JP2015200466A

JP2015200466A - 水素ガス利用装置

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Publication number: JP2015200466A
Application number: JP2014079908A
Authority: JP
Inventors: 史明青島; Fumiaki Aoshima; 亘稲葉; Wataru Inaba; 明広平山; Akihiro Hirayama; 稔也神宝; Toshiya Shimpo
Original assignee: ITO KOKI CO Ltd; SHIZUOKA GAS KK
Current assignee: ITO KOKI CO Ltd; SHIZUOKA GAS KK
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】水素ガスの有効利用を図る。
【解決手段】ベンチュリーミキサＭに、都市ガスａの供給ラインＬ_１と水素ガスｂの供給ラインＬ_２を接続し、ベンチュリーミキサ内の都市ガスの流通によって水素ガスを吸引・混合し、その両ガスａ、ｂを所要割合に混合して貫流ボイラＢに送り込む。水素ガスは単独での燃焼に安全面等の問題があるが、都市ガスに混合すれば、危険度の高い水素ガスの比率を抑え、安全性を高めたガスとなる。このように、都市ガスの流通によって水素ガスを吸引・混合するため、水素ガスの吸引・混合のための動力を必要としないため、簡単な構造でもって水素ガスを希釈してその有効利用を図ることができる。このとき、ゼロガバナ５でもって水素ガスをゼロ圧力としてベンチュリーミキサに送り込めば、都市ガスと水素ガスの圧力差が大きくかつ一定となるため、水素ガスの吸引作用が円滑となって所要の混合比に容易にすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、水素ガスを、ガスボイラ、ガスタービン、ガスエンジン等のガス駆動器の燃焼（駆動）用として利用する装置に関するものである。

プラント設備等において、水素を使用する工程では、余剰分で若干のメタンガス等を含んだガス（オフガス、ブローガスと呼ぶ）が出る。従来は、これらのガスは大気に放出する等していたが、安全性、環境問題、コスト面から再利用されることが多くなっている。また、この工程に使用する水素を自社内で製造する場合にも、一定量の水素が発生するため、純度の高い余剰水素ガスが発生する。これらのガスの再利用には、燃焼器、例えば、ボイラで消費される場合がある（特許文献１参照）。

特開２０１３−１３０３７５号公報

上記プラント設備等で生成される水素ガスは、そのガス中の水素比率が高いため、ボイラの燃焼上、安全面での問題がある。このため、水素ガスを安全な他の燃焼用ガスと混合して希釈して使用すれば、その安全性の問題は解消され得る。
そのガス混合希釈において、通常、２種類以上のガスを混合する場合、各ガスの圧力を一定レベルに均圧し、例えば０．７ＭＰａ程度としてオリフィスに通じ、このオリフィス径により、混合比率を決定している。しかし、プラント設備等で生成される水素ガスは、一定圧力ではなく、せいぜい、４．０ｋＰａ程度で変動するため、前記各ガスの圧力を均圧させて混合ガスとする円滑な運転は困難であるとともにその設備が大型となる。

この発明は、簡単な構造でもって水素ガスを希釈してその有効利用を図ることを課題とする。

通常、再利用するガスが１種類で単独組成での燃焼に安全面等の問題がある場合、例えば１３Ａの天然ガス等の一般的に供給されているガスを利用し、そのガスを再利用ガスに混合すれば、危険度の高いガスの比率を抑え、安全性を高めたガスを製造することが可能である。
このため、上記課題を達成するために、この発明は、都市ガス等の一般的に供給されているガスは一定圧力で供給されており、このガスの供給圧でもって吸引・混合器を介して水素ガスを吸引・混合するようにしたのである。
このようにすれば、仮に、水素ガスが不安定な圧力のものであっても、その一般供給ガスの吸引・混合器内の流通によってその水素ガスを吸引・混合するため、水素ガスの吸引・混合のための動力を必要としない。一般供給ガスは、都市ガス、液化石油ガス（ＬＰＧ）、プロパンエアーガス等を挙げることができる。

この発明の構成としては、吸引・混合器に、都市ガス等の一般供給ガスの供給路と水素ガスの供給路を接続し、吸引・混合器内の一般供給ガスの流通によって前記水素ガスを吸引・混合してガス駆動器に送り込む構成を採用することができる。

この構成において、上記水素ガスの供給路にゼロガバナを介設して吸引・混合器にゼロ圧力の水素ガスを送り込むようにすることができる。このようにすれば、吸引・混合器における流通ガス（一般供給ガス）と吸引ガス（水素ガス）の圧力差が大きくかつ一定となるため、水素ガスの吸引作用が円滑となって所要の混合比に容易にすることができる。

この発明は、以上のように構成し、特に再利用する水素ガスの圧力が低圧の場合でも、昇圧等の必要がないので、簡単な構造でもって水素ガスを希釈してその有効利用を図ることができる。

この発明に係る水素ガス利用装置の一実施形態の概略図である。

この発明に係る水素ガス利用装置の一実施形態の概略配管図を図１に示し、この水素ガス利用装置Ａは、再利用する水素ガスｂと、通常供給しているガス、例えば１３Ａの都市ガスａを混合させるシステムであり、この実施形態では、二機の水素ガス利用装置Ａ、Ａを備えている。これは、二機又は３機以上あるボイラＢへの供給量が一機の水素ガス利用装置Ａでは賄い得ないからであり、複数機のボイラＢを一機の水素ガス利用装置Ａで賄える場合には、一機で十分である。以下、その両水素ガス利用装置Ａ、Ａの構成は同一のため、一方の水素ガス利用装置Ａの構成についてのみ説明する。

この水素ガス利用装置Ａのガスライン（供給路）は、都市ガスａ（１３Ａ、０．１ＭＰａ）の供給ライン（供給路）Ｌ_１と水素ガスｂ（４．０〜４．５ｋＰａ）の供給ライン（供給路）Ｌ_２、その両供給ラインＬ_１、Ｌ_２が吸引・混合器Ｍを経た混合ガスライン（供給路）Ｌ_３、及び駆動器である貫流ボイラ（燃焼器）Ｂへの燃焼用ガス供給ライン（供給路）Ｌ_４とからなる。この装置Ａにおけるメインラインは、都市ガスａの供給ラインＬ_１であり、このラインＬ_１は別管路でもってボイラＢに接続されている。このため、水素ガスｂの供給ラインＬ_２は既設の都市ガスａの供給ラインＬ_１に付設されるサブラインとなる。

都市ガスａの供給ラインＬ_１は、入口バルブ１、逆止弁２、電磁弁３_Ａ、３_Ｂが介設されて吸引・混合器であるベンチュリーミキサＭに接続され、圧力計Ｐ及び捨てバルブ４が適宜位置に付設されている。電磁弁３_Ａ、３_Ｂを２台設けたのは、一方の電磁弁が故障しても他の電磁弁によって開閉（制御）するためである。電磁弁３_Ａ、３_Ｂはこの装置Ａの制御器Ｃに接続されている。

水素ガス供給ラインＬ_２は、同様に、入口バルブ１、ゼロガバナ５、電磁弁３_Ｃ、ニードルバルブ６が介設されて吸引・混合器であるベンチュリーミキサＭに接続され、圧力計Ｐ及び捨てバルブ４が適宜位置に付設されている。電磁弁３_Ｃはこの装置Ａの制御器Ｃに接続されている。
この水素ガス供給ラインＬ_２にゼロガバナ５を介設したのは、水素ガスｂの圧力をゼロ（大気圧）とすることによってベンチュリーミキサＭにおける水素ガスｂの吸引作用を円滑にするためである。水素ガスｂは工場の水素有水フォルダＦから供給され、その水素有水フォルダＦは４．０〜４．５ｋＰａ程度の圧力を有しており、このため、その圧力の水素ガスｂが供給ラインＬ_２に送り込まれる。

上記ベンチュリーミキサＭは２台設けられて、都市ガスａの供給ラインＬ_１及び水素ガス供給ラインＬ_２が分岐されてそれぞれ接続されている。このベンチュリーミキサＭの能力がボイラＢの能力に対応するものであれば、１台でも良く、逆に、小さい場合には、３台以上と適宜に設置する。
このベンチュリーミキサＭは、０．１ＭＰａの都市ガスａが流通すると、そのガスａがベンチュリーミキサＭのノズルより噴出し、その噴出口に生ずる吸引エネルギーにより、ゼロガバナ５によって、ゼロ圧力となった水素ガスｂを吸引する。混合された２種のガス（混合ガス）ｃは、ベンチュリーミキサＭのスロートを通して、クッションタンクＴに貯えられる。都市ガスａと水素ガスｂの混合比率は、ベンチュリーミキサＭのノズルとスロートの面積比率で決定され、常に一定の比率でガスｃを製造する。例えば、都市ガスａ：水素ガスｂ＝７：３（容量比）とする。

そのベンチュリーミキサＭからの混合ガス供給ラインＬ_３は、圧力計Ｐが付設されて上記クッションタンクＴ（例えば、容量：１２０リットル）に至っている。クッションタンクＴの容量はボイラＢの能力、機数に応じて適宜に設定する。このクッションタンクＴには、圧力スイッチＳ_１、Ｓ_２、Ｓ_３が付設され、各スイッチＳ_１〜Ｓ_３は制御器Ｃに接続されている。圧力スイッチＳ_１はクッションタンクＴ内の混合ガスｃの圧力が、所要圧力、例えば、２０．０ｋＰａになると作動し（その検出信号を出力し）、圧力スイッチＳ_２はクッションタンクＴ内の混合ガスｃの圧力が所要圧力、例えば、２５．０ｋＰａになると作動し、圧力スイッチＳ_３はクッションタンクＴ内の混合ガスｃの圧力が異常圧力、例えば、３５．０ｋＰａになると作動する。

燃焼用ガス供給ラインＬ_４は、クッションタンクＴから出口バルブ８、フレームアレスター９、ガバナ１０、ガバナ型出口バルブ１１が介設されてボイラＢに接続されている。フレームアレスター９は、ボイラＢからの火炎の逆流を防止するものであり、通常、ボイラＢ（燃焼器）の直前に介設されるが（鎖線参照）、圧力降下が大きいため、このラインＬ_４では、後段にガバナ１０を設けてボイラＢに対応するガス圧に上げている（昇圧している）。この実施形態では、クッションタンクＴから燃焼用ガス供給ラインＬ_４への燃焼用ガスｄの圧力は、所要範囲、例えば、２０．０ｋＰａ〜２５．０ｋＰａとする。このため、クッションタンクＴ内の貯蔵混合ガスｃは２０．０ｋＰａ〜２５．０ｋＰａで貯蔵される。

この実施形態の水素ガス利用装置Ａは以上の構成であり、当初、制御器Ｃは、各電磁弁３_Ａ〜３_Ｃを開放し、両供給ラインＬ_１、Ｌ_２から都市ガスａ及び水素ガスｂがベンチュリーミキサＭに送り込まれて所要混合比の混合ガスｃが生成されてクッションタンクＴに送り込まれる。やがて、クッションタンクＴ内の圧力が２０．０ｋＰａになると、圧力スイッチＳ_１が作動（ＯＮ）するが、各電磁弁３_Ａ〜３_Ｃは開放し続ける。クッションタンクＴ内の圧力が２０．０ｋＰａを超えると、圧力スイッチＳ_１は非作動（ＯＦＦ）となる。
さらに、混合ガスｃの流入が続いて、クッションタンクＴ内の圧力が２５．０ｋＰａになると、圧力スイッチＳ_２が作動（ＯＮ）し、各電磁弁３_Ａ、３_Ｂが閉じる。このため、混合ガスｃの流入は停止する。
混合ガスｃ（燃焼用ガスｄ）が消費されて、クッションタンクＴ内の圧力が２５．０ｋＰａ未満になると、圧力スイッチＳ_２が非作動（ＯＦＦ）となり、さらに、燃焼用ガスｄが消費されて、クッションタンクＴ内の圧力が２０．０ｋＰａになると、圧力スイッチＳ_１が作動（ＯＮ）し、各電磁弁３_Ａ、３_Ｂが開放されて混合ガスｃがクッションタンクＴ内に流入して昇圧する。

以上の作用が繰り返されて、クッションタンクＴ内の圧力が２０．０ｋＰａ〜２５．０ｋＰａに保たれる。すなわち、製造したガスｄの消費により、タンクＴ内の圧力が低下した場合、各ラインＬ_１、Ｌ_２に設けられた電磁弁３_Ａ、３_Ｂが開作動し、ガス製造を開始する。設定圧力（２５．０ｋＰａ）に到達すると、電磁弁３_Ａ、３_Ｂが閉止する。電磁弁３_Ｃも電磁弁３_Ａ、３_Ｂと同様に一緒に開閉させることができる。

このようにして、ボイラＢにはその燃焼に対応する圧力の燃焼用ガスｄが常時送り込まれる（供給される）。このとき、何らかの事情によって、クッションタンクＴ内の圧力が上昇して３５．０ｋＰａになると、異常圧力であるため、圧力スイッチＳ_３が作動し（ＯＮし）、その異常信号を制御器Ｃに入力する。すると、制御器Ｃは、その旨を警報やランプの点滅によって報知するとともに、この装置Ａを停止させる。異常圧力が解消されれば、圧力スイッチＳ_３が非作動となり（ＯＦＦし）、上記の通常の作用に復帰する。

上記実施形態は、供給ガスとして都市ガスａを使用したが、ＬＰＧやプロパンエアーガス等の一般の燃焼用ガスを使用することができる。
また、貫流ボイラＢに変えて、他のボイラやガスタービン、ガスエンジン等の種々のガス駆動器を採用することができることは勿論である。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ａ水素ガス利用装置
Ｂ貫流ボイラ（ガス燃焼器）
Ｃ制御器
Ｍベンチュリーミキサ
Ｔクッションタンク
ａ都市ガス（供給ガス）
ｂ水素ガス
ｃ混合ガス
ｄ燃焼用ガス
Ｌ_１一般供給ガス供給ライン
Ｌ_２水素ガス供給ライン
Ｌ_３混合ガス供給ライン
Ｌ_４燃焼用ガス供給ライン
３_Ａ、３_Ｂ、３_Ｃ電磁弁
５ゼロガバナ

Claims

吸引・混合器（Ｍ）に、都市ガス又は液化石油ガス等の一般供給ガス（ａ）の供給路（Ｌ_１）と水素ガス（ｂ）の供給路（Ｌ_２）を接続し、吸引・混合器（Ｍ）内の前記一般供給ガス（ａ）の流通によって前記水素ガス（ｂ）を吸引・混合してガス駆動器（Ｂ）に送り込むことを特徴とする水素ガス利用装置。
上記水素ガス（ｂ）の供給路（Ｌ_２）にゼロガバナ（５）を介設して上記吸引・混合器（Ｍ）にゼロ圧力の水素ガス（ｂ）を送り込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水素ガス利用装置。