JP6156281B2 - ガスホルダーへのガス流入方法及びガスホルダー - Google Patents

Description

本発明は、製鉄所の高炉やコークス炉で発生する可燃成分を含むガスを収容するガスホルダーに関し、特に、ガスホルダー内のシール材の劣化を防止する技術に関する。

製鉄所の高炉やコークス炉では、一酸化炭素ＣＯなどの可燃成分を含むガスが発生する。ガスを収容し、且つ収容しているガスを、エネルギー源が必要な設備へ適宜供給（排出）する設備としてガスホルダーが用いられている。従来技術のガスホルダーの一例を図３に示す。図３において（ａ）はガスホルダーの鉛直断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂｂ線断面矢視図である。

ガスホルダー１０１は、ガスを内部に収容するガスホルダー本体１０２と、該ガスホルダー本体１０２内に設けられるピストン１０３と、該ピストン１０３の周縁に昇降可能に設けられ、ガスホルダー本体１０２とピストン１０３との隙間を塞ぐ機能を発揮するシール機構１０４と、を有する。シール機構１０４は、略Ｓ字形状部分１４０ａが形成されている可撓性のシール材１４０を有し、この部分１４０ａがガスホルダー本体１０２の側壁１０２ａに押付けられるように、シール材１４０はシール機構１０４に取り付けられている。略Ｓ字形状部分１４０ａを側壁１０２ａに押付けることで、シール材１４０によって側壁１０２ａとピストン１０３との隙間が塞がれる。シール機構１０４が上昇及び降下しても、形状が変わる略Ｓ字形状部分１４０ａが側壁１０２ａに押付けられ、該側壁１０２ａ（ガスホルダー本体１０２）とピストン１０３との隙間が塞がれた状態は維持され、ガスホルダー本体１０２内におけるピストン１０３の下部のガス室１０２ｂは密閉された状態は維持される。必要に応じて、側壁１０２ａとシール材１４０との摺動性や密着性を高めるべく、潤滑油やグリスなどを側壁１０２ａに塗ってもよい。

側壁１０２ａには、ガス室１０２ｂに流入されるガスの入口（ガス入口）となるガス入口管１０５と、排出されるガスの出口（ガス出口）となるガス出口管１０６と、が設けられている。ガス入口管１０５からガスを流入し続けると、ガス室１０２ｂで収容されるガスの容量は増加し続けるし、ガス出口管１０６からガスを排出し続けたりすると、ガスの容量は減少し続ける。この際、ガス室１０２ｂの容積が一定だと、ガス室１０２ｂ内のガス圧力も大きくまたは小さくなり続ける。そこで、ピストン１０３を上昇または下降させ、ガス室１０２ｂの容積を増加または低下させて、ガス圧力を一定とすることができる。

特許文献１には、シール材１４０及びシール機構１０４は異なるものの、図３に示したガスホルダー１と類似する構造のガスホルダーが記載され、特許文献１のガスホルダーは、ガスホルダー本体の側壁とシール材との摺動を滑らかにする潤滑油を貯蔵したシール装置を有している。特許文献１には、ガスホルダー本体内に、粉塵が混入したガスが水平方向に吐き出される場合には、ガスとともに粉塵が、ガス入口管と対向するガスホルダー本体の側壁に吹付けられ、側壁内面に形成される潤滑油の油膜に粉塵が付着し、該粉塵がガス入口管と対向する側壁の部分に偏在してしまい、その結果、ピストンの昇降が繰返されるにつれ、シール材が偏磨耗してしまうことが記載されている。そこで、特許文献１では、ガス入口管からピストンに向けてガスを吹き出すことが記載され、これにより、ガスホルダー本体の側壁へ付着する粉塵の量が、ガスホルダー本体の側壁全体で概ね均一となり、シール材の偏摩耗が防止される。

特開２００８−２８６２５５号公報

特許文献１の技術を図３に示すガスホルダー１０１に適用して、ガスホルダー本体１０２の側壁１０２ａの１箇所に設けられたガス入口管１０５からピストン１０３に向けてガスを流入すると、ガス流れがピストン１０３の特定部分に衝突し続けることになる。該特定部分が、ピストン１０３の中心から離れている場合、通常、高炉ガスなどのガスは温度が高く、その特定部分は、温度が、それ以外の部分よりも上昇してしまい、ピストン１０３の周縁に取り付けられたシール材１４０のうち、その特定部分の近い周縁に配置されている部分は、そうでない部分に比べ、温度が上昇しやすく硬くなって劣化しやすい。よって、シール材１４０には、劣化の早い部分と遅い部分（硬い部分と柔らかい部分）とが形成されてしまう。

劣化の早い部分と遅い部分とを有するシール材１４０が取り付けられたシール機構１０４を上昇及び降下させ続けていると、シール材１４０のうち、劣化が遅く柔らかい部分が取り付けられたピストン１０３の一部は、重力により、劣化が早く硬い部分より下がってしまう。その結果、ピストン１０３が傾斜し、傾斜したピストン１０３に設けられたシール機構１０４が、側壁１０２ａに沿って正常に上昇及び下降することが困難となり、結果的に、ピストン１０３の正常な上昇及び下降が困難となる可能性がある。ピストン１０３を上昇及び降下させることでガス室１０２ｂの容積を変更しガス圧力を調整可能としているが、正常に上昇または下降することが困難となるとガス室１０２ｂの容積を所望に変更できなくなり、ガス圧力の調整も困難となる。シール材１４０を交換すれば、ガス室１０２ｂを完全に密閉できるものの、交換には多大な費用と工期が掛かるので、シール材１４０をできるだけ長く使用したいという事情がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ガスホルダー内の可撓性のシール材の一部が他の部分よりも早く劣化してしまうことを防止することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
（１）ガスを内部に収容するガスホルダー本体と、該ガスホルダー本体内に設けられるピストンと、該ピストンの周縁に昇降可能に設けられ、前記ガスホルダー本体と前記ピストンとの隙間を塞ぐシール機構と、を有するガスホルダーにガスを流入させる方法であって、前記ガスホルダー本体の側壁に複数設けられているガス入口にガスを流入させて、ガス流れを前記ガスホルダー本体内に複数形成し、前記複数のガス流れを前記ガスホルダー本体の中心部で衝突させることを特徴とするガスホルダーへのガス流入方法。
（２）ガスを内部に収容するガスホルダー本体と、該ガスホルダー本体内に設けられるピストンと、該ピストンの周縁に昇降可能に設けられ、前記ガスホルダー本体と前記ピストンとの隙間を塞ぐシール機構と、を有するガスホルダーであって、ガス入口が前記ガスホルダー本体の側壁に複数設けられ、複数のガス入口にガスを流入させることで、前記ガスホルダー本体内に形成される複数のガス流れが前記ガスホルダー本体の中心部で衝突するように構成されていることを特徴とするガスホルダー。

本発明によって、ガスホルダー内の可撓性のシール材の一部が、他の部分よりも早く劣化してしまうことを防止できる。これにより、シール材をより長い期間使用できる。

本発明に係るガスホルダーの一例を示す図である。 図１に示すガスホルダーの変形例を示す図である。 従来技術のガスホルダーの一例を示す図である。

本発明に係るガスホルダーの一例を図１に示し、（ａ）はガスホルダーの鉛直断面図であり、（ｂ）は（ａ）のｂｂ線断面矢視図である。以下、図１を参照して、本発明のガスホルダーを説明する。図１に示すガスホルダーについて、図３に示したものと同一の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

ガスホルダー１では、側壁１０２ａにガス入口管（ガス入口）５が３つ設けられている。ガスホルダー１は、ガス入口管５にガスを流入させることで、ガス室１０２ｂにガス流れ７を３つ形成し、ガス流れ７をガス室１０２ｂ（ガスホルダー本体１０２）の中心部８で衝突させるように構成されている。

中心部８で、複数のガス流れ７が衝突すれば、衝突後のガス流れ７は、ガス室１０２ｂ内を上昇する流れあるいは下降する流れとなり、ピストン１０３や底部に向かうものの、総じて、ガス室１０２ｂ内に分散することになる。よって、ガス流れ７がピストン１０３に衝突したとしても、ピストン１０３の特定部分の温度が、他の部分に比べて大きく上昇するということはなく、ピストン１０３は温度が全体的に上昇することになる。また、ガス中の腐食成分による特定部分の劣化進行を防ぐことができる。よって、シール材１４０に、劣化の早い部分と遅い部分とが形成されることなく、シール材１４０は一様に劣化することになる。図３に示すガスホルダーに特許文献１の技術を適用する場合と比べて、シール材１４０を長く使用することが可能となる。

中心部８は、ピストン１０３を鉛直下方向に投影する場合にガス室１０２ｂの底面に形成される略円形状の部分と、ピストン１０３の外郭と、を結んで形成される略円柱状の空間内のいずれの位置でもよい。中心部８でガス流れ７が衝突すれば、シール材１４０にガス流れ７が直接向かうことなく、且つ、ピストン１０３の特定の部分において温度が上昇するようなこともなくなる。

ガス入口管（ガス入口）５から直線的にガスをガス室１０２ｂに流入させる場合で、ガス室１０２ｂに形成された３つのガス流れ７を中心部８で衝突させるためには、図１に示すように、側壁１０２ａにおいて、同じ高さ位置で且つ水平方向で側壁１０２ａの内面に沿って互いに同じ距離離れた位置に、ガス入口管５を３つ設けることが好ましい。図１（ｂ）に示すような水平断面において、３つのうちの２つのガス入口管５の位置と、ガス室１０２ｂの中心とを結んで形成されるガス室１０２ｂの中心角が１２０°となるように、ガス入口管５が配置されることが好ましい。

但し、必ずしも、図１（ｂ）に示す位置にガス入口管５が配置される必要はなく、２つのガス入口管５の位置につき、ガス入口管５の位置とガス室１０２ｂの中心とを結んで形成されるガス室１０２ｂの中心角が１２０°±５°の範囲内に、ガス入口管５が配置されていれば、前述の中心部８内でガス流れ７が衝突するように、ガス室１０２ｂにガスを流入させやすい。また、ピストン１０３が着床した状態（ガス室１０２ｂ内の圧力が０の状態）でシール材１４０の最下端位置とガスホルダー１の底板の範囲に、ガス入口管５が配置されていれば、前述の中心部８内でガス流れ７が衝突するように、ガス室１０２ｂにガスを流入させやすい。

なお、側壁１０２ａに設けられるガス出口管６の位置は、複数のガス流れ７を攪乱しなければ、特に限定されるものではない。

また、ガス入口管５の数は３つにする必要はなく２つとしてもよいし、ガス入口管５にフードを設け、ガス流れの進行方向を変更してもよい。ガス入口管５にフードを設け、ガス流れの進行方向を自由に変更できれば、ガス入口管５の側壁１０２ａでの配置位置が、特に限定されなくなる。ガスホルダー１の変形例を図２に示す。図２に示すガスホルダーについても、図１及び図３に示したものと同一の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

ガスホルダー１１では、ガス入口管５０が２つ側壁１０２ａに設けられている。ガス入口管５０が２つの場合には、水平方向で側壁１０２ａの内面に沿って互いに同じ距離離れた位置は、２つのガス入口管５０が相互に対向する位置となる。

ガスホルダー１１では、ガス室１０２ｂ内でのガス流れの進行方向を調整するフード５１がガス入口管５０に設けられている。図２に示すように、フード５１でガス流れ７を斜上方向に向けてもよい。このようにしても、図１の場合と同様に、総じて、ガス流れ７は、ガス室１０２ｂ内に分散することになる。なお、フード５１の角度は特に限定されず、フード５１でガス流れ７を斜下方向に向けてもよい。いずれにせよ、中心部８でガス流れ７が衝突すれば良く、これにより、ガス流れ７は、ガス室１０２ｂ内に分散することになる。

図２には、フード５１によって、ガス室１０２ｂ内でのガス流れの進行方向を調整している形態を示してあるが、フード５１に限らず、ガス入口管５０を、斜上方向または斜下方向に向けた状態で側壁１０２ａに設けてもよい。その場合には、ガス入口管５０からガスが供給される際に、衝突する前のガス流れ７がピストン１０３の着床時のピストン１０３の中心部高さ以下の範囲内となるように、ガス入口管５０を側壁１０２ａに設けることが好ましい。

また、図１及び図２に示す形態では、ガスホルダー本体の側壁にガス入口管が２つまたは３つ設けられているガスホルダーの例を示してあるが、ガス入口管の数はこの実施形態に限定されるものではなく、複数あればよい。複数のガス入口管は、前述の通り、側壁１０２ａの同じ高さ位置で且つ水平方向で側壁１０２ａの内面に沿って互いに同じ距離離れた位置に設けられることが好ましい。これにより、複数のガス入口管からガス室１０２ｂ内に流入され、ガスが直進することで形成される複数のガス流れ７が中心部８で衝突しやすくなる。

シール機構１０４を昇降可能とする構成としては、側壁１０２ａにレールを取り付け、該レールに遊嵌するローラを回転可能にシール機構１０４に取り付ける構成が考えられるが、シール機構１０４が昇降する機能を発揮可能であれば、本発明のシール機構１０４の構成は特に限定されるものではない。

シール材１４０の材料は、側壁１０２ａとピストン１０３との隙間を塞ぐことが可能であれば、特に限定されるものではないが、具体的な材料としては、クロロプレンゴムやニトリルゴムなどの合成ゴムを使用することができる。

本実施形態では、シール材１４０は略Ｓ字形状部分１４０ａを有し、この部分１４０ａを側壁１０２ａに押付けることで、シール材１４０で側壁１０２ａとピストン１０３との隙間を塞いでおり、これにより、シール機構１０４は、該シール機構１０４が昇降しても、ガスホルダー本体１０２とピストン１０３との隙間を塞ぐ機能を発揮している。しかしながら、本発明におけるシール材の形状は、シール機構が昇降しても、側壁１０２ａとピストン１０３との隙間を塞ぐ機能を発揮できれば、特に限定されるものではない。

クロロプレンゴムからなるシール材１４０が取り付けられたシール機構１０４を有する図１に示すガスホルダー１に、高炉ガスを収容させ排出させる操業を６月間行った。また、同様のシール機構１０４を有する図３に示すガスホルダー１０１において、１つのガス入口管１０５にフードを取り付け、ガスホルダー本体１０２におけるガス入口管１０５からのガス流れがピストン１０３の中央に向かうようにして、ガスホルダー１０１に、高炉ガスを収容させ排出させる操業を６月間行った。この操業の開始時及び終了時において、ガスホルダー１，１０１でのシール材１４０の適当な８箇所の硬度を測定し、ガスホルダー１，１０１でのシール材１４０は、開始時には、ショアＤ硬度が、概ね６０°であった。ガスホルダー１でのシール材１４０の８箇所の硬度の増え具合は、０．４９８°／６月であった。一方で、ガスホルダー１０１でのシール材１４０は、硬度の増え具合が小さい箇所では０．６６°／６月であったものの、硬度の増え具合が大きい箇所では０．８３４°／６月であった。硬度が８０°となったら、シール材１４０は交換する必要があるので、シール材１４０を、ガスホルダー１０１では１２年間使用可能と予想されるが、ガスホルダー１では２０年間使用可能と期待される。本発明によって、シール材１４０をより長く使用可能となることがわかる。

以上の通り、本発明によって、ガスホルダー内の可撓性のシール材の一部が、他の部分よりも早く劣化してしまうことを防止できる。これにより、シール材をより長い期間使用できる。

１ ガスホルダー（本発明）
５ ガス入口管
６ ガス出口管
７ ガス流れ
８ 中心部
１１ ガスホルダー（変形例）
５０ ガス入口管
５１ フード
６０ ガス出口管
１０１ ガスホルダー（従来技術）
１０２ ガスホルダー本体
１０２ａ 側壁
１０２ｂ ガス室
１０３ ピストン
１０４ シール機構
１０５ ガス入口管
１０６ ガス出口管
１４０ シール材
１４０ａ 略Ｓ字形状部分

Claims (6)

1. ガスを内部に収容するガスホルダー本体と、
   該ガスホルダー本体内に設けられるピストンと、
   該ピストンの周縁に昇降可能に設けられ、前記ガスホルダー本体と前記ピストンとの隙間を塞ぐシール機構と、を有するガスホルダーにガスを流入させる方法であって、
   前記ガスホルダー本体の側壁に複数設けられているガス入口にガスを流入させて、ガス流れを前記ガスホルダー本体内に複数形成し、
   前記複数のガス流れを前記ガスホルダー本体の中心部で衝突させることを特徴とするガスホルダーへのガス流入方法。
2. 前記複数のガス流れがそれぞれガスホルダー本体の中心部に向かうように、前記ガス入口が配置される請求項１に記載のガスホルダーへのガス流入方法。
3. 前記ガス入口は、水平方向で前記ガスホルダー本体の内面に沿って互いに同じ距離離れた位置に設けられる請求項１又は２に記載のガスホルダーへのガス流入方法。
4. ガスを内部に収容するガスホルダー本体と、
   該ガスホルダー本体内に設けられるピストンと、
   該ピストンの周縁に昇降可能に設けられ、前記ガスホルダー本体と前記ピストンとの隙間を塞ぐシール機構と、を有するガスホルダーであって、
   ガス入口が前記ガスホルダー本体の側壁に複数設けられ、
   複数のガス入口にガスを流入させることで、前記ガスホルダー本体内に形成される複数のガス流れが前記ガスホルダー本体の中心部で衝突するように構成されていることを特徴とするガスホルダー。
5. 前記複数のガス流れがそれぞれガスホルダー本体の中心部に向かうように、前記ガス入口が配置される請求項４に記載のガスホルダー。
6. 前記ガス入口は、水平方向で前記ガスホルダー本体の内面に沿って互いに同じ距離離れた位置に設けられる請求項４又は５に記載のガスホルダー。

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