JP5276937B2 - ガス切断方法及びガス切断装置 - Google Patents
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Description
この発明は、燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射してワークを切断する切断酸素孔とを備えた切断火口によりワークを切断するためのガス切断方法及びガス切断装置に関する。
従来、例えば、鋼板等のワークを切断する場合に、ワークの切断開始点を予熱孔の予熱炎によって酸化反応が可能な温度まで加熱し、加熱された部分に切断酸素孔から高純度の酸素ガスを噴射して燃焼、溶融させることによりワークを切断するガス切断方法が広く用いられている。
かかるガス切断方法では、切断開始点でのワーク加熱時とワーク切断時のいずれの場合にも予熱孔に燃料ガスとしての炭化水素系ガスと酸素ガスを供給して予熱炎として燃焼させていたが、近年、炭化水素系ガスに代えて水素ガスを用いることが行なわれている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−６６７３６号公報
かかるガス切断方法では、切断開始点でのワーク加熱時とワーク切断時のいずれの場合にも予熱孔に燃料ガスとしての炭化水素系ガスと酸素ガスを供給して予熱炎として燃焼させていたが、近年、炭化水素系ガスに代えて水素ガスを用いることが行なわれている。（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、上記方法によれば、ワークを加熱する場合に予熱孔に多くの水素ガスを供給することが必要でありコスト的にも不利であるという問題がある。
そこで、予熱炎によりワークを加熱する際に、ワークを充分に加熱することが可能でコスト的にも有効な技術的手段に対する要請が高まっている。
そこで、予熱炎によりワークを加熱する際に、ワークを充分に加熱することが可能でコスト的にも有効な技術的手段に対する要請が高まっている。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射する切断酸素孔とを備えた切断火口を用いてワークを切断するガス切断方法において、ワーク加熱時とワーク切断時にそれぞれ適した燃料ガスを予熱孔に供給することで水素ガスの消費量を削減することが可能なガス切断方法及びガス切断装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射してワークを切断する切断酸素孔とを備えた切断火口によるガス切断方法であって、水素ガスと炭化水素系ガスの少なくともいずれかを含んで構成された前記燃料ガスを用いて、前記ワークを加熱する場合に供給する前記燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、前記ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率とを変更することを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射してワークを切断する切断酸素孔とを備えた切断火口によるガス切断方法であって、水素ガスと炭化水素系ガスの少なくともいずれかを含んで構成された前記燃料ガスを用いて、前記ワークを加熱する場合に供給する前記燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、前記ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率とを変更することを特徴とする。
請求項１０に記載の発明は、燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射してワークを切断する切断酸素孔とを備えた切断火口に酸素ガスと前記燃料ガスと酸素ガスとを供給するガス切断装置であって、酸素ガス供給回路と、水素ガス供給回路と、炭化水素系ガス供給回路と、ガス供給制御手段とを備え、前記予熱孔には、酸素ガス供給回路と、水素ガス供給回路と、炭化水素系ガス供給回路とが接続されるとともに、前記水素ガス供給回路からの水素ガスの流量と前記炭化水素系ガス供給回路からの炭化水素系ガスの流量とは変更可能とされ、前記切断酸素孔には前記酸素ガス供給回路が接続され、前記ガス供給制御手段は、前記ワークを加熱する場合に供給する前記燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、前記ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率とを変更するように構成されていることを特徴とする。
この発明に係るガス切断方法及びガス切断装置によれば、ワークを加熱する場合と切断する場合で、予熱孔に供給する燃料ガスに関して水素ガスと炭化水素系ガスの比率を変更するので、加熱時と切断時のそれぞれに適した予熱炎を形成するとともに水素ガスの消費を削減することが可能となる。
なお、この明細書に記載された水素ガス、炭化水素系ガス（単体ガスを含む）、酸素ガスは、必ずしも純度１００％を意味しておらず、工業的に許容される不可避不純物等を含有するものを除外する趣旨ではない。
なお、この明細書に記載された水素ガス、炭化水素系ガス（単体ガスを含む）、酸素ガスは、必ずしも純度１００％を意味しておらず、工業的に許容される不可避不純物等を含有するものを除外する趣旨ではない。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス切断方法であって、前記ワークを加熱する場合は、前記水素ガス、又は前記水素ガスと前記炭化水素系ガスとを混合して前記予熱孔に供給することを特徴とする。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のガス切断装置であって、記ガス供給制御手段は、前記ワークを加熱する場合に、前記水素ガス、又は前記水素ガスと前記炭化水素系ガスとを混合した混合ガスを、前記燃料ガスとして前記予熱孔に供給するように構成されていることを特徴とする。
この発明に係るガス切断方法及びガス切断装置によれば、ワークを加熱する場合に、水素ガス、又は水素ガスと炭化水素系ガスとを混合した燃料ガスを予熱孔に供給するのでワークの加熱に必要な熱を効率的に確保することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガス切断方法であって、前記水素ガスへの前記炭化水素系ガスの混合比は、体積比で３０％以下であることを特徴とする。
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のガス切断装置であって、前記ガス供給制御手段は、前記水素ガスへの前記炭化水素系ガスの混合比を、体積比で３０％以下に調整するように構成されていることを特徴とする。
この発明に係るガス切断方法及びガス切断装置によれば、ワークを加熱する場合に、炭化水素系ガスに比較して生産性を向上させたうえで水素ガスの消費を削減することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のガス切断方法であって、前記水素ガスへの前記炭化水素系ガスの混合比は、体積比で１０％以下であることを特徴とする。
この発明に係るガス切断方法によれば、水素ガスとほぼ同等の生産性を確保しつつ水素ガスの削減をすることができる。
請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、前記ワークを切断する場合は、前記予熱孔に前記炭化水素系ガスを供給することを特徴とする。
この発明に係るガス切断方法によれば、切断に必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を不要とすることができる。
請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、前記ワークを切断する場合は、前記予熱孔に前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの混合ガスを供給することを特徴とする。
この発明に係るガス切断方法によれば、切断に必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減することができる。
請求項７に記載の発明は、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、前記炭化水素系ガスはＬＰＧであることを特徴とする。
請求項８に記載の発明は、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、前記炭化水素系ガスはプロパンガスであることを特徴とする。
請求項９に記載の発明は、請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、前記炭化水素系ガスはブタンガスであることを特徴とする。
請求項７から請求項９に係る発明によれば、水素ガスよりも容易に入手可能とされるとともに水素ガスの消費を削減しつつ切断に必要な熱エネルギーを確保することができる。
本発明に係るガス切断方法及びガス切断装置によれば、加熱時の熱量を充分に確保することにより加熱時と切断時のそれぞれに適した予熱炎を形成するとともに水素ガスの消費を削減することができる。
以下、図１、図２を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係るガス切断システム１を示す図であり、符号２０は切断火口を、符号３０はガス切断装置を示しており、ガス切断装置３０は酸素ガスと燃料ガスとを切断火口２０に供給するようになっている。
また、ガス切断システム１は、水素ガスと炭化水素系ガスの少なくともいずれかを含んで構成された燃料ガスを用いて、ワークを加熱する場合に供給する燃料ガスが含む水素ガスと炭化水素系ガスの比率と、ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む水素ガスと炭化水素系ガスの比率とを変更するように構成されている。
図１は、第１の実施形態に係るガス切断システム１を示す図であり、符号２０は切断火口を、符号３０はガス切断装置を示しており、ガス切断装置３０は酸素ガスと燃料ガスとを切断火口２０に供給するようになっている。
また、ガス切断システム１は、水素ガスと炭化水素系ガスの少なくともいずれかを含んで構成された燃料ガスを用いて、ワークを加熱する場合に供給する燃料ガスが含む水素ガスと炭化水素系ガスの比率と、ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む水素ガスと炭化水素系ガスの比率とを変更するように構成されている。
切断火口２０は、例えば、棒状に形成された切断火口本体の一方側端面の中央部に開口する切断酸素孔２２と、この切断酸素孔２２の周囲を囲むように形成された予熱孔２３とを備え、予熱孔２３には燃料ガスと酸素ガスが、切断酸素孔２２には酸素ガスが、それぞれガス切断装置３０から供給され、予熱炎によりワークを加熱し、加熱された部分に切断酸素孔２２から酸素ガスを噴射してワークを切断（ピアシングを含む）ようになっている。
なお、切断火口における予熱孔と切断酸素孔の構成（それぞれの数、位置関係等）は、この実施形態に限定されないことはいうまでもない。
なお、切断火口における予熱孔と切断酸素孔の構成（それぞれの数、位置関係等）は、この実施形態に限定されないことはいうまでもない。
ガス切断装置３０は、燃料ガス供給回路４０と、酸素ガス供給回路５０と、制御部（ガス供給制御手段）６０とを備え、燃料ガス供給回路４０及び酸素ガス供給回路５０は、それぞれ切断火口２０に接続されている。
燃料ガス供給回路４０は、水素ガス供給回路４１と、プロパンガス供給回路４５とを備えている。
水素ガス供給回路４１は、例えば、水素ガスタンク等の水素ガス供給源Ｓｈに接続され、水素ガス供給源Ｓｈから圧力調整弁４１Ｐ、水素ガス電磁弁４２の順に配置されていて制御部６０からの制御信号で水素ガス電磁弁４２が開閉されて水素ガスの流通が制御されるようになっている。
水素ガス供給回路４１は、例えば、水素ガスタンク等の水素ガス供給源Ｓｈに接続され、水素ガス供給源Ｓｈから圧力調整弁４１Ｐ、水素ガス電磁弁４２の順に配置されていて制御部６０からの制御信号で水素ガス電磁弁４２が開閉されて水素ガスの流通が制御されるようになっている。
プロパンガス供給回路４５は、例えば、プロパンガスタンク等のプロパンガス供給源Ｓｐに接続され、プロパンガス供給源Ｓｐから圧力調整弁４５Ｐ、プロパンガス電磁弁４６の順に配置されていて制御部６０からの制御信号でプロパンガス電磁弁４６が開閉されてプロパンガスの流通が制御されるようになっている。
酸素ガス供給回路５０は、予熱孔２３に接続される予熱酸素ガス供給回路５１と、切断酸素孔２２に接続される切断酸素ガス供給回路５５とを備え、例えば、酸素ガスタンク等の酸素ガス供給源Ｓｏにそれぞれ接続されている。
予熱酸素ガス供給回路５１は、酸素ガス供給源Ｓｏから圧力調整弁５１Ｐ、予熱酸素電磁弁５２の順に配置されていて制御部６０からの制御信号により予熱酸素電磁弁５２が開かれると予熱用酸素ガスが予熱孔２３に供給されるようになっている。また、予熱酸素ガス供給回路５１には予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３が設けられており、加熱時とピアシング時に予熱孔２３に高圧の酸素ガスを供給するようになっている。
予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３は、酸素ガス供給源Ｓｏと予熱酸素電磁弁５２の間に配置され、酸素ガス供給源Ｓｏから圧力調整弁５３Ｐ、予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４の順に配置されていて制御部６０からの制御信号により予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４が開かれると予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３を経由した酸素ガスが予熱孔２３に供給されるようになっている。かかる制御信号はワーク加熱時とピアシング時に出力されるようになっている。
切断酸素供給回路５５は、圧力調整弁５５Ｐと、切断酸素電磁弁５６とを備え、酸素ガス供給源Ｓｏから圧力調整弁５５Ｐ、切断酸素電磁弁５６がこの順に配置されて酸素ガス供給源Ｓｏと切断酸素孔２２とを接続している。また、切断酸素供給回路５５は制御部６０からの制御信号によって切断酸素電磁弁５６が開閉されて切断酸素孔２２への酸素ガスの流通を制御するようになっている。
制御部６０は、プログラム等により指示される加熱工程、ピアシング工程、切断工程を示す信号により、それぞれ対応する電磁弁に制御信号を出力してこれら電磁弁を開閉することにより所望の酸素ガス、燃料ガスを切断火口２０に供給するようになっている。図１において示した制御部６０と各電磁弁とを接続する破線は、制御部６０から各電磁弁に制御信号を送るための信号ケーブルを示している。
次に、ガス切断装置３０の作用について説明する。
〔ワーク加熱時〕
制御部６０からの制御信号によって水素ガス供給回路４１の水素ガス電磁弁４２を開くとともに予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開いて予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で水素ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成され、この予熱炎によりワークが加熱される。
〔ワーク加熱時〕
制御部６０からの制御信号によって水素ガス供給回路４１の水素ガス電磁弁４２を開くとともに予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開いて予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で水素ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成され、この予熱炎によりワークが加熱される。
〔ピアシング時〕
制御部６０からの制御信号によって水素ガス供給回路４１の水素ガス電磁弁４２を開くとともに予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開き予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
また、制御部６０からの制御信号によって切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６が開かれ切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で水素ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてピアシングが行なわれる。
制御部６０からの制御信号によって水素ガス供給回路４１の水素ガス電磁弁４２を開くとともに予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開き予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
また、制御部６０からの制御信号によって切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６が開かれ切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で水素ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてピアシングが行なわれる。
〔切断時〕
制御部６０からの制御信号によってプロパンガス供給回路４５のプロパンガス電磁弁４６を開くとともに予熱酸素電磁弁５２を開いて予熱孔２３にプロパンガスと酸素ガスを供給する。切断時には予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４は閉じられる。
また、切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６を開いて切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３でプロパンガスと酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてワークの切断が行なわれる。
制御部６０からの制御信号によってプロパンガス供給回路４５のプロパンガス電磁弁４６を開くとともに予熱酸素電磁弁５２を開いて予熱孔２３にプロパンガスと酸素ガスを供給する。切断時には予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４は閉じられる。
また、切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６を開いて切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３でプロパンガスと酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてワークの切断が行なわれる。
ガス切断装置３０によれば、ワークの加熱時、ワークのピアシング時、ワークの切断時で、予熱孔２３に供給する燃料ガスを構成する水素ガスとプロパンガスが切り替えら（比率が変更さ）れて、加熱時、ピアシング時、切断時のそれぞれに適した予熱炎を形成することができる。
その結果、必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減することができる。
その結果、必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減することができる。
また、切断酸素孔２２への切断用酸素ガスの供給を、加熱時、ピアシング時、切断時により切り替えているので予熱炎とともにワークを効率的に加熱、ピアシング、切断することができる。
その結果、ワークを切断する場合に、予熱孔２３にプロパンガスのみを供給することにより切断時に必要な熱エネルギーを確保しつつワーク切断における水素ガスの供給を不要にすることができる。
その結果、ワークを切断する場合に、予熱孔２３にプロパンガスのみを供給することにより切断時に必要な熱エネルギーを確保しつつワーク切断における水素ガスの供給を不要にすることができる。
次に、図３、図４を参照して、この発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、第２の実施形態に係るガス切断システム２を示す図であり、符号７０はガス切断装置を示している。
ガス切断装置７０がガス切断装置３０と異なるのは、ガス切断装置３０では水素ガス電磁弁４２及びプロパンガス電磁弁４６の開閉により水素ガス及びプロパンガスの供給が制御されていたのに対して、ガス切断装置７０では水素ガス及びプロパンガスの供給が燃料ガス供給回路８０の水素ガス供給回路８１及びプロパンガス供給回路８５に設けられたマスフローコントローラにより無段階に制御可能とされている点である。その他はガス切断装置３０と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
図３は、第２の実施形態に係るガス切断システム２を示す図であり、符号７０はガス切断装置を示している。
ガス切断装置７０がガス切断装置３０と異なるのは、ガス切断装置３０では水素ガス電磁弁４２及びプロパンガス電磁弁４６の開閉により水素ガス及びプロパンガスの供給が制御されていたのに対して、ガス切断装置７０では水素ガス及びプロパンガスの供給が燃料ガス供給回路８０の水素ガス供給回路８１及びプロパンガス供給回路８５に設けられたマスフローコントローラにより無段階に制御可能とされている点である。その他はガス切断装置３０と同様であるため、同一の符号を付して説明を省略する。
ガス切断装置７０は、燃料ガス供給回路８０と、酸素ガス供給回路５０と、制御部（ガス供給制御手段）６１とを備えている。
燃料ガス供給回路８０は、水素ガス供給回路８１と、プロパンガス供給回路８５と、混合装置８８と、燃料ガス電磁弁８９とを備え、水素ガス供給回路８１及びプロパンガス供給回路８５は並列に配置されてそれぞれ下流側が混合装置８８に接続されている。また、混合装置８８は下流側が切断火口２０に接続され、混合装置８８と切断火口２０の間には燃料ガス電磁弁８９が設けられ、燃料ガスの流通を制御するようになっている。
水素ガス供給回路８１は、マスフローコントローラ８２と水素ガス電磁弁８３とを備え、上流側が水素ガス供給源Ｓｈに接続され、マスフローコントローラ８２、水素ガス電磁弁８３は水素ガス供給源Ｓｈからこの順に配置されて下流側が混合装置８８に接続されている。
また、プロパンガス供給回路８５は、マスフローコントローラ８６とプロパンガス電磁弁８７とを備え、上流側がプロパンガス供給源Ｓｐに接続され、マスフローコントローラ８６、プロパンガス電磁弁８７はプロパンガス供給源Ｓｐからこの順に配置されて下流側が混合装置８８に接続されている。
また、プロパンガス供給回路８５は、マスフローコントローラ８６とプロパンガス電磁弁８７とを備え、上流側がプロパンガス供給源Ｓｐに接続され、マスフローコントローラ８６、プロパンガス電磁弁８７はプロパンガス供給源Ｓｐからこの順に配置されて下流側が混合装置８８に接続されている。
また、制御部６１は、マスフローコントローラ８２、マスフローコントローラ８６の開度をそれぞれ制御するとともに、水素ガス電磁弁８３、プロパンガス電磁弁８７、燃料ガス電磁弁８９を開閉して水素ガス、プロパンガスの流通を制御するようになっている。
かかる構成によりガス切断装置７０は、制御部６０からの制御信号によってマスフローコントローラ８２、８６の開度を制御して水素ガス供給回路８１の水素ガスの流量及びプロパンガス供給回路８５のプロパンガスの流量とを制御することにより水素ガスに対するプロパンガスの混合比（体積比）を調整可能とされている。
その結果、ワークを加熱する場合、ピアシングする場合、切断する場合において、水素ガス、プロパンガス、又は混合された燃料ガスを予熱孔２３に供給するとともに水素ガスとプロパンガス混合比（体積比率）を調整することができるようになっている。
その結果、ワークを加熱する場合、ピアシングする場合、切断する場合において、水素ガス、プロパンガス、又は混合された燃料ガスを予熱孔２３に供給するとともに水素ガスとプロパンガス混合比（体積比率）を調整することができるようになっている。
次に、ガス切断装置７０の作用について説明する。
〔ワーク加熱時〕
制御部６１からの制御信号によってマスフローコントローラ８２及びマスフローコントローラ８６の開度がそれぞれ制御されるとともに、マスフローコントローラ８２、８６に対応して水素ガス電磁弁８３、プロパンガス電磁弁８７が開閉され、燃料ガス（水素ガス、プロパンガス、又は水素ガスとプロパンガスが混合された混合ガスのいずれか）が燃料ガス電磁弁８９を介して予熱孔２３に供給される。このとき燃料ガス電磁弁８９は、開かれている。
また、制御部６１からの制御信号によって予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開いて予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で燃料ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成され、この予熱炎によりワークが加熱される。
〔ワーク加熱時〕
制御部６１からの制御信号によってマスフローコントローラ８２及びマスフローコントローラ８６の開度がそれぞれ制御されるとともに、マスフローコントローラ８２、８６に対応して水素ガス電磁弁８３、プロパンガス電磁弁８７が開閉され、燃料ガス（水素ガス、プロパンガス、又は水素ガスとプロパンガスが混合された混合ガスのいずれか）が燃料ガス電磁弁８９を介して予熱孔２３に供給される。このとき燃料ガス電磁弁８９は、開かれている。
また、制御部６１からの制御信号によって予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開いて予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で燃料ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成され、この予熱炎によりワークが加熱される。
〔ピアシング時〕
制御部６１からの制御信号によってマスフローコントローラ８２及びマスフローコントローラ８６の開度がそれぞれ制御されるとともにマスフローコントローラ８２、８６に対応して水素ガス電磁弁８３、プロパンガス電磁弁８７が開閉され、燃料ガス（水素ガス、プロパンガス、又は水素ガスとプロパンガスが混合された混合ガスのいずれか）が燃料ガス電磁弁８９を介して予熱孔２３に供給される。このとき燃料ガス電磁弁８９は、開かれている。
また、制御部６１からの制御信号によって水素ガス供給回路８１の水素ガス電磁弁８３を開くとともに予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開き予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
また、制御部６１からの制御信号によって切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６が開かれ切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で燃料ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてピアシングが行なわれる。
制御部６１からの制御信号によってマスフローコントローラ８２及びマスフローコントローラ８６の開度がそれぞれ制御されるとともにマスフローコントローラ８２、８６に対応して水素ガス電磁弁８３、プロパンガス電磁弁８７が開閉され、燃料ガス（水素ガス、プロパンガス、又は水素ガスとプロパンガスが混合された混合ガスのいずれか）が燃料ガス電磁弁８９を介して予熱孔２３に供給される。このとき燃料ガス電磁弁８９は、開かれている。
また、制御部６１からの制御信号によって水素ガス供給回路８１の水素ガス電磁弁８３を開くとともに予熱酸素ガス供給回路５１の予熱酸素電磁弁５２及び予熱酸素Ｈｉｇｈ回路５３の予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４を開き予熱孔２３に水素ガス及び予熱用酸素ガスを供給する。
また、制御部６１からの制御信号によって切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６が開かれ切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３で燃料ガスと予熱用酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてピアシングが行なわれる。
〔切断時〕
制御部６１からの制御信号によってマスフローコントローラ８２の開度がゼロとされるとともに水素ガス電磁弁８３が閉じられ、マスフローコントローラ８６が設定された開度に制御されるとともにプロパンガス電磁弁８７は開かれ、プロパンガスが燃料ガス電磁弁８９を介して予熱孔２３に供給される。このとき燃料ガス電磁弁８９は開かれている。
また、制御部６１からの制御信号によって水素ガス供給回路８１の水素ガス電磁弁８３を開いて予熱孔２３に予熱用酸素ガスを供給する。切断時には予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４は閉じられる。
また、切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６を開いて切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３でプロパンガスと酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてワークの切断が行なわれる。
制御部６１からの制御信号によってマスフローコントローラ８２の開度がゼロとされるとともに水素ガス電磁弁８３が閉じられ、マスフローコントローラ８６が設定された開度に制御されるとともにプロパンガス電磁弁８７は開かれ、プロパンガスが燃料ガス電磁弁８９を介して予熱孔２３に供給される。このとき燃料ガス電磁弁８９は開かれている。
また、制御部６１からの制御信号によって水素ガス供給回路８１の水素ガス電磁弁８３を開いて予熱孔２３に予熱用酸素ガスを供給する。切断時には予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁５４は閉じられる。
また、切断酸素供給回路５５の切断酸素電磁弁５６を開いて切断酸素孔２２に切断用酸素ガスを供給する。
その結果、予熱孔２３でプロパンガスと酸素ガスが燃焼して予熱炎が形成されてワークが加熱されるとともに加熱された部分に切断酸素孔２２から切断用酸素ガスが噴射されてワークの切断が行なわれる。
上記加熱時、ピアシング時において、水素ガスへのプロパンガスの混合比を体積比で３０％以下に調整した場合、ワークの加熱に必要な予熱炎の熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減することができるので好適である。
また、水素ガスへの炭化水素系ガスの混合比を体積比で１０％以下に調整した場合には水素ガスとほぼ同等の加熱力を確保しつつ水素ガスの削減をすることができる点でより好適である。
また、水素ガスへの炭化水素系ガスの混合比を体積比で１０％以下に調整した場合には水素ガスとほぼ同等の加熱力を確保しつつ水素ガスの削減をすることができる点でより好適である。
ガス切断装置７０によれば、ワーク切断時に、予熱孔２３に水素ガスとプロパンガスの混合ガスを燃料ガスとして供給するので切断に必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減することができる。
なお、この発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
上記実施の形態においては、炭化水素系ガスとして、プロパンガスを用いる場合について説明したが、プロパンガスに代えて、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ブタンガス、又はプロパンガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ブタンガスのうち少なくともいずれかを混合したガスを燃料ガスとして用いてもよい。
また、プロパンガス、ＬＰＧ、ブタンガス以外の炭化水素系ガス又は、それらの混合ガスを用いてもよい。
上記実施の形態においては、炭化水素系ガスとして、プロパンガスを用いる場合について説明したが、プロパンガスに代えて、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ブタンガス、又はプロパンガス、ＬＰＧ（液化石油ガス）、ブタンガスのうち少なくともいずれかを混合したガスを燃料ガスとして用いてもよい。
また、プロパンガス、ＬＰＧ、ブタンガス以外の炭化水素系ガス又は、それらの混合ガスを用いてもよい。
また、上記実施の形態においては、水素ガス供給源、プロパンガス供給源、酸素ガス供給源がガスタンクの場合について説明したが、その他の供給源により構成されてもよく、例えば、水を電気分解して酸素ガスと水素ガスとを発生させる水素発生装置を水素ガス供給源として用いてもよい。
また、上記実施の形態においては、燃料ガスの切替えにつき電磁弁又はマスフローコントローラによる制御を概念的に例示したが、酸素ガス、燃料ガス（燃料ガスを構成する水素ガス、炭化水素系ガスを含む）の切り替えに関して、ガスの流れをスムースにし、又は効率的にする等の目的から、例えば、複数の電磁弁の切り替えタイミングをラップさせ又はタイムラグを設けることで時間的間隙を設ける構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、酸素ガスを複数の電磁弁を組み合わせて制御する構成について説明したが、酸素ガスの制御をマスフローコントローラ等の他の流量制御手段を用いて制御してもよい。
以下、この発明に係るガス切断方法の効果について説明する。
図５は、この発明のガス切断方法における「ガス混合比による燃焼熱量と最短ピアシング時間の関係」を、燃料ガスが、プロパンガス、３０％プロパンガス＋７０％水素ガスの混合ガス（数値は体積比、以下、同じ）、２０％プロパンガス＋８０％水素ガスの混合ガス、１０％プロパンガス＋９０％水素ガスの混合ガス、５％プロパンガス＋９５％水素ガスの混合ガス、及び水素ガスの場合について示した図である。
図５は、この発明のガス切断方法における「ガス混合比による燃焼熱量と最短ピアシング時間の関係」を、燃料ガスが、プロパンガス、３０％プロパンガス＋７０％水素ガスの混合ガス（数値は体積比、以下、同じ）、２０％プロパンガス＋８０％水素ガスの混合ガス、１０％プロパンガス＋９０％水素ガスの混合ガス、５％プロパンガス＋９５％水素ガスの混合ガス、及び水素ガスの場合について示した図である。
図５における横軸はガス切断における燃焼熱量（ＭＪ／ｈ）を、縦軸は最短ピアシング時間（秒）を示している。なお、最短ピアシング時間とは、加熱開始から切断酸素を噴出して加熱部が酸化反応（燃焼）するまでの最短の時間、すなわち加熱開始から酸化反応が起きる温度まで昇温する最短時間を意味している。
なお、工業的には、横軸の燃焼熱量については小さいほうが、縦軸の最短ピアシング時間については短いほうが好適であるといえる。
なお、工業的には、横軸の燃焼熱量については小さいほうが、縦軸の最短ピアシング時間については短いほうが好適であるといえる。
図５によると、熱投入量５０（ＭＪ／ｈ）におけるプロパンガスと比較した最短ピアシング時間は、３０％プロパンガス＋７０％水素ガスの混合ガスの場合で約３０％、また、１０％プロパンガス＋７０％水素ガスの混合ガスの場合で約６５％短縮され、大きな効果が得られることがわかる。
以上のように、水素ガスに３０％のプロパンガスを混合した場合、必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減できることが確認された。
以上のように、水素ガスに３０％のプロパンガスを混合した場合、必要な熱エネルギーを確保しつつ水素ガスの消費を削減できることが確認された。
２０ 切断火口
２２ 切断酸素孔
２３ 予熱孔
３０、７０ ガス切断装置
４０、８０ 燃料ガス供給回路
４１、８１ 水素ガス供給回路
４２ 水素ガス電磁弁
４５、８５ プロパンガス供給回路（炭化水素系ガス供給回路）
４６ プロパンガス電磁弁
５０ 酸素ガス供給回路
５１ 予熱酸素ガス供給回路
５２ 予熱酸素電磁弁
５３ 予熱酸素Ｈｉｇｈ回路
５４ 予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁
５５ 切断酸素供給回路
５６ 切断酸素電磁弁
６０ 制御部（ガス供給制御手段）
７２ 水素ガス用マスフローコントローラ
７６ プロパンガス用マスフローコントローラ
Ｓｈ 水素供給源
Ｓｐ プロパンガス供給源
Ｓｏ 酸素ガス供給源
２２ 切断酸素孔
２３ 予熱孔
３０、７０ ガス切断装置
４０、８０ 燃料ガス供給回路
４１、８１ 水素ガス供給回路
４２ 水素ガス電磁弁
４５、８５ プロパンガス供給回路（炭化水素系ガス供給回路）
４６ プロパンガス電磁弁
５０ 酸素ガス供給回路
５１ 予熱酸素ガス供給回路
５２ 予熱酸素電磁弁
５３ 予熱酸素Ｈｉｇｈ回路
５４ 予熱酸素Ｈｉｇｈ電磁弁
５５ 切断酸素供給回路
５６ 切断酸素電磁弁
６０ 制御部（ガス供給制御手段）
７２ 水素ガス用マスフローコントローラ
７６ プロパンガス用マスフローコントローラ
Ｓｈ 水素供給源
Ｓｐ プロパンガス供給源
Ｓｏ 酸素ガス供給源
Claims (12)
- 燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射してワークを切断する切断酸素孔とを備えた切断火口によるガス切断方法であって、
水素ガスと炭化水素系ガスの少なくともいずれかを含んで構成された前記燃料ガスを用いて、
前記ワークを加熱する場合に供給する前記燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、前記ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、を変更することを特徴とするガス切断方法。 - 請求項１に記載のガス切断方法であって、
前記ワークを加熱する場合は、前記水素ガス、又は前記水素ガスと前記炭化水素系ガスとを混合して前記予熱孔に供給することを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２に記載のガス切断方法であって、
前記水素ガスへの前記炭化水素系ガスの混合比は、体積比で３０％以下であることを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２に記載のガス切断方法であって、
前記水素ガスへの前記炭化水素系ガスの混合比は、体積比で１０％以下であることを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、
前記ワークを切断する場合は、前記予熱孔に前記炭化水素系ガスを供給することを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、
前記ワークを切断する場合は、前記予熱孔に前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの混合ガスを供給することを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、
前記炭化水素系ガスはＬＰＧであることを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、
前記炭化水素系ガスはプロパンガスであることを特徴とするガス切断方法。 - 請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のガス切断方法であって、
前記炭化水素系ガスはブタンガスであることを特徴とするガス切断方法。 - 燃料ガスと予熱用酸素ガスにより予熱炎を形成する予熱孔と、切断用酸素ガスを噴射してワークを切断する切断酸素孔とを備えた切断火口に酸素ガスと前記燃料ガスと酸素ガスとを供給するガス切断装置であって、
酸素ガス供給回路と、水素ガス供給回路と、炭化水素系ガス供給回路と、ガス供給制御手段と、を備え、
前記予熱孔には、酸素ガス供給回路と、水素ガス供給回路と、炭化水素系ガス供給回路とが接続されるとともに、前記水素ガス供給回路からの水素ガスの流量と前記炭化水素系ガス供給回路からの炭化水素系ガスの流量とは変更可能とされ、
前記切断酸素孔には前記酸素ガス供給回路が接続され、
前記ガス供給制御手段は、
前記ワークを加熱する場合に供給する前記燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、前記ワークを切断する場合に供給する燃料ガスが含む前記水素ガスと前記炭化水素系ガスの比率と、を変更するように構成されていることを特徴とするガス切断装置。 - 請求項１０に記載のガス切断装置であって、
前記ガス供給制御手段は、
前記ワークを加熱する場合に、
前記水素ガス、又は前記水素ガスと前記炭化水素系ガスとを混合した混合ガスを、前記燃料ガスとして前記予熱孔に供給するように構成されていることを特徴とするガス切断装置。 - 請求項１１に記載のガス切断装置であって、
前記ガス供給制御手段は、
前記水素ガスへの前記炭化水素系ガスの混合比を、体積比で３０％以下に調整するように構成されていることを特徴とするガス切断装置。
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