１３に第２の気体ＧＡ２を供給する供給管１４と、内管１１の内側に配置されて、少なくとも第１の気体ＧＡ1を通すガイド管１８とを備え、内管１１に、貯留空間１３内の第２の気体ＧＡ２をガイド管１８と内管１１との間のガイド空間１９に導入する複数の第１導入孔２０が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、濃度、温度または流速などのうちの少なくとも一つが異なる2つの気体の流れを均一な分布になるように混合するガス混合器に関するものである。

複数の気体を混合する混合器では、混合後の温度分布，ガス濃度分布および流速分布が均一であることが望まれる。これは、例えば、混合ガスの温度分布が均一でない場合、混合器の下流側に配置される機器類に不均一な熱ひずみに起因して発生する応力によって寿命の短縮や効率低下といった不具合が生じるからである。従来では、第１の気体が流れる通路管に管径を絞った縮流部を設けて、この縮流部で加速状態となる第１の気体に第２の気体を混合することにより、縮流部の下流の減速流中で混合を促進して、濃度分布および流速分布の均一化を図った混合器が提案されている（特許文献１参照）。また、従来の他の混合器として、第１の気体が流れる通路内に分散板を配置し、この分散板に向けて斜め方向から第２の気体を流入させて第１の気体に混合する構造のものが知られている（特許文献２参照）。

特開２００１−９９４０７号公報特開２０１２−７２７７１号公報

しかしながら、特許文献１の混合器は、縮流部を設けるので、圧力損失が大きい。一方、特許文献２の混合器は、圧力損失が小さい利点があるが、第２の気体の流量または流速が変動した場合、その変動に伴って第２の気体の分散板に対する濃度分布が不均一になるため、高い混合性能を保てなくなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、濃度、温度および流速の各分布の均一化を図ることができ、圧力損失が低く、混合すべき気体の流量または流速の変動に対しても高い混合性能保つことができるガス混合器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るガス混合器は、第１の気体を通す内管と、この内管の外側を覆い前記内管との間に貯留空間を形成する外管と、前記貯留空間に第２の気体を供給する供給管と、前記内管の内側に配置されて、少なくとも第１の気体を通すガイド管とを備え、前記内管に、前記貯留空間内の第２の気体を前記ガイド管と前記内管との間のガイド空間に導入する複数の第１導入孔が設けられている。

このガス混合器によれば、第２の気体は、供給管から貯留空間に供給されてこの貯留空間内に一旦貯留されるから、供給管内を流れるときの流量または流速に変動が生じても、貯留空間内で圧力および流速が均一化される。また、第２の気体は、貯留空間から複数の第１導入孔を通って、内管と第１の気体が内部を流れるガイド管との間のガイド空間に導入されたのち、ガイド空間から内管の内部に流出して、ガイド管から流出する第１の気体と混合する。このとき、第２の気体は、ガイド空間の全周にわたる出口（下流端）から内管内の周方向に均一な速度で流出するので、内管内で第１の気体との均一な混合を促進できる。さらに、このガス混合器では、内管の内側およびガイド空間内をそれぞれ同じ方向に向けて流れる第１および第２の両気体を混合するので、圧力損失が少ない。

本発明において、前記内管は下流に向かって通路面積が増大していることが好ましい。これにより、ガイド空間から流出した第１の気体とガイド空間から流出した第２の気体とは、内管内で混合したのち、下流に向かって通路面積が増大する内管の内部を流れるときに減速して拡散するので、混合が一層促進される。

本発明において、前記ガイド管の上流端に第１の気体が流入する流入口が形成されていることが好ましい。これにより、内管内を流れる第１の気体がその流動方向に沿ってそのままガイド管の上流端の流入口に流れ込むので、配管の圧力損失が一層抑制される。

本発明において、前記内管と前記ガイド管の各々の上流端との間に、前記ガイド空間に第１の気体を流入させる流入部が形成され、前記内管に、前記ガイド管の内側に第２の気体を導入する複数の第２導入孔が設けられていることが好ましい。これにより、内管内を流れてきた第１の気体が流入部からガイド空間内に流入し、この第１の気体に、貯留空間から第１導入孔を通してガイド空間内に導入される第２の気体が混合される。他方、第２の気体が第２導入孔を通じてガイド管の内側に導入されて、この第２の気体が、ガイド管内を流れる第１の気体と混合される。このようにガイド空間内およびガイド管内でそれぞれ両気体が予め混合された２つの混合気体を内管の下流側で混合するので、濃度、温度および流速の各分布がさらに均一化される。

前記ガイド空間の第２導入孔を設ける場合、この第２導入孔は、ノズルに形成されて前記ガイド管の流入口に指向した細長い通路からなることが好ましい。これにより、ノズルからなる第２導入孔によって第２の気体の流れにガイド管の流入口に向けた指向性を持たせることができ、第２の気体を、所要量だけ確実にガイド管に導入することができる。

前記ガイド空間の流入部を設ける場合、第１の気体の流れ方向に沿って延びて前記ガイド管を前記内管に支持するガイド板を備えることが好ましい。これにより、ガイド管をガイド板によって内管に安定して支持することができる。また、内管およびガイド管の各々の上流端の間に設けた流入部からガイド空間内に流入した第１の気体は、これの流れ方向に沿って延びるガイド板が大きな流動抵抗になることなく円滑に流動するから、圧力損失の増大を抑制できる。

前記第２導入孔を設ける構成において、前記第１導入孔は、ノズルにより形成されて内側斜め下流に指向した細長い通路に形成することもできる。これにより、細長い第１導入孔によって第２の気体の流れに、流れ方向に向けた指向性を持たせることができ、第２の気体を、圧力損失の増大を抑制しながら所要量だけガイド空間に導入することができる。

本発明において、前記ガイド空間の上流端と前記内管との間が閉止された構成とすることもできる。これにより、第１の気体のガイド空間内への流入が阻止されるので、ガイド空間内において第２の気体を整流できる。したがって、続く第１の気体との混合が円滑になされ、均一な速度分布が得られる。

ガイド空間の上流端と内管との間が閉止される構成において、前記ガイド空間の下流端は、第２の気体を第１の気体に近い速度で流出させる開口面積を有していることが好ましい。これにより、ガイド管から流出する第１の気体とガイド空間から流出する第２の気体とを均一な流速分布にすることができる。この場合、流速の平均値に対するばらつきは、±２０％以下に抑えるのが好ましく、さらに好ましくは±１０％以下に抑えることである。

本発明において、前記内管の下流部に、多数の貫通孔を有する整流板が配置されていることが好ましい。これにより、第１および第２の両気体は、混合された状態で内管の下流部まで流れた後、整流板を通過することによって攪拌され、濃度、温度および流速の各分布がさらに均一化される。

本発明によれば、第２の気体は、供給管から貯留空間に供給されてこの貯留空間内に一旦貯留されるから、供給管内を流れるときの流量または流速に変動が生じても、貯留空間内で圧力および流速が均一化される。また、第２の気体は、貯留空間から複数の第１導入孔を通って、内管と第１の気体が内部を流れるガイド管との間のガイド空間に導入されたのち、ガイド空間から内管の内部に流出して、ガイド管から流出する第１の気体と混合する。このとき、第２の気体は、ガイド空間の全周にわたる下流端出口から内管内の周方向に均一な速度で流出するので、第１の気体との均一な混合を促進できる。さらに、このガス混合器では、内管の内側およびガイド空間内をそれぞれ同じ方向に向けて流れる第１および第２の両気体を混合するので、圧力損失が少ない。

本発明の第１実施形態に係るガス混合器を備えたガスタービンの主要構成部分の配置構成図である同上のガス混合器の縦断面図である。図２の左側面図である。本発明の第２実施形態に係るガス混合器の縦断面図である。図４の左側面図である。図４の整流板を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１において、ガスタービンＧＴは、圧縮機２、燃焼器３およびタービン４を有している。このガスタービンＧＴで用いる低カロリーガスとして、例えば、炭鉱で発生するＶＡＭ（Ventilation Air Methane）や、これよりも可燃成分（メタン）の濃度が高いＣＭＭ（Coal Mine Methane）のような、空気と燃料（可燃成分）とが混合された作動ガスＧ１が、圧縮機２で圧縮され、その高圧の圧縮ガスＧ２が燃焼器３に送られる。この圧縮ガスＧ２が燃焼器３でこれの主燃料として供給される天然ガスＮＧと共に燃焼され、これにより発生する高温・高圧の燃焼ガスＧ３がタービン４に供給されて、タービン４を駆動する。

ガスタービンＧＴは、さらに、タービン4の排ガスＧ４から回収した熱エネルギによって圧縮機２から燃焼器３に導入される圧縮ガスＧ２を加熱する再生器（熱交換器）７を備えており、この再生器７から排出される排ガスＧ４が、第１の気体ＧＡ１としてガス混合器1Ａに供給される。ガス混合器１Ａでは、前記第１の気体ＧＡ１に、供給管１４から供給される第２の気体ＧＡ２が混合される。また、このガス混合器１Ａでは、第２の気体ＧＡ２として、ＶＡＭが用いられており、このＶＡＭには１％未満のメタンガスを含まれている。混合された第１および第２の両気体ＧＡ１、ＧＡ２は下流側に配置された触媒９で燃焼された後、サイレンサ（図示せず）を通って外部に放出される。

図2に示すように、このガス混合器１Ａは、再生器７からの第１の気体ＧＡ１を通す内管１１と、この内管１１の外側の全周を覆って内管１１との間に貯留空間１３を形成する外管１２と、貯留空間１３に第２の気体ＧＡ２を供給する供給管１４と、内管１１の内側に配置されて、第１の気体ＧＡ１のみを内部に通すガイド管１８とを備えている。

図３に示すように、外管１２は、図の手前側に底壁部１２ａを有する有底角筒状であって、横断面形状が正方形である。この外管１２の一つの側壁部１２ｂには、前記供給管１４が接続されており、この供給管１４から第２の気体ＧＡ２が貯留空間１３内に供給される。内管１１およびガイド管１８は、共に横断面形状が正方形の筒状であって、図２に示すように、いずれも上流側の角筒状部１１ａ、１８ａと下流側の拡大筒部１１ｂ、１８ｂとが一体形成されている。

内管１１の角筒状部１１ａは、外管１２の底壁部１２ａを貫通して底壁部１２ａに気密状態で固定されており、拡大筒部１１ｂは、角筒状部１１ａの下流端部から下流に向かって末広がりに拡大する形状で延びている。したがって、内管１１の内部は下流に向かって通路面積（流れ方向と直交する断面積）が徐々に増大している。拡大筒部１１ｂは、角筒状部１１ａの軸心に対して所定の拡がりテーパー角θ１（この実施形態では１３°）で拡大されて、拡大筒部１１ｂにおける最大面積部である下流端部は、これの外周面が外管１２の内周面とほぼ同じ寸法の正方形になるように設定されている。これにより、内管１１は、下流端部の外周面が外管１２の内周面に嵌り込んで、下流端部でも外管１２に支持されている。前記拡大筒部１１ｂの拡がりテーパー角θ１は、８〜１８°程度であり、より好ましくは１０〜１５°である。

ガイド管１８の角筒状部１８ａは、内管１１の角筒状部１１ａの内周面に嵌まり込む外周面を有しており、拡大筒部１８ｂは、角筒状部１８ａの下流端部から下流に向かって、内管１１の拡大筒部１１ｂとほぼ同じ拡がりテーパー角で末広がりに拡大している。このガイド管１８は、角筒状部１８ａの上流端部が内管１１の角筒状部１１ａの下流端部に嵌め込まれた状態で溶接により接合されて、内管１１に片持ち形態で支持されている。これにより、ガイド管１８の上流端に開口した流入口１８ｃは、内管１１の角筒状部１１ａの内周面にほぼ合致した横断面形状となり、内管１１の流入口１１ｃから角筒状部１１ａに供給された第１の気体ＧＡ１がそのまま流入口１８ｃに流れ込む。

上述のような配置で内管１１に支持されたガイド管１８の拡大筒部１８ｂと内管１１の拡大筒部１１ｂとの間には、内管１１の全周にわたるガイド空間１９が形成されており、このガイド空間１９は、内管１１の拡大筒部１１ｂの下流側に向け拡大する内周面に沿った方向に延びている。このガイド空間１９の上流端と内管１１との間は、上述のようにガイド管１８の角筒状部１８ａと内管１１の角筒状部との溶接による接合により閉止されており、ガイド空間１９には貯留空間１３内の第２の気体ＧＡ２のみが、後述する第１導入孔２０を通じて流入可能になっている。また、ガイド空間１９の下流端１９ａは、ガイド空間１９内を流れる第２の気体ＧＡ2を、ガスタービンＧＴの定格運転時に内管１１内を流れる第１の気体ＧＡ１の流速に近い流速で流出させることができる開口面積を有するように設定されている。この設定は所要形状のガイド管１８を選定することにより行われる。

内管１１の拡大筒部１１ｂの上流端近傍箇所には、円形の貫通孔からなる複数（この実施形態では２８個）の第１導入孔２０が形成されている。この第１導入孔２０は、全て同一径の円孔であって、拡大筒部１１ｂの全周にわたり等間隔に配置されている。これら第１導入孔２０を通して、貯留空間１３に貯留されている第２の気体ＧＡ２がガイド空間１９における上流端近傍に導入される。

このガス混合器1Ａでは、内管１１の角筒状部１１ａに供給された第１の気体ＧＡ１が、そのままガイド管１８の内側を通過した後に、内管１１の拡大筒部１１ｂに流入する。一方、第２の気体ＧＡ２は、供給管１４によって貯留空間１３の上流側に供給されて貯留空間１３内に一旦貯留された後に、多数の第１導入孔２０を通ってガイド空間１９の上流端近傍に全周にわたり均等に導入される。さらに、第２の気体ＧＡ２は、ガイド空間１９の下流端から流出したときに、ガイド管１８から内管１１の拡大筒部１１ｂ内に流出した第１の気体ＧＡ１に対し、これの全周を包み込むようにしながら混合される。このように混合された両気体ＧＡ１、ＧＡ２は内管１１の下流端部を通過して触媒９で燃焼される。触媒９に気体が均一な濃度分布および流速分布で流入して燃焼することにより、燃焼ガス中のＮＯx量が抑制される。

このガス混合器１Ａでは、図２に明示するように、供給管１４から貯留空間１３に供給された第２の気体ＧＡ２が貯留空間１３内に一旦貯留されるから、供給管１４内を流れるときの第２の気体ＧＡ２の流量または流速に変動が生じても、貯留空間１３内で貯留中に第２の気体ＧＡ２の圧力および流速が均一化されるので、上記第２の気体ＧＡ２の流量または流速の変動による混合性能への悪影響を排除できる。また、第２の気体ＧＡ２は、貯留空間１３から複数の第１導入孔２０を通って、内側を第１の気体ＧＡ1が流れるガイド管１８と内管１１との間のガイド空間１９に導入されたのち、ガイド空間１９内を流れて内管１１の内部に流出したときに、ガイド管１８から流出する第１の気体ＧＡ1と混合する。

このガス混合器１Ａでは、第１導入孔２０として、同一径を有する多数個が内管１１の全周にわたり等間隔に形成されているから、貯留空間１３内の第２の気体ＧＡ２が、多数個の第１導入孔２０を通じてガイド空間１９の全周にわたり均等に導入されるので、ガイド空間１９内での第２の気体ＧＡ２の均一化が促進される。その結果、ガイド空間１９の下流で第２の気体ＧＡ２が第１の気体ＧＡ１に均等に混合される。さらに、このガス混合器１Ａでは、ガイド管１８内およびガイド空間１９内をそれぞれ同じ方向に向けて流れる第１および第２の気体ＧＡ1、ＧＡ２を混合するので、圧力損失が少ない利点がある。

ここで、第１導入孔２０からガイド管１８の下流端までの長さＬ１は、第１導入孔２０から内管１１の下流端までの長さＬ２の２０〜３０％程度、より好ましくは２２〜２６％であり、この実施形態では２４％である。

内管１１は、末広がりに拡大して下流に向かって通路面積が増大する拡大筒部１１ｂを下流側に備えているから、ガイド管１１から流出した第１の気体ＧＡ1とガイド空間１９から流出した第２の気体ＧＡ２とが、拡大筒部１１ｂにおいて、通路面積が徐々に増大するのに伴って減速して拡散するので、両気体ＧＡ1、ＧＡ2の混合が一層促進される。

ガイド管１８の上流端は、開放されて、第１の気体ＧＡ1が流入する流入口１８ｃが形成されており、このガイド管１８の上流端部が内管１１の角筒状部１１ａの下流端部に嵌め込まれた状態で溶接により接合されているので、内管１１の角筒状部１１ａに供給された第１の気体ＧＡ１がその流動方向に沿ってそのままガイド管１８の流入口１８ｃに流れ込むから、配管の圧力損失が一層抑制される。

ガイド管１８の角筒状部１８ａの上流端部が内管１１の角筒状部１１ａの下流端部に対し嵌め込まれた状態で溶接により接合されているので、ガイド空間１９の上流端と内管１１との間が閉止される。これにより、第１の気体ＧＡ１のガイド空間１９内への流入が阻止されるので、所要形状のガイド管１８を選定して、例えば、ガイド空間１９の形状を適宜調整することにより、ガイド空間１９から流出する第２の気体ＧＡ２の流速を、ガイド管１８から流出する第１の気体ＧＡ１の流速に近づくように設定して、均一な速度分布とすることができる。特に、このガス混合器1Ａは、ガス濃度（この例ではメタンガス濃度）がほぼ同じである２つの気体ＧＡ１、ＧＡ２を均一な速度分布となるように混合するのに適している。実験によれば、内管１１の出口での速度分布は、流速の平均値に対する割合が０．８〜１．２の範囲、つまり±２０％以下になるように設定するのが好ましく、より好ましくは１０％以下である。

なお、前記ガス混合器１Ａでは、外管１２、内管１１およびガイド管１８を角筒形状としたが、これらを円筒形状としても、上述したのと同様の効果を得ることができる。また、触媒９は割愛することもできる。

図４は本発明の第２実施形態に係るガス混合器1Ｂを示す縦断面図で、図５は図４の左側面図を示す。これらの図において図２および図３と同一若しくは同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図４に示すように、このガス混合器1Ｂでは、ガイド管２８の角筒状部２８ａは、内管２１の角筒状部２１ａよりも若干小さい、横断面形状が正方形に形成されている。したがって、内管２１とガイド管２８との間に形成されるガイド空間２９は、第１実施形態のガス混合器１Ａのガイド空間１９よりも広い開口面積を有する空間に形成されているとともに、ガイド空間２９の上流端、つまりガイド管２８の上流端と、内管２１との間に、閉止されずに開放された流入部３２が形成されている。これにより、内管２１の角筒状部２１ａからの第１の気体ＧＡ１は、ガイド管２８の上流端に開口する流入口２８ｃからガイド管２８内に流入するとともに、環状の流入部３２からガイド空間２９内にも流れ込む。なお、内管２１の拡大筒部２１ｂの拡がりテーパー角θ２は、第１実施形態の１３°よりも小さい１０°に設定されている。この拡がりテーパー角θ２は、６〜１４°程度であり、より好ましくは８〜１２°である。

ガイド管２８は，これの外面と内管２１の内面との間に配置された複数枚（この実施形態では８枚）のガイド板３３によって内管２１に支持されている。各ガイド板３３は、両気体ＧＡ１、ＧＡ2の流れ方向に沿って延びる向きに配されて、図５に示すように、流れ方向から見てガイド管２８から内管２１に向けて放射状に延びる配置で、周方向に４５°の等間隔で並べられている。ガイド板３３の内端部および外端部はそれぞれ、ガイド管２８の外面と内管２１の内面に溶接により固定されている。このように、各ガイド板３３は、両気体ＧＡ１、ＧＡ2の流れ方向に沿って延びる向きに配されていることから、ガイド空間２９内を流れる両気体ＧＡ１、ＧＡ２の流れに対し大きな流動抵抗とならずに、ガイド管２８を内管２１に強固に支持する。

図４に示すように、内管２１の拡大筒部２１ｂの上流側箇所には、貯留空間１３内の第２の気体ＧＡ２をガイド空間２９に導く複数（例えば１６個）の第１導入孔３０が、拡大筒部２１ｂの全周にわたり周方向に等間隔で設けられている。これら第１導入孔３０は、拡大筒部２１ｂに固定された同一孔径の筒形のノズルにより形成されて、ガイド空間２９に対し内側斜め下流に指向した細長い通路になっている。ノズルの先端部は、第1の気体ＧＡ１の流動抵抗となるのを避けるために、ガイド空間２９内には突出していない。

このガス混合器１Ｂには、さらに、内管２１の角筒状部２１ａの下流部、つまり内管２１における第１導入孔３０に対し上流側近傍箇所に、貯留空間１３内の第２の気体ＧＡ２をガイド管２８の内部に導く複数（例えば４個）の第２導入孔３１が周方向に９０°の等間隔で設けられている。これら第２導入孔３１は、角筒状部２１ａに固定された同一孔径のノズルにより形成されて、ガイド管２８の流入口２８ｃに指向した細長い通路になっている。これらノズルの先端部もやはり、内管２１内には突出していない。また、内管２１の拡大筒部２１ｂの下流端部には、整流板３４が配置されている。この整流板３４は、図６に示すように、多数の貫通孔３６を有する多孔板からなる。

このガス混合器1Ｂでは、内管２１の角筒状部２１ａに供給された第１の気体ＧＡ１が、そのまま流入口２８ｃからガイド管２８内に流入してガイド管２８内を通過した後に内管２１の拡大筒部２１ｂに流入するとともに、流入部３２からガイド空間２９内にも流入してガイド空間２９内を通過して拡大筒部２１ｂに流入する。一方、第２の気体ＧＡ２は、供給管１４によって貯留空間１３の上流側に供給されて貯留空間１３内に一旦貯留された後に、多数の第１導入孔３０を通ってガイド空間２９の上流端近傍に全周にわたり均等に導入される。ガイド空間２９に導入された第２の気体ＧＡ２は、ガイド空間２９内を流れる第１の気体ＧＡ１と混合しながらガイド空間２９の下流端から流出する。

また、貯留空間１３から第２の導入孔３１を通ってガイド管２８内に流入された第２の気体ＧＡ２は、ガイド管２８内を流れる第１の気体ＧＡ１と混合しながらガイド管２８の下流端から流出する。このようにガイド空間２９およびガイド管２８でそれぞれ予め混合された両気体ＧＡ１、ＧＡ２が、内管１１の拡大筒部１１ｂに流出して混合されたのち、内管２１の下流端まで流れたときに整流板３４で攪拌されて、触媒９で燃焼される。

このガス混合器１Ｂでは、内管２１およびガイド管２８の各々の上流端の間に、ガイド空間２９に第１の気体ＧＡ１を流入させる流入部３２が形成され、内管２１に、ガイド管２８の内側に第２の気体ＧＡ２を導入する複数の第２導入孔３１が設けられているので、内管２１内を流れてきた第１の気体ＧＡ１が流入部３２からガイド空間２９内に流入し、この第１の気体ＧＡ１に、貯留空間１３から第１導入孔３０を通じてガイド空間２９内に導入される第２の気体ＧＡ２が混合される。他方、第２の気体ＧＡ２は、第２導入孔３１を通じてガイド管２８の内側にも導入されて、この第２の気体ＧＡ２が、ガイド管２８内を流れる第１の気体ＧＡ１と混合される。このようにガイド空間２９内およびガイド管２８内でそれぞれ両気体ＧＡ１、ＧＡ２を予め混合した２つの混合気体を内管２１の下流側で混合するので、濃度、温度および流速の各分布がさらに均一化される。

第２導入孔３１は、ノズルに形成されてガイド管２８の流入口２８ｃに指向した細長い通路からなっているので、このノズルからなる第２導入孔３１によって第２の気体ＧＡ２の流れにガイド管２８の流入口２８ｃに向けた指向性を持たせることができ、第２の気体ＧＡ２を、所要量だけ確実にガイド管２８に導入することができる。

ここで、ガイド管２８の流れ方向長さＬ３は、ガイド管２８の上流端から内管２１の下流端までの長さＬ４の４０〜６０％程度、より好ましくは４５〜５５％であり、この実施形態では５０％である。

また、このガス混合器１Ｂでは、第１の気体ＧＡ１の流れ方向に沿って延びてガイド管２８を内管２１に支持するガイド板３３を備えているから、ガイド管２８をガイド板３３によって内管２１に安定して支持することができる。また，内管２１およびガイド管２８の各々の上流端の間に設けた流入部３２からガイド空間２９内に流入した第１の気体ＧＡ１は、これの流れ方向に沿って延びるガイド板３３が大きな流動抵抗になることなく円滑に流動するから、圧力損失の増大を抑制できる。

また、第１導入孔３０は、ノズルにより形成されて内側斜め下流に指向した細長い通路に形成されているから、この細長い第１導入孔３０によって第２の気体ＧＡ２の流れに流れ方向に向けた指向性を持たせることができる。したがって、第２の気体ＧＡ２を、圧力損失の増大を抑制しながら所要量だけガイド空間２９に導入することができる。

このガス混合器１Ｂでは、多数の貫通孔３６を有する整流板３４が内管２１の下流部に配置されているので、第１および第２の気体ＧＡ1、ＧＡ２が、混合された状態で内管２１の下流部まで流れた後、整流板３４を通過することによって攪拌され、濃度、温度および流速の各分布がさらに均一化される。

上記第1および第2実施形態の混合器１Ａ、１Ｂを用いた実験により、第１および第２の気体ＧＡ1、ＧＡ２の濃度、温度および流速に実用上想定される最大の差異がある場合でも、混合器出口で、濃度および温度の分布が、平均値に対して±１０％以下となり、流速の分布が、平均値に対して±２０％以下となり、十分な混合が達成されることを確認した。

なお、このガス混合器１Ａにおいても、外管２２、内管２１およびガイド管２８を角筒形状としたが、これらを円筒形状としても、上述したと同様の効果を得ることができる。また、触媒９および整流板３４は割愛することもできる。

なお、本発明は上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１Ａ、１Ｂガス混合器
１１、２１内管
１２、２２外管
１３貯留空間
１４供給管
１８、２８ガイド管
１８ｃ、２８ｃ流入口
１９、２９ガイド空間
２０、３０第１導入孔
３１第２導入孔
３２流入部
３３ガイド板
３４整流板
３６貫通孔

Claims

第１の気体を通す内管と、この内管の外側を覆い前記内管との間に貯留空間を形成する外管と、前記貯留空間に第２の気体を供給する供給管と、前記内管の内側に配置されて、少なくとも第１の気体を通すガイド管とを備え、前記内管に、前記貯留空間内の第２の気体を前記ガイド管と前記内管との間のガイド空間に導入する複数の第１導入孔が設けられているガス混合器。
請求項１に記載のガス混合器において、前記内管は下流に向かって通路面積が増大しているガス混合器。
請求項１または２に記載のガス混合器において、前記ガイド管の上流端に第１の気体が流入する流入口が形成されているガス混合器。
請求項１から３のいずれか一項において、前記内管と前記ガイド管の上流端との間に、前記ガイド空間に第１の気体を流入させる流入部が形成され、前記内管に、前記ガイド管の内側に第２の気体を導入する複数の第２導入孔が設けられているガス混合器。
請求項４に記載のガス混合器において、前記第２導入孔は、ノズルに形成されて前記ガイド管の流入口に指向した細長い通路からなるガス混合器。
請求項４または５に記載のガス混合器において、第１の気体の流れ方向に沿って延びて前記ガイド管を前記内管に支持するガイド板を備えたガス混合器。
請求項４から６のいずれか一項に記載のガス混合器において、前記第１導入孔は、ノズルに形成されて内側斜め下流に指向した細長い通路からなるガス混合器。
請求項１または２に記載のガス混合器において、前記ガイド空間の上流端と前記内管との間が閉止されているガス混合器。
請求項８に記載のガス混合器において、前記ガイド空間の下流端は、第２の気体を第１の気体に近い速度で流出させる開口面積を有しているガス混合器。
請求項１から９のいずれか一項に記載のガス混合器において、前記内管の下流部に、多数の貫通孔を有する整流板が配置されているガス混合器。