JP5859957B2 - ガス切断方法 - Google Patents
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Description
本願は、2010年4月20日に、日本に出願された特願2010−097258号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
一方、炭化水素系ガスあるいはLPガスを全く混ぜない燃料ガスとして水素100%とすると、火口先端の白心が見えなくなるため予熱炎の調整が出来なくなる問題があった。
(1)水素ガスと炭化水素系ガスとを混合して、前記炭化水素系ガスの含有量が0体積%超、4体積%以下となる燃料ガスを得、
前記燃料ガスと予熱用酸素ガスとを混合及び着火して形成される予熱炎を、切断火口の先端から噴射してワークを加熱し、
切断用酸素ガスを前記加熱されたワークに噴射してワークを切断するとともに、
前記切断火口として、
当該切断火口の軸方向中央を貫通する切断用酸素ガス流路と、燃料ガス流路と予熱用酸素ガス流路が合流して形成される流路であって、前記切断用酸素ガス流路の外側に設けられた予熱ガス流路と、前記切断用酸素ガス流路の先端に設けられた切断酸素孔と、前記予熱ガス流路の先端に設けられた予熱孔と、を有し、
前記予熱ガス流路の先端側が、前記切断用酸素ガス流路の延長線に向けて傾斜されており、前記余熱ガス流路の先端側の延長線と前記切断用酸素ガス流路の延長線との交差点から切断火口先端までの距離が10〜20mmの切断火口を用い、前記交差点が前記ワーク表面となるように当該切断火口の位置を設定することを特徴とするガス切断方法。
前記燃料ガスにおけるプロパンの含有量が0.4体積%以上、4体積%以下であることを特徴とする(1)記載のガス切断方法。
(3)前記炭化水素系ガスがメタンであり、
前記燃料ガスにおけるメタンの含有量が3体積%以上、4体積%以下であることを特徴とする(1)〜(2)のいずれか一項に記載のガス切断方法。
(4)前記炭化水素系ガスがブタンであり、
前記燃料ガスにおけるブタンの含有量が0.2体積%以上、4体積%以下であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか一項に記載のガス切断方法。
(5)前記燃料ガスと前記予熱用酸素ガスとの混合を、
切断吹管の内部、切断火口の内部又は切断火口の先端で行なうことを特徴とする(1)〜(4)のいずれか一項に記載のガス切断方法。
前記切断火口の軸方向中心に向けて前記予熱炎を傾斜させることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか一項に記載のガス切断方法。
水素中の酸素成分あるいは酸素中の水素成分を爆発下限界未満とすることができる水分解装置から供給することを特徴とする(1)〜(6)のいずれか一項に記載のガス切断方法。
なお、水素と酸素とを別々に取り出すことができることの定義は、前記水素ガス中の酸素ガス濃度及び酸素ガス中の水素ガス濃度が、それぞれ爆発下限界未満であることである。
燃料ガスに混合する炭化水素系ガス濃度は、できる限り低く設定するが、白心の視認性の観点から、0.2〜4体積%であることが好ましい。
また、炭素成分の比較的多いプロパンなどを用いる場合は、0.4体積%以上であることが好ましく、1体積%以上であることがより好ましい。炭素成分の少ないメタンなどを用いる場合、3体積%以上であることがこのましく、ブタンなどを用いる場合は、0.2体積%以上であることが好ましい。
炭化水素系ガスとしてプロパンを主成分とするLPGを用いる場合は、混合ガスにおけるプロパンの濃度が0.4体積%以上であることが好ましく、1体積%以上であることが寄り好ましい。
メタンを主成分とするLNGを用いる場合は、混合ガスにおけるメタン濃度が3体積%以上であることが好ましく、ブタンを主成分とする都市ガスを用いる場合は、混合ガスにおけるブタン濃度が0.2体積%以上であることが好ましい。
水素ガス供給源3として、一般に広く用いられている水素ガスが充填されたボンベを用いても良いし、水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水分解装置から発生するガスを利用しても良い。ただし、水分解装置のガスを用いる場合は、水素と酸素とが混合して爆発する危険が無いように、それぞれが分離して取り出せるタイプの機器を選定する必要がある。
本実施形態の炭化水素系ガスとしては、特に限定されるものではなく、LPG、LNG、都市ガス、エチレン、アセチレン、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の一般的な炭化水素系ガスまたはこれらの混合ガスを用いることができる。
酸素ガス供給源5として、一般に広く用いられている酸素ガスが充填されたボンベを用いても良いし、水を電気分解して水素と酸素とを発生させる水分解装置から発生するガスを利用しても良い。ただし、水分解装置のガスを用いる場合は、水素と酸素とが混合して爆発する危険が無いように、それぞれが分離して取り出せるタイプの機器を選定する必要がある。水分解装置から発生する水素と酸素について、分離して取り出すタイプであっても水素中への酸素の混入、または酸素中への水素の混入の可能性がある。混入量は、できる限り少量であることが望ましいが、それぞれ爆発下限界未満の濃度であれば問題ない。
なお、酸素ガス供給源5は、予熱用酸素ガス供給経路L2と切断用酸素ガス供給経路L4とにそれぞれ別個に設けても良い。
先ず、水素ガス供給源3から燃料ガス供給経路L1に水素ガスを供給する。水素ガスは、圧力調整器14によって調圧された後、混合装置12に供給される。
同様に、炭化水素系ガス供給源4から炭化水素系ガス供給経路L3に炭化水素系ガスを供給する。炭化水素系ガスは、圧力調整器14によって調圧された後、混合装置12に供給される。
ここで、図3に、酸素中水素の爆発範囲及び酸素中プロパンの爆発範囲を示す。図3中に示す領域(A)が燃焼範囲であり、領域(B)が非燃焼範囲である。なお、三角図中に示す直線(C)は、電気分解で発生した酸素、水素にプロパンを混合したときの組成を示している。図3に示すように、酸素中の爆発下限界未満の水素濃度は4%以下で、水素中の爆発下限界未満の酸素濃度6%以下である。
このような形態の切断火口26によっても、上記実施形態と同様の効果が得られるとともに、逆火による爆発に対する安全性をさらに高めることが可能となる。
(検証試験1)
燃料ガスを構成する炭化水素系ガスとしてプロパンを用いた場合を例として、水素燃料ガス中にプロパンを各種濃度で混合した場合の切断速度への影響を調査した。切断速度への影響を評価する方法としては、同一条件において切断速度を徐々に速くしていくとルーズカットと呼ばれる切断が中断してしまう現象が発生する。このルーズカットが発生しない最高速度を記録した。切断条件を表1に示す。また、図5には、燃料ガス中のプロパン濃度と最高切断速度との関係を示す。
各種燃料ガスにおける切断火口先端に発生する白心の視認性について評価した。図6(a)、(b)及び(c)に各種燃料ガスにおける切断火口の先端に発生する白心の写真を示す。なお、白心は、燃料ガス中の炭素成分が燃焼により白く輝くことで視認できるものである。このため、図6(a)に示すように、水素100%の燃料ガスでは白心が全く見えないことが確認された。
また、図6(c)に示すように、炭素成分の最も少ないメタンを混合した場合でも3体積%の混合比率で白心(図中に示す領域H)が視認可能であることを確認した。
さらにブタンを混合した場合でも0.2体積%の混合比率で白心が視認可能であることを確認した。
切断火口内の予熱ガス流路を火口中心方向へ傾斜させた切断火口と、切断火口内の予熱ガス流路を切断酸素流路と平行に設けた切断火口とを用いた場合について、予熱ガスの火口中心方向への集中性及びピアシング予熱時間に及ぼす影響を評価した。
図7(a)及び(b)は、ガスの流れを可視化できるシュリーレン装置によって撮影した予熱ガスの流れている状況を示す写真である。なお、シュリーレン装置による撮影条件を表2に示す。
2・・・切断吹管
3・・・水素ガス供給源
4・・・炭化水素系ガス供給源
5・・・酸素ガス供給源
6・・・切断火口
7・・・予熱孔
8・・・切断酸素孔
9・・・燃料ガス流路
10・・・予熱用酸素ガス流路
11・・・切断用酸素ガス流路
12・・・混合装置
13・・・逆火防止器
14・・・圧力計
15・・・開閉弁(逆止弁)
16・・・予熱ガス流路
16a・・・折曲部
16A・・・先端側部分(先端側)
α・・・傾斜角度
L1・・・燃料ガス供給経路
L2・・・予熱用酸素ガス供給経路
L3・・・炭化水素系ガス供給経路
L4・・・切断用酸素ガス供給経路
Claims (7)
- 水素ガスと炭化水素系ガスとを混合して、前記炭化水素系ガスの含有量が0体積%超、4体積%以下となる燃料ガスを得、
前記燃料ガスと予熱用酸素ガスとを混合及び着火して形成される予熱炎を、切断火口の先端から噴射してワークを加熱し、
切断用酸素ガスを前記加熱されたワークに噴射してワークを切断するとともに、
前記切断火口として、
当該切断火口の軸方向中央を貫通する切断用酸素ガス流路と、燃料ガス流路と予熱用酸素ガス流路が合流して形成される流路であって、前記切断用酸素ガス流路の外側に設けられた予熱ガス流路と、前記切断用酸素ガス流路の先端に設けられた切断酸素孔と、前記予熱ガス流路の先端に設けられた予熱孔と、を有し、
前記予熱ガス流路の先端側が、前記切断用酸素ガス流路の延長線に向けて傾斜されており、前記余熱ガス流路の先端側の延長線と前記切断用酸素ガス流路の延長線との交差点から切断火口先端までの距離が10〜20mmの切断火口を用い、
前記交差点が前記ワーク表面となるように当該切断火口の位置を設定することを特徴とするガス切断方法。 - 前記炭化水素系ガスがプロパンであり、
前記燃料ガスにおけるプロパンの含有量が0.4体積%以上、4体積%以下であることを特徴とする請求項1記載のガス切断方法。 - 前記炭化水素系ガスがメタンであり、
前記燃料ガスにおけるメタンの含有量が3体積%以上、4体積%以下であることを特徴とする請求項1記載のガス切断方法。 - 前記炭化水素系ガスがブタンであり、
前記燃料ガスにおけるブタンの含有量が0.2体積%以上、4体積%以下であることを特徴とする請求項1記載のガス切断方法。 - 前記燃料ガスと前記予熱用酸素ガスとの混合を、
切断吹管の内部、切断火口の内部又は切断火口の先端で行なうことを特徴とする請求項1に記載のガス切断方法。 - 前記予熱炎を前記切断火口の先端からワークに噴射する際に、
前記切断火口の軸方向中心に向けて前記予熱炎を傾斜させることを特徴とする請求項1に記載のガス切断方法。 - 前記水素ガス及び前記予熱用酸素ガスは、水分解装置から供給され、
前記水分解装置から供給される水素ガス中の酸素成分及び前記水分解装置から供給される予熱用酸素ガス中の水素成分が爆発下限界未満であることを特徴とする請求項1に記載のガス切断方法。
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