JP2005537126A5 - - Google Patents

Description

製品流速が減少すると、分離したモジュラーによりシステムに入る熱は急速に減少する。炉の壁部を通った熱の損失は変化しないことから、補助的な熱（予備ヒーターにより与えられる）が、炉を所望の動作温度に維持するために必要となる。この予備ヒーターの入力は、温度の維持を除き、機能的な価値はなく、その大部分は炉の壁を通過して伝搬する回収不能な損失や他の損失となる。要するに、ひとつの製品流速のために適切な大きさをもつひとつの炉筐体は流速が低下したときに、過度の加熱、熱損失をもつことになる。

上記従来技術は多くの価値ある利点や技術的改良があるが、本発明により達成される目的を満たすものではない。

本発明にしたがって、加熱要素、熱交換機、酸素発生モジュール、空気入口、および製品ガス出口を含むタイプの酸素発生システム用の炉筐体は、複数の内部チェンバーを有する炉筐体部材から成る。内部チェンバーは少なくともひとつの酸素発生モジュールを保持する。内部チェンバーのそれぞれは炉筐体部材の外面に形成された開口部を有する。該開口部は、炉筐体部材の面の中央軸にそって一様に分離されている。

図２は、オーブンチェンバー26、オーブン断熱材200、酸素発生モジュール22、オーブンヒーター24、平坦な向流熱交換機32、空気流ダンパー202、およびファン30を描く、セラミック酸素発生システムの断面を示す。向流熱交換機は非常に効率的で、シンプルな低コスト装置である。図２に示されているように、四つの酸素発生モジュール22'、22''、22'''、22''''が酸素発生組立体21を形成する。いかなる数の酸素発生モジュールも使用することができる。酸素発生モジュール22'、22''、22'''、22''''は管23'、23''、23'''により互いに連接されている。出口管25が壁部210を貫通し、高圧の酸素を製品プレナム34および高圧連結器50に与える。

モジュラーオーブンチェンバー
本発明の基本的な概念は、ひとつの大きなものに代えて、いくつかの小さい部分の炉を採用することにより、全システムの効率を改良する。これらは小さなモジュール炉は非常の狭い範囲の製品流速で動作するように、熱的に（熱損失および熱の一様性に関して）最適化される。需要が減少すると、個々の酸素発生モジュール22はパワーを保存するために、低温スタンバイモードに切り換えられる。モジュール炉筐体110の一実施例が図３に示されている。この炉筐体110は互いに独立して動作可能な三つの、加熱されるチェンバー112a、112b、112cを有する。

加熱要素、熱交換機、酸素発生モジュール22、空気入口、および製品ガス出口を含むタイプのガス発生システムのような炉筐体110は複数の内部チェンバー112で形成される炉筐体部材120から成る。内部チェンバー112は少なくともひとつのガス発生モジュール22を保持するようになっており、中間侵入壁部130により分離されている。内部チェンバー112はそれぞれ、炉筐体110の外側表面124に形成された開口部122を有する。開口部122は好適に、炉筐体110の外側表面124の中央軸線126にそって一様に分離されている。

酸素発生モジュール22のようなガス発生要素は、個々の開口部122と通して、選択されたチェンバー112内に取り付けられることで、炉筐体110内に配置される。

図４は図３に示された炉の構成の二次元熱分析の結果を示す。図４に示された分析から分かるように、中央のチェンバー112bが動作している。中央のチェンバー112bと外側のチェンバー112a、112cとの間の比較的薄い中央壁部130は典型的に、十分な断熱を与えない。その結果として、熱の相当部分が非動作チェンバーへの損失となる。この問題は、チェンバー112の間、または炉筐体110の間に、さらに断熱材を加えることにより単に、改善される。

炉筐体110の壁部118は、ガス発生器の動作温度の安定性を維持するために選択された適切な断熱材から作られる。

図６に示されているように、炉筐体110は、少なくとも三つの筐体部分140から形成されてもよい。各筐体部分140は少なくとも１つの内部チェンバー112を有するが、内部チェンバーはなくともよく、また二つ以上の内部チェンバーがあってもよい。筐体部分140は好適に、隣接する筐体部分140の外側面または表面142と整合するように形成された外側面142を有する。

要約するに、COGS“モジュール”はオーブンインサートまたは筐体（断熱材、加熱要素、熱交換機、空気入口、製品ガス出口を含む）内にあるいくつかのセラミック酸素発生要素または一体的マニフォルドおよび管モジュール（IMAT）からなる。各モジュールはあるレベルの電力消費で、特定の量の酸素を生成する。酸素発生システムは、ピーク酸素フロー条件、システムサイズ条件、電力消費条件に依存する複数のモジュールからなる。

酸素発生要素にそって炉筐体をモジュール化する本発明は以下の利点を有する。
a．温度の一様性および制御：セラミック酸素発生要素を含む筐体がより大きくなり、複数のモジュラーを含み、筐体内の温度勾配は大きくなり、制御が難しくなる。いくつかの小さな筐体を含むようにすると、より正確な制御およびより一様な温度が可能となる。
b．耐故障性：オーブン要素の機能不全の場合、機能不全を含むモジュールが停止しても、他のモジュールは作動している。他のモジュールは、ひとつのモジュールの停止を補償するために、標準モードで動作することもより高い出力モードで動作することもできる。
c．低流動での改良された効率：断熱された筐体の壁部を通過する熱の伝導は電力消費の主要な点である。ピークフローの一部が必要である場合、ひとつの筐体装置に対して全システムの熱損失を減少させるために、ひとつ以上のオーブンモジュールを停止させることができる。

【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１はモジュールセラミック酸素発生器の形態をもつ電気化学的酸素発生器を利用する全酸素発生システム10を示す。
【図２】図２はオーブン、断熱材、モジュール、ヒーター、平坦な向流熱交換機、空気流ダンパーおよびファンをもつセラミック酸素発生システムの断面を略示する。
【図３】図３は本発明のオーブンチェンバーモジュールの斜視図である。
【図４】図４は等しい温度勾配線が示された図３のオーブンチェンバーモジュールの平面図である。
【図５】図５は中間壁部に形成された断熱材のためのチェンバーをもつ本発明の他の実施例の平面図である。
【図６】図６は少なくとも三つの筐体部分をもつモジュールの他の斜視図である。