JP2016198814A - ガス切断方法及びガス切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、水素ガス供給路を流通する水素ガス流量を検知し、その水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算して炭化水素系ガス添加量を制御することを目的としている。【解決手段】 水素ガスとＬＰガスを混合するインジェクタ１０と、混合ガスを略一定圧力に制御する圧力調整器１２と、水素ガス流量を検知する水素ガス流量検知部１４と、ＬＰガス流量を制御するＬＰガス流量制御部１５と、水素ガス流量検知部１４により検知した水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づくＬＰガス流量を演算する混合比率一定制御装置１６とを有し、ＬＰガス流量制御部１５は、該混合比率一定制御装置１６により演算したＬＰガス流量に基づいてＬＰガス添加量を制御することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、ガス切断方法及びガス切断装置に関するものである。

従来、水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして切断トーチに供給して被切断材を切断するガス切断装置が提案されている。

燃料ガスとしては、ＬＰガス（液化石油ガス）、プロパンガス、ブタンガス、メタンガス、アセチレンガス等が広く使用されているが、最近、切断速度、切断品質、切断時間の短縮等に優れ、燃焼後の環境にも優しい水素ガスが注目されている。

水素ガス単体では、燃焼時に切断トーチの火口から白点が見えず、燃焼時に逆火等が発生し易く、取扱いが困難であるため水素ガスにＬＰガス（液化石油ガス）等の炭化水素系ガスを混合して白点が確認できるようにしている。

また、酸素ガスと水素ガスとを混合したガス（酸水素ガス）では、炭化水素系ガスを適量混合して安全性と切断効率とを確保できるようにしている。

例えば、特許文献１には、複数の切断トーチを選択的に使用する際に、供給される水素ガスに対するプロパンガスの混合比率が一定になるように、水素ガスの供給量を検知し、その検知データと混合設定値データとにより水素ガスに添加される添加ガスの供給量を制御することが提案されている。

また、特許文献２では、被切断材を加熱する場合の水素ガスと炭化水素系ガスとの比率と、被切断材を切断する場合の水素ガスと炭化水素系ガスとの比率とを変更することが提案されている。

また、特許文献３、４では、水素ガスと炭化水素系ガスとを混合した燃料ガスにおける炭化水素系ガスの含有量を規定したものが提案されている。

また、特許文献５では、酸素ガスと水素ガスとの混合ガス（酸水素ガス）に対して炭化水素系ガスの含有量を安全性と切断効率とを考慮して規定したものが提案されている。

また、特許文献６では、複数本の切断トーチを有する切断装置において火炎調整を行なう技術が提案されている。

また、特許文献７では、複数本のトーチの各トーチの火炎調整を自動設定で行なう技術が提案されている。

特開２００３−０８０３６８号公報 特開２０１０−０６９４８７号公報 国際公開第２０１１／１３２４９６号パンフレット 特開２０１４−０６９２３２号公報 特開２００１−２４６４６４号公報 特開平１０−１７５０６６号公報 特開平０８−１９７２５７号公報

しかしながら、前述の従来例では、燃料ガスとなる水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスの混合比率を切断途中で変更した場合、支燃ガスである予熱酸素の流量も混合比率に応じて変更する必要がある。

また、燃料ガスとなる水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスの混合比率を一定とし、切断途中で混合ガス流量を変更した場合、支燃ガスである予熱酸素の流量も混合比率に応じて変更する必要がある。

また、燃料ガスとなる水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスの混合比率及び流量と、予熱酸素の流量は、多様な切断要求諸元（切断板厚及び材質、切断形状、切断品質、切断速度、切断プロセス等）に応じて適正な火炎性状の予熱炎となるように調整されるのが好ましい。

そして、適正な火炎性状の予熱炎に調整する場合は、燃料ガスとなる水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスの混合比率及び流量の双方を勘案して、予熱酸素の流量を調整及び／又は設定するのが一般的である。

多様な切断要求諸元に応じて適正な火炎性状の予熱炎となるように、燃料ガス及び予熱酸素の流量を決定するに当り、複数本の切断トーチ（吹管）の各切断トーチ（吹管）の火炎調整を手動設定で行なう場合は、特許文献６に記載されたように、全ての切断トーチ（吹管）について順次行なうのが一般的である。これらの調整作業は、火炎性状と切断特性の関係を熟知した熟練技能者によって行なわれ、多大な時間を要する。この場合において、燃料ガスとなる水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスの複数本の切断トーチ（吹管）への供給圧力の変動があると火炎性状が定まらない。

多様な切断要求諸元に応じて適正な火炎性状の予熱炎となるように、燃料ガス及び予熱酸素の流量を決定するに当り、複数本の切断トーチ（吹管）の各切断トーチ（吹管）の火炎調整を自動設定で行なう場合は、特許文献７に記載されたように、個々の切断トーチ（吹管）の燃料ガスと予熱酸素とに対して予め流量指令値を設定し、定流量制御機器によって燃料ガスと予熱酸素との定流量制御を行なうのが一般的である。この方法によれば、熟練技能者による個々の切断トーチ（吹管）の予熱炎の火炎調整は不要となるが、制御系を含む装置の費用が嵩むきらいがある。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、１本又は複数本の切断トーチを備えた切断機に水素ガスと炭化水素系ガスの所定の混合比率の混合ガスを切断トーチの燃料ガスとして供給し、個々の切断トーチに対して前記燃料ガスを予め設定された所定の流量で供給されるように制御すると共に、前記燃料ガス流量に予め設定された１本又は複数本の切断トーチの中から任意の切断トーチを簡便に選択して使用することができるガス切断装置及びガス切断方法を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明に係るガス切断方法の代表的な構成は、水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして略一定圧力で切断トーチに供給して被切断材を切断するガス切断方法であって、水素ガス供給路を流通する水素ガス流量を検知し、その水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算して炭化水素系ガス添加量を制御することを特徴とする。

また、本発明に係るガス切断装置の代表的な構成は、水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして切断トーチに供給して被切断材を切断するガス切断装置であって、水素ガスを供給する水素ガス供給路と、炭化水素系ガスを供給する炭化水素系ガス供給路と、前記水素ガス供給路から供給された水素ガスと、前記炭化水素系ガス供給路から供給された炭化水素系ガスとを混合する混合手段と、前記混合手段により混合された混合ガスを前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの流量変化に関わらず略一定圧力に制御する圧力制御手段と、前記水素ガス供給路を流通する水素ガス流量を検知する水素ガス流量検知手段と、前記炭化水素系ガス供給路を流通する炭化水素系ガス流量を制御する炭化水素系ガス流量制御手段と、前記水素ガス流量検知手段により検知した水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算する演算手段と、を有し、前記炭化水素系ガス流量制御手段は、前記演算手段により演算した炭化水素系ガス流量に基づいて前記炭化水素系ガス供給路を流通する炭化水素系ガス添加量を制御することを特徴とする。

本発明によれば、水素ガス供給路を流通する水素ガス流量を検知し、その水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算して炭化水素系ガス添加量を制御して混合比率を一定に制御すると共に、混合ガスの圧力を一定制御して切断トーチに供給することで火炎調整中の切断トーチの燃料ガス流量調整弁の調整が他の調整済み切断トーチの燃料ガス流量に干渉しないため調整済み切断トーチの火炎性状が変化することを防止することが出来る。

また、火炎性状が略同一となるように調整された全ての切断トーチの燃料ガス流量調整弁及び予熱酸素ガス流量調整弁の開度は略一律となり、使用する切断トーチの本数や組合せを切断途中で適時変更しても個々の切断トーチの火炎性状が変化することがない。

本発明によれば、１本又は複数本の切断トーチの個々の切断トーチの火炎調整（予熱炎の火炎性状の調整）を容易に行うことができ、１本又は複数本の切断トーチから任意の切断トーチを目的に応じて容易に適時選択して被切断材を切断することができる。

本発明に係るガス切断装置の構成を示す模式説明図である。 本発明に係るガス切断装置の構成を示す模式説明図である。 火口諸元表の一例である。

図により本発明に係るガス切断方法及びこれを用いたガス切断装置の一実施形態を具体的に説明する。

＜ガス切断装置＞
図１及び図２において、ガス切断装置１は、水素ガス供給設備２から供給される水素ガスと、炭化水素系ガスの一例としてＬＰガス（Liquefied Petroleum Gas；液化石油ガス）供給設備３から供給される炭化水素系ガスの一例としてのＬＰガスとの混合ガスを燃料ガスとして、また酸素ガス供給設備４に接続された予熱酸素ガス供給配管６から供給される予熱酸素ガスを切断トーチ（切断吹管）５に供給して該切断トーチ５に予熱炎を形成して図示しない被切断材を予熱すると共に、酸素ガス供給設備４に接続された切断酸素ガス供給配管７から供給される切断酸素ガスを切断トーチ（切断吹管）５に供給して予熱された被切断材に噴射し、図示しない被切断材を切断する。

水素ガス供給設備２は、水素ガス（Ｈ_２）を充填した水素ガスボンベや別途、水素ガス供給源から水素ガスが供給される水素ガス供給配管が適用される。ＬＰガス供給設備３は、ＬＰガスを充填したＬＰガスボンベや別途、ＬＰガス供給源からＬＰガスが供給されるＬＰガス供給配管が適用される。

炭化水素系ガスの一例としては、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）、メタンガス（ＣＨ_４）、エタンガス（Ｃ_２Ｈ_６）、エチレンガス（Ｃ_２Ｈ_４）、プロピレンガス（Ｃ_３Ｈ_６）、アセチレンガス（Ｃ_２Ｈ_２）、ヘキサンガス（Ｃ_６Ｈ_１４）等が適用出来る。或いは、プロパンガス（Ｃ_３Ｈ_８）やブタンガス（Ｃ_４Ｈ_１０）を主成分とするＬＰガス、或いは、メタン（ＣＨ_４）を主成分とし、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）、ブタン（Ｃ_４Ｈ_１０）等を含む天然ガス、或いは、これらの混合ガスが適宜適用出来る。

一方、酸素ガス供給設備４から供給される酸素ガスは、予熱酸素ガス供給配管６と切断酸素ガス供給配管７とに分岐され、それぞれの経路に設けられた電磁弁６ａ，７ａにより適宜、切り替えられる。酸素ガス供給設備４は、酸素ガスを充填した酸素ガスボンベや別途、酸素ガス供給源から酸素ガスが供給される酸素ガス供給配管が適用される。

以降は、炭化水素系ガスとしてＬＰガスを選択した場合について説明する。水素ガス供給設備２から供給された水素ガスは、水素ガス供給路となる水素ガス供給配管８を流通してガス混合装置１８のインジェクタ（混合器）１０の入口側に供給される。一方、ＬＰガス供給設備３から供給されたＬＰガスは、炭化水素系ガス供給路となるＬＰガス供給配管９を流通して同じくガス混合装置１８のインジェクタ（混合器）１０の入口側に供給される。水素ガス供給配管８及びＬＰガス供給配管９は、電磁弁８ａ，９ａにより、それぞれ開閉される。

インジェクタ１０により混合された水素ガスと、ＬＰガスとは、該インジェクタ１０の出口側に接続されたバッファタンク１１内に一旦収容されて均一化される。その後、圧力調整器１２により水素ガスと、ＬＰガスとの混合ガスからなる燃料ガスの圧力が調整されて燃料ガス供給路となる燃料ガス供給配管１３に燃料ガス消費量（使用する切断トーチ５の本数や組合せにより変化する）に関わらず、略一定圧力で供給される。燃料ガス供給配管１３は燃料ガス主電磁弁１３ａにより開閉される。

圧力調整器１２は、燃料ガス消費量の変化に関わらずにガス混合装置１８の混合ガスの出口圧力を略一定の圧力に維持できる性能を求められるが、ガス切断装置１に設けられる切断トーチ５の本数が少ない場合は、一般的な圧力調整器で対応できる。

ガス切断装置１に設けられる切断トーチ５の本数が多い場合は、使用する切断トーチ５の本数の変化に伴う燃料ガス消費量の変化が大きいので、一般的な圧力調整器ではガス混合装置１８の混合ガスの出口圧力を略一定に維持することが困難となり、予熱炎が変動するきらいがある。このような場合には、ガス混合装置１８の混合ガスの出口圧力をフィードバックして該出口圧力を一定に維持することができる圧力調整器（例えば、パイロット式圧力調整器（機械式）、電空圧力調整器等）に置き換えることで対応することができる。

燃料ガス供給配管１３から供給される水素ガスとＬＰガスとを混合した燃料ガスと、予熱酸素ガス供給配管６から供給される予熱酸素ガスとを、それぞれ切断トーチ５に供給して予熱炎を形成し、図示しない鋼板等の被切断材の加熱を行なって該被切断材を予熱する。被切断材が所定温度に予熱されると、切断酸素ガス供給配管７から切断酸素ガスを切断トーチ５に供給して図示しない鋼板等の被切断材との化学反応により切断を行なう。

ガス切断装置１には、１本又は複数本の切断トーチ５が搭載されており、切断目的に応じて使用本数や組合せを適時選択変更できるようになっている。

１本又は複数本の切断トーチ５には、使用する切断トーチ５の選択変更が容易に行えるように、個々の切断トーチ５の燃料ガス入口、予熱酸素ガス入口及び切断酸素ガス入口の下流に燃料ガス流量調整弁１３ｃ、予熱酸素ガス流量調整弁６ｃ、切断酸素ガス流量調整弁７ｃ、燃料ガス電磁弁１３ｄ、予熱酸素ガス電磁弁６ｄ、切断酸素ガス電磁弁７ｄが設けられている。

また、個々の切断トーチ５の燃料ガス入口及び予熱酸素ガス入口近傍に逆火を阻止するための逆火防止器（安全器）１３ｅ（燃料ガス系統）、逆火防止器（安全器）６ｅ（予熱酸素ガス系統）が設けられている。

１本又は複数本の切断トーチ５は、使用する切断トーチ５の選択変更が容易に行えるように、個々の切断トーチ５の燃料ガス流量、予熱酸素ガス流量及び切断酸素ガス流量が切断トーチ５に設けられた前記各ガス流量調整弁１３ｃ，６ｃ，７ｃにより切断諸元に従って予め適正値に調整及び／又は設定されている。

ここで、調整及び／又は設定としているのは、流量調整手段として、流量調整弁の他に、固定オリフィス選択方式、圧力調整方式、質量流量調整器（マスフローコントローラ）等の選択可能な種々の流量調整手段に対応するためである。

予熱炎の性状の調整は、手動操作方式の場合は、熟練技能者が火炎の状態を目視で判断しながら燃料ガス流量と予熱酸素ガス流量を流量調整弁で調整するのが一般的である。切断酸素ガス流量の調整も、予熱炎中に噴射する切断酸素ガス気流の状態を熟練技能者が目視で判断して切断酸素ガス流量調整弁７ｃで流量（圧力）を調整するのが一般的である。

従来の技術による予熱炎及び切断酸素ガス流量の調整は、手動操作方式の場合は、使用する切断トーチ５の１本目から全本数ｎ本目まで順次行うが、予熱炎の点火本数の増加に伴って燃料ガス供給配管１３の供給圧力が変動するきらいがあるため、１本目からｎ本目の切断トーチ５について火炎調整を繰返し行う必要がある。

一方、本実施形態による切断トーチ５の火炎調整では、切断トーチ５で消費される燃料ガスの流量が変化しても、燃料ガス供給配管１３の供給圧力が変動することがないため、切断トーチ５の火炎調整を繰返し行う必要がない。更に、予熱炎を形成する燃料ガスと予熱酸素ガスの流量を質量流量調整器（マスフローコントローラ）で調整する場合は、ｎ本全ての切断トーチ５に対して燃料ガスと予熱酸素ガスの流量が予め設定されており、前記ガス流量は、マスフローコントローラで設定された流量に定流量制御されるため予熱炎の事前の調整は必要ない。

使用する切断トーチ５の本数や組合せの変更は、ガス切断装置１の図示しない制御装置の指令により、個々の切断トーチ５の燃料ガス入口、予熱酸素ガス入口及び切断酸素ガス入口の上流に設けられた各ガス電磁弁１３ｄ，６ｄ，７ｄの開閉操作によって行なわれる。

図１及び図２に示すガス切断装置１では、被切断材の枚数や幅寸法に応じて複数の切断トーチ５の中から所定の切断トーチ５の本数や組合せが適宜選択されて使用される。このとき、使用される切断トーチ５の本数や組合せが変化すると、それに応じて燃料ガスの消費量が変化する。このときの燃料ガスの消費量の変化に伴ってガス混合装置１８の混合ガス供給量も変化するが、水素ガスとＬＰガスとの混合比率が変化する場合がある。水素ガスとＬＰガスとの混合比率の変化は切断性能や切断面の品質にバラツキを生じさせる。また、被切断材の板厚に応じて切断トーチ５の火口部品を交換する必要がある。また、被切断材の材質、切断形状等に応じて燃料ガス及び予熱酸素ガスの流量を調整して予熱炎の性状を調整する必要がある。これらの場合も同様に燃料ガスの供給量が変化し、それに伴ってガス混合装置１８から供給する混合ガスの水素ガスとＬＰガスとの混合比率が変化する場合がある。本実施形態では、これを解決したものである。

＜水素ガスとＬＰガスとの混合比率一定制御＞
以降は、炭化水素系ガスとしてＬＰガスを使用し、図１及び図２に示す水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）としてマスフローメータ（質量流量計）を採用し、ＬＰガス流量制御部１５（炭化水素系ガス流量制御手段）としてマスフローコントローラ（質量流量調整弁）を採用した場合の一例として説明する。

水素ガス供給配管８における電磁弁８ａと、インジェクタ１０の入口側との間には、該水素ガス供給配管８を流通する水素ガスの流量を検知する水素ガス流量検知手段となるマスフローメータ（質量流量計）からなる水素ガス流量検知部１４が設けられている。本実施形態では、水素ガス流量検知部１４の一例として、アズビル株式会社製のマスフローメータ（質量流量計）「CMS0500（商品名）」を使用している。

一方、ＬＰガス供給配管９における電磁弁９ａと、インジェクタ１０の入口側との間には、該ＬＰガス供給配管９を流通するＬＰガスの流量を制御する炭化水素系ガス流量制御手段となるマスフローコントローラ（質量流量調整弁）からなるＬＰガス流量制御部１５が設けられている。本実施形態では、ＬＰガス流量制御部１５の一例として、アズビル株式会社製のマスフローコントローラ（質量流量調整弁）「MQV0200（商品名）」を使用している。

＜演算手段＞
マスフローメータからなる水素ガス流量検知部１４と、マスフローコントローラからなるＬＰガス流量制御部１５との間には、演算手段となる混合比率一定制御装置１６が電気的に接続されている。混合比率一定制御装置１６は、水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）により検知した水素ガス流量を基に、該水素ガスを含む混合ガスの｛水素ガス：ＬＰガス｝の混合比率が所定の混合比率となるＬＰガスの流量に換算してＬＰガス流量制御部１５にＬＰガス流量指令値を与える。

ＬＰガス流量制御部１５は、前記ＬＰガス流量指令値に応じてＬＰガスの流量を自動調整し、自動調整された結果のＬＰガス流量をＬＰガス流量制御部１５の流量検知手段で検知し、ＬＰガス実行流量として混合比率一定制御装置１６の演算回路のＣＰＵ１６ａに伝送する。

前記水素ガス流量とＬＰガス流量指令値とは、混合比率一定制御装置１６の演算回路のＣＰＵ１６ａで加算演算され、所定の混合比率の混合ガス流量の基準流量Ｃとして定義される。

また、前記水素ガス流量とＬＰガス実行流量とは、混合比率一定制御装置１６の演算回路のＣＰＵ１６ａで加算演算され、所定の混合比率の混合ガス流量の実行流量Ｃ´として定義される。

前述したように、ＬＰガス流量を自動調整することにより、切断トーチ５で調整及び／又は設定された燃料ガスの消費量が変化しても、燃料ガスに含まれる｛水素ガス：ＬＰガス｝の混合比率は一定に保たれる。

ここで、切断トーチ５で消費される燃料ガスの｛水素ガス：ＬＰガス｝の混合比率が所定の混合比率と仮定した混合ガスの流量は、全ての切断トーチ５について行なう予熱炎の火炎性状の調整（具体的には、切断トーチ５に供給される燃料ガスの混合比率及び流量と、前記燃料ガスと相対的に調整される予熱酸素ガス流量の調整）の結果で与えられるものである。

ここで、前記火炎調整の結果の信憑性を得るために、また、個々の切断トーチ５に対して実施した火炎性状の調整結果が決定的なものであり、使用する切断トーチ５の本数や組合せが変更されても干渉を受けないようにするためには、全ての切断トーチ５について行なう予熱炎の火炎性状の調整の間中、常に全ての切断トーチ５に供給する燃料ガスの供給圧力が略一定圧力に保たれていることを前提条件としている。

図１及び図２に示すガス切断装置１で使用する切断トーチ５の１本目の調整は、予め設定された水素ガス混合比率ａ（体積％）で混合された燃料ガス流量と予熱酸素ガス流量とを調整して予熱炎が目的の火炎性状になるように火炎調整する。

これにより、所定の水素ガス混合比率ａ（体積％）の燃料ガスの切断トーチ５の１本当りの混合ガスの基準流量Ｃ_１（水素ガス流量Ａ_１＋ＬＰガス流量Ｂ_１）が与えられる。このとき、ＬＰガス流量Ｂ_１は、基準流量Ｃ_１中に含まれる水素ガスの実測流量Ａ_１を基準として、所定の水素ガス混合比率ａ（体積％）となるＬＰガス流量Ｂ_１の流量指令値が混合比率一定制御装置１６の演算手段となるＣＰＵ１６ａで演算され、火炎調整中も常に流量指令値と一致するように炭化水素系ガス流量制御手段となるマスフローコントローラからなるＬＰガス流量制御部１５により自動調整される。演算手段となる混合比率一定制御装置１６のＣＰＵ１６ａは、水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）により検知した水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率ａ（体積％）に基づくＬＰガス流量を演算する。

ここで、水素ガスとＬＰガスとを混合した燃料ガスにおける水素ガスの混合比率をａ（体積％）、水素ガス流量検知部１４により随時検知される水素ガス供給配管８を流通する水素ガスの流量をＡ（ＮＬ／ｍｉｎ）、ＬＰガス供給配管９を流通させるＬＰガスの制御流量（炭化水素系ガス添加量）をＢ（ＮＬ／ｍｉｎ）とする。尚、「ＮＬ／ｍｉｎ（ノルマルリットル／分）」とは、基準状態（圧力が０．１０１３ＭＰａ、温度が０℃、湿度が０％）において毎分流れるガス流量である。ＬＰガス供給配管９を流通させるＬＰガスの制御流量（ＬＰガス添加量）Ｂは、以下の数１式により求められる。

［数１］
Ｂ＝Ａ｛１−（ａ／１００）｝／（ａ／１００）

図１及び図２に示すガス切断装置１で使用する切断トーチ５の２本目以降の調整は、前述した１本目と同様に、図１及び図２に示すガス切断装置１で使用する切断トーチ５の全本数ｎ本の予熱炎を目的の火炎性状に順次調整する。

ここで、本実施形態で解決すべき課題を明確にするために、従来技術の問題点を図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２に示すガス切断装置１で使用する切断トーチ５の火炎調整を順次進めることにより、混合ガスの基準流量Ｃは、Ｃ_１〜Ｃ_ｎ（理想的には、Ｃ_ｎ＝Ｃ_１×ｎ）に変化する。尚、Ｃ_１は切断トーチ５の１本当りの混合ガスの基準流量であり、ｎは、図１及び図２に示すガス切断装置１で使用する切断トーチ５の全本数である。このとき、混合ガスの基準流量Ｃの変化に伴って、燃料ガス供給配管１３に供給される混合ガスの圧力が変化すると、火炎調整済みの切断トーチ５の燃料ガス流量が基準流量Ｃ_１から変化し、調整された火炎性状が変化してしまう（従来技術の問題点）。

このため各切断トーチ５の火炎調整は、全ての切断トーチ５の予熱炎が目的の火炎性状となるまで（混合ガスの基準流量ＣがＣ_ｎ＝Ｃ_１×ｎとなるまで）繰り返し行なわれる。即ち、前述したように、全ての切断トーチ５の火炎性状が略同一となるように火炎調整を行った状態（全ての切断トーチ５の燃料ガス流量と、該燃料ガス流量に対応する適正な予熱酸素ガス流量が略同一に調整された状態）における個々の切断トーチ５の燃料ガス流量調整弁１３ｃの開度は一律ではない（従来技術の問題点）。

従って、前述のようにして、全ての切断トーチ５の予熱炎の火炎性状を予め調整しておいても、使用する切断トーチ５の本数や組合せを変更することにより混合ガス流量Ｃの流量が変化し、燃料ガス供給配管１３内の燃料ガスの供給圧力が変化することにより、予熱炎の火炎性状が変化する。このため、予熱炎の火炎調整作業は、使用する切断トーチ５の本数や組合せを変更するたびに行う必要がある（従来技術の問題点）。

即ち、前述した混合ガスの混合比率を一定制御するガス混合装置１８を多数（複数）本の切断トーチ５を有するガス切断装置１に適用する場合には、ガス混合装置１８の混合ガスの出口圧力を略一定圧力に制御する機能を付加する必要がある。或いは、ガス切断装置１側に燃料ガスとなる混合ガスの供給圧力変動の影響を受けない定流量制御を個々の切断トーチ５に対して行う機能を付加する必要がある。

本実施形態では、前述した混合ガスのガス混合装置１８には、混合比率を一定制御する混合比率一定制御装置１６と、該ガス混合装置１８の混合ガスの出口圧力を一定制御する圧力一定制御回路１９とを備えている。これにより個々の切断トーチ５の燃料ガスの混合比率を一定に制御すると共に、使用する切断トーチ５の本数や組合せに応じた燃料ガスの流量を定流量制御する機能を有し、更に個々の切断トーチ５に予め設定した予熱炎の火炎性状を維持しつつ使用する切断トーチ５の本数や組合せを適時選択できる機能を有する１本または複数本の切断トーチ５を有するガス切断装置１として構成される。

混合比率一定制御装置１６には、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算装置）１６ａが設けられている。更に、記憶手段となるメモリ１６ｂが接続されている。メモリ１６ｂは、ＲＯＭ（Read Only Memory；リードオンリメモリ）と、ＲＡＭ（Randam AccessMemory；ランダムアクセスメモリ）とを備えている。ＲＯＭには、水素ガスとＬＰガスとの混合比率を一定制御するための各種制御プログラムや各種設定、初期値等が記憶されている。

本実施形態において、混合ガスの混合比率は、混合される水素ガスとＬＰガスの個々のガスの流量を制御することで所望の混合比率となるように制御する方式を採用している。ここで、水素ガス流量検知部１４で検知される流量、及びＬＰガス流量制御部１５で検出及び／又は調整される前記個々のガスの見掛けの流量（流量計の指示値）は、供給されるガスの温度及び圧力に依存して変化する。

混合ガスの混合比率を正確に制御するためには、水素ガス流量検知部１４で検出される流量、及びＬＰガス流量制御部１５で検出及び／又は調整される前記個々のガスの見掛けの流量を真流量に補正（温度補正及び圧力補正）して制御する必要がある。

従って、本実施形態では、水素ガス流量検知部１４に供給される水素ガス供給配管８を流れる水素ガスの温度を検出する温度センサ１７及び圧力を検出する圧力センサ８ｆ、並びにＬＰガス流量制御部１５に供給されるＬＰガス供給配管９を流れるＬＰガスの温度を検出する温度センサ２１及び圧力を検出する圧力センサ９ｆで検出されたアナログ信号がアナログ／デジタル変換回路２２に入力され、該アナログ／デジタル変換回路２２でアナログ信号がデジタル信号に変換されて演算手段となるＣＰＵ１６ａに伝達される。

アナログ／デジタル変換回路２２で変換されたデジタル信号は、混合比率一定制御装置１６に入力されて水素ガス及びＬＰガスの見掛けの流量を真流量に補正する。混合比率一定制御装置１６のＣＰＵ１６ａには、前記見掛けの流量を真流量に補正する真流量補正テーブルがＲＯＭに記憶されている。尚、前記真流量補正テーブルに代えて、前記見掛けの流量を真流量にリアルタイムに補正する図示しない真流量演算回路とすることもできる。

前記真流量補正テーブル及び真流量補正演算回路の演算式は、以下の公知の数２式で与えられる。水素ガス供給配管８を流れる水素ガス、並びにＬＰガス供給配管９を流れるＬＰガスの真流量をＱ_０、水素ガス流量検知部１４、並びにＬＰガス流量制御部１５に設けられた流量計の指示値をＱ、該流量計に設定された圧力（ＭＰａ）をＰ_０、該流量計にかかる圧力（ＭＰａ）をＰ、該流量計に設定されたガスの比重をｍ_０、該流量計に流れる水素ガス、並びにＬＰガスの比重をｍ、該流量計に設定された温度（℃）をＴ_０、該流量計に流れる水素ガス、並びにＬＰガスの温度（℃）をＴとすると、水素ガス供給配管８を流れる水素ガスの真流量Ｑ_０、並びにＬＰガス供給配管９を流れるＬＰガスの真流量Ｑ_０は、以下の数２式により求められる。

［数２］
Ｑ_０＝Ｑ×［｛（Ｐ＋０．１０１３）／（Ｐ_０＋０．１０１３）｝×（ｍ_０／ｍ）×｛（Ｔ_０＋２７３）／（Ｔ＋２７３）｝］^１／２

尚、前述した見掛け流量から真流量に補正するための温度補正及び圧力補正は、水素ガス流量検知部１４及びＬＰガス流量制御部１５が体積流量検出方式の場合に必要となる処理であり、水素ガス流量検知部１４及びＬＰガス流量制御部１５が質量流量検出方式の場合には、検出するガスの温度及び圧力に依存せず、検出流量を真流量として取扱うことができるので、省略することができる。

また、ガスの比重補正｛ｍ_０／ｍ｝は、該流量計に設定されたガスの比重ｍ_０と該流量計に流れるガスの比重ｍとが同一である場合は、省略することができる。本実施形態では、水素ガス流量検知部１４及びＬＰガス流量制御部１５に質量流量検出方式を採用しており、水素ガス流量検知部１４及びＬＰガス流量制御部１５で設定されたガスと検出されるガスとを同一としているので、前記数２式による補正は省略している。

混合比率一定制御装置１６のＣＰＵ１６ａには、前記真流量補正テーブル、若しくは真流量演算回路によって与えられる水素ガスの真流量を基に、混合ガス中の水素ガスとＬＰガスの混合比率（＝流量比率）が、混合比率一定制御装置１６の図示しない混合比率設定器で設定された混合比率となるＬＰガスの真流量を与えるＬＰガス流量換算テーブルがＲＯＭに記憶されている。

尚、前記ＬＰガス流量換算テーブルに代えて、前記水素ガスの真流量を基に、前記混合比率設定器で設定された混合比率となるＬＰガスの真流量をリアルタイムに演算する図示しないＬＰガス流量演算回路とすることもできる。ＬＰガス流量換算テーブル及びＬＰガス流量演算回路のＬＰガス流量の演算式は、前記数１式で与えられる。

ＲＡＭは、各種制御プログラムが読み出される作業領域として、或いは、水素ガス流量検知部１４により随時検知される水素ガス供給配管８を流通する水素ガス及びＬＰガス流量制御部１５で随時検知されるＬＰガス供給配管９を流通するＬＰガスの流量情報を一時的に記憶する記憶領域として利用される。

ＣＰＵ１６ａは、水素ガス流量検知部１４により随時検知される水素ガス供給配管８を流通する水素ガスの真流量を基に、ＲＯＭに記憶されたＬＰガス流量換算テーブルから、混合ガス中の水素ガスとＬＰガスの混合比率が、混合比率設定器で設定された混合比率となるＬＰガス流量を選定する。若しくは、前記水素ガスの真流量を基に、前記混合比率設定器で設定された混合比率となるＬＰガスの真流量をリアルタイムに演算する。

マスフローコントローラからなるＬＰガス流量制御部１５は、混合比率一定制御装置１６（演算手段）により水素ガス供給配管８を流通する水素ガスの真流量を基に、ＲＯＭに記憶されたＬＰガス流量換算テーブルから、選定されたＬＰガス流量指令値、若しくは、前記水素ガスの真流量を基に、リアルタイムに演算されたＬＰガス流量指令値に基づいて、ＬＰガス供給配管９を流通するＬＰガスの流量を自動制御する。

ＬＰガス流量換算テーブル又はＬＰガス流量演算回路で与えられるＬＰガス流量指令値は、ＬＰガス流量制御部１５に伝達され、ＬＰガス流量は、該ＬＰガス流量制御部１５で、ＬＰガス流量指令値と一致するように自動調整される。

これにより水素ガス供給配管８を流通する水素ガスの流量変化に対応してＬＰガス供給配管９を流通するＬＰガスの流量を制御することで、インジェクタ１０の入口側に供給される水素ガスとＬＰガスとの混合比率を一定に制御することができる。

水素ガス流量ＡとＬＰガス流量制御部１５の流量検知手段で検知されるＬＰガス実行流量Ｂ´は、ＣＰＵ１６ａで加算演算され、メモリ１６ｂに混合ガスの実行流量Ｃ´として記憶される。また、水素ガス流量Ａ、ＬＰガス実行流量Ｂ´及び混合ガスの実行流量Ｃ´は、混合比率一定制御装置１６の報知手段となる報知部２３に表示される。

例えば、混合比率一定制御装置１６の図示しない混合比率設定器で水素ガスとＬＰガスとの混合ガスの混合比率ａ（水素ガスの体積％）を９０（体積％）に設定して切断トーチ５に燃料ガスとして供給し、１本又は複数本の切断トーチ５から適宜選択された切断トーチ５が適正火炎性状に調整された状態における水素ガス流量Ａが７０（ＮＬ／ｍｉｎ）であれば、ＣＰＵ１６ａのＬＰガス流量換算テーブルから選択されるＬＰガス流量指令値Ｂ、若しくは、ＣＰＵ１６ａで演算されるＬＰガス流量指令値Ｂは、前記数１式を用いて７．８（ＮＬ／ｍｉｎ）に設定される。

水素ガス流量ＡとＬＰガス流量指令値Ｂとは、ＣＰＵ１６ａで加算演算され、メモリ１６ｂに混合ガスの流量制御目標値となる基準流量Ｃとして、７７．８（ＮＬ／ｍｉｎ）が記憶される。

また、混合比率一定制御装置１６の図示しない混合比率設定器で水素ガスとＬＰガスとの混合ガスの混合比率ａ（水素ガスの体積％）を８０（体積％）に設定して切断トーチ５に燃料ガスとして供給し、１本又は複数本の切断トーチ５から適宜選択された切断トーチ５が適正火炎性状に調整された状態における水素ガス流量Ａが２００（ＮＬ／ｍｉｎ）であれば、ＣＰＵ１６ａのＬＰガス流量換算テーブルから選択されるＬＰガス流量指令値Ｂ、若しくは、ＣＰＵ１６ａで演算されるＬＰガス流量指令値Ｂは、前記数１式を用いて５０（ＮＬ／ｍｉｎ）に設定される。

水素ガス流量ＡとＬＰガス流量指令値Ｂとは、ＣＰＵ１６ａで加算演算され、メモリ１６ｂに混合ガスの流量制御目標値となる基準流量Ｃとして２５０（ＮＬ／ｍｉｎ）が記憶される。

メモリ１６ｂに記憶された水素ガス流量Ａ、ＬＰガス流量指令値Ｂ及び混合ガスの基準流量Ｃ、並びに水素ガス流量Ａ、ＬＰガス実行流量Ｂ´及び混合ガスの実行流量Ｃ´は、随時、ＣＰＵ１６ａに伝送され、ＣＰＵ１６ａの比較演算回路で処理を行い、混合ガスの混合比率及び流量制御の状態監視、個々の切断トーチ５の火炎調整作業時の混合ガスの基準流量Ｃと、混合ガスの実行流量Ｃ´との合致度合い等の判定を行う。

前記ＣＰＵ１６ａの比較演算回路で処理された判定結果は、報知部２３の適当な表示器や警報装置に送られてガス切断装置１の運転情報として利用される。

＜混合ガス圧力一定制御＞
インジェクタ１０で混合された混合ガスは、バッファタンク１１、及び混合ガス供給圧力を供給流量の変化に関わらずに一定圧力に制御する圧力調整器１２を介して燃料ガス供給配管１３に一定圧力で供給される。

インジェクタ１０は、水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）から供給された水素ガスと、ＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）から供給されたＬＰガス（炭化水素系ガス）とを混合する混合手段として構成される。

インジェクタ１０で混合された混合ガスは、バッファタンク１１にチャージされた後に圧力調整器１２で所定の燃料ガス供給圧力に調整され、燃料ガス主電磁弁１３ａを介して各切断トーチ５に略一定圧力で供給される。圧力調整器１２は、混合手段となるインジェクタ１０により混合された混合ガスを水素ガスとＬＰガスの流量変化に関わらず略一定圧力に制御する圧力制御手段として構成される。

バッファタンク１１は、マスフローメータからなる水素ガス流量検知部１４に水素ガスが流れ始めたときの流量検知信号の立上りの遅れ、及びマスフローコントローラからなるＬＰガス流量制御部１５によるＬＰガス流量制御の過渡現象による一時的な混合比率の乱れを吸収し、混合ガスの水素ガスとＬＰガスとの混合比率の過渡的な変動を抑える圧力平滑手段として構成される。

前記バッファタンク１１により、切断トーチ５の使用本数や組合せの変更による混合ガス消費量の急激な変化に対して、圧力調整器１２の入口側圧力を略一定にする。これにより、混合ガス消費量の急激な変化があっても圧力調整器１２の過渡的な出口圧力の変動を抑えることができる。

バッファタンク１１の容量は、燃料ガス供給配管１３の全長（バッファタンク１１から燃料ガス主電磁弁１３ａに至る間と、該燃料ガス主電磁弁１３ａから各切断トーチ５に至る間の経路長）及びガス切断装置１に搭載される切断トーチ５の本数等を考慮して適宜設定される。燃料ガス供給配管１３の経路長が長い場合や、搭載する切断トーチ５の本数が少ない場合は、バッファタンク１１を省略することもできる。

圧力調整器１２は、切断トーチ５の本数や組合せの変更に伴う燃料ガスの消費量の変化に関わらず、燃料ガス供給配管１３（圧力調整器１２の出口から切断トーチ５に至る間の経路）内の混合ガス（燃料ガス）の圧力を略一定に保ち、既に調整済みの予熱炎の火炎性状が変化しないようにする。

一般的なダイアフラム式（機械式）の圧力調整器１２の場合は、放出流量の増大に伴って出口圧力が徐々に低下する放出流量−圧力特性を有する。従って、厳密には使用する切断トーチ５の本数や組合せの変更に伴って切断トーチ５の入口の燃料ガス供給圧力が変化し、若干の予熱炎の火炎性状の変化が出るが、ガス切断装置１に搭載する切断トーチ５の本数が少ない場合、或いは、使用する切断トーチ５の本数や組合せの変化幅が狭い場合は、適正な流量−圧力特性を持つダイアフラム式（機械式）の圧力調整器１２を適用することができる。

搭載する切断トーチ５の本数が多い場合、或いは、使用する切断トーチ５の本数や組合せの変化幅が広い場合は、出口圧力をフィードバックして出口圧力を設定された一定圧力に自動制御する機能を有する電空式の圧力調整器１２を適用することが好ましい。電空式の圧力調整器１２を適用する場合は、ガス混合装置１８に図示しない混合ガス出口圧力設定回路が組み込まれ、切断トーチ５の本数や組合せの変更に伴う燃料ガスの消費量の変化に関わらず、燃料ガス供給配管１３（圧力調整器１２の出口から切断トーチ５に至る間の経路）内の混合ガス（燃料ガス）の圧力を一定に保ち、予熱炎の火炎性状の変化をなくすることができる。

更に、ガス切断装置１側の機能として、搭載された全ての切断トーチ５に対して、個々の切断トーチ５の燃料ガス流量及び予熱酸素流量を流量設定回路から指令し、指令された燃料ガス流量及び予熱酸素流量に一定制御する機能を組合せることにより、燃料ガスの水素ガスとＬＰガスとの混合比率の変更、燃料ガスと予熱酸素ガスの流量及び混合比率の変更が可能となり、より高度な切断諸元設定が可能となる。

尚、図１及び図２は、水素ガスと炭化水素系ガス（本実施形態ではＬＰガス）とをそれぞれ独立したガス供給源から供給して任意の混合比率の混合ガスを燃料ガスとしてガス切断装置１に供給し、１本又は複数本の切断トーチ５で図示しない被切断材を切断するガス切断装置１において、燃料ガスの混合比率の安定制御及び使用する切断トーチ５の本数や組合せの変更に伴う燃料ガス消費量の変化に対応した燃料ガスの所定の混合比率及び流量の自動調整機能を説明するための機器構成及び系統の概念を示すものであり、そのガス混合装置１８内の構成機器や配置順序及びガス混合装置１８の設置位置を限定するものではない。

また、図１及び図２では、ガス混合装置１８に供給するガスを水素ガスと炭化水素系ガス（本実施形態ではＬＰガス）としているが、水素ガスを炭化水素系ガス又は水素ガスと炭化水素系ガスの予混合ガス供給源から供給し、もう一方のガス供給経路から前記水素ガスと予混合された炭化水素系ガスとは異なる炭化水素系ガスを供給してガス混合装置１８で混合して、水素ガスを含む三種以上の混合ガスとしてガス切断装置１に燃料ガスを供給しても良い。

本実施形態のガス切断装置１では、水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして１本又は複数本の切断トーチ５に供給して被切断材を切断する。水素ガスを供給する水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）と、ＬＰガス（炭化水素系ガス）を供給するＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）と、水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）から供給された水素ガスと、ＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）から供給されたＬＰガス（炭化水素系ガス）とを混合するインジェクタ１０（混合手段）と、該インジェクタ１０（混合手段）により混合された混合ガスを水素ガスとＬＰガス（炭化水素系ガス）の流量変化に関わらず略一定圧力に制御する圧力調整器１２（圧力制御手段）と、水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）を流通する水素ガス流量を検知する水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）と、ＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）を流通するＬＰガス流量（炭化水素系ガス流量）を制御するＬＰガス流量制御部１５（炭化水素系ガス流量制御手段）と、水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）により検知した水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づくＬＰガス流量（炭化水素系ガス流量）を演算する混合比率一定制御装置１６（演算手段）と、水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）により検知した水素ガス流量と、ＬＰガス流量制御部１５（炭化水素系ガス流量制御手段）に対してＣＰＵ１６ａ（炭化水素系ガス流量演算手段）から指令される炭化水素系ガス流量指令値と、該炭化水素系ガス流量指令値に基づいてＬＰガス流量制御部１５（炭化水素系ガス流量制御手段）により制御されたＬＰガス流量（炭化水素系ガス流量）の実行値を記憶するメモリ１６ｂ（記憶手段）と、個々の切断トーチ５に対して設定された水素ガスとＬＰガス（炭化水素系ガス）との混合ガスからなる燃料ガス流量と、メモリ１６ｂ（記憶手段）に随時記憶される各ガスの流量情報に基づいて混合ガスの混合比率及び流量の基準値と実行値とを比較して良否判断するＣＰＵ１６ａ（比較演算手段）と、該ＣＰＵ１６ａ（比較演算手段）による判定結果を報知する報知手段となる報知部２３とを有する。報知部２３はディスプレイや表示灯等の表示手段やブザーやサイレン等の警報手段を含む。ＬＰガス流量制御部１５（炭化水素系ガス流量制御手段）は、混合比率一定制御装置１６（演算手段）により演算したＬＰガス流量（炭化水素系ガス流量）に基づいてＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）を流通するＬＰガス添加量（炭化水素系ガス添加量）を制御することにより、１本又は複数本の切断トーチ５の個々の切断トーチ５の予熱炎の火炎性状を決定し、目的に応じて任意の切断トーチ５を適時選択することが出来る。

＜ガス切断方法＞
以降は、炭化水素系ガスとしてＬＰガスを使用し、図１及び図２に示す水素ガス流量検知部１４（水素ガス流量検知手段）としてマスフローメータ（質量流量計）を採用し、ＬＰガス流量制御部１５（炭化水素系ガス流量制御手段）としてマスフローコントローラ（質量流量調整弁）を採用した場合の一例として説明する。

本実施形態のガス切断装置１によれば、水素ガスとＬＰガスとの混合ガスを燃料ガスとして切断トーチ５に供給して図示しない被切断材を切断する。その際に、水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）を流通する水素ガス流量を水素ガス流量検知部１４により検知する。

そして、水素ガス流量検知部１４により検知した水素ガス流量を基に、混合比率一定制御装置１６により混合ガス中の水素ガスとＬＰガスの混合比率が所定の混合比率となるＬＰガス流量に演算する。マスフローコントローラからなるＬＰガス流量制御部１５は、混合比率一定制御装置１６により演算したＬＰガス流量指令値に基づいて、ＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）を流通するＬＰガス流量を自動制御する。これによりインジェクタ１０の入口側に供給される水素ガスとＬＰガスとの混合比率（流量比率）を一定に制御することができる。

インジェクタ１０は、水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）から供給された水素ガスと、ＬＰガス供給配管９（炭化水素系ガス供給路）から供給されたＬＰガスとを設定された混合比率の混合ガスとして混合する。

インジェクタ１０で混合された混合ガスは、バッファタンク１１にチャージされた後に圧力調整器１２で所定の燃料ガス供給圧力に調整され、燃料ガス主電磁弁１３ａを介して燃料ガス供給配管１３から各切断トーチ５に略一定圧力で供給される。圧力調整器１２は、インジェクタ１０により混合された混合ガスを切断トーチ５で消費される混合ガスの流量変化に関わらず略一定圧力に制御して、切断トーチ５に混合ガスを供給する。

ガス切断装置１は、切断トーチ５に供給される既混合ガスからなる燃料ガス及び予熱酸素ガス供給配管６から供給される予熱酸素ガスにより切断トーチ５に予熱炎を形成し、切断酸素ガス供給配管７から供給される切断酸素ガスを予熱された図示しない被切断材に噴射して、図示しない被切断材を切断する。

前述した実施形態のガス切断装置１により被切断材を切断する場合、切断トーチ５に取り付けられた切断火口で消費する燃料ガス（水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガス）の流量及び混合比率、並びに予熱酸素の流量は、切断火口を製造するメーカが標準切断諸元として提供するのが一般的である。図３（ａ）〜（ｃ）は火口諸元表の一例である。

本実施形態では、水素ガスと炭化水素系ガスとの所定の混合比率の混合ガスを燃料ガスとして略一定圧力で１本又は複数本の切断トーチ５に供給して被切断材を切断するガス切断方法である。水素ガス供給配管８（水素ガス供給路）を流通する水素ガス流量を検知し、その水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算して炭化水素系ガス添加量を制御する。更に、検知した水素ガス流量と炭化水素系ガス流量の演算結果及び炭化水素系ガス添加量の制御結果をＣＰＵ１６ａ（演算回路）で比較して混合ガスの混合比率及び流量の監視し、並びに、切断トーチ５に形成する予熱炎の火炎性状の再現性を担保する。更に、予め予熱炎の火炎性状が設定された個々の切断トーチ５の情報をメモリ１６ｂ（記憶手段）に記憶し、記憶された切断トーチ５の情報に基づいて任意の切断トーチ５を適時選択して被切断材を切断することが出来る。

従って、インジェクタ１０から供給すべき混合ガスの流量及び混合比率の制御は、消費される混合ガスの混合比率を第一義で定義し、混合ガスの流量（質量流量又は真流量）を第二義に定義するのが簡便である。

本実施形態において、目的の混合比率の混合ガス中の水素ガスの流量を決めるのは、水素ガスとＬＰガスとからなる燃料ガスと、予熱酸素ガスの流量調整により行う１本目の切断トーチ５の火炎調整（熟練技能者による目視判断）の結果で得られる混合ガス流量（メーカが提供する標準切断諸元流量、若しくは目的に応じて標準切断諸元流量から多少調整された流量）が基準となる。ここで基準とした火炎調整の結果で得られる流量の混合ガスに含まれる水素ガスの真流量が実測され、炭化水素系ガスの流量（炭化水素系ガス流量指令値Ｂ）は、ガス混合装置１８で設定された水素ガスとＬＰガスの混合比率（ａ）と水素ガス流量の実測値（水素ガス流量Ａ）から演算される。この間、ＬＰガスの流量は、設定された混合ガスの混合比率が一定に維持されるように自動制御される。２本目以降の切断トーチ５も同様に行なわれるが、この間、燃料ガス供給配管１３の切断トーチ５の入口圧力は、圧力調整器１２により略一定に保たれる。

これにより、ガス切断装置１の１本又は複数本の切断トーチ５を順次点火して、順次個々の切断トーチ５の火炎調整を行う際に、火炎調整が完了した切断トーチ５の火炎性状（前記混合ガスの混合比率及び流量、並びに前記混合ガスの混合比率及び流量に対応する予熱酸素ガスの流量の調整値）は決定的なものとなり、他の切断トーチ５の火炎調整による干渉を受けることがない。

ここで、切断トーチ５のｎ本目の切断トーチ５の火炎調整を行っている間の混合ガス実行流量Ｃｎ´は、ＣＰＵ１６ａの演算回路で、｛Ｃｎ´＝Ｃ´−Ｃｎ−1´｝で演算され、メモリ１６ｂに記憶された標準切断諸元流量と比較演算される。

前記ｎ本目の切断トーチ５に供給している混合ガス実行流量Ｃｎ´とメモリ１６ｂに記憶されたｎ本目の切断トーチ５の標準切断諸元流量に一致または許容ゾーンに入ったと判断されると、該切断トーチ５の近傍（作業者が容易に認識できる位置）に設けられた報知部２３に火炎調整合致情報を報知する。

作業者は、報知部２３に報知された火炎調整合致情報を確認し、または、目視による火炎性状の判定結果が目的とする予熱炎となったことを確認すると、この時の混合ガス実行流量Ｃｎ´を該切断トーチ５に与えられえた切断トーチ番号（ｎ）と共にメモリ１６ｂに記憶して登録する。

前述したように全ての切断トーチ５の火炎調整を予め実施することで、個々の切断トーチ５に与えられた固有の番号（１〜ｎ）に対応する適正な予熱炎の火炎性状となる混合ガス実行流量｛Ｃ１〜ｎ´｝を事前に設定することができる。

メモリ１６ｂに記憶して登録された該切断トーチ番号（１〜ｎ）と対応する混合ガス実行流量｛Ｃ１〜ｎ´｝は、ＣＰＵ１６ａに伝送され、被切断材の切断中の予熱炎の火炎性状を制御する制御目標値である｛Ｃ１〜ｎ｝となる。

本実施形態によれば、燃料ガスとして水素ガスとＬＰガスとの混合ガスを用いる１本又は複数本の切断トーチ５を有するガス切断装置１において、混合ガスの混合比率を切断要求諸元の適正な比率に予め設定し、使用する切断トーチ５の個々の切断トーチ５に対して、個別の予熱炎の火炎性状（前記混合ガスの流量、及び前記混合ガスの流量に対応する予熱酸素ガスの流量の調整値）を前記混合ガスの混合比率を変動させることなく設定することができる。

当然のことながら、全ての切断トーチ５の予熱炎の火炎性状を、前記混合ガスの混合比率を変動させることなく同一に設定することができる。これにより、前述したように同一又は個別の予熱炎の火炎性状に予め設定されたガス切断装置１の１本又は複数本の切断トーチ５から個々の切断トーチ５を適宜選択して、図示しない被切断材を切断することができる。

ガス切断装置１の１本又は複数本の切断トーチ５の使用本数の選択や組合せの変更は、ガス切断装置１の図示しない制御装置から選択する切断トーチ５を指令するだけで簡便に行うことができる。

本実施形態のガス切断方法によれば、被切断材の板厚の変更に伴う切断火口の番定の変更、被切断材の枚数の変更、被切断材から切り出す同一形状の切断部材の枚数の変更等に際して、使用する切断トーチ５の火炎調整を前記変更の都度行う必要がない。又、使用する切断トーチ５の本数や組合せを適時簡便に行うことができる。

また、被切断材の材質の変更、被切断材から切り出す切断部材の形状等に応じて、切断トーチ５に供給する前記混合ガスの水素ガスとＬＰガスとの混合比率を変更するに際して、混合比率一定制御装置１６によって混合ガスの混合比率設定を変更するだけで、所望する普遍的な混合比率の前記混合ガスを切断トーチ５の全ての切断トーチ５に対して燃料ガスとして供給することができる。所望する前記混合ガスの混合比率は、混合比率一定制御装置１６の図示しない混合比率設定器によって、所望する混合比に適時に、また簡便に変更することができる。

尚、前記混合ガスの水素ガスとＬＰガスとの混合比率は、任意に設定することが可能であるが、前記混合ガスの混合比率は、水素ガスを燃料ガスとした切断特性の優れた点と、予熱炎の視認性（白点形成）を両立することができる範囲として、ノルマル状態（温度０℃、圧力０Ｐａ（大気圧））で水素ガスの混合比率が８５体積％〜９５体積％（ＬＰガスの混合比率が５体積％〜１５体積％）に設定されるのが好ましい。

また、図１及び図２では、ガス混合装置１８に供給するガスを水素ガスと炭化水素系ガス（本実施形態ではＬＰガス）としているが、水素ガスを炭化水素系ガス又は水素ガスと炭化水素系ガスの予混合ガス供給源から供給し、もう一方のガス供給経路から前記水素ガスと予混合された炭化水素系ガスとは異なる炭化水素系ガスを供給してガス混合装置１８で混合して、水素ガスを含む三種以上の混合ガスとしてガス切断装置１に燃料ガスを供給しても良い。

尚、図１及び図２は、水素ガスと炭化水素系ガス（本実施形態ではＬＰガス）とをそれぞれ独立したガス供給源から供給して任意の混合比率の混合ガスを燃料ガスとしてガス切断装置１に供給し、１本又は複数本の切断トーチ５で図示しない被切断材を切断するガス切断装置１において、燃料ガスの混合比率の安定制御及び使用する切断トーチ５の本数や組合せの変更に伴う燃料ガス消費量の変化に対応した燃料ガスの混合比率及び流量の自動調整機能を説明するための機器構成及び系統の概念を示すものであり、そのガス混合装置１８内の構成機器や配置順序及びガス混合装置１８の設置位置を限定するものではない。

本発明の活用例として、水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして切断トーチに供給して被切断材を切断するガス切断方法及びガス切断装置に適用出来る。

ａ…水素ガスとＬＰガスとを混合した燃料ガスにおける水素ガスの混合比率（体積％）
Ａ…水素ガス流量検知部１４により随時検知される水素ガス供給配管８を流通する水素ガスの流量（ＮＬ／ｍｉｎ）
Ａ１…切断トーチ５の１本当りの混合ガスの水素ガス流量
Ｂ…ＬＰガス供給配管９を流通させるＬＰガスの制御流量（ＮＬ／ｍｉｎ）（ＬＰガス流量指令値）
Ｂ´…ＬＰガス実行流量
Ｂ１…切断トーチ５の１本当りの混合ガスの炭化水素系ガス流量
Ｃ…混合ガスの基準流量
Ｃ´…所定の混合比率の混合ガス流量の実行流量
Ｃ１…切断トーチ５の１本当りの混合ガスの基準流量
Ｃｎ´…混合ガス実行流量
ｍ…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計に流れる水素ガスの比重
ｍ０…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計に設定されたガスの比重
ｎ…使用する切断トーチ５の本数
Ｐ…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計にかかる圧力（ＭＰａ）
Ｐ０…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計に設定された圧力（ＭＰａ）
Ｑ…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計の指示値
Ｑ０…水素ガス供給配管８を流れる水素ガスの真流量
Ｔ…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計に流れる水素ガスの温度（℃）
Ｔ０…水素ガス流量検知部１４に設けられた流量計に設定された温度（℃）
１…ガス切断装置
２…水素ガス供給設備
３…ＬＰガス供給設備
４…酸素ガス供給設備
５…切断トーチ
６…予熱酸素ガス供給配管
６ａ…予熱酸素ガス主電磁弁
６ｃ…予熱酸素ガス流量調整弁
６ｄ…予熱酸素ガス電磁弁
６ｅ…逆火防止器（予熱酸素ガス系統）
７…切断酸素ガス供給配管
７ａ…切断酸素ガス主電磁弁
７ｂ…酸素ガス主遮断弁
７ｃ…切断酸素ガス流量調整弁
７ｄ…切断酸素ガス電磁弁
８…水素ガス供給配管（水素ガス供給路）
８ａ…電磁弁
８ｂ…水素ガス主遮断弁
８ｆ…圧力センサ（水素ガス供給路）
９…ＬＰガス供給配管（炭化水素系ガス供給路）
９ａ…電磁弁
９ｂ…ＬＰガス主遮断弁
９ｆ…圧力センサ（炭化水素系ガス供給路）
１０…インジェクタ（混合手段）
１１…バッファタンク
１２…圧力調整器（圧力制御手段）
１３…燃料ガス供給配管
１３ａ…燃料ガス主電磁弁
１３ｃ…燃料ガス流量調整弁
１３ｄ…燃料ガス電磁弁
１３ｅ…逆火防止器（燃料ガス系統）
１４…水素ガス流量検知部（水素ガス流量検知手段）
１５…ＬＰガス流量制御部（炭化水素系ガス流量制御手段）
１６…混合比率一定制御装置（演算手段）
１６ａ…ＣＰＵ（演算手段；比較演算手段）
１６ｂ…メモリ（記憶手段）
１７…温度センサ（水素ガス供給路）
１８…ガス混合装置
１９…圧力一定制御回路
２１…温度センサ（炭化水素系ガス供給路）
２２…アナログ／デジタル変換回路
２３…報知部（報知手段）

Claims (8)

1. 水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして略一定圧力で切断トーチに供給して被切断材を切断するガス切断方法であって、
   水素ガス供給路を流通する水素ガス流量を検知し、その水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算して炭化水素系ガス添加量を制御することを特徴とするガス切断方法。
2. 前記水素ガス混合比率をａ、前記水素ガス供給路を流通する水素ガス流量をＡとすると、前記炭化水素系ガス添加量Ｂは、Ｂ＝Ａ｛１−（ａ／１００）｝／（ａ／１００）により求められることを特徴とする請求項１に記載のガス切断方法。
3. 前記水素ガス流量と、前記炭化水素系ガス流量の演算結果及び前記炭化水素系ガス添加量の制御結果を演算回路で比較して前記混合ガスの混合比率及び流量を監視し、並びに、前記切断トーチに形成する予熱炎の火炎性状の再現性を担保すると共に、予め予熱炎の火炎性状が設定された個々の切断トーチの情報を記憶手段に記憶し、該記憶された切断トーチの情報に基づいて任意の切断トーチを選択して被切断材を切断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス切断方法。
4. ｎ本目の前記切断トーチに供給している混合ガス実行流量と前記記憶手段に記憶されたｎ本目の切断トーチの標準切断諸元流量に一致または許容ゾーンに入ったと判断されると、該切断トーチの近傍に設けられた報知手段に火炎調整合致情報を報知することを特徴とする請求項３に記載のガス切断方法。
5. 前記記憶手段に記憶された前記切断トーチの番号と対応する前記混合ガス実行流量を被切断材の切断中の予熱炎の火炎性状を制御する制御目標値とすることを特徴とする請求項４に記載のガス切断方法。
6. 水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスを燃料ガスとして切断トーチに供給して被切断材を切断するガス切断装置であって、
   水素ガスを供給する水素ガス供給路と、
   炭化水素系ガスを供給する炭化水素系ガス供給路と、
   前記水素ガス供給路から供給された水素ガスと、前記炭化水素系ガス供給路から供給された炭化水素系ガスとを混合する混合手段と、
   前記混合手段により混合された混合ガスを前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの流量変化に関わらず略一定圧力に制御する圧力制御手段と、
   前記水素ガス供給路を流通する水素ガス流量を検知する水素ガス流量検知手段と、
   前記炭化水素系ガス供給路を流通する炭化水素系ガス流量を制御する炭化水素系ガス流量制御手段と、
   前記水素ガス流量検知手段により検知した水素ガス流量を基準として設定された水素ガス混合比率に基づく炭化水素系ガス流量を演算する演算手段と、
   を有し、
   前記炭化水素系ガス流量制御手段は、前記演算手段により演算した炭化水素系ガス流量に基づいて前記炭化水素系ガス供給路を流通する炭化水素系ガス添加量を制御することを特徴とするガス切断装置。
7. 前記水素ガス混合比率をａ、前記水素ガス流量検知手段により検知される前記水素ガス供給路を流通する水素ガス流量をＡとすると、前記炭化水素系ガス供給路を流通させる前記炭化水素系ガス添加量Ｂは、Ｂ＝Ａ｛１−（ａ／１００）｝／（ａ／１００）により求められることを特徴とする請求項６に記載のガス切断装置。
8. 前記水素ガス流量検知手段により検知した水素ガス流量と、前記炭化水素系ガス流量制御手段に対して前記演算手段から指令される炭化水素系ガス流量指令値と、前記炭化水素系ガス流量指令値に基づいて前記炭化水素系ガス流量制御手段により制御された炭化水素系ガス流量の実行値とを記憶する記憶手段と、
   個々の前記切断トーチで設定された水素ガスと炭化水素系ガスとの混合ガスからなる燃料ガス流量と、前記記憶手段に随時記憶される前記各ガスの流量情報とに基づいて前記混合ガスの混合比率及び流量の基準値と実行値とを比較して良否判断する比較演算手段と、
   前記比較演算手段による判定結果を報知する報知手段と、
   を有し、
   前記炭化水素系ガス流量制御手段は、前記演算手段により演算した炭化水素系ガス流量に基づいて前記炭化水素系ガス供給路を流通する炭化水素系ガス添加量を制御することにより、１本又は複数本の切断トーチの個々の切断トーチの予熱炎の火炎性状を決定し、目的に応じて任意の切断トーチを選択することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のガス切断装置。

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