JP7147618B2 - ガスホルダー - Google Patents

Description

本発明は、可変容量型のガスホルダーに関する。

製鉄所では、鉄鉱石から鉄鋼製品を生産する過程で各種の副生ガスが発生する。これらの副生ガスは、製鉄所のユーティリティーとして活用されている。製鉄所における副生ガスの発生量と使用量の需給バランスを図るため、副生ガスはガスホルダーに一時貯蔵される。

副生ガスとしては、高炉から発生する高炉ガス、コークス炉から発生するコークス炉ガス、転炉から発生する転炉ガスなどがあるが、それぞれ成分（熱量）が異なるため、ガス種ごとに異なるガスホルダーに一時貯蔵される。

このように、一時貯蔵される副生ガスの量は常に変動するため、図４３に示すように、副生ガスを貯蔵するガスホルダー１００には、ガスホルダー本体１０の内部空間を上下に仕切るとともに上下移動可能なピストン１１が配設されている。そして、ガス貯蔵量の増減に応じてピストン１１が上下移動することにより、ピストン１１下側のガス貯蔵空間の容量が可変とされている。

このような可変容量型のガスホルダーに関する先行技術として、例えば、地震や強風によるピストンの周方向の回転を防止してピストン摺動部の発熱・発火を防止するもの（特許文献１）、寒冷地におけるピストンのシール性能を確保するもの（特許文献２）、地震によるピストンの傾斜を抑えるもの（特許文献３）などがある。

図３に示すように、ピストン１１上側の空気室は、ガスホルダー本体１０の上部に設けられた通気口１３を通じて、外部空間とつながっており、ピストン１１の上下移動に応じて、空気室と外部空間との間で空気の流出入が行われている。ピストン１１の外周部にはシール装置１２が取り付けられ、ピストン１１の上下移動に伴ってシール装置１２がガスホルダー本体１０の内壁面１０ａ上を摺動することで、前記ピストンの外周部と前記ガスホルダー本体の内壁面との隙間がシールされ、副生ガスがガス貯蔵空間からピストン１１上側の空気室を経て外部空間に漏洩することが防止されている。

図４に示すように、シール装置１２の上記摺動部分には、シール材１２ａが取り付けられている。このシール材１２ａは、摺動により劣化するため、一定期間ごとに交換する必要がある。

特開２０１６－１１８２９７号公報 特開２０１４－０９２２１０号公報 特開２０１４－０２０５１８号公報

本発明は、比較的簡単な構成で、シール装置のシール材の劣化の進行を抑制し、シール材の交換周期を延長させることが可能なガスホルダーを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は以下の特徴を有する。

［１］筒状の内部空間を形成するガスホルダー本体と、前記内部空間に配設され、前記内部空間を上下に仕切るとともに上下移動可能なピストンと、前記ピストンの外周部に取り付けられ、前記ガスホルダー本体の内壁面上を摺動することで前記ピストンの外周部と前記ガスホルダー本体の内壁面との隙間をシールするシール装置と、前記ガスホルダー本体の上部に設けられた通気口を有するガスホルダーであって、前記通気口にはダストフィルタが設けられていることを特徴とするガスホルダー。

［２］前記ダストフィルタは、前記通気口内において前記内部空間から外部空間に流出するガスが下向きとなる位置に設けられていることを特徴とする［１］に記載のガスホルダー。

［３］前記ダストフィルタ近傍には、前記内部空間から前記ダストフィルタを通過して外部空間へのガスの流出を促進させるノズルが設けられていることを特徴とする［１］または［２］に記載のガスホルダー。

［４］前記ノズルは、前記ダストフィルタの前記内部空間側に設置されたガス噴出ノズルであることを特徴とする［３］に記載のガスホルダー。

［５］前記ピストンの上下移動を検知するピストンセンサをさらに備え、前記ノズルは、前記ピストンセンサによって前記ピストンが上昇していることが検知されている間に動作することを特徴とする［３］または［４］に記載のガスホルダー。

本発明によれば、比較的簡単な構成で、ガスホルダーの内部空間へのダスト侵入を防止して、シール装置のシール材の劣化の進行を抑制することができる。この結果、シール材の交換周期を延長でき、ガスホルダーの稼働コストを下げるとともに、ガスホルダーの稼働安定性を高めることができる。

本発明のガスホルダーにおけるピストンの動作を示す概略図である。 本発明のガスホルダーの通気口近傍の構造の例を示す拡大図である。 従来のガスホルダーにおけるピストンの動作を示す概略図である。 従来のガスホルダーにおけるシール装置近傍の構造を示す拡大図である。

本発明に係るガスホルダーの実施形態を、図１および図２を参照しつつ以下に説明する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明の一実施形態に係るガスホルダー１は、基本構成として、円筒状の内部空間を形成するガスホルダー本体１０と、ガスホルダー本体１０の内部空間に配設されたピストン１１と、ピストン１１の外周部に取り付けられたシール装置１２と、ガスホルダー本体１０の上部に設けられた環状の通気口１３を有する。

ピストン１１は、ガスホルダー本体１０の内部空間を上下に仕切るとともに、この内部空間内において上下移動するものである。

シール装置１２は、ピストン１１の外周部に取り付けられ、ガスホルダー本体１０の内壁面１０ａ上を摺動することでピストン１１の外周部１１ａとガスホルダー本体１０の内壁面１０ａとの隙間をシールするものである。その詳細な構造は、図５４に示される従来のガスホルダー１００のシール装置１２と同様であり、上記摺動部分には、ゴムなどからなるシール材１２ａが取り付けられ、このシール材１２ａがガスホルダー本体１０の内壁面１０ａ上を摺動する。

このシール材１２ａは、摺動により劣化するため、一定期間ごとに交換する必要がある。
発明者は、このシール材１２ａの劣化の進行が、ピストンの上下回数に必ずしも依存しないことを見出した。

ガスホルダーが設置されている製鉄所では、鉄鋼原料である鉄鉱石、石炭が、原料ヤードと呼ばれる製鉄所内の一画の屋外に積み上げられている。原料ヤードでは、発塵対策として散水などが行われてはいるものの、発塵を完全に抑制することはできていない。

ガスホルダーの劣化したシール材を観察したところ、このダストにより、シール材の劣化の進行が促進されていることがわかった。そして、シール材の劣化の進行の促進の度合いは、天候や、原料ヤードに積み上げられた鉄鉱石、石炭の種類・在庫量などに依存して変動していることがわかった。

つまり、ガスホルダーのガス貯蔵量が増加するときは、図４３（ａ）に示すように、ガスホルダー１００のピストン１１が上昇して、ピストン１１上側の空気室内の空気が、ガスホルダー本体１０上部の通気口１３から外部空間に流出する。逆に、ガス貯蔵量が減少するときは、図３（ｂ）に示すように、ピストンが下降して、外部空間の空気が、通気口１３からピストン１１上側の空気室に流入する。このとき、製鉄所の大気中のダストがガスホルダー１００の内部空間へ流入して、ガスホルダー本体１０の内壁面１０ａやシール装置１２のシール材１２ａに付着する。

さらに、図４に示すように、ダストが付着した内壁面１０ａ上をシール材１２ａが摺動すると、このダストによって、図３（ｃ）に示すように、シール材１２ａの劣化が促進され、当初想定した期間よりも短い期間でシール材１２ａの交換を行う必要が生じることがわかった。

そこで、本実施形態に係るガスホルダー１では、ガスホルダー本体１０の上部の環状の通気口１３の全面を覆うように、ダストフィルタ１４が設けられている。ダストフィルタ１４の材質は特に限定されるものではない。ただし、ガスホルダー１が製鉄所内で使用される場合には、製鉄所内の大気中には一般的な環境に比べてダストが多く含まれるとともに、製鉄所は通常港湾地区に立地するため塩分も含まれる。これを考慮して、ダストフィルタ―１４の材質をステンレス製・樹脂製などとすると、ダストフィルタ―１４の劣化を抑制することができる。

また、ダストフィルタ１４のメッシュサイズは、ガスホルダー１が設置される環境（例えば製鉄所）の大気中に含まれるダストの粒径を考慮して決定され、ダストの平均粒径未満であることが好ましく、ダストの平均粒径の５０％未満であればより好ましい。実際のメッシュサイズ決定に当たっては、当該ガスホルダー設置場所周辺の大気中の粉塵を採取し、適宜決定すればよい。

以上のように、ダストフィルタ１４の材質やメッシュサイズを好適範囲とすることにより、本実施形態のガスホルダー１が製鉄所内で使用される場合に、ダストフィルタ１４によるダスト除去効果をより一層高めることができる。

ガスホルダー１のガス貯蔵量が増加するときは、図１（ａ）に示すように、ガスホルダーのピストン１１が上昇して、ピストン１１上側の空気室内の空気が、ガスホルダー本体１０上部の通気口１３から外部空間に流出する。逆に、ガス貯蔵量が減少するときは、図１（ｂ）に示すように、ピストン１１が下降して、外部空間の空気が、通気口１３からピストン上側の空気室に流入する。このとき、外部空間の空気に含まれるダストは、通気口１３に設置されたダストフィルタ１４に付着し、ガスホルダー本体１０の内部空間への流入が阻止される。

図２に示すように、ダストフィルタ１４は、通気口１３内において、ガスホルダー本体１０の内部空間から外部空間に流出する空気が下向きとなる位置に設けられることが好ましい。このようにすれば、外部空間側であるダストフィルタ１４の下面側にダストが付着することとなり、ダストフィルタ１４の上面にダストが堆積することがない。ダストフィルタ１４の下面側に付着したダストは、再び図１（ａ）に示すように、ピストン１１が上昇する際に、空気室から外部空間へ流出する空気の圧力によって、ダストフィルタ１４の表面から外部空間に落下して除去される。

つまり、本実施形態のガスホルダー１では、ピストン１１とダストフィルタ１４の組合せにより、ピストン１１が上昇する際に流出する空気の圧力によってダストフィルタ１４に付着したダストが除去される。したがって、ダストを除去するための機構を特段設けずとも、ダストフィルタ１４の表面に付着したダストを除去できる。

また、図２に示すように、ダストフィルタ１４上面側（内部空間側）近傍には、ガス噴出ノズル１５を設けてもよい。このガス噴出ノズル１５を動作させて圧縮ガスを噴出させることによっても、ガスホルダー本体１０の内部空間側からダストフィルタ１４を通過して外部空間へのガスの流出を促進させて、ダストフィルタ１４の下面に付着したダストを、ダストフィルタ１４の表面から外部空間に落下させて除去できる。

ガス噴出ノズル１５から噴出させる圧縮ガスは、大気をブロアやコンプレッサーで加圧して供給してもよい。この場合には、ブロアもしくはコンプレッサーの上流側にストレーナー等の除塵設備を設置して、ガス噴出ノズル１５から噴出される圧縮ガスに大気中のダストが含まれないようにすることが好ましい。あるいは、ガス噴出ノズル１５から噴出させる圧縮ガスとして、製鉄所構内のユーティリティーとして供給されている圧縮空気あるいは窒素ガスを使用すれば、ブロアやコンプレッサー、ストレーナー等の付帯設備を別途設置する必要がなくなり、設備の設置費用や運転費用の観点から効率的となるので好ましい。

ガス噴出ノズル１５を動作させるタイミングは、必ずしも制限されない。ただし、ピストン１１が下降する間は、空気室の体積が増加して、外部空間から通気口１３を通過して空気室に流入する空気の流れが生じ、この空気の流れはガス噴出ノズル１５からの圧縮ガスの噴出方向と逆行する。そこで、ピストン１１が上昇している間、すなわちガスホルダーに副生ガスが供給され、ガス量が増加している間、または、ピストン１１が停止している間、すなわちガスホルダー内のガス量が変化していない間にガス噴出ノズル１５を動作させることが好ましい。特に、ピストン１１が上昇する間にガス噴出ノズル１５を動作させると、ピストン１１の空気室の体積が減少することによって空気室から通気口１３を通過して外部空間に流出する空気の流れが、ガス噴出ノズル１５によって噴出される圧縮ガスによって促進され、ダストフィルタ１４の下面に付着したダストを効果的に除去できるので好ましい。

これを考慮し、ピストン１１の上下移動を検知可能なピストンセンサ１６を備えてもよい。この場合、ピストンセンサ１６によってピストン１１が上昇していることが検知されている間に、ガス噴出ノズル１５を動作させて圧縮ガスを噴出させると、ダストフィルタ１４の表面に付着したダストを、より効果的に除去できる。ガス噴出ノズル１５から噴出される圧縮ガスに加えて、ピストン１１の上昇によっても、空気室の体積が減少して、空気室から通気口１３を通過して外部空間に流出する空気の流れが生じるためである。

なお、上記実施形態では、ガスホルダー本体１０は円筒状であるが、例えば１６角形や２０角形などの角筒状のガスホルダー本体を有するガスホルダーにも本発明が適用可能であることは言うまでもない。また、上記実施形態では、通気口１３およびこれを覆うダストフィルタ１４は環状であるが、通気口の形状を矩形状などの簡単な形状とすることで、ダストフィルタの形状も同様に簡単な形状とすることができる。

上記構成を有するガスホルダー１によれば、ダストを含有する大気中でガスホルダー１を運用する場合、ダストフィルタ１４によってガスホルダー１の内部空間へのダスト侵入を防止して、シール装置１２のシール材１２ａの劣化の進行を効果的に抑制することができる。この結果、シール材１２ａの交換周期を延長でき、ガスホルダー１の稼働コストを下げるとともに、ガスホルダー１の稼働安定性を高めることができる。

特に、上記構成を有するガスホルダーは、製鉄所内において好適に使用できる。製鉄所の原料ヤードに積み上げられた鉄鋼原料である鉄鉱石、石炭から発生するダストによって、ガスホルダー１のシール装置１２のシール材１２ａの劣化の進行を効果的に抑制することができるからである。

粒径１０μｍ以上のダストを１０ｍｇ／ｍ^３含有する、製鉄所における標準的な大気環境中において、速度１．３m／ｓでのピストン１１の上下降が１回／日の頻度で発生する条件で、本実施形態のガスホルダー１および従来のガスホルダーを用いた場合を想定して、シール装置１２のシール材１２ａの交換周期の比較実験を行った。

本実施形態のガスホルダー１のノズル（ガス噴出ノズル１５）は、１回／時間の頻度で動作させる条件とした。

また、従来のガスホルダーのガスホルダー本体の内壁面には、粒径１０μｍ以上のダストが１０ｇ／ｍ^２付着していると仮定した。

この比較実験の結果を、表１に示す。

表１に示すように、本実施形態のガスホルダー１によれば、従来のガスホルダーに比べ、シール材の交換周期を１５０％伸ばすことができた。

１ ガスホルダー
１０ ガスホルダー本体
１０ａ 内壁面
１１ ピストン
１１ａ 外周部
１２ シール装置
１３ 通気口
１４ ダストフィルタ
１５ ノズル（ガス噴出ノズル）
１６ ピストンセンサ

Claims (5)

1. 筒状の内部空間を形成するガスホルダー本体と、
   前記内部空間に配設され、前記内部空間を上下に仕切るとともに上下移動可能なピストンと、
   前記ピストンの外周部に取り付けられ、前記ガスホルダー本体の内壁面上を摺動することで前記ピストンの外周部と前記ガスホルダー本体の内壁面との隙間をシールするシール装置と、
   前記ガスホルダー本体の上部に設けられた通気口
   を有するガスホルダーであって、
   前記通気口にはダストフィルタが設けられていることを特徴とするガスホルダー。
2. 前記ダストフィルタは、前記通気口内において前記内部空間から外部空間に流出するガスが下向きとなる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガスホルダー。
3. 前記ダストフィルタ近傍には、前記内部空間から前記ダストフィルタを通過して外部空間へのガスの流出を促進させるノズルが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のガスホルダー。
4. 前記ノズルは、前記ダストフィルタの前記内部空間側に設置されたガス噴出ノズルであることを特徴とする請求項３に記載のガスホルダー。
5. 前記ピストンの上下移動を検知するピストンセンサをさらに備え、
   前記ノズルは、前記ピストンセンサによって前記ピストンが上昇していることが検知されている間に動作すること
   を特徴とする請求項３または４に記載のガスホルダー。

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