JPS5855805B2 - 流体混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は流体の混合装置に関する。

さらに詳しくは２種以上の流体を均一に混合して精度の
高い混合流体を連続的に得ることができる装置に関する
ものである。

流体の混合と（に計器校正用の標準ガスを製造する場合
のように２種以上のガスを完全に均一混合することは非
常に困難である。

従来のガス混合装置としては例えばガスの流通する管路
内に多孔を有するノズルを設け、ここから混合しようと
するもう１種のガスを噴出せしめて２種のガスを混合す
る装置があった。

しかしながら、この装置ではガスの流速を種々変化させ
ても均一混合ガスは得がたく、とくに一方のガスが微量
の場合、またはガス比重差の大きい場合には均一な混合
ガスを得ることはむつかしい。

また流体通路内に邪魔板、捩れ板、充填物を設けて流体
の流れを不均一ならしめたもの、流体の通路に縮小部と
拡大部を設け、更に方向を急激に変えるなどして流体の
流速を変えることにより混合流体の均一化を図ったもの
もあるが、いずれも完全に均一な流体を連続して得るこ
とは困難であつた。

とくに流体の混合比が１０５〜１０６即ち１０ｐｐｍ以
下の如く低濃度の場合はガス流のどの部分をとっても濃
度偏差の無い完全に均一混合された流体を連続的に得る
ことは殆んど不可能とさえいわれていた。

本発明者らは２種以上の流体を混合する際、混合する各
流体の容量がどのような割合であっても、これを連続し
て均一に混合できる装置について鋭意検討の結果、噴流
ノズルを好ましくは混合室の中心から外れた位置に設け
、混合室内に設けたガイド内に流体を噴出し、混合した
流体を噴出部近傍で、噴流の影響を受けない位置から取
り出せば、完全に均一組成の流体が得られることを知っ
て本発明に到達した。

すなわち本発明の要旨は、２種以上の流体を混合するた
めの混合室が、区画された混合室内へ乱流速度で流体を
噴出する少なくとも１本の噴流ノズルと、該噴流ノズル
と実質的に対向する面に噴射した流体が衝突する壁と、
噴流ノズルとそれと対向する壁との間に設けた筒状ガイ
ドと、混合した流体の出口管とを具備して少なくとも１
つ連設され、前記噴流ノズルは混合室の偏心した位置に
設け、前記混合流体の出口管は噴流ノズルの噴出部近傍
で噴流の影響を受けない外側位置に設けたことを特徴と
する流体の混合装置である。

本発明の装置により２種以上のガスを混合する場合を例
にとってその混合作用を説明する。

混合するガスの各々はガス導管を経て噴流ノズルに導か
れる。

各々のガスは導管中で一緒にしても、また各ガス毎の噴
流ノズルにより混合室へ噴射させてもよい。

口径ｄ、ガス流速Ｕとするとき、例えばｄが０．５〜２
ｃｍ附近であれば、噴流ノズルはｕＸｄ−５００〜１０
００ＣＲ／ｓｅｃ以上に相当する流速で対向する壁に向
って２種以上のガスを噴射する。

ガスは直接混合室へ噴射するが、この場合、混合室内に
ガイド管を設けてガスを噴射することにより更に混合効
率があがる。

ガス噴射ノズルの口径ｄと、ガイド管の口径りはｄ ：
Ｄ＝１ ： ５〜２００割合であればよい。

噴流ノズルは混合室の中心線から偏心した位置に設置す
ることが好ましく、混合室内の噴流ノズルと対向する面
との間にガイド管を設けて、この中へ噴流ノズルからガ
スを噴射させるので、一層充分な混合が行なわれる。

すなわち、噴射されたガスは混合室内の周囲のガスを巻
き込みながらガイド管内を混合移動して対向壁に衝突し
、流れ方向を変えてガイド管外側と混合室壁との間の空
間を通ってノズル噴出口付近に至る。

ガイド管もまた噴流ノズルと同様に室内の偏心した位置
に設置されていることが好ましく、場合によりベンチュ
リー管を使用しても良い。

壁面に衝突したガスは折返し後、時間的差異を生じて移
動することになり、定常渦流による死角部分を生じ難く
、そのためさらによく混合する。

噴流ノズル付近に達したガスの＝部は噴流ノズルから新
しく噴射するガスに巻き込まれて前記と同様の移動混合
を繰り返えす。

このようにして２種以上のガスは完全に均一に混合され
る。

混合されたガスは噴流ノズル付近で噴流の影響を受けな
い場所より抜きだし、そのまま使用するか、さらに混合
するため次の混合室へ噴流ノズルから噴射される。

通常の混合ガスの場合には１つの混合室で十分均一に混
合されたガスを得、所期の目的を達することができるが
、特に精密混合を必要とするときには混合室を２つ以上
連設して混合を行なうとよい。

この場合でも第２室以降は１個の噴流ノズルを設ければ
充分である 本発明の混合室の形状は特に限定されることなく、円筒
形あるいは角筒形のいずれでもよい、混合室には少なく
ともガスを噴射するノジルとその出口管を備えていれば
よい。

ガス噴流ノズル管の形状を管状となし、その一方の先端
を噴流ノズル、他の一方の先端をガスの排出口として、
混合室を貫通して設置し、噴流ノズルの噴出部近傍で噴
流の影響を受けない位置に、次の噴流ノズルの一方の先
端である排出口が位置するよう配置した混合室を２つ以
上連設すれば装置が簡略化できる。

本発明の混合装置でガスを混合する場合の利点の１つは
、たとえば可燃性ガスと支燃性ガスとを混合する際、２
種のガスが高速噴流により短時間で均一に混合されるの
で、最終混合比が燃焼組成外であれば混合室が部分的に
も可燃状態にとどまる危険性のないことである。

次に本発明の装置の例を図面により説明する。

第１図は、角筒型の混合室の複数個連設した混合装置の
例を示す概略図である。

混合室１内に設置されたガス噴流ノズル２は直管で、ノ
ズル口ａは混合室の壁を貫通して突き出している。

最初の噴流ノズル２のノズル口ａの他方の端部は導管３
および４に接続されていて、混合する２種のガスは導管
３および４からそれぞれ導入され、噴流ノズル２のノズ
ル口ａより混合室１内に噴射される。

ガスは円筒形のガイド６内を混合しながら混合室１０対
向する側面に衝突し、方向を変換してガス噴出帯域の外
側を混合しながら進行する。

噴流ノズル管２の取付位置は混合室１の中心から左右ま
たは上下に偏った所に取付けであるので、混合室１０対
向側面Ｃに衝突して戻るガスの進行速度が場所によって
異なり、よく混合が行なわれる。

ノズルロａ付近まで戻ったガスは、大部分ノズル口ａか
ら新らたに噴射されるガスに巻き込まれるが一部分のガ
スは噴流ノズルロａ近くでしかもガス噴射の影響を受け
ない位置に設けられた出口すから次の噴流ノズル２に導
入され、ノズル口ａから次の混合室内に噴射され、最初
の混合室と同じ混合操作を繰り返えす、最後の混合室１
で混合されたガスは取出管５から完全に均一混合ガスと
して連続的に取出される。

第２図は他の混合装置の例を示す概略図である。

図において導管３および４から導入された２種のガスは
噴流ノズル２のノズル口ａから混合室１０対向側面Ｃに
向って噴射される。

噴射ノズル２はガスの噴射方向が複数個連設された混合
室１の連設方向と直角の方向に噴射するよう設置されて
いる。

ノズル口ａが混合室１内に突き出す位置は混合室１の中
心部から片側に寄ったところである。

噴射されたガスは噴流となって混合しながら角筒形ガイ
ド７内を通過し混合室１０対向する側面Ｃに当り、反転
してガス噴射域の外側を進行する際、場所によって時間
的差異を生じてさらによく混合する。

混合室１相互はＵ字型管６で連絡されており、Ｕ字型管
の一方の先端はノズルロａ１他方は混合されたガスの出
口すとなっている。

最初の混合室１で混合されたガスは出口すからＵ字管６
を通って次のノズル口ａより噴射され、最初の混合室に
おけるガス混合と同じ動きにより混合操作が行なわれ、
最後の混合室で混合されたガスは取出管５より取り出し
てコンプレッサーにより圧縮して高圧容器に充填するな
どして使用される。

第３〜６図は別の混合装置の例を示す概略図である。

第３図は混合室１内の噴流ノズル口ａと混合室１のこれ
と対向する側面Ｃとの間に円筒状のガイド７を設置した
例を示す。

ノズル口ａから噴射されたガスはガイド７内に混合しな
がら移動して混合室１の側面Ｃに衝突し、流れ方向を変
更する。

この場合、ガイド７は混合室１内の偏心した位置に設け
であるので、ガイド７の外側を流れるガス流速が場所に
よって変化を生じ、これによって混合がよくなる。

ノズルロａ付近まで達したガスの一部分は混合ガスの導
入口すを経て次の噴流ノズル管２に導入され、大部分は
新らしく噴射されるガスに巻き込まれてガイド７内を移
動する。

第４図は混合室１内に設けた噴流ノズル口ａおよび円筒
ベンチュリー状のガイド管７を斜方向に設置して噴流の
噴射方向が混合室を斜に横切った例である。

噴流ノズル管２は混合室１の底部の角部に近い位置を貫
通して、ノズル口ａの噴射方向が混合室１の対向する角
部ｄとなるよう設置され、噴流ノズル２と混合室１の角
部ｄとの間にガイド７を設けてなる。

混合ガスの取出管５はその出口すをノズルロａ付近で、
かつ噴射するガス流の影響を受げないところに設けるよ
うに考慮されている。

この例の場合もガイド７はその中心線が混合室１０対角
線上から少し外れた位置に設けであるので、混合室内の
空間のガイド７で区画された左右上下でその容積が異な
る。

従って噴射されたガスはガイド７内を混合されながら移
動し、混合室１０角部ｄに当って反転する。

ガスは場所によって流速が異なり、これがさらに均一混
合に効果的な役割を果す。

第５図は角筒状の混合室１の複数個、各混合室に設けた
噴流ノズル２、それに対応した角筒状のガイドＴおよび
最終混合室に設けた混合ガスの取出管５から構成されて
いる混合装置の例を示す。

この装置例では、噴流ノズル２を混合室１の連設方向に
向って混合室１内へ貫通して設置し、室内で直角に曲げ
てノズル口ａよりガスを噴出する。

第６図は円筒状の混合室１の底面に接して噴出口を有す
る噴流ノズル２とそれに対応する円筒状のガイド７を設
け、この混合室１を複数個連設してなる。

噴流ノズル２はガイド７と平行して並べ噴流ノズル２と
ガイド７はそれぞれ隣接する混合室の非対称位置に交互
に設置している。

また噴流ノズル２は直管状であってノズル口ａの他端が
混合されたガスの出口すであり、この部分に金網８を装
着してガス中の異物によるノズル性能の障害を除去でき
るように考慮している。

本発明の装置を用いて流体混合、とくに２種以上のガス
を混合すれば、従来均一混合が不可能といわれていたｐ
ｐｍオーダーの微量ガス成分を他のガスに完全に均一に
混合することも可能であり、例えば計器校正用標準ガス
の分野における技術の向上に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による流体混合装置の一例を示す概略図
である。 第２，３，４，５および６図は他の例を示す概略図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体を混合する混合室が、該混合室内へ乱流速度で
   流体を噴出する噴流ノズルと、該噴流ノズルと対向する
   面に噴射した流体が衝突する壁と、噴流ノズルとそれと
   対向する壁との間に設けた筒状ガイドと、混合した流体
   の出口管とから構成され、前記噴流ノズルは混合室の偏
   心位置に設け、かつ噴出部近傍で噴流の外側位置に混合
   流体の出口管を設けたことを特徴とする混合室を１つ以
   上連設してなる流体の混合装置。 ２ 噴流の噴射方向が混合室を斜に横切る特許請求の範
   囲１記載の装置。 ３ 噴射した流体の衝突する壁が混合室の側面であるご
   とく構成した特許請求の範囲１記載の装置。 ４ 混合室を複数個連設し、隣合った混合室をＵ字管で
   連結し、Ｕ字管の一端が混合ガスの出口、他端が噴流ノ
   ズルとなした特許請求の範囲１記載の装置。 ５ 噴流ノズルを管状にして、噴流ノズルの他方の端部
   を混合ガスの出口とした特許請求の範囲１記載の装置。 ６ 噴流ノズル管の先端より流体が管と直角方向に噴射
   するごと（構成した特許請求の範囲１記載の装置。 ７ 噴流ノズル管の導入口端部を管に小孔を穿って導入
   口とした特許請求の範囲１記載の装置。 ８ 円筒状の混合室底面に接して噴出口を有する管状噴
   流管を設け、この同型の混合室を複数個連設してなる特
   許請求の範囲１または５記載の装置。 ９ 噴流ノズル管の導入管端部を金網で蔽ってなる特許
   請求の範囲１．４．５または６記載の装置。