JP2006142185A - 可燃・爆発性ガス消滅装置および可燃・爆発性ガス消滅システム - Google Patents

Abstract

【課題】ガス発生源から発生する所定の可燃・爆発性ガスを、排気管路を介して外部に導き、大気中に放散することなく、発生源至近で分解消去して、ガス爆発の危険性を削減し爆発事故を未然回避する。
【解決手段】所定の可燃・爆発性ガスを吸入するガス吸入口２１と、触媒反応熱冷却用の空気を導入する空気吸入口２２と、ガス整流部２４と、負圧吸引口２５ａを有した処理済ガス排出部２５と、ガス整流部２３と処理済ガス排出部２５との間に形成された触媒反応部２４とを設けた構造となっており、吸入した可燃・爆発性ガスが、吸入した空気とともにガス整流部２４で整流され、触媒反応部２３に送り込まれ、その可燃性ガスが触媒反応部２３内で完全に酸化促進され、可燃性ガス消去後の気体が処理済ガス排出部２５に送り込まれ、負圧吸引口２５ａから装置外部に放出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、水素ガス等の可燃・爆発性ガスを分解消去する可燃・爆発性ガス消滅装置およびそのシステムに関するものである。

従来、各種産業機器装置から発生する可燃・爆発性ガスは、排気ラインを設けて屋外に導き大気中に放散する排気手段が一般的であった。例えば、水道浄水場においては、水の塩素消毒を行うための塩素剤を電解装置で生成しているが、そのとき副産物として発生する電解ガスである水素ガスは、空気により希釈させながら配管を通じて屋外に排出している。

ところが、この種の可燃性ガス処理方法では、希釈された水素ガスがガス発生源から大気に放散するまでの配管路内に常時、或いは間欠的に存在するため、配管内での爆鳴気の発生または地震や老朽化による配管路ガス洩れの危険性があり、そのため多様な原因による爆発の可能性があり、完全に爆発を回避できるものではなく、事故災害事例もあった。

なお、上記従来の水素ガス処理方法は、水道浄水場においては一般的であるが、文献技術としては見つかっていない。

本発明は、このような事情を考慮して提案されたもので、その目的は、水素ガスなどの所定の可燃・爆発性ガスを、配管を介して大気中に放散したり希釈したりすることなく分解消去して、ガス爆発の危険性を回避した可燃・爆発性ガス消滅装置および可燃・爆発性ガス消滅システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の可燃・爆発性ガス消滅装置は、装置本体の外殻を有し、所定の可燃・爆発性ガス発生源から負圧吸引によって取り込んだガスを、本体外殻の内部で触媒反応させて、可燃性ガス消去後の気体を外部に排出する可燃・爆発性ガス消滅装置であって、次のような構成となっている。
すなわち、本発明装置は、所定の可燃・爆発性ガスを吸入するガス吸入口と、触媒反応熱冷却用の空気を導入する空気吸入口と、ガス整流部と、負圧吸引口を有した処理済ガス排出部と、ガス整流部と処理済ガス排出部との間に形成された触媒反応部とを設けた構造となっており、ガス吸入口から吸入した可燃・爆発性ガスは、空気吸入口から吸入した空気とともにガス整流部で整流され、触媒反応部に送り込まれ、その可燃・爆発性ガスは触媒反応部内で酸化促進され、可燃・爆発性ガス消去後の気体は、処理済ガス排出部に送り込まれ、負圧吸引口から装置外部に放散されることを特徴としている。

請求項２では、請求項１において、触媒反応部がガス整流部と処理済ガス排出部とを分離する触媒層として形成されていることを特徴とする。

請求項３では、請求項１または２において、触媒反応部は、粒状または顆粒状の触媒を充填させた、ガス透過性の触媒容器を複数、多段状に設けてなり、ガス整流部を、多段状の各触媒容器の上流側に分離積層配置させている。

請求項４では、請求項１〜３のいずれかにおいて、処理済ガス排出部に滞留した処理済の気体を排出する、逆止弁を設けたオリフィス形状の緊急排気口をさらに備えている。

請求項５では、請求項４において、緊急排気口が異常検知用の気体流量検知器を備えていることを特徴としている。

請求項６では、請求項１〜５のいずれかにおいて、触媒反応部と処理済ガス排出部との間に通気性のある仕切り板を介在させていることを特徴としている。

請求項７に記載の可燃・爆発性ガス消滅システムは、請求項１〜６のいずれかに記載の可燃・爆発性ガス消滅装置と、負圧吸引口に接続され、可燃・爆発性ガス消去後の気体を吸引し排出するための負圧発生吸引装置とを含んで構成されている。

請求項１〜７に記載の可燃・爆発性ガス消滅装置およびシステムは、可燃・爆発性ガス発生源から発生するガスを至近即座に吸入し、内部に設けた触媒反応部でガスを酸化促進する構成となっているので、爆鳴気の発生やガス洩れをその根元から排除することができる。
また、本発明によれば、装置内に空気も吸入しているため、空気によって可燃・爆発性ガスが装置内で整流されるとともに、空気流により迅速にガスを触媒層に送り込むことができる。そして、この吸入空気により、反応により高熱化しようとする触媒を冷却し、触媒や装置全体の発熱を防止することができる。

請求項２では、触媒反応部がガス整流部と処理済ガス排出部とを分離するように形成されているため、可燃・爆発性ガスや空気が触媒層以外をブレークスルー等で通過してしまうことがなく、そのため、ガス整流部ではガスが十分に整流され、また処理済ガス排出部には負圧安定空間を作り出すことができる。そして、可燃・爆発性ガスや空気は確実に触媒層を均等に通過するため、酸化も冷却も効率よく行われる。

請求項３では、触媒を充填させたガス透過性の触媒容器を複数、多段状に重ね、多段状の各触媒容器の上流側にガス整流部を配置させているので、ガスの酸化をいずれかの触媒反応部でさせる冗長性も有する。またガス整流部の作用により、それぞれの触媒層に対してガスや空気を分散させて均等供給させることができる。特に、触媒層にガス道ができてしまい酸化されないままガスが通り抜けてしまっても、その未処理のガスを下流側（上段）の触媒反応部で分解させることができる。
また、多段触媒層を複数の触媒容器で構成しているため、長期使用などでの顆粒触媒の圧密による圧損発生を未然防止することができる。また触媒容器は、比較的浅めの同一のものを利用することができる。
さらに、触媒容器やガス整流空間を形成するための整流板は、ガス消滅装置内に対して装入、取り出しが容易にできるようになっているため、洗浄などには使い勝手がよく、また装置の分解点検も簡単に行える。

請求項４では、逆止弁を有したオリフィス形状の緊急排気口を備えているので、負圧吸引口から負圧排気ラインにガスが排出されない不測の事態が発生しても、緊急排気口から可燃性ガス消去後の気体を自然に排出させることができる。

また請求項５では、緊急排気口が異常検知用の気体流量検知器を備えているので、緊急排気口から気体が排出されていることを検知した場合には即座に運転を停止し、或いは異常発生を報知することができる。

請求項６では、触媒反応部と処理済ガス排出部との間に通気性のある仕切り板を介在させているので、適切な圧密性と同時に触媒が負圧吸引により処理済ガスといっしょに同伴排出されたり、負圧安定空間で浮遊したりすることがなく、より安定した機能を長期保障できる。

以下に、本発明の実施の形態について、添付図面とともに説明する。以下の実施例では、水道浄水場における塩素剤生成用の塩水などの電解装置から発生する水素ガスの分解装置について説明しているが、これに限定されず、他の産業機器装置や他の爆発・可燃性ガスに対するものであってもよい。また、爆発・可燃性ガスとしては、例えば一酸化炭素や、アセチレン、メタンなどの有機系ガスが挙げられる。

図１は、本発明の可燃・爆発性ガス消滅システムの構成例を示す図である。この例は、水道浄水場における塩素剤生成用の電解装置から発生する水素ガスを分解し無害化するシステムを示したものである。なお、図中の各装置を結ぶ線は、ガスや液体の配管を示している。
水道浄水場では、水道法で定められている塩素消毒をフルタイムで実施しており、そのため塩素剤の注入がノンストップで実施されている。図１に示した装置１はその塩素剤を生成するための塩水などの電解式次亜塩素酸生成装置１（以下、電解装置という）であって、装置内に供給された塩水等を電解することによって、電解処理液である塩素剤を取り出すようにしたものである。

この電解装置１は、塩素剤の生成と同時に水素ガスを副産物として生成する。本発明では、可燃・爆発性ガス消滅装置２をガス発生源である電解装置１の至近位置に設置し配管接続し、発生する水素ガスを負圧吸引によりガス消滅装置２に吸入し、装置内の低温触媒の作用による酸化還元反応により、水素ガスを酸化促進することで即座に安全な湿度を含む空気にすることを可能としたものである。
可燃・爆発性ガス消滅装置２への水素ガス供給は、ブロア４からの空気を駆動空気として負圧発生吸引装置３を稼動させて擬真空状態を作り、エゼクタ効果により吸引させるようにしたものである。また、可燃・爆発性ガス消滅装置２には、外部空気も水素ガスとともに吸引している。

次に、水素ガス発生から、水素ガスを酸化し水素ガス消去後の気体を排出するまでの流れと、触媒の発熱防止について説明する。
電解装置１（電解槽）に電解液を送り込んで電解が開始すると、電解処理液が生成され、その電解処理液は、電解処理液管路を介して取り出される。このとき、電解処理液の自由液面から電解副生成物として電解ガス（水素ガス）が液中から気中に分離する。
この水素ガスは、負圧発生吸引装置３の駆動により可燃・爆発性ガス消滅装置２に即座に吸入され、同時に吸入された外部空気とともに整流され、装置内にあらかじめ充填させた触媒層２４に送り込まれ、触媒により酸化され、水蒸気化し、その水蒸気をともなった可燃性ガス消去後の気体（湿度の高くなった空気）は、負圧発生吸引装置３により吸引され、外殻から排出されて負圧発生部二次側から外部に開放される。
この触媒反応は熱の発生をともなうものであり、発生熱が蓄積されていくと触媒は数１００℃に達するが、本発明装置では、水素ガスと同時に吸入された空気が、酸化反応によって発熱しようとしている触媒層２４を冷却して、熱の蓄積を防止するようにしている。

以上のように、電解装置１から発生する水素ガスは、発生から即座に可燃・爆発性ガス消滅装置２によって酸化促進されるため、水素ガスが希釈された状態で残留することがなく、そのためガス爆発の危険性は回避される。
また、触媒反応による発生熱も、水素ガスと同時に送り込まれた空気により冷却されるため、触媒やガス消滅装置２が高温となることを防止することができる。また、容器に温度検知器（不図示）を取り付ければ、触媒の劣化や潜在する要因での異変を早期に察知検出することができる。
また図示するように、可燃・爆発性ガスや空気のブレークスルーを塞いでガス吸入側２ａ（ガス整流部２４）と排出側２ｂ（処理済ガス排出部２５）を分離するように触媒層２４を配置すれば、吸入側２ａでは吸入された空気によりガスが十分に整流され、また排出側２ｂは負圧安定空間となり得る。また、爆発・可燃性ガスや空気は確実に触媒層２４を通過するため、水素ガスの酸化促進も触媒層の冷却も効率よく行われる。このとき外殻内の外周壁側に空気を多く通過させることもできる。

図２は、上記可燃・爆発性ガス消滅システムで利用される可燃・爆発性ガス消滅装置２の内部構造を示した図である。（ａ）は装置内部を透過的に示した外観斜視図であり、（ｂ）は装置底面図である。このガス消滅装置２は、図示するように例えば円筒形状をしている。
可燃・爆発性ガス消滅装置２の底部には、可燃・爆発性ガスを取り込むためのガス吸入口２１と、冷却用の空気を取り込むための空気吸入口２２とが設けられており、上部側面には負圧発生吸引装置３から処理済ガスを吸引するための負圧吸引口２５ａが設けられている。また、装置２の上部には緊急排気口２６が設けられている。
一方、装置２の内部には、触媒反応部２３を階層的に多段（この例では３段）状に分離させて設けており、各触媒反応部の上流（下段）側にはガス整流部２４を配置している。また、最下流（上段）の触媒反応部２３の上方の負圧安定空間と、上述の負圧吸引口２５ａとを含んで処理済ガス排出部２５を構成している。

図３は、装置２の内部をさらに詳細に示した図であり、内部構造の断面を模式的に示したものである。
この装置２の外殻は、内部にガス反応空間を有した円筒状の外筒Ａと、ガス吸入口２１および空気吸入口２２を有した底板Ｂと、緊急排気口２６を有した天板Ｃとからなる。装置内部に触媒を容器ごと装入、取り出しできるようにするため、少なくとも天板Ｃは別体であり、ネジ止めにより外筒Ａと固着できるようになっている。また、装置内部の洗浄を容易にするため、底板Ｂも別体とするほうが望ましい。
また、外筒Ｂの内壁面の下部には、後述する最下段整流板２４ａを載置するための載置台Ｄが設けられている。この載置台Ｄは、外筒Ｂの内壁面の数箇所に突起として成型してもよいし、ダボを数箇所に差し込めるようにしてもよい。また、装置内に段差を設けてもよいし、段差ができるように外筒Ｂの内径より小さめの上下が開口した載置台用の円筒を挿入してもよい。

ついで、内部空間に設けられた多段構成の触媒反応部２３、ガス整流部２４および処理済ガス排出部２５の詳細について説明する。

まず、装置内の載置用載置台Ｄには、最下段の整流板２４ａ（＃１）が載置される。この整流板２４ａは、電解ガスや冷却用空気を通すための複数の整流孔２４ｂを有しており、載置台Ｄに載せ置くことができるよう外筒Ａの内径に概ね合致した円板形状をしている。また、その上方に触媒容器２３ａを載置したとき整流空間２４ｃが確保できるように、板の周縁には所定の高さの壁面あるいは複数の起立板を有している。つまり、この周縁壁あるいは複数の起立板が触媒容器２３ａ用の載置台となる。
この整流板２４ａ（＃１）の上方には、顆粒状の触媒を収容し上方が開口した鍋状の触媒容器２３ａが載置される。触媒容器２３ａの底部には、電解ガスや冷却用空気を通し、かつ顆粒状の触媒が落下しない程度の大きさの複数の通気孔２３ｂを有している。また、触媒容器２３ａの周囲壁は、その上方に直接、次の整流板２４ａ（＃２）を載置するための載置台となり、外筒Ａの内壁面と接している。触媒容器２３ａ内の空間には触媒２３ｃが収容されている。触媒２３ｃを収容した状態では、容器２３ａに収容された触媒２３ｃにより形成された触媒層と容器２３ａの上方に載置する整流板２４ａとの間に、ガス通過空間２３ｄが形成されている。この場合の整流板の細孔分布は容量により多様である。

容器内に充填する触媒２３ｃとしては、白金、パナジウムなどの貴金属触媒または金属酸化物触媒を表面に吹き複合コーティングした顆粒状の低温触媒が使用される。ハニカム（蜂の巣）構造のものでもよいが、酸化還元反応を起こす触媒表面の表面積をできるだけ大きくして、より効率的に触媒反応を完結させるようにした顆粒触媒を使用するほうが望ましい。

以上のような整流板２４ａと触媒容器２３ａの組み合わせを、さらに積み重ねて多段状にする。ただし、最上段の触媒容器２３ａ（＃３）には、触媒２３ｃを収容した触媒層表面に直接接するような、複数の通気孔２７ｂを有した落し蓋２７（仕切り板）を載せ置くようにする。
このような通気性のある仕切り板２７を触媒層の上に置けば、顆粒触媒が吸引力によって処理ガスといっしょに排出されたり、負圧安定空間２５で浮遊したりすることがなく、蓋の自重による圧密適正により長期安定した反応完結が保障される。

次に、水素ガスの酸化反応について説明する。
ガス吸入口２１から吸入された水素ガスは、同時に空気吸入口２２から吸入された空気とともに、整流板２４ａの整流孔２４ｂを通って整流され、触媒容器２３ａの通気孔２３ｂから進入して触媒層２３ｃに到達する。
触媒層内では、顆粒触媒の表面に吸着している活性酸素が、触媒層２３ｃに到達した水素ガスとの間で酸化還元反応を起こし、水蒸気が発生する。つまり、水素ガスは酸化される。触媒表面の活性酸素は、空気中の酸素分子が触媒反応により吸着するものであるため、装置内に触媒を収容したときにはすでに活性酸素は吸着している。また、冷却用の空気が送り込まれれば、その空気中の酸素も活性酸素となり得る。反応式としては2H２+O２→2H2Oの如く示される。

こうして、水素ガスは触媒反応により分解されるが、ときとして触媒層２３ｃにはガスが通過するガス道ｇができてしまうことがある。そのような場合には、水素ガスの多くは、通過抵抗の少ないガス道ｇを通過してしまい、ガスは触媒層全体に行き渡らず分解効率は低下するが、触媒反応部２３が多段状となっているため、未処理の水素ガスはさらに上段の触媒反応部２３で分解され得る。
このように水素ガスは分解、消去され、触媒冷却用として送り込まれた空気や発生した水蒸気が負圧安定空間２５ｂに入り込んで、そのような処理済ガスはそのまま負圧吸引口２５ａから吸引され、後述する負圧発生吸引装置３の負圧発生部３１（図４参照）を経由して外部に放散される。

以上のように、図２のガス消滅装置２は多段の触媒層で水素ガスを分解、消去する内部構成であるため、触媒の量や触媒反応部の段数、ガスの通過断面積、吸入空気量、負圧吸引力などを調整することにより、水素ガスを完全に消滅させることができる。すなわち、爆鳴気の発生やガス洩れの根本要因を排除することができ、その結果、可燃・爆発性ガスによるガス爆発を防止することができる。
また、多段触媒層を複数の触媒容器で構成しているため、触媒の経時圧密による圧力損失発生を防止することができる。また触媒容器は、比較的浅めの同一のものを利用することができる。
さらに、触媒容器２３ａや整流板２４ａは、装置内に対して装入、取り出しが容易にできるようになっているため、使い勝手がよく、容器内の定期分解点検も簡単に行える。

次に、装置天板Ｃに設けた緊急排気口２６について説明する。
この緊急排気口２６は、逆止弁２６ｂを備えたオリフィス形状管で構成されている。この排気口２６により、不測の事態で負圧排気ラインが閉塞した場合でも、可燃性ガス消去後の気体を装置上部から自然に放出することができる。また、逆止弁２６ｂは、正常時に外気が負圧吸入されないために設けられている。
また、緊急排気口２６の管出口に気体流量検知器２６ｃを設置することにより、負圧排気ライン閉塞など不測時態により異常放出が行われたことを検出することができるからインターロッキング機能で運転を緊急停止するなどができる。

図４は、可燃性ガス消去後の気体の負圧吸引方法を示した概念図である。
負圧発生吸引装置３は、エゼクタ装置（負圧発生部）３１と風量検知器３２とを備えている。エゼクタ装置３１は、ブロアから送られてくる空気の気流によるエゼクタ作用により装置内に擬真空状態を作り、可燃性ガス消滅装置２から処理済ガスを負圧吸引する。また、風量検知器３２は風量不足を検知して、報知、緊急停止するために設けられている。なお、図中の３３は緊急停止用接点、３４はバイパス管を示している。

本発明の可燃性ガス消滅システムのシステム構成を示した図である。 本発明の可燃性ガス消滅装置の内部構造を示した図であり、（ａ）は装置内部を透過的に示した外観斜視図、（ｂ）は装置底面図を示している。 図２で示した可燃性ガス消滅装置の内部構造断面模式図である。 可燃性ガス消去後の気体の負圧吸引方法を示した概念図である。

符号の説明

１ 電解装置
２ 可燃・爆発性ガス消滅装置
２１ ガス吸入口
２２ 空気吸入口
２３ 触媒反応部
２４ ガス整流部
２５ 処理済ガス排出部
２５ａ 負圧吸引口
２６ 緊急排気口
３ 負圧発生吸引装置
４ ブロア
Ａ 天板
Ｂ 外筒
Ｃ 底板
Ｄ 載置台

Claims (7)

1. 装置本体の外殻を有し、所定の可燃・爆発性ガス発生源から吸引によって取り込んだガスを、上記本体外殻の内部で触媒反応させて、可燃・爆発性ガスを安全な気体にして、負圧発生吸引部を経由しその先から排出する可燃・爆発性ガス消滅装置であって、
   所定の可燃・爆発性ガスを吸入するガス吸入口と、触媒反応熱冷却用の空気を導入する空気吸入口と、ガス整流部と、負圧吸引口を有した処理済ガス排出部と、上記ガス整流部と上記処理済ガス排出部との間に形成された触媒反応部とを備えており、
   上記ガス吸入口から吸入した可燃・爆発性ガスは、上記空気吸入口から吸入した空気とともに上記ガス整流部で整流され、上記触媒反応部に送り込まれ、その可燃・爆発性ガスは上記触媒反応部内で酸化促進され、可燃・爆発性ガス消去後の気体は、上記処理済ガス排出部に送り込まれ、上記負圧吸引口から装置外部に放散されることを特徴とする可燃・爆発性ガス消滅装置。
2. 請求項１において、
   上記触媒反応部は、上記ガス整流部と上記処理済ガス排出部とを分離する触媒層として形成されていることを特徴とする可燃・爆発性ガス消滅装置。
3. 請求項１または２において、
   上記触媒反応部は、粒状または顆粒状の触媒を充填させた、ガス透過性の触媒容器を複数、多段状に設けており、
   上記ガス整流部を、上記多段状の各触媒容器の上流側に分離配置させていることを特徴とする可燃・爆発性ガス消滅装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   上記処理済ガス排出部に滞留した上記処理済の気体を排出する、逆止弁を設けたオリフィス形状の緊急排気口をさらに備えている可燃・爆発性ガス消滅装置。
5. 請求項４において、
   上記緊急排気口は、異常検知用の気体流量検知器を備えていることを特徴とする可燃・爆発性ガス消滅装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   上記触媒反応部と上記処理済ガス排出部との間に、通気性のある仕切り板を介在させていることを特徴とする可燃性ガス消滅装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の可燃性ガス消滅装置と、
   上記負圧吸引口に接続され、上記可燃・爆発性ガス消去後の気体を吸引し排出するための負圧発生吸引装置とを含んで構成されている可燃・爆発性ガス消滅システム。

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