JP3913246B2 - バーンポンド用バブルキャップ - Google Patents
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Description
バーンポンド方式は、池の中に設けられた配管から可燃性ガスを吹き出し水面上で燃焼させるもので大量のガスを処理することができる上、水封効果で逆火を防ぐ安全性の高い燃焼処理方法である。
図12は従来のバブルキャップ方式バーンポンドの概略構造を示す側面図面、図13はバブルキャップの構造を説明する側面図である。
設備から放出される可燃性ガスは、水を張ったバーンポンド中に設けられたガスヘッダに配管で導かれ、ガスヘッダに直立して設けられた多数の放出管から放出される。放出管は水面より上に突出していて、上からバブルキャップが被されている。バブルキャップは上面が塞がれ下面が開放された断面円形の円筒形状をし、作動中は裾が水中に没していて、裾の全周に亘る水中に没する部分に多数のスリットが形成されている。スリットの上端部の位置は、確実な水封効果が得られる範囲で背圧を極力小さくするように決められるが、たとえばロケット発射装置では水面から40mmないし50mmの深さに選択されている。
ロケット関連設備では、その不要な水素ガスをバブルキャップ式バーンポンドに導き安全に燃焼処理する方法が採用されている例がある。
本発明のバブルキャップは、細長い天板部を有しスカート部の周が長いため極めて多数のスリットを設けることができるから、バーンポンドに放出する可燃性ガス量は従来のものと比較して著しく増大する。しかも、天板部の領域の一部は水没しており、水面上に現れる部分が可燃性ガスが燃焼する位置から離れており、加えて、放出管からのガスにより内面から冷却される効果もあるため、極端に昇温することがなく、バブルキャップに生じる熱応力は低減されて、熱変形に起因する亀裂などが生じにくい。
なお、天板部は突出部を除いた殆どが水没していることが好ましい。
なお、放出される可燃性ガスの圧力は低いので、排出される施設に逆流しないためには、バブルキャップ中のガス圧力が十分低くなっている必要があるので、スリットの上端の深さは条件に合わせた所定の値に管理しなければならない。たとえば、人工衛星打ち上げ用ロケットについては40〜50mmH2Oの低ヘッドであることが要求されるので、スリットの上端位置が水面下40〜50mmになるように開孔する。すると、天板部の殆どが水面下にあるのであるから、放出管から放出される可燃性ガスがスリットに到達するまでの輸送経路の天井は極めて低く断面積は小さくなる。
これに対して、天板部を峰形状を有する屋根型に形成することは、スリットまでの輸送経路の断面積が拡大してガス輸送量が増加する効果もあって好ましい。
バブルキャップの側面に波があると、スリット毎に水深が異なり背圧が変化するため、水深が浅くなったスリットから選択的にガスが放出されて燃焼ムラが生じ、また燃焼する位置が転々と移動する現象が生じたり、失火することもある。さらに波が大きくなると、スリットが一時的に大気に曝される状態となり、逆火や可燃性ガスが直接大気中に放出される現象も生じる可能性があり、安全性が低下することにもなる。
消波装置は、パンチングメタルなど小さな穴あるいはスリットを多数設けた金属平板などが使えるが、特に、安価で入手容易な金網を使用することが好ましい。平板や金網の細孔により、スリットから放出された可燃性ガスの塊を砕いて細粒化することにより、波の発生を抑制することができる。
消波装置は、スリット上端以上水面以下の位置に設ければよいが、特に、水面下、水面すれすれの位置に設置することが好ましい。水面すれすれに障害物を設けることにより、水の動きを妨げて波の発生と発達を抑制する効果も発生する。
造波防止装置は、平板を落し蓋のように周囲を空けて設置したものや、小さな穴あるいはスリットを多数設けた平板を固定したもの、金網を用いたものなどであってもよい。これらは、内水面に波ができるときに、水の造波運動に抵抗する構造体となる。
造波防止装置は、バブルキャップの裾部のスリットの上端位置の深さ辺りに設けることが好ましい。キャップ内の水面は、ガス放出中はスリット上端位置近傍に形成されるからである。
バブルキャップ内に造波防止装置を設けることにより、ガス流量が大きくなっても、ガスの流路を確実に確保して、安定した燃焼処理を行うことができる。
また、放出ガスが増加する場合には浅い方のスリットから順次点火する領域が広がっていき、放出ガスが減少する場合には深い方のスリットから順次消火するので安全である。
本実施例のバブルキャップ10は、縦長の天井付き覆い体で、細長い天板11とスカート板12とシリンダー状突起13で形成される。シリンダー状突起13は天井が付いていて底板が無く天板11に開けた穴のところに設けられている。また、スカート板12は天板11の側縁から垂れて天板11を取り囲むように設けられていて、側面に縦長のスリット14が多数並列に設けられている。バブルキャップ10の底面は開放されているが、一部に底板が設けられていてもよい。
シリンダー状突起13は、内径が放出管22の外径より大きく放出管22を挿入したときに放出管22の周囲にガスが流通する十分な隙間が生じるように形成されている。また、シリンダー状突起13は、天板11の中心付近に設けてもよいが、一方の端部の近くに設けてもよい。
なお、バブルキャップ10に複数の突起13を設けて、2個以上の放出管22から可燃性ガスの供給を受けることもできる。
図2に示したバーンポンド20では、放出管22は放出管ヘッダ21を挟んでそれぞれ同じ位置に設けられ、それぞれのバブルキャップ10は、端部に設けられた突起13を放出管22に被せて、放出管ヘッダ21に対して垂直の方向に延設して櫛の歯のように配設されている。
なお、図示しないが、バブルキャップ10の端部にパイロットバーナが設けられていて、着火を容易にすると共に失火を防止している。
また、スカート板12の側面に設けるスリット14の上端の深さが水中に放出するときのガスの圧力に相当する。この圧力が、可燃性ガスが発生する施設からの放出圧力と必要流量の時の搬送抵抗により決まる圧力より小さくないと、可燃性ガスの必要量を搬送して処理することができない。また、スリット上端の深さが浅いと、ちょっと波が発生しただけで直ちにガスが放出されるようになり、安定した燃焼処理ができない。
ロケット打ち上げ施設に付属させるバーンポンドでは、要求される放出ガス圧力は40〜50mmH2Oであるので、スリット14の上端位置は水面下40〜50mmになるように管理する必要がある。
水中に放出されたガスは泡となって上昇し水上ではじけて既に近隣で燃焼している火炎を引火して燃焼する。可燃性ガスが次々に水上に現れる間は放出ガスは途切れずに燃焼を継続する。
なお、バブルキャップ10の間隔が小さい場合、あるいは隣接するバブルキャップ10の間にこれらを接続するバブルキャップをさらに設けた場合には、火線が連続するため、放出管ヘッダ21の延長方向にパイロットバーナを1個設けることによって、失火しないようにすることができる。
また、ガスの処理量をさらに増大する必要がある場合は、放出管ヘッダ21を多数配置して、さらに大量のバブルキャップ10を設けることにより容易に対処することができる。
図に見られるように、バブルキャップ10を放出管22から端末の方向に向けて低下するようなごく小さい傾斜を付けて設置する。たとえば、2mの長さのバブルキャップ10を両端で10mm程度深さが異なるように傾斜を持たせて設置する。
このように、バブルキャップ10を斜めに設置して並設されたスリット上端位置が末端方向に低下するようにすると、ガス供給量とガス放出量が自律的に制御されて均衡するメカニズムを備えるようになり、ガス流量が小さい運転初期や終期においても燃焼を自動的に持続させることができる。
そこで、本実施例では、バブルキャップの外側に消波装置を設置して波の発生を抑制するようにしたものである。
消波装置30は、たとえばパンチングメタルなど、ガスの泡が透過する小孔を多数設けた板であってもよい。
なお、消波装置30は、水中、スリット14の上端と水面直下の間の任意の深さに設置しても一定の効果を得ることができる。消波装置30の金網の穴や小孔は、スリット14から放出された可燃性ガスの塊を砕いて細粒化して、水面上で燃焼するガス量を均質化して水面に生じる外乱を減少させる作用があるので、波の発生を抑制することができるからである。
本実施例の消波装置30を備えたバブルキャップ10を使用しているから、ガスの流量にかかわらず波の発生が抑制され、安定したガス燃焼処理を実施することができる。
なお、本実施例においては、バブルキャップ10の形状を細長いものとしたが、どのような形状のバブルキャップ10を使用した場合でも、バブルキャップ10の外側に消波装置30を設けて波の抑制を図ることは好ましい。
そこで、本実施例では、バブルキャップの内側に造波防止装置を設置して内側に波が発生しないようにしたものである。
造波防止装置40の整流板はパンチングメタルなどを用いて構成することができるが、また、バブルキャップ内壁と小さな間隔を置いてただの平板を配置して構成した整流板によっても効果的な造波防止作用をもたらすことができる。
造波防止装置40の水面下に設けられた整流板あるいは金網は、ガス流が水面に図中点線42で表現したような波を生成しようとしても、波が発達するために必須である水の回転運動を阻止するので、波の発生と発達を抑制して図中実線41で示すような波立ちのない穏やかな水面をバブルキャップ10の内部に生成する。
なお、バブルキャップ10がどのような形状であっても、バブルキャップ10の内側に造波防止装置40を設けて波の抑制を図ることが可燃性ガスの燃焼処理の安定化に効果があることは言うまでもない。
11 天板
12 スカート板
13 シリンダー状突起
14 スリット
15 峰
16 内部空間
20 バーンポンド
21 放出管ヘッダ
22 放出管
30 消波装置
40 造波防止装置
41 穏やかな水面
42 波立った水面
Claims (9)
- バーンポンドに垂直に設けられた可燃性ガス放出管に被せて使うバブルキャップであって、細長い形状を有する天板部と該天板部の端縁を巡るスカート部を備え、前記天板部に前記放出管の径より内径が大きいシリンダー状突出部を少なくとも1個備え、前記スカート部に複数の縦長スリットを並列に設けたもので、前記天板部は前記シリンダー状突出部以外の領域の少なくとも一部が水面下に没するように設置して使用することを特徴とするバーンポンド用バブルキャップ。
- 前記天板部は、軸線に沿って盛り上がり側部に低くなるような屋根形状を有することを特徴とする請求項1記載のバーンポンド用バブルキャップ。
- 前記バブルキャップは、側面外側の前記スリットの上端位置から前記バーンポンドの水面位置の間に消波装置を設置したことを特徴とする請求項1または2記載のバーンポンド用バブルキャップ。
- 前記消波装置は、水面直下の位置に設置されことを特徴とする請求項3記載のバーンポンド用バブルキャップ。
- 前記消波装置は、小孔あるいはスリットを設けた平板と金網のいずれかを用いて構成されることを特徴とする請求項3または4記載のバーンポンド用バブルキャップ。
- 前記バブルキャップは、内側の前記スリットの上端位置近傍に造波防止装置を設置したことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のバーンポンド用バブルキャップ。
- 前記造波防止装置は、前記キャップの内壁との間に隙間を設けた平板、小孔もしくはスリットを設けた平板、および金網のいずれかを用いて構成されることを特徴とする請求項6記載のバーンポンド用バブルキャップ。
- 複数のガス放出管を垂直に設置したガスヘッドを配置して、該ガス放出管のそれぞれに請求項1から7のいずれかに記載の細長いバブルキャップを被せて設置することにより、該バブルキャップを並置したことを特徴とするバーンポンド。
- 前記バブルキャップは一方の端近傍に前記シリンダー状突出部を配置したもので、前記スリットの上端を結ぶ線が該シリンダー状突起部が設置された前記ガス放出管から遠ざかるにつれて徐々に低下するように設置されたことを特徴とする請求項8記載のバーンポンド。
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