流體混合器及使用其的熱交換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種流體混合器，具備中空筒狀的主體（41）、第一流入口（43）、中空筒狀的混合促進(jìn)體（38）和第二流入口（45），所述中空筒狀的主體（41）在內(nèi)側(cè)混合廢氣（G4）和加溫用氣體（G5），所述第一流入口（43）設(shè)置在主體（41）的上游側(cè)端部，使廢氣（G4）流入，所述中空筒狀的混合促進(jìn)體（38）配置在主體（41）的內(nèi)側(cè)，具有沿廢氣（G4）的流動方向的軸心（C1），所述第二流入口（45）設(shè)置在主體（41）的周壁上，使加溫用氣體（G5）朝向混合促進(jìn)體（38）的外周面（38a）流入；廢氣（G4）在混合促進(jìn)體（38）的外側(cè)和內(nèi)側(cè)流動。
【專利說明】流體混合器及使用其的熱交換系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2011年10月11日申請的日本專利申請2011-223820的優(yōu)先權(quán)，將其全部內(nèi)容以參照的方式引入作為本申請的一部分。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種均勻地混合例如高溫流體與低溫流體這樣不同的兩種流體的流動的流體混合器。
【背景技術(shù)】
[0004]在混合多種流體的混合器中，期望混合后的溫度分布和氣體濃度分布均勻。例如，在混合器的下游配置渦輪或熱交換器的情況下，如果混合氣體的溫度分布不均勻，則在渦輪葉片或傳熱管上產(chǎn)生起因于不均勻的熱應(yīng)變的應(yīng)力，其結(jié)果使渦輪或傳熱管的壽命縮短。此外，機(jī)器的效率也降低。
[0005]因此，以促進(jìn)混合為目的，已知在流體的流場設(shè)置促進(jìn)紊流的肋的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)制性地使流動偏轉(zhuǎn)而使兩種流體的流動重疊的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)I)。這種結(jié)構(gòu)中，配管的壓力損失變大，并且結(jié)構(gòu)也變復(fù)雜，制造成本也增加。在使用高溫流體的情況下，要求與高溫流體接觸的部件具有耐熱性，使制造成本進(jìn)一步增加。此外，還有將兩種流體流動的配管連接成T字型，以簡單的結(jié)構(gòu)使兩種流體混合(專利文獻(xiàn)2)，由此使制造成本降低。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2008 - 049306號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本專利公開2002 - 136855號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010](一)要解決的技術(shù)問題
[0011]但是，上述專利文獻(xiàn)2的流體混合器雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于流體相互呈直角相交，因此難以形成充分均勻的混合狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明是鑒于上述技術(shù)問題而完成的，其目的是提供一種流體混合器，其為簡單的結(jié)構(gòu)的同時，能夠進(jìn)行均勻的混合，并且能夠限制壓力損失。
[0013](二)技術(shù)方案
[0014]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的流體混合器具備中空筒狀的主體、第一流入口、中空筒狀的混合促進(jìn)體和第二流入口，所述中空筒狀的主體在內(nèi)側(cè)混合第一流體和第二流體；所述第一流入口設(shè)置在所述主體的上游側(cè)端部，使所述第一流體流入；所述中空筒狀的混合促進(jìn)體配置在所述主體的內(nèi)側(cè)，具有沿所述第一流體的流動方向的軸心；所述第二流入口設(shè)置在所述主體的周壁上，使所述第二流體朝向所述混合促進(jìn)體的外周面流入。
[0015]根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，由于具有沿第一流體的流動方向的軸心的混合促進(jìn)體配置在主體的內(nèi)側(cè)，朝向混合促進(jìn)體的外周面導(dǎo)入第二流體，因此通過第二流體與混合促進(jìn)體的外周面碰撞，圍住主體周向的整個區(qū)域，從而在混合促進(jìn)體的外側(cè)，第一流體與第二流體被充分混合。第二流體與在混合促進(jìn)體外側(cè)流動的第一流體混合后，通過在混合促進(jìn)體的下游，與在混合促進(jìn)體內(nèi)側(cè)流動的第一流體再次混合，從而促進(jìn)第一流體與第二流體的混合。此外，由于第一流體沿中空筒狀的混合促進(jìn)體的軸心方向流動，因此能夠限制第一流體的壓力損失。進(jìn)而，由于僅在主體的內(nèi)側(cè)配置混合促進(jìn)體，并配置朝向該混合促進(jìn)體導(dǎo)入第二流體的第二流入口，因此結(jié)構(gòu)簡單。
[0016]在本發(fā)明中，優(yōu)選使所述混合促進(jìn)體與所述主體大致同心地配置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，不論第二流入口在主體周向的設(shè)置位置，第二流入口與混合促進(jìn)體的距離固定，不再要求第二流入口與混合促進(jìn)體的位置關(guān)系上的準(zhǔn)確性，其結(jié)果使制造變得容易。
[0017]在本發(fā)明中，優(yōu)選地，將第二流體供給所述第二流入口的第二配管與形成所述主體的第一配管垂直相交地連接。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于第二流體在與混合促進(jìn)體的軸心垂直相交的方向上與其碰撞，因此第二流體圍住混合促進(jìn)體的外周面整體，其結(jié)果，進(jìn)一步促進(jìn)第一流體與第二流體間的混合。
[0018]在本發(fā)明中，優(yōu)選地，在形成所述主體的第一配管上，連接將所述第二流體供給所述第二流入口的第二配管，配置該連接部上的所述第二配管的邊緣與所述第一配管的內(nèi)周面成同一面或從所述內(nèi)周面沿其徑向位于所述內(nèi)周面的外側(cè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，不會由第二配管阻礙在第一配管流動的第一流體的流動，進(jìn)一步限制配管的壓力損失。
[0019]在本發(fā)明中，所述第一流體優(yōu)選比所述第二流體的溫度低。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由第一流體冷卻混合促進(jìn)體的表面整體，因此不必另外設(shè)置用來防止混合促進(jìn)體過熱的結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變得更加簡單。
[0020]在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述主體的下游部由通道面積向下游增大的擴(kuò)徑部形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，混合流體通過擴(kuò)徑部擴(kuò)散，可以進(jìn)一步促進(jìn)混合。
[0021]本發(fā)明的熱交換系統(tǒng)將本發(fā)明的流體混合器配置在熱交換器的上游側(cè)而成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由上述流體混合器充分地混合兩種流體后，混合流體被導(dǎo)入熱交換器，因此與混合流體的流動垂直相交的截面上的溫度分布均勻化，其結(jié)果使熱交換效率提高。
[0022]權(quán)利要求書和/或說明書和/或說明書附圖所公開的至少兩種結(jié)構(gòu)的任意組合，也包含在本發(fā)明中。特別是權(quán)利要求書的各權(quán)利要求的兩項(xiàng)以上的任意組合，也包含在本發(fā)明中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過參照附圖對以下適宜的實(shí)施方式進(jìn)行說明，可更加清楚地理解本發(fā)明。但是，實(shí)施方式及附圖僅用于圖示及說明，不應(yīng)用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書確定。在附圖中，多個附圖上的相同部件編號表示相同或與其相當(dāng)?shù)牟糠帧?br> [0024]圖1是表示具備本發(fā)明第一實(shí)施方式的流體混合器的貧燃料吸入燃?xì)廨啓C(jī)的簡略結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖2是同燃?xì)廨啓C(jī)的主要結(jié)構(gòu)部分的配置結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3是表示同流體混合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4是表示同流體混合器的支承結(jié)構(gòu)的剖視示意圖。[0028]圖5是圖4的V-V線的箭頭圖。
[0029]圖6是表示同流體混合器的軸向溫度分布的圖。
[0030]圖7是表示在與同流體混合器連接的再生器入口位置上的徑向溫度分布的圖。
[0031]圖8是表示現(xiàn)有的流體混合器的軸向溫度分布的圖。
[0032]圖9是表示與現(xiàn)有的流體混合器連接的再生器入口位置上的徑向溫度分布的圖。
[0033]圖10是表示第二實(shí)施方式的流體混合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖11是表示同流體混合器的軸向溫度分布的圖。
[0035]圖12是表示與同流體混合器連接的再生器入口位置上的徑向溫度分布的圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0036]下面參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1是表示具備本發(fā)明第一實(shí)施方式的流體混合器的貧燃料吸入燃?xì)廨啓C(jī)的簡略結(jié)構(gòu)圖。該燃?xì)廨啓C(jī)GT具有壓縮機(jī)1、含有鉬或鈀等催化劑的催化燃燒器2及渦輪3。通過該燃?xì)廨啓C(jī)GT的輸出來驅(qū)動兼作發(fā)電機(jī)和起動機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)械4。
[0037]作為所述燃?xì)廨啓C(jī)GT所使用的低熱量氣體，例如將在煤礦產(chǎn)生的VAM(Ventilation Air Methane ;煤礦通風(fēng)甲燒)或可燃成分(甲燒)濃度高于其的CMM (CoalMine Methane ;煤礦甲烷)這樣的空氣與燃料(可燃成分)混合而成的工作氣體Gl在壓縮機(jī)I壓縮，其高壓的壓縮氣體G2輸送至所述催化燃燒器2。該壓縮氣體G2通過催化燃燒器2的由鉬或鈀等催化劑進(jìn)行的催化反應(yīng)而燃燒，將由此生成的高溫/高壓的燃燒氣體G3供給渦輪3,從而驅(qū)動渦輪3。
[0038]渦輪3通過旋轉(zhuǎn)軸5與壓縮機(jī)I連接，通過該渦輪3來驅(qū)動壓縮機(jī)I。如此來構(gòu)筑包含燃?xì)廨啓C(jī)GT及回轉(zhuǎn)機(jī)械4的發(fā)電裝置50。這里，由于僅使用VAM的情況時的工作氣體Gl中的燃料濃度(可燃成分濃度)即使在通過壓縮機(jī)I壓縮導(dǎo)致升溫后的溫度下，也為可燃濃度限度以下，因此不會點(diǎn)火。此外，即使在向僅使用所述VAM的情況時的工作氣體Gl適當(dāng)添加具有高濃度可燃成分的CMM的情況下，由于可以控制其添加量，使得在通過壓縮機(jī)I壓縮導(dǎo)致升溫后的溫度下，為可燃濃度限度以下，因此不會點(diǎn)火。
[0039]燃?xì)廨啓C(jī)GT還具備再生器(熱交換器)6及加溫用燃燒器7，所述再生器(熱交換器)6利用來自渦輪3的廢氣G4對從壓縮機(jī)I導(dǎo)入催化燃燒器2的壓縮氣體G2加熱；所述加溫用燃燒器7在起動時提高流入催化燃燒器2的壓縮氣體G2的溫度，從而使催化劑活化。該加溫用燃燒器7將加溫用氣體G5混入從渦輪3供給再生器6的廢氣4中，進(jìn)行加溫，所述加溫用氣體G5向從由壓縮機(jī)I壓縮的壓縮氣體G2中部分抽出的抽出氣體G20混合燃料并進(jìn)行火炎燃燒而得。在加溫用燃燒器7上連接有抽氣閥8，該抽氣閥8控制向所述加溫用燃燒器7供給的抽出氣體G20的供給量。從再生器6流出的廢氣G4通過沒有圖示的消聲器消聲后，排出至外部。由所述抽氣閥8進(jìn)行的對向加溫用燃燒器7供給抽出氣體G20的供給量的控制，通過來自控制器20的輸出信號進(jìn)行。
[0040]向加溫用燃燒器7的燃料供給是這樣進(jìn)行的，通過第一燃料流量控制閥9調(diào)整從礦井的挖掘部分這樣的CMM源13供給的CMM的流量，同時向加溫用燃燒器7進(jìn)行燃料供給。由該第一燃料流量控制閥9進(jìn)行的CMM的流量調(diào)整通過控制器20進(jìn)行。向壓縮機(jī)I的工作氣體Gl的供給是這樣進(jìn)行的，根據(jù)需要，向來自礦井的換氣這樣的VAM源12的VAM混入從CMM源13抽出的CMM，混入時通過第二燃料流量控制閥10調(diào)整所述CMM的流量。CMM含有10?30%程度的甲烷氣體，VAM含有不足1%的甲烷氣體。由所述第二燃料流量控制閥10進(jìn)行的CMM的流量調(diào)整也通過控制器20進(jìn)行。此外，為了后述的運(yùn)轉(zhuǎn)開始時的清潔(〃一夕)，在從VAM源12向壓縮機(jī)I的吸入通道上，通過開關(guān)閥18，連接有外氣等空氣源19。
[0041]連接壓縮機(jī)I與渦輪3的旋轉(zhuǎn)軸5由單軸構(gòu)成，該旋轉(zhuǎn)軸5與回轉(zhuǎn)機(jī)械4通過減速機(jī)17連接。通過由渦輪3的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動的回轉(zhuǎn)機(jī)械4而得到的電力輸入至控制器20。功率轉(zhuǎn)換裝置11通過控制器20在起動時將回轉(zhuǎn)機(jī)械4作為起動馬達(dá)而驅(qū)動。
[0042]如圖2所示，渦輪3與再生器6通過中空筒狀的排氣管道25連接。該排氣管道25由圓筒狀部25a和擴(kuò)徑部25b構(gòu)成，所述圓筒狀部25a靠近渦輪3，所述擴(kuò)徑部25b與所述圓筒狀部25a的下游端部連接，朝向再生器6側(cè)、即下游側(cè)末端擴(kuò)大。該擴(kuò)徑部25b的上游端部具有圓形的橫截面形狀，下游端部具有縱長的長方形形狀，其中間的橫截面形狀是從圓形向長方形逐漸變化的中空筒狀。但是，也可以使擴(kuò)徑部25b的下游端部為圓形的橫截面形狀。
[0043]所述排氣管道25的圓筒狀部25a形成第一配管，對該第一配管25a，連接有將加溫用氣體G5供給排氣管道25內(nèi)的來自加溫用燃燒器7的第二配管28。在圓筒狀部25a的后部的內(nèi)側(cè)，配置有具有沿廢氣G4的流動方向的軸心Cl (圖3)的中空筒狀的混合促進(jìn)體38，在該例中混合促進(jìn)體38為圓筒狀。
[0044]如上所述，從CMM源13 (圖1)將作為燃料成分的CMM供給加溫用燃燒器7。從由壓縮機(jī)I向再生器6供給壓縮氣體G2的壓縮氣體通道24分支出抽氣氣體通道27，在該抽氣氣體通道27上設(shè)置有加溫用燃燒器7及位于其上游側(cè)的抽氣閥8。在抽氣氣體通道27上的加溫用燃燒器7的下游側(cè)作為第二配管28形成。
[0045]用圖3及圖4詳細(xì)說明流體混合器40。流體混合器40由排氣管道25的一部分、混合促進(jìn)體38和第二配管28的下游部構(gòu)成。流體混合器40的主體41由作為排氣管道25的一部分的第一配管(圓筒狀部)25a的下游部和擴(kuò)徑部25b形成。在主體41的上游側(cè)端部設(shè)置有第一流入口 43，在主體41的周壁上，設(shè)置有連接第二配管28的第二流入口 45。如圖2所示，由該流體混合器40與配置在流體混合器40下游的再生器(熱交換器)6，構(gòu)成熱交換系統(tǒng)42。
[0046]如圖3所示，作為在排氣管道25內(nèi)流動的第一流體的廢氣G4從第一流入口 43流入主體41內(nèi)，在混合促進(jìn)體38的外側(cè)和內(nèi)偵倆側(cè)流動。混合促進(jìn)體38與圓筒狀部25a同心狀地配置。混合促進(jìn)體38在本實(shí)施方式中為圓筒狀，但只要是中空的部件即可，例如可以是多角柱、圓錐臺、多角錐臺，此外，也可以是混合促進(jìn)體38的下游端面相對徑向傾斜的形狀(后述的圖10)。
[0047]第二配管28與排氣管道25的圓筒狀部25a垂直相交并通過焊接而連接，來自第二配管28的作為第二流體的加溫用氣體G5從由第二配管28的下游邊緣46 (圖4)形成的第二流入口 45流入混合促進(jìn)體38內(nèi)，與混合促進(jìn)體38的外周面38a碰撞。與混合促進(jìn)體38的外周面38a碰撞的加溫用氣體G5沿混合促進(jìn)體38的外周面38a被引導(dǎo)的同時，在排氣管道25的圓筒狀部25a的內(nèi)周面29與混合促進(jìn)體38的外周面38a之間流動。作為第一流體的廢氣G4比作為第二流體的加溫用氣體G5的溫度低。
[0048]混合促進(jìn)體38位于使其外周面38a與第二流入口 45相對的位置上，以使來自第二配管28的作為第二流體的加溫用氣體G5碰撞。由圖4可知，在混合促進(jìn)體38的軸向上，第二配管28形成的第二流入口 45的整體在側(cè)視上與混合促進(jìn)體38的外周面在混合促進(jìn)體38的軸向上重疊。即，第二流入口 45位于混合促進(jìn)體38的上游邊緣38b與下游邊緣38c之間。
[0049]圖3的混合促進(jìn)體38的外徑DO為圓筒狀部25a的內(nèi)徑DII的0.35?0.55倍程度，優(yōu)選為0.4?0.5倍。為了限制廢氣G4的流動阻力，混合促進(jìn)體38的壁厚只要可以保持強(qiáng)度，使其為薄較好。進(jìn)而，混合促進(jìn)體38的外徑DO為第二配管28的內(nèi)徑DI2的0.9?1.3倍程度，優(yōu)選為1.0?1.2倍。混合促進(jìn)體38的長度L為第二配管28的內(nèi)徑DI2的
1.2?3.0倍程度，優(yōu)選為1.5?2.5倍。
[0050]如圖4所示，排氣管道25的圓筒狀部25a與第二配管28通過連接部44而連接，該連接部44上的第二配管28的出口部28a的邊緣46與排氣管道25的圓筒狀部25a的內(nèi)周面29大致成同一面。但是，第二配管28的下游邊緣46也可以配置在圓筒狀部25a的內(nèi)周面29的略微徑向外側(cè)。
[0051]如圖5所示，第二配管28的軸心C2與排氣管道25及混合促進(jìn)體38的軸心Cl呈直角相交，使來自第二配管28的加溫用氣體G5與混合促進(jìn)體38的頂部和其附近碰撞?；旌洗龠M(jìn)體38通過在其徑向上延伸的支承部件48支承在排氣管道25的圓筒狀部25a上。支承部件48設(shè)置在圖4所示的混合促進(jìn)體38在軸心Cl方向的兩端部，支承部件48的內(nèi)端部由如螺栓這樣的第一止動部件58固定在混合促進(jìn)體38的外周面上，支承部件48的外端部由如螺栓這樣的第二止動部件59連接在排氣管道25的內(nèi)周面上。
[0052]相對于排氣管道25，支承部件48的一側(cè)，在本例中為上游側(cè)的支承部件48在流動方向(軸向)上固定(不能移動)地支承，支承部件48的另一側(cè)，在本例中為下游側(cè)的支承部件48在軸向上自由移動地支承，以便能夠吸收混合促進(jìn)體38的軸向的熱膨脹。具體地，在下游側(cè)的支承部件48的外端部沿軸向設(shè)置長的長孔，通過在該長孔插通第二止動部件59，使混合促進(jìn)體38在軸向上自由移動。
[0053]如圖5所示，支承部件48由板材構(gòu)成，在周向上配置有三個，各支承部件48的徑向的內(nèi)端部及外端部形成為分叉狀，以便能夠吸收混合促進(jìn)體38的徑向的熱膨脹?；旌洗龠M(jìn)體38的支承結(jié)構(gòu)不限定于圖示的例子，只要構(gòu)成為能夠吸收混合促進(jìn)體38的熱膨脹即可，例如在排氣管道25與混合促進(jìn)體38之間僅通過由環(huán)狀部件構(gòu)成的支承部件48以單臂支承，也能夠吸收混合促進(jìn)體38的熱膨脹。
[0054]對上述結(jié)構(gòu)的燃?xì)廨啓C(jī)GT的動作進(jìn)行說明。由于在起動時，圖1的催化燃燒器2的溫度低于活性下限溫度，因此通過加溫用燃燒器7的點(diǎn)火進(jìn)行再生器6的預(yù)熱，使通過再生器6的壓縮氣體G2升溫，使催化燃燒器2升溫至能夠進(jìn)行催化劑反應(yīng)的規(guī)定溫度。
[0055]此時，如圖3所示，在流體混合器40中，混合來自渦輪3的廢氣G4和來自加溫用燃燒器7的加溫用氣體G5。具體地，廢氣G4從第一流入口 43流入流體混合器40的主體41內(nèi)，通過混合促進(jìn)體38的內(nèi)側(cè)和外側(cè)而流動的同時，加溫用氣體G5從第二流入口 45在徑向上流入主體41，與混合促進(jìn)體38的外周面38a碰撞后，在混合促進(jìn)體38的外周面38a與主體41的內(nèi)周面、即排氣管道25的圓筒狀部25a的內(nèi)周面29之間流動。
[0056]在混合促進(jìn)體38的外周面38a與主體41的內(nèi)周面29之間流動的加溫用氣體G5首先與通過混合促進(jìn)體38的外側(cè)而流動的廢氣G4混合(一次混合)。由于加溫用氣體G5與混合促進(jìn)體38的外周面38a碰撞，因此其沿混合促進(jìn)體38的外周面38a，引導(dǎo)至主體41的徑向及周向的整個區(qū)域。由此，可以促進(jìn)廢氣G4與加溫用氣體G5的混合。此時，利用通過混合促進(jìn)體38內(nèi)側(cè)而流動的低溫的廢氣G4，冷卻混合促進(jìn)體38的表面整體。
[0057]然后，經(jīng)過一次混合的廢氣G4與加溫用氣體G5的混合氣體在混合促進(jìn)體38的下游進(jìn)一步與通過混合促進(jìn)體38內(nèi)部而流動的廢氣G4混合(二次混合)。這樣，通過在兩個階段進(jìn)行混合，可以進(jìn)一步促進(jìn)廢氣G4與加溫用氣體G5的混合。進(jìn)而，由于通過混合促進(jìn)體38后的混合氣體流入主體41的擴(kuò)徑部25b而擴(kuò)散，因此可以更進(jìn)一步促進(jìn)混合。
[0058]如果進(jìn)入額定運(yùn)轉(zhuǎn)，則廢氣G4的溫度上升，由于從圖1的壓縮機(jī)I供給的壓縮氣體G2在再生器6內(nèi)與廢氣G4進(jìn)行熱交換，因此熱交換后的壓縮氣體G2達(dá)到對于催化燃燒器2的工作的足夠的高溫。其結(jié)果，關(guān)閉抽氣閥8，加溫用燃燒器7的動作停止。由此，圖3所示的流體混合器40上，僅廢氣G4流動，并沒有導(dǎo)入加溫用氣體G5。即為僅廢氣G4通過混合促進(jìn)體38的內(nèi)側(cè)和外側(cè)而流動的狀態(tài)。此時，由于混合促進(jìn)體38是具有沿廢氣G4的流動方向的軸心Cl的形狀，因此廢氣G4承受的來自混合促進(jìn)體38的阻力小。因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)時間最長的額定運(yùn)轉(zhuǎn)時，可以有效地限制廢氣G4的壓力損失。
[0059]在上述結(jié)構(gòu)中，如圖3所示，由于具有沿廢氣G4的流動方向的軸心Cl的混合促進(jìn)體38配置在主體41的內(nèi)側(cè)，廢氣G4沿該混合促進(jìn)體38的軸心Cl方向在混合促進(jìn)體38的外側(cè)和內(nèi)側(cè)流動，因此能夠限制廢氣G4的壓力損失。此外，由于使加溫用氣體G5朝向混合促進(jìn)體38的外周面38a導(dǎo)入，因此通過加溫用氣體G5與混合促進(jìn)體38的外周面38a碰撞而圍住主體41的徑向及周向，在混合促進(jìn)體38的外側(cè)使廢氣G4與加溫用氣體G5充分地混合。加溫用氣體G5與在混合促進(jìn)體38的外側(cè)流動的廢氣G4混合后，通過與在混合促進(jìn)體38的內(nèi)側(cè)流動的廢氣G4再次混合，可以促進(jìn)廢氣G4與加溫用氣體G5的混合。進(jìn)而，由于僅在主體41的內(nèi)側(cè)配置混合促進(jìn)體38，并配置朝向該混合促進(jìn)體38導(dǎo)入加溫用氣體G5的第二流入口 45，因此結(jié)構(gòu)簡單。
[0060]此外，由于混合促進(jìn)體38與主體41大致同心地配置，因此不論第二流入口 45在主體41周向的設(shè)置位置，第二流入口 45與混合促進(jìn)體38的距離固定，不再要求第二流入口 45與混合促進(jìn)體38的位置關(guān)系上的準(zhǔn)確性，其結(jié)果使制造變得容易。
[0061]此外，由于第二配管28與排氣管道25大致垂直相交地連接，因此加溫用氣體G5在與混合促進(jìn)體38的外周面38a垂直相交的方向上與其碰撞，因此加溫用氣體G5由混合促進(jìn)體38的外周面38a引導(dǎo)而圍住排氣管道25的徑向及周向的整個區(qū)域，其結(jié)果進(jìn)一步促進(jìn)廢氣G4與加溫用氣體G5的混合。
[0062]如圖4所示，由于排氣管道25與第二配管28的連接部44上的第二配管28的邊緣46與排氣管道25的內(nèi)周面29成同一面，因此不會由第二配管28阻礙在排氣管道25流動的廢氣G4的流動，進(jìn)一步限制廢氣G4的壓力損失。
[0063]此外，由于廢氣G4比加溫用氣體G5的溫度低，因此由廢氣G4冷卻與高溫的加溫用氣體G5接觸的混合促進(jìn)體38的表面整體，因此不比另外設(shè)置用來防止混合促進(jìn)體38的過熱的結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變得更加簡單。
[0064]如圖3所示，由于主體41的下游部由通道面積向下游增大的擴(kuò)徑部25b形成，因此廢氣G4與加溫用氣體G5的混合氣體通過擴(kuò)徑部25b擴(kuò)散，可以進(jìn)一步促進(jìn)混合。
[0065]如圖2所示，由于流體混合器40配置在作為熱交換器的再生器6的上游側(cè)，因此在通過流體混合器40充分地混合廢氣G4與加溫用氣體G5后，導(dǎo)入再生器6，因此與混合流體的流動垂直相交的截面上的溫度分布均勻化，其結(jié)果使熱交換效率提高。
[0066]為了確認(rèn)混合狀態(tài)，對上述實(shí)施方式的流體混合器40進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析。此外，作為比較例，對上述實(shí)施方式的流體混合器40中不具有混合促進(jìn)體38的結(jié)構(gòu)進(jìn)行同樣的分析。
[0067]圖6表不使用上述實(shí)施方式的流體混合器40將廢氣G4與加溫用氣體G5混合時的軸向上的溫度分布，圖7表示圖6的VI1-VII線截面上、即流體混合器40的出口(再生器
6的入口)處的徑向的溫度分布，圖8及9表示比較例的各溫度分布。在以下的圖中，(I)~
(21)表示從高溫至低溫的區(qū)域。在圖6及圖8中，(I)~(9)的相同編號表示相同溫度區(qū)域。同樣，在圖7及圖9中，(10)~(21)的相同編號表示相同溫度區(qū)域。
[0068]如圖6所示，在上述實(shí)施方式的流體混合器40中，高溫的加溫用氣體G5從擴(kuò)徑部25b的中心部向下部擴(kuò)散，其結(jié)果如圖7所示，可知在流體混合器40的出口處，溫度分布均勻化，被適度地混合。另一方面，在比較例的流體混合器中，如圖8所示，高溫的加溫用氣體G5集中流入擴(kuò)徑部25b的下部，其結(jié)果如圖9所示，在流體混合器40的出口處，溫度分布不均衡，沒有充分地混合。
[0069]圖10是表示第二實(shí)施方式的流體混合器40A的結(jié)構(gòu)示意圖。第二實(shí)施方式的流體混合器40A與第一實(shí)施方式的流體混合器40的不同點(diǎn)僅在于，混合促進(jìn)體38A的下游端面62是隨著向下游前進(jìn)而向上方傾斜的傾斜面，其他結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施方式相同。即，混合促進(jìn)體38上與第二配管28相對部分(上部)的相反側(cè)部分(下部)的下游端部被切除而傾斜。在本例中，下游端面62相對徑向的傾斜角Θ為45°，但也能夠使該傾斜角Θ為20~60°程度，更加優(yōu)選為30~50°程度。第二流入口 45位于混合促進(jìn)體38A的上游邊緣38Aa與混合促進(jìn)體38A上與第二流入口 4·5相對部分(圖10的上部)的下游邊緣38Ab之間。
[0070]在第二實(shí)施方式的流體混合器40A中，與第一實(shí)施方式的流體混合器40同樣通過計(jì)算機(jī)分析進(jìn)行驗(yàn)證。其結(jié)果如圖11及圖12所示，由圖11可知，在第二實(shí)施方式的流體混合器40A上，由于更多的高溫的加溫用氣體G5在擴(kuò)徑部25b的中心部附近流動，因此由圖12可知，其與第一實(shí)施方式的流體混合器40相比，溫度分布進(jìn)一步均勻化。
[0071]在第一及第二實(shí)施方式中，形成主體41的上游部的圓筒狀部25a的下游部為圓筒狀，但也可以為具有朝向下游略微擴(kuò)大的小錐度比的擴(kuò)大管。此外，在主體41的擴(kuò)徑部25b的錐度比小的情況下，也可以在擴(kuò)徑部25b的內(nèi)側(cè)配置混合促進(jìn)體38。進(jìn)而，也可以省略擴(kuò)徑部25b，將流體混合器40的主體41整體制成圓筒狀。此外，也可以設(shè)置多個第二流入口45，使來自各流入口 45的不同流體流入主體41。
[0072]如上所述，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種補(bǔ)充、改變或刪除，這樣的補(bǔ)充、改變及刪除也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，這樣的補(bǔ)充、改變及刪除也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0073]附圖標(biāo)記說明
[0074]6再生器(熱交換器)
[0075]25排氣管道
[0076]28第二配管
[0077]29主體的內(nèi)周面[0078]38、38A混合促進(jìn)體
[0079]38a 混合促進(jìn)體的外周面
[0080]40、40A流體混合器
[0081]41 主體(第一配管)
[0082]42 熱交換系統(tǒng)
[0083]43第一流入口
[0084]44 連接部
[0085]45第二流入口
[0086]46 第二配管的邊緣
[0087]Cl軸心
[0088]G4 廢氣(第一流體)
[0089]G5 加溫用氣體(第二流體)`
【權(quán)利要求】
1.一種流體混合器，具備中空筒狀的主體、第一流入口、中空筒狀的混合促進(jìn)體和第二流入口， 所述中空筒狀的主體在內(nèi)側(cè)混合第一流體和第二流體； 所述第一流入口設(shè)置在所述主體的上游側(cè)端部，使所述第一流體流入； 所述中空筒狀的混合促進(jìn)體配置在所述主體的內(nèi)側(cè)，具有沿所述第一流體的流動方向的軸心； 所述第二流入口設(shè)置在所述主體的周壁上，使所述第二流體朝向所述混合促進(jìn)體的外周面流入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體混合器，其特征在于，使所述混合促進(jìn)體與所述主體大致同心地配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體混合器，其特征在于，將第二流體供給所述第二流入口的第二配管與形成所述主體的第一配管垂直相交地連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體混合器，其特征在于，在形成所述主體的第一配管上，連接將所述第二流體供給所述第二流入口的第二配管，配置該連接部上的所述第二配管的邊緣與所述第一配管的內(nèi)周面成同一面或從所述內(nèi)周面沿其徑向位于所述內(nèi)周面的外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體混合器，其特征在于，所述第一流體比所述第二流體的溫度低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體混合器，其特征在于，所述主體的下游部由通道面積向下游增大的擴(kuò)徑部形成。
7.一種熱交換系統(tǒng)，其將權(quán)利要求1或2所述的流體混合器配置在熱交換器的上游側(cè)。
【文檔編號】B01F5/00GK103857463SQ201280049513
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月11日
【發(fā)明者】柏原宏行, 細(xì)川恭史, 山崎義弘 申請人:川崎重工業(yè)株式會社