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【発明の名称】 ガス混合装置
【発明者】 【氏名】松本 健宏

【氏名】佐藤 雅之

【氏名】小渡 武彦

【要約】 【課題】2種類の流体をほぼ均一に混合させる場合、長区間の主導管が必要であるか、主導管内にいくつかの装置を配して流体に圧力損失を与えなければならず、システムの大型化や出力低下を招いてしまう。

【構成】添加ガスが通過する導管を配設し、その補助導管出口を、主たるガスが通過する主導管の中心付近に開口するように配設する。さらに、補助導管出口の直後の主導管の中心付近に、添加ガスが半径方向へ分散するための板もしくは導管近傍の断面が導管から離れるに従い断面積が大きくなる錐台構造体を配設する。さらに、添加ガスと主たるガスの混合を促進するため、流れに旋回流を形成するための複数枚の静翼もしくは動翼を持つ旋回部材を配設する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一流体が流れる導管内に設置され、前記第一流体の流れに沿った方向に第二流体を供給するノズルを備えたものにおいて、
前記ノズルに設けられた前記第二流体の出口開口に対面して設置され、前記ノズルから供給される前記第二流体を前記導管の内壁方向に向かって導く流体分散機構を設けた
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項2】
請求項1に記載したものにおいて、
さらに、前記分散機構によって分散された第二流体を前記第一流体に混合させる混合機構を前記分散機構の下流側の周囲に備えた
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項3】
請求項2に記載したものにおいて、
前記混合機構が前記分散機構を中心として、前記分散機構と前記導管の内壁との間に放射状に延び、かつ前記第一流体の流れに対して傾斜角度を有する複数枚の傾斜ブレードを含んで構成されている
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項4】
請求項1ないしは3のいずれかに記載のものにおいて、
前記分散機構が円盤部材を含んで構成される
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項5】
請求項1ないしは3のいずれかに記載のものにおいて、
前記分散機構が、前記ノズルに設けられた前記第二流体の出口開口に対面する位置にその頂点部を有する円錐面部材を含んで構成される
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項6】
請求項5に記載のものにおいて、
前記円錐面部材の表面であって、前記ノズルの出口開口に対面する頂点位置から半径方向外側に向かって放射状に伸びる複数枚のガイドブレードが設けられている
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項7】
第一流体を導く導管、
当該導管内に設置され、前記第一流体の流れに沿った方向に第二流体を供給する開口を備えたノズル、
当該開口に対面した位置に設けられ、前記第二流体を放射方向に分散させるガイド部材を備えた
ガス混合装置。
【請求項8】
請求項7に記載したものにおいて、
さらに、前記ガイド部材の下流側の周囲に設けられ、前記ガイド部材によって分散された第二流体を前記第一流体に混合させる混合機構を備える
ガス混合装置。
【請求項9】
請求項8に記載したものにおいて、
前記混合機構が、前記分散機構を中心として前記分散機構と前記導管の内壁との間に放射状に延び、かつ前記第一流体の流れに対して傾斜角度を有する複数枚の傾斜ブレードを備える
ガス混合装置。
【請求項10】
請求項7に記載のものにおいて、
前記分散機構が、前記ノズルに設けられた前記第二流体の出口開口に対面する位置にその頂点部を有する円錐面部材を含んで構成される
ガス混合装置。
【請求項11】
請求項7に記載のものにおいて、
前記ガイド部材が、前記ノズルの第二流体を供給する開口に対面して配置された円盤部材を備える
ものであるガス混合装置。
【請求項12】
請求項10に記載のものにおいて、
前記円錐面部材は、前記ノズルの出口開口に対面する頂点位置から半径方向外側に向かって放射状に伸びる複数枚のガイドブレードを有する
ガス混合装置。
【請求項13】
異なる2種類のガス流体を混合させるガス混合装置であり、
添加ガスを導く補助導管の出口が、主たるガスが通過する主導管の中心付近に開口して、当該開口から前記主たるガスの流れに沿った方向に前記添加ガスが供給されるよう構成されており、
さらに、前記補助導管の出口に対面する位置に添加ガスを放射方向に分散する分散機構を設けたことを特徴とするガス混合装置。
【請求項14】
請求項13に記載のガス混合装置において、
前記分散機構は前記補助導管の出口の下流近傍にあって、前記主たるガスの流れに交差する面内に設置された円盤状の分散板である
ことを特徴とするガス混合装置。
【請求項15】
請求項13記載のガス混合装置において、
前記分散機構が、前記補助導管の出口に設けられた、主導管に対して放射状に前記添加ガスを吐出する複数個の開口によって構成されていることを特徴とするがス混合装置。
【請求項16】
請求項13記載のガス混合装置において、
前記添加ガスが吐出される前記補助導管の出口に対面して配置され、前記主たるガスの流れに直角な面で断面した時の断面積が前記補助導管の出口から離れるに従い大きくなる錐台構造体を有することを特徴とするガス混合装置。
【請求項17】
請求項13記載のガス混合装置において、
前記補助導管の出口の下流側に、前記主たるガスの流れに対して傾斜角度を持って放射状に配置された複数枚の静翼有することを特徴とするガス混合装置。
【請求項18】
請求項16記載のガス混合装置において、
前記錐台構造体の錐台面に前記添加ガスを径方向外側に導くための複数個の仕切り板を植立したことを特徴とするガス混合装置。
【請求項19】
請求項15記載のガス混合装置において、
前記補助導管の出口部に前記添加ガスの流れに対して上流側が凸となる円錐構造体を配設したことを特徴とするガス混合装置。
【請求項20】
請求項18記載のガス混合装置において、
前記錐台構造体の仕切り板を前記錐台構造体の中心軸に対して傾斜角度を有する傾斜翼とし、かつ前記錐台構造体がその中心軸周りに回転可能に構成したことを特徴とするガス混合装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、産業機械の流体処理装置に係り、主たるガス流体を導く主導管内に添加ガスを供給して当該2種類のガス流体を主導管内で混合するガス混合装置の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
大型トラック,バス等のディーゼルエンジンから、排出される排気ガスに含まれる窒素酸化物(以下、NOxと記す)は、光化学スモッグの原因となる物質である。NOxを排出する車両に対するNOxの排出規制の強化に伴い、排気ガス管内への脱硝装置の設置が提案されている。その除去(脱硝)方法として、毒性の無い尿素を還元剤として使用し、NOxを高効率で低減し得るようにすることが検討されている。
【0003】
たとえば、還元剤に尿素水を利用し、比較的低い温度領域から高いNOx低減率を得られるようにするために排気管内に配設されたNOx還元触媒を装備し、且つNOx還元触媒の上流側に還元剤として尿素水を添加するように構成した排気浄化装置において、排気管の長手方向における尿素水の添加位置とNOx還元触媒との間に尿素分解触媒を設け、尿素水を前段の尿素分解触媒にてアンモニアと二酸化炭素に分解させ、これにより得られた反応性の高いアンモニアによりNOxを効率良く還元処理したことにより、尿素水をそのままNOxと反応させる場合よりも比較的低い温度領域からNOxを還元浄化させることを可能とした排気浄化装置がある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
また、上記排気浄化装置の尿素分解触媒を配設しない排気浄化装置として、尿素SCRシステムがある(例えば、非特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】特表2003−505638
【非特許文献1】小高松男著「超低エミッションディーゼル機関への挑戦」日本機械学会誌、2002.10 Vol.105 No.1007、P.23
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来の技術は、2種類の流体をほぼ均一に混合させる場合、長区間の主導管が必要であるか、主導管内にいくつかの装置を配して流体に圧力損失を与え、それにより混合を促進させる方法がとられてきた。
【0007】
しかし、例えばトラック,バスなどに搭載する排気ガス処理装置は、長区間の主導管が必要である場合システムの大型化を招き好ましくない。また、当システムの圧力損失が大きい場合エンジンの出力低下につながってしまう。このためどの場合も車に搭載するには好ましくない。また他の産業機械においても同様の課題が発生することが予想される。
【0008】
本発明は、短区間で効率よく2種類のガスを混合することができるガス混合装置を提供することを目的とする。好適には2種類ガス流体をほぼ均一に混合させ、かつコンパクトな構成で圧力損失を抑えることの可能なガス混合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明においては上記目的を達成するために以下のように構成した。
【0010】
なお、主たるガスが通過する主導管の中心付近に、主たるガスの流れに沿う方向に添加ガスを吐出する開口を備えた補助導管の出口開口を配置する。
【0011】
好適には、補助導管出口に対面する位置に、添加ガスを半径方向へ分散するための円環状板、もしくは主たるガスの流れに直角な面で断面したときの断面積が補助導管の出口から離れるに従い大きくなる錐台構造体を配設する。
【0012】
さらに、添加ガスと主たるガスの混合を促進するため、流れに旋回流を形成するための複数枚の静翼もしくは動翼を持つ旋回部材を配設する。
【0013】
本明細書中で言うガスとは、気体だけでなく微粒な液滴が混合したニ相流も含まれる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、
異なる2流体の流速の高低にかかわらず、効率良く短区間で均一に混合可能なガス混合装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施例を図1乃至図8に示す図面を用いて説明する。
【実施例1】
【0016】
本発明の第1の実施例を図1乃至図2を用いて説明する。図1は、本発明に係る第1の実施例を示すガス混合装置の一部断面図である。
【0017】
添加ガスが通過する補助導管2が、主たるガスが通過する主導管1の側面から内部中心付近まで延び、その先端開口部(通路出口)が、主導管1を流れる主たるガスの軸流の下流方向に向けてL字型に屈曲して配設されている。
【0018】
また、補助導管2の出口3の直後の主導管の中心付近に、補助導管2近傍の断面が補助導管2から離れるに従い断面積が大きくなる錐台構造体5が配設されている。錐台構造体5には錐台面にガスの流れを主導管1の中心部から放射状に均一に分散させるための所定高さを持った複数個の導板7が配設されている。
【0019】
また、錐台構造体5の下流側に、流れに旋回流を形成するための複数枚の静翼6Aを持つ旋回部材6が配設されている。ここで静翼6Aは12枚配設されているが、その枚数は導管に大きさ,ガス流の流速などによって適宜選択される。静翼6Aは主たる主導管1内のガス流の流線に対して傾けられており、実施例では錐台構造体5の外周部に等間隔に
12枚配置されている。
【0020】
次に補助導管2の効果について説明する。添加ガスを主導管1に導く補助導管2は主導管1の中心付近で主たるガスの下流側に向けて開口する。これにより添加ガスは主導管1および主導管1を通る主たるガスの中心付近に排出される。その結果、添加ガスや主たるガスの流速にかかわらず安定して添加ガスは主導管1の中心付近に安定供給されることになる。
【0021】
次に錐台構造体5の効果について説明する。補助導管2の出口3の直後の主導管1の中心付近に、その断面が補助導管2から離れるに従い断面積が大きくなる錐台構造体5を配設することにより、主導管の中心部に供給された添加ガスは、主導管1の半径方向へ360°ほぼ均一に分散させられる。また、錘台面上に配設された導板7は添加ガスを均一分散させる効果を助長する。分散した添加ガスは主導管1を通る主たるガスと混合される。また、錐台構造体5直後の空間は、その抵抗のため渦が発生し、ガスの混合がより促進される。
【0022】
次に旋回部材6の効果について説明する。補助導管2出口の直後の主導管1に、複数枚の静翼6Aを持つ旋回部材6を配設することにより、ガス流れに旋回流を形成し、添加ガスと主たるガスが攪拌され混合が促進される。なお、効率よく混合するためには静翼6Aの枚数は多いほどよく、8枚以上とすることが好ましい。また同様に効率よく混合するために静翼6Aの取り付け角度(傾斜角度)は主導管1の軸流方向(ガス流の流線方向)に対して45°以上とすることが好ましい。また、静翼6Aは傾きの調整可能な動翼によって構成することもできる。
【実施例2】
【0023】
次に図3,図4に基づき本発明の第2の実施例について説明する。第2実施例では実施例1で構成される錐台構造体を円盤状の板4に変更し、システム構成部品の単純化を図ったものである。この場合、補助導管2の出口3から主導管1の中心部に供給された添加ガスは板4にほぼ垂直に衝突する。衝突した添加ガスは、板4の表層に沿って主導管1の半径方向へ360°ほぼ均一に分散させられる。このように単純な円盤形状でも実施例1と同等の効果が得られる。その後方に静翼6Aを備えた旋回部材6を配設し、ガスの流れに旋回力を与え、添加ガスと主たるガスが攪拌され混合を促進するのは実施例1と同様である。
【実施例3】
【0024】
次に図5,図6に基づき本発明の第3の実施例について説明する。第3実施例では実施例2で構成される円盤状の板4を旋回部材6と一体化し、更なるシステム構成部品の単純化を図ったものである。これによりシステムのコンパクト化,組み立て性向上を図ることができる。実施例3の性能はほぼ実施例2と同等である。
【0025】
具体的には、補助導管2の出口3に対面する位置に円盤状の端面を有する筒状体4Aを設け、この筒状体の周囲に静翼6Aを固定するものである。
【実施例4】
【0026】
次に図7,図8に基づき本発明の第4の実施例について説明する。第4実施例では補助導管2の出口3に小型の錐台構造体8を配設したものである。これにより実施例1の錐台構造体を省略することができ、システムのコンパクト化を図ることができる。実施例4の性能はほぼ実施例2と同等である。なお、錐台構造体8の周囲には添加ガス出口8Aが複数個、半径方向外側に向かって開口している。
【0027】
なお、第3,4実施例において、筒状体4Aを回転可能に主導管1あるいは補助導管2に支持することで、旋回部材6を主導管1内で回転させることも可能である。この場合より一層ガスの混合が促進される。
【0028】
以上の各実施例に拠れば、異なる2種類の流体を均一に混合させるガス混合装置において、添加ガスと主たるガスとの混合を効果的に、省スペースで達成させることができる。
【0029】
実施例の態様を整理すると以下の通りである。
(1)請求項1記載のガス混合装置において、
添加ガスは導管を用いて、主たるガスが通過する主導管の中心付近に排出され、補助導管出口は、主導管の中心付近に開口することを特徴としたガス混合装置。
(2)前記ガス混合装置において、
前記補助導管出口下流の主導管内の中心付近に、添加ガスが主導管内の中心付近から半径方向へ分散するための板もしくは導管近傍の断面が導管から離れるに従い断面積が大きくなる錐台構造体を配設することを特徴としたガス混合装置。
(3)前記ガス混合装置において、
添加ガスが通過する補助導管出口の直後の主導管に、主導管内を通過する流体に旋回流を形成するための複数枚の静翼もしくは動翼を持つ旋回部材が配設されることを特徴としたガス混合装置。
【0030】
実施例のガス混合装置に拠れば以下の作用効果が得られる。
【0031】
主導管の中心付近に開口している導管を通じて、添加ガスは主導管の中心付近に効果的に排出される。
【0032】
さらに、前記補助導管出口下流の主導管内の中心付近に、板もしくは導管近傍の断面が導管から離れるに従い断面積が大きくなる錐台構造体を配設することにより、添加ガスを主導管内の中心付近から半径方向へ分散させる。
【0033】
さらに、補助導管出口の直後の主導管に、主導管内を通過する流体に旋回流を形成するための複数枚の静翼もしくは動翼を持つ旋回部材を配設することにより、添加ガスと主たるガスを攪拌し、効率的に混合を促進する。
【0034】
本発明をディーゼルエンジンで排出されるNOxを脱硝する尿素触媒装置に実施することにより、コンパクトな装置でありながら、効率良く排気ガスとアンモニアをミキシングできるため、高い脱硝率でNOxを除去することが可能である。
【0035】
この場合、上記各実施例において補助導管2の上流には、尿素を気化させてアンモニアにする装置が取り付けられ、主たるガスはディーゼルエンジンの排気ガスであり、主導管1の上流端はディーゼルエンジンの排気管に接続され、下流端は、NOxを脱硝する尿素触媒装置に接続される。
【0036】
よって、ディーゼルエンジンを使用する自動車産業をはじめとする種々の産業へ利用できる。また、それに類する工業機器へ使用した場合でもコンパクト化・高効率化の点で充分な効果が期待できる。
【0037】
上記解決手段により、異なる2流体の流速の高低にかかわらず、効率良く短区間で均一に混合可能なガス混合装置の実現が可能になる。すなわち、主たるガスが通過する主導管中央に添加ガスが排出され、さらに、補助導管出口直後の主導管内の中心付近に、板もしくは錐台構造体により、添加ガスを主導管内の中心付近から半径方向へ分散させる。さらに、板もしくは錐台構造体直後の旋回部材により、添加ガスと主たるガスを攪拌し、効率的に混合を促進する。これにより、異なる2流体の流速の高低にかかわらず、効率良く短区間で均一に混合することが実現可能になった。
【産業上の利用可能性】
【0038】
本発明は、異なる2種類のガス流体を短区間で均一に混合させるガス混合装置に係わるものである。ディーゼルエンジン車,ボイラなどに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明に係る第1の実施例のガス混合装置を示す図である。
【図2】本発明に係る図1に示したガス混合装置の鳥瞰図・一部断面図である。
【図3】本発明に係る実施例2で、図1の錘台構造体5を分散板4に置き換えた実施例を示す図である。
【図4】本発明に係る図3に示したガス混合装置の鳥瞰図・一部断面図である。
【図5】本発明に係る実施例3で、実施例2で構成される板を旋回部材と一体化した実施例を示す図である。
【図6】本発明に係る図5に示したガス混合装置の鳥瞰図・一部断面図である。
【図7】本発明に係る実施例4で、小型の錘台構造体を補助導管の出口に配設した実施例を示す図である。
【図8】本発明に係る図7に示したガス混合装置の鳥瞰図・一部断面図である。
【符号の説明】
【0040】
1…主導管、2…補助導管、3…補助導管の出口、4…板、5,8…錘台構造体、6…旋回部材、7…導板。
【出願人】 【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成18年8月28日(2006.8.28)
【代理人】 【識別番号】100100310
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 学


【公開番号】 特開2008−49306(P2008−49306A)
【公開日】 平成20年3月6日(2008.3.6)
【出願番号】 特願2006−229996(P2006−229996)