JP2002066736A - 酸水素ガス切断方法、酸水素ガス切断装置及びその酸水素ガス切断装置におけるピアッシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】切断速度やピアッシング作業時間及び切断面の
品質等においても、従来技術と比べて遜色のない酸水素
ガス切断技術ないし酸水素ピアッシング技術を提供す
る。 【解決手段】切断時において噴射口５から噴射される予
熱ガスを構成する酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量の
略２倍以上に設定する。その場合、さらに酸水素ガスの
流量を略７００ＮＬ／ｈ以上あるいは酸素ガスの流量の
略７倍以下に設定すると、良好な切断作用が得られる。
また、ピアッシング時において噴射口５から噴射される
予熱ガスを構成する酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量
より大きく設定する。その場合、さらに酸水素ガスの流
量を略１０００ＮＬ／ｈ以上あるいは酸素ガスの流量の
略１．５倍以上に設定すると、良好なピアッシング作用
が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水を電気分解して
得られる酸素と水素とからなる酸水素ガスを使用し、そ
の酸水素ガスと酸素ガスとを混合して予熱用の熱源とし
て用いる酸水素ガス切断技術ないし酸水素ガスピアッシ
ング技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ガス切断技術においては、ア
セチレンガスやＬＰＧなどを用いた方法が広く行われて
いる。このガス切断方法は、予熱炎により燃焼温度に加
熱したワークの予熱部分に対して酸素ガスからなる高圧
の切断ガスを噴射し、その切断ガスによって、予熱部分
に酸化反応を起すとともに、その酸化反応熱により溶融
された部分及び酸化物を除去して切断溝を形成しながら
切断を続行するというものである。この切断方法は、プ
ラズマ切断やレーザ切断に比較して、大きな板厚のワー
クの切断が可能であり、また多数本の噴射管の同時使用
が容易であるという長所を有する。最近、アセチレンガ
スやＬＰＧなどの代わりに水を電気分解して得られる酸
水素ガスを用いて切断する酸水素ガス切断技術が開発さ
れた。この酸水素ガス切断技術は、ＣＯ₂やすすが発生
せず、ガス代を削減できる特徴を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、酸水素
ガスを用いた酸水素ガス切断技術やピアッシング技術に
おいては、未だ各ガスの流量等の切断作用に与える影響
などに関して十分な研究が進んでいるとはいえず、アセ
チレンガスやＬＰＧを用いた従来技術と比べてみても、
切断速度等において見劣りするといった弱点があった。
本発明は、このような従来の技術的事情に鑑みて開発し
たもので、切断速度やピアッシングにかかる作業時間及
び切断面の品質等においても、従来のガス切断技術と比
べて遜色のない酸水素ガス切断技術ないし酸水素ガスピ
アッシング技術を提供することを目的とするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、予熱用の酸水素ガスと酸素ガスの流量及び切断ガス
としての酸素ガスの流量を変えながら幾多の比較実験を
繰返し探究したところ、予熱用の酸水素ガスの酸素ガス
に対する流量比が小さすぎると切断面の下部がえぐられ
るようになり、その比が小さくなるにつれて、更にえぐ
られる程度が進んで、切断面の品質を低下させる原因に
なることが判明した。逆に、酸水素ガスの酸素ガスに対
する流量比が大きすぎると、予熱作用が弱くなり、切断
面の上部に多くのノロが発生して、同様に切断面の品質
を低下させる原因になることが判明した。これらの実験
結果に基づき、切断面の下部がえぐられる程度を抑え
て、切断面の品質を維持する観点から、少なくとも予熱
用として供給する酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量の
略２倍以上に設定することが必要であることが判った。
この点に着目して、酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量
の略２倍以上に設定する点を請求項１〜５に係る切断技
術の共通の要件とした。

【０００５】すなわち、請求項１〜４に係る酸水素ガス
切断方法では、切断時における酸水素ガスの流量を酸素
ガスの流量の略２倍以上に設定することを共通の要件と
し、請求項２では、その酸水素ガスの流量を略７００Ｎ
Ｌ／ｈ以上、請求項３では、酸水素ガスの流量を酸素ガ
スの流量の略７倍以下に設定し、請求項４では、ワーク
の板厚に応じて切断ガスの流量を調整するという技術手
段を採用した。また、請求項５に係る酸水素ガス切断装
置では、火口に供給する酸水素ガス、酸素ガス、切断ガ
スに関するそれぞれの流量を調節する流量調節装置を備
え、その流量調節装置を介して切断時における酸水素ガ
スの流量が酸素ガスの流量の略２倍以上になるように設
定したことを要件としている。

【０００６】一方、前記酸水素ガス切断装置を使用した
ピアッシング作業に関する実験に基づいて、ピアッシン
グ時における酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量より大
きく設定すれば、例えばプロパンガス等を用いた従来の
ピアッシング技術と比べて遜色のない作業速度が得られ
ることが判明した。そして、このピアッシング作業にお
いては、作業後のピアッシング面の品質は殆ど問題にな
らないことから、そのピアッシング時の酸水素ガスの流
量を酸素ガスの流量より大きく設定する点を請求項６〜
１１に係るピアッシング技術の共通の要件とした。

【０００７】すなわち、請求項６〜１０に係るピアッシ
ング方法では、ピアッシング時における酸水素ガスの流
量を酸素ガスの流量より大きく設定することを共通の要
件とし、請求項７では酸水素ガスの流量を略１０００Ｎ
Ｌ／ｈ以上、請求項８では、酸水素ガスの流量を酸素ガ
スの流量の略１．５倍以上に設定し、さらに請求項９で
は、酸水素ガスの流量及び酸素ガスの流量を切断時より
も大きく設定し、請求項１０では、ワークの板厚に応じ
て切断ガスの流量を調整するという技術手段を採用し
た。また、請求項１１に係る酸水素ガス切断装置では、
火口に供給する酸水素ガス、酸素ガス、切断ガスに関す
るそれぞれの流量を調節する流量調節装置を備え、その
流量調節装置を介して酸水素ガスの流量が酸素ガスの流
量より大きくなるように設定してピアッシングすること
を要件としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、予熱ガスとして水を電
気分解して得られる酸水素ガスを酸素と混合して使用す
る。その予熱ガスの火口部分における混合条件として、
切断時には酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量の略２倍
以上に、またピアッシング時には酸水素ガスの流量を酸
素ガスの流量より大きく設定するものであれば、従来か
ら知られている種々のタイプの火口に広く適用すること
ができる。また、同時に複数の火口に対して適用するこ
とも可能である。酸水素ガス発生装置としては、酸素と
水素とを混合した状態で発生するタイプのものでも、酸
素と水素とを分離した状態で発生するタイプのものでも
よい。後者のタイプの場合には、火口の噴出口までの経
路中の適宜の部位において両者を混合するようにしても
よいし、前記酸水素ガス発生装置で発生した酸素を他の
酸素ボンベ等から補給される酸素と混合した後に、水素
と混合させるようにしてもよい。なお、酸水素ガスに対
して、火炎の着色等のためにノルマルヘキサン等を添加
することも可能である。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に関して
説明する。図１は本発明に係る酸水素ガス切断装置に関
する実施例の要部を示した概略構成図である。図示のよ
うに、火口１の中央部には、高圧の酸素ガスからなる切
断ガスの流路２が形成されており、その先端部に切断ガ
ス噴射口３が形成されている。また、流路２のまわりに
は酸水素ガスと酸素ガスを混合させた予熱ガスの流路４
が形成されており、その先端部に予熱ガス噴射口５が形
成されている。そして、前記予熱ガス噴射口５から噴射
される酸水素ガスと酸素ガスとを混合した予熱ガスは、
燃焼しながら予熱炎を形成し、その予熱炎によってワー
クの切断部の近傍を燃焼温度に加熱する。また、その燃
焼温度に加熱されたワークの予熱部分に対しては、前記
切断ガス噴射口３から高圧の酸素ガスからなる切断ガス
が噴射される。この切断ガスにより、燃焼温度に加熱さ
れた前記予熱部分が酸化反応を起こし、その酸化反応熱
によって溶融された部分及び酸化物を除去しながら切断
溝を形成して切断することになる。

【００１０】前記流路２は、供給管６を介して酸素ボン
ベ７に接続され、その経路中には圧力調整器８及び流量
調整バルブ９が配設されている。また、前記流路４は、
供給管１０を介して前記酸素ボンベ７に接続され、その
経路中には圧力調整器１１及び流量調整バルブ１２が配
設されている。さらに、流路４は、供給管１３を介して
酸水素ガス発生器１４が接続され、その経路中にはレギ
ュレータタンク１５、圧力調整器１６及び流量調整バル
ブ１７が配設されている。以上のように、それぞれのガ
スの流量は、流量調整バルブ９，１２，１７によって調
整し得るように構成されている。本実施例における予熱
ガスは、火口１に形成された流路４の上部において、供
給管１３を介して酸水素ガス発生器１４から供給される
酸水素ガスと供給管１０を介して酸素ボンベ７から供給
される酸素とを混合して形成するように構成されてお
り、その酸水素ガスと酸素ガスとの混合比は、流量調整
バルブ１７及び１２によって調整し得るように構成され
ている。なお、酸水素ガスに関しては、本実施例では酸
水素ガス発生器１４において水を電気分解して酸素と水
素が混合した状態で発生するように構成されており、除
湿後必要に応じてレギュレータタンク１５で火炎の着色
等のためにノルマルヘキサンなどを加えて火口１へ供給
される。

【００１１】しかして、前記流量調整バルブ１２及び１
７によって流量比すなわち混合比が調整された酸水素ガ
スと酸素ガスからなる予熱ガスは、流路４を経て予熱ガ
ス噴射口５から噴射され、図示のように予熱炎１８を形
成してワーク１９の切断部近傍を予熱する。他方、流路
２には、酸素ボンベ７から流量調整バルブ９により流量
が調整された酸素が高圧の切断ガスとして供給され、切
断ガス噴射口３から直線状の切断炎２０を形成する。こ
の切断炎２０により、予熱炎１８により燃焼温度に加熱
された予熱部分に酸化反応を起こし、その酸化反応熱に
よって溶融された部分及び酸化物を除去しながら切断溝
を形成して切断していくことになる。

【００１２】次に、前記火口１を用いてガス切断を行っ
た場合の各ガスの流量と切断品質との関係に関して説明
する。表１は、板厚が１６ｍｍ、２５ｍｍ、３６ｍｍ、
５０ｍｍの鋼材を切断した場合における各ガスの流量と
切断品質との関係を示した実験結果である。なお、各ガ
スの流量表示おけるＮＬは０℃１気圧の状態に換算した
場合の体積（リットル）を示す。また、切断品質におけ
る「×」は切断面の品質が相当悪く、実用上の支障があ
り使用に堪えられない程度の切断品質を示す。「△」は
切断面の品質があまりよいとはいえないが、実用上、一
応使用が可能な程度の切断品質を示す。「○」は切断面
の品質が良好な場合を示す。「◎」は切断面の品質が特
に良好な場合を示す。また、流量比は酸水素ガス流量の
酸素流量に対する倍率を示したもので、両ガス体の混合
比を意味する。

【表１】

【００１３】以上の実験結果によって、流量比が小さす
ぎても大きすぎても切断品質が低下し、使用に堪えない
評価×の状態に至ることが判明した。すなわち、前述の
ように、流量比が小さい場合には、切断面の下部がえぐ
られるようになり、その比が小さくなるにつれ、えぐら
れる程度が更に進んで切断面の品質を低下させる原因に
なることが判明した。逆に、流量比が大きくなると、予
熱作用が弱くなり、切断面の上部に多くのノロが発生し
て、同様に切断面の品質を低下させる原因になることが
判明した。具体的には、流量比が略２〜７倍程度が適当
であることが判明した。また、酸水素ガスの流量が７０
０ＮＬ／ｈ以上では評価△となり、実用上、一応使用が
可能な程度の切断品質が得られることが判明した。さら
に、切断ガスの流量を増やせば切断速度を上げられるこ
とから、ワークの板厚の増加に応じて切断ガスの流量を
大きく設定すれば作業効率を向上することも可能であ
る。

【００１４】因みに、表１の実験結果によれば、板厚が
１６ｍｍの場合には、切断速度が４７０ｍｍ／ｍｉｎで
あり、プロパンガスを使用した場合の同等条件における
切断速度３９０ｍｍ／ｍｉｎ程度と比べて作業効率が良
好である。同様に、板厚が２５ｍｍの場合には、プロパ
ンガスを使用した場合の３６０ｍｍ／ｍｉｎ程度に対し
て４３０ｍｍ／ｍｉｎ、板厚が３６ｍｍの場合には、プ
ロパンガスを使用した場合の３００ｍｍ／ｍｉｎ程度に
対して３８０ｍｍ／ｍｉｎ、板厚が５０ｍｍの場合に
は、プロパンガスを使用した場合の２６０ｍｍ／ｍｉｎ
程度に対して３３０ｍｍ／ｍｉｎとの作業効率に関する
良好な結果が得られた。

【００１５】表２は、前記火口１を用いてピアッシング
を行った場合の実験結果を示したもので、板厚が１６ｍ
ｍ、２５ｍｍ、３６ｍｍ、５０ｍｍの鋼材をピアッシン
グした場合における各ガスの流量とピアッシング作業に
かかるピアス時間との関係を示したものである。ここ
で、ピアス時間とは、当該ピアッシングのための予熱時
間を含む。なお、各ガスの流量表示おけるＮＬは０℃１
気圧の状態に換算した場合の体積（リットル）を示す。
また、流量比は酸水素ガス流量の酸素流量に対する倍率
を示したもので、両ガス体の混合比を意味する。本実験
では、その流量比を１以上、すなわちピアッシング時に
おける酸水素ガスの流量を酸素ガスの流量より大きく設
定した条件の下で行った。

【表２】

【００１６】このピアッシング作業においては、切断作
業時のように切断面の品質が問題になることは少なく、
作業効率の観点から作業にかかるピアス時間が重要であ
る。この観点から表２の実験結果を考察すれば、板厚が
１６ｍｍの場合のピアス時間は３０ｓｅｃ以下であり、
プロパンガスを使用した場合の同等条件におけるピアス
時間３６ｓｅｃ程度と比べて良好な結果が得られた。同
様に、板厚が２５ｍｍの場合には、プロパンガスを使用
した場合の５１ｓｅｃ程度に対して４０ｓｅｃ以下、板
厚が３６ｍｍの場合には、プロパンガスを使用した場合
の８０ｓｅｃ程度に対して５０ｓｅｃ以下、板厚が５０
ｍｍの場合には、プロパンガスを使用した場合の１２０
ｓｅｃ程度に対して９０ｓｅｃ以下と、それぞれの板厚
において良好な結果が得られた。すなわち、本実験結果
により、ピアッシング時における酸水素ガスの流量を酸
素ガスの流量より大きく設定した場合には、従来のピア
ッシング技術に比べて遜色のない作業速度が得られるこ
とが判明した。

【００１７】さらに、本実験結果から明らかのように、
切断ガスの流量が一定でも、酸水素ガスの流量を大きく
すれば、燃焼カロリーが増えてピアス時間を短縮するこ
とができる。しかし、それぞれの作業条件に応じて最適
値が存在し、その最適値より酸水素ガスの流量を大きく
しても、酸素量の不足が生じてピアス時間を効果的に短
縮することはできない。また、逆に酸水素ガスの流量が
前記最適値より小さい場合には、酸素ガスが余って無駄
が生じることになる。このような観点から、最適値の目
安として流量比の前に○印を付した。これによれば、各
板厚においてほぼ同様の酸水素ガスの流量及び流量比か
らなる最適値が得られることが判る。なお、酸水素ガス
の流量が１０００ＮＬ／ｈの場合は最適値ではないが、
酸素ガスの余剰量も少なく安定的な予熱燃焼が得られる
ことから、実用的な酸水素ガスの流量としては、略１０
００ＮＬ／ｈ以上が適当である。また、酸水素ガス流量
の酸素流量に対する流量比に関しては、略１．５倍以上
が適当である。さらに、前述のようにピアッシングにお
いては切断面の品質があまり問題にならないことから、
酸水素ガスの流量及び酸素ガスの流量を切断時よりも大
きく設定しても実用上の支障は生じない。また、切断ガ
スの流量を増やせば切断速度を上げられることから、ワ
ークの板厚に応じて切断ガスの流量を調整すれば作業効
率を更に向上することも可能である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、次の効果を得ることが
できる。 （１）水を電気分解して得られる酸水素ガスを用いたの
で、アセチレンガスやＬＰＧなどの従来の燃料を用いる
場合に比較して、炭酸ガスやすすの発生を回避できるメ
リットがある。 （２）切断時に予熱用として供給する酸水素ガスの流量
を酸素ガスの流量の略２倍以上に設定したので、切断面
の下部がえぐられる程度を実用上の支障がない程度に抑
えながら作業速度を向上することが可能である。したが
って、加工面の質を維持しながら作業効率を向上するこ
とができる。 （３）切断作業における酸水素ガスの酸素ガスに対する
流量比を略７倍以下に設定すれば、実用上の支障がない
程度の切断品質が得られるとともに、切断速度に関して
も、例えばプロパンガスを使用した従来の場合に比べて
向上できる。 （４）切断作業における酸水素ガスの流量を略７００Ｎ
Ｌ／ｈ以上にすれば、同様に、実用上の使用が可能な程
度の切断品質が得られるとともに、切断速度に関して従
来の場合に比べて向上できる。 （５）ピアッシング時に予熱用として供給する酸水素ガ
スの流量を酸素ガスの流量より大きく設定したので、炭
酸ガスやすすの発生を回避できるばかりでなく、従来技
術に比べて遜色のない作業速度が得られる。 （６）ピアッシング時における酸水素ガスの流量を略１
０００ＮＬ／ｈ以上に設定すれば、酸素ガスの余剰量も
少なく安定的な予熱燃焼が得られる。 （７）ピアッシング時における酸水素ガス流量の酸素ガ
ス流量に対する流量比を略１．５倍以上に設定すれば、
更に良好な予熱燃焼が得られる。 （８）ワークの板厚に応じて切断ガスの流量を調整すれ
ば、板厚に対応した作業効率の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る酸水素ガス切断装置に関する実
施例の要部を示した概略構成図である。

【符号の説明】

１…火口、２…切断ガスの流路、３…切断ガス噴射口、
４…予熱ガスの流路、５…予熱ガス噴射口、６…供給
管、７…酸素ボンベ、８…圧力調整器、９…流量調整バ
ルブ、１０…供給管、１１…圧力調整器、１２…流量調
整バルブ、１３…供給管、１４…酸水素ガス発生器、１
５…レギュレータタンク、１６…圧力調整器、１７…流
量調整バルブ、１８…予熱炎、１９…ワーク、２０…切
断炎

フロントページの続き (72)発明者 北 博直 石川県小松市矢崎町丙25番地 小松シヤリ ング株式会社内 (72)発明者 前川 信一 石川県小松市矢崎町丙25番地 小松シヤリ ング株式会社内 (72)発明者 牧 啓仁 石川県金沢市大豆田本町甲58番地 澁谷工 業株式会社内 (72)発明者 岡田 裕二 石川県金沢市大豆田本町甲58番地 澁谷工 業株式会社内 (72)発明者 三谷 陽一 石川県金沢市大豆田本町甲58番地 澁谷工 業株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水を電気分解して得られる酸素と水素と
   からなる酸水素ガスと、その酸水素ガスに混合され、酸
   水素ガスと共に燃焼してワークを予熱する酸素ガスと、
   ワークの予熱された部分に噴射される切断ガスとにより
   ワークを切断する酸水素ガス切断方法であって、切断時
   における前記酸水素ガスの流量を前記酸素ガスの流量の
   略２倍以上に設定することを特徴とする酸水素ガス切断
   方法。
2. 【請求項２】 前記酸水素ガスの流量を略７００ＮＬ／
   ｈ以上に設定した請求項１に記載の酸水素ガス切断方
   法。但し、ＮＬは０℃１気圧における体積（リットル）
3. 【請求項３】 前記酸水素ガスの流量を前記酸素ガスの
   流量の略７倍以下に設定した請求項１又は２に記載の酸
   水素ガス切断方法。
4. 【請求項４】 ワークの板厚に応じて前記切断ガスの流
   量を調整する請求項１〜３のいずれか一項に記載の酸水
   素ガス切断方法。
5. 【請求項５】 水を電気分解して酸素と水素を生成する
   酸水素ガス発生装置と、その酸水素ガスに混合され、酸
   水素ガスと共に燃焼してワークを予熱する酸素ガスを供
   給する酸素ガス供給源と、ワークの予熱された部分に噴
   射される切断ガスを供給する切断ガス供給源と、それら
   の酸水素ガス、酸素ガス、切断ガスを噴出する火口と、
   該火口に供給する前記酸水素ガス、酸素ガス、切断ガス
   に関するそれぞれの流量を調節する流量調節装置とを備
   え、その流量調節装置を介して切断時における前記酸水
   素ガスの流量が前記酸素ガスの流量の略２倍以上になる
   ように設定したことを特徴とする酸水素ガス切断装置。
6. 【請求項６】 水を電気分解して得られる酸素と水素と
   からなる酸水素ガスと、その酸水素ガスに混合され、共
   に燃焼される酸素ガスとによってワークを予熱し、所定
   時間経過後、ワークの溶融した部分に切断ガスを噴射し
   てピアッシングする酸水素ガス切断装置におけるピアッ
   シング方法において、ピアッシング時における前記酸水
   素ガスの流量を前記酸素ガスの流量より大きく設定する
   ことを特徴とする酸水素ガス切断装置におけるピアッシ
   ング方法。
7. 【請求項７】 前記酸水素ガスの流量を略１０００ＮＬ
   ／ｈ以上に設定した請求項６に記載の酸水素ガス切断装
   置におけるピアッシング方法。但し、ＮＬは０℃１気圧
   における体積（リットル）
8. 【請求項８】 前記酸水素ガスの流量を前記酸素ガスの
   流量の略１．５倍以上に設定した請求項６又は７に記載
   の酸水素ガス切断装置におけるピアッシング方法。
9. 【請求項９】 前記酸水素ガスの流量及び前記酸素ガス
   の流量を切断時よりも大きく設定した請求項６〜８のい
   ずれか一項に記載の酸水素ガス切断装置におけるピアッ
   シング方法。
10. 【請求項１０】 ワークの板厚に応じて前記切断ガスの
    流量を調整する請求項６〜９のいずれか一項に記載の酸
    水素ガス切断装置におけるピアッシング方法。
11. 【請求項１１】 水を電気分解して酸素と水素を生成す
    る酸水素ガス発生装置と、酸水素ガスに混合され、その
    酸水素ガスと共に燃焼してワークを予熱する酸素ガス供
    給源と、ワークを予熱した後、所定時間経過後に予熱部
    分に噴射される切断ガスを供給する切断ガス供給源と、
    それらの酸水素ガス、酸素ガス、切断ガスを噴出する火
    口と、該火口に供給する前記酸水素ガス、酸素ガス、切
    断ガスに関するそれぞれの流量を調節する流量調節装置
    とを備え、その流量調節装置を介して前記酸水素ガスの
    流量が前記酸素ガスの流量より大きくなるように設定し
    てピアッシングすることを特徴とする酸水素ガス切断装
    置。